Кодовані кадри

Базовим об'єктом кодування в стандарті MPEG - 2 являється кадр ТБ зображення. При цьому очевидно, що для ТБ сигналів, в яких змішані різні сюжети з різними типами рухів ні "від чого до багато" просте пророцтво, в принципі, не забезпечить високу ефективність. З цієї причини в стандарті MPEG - 2 використовуються три види пророцтв: внутрішньокадрове і міжкадрове пророцтво вперед з компенсацією руху, міжкадрове двонаправлене пророцтво також з компенсацією руху.

Формат відеоінформації в стандарті MPEG - 2 містить три типи кадрів (I, P, B).

Так звані I -кадры (Intraframes) обробляються тільки із застосуванням внутрішньокадрового пророцтва. Вони кодуються незалежно від інших кадрів, оскільки обробляються з використанням власної інформації, тобто за принципом випадкового доступу до стислих відеоданих. Вони застосовують кодове перетворення блоків елементів зображення і забезпечують помірне стискування. Це перший етап стискування відеоданих. Зате при відновленні ТБ зображення по I -кадрам воно найменше деградує і залежить від помилок кодування і передачі відеоданих по каналу зв'язку. I -кадры служать опорными при міжкадровому пророцтві P і B кадрів.

Р-кадри (Predicted Frames), тобто кадри з пророцтвом, з компенсацією руху. Кодування здійснюється з урахуванням найближчих попередніх I або P -кадров. Цей спосіб називається з пророцтвом вперед, оскільки використовується "різницева" схема стискування, при якій зберігаються тільки відмінності від попереднього кадру. У P -кадрах, якщо порівнювати їх з I -кадрами, в три рази вище досяжна міра стискування відеоданих.

Обробка відеоданих в Р-кадрі виконується по макроблоках. Це квадратні матриці 16  16 (відліків  рядків). Такий макроблок обробляється з використанням алгоритмів компенсації руху і пророцтва вперед, поки в блоці не з'явиться новий об'єкт. З цієї миті процес кодування перемикається на алгоритми, використовувані в I -кадрах, тобто на внутрішньокадрове пророцтво. Р-кадри є опорными для наступних P або B -кадров. Відмітимо, що потрібна висока точність відновлення початкового зображення при декодуванні опорних Р-кадрів. Річ у тому, що помилки опорного кадру розподіляються по усіх кадрах, пов'язаних з опорным.

B -кадры (Bi - Directional Frames), тобто кадри з двонаправленим пророцтвом, з компенсацією руху. Для формування B -кадров також використовується "різницева" схема стискування аналогічно Р-кадрам, проте, в якості "базових" кадрів використовуються обидва сусідні кадри: попередній і наступний. Цей спосіб називається двонаправленим пророцтвом.

Алгоритми кодування B -кадров залежать від характеру ТБ зображення. Передбачено чотири способи кодування. У одному застосовується компенсація руху і пророцтво вперед по найближчим передуванням опорним I або Р-кадрам, в іншому - компенсація руху і зворотне пророцтво по найближчих наступним I або Р-кадрам. Зворотне пророцтво використовується в тих випадках, коли в кодованому B -кадре з'являються нові об'єкти зображення. Третій алгоритм - компенсація руху і двонаправлене пророцтво, при якому опорными є передуючий або наступний I або Р-кадри. І, нарешті, це внутрішньокадрове пророцтво без компенсації руху. Таке кодування потрібне при різкій зміні передаваних сюжетів, а також при великих швидкостях переміщення об'єктів ТБ зображення. З B -кадрами пов'язане найбільш глибоке стискування відеоданих. Оскільки висока міра стискування знижує точність відновлення початкового ТБ зображення. B -кадры не використовуються в якості опорных. Помилки при їх декодуванні не розподіляються по інших кадрах.

Очевидно, що точність кодування має бути максимальною для I -кадров, нижче для Р-кадрів і мінімальною для B -кадров.

У стандарті MPEG - 2 порядок запису інформації про ТБ кадрах не співпадає з порядком кодування і декодування. Так, для декодування поточного B -кадра вимагається обробити наступний кадр, тому необхідно мати додатковий буферний блок пам'яті в декодуючому пристрої для зберігання інформації про черговий кадр. Розглянуте ускладнення декодуючого пристрою компенсується поліпшенням суб'єктивної якості відтворного зображення за рахунок B -кадров на 20%.