Сжатие видео

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Сжатие видео (англ. Video compression) — технология цифровой компрессии телевизионного сигнала, позволяющая сократить количество данных, используемых для представления видеопотока. Сжатие видео позволяет эффективно уменьшать поток, необходимый для передачи видео по каналам радиовещания, уменьшать пространство, необходимое для хранения данных на носителе. Недостатки: при использовании сжатия с потерями появляются характерные, иногда отчётливо видные артефакты — например, блочность (разбиение изображения на блоки 8x8 пикселей), замыливание (потеря мелких деталей изображения) и т. д. Существуют и способы сжатия видео без потерь, но на сегодняшний день они уменьшают данные недостаточно.

Теория[править | править исходный текст]

Видео — это по существу трёхмерный массив цветных пикселей. Два измерения означают вертикальное и горизонтальное разрешение кадра, а третье измерение — это время. Кадр — это массив всех пикселей, видимых камерой в данный момент времени, или просто изображение. В видео возможны также так называемые полукадры (см.: чересстрочная развёртка).

Сжатие было бы невозможно, если бы каждый кадр был уникален и расположение пикселов было полностью случайным, но это не так. Поэтому можно сжимать, во-первых, саму картинку — например, фотография голубого неба без солнца фактически сводится к описанию граничных точек и градиента заливки. Во-вторых, можно сжимать похожие соседние кадры. В конечном счёте, алгоритмы сжатия картинок и видео схожи, если рассматривать видео как трёхмерное изображение со временем как третьей координатой.

Сжатие без потерь[править | править исходный текст]

Помимо сжатия с потерями видео также можно сжимать и без потерь. Это означает, что при декомпрессии результат будет в точности (бит к биту) соответствовать оригиналу. Однако при сжатии без потерь невозможно достигнуть высоких коэффициентов сжатия на реальном (не искусственном) видео. По этой причине практически всё широко используемое видео является сжатым с потерями (в том числе на потребительских цифровых видеодисках, видеохостингах, в спутниковом вещании). На веб-сайтах для маленьких роликов без звука иногда используются простые форматы GIF и APNG.

Сжатие видео и технология компенсации движения[править | править исходный текст]

Одна из наиболее мощных технологий, позволяющая повысить степень сжатия, — это компенсация движения. При любой современной системе сжатия видео последующие кадры в потоке используют похожесть областей в предыдущих кадрах для увеличения степени сжатия. Однако, из-за движения каких-либо объектов в кадре (или самой камеры) использование подобия соседних кадров было неполным. Технология компенсации движения позволяет находить похожие участки, даже если они сдвинуты относительно предыдущего кадра.

История[править | править исходный текст]

В таблице ниже показана неполная история развития международных стандартов видеосжатия

История стандартов видеосжатия
Год Стандарт Издатель Применение
1984 H.120 МСЭ-Т
1988 H.261 МСЭ-Т видеоконференция, видеосвязь
1993 MPEG-1 Part 2 ИСО, МЭК Video CD
1995 H.262/MPEG-2 Part 2 ИСО, МЭК, МСЭ-Т DVD Video, Blu-ray, Digital Video Broadcasting, SVCD
1996 H.263 МСЭ-Т видеоконференция, видеосвязь, видео в мобильных телефонах (3GP)
1999 MPEG-4 Part 2 ИСО, МЭК видео в Интернете (DivX, Xvid ...)
2003 H.264/MPEG-4 AVC Sony, Panasonic, Samsung, ИСО, МЭК, МСЭ-Т Blu-ray, HD DVD, Digital Video Broadcasting, Apple TV
2009 VC-2 (Dirac) OИКиТ видео в Интернете, HDTV вещание, UHDTV
2013 H.265 ИСО, МЭК, МСЭ-Т

Современное состояние дел[править | править исходный текст]

На конец 2011 года практически все алгоритмы сжатия видео (например, стандарты, принятые ITU-T или ISO) используют дискретное косинусное преобразование (DCT) или его модификации для устранения пространственной избыточности. Другие методы, такие как фрактальное сжатие и дискретное вейвлет-преобразование, также были объектами исследований, но сейчас обычно используются только для компрессии неподвижных изображений.

Использование большинства методов сжатия (таких, как дискретное косинусное преобразование и вейвлет-преобразование) влечёт также использование процесса квантования. Квантование может быть как скалярным, так и векторным, тем не менее, большинство схем сжатия на практике используют скалярное квантование вследствие его простоты.

Телевидение[править | править исходный текст]

Современное цифровое телевещание стало доступным именно благодаря видеокомпрессии. Телевизионные станции могут транслировать не только видео высокой четкости (HDTV), но и несколько телеканалов в одном физическом телеканале (6 МГц).

Хотя большинство видеоконтента сегодня транслируется с использованием стандарта сжатия видео MPEG-2, тем не менее новые и более эффективные стандарты сжатия видео уже используются в телевещании — например, H.264 и VC-1.

См. также[править | править исходный текст]