Джакония В.Е., Гоголь А.А., Друзин Я.В. Телевидение (4-е издание, 2007) (1143036), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В цифровом потоке соответствующие им временньйе интервалы можно исключить или использовать для передачи другой информации, например звукового сопровождения, Уменьшение цифрового потока ТВ сигнала за счет сокращения статистической и физиологической избыточности в изображении осуществляется в телевидении применением более эффективных методов кодирования по сравнению с ИКМ. При большом их многообразии наиболее широко распространены следующие виды эффективного кодирования; кодирование с предсказанием, кодирование слинейным ортогональным преобразованием, взвешенное квантование, энтропийное кодирование или кодирование с переменной длиной. Перечисленные виды кодирования могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом, давая в последнем случае значительно больший эффект.
Более подробно эти вопросы будут рассмотрены в следующих разделах этой главы. В настоящее время существуют стандарты компрессии, которые определяют основные правила эффективного кодирования и декодн- ч ') ЧАСТЫ. Физические основы телевидения резания цифровых потоков как изображений, так и связанного с ними звукового сопровождения. Эти стандарты получили общее наин<< пованне МРЕС, представляющее собой аббревиатуру от названия разрабатывавшего их мех<дународного комитета — Мочшй Р!с<пгез Ехрег<з Сгопр (Группа экспертов по движущимся изображениям), Разработанные и разрабатываел<ые стандарты компрессии МРЕС не подвергают я<есткой регламентации процедуры эффективного кодирования, с тем чтобы оставить возможности для дальнейшего усовершенствования кодеров и декодсров.
Стандартизованы только кодовое представление цифрового потока, сформированного устройством компрессии, и процесс декодирования. В Европе в качестве основного стандарта для цифрового телевизионного вещания приняты спецификации сжатия МРЕС-2, известные как стандарты «Маш Ргой1е а< Ма1п Ьече!» (основной профиль при основном уровне), хотя разработаны и другие подмножества стандарта, отвечающие различным сферам применения и качеству изображений. Эффективносты<омпрессии, достигнутая к настоящему времени, очень велика. Так, для упомянутого основного уровня стандарта МРЕС-2 (разрешение 720х576 пикселей) требуется битовая скорость порядка 15 Мбит/с (против приведенного выше значения 270 Мбит/с некомпрессированного ИКМ сигнала). 5.1.3.
Канальное кодирование Цифровые сигналы с высоким уровнем компрессии весьма уязвимы для помех в канале передачи. Поэтому они нуждаются в эффективном обнаружении и исправлении ошибок. Как показали исследования, в цифровом телевизионном вещании интенсивность ошибок должна быть порядка 10 'в... 10 >з бит. Это соответствует появлению за один час передачи не более 0,1... 10 ошибочных бит. Канал передачи со столь низкой интенсивностью ошибок называют квазибезошибочньлм каналом.
Подобных физических каналов в реалии не существует. Тем не менее условия передачи с такими жесткими требованиями к безошибочности передачи цифровой информации должны быть выполнены. Для этого предпринимаются определенные предупред><тельные меры, которые гарантируют, что ошибки, вызванные физической средой передачи, будут обнаружены и по возможности скорректированы. С этой целью сигнал подвергается так называемому по»<ехоусп>ойчивому кодированию, при котором в сигнал вводится пир<деленная избыточность, позволяющая обнару>кивать ошибки и ш правлять их.
Из помехоустойчивых кодов наиболее широко прим< ппм код Рида — Соломона. Введение дополннтельной избыточности д. ш реализации помехоустойчивого кодирования не они>кает заметпыи образом общий результат, достигнутый от применения приемов компрессии цифрового сигнала. 93 ГЛАВА В. Основы цифрового телевидения Нроме того, компрессированный цифровой сигнал подвергается и некоторым другим операциям, которые в совокупности с помехоустойчивым кодированием относят к разряду процедур так называемого канального кодирования.
В частности, производится: операция сярегяблироаания данных с целью более равномерного распределения энергии сигнала и так называемое перемеогсеиие, которое позволяет длинные пакеты ошибок распределить на отсчеты, далеко отстоящие друг от друга. Процедуры канального кодирования рассматриваются в гл. 13. 5.1.4. Модуляция Существующие каналы связи имеют значительное ограничение по полосе пропускания частот, Особенно это касается сетей распределения сигналов наземного телевидения. Способ модуляции в большой степени определяет результирующий спектр частот цифрового сигнала, основные компоненты которого должны попадать в полосу частот канала.
Следует отметить, что обычная амплитудная, частотная или фазовая модуляция двухпозиционным (двухуровневым) кодом, при которой логические 0 или 1 представляются двумя значениями несущей, крайне неэффективна. Это обусловлено, во-первых, большой шириной спектра самого модулирующего сигнала и, во-вторых, удвоением (как минимум) ширины спектра сигнала после модуляции. Полоса частот модулирующего сигнала не макет быть ниже определенного предела, при котором возникают непреодолимые межсимвольные искажения.
Этот предел получил название порога Найк- виста и характеризуется для двухпозиционного кода удельной величиной скорости передачи данных, равной 2 бит/с на Гц. Это означает, что для цифрового сигнала, сформированного в соответствии с основным уровнем МРЕС-2 (скорость передачи 15...20 Мбит/с), потребуется полоса пропускания не менее 8...10 МГц, которая в свою очередь может удвоиться при использовании обычных методов модуляции. Значительное сокращение спектра частот могут обеспечить современные способы модуляции: относительная квадратурная фазовая манипуляция (для спутникового телевидения), квадратурная амплитудная модуляция (для кабельного телевидения), кодированное ортогональное частотное уплотнение (для наземного цифрового телевидения) и ряд других.
Более подробно вопросы модуляции рассматриваются в главе, посвященной цифровым системам телевизионного вещания. 5.1.5. Обобщенная структурная схема системы цифрового телевидения Подлеисащий преобразованию аналоговый сигнал поступает на вход цифровой ТВ системы (рис. 5.6). Этот сигнал подвергается х1АСТЬ 1.
Физические основы телевидения Рис. 5хк Обобщенная структурная схема ЦТС предварительной обработке для упрощения последующих цифровых преобразующих устройств. Например, полный цветовой сигнал разделяется в устройстве предварительной обработки на сигнал яркости и цветоразностные сигналы с тем, чтобы цифровые преобразования производились с каждым из трех сигналов отдельно. Можно ввести в аналоговый сигнал определенные предыскзлсения для улучшения субъективного качества выходного изображения и т.п.
Несмотря на то что многие из этих предварительных операций по обработке могут быть сделаны и в цифровой форме, на определенном этапе развития технически проще их выполнять в аналоговой форме. Далее, подготовленный для преобразования аналоговый сигнал поступает на кодирующее устройство, в котором он дискретизируется,квантуется и предварительно кодируется, Как указывалось, в полученном таким образом сигнале содержится значительная избыточность, которая может быть в определенной степени сокращена дополнительным, более эффективным кодированием перечисленными выше методами компрессии.
Затем цифровой сигнал подвергается так называемой прямой коррекции ошибок, выполняемой в устройстве канального кодирования, и наконец поступает на выходной преобразователь (например, на модулятор передающего устройства). В приемном устройстве осуществляются обратные операции. Приведенная на рис. 5.6 схема является обобщенной. В зависим<юти от задач, стоящих перед цифровой системой, она моакет видоизменяться. Например, система вообще не будет содержать аналоговых звеньев, если использовать преобразователи свет — сигнал и гнгнап — свет, генерирующие и преобразующие сигнал в цифровом вид~. В другом случае могут отсутствовать устройства, повышающие помехоустойчивость сигнала в каналах связи.
Это допустимо при отсутствии протяженных линиИ связи и, в частности, при цифровой обработке сигнала внутри одного телецентра. В том же случае не обязательны и устройства, устраняющие в ТВ сигнале избыточность н гокращшощие цифровой потех. ГЛАВА В. Основы цифрового телевидения 5.2. Методы видеокомпрессии Компрессией телевизионного сигнала называется устранение из него избыточной информации для уменьшения скорости цифрового потока и, как следствие, более эффективного непользования каналов передачи. Общая характеристика возмо.кпостей видеокомпрессии была рассмотрена в п, 5.1.2. В данном параграфе излагаются конкретные технические приемы по сокращению избыточности видеоинформации, используемые в цифровом телевизионном вещании. Избыточность информации в потоке цифровых данных объясняется презкде всего спецификой ТВ изображения.
Известно, что, несмотря на равновероятность любых из возможных значений яркости (цветностн) для одного элемента изображения, содержание соседствующих с ним элементов мало отличается или не отличается вовсе. При поэлементной передаче яркости и цветности методом ИКМ в канал таким образом посылается одна и та же или мало отличающаяся по содержанию информация. Подобную избыточность информации в сигнале называют пространставенной или внутрикадровой, Значительная избыточность содержится и в передаче смежных во времени кадров изображения, в которых, несмотря на движение отдельных фрагментов, существенную роль играют общие для них неподвизкный фон или задний план. Такого рода избыточность называют временной или межкадровой.
И пространственная, и временная избыточность обусловлены статистическими свойствами телевизионного изобрвлсения. Следует также учитывать, что цифровой ИКМ сигнал, являющийся продуктом преобразования аналогового сигнала, содержит в определенную психофизическую избыточность информации. В этой информации содержатся данные о таких особенностях воспроизводимого изобрсокения, которые визуально не фиксируются и, следовательно, такая информация без ущерба качеству изображения может быть изъята из передачи. Устранение избыточности информации в цифровом сигнале в конечном счете должно выразится в уменьшении числа отсчетов сигнала и (или) уменьшении разрядности их двоичных кодовых символов.
Реализация таких процедур напрямую с ИКМ сигналом недопустима, так как изъятие из сигнала отдельных отсчетов илн замена их значений на более грубо проквантованные соответствует изъятию в воспроизводимом изображении соответствующих элементов или их искыкенному представлению. Попытка изъятия отдельных элементов из группы равноправных слагаемых изобрел ения как с информационной, так и с энергетической точки зрения приводит к необратимой потере качества изображения. Решение задачи по устранению избыточности информации в цифровом сигнале возможно толысо путем его предварительной обработки, которая дочжна перераспределить вклад отдельных отсчетов 66 ЧАСТЫ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
