Jak funguje MPEG?

Na prvnφm obrßzku je vid∞t Mercedes, jeho₧ poloha se zm∞nila z obßzku N do obrßzku N+1. Pozadφ obrßzku se nezm∞nilo. Realizaci tΘto zm∞ny v MPEGu se °φkß "motion estimation", voln∞ by se to dalo p°elo₧it jako "zm∞na polohy objektu". Je mo₧nΘ °φci, ₧e kupΘ zm∞nilo polohu ze sou°adnic [x1,y1] na [x2,y2]. V praxi ale nenφ p°φliÜ jednoduchΘ popsat zm∞nu tak slo₧itΘho objektu jako je nap°. automobil.

Proto se obrßzek rozd∞luje do tzv. makroblok∙ o velikosti 8x8 nebo 16x16 bod∙, kterΘ jsou zpracovßvßny odd∞len∞. Nejprve se ud∞lß rozdφl mezi obrßzky N a N+1 (viz. obr. 2) a dßle se hledß relace mezi makrobloky N a N+1. Po₧adavek na pam∞¥ je tφm menÜφ, Φφm je rozdφl mezi jednotliv²mi obrßzky menÜφ. Pak je mo₧nΘ dokonce vynechat zak≤dovßnφ rozdφlu.

V₧dy ale musφ existovat obrßzek, ze kterΘho se vychßzφ. Proto jsou obrßzky rozd∞leny do tzv. sekvence IBP. Snφmek (frame) "I" (intra coded image) je obyΦejn² obrßzek JPEG. Oproti tomu snφmky "P" (predicted image) jsou vytvo°eny predikcφ z p°edchßzejφcφho snφmku "I".Nejuniversßln∞jÜφ jsou snφmky "B"(bi-directionally interpolated), kterΘ jsou interpolovßny bu∩ z p°edchßzejφcφho nebo nßsledujφcφho snφmku "I" nebo "P". Nßsledujφcφ obrßzek ukazuje sled t∞chto snφmk∙.

Aby bylo co nejvφce uÜet°eno mφsto, jsou obrßzky jeÜt∞ navφc p°ek≤dovßny diskrΘtnφ kosinovou transformacφ (DCT), kterß z obrßzku odstranφ ty Φßsti, kterΘ nejsou lidskΘmu oku viditelnΘ. Je zalo₧ena na Fourierov∞ transformaci, kterß p°evßdφ signßl z ΦasovΘ oblasti do frekvenΦnφ jako souΦet sin∙ r∙znΘ frekvence a velikosti amplitudy. Dß se °φci, ₧e siny o nφzkΘ frekvenci reprezentujφ velkΘ plochy a siny o v∞tÜφ frekvenci oblasti s vφce detaily. Nap°. makroblok 8x8 bod∙ je p°eko≤dovßn do 64 frekvencφ, kterΘ majφ na sebe jistou nßvaznost a mo₧nΘ je uchovat pouze jako zm∞nu v jejich velikosti. Prvnφ koeficient je tzv. stejnosm∞rnß slo₧ka, kterß urΦuje zßkladnφ zharakteristiku makrobloku. VyÜÜφ koeficinty jsou v∞tÜinou 0 a proto se o°ezßvajφ. PoΦet o°φznutφ dßvß nßsledn∞ kvalitu v²slednΘho obrazu a kompresi. Toto o°φznutφ v∞tÜinou ve v²slednΘm pohyblivΘm obrazu nenφ viditelnΘ, pouze p°i bli₧Üφm zkoumßnφ je vid∞t zdvojenφ ostr²ch p°echod∙ (tzv. duch). Tomuto principu se °φkß kvantizace.

DalÜφm zjednoduÜenφm je slouΦenφ sousednφch Φßstφ obrazu, kterß jsou shodnΘ, jsou to nap°. velkΘ stejnobarevnΘ plochy. ╚φtaΦ tohoto poΦtu ale takΘ zabφrß mφsto, proto se v∞tÜinou pou₧φvß a₧ od poΦtu 3. Tomuto principu se °φkß "run length encoding"(RLE). DalÜφm stupn∞m koprese je pou₧itφ tzv. Huffmanova k≤du. ╚ßsti obrazu, kterΘ se opakujφ nejΦast∞ji jsou oznaΦeny mal²m poΦtem bit∙, ostatnφ vφce bity.

V²slednß kvalita obrazu je dßna vφce faktory. V prvΘ °ad∞ je to kvalita originßlnφho videa. ZaÜum∞nφ originßlu mß za nßsledek zv²Üenφ chyb p°i DCT. DalÜφm faktorem, ovliv≥ujφcφm kvalitu je stupe≥ "motion estimation". Slo₧it∞jÜφch algotimy hledßnφ dokß₧φ najφt pohyb objekt∙ daleko p°esn∞ji, jinΘ (v∞tÜ. ty levn∞jÜφ) hledajφ pouze jednoduch²m zp∙sobem a kvalita videa se tak zhorÜuje, proto₧e v∞tÜinu pßsma zabere p°φmΘ k≤dovßnφ obrazu s velmi o°φznut²mi koeficienty DCT.

A jak² je rozdφl mezi MPEG-1 a MPEG-2? Princip k≤dovßnφ je stejn², MPEG-1 mß omezenφ na maximßlnφ velikost obrazu 352x288 a 30 snφmk∙ za vte°inu. MPEG-2 mß navφc tyto rozÜφ°enφ:
- je zv∞tÜena p°esnost vektor∙ pohybu na 1/2 pixelu.
- snφ₧ena chyba ve snφmcφch "I" dφky specißlnφm vektor∙m
- volitelnΘ p°esnost DCT
- vzdßlen∞jÜφ "motion estimation"
- zm∞na stupn∞ kvality v jednom videu

Tento Φlßnek je pouze jednoduch²m shrnutφm princip∙ MPEGu pro v∞tÜinu u₧ivatel∙, odbornφci mi ho jist∞ prominou. ╚lßnek byl napsßn podle Tom's hardware guide.