Сжатие потока отображения

Метод сжатия видео для соединений HDMI и DisplayPort

Display Stream Compression ( DSC ) — это разработанный VESA алгоритм сжатия видео , который позволяет увеличить разрешение дисплея и частоту кадров по сравнению с существующими физическими интерфейсами, а также сделать устройства меньше и легче, с более длительным сроком службы батареи. ^[1] Это алгоритм с малой задержкой, основанный на кодировании дельта PCM и цветовом пространстве YC _G C _O -R . ^{[1] [2]}

Эффект

Хотя DSC не является математически безпотерьным , он соответствует стандарту ISO/IEC 29170 для сжатия « визуально без потерь », формы сжатия, при которой «пользователь не может отличить сжатое изображение от несжатого». ^[3] ISO 29170 более конкретно определяет алгоритм как алгоритм без визуальных потерь, «когда все наблюдатели не могут правильно идентифицировать эталонное изображение более чем в 75% попыток». ^{[4] : 18} Однако стандарт позволяет игнорировать или исключать из тестирования изображения, которые «демонстрируют особенно сильные артефакты», например, сконструированные тестовые изображения. ^{[4] : 13, 18} Исследования DSC с использованием протокола чередования ISO/IEC 29170, в котором несжатое эталонное изображение представляется бок о бок с быстро чередующейся последовательностью сжатого тестового изображения и несжатого эталонного изображения, ^{[4] : 10} и проводились с различными типами изображений (такими как люди, природные и искусственные пейзажи, текст и известные сложные изображения), показывают, что в большинстве изображений DSC удовлетворяет критерию стандарта для визуальной производительности без потерь, хотя в некоторых испытаниях участники смогли обнаружить наличие сжатия на определенных изображениях. ^{[5] [6]}

Алгоритм

Сжатие DSC работает с горизонтальной строкой пикселей, закодированных с использованием групп из трех последовательных пикселей для собственных форматов 4:4:4 и простого формата 4:2:2, или шести пикселей (трех сжатых контейнеров) для собственных форматов 4:2:2 и 4:2:0. ^[7]

• Предварительная обработка:
  • Если используется кодировка RGB, она сначала преобразуется в обратимый YC _G C _O.
  • Если используется «простой 4:2:2», он преобразуется в 4:4:4 путем добавления отсутствующих выборок цветности посредством интерполяции соседних пикселей.
• Каждый компонент (1 яркость, 2 цветность) кодируется отдельно с использованием трех независимых подпотоков (четыре подпотока в собственном режиме 4:2:2). Шаг прогнозирования выполняется с использованием одного из трех режимов: алгоритма модифицированного медианного адаптивного кодирования (MMAP), аналогичного тому, который используется JPEG-LS , блочного прогнозирования (необязательно для декодеров из-за высокой вычислительной сложности, согласовывается при рукопожатии DSC) и прогнозирования средней точки.
• Алгоритм управления скоростью передачи данных отслеживает равномерность цвета и заполненность буфера, чтобы настроить глубину квантования битов для группы пикселей таким образом, чтобы минимизировать артефакты сжатия, оставаясь при этом в пределах ограничений скорости передачи данных.
  • DSC может работать в режиме постоянного или переменного битрейта. Минимально допустимый бит на пиксель (BPP) составляет 6 бит/пикс; ^{[7] : 52} типичный BPP, указанный на сайте VESA, составляет 8 бит/пикс. ^[8] Переменный битрейт на самом деле является способом временно отключить связь с дисплеем; ^{[7] : 125} он только добавляет возможность выбора 0 бит/пикс. ^{[7] : 41}
• Повторяющиеся недавние пиксели могут быть сохранены в 32-элементном буфере Indexed Color History (ICH), на который может ссылаться непосредственно каждая группа в срезе; это улучшает качество сжатия изображений, сгенерированных компьютером. Альтернативно, остатки предсказания вычисляются и кодируются с помощью алгоритма кодирования энтропии на основе кодирования с переменной длиной блока дельта-размера (DSU-VLC).
• Затем закодированные группы пикселей объединяются в фрагменты различной высоты и ширины; распространенные комбинации включают 100% или 25% ширины изображения и высоту в 8, 32 или 108 строк.

Модифицированная версия DSC, VDC-M , используется в DSI-2 . Она обеспечивает большее сжатие при 6 бит/пиксель за счет более высокой алгоритмической сложности. ^[8]

История

Версия DSC 1.0 была выпущена 10 марта 2014 года, но вскоре была отменена версией DSC 1.1, выпущенной 1 августа 2014 года. Стандарт DSC поддерживает коэффициент сжатия до 3:1 (уменьшая поток данных до 8 бит на пиксель) с постоянной или переменной скоростью передачи данных, цветовой формат RGB или Y′C _B C _R 4:4:4 , 4:2:2 или 4:2:0 и глубину цвета 6, 8, 10 или 12 бит на цветовой компонент.

Версия DSC 1.2 была выпущена 27 января 2016 года и включена в версию 1.4 стандарта DisplayPort; версия DSC 1.2a была выпущена 18 января 2017 года. Обновление включает в себя собственное кодирование форматов 4:2:2 и 4:2:0 в шестипиксельных контейнерах, 14/16 бит на цвет и незначительные изменения алгоритма кодирования.

4 января 2017 года был анонсирован HDMI 2.1 , который поддерживает разрешение до 10K и использует DSC 1.2 для видео с разрешением выше 8K с цветовой субдискретизацией 4:2:0 . ^{[9] [10] [11]}

Используя DSC со скоростью передачи HBR3, DisplayPort  1.4 может поддерживать 8K UHD ( 7680 × 4320 ) при 60  Гц или 4K UHD ( 3840 × 2160 ) при 240  Гц с 30  бит/пиксель RGB-цветом и HDR. 4K при 96  Гц 30  бит/пиксель RGB/HDR может быть достигнуто без необходимости DSC. На дисплеях, которые не поддерживают DSC, максимальные пределы не изменяются с DisplayPort  1.3 (4K 120  Гц, 5K 60  Гц, 8K 30  Гц). ^[12]

Версия DisplayPort 1.4a была опубликована в апреле 2018 года. ^[13] VESA не делала официального пресс-релиза для этой версии. Она обновила реализацию DSC DisplayPort с DSC 1.2 до 1.2a. ^[14]

Благодаря HDMI 2.1, который также может использовать DSC 1.2, поддерживается разрешение 8K до 120 Гц с HDR.

Ссылки

1. "VESA Finalizes Requirements for Display Stream Compression Standard" (пресс-релиз). VESA. 24 января 2013 г. Архивировано из оригинала 21 марта 2018 г. Получено 20 марта 2018 г.
2. Уоллс, Фредерик; Макинни, Сэнди (3 марта 2014 г.). «Сжатие потока отображения VESA» (PDF) . VESA.
3. Уоллс, Фредерик; Макиннис, Александр Сэнди (июнь 2014 г.). «27.4L: Late-News Paper: VESA Display Stream Compression: An Overview». SID Symposium Digest of Technical Papers . 45 (1): 360–363. doi :10.1002/j.2168-0159.2014.tb00097.x.
4. "ISO/IEC 29170-2:2015 — Информационные технологии — Расширенное кодирование и оценка изображений — Часть 2: Процедура оценки для кодирования практически без потерь" (PDF) . iso.org . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации (ISO) . Август 2015 г.
5. Судхама, Айшвария; Кутон, Мэтью; Хоу, Юйцянь; Гоэль, Джеймс; Дейл, Столицка; Якобсон, Натан; Эллисон, Роберт; Уилкокс, Лори (май 2018 г.). «Сжатие изображений с высоким динамическим диапазоном без визуальных потерь: масштабная оценка» (PDF) . Сборник технических документов симпозиума SID . 49 (1): 1151–1154. doi :10.1002/sdtp.12106 . Получено 4 марта 2021 г. .
6. Мохона, Санджида; Ау, Доменик; Кио, Оноис; Робинсон, Ричард; Хоу, Юцянь; Уилкокс, Лори; Эллисон, Роберт (май 2020 г.). «Субъективная оценка качества стереоскопического изображения: влияние сжатия без визуальных потерь». Двенадцатая международная конференция по качеству мультимедийного опыта (QoMEX) 2020 г. Атлон, Ирландия. стр. 1–6. doi : 10.1109/QoMEX48832.2020.9123129. ISBN 978-1-7281-5965-2. S2CID  220073001 . Получено 4 марта 2021 г. .{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
7. "VESA Display Stream Compression (DSC) Standard Version 1.2a [VESA-DSC-1.2a.pdf]" (PDF) . 18 января 2017 г.
8. "VESA Display Compression Codecs". VESA - Стандарты интерфейсов для индустрии дисплеев .
9. "HDMI Forum анонсирует версию 2.1 спецификации HDMI". HDMI.org. 2017-01-04. Архивировано из оригинала 2017-01-08 . Получено 2017-01-10 .
10. "Введение в HDMI 2.1". HDMI.org. Архивировано из оригинала 6 января 2017 года . Получено 2017-01-10 .
11. Антон Шилов (2017-01-05). "HDMI 2.1 Анонсирован". Anandtech . Получено 2017-01-10 .
12. "Next DisplayPort Can Drive 8K HDR Monitors". NextPowerUp . Архивировано из оригинала 27 декабря 2016 года . Получено 2016-03-04 .
13. "FAQ – DisplayPort". Архивировано из оригинала 24 декабря 2018 года.
14. "DSC Display Stream Compression". Архивировано из оригинала 10 июля 2019 г.