Nén hình ảnh Phần 2 ~Công nghệ nén video~

Tiếp nối bài viết trước về công nghệ nén ảnh cho ảnh tĩnh, lần này chúng tôi sẽ giải thích về công nghệ nén ảnh cho video
Như được hiển thị lần trước, dữ liệu FHD mỗi giây xấp xỉ 187MByte, đây là lượng thông tin (lượng dữ liệu) lớn hơn nhiều so với hình ảnh tĩnh Ví dụ: nếu bạn quay video dài 10 phút, lượng dữ liệu sẽ đạt khoảng 113 GB bằng phép tính đơn giản Nói cách khác, để dễ dàng ghi và truyền video, cần phải nén chúng (giảm lượng thông tin) nhiều hơn so với ảnh tĩnh

Bây giờ hãy tưởng tượng video về một chiếc ô tô đang di chuyển từ trái sang phải Như được hiển thị trong Hình 1, một video bao gồm một loạt hình ảnh tĩnh (quay nổ hũ win club hình) trong đó ô tô di chuyển từng chút một Mỗi ảnh tĩnh (quay nổ hũ win club hình) thay đổi một chút nhưng chứa nhiều hình ảnh thông thường như phông nền và ô tô đang chuyển động Nén video đạt được độ nén đáng kể bằng cách giảm thông tin hình ảnh chung (dự phòng tạm thời) giữa các quay nổ hũ win club hình

Luồng nén video

Việc nén video được thực hiện theo ba bước sau, giống như với ảnh tĩnh

① Ngăn chặn dự phòng (dự đoán liên quay nổ hũ win club, bù chuyển động, biến đổi trực giao (DCT))
② Lượng tử hóa
③ Mã hóa Entropy

Quá trình giảm thông tin hình ảnh chung (dự phòng tạm thời) giữa các quay nổ hũ win club hình được thực hiện bằng hai kỹ thuật: ① "dự đoán liên quay nổ hũ win club hình" và "bù chuyển động" Ở đây, chúng tôi sẽ cung cấp tổng quan về các công nghệ dành riêng cho nén video này

Dự đoán liên quay nổ hũ win club

Dự đoán liên quay nổ hũ win club hình là thuật ngữ chung chỉ công nghệ cải thiện khả năng nén video bằng cách loại bỏ sự dư thừa (dư thừa tạm thời) của thông tin hình ảnh phổ biến, dựa trên tiền đề rằng video chứa nhiều thông tin hình ảnh chung giữa các quay nổ hũ win club hình gần nhau về mặt thời gian Ở đây chúng tôi sẽ giải thích ba loại dự đoán liên quay nổ hũ win club sau đây

①Dự đoán liên quay nổ hũ win club đơn giản
②Dự đoán liên quay nổ hũ win club có bù chuyển động chuyển tiếp
③Dự đoán liên quay nổ hũ win club hai chiều

①Dự đoán liên quay nổ hũ win club đơn giản

Hình 2 hiển thị ví dụ về dự đoán liên quay nổ hũ win club đơn giản dựa trên sự khác biệt giữa quay nổ hũ win club được nén (t) và quay nổ hũ win club trước đó theo thời gian (t-1) Để dễ hiểu, hình ảnh khác biệt được thể hiện dưới dạng hình ảnh ghi đè ở đây
Trong hình ảnh khác biệt (e) thu được bằng cách trừ giữa các quay nổ hũ win club hình trong Hình 2, chỉ ô tô và máy bay đang chuyển động xuất hiện và nền chung cho cả hai quay nổ hũ win club hình biến mất, cho thấy lượng thông tin đã giảm Nói cách khác, quay nổ hũ win club mục tiêu (t) chỉ có thể được khôi phục từ thông tin trong ảnh vi sai (e) này bằng cách thêm nó vào quay nổ hũ win club trước đó (t-1), có thể đạt được độ nén đáng kể

Tuy nhiên, với tính năng dự đoán liên quay nổ hũ win club hình đơn giản này, trong các video có nhiều chuyển động nền do hoạt động của máy ảnh hoặc các vật thể chuyển động nhanh, lượng thông tin trong hình ảnh khác biệt sẽ tăng lên và hiệu quả giảm dư thừa thời gian trở nên thấp Do đó, dự đoán liên quay nổ hũ win club sau đây có bù chuyển động thường được sử dụng

②Dự đoán liên quay nổ hũ win club có bù chuyển động chuyển tiếp

Hình 3 hiển thị ví dụ về dự đoán liên quay nổ hũ win club có bù chuyển động từ quay nổ hũ win club trước đó

Hãy tập trung vào ô tô đang di chuyển từ trái sang phải trong quay nổ hũ win club trước (t-1) và quay nổ hũ win club được nén (t) Vì ô tô là thông tin hình ảnh phổ biến có hình dạng giống nhau trong cả hai quay nổ hũ win club nên khả năng nén có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng hình ảnh khác biệt bằng cách loại bỏ ô tô sau khi di chuyển bằng các bước sau

• Tìm "vectơ chuyển động" (hướng và lượng chuyển động) của vị trí ô tô trong quay nổ hũ win club trước (t-1) di chuyển trong quay nổ hũ win club mục tiêu nén (t)
• Tạo hình ảnh dự đoán (t': quay nổ hũ win club bù chuyển động thuận) với ô tô di chuyển trong quay nổ hũ win club trước đó (t-1) dựa trên vectơ chuyển động
• Tính chênh lệch giữa quay nổ hũ win club mục tiêu nén (t) và quay nổ hũ win club bù chuyển động thuận (t') để thu được ảnh chênh lệch (e')

So sánh sự khác biệt giữa hình ảnh trong Hình 2 và Hình 3, bạn có thể thấy rằng trong Hình 3, thông tin về xe đích đã được giảm bớt và khả năng nén có thể được cải thiện

③Dự đoán liên quay nổ hũ win club có bù chuyển động hai chiều

Hình 4 hiển thị ví dụ về dự đoán liên quay nổ hũ win club có bù chuyển động hai chiều Đây là công nghệ mở rộng dự đoán liên quay nổ hũ win club bù chuyển động được mô tả ở trên và thực hiện bù chuyển động bằng cách tham chiếu kịp thời đến các quay nổ hũ win club sau đó
Trong quay nổ hũ win club bù chuyển động hai chiều (t'') được tạo trong ví dụ ở Hình 4, một hình ảnh được dự đoán được tạo bằng cách tính toán vectơ chuyển động ngược chiều theo thời gian của máy bay từ thông tin hình ảnh chung từ quay nổ hũ win club mục tiêu nén (t) và quay nổ hũ win club tiếp theo (t+1) được thêm vào quay nổ hũ win club bù chuyển động thuận (t') trong Hình 3 Hơn nữa, hậu cảnh bị ô tô ẩn trong quay nổ hũ win club trước đó (t-1) cũng được thêm làm hình ảnh dự đoán Điều này cho thấy rằng hầu hết thông tin trong hình ảnh khác biệt (e'') giữa quay nổ hũ win club mục tiêu nén (t) và quay nổ hũ win club bù chuyển động hai chiều (t'') đều bị giảm và có thể đạt được khả năng nén hiệu quả

Từ những điều trên, cấu trúc lý tưởng để nén video tốt nhất là có hình ảnh (quay nổ hũ win club) tham chiếu ở đầu, sau đó định cấu hình tất cả các quay nổ hũ win club hình tiếp theo dưới dạng hình ảnh khác biệt Tuy nhiên, với cấu trúc này, việc phát lại phải luôn được thực hiện từ đầu và không thể phát lại từ một quay nổ hũ win club tùy ý Ngoài ra, nếu một số dữ liệu trong một quay nổ hũ win club hình (hình ảnh khác biệt) bị mất, quay nổ hũ win club hình bị mất không những không thể được khôi phục chính xác mà hiệu ứng sẽ tiếp tục cho đến khi quá trình phát lại hình ảnh kết thúc Do đó, cấu trúc quay nổ hũ win club sau đây thường được sử dụng

Cấu trúc quay nổ hũ win club nén video

Một ví dụ về cấu trúc quay nổ hũ win club nén video được hiển thị trong Hình 5 Mỗi quay nổ hũ win club hình bao gồm ba loại sau

• I(Ảnh được mã hóa nội bộ)
  quay nổ hũ win club hình được nén chỉ sử dụng thông tin trong quay nổ hũ win club, chẳng hạn như nén hình ảnh tĩnh, mà không thực hiện dự đoán giữa các quay nổ hũ win club hình Được sử dụng làm điểm bắt đầu hoặc điểm chỉnh sửa để phát lại ngẫu nhiên Hơn nữa, nó cũng ngăn chặn ảnh hưởng của lỗi dữ liệu và việc xóa lan truyền khi khôi phục video
• P(Hình ảnh được mã hóa dự đoán)
  quay nổ hũ win club được nén bằng dự đoán liên quay nổ hũ win club có bù chuyển động thuận có tham chiếu đến quay nổ hũ win club I hoặc P trước đó theo thời gian
• B(Hình ảnh được mã hóa dự đoán hai chiều)
  quay nổ hũ win club được nén bằng dự đoán liên quay nổ hũ win club bù chuyển động hai chiều có tham chiếu đến cả quay nổ hũ win club hình I hoặc P trước đó và tiếp theo theo thời gian

Ngoài ra, một tập hợp gồm một quay nổ hũ win club hình I và nhiều quay nổ hũ win club hình P và B được gọi là GOP (Nhóm ảnh) và có thể truy cập và xử lý đơn vị GOP này trong khi phát lại ngẫu nhiên hoặc phát lại ở chế độ đánh lừa (phát lại tốc độ cao, phát lại ngược, vv)

Bằng cách này, công nghệ nén video sẽ giảm thiểu một cách khéo léo thông tin hình ảnh phổ biến giữa các quay nổ hũ win club hình (dự phòng tạm thời) và bằng cách tạo ra cấu trúc quay nổ hũ win club hình, đạt được cả khả năng nén đáng kể và sự thuận tiện trong khi phát lại