Вимоги додатків до алгоритму

Для алгоритмів стиску відео характерна більшість тих же вимог додатків, які пред'являються до алгоритмів стиску графіки, однак є й певна специфіка:

- Довільний доступ - має на увазі можливість знайти й показати будь-який кадр за обмежений час. Забезпечується наявністю в потоці даних так званих крапок входу - кадрів, стислих незалежно (тобто як звичайне статичне зображення). Прийнятним часом пошуку довільного кадру вважається 1/2 секунди.

- Швидкий пошук уперед/назад - має на увазі швидкий показ кадрів, що не випливають один за одним у вихідному потоці. Вимагає наявності додаткової інформації в потоці. Ця можливість активно використовується всілякими програвачами.

- Показ кадрів фільму у зворотному напрямку. Рідко потрібно в додатках. При твердих обмеженнях на час показу чергового кадру виконання цієї вимоги може різко зменшити ступінь стиску.

- Аудио-Візуальна синхронізація - сама серйозна вимога. Дані, необхідні для того, щоб домогтися синхронності аудио й відео доріжок, істотно збільшують розмір фільму. Для відеосистеми це означає, що, якщо ми не встигаємо дістати й показати в потрібний момент часу якийсь кадр, то ми повинні вміти коректно показати, наприклад, кадр, що випливає за ним. Якщо ми показуємо фільм без звуку, то можна дозволити собі ледве більше повільний або більше швидкий показ. У часи порівняно недосконалого німого кіно кадри йшли настільки нерівномірно, наскільки нерівномірно крутив ручку камери оператор. Показ без звуку фільму, знятого настільки недосконалими методами, сприймається нормально навіть за умови, що частота показуваних кадрів постійнаі (і герої фільму те пересуваються карикатурно швидко, те повільно). Однак дивитися фільм (наприклад, бойовик), у якому відеосистема не встигає за звуком - стає мученням.

- Стійкість до помилок - вимога, обумовлена тим, що більшість каналів зв'язки ненадійні. Зіпсоване перешкодою зображення повинне швидко відновлюватися. Вимога досить легко задовольняється необхідним числом незалежних кадрів у потоці. При цьому також зменшується ступінь стиску, тому що на екрані 2-3 секунди ( 50-75 кадрів) може бути те саме зображення, але ми будемо змушені навантажувати потік незалежними кадрами.

- Час кодування/декодування. У багатьох системах (наприклад, відеотелефонах) загальна затримка на кодування-передачу-декодування повинна становити не більше 150 мс. Крім того, у додатках, де необхідне редагування, нормальна інтерактивна робота неможлива, якщо час реакції системи становить більше 1 секунди.

- Редактируемость. Під редактируемостью розуміється можливість змінювати всі кадри так само легко, як якби вони були записані незалежно.

- Масштабованість - простота реалізації концепції "відео у вікні". Ми повинні вміти швидко змінювати висоту й ширину зображення в пикселах. Масштабування здатне породити неприємні ефекти в алгоритмах заснованих на ДКП (дискретному косинусном перетворенні). Коректно реалізувати цю можливість для MPEG на даний момент можна, мабуть, лише при досить складних апаратних реалізаціях, тільки тоді алгоритми масштабування не будуть істотно збільшувати час декодування. Цікаво, що масштабування досить легко здійснюється в так званих фрактальных алгоритмах. У них, навіть при збільшенні зображення в кілька разів, воно не розпадається на квадрати, тобто відсутній ефект "зернистості". Якщо необхідно зменшувати зображення (що, хоч і рідко, але буває потрібно), то з таким завданням добре справляються алгоритми, засновані на wavelet перетворенні (див. опис JPEG-2000).

- Невелика вартість апаратної реалізації. При розробці хоча б приблизно повинна оцінюватися й ураховуватися кінцева вартість. Якщо ця вартість велика, то навіть при використанні алгоритму в міжнародних стандартах, виробники будуть пропонувати свої, більше конкурентоспроможні, алгоритми й рішення. На практиці ця вимога означає, що алгоритм повинен реалізовуватися невеликим набором мікросхем.

Вправа: Покажіть, що вимоги довільного доступу, швидкого пошуку, показу у зворотному напрямку, аудио-візуальній синхронізації й стійкості до помилок суперечать умові високого ступеня стиску потоку.

Описані вимоги до алгоритму суперечливі. Очевидно, що високий ступінь стиску має на увазі архівацію кожного наступного кадру з використанням попередні. У той же час вимоги на аудио-візуальну синхронізацію й довільний доступ до будь-якого кадру за обмежений час не дають можливості витягнути всі кадри в ланцюжок. І, проте, можна спробувати прийти до деякого компромісу. Збалансована реалізація, що враховує систему суперечливих вимог, може досягатися на практиці за рахунок настроювань компресора при стиску конкретного фільму.