Сжатие видео
Расчеты показывают, что 24-битное цветное видео, при разрешении 640 ґ 480 и частоте 30 кадров/с, потребует передачи 26 Мб данных в секунду, что выходит за рамки пропускной способности компьютерной шины и разумных объемов дискового пространства.
Сжатие видео необходимо для уменьшения объема цифровых видео-файлов, предназначенных для хранения, при этом желательно максимально сохранить качество оригинала. Различают сжатие обычное в режиме реального времени, симметричное или асимметричное, с потерей качества или без потери, сжатие видеопотока или покадровое сжатие.
Сжатие обычное (в режиме реального времени). Многие системы оцифровывают видео и одновременно сжимают его, иногда параллельно совершая и обратный процесс декомпрессии и воспроизведения. Для качественного выполнения этих операций требуются очень мощные специальные процессоры, поэтому большинство плат ввода/вывода видео для PC бытового класса не способны оперировать с полнометражным видео и часто пропускают кадры. Недостаточная частота кадров является одной из основных проблем для видео на PC. При производительности ниже 24 кадров/с видео перестает быть плавным. К тому же, пропущенные кадры могут содержать необходимые данные по синхронизации звука и изображения.
Симметричное или асимметричное сжатие. Этот показатель связан с соотношением способов сжатия и декомпрессии видео. Симметричное сжатие предполагает возможность проиграть видеофрагмент с разрешением 640 х 480 при скорости в 30 кадров/с, если оцифровка и запись его выполнялась с теми же параметрами. Асимметричное сжатие — это процесс обработки одной секунды видео за значительно большее время. Степень асимметричности сжатия обычминуты видео занимает примерно 150 минут реального времени.
Асимметричное сжатие обычно более удобно и эффективно для достижения качественного видео и оптимизации скорости его воспроизведения. Такой процесс могут выполнять специализированные компании, куда отсылают исходный материал на кодирование, так как кодирование полнометражного ролика может занять много времени.
Сжатие с потерей или без потери качества. Чем выше коэффициент сжатия, тем ниже качество видео. Все методы сжатия приводят к некоторой потере качества. Даже если это не заметно на глаз, всегда есть разница между исходным и сжатым материалом. Пока существует всего один алгоритм (разновидность Motion-JPEG для формата Kodak Photo CD), который выполняет сжатие без потерь, однако он оптимизирован только для фотоизображений и работает с коэффициентом 2:1.
Сжатие видеопотока или покадровое сжатие. Покадровый метод подразумевает сжатие и хранение каждого видеокадра как отдельного изображения. Сжатие видеопотока основано на следующей идее: не смотря на то, что изображение все время претерпевает изменения, задний план в большинстве видеосцен остается постоянным. Создается исходный кадр, а каждый следующий сравнивается с предыдущим и последующим изображениями, а фиксируется лишь разница между ними. Этот метод позволяет существенно повысить коэффициент сжатия, практически сохранив при этом исходное качество. Однако в этом случае могут возникнуть трудности с покадровым монтажом видеоматериала, закодированного подобным образом.
Коэффициент сжатия — это цифровое выражение соотношения между объемом сжатого и исходного видеоматериала. Например, коэффициент 200:1 означает, что если принять объем полученного после компрессии ролика за единицу, то исходный оригинал занимал объем в 200 раз больший.
Как уже говорилось ранее, чем выше коэффициент сжатия, тем хуже качество видео. Но многое зависит от используемого алгоритма. Для MPEG стандартом считается соотношение 200:1, при этом сохраняется неплохое качество видео. Различные варианты Motion-JPEG (Joint Photographic Experts Group)работают с коэффициентами от 5:1 до 100:1, хотя при уровне в 20:1 уже трудно добиться отличного качества изображения. Кроме того, качество видео зависит не только от алгоритма сжатия (MPEG или Motion-JPEG), но и от параметров цифровой видеоплаты, конфигурации компьютера и даже от программного обеспечения.
Выбор метода сжатия. Методы сжатия данных используют математические алгоритмы для устранения, группировки и/или усреднения схожих данных, присутствующих в видеосигнале. Выбор конкретного алгоритма зависит от конечной цели. Существует большое разнообразие алгоритмов сжатия, включая PLV, Compact Video, Indeo, RTV и AVC, но только Motion-JPEG, MPEG-1 и MPEG-2 признаны международными стандартами для сжатия видео. Практически все видеоплаты построены на основе одного из двух методов компрессии: Motion-JPEG или MPEG.