Структура потока данных MPEG-2. Метод кодирования движущихся изображений, используемый в стандартах MPEG-2, называется гибридным, так как в нем сочетаются внутрикадровое (intraframe)

Метод кодирования движущихся изображений, используемый в стандартах MPEG-2, называется гибридным, так как в нем сочетаются внутрикадровое (intraframe) кодирование, направленное на уменьшение в основном пространственной избыточности в отдельных кадрах, и межкадровое (inter- frame) кодирование, с помощью которого уменьшается избыточность, обусловленная межкадровой корреляцией [21, 22].

Внутрикадровая пространственная декорреляция применяет дискретное косинусное преобразование (ДКП). Основная цель внутрикадрового сжатия цифровой информации на основе ДКП заключается в сужении частотной полосы, занимаемой видеосигналом, путём заранее определяемых амплитудно-частотных потерь некоторых высокочастотных колебаний его составляющих, но без заметных для глаза снижений чёткости и контрастности изображения.

Идея, лежащая в основе межкадрового сжатия видеосигнала, предельно проста. Суть её в следующем: в общей последовательности кадров соседние кадры мало отличаются друг от друга. В большинстве случаев, зная распределение яркостных и цветоразностных данных одного кадра, можно с высокой вероятностью предсказать их распределение в ближайшем соседнем кадре.

Поток MPEG-2 разделён на несколько иерархических уровней (рисунок 12.1) для улучшения обработки ошибок и упрощения произвольного доступа и редактирования. Первый уровень - это собственно поток видео (Videosequencelayer), второй уровень - групповой кадр (ГК, GroupofPictures - GOP), состоящий из нескольких кадров разного типа:

- I кадры (Intracoded - внутрикадровое кодирование) кодируются (сжимаются) без учёта соседних кадров;

- предсказываемые P кадры (Predicted - кодирование с предсказанием) кодируются с учетом предыдущего I или P кадра;

- B кадры двунаправленного предсказания (Bidirectional - двунаправленное предсказание) кодируются с учётом предыдущего и последующего I или P кадров [24].

Рисунок 12.1 - Структура потока MPEG-2

Третий уровень потока данных - это слой отдельных кадров (Picturelayer) того или иного типа, а четвёртый уровень - секционный (Slicelayer). Пятый уровень потока данных - уровень макроблоков.

В MPEG-2 предусмотрено пять способов кодирования. Первый - это компенсация движения и предсказание вперед по ближайшим предшествующим I или Р кадрам. При появлении в кодируемом В кадре новых объектов применяется предсказание назад по ближайшим последующим I или Р кадрам вместе с компенсацией движения. Третий алгоритм включает в себя компенсацию движения и двунаправленное предсказание по предшествующим и последующим I или Р кадрам. Четвёртый алгоритм основан на внутрикадровом предсказании без компенсации движения (он чаще всего используется при резкой смене плана или высоких скоростях движения отдельных фрагментов картинки). Пятый способ представления необходим, если в нескольких кадрах изменений нет или они незначительны.