KÓDOVANIE OBRAZU VO VIDEOKOMUNIKÁCIACH JÁN MIHALÍK

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "KÓDOVANIE OBRAZU VO VIDEOKOMUNIKÁCIACH JÁN MIHALÍK"

Jarmila Sedláčková
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 KÓDOVANIE OBRAZU VO VIDEOKOMUNIKÁCIACH JÁN MIHALÍK

2 OBSAH 1. ÚVOD CHARAKTERISTIKY A MODELY OBRAZU Deterministické charakteristiky obrazu Štatistické charakteristiky spojitého obrazu Štatistické charakteristiky diskrétneho obrazu Štatistické modely obrazu ZÁKLADNÁ TEÓRIA KÓDOVANIA OBRAZU Redukcia irelevancie obrazu Redukcia redundancie obrazu Analýza zdrojového kódovania obrazu Kvantitatívne miery skreslenia kódovaného obrazu DISKRETIZÁCIA OBRAZU INTERPOLÁCIA OBRAZU SKALÁRNE KVANTOVANIE OBRAZU Optimálne lineárne skalárne kvantovanie Optimálne nelineárne skalárne kvantovanie Nelineárne skalárne kvantovanie metódou kompandovania Adaptívne skalárne kvantovanie VEKTOROVÉ KVANTOVANIE OBRAZU Základná teória vektorového kvantovania Mriežkové vektorové kvantovanie Druhy a vlastnosti mriežok Niektoré mriežkové vektorové kvantizátory Optimálne vektorové kvantovanie ENTROPICKÉ KÓDOVANIE VNÚTROSNÍMKOVÁ PREDIKCIA OBRAZU Optimálne nemenné algoritmy Suboptimálne nemenné algoritmy Adaptívne algoritmy Vektorové algoritmy MEDZISNÍMKOVÁ PREDIKCIA OBRAZU Optimálne nemenné algoritmy... 87

3 10.2. Adaptívné algoritmy s pohybovou kompenzáciou Estimácia pohybu v obraze Rýchle algoritmy estimácie pohybu v obraze DISKRÉTNE ORTOGONÁLNE TRANSFORMÁCIE OBRAZU Jednorozmerné diskrétne ortogonálne transformácie Mnohorozmerné diskrétne ortogonálne transformácie Štatistická analýza obrazu v transformovanom priestore HIERARCHICKÉ REPREZENTÁCIE OBRAZU Pyramídová reprezentácia Subpásmová reprezentácia Waveletová reprezentácia PREHĽAD METÓD KÓDOVANIA OBRAZU PREDIKČNÉ KÓDOVANIE OBRAZU Vnútrosnímkové predikčné kódovanie obrazu Medzisnímkové predikčné kódovanie obrazu Zhodnotenie účinnosti a vlastnosti metód predikčného kódovania obrazu TRANSFORMAČNÉ KÓDOVANIE OBRAZU Vnútrosnímkové transformačné kódovanie obrazu Medzisnímkové transformačné kódovanie obrazu Zhodnotenie účinnosti a vlastností metód transformačného kódovania obrazu HYBRIDNÉ KÓDOVANIE OBRAZU Vnútrosnímkové hybridné kódovanie obrazu Medzisnímkové hybridné kódovanie obrazu Zhodnotenie účinnosti a vlastností metód hybridného kódovania obrazu INTERPOLAČNÉ A EXTRAPOLAČNÉ KÓDOVANIE OBRAZU KÓDOVANIE OBRAZU S POUŽITÍM JEHO HIERARCHICKÝCH REPREZENTÁCIÍ KÓDOVANIE OBRAZU POMOCOU VEKTOROVÉHO KVANTOVANIA OBRYSOVÉ KÓDOVANIE OBRAZU

4 21. MODELOVÉ KÓDOVANIE OBRAZU ŠTATISTICKÉ A INÉ METÓDY KÓDOVANIA OBRAZU MEDZINÁRODNÁ ŠTANDARDIZÁCIA VIDEOKODEKOV ŠTANDARDNÉ VIDEOFORMÁTY OBRAZOVÝ KODEK JPEG JPEG so stratovým kódovaním JPEG s bezstratovým kódovaním VIDEOKODEK H Videoformát a jeho hierarchické rozdelenie Zdrojový kodér Entropický kodér VIDEOKODEK H VIDEOKODEK MPEG Organizácia videosekvencie a spôsoby redukcie medzisnímkovej redundancie Proces kódovania MPEG Proces dekódovania MPEG VIDEOKODEK MPEG MPEG 2 bez škálovania MPEG 2 so škálovaním VIDEOKODEK MPEG Syntax a štruktúra videokodeka MPEG Algoritmy kódovania tvaru videoobjektu Algoritmy estimácie a kompenzácie pohybu videoobjektu Algoritmy kódovania textúr videoobjektu Priestorové a časové škálovanie videoobjektov ZÁVER LITERATÚRA REGISTER

5 1. ÚVOD Priemyselný charakter sveta sa v súčasnosti postupne mení na informačný. V súvislosti s tým sa formuje a intenzívne rozvíja nový vedný odbor informatiky, ktorého obsahom je vytváranie, spracovanie, prenos, záznam a využívanie informácií. Pretože človek najviac informácií prijíma cez svoj zrakový orgán, prioritnou informáciou sa stáva obraz. S prudkým rozvojom technológie integrovaných obvodov VLSI, výpočtovej techniky, mikroelektroniky aj optoelektroniky sa uprednostňuje číslicové spracovanie, prenos a záznam obrazov [1,2,3]. Tak ako číslicové systémy spracovania obrazov [4] aj číslicové obrazové komunikačné systémy [5,6] vo všeobecnosti obsahujú na svojom vstupe a výstupe kódovacie a dekódovacie systémy (kodeky). Techniky úsporného kódovania obrazu [7] umožňujú značne redukovať bitovú rýchlosť na výstupe kodekov, pri zachovaní kvality kódovaného obrazu. Týmto sa znižuje požadovaná kapacita prenosového kanála na jeho prenos, čím sa dosahuje vysoká efektívnosť videokomunikácií, ale zároveň sa zmenšujú aj požiadavky na jeho záznam. Z tohto vyplýva aktuálnosť kódovania obrazu, pričom pri výbere jeho metód sa sleduje predovšetkým maximálna kompresia údajov, možnosť technickej realizácie s kódovaním v reálnom čase a odolnosť voči poruchám. Tieto metódy súčasne majú používať také algoritmy číslicového spracovania, ktoré sú vhodné aj pre iné úlohy, čo vedie k ich modulárnym štruktúram. Vo všeobecnosti videokomunikácie sa uskutočňujú nielen s prioritnou informáciou dynamického farebného obrazu (videom), ale integrovaným spôsobom včítane prídavných informácií ako sú statické obrazy, reč, text, počítačové údaje, atď. Tieto ďalej môžu byť symetrické s rovnako požadovaným prenosom obrazov aj prídavných informácií v obidvoch smeroch alebo nesymetrické, ktoré komunikujú s týmito informáciami len v jednom smere. Typickým príkladom symetrických videokomunikácií sú videokonferencie alebo videotelefónia a nesymetrických- televízia. Videokomunikácie možno jednotlivo realizovať v homogénnych sieťach a to buď telekomunikačných (konvenčných, ISDN, ATM, mobilných),terestriálnych alebo satelitných, ale aj v heterogenných sieťach (multimediálne videokomunikácie). Trvalo niekoľko desaťročí pokiaľ techniky kódovania obrazu prešli z čisto akademickej pôdy do komerčnej oblasti. Dostupné technológie číslicového kódovania obrazu s vysokou kompresiou údajov umožňovali nové aplikácie vo videokomunikáciach ako sú : videotelefónia, videokonferencie, video na požiadanie, číslicové TV a HDTV vysielanie, multimediálne služby (video) atď. Tieto technológie bezprostredne ovplyvňujú produktivitu práce, pretože umožňujú realizáciu flexibilných, mobilných a interoperabilných obrazových komunikačných systémov, ktoré zabezpečujú videokomunikáciu každého s každým na akomkoľvek mieste a v ľubovoľnom čase. Preto narastala požiadavka medzinárodnej štandardizácie obrazových (video) kodekov. Ich štandardizácia umožní ľahkú výmenu

6 kompresovaného videa pomocou pamäťových médií napr. CD-ROM, DVD alebo telekomunikačných sietí napr. ISDN, ATM a to na národnej aj medzinárodnej úrovni čím sa otvára veľký trh pre videokomunikačné zariadenia. Predkladaná monografia vznikla v Laboratóriu číslicového spracovania obrazov a videokomunikácií, Katedry elektroniky a multimediálnych telekomunikácií, FEI TU v Košiciach na základe dlhodobej vedeckej a pedagogickej činnosti autora v danej oblasti. Jej obsah je orientovaný najmä na techniky kódovania obrazu vhodné pre štandardné videokodeky, ktoré umožňujú realizáciu uvedených druhov videokomunikácií v homogennom aj heterogennom prostredí a zabezpečujú kompatibilitu komerčných zariadení pre tieto aplikácie od rôznych výrobcov. Nasledovné dve kapitoly pojednávajú o charakteristikách, modeloch a základnej teórii kódovania obrazu. Potom ďalších deväť kapitol je venovaných najviac používaným operáciam v procese kódovania obrazu ako je diskretizácia a interpolácia, skalárne a vektorové kvantovanie, entropické kódovanie, vnútrosnímková a medzisnímková predikcia, diskrétne ortogonálne transformácie a hierarchickým reprezentáciam obrazu. V 13.kap. sa uvádza prehľad metód kódovania obrazu a tieto sú hlbšie analyzované v kap.14 až 22. V nich sa pojednáva o princípoch, teórii a rôznych modifikáciach predikčných, transformačných, hybridných, interpolačných a extrapolačných metód kódovania obrazu ako aj metód s použitím hierarchických reprezentácií (pyramídovej, subpásmovej, waveletovej) alebo vektorového kvantovania obrazu, nakoniec aj obrysových, modelových, štatistických a iných metód kódovania obrazu. Ďalej kap.23 sa venuje medzinárodnej štandardizácii videokodekov a kap.24 štandardným videoformátom. Nasledovné kap.25 až 30 hlbšie popisujú jednotlivé štandardné videokodeky ako sú JPEG, H.261, H.262, H.263, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4. V záverečnej kap.31 sa vykonal chronologický (časový) vývoj jednotlivých metód kódovania obrazu a ich vyustenie do medzinárodných štandardných videokodekov. V zozname literatúry po jednotlivých kapitolách sa uvádzajú im zodpovedajúce referencie. Predkladaná monografia je určená pre študentov graduálneho (inžinierského aj bakalárskeho) a postgraduálneho (doktorandského) štúdia hlavne v odboroch telekomunikácií a elektroniky, ale aj iných príbuzných odboroch využívajúce informačné technológie. Okrem toho je určená vedeckým a odborným pracovníkom z odboru informatiky, ktorí sa zaoberajú danou oblasťou, ale aj širokej odbornej verejnosti pracujúcej všeobecne v odbore číslicového spracovania a telekomunikácií vzhľadom na univerzálny charakter niektorých techník kódovania obrazu aplikovateľných aj pre iné signály.

Podobné dokumenty

Formáty MPEG videosúborov a ich kompresia. Bohdal, PhD.

Formáty MPEG videosúborov a ich kompresia RNDr. Róbert R ohdal, PhD. 1 Formáty MPEG Moving Picture Experts Group (MPEG) je názov skupiny, ktorá vytvorila štandardy pre kompresiu pohyblivých obrazových