發展歷程
Intel的Indeo Video技術已得到廣泛的套用。在不安裝MPEG-1回放卡的情況下顯示視頻圖像,幾乎都是採用Indeo Video技術。
1995年10月,Intel推出了Indeo Video 4.1版,與Indeo Video 3.2版相比,從基本算法上都作了變動,並且增加了許多特殊功能。特別值得一提的是,Intel公司免費對用戶提供這一軟體。 硬體支持的個人電腦視頻系統可以提供高質量的影像,但由於安裝回放卡和把原始影像送到專門的壓縮編碼公司進行壓縮的費用較高,不少用戶已把目光轉向軟體支持的視頻系統。在眾多的編碼解碼軟體中,Intel公司的Indeo獨樹一幟,並且隨著1995年10月Indeo Video Interactive(Indeo Video 4.1版)的推出,Indeo技術上了一個新台階,採用Indeo Videonteractive(以下譯為Indeo互動視頻)技術的MPC只用軟體就可達到MPEG-1的視頻回放質量。
先進的技術及功能
Indeo互動視頻的預壓縮技術 —— YVU9C
在用YVU9方式轉換視頻信號時,以16個像素為一組,每個像素用8位表示Y(亮度),而U、V(色差)則是16個像素共用8位表示,所以對16個像素需要16×8+2×8位表示,即每個像素用9位表示。Indeo互動視頻提供了YVU9C捕捉脫機壓縮。它首先將捕捉到的視頻信息轉換為YVU9格式,再使用一種幾乎無損的壓縮技術對之壓縮,以降低數據速率而能直接將壓縮後的信息輸入硬碟,最後再對硬碟上的視頻片段進行脫機壓縮。在進行YVU9C預壓縮時,仍需用硬體壓縮,可採用捕捉卡iSVR(Intel’s Smart Video Recorder)或iSVR Pro。
視頻互動功能
Indeo互動視頻一改人們傳統思想中視頻是個矩形物體的概念。它可以把視頻加入到多媒體互動中,具有透明片(Transparency)、局部解碼(Local Decode)和實時視頻效果控制等視頻互動功能。
【1】 透明片：影視業常使用色品鍵控(Chroma Keying)技術將前景物體置於合成背景上,天氣預告節目中的解說員(前景)和氣象圖(背景)便是一例。現在Indeo互動視頻的透明片功能也可以做到這一點。透明片的製作過程大致如下:
步驟1:採用色品鍵背景和照明技術攝取一段前景物體的活動片段,然後對該片段數位化,形成視頻檔案A。
步驟2:提供透明罩(mask)。透明罩的顏色可以是單一色或是一段連續的顏色變化區域。透明罩的顏色應和檔案A中較單一的背景顏色一致。
步驟3:壓縮編碼。編碼器會分析每一幀(把透明罩”扣”在該幀上),將其中與透明罩顏色一致的像素(背景像素)透明掉,然後只對代表前景物體的像素進行編碼,形成檔案B,即透明片。
步驟4:回放。回放透明片時應同時向解碼器提供背景,背景僅從透明片每幀的透明部分顯示出來。
Indeo互動視頻的透明片編碼十分靈活,能形成多個形狀複雜的前景物體。在回放過程中,前景物體的背景幀可以切換,使背景看似也在活動,即建立所謂的”視頻鬼影”(Video Sprites)。
【2】 局部解碼： 有時,我們只要看到整幅圖像的一部分就夠了。例如在遊戲中,通過潛艇的潛望鏡,視野只是整個影像的一部分,隨著潛望鏡的轉動,顯示區會被移到影像的另一部分。 在這種情況下,除了視野內的這一部分外,大部分影像不用顯示,因而設有必要在回放時占用CPU時間為後者解碼。Indeo互動視頻通過局部解碼技術來實現這種功能。它在回放時只對源影像的一塊指定的矩形子區域進行解碼,這個矩形子區稱為觀景視窗(Viewpoint)。視窗的大小和位置在回放過程中可以調整,但其不能小於在壓縮該視頻段時所定義的最小視窗尺寸。
【3】 實時視頻效果控制： 在回放過程中,Indeo互動視頻的影像亮度,對比度和顏色飽和度都是可調的。這樣就可以模擬出不同的燈光效果,也可視用戶或特殊的圖像環境要求進行調節。
視覺品質的增強
從基本操作上看,Indeo互動視頻與Indeo視頻軟體的前期版本相似,都是作為Microsoft Video for Windows的編解碼器。但這個新的編解碼器採用了更先進的技術,能達到相當高的編解碼質量。例如,在320×240×24幀/秒即每秒2兆比特或雙倍速光碟機數據速率下,在基於90MHz奔騰處理器的平台上進行回放,Indeo互動視頻的回放效果可以和MPEG-1相媲美。
【1】 新的混合壓縮編碼算法： Indeo互動視頻在壓縮編碼上採用了近年發展起來的一種新的圖像分析方法———小波變換(Wavelet Transform)。它具有許多其他圖像處理方法(如快速傅立葉變換FFT,離散餘弦變換DCT等)所不具備的優良特性,例如正交性、方向選擇性、可變的時頻域解析度、可調整的局部支持等。 通過採用包括小波變換在內的幾種先進算法的混合,Indeo互動視頻的編解碼器能夠建立通常與硬體加速技術相關聯的視覺品質。
【2】 增強的壓縮技術： 與MPEG-1類似,Indeo互動視頻也支持幀內編碼幀I(Intra frame)、前向預測編碼幀P(forward Predictive frame)和雙向預測編碼幀B(Bi-directional predictive frame)。P幀的內容建立在參照前面幀的基礎上,B幀的內容則建立在對前面(過去)幀和後面(將來)幀參照的基礎上。為了形成一個GOP(Group of Pictures),I幀中的主幀K(Key frame)要求前面沒有B幀以它作為參照。 這裡的I幀和MPEG的I幀是有區別的,Indeo互動視頻支持的I幀除了包括主幀外,還包括非主幀I幀(Non-key Intra frame)。對非主幀I幀的壓縮比高於對主幀的壓縮比,因此在保證視覺品質的前提下獲得了更低的數據速率。Indeo互動視頻支持非主幀I幀,是由於某些幀序列只是起到使回放過程線性化的緣故。 採用了B幀就意味著在回放時,如要解碼並顯示當前的幀,有時需要首先對後面(將來)的一幀解碼,因為當前幀可能是基於以前和將來的幀編碼的。因此,Indeo互動視頻有時對幀解碼的順序與顯示的不一樣,即無序解碼(Out-of-order Decode)。由於使用了雙向預測技術,Indeo互動視頻的視覺品質有了顯著的提高,尤其是有高速動作的視頻序列。 Indeo互動視頻的編解碼器採用雙向預測技術後,使數據速率降得更低,或在同樣的數據速率下能提供比以前的Indeo視頻更好的視覺品質。這是由於B幀對其前後幀都進行參照,因而能達到更加精確的預測效果。但採用雙向預測技術壓縮的視頻片段在回放時要多占CPU%的時間,所以在性能較低的平台上,可能會引起丟幀而造成運動的不連貫,這一點需注意。
【3】 處理器的可伸縮性：以前的Indeo視頻編解碼器在速度較慢的CPU上回放影像時,當遇到過高的數據速率或解碼過於複雜時,只有靠丟幀來彌補”馬力”的不足,以致視頻回放出現不連貫現象。而Indeo互動視頻則靠可用的CPU來調整視頻質量以維持穩定的幀速。也就是說,Indeo互動視頻除了丟幀外,還可以通過降低視覺品質來避免被迫丟幀。處理器的可伸縮性幾乎不額外占用CPU的時間,但它卻保證了回放過程高質量的幀速率。
【4】 目標平台的可選擇性： 對於待壓縮編碼的視頻段,Indeo互動視頻允許操作者指定將來回放該片段時所基於的平台,目前它對高、中、低平台的下限是這樣劃分的: 高平台:奔騰/90MHz處理器,8MB記憶體,256KB高速快取,33MHz匯流排。 中平台:奔騰/75MHz處理器,8MB記憶體,無高速快取,25MHz匯流排。 低平台:Intel 486DX2/66MHz處理器,8MB記憶體,無高速快取,33MHz匯流排。 與這些平台相對應,Indeo互動視頻提供了一系列壓縮時的建議及參數的設定。這些參數除了主幀間距和數據速率外,還包括可伸縮性開關、雙向預測開關和目標平台(三檔)設定。在壓縮時,編碼器將參照這些要求來調整比特流(Bit Stream)以在指定的目標平台上回放時達到最佳效果。
其他特點
視頻產權的保護
Indeo互動視頻採用了存取密鑰(Access Keys)來避免他人非法使用受保護的視頻段。存取密鑰通過數字口令的形式在壓縮該視頻段時加入(口令的取值範圍0～4,294,967,295)。在回放已加入存取密鑰編碼的視頻段時,對於每個主幀解碼器將檢查該片段是否受存取密鑰保護:若是,則對從該幀開始的幀序列的每一幀核對口令,看使用者輸入的口令是否和存取密鑰相同;若不相同,則停止解碼並返回出錯信息。
主幀的靈活性
Indeo互動視頻除了仍支持周期性主幀的使用外,還支持非周期性的主幀。在壓縮編碼時,視頻創作人可在幀序列的任一處設定主幀來指定隨機存取點。 主幀間距可以取下列數值: 0:該視頻段只有第一幀是主幀。 1:該視頻段的每一幀都是主幀。 2,3,4,…,n:該視頻段的第n幀是主幀,n值沒有上限。
調色板處理的改進
Indeo視頻從來就提供給開發者一個靈活的處理8位視頻調色板的機制,容許”默認調色板”和”活躍調色板”方式。 在”默認”調色板方式中,Indeo視頻編解碼器提供了一個用236默認顏色的標準調色板(編解碼器不理會頭10個和尾10個調色板顏色,因為它們是被Windows保留的)。默認的調色板對所有的Indeo視頻檔案是一樣的(它被儲存在編解碼器里,而不是附在每個檔案上)。開發者常通過使用In-deo視頻的默認調色板,來將這種一致性用於它們的套用背景圖形。 在”活躍調色板”方式中,Indeo視頻編解碼器接受套用提供的一個調色板,將視頻顏色振動到該調色板中。一個套用典型地送來顯示背景圖形的調色板到編解碼器,使該視頻”播放進”現存的背景顏色而不產生調色板閃光。使用活躍調色板方式的額外好處是視頻編解碼器可以全用上256個調色板的項目(包含保留給Windows的20種顏色)來顯示視頻,有時會改進視頻的品質。 除了活躍和默認調色板方式外,Indeo互動視頻還提供第三種名為”可配置”的調色板方式。除了236個項目的默認調色板之外,Indeo互動視頻編解碼器還儲存了第二個內置的調色板,即可配置調色板,它只有195個項目(是默認調色板236個項目的子集)。在視頻中只使用首195個調色板項目,而忽略尾41個項目。這容許開發者保留一組41個顏色只給該套用使用,甚至在回放過程中動態地更改這些項目。Indeo互動視頻的編解碼器不使用可配置調色板的尾41個項目。
最後說明
【1】本文所述功能除了可採用選單和對話框(如高性能壓縮選項)的形式實現外,還可以通過編程的方式,作為MS Video for Windows的編解碼器。
【2】解碼時CPU的限制使用。
Indeo視頻軟體對計算機的能力進行預算,將CPU總處理能力的35%用到Indeo解碼上,而把其餘大部分留給其他應用程式。具體到Indeo互動視頻,它還允許使用者決定將CPU的多少時間用於解碼過程。 總之,Indeo互動視頻的軟體編解碼技術實現了高質量的視覺品質,互動能力和編程的靈活性。使用者配之以強有力的奔騰處理器,可以開發出新穎動感的互動多媒體作品。
