Группа MPEG

Методы компрессии видеосигналов.

Internet Телевидение.

Пакетная передача телепрограммы на основе IP-протокола IPTV. В 2005-2006 гг. был создан сайт, в 2007 г. Компания ABC на сайте размещала свои шоу в прямом эфире.

Допускается интерактивный доступ, трансляция программ в формате MPEG-2 и стандарт MPEG каналов на основе формирователя потока головной станции и кодеров формирует поток для IP-передачи.

В цветном аналоговом телевидении видеосигнал в пределах 1 строки и звуковые стереосигналы передаются в аналоговом виде, а сигналы кадров, строк – в импульсном.

Необходимость сжать радиочастотный спектр требует оцифровки, но даже просто оцифрованный видеосигнал имеет скорость ≈ 15 – 20 Мбит/с.

Дальнейшим резервом для снижения скорости является устранение избыточности.

В России используется стандарт SECAM, 625 строк и 25 кадров/сек. Формирование очередного кадра осуществляется путём чересстрочного сканирования, что позволяет иметь вдвое меньше полосу частот, чем при прогрессивном. Цветное изображение передается в RGB формате и требуется передача 4-х сигналов: яркости, красного, синего, зелёного.

Для повышения эффективности передают сигналы яркости (Y) и С_R, C_B.

Для компьютера вводится понятие пикселя – это наименование единицы графического изображения, отображённого на экране.

Промышленность использует низкую разрешающую способность 352 – 288 – формат GIF. Соответственно GIF является производным для форматов большего размера.

Одним из первых стандартов булл стандарт H.261. H.261 – прогнозирует видео изображения с целью устранения временной избыточностью. Блоки GOB, каждый делится на 11 частей по горизонтали и на три части по вертикали формируя блоки MB 16 х 16 пикс. Каждый MB блок делится на 8 х 8 пикселей, кодируется сигналами Y, С_B, C_C.

Основой H.261 является обнаружение и кодирование временной неоднородности блока и макро блока.

H.263 – применим для любых форматов, используют увеличенную точность прогноза, компенсацию движения и позволяет два раза снизить объем передаваемых данных.

MPEG – 1 – (1992 г.) предназначен для сжатия видеофильмов до скорости 1,5 Мбит/с и для записи фильмов на оптические диски. Качество VHS.

Для обеспечения компромисса между скоростью потока данных и максимальным размером файла было принято, что на каждый стандартный опорный кадр приходится до 14 прогнозируемых кадров, из них 4-Р кадра (предсказуемых по 1 направлению) и 10-В кадров (предсказуемых по 2 направлениям).

MPEG – 2 – Для цели трансляции много канальных пакетов программ. 1а часть в 1991 г., последняя в 1999 г.

В стандарте MPEG – 2 сигнал изображения и сигнал звукового сопровождения преобразуются в индивидуальные потоки данных. Поток видео данных состоит из множества элементов, которые определяются по правилам.

Различные следующие виды элементов и их комбинации.

Видео последовательность изображения I, B,P - типов, со срезами, макроблок и блок.

Видео последовательность – серия последовательных кадров (через строчное и прогрессивная развёртка).

Кадры типа I – содержат всю информацию о картинки, любая новая сцена начинается I – кадром и в нём может быть устранена пространственная избыточность.

Для того, чтобы был организован случайный доступ I – кадры должны регулярно появляться в видео потоке и при передаче квазистатического изображения. Кадры формируются в наборы из 12 изображений.

Например: IBBPBBP…

Лекция 8. Группа MPEG (продолжение).

В стандарте MPEG – 2 каждое изображение представляется на основе слоёв или срезов. Срез состоит из макроблоков MB 16 x 16 пикс. И MB включает информацию о Y-матрице, а так же о C_B и C_R – матрицах. В зависимости от выбранного формата дискретизации меняется число блоков, несущих информацию о цветах.

Допускается дискретизации: 4:2:0

4:2:2

4:4:4

В изображениях типа кадровых используется прогрессивная, либо чересстрочная полукадровая развёртка, что так же влияет на организацию макроблоков.

При кадровом – каждый блок яркости образуется из чередующихся строк двух полей.

При чересстрочном – из строк только одного из двух полей.

Блоки являются базовыми структурными единицами, над которыми выполняется дискретное – косинусное преобразование (ДКП) внутрикадровую компрессию.

Каждый блок 8 x 8 пикс. подвергается ДКП, в результате чего исходная матрица преобразуется в матрицу частотных характеристик. Каждый коэффициент характеризует определённой частотной составляющей кадра.

Все структурные элементы видео потока дополняются специальными стартовыми кадрами. Каждый элемент снабжается заголовком, который содержит основные параметры телевизионного изображения: размеры сторон, частота кадров, матрица квантования, формат дискретизации цветного изображения.

В MPEG – 2 выделяют 5 базовых профилей кодирования сигнала яркости и цветности:

SP – простой;

MP – основной;

SNR – масштабный по отношению к шуму;

Spatial – масштабный с пространственным расширением;

HP – высокий.

Возможны 2 основных работы кодера:

- с постоянной скоростью;

- с постоянным уровнем качества декодирования изображения, степенью компрессии и скоростью потока данных можно управлять с помощью изменения матрицы квантования.

В режиме постоянного качества используется фиксированная матрица квантования, но скорость потока может изменятся.

Стандарт MPEG – 2 основан на адаптивной обработки изображения.

Структура кодера MPEG – 2

В предпроцессе сигналы RGB превращаются в С_R и С_В. Сигналы нового кадра поступают с препроцессора в детекторы движения, сравниваются с хранимым предыдущем кадром и вырабатываются векторы движения для MB 16 x 16 пикс.

Эти векторы поступают в предсказатели, которые формируют видеосигнал, сравниваемый в вычитателе с основным изображением для получения разностного изображения.

Временную избыточность уменьшает блок оценки движения. Пространственная избыточность уменьшается при переносе сигнала из временной в частотную область, для этого выполняется АКП над блоками 8 х 8 пикс. разностного изображения.

После такой операции частотные составляющие с малой энергией исчезают, после квантования сигналы приходят в кодеры. На выходе поток имеет не постоянную скорость и с ёмкостью каналов используется промежуточный буфер. В зависимости от заполненности вырабатывается сигнал квантования управления точности, поддерживается постоянная скорость цифрового потока. Для формирования сигнала точного предсказательного изображения необходимо в памяти иметь копию передаваемого изображения.

Для этого в кодер вводиться петля компенсации движения, в состав которого входит деквантователь -> входит ДКП и сумматоры.

Стандарт MPEG – 2 позволяет выполнять объединение элементарных потоков 1 или нескольких телевизионных программ в единый поток. Регламентируется 2 формы объединения: программный и транспортный поток.

PES - состоит из отдельного потока и каждый пакет состоит из заголовка и данных пользователя. В начале заголовка идут 24 бита стартового прификса,затем 8 бит идентификатора потока, далее 16 бит – длина PES- пакета и 2 флага по 8 бит, которые указывают на наличие, либо отсутствие дополнительных полей.

Длина блока программного потока может состоять от 2 до 64 Кбайт, но имеет ограничения -> заголовки блока должны появиться не реже, чем через 0,7 сек.

Элементарный программный поток объединяет элементарные потоки одной телевизионной программы, имеющей общую временную базу.

Транспортный поток может объединять пакетные элементарные потоки переносящие данные нескольких телевизионных программ с различным временными и независимыми данными. Он состоит из последовательности коротких пакетов, размером 188 байт и элементарные потоки видео, звука, данных разбиваются на фрагменты равные длине нагрузки 184 байта и мультиплексируются в единый поток.

В стандартах DVB и ISDB к 188 байтам каждого транспортного пакета добавляются 16 проверочных байт, что позволяет исправить до 8 ошибочных байт в пакете.

Лекция 10: Достоинства стандарта DVB.

1. Хорошо приспособлен для приёма обычных программ SDTV, программ высокой чёткости HDTV, а так же звука и других комбинаций.

2. возможность обслуживания с уже существующего оборудования и приём на существующие антенны.

3. возможность приёма на переносные приёмные и компактные антенны.

4. Возможность работы в одночастотной сети.

5. В стандартной для аналогового телевидения полосе 8 МГц можно передавать от 4 до 6 DVB программ, при этом транспортный MPEG поток хорошо сбалансирован и используется рационально.

6. переключение с одного канала на другие выполняется мгновенно.

7. Наличие в DVB системах избыточного кодирования, улучшения помехоустойчивости и стойкость к кратковременному пропаданию сигнала.

Четыре стандарта DVB:

- DVB – C – кабельное

- DVB – S – спутниковое

- DVB – T – наземное цифровое вещание

- DVB – H – портативное, ручное.

Дата добавления: 2014-01-20