MPEG4 هي تقنية ضغط مناسبة للمراقبة
تم الإعلان عن MPEG4 في نوفمبر 1998. المعيار الدولي MPEG4 ، الذي كان من المتوقع في الأصل أن يتم استخدامه في يناير 1999 ، ليس فقط لتشفير الفيديو والصوت بمعدل بتات معين ، ولكنه أيضًا يولي مزيدًا من الاهتمام لتفاعلية ومرونة أنظمة الوسائط المتعددة. يعمل خبراء مجموعة خبراء MPEG بجد من أجل صياغة MPEG-4. يتم استخدام معيار MPEG-4 بشكل أساسي في هاتف الفيديو والبريد الإلكتروني بالفيديو والأخبار الإلكترونية ، وما إلى ذلك. متطلبات معدل الإرسال منخفضة نسبيًا ، بين 4800-64000 بت / ثانية ، والدقة بين 4800-64000 بت / ثانية. إنه 176 × 144. يستخدم MPEG-4 نطاقًا تردديًا ضيقًا للغاية ، ويقوم بضغط البيانات ونقلها من خلال تقنية إعادة بناء الإطار ، من أجل الحصول على أقل البيانات والحصول على أفضل جودة للصورة.
بالمقارنة مع MPEG-1 و MPEG-2 ، فإن خاصية MPEG-4 هي أنها أكثر ملاءمة لخدمات AV التفاعلية والمراقبة عن بعد. MPEG-4 هو أول معيار للصورة الديناميكية يغيرك من السلبية إلى النشطة (لم تعد مجرد مشاهدة ، مما يسمح لك بالانضمام ، أي تفاعلي) ؛ ميزة أخرى لها هي شمولها. من المصدر ، يحاول MPEG-4 مزج الأشياء الطبيعية بأشياء من صنع الإنسان (بمعنى التأثيرات المرئية). يتمتع هدف تصميم MPEG-4 أيضًا بقدرة أكبر على التكيف وقابلية التوسع. يحاول MPEG4 تحقيق هدفين:
1. اتصالات الوسائط المتعددة في ظل معدل بتات منخفض.
2. إنه توليف من الاتصالات متعددة الوسائط في صناعات متعددة.
وفقًا لهذا الهدف ، يقدم MPEG4 كائنات AV (الصوت / كائنات Visaul) ، مما يجعل المزيد من العمليات التفاعلية ممكنة. دقة جودة الفيديو MPEG-4 عالية نسبيًا ، ومعدل البيانات منخفض نسبيًا. السبب الرئيسي هو أن MPEG-4 يعتمد تقنية ACE (كفاءة فك التشفير المتقدمة) ، وهي مجموعة من قواعد خوارزمية التشفير المستخدمة في MPEG-4 لأول مرة. يمكن أن يؤدي الاتجاه المستهدف المرتبط بـ ACE إلى تمكين معدلات بيانات منخفضة للغاية. بالمقارنة مع MPEG-2 ، يمكنه توفير 90٪ من مساحة التخزين. يمكن أيضًا ترقية MPEG-4 على نطاق واسع في تدفقات الصوت والفيديو. عندما يتغير الفيديو بين 5 كيلو بايت / ثانية و 10 ميجا بايت / ثانية ، يمكن معالجة إشارة الصوت بين 2 كيلو بايت / ثانية و 24 كيلو بايت / ثانية. من المهم بشكل خاص التأكيد على أن معيار MPEG-4 هو طريقة ضغط موجهة للكائنات. لا يقتصر الأمر على تقسيم الصورة إلى بعض الكتل مثل MPEG-1 و MPEG-2 ، ولكن وفقًا لمحتوى الصورة ، يتم فصل الكائنات (الكائنات والأحرف والخلفية) لأداء الترميز داخل الإطار والتشفير بين الإطارات والضغط ، ويسمح بتخصيص مرن لمعدلات الشفرة بين الكائنات المختلفة. يتم تخصيص عدد أكبر من البايت للكائنات المهمة ، ويتم تخصيص وحدات بايت أقل للكائنات الثانوية. وبالتالي ، تم تحسين نسبة الضغط بشكل كبير ، بحيث يمكن الحصول على نتائج أفضل بمعدل شفرة أقل. تعمل طريقة الضغط الموجه نحو الكائن في MPEG-4 أيضًا على جعل وظيفة اكتشاف الصور ودقتها أكثر انعكاسًا. تعمل وظيفة الكشف عن الصور على تمكين نظام مسجل فيديو القرص الصلب من الحصول على وظيفة إنذار أفضل لحركة الفيديو.
باختصار ، يعد MPEG-4 معيارًا جديدًا لترميز الفيديو مع معدل بت منخفض ونسبة ضغط عالية. معدل الإرسال هو 4.8 ~ 64kbit / s ، ويشغل مساحة تخزين صغيرة نسبيًا. على سبيل المثال ، بالنسبة لشاشة ملونة بدقة 352 × 288 ، عندما تكون المساحة التي يشغلها كل إطار 1.3 كيلوبايت ، إذا حددت 25 إطارًا / ثانية ، فستتطلب 120 كيلوبايت في الساعة ، 10 ساعات في اليوم ، 30 يومًا في الشهر و 36 جيجابايت لكل قناة شهريًا. إذا كانت 8 قنوات ، فستحتاج إلى 288 جيجا بايت ، وهو أمر مقبول بشكل واضح.
هناك العديد من أنواع التقنيات في هذا المجال ، ولكن أكثرها أساسية والأكثر استخدامًا في نفس الوقت هي MPEG1 و MPEG2 و MPEG4 وغيرها من التقنيات. MPEG1 هي تقنية ذات نسبة ضغط عالية ولكن جودة صورة أقل ؛ بينما تركز تقنية MPEG2 بشكل أساسي على جودة الصورة ، ونسبة الضغط صغيرة ، لذا فهي تتطلب مساحة تخزين كبيرة ؛ تعد تقنية MPEG4 تقنية أكثر شيوعًا في الوقت الحاضر ، ويمكن أن يكون استخدام هذه التقنية هو توفير مساحة ، وجودة صورة عالية ، ولا تتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا لنقل الشبكة. في المقابل ، تحظى تقنية MPEG4 بشعبية نسبية في الصين وقد تم الاعتراف بها أيضًا من قبل خبراء الصناعة.
وفقًا للمقدمة ، نظرًا لأن معيار MPEG4 يستخدم خطوط الهاتف كوسيط إرسال ، يمكن تكوين وحدات فك التشفير في الموقع وفقًا لمتطلبات التطبيق المختلفة. الفرق بينه وبين طريقة تشفير الضغط القائمة على الأجهزة المخصصة هو أن نظام التشفير مفتوح ويمكن إضافة وحدات خوارزمية جديدة وفعالة في أي وقت. يضبط MPEG4 طريقة الضغط وفقًا للخصائص المكانية والزمانية للصورة ، وذلك للحصول على نسبة ضغط أكبر ، ودفق كود ضغط أقل وجودة صورة أفضل من MPEG1. أهداف التطبيق الخاصة به هي الإرسال ضيق النطاق ، والضغط عالي الجودة ، والعمليات التفاعلية ، والتعبيرات التي تدمج الكائنات الطبيعية مع الأشياء التي يصنعها الإنسان ، مع التأكيد بشكل خاص على قابلية التكيف الواسعة وقابلية التوسع. لذلك ، يعتمد MPEG4 على خصائص وصف المشهد والتصميم الموجه لعرض النطاق الترددي ، مما يجعله مناسبًا جدًا لمجال المراقبة بالفيديو ، وهو ما ينعكس بشكل أساسي في الجوانب التالية:
1. يتم توفير مساحة التخزين - المساحة المطلوبة لاعتماد MPEG4 هي 1/10 من تلك الخاصة بـ MPEG1 أو M-JPEG. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن MPEG4 يمكنه ضبط طريقة الضغط تلقائيًا وفقًا لتغييرات المشهد ، فيمكنه ضمان عدم تدهور جودة الصورة للصور الثابتة والمشاهد الرياضية العامة ومشاهد النشاط المكثف. إنها طريقة تشفير فيديو أكثر فعالية.
2. جودة صورة عالية - أعلى دقة صورة لـ MPEG4 هي 720x576 ، وهي قريبة من تأثير صورة DVD. يحدد MPEG4 المستند إلى وضع ضغط AV أنه يمكن أن يضمن تعريفًا جيدًا للأشياء المتحركة ، كما يمكن ضبط جودة الوقت / الوقت / الصورة.
3. إن متطلبات عرض النطاق الترددي للإرسال عبر الشبكة ليست عالية - لأن نسبة ضغط MPEG4 تزيد عن 10 أضعاف تلك الخاصة بـ MPEG1 و M-JPEG من نفس الجودة ، فإن عرض النطاق المشغول أثناء الإرسال عبر الشبكة لا يتجاوز 1/10 من ذلك MPEG1 و M-JPEG بنفس الجودة. . وفقًا لمتطلبات جودة الصورة نفسها ، لا يحتاج MPEG4 إلا إلى عرض نطاق ترددي أضيق.
====================
الملامح الفنية لمعيار ترميز الفيديو الجديد H.264
ملخص:
للتطبيقات العملية ، تعد التوصية H.264 التي تمت صياغتها بشكل مشترك من قبل منظمتي التقييس الدوليتين الرئيسيتين ، ISO / IEC و ITU-T ، تطورًا جديدًا في تكنولوجيا تشفير الفيديو. له ميزاته الفريدة في تقدير الحركة متعدد الأوضاع ، وتحويل الأعداد الصحيحة ، وتشفير رمز VLC الموحد ، وبناء جملة الترميز متعدد الطبقات. لذلك ، تتمتع خوارزمية H.264 بكفاءة تشفير عالية ، ويجب أن تكون آفاق تطبيقها بديهية.
الكلمات المفتاحية: اتصالات صورة ترميز الفيديو JVT
منذ الثمانينيات ، أدى إدخال سلسلتين رئيسيتين من معايير تشفير الفيديو الدولية ، MPEG-x التي صاغتها ISO / IEC و H.1980x التي صاغها قطاع تقييس الاتصالات ، إلى حقبة جديدة من تطبيقات اتصالات وتخزين الفيديو. من توصيات تشفير الفيديو H.26 إلى H.261 / 262 و MPEG-3/1/2 وما إلى ذلك ، هناك هدف مشترك يتم متابعته باستمرار ، وهو الحصول على أكبر قدر ممكن من أقل معدل بتات ممكن (أو سعة التخزين). جودة صورة جيدة. علاوة على ذلك ، مع زيادة طلب السوق على نقل الصور ، أصبحت مشكلة كيفية التكيف مع خصائص الإرسال للقنوات المختلفة واضحة بشكل متزايد. هذه هي المشكلة التي يتعين حلها بواسطة معيار الفيديو الجديد H.4 الذي تم تطويره بالاشتراك بين IEO / IEC و ITU-T.
H.261 هو أول اقتراح لترميز الفيديو ، والغرض منه هو توحيد تقنية تشفير الفيديو في تطبيقات الهاتف المرئي والتليفزيوني عبر شبكة ISDN. تجمع الخوارزمية التي تستخدمها بين طريقة تشفير هجينة للتنبؤ بين الأرتال التي يمكن أن تقلل التكرار الزمني وتحويل DCT الذي يمكن أن يقلل التكرار المكاني. إنها تطابق قناة ISDN ، ومعدل كود الخرج هو p × 64kbit / s. عندما تكون قيمة p صغيرة ، يمكن فقط نقل الصور ذات الدقة المنخفضة ، وهي مناسبة للمكالمات التلفزيونية وجهًا لوجه ؛ عندما تكون قيمة p كبيرة (مثل p> 6) ، يمكن إرسال صور تلفزيون المؤتمر ذات التعريف الأفضل. توصي H.263 بمعيار ضغط الصور بمعدل بت منخفض ، والذي يعد تقنيًا تحسينًا وتوسيعًا لـ H.261 ، ويدعم التطبيقات بمعدل بت أقل من 64 كيلو بت / ثانية. ولكن في الواقع تم تطوير H.263 وما بعده H.263 + و H.263 ++ لدعم تطبيقات معدل البت الكامل. يمكن رؤيته من حقيقة أنه يدعم العديد من تنسيقات الصور ، مثل Sub-QCIF و QCIF و CIF و 4CIF وحتى 16CIF وتنسيقات أخرى.
يبلغ معدل الشفرة لمعيار MPEG-1 حوالي 1.2 ميجابت / ثانية ، ويمكن أن يوفر 30 إطارًا من صور ذات جودة CIF (352 × 288). تمت صياغته لتخزين الفيديو وتشغيل أقراص CD-ROM. تشبه الخوارزمية الأساسية لجزء تشفير الفيديو القياسي MPEG-l H.261 / H.263 ، كما تم اعتماد مقاييس مثل التنبؤ بين الأرتال المعوض بالحركة ، و DCT ثنائي الأبعاد ، وتشفير طول تشغيل VLC. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقديم مفاهيم مثل الإطار الداخلي (I) والإطار التنبئي (P) والإطار التنبئي ثنائي الاتجاه (B) والرتل DC (D) لزيادة تحسين كفاءة التشفير. على أساس MPEG-1 ، أدخل معيار MPEG-2 بعض التحسينات في تحسين دقة الصورة والتوافق مع التلفزيون الرقمي. على سبيل المثال ، دقة متجه الحركة نصف بكسل ؛ في عمليات التشفير (مثل تقدير الحركة و DCT) التمييز بين "الإطار" و "المجال" ؛ إدخال تقنيات قابلية الترميز ، مثل قابلية التوسع المكاني ، وقابلية التوسع الزمني ، وقابلية التوسع في نسبة الإشارة إلى الضوضاء. أدخل معيار MPEG-4 الذي تم تقديمه في السنوات الأخيرة الترميز بناءً على الكائنات السمعية والبصرية (AVO: كائن صوتي ومرئي) ، مما يحسن بشكل كبير القدرات التفاعلية وكفاءة التشفير لاتصالات الفيديو. اعتمد MPEG-4 أيضًا بعض التقنيات الجديدة ، مثل ترميز الشكل ، و DCT التكيفي ، وترميز كائن الفيديو العشوائي ، وما إلى ذلك. لكن مشفر الفيديو الأساسي لـ MPEG-4 لا يزال ينتمي إلى نوع من المشفر الهجين مشابه لـ H.263.
باختصار ، توصية H.261 هي ترميز فيديو كلاسيكي ، H.263 هو تطورها ، وسوف تحل محلها تدريجيًا في الممارسة ، وتستخدم بشكل أساسي في الاتصالات ، لكن الخيارات العديدة لـ H.263 غالبًا ما تجعل المستخدمين في حيرة. تطورت سلسلة معايير MPEG من تطبيقات لوسائط التخزين إلى تطبيقات تتكيف مع وسائط الإرسال. يتوافق الإطار الأساسي لترميز الفيديو الأساسي مع H.261. من بينها ، جزء "الترميز المستند إلى الكائن" اللافت للنظر من MPEG-4 يرجع إلى أنه لا يزال هناك عقبات فنية ، ومن الصعب تطبيقه عالميًا. لذلك ، فإن مقترح ترميز الفيديو الجديد H.264 الذي تم تطويره على هذا الأساس يتغلب على نقاط الضعف في الاثنين ، ويقدم طريقة ترميز جديدة في إطار الترميز الهجين ، ويحسن كفاءة الترميز ، ويواجه تطبيقات عملية. وفي الوقت نفسه ، تمت صياغته بشكل مشترك من قبل منظمتي التقييس الدوليتين الرئيسيتين ، وينبغي أن تكون آفاق تطبيقه بديهية.
1. JVT's H.264
H.264 هو معيار جديد لترميز الفيديو الرقمي تم تطويره بواسطة فريق الفيديو المشترك (JVT: فريق الفيديو المشترك) لـ VCEG (مجموعة خبراء ترميز الفيديو) من ITU-T و MPEG (مجموعة خبراء ترميز الصور المتحركة) من ISO / IEC. إنه جزء 10 من H.264 الخاص بقطاع تقييس الاتصالات و MPEG-4 الخاص بمعيار ISO / IEC. بدأ طلب المسودات في يناير 1998. تم الانتهاء من المسودة الأولى في سبتمبر 1999. تم تطوير نموذج الاختبار TML-8 في مايو 2001. تم تمرير مجلس FCD لـ H.264 في الاجتماع الخامس لـ JVT في يونيو 5.. المعيار قيد التطوير حاليًا ومن المتوقع أن يتم اعتماده رسميًا في النصف الأول من العام المقبل.
H.264 ، مثل المعيار السابق ، هو أيضًا أسلوب تشفير هجين لـ DPCM بالإضافة إلى تشفير التحويل. ومع ذلك ، فإنه يتبنى تصميمًا موجزًا لـ "العودة إلى الأساسيات" ، بدون العديد من الخيارات ، ويحصل على أداء ضغط أفضل بكثير من H.263 ++ ؛ إنه يقوي القدرة على التكيف مع القنوات المختلفة ويعتمد بنية وتركيب "صديقين للشبكة". يؤدي إلى معالجة الأخطاء وفقدان الحزم ؛ مجموعة واسعة من أهداف التطبيق لتلبية احتياجات السرعات المختلفة ، والدقة المختلفة ، ومناسبات الإرسال (التخزين) المختلفة ؛ نظامها الأساسي مفتوح وليس هناك حاجة لحقوق الطبع والنشر للاستخدام.
من الناحية الفنية ، هناك العديد من النقاط البارزة في معيار H.264 ، مثل ترميز رمز VLC الموحد ، والدقة العالية ، وتقدير الإزاحة متعدد الأوضاع ، وتحويل الأعداد الصحيحة استنادًا إلى كتل 4 × 4 ، وبناء جملة الترميز متعدد الطبقات. تجعل هذه الإجراءات خوارزمية H.264 ذات كفاءة تشفير عالية جدًا ، وتحت نفس جودة الصورة المعاد بناؤها ، يمكنها توفير حوالي 50 ٪ من معدل الشفرة مقارنة بـ H.263. يتمتع هيكل دفق الكود الخاص بـ H.264 بقدرة قوية على التكيف مع الشبكة ، ويزيد من إمكانات استعادة الأخطاء ، ويمكن أن يتكيف بشكل جيد مع تطبيق IP والشبكات اللاسلكية.
2. الملامح الفنية لـ H264
تصميم متعدد الطبقات
يمكن تقسيم خوارزمية H.264 من الناحية المفاهيمية إلى طبقتين: طبقة تشفير الفيديو (VCL: طبقة تشفير الفيديو) مسؤولة عن تمثيل محتوى الفيديو الفعال ، وطبقة تجريد الشبكة (NAL: طبقة تجريد الشبكة) مسؤولة عن الطريقة المناسبة التي تتطلبها الشبكة. حزم ونقل البيانات. يظهر الهيكل الهرمي لمشفر H.264 في الشكل 1. يتم تعريف السطح البيني القائم على الرزم بين VCL و NAL ، والتعبئة والتشوير المقابل هما جزء من NAL. وبهذه الطريقة ، يتم إكمال مهام كفاءة التشفير العالية والملاءمة للشبكة بواسطة VCL و NAL على التوالي.
تشتمل طبقة VCL على تشفير هجين قائم على تعويض الحركة وبعض الميزات الجديدة. مثل معايير ترميز الفيديو السابقة ، لا تتضمن H.264 وظائف مثل المعالجة المسبقة والمعالجة اللاحقة في المسودة ، والتي يمكن أن تزيد من مرونة المعيار.
NAL مسؤول عن استخدام تنسيق التجزئة لشبكة الطبقة السفلية لتغليف البيانات ، بما في ذلك التأطير ، وإشارات القناة المنطقية ، واستخدام معلومات التوقيت ، أو إشارة نهاية التسلسل ، إلخ. على سبيل المثال ، يدعم NAL تنسيقات نقل الفيديو على القنوات بتبديل الدارات ، و يدعم تنسيقات نقل الفيديو على الإنترنت باستخدام RTP / UDP / IP. يتضمن NAL معلومات الرأس الخاصة به ومعلومات بنية المقطع ومعلومات التحميل الفعلية ، أي بيانات VCL ذات الطبقة العليا. (إذا تم استخدام تقنية تجزئة البيانات ، فقد تتكون البيانات من عدة أجزاء).
تقدير الحركة عالي الدقة ومتعدد الأوضاع
يدعم H.264 متجهات الحركة بدقة 1/4 أو 1/8 بكسل. بدقة 1/4 بكسل ، يمكن استخدام مرشح 6 نقرات لتقليل الضوضاء عالية التردد. بالنسبة إلى متجهات الحركة بدقة 1/8 بكسل ، يمكن استخدام مرشح 8 نقرات أكثر تعقيدًا. عند إجراء تقدير الحركة ، يمكن لجهاز التشفير أيضًا تحديد مرشحات الاستيفاء "المُحسَّنة" لتحسين تأثير التنبؤ
في التنبؤ بالحركة لـ H.264 ، يمكن تقسيم كتلة ماكرو (MB) إلى كتل فرعية مختلفة وفقًا للشكل 2 لتشكيل 7 أوضاع مختلفة لأحجام الكتلة. يعد هذا التقسيم المرن والمفصل متعدد الأوضاع أكثر ملاءمة لشكل الكائنات المتحركة الفعلية في الصورة ، مما يتحسن بشكل كبير
تم تحسين دقة تقدير الحركة. بهذه الطريقة ، يمكن أن تحتوي كل كتلة ماكرو على 1 أو 2 أو 4 أو 8 أو 16 متجه حركة.
في H.264 ، يُسمح للمشفر باستخدام أكثر من إطار سابق لتقدير الحركة ، وهو ما يسمى بالتكنولوجيا المرجعية متعددة الإطارات. على سبيل المثال ، إذا كان 2 أو 3 إطارات هي مجرد إطارات مرجعية مشفرة ، فسيحدد المشفر إطارًا أفضل للتنبؤ لكل كتلة macroblock مستهدفة ، ويوضح لكل إطار macroblock أي إطار يتم استخدامه للتنبؤ.
4 × 4 كتلة تحويل عدد صحيح
يشبه H.264 المعيار السابق ، باستخدام تشفير التحويل القائم على الكتلة للمتبقي ، لكن التحويل عبارة عن عملية عدد صحيح بدلاً من عملية رقم حقيقي ، والعملية تشبه بشكل أساسي عملية DCT. ميزة هذه الطريقة هي أن نفس التحويل الدقيق والتحويل العكسي مسموح بهما في المشفر ومفكك التشفير ، مما يسهل استخدام الحساب البسيط للنقطة الثابتة. بمعنى آخر ، لا يوجد "خطأ تحويل عكسي" هنا. وحدة التحويل هي 4 × 4 كتل ، بدلاً من 8 × 8 كتل شائعة الاستخدام في الماضي. عندما يتم تقليل حجم كتلة التحويل ، يكون تقسيم الجسم المتحرك أكثر دقة. بهذه الطريقة ، ليس فقط مقدار حساب التحويل صغيرًا نسبيًا ، ولكن أيضًا يتم تقليل خطأ التقارب عند حافة الكائن المتحرك بشكل كبير. من أجل جعل طريقة تحويل الكتلة صغيرة الحجم لا تنتج فرق التدرج الرمادي بين الكتل في المنطقة الملساء الأكبر في الصورة ، معامل DC لـ 16 4 × 4 كتلة من بيانات سطوع macroblock داخل الإطار (كل كتلة صغيرة واحدة ، ما مجموعه 16) تحويل كتلة ثانية 4 × 4 ، وينفذ تحويل كتلة 2 × 2 على معاملات DC 4 4 × 4 كتل من بيانات التلوين (واحد لكل كتلة صغيرة ، 4 في المجموع).
من أجل تحسين قدرة التحكم في معدل H.264 ، يتم التحكم في تغيير حجم خطوة التكمية بحوالي 12.5٪ بدلاً من الزيادة المستمرة. تتم معالجة تطبيع سعة معامل التحويل في عملية التكميم العكسي لتقليل التعقيد الحسابي. من أجل التأكيد على دقة اللون ، تم اعتماد حجم خطوة تكمية صغيرة لمعامل التلوين.
VLC موحد
هناك طريقتان لتشفير الكون في H.264. الأول هو استخدام VLC الموحد (UVLC: Universal VLC) ليتم تشفير جميع الرموز ، والآخر هو استخدام الترميز الحسابي الثنائي المتكيف مع المحتوى (CABAC: السياق التكيفي). ثنائي حسابي الترميز). يعد CABAC خيارًا اختياريًا ، وأداء الترميز الخاص به أفضل قليلاً من UVLC ، ولكن التعقيد الحسابي أعلى أيضًا. يستخدم UVLC مجموعة كلمات رمزية ذات طول غير محدود ، وبنية التصميم منتظمة للغاية ، ويمكن ترميز كائنات مختلفة بنفس جدول الرموز. هذه الطريقة سهلة لإنشاء كلمة رمز ، ويمكن لوحدة فك التشفير تحديد بادئة كلمة المرور بسهولة ، ويمكن لـ UVLC الحصول بسرعة على إعادة المزامنة عند حدوث خطأ بت
هنا ، x0 ، x1 ، x2 ، ... هي بتات INFO ، وهي 0 أو 1. يسرد الشكل 4 أول 9 كلمات مشفرة. على سبيل المثال ، الكلمة الرابعة تحتوي على INFO4. تم تحسين تصميم كلمة الشفرة هذه من أجل إعادة التزامن السريع لمنع أخطاء البت.
داخل pdiction
في سلسلة H.26x السابقة ومعايير السلسلة MPEG-x ، تُستخدم طرق التنبؤ بين الأرتال. في H.264 ، يتوفر التنبؤ داخل الإطار عند ترميز صور Intra. لكل كتلة 4 × 4 (باستثناء المعالجة الخاصة لكتلة الحافة) ، يمكن توقع كل بكسل بمجموع مرجح مختلف لأقرب 17 بكسلًا مشفرًا مسبقًا (بعض الأوزان يمكن أن تكون 0) ، أي هذا البكسل 17 بكسل في الزاوية اليسرى العلوية من الكتلة. من الواضح أن هذا النوع من التنبؤ داخل الإطار ليس في الوقت المناسب ، ولكنه خوارزمية تشفير تنبؤية يتم إجراؤها في المجال المكاني ، والتي يمكن أن تزيل التكرار المكاني بين الكتل المجاورة وتحقيق ضغط أكثر فعالية.
في المربع 4 × 4 ، a ، b ، ... ، p هي 16 بكسل يمكن توقعها ، و A ، B ، ... ، P هي وحدات بكسل مشفرة. على سبيل المثال ، يمكن التنبؤ بقيمة النقطة m بالصيغة (J + 2K + L + 2) / 4 ، أو بالصيغة (A + B + C + D + I + J + K + L) / 8 ، وما إلى ذلك وهلم جرا. وفقًا للنقاط المرجعية للتنبؤ المختارة ، هناك 9 أوضاع مختلفة للإضاءة ، ولكن لا يوجد سوى وضع واحد للتنبؤ داخل الإطار بالتلوين.
لبيئات IP واللاسلكي
يحتوي مشروع H.264 على أدوات للتخلص من الأخطاء لتسهيل إرسال الفيديو المضغوط في بيئة بها أخطاء متكررة وخسارة رزمة ، مثل متانة الإرسال في القنوات المتنقلة أو قنوات IP.
من أجل مقاومة أخطاء الإرسال ، يمكن تحقيق مزامنة الوقت في دفق الفيديو H.264 باستخدام تحديث الصورة داخل الإطار ، ويتم دعم التزامن المكاني عن طريق التشفير الهيكلي على شكل شرائح. في الوقت نفسه ، من أجل تسهيل إعادة المزامنة بعد خطأ بت ، يتم أيضًا توفير نقطة إعادة مزامنة معينة في بيانات الفيديو الخاصة بالصورة. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح تحديث macroblock داخل الإطار والكتل الكبيرة المرجعية المتعددة للمشفر بأن يأخذ ليس فقط كفاءة التشفير في الاعتبار ، ولكن أيضًا خصائص قناة الإرسال عند تحديد وضع macroblock.
بالإضافة إلى استخدام تغيير حجم خطوة التكميم للتكيف مع معدل شفرة القناة ، في H.264 ، غالبًا ما تستخدم طريقة تجزئة البيانات للتعامل مع تغيير معدل شفرة القناة. بشكل عام ، يتمثل مفهوم تجزئة البيانات في إنشاء بيانات فيديو ذات أولويات مختلفة في المشفر لدعم جودة الخدمة QoS في الشبكة. على سبيل المثال ، تم اعتماد طريقة تقسيم البيانات المستندة إلى بناء الجملة لتقسيم بيانات كل إطار إلى عدة أجزاء وفقًا لأهميتها ، مما يسمح بإهمال المعلومات الأقل أهمية عندما يفيض المخزن المؤقت. يمكن أيضًا استخدام طريقة تقسيم البيانات الزمنية المماثلة ، والتي يتم إنجازها باستخدام أطر مرجعية متعددة في الإطارات P و B.
في تطبيق الاتصال اللاسلكي ، يمكننا دعم تغييرات معدل البت الكبيرة للقناة اللاسلكية عن طريق تغيير دقة التكميم أو دقة المكان / الوقت لكل إطار. ومع ذلك ، في حالة البث المتعدد ، من المستحيل مطالبة المشفر بالاستجابة لمعدلات بتات مختلفة. لذلك ، على عكس طريقة FGS (قابلية التحجيم الدقيقة) المستخدمة في MPEG-4 (بكفاءة أقل) ، يستخدم H.264 إطارات SP لتبديل الدفق بدلاً من الترميز الهرمي.
========================
3. أداء TML-8
TML-8 هو وضع اختبار H.264 ، استخدمه لمقارنة واختبار كفاءة تشفير الفيديو لـ H.264. أظهرت PSNR المقدمة من نتائج الاختبار بوضوح أنه بالمقارنة مع أداء MPEG-4 (ASP: Advanced Simple Profile) و H.263 ++ (HLP: High Latency Profile) ، فإن نتائج H.264 لها مزايا واضحة. كما هو مبين في الشكل 5.
من الواضح أن PSNR لـ H.264 أفضل من MPEG-4 (ASP) و H.263 ++ (HLP). في اختبار المقارنة المكون من 6 سرعات ، يكون مستوى PSNR لـ H.264 أعلى بمقدار 2 ديسيبل من MPEG-4 (ASP) في المتوسط. إنه 3 ديسيبل أعلى من H.263 (HLP) في المتوسط. معدلات الاختبار الستة والظروف المرتبطة بها هي: معدل 6 kbit / s ، ومعدل الإطارات 32f / s ونسق QCIF ؛ معدل 10 kbit / s ، معدل إطارات 64f / s و تنسيق QCIF ؛ معدل 15 كيلو بت / ثانية ، معدل الإطار 128f / s وتنسيق CIF ؛ معدل 15 كيلو بت / ثانية ، معدل إطارات 256f / s وتنسيق QCIF ؛ معدل 15 kbit / s ، معدل إطارات 512f / s وتنسيق CIF ؛ معدل 30 كيلو بت / ثانية ، معدل إطارات 1024f / s وتنسيق CIF.
4. صعوبة التحقيق
لكل مهندس يفكر في التطبيقات العملية ، مع الانتباه إلى الأداء المتفوق لـ H.264 ، فإنه ملزم بقياس صعوبة تنفيذه. بشكل عام ، يتم تحسين أداء H.264 على حساب زيادة التعقيد. ومع ذلك ، مع تطور التكنولوجيا ، فإن هذه الزيادة في التعقيد تقع ضمن النطاق المقبول لتقنيتنا الحالية أو المستقبل القريب. في الواقع ، بالنظر إلى محدودية التعقيد ، لم تعتمد H.264 بعض الخوارزميات المحسّنة باهظة الثمن من الناحية الحسابية. على سبيل المثال ، لا تستخدم H.264 تقنية تعويض الحركة العالمية ، والتي يتم استخدامها في MPEG-4 ASP. زيادة تعقيد الترميز الكبير.
يتضمن كل من H.264 و MPEG-4 إطارات B وأكثر دقة وشكلمرشحات الاستيفاء بحركة lex من MPEG-2 أو H.263 أو MPEG-4 SP (ملف تعريف بسيط). من أجل تقدير الحركة الكامل بشكل أفضل ، زاد H.264 بشكل كبير أنواع أحجام الكتل المتغيرة وعدد الإطارات المرجعية المتغيرة.
تُستخدم متطلبات ذاكرة الوصول العشوائي H.264 بشكل أساسي لصور الإطار المرجعي ، وتستخدم معظم مقاطع الفيديو المشفرة من 3 إلى 5 إطارات من الصور المرجعية. لا يتطلب ذاكرة ROM أكثر من برنامج تشفير الفيديو المعتاد ، لأن H.264 UVLC يستخدم جدول بحث جيد التنظيم لجميع أنواع البيانات
5. ملاحظات ختامية
يحتوي H.264 على آفاق تطبيق واسعة ، مثل اتصالات الفيديو في الوقت الفعلي ، ونقل الفيديو عبر الإنترنت ، وخدمات دفق الفيديو ، والاتصال متعدد النقاط على الشبكات غير المتجانسة ، وتخزين الفيديو المضغوط ، وقواعد بيانات الفيديو ، وما إلى ذلك.
يمكن تلخيص الخصائص التقنية لتوصيات التوصية H.264 في ثلاثة جوانب. الأول هو التركيز على التطبيق العملي ، واعتماد التكنولوجيا الناضجة ، والسعي لتحقيق كفاءة ترميز أعلى ، والتعبير المختصر ؛ والآخر هو التركيز على التكيف مع شبكات المحمول وشبكات IP واعتماد التكنولوجيا الهرمية ، التي تفصل بين التشفير والقناة رسميًا ، في جوهرها ، تأخذ في الاعتبار خصائص القناة بشكل أكبر في خوارزمية تشفير المصدر ؛ والثالث هو أنه في ظل الإطار الأساسي لجهاز التشفير الهجين ، يتم تصنيع جميع مكوناته الرئيسية. التحسينات الرئيسية ، مثل تقدير الحركة متعدد الأوضاع ، والتنبؤ داخل الإطار ، والتنبؤ متعدد الإطارات ، و VLC الموحد ، وتحويل عدد صحيح ثنائي الأبعاد 4 × 4 ، إلخ.
حتى الآن ، لم يتم الانتهاء من H.264 ، ولكن نظرًا لارتفاع نسبة الضغط والتكيف الأفضل للقناة ، سيتم استخدامه على نطاق واسع في مجال اتصالات الفيديو الرقمية أو التخزين ، وإمكانات تطويره غير محدودة.
أخيرًا ، يجب ملاحظة أن الأداء المتفوق لـ H.264 لا يخلو من التكلفة ، ولكن التكلفة هي زيادة كبيرة في التعقيد الحسابي. وفقًا للتقديرات ، يبلغ التعقيد الحسابي للتشفير حوالي ثلاثة أضعاف التعقيد H.263 ، وتعقيد فك التشفير تقريبًا مرتين من H.2.
===========================
فهم المنتجات التكنولوجية H.264 و MPEG-4 بشكل صحيح ، وتخلص من الدعاية الكاذبة للشركة المصنعة
من المعروف أن معيار ترميز الفيديو H.264 لديه درجة معينة من التقدم ، ولكنه ليس معيار ترميز الفيديو المفضل ، خاصةً كمنتج للمراقبة ، لأنه يحتوي أيضًا على بعض العيوب الفنية.
تم تضمينه في معيار MPEG-4 Part 10 باعتباره معيار ترميز الفيديو H.264 ، مما يعني أنه متصل فقط بالجزء العاشر من MPEG-4. بمعنى آخر ، لا يتجاوز H.264 نطاق معيار MPEG-4. لذلك ، من غير الصحيح أن معيار H.264 وجودة نقل الفيديو على الإنترنت أعلى من MPEG-4. الانتقال من MPEG-4 إلى H.264 غير مفهوم بشكل أكبر. أولاً ، دعونا نفهم بشكل صحيح تطوير MPEG-4:
1. تعد MPEG-4 (SP) و MPEG-4 (ASP) من أوائل تقنيات منتجات MPEG-4
تم اقتراح MPEG-4 (SP) و MPEG-4 (ASP) في عام 1998. وقد تطورت تقنيتهما حتى الوقت الحاضر ، وهناك بالفعل بعض المشاكل. لذلك ، فإن الموظفين التقنيين الحاليين المملوكين للدولة والذين لديهم القدرة على تطوير MPEG-4 لم يعتمدوا هذه التقنية المتخلفة في منتجات MPEG-4 للمراقبة بالفيديو أو مؤتمرات الفيديو. المقارنة بين منتجات H.264 (المنتجات التقنية بعد 2005) وتقنية MPEG-4 (SP) المبكرة التي تم الترويج لها على الإنترنت غير مناسبة حقًا. هل يمكن أن تكون مقارنة أداء منتجات تكنولوجيا المعلومات في عامي 2005 و 2001 مقنعة؟ . ما يجب شرحه هنا هو أن هذا هو سلوك الضجيج التقني للمصنعين.
يرجى إلقاء نظرة على مقارنة التكنولوجيا:
بعض المقارنات المضللة من قبل الشركات المصنعة: في ظل نفس جودة الصورة المعاد بناؤها ، يقلل H.264 معدل البت بنسبة 50٪ مقارنة بـ H.263 + و MPEG-4 (SP).
تقارن هذه البيانات بشكل أساسي بيانات منتجات التكنولوجيا الجديدة H.264 مع بيانات منتجات التكنولوجيا المبكرة MPEG-4 ، والتي لا معنى لها ومضللة لمقارنة منتجات تقنية MPEG-4 الحالية. لماذا لم تقارن منتجات H.264 البيانات بمنتجات تقنية MPEG-4 الجديدة في عام 2006؟ إن تطوير تقنية ترميز الفيديو H.264 سريع جدًا بالفعل ، لكن تأثير الفيديو الخاص بفك تشفير الفيديو يعادل فقط تأثير الفيديو الخاص بـ Microsoft Windows Media Player 9.0 (WM9). في الوقت الحالي ، على سبيل المثال ، وصلت تقنية MPEG-4 التي يستخدمها خادم فيديو القرص الصلب ومعدات مؤتمرات الفيديو من Huayi إلى المواصفات الفنية (WMV) في تقنية فك تشفير الفيديو ، ومزامنة الصوت والفيديو أقل من 0.15 ثانية (خلال 150 مللي ثانية ). لا يمكن أن تتطابق H.264 و Microsoft WM9
2. تقنية فك ترميز الفيديو MPEG-4 المتطورة:
في الوقت الحاضر ، تتطور تقنية وحدة فك ترميز الفيديو MPEG-4 بسرعة ، وليس مثل ضجة الشركات المصنعة على الإنترنت. تكمن ميزة معيار الصورة H.264 الحالي في ضغطه وتخزينه فقط ، وهو أصغر بنسبة 15-20٪ من ملف تخزين MPEG-4 الحالي لمنتجات Huayi ، لكن تنسيق الفيديو الخاص به ليس تنسيقًا قياسيًا. والسبب هو أن H.264 لا يعتمد تنسيق تخزين مستخدَم دوليًا ، ولا يمكن فتح ملفات الفيديو الخاصة به باستخدام برامج الجهات الخارجية المستخدمة دوليًا. لذلك ، في بعض الحكومات والوكالات المحلية ، عند اختيار المعدات ، يُذكر بوضوح أنه يجب فتح ملفات الفيديو باستخدام برنامج طرف ثالث مقبول دوليًا. هذا مهم حقًا لمراقبة المنتجات. خاصة عند حدوث السرقة ، تحتاج الشرطة إلى الحصول على أدلة وتحليل وما إلى ذلك.
النسخة المطورة من وحدة فك ترميز الفيديو MPEG-4 هي (WMV) ، ويختلف الصوت وفقًا لتقنية الترميز وخبرة كل مصنع. تعد منتجات التكنولوجيا الجديدة MPEG-4 الناضجة الحالية من 2005 إلى 2006 أعلى بكثير من منتجات تقنية H.264 من حيث الأداء.
من حيث الإرسال: مقارنة مع MPE الجديدمنتج تكنولوجيا G-4 H.264 ، هناك العيوب التالية:
1. مزامنة الصوت والفيديو: هناك بعض المشاكل في مزامنة الصوت والفيديو H.264 ، خاصة من حيث التأخير. أداء الإرسال لـ H.264 مكافئ لـ Microsoft Windows Media Player 9.0 (WM9). في الوقت الحالي ، تحقق تقنية MPEG-4 التي يعتمدها خادم فيديو شبكة Huayi تأخيرًا أقل من 0.15 ثانية (150 مللي ثانية) في مجال المراقبة بالفيديو ومؤتمرات الفيديو ، وهو أمر بعيد عن متناول منتجات H.264 ؛
2. كفاءة نقل الشبكة: اعتماد H.2
لدينا غيرها من المنتجات:
