ビデオ圧縮アルゴリズムの知識
ビデオ圧縮の基本原理、一般的な圧縮アルゴリズムの概念
ビデオ圧縮アルゴリズムの知識
。MPEG-1
、Iフレーム（Iフレーム）、Pフレーム（Pフレーム）及びBフレーム（Bフレーム）含む3つの要素符号化MPEG圧縮ビデオ。MPEG符号化処理では、Iフレームのシーケンスとしてビデオフレームの圧縮部と、フレームに圧縮P部分は、Bフレームのようないくつかの圧縮があります。方法Iは、「キーフレーム」圧縮方式として知られているイントラフレーム圧縮方法です。Iはフレーム圧縮方式を離散コサイン変換DCT（離散コサイン変換）を形質転換に基づいて、このアルゴリズムは、JPEG圧縮アルゴリズムに類似しています。Iフレーム圧縮は重要徴候なしに1/6圧縮の圧縮率を使用して達成することができます。
フレーム内圧縮に依存する、圧縮アルゴリズムの高圧縮で高画質で達成Bunengshixian、インター及びイントラの組み合わせを使用して、MPEG圧縮アルゴリズムです。前者の方法は、アカウントに同じ情報又は隣接するフレーム間のデータ、すなわち、運動特性が考慮されるフレーム間圧縮をとるPフレームの予測アルゴリズムです。この方法は、圧縮データの現在のフレームから現フレームと隣接する（IまたはPフレーム）が異なる前のPフレームに基づいています。Iフレームを取り、Pフレームの圧縮方法は、より高い圧縮と圧縮の明らかな兆候を達成するために組み合わせることができます。
1圧縮：しかし、達成する圧縮力200を使用して、唯一のBフレームがあります。方法Bフレームは、双方向予測フレーム間圧縮アルゴリズムです。圧縮にBフレームは、それが現在のフレームと次のフレームに隣接する前フレームに基づいている場合、すなわち直前と現在のフレームとフレームとの間の差を記録した後、現在のフレームの圧縮データと異なっています。Bフレームデータ五十%Pフレームのデータの下に、Iフレームデータのわずか15％です。
同様の標準MPEG 4：2：2フォーマットが採用され、圧縮後の輝度信号の解像度は、352×240である2つの色信号の解像度176×120であり、フレームレート二つの異なる解像度の情報であります毎秒30のフレーム。時間単位で符号化の基本的な方法と、第1フレームの取得された第1の画像がIフレームとして圧縮されます。次いで、フレーム毎に、その後、効果的な圧縮の単一フレーム画像に基づいてのみ、後続のフレームのための位相変化の一部を格納します。フレーム間圧縮プロセスは、しばしばそう前者は、関連する圧縮誤差を低減することができることを、キー15は、一般に、フレーム毎に設けられていない前のフレームベースの圧縮のイントラ（キーフレーム）として、フレーム内圧縮方法を離間します蓄積。MPEG圧縮エンコーダは、まず現在のフレームがIフレームまたはPまたはBフレームであると判断し、次に圧縮に対応するアルゴリズムを使用します。MPEG圧縮方式により符号化された完全なビデオシーケンスの後に可能である：IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBPBBIが......
演算処理より圧縮されたIフレームとBフレームまたはPフレームに圧縮が多くの時間を必要とします。一部のエンコーダでもBフレームの圧縮Pフレームを持っていない、圧縮効果は非常に良いではないことは明らかです。
MPEG-2
、MPEG組織圧縮標準MPEG-2ビデオ/オーディオサービスと相互運用可能なアプリケーションの可能性を実現するために、1994年に立ち上げました。MPEG-2規格は、層の様々な標準的なTVとHDTVデジタル圧縮方式とシステムアプリケーション、3から毎秒100メガビットのMビットに符号化率、ISO公式規格に指定されています/ IEC13818インチ MPEG-2は、MPEG-1、MPEG-2であり、より具体的なシステムでは、所定無傷送信を行ってアップグレード単純ではありません。MPEG-2は、デジタルテレビ放送を符号化して送信するために特に好適であり、SDTVとHDTV符号化規格として同定されています。MPEG-2はまた、リハビリタップモードの複数のプログラムに専念しています。今9つの分割MPEG-2規格は、ISO / IEC13818国際規格と呼びます。
空間相関及び時間的相関：MPEG -2画像圧縮は、二つの特性のイメージを使用することです。A;シーンが複数の画素から構成され、したがって通常輝度でその周りいくつかの画素と画像の画素を提示し、一定の関係をクロミナンスこのような関係は、空間相関と呼ばれるものに関係なく多くの場合、連続した画像を構成するフレームの数からなる画像シーケンスのプロットを示し、画像シーケンス内の前部と後部フレーム画像の間に一定の関係があり、このような関係は、相関時間と呼ばれます。これら2つの相関は、画像内の冗長な情報のように大量に存在します。我々は冗長な情報を除去することができると仮定し、送信された非関連情報の少量のみを保持し、大幅に伝送帯域を低減することができます。これらの非関連情報を用いて、受信機は、特定の復号化アルゴリズムに従って、特定の前提は、画質の原画像を復元確保することができます。良好な圧縮符号化方式は、画像内の冗長情報の除去を最大にすることです。
MPEG-2符号化された画像は、3つのカテゴリに分類Iフレーム、PフレームとBフレームと呼ばれます。
私は、時間相関を用いずにフレーム画像内のみの空間的相関を用いて、すなわち、イントラフレーム符号化モードを使用して写真。Iは、Iフレームが他のフレームに依存しないため、同じ参照フレームがデコードされるとき、それは、ランダムアクセスポイントは、動き補償を用いない、イントラフレーム圧縮を使用します。Iフレームは、初期化およびチャネル受信機、および挿入およびプログラム切り替え、比較的低い圧縮比Iフレーム画像を取得するために使用されます。Iフレームの画像は、現在画像、エンコーダによって選択された発生頻度の周期的なシーケンスです。
ピクチャ間符号化モードを使用して、P及びBフレーム、すなわち、空間及び時間における同じ相関を使用する場合。時間のみを用いて予測Pフレーム画像の前に、圧縮効率と画質を向上させることができます。Pフレームピクチャは、イントラ符号化された部分、即ち、それぞれ前方に予測することができるPフレームのマクロブロックもイントラ符号化することができる含めることができます。B双方向時間予測フレーム画像、大幅に圧縮率を向上させることができます。MPEG-2符号化ストリームの符号で参照し、送信順序と画像フレームの表示順序として次のBフレーム画像フレームが異なるためZhidezhuyiが使用されます。
ピクチャ間符号化モードを使用して、P及びBフレーム、すなわち、空間及び時間における同じ相関を使用する場合。時間のみを用いて予測Pフレーム画像の前に、圧縮効率と画質を向上させることができます。Pフレームピクチャは、イントラ符号化された部分、即ち、それぞれ前方に予測することができるPフレームのマクロブロックもイントラ符号化することができる含めることができます。B双方向時間予測フレーム画像、大幅に圧縮率を向上させることができます。MPEG-2符号化ストリームの符号で参照し、送信順序と画像フレームの表示順序として次のBフレーム画像フレームが異なるためZhidezhuyiが使用されます。
MPEG-2符号化ビットストリームは、6つのレベルに分割されています。より良好な所定の階層構造で符号化されたデータ、MPEG-2シンタックスを表現するために。画像シーケンスレイヤ、ピクチャのグループ（GOP）、画像、バーマクロブロック、マクロブロック、ブロック：それぞれがあり、上から下に、6つの層に分割されています。
4-MPEG
MPEG -4 1998年11月にリリースされ、MPEG-4ビデオ、インタラクティブマルチメディアシステムの柔軟性に特定の、より重点における符号化オーディオビットレートのためのものです。MPEG-4規格では、二つの目的を達成するために努力：低ビットレートでのマルチメディア通信を、統合マルチメディア通信業界の複数。このため、MPEG-4が導入AVオブジェクト（オーディオ/ビジュアルオブジェクト）は、他の多くの相互作用が可能になるように：
「AVオブジェクトは、」また、人の声や、いくつかの背景音楽することができ、分離された人ですることができます。これは、特徴的な効率的な符号化と効率的な保管と普及の相互運用可能があります。
AV MPEGの操作-4オブジェクトは、次のとおりAVは、オーディブル、ビジュアル、またはオーディオビジュアルコンテンツの組み合わせを表すために用いられるオブジェクト;組み合わせた従来のAV AVは、複合オブジェクトを生成するオブジェクトとそれによってAV画面を生成し、AVデータを柔軟オブジェクト合成同期多重化は、AVデータオブジェクトを送信するための適切なネットワークを選択するステップと、のような相互作用のAV AVオブジェクトシーンとのエンドユーザを受信することに合意しました。
：6の主要部構成により、MPEG-4規格
（Delliveryマルチメディア統合フレームワークの）①DMIF
一般的なフレームワークであるDMIFマルチメディア配信が、それは環境や運用上の問題ディスクのアプリケーションのマルチメディア・アプリケーションを放送、インタラクティブなネットワークを解決するための主な理由です。クライアントとサーバの対話を確立し、そして多重ビット情報の送信端を介して送信されます。DMIFすることにより、MPEG4は、各エレメンタリストリームが、チャネルの特別な品質サービス（QoS）の帯域幅を有し、かつ指向のために確立することができます。
②データプレーン
送信部とメディア関係の部分との間の関係：MPEG4のデータプレーンは、2つの部分に分けることができます。
基本ストリーム及びAVオブジェクトが同じシーンに表示させるために、MPEG4の物語（OD）の概念を説明する目的とデスクトップ（SMT）はフローチャートを指します。特定のAVオブジェクトに関連付けられている基本的なOD伝送ストリームの情報フロー図。各ストリームのためのテーブルおよびCAT（チャンネルAssosiationタグ）が接続され、CATは、ストリームのスムーズな送信を達成することができます。
管理とリアルタイムの識別バッファ③
MPEG4システムが復号化モード（SDM）を定義し、復号化モードの説明は構文および装置を復号化ビットストリームの意味論の理想的な処理を説明し、それは特別なバッファとリアルタイムモードを必要とします。効果的な管理を通じ、限られたバッファスペースをより有効に利用。
④オーディオエンコーディング
、それは自然の音、およびサポートの音声合成をサポートしていないだけ-という点で、MPEG4が有利です。音声符号化と組み合わせて自然の音のコーディング、合成、およびサポートオーディオオブジェクト機能のMPEG4オーディオ部分。
⑤ビデオ符号化
音声符号化と同様に、符号化MPEG4は、天然および合成ビジュアルオブジェクトに対してサポートされています。合成ビジュアルオブジェクトは、2D、3Dアニメーションと顔のアニメーションや他の人々が含まれます。
⑥説明でのシーン
MPEG4は、ツールのセット、シーン内のオブジェクトのセットを提供します。シーン記述の組成を記述するために必要な情報の合成は、バイナリ形式でシーン記述はBIFS（シーン記述のためのバイナリ形式）に記載され、BIFSは、AVオブジェクトエンコーダと共に送信装置。各AVの説明でシーンを記述する主物語がどのように整理すると、同期の問題のため、AVシーンを特定の座標にオブジェクト。同時にそこにAV AVシーンオブジェクトと知的財産保護やその他の問題。MPEG4は、私たちのためにAVシーンの富を提供します。
MPEG-4は、リモート監視および対話型AVサービスに適しているMPEG-1、MPEG-2と比較して、広い適応性と拡張性を有するように設計されている：MPEG-4送信レート4800-64000bps 176×144の解像度との間に、非常に狭い帯域幅は、最小のデータで最高の画質を得ることができるように、フレーム再構成データ圧縮及び伝送によって利用することができます。したがって、彼らの才能を示すために、DVDにゲーム、インタラクティブなマルチメディアアプリケーションの視覚的な面でデジタルテレビの映像、動画、インターネット、マルチメディアのリアルタイム監視、モバイルマルチメディア通信、インターネット/イントラネットをストリーミングされます。
H.264
新デジタル・ビデオ符号化（JVT合同ビデオ・チーム）が開発：H.264はITU-T VCEG（ビデオ専門家グループコーディング）およびISO / IEC MPEGは、ジョイントビデオチーム（専門家グループを動画像符号化）であります標準は、ITU-T H.264の両方であるが、部分10 ISO / IEC MPEG-4。1998年1月にはドラフト勧誘を始め、1999年9月に、2002年6月、FCD H.264のJVTの第5回会議で、そのテストモードTML-8を開発するために2001年5月に、最初のドラフトを完成ボード。今の規格はまだ開発中であり、来年の前半は、正式に採用されることが期待されます。
H.264規格とDPCMハイブリッドコーディングプラスモデルは変換符号化と同じように持っています。しかし、それはH.263 ++よりもはるかに優れた圧縮性能を得るため、設計の簡素化、ではない多くのオプション「基本に戻る」であり、様々なチャネルに適応する能力、「ネットワークにやさしい」構造と構文を強化し、エラー及びパケット損失の処理の促進、目標範囲より広いアプリケーション、ケースの異なる速度、異なる解像度と異なる伝送要件（ストレージ）を満たすように、基本的なシステムは、著作権を使用せず、開放されています。
264アルゴリズムは、概念的に二層に分けることができるビデオ符号化層（VCL：ビデオコーディングレイヤ）は、効率的なビデオコンテンツを担当して表し、ネットワーク抽象化層（NAL：ネットワーク抽象化層）がネットワークによって要求される適切な方法の原因でありますそして、データパッケージを送信します。H.264は1/4又は1/8画素精度の動きベクトルをサポートします。6タップフィルタは、より洗練された8タップフィルタを用いて1/8画素精度の動きベクトルのために、高周波ノイズを低減するために1/4画素精度で使用することができます。移動中に予想される、エンコーダはまた、予測を改善するために、補間フィルタの効果を「増強する」を選択することができます。一つはVLC（UVLC：ユニバーサルVLC）符号化される全てのシンボルのために統一されているH.264エントロピー符号化、2つの方法があり、符号化コンテンツ適応型バイナリ算術の使用があります。ドラフト264は、圧縮されたビデオ・ビット・エラーの伝達を容易にするために、このようなIPまたはモバイルチャネルロバストネスチャネル送信のようなパケットロス複数の環境を、エラーを排除するためのツールを含みます。
4×4ブロックの整数変換に基づいて、技術的に、H.264規格、フラッシュ複数の、統一されたシンボルVLC符号化、高精度、マルチモード変位が期待されているように、のようなシンタックスを符号化層状。これらの措置は、H.264のアルゴリズムは非常に高い符号化効率を持ち、同じ画質の再建で、ビットレートの約50％がH.263よりも保存することができます。H.264は、アプリケーション・エラー回復機能を追加し、ネットワークの適応性のストリーム構造をビット、非常によくIPおよびワイヤレスネットワークに適合させることができます。
H.264は、このようなマルチポイント通信、リアルタイムのビデオ通信、インターネットビデオ伝送、ビデオストリーミングサービス、異質オンライン、圧縮ビデオストレージ、ビデオデータベースなどの幅広いアプリケーションの見通しを持っています。得られたH.264優れた性能が大幅に計算の複雑さを増加を犠牲にし、コストがないわけではない、約3倍H.263に対応するコードの計算の複雑さは、H.263復号複雑さはほぼ同等であることが予想されます2倍。
技術的特性のH.264勧告は1が有用で成熟した技術に焦点を当て、3つの領域に分類することができ、より高い符号化効率、シンプルなフォームの追求は、2番目の層別化し、モバイル、IPネットワークへの適応に焦点を当てることです技術、符号化形式および単離チャネル、ソース符号化アルゴリズムは、考慮に多くの他のチャネル特性を取る実質的に、第三には、ハイブリッドエンコーダの基本的な枠組みの中で、その主要な成分は、行っています有意な改善、VLCを統一し、このようなマルチモード移動が期待されているように、イントラ予測、マルチフレーム予測、4×4の二次元の整数は次のように変換します。
その発展潜在力は無限で、これまでのところ、H.264は、ファイナライズされていないが、理由はより高い圧縮比、より良いチャネル適応の、より広く、デジタルビデオの通信やストレージの分野で使用されます。