Рек. Мсэ-r bt. 1737 Рекомендация Мсэ-r bt. 1737 Использование метода кодирования источника видеосигнала из Рекомендации мсэ-т h. 264 (mpeg-4/avc) для транспортирования программного материала твч

(Вопрос МСЭ-R 12/6)

(2005)

Сфера применения

В настоящей Рекомендации описывается применение метода кодирования источника видеосигнала, в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т H.264 (стандарт ИСО/МЭК 14496-10), известного также как MPEG-4/AVC, для транспортирования программного материала ТВЧ для разнообразных радиовещательных приложений.

Ассамблея радиосвязи МСЭ,

учитывая,

a) что существуют приложения, в которых желательно транспортировать программный материал фактически прозрачным способом, т. е. внося минимально заметные искажения, используя пониженную битовую скорость;

b) что в Рекомендации МСЭ-R BT.709 (Часть 2) определяются параметры для семейства видеосистем ТВЧ, основанных на применении общего формата изображения, состоящего из 1080 активных строк (с чересстрочной или прогрессивной разверткой) и 1920 пикселей на активную строку;

c) что в Рекомендации МСЭ-Т H.264¹ определяются алгоритмы для улучшенного метода кодирования с пониженной битовой скоростью;

d) что спецификации Рекомендации МСЭ-T H.264 применимы для разнообразных видеосистем и они все чаще используются для самых разных приложений,

рекомендует,

1 чтобы, когда требуется транспортировать программный материал ТВЧ фактически прозрачным способом, используя пониженную битовую скорость, ТВЧ сигнал 1080 × 1920 из Рекомендации МСЭ-R BT.709 (Часть 2) (с чересстрочной или прогрессивной разверткой) кодировался по методу кодирования источника, описанному в Рекомендации МСЭ T H.264 с уменьшением битовой скорости до величины, доступной в канале, с параметрами, соответствующими уровням 4 и 4,2 (информативное Приложение 1 содержит данные о параметрах кодирования источника и минимальных средствах для различных элементов видеосистем из Рекомендации МСЭ-R BT.709 (Часть 2); оно также содержит данные о битовой скорости транспортировки программного материала, кодированного таким образом);

2 чтобы, если доступная битовая скорость особенно мала, то до кодирования источника сигнал ТВЧ мог быть горизонтально передискретизирован до 1440 отсчетов на активную строку.

ПРИМЕЧАНИЕ. – Рекомендация МСЭ-T Н.264 существует в электронной форме и доступна по адресу: http://www.itu.int/md/R03-SG06-C-0211/en.

В настоящем Приложении представлены примерные параметры и минимальные средства метода кодирования источника, описанного в Рекомендации МСЭ T H.264, которые могли бы быть использованы для сжатия различных элементов видеосистем, описанных в Рекомендации

ТАБЛИЦА 1

Рекомендация МСЭ-T H.264/MPEG-4 (Часть 10) Улучшенное видеокодирование (обычно называемое H.264/AVC) – это последний стандарт из серии международных стандартов кодирования изображений. В настоящее время это – наиболее эффективный и соответствующий последним достижениям стандарт, он был разработан объединенной группой видеоинженеров (JVT), состоящей из группы экспертов МСЭ-Т по видеокодированию (VCEG) и группы экспертов ИСО/МЭК по вопросам кинотехники (MPEG).

Как и в предыдущих стандартах, его техническое решение обеспечивает актуальный баланс между эффективностью кодирования, сложностью реализации и затратами, который базируется на технологии СБИС (центральные процессоры, цифровые процессоры, прикладные интегральные схемы, перепрограммируемые микросхемы и т. д.) современного уровня.

При этом, был создан стандарт, который улучшил эффективность кодирования как минимум вдвое

В июле 2004 года к этому стандарту была добавлена новая поправка, получившая название Расширения диапазона достоверности (FRExt, поправка 1), которая показывает еще более высокую эффективность кодирования относительно MPEG-2 и для некоторых ключевых приложений, в потенциале достигая показателя не менее 3:1.

Имея широкий спектр приложений, исходный стандарт H.264/AVC (разработка которого была завершена в мае 2003 г.) был, главным образом, нацелен на изображение "развлекательного качества" с 8-битовым квантованием и форматом цветовых отсчетов 4:2:0. Из-за ограничения во времени он не включал в себя поддержку использования в жестких условиях профессионального телевидения, его техническое решение не было нацелено на самое высокое разрешение. Для таких приложений, как доставка программ по каналам связи, распространение программ и студийные монтаж и постобработка, может потребоваться:

– использовать источники с разрешающей способностью более 8 битов на отсчет;

– использовать более высокую разрешающую способность для воспроизведения цвета, чем применяется в потребительских приложениях (т. е. использовать форматы квантования цвета 4:2:2 или 4:4:4, в отличие от формата квантования цвета 4:2:0);

– выполнять монтаж исходного материала, например смешивание по альфа-каналу (процесс смешивания нескольких видеосцен, более известный при передаче прогноза погоды, где он используется для наложения изображения диктора на изображение карты или метеосводки);

– использовать очень высокие битовые скорости;

– использовать очень высокое разрешение;

– достигать очень высокой достоверности – даже воспроизводить некоторые части изображения без потерь;

– избегать ошибок трансформации цветового пространства из-за ошибок округления;

– использовать цветовое представление RGB.

Проект FRExt создал комплект, состоящий из четырех новых профилей, которые все вместе называются высокими профилями:

1) высокий профиль (HP), поддерживающий 8-битовое квантование видеосигнала с форматом отсчетов 4:2:0, предназначенный для потребительского использования с качеством high-end и для других приложений, использующих видео высокой точности без необходимости расширения цветовых форматов или увеличения точности квантования;

2) высокий профиль 10 (Hi10P), поддерживающий квантование видеосигнала с форматом 4:2:0 и точностью представления до 10 битов на отсчет;

3) высокий профиль 4:2:2 (H422P), поддерживающий квантование цветового сигнала с форматом 4:2:2 и точностью представления до 10 битов на отсчет;

4) высокий профиль 4:4:4 (H444P), поддерживающий квантование цветового сигнала с форматом до 4:4:4, точностью представления до 12 битов на отсчет и дополнительно поддерживающий эффективное безошибочное кодирование и целочисленное преобразование остаточного цвета для кодирования RGB видеосигнала и при этом избегающий ошибок трансформации цветового пространства.

Поскольку стандарт FRExt еще довольно молод и некоторые из его преимуществ являются скорее субъективными, чем объективными, измерить его возможности довольно затруднительно. Одним существенным параметром является результат субъективной оценки качества, выполненный Ассоциацией "Blu-ray Disc" (BDA). Итоговые результаты отчета об испытаниях, информация о котором дана в [Wedi and Kashiwagi, 2004], показаны на рис. 1.

Эти испытания, выполненные на кинопрограмме со скоростью 24 кадра в секунду с прогрессивной разверткой и растром 1 920 × 1 080, показывают следующие номинальные результаты (которые не следует считать точно статистически доказанными):

– Высокий профиль стандарта FRExt, как правило, показывает лучшее качество изображения, чем MPEG-2, используя при этом не более одной трети битов (8 Мбит/с против 24 Мбит/с).

– Высокий профиль стандарта FRExt, как правило, показывает прозрачное (т. е. трудно отличимое от оригинального видеоматериала без компрессии) качество изображения при скорости только 16 Мбит/с.

Оценка качества (3,0), считающаяся приемлемой в этой организации для использования в целом ряде носителей информации высокой точности, была существенно превышена при использовании скорости не более 8 Мбит/с. Кроме того, наблюдались наилучшие показатели качества для метода кодирования H.264/AVC, использованного в данных испытаниях. Таким образом, вполне вероятно, что может использоваться скорость по битам много ниже 8 Мбит/с и при этом будет сохраняться оценка качества 3,0, которая определена как показатель достаточного качества и названа "приемлемая точность" в таких приложениях с высокими требованиями.

РИСУНОК 1

Результат примера испытания объективного сравнения (PSNR), выполненного компанией FastVDO², показан на рис. 2. Эти объективные результаты подтверждают высокое качество высокого профиля. (Опять-таки, субоптимальное использование В-кадров делает показанное на рисунке качество более низким для FRExt.)

РИСУНОК 2

Сравнение PSNR



Справочные документы

SULLIVAN, G.J., TOPIWALA, P. and LUTHRA, A. [August, 2004] The H.264/AVC Advanced Video Coding Standard: Overview and Introduction to the Fidelity Range Extensions. Presented at the SPIE Conference on Applications of Digital Image Processing XXVII, Special Session on Advances in the New Emerging Standard: H.264/AVC.