Кодирование видео

До настоящего времени все существующие в мире HDTV стандарты (ATSC, DVB, ISDB) были основаны на схеме видеокомпрессии MPEG-2 и использовали в качестве основы транспортный поток (MPEG-2 Systems Transport Layer). В настоящее время стандарт DVB дорабатывается для включения в него более современных инструментов аудио/видеокомпрессии, например, таких как H.264 (MPEG-4 AVC) и, может быть, позднее, SMPTE VC-1.

Факторы, влияющие на развитие HDTV, и перспективы

Согласно аналитическим исследованиям - в 2006 и 2007 годах следующие факторы, способствующие продвижению рынка, приведут к "нашествию" HDTV в Европе:

• Значительная степень распространения HD -телевизоров, главным образом, LCD и плазменных.
• Внедрение HD DVD.
• Увеличение объемов производства HD -контента.
• Доступность HDTV -ресиверов на рынке.
• Чемпионат Мира по футболу в Германии.
• Олимпийские игры в Турине.

С 2008 года развитие HD -рынка будет ускоряться следующими факторами:

• Растущая доступность "HD ready" телевизоров.
• Достижение ведущими провайдерами платного телевидения критических уровней развития на всех основных рынках.
• Увеличение числа телевизионных HD -каналов и HD DVD.
• Олимпийские Игры 2008 года и Кубок Мира по футболу 2010 года.

По прогнозам, в 2010 году в Европе будет насчитываться от 60 до 80 спутниковых HD -телеканалов, от 21 до 27 кабельных и от 4 до 14 эфирных HD -каналов. Спорт можно рассматривать в качестве наиболее востребованного контента. Он является главной темой для HD -каналов после кино, а главные спортивные события, такие как Олимпиады, Кубки мира и Чемпионаты по футболу, транслируемые на этих каналах, напрямую влияют на уровень продаж HD -оборудования.

Вопросы:

1. Что такое классы изображений?

2. Что такое классы приложений?

3. Какие требования приложений к алгоритмам компрессии?

4. Какие используются алгоритмы сжатия изображений?

5. Что такое вейвлет - преобразования?

6. Формат сжатия JPEG.

7. Формат сжатия JPEG 2000.

8. Что представляет собой стандарт MPEG?

9. Как происходит преобразование макроблоков I,P.B изображений?

10. Что представляет собой стандарт MPEG-1?

11. Стандарт кодирования MPEG-2.

12. Как используется компенсация движения?

13. Что представляет собой стандарт MPEG-4?

14. Детальное техническое описание MPEG-4 DMIF.

15. Детальное техническое описание MPEG-4 аудио.

16. Плюсы и минусы стандарта MPEG-4.

17. Стандарт HDTV.

5.ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ

ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

5.1 Глобальная модель систем цифрового вещания

Происходящий в настоящее время в мире переход на цифровое ТВ вещание находится в своей активной фазе. Известные планы предус­матривают переход развитых стран на полностью цифровое вещание в течение 2006-2015 гг.

Обычной практикой при внедрении цифрового наземного ТВ веща­ния является установление переходного периода на срок примерно 10-15 лет, когда одновременно будет производиться и аналоговое, и циф­ровое вещание. При этом должны сохраняться существующие частотные планы, т.е. сетка наземных каналов со своими номинальными полоса­ми частот в 6; 7; 8 МГц. Переход от аналогового к цифровому вещанию должен сопровождаться ростом эффективности использова­ния радиоспектра (исключительно дефицитного ресурса), повышением помехоустойчивости доставки информации, снижением помех другим службам радиосвязи и вещания. Каждый канал ТВ вещания, переводи­мый в режим цифрового вещания, должен кардинально увеличивать число, качество и номенклатуру услуг, предоставляемых пользовате­лю, т. е. канал должен обладать прозрачностью для всех видов данных в составе потока транспортных пакетов. Эти свойства можно кратко опре­делить как многопрограммность и многофункциональность системы циф­рового ТВ вещания. Они позволяют рассматривать цифровое ТВ вещание в качестве составной (и важнейшей) части цифрового вещания с интеграцией служб (ЦВИС), которое является перспективным видом доставки мультимедийной информации и основывается на эффектив­ном использовании пропускной способности проводных и радиокана­лов системами с множеством служб. Это позволяет объединять на сис­темном уровне в одном стандартном канале ряд цифровых потоков, каждый из которых может включать несколько сигналов изображения различных классов качества, сигналы программ звукового вещания, данные Интернета, другую графическую и текстовую информацию и т.д.

Система цифрового ТВ вещания содержит не только различные службы, но и разнообразные системы доставки информации, поскольку, обладая способностью сопряжения с различными видами цифровых се­тей, полностью обеспечивает режим распределения и трансляции вещательных программ и независимых данных, как с открытым, так и с ограниченным доступом. В систему цифрового ТВ вещания легко вве­сти функцию гибкой интерактивности, позволяя пользователю иметь связь с провайдерами услуг по различным видам каналов, доступных в конкретной ситуации. Практическая реализация систем цифрового ТВ вещания невозможна без скоординированных усилий международных организаций:

- международная организация по стандартизации ИСО (International Organization for Standardization - ISO);

- международная электротехническая комиссия МЭК (International Electrotechnical Commission - IEC);

- международный союз электросвязи МСЭ (International Telecomunication Union - ITU).

Международные исследования в области цифрового вещания основываются на глобальной модели системы цифрового вещания, отражающей новые подходы к массовой многоцелевой интерактивности и пе­редаче мультимедиа, а также принимающей во внимание возможные среды передачи. Глобальный подход к цифровому ТВ вещанию опреде­ляет его как систему массового многоцелевого информационного обслу­живания, обеспечивающую комплексное решение проблем многопрог­раммного ТВ вещания (МПТВ), передачи больших объемов цифровых данных, массовой интерактивности, а также ряда задач мультимедиа и других информационных служб (рис. 5.1).

Глобальная модель учитывает необходимость гармонизации и взаимоувязки комплексов производства и распределения программ, технологические особенности основных участков ТВ тракта, методы планирования зон покрытия наземных и спутниковых сетей, соблюдение жестких международных норм электромагнитной совместимости, методологию создания единых мировых ТВ стандартов. Такая модель включает в себя разнообразные ТВ службы, представляющие суще­ственный интерес для широких масс зрителей (макровещание) или для небольших групп по их индивидуальным запросам (микровещание).

Ядром глобальной модели является мультиплекс, т.е. групповой цифровой сигнал, передаваемый по ТВ каналу. Мультиплекс играет роль многоцелевого контейнера, загружаемого цифровыми сигналами не­скольких программ ТВ вещания и обеспечивающего множество пря­мых цифровых каналов интерактивных и других служб.

Глобальная модель цифрового ТВ вещания позволяет выделить все основные составляющие процесса производства и распределения циф­ровых программ, включая роль провайдеров услуг и сетевых операто­ров. В отличие от аналогового ТВ вещания, при котором каждый ве­щатель имел свой частотный канал, при цифровом ТВ вещании возникает новое действующее лицо — оператор мультиплекса. Не яв­ляясь ни производителем программ, ни вещателем, ни сетевым оператором, оператор мультиплекса может предоставлять провайдерам служб средства цифровой технологии для увеличения числа программ, кото­рые можно передавать в каждом стандартном ТВ канале.

Рисунок 5.1 – Глобальная модель системы интерактивного цифрового вещания

Слияние на базе цифрового вещания методов телекоммуникаций с компьютерными технологиями и введение интерактивности качествен­но изменяют традиционную роль ТВ вещания как поставщика однонаправленных программ. Цифровой вещатель может предоставлять целую гамму привлекательных интерактивных и мультимедийных ус­луг вещательного и невещательного вида для макро- и микрогрупп пользователей. Пользователь, в свою очередь, становится участником процесса вещания и потребителем ряда новых услуг, получая, напри­мер, возможность выбирать по своему вкусу продолжение просматри­ваемой программы или даже формировать свою собственную програм­му из фрагментов различных передаваемых программ. Такие программы вещания становятся нелинейными в отличие от традиционной линей­ной программы, где телезритель пассивен и может лишь просматри­вать сменяющие друг друга сцены и сюжеты в последовательности, жестко заданной поставщиком программы (модулем вещания).

Согласно глобальной модели передающая часть системы цифрового ТВ вещания содержит модуль вещательных программ (ТВ программы, звуковые программы, метаданные, совместимые информационные служ­бы) и модуль мультимедийных служб (Интернет-совместимые службы, телематические, образовательные, медиаметрические, телемедицинские и др. службы). Информация этих двух модулей передается в составе мультиплекса по каналу вещания на приемники пользователей.

Содержательная информация, выгружаемая из цифрового контей­нера, предоставляется пользователям вещательных, интерактивных, информационных и других служб. Каждый из них по каналам инте­рактивной сети может осуществлять обмен сообщениями со своими поставщиками программ и интерактивных услуг. Средством интерак­тивного обмена является абонентская приставка к телевизору с клави­атурой, памятью, декодерами систем ограничения доступа, устройства­ми сопряжения с интерактивными каналами, модемами и другими узлами.

5.2 Определение и классификация систем доставки

Для того, чтобы учесть все многообразие технических и эксплуатационных проблем, обусловленных переходом на цифровое ТВ веща­ние, и правильно спланировать практические шаги в этом направле­нии, большое внимание уделяется разработке эталонных моделей цифровых систем и служб, определению параметров стыковочных то­чек между комплексами и подсистемами. Такие модели призваны выч­ленить основные вопросы внедрения цифрового вещания и рассматри­вать их в тесной увязке со специфическими для каждой страны нормами и правилами вещания, а также с учетом взаимодействия и сопряжения в международном аспекте.

При построении моделей большое внимание уделяется вопросам взаимодействия сетей, комплексов и устройств, образующих систему. При анализе систем и методов цифрового ТВ вещания особое значение име­ет модель системы доставки информации пользователям.

Термин "система доставки" имеет в общем случае достаточно широкое значение, и может характеризовать любые средства, служащие для передачи информации от источника до получателя. В более узком смысле — это средство доставки информационного содержания услуги от контент-провайдера до провайдера служб и от провайдера служб до конечного пользователя (см. рис. 5.2, на котором: СКП — система контент-провайдера, СПС — система провайдера служб, СПУ — систе­ма получателя услуг, А1 – А11 — эталонные стыки). Основная функ­ция — перенос информации между пользователями системы доставки по любым средам, от лент и дисков до спутниковых широкополосных систем.

Рисунок 5.2 – Структура системы доставки

Структурная схема системы производства и трансляции ТВ программ в цифровой форме показана на рис. 5.3. На схеме представлены ос­новные подсистемы, отражающие процессы сбора, обработки и распре­деления информации. Контент-провайдеры поставляют содержатель­ную информацию провайдерам услуг, которые компонуют вещательные программы. Для передачи по каналу программы подвергаются сжатию и мультиплексированию в общий поток. Туда же добавляются управ­ляющие сообщения системы ограничения доступа, которая совместно с системой управления (администрирования) абонентами обеспечивает ве­щание для отдельных пользователей или для микрогрупп пользовате­лей, знающих пароль или ключ для доступа к данным.

На выходе подсистемы транспортного мультиплексирования формиру­ется поток транспортных пакетов, содержащий все компоненты предоставляемых служб. Это своеобразная точка стыка между формирующим и распределяющим комплексами системы. Транспортный поток является тем самым контейнером, который служит для переноса информации пользователям. При этом система доставки в общем случае может иметь различные варианты

Рисунок 5.3 – структурная схема системы производства и трансляции ТВ программ

Классификация систем доставки показана на рис. 5.4, где все сис­темы разделяются на две большие категории — сетевые и несетевые. В системах вещания принципиальное значение имеют сетевые системы доставки, которые делятся, в свою очередь, на радиосистемы и кабель­ные системы, и могут быть одно- и двунаправленными (интерактивны­ми).

Физические средства доставки и хранения характеризуются низкой вероятностью ошибки и не требуют принятия специальных мер по за­щите транспортных потоков. Напротив, сетевые системы доставки мо­гут работать в условиях повышенных помех и требуют согласования с каналом по нескольким параметрам. Такое согласование обеспечивают подсистемы адаптации к каналу, которые вместе со средой передачи и абонентскими приемниками образуют систему цифрового ТВ вещания.

Рисунок 5.4 – классификация систем доставки

Область применения транспротного потока MPEG-2 – это сети радиовещания и коаксиальные кабельные сети.