Перспективы использования многомерных функций для оценки качества работы современных видеокодеков
Калистратов Дмитрий Сергеевич,
аспирант кафедры «Радиоэлектроника» Тульского государственного университета.
Бурный характер развития цифрового телевидения в последние годы обеспечил интенсивный рост и накопление различных профилей и моделей видеокодеков – устройств, входящих в структуру цифровой телевизионной системы и обеспечивающих сжатие объёма передаваемой информации [1 Вернер М., 2 Ричардсон Я., 3 Сэломон Д.]. В стремлении разработать более новые и совершенные модели видеокодеков семейства MPEG-4, всё более отчётливо проявляется тенденция перевода в статус переменных величин тех параметров кодеков, которые ранее были постоянными. Так, например, в видеокодеках масштабируемого профиля, интенсивно задействуемых в интернет-общении пользователей, был введён динамически изменяемый формат кадра с целью обеспечения плавности воспроизведения кадровых потоков, а в видеокодеках, начиная с основного профиля и далее, переменным стал и размер макроблоков изображения. Между тем, существующие на сегодняшний день литературные источники, как правило содержат рекомендации по построению кодека или его отдельной части с опорой на экспериментальные исследовательские данные об изменении эффективности работы кодека при варьировании только какого-либо одного параметра, в то время как тема эффективности работы такого кодека при варьировании сразу нескольких параметров остаётся нераскрытой. В этой связи возникает необходимость исследования параметров качества работы видеокодеков с применением для анализа многомерных функций, учитывающих динамические изменения сразу нескольких параметров кодеков, чему и посвящена данная статья.
Для оценки указанной идеи был проведён ряд экспериментов, позволивший получить двумерную функцию зависимости коэффициента сжатия данных при различных значениях параметров размерностей макроблоков (частей изображения) и форматов кадров. Для этого была синтезирована динамическая последовательность из ста кадров (рисунок 1).
Рис. 1. Кадр экспериментальной видеопоследовательности.
Данная видеопоследовательность представляла процесс затухающих колебаний маятника. При этом в каждом кадре видеопоследовательности обнаруживались как подвижные объектные части изображения, так и неподвижные фоновые части изображения.
Синтезированная видеопоследовательность обрабатывалась моделью кодека на основе стандарта MPEG-4 простого профиля (рисунок 2) [2, Ричардсон Я.].
Рис. 2. Экспериментальная модель видеокодека.
Кодер образован следующей цепочкой элементов: прямой компенсатор движения (MCP), прямой дискретно-косинусный преобразователь (DCT), квантователь (QR), прямой зигзагообразный сканер (ZS), кодер серий переменной длинны (RLE) и этнропийный кодер (VLE). В состав декодера входят: этнропийный декодер (VLD), декодер серий переменной длинны (RLD), обратный зигзагообразный сканер (IZS), деквантователь (DQR), обратный дискретно-косинусный преобразователь (IDCT), обратный компенсатор движения (MCR).
Результаты экспериментальных данных, демонстрирующих вид двумерной функциональной зависимости коэффициента компрессии прототипного видеокодека от размерности макроблоков и форматов кадров, представлены далее (рисунок 3).
Рис. 3. Результаты экспериментальных исследований.
В данном частном случае наблюдается улучшение показателя степени сжатия видеоданных при совместном увеличении форматов кадров и размеров макроблоков. Установленная экспериментальная зависимость может в частности быть опорой для построения видеокодеков на базах масштабируемого и основного профилей.
Ещё одним примером использования многомерных функций в сфере видеокодирования является применение указанных функций в области стереовидеокодирования. Так, например, для того, чтобы оценить качество геометрического восстановления пространственной стереовидеоповерхности (рисунок 4) необходимо, в обязательном порядке, использовать двумерную функцию, например функцию расстояния между камерой и частями этой поверхности, от индексов соответствующих кадровых фрагментов.
а) б)
Рис. 4. Стереовидеоповерхности: а) идеализированная; б) экспериментальная.
Таким образом, возникают ситуации, когда не просто желательно, а необходимо использовать многомерные функции для оценки критериев качества работы современных видеокодеков.
Опираясь на результаты проведённых исследований, можно сделать следующий вывод относительно перспектив использования многомерных функций при оценке качества работы видеокодеков: при динамическом варьировании сразу нескольких параметров кодеков для получения наиболее достоверных данных об эффективности работы кодеков целесообразно использовать многомерные функциональные зависимости параметров качества работы кодеков для оценки эффективности их функционирования.
Литература
1. Вернер М. Основы кодирования. – М.: Техносфера, 2004. – 288с.
2. Ричардсон Я. Видеокодирование. Н.264 и МРЕG-4 – стандарты нового поколения. – М.: Техносфера, 2005. – 368с.
3. Сэломон Д. Сжатие данных, изображений и звука. – М.:Техносфера,2004. – 368с.
Поступила в редакцию 14.04.2014 г.