Цифровое телевидение
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
частности, для студийного цифрового оборудования рекомендована частота дискретизации 13,5 МГц.
Число уровней квантования сигнала должно быть выбрано не меньше максимального числа градаций яркости, различимых глазом, которое, в зависимости от условий наблюдения, колеблется в пределах 100...200. Отсюда m=6,6...7,6.
Очевидно, число символов в кодовой комбинации может быть только целым, а значит, разрядность кодовой комбинации m=7 (или 8). В первом случае кодовая комбинация может нести информацию о 128 возможных уровнях сигнала (градациях яркости), во втором случае - 256. Если принять m =8, то скорость передачи цифровой информации
Vn=13,5тАв8=108 (Мбит/с).
Если учесть, что, кроме сигнала яркости, должна быть передана информация о цвете, то общий цифровой поток удвоится и будет равен 216 Мбит/с. Столь высоким быстродействием должны обладать как устройства преобразования ТВ-сигнала, так и каналы связи.
Передавать такой большой цифровой поток по каналам связи экономически нецелесообразно, поэтому следующей задачей является "сжатие" цифрового ТВ-сигнала. Резервы для уменьшения цифрового потока без ущерба для качества воспроизводимого изображения существуют. Эти резервы заключены в специфике ТВ-сигнала, обладающего значительной информационной избыточностью. Эту избыточность обычно разделяют, несмотря на некоторую условность такого деления, на статистическую и физиологическую.
Статистическая избыточность определяется свойствами изображения, которое не является в общем случае хаотическим распределением яркости, а описывается законами, устанавливающими определенные связи (корреляцию) между яркостями отдельных элементов. Особенно велика корреляция между соседними (в пространстве и во времени) элементами изображения. Знание корреляционных связей позволяет не передавать многократно одну и ту же информацию и сократить цифровой поток.
Второй тип - физиологическая избыточность - обусловливается ограниченностью зрительного аппарата человека. Учет физиологической избыточности позволяет не передавать в сигнале ту информацию, которая не будет воспринята нашим зрением.
Аналогично, несовершенство слухового аппарата человека позволяет "избавиться" от избыточной аудиоинформации в сигнале.
. Стандарты сжатия MPEG
Уменьшение цифрового потока видеосигнала за iет сокращения избыточности в изображении осуществляется в цифровом телевидении применением специальных эффективных методов кодирования. Для этого используются стандарты сжатия, разработанные Экспертной группой по движущимся изображениям в кинематографии (Moving Picture Experts Group - MPEG).
MPEG - это стандарты, определяющие параметры сжатия аудио- и видеофайлов и преобразования их в форматы, более удобные для пересылки. MPEG состоит из трех частей: Audio, Video, System (синхронизация двух других).
По стандарту MPEG-1 потоки видео- и аудиоданных передаются со скоростью 150 Кбайт/с (как в односкоростном CD-ROM-проигрывателе) и управляются путем выборки ключевых видеокадров и заполнением только областей, изменяющихся между кадрами.
MPEG-1 оптимизирован для использования с разрешением: 352 ppl (point per line - точек на линии), 240 lpf (line per frame - линий в кадре), 30 fps (frame per second - кадров в секунду) iветовой схемой YCBCr (где Y- яркостная составляющая, СB=В-У и Cr=R-Y - цветоразностные) и, к сожалению, обеспечивает качество видеоизображения более низкое, чем видео, передаваемое по телевизионному стандарту.
Перед началом кодирования происходит анализ видеоинформации, выбираются ключевые кадры, которые не будут изменяться при сжатии, а также кадры, при кодировании которых часть информации будет удаляться. Всего выделяется три типа кадров:
кадры типа I (Intra frame) - ключевые кадры, которые сжимаются без изменений;
- кадры типа Р (Predirected frame). При кодировании этих кадров часть информации удаляется, а при воспроизведении используется информация от предыдущих I или Р кадров;
- кадры типа В (Bidirectional frame). При кодировании потери информации еще более значительны, а при воспроизведении используется информация от двух предыдущих I или Р кадров.
Наличие В кадров в видеоролике - тот фактор, благодаря которому MPEG-1 имеет высокий коэффициент сжатия, но не очень высокое качество. При кодировании формируется цепочка кадров разных типов (рис.5). Наиболее типичная последовательность - IBBPBBPBBIBBPBBPBB... Соответственно, очередь воспроизведения по номерам кадров будет выглядеть так: 1423765...
По окончании разбивки кадров на разные типы начинается процесс подготовки к кодированию. С I кадрами это достаточно просто: кадр просто разбивается на блоки, которые имеют размеры 8x8 пикселей. А вот для того, чтобы сильнее сжать кадры типа Р и В, используется алгоритм предсказания движения.
Рис.5
В качестве входной информации алгоритм предсказания движения получает блок текущего кадра (8x8 пикселей) и аналогичные блоки от предыдущих кадров (I- или Р- типа). После обработки имеется следующая информация:
вектор движения текущего блока относительно предыдущих;
разница между текущим и предыдущими блоками, которая и подвергается дальнейшему кодированию.
Вся избыточная информация удаляется, благодаря чему и достигается столь высокий коэффициент сжатия, но невозможный без потерь. В случае корректного срабатывания алгоритма предсказания движения количество кадров разного типа (I:Р:В) в байтах соотносится примерно как 15:5:2, т.е. уменьшение объема видеоинформации налицо ?/p>