Кодек VC-1

VC-1 является сокращенным названием видеокодека, разработанного Microsoft и продвигаемого Microsoft в качестве стандарта формата Windows Media Video 9. Он был одобрен Обществом инженеров кино и телевидения (SMPTE). Над разработкой этого стандарта в течение нескольких лет трудились около 75 различных компаний.

В результате появился стандарт SMPTE 421M с двумя дополнительными документами (SMPTE RP227 и SMPTE RP228), которые описывают VC-1. Эти документы представляют всеобъемлющие руководство по обеспечению и взаимодействию разных систем при доставке контента. Стандартизация потока декодера дает возможность обеспечить такую совместимость VC-1.

Справка по SMPTE стандартизации
SMPTE представляет собой общепризнанное Общество экспертов кино и видеопродукции с представительством в 85 странах всего мира. Разработанными стандартам SMPTE широко пользуются профессионалы в области видео, кино и цифрового кино. Стандарт SMPTE VC-1 или SMPTE 421M, первоначально был разработан под кодек Windows Media Video 9 .Но сейчас стандарт VC-1 включает в себя простые, сложные, а также расширенные понятия, профили и средства по кодированию изображения.

В процессе разработки стандарта была использована SMPTE технология сжатия видео Комитета, который известен, как комитет C24. Этот комитет курирует технологии кодирования, процессы переключения, декодирования сигналов видео и их сжатия.

Microsoft выбрал для стандартизации Windows Media Video 9 кодек по ряду причин, в том числе имея в виду доступность и совместимость. Стандартизация позволяет независимым продуктам становиться совместимыми. Стандартизация потока синтаксиса и процесса декодирования дает производителям аппаратного обеспечения ресурсы стабильности, необходимые при инвестировании средств в создание декодеров на чипах в разных устройствах. Изоляция стандартов видео кодеков от стандартов других частей всей системы видео, позволяет использовать кодек на многих типах оборудования и во многих различных системах.

В дополнение к другим причинам возникшей необходимости по разработке стандарта VC-1 следует сказать, что наличие стандарта SMPTE позволяет другим форматам и специфичным системам, поддерживающим стандартизацию SMPTE, использовать подключение VC-1, такая возможность есть и у независимых компаний. Так же своевременное появление стандарта VC-1, препятствует появлению иных версий в технологиях других организаций. Стандартизация также помогает получить готовые технологии других организаций, которые соглашаются с использованием открытых отраслевых стандартов.

Есть три документы, подготовленные SMPTE по описанию VC-1. Первый документ, SMPTE 421M, является спецификацией VC-1 . Это основной документ, содержащий подробные сведения о VC-1, о синтаксисе битового потока и декодере семантики. Второй документ, SMPTE RP228, является спецификацией соответствия VC-1 . В этом документе описываются процедуры и критерии испытаний для определения соответствия спецификации SMPTE 421M, он так же включает в себя ссылки на исходный код битового потока. Третий документ, SMPTE RP227, является транспортной спецификацией VC-1. Транспорт в системе VC-1 не регламентируется. Компрессированные данные могут переноситься с использованием программного и транспортного потоков MPEG-2.

Обзор VC-1
VC-1 кодек, предназначен для достижения состояния высокого качества сжатого видео на скоростях, которые могут варьировать от очень низких до высоких. Кодек может легко обрабатывать 1920 пикселей х 1080 пикселей с скоростью от 6 до 30 мегабит в секунду (Мбит / с) для видео высокой четкости. Так же он способен обеспечить высокое разрешение 2048 пикселей х 1536 пикселей для цифрового кино, и максимальной скорости в 135 Мбит / с. Как пример очень низкой скорости передачи видео - будет 160 пикселей х 120 пикселей и скорости 10 килобит в секунду (кбит / с).

Основные функции VC-1 заключены в блоке на основе компенсации движения и схеме пространственного преобразования, аналогичные используются в других стандартах сжатия видео, таких как MPEG-1 и H.261. Однако, VC-1 имеет ряд нововведений и оптимизаций, которые делают его несколько отличной от основной схемы сжатия, и позволяют достигать более высокое качество и эффективность.

VC-1 Advanced Profile (усовершенствованный профиль) предусматривает работу с широким рядом устройств. Что обеспечивает еще большую гибкость для производителей устройств и контент-услуг.

Инновации
VC-1 включает в себя ряд нововведений, которые позволяют ему производить высококачественный контент.

16-Bit преобразование
В целях минимизации осложнений у декодера, VC-1 использует 16-битное преобразование. Это также дает преимущество легкого переходить на обработку большого количества цифровой информации при обработке сигнала (DSP). Рабочее оборудование должно иметь 16-разрядные процессоры. Среди ограничений при использовании VC-1 как преобразователя, является требование, чтобы 16-разрядные значения, используемые в работе не превышали 16 бит. Такое ограничение на преобразования позволяет обеспечить эффективное декодирование у широкого спектра устройств.

Компенсация движения
Компенсация движения- это процесс создания предсказывания кадра путем смещения отсчета. Как правило, прогноз формируется на блоке (8 х 8 пикселей плитка) или макроблоке (16 х 16 пикселей плитки) данных. Перемещение данных о движения определяется вектором движения, который фиксирует все сдвиги на графике по осям Х и Y.

Эффективность кодека зависит от размера блока предсказания, детализации субпиксельной данных, которые могут быть захвачены, и так же от типа фильтра, используемого для генерации субпиксельной предиктории. VC-1 использует 16 х 16 блоков для прогнозирования, с возможностью создания смешанных рамок 16 х 16 и 8 х 8 блоков. VC-1 объединяет вектор движения настройки, определяет размер блока субпиксельной детализации и тип фильтра в режимах.

Луп фильтрации
VC-1 используется в цикле деблокирования фильтра, который пытается удалить блок-границ разрывов и введен для квантования ошибок в интерполированных кадрах. Эти разрывы могут вызвать видимых дефекты в распакованных кадрах видео и может повлиять на качество кадров.

Петли фильтр учитывает адаптивной размер блока преобразования. Фильтр также оптимизирован для уменьшения числа требуемых операций.

Кодирование чересстрочное
Чересстрочное видео широко используется в телевизионном вещании. При кодировании с чересстрочной разверткой, VC-1 кодек можете воспользоваться характеристиками чересстрочных кадров для улучшения сжатия. Это достигается за счет использования данных из обоих полей прогнозирования движения компенсации в интерполированных кадрах.

Advanced B рамка кодирования
Двунаправленная или B рамка кадра интерполирует данные, как в предыдущих и последующих кадрах. B кадры отличаются от Я кадров (также называемых ключевых кадров), которые закодированы без ссылок на другие кадры. В кадры также отличаются от кадров P, которые интерполируются только из предыдущих кадров. VC-1 включает в себя несколько опций, которые делают B кадры более эффективно.

Fading компенсации
Из-за особенностей сжатия, с использованием компенсации движения, кодирование видео кадров, которые содержат исчезновение или содержащих темноту, очень неэффективно. При равномерном увядании, каждый макроблок требует корректировки яркости. VC-1 включает в себя компенсацию выцветания, которая обнаруживает исчезновение кадра и использует альтернативные методы для регулировки яркости. Эта функция повышает эффективность сжатия при последующих затуханиях и других общих изменений освещенности.

Дифференциальная Квантование
Дифференциальное квантование, или DQUANT, является метод кодирования, в котором несколько шагов квантования используются в пределах одного кадра. Самая простая и, как правило, наиболее эффективная форма дифференциальных квантования, включает в себя только две уровня квантования (двухуровневая DQUANT), но VC-1 поддерживает несколько уровней.

Профили и уровни
VC-1 содержит ряд профиля и уровня комбинаций, которые поддерживают кодировку многих типов видео. Профиль определяет особенности кодека, которые имеются, и тем самым определяет необходимые сложности декодера (математические интенсивности).

Заключение
VC-1 является передовым кодек, который предлагает очень высокое качество изображения с отличной эффективности сжатия. VC-1 способен передавать видео высокой четкости на скоростях всего 6 до 8 Мбит / с.