Практичне використання відеокомпресії

У системах цифрового телебачення різко зростають швидкості передачі інформації в цифрових потоках. Розглянемо це на прикладі цифрового кодування ТБ зображень.

Питаннями стискування інформації і випуску відповідних стандартів і рекомендацій займається MPEG (Motion Picture Experts Group) - створена в 1988 р. організація, що об'єднує представників фірм і наукових інститутів різних країн. MPEG є підкомітетом двох міжнародних організацій - ISO (Международ-ная організація по стандартизації) і IEC (Міжнародна електротехнічна комісія). Одне з основних завдань MPEG полягало у вивченні проблеми і розробці стандарту на компресію спектру цифрового відеосигналу, що дозволило запропонувати способи запису і передачі зображення і звуку за допомогою можливо меншого числа даних з можливо кращою якістю.

У рамках стандартизації методів цифрової компресії і мультиплексування сигналів телебачення, звукового супроводу і додаткової інформації нині розроблено три міжнародні стандарти стискування відеоцих рухливих зображень: MPEG - 1, MPEG - 2 і MPEG - 4. Їх параметри оптимізовані.

Стандарт MPEG - 1 орієнтований на системи запису на компакт-диски (CD ROM) і низькошвидкісні канали передачі ТБ зображень (швидкості цифрового потоку 1,5 Мбіт/c і менше). При цьому в стандарті MPEG - 1 використовується стандарт розгортки з чіткістю в четверо меншою, ніж в мовному телебаченні: 288  352 (288 активних рядків і 352 відліки в активній частині ТБ рядка) елементів, для чого при кодуванні сигналів ТБ систем звичайної чіткості робиться децимация (проріджування) в два рази початкових відліків по вертикальних і горизонтальних напрямах ТБ растру.

Стандарт MPEG - 2 був спеціально розроблений для кодування ТБ сигналів мовного телебачення. Він дозволяє отримати повну чіткість декодованого ТБ зображення, що відповідає Рекомендації МСЭ-Р 11/601. (При швидкості передачі відеоданих 9 Мбіт/c якість ТБ зображення відповідає студійному).

Пакет стандартів MPEG передбачає і можливість переходу до ТВЧ. Спочатку алгоритми стискування відеоцих сигналів ТВЧ розроблялися у вигляді самостійного стандарту MPEG - 3, проте на наступних етапах стандарт MPEG - 3 був об'єднаний із стандартом MPEG - 2, після чого стандарт MPEG - 3, як самостійний, перестав використовуватися.

Наступний напрям - стандарт MPEG - 4. Як і стандарт кодування MPEG - 2 система кодування MPEG - 4 є набором технічних інструментів компресії оцифрованої інформації. У системі MPEG - 4 використовується декілька нових прийомів кодування на основі об'єктно-базового принципу, що роблять цей стандарт стискування приблизно в три рази ефективнішим в порівнянні з MPEG, - 2.

Функціонування об'єктно-базової системи кодування здійснюється за допомогою розподілу зображення на специфічні об'єкти (сегменти), кожен з яких можна кодувати різними способами. Наприклад, із зображення виділяються ділянки людської особи, що зажадає більше деталей, і ділянки заднього фону, які можна дати з меншим числом деталей. У такий спосіб тільки деякі деталі зображення (які реально виграють від цього) слід передавати з щільнішим потоком біт (у Мбіт/с). Якщо сегментацію складних сцен виконати ефективно, то можна отримати помітне зниження загальної швидкості потоку даних.

З появою стандарту стискування MPEG - 4 роль системи MPEG - 2 не зменшується, оскільки ці стандарти багато в чому сумісні, особливо це відноситься до інформаційних магістралей.

З прийняттям стандарту MPEG - 2 роботи по компресії відеоданих перейшли в область практичної реалізації. На даний момент можна назвати більше 10 фірм, які випускають для продажу кодери і декодери за стандартом MPEG, - 2. Найбільш відомі з них Philips, Panasonic, Page Micro Technology, CLJ Communication, Wegener Communications, Scientific - Atlanta, NTL, Segem Group, NEC, Vistek, General Instruments та ін.

Транспортний потік MPEG - 2 допускає разом із звуковими і відео потоками цифрових програм також потоки, що містять будь-яку іншу цифрову інформацію. У супутниковому телебаченні в цих потоках передають програми передач, інформацію про інші канали (про частоти, поляризацію), коди доступу до каналів. Швидко розвивається передача сигналів Internet через супутникові мовні канали.

Ще одне важливе застосування MPEG - 2 - ущільнення існуючих радіорелейних каналів. При їх модернізації досить замінити тільки передавальне і приймальне устаткування крайових пунктів, а ось ретрансляційне устаткування не замінюється. Завдяки можливості MPEG - 2 вставляти в транспортний потік будь-яку цифрову інформацію, можлива реалізація швидких Internet каналів.