4.8.3 Кодируемые кадры

Базовым объектом кодирования в стандарте MPEG-2 является кадр ТВ изображения. Это неслучайно и обеспечивает преемственность со стандартом JPEG, принципиально ограничивающимся внутрикадровым кодированием. При этом очевидно, что для ТВ сигналов, в которых смешаны различные сюжеты с разными типами движений «от ничего до многого» простое предсказание, в принципе, не обеспечит высокую эффективность. По этой причине в стандарте используются три вида предсказаний: внутрикадровое и межкадровое предсказание вперед с компенсацией движения, межкадровое двунаправленное предсказание также с компенсацией движения.

Так называемые I кадры обрабатываются только с применением внутри кадрового предсказания. Обработка ведется на основе алгоритмов, подобных используемым в стандарте JPEG. Это первый этап, где сжатие видеоданных относительно невелико, но зато при восстановлении ТВ изображения оно менее всего деградирует и зависит от ошибок кодирования и передачи видеоданных по каналу связи. I кадры служат опорными при межкадровом предсказании Р и В кадров. Кодирование Р кадров выполняется с использованием алгоритмов ком­пенсации движения и предсказания вперед по предшествующим I или Р кадрам. В Р кадрах, если сравнивать их с I кадрами, в три раза выше дости­жимая степень сжатия видеоданных.

Обработка видеоданных в Р кадре выполняется по макроблокам. Это квадратные матрицы 16 х 16 (отсчетов х строк). Такой макроблок обрабатывается с использованием алгоритмов компенсации движе­ния и предсказания вперед, пока в блоке не появит­ся новый объект. С этого момента процесс кодиро­вания переключается на алгоритмы, используемые в I кадрах, т. е. на внутрикадровое предсказание. Р кадры являются опорными для последующих Р или В кадров. Отметим, что необходима высокая точ­ность восстановления исходного изображения при декодировании опорных Р кадров. Дело в том, что ошибки опорного кадра распределяются по всем кадрам, связанным с опорным.

Алгоритмы кодирования В кадров зависят от ха­рактера ТВ изображения. Предусмотрено четыре способа кодирования. В одном применяется ком­пенсация движения и предсказание вперед по бли­жайшим предшествующим опорным I или Р кад­рам, в другом - компенсация движения и обратное предсказание по ближайшим последующим I или Р кадрам. Обратное предсказание используется в тех случаях, когда в кодируемом В кадре появляются новые объекты изображения. Третий алгоритм - компенсация движения и двунаправленное пред­сказание, при котором опорными являются пред­шествующий или последующий I или Р кадры. И, наконец, это внутрикадровое предсказанием без компенсации движения. Такое кодирование нужно при резкой смене передаваемых сюжетов, а также при больших скоростях перемещения объектов ТВ изображения. С В кадрами связано наиболее глубо­кое сжатие видеоданных. Поскольку высокая сте­пень сжатия снижает точность восстановления ис­ходного ТВ изображения, В кадры не используются в качестве опорных. Ошибки при их декодировании не распределяются по другим кадрам.

Очевидно, что точность кодирования должна быть максимальной для I кадров, ниже для Р кадров и минимальной для В кадров.

Типичным является следующий порядок кодиро­вания I, P, В кадров: В кодере вырабатываются сле­дующие группы, состоящие из 12 чередующихся кадров: I0, В1, В2, РЗ. В4, В5, Р6, В7, В8, Р9, В10, В11,112, В13, В14, Р15ит. д., в которых кадры сле­ду ют с интервалом: (1/25 Гц) х 12= 0,48 с.

При передаче по каналу связи порядок следова­ния 1, Р и В кадров меняется. В декодер в начале по­ступают опорные I и Р кадры, без которых нельзя начать декодирование. Типичным является следую­щий порядок передачи I, Р, В кадров: I0, РЗ, В1,В2, Р6, В4, В5, Р9, В7, В8,112, В10, ВИ - Р15, В13 и т. д.