Вниз    На главную

Конкатенация кодеков компрессии JPEG и JPEG2000

Проблема конкатенации кодеков видеокомпрессии остро встала с развитием нелинейных систем монтажа и внедрением цифрового телевизионного вещания в мировую практику.

При производстве телевизионных программ объединяются изображения разных источников, в том числе материалы, прошедшие циклы компрессии-декомпрессии. Например, видеоматериалы, записанные по системе Digital Betacam и прошедшие цикл с мягкой компрессией 2:1, могут монтироваться с использованием системы нелинейного монтажа, использующей сжатие видеоданных 10:1. Информация по спутниковой линии связи со скоростью передачи данных 8 Мбит/с объединяется со студийными архивными материалами, записанными со скоростью 30 Мбит/с, а также с не компрессированными студийными изображениями и затем передается с использованием компрессии до 4 Мбит/с. Таким образом, перед предъявлением зрителю телевизионная программа может пройти каскадное соединение многих систем компрессии. Каждая из систем компрессии создает свои необратимые искажения и артефакты, которые могут усиливаться или замещаться искажениями других систем. Эта проблема очень многогранна. В системах семейства MPEG используются группы изображений, что создает дополнительные сложности. При каскадировании MPEG кодеков наилучшее качество достигается в том случае, если в них используются группы изображений одной и той же длины, структуры и фазы. Можно также отметить, что качество результирующего изображения практически будет предопределяться показателями системы компрессии самого низкого уровня.

Переменным параметром, определяющим поведение кодека на базе дискретного косинусного преобразования, является Q-фактор, а поведение кодека на базе дискретного вейвлет-преобразования определяется степенью сжатия. Поэтому для кодека на базе дискретного косинусного преобразования в экспериментах определялось оптимальное значения Q-фактора, а для кодека на базе дискретного вейвлет-преобразования - степень сжатия CR.

При последовательном соединении кодеков на базе дискретного косинусного преобразования, если параметры кодеков одинаковы или если Q-фактор при втором компрессировании в два или целое число раз меньше первоначального, вторая ступень компрессии не приводит к дополнительной субъективной деградации качества, по сравнению с выходом первой ступени. Использование при втором компрессировании Q-фактора ближайшего меньшего к Q-фактору первой степени и в 2 раза или в целое число раз меньше ближайшего меньшего, тоже не вносит заметных искажений, в то время как увеличение Q-фактора в два раза ведет к сильной деградации компрессируемого материала.

В случае последовательного включения двух кодеков на базе дискретного вейвлет-преобразования, если степень сжатия второго кодека меньше или равные первой ступени, заметного ухудшения качества по сравнению с качеством после прохождения первой ступени компрессии, происходить не будет.

Для случая последовательного соединения кодека на базе дискретного косинусного преобразования с кодеком на базе дискретного вейвлет-преобразования, вейвлет-кодер выступает как постфильтр. В работе показано, что независимо от статистики изображений применение второго кодека может привести к улучшению субъективного качества изображения, по сравнению с тем же изображением, прошедшим только одну ступень компрессии, при определенной степени сжатия второго кодека. Например, для тестового изображения Susie при q-факторt первой ступени видеокомпрессии 11 оптимальным для субъективного восприятия качества будет степени сжатия второй ступени видеокомпрессии 10, а для тестового изображения Cactus при q-факторе первой ступени видеокомпрессии 9 - степень сжатия 25. Причем при увеличении q-фактора первой ступени требуется увеличить и степень сжатия второй ступени для достижения улучшения субъективного качества.

В случае последовательного соединения кодека на базе дискретного вейвлет-преобразования с кодеком на базе дискретного косинусного преобразования, вейвлет-кодер выступает как предфильтр. В этом случае оптимальные параметры первого кодека определяются не второй ступенью, а статистикой изображения, в отличие от всех ранее нами рассмотренных случаев. Так, для изображений со статистикой как у тестового изображения Cactus, максимально возможное качество получается при степени сжатия первой ступени компрессии 24 независимо от параметров второй ступени компрессии. Для изображений имеющих статистику как тестовое изображение Mobile&Calendar, максимально возможное качество, возможно, получить при степени сжатия первой ступени компрессии 8. Для изображений со статистикой как у тестового изображения Portrait, максимально возможное качество, возможно, получить при степени сжатия первой ступени компрессии