Cinepak бейне кодегі: Тарихы мен қағидалары

Кіріспе

Cinepak – SuperMac Technologies компаниясының Питер Барретт әзірлеген видео кодегі. Ол 1991 жылы Video Spigot бағдарламасымен бірге, ал 1992 жылы Apple Computer компаниясының QuickTime видео жиынтығының құрамы ретінде жарық көрді. CD-ROM-да толық қозғалысты бейнелеуді мүмкін еткен алғашқы бейне сығу құралдарының бірі, осы себепті оның FourCC идентификаторы CVID болып табылады. Кодек 1993 жылы Microsoft Windows жүйесіне ауыстырылды. Ол сонымен қатар Atari Jaguar CD, Sega CD, Sega Saturn және 3DO сияқты төртінші және бесінші буын ойын консольдерінде де қолданылды. libavcodec кітапханасына Cinepak декодері және кодері кіреді, екеуі де LGPL лицензиясымен беріледі.

Тарих

Ол QuickTime және Microsoft Video for Windows бағдарламаларының алғашқы нұсқаларындағы негізгі бейне кодегі болды, бірақ кейін Sorenson Video, Intel Indeo және ең соңғы MPEG 4 Part 2 және H.264/MPEG 4 AVC оны ығыстырды. Дегенмен, Cinepak кодегімен сығылған фильмдер көбінесе көптеген медиа плеерлерде ойнатылады.

Технология

Cinepak векторлық кванттауға негізделген, бұл қазіргі кодектерде (әсіресе MPEG отбасы, сондай-ақ JPEG) қолданылатын дискретті косинус түрлендіру (DCT) алгоритмінен едәуір ерекшеленетін алгоритм. Бұл салыстырмалы түрде баяу процессорларда іске асыруға мүмкіндік берді (Cinepak-те кодталған бейне әдетте 25 МГц Motorola 68030 процессорда жақсы ойнатылады, Sega CD сияқты консольдер көбінесе тіпті баяу процессорларды қолданды, мысалы, 12,5 МГц 68000), бірақ төмен біт-ағындарда пиксельдік бұрмалануға (блоктық эффектіге) әкелді, бұл FMV-ға негізделген бейне ойындарға қатысты сынға себеп болды. Cinepak-те квантталған векторлар 2×2 пиксельдік блоктар болып табылады. Блок 4 жарықтық мәнінен (ақ-қоңыр түс) немесе 4 жарықтық және 2 түстік мәнінен (4:2:0 түстік субдискретизациясы) тұруы мүмкін. Квантталған блоктар V1 және V4 деп аталатын екі код кітабында сақталады, олардың әрқайсысының 256-ға дейін жазбасы болуы мүмкін. V1 код кітабындағы векторлар 4×4 пикселдік блоктардың кішірейтілген нұсқасын, ал V4 код кітабындағы векторлар 2×2 пикселдік блоктарды көрсетеді. Өңдеу үшін Cinepak бейнені негізгі (интракодталған) кадрларға және интеркодталған кадрларға бөледі. Негізгі кадрларда код кітабы бастапқыда беріледі, ал интеркодталған кадрларда код кітабының жазбалары таңдамалы түрде жаңартылады. Әрбір кадр бірнеше көлденең жолаққа бөлінеді. Код кітабы жолақтар бойынша жаңартылуы мүмкін. Әрбір жолақ 4×4 пикселдік блоктарға бөлінеді. Әрбір блок V1 немесе V4 код кітабынан кодталуы мүмкін. V1 код кітабынан кодтау кезінде 4×4 блок үшін бір код кітабының индексі біт ағынына жазылады, ал сәйкес 2×2 код кітабының жазбасы 4×4 пикселге дейін үлкейтіледі. V4 код кітабынан кодтағанда, әр 2×2 кіші блок үшін біреуден 4×4 блок үшін төрт код кітабының индексі біт ағынына жазылады. V1 немесе V4 код кітабынан кодтаудың орнына, интеркодталған кадрдағы 4×4 блоктың өңделуін тоқтатуға болады. Тоқтатылған блок алдыңғы кадрдан өзгеріссіз көшіріледі, шартты түрде жаңару арқылы. Деректер жылдамдығын негізгі кадрлардың жылдамдығын және әрбір блоктағы рұқсат етілген қателікті реттеу арқылы басқаруға болады.

Cinepak is based on vector quantization, which is a significantly different algorithm from the discrete cosine transform (DCT) algorithm used by most current codecs (in particular the MPEG family, as well as JPEG). This permitted implementation on relatively slow CPUs (video encoded in Cinepak will usually play fine even on a 25 MHz Motorola 68030, consoles like the Sega CD usually used even slower CPUs, e. g. a 12.5 MHz 68000), but tended to result in blocky artifacting at low bitrates, which explained the criticism leveled at the FMV based video games. The vectors that are quantized in Cinepak are 2×2 pixel blocks. A block can consist of 4 luminance values (grayscale) or of 4 luminance and 2 chrominance values (4:2:0 chroma subsampling). The quantized blocks are stored in two codebooks, named V1 and V4, each with up to 256 entries. The vectors in the V1 codebook represent downscaled 4×4 pixel blocks, while those in the V4 codebook represent 2×2 pixel blocks. For processing, Cinepak divides a video into key (intra coded) images and inter coded images. In key images the codebooks are transmitted from scratch, while in inter coded images codebook entries are selectively updated. Each image is further divided into a number of horizontal bands. The codebooks can be updated on a per band basis. Each band is divided into 4×4 pixel blocks. Each block can be coded either from the V1 or from the V4 codebook. When coding from the V1 codebook, one codebook index per 4×4 block is written to the bitstream, and the corresponding 2×2 codebook entry is upscaled to 4×4 pixels. When coding from the V4 codebook, four codebook indices per 4×4 block are written to the bitstream, one for each 2×2 subblock. Alternatively to coding from the V1 or the V4 codebook, a 4×4 block in an inter coded image can be skipped. A skipped block is copied unchanged from the previous frame in a conditional replenishment fashion. The data rate can be controlled by adjusting the rate of key frames and by adjusting the permitted error in each block.