Видеостандарт MPEG

Практическая реализация

С тех пор, как были заложены основы компрессии методом JPEG2000, ряд компаний разработал достаточно эффективные алгоритмы ее реализации. Среди крупных разработчиков ПО можно отметить Corel (кстати, она одна из первых внедрила в свои пакеты поддержку формата wi, основанного на волновых преобразованиях, за что ей честь и хвала) — все изображения, поставляемые на компакт-дисках с пакетом CorelDRAW вплоть до девятой версии, сжимались именно таким способом. Позже к ней подтянулась и Adobe. Часть идей, заложенных в JPEG2000, была применена разработчиками Photoshop 6 в виде продвинутых опций при сохранении изображения в формате JPEG (обычном, основанном на косинусном преобразовании). Среди них — прогрессивный JPEG (параметр Progressive в окне Save for Web). Этот алгоритм предназначен, главным образом, для систем реального времени и работает точно так же, как и прогрессивный GIF. Сначала появляется грубая копия изображения, состоящая всего из нескольких блоков большого размера, а со временем, когда подгружаются остальные данные, структура начинает просматриваться все четче, пока, наконец, конечное изображение не восстановится полностью. В отличие от GIF, такой алгоритм создает большую нагрузку на просмотрщик, поскольку ему придется полностью выполнять весь цикл преобразований для каждой передаваемой версии. Из других дополнений отметим включение в файл нескольких JPEG-сжатых изображений с разной степенью компрессии, разрешением и даже цветовыми моделями. Соответственно, в Photoshop 6 появилась возможность выделять в изображении отдельные области и применять для них другие установки компрессии (Region-Of-Interest, впервые такой механизм был предложен еще в 1995 г.), используя более низкие значения в таблице квантования. Для этого задается требуемая область (например, в виде нового канала в изображении) и нажимается пиктограмма маски возле пункта Quality (Качество). В появившемся окне можно экспериментировать с изображением, передвигая ползунки, — готовый результат отображается на экране, позволяя быстро находить необходимый компромисс между качеством и размером.

На наших глазах в области видеокомпьютерных технологий происходит очередной революционный скачок, а именно широкое практическое внедрение различных систем, основанных на компьютерном воспроизведении в реальном времени и с высоким качеством последовательностей видеоизображений. Это компакт-диски стандартов СD-I и Video-CD, несущие по 60-70 минут настоящего видео с возможностью его просмотра на стандартных PC-компьютерах, оснащенных CD-проигрывателем и MPEG-платой. Это устройства нелинейного монтажа, позволяющие захватывать в компьютер видеофрагменты длительностью от десятков секунд до минут с целью последующей их цифровой обработки (а ее возможности поистине неограниченны) и обратного ТВ-воспроизведения и записи в соответствии с заданным сценарием (тем самым компьютер превращается в монтажную студию). Это, наконец, видеоконференции, обеспечивающие визуальное общение через компьютеры, соединенные между собой с помощью модемов по телефонным каналам. Распространение этих и других подобных систем стало возможным в силу разработки мощных алгоритмов, обеспечивающих цифровое сжатие видеоинформации в десятки и сотни раз, и последующего массового производства микросхем, аппаратно реализующих данные алгоритмы в соответствии с принятыми стандартами. Понимание принципов этих алгоритмов представляется важным не только для разработчиков оригинальных алгоритмов и устройств, но и для квалифицированных пользователей вышеупомянутых систем.

Настоящий материал посвящен краткому описанию основ одного из наиболее продвинутых стандартов, разработанного международным комитетом Motion Pictures Expert Group (сокращенно - MPEG) и принятого в окончательной редакции ISO 11172-2 только в 1993г. Хотя MPEG-стандарт определяет правила кодирования и декодирования цифровых потоков как изображений, так и связанного с ними звука, в этом материале мы остановимся только на видео.