Compresión de flujo de visualización

Método de compresión de vídeo para conexiones HDMI y DisplayPort

Display Stream Compression ( DSC ) es un algoritmo de compresión de video desarrollado por VESA diseñado para permitir mayores resoluciones de pantalla y velocidades de cuadros en las interfaces físicas existentes, y hacer que los dispositivos sean más pequeños y livianos, con una mayor duración de la batería. ^[1] Es un algoritmo de baja latencia basado en la codificación delta PCM y el espacio de color YC G C O -R . ^{[1] [2]}

Efecto

Aunque DSC no es matemáticamente sin pérdida , cumple con el estándar ISO/IEC 29170 para compresión " visualmente sin pérdida ", una forma de compresión en la que "el usuario no puede notar la diferencia entre una imagen comprimida y sin comprimir". ^[3] ISO 29170 define más específicamente un algoritmo como visualmente sin pérdida "cuando todos los observadores no logran identificar correctamente la imagen de referencia en más del 75% de los ensayos". ^{[4] : 18} Sin embargo, el estándar permite que las imágenes que "presentan artefactos particularmente fuertes" se descarten o excluyan de las pruebas, como las imágenes de prueba diseñadas. ^{[4] : 13, 18} La investigación de DSC utilizando el protocolo entrelazado ISO/IEC 29170, en el que se presenta una imagen de referencia sin comprimir junto con una secuencia rápidamente alternada de la imagen de prueba comprimida y la imagen de referencia sin comprimir, ^{[4] : 10} y se realiza con varios tipos de imágenes (como personas, paisajes naturales y artificiales, texto e imágenes desafiantes conocidas) muestra que en la mayoría de las imágenes DSC satisface el criterio de la norma para un rendimiento visual sin pérdida, aunque en algunas pruebas los participantes pudieron detectar la presencia de compresión en ciertas imágenes. ^{[5] [6]}

Algoritmo

La compresión DSC funciona en una línea horizontal de píxeles codificados utilizando grupos de tres píxeles consecutivos para formatos nativos 4:4:4 y 4:2:2 simples, o seis píxeles (tres contenedores comprimidos) para formatos nativos 4:2:2 y 4:2:0. ^[7]

• Preprocesamiento:
  • Si se utiliza codificación RGB, primero se convierte a YC _G C _O reversible .
  • Si se utiliza "4:2:2 simple", se convierte a 4:4:4 agregando muestras de croma faltantes mediante la interpolación de píxeles vecinos.
• Cada componente (1 luma, 2 croma) se codifica por separado utilizando tres subflujos independientes (cuatro subflujos en modo nativo 4:2:2). El paso de predicción se realiza utilizando uno de los tres modos: algoritmo de codificación adaptativa mediana modificada (MMAP) similar al utilizado por JPEG-LS , predicción de bloques (opcional para decodificadores debido a la alta complejidad computacional, negociada en el protocolo de enlace DSC) y predicción de punto medio.
• El algoritmo de control de velocidad de bits rastrea la uniformidad del color y la plenitud del búfer para ajustar la profundidad de bits de cuantificación de un grupo de píxeles de manera tal que minimice los artefactos de compresión mientras se mantiene dentro de los límites de la velocidad de bits.
  • DSC puede funcionar en modo de tasa de bits constante o variable. El mínimo permitido de bits por píxel (BPP) es de 6 bit/px; ^{[7] : 52} el BPP típico que se indica en el sitio web de VESA es de 8 bit/px. ^[8] La tasa de bits variable es en realidad una forma de desactivar temporalmente el enlace de visualización; ^{[7] : 125} solo añade la posibilidad de elegir 0 bit/px. ^{[7] : 41}
• Los píxeles recientes repetidos se pueden almacenar en un búfer de historial de color indexado (ICH) de 32 entradas, al que cada grupo puede hacer referencia directamente en un corte; esto mejora la calidad de compresión de las imágenes generadas por computadora. Alternativamente, los residuos de predicción se calculan y codifican con un algoritmo de codificación de entropía basado en la codificación de longitud variable de unidad de tamaño delta (DSU-VLC).
• Luego, los grupos de píxeles codificados se combinan en secciones de distintas alturas y anchos; las combinaciones comunes incluyen un ancho de imagen del 100 % o del 25 % y una altura de 8, 32 o 108 líneas.

En DSI-2 se utiliza una versión modificada de DSC, VDC-M , que permite una mayor compresión a 6 bit/px a costa de una mayor complejidad algorítmica. ^[8]

Historia

La versión 1.0 de DSC se lanzó el 10 de marzo de 2014, pero pronto quedó obsoleta debido a la versión 1.1 de DSC lanzada el 1 de agosto de 2014. El estándar DSC admite una relación de compresión de hasta 3:1 (lo que reduce el flujo de datos a 8 bits por píxel) con una tasa de bits constante o variable, formato de color RGB o Y′C _B C _R 4:4:4 , 4:2:2 o 4:2:0 y una profundidad de color de 6, 8, 10 o 12 bits por componente de color.

La versión 1.2 de DSC se lanzó el 27 de enero de 2016 y está incluida en la versión 1.4 del estándar DisplayPort; la versión 1.2a de DSC se lanzó el 18 de enero de 2017. La actualización incluye codificación nativa de formatos 4:2:2 y 4:2:0 en contenedores de seis píxeles, 14/16 bits por color y modificaciones menores al algoritmo de codificación.

El 4 de enero de 2017, se anunció HDMI 2.1 , que admite una resolución de hasta 10K y utiliza DSC 1.2 para videos con una resolución superior a 8K con submuestreo de croma 4:2:0 . ^{[9] [10] [11]}

Al utilizar DSC con velocidades de transmisión HBR3, DisplayPort  1.4 puede admitir 8K UHD ( 7680 × 4320 ) a 60  Hz o 4K UHD ( 3840 × 2160 ) a 240  Hz con  color RGB de 30 bit/px y HDR. Se puede lograr 4K a 96  Hz  con RGB/HDR de 30 bit/px sin la necesidad de DSC. En las pantallas que no admiten DSC, los límites máximos no cambian con respecto a DisplayPort  1.3 (4K 120  Hz, 5K 60  Hz, 8K 30  Hz). ^[12]

La versión 1.4a de DisplayPort se publicó en abril de 2018. ^[13] VESA no emitió ningún comunicado de prensa oficial para esta versión. Actualizó la implementación de DSC de DisplayPort de DSC 1.2 a 1.2a. ^[14]

Con HDMI 2.1, que también puede utilizar DSC 1.2, también es capaz de reproducir 8K hasta 120 Hz con HDR.

Referencias

1. "VESA finaliza los requisitos para el estándar de compresión de flujo de pantalla" (nota de prensa). VESA. 24 de enero de 2013. Archivado desde el original el 21 de marzo de 2018. Consultado el 20 de marzo de 2018 .
2. Walls, Frederick; MacInni, Sandy (3 de marzo de 2014). "Compresión de flujo de pantalla VESA" (PDF) . VESA.
3. Walls, Frederick; MacInnis, Alexander Sandy (junio de 2014). "27.4L: artículo de última hora: Compresión de flujo de pantalla VESA: una descripción general". 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 — Tecnología de la información — Codificación y evaluación avanzada de imágenes — Parte 2: Procedimiento de evaluación para codificación casi sin pérdida" (PDF) . iso.org . Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización (ISO) . Agosto de 2015.
5. Sudhama, Aishwarya; Cutone, Matthew; Hou, Yuqian; Goel, James; Dale, Stolitzka; Jacobson, Natan; Allison, Robert; Wilcox, Laurie (mayo de 2018). "Compresión visual sin pérdida de imágenes de alto rango dinámico: una evaluación a gran escala" (PDF) . SID Symposium Digest of Technical Papers . 49 (1): 1151–1154. doi :10.1002/sdtp.12106 . Consultado el 4 de marzo de 2021 .
6. Mohona, Sanjida; Au, Domenic; Kio, Onoise; Robinson, Richard; Hou, Yuqian; Wilcox, Laurie; Allison, Robert (mayo de 2020). "Evaluación subjetiva de la calidad de la imagen estereoscópica: el impacto de la compresión sin pérdida visual". Duodécima Conferencia Internacional sobre Calidad de la Experiencia Multimedia (QoMEX) de 2020. Athlone, Irlanda. págs. 1–6. doi :10.1109/QoMEX48832.2020.9123129. ISBN . 978-1-7281-5965-2. S2CID  220073001 . Consultado el 4 de marzo de 2021 .{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
7. "Estándar VESA Display Stream Compression (DSC) versión 1.2a [VESA-DSC-1.2a.pdf]" (PDF) . 18 de enero de 2017.
8. "Códecs de compresión de pantalla VESA". VESA: estándares de interfaz para la industria de las pantallas .
9. "El foro HDMI anuncia la versión 2.1 de la especificación HDMI". HDMI.org. 4 de enero de 2017. Archivado desde el original el 8 de enero de 2017. Consultado el 10 de enero de 2017 .
10. "Presentación de HDMI 2.1". HDMI.org. Archivado desde el original el 6 de enero de 2017. Consultado el 10 de enero de 2017 .
11. Anton Shilov (5 de enero de 2017). "Anunciado HDMI 2.1". Anandtech . Consultado el 10 de enero de 2017 .
12. "El próximo DisplayPort puede impulsar monitores HDR 8K". NextPowerUp . Archivado desde el original el 27 de diciembre de 2016 . Consultado el 4 de marzo de 2016 .
13. "Preguntas frecuentes sobre DisplayPort". Archivado desde el original el 24 de diciembre de 2018.
14. "Compresión de flujo de visualización DSC". Archivado desde el original el 10 de julio de 2019.