Реферат: Система сжатия подвижных изображений MPEG-2

Основной целью создания стандарта MPEG-2 было желание работать с потоком видеоданных как с любым потоком данных, обрабатываемым, например, сигнальным процессором. Благодаря этому, возможен монтаж программы, компрессированной MPEG-2, однако смонтированная программа должна обладать всеми свойствами потока данных MPEG-2. Возможности монтажа предоставляет студийный профиль 422, реализованный в формате видеозаписи BETACAM SX. Данный профиль позволяет выполнить монтаж путем дописывания нового потока без нарушения непрерывности смонтированного потока в точках монтажа. Такой способ, основанный на перекодировании кадров с двунаправленным предсказанием в сочетании с опережающим считыванием, позволяет выбирать точку монтажа в любом месте и выполнять монтаж с кадровой точностью.

Транскодирование (изменение скорости потока с использованием параметров первоначального кодирования) позволяет минимизировать искажения процесса.

Широкое распространение видеокомпрессии делает все более необходимым объединение кодированных программ не только без декодирования, но и без изменения содержания блоков доступа. По своей сути это, конечно, не просто коммутация, а сращивание потоков, при котором полученный поток будет соответствовать синтаксису и семантике MPEG-2 – склейка потоков. Но есть и проблемы коммутации потоков:

· P и B кадры не могут быть восстановлены без опорных изображений, а это возможно при коммутации;

· компрессия изображения требуется для передачи разных интервалов времени;

· изображения, занимающие разные интервалы времени в компрессированной форме, после декодирования должны воспроизводится через равные промежутки времени. Стандартные кодеры (декодеры) MPEG-2 работают с таким буфером, что это и происходит, однако, при коммутации параметры меняются скачком, что может привести к нарушению работы буфера и потери синхронизации.

Эти и другие проблемы приводят к тому, что только некоторые точки подходят для склейки.

4. Кодеры MPEG -2.

В стандартах MPEG не описано построение кодера, а лишь определен синтаксис потока данных на его выходе. Поэтому структурная схема кодера, представленная в приложении Б лишь отображает основные операции, выполняемые при кодировании и обеспечивающие получение выходного потока данных с требуемыми параметрами по которым декодер любой фирмы производителя, но канонического построения сможет восстановить видеоизображение.

Задача кодирующего оборудования состоит в том, чтобы преобразовать различные форматы входных видеосигналов в единую форму – транспортный поток, сегодня все большую популярность приобретают кодеры MPEG-2 с выходом Ethernet. Стандарт MPEG определяет структуру потока и эталонный кодер, но не накладывает ограничений на построение и алгоритм работы. Современные кодеры имеют модульную конструкцию, позволяющую использовать сменные блоки входных интерфейсов. При необходимости из аналогового сигнала выделяются сигналы телетекста для подачи на мультиплексор (композитное кодирование). Композитное декодирование приводит к заметному снижению качества и не рекомендовано.

Важные функции выполняет предпроцессор – осуществление цифровой фильтрации и синхронизации кадров, производит дополнительную временную обработку и шумоподавление. Стандартным решением для кодера считается наличие двух стереоканалов звука. Предусматривается подача как цифрового AES/EBU, так и аналоговых сигналов. В последнем случае осуществляется АЦП с разрядностью 18 бит на отсчет и частотой дискретизации 32, 44,1 и 48 КГц. В зависимости от выбранного режима, скорость выходного потока в канале может изменятся в пределах 32…384 Кбит/сек, обеспечивая уровни 1 или 2 стандарта MPEG-1. возможна установка двух дополнительных кодеров звука, что дает возможность организовать в общей сложности 4 стерео - и 8 моноканалов. Общепринятым для кодеров сжатия становится наличие канала передачи данных пользователя – низкоскоростного асинхронного со скоростью 115,2 Кбит/сек и синхронного со скоростью до 20 Мбит/сек. Для обновления программного обеспечения есть отдельная энергонезависимая память, позволяющая хранить предыдущие загрузочные версии программного обеспечения. Это дает возможность гибко конструировать кодер, производить модернизацию программного обеспечения и, при необходимости, устанавливать различные опции: статическое мультиплексирование, шифрование, каскадирование, поддержка профиля 4:2:2 и др. большая часть выпускаемых кодеров MPEG-2 DVB формирует минимально необходимый набор PSI-таблиц и потому может работать в одноканальном режиме без дополнительного мультиплексирования, непосредственно создавая транспортный поток на входе модулятора. Выходной сигнал кодера может формироваться в одном или нескольких общепринятых стандартов – наиболее широко используется DVB-ASI, реже используют DVB-SPI, RS-422. максимальная скорость потока на выходе кодера определяется выбранным профилем и уровнем компрессии, например: MP@ML скорость составляет 15 Мбит/сек; 4:2:2 MP@ML – 50 Мбит/сек. Из проведенных исследований видно, что для скоростей меньше 10 Мбит/сек нет смысла использовать качество 4:2:2, особенно для быстроменяющихся картин, учитывая, что использование скоростей 15 – 20 Мбит/сек на сегодняшний день не принято (и слишком дорого), можно выделить наиболее общие основные установки в типовом кодере MPEG-2 (4:2:0):

· Разрешение по видео: Full D1; ¾ D1; ⅔ D1; ½ D1; SIF; QSIF;

· Разрешение отображаемой картинки: 720х 576 (max PAL) и 720х 480 (max NTSC). Более высокое разрешение обеспечит большую четкость, но потребует увеличения скорости потока;

· Структура группы изображений (GOP): число и последовательность кодированных кадров I, P, B;

· Скорость кодирования до 15 Мбит/сек;

· Скорость выходного транспортного потока должна быть равной или выше скорости видео- и звуковых потоков плюс таблицы данных;

· Частота дискретизации звука (32, 44.1 или 48 кГц): чем выше частота, тем лучше качество воспроизведения, но и выше скорость;

· Установки фильтров: в случае, если кодер имеет композитный видеовход, можно выбрать гребенчатый или режекторный фильтр для разделения сигналов яркости и цветности.

Ввиду все большего повсеместного распространения SDH, для потокового вещания телевизионных программ по сетям IP используются соответствующие кодеры MPEG-2 с выходом IP, ниже приведены основные характеристики подобного рода кодеров:

· Передача нескольких каналов «живого» телевидения по IP-сетям, некоторые модели могут принимать до шести аналоговых сигналов и кодировать их в режиме реального времени в формат MPEG-2;

· Вещание по IP-сетям в режимах Multicast и Unicast;

· Наличие входных интерфейсов: аналогового композитного или SDI, что позволяет работать с любыми источниками сигнала;

· Кодирование в форматы MPEG-2 с максимальным разрешением 720х 576;

· Наличие выходных интерфейсов 10\100 Base T Ethernet Full Duplex или Half Duplex (RJ-45), при этом используются сетевые протоколы UDP Multicast/Unicast и RTP Multicast/Unicast.

Реализация преимуществ цифрового сжатия в немалой степени зависит от восстанавливающих устройств, которые по возможностям и цене можно разделить на две группы: устройства профессионального назначения и абонентские приемные устройства. Они различаются по числу входных интерфейсов, наличием или отсутствием модульной конструкции, степенью интеллектуальности программного обеспечения, поддержка различных профилей и скоростей, а также многими другими признаками.

Заключение

Не компрессированные цифровые видео- и звуковые сигналы формируют большой поток, в среднем для одной программы требуется 270 Мбит/сек. Стандарт MPEG-2 позволяет сжать программу до 5 – 6 Мбит/сек при сохранении практически такого же качества, возможно и сжатие и до 4 Мбит/сек и менее, но здесь будет иметь место компромисс между скоростью и качеством. Рассмотрим преимущества цифрового телевидения, как обобщение ко всему вышесказанному:

· большее число программ в одной и той же полосе ВЧ–спектра (больше четырех);

· меньше излучаемая мощность, необходимая для обеспечения той же зоны покрытия;