Карякин В.Л. Цифровое телевидение (2-е издание, 2013) (2) (Карякин В.Л. Цифровое телевидение (2-е издание, 2013)), страница 8

11опытка коднровать все кадры одинаковым числом битов приведет к нзь<ененню качества нзображсцпя от кадра к кадру, а это крайне непрняпю „шя и:ясзрнтеля. Единственным средством выравнивания скорости потока является прпменснне буферной памлтп в кодере н декодере. Буфер может заполняться Цифровое телевихение< В.Л. Карякин. — Вй СОЛОН-Пресс Глава 1. Общие принципы псстрсевия систем цифрового теяевиаеиия со сгорел ы кваитовятеяя перавиыми порциями, а опустошаться в сторону канала равномерно, обеспечивая постоянную скорость, цифрового потока.

Однако быстрая смена сюжетов и связанное с этим увеличение доли 1-подрав вскоре может привести к переполнению буфера, а длиииый сюжет без движения — к его опустошению. Увеличение размера буфера вызывает возрастание задержки сигнала в кодере, что в некоторых случаях мешает телезрителям (беседа двух телеведущих в разных студиях). Для сохранения приемлемого качества изображения при постоянной скорости потока пеобходимо. во-первых, регулировать шкалу квантования и, во-вторых, адаптивно распределять имеющийся ресурс битов между разными типами кадров с учетом их сложности. Эти задачи решаются в кодере специальным устройством — контроллером битов.

Аоапшивиие управление процессам кваплювапия осуществляется умножением всех элементса матриша на масштабируюший множитель величиной от 8 до 1/4. общий для всех отсчетов макроблока, который также сообщается декодеру. Величина множителя больше ! означает увеличение доли битов, выделяемой ланиому макроблоку или кадру. меньше 1 соответствующее уменьшение. Перераспределение ресурса между Ро Р- и В-ка11рини производится кодером на основе оценки соопюшсиия битов в пршпядущнх калрах.

Некоторые колеры осущсствлаот копирование «в два прохолав, оценивая иа первом проходе ело.киость видеокадра, выделяя ему иа основе этой оценки определенный ресурс битов и уже иа втором проходе копируя отсчеты с учетом выделенного ресурса. Кодер ИРИС 1 работает слелуюшим образом. В режиме г-кзлров осушествяяешя только пргхтрансшеннсе кодирование.

Коэффициенты ДКИ кваитуются с переменной длиной шага, зависящей от состояния буфера, кодируются кодом Хаффмана и иаправляются в буфер, откуда считываются с постоянной скоростью. В режиме с лреосиоаггпем вперед дискретно-косииусиому преобразованию подясргается ие весь текущий калр, а только разность между иим и предыдущим. опорным кадром. В режиме дауггаиравлелггвго иредсказаггюя формируются олиовременно два опорных кадра — предыдущий и будущий, для чего используются две ишависимые схемы формирования.

Кодер сравнивает предсказанные кадры с текущим кадром, кодирует разности и решает, какое из предсказаний требуег меньше битов. Калр с минимальным числом битов посылается декодеру. В декодере восстанавливается опорный кадр пузцы выполнения операций, обратных кодированию — восстановления отсчетов, обратного ДКП и восстановления движения по векторам перемещения.

т.е. тех же операций, которые осуществляются в кодере. Цифровое телевидеиве/ В.Л. Кара«яи. — йй 00110Н-Пресс Глава!. Общие приицкпы востр«сипя систем цифрового тслсвядсиия !З.2 Структура вмдеопоеледовптельвостп Видеопоследовательностью в стандарте МРВ6.1 называется любая аоследовательиость видеокадров произвольной длины. В заголовке «цлсопоследоватсльности передается инфорлпшия о скорости цифрового »о|ока, разрешающей способности изображения. формате пветности, формате | апра, частоте кадров и т.п. Видеопоследовательность подразделяется иа группы видетадроа (ГВК1, плср»яшке один 1-кадр н, возможно, несколько Р- и В-ладраа.

Расстояние между ближайшими Р-кадрами обычно обозначается через М. общее число кадров в группе -(Ч, группа записывается как (М, ДЧ. Типичная длина ГВК от 6 до 20 вндсокадров. Для вешания обычно используется М = 3, 1( = !2. ГВК всегда начинается с 1-кадри, и вес предсказанные видеокадры внутри группы опира|отса„как правило, на кадры ««утри этой жс |руины. Последовательность передачи кадров ГВК должна отли иться от ц|хледовазшгьности кадров в самой ГВК, как показано на рнс.

!.1О, чтобы декодер на приеме мог восстановить предсказанные кадры. Рисунок !. !Π— Последовательность иередачи видсокааров Начало ГВК является удобной точкой входа в внлеопоследовательиость заа се записи, разрезания или «бесшовного» соединения с другой носледовазельиостью. Удобно начинать новую ГВК в момент смены сцены, когда име|ошаясл а колере информация о предыаушнх видеокадрах уз рачпваст ценность и нужно формнровать новый 1-кадр. Следу|ошей ио рангу шрушуриой единицей внлсопосле|юватсльности являегся аидеаиадр.

Заголовок внлсокадра содержит информацию о сто типе и структуре, «глобальных» векторах переме|ценна. Видсокялры делятся на слаигм. так называется группа ласледааительиых микраблакая в вндсокадрс, объединяемых обшей шкалой квантования. Слайс представляет собой минимальную единицу видеопоследовательности в борьбе с ошибками. Если декодер обнаруживает о|иибку. оп иг|юрирует данный слайс и сдвигается к началу сведующего.

Чем больше слайсов в вилеокадре, тем эффективнее борьба с ошибками (но ниже степень с катяяй Цифровое теяеаидсиас| Вл. карякин. — ки сОлОн-пресс 33 Глава 1. Обпже принципы построение снстеи цифрового телевидения Накален. такродлок и длок — низовые структуры иерархии, отвечающие за кодирование и компеисапиюдвижения. Наглядное представление о потоке видеоданных можно получить из рассмотрения рис.1.11, где показана иерархия элементов потока и последовательность нх вложения в поток. Передаваемые в заголоаках данные имеют следующий смысл. Рисунок 1.11 — Иерархия элементов потока видеоданных У. Видеопоследовательность в,ли'' ° Фв частота калров.

сьввлзгиевлдвмя иотоко — скорость, раэмор буфера, флм ограниченна параметров. 2. Уувувпа еидеокадрвт в~а — „в в виввв | секунды). 12одаиетЛц Д 1Л'- струатура ГВК, открытая или закрытм ГВЕ; 3. Влдеокадр 34 Цифроясе гслеввтсиие/ В.Л. Карякин. — М: СОЛОН-Пресс Глава 1. Общие црннцяпы лсстроення снстем цифрового телевидення 7ил — 1; Р- плп В-влвеощидрз лар/«петры буфера — требуемое заполнение в«фора перед началом декодирования. н ьэ ы о/)и илня — точность щ /юльзуемых векторов перемещения в пнкселах. 4 Сллйс йе /ликаты/ое о ние — номер строки, с которой начинается ланный «айс. Щдтоа квпнщйвйКЗ/я — вид шкалы используемой в панком слвйсе.

5. Млкроблок йд1кс — число макроблоков, которое следует пропустнть. Д/д — налично м «тора персмешення н его зпп. Шлйтй деля/йпаинид — внд шкалы используемой в данном макроблоке. Шаба в л и бл ка — битовая «//рта, показывавшая местоположение кодируемого блока. 1.ЗЗ Алгоритаз обработки аудноданньзх С:катне аудиоданных в стандарте МРЕЮТ базируется на принципах /ншосного кодирования. В зависимости от используемого алгоритма опрелелсны щрл УЕо/н/л )бнуег) обрабощки, обозначаемых латинскими цнфраын 4 11, 111 п рэ«личаюшпхся сложностью лскодера н особенно кодера н степенью сжатия. Важнейшим свойством МРЕС-1 является полная обратная совместнмость «гсх трех уровней.

Ямцйилм/ Уроне//д 1 разработан дхя записи на кассеты формата эсс (Э/8/га! Сощрасг Спптегге). Кодирование первого уровня применяется там, где пс очень важна степень компрессии н решагощнмн фактораын являются сложность н стоимость кодера и деколера. Кодер Уровня 1 обеспечивает высококачественный стереозвук прн скорости цнфрового потока 384 кбнт/с. лэюдщлж Уйо/пИ И требует более сложного колера и несколько более сложного декодера, но обеспечивает лучшсс сжатне. Высококачественный с/среозвук достигастсл уже прн скорости 256 кбиг/с.

В основу алгорнгма положен поцулярпый в Европе формат Мля)сит. ьч/////// /э// и полосное коднрованне, дополпнтельноеДКЛ, энтропийное кодирование. Ценой услолщення кодера и декодера он обеспечивает высокую степень компрессии — высококачественный стереозвук возможен на скорости 128 кбит/с. МРЕС-1 оказался первым л/еокду//прод//мн синдартом цифрового сжатия звуковмх снщюлов н это обуаювнло его широкое применение во мнопщ обяастях: вещании, звукозаписи, связи н мультимедийных прнложениях.

Наиболее широко используется Уровень И. Он вошел составной частью в европейские стандарты спузззнкового, кабельного н эфирного цифрового ТВ ~/сщання, в стандарты звукового вешания. запнсн на ЭУЭ. Уровень Ш (сто еще называют МР-3) нашел щнрокое применение в цифровых сетях с интегральным обслуживанием (БЭ///) и в сети Интернет. Цифровое /члсвилсцие/' В.Л. Карякин. — ВО СОЛОН-Пресс 35 Глава !. Общие принципы асстроеная систем цифрового тсяеенаеиая Подавляющее большинство музыкальных файлов в сети залисанм именно в этом стандарте. МРВС-) нормирует для всех трех уровней следуюшие номинальь скоростей цифрового потока: 32, 48, 56, 64, 96, 112, 192, 256, 384 н 448 кбнт/с, Частота дискретизации может составвять 32, 44,1 или 48 кГц, число уровней квантования входного сигнала — от 16 до 24.