Компенсація руху

Компенсація руху це алгоритм, який використовується для передбачення відео кадру, із наявних попередніх і/або майбутніх кадрів і інформації про рух камери і об'єктів у відео. Він використовується при кодуванні відео даних для забезпечення високої ефективності стиснення рухомих зображень, наприклад при стисненні відео в форматі MPEG-2.

Компенсація руху описує зображення, так що показує лише трансформацію початкової картинки до вихідної, і дозволяє віднаходити інформацію про рухи окремих частин зображення. Початковим зображенням може бути як попередній кадр або наступний. Якщо між кадрами є незмінна частина зображення і рухомі об'єкти, використання компенсації руху дозволяє виконати стиснення відео, за рахунок усунення надлишкової інформації і побудови кадрів із попередньої інформації.

Принцип

Як правило, компенсація руху використовує той факт, що більшість кадрів у відео ряді, відрізняються між собою лише або рухом камери, або рухом об'єкту у нерухомій сцені. Це означає, що велика частина інформації від кадру до кадру залишатиметься без змін, і може бути використана у наступному кадрі.

При використанні алгоритму стиснення із компенсацією руху відео потік буде містити окремі повні (ключові) кадри, а між ними зберігатиметься лише інформація, необхідна для перетворення попереднього кадру в наступні (виділяючи лише рухомі елементи).

Ілюстрований приклад

Далі наведено наочне пояснення того як працює компенсація руху. Два послідовних кадри були взяті із фільму Мрія Слонів. Як видно на зображеннях, нижня (компенсована рухом) різниця між двома кадрами містить значно менше деталей ніж попередні зображення, і таким чином стискає дані більш ефективно ніж решта. Таким чином інформації, якої необхідно аби закодувати компенсований кадр буде набагато менше, ніж в кадрі що містить різницю. Це також означає, що можна кодувати інформацію використовуючи різницю кадрів без компенсації руху, як варіант хоч і з меншою ефективністю стиснення, але із спрощенням складності кодування; бо насправді кодування компенсованого руху (разом із оцінкою руху, компенсацією руху) становить більш ніж 90% від загальної складності кодування.

Тип	Приклад кадру	Описання
Оригінальний		Повний початковий кадр, як показано на екрані.
Різниця кадрів		Різниця між попереднім кадром і наступним.
Різниця із компенсацією руху		Різниця між оригінальним кадром і наступний кадром, зсунута вправо на 2 пікселі. Зсув кадру компенсує панорамну зйомку камерою, тому існує велика область перекриття між двома кадрами.

MPEG

У форматі відео MPEG, зображення будуються із попередніх кадрів (P кадрів) або двонаправлено із попередніх і наступних кадрів (B frames). B кадрів є більш складними, оскільки необхідно передати/зберегти послідовність кадрів для того, щоб наступні кадри були наявні для побудови B кадрів.

Після побудови кадрів використовуючи компенсацію руху, кодек знаходить помилку (залишок), який потім стискається і передається.

Посилання

• Temporal Rate Conversion [Архівовано 16 Червня 2013 у Wayback Machine.] - стаття, що робить огляд по методам компенсації руху (англ.).
• A New FFT Architecture and Chip Design for Motion Compensation based on Phase Correlation
• DCT and DFT coefficients are related by simple factors
• DCT better than DFT also for video [Архівовано 7 Липня 2011 у Wayback Machine.]
• John Wiseman, An Introduction to MPEG Video Compression
• DCT and motion compensation
• Compatibility between DCT, motion compensation and other methods^{[недоступне посилання]}