Применение цветоразностной модели при видеокодировании

Применение цветоразностной модели при кодировании видео учитывает пространственную избыточность последовательности кадров:

· Когерентность областей изображения – малое изменение параметров изображения в соседних пикселах,

· Избыточность в цветовых плоскостях – яркость имеет большую важность по сравнению с цветовыми компонентами.

Форматы кодирования видео устанавливают соответствие между пространственными пикселами и цифровыми отсчетами (семплами), содержащими данные о компонентах яркости и цветностей (Y, C_b, C_r.) Каждый формат назначает степень присутствия каждой из компонент при воспроизведении видео.

Согласно формату 4:4:4 каждому пикселу сопоставляются все три компоненты, для кодировки которых используется три байта (рис.20а). Согласно рекомендации ITU-R BT.601для всех компонент используется одинаковая частота дискретизации, равная 13.5МГц. Число в названии формата указывает на относительную долю присутствия каждой компоненты.

Например, при размере изображения 720х576 пикселов, общее количество пикселей равно 720*576=414 720. Для представления каждого пиксела используются три байта, т.е. количество битов для каждого пиксела равно 24. Суммарное количество бит для представления изображения равно 9953280 (1215кбайт).

Согласно формату 4:2:2 для цветовых компонент используется частота дискретизации 6.75МГц, что предполагает формирование вдвое меньшего количества отсчетов, чем отсчетов яркости. Цветовые компоненты располагаются в каждой строке через один отсчет (рис.20б).

Таким образом, для представления пары пикселей используются два отсчета яркости и по одному цветовому отсчету синевы и красноты, т.е. 4 байта. При размере изображения 720х576 пикселов общее количество битов равно 6 635 520 (810кбайт).

Формат 4:2:2 используется для высококачественного цветного видео.

В формате 4:2:0 для воспроизведения квадратного фрагмента из четырех пикселей используются четыре компоненты яркости и по одной компоненте цветности (рис.20в).

Формат используется во многих потребительских приложениях.

а) 4:4:4	б) 4:2:2	в) 4:2:0

Рис.20 Форматы семплирования

Например, при размере изображения 720х576 пикселов количество битов равно:

- по яркости – 720*576*8=3 317 760,

- по цветностям – 2*8*(720*576)/4=1 658 880.

Всего: 4 976 640 бит (607.5 кбайт).

Если разделить количество бит на общее количество пикселей (720*576), то в среднем используется 12 бит на один пиксель. Поэтому такой формат также обозначается YV12. Характерно, что в формате 4:2:0 для воспроизведения группы из четырех пикселей требуются 6 байт (четыре для яркости и по одному для цветоразностных компонент), тогда как в формате 4:4:4 - 12 байт, т.е. вдвое больше.

а)

б)

в)

г)

Рис.21 Временные диаграммы передачи компонент яркости и цветностей для форматов: а) 4:4:4, б) 4:2:2, в) 4:1:1, г) 4:2:0

В формате 4:1:1 для группы из четырех пикселей также используется четыре компоненты яркости и по одной компоненте цветностей. Цветоразностные компоненты передаются в каждой строке, но их частоты дискретизации в четыре раза меньше частоты дискретизации сигнала яркости, т.е. равны 3.375 МГц. Соотношение между пикселами и отсчетами отличается от формата 4:2:0, т.к. группы из четырех пикселей располагаются в одной строке.

Формат 4:1:1 используется в системе NTSC, а формат 4:2:0 – в системе PAL/SECAM.

В формате 4:1:0 для группы из 16-ти пикселей используется 16 отсчетов яркости и по одному C_b и C_r.