Кодирование HD видео

Кодирование HD видео

Победа стандарта Blu-ray и снижение цен на HD-плееры, проекторы, телевизоры и носители информации привели к росту популярности видео высокой четкости (High
Definition Video, HDV). Но для воспроизведения фильмов этого стандарта на компьютере необходим не только новый оптический привод и большоймонитор: новые алгоритмы сжатия предъявляют повышенные требования к аппаратному обеспечению ПК. К счастью, современные видеоплаты обладают специальными блоками для аппаратного ускорения декодирования и постобработки наиболее распространенных форматов HD-видео, что позволяет снять большую часть нагрузки с центрального процессора.

Стандарты и форматы HD.

По сути, HD — это огромная индустрия, затрагивающая различные аппаратные и программные решения, носители информации, форматы, методы хранения, обработки, передачи и воспроизведения видео.
Отличительная особенность HD-видео — высокое разрешение: 720p (1280x720), 1080p (1920x1080), 2160p (3840x2160). Некоторые из этих разрешений поддерживаются такими распространенными кодеками, как MPEG-2 ATSC и MPEG-4 ASP/DivX. Однако в видеодисках Blu-ray наиболее часто используются более современные и передовые стандарты — VC-1 и H.264.

Стандарт H.264, также известный как MPEG-4 Part 10 или AVC (Advanced Video Coding), обеспечивает очень высокую компрессию при сохранении отличного качества изображения. Степень сжатия H.264 в два-три раза выше, чем у MPEG-2. При этом он обеспечивает лучшее качество изображения при одинаковой плотности видеопотока или меньшую плотность при схожем качестве. Это превосходство обеспечено более сложными математическими алгоритмами кодирования и декодирования, а следовательно, и более высокими требованиями к аппаратным компонентам. Поэтому на воспроизведение HD-фильмов в формате H.264 требуется достаточно много ресурсов центрального процессора.
Применение современных видеоплат способно снизить этот показатель до 16% и более.
VC-1 — менее ресурсоемкий стандарт, в основе которого лежит кодек WMV9 от компании Microsoft. Основная возможность VC-1 — сжатие чересстрочного видеоматериала без предварительного преобразования его в прогрессивный формат. Так же как и H.264, этот стандарт может применяться не только для кодирования HD-фильмов, но и других задач — например, кодирования видео в разрешении 160x120 пикселей с битрейтом 10 кбит/с, используемым в мобильных телефонах. В большинстве случаев VC1 и H.264 обеспечивают сопоставимое качество изображения.

HD видео

Основные этапы декодирования HD-видео.

Современные графические процессоры содержат специальный видеопроцессор, выполняющий операции декодировния и постобработки видео высокой четкости. Тем самым графические процессоры выполняют большую часть операций по декодированию видеопотока, высвобождая ресурсы CPU. Процесс декодирования H.264 и VC-1 состоит из
четырех основных этапов.

Обработка двоичного потока (Bitstream processing/Entropy decode). При воспроизведении фильма необходимо выполнить операции декомпрессии двоичного представления видео, находящегося в сжатом виде. Для сжатия используются сложные математические алгоритмы. К примеру, для H.264 это CABAC (контекстно-адаптивное двоичное арифметическое кодирование) или CAVLC (контекстно-адаптивное неравномерное кодирование), поэтому декомпрессия является достаточно ресурсоемкой операцией.

Обратное преобразование (Frequency transformation). В процессе кодирования кадр разбивается на блоки, каждый из которых сжимается по определенному алгоритму. Чаще всего это DTC — дискретное косинусное преобразование, при котором каждый блок задает набор коэффициентов, определяющих значение вертикальной или горизонтальной частоты,
далее производятся операции для уменьшения степени сжатия. Для декомпрессии необходимо выполнить обратную операцию DTC — iDTC.

Компенсация движения (Pixel prediction) — преобразование участков предсказуемых кадров с помощью эталонных кадров и векторов движения, которые описывают, куда и насколько сдвинулся участок по сравнению с его позицией в эталонном кадре.

Устранение блочности (Deblocking) —каждая операция декомпрессии выполняется над группой пикселей, а не над всем кадром сразу. Соответственно, для устранения визуальных искажений на финальной стадии проводится операция фильтрации, получившая название Deblocking.

Компании AMD и NVIDIA разработали и внедрили в свои графические решения технологии для обработки видео и изображений. Они называются Avivo HD (AMD) и PureVideo HD (NVIDIA) и состоят из двух частей —аппаратной (встроенный в графический чип видеопроцессор) и программной. Аппаратное ускорение декодирования видео — лишь одна из возможностей этих технологий. Стоит отметить, что к настоящему моменту сменилось уже несколько поколений этих технологий. К примеру, видеодвижок PureVideo первого поколения впервые появился на платах серии GeForce 6800. Однако он обладал небольшим набором возможностей и не поддерживал декодирование WMV3. С этой задачей успешно справлялись платы серии GeForce 6600, обладающие блоком PureVideo второго поколения. В платах модельного ряда GeForce 7 дебютировал видеоблок третьего поколения. Но полностью законченный вид эта технология приобрела только в графических процессорах G80, включающих в себя блок четвертого поколения, получивший названиеPureVideo HD.

Кодирование видео

Аппаратное кодирование в форматы DVD, HDV, AVCHD, Blu-ray

Для уменьшения времени кодирования применяют ускорители в виде PCI-платы, вставляемой в равнозначный слот материнской платы компьютера. На сегодняшний день эта плата выпускается двумя производителями Thomson Canopus (FIRECODER Rlu) и Leadtek (WinFastPxVCllOO) Ускорители работают равнозначно и отличаются драйверами устройств, а также программным обеспечением. Но CanopusFIRECODER Rlu отличается лучшими характеристиками, особенно при кодировании (транскодировании) видеофайлов с малыми видеопотоками за счет использования видеокодека Canopus Pro Coder (в WinFast PxVCllOO используется кодек Main Concept). Кроме этого, имеет гибкую установку параметров кодируемого (транскодируемого) видеофайла. Поэтому рассмотрим относительно недорогую плату Canopus FIRECODERRlu.
Эта плата вставляется в PCI Express-слот материнской платы компьютера и предназначена для ускорения кодирования (переоцифровки)видеофайлов типа AVI (DV, MJPEG, DivX), MPEG-2 (DVD, HDV) и H-264 (AVCHD) практически из любого видеоприложения в системе цвета PALи NTSC.
FIRECODER Rlu позволяет высококачественно производить транскодинг (переоцифровку) между Н-264 и MPEG-2 форматами, преобразование между SD и HD разрешениями, а также кодирует HD-материал с двукратной скоростью и SD-материал - с четырех- и пятикратной скоростью.То есть 1 ч оригинального HD-видеофайла будет кодироваться 30 мин.
В комплект с платой входит программное обеспечение FIRECODER WRITER , представляющее собой простые инструменты Blu-ray- и DVD-авторинга с последующей записью на указанные форматы оптических дисков. Кодированные платой видеофайлы можно использовать для последующего авторинга в иных видеоприложениях например, Corel DVD MovieFactory .
FIRECODER W RITER v.1.1 позволяет принимать для кодирования видеофайлы типа WMV (Windows Media Video), AVI (DV, MJPEG, DivX), MPEG-2 (DVD, HDV) и H-264 (AVCHD), а также производить авторинг DVD-, AVCHD- и Blu-ray-проектов с последующей записью на DVD и BD оптические диски.

Обучающие видеоуроки по монтажу видео

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *