3.4.2. Кодирование преобразованием

3.4.2.1. Обзор

Целью этапа преобразования при обработке видеокодеком является отображение цифровых данных полных или остаточных кадров в другую координатную область (область преобразования). Выбор такого преобразования определяется по многим критериям.

1. Цифровые данные, отображенные в область преобразования, должны быть декоррелированными (т.е. разделенными на элементы с минимальной межкомпонентной зависимостью) и компактными (т.е. большая часть энергии преобразованных данных должна быть сконцентрирована в малом числе значений или коэффициентов преобразования).

2. Необходимо, чтобы преобразование было обратимым.

3. Преобразование должно быть эффективным с точки зрения его вычислимости (малый объем памяти, возможность реализации в арифметике с ограниченной точностью вычислений, малое число арифметических операций в алгоритме и т.д.).

Для целей сжатия изображений и видео было предложено много преобразований, но все они разделяются на две категории: преобразования на основе блоков и преобразования на основе изображений. Примерами преобразований на основе блоков являются: преобразование Кархунена-Лоэвэ (KLT, Karhunen-Loeve Transform), разложение по сингулярным числам (SVD, Singular Value Decomposition) и, самое популярное, дискретное косинус-преобразование (DCT, Disrete Cosine Transform) [3]. Каждое из этих преобразование работает с  -блоками сэмплов исходного или остаточного изображения, поэтому изображение обрабатывается поблочно. Блоковые преобразования имеют низкие требования к объему памяти и хорошо подходят для сжатия остаточных изображений, полученных на основе блоковой компенсации движения, но они уязвимы от артефактов, возникающих на стыках блоков (так называемая блочность). Преобразования на основе изображений работают с целым кадром (или большим куском изображения). Из таких преобразований наиболее популярным является дискретное вейвлетное преобразование (DWT, Discrete Wavelet Transform). Показано, что такие преобразования изображений, как DWT, превосходят блоковые преобразования при сжатии неподвижных и статичных изображений, однако для их работы необходим большой объем памяти (так как необходимо хранить целиком весь кадр или большую его часть), и оно плохо сочетается с компенсацией движения на основе блоков. Преобразования DCT и DWT реализованы в MPEG-4 Visual (некоторый вариант DCT также используется в Н.264). Они будут обсуждаться в следующих главах.