Коммерциялық емес акционерлік қоғам
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Радиотехника кафедрасы
САНДЫҚ ТЕЛЕДИДАР, РАДИОТАРАТУ ЖӘНЕ БЕЙНЕБАҚЫЛАУ ЖҮЙЕЛЕРІ
6М071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының магистранттарына арналған дәрістер жинағы
Алматы 2012
Құрастырушылар: Артюхин В.В., Байдельдинов У.С., Сүйеубаев О.Б. Сандық теледидар, радиотарату және бейнебақылау жүйелері: 6М071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының магистранттарына арналған дәрістер жинағы. – Алматы: АЭжБУ, 2012 ж. - 35б.
Дәрістер жинағы «Сандық теледидар, радиохабар тарату және бейнебақылау» курстарына өздігінен оқуға арналған. Жинақта сандық бейнелеу мен дыбыс, сигналды сығыстыру мен эфирлі, кабельді және жерсеріктік сияқты байланыс арналары типтерінің барлық түрлері модуляциясы қалыптасуының негізгі принциптері келтірілген. Дәрістер жинағының қажеттілігі сандық теледидар жүйесі саласында болатын барлық процестерді терең түсінуге деген сұраныстан туындады.
Дәрістер жинағы 6М071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының магистранттарына арналған.
Сурет - 16, кесте - 1, әдеб. көрсеткіштері - 6 атау.
Пікір беруші: доцент Қалиева С.А.
«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2012 ж. басылым жоспары бойынша басылады.
ã «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2012 ж.
Дәріс 1. Сандық теледидардың ерекшеліктері
Дәріс мақсаты: сандық теледидардың даму кезеңдерін зерттеу.
Дәріс мазмұны: сандық телехабарлама жүйелерінің пайда болуы және оның даму сатыларын оқып үйрену.
Сандық теледидардың пайда болуы мен дамуы бірнеше кезеңдерден тұрады. Әрбір кезеңнің басында алдымен ғылыми зерттеулер мен тәжірибелі құрылымдау жұмыстары жасалып, тәжірибелік құрылғылар мен жүйелер, кейіннен халықаралық стандарттар пайда болды. Олардың барлық теледидар тарату, бейнебағдарламаларды шығару және аппараттар өндірістерімен айналысатын барлық фирмалармен ынтымақтастықта болуы қажет болды.
Барлық технологиялардағыдай теледидар дамуы үшін стандарттар маңызды рөл атқарады. Барлық салада стандарттарды шығарып, бекітетін әлемдік деңгейдегі ұйым ISO – International Standart Organization (Халықаралық стандарттау ұйымы), ол әлемдегі 100-ден аса мемлекеттердің стандарттау ұлттық комитетін біріктіреді. ISO комитеттер, комитет ішіндегі комитеттер, жұмысшы топтарын құрып, ISO бекітетін стандарттар жобаларын жасайды. Ақпараттық технологиялар саласында стандарттарды ISO және халықаралық электротехникалық комиссия (International Electrotechnical Comission - IEC) жасайды, бұл ISO/ IEC JTS1 бірлескен комитеті бекітілген стандарттар атауында кездеседі.
Телекоммуникация саласында стандарттармен айналысатын халықаралық тағы бір ұйым – халықаралық электрбайланыс бірлестігі ұйымы (International Telecommunication Union - ITU). Теледидарда стандарттаумен ITU-R (R-radio) секторы айналысады. 1993 жылға дейін бұл қызметті Халықаралық радио бойынша кеңес беруші комитет атқаратын (ХРКК немесе CCIR). ITU шығарған құжаттар ұсынылған, яғни стандартталған болып саналады.
Сандық теледидар тарихының бірінші кезеңі сандық техниканы бөлінудің қарапайым стандарттарын сақтау үшін және бірдей арналар байланысы үшін теледидар жүйесінің жеке бөлімдерінде қолданудан басталды. Бұл кезеңнің негізгі жетістігі сандық студиялық құрылғының пайда болуымен байланысты. Заманауи телестудиялардағы сигналдар таратқыш камералардан сандық формаға ауысты, әрі олардың қалпына келтірілуі сандық құралдармен жүзеге асырылды. Бұл жоғарыда айтылғандардың көбін сандық теледидар арқылы жасауға мүмкіндік берді. Студиялық жабдықтың шығуы теледидарлық сигналдарда аналогтық формаға айналдырып, қарапайым арналар байланысын жасайды. Әртүрлі мемлекеттер мамандары жұмыстарының нәтижелері ұсыныс ITU-R Вт 601–де (бұрынғы атауы рекомендация 601 ХРКК немесе CCI R 601) бекітілді. Бұл құжат 1982 жылы қабылданып, әлі күнге сандық студиялық аппараттың негізгі параметрлерін анықтайды. Сандық теледидарлар дамуының бірінші кезеңіне кіретін тағы бір бағыт – бейне сапасын арттыру мақсатында немесе функционалды мүмкіндіктерді кеңейту үшін теледидар қабылдағыштарына сандық блоктарды енгізу. Мысал ретінде жарықты бөлу және әртүрлі түсті сигналдар үшін қолданылатын сандық сүзгілерді айтуға болады. Олар бейнедегі шу әсерін азайту үшін, әсердің беткі қабатындағы радиотолқындарды және басқа әртүрлі объектілерді шағылыстыру үшін экосигналдарды беруге көп сәулелі қабылдағыштармен бірге қолданылады. Сонымен қатар жоларалық жаймалаудан квазипрогреске өтетін, 100 Гц өріс жиілігіне жоғарылататын, «кадртоқтату» және «кадрдан кадрға» функцияларын атқаратын құрылғыларда белгілі. Осы жаңашаландырылған (дамытылған) құрылғылар байланыс арналарының теледидарлық сигналдарын беру принциптерін өзгерткен жоқ.
Сандық теледидар дамуының екінші кезеңі – қарапайым стандартты теледидарлардан өзгерек жасалған гибридті санды-аналогтық теледидарлар жүйесінің жасалуы. Теледидарлық стандарттар өзгерісінің негізгі екі бағыты: жарық пен әртүрлі түсті сигналдардың бір мезгілде берілуінен тізбекті берілуіне ауысуы және кадрдағы жол сандарының көбеюі мен жолдағы бейне элементтерінің көбеюі. Екінші бағыттың жүзеге асырылуы қабылданған жиілік жолақтарымен байланыс арналары бойынша берілуін қамтамасыз ету үшін теледидарлық сигнал спектрлерін сығуға қажеттіліктен туды.
Гибридті телехабарлар жүйесіне мысал ретінде жапондық жоғары дәлдікті телехабар жүйесі (ДТЖ) MUSE және Батыс еуропа жүйесі МАС атауға болады. Бұл жүйелердегі берілетін және қабылданатын сигналдар сандық құралдармен жүргізіліп, байланыс арнасында аналогтық түрде беріледі. ДТЖ 4 MUSE және HD-MAC жүйелері 16:9 бейнелеу форматынан тұрады, кадрдағы жол саны 1125 және 1250, кадр жиілігі 30 және 25 Гц-ке сәйкес. Сандық кодтау көмегімен сигналдың жиілік жолағының бастапқысы 20 МГц-ке артып, 8 МГц-ке сығыла алады. Бұл сигналдарды жиілік модуляциясымен (ЖМ) жерсеріктік арналар арқылы бере алады, жолақ мөлшері 27 МГц. Сонымен қатар жергілікті телехабар тарату желісі, УҚТТ таратқыш, кабельді желі және басқа техникалар телехабардың берілген жүйесінде сигналдарды бере және қабылдай алмайды, өйткені олар бұл арнаға арналған жиілік жолағына, 6...8 Мгц ие.
Сандық телехабар дамуының үшінші кезеңі – толық сандық телехабарлық жүйенің жасалуы. Жапония және Еуропа елдерінде жоғарыда аталған MUSE және HD-MAC жүйелері пайда болғаннан кейін 1987 ж. АҚШ-та ұлттық стандарттау сапасына бекіту үшін жоғары деңгейлі телехабар жүйесінің ең жақсы жобасына байқау жарияланды.
Алғашқы жылдары байқауда бір-біріне ұқсайтын әртүрлі жүйелер ұсынылды. MUSE және басқа да жүйелер, тек жерсеріктік арналарға арналып жасалған таратқыштар кейін қаралмай қалды. Бұл АҚШ-та 1400-ге жуық жергілікті телехабарлар тарату компаниялары мен кабельді желілердің кең таралуымен түсіндірілді. Барлық инфрақұрылымдар 6 МГц жолақ жиілігінен тұратын телехабарлар арналарына арналған ауқымы кең аналогтық телехабарлар жүйесі жобалары қарастырылды, мұнда бір стандартты арналар үшін қарапайым NTSC сигналдар беріліп, қосымша сигнал сәйкес декодермен қабылдағышта жолдары көп бейнелер мен жолдардағы элементтер санын алуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ешкім бірнеше жылдан кейін жолақ ені 6 немесе 8 МГц болып келетін стандартты арналар арқылы қарапайым және ДТЖ жүйелерінде сигналдар толық сандық жүйе арқылы берілетінін білмеді.
Бейнелерді сақтау және беру үшін сығу өте өзекті мәселе болғандықтан, стандарттауды халықаралық ISO ұйымы осы мәселені дамыту мен шешуді өз мойнына алды. ISO қозғалмайтын бейнелерді сығу әдісімен айналысатын JPEG (Joint Picture Expert Group – бейнелеу бойынша бірлескен эксперттер тобы) жұмыс тобын құрды, содан MPEG жұмыс тобы (Motion Picture Expert Group – қозғалатын бейнелерді жасау эксперт тобы) қозғалатын бейнелерді сығу мен оған дыбыс қосу әдісімен айналысты. Бұл жұмысшы топтар әртүрлі мемлекеттердің мамандарынан құралды. Бұл топтардың жұмыс нәтижелері ISO стандарттарымен бекітілді. Осы MPEG топтарының жұмыс нәтижелері қазіргі заманғы сандық телехабар жүйесінің негізі болып қалыптасты.
MPEG-1 стандарттары дербес компьютер көмегімен бейне мен дыбыстарды беру мүмкіндігімен кинофильмдермен бейне бағдарламалар жасау негізінен 1993 жылы желтоқсан айында бекітілді. Қарапайым стандартты бөлу көмегімен телехабарлар тарату жүйесіне арналған MPEG-2 стандарттары 1994 жылы қараша айында жасалды. Әрі қарайғы даму MPEG-4 сығу форматының пайда болуына әкелді. MPEG-2 стандарты 4 деңгейлі кадр (Levels) жасады:
- LL- 352×288 мүмкіндікті төменгі деңгей;
- МL - негізгі деңгей 720×576;
- НL 1440 - жоғары деңгей 1440×1152;
- VHL-1920 жоғары деңгей 1920×1152 және 5 жарық пен түс сигналдарын кодтайтын базалық бағдар (Profiles) (SP-қарапайым, МР-негізгі 2 масштабталған профиль және НР-жоғарғы).
Еуропада 1993 жылдың өзінде-ақ болашақ сандық телехабар жүйесі болатыны айқын еді және MPEG-2-ге негізделген DVB (Digital Video Broadcasting – сандық бейне тарату) жобалары жасалды. Қазіргі уақытта сандық телехабарлама кеңінен тарауда. Бірінші кезекте мүмкіндігі қарапайым теледидардағы берілетін бағдарламалар санын неғұрлым өсіруде, өйткені бұл коммерциялық эффектіні тез береді. Дамыған мемлекеттерде XXI - ғасырдың алғашқы онжылдығына дейін ұқсас телехабарларды тоқтату керек деп шешіп, сәйкесінше бәрін сандық телебейнеге ауыстыру керек екені айтылды.
Сандық телехабарлар Қазақстанда да, Ресейде де жүргізілуде. 1999 жылы Ресей Федерациясының Мемлекеттік байланыс комитеті «Ресейде жергілікті сандық жүйе бойынша дыбыстық және теледидардың тарату тұжырымдамасын енгізуді» қабылдады.
ҚР Мәдениет және ақпарат министрлігі, экономика министрлігі, қаржы министрлігі, «НИХ Арна Медиа» АҚ Қазақстан Республикасында 2009-2015 жж. сандық телерадио таратуды енгізу және дамыту тұжырымдамасын қабылдады.
Тұжырымдама негізінде жүйелерде бағдарламаларды интегралданған транспортты ағындар арқылы тарату концепциясы, яғни хабарлама бағдарламалары, мультимедиалық және басқа да ақпараттар үшін тұжырымдама жасалған. Сандық телехабарлар енгізу екі кезең арқылы жүзеге асырылады. Бірінші кезеңде практикалық тексерумен әдістер мен параметрлерді таңдау үшін тәжірибелі аралас тарату (аналогтық және сандық) бөліктері жасалады. Бірінші кезең нәтижесінде халықаралық стандарттарға бейімделу мен сандық таратудың уақытша нормаларын жасауға ғана болады. Екінші кезеңде сандық ТД және дыбыстық тарату стандарттары бекітілуі керек, әрі оны толық енгізу бастау алады. Сандық телехабар тарату жүйесіне ену 2015 жылға дейін толық аяқталады деп жоспарлануда.
Енді сандық телехабарға толық анықтама беруге болады: сандық телехабарлама дегеніміз – бағдарламалар, телевизиялық сигналдардың қалыптасуы мен сақталуы сандық формада жүзеге асырылатын телевизиялық техника саласы. Сандық телехабарлама – аналогтық телехабарламамен салыстырғанда неғұрлым дамыған телевизиялық техниканың жаңа сатысы, сондай-ақ:
- телехабар тарату жүйесінің бөгеуге тұрақтылығын жоғарлату;
- қарапайым жіктеуі бар теледидарлық қабылдағыштағы бейне сапасын арттыру;
- теледидарлық бейне сапасын арттыратын жаңа теледидарлық жүйелер жасау (айқындылығы жоғары теледидар - АЖД);
- берілетін теледидар бағдарламалары санын арттыру, өйткені стандартты жолақ ені 6...8 МГц болатын теледидарлық арналардың айқындылығы қарапайым 4 және одан да көп теледидарлық бағдарламаларды немесе 1-2 бағдарламалы АЖД-ны тарата алады;
- интернет арқылы телехабар таратудың шоғырлануы;
- теледидарлық бағдарламалар мен басқа да ақпараттарды қорғау ТД тарату жүйесі арқылы жүйеге айналдыруға мүмкіндік береді;
- беріліп жатқан бағдарламаға көрерменнің тікелей қатысуымен болатын интерактивті бағдарламалар жүйесін жасау.
Дәріс 2. Теледидарлық бейнелерді сандық формаға ауыстыру
Дәріс мақсаты: теледидарлық бейнелерді сандық формаға айналдыру кезінде бейне сапасын сақтап қалу.
Дәріс мазмұны: теледидарлық бейнелердегі пикселдер саны. Жолақ жиілігіне қойылатын талаптар.
Аналогтық бейнесигналды сандық формаға айналдыру бейнені немесе кадрды жол жолымен және жол мазмұнының мәнін таңдау арқылы сканерлеу элементі сияқты жүзеге асады. Бейне сапасын сақтап қалу үшін әрбір жолдағы таңдалған мән саны пиксел санына сәйкес келу керек; әрбір таңдап алынған мән бір пикселді білдіреді. Теледидарлық бейнелердегі пикселдердің жалпы саны бір кадрды білдіреді. Теледидарлық бейнелердегі пикселдердің саны бейнедегі жол санымен және бейне форматымен анықталады. SECAM жүйесі 625 жол қолданады, оның 576-сы «белсенді» болып табылады, яғни оларды бейнеақпаратты тасымалдау үшін қолданады. Бейне форматы 5:4-ке тең, бұл қатынас бейнесигналды декодерлеу операциясына ыңғайлы, ол бейне элементтерін блоктарға және микроблоктарға жіктейді (1 суретті қара).
1 сурет – Бейненің дискретизациясы
Тігінен және көлденеңінен рұқсат етушінің қабілеті бірдей болу керек, ал жолдағы пиксел сандарын келесі түрде есептеп шығаруға болады:
576 
5: 4 = 720.
Сонымен, әрбір жол 720 есепке сәйкес болу керек, әрбір есеп 1 пикселге, 1 есеп - 1 пиксел, 2 есеп – 2 пиксел т.с.с. Бұл процесс екінші, үшінші және т.б. жолдар үшін кадр аяқталғанға дейін, әрі келесі кадр үшін қайталанып отырады. Есептер әрбір кадрда жолдардың бір ғана нүктесінде қайталану үшін таңдау жиілігі жол жиілігімен синхронды болу керек. Таңдау жиілігі жол жиілігіне қалдықсыз бөлінуі қажет. Егер әрбір есеп немесе есеп топтары пиксел немесе пиксел топтарына ұқсас болса, есептерді қайта құруға, қайта топтастыруға немесе өз қалауыңша оларды өзгертуге, қайта өңдеп, бастапқы ретімен қайта жинақтауға болады. Толық бейнесигналдың бір жолының толық периоды 64 мкс құрайды. Олардың 12 мкс-і алдыңғы және артқы аудандарды синхрондау импульсі үшін қолданылады, бейнеақпаратты тасымалдау үшін 52 мкс қалады. Жолдағы 720 пиксел үшін таңдау жиілігі
құрайды.
Бірақ, таңдау жиілігі жол жиілігіне қалдықсыз бүтін бөлінетіндіктен, радиобайланыстың Халықаралық кеңес беруші комитеті (РХКК) таңдау жиілігін 13,5 МГц (864-жолдық жиілік) ұсынады. Таңдау жиілігі спектрлердің орналасуы мен басқа ығысулардың алдын алуға кемінде спектрдегі аналогты кіру сигналының максималды жиілігінен екі есе көп болу керек. Өз спектрінде 6 МГц максималды жиілігі бар бейнесигналға 12 МГц-тен кем емес таңдау жиілігі керек. Сәйкесінше, таңдап алынған 13,5 МГц жиілік жеткілікті.
Жолақ жиілігіне қойылатын талаптар. Түсті теледидарлық хабар тарату үш сигналдың тасымалдануына байланысты: жарық сигналы Y және екі әртүрлі түсті сигнал Y—R (CR-ді білдіреді) және Y—В ( СB). Аналогтық теледидар жүйесінде бұл сигналдар амплитудалық модуляция арқылы (жергілікті хабар тарату) немесе жиіліктік модуляция арқылы (жерсеріктік хабар тарату) беріледі. Сандық теледидарлық хабар таратуда бұл үш сигнал бірінші сандық мәліметтер ағынына ауысып, содан кейін ғана модульденеді және таратылады (2 суретті қара).
2 сурет - Сандық ТД хабар тарату (бір бағдарламасы)
Ең үлкен бейнежиілігі бар жарық сигналы үшін таңдаудың максималды жиілігі 13,5 МГц қолданылады. Аз жиілікті түсті CR және СB сигналдары үшін таңдаудың аз жиілігін қолдануға болады. РХКК жарық сигналына қолданылған жиіліктің жартысын, яғни 6,75 МГц пайдалануды ұсынады. Сөйтіп, таңдау жиілігінің түсті құраушыларына жарты пиксел ғана жұмсалады. Секунд бойынша есептің жалпы саны
13,5+6,75+6,75=27 (МГц)
құрайды.
Таңдау түйінінен кванттау түйіні шығады, оларда әрбір есеп көпбитті кодқа айналады. Бейнені адекватты түсіну үшін минималды өлшем коды болып 8-битті код есептеледі, ол сигналдың 28 =256 дискретті деңгейін береді. Мұндай кодтау кезінде биттерді тасымалдау жылдамдығы
u = 27∙106∙8 = 216∙106 бит/с
болады.
Өте жоғары бит жылдамдығына кең жолақ қажет. Жолақтың нақты ені тасымалдаушыда қолданылатын модуляция типіне байланысты. Мысалы, импульсті-кодты модуляция жағдайында
Δf =0,5∙216 =108 МГц
жолағы қажет болады.
Жолақ енін модуляцияның күрделі тәсілдерін пайдалану арқылы кішірейтуге болады, нақтылай айтқанда, квадратты фазалық манипуляция (КФМн) және квадратты амплитудалық модуляция (КАМ). Мәліметтерді сығу және бит сандарын кішірейту құралдарын қолдану керек. Бұл құралдар бейне сапасын сақтау кезінде бейнені кодтауға қажет бит сандарын кішірейте алады.
Бейне сапасы. Сандық теледидар арқылы хабар таратуда бейне сапасы екі фактормен шектеледі: бейнесигнал жолағы (немесе бір кадр үшін пиксел саны) немесе битті жылдамдық. Бір жолға 720 пиксел және кадрға 576 белсенді жол кезінде пикселдің жалпы саны кадр үшін
720∙576 =414 720
болады.
Пикселдің әрбір жұбына толық бейнесигналдың бір периоды қажет, сондықтан аналогтық бейнесигналдың максималды жиілігі
fmax =414720∙
= 5,18 МГц
болады.
Мұндай жиілікте дәстүрлі аналогтық хабар таратудағыдай бейне сапасы сақталады. Бейне сапасына екінші шектеу биттік жылдамдық болып табылады. MPEG-2 стандарты бойынша мәліметтерді сығу сандық теледидарлық хабар тарату үшін жақсы сапаны модулятор кірісінде 15Мбит/с битті жылдамдықты қажет етеді. Төмен битті жылдамдық бейне сапасының нашарлауына әкеледі. 1152 жол пайдаланылатын жоғары анықтықты теледидарлық хабар тарату үшін бір жолға 1440 пиксел үшін 60 Мбит/с битті жылдамдық және 1920 жолақ пикселі үшін 80 Мбит/с битті жылдамдық қажет болады.
Түсті теледидардың хабар беретін сапасының аналогты сигналдарында 5 МГц шамасында бейнежиіліктердің жолағының ені болады. Осы бейнесигналдарды кодтаудың қарапайым ИКМ үшін секундына fs=10 млн. есептемелердің дискреттеудің жиілігі пайдаланылады және есебіне 9 битті кодтаудың сұлбасы қолданылады. Сонымен қорытындылатын таратудың жылдамдығы 90 Мбит/с құрайды. Теледидарлық бейнелеудің көбі өзара байланысқан және бұл таратудың жылдамдығын азайту үшін пайдаланылуы мүмкін. Көршілес элементтері үшін олардың параметрлерінің мәніне тіреліп, бейнелеудің әр элементінің жарықтығын және түсін айтуға болады. Сандық түсті теледидар үшін техниканың сапалы болжауын пайдалана отырып, ЦОС әдістері 10-нан 45 Мбит/с дейін таратудың жылдамдығын талап етеді. Бейнеконференцияны радиотарату үшін 20-дан 200 кбит/с дейін жылдамдықты бейнелеудің сығыстырылған сигналдары пайдаланылады.
Дәріс 3. Жүйенің жалпы сипаттамасы
Дәрістің мақсаты: негізгі құрылғылар, бейне ақпараттардың жүйесіне және олардың сипаттамаларына кіретіндерді оқып үйрену.
Дәрістің құрамы: бағдарламаларды кодтау. Бейне ақпараттарды кодтау. Бейнемәліметтерді дайындау. Уақытша артықтылықты жою. Қозғалыс компенсациясы.
Сандық теледидар жүйесінің негізгі компоненттері, ол - бір АЖ арна арқылы төрт бағдарламаның таралуы болып табылады (3 суретті қара). Сығылған бейнеақпараттары мен дыбыстары бар бағдарламалар қызметтің мәліметтер дестесімен бірге бір битті ағында мультиплексирленеді (тығыздалады), ол қарапайым бағдарлама ағыны (program elementary stream - RES) деп аталады. Әрбір бағдарламаның қарапайым ағыны қайтадан жалпы битті ағында мультиплексерленіп тасымалды ағын деп аталады.
3 сурет - ТД таратудың мультиплексерленуі
Қарапайым бағдарламалы ағында сәйкестендірілген мәліметтер болады, уақытша белгісі мен егжей-тегжейлі бағдарламалық ақпараттары болады; ағынның осы құрамдары мәліметтер дестесін қабылдағышта бағдарламалар бойынша жинақтауға мүмкіндік беріп, бастапқы бейнелерді кадрды қайта қалпына келтіруге болады. Тасымалды ағын модуляторға еніп 8 МГц жиілігі ЖЖ арнасының бірінде беріледі.
Бағдарламаларды кодтау. Сәйкес жиілікте (13,5 МГц У үшін және 6,75 МГц CR және CB үшін) аналогтық бейне және дыбыс сигналдары дискреттенуге ұшырайды, сосын өздері де кодтау құрылғыларына беріледі. Кодтау құрылғысы артық және қажетсіз бейне және дыбысты сигнал бөліктерін (бөлшектерін) жойып, мәліметтердің жеке дестесін құрып бит санын азайту операциясын орындайды. Мәліметтердің жеке дестелері қызметтік дестелермен бірге мультиплексорға беріліп, қарапайым бағдарламалық ағын жасайды. Бейне ақпарат көлемі дыбыстық және қызметтік ақпарат көлемінен көп болғандықтан, қарапайым бағдарлама ағынында дыбыстық және қызметтік мәліметтер дестесімен салыстырғанда бейнемәліметтер дестесі көбірек болады. Содан қарапайым бағдарлама ағындары мультиплексорда бірігіп, таралу үшін модуляторға келеді. Қолданылып отырған модуляция типі тарату типімен (жергіліктік, жерсеріктік кабельді) анықталады.
Бейне ақпараттарды кодтау. Бейнеақпараттарды кодтау негізгі үш кезеңнен тұрады. Бейнемәліметтерді дайындау, оларды сығу және кванттау мәліметтерді дайындау кезеңінде кадрлардың бастапқы кодталған мәліметтері әрі қарай сығылуына ыңғайлы болатындай жүргізіледі (4-суретті қара).
А – ДКТ негізінде кеңістік артықтылықты жою
4 сурет - MPEG-2 стандарты бойынша бейнемәліметтерді кодтау
Бейнемәліметтерде сығу MPEG-2 жүйесі ұсынған халықаралық стандарттарға сәйкес жүргізіледі. MPEG-2 стандарты бойынша сығудың екі негізгі операциясы орындалады: уақытша артықтылықты жою және кеңістіктік артықтылықты жою. Уақытша артылықшылықты жою мәліметтерді кадраралық сығу арқылы жүргізіліп, мұнда екі тізбекті бейнекадрлар салыстырылады, сонымен қатар бірдей облыстар жойылады да, өңдеуге әртүрлі кадрлар жасалады. Кеңістіктік артықтылықты жою, басқаша айтқанда кадрішілік сығылу, нақты бейнекадрлардағы қажетсіз қайталауларды болдырмайды. Жою операциясы күрделі математикалық теңдеулер бойынша, яғни дискретті косинусты туынды (ДКТ) негізінде жасалады. Сондықтан ДКТ негізінде мәліметтерді жою деп аталады. Мәліметтерді сығу блогына битті сығуды жүзеге асыратын кванттау блогы жатады. Кванттау блогы ДКТ коэфицентін 8 битті кодқа айналдырып, мәліметтердің битті ағынын туғызады.
Бейнемәліметтерді дайындау. Бейнекадрға кіретін бейнеақпараттар, У жарық сигналы мен CR және CB түстілік сигналы кодталған есебі тізбегі бойынша келтірілген әрі бұл сигналдың блоктарға микроблоктарға және кесінділерге қайта топталады. Алдымен У, CR және СВ кадрлары пиксель блоктарына бөлінеді. Әрбір блог 8х8 пиксельдер есебінде сандық түрде кодталған матрицасы түрінде болады. Базалық блок болатын үш компонент бірігіп микроблок түзеді. Әрбір микроблок жарықтың 4 блогынан және әрқайсысы CR және СЕ түстілік болатын екі блоктан тұрады. Бұл 4:2:0 деп аталатын формат болады. Содан кейін макроблоктар кескін алу үшін бейнеге орналасқан ретімен орналасады. Кескін бір немесе бірнеше микроблогтан тұруы мүмкін. Осы кезеңде әр кесіндіде қателер үшін бит қосылады. Егер декодтау кезінде қабылдағышта қате пайда болса, декодер ақпаратты қабылдамайды да келесі кесіндіге өтеді. Кесінділер тізбегін толық бейнекадр қалпына келтіріп, барлық У, CR, СВ бейнелері келесі бейнемәліметтерді кодтау сатысына дайын болады.
Уақытша артықтылықты жою. Бұл тәсіл егер екі қатар тізбекті бейнелердің айырмашылығы аз болған жағдайға негізделген. Олай болса, әрбір кадрды толық беруге қажеттілік жоқ, өйткені олардың көбі алдыңғы кадрды қайталайды. Уақытша сығу 12 тақ кадрдан тұратын бейнелер тобында орындалады (group of pictures - GOP). Бірінші топ кадр мазмұны Э деп аталады, ол жадта сақталып, эталонды кадр ретінде келесі кадр үшін қолданылады (5 суретті қара).
5 сурет - Э, Р және В кадры
Эталон кадрынан кейін тұрған кадр мазмұны Э кадрымен салыстырылып, Р деп аталатын өзгешелік кадрын туғызады. Ол қайта өңдеу үшін қолданылады. Содан кейін Э кадрынан кейін орналасқан екінші кадрмен салыстырылады, үшінші кадр екіншісінен осылайша 12 бейнекадрлардан тұратын топтар соңына дейін салыстырылады. Әрі қарай 12 кадрдан тұратын келесі топтар жаңа Э эталонды кадр туғызады т.с.с. Э кадрының сығу өлшемі шектеулі, максималды битті сығылу Р кадрында болады. Жоғарғы сығылуды екі тәсілмен алуға болады: тура болжам және қозғалыс компенсациясы бар болжам. Тура болжау – Р кадрын жасау үшін қолданылатын әдіс, ол тізбекті кадрлар микроблоктар аралығындағы айырмашылықты болжау мен өңдеу үшін болжанған кадрларды таратуға арналған.
Ол үшін бірден көп бейнекадрларды сақтау керек. Тура болжау кезінде эталонды кадр ретінде Э кадрын немесе бұрынырақ қалпына келтірілген Р кадрын пайдалануға болады. Бұл тәсілдің кемшілігі Р кадрында туындаған қателіктер кезекті кадр түскенге дейін келесі кадрға бөлінеді.
Қозғалыс компенсациясы бар болжам жүріп жатқан кадрды құру үшін алдыңғы кадр мен кейінгі кадр мазмұнын салыстырады. Құрылған кадр В baokwark prediction – қайта болжау немесе bidirectional – екі бағытты, яғни алдыңғы және кейінгі кадр мазмұнына тәуелді деп аталады.
В кадрының Э және Р кадрларынан өзгешелігі В кадрын эталон ретінде пайдалануға болмайды. Сонымен қатар олар екі кадрды бір бейне жадына сақтауды талап етеді. 2-суретте 12 кадрдан тұратын Э, Р және В (0-11) кадрларының типті тізбегі келтірілген. Осылайша MPEG – 2 мәліметтер ағыны үздіксіз тізбекті кодталған кадрлардан және болжанған кадрлар мен эталонды кадрлардың комбинациясынан тұрады. Р және В болжанған кадрлар мәліметтердің тиімді сығылуын туғызғандықтан болжанған кадрлар неғұрлым жиі беріледі.
Қозғалыс компенсациясы. Қозғалыс компенсациясы болжанған кадрларда пайда болған қателіктерді түзету үшін қолданылады. Тізбекті кадрлардағы объект жағдайын салыстыру арқылы объектінің қозғалыс жылдамдығы мен бағытын дәл анықтауға болады. Осы арқылы тізбекті кадрлардағы объект жағдайын алдын ала болжауға болады (әсіресе жарық кадрларда).
Жылдамдық векторы мен қозғалыс бағытын сипаттау үшін салыстырмалы мәліметтердің аз көлемі керек, бұл мәліметтер Р және В кадрлары генераторларларына түседі. Қозғалыс векторы анықталғаннан кейін, У, CR және СВ құрамынан тұратын бейнелерді жасау үшін пайдаланылады.
Дәріс 4. Жүйенің жалпы сипаттамасы (жалғасы – артықтылықты жою, кванттау)
Дәрістің мақсаты: бейне ақпаратты кодтаудың түрлендіру құрылғысын оқып үйрену.
Дәрістің құрамы: ДКТ кеңістіктік артықтылықты жою. ДКТ матрицасын ирек тәрізді сканерлеу. Векторларды салыстыру.
ДКТ кеңістіктік артықтылықты жою. Бейне ақпаратты кодтаудың негізгі түрлендіру құрылғысы – дискретті косинусты – туындылау процессоры. ДКТ процессоры бір бейнекадр түзетін микроблоктар мен кесінділерде ұйымдастырылған 8х8 блок ағыны түрінде болатын Э, Р және В бейнелеу кадрларын алады. Блоктар (У) жарықтылық кадрының немесе (CR және СВ) түстілік кадрының бөлігі бола алады. Әрбір блогқа есеп беретін мәліметтер содан кейін ДКТ процессорына түседі (6 суретті қара), мұнда ол 8х8 коэффициентті матрицаға айналып, блоктың бейнесін сипаттайды.
6 сурет - ДКТ негізінде кеңістіктік артықтылықты жою
ДКТ-дан бұрын 8х8 блоктағы әрбір сан сәйкес есептеуіндегі мәнді береді, яғни осы есеппен көрсетілген жарықтылық пикселі. ДКТ процессоры түгелдей блоктың кеңістіктік жиілік компонентін тексереді және уақытша аймақтық матрицаны жиілікті аймақ матрицасына айналдырады. Бұл операция тұрақты, яғни 0 Гц жиіліктен басқарған тұрақты құраушысы болып табылатын сол жақ жоғары ұяшықтан басталатын 8х8 матрицасындағы коэффициенттердің жаңа жиынының жасалуымен байланысты. Бұл ұяшықтағы коэффициент блоктың орташа жарықтылығын береді. Қалған ұяшықтардың әрқайсысы жиілігі өсетін блок құраушысын көрсетеді. Басқа ұяшықтардағы коэффициент мағынасы блоктағы бейнелердің бөлшектері санымен сипатталады. Сәйкесінше, барлық жерде бірдей жарықтылық беретін блок, мысалы, көк аспан бөлігі тұрақты құраушылардан тұрады, басқа ұяшықтардағы коэффициенті нөлге тең болады. Бейне блогы бар блоктың сәйкес ұяшықтағы коэффициенті нөлге тең емес. Бейне бөлшегі ірі болса коэффициенті аз, кейбір ұяшықтары нөлге тең емес коэффициентке ие, бейне бөлшегі кішкентай болса коэффициенті үлкен болып, көп ұяшық коэффициенттері нөлге тең болмайды. Бейненің көлденең жіңішке бөлшектері көлденең оңға қарай орын ауыстырады; өте ірі тік бөлшектер төмен қарай тік қозғалыспен беріледі. Бейненің ең кішкентай бөлшегі, яғни ең жоғарғы бейнежиілік матрицаның төменгі оң жақ ұяшығын береді.
ДКТ матрицасын ирек тәрізді сканерлеу. ДКТ матрицасының әрбір блогын кванттауға дейін жоғары сол жақ элементтен бастап тізбекті түрде ирек тәрізді жолмен сканерлеуге аударылады (7 суретті қара).
Суретте көрсетілген блок үшін сканерлеу нәтижесі келесі түрде болады: 315, 2, -4, -2, -3, -1, -2, -2, -3, 0, 2, 0, 0 және 1. Қалған коэфиценттерді есепке алмай-ақ қоюға болады, олар 0-ге тең және ешқандай ақпарат бере алмайды. Блоктың коды арнайы кодпен белгіленеді (EOB – end – of – block), ол сканерлеудің соңында коэфиценттер тізбегіне жалғасады. Кейде нөлдер тізбегінің арасынан коэффициенттер кездесуі мүмкін, мұндай жағдайда ұзын нөлдер тізбегін белгілеу (білдіру) үшін басқа арнайы код қолданылады.
7 сурет - Ирек тәрізді сканерлеу
Ұзындығы ауыспалы кванттау. ДКТ коэффициенттерін кванттау сызықты емес. Қолданыста энтропиялық кодтау кезінде әрбір коэффициентке матрицада кванттау деңгейі беріледі. Әрбір коэффициентке өлшенбелі немесе қарқынды көбейткіш оның салыстырмалы мағынасын көрсету үшін беріледі. Кванттаудың ең жоғарғы деңгейі матрицаның жоғарғы сол жақ элементіне беріледі, ол тұрақты құраушысы болып табылады. Тұрақты құраушы коэффициенті дәлдіктің жоғары деңгейімен кодталады, өйткені төменгі жиілікті ақпараттағы шулылық макималды болып келеді. Жоғары жиілікті ақпарат кванттаудың қателіктер деңгейін жіберуі мүмкін, сондықтан ол кванттаудың төменгі деңгейін иеленеді. ДКТ процессоры шыға берісінде битті жылдамдықты есепке алу үшін кванттаудың өлшенбелі қарқынды көрсеткіші түрленеді. Егер бейненің ірі бөлшегі бар болып, ДКТ коэффиценттерінің көп бөлігі 0-ге тең немесе жуық болса, ДКТ коэффициенттерінің қысқа жолағын түзеді, ол битті жылдамдық пен жолаққа минималды талаптар қояды. Бірақ өте жіңішке бөлшекті бейнелі блоктар коэффиценттің ұзақ жолағымен көрсетеді, ал бұл битті жылдамдық пен жолақтарға жоғары талаптар қояды, талаптар белгілі шекарадан шығып кетуі де мүмкін. Осыны болдырмау үшін ауыспалы ұзындықты кодтау қолданылады.
8 сурет - Ұзындығы ауыспалы кванттау
Мұндай кодтау ДКТ процессорының өзінде туындайтын битті жылдамдыққа тәуелді кванттаудың өлшенбелі коэффицентінің динамикалық өзгерісін қамтамасыз етеді. Квантталған биттер, алдымен, буферлі жадыға түсіп, содан кейін тұрақты жылдамдықпен таратудың кодтаушы құрылғысына беріледі. Егер битте жылдамдық өсіп, буфер тола бастаса, битті жылдамдықпен басқару блогы жіберіледі де, кванттау деңгейі төмендеп, мәліметтердің битті жылдамдығы төмендейді. Басқаша айтқанда, шыға берістегі биттік жылдамдық тұрақты болады.
Векторларды салыстыру. Әрбір есепті болжау үшін қажет биттің нақты санын кодталған екілік тізбекті пайдаланып қосымша төмендетуге болады, мысалы, бір қалыпты емес кодтау немесе векторлы кодтау кезінде, мысалы, 3, 3, 3, 3, 3, 3, тізбектері 6, 3-ке орын ауыстырады (3 саны алты рет қайталанған). Қалыпты емес кодтауы бірдей сандардың ұзын тізбектері қысқарады, Векторлық қодтау пикселдер тобы квантталған болжанған кодтаудың бір түрі болып есептеледі, мысалы 8x8 матрицасы кодты вектор болып табылады. Вектор ТЕСҚ-ға (тұрақты есте сақтайтын құрылғы) алдын ала жүктелген пикселдердің матиматикалық блогын береді. Керекті түрде берілетін сәйкес вектор таңдалып алынады. Таралатын вектор вектордың сол жиынын беретін және олардың бейнесіне сәйкес келетін түрлену кестесіне негізделіп, қабылдау жағында бастапқы блокқа қайта түрленеді.
Түзу және түзу емес көрілімнің жылжымалы байланыстың арнажолдарында радиотолқындарды таратудың тұлғалық ой-тұжырымы берілген. Мұнда қозғалатын қабылдағыш және қалыптасқан негізгі станциялар арасында таратудың көптеген кездейсоқ арнажолдары бойынша модульденбеген синусоидалық тасымалдаушының таратуының математикалық үлгісі келтірілген. Осындай теориялық үлгі, тынатын тасымалдаушының орамасын (сигналдың деңгейіне) таратуды, сигналдың қалдықтарының жиіліктерін және тынудың ұзақтығын келесі рет талдау үшін пайдалы. Осы параметрлер және олардың ойлары, байланыстың жүйелері (қатынау мен қателерді түзеудің әдістемелерін таңдау сияқты) және жолдарын жобалайтын кейбір аспектілерді қарастырған кезде талап етіледі. Мысалы, тынудың ұзақтығы мен қалдықтардың жиілігі, сөздегі қателердің ықтималдығы (WER) және биттегі қателердің ықтималдығы (BER) арасындағы байланысты орнатуға мүмкіндік береді.
Дәріс 5. Жүйенің жалпы сипаттамасы (дыбысты кодтау құрылғысының, ресми мәліметтер дестесінің, бағдарламаны мультиплексирлеуінің жалғасы)
Дәрістің мақсаты: дыбысты кодтау, перделеу және мәліметтерді синхрондау.
Дәрістің мазмұны: ресми мәліметтер дестесі. Қарапайым бағдарламалық ағын құрылымы. Бағдарламаны мультиплексирлеу.
Дыбысты кодтау ені бірдей 32 диапазонға дыбыс жолақтарын бөлу арқылы жүргізіледі (9 суретті қара). Әрбір диапазон ішіндегі диапозандағы түсетін дыбыс сигналының жиілігі дискретизацияланып көп битті кодқа айналады. Жиілікті үш түрлі таңдау мүмкіндігі бар: 32, 44, 1 және 48 кГц.
Кодтауларда пайдаланылатын әртүрлі әдістемелердің сипаттамаларын толық және қатал салыстырулары нәзік және күрделі мәселе болып табылады. Сөздің сапасы – субъективті түсінігі болады, бірнеше жүздеген тыңдаушылар пікірлерінің статистикалық көрсеткіштерін талап етеді.
9 сурет - Дыбысты кодтау сызбасы
Сөздік сапасымен қабылдап/тарату және кодтауға бөлшекті талаптар, халықаралық ұйымдармен қатар стандартталған.
Дыбыстық ақпаратты сығу арнайы алгоритм арқылы жүргізіледі, ол дыбыс сапасын төмендетпей дыбыс мәліметтерінің бөлігін жояды, бұл операция перделеу деп аталады. Перделеу кезінде адамның есту қабілетінің екі ерекшелігі қолданылады:
- жақын жиілікті қатты дыбыс әсерінен әлсіз дыбыс естілмейді;
- әлсіз жоғары жиіліктер көптеген қатты төмен жиілікпен перделенеді.
Сонымен қатар, адамның есту қабілеті жиілік бойынша соңғы рұқсат етілген қабілетке ие, нәтижесінде кейбір диапазондарда (жиілік) дыбыстарды бірдей қабылдайды. Дыбыстық пернелеу Фурьенің жылдам туындысы (ФЖТ) процессорына түседі, ол дыбыс спектрін жиілік коэффиценті бойынша орналастырады, яғни әртүрлі диапазон ішіндегі диапазондардың кванттау деңгейін анықтау үшін қолданылады. Қажетті ақпаратпен бірге квантталған диапазон ішіндегі диапазондар MPEG-2 дыбысты басқару мен қателікті табулардағы дестені түзу үшін мультиплексорға түседі (10 суретті қара).
10 сурет - Дыбыстық мәліметтер дестесі
Диапазон ішіндегі диапазондарда есебінде цикльді артық код (ЦАК) тақырыбы бар, мұнда биттердің орналасуы мен ауқымдалуы туралы мәліметтер келтіріледі. Сонымен қатар синхрондау мен жүйе ақпараттарын қамтып, ЦАК биттері қателіктерді коррекциялау үшін де қолданылады, биттердің орналасуы туралы мәліметтер рұқсат таңдау қабілеттілігін анықтайды, ал масштабтау биттері масштабтау коэффиценттері туралы ақпараттарды қамтиды.
Қосымша мәліметтер орталық және қоршалған Долби дыбыстарына жатады. MPEG-2 стандарты бойынша кодтау екі арналы стереодыбыстарды қамтамасыз етеді, сонымен қатар бесарнаға дейінгі бейнетарату 64-256 кбит/с дейінгі бесарналы бейне таратуда қамтамасыз етеді.
Ресми мәліметтер дестесі. Ресми мәліметтер дестесі сандық теледидардың ағымының үшінші құрамдас бөлігі (programmer elementary stream – PES) болып табылады. Ол ресми және бағдарламалық мәліметтерден тұрады. Сонымен қатар мәліметтердің жеке-жеке деп аталатын дестесінде ол басқарушы басқа мәліметтермен салыстырғанда арнайы сәйкестендіруге қажетті және басқа мультиплексерленген бағдарламалар ішінен сәйкес бейне және дыбыс дестелерін таңдау үшін, қажетті бағдарламалар үшін арнайы мәліметтерден тұрады.
Қарапайым бағдарламалық ағын құрылымы. Қарапайым бағдарламалық ағын бейне, дыбыс немесе ресми мәліметтер тақырыптары мен дестелерінен тұрады. Мәліметтер дестесі ұзындығы әдетте 2 кб (2048 байт) тең, бірақ 64 кб дейін жетуі мүмкін. Бұл тақырып төмендегі мәліметтермен қоса дестені сәйкестендірумен анықтау үшін қажет мәліметтерден тұрады.
- бастапқы код (24 бит) жекелей айтқанда 000001 (оналтылық);
- сәйкестендірілген PES коды (8 бит), мысалы, бейне, дыбыс, немесе жеке десте;
- десте ұзындығының коды (16 бит);
- скрембирлеумен басқару коды (2 бит).
Бұл тақырып кадр жасалған уақыттағы уақыт ақпаратын беріп, уақыт белгісін жасайды, дыбыстық фрагмент естіледі немесе титр қойылады. Бұл уақыттық белгілер дыбыстық және бейнемәліметтерді синхрондау үшін маңызды.
Бағдарламаны мультиплексирлеу. Алдымен, әр бағдарламаның бейне, дыбыстық және ресми мәліметтері қарапайым бағдарламалық PES1 және PES2 ағын түзу үшін мультиплексирленеді. Содан кейін екі қарапайым бағдарламалық ағын мультиплексирленіп, транспортты ағын алынады.
Осылайша, транспортты ағын әрбір бағдарламаның жеке дестесінен тұрады, олар ресми мәліметтерден тұратын дестелерде бағдарлама туралы арнайы ақпарат бойынша сәйкестеледі.
Содан кейін транспортты ағын арнаның кодтаушы құрылғысына келіп, қатенің тура түзетуі жүреді, әрі қарай «жер-ссерігі» байланысты желісінде тасымалдағыш ретінде модулятор мен таратқышқа келеді, ол жер теледидарлар үшін таратушы немесе кабельді теледидарлар үшін ұлғайтушы болады.
Бір ұқсас арна жағдайында модерленген транспортты ағын 8 МГц жолаққа ауысады. MPEG-2 үшін бір транспортты ағын әртүрлі төрт бағдарламада, яғни еш шығынсыз сапалы бейне үшін құрылады.
Дәріс 6. Транспортты ағын дестесінің құрылғысы
Дәрістің мақсаты: транспортты ағын дестесінің құрылғысын оқып үйрену.
Дәрістің мазмұны: MPEG-2 транспортты ағын тақырыптарының мазмұны. Қателерді тура түзету және оның кезеңдерін зерттеу.
MPEG-2 транспортты ағыны 0 тізбекті 188 байтты мәліметтер дестесінен тұратын транспортты ағын. Әрбір десте 4 байтты тақырыптан тұрады, олар 184 байтта бейне дыбыстық немесе ресми ақпараттар пайдалы жүктеме деп аталады (12 суретті қара). Тақырып синхрондаудың (он алтылық код 47) стандартты 1-байтты сөзінен басталады, ол десте үшін синхронға тізбекті өтуімен анықталады.
12 сурет - Транспортты ағын мәліметтер дестесі
Тақырып әртүрлі бағдарламаларды жинақтау үшін қажет ақпаратпен сипатталды (1 кестеге қара) және қабылдау жағында таңдап алынған қарапайым бағдарламалық ағынды жаңғыртады.
Транспорттық дестелер қарапайым бағдарламалық ағын дестелерінен қысқа болады, ұзындығы әдетте 2 кб-ты құрайды, сондықтан транпортты ағын дестемен салыстыру үшін PES дестелері 184 байттан тұратын мәліметтер блогына бөлінеді.
PES-тің бір дестесі транспорттық ағынның бірнеше дестесіне жіктеледі. PES дестесі ұзындығы байт бойынша 184-тен қысқа болмаса, соңғы транспортты десте (PES қалдық дестеден тұратын) біртіндеп тола бастайды.
Транспортты дестенің толмаған бөлігі адаптация өрісімен айналысады, оның ұзындығы 184 байт пен PES қалдығы айырылымына тең. Бұл функциядан басқа адаптация өрісін толтыру синхрондау бағдарламаның эталоны қызметін атқарады, ол қабылдау жағында 90 кГц базалық синхроимпульсті синхрондау үшін қолданылады және бағдарламаның уақытша белгісін өлшеу құралы (PЕS – programmer time stam) болып табылады.
Қателерді тура түзету. Санды сигналдар әсіресе сығудың жоғары деңгейіне ие сигналдар тиімді табылып қателіктерді түзетуді қажет етеді. Сандық телехабар таратуда бит бойынша қате интенсивтілігі 1010 - 1012 -не сәйкес яғни 1 сағат хабар таратуды 0,1 -10 қате битіне эквивалентті болып келеді. Бит бойынша қате үдемелілігі өте төмен арналар квазиқателіксіз арналар деп аталады. Өте қатаң шарттарды орындау үшін хабар таратудың ортасынан туатын қателіктер табылып, әрі түзелу үшін алдын ала шаралар орындалуына беруі керек. Бұл қателікті тура коррекциялау блогының қызметі болып табылады (ҚТК).
1 кесте – MPEG-2 транспортты ағын тақырыптарының мазмұны
|
|
Биттер |
Қолданылуы |
|
Синхрондау сөзі |
8 |
Sync Byte – синхрондау байты = 0100 0111. Тақырыптың бастапқы тізбегі. Оналтылық 47 коды. |
|
Қателік индикатор |
1 |
Transport error indicator – таратудың қателік жауабы. Өйткені кезеңдердегі қателіктерді көрсетеді. Егер дестеде кемінде 1 түзетілмейтін қателік табылса, «1» күйіне ие болады. Мысалы: қабылдағыштың демодуляторы сыртқы құрылғымен басқарылады. |
|
Пайдалы жүктеме блогының бастама индикаторы |
1 |
Payload start indicator – таратудың басталу жалауы, егер пайдалы жүктеме ПЭП дестесімен немесе тәуелді бағдарламалық ақпараттың (PSI) бірінші байтында басталса, “1” күйіне енеді. Бұл пайдалы жүктеме басын көрсетеді. |
|
Приоритет |
1 |
Transport prioriti – приоритетті тарату жалауы, басқа дестелермен салыстырғанда осындай мәнге ие болатын PID-тің жоғары приоритетін білдіру мақсатында «I» күйге келеді. Транспортты приоритетті көрсетеді. |
|
Десте идентификаторы |
13 |
Pasket Identifier (PiD) – десте типті 13 биттен тұратын уникалдық идентификатор. Десте мазмұнын көрсетеді. |
|
Скрем.... басқару |
2 |
Transport Scrambling Control – пайдалы жүктемен мәліметтерін скрембирлеу тәсілін көрсетеді. “00” мәні скрембирлеудің жоқтығын, қалған үш мәні скрембирлеуді көрсетеді. Бұл мәндер қолданушымен анықталады. |
|
Адаптация өрісі жалауы немесе пайдалы жүктеме жалауы |
2 |
Adaption Fielol Control – жүктеме дестесіндегі адаптация өрісінің бар екендігін көрсетеді. Үш нұсқа болуы мүмкін: пайдалы жүктемеде қосымша адаптациялау өрісі болмайды, тек қана адаптациялау өрісінен тұрады, өрістің аралас адаптациясынан, яғни бейне немесе дыбыс мәліметтерінен тұрады. |
|
Байланысу есепшісі |
4 |
Continuity Counter – дестелердің үздіксіздігінің 4 битті есепшісі, белгілі PID мәнімен пайдалы жүктеменің әрбір таратылуында “I”-ға озып отырады. PES-тің қысқартылған үлесі есебін беріп отырады. |
Қателіктерді тура түзеуді пайдаланған кезде энергияны бытыратып орналастыру керек, ол арналар бойынша энергияны біркелкі орналастыру үшін мәліметтерді бастапқы формасына қайта тарату үшін жалған кездейсоқ екілік біріктіру, NICAM жүйесінде стередыбысты таратуды біріктіруді аналогиясы қолданылады. ҚТК үш кезеңнен тұрады:
- Сыртқы кодтау (Рид-Соломонның коды).
- Жоғары дәлдікпен қайта бөлу.
- Ішкі кодтау.
Ішкі кодтау (үшінші кезең) кабельді теледидарды қажет етпейді. Қабылдау жағында үш кезеңді түрге (13 суретті қара) айналады.
13 сурет - ҚТК кезеңдері
Сыртқы кодтау Рид-Соломонның қателіктерді табу және түзету кодын қолданады. Мұндай жағдайда кодтар қателіктердің дестесін, яғни көршілес бит қателіктерін түзетпейді. Қайта бөлу бұл шектеулерді ескермеуге мүмкіндік береді, ол бір-бірімен байланысқан биттерді хабар таратудан бұрын бір-бірін жояды. Егер хабар тарату ортасы қателіктердің ұзын дестесін берсе, онда қабылдау жағында қателіктер қайта бөлудің айналуы жолымен бір-бірін сыртқы кодтың декодеріне түскенге дейін жояды. РС (Рид Саломон) коды сандық теледидар тарату үшін таңдалып алынған 204:188 коды, мұндағы транспортта дестеге 16 қосымша байт қосылған (14 суретті қара).
14 сурет - Биттермен қателіктерді тура коррекциялаудың
транспортты дестесі
РС сыртқы кодын 204 байтты дестеде 16 байт қателікті табуға және түзетуге болады. Сонымен, аталған ішкі кодтау жоғарыдәлдікті кодтаудың басқа типін корсетеді, ол қателікті түзетудің жоғарғы қабілеттілігіне ие, жоғарыдәлдікті ішкі кодтаудың толық (100%) құрылғысы Х және У болатын екі бірмезгілде шығаратын битті ағынды қалыптастырады. Олардың әрқайсысы мәліметтердің бастапқы ағынын қайталайды. Х және У битті ағыны модульденеді және беріледі. Бұл тәсіл қателіктерді тиімді түзеткенімен, арна жолағы енін екі еселеуді қажет етеді.
Дәріс 7. Модуляция
Дәрістің мақсаты: сандық теледидар таратуға қолданылатын және тасымалдаушысы бар модуляция түрлерін оқып үйрену.
Дәрістің мазмұны: модуляция. Тасымалдаушылардың қолданылу аймағын зерттеу.
Қатты қыздыру тәсілімен артықтылықты жоюға болады, сәйкесінше бірмезгілді екібитті Х және У ағымының біреуі модуляция үшін таңдап алынады. Қатты қыздыру қатынасы деп аталатын белгілі қатынас аралығында Х және У биттерінің кездесуі қолданылады. Қатты қыздырудың жоғарғы қатынасы арнаның өткізу қабілеттілігін төмендету арқылы қателіктерді түзету тиімділігін арттырады.
Таратқыш қуатына антенна өлшеміне және қажетті сапасына сәйкес хабар тарату компаниясы қатты қыздырудың 3/4 немесе 2/3 қатынастарын таңдай алады.
Бит жылдамдығының соңғы төмендетуі модуляцияның заманауи тәсілдері көмегімен жүзеге асырылады. Логикалық 0 мен логикалық 1 екі әртүрлі жиілікке тең болғандағы қарапайым жиілікті модуляция битті жылдамдық талаптары мен жұмысшы жиілік диапозондарына қарағанда тиімсіз.
Сандық теледидар таратуға үш типті модуляция қолданылады:
- Жерсеріктік теледидарлар үшін (DVB-S) салыстырмалы квадратты фазалық манипуляция (СКФМн).
- Жергілікті кабельді теледидар үшін (DVB-S) квадратты амплитудалы модуляция (КАМ).
- Жергілікті сандық теледидар үшін (DVB-Т) кодталған ортогональді жиілікті тығыздау (coded orttogonal freguency division mulAplexing COFDM).
Салыстырмалы квадратты фазалық манипуляция жерсеріктік сандық телехабар таратуда NІCAM жүйесіндегі тәрізді модуляция түрі қолданылады. Фазаның төрт түрлі 45º, 135º, 225º,315º мәні бір-біріне тік бұрыш жасап орналасқан бірдей жиілікке ие екі модуляциямен жасалады. Әрбір фаза екі биттен құралған комбинацияны сипаттау үшін қолданылады. Қарапайым квадраттық фазалық манипуляция жұмысы үшін (КФМн) эталонды фазалық бұрыш қажет. СКФМн эталонды фазалық бұрыш ретінде алдыңғы фазаны, яғни әрбір өзгеріс 2 битті комбинациямен сипатталады.
Квадратты амплитудалы модуляция. Фазалық монупуляцияны фазалық бұрыш санын КФМн үшін 4-тен ФМн үшін 8 немесе 16-ға дейін, 8-ФМн немесе 16 ФИН үшін сәйкесінше өсіруге болады. 8-ФМн кодтау жағдайында әртүрлі сегіз фазалық бұрыш ішіне біреуін сипаттайды. Модуляцияның квадратты амплитудасы ФМн кеңейту үшін, яғни амплитудада, әрі фазадан бит санын өсіруге болады. Мысалы 16- КАМ кодтауы модуляцияның битті екілік 4-ке дейін ұлғайтады. Әртүрлі 12 фазалық вектор қолданылады, олардың төртеуі екі амплитудадан тұрып 4 битті көріністі көрсете алады.
16-суретте 16 ФМн үшін мүмкін болатын барлық фазалық бұрыштармен амплитудалар көрсетілген, мұндай диаграмманы жұлдызды карта деп атайды.
Кабельді сандық телехабар таратуда санды модуляцияның жоғары көрсеткіштері қолданылады. 64-КАМ олардың әрқайсысы 64 мүмкіндік болатын 6 битті комбинацияның амплитуда мен фаза мәніне сәйкес көрсетіледі.
Кодталған ортогональді жиілікті тығыздау. Жоғары тиімділігіне қарамастан 64-КАМ кодтау түрі жергілікті хабар таратуда қолданылған кезде интерференцияның тынуы мен көпсәулеленуінен зардап шегеді. Аналогтық жүйелерде тыну мен интерференцияның көп сәулененуі әсерінен бейне бұзылады. Сандық жүйелерде әсіресе тура жолмен салыстырғанда шағылысқан жолдағы фаза өзгерісі 180º болғанда, бейненің күрделі нашарлауы, тіпті толық жойылып кетуі мүмкін. Мұндай жағдайды ортоганальді жиілікті тығыздау (OFDM) деп аталатын бірнеше тасымалдаушысы бар модуляция қолдану арқылы алдын алуға болады.
15 сурет - 8-ФМн үшін Векторлық диаграмма
16 сурет - 16-ФМн үшін жұлдызды карта
64-КАМ ретін кодтауға арналған жұлдызды карта (17 суретті қара).
17 сурет – 64-КАМ үшін жұлдызды карта
Сандық сигнал қатені тура түзетуді қолданып кодталғандықтан, модуляцияның бұл процесі ортоганальді жиілікті тығыздау (COFDM) деп аталады, COFDM тәсілі қолжететін жиілік жолағы бойынша таралған жақын орналасқан жеке тасымалдаушылардың көп мөлшері бойынша тізбекті битті ағынның жоғары жылдамдықпен таралуы арқылы жүргізіледі. Әрбір тасымалдаушы жалпы биттік ағыны бөлігін ғана береді. Тасымалдаушылар бірдей уақыт аралығында біркелкі өңделеді. Әрбір интервалды өңделген тасымалдаушылар жиыны, COFDM символы деп аталады.
Тасымалдаушы саны көп болғандықтан, COFDM символ ұзақтығы да көбейеді (бастапқы биттік ағындағы бір бит ұзақтығымен салыстырғанда). Мысалы, модульдеуші бит саны 500-ге тең болмаса, олардың әрқайсысы 0,1 мкс аралығында өңдеуге қолданылса, 500 тасымалдаушы COFDM символы түзіледі, сонда СОFDМ символ ұзақтығы 0,1х500,15мкс-ке жуықтайды.
Символ неғұрлым ұзақ болса, қабылдағышқа барлық бейне сигналдары келуін күтуге мүмкіндік береді, содан кейін ғана сигналды қайта өңдеп, бағалауға болады. Сонымен осы уақыт ішінде келген шағылысқан тербеліс тура тарату жолын жақсартады. Әрі қарай символ алдында қорғаушы интервал (немесе қорғаушы жолақ) енгізу арқылы, қабылдауыш тасымалдаушыны күту кезінде жақсартуға болады.
Барлық тасымалдаушыны қолданылған кезде зиянды жанама жапырақшалары бар жалпақ жиілікті спектр алынады. Қозғаушы интервал енгізу жиілікті спектрді екіншілік бүйірлікжапырақшаны төмендету арқылы жақсартады.
Фурьенің жылдам туындысы. OFDM түзілетін тасымалдаушы жиыны жиілікті құраушыда үздіксіз тербелістің ыдырауына әкелетін ФЖТ алгаритмін еске түсіреді. УЖЖ-тасымалдаушысы модуляциясы үшін қолданылатын үздіксіз тербелісті алу үшін COFDM тасымалдаушысы үстінен Фурьенің жылдам кері туындысы орындалады. Қабылдау жағында демодулятордың УЖЖ-дан шыққан сигналы СОFDМ-дың бастапқы тасымалдаушысын алу үшін ФЖТ кристалына түседі.
Эквивалентті изотропты сәулелену қуаты. Жалпақ жиілікті спектр эквивалентті изотропты сәулелену қуаты талаптарын сандық теледидарлық жергілікті таратулармен салыстырғанда 20дБ (100 есе) төмендетеді. Тасымалдаушы қуаты ЖМ-дыбыс және NICAM дыбыс, түс тасымалдаушы, бейне тасымалдаушы жіңішке жолақ төңірегіне концентрленеді. СОҒDМ тасымалдаушысы беретін энергия, барлық спектр бойына біркелкі таралады.
Біржиілікті желі. Қабылдау сапасын жақсартудың қосымша жолы бар, ол тыну мен көпсәулелі интерференциялық жоғары беріктігіне байланысты. Бұл хабартарату компанияларына біржиілікті желіні барлық елдерде қолдануы көрсетеді. Аналогтық телехабартаратуда көршілес таратушының ұқсас сигналы бейнені қайталауға әкеледі. Санды жергілікті телехабартаратуда мұндай сигналдарды басқа таратушының берген сигналынан, тіпті шағылысқан тербелісін де ажыратуға болмайды. Егер бөгде сигналдар қорғау интервалы кезінде түссе, онда қабылданылмайды.
COFDM 8k/2k. режимі. Сандық жергілікті теледидарлар үшін DVB еуропалық жүйелері COFDM модуляциясында 8 кб немесе 2 кб тасымалдағыштарымен, сәйкесінше 896 және 224 мкс символ ұзақтылығымен базаланады. Тасымалдағыштың тиімді саны, яғни тасымалдағыштың нақты саны СОFDМ модуляциясы үшін қолдануға болатын 6818 8 кб және 1706 2 кб режим үшін қолдануға болады. Қалған тасымалдағыштардың қорғау интервалы үздіксіз және шашыраған пилот тасымалдаушылары үшін қолданылады. Үздіксіз пилот – тасымалдаушылар нақты тарату параметрін берсе, шашыраған пилот тасымалдаушылар эталонды тасымалдаушы ретінде қолданылады.
Сандық мультиплексорды басқару. Транспортты ағын мультиплексорды екі немесе одан да көп бағдарлама арқылы таратады, олардың әрқайсысы бірнеше қарапайым бағдарламалық ағыннан тұрады. Бағдарламаның әртүрлі компоненттері мен олардың бір-бірімен қалай байланысатыны жайлы ақпараттар ресми мәліметтер пакеті ішінде арнайы бағдарламалы ақпараттар (АБА) бірнеше кестеден тұрады, олар бағдарламаны құру мен таңдауға қажет барлық ақпараттарға ие.
Төрт негізгі кесте бар:
- Кестені орналастыру бағдарламасы (programme allocation table – PAT) бағдарлама мен бағдарламалық сәйкестендіруші дестесі (PID) арасында байланыс жасайды.
- Бағдарламаның карта кестесі бағдарламаларды құрайтын қарапайым ағын бағдарламалық идентификаторын көрсетеді.
- Шартты мүмкіндікті кесте қолжетерлік мәліметтерді басқарудан тұрады.
- Жеке кесте жеке ақпараттан тұрады.
Бағдарламаны өзгерту немесе тыну (қашықтықтан басқару пульті көмегімен телекөрерменнің көріп отырған бағдарламаны жылдам ауыстыруы) аналогтық теледидарлармен салыстырғанда ұзақ операция болып табылады, бұл синхрондау және сәйкестендіру процесі өзгерістің арна ішінде немесе арна сыртында болуына байланысты бір секундтан артық уақыт жұмсалады.
Дәріс 8. MPEG-4 бейне және дыбыстық ақпараттарды кодтау стандарты
Дәрістің мақсаты: MPEG-4 стандартында табиғи бейнелерді кодтаудың негізгі әдістерін талқылау.
Дәрістің мазмұны: дыбыстық ақпаратты. MPEG-4 стандартында мәліметтерді тарату.
MPEG тобының келесі жобасы MPEG-4 стандарты болып табылады. MPEG-4 стандарты бейне байланысты, сандық теледидарды, интерактивті сызбаны, бейнені синтездеуді қамтиды және бейне- және дыбыстық ақпаратты байланыстың тар жолақты арналары бойынша өте үлкен сығу коэффициентімен таратуға мүмкіндік береді. Бұл стандарт қарапайым телефондық желілерді және салыстырмалы төмен жылдамдықты арналарды пайдаланатын бейне байланыс жүйелері үшін де, қозғалмалы бейнелер мен дыбыстық ілеспелерді ғаламтор арқылы тарату үшін де қажет. Сондай-ақ, MPEG-4 стандарты интерактивтілікті тұтынушының сұраныс беру жолымен оған берілетін ақпаратты тарату процесін басқара алу мүмкіндігін, нұсқаларды таңдауды және басқа да әрекеттерді қамтамасыз етеді.
MPEG-4-тің негізгі ерекшелігі объективті бағытталған тәсілі болып табылады. Оның негізгі таратылатын ілеспелі дыбыстық бейнені бейне- және аудиообъектілердің жиынтығы ретінде көрсетілуінде жатыр. Бейнеобъектілер (VO) - қозғалмайтын фонның алдында орын ауыстыратын адамдар мен заттардың бейнесі, ал аудиообъектілер (AO) – адамдардың дауысы, әуендер мен басқа да дыбыстар бола алады. Байланысқан бейне- және аудиообъектілер аудио-көрнекі объект (AVO) түзеді, мысалы, адам бейнесі мен оның дауысын тарату. Бейне- және аудиообъектілердің жиынтығы көріністі құрайды. Көріністерді тарату үшін MPEG-4-те көріністерді сипаттау үшін арнайы тіл BIFS (көріністер үшін екілік форма) қолданылады. Көріністі сипаттау иерархиалық құрылым болып табылады. Мысалы, орман алқабында көріністе екі кейіпкер бар: сұр қасқыр мен қызыл телпек, олардың әрқайсысы бейнеобъектіден – кейіпкердің қозғалмалы бейнесінен және аудиообъектіден – сол кейіпкердің дауысынан тұратын аудио-көрнекі объект болып табылады. Құрылымның жоғарғы деңгейі бүтіндей көрініспен анықталады. Көріністе көк аспаннан, үстелдерден және ағаш шайырынан, жасыл шөптен, гүлдерден және т.б. тұратын қозғалмайтын ФОН бар. Сонымен қатар, көріністе бейнеобъект – бұтақтан бұтаққа ұшып жүрген бейнеден және аудиообъект – құс шығаратын дыбыстардан тұратын, аудио-көрнекі объект болып табылатын ән салушы құс кездеседі. Әрбір көріністің сипаттамасында объектілердің кеңістіктегі координаталары және олардың уақытқа тәуелділігі туралы мәліметтер болады. Бейнеобъектілер бейнеобъектілердің әртүрлі жазықтықтарында орналасуы мүмкін (VOP), сондықтан көріністің көрерменге жақынырақ жазықтығындағы бейнеобъектілер қозғалыс кезінде біраз алысырақ жатқан жазықтықтардағы бейнеобъектілерді жауып қалады.
Тұтынушыға көрсетілетін көріністе барлық аудио-, бейнеобъектілер немесе тек сол объектілердің бір бөлігі боуы мүмкін. Көріністің құрамын мультимедиалық өніммен қамтамасыз етуші анықтауы мүмкін. Интерактивті режимде көріністің дамуына тұтынушы оған жетіспейтін командаларды бере отырып әсер ете алады. MPEG-4 стандартының интерактивті мүмкіндіктерін жүзеге асыру үшін қарапайым теледидар емес желіге жалғанған дербес компьютер қажет.
MPEG-4 стандарты кодтаудың біртұтас әдістер жиынтығын қолданады, соның ішінде MPEG-2-ге ұқсас және мүлдем жаңа бейнеобъект түсінігіне негізделген алгоритмдер бар. Нақтылы бір жағдайда кодтау әдісін таңдау бейненің сипаты мен ақпаратты сығудың талап етілетін коэффициентімен анықталады. MPEG-4 табиғи бейнелерді де, синтетикалық бейнелерді де тиімді сығады және жаңғырту кезінде оларды біріктіреді.
Табиғи бейнелер үшін бейнедекодердің жеңілдетілген құрылымдық сызбасы:
ДКТ - тура дискретті-косинусты түрлендіру процессоры;
ДКТ-1 - кері дискретті-косинусты түрлендіру процессоры;
Кв - кванттаушы;
Кв-1 - декванттаушы;
ЕСҚ - есте сақтау құрылғысы;
Болж.1, Болж.2 - кодтаудың түрлі режимдерінде болжанған бейнелерді түзуші блоктар;
ҚБ - қозғалыс векторларының түзілуін және қозғалысын бағалау блогы;
Мп - мультиплексор.
Сонымен бірге кодердің құрамына: текстура кодері, форма кодері, есептеуіш және жинақтаушы (қосындылаушы) құрылғылар мен «Таңдау» кодтау әдістерін ауыстырып-қосқыш кіреді. Кодердің кірісіне бастапқы бейнемәліметтер сандық формада келіп түседі, ал шыға берісте бейнемәліметтердің қарапайым ағыны түзіледі.
MPEG-4 стандартында табиғи бейнелерді кодтаудың негізгі әдістері:
1. Тікбұрышты бейне түріндегі (қарапайым ТД кадрлары) бейнеобъектілер MPEG-2-де қолданылатын әдіске ұқсас әдіспен кодталады, яғни гибридті кодтауды пайдалану арқылы. Әдісте 16х16 пиксельдер макроблоктары үшін қозғалысты бағалау мен компенсациялау болжамдары және 8х8 пиксельдер блоктарында болжамдардың ДКТ қателері бар. Бұл жағдайда болжамдар «Болж.1» блогында орындалады. Кодтаудың бұл түрінде екілік символдарды мәліметтер ағынында тарату жылдамдығының екі деңгейі бар. Таратудың өте төмен жылдамдықты деңгейі (VLBV) кеңістіктік рұқсат етілуі төмен (QCIF және SQCIF форматтары), кадрлар жиілігі 10-15 Гц және екілік символдарды тарату жылдамдықтары 5-64 кбит/с болып келетін бейнелерді таратуға арналған. Бұл деңгейді бейнетелефонды байланысты қолдануға болады. Таратудың жоғары жылдамдықты деңгейі (НВV) кеңістіктік рұқсат етуі жоғары екілік символдарды тарату жылдамдығы 64 кбит/с÷10 Мбит/с болып келетін бейнелерді таратуға арналған. Бұл деңгей теледидарлық бағдарламаларды тарату үшін қолданылуы мүмкін.
2. Көріністің құрамына негізделген кодтау көріністе кездесетін бейне- объектілердің қасиеттерін ескеру есебінен бейнелерді едәуір көп сығуға мүмкіндік береді. Бұл әдістермен жасалатын мүмкіндіктердің бірі күрделі формадағы бейнеобъектілерді кодтау болып табылады. Мысалы, бейнеобъект ретінде бейненің айналасындағылардан айқындылығымен немесе түсімен ерекшеленетін аймағы алынуы мүмкін. Бұл аймақ орын ауыстыра алады және деформациялана алады. Қозғалыс компенсациямен бірге болжанған бейненің түзілуі кезінде тікбұрышты макоблоктар емес, өзінің формасын өзгерте алатын белгіленген аймақтар ауытқиды. Бұл кезде болжамның қателігі едәуір аз болады, кезекті кадрдағы болжанған және нағыз бейнелердің айырмашылығында болатын ақпараттар көлемі айтарлықтай азаяды. Кодерде мұндай нұсқа «Болж.2» блогында орындалады. Сол уақытта тікбұрышты макроблоктың орын ауыстыруын бүтіндей етіп көрсететін қозғалыс векторының орнына объектінің координатының және формасының өзгерісін сипаттайтын параметрлер беру қажет. Бұл параметрлер форма кодерінде анықталады және кодталады, содан кейін мультиплексор арқылы мәліметтердің шыға беріс ағынына келіп түседі. Бейнеобъектінің формасы жайлы мәліметтер жай қозғалыс векторына қарағанда, едәуір көбірек бит алады. Мысалы, егер бейнеобъект ретінде белгіленген аймақтың шекарасы көпбұрышпен көрсетілсе, онда осы аймақтың ауытқуы мен деформациясын сипаттау үшін көпбұрыштың барлық бұрыштарының координаттарына өзгеріс енгізу қажет. Дегенмен, MPEG-2-мен салыстырғанда, берілетін ақпаратты кішірейтудегі жалпы ұтымдылық едәуір болып келеді.
3. Қозғалмайтын фон бейнесін және созылыңқы объектілердің текстураларын сығу үшін «вэйвлет» түрлендіруге негізделген кодтау әдісі қолданылады. Бұл әдіс сығудың жоғары деңгейлерін және кеңістіктік рұқсат ету бойынша көп сатылы масштабталуды қамтамасыз етеді. Компьютерлік графиканың көмегімен жасалатын синтетикалық бейнеобъектілер табиғи бейнелер үшін қарастырылған әдістермен кодтала алады. Алайда, олардың параметрлік сипаттамасын пайдалану тиімдірек. MPEG-4 стандартында текстурамен толтырылатын үшбұрышты ұяшықтардан тұратын тордың негізінде тұрғызылған адам бетінің моделі және үшөлшемді тор түріндегі адам денесінің үшөлшемді моделі пайдаланылады. Адамның екіөлшемді бейнесі үшөлшемді модель проэкциясын қажетті жазықтыққа тұрғызу арқылы алынады. Беттің пішіні, текстурасы және бет-әлпеті статистикада BDP (Facial Definition Parametrs) параметрлерімен және динамикада FAP (Facial Animation Parametrs) параметрлерімен сипатталады. Дене үшін статистикада BDP (Body Definition Parametrs), ал динамикада BAP (Body Animation Parametrs) параметрлері беріледі. Статистикалық параметрлер FDP және BDP әдетте байланыс сеансының басында беріледі. Сөйлеу процесінде бет қимылын және дене қозғалысын жаңғырту үшін FAP және BAP параметрлері беріледі. Синтетикалық бейнелер бейнебайланыс жүйелерінде нағыз бейнелердің орнына қолданыла алады. Бұл кезде тарату жылдамдығы нағыз бейнені тарату жылдамдығына қарағанда азырақ болады. Кейбір жағдайларда жүйенің қабылдау бөлімінде басқа ақпараттың негізінде объект бейнесінің өзгерістері жөнінде ақпарат алуға болады. Кейбір жағдайларда жүйенің қабылдау бөлімінде басқа ақпарат арқылы объект бейнесінің өзгерісі туралы ақпаратты алуға болады. Мысалы, сөйлеп тұрған адам бетінің бейнесін тарату. Ауыз қозғалысы мен мимика сөйлеп тұрған адамның сөзіне байланысты өзгереді және сөйлесуші дауысы қабылданған дыбыстық сигнал арқылы талданады. Осы жағдайда бейнебайланыс орнату үшін сандық таратудың қажетті жылдамдығы төмендейді. Бет пен дене мүшесінен басқа текстурамен толтырылған үшбұрышты ұяшықтары бар тор түріндегі екіөлшемді еркін бейнелер талданады.
Дыбыстық ақпаратты кодтау. MPEG-4 –те дыбыстық ақпаратты кодтау үшін кодтаудың үш деңгейі қарастырылған. Олар:
1. Музыка сапасын жоғары және орташа етіп кодтау MPEG-2 стандартындағы әдістер арқылы орындалады. Осы жағдайда арна бойынша 16 ÷64 кбит/с жылдамдықпен дыбыстың сегіз арнасы таратылуы қамтамасыз етіледі.
2. Сөздерді жоғары және орташа сапада тарату үшін келесі әдістер қолданылады 8 кГц немесе 16 кГц жиілікте 2÷4 кбит/с тарату жылдамдығын қамтамасыз ететін сызықты болжау арқылы қозуды кодтау.
3. Сөзді параметрлік кодтау, 8 кГц жиілік дискреттенуінде 2÷4 кбит/с жылдамдыққа дейін шашыраңқылықты сығу арқылы сақтауды қамтамасыз етеді.
Таратудың ең төменгі жылдамдығы 0,2÷1,2 кбит/с, ол жасанды талданған сөздер мен MIDI стандартындағы музыкаларға сәйкес талдауда қолданылады.
Аудиообъектілерді кодтау масштабталынатын да қасиетке ие. Мысалы, мәліметтер ағынының негізгі деңгейінде CELP кодтау әдісі қолданылады, ал қосымша деңгей MPEG-4 кодтауына сәйкес дыбыс сапасын қамтамасыз етеді.
MPEG-4 стандартында мәліметтерді тарату. Бейне және аудио декодерлері бар ES қарапайым ағындар синхрондау (SL – Syns Layer) деңгейіне түседі де дестеленген SL-ағындар түзеді, ол әртүрлі бейне және аудиообъектілерді бірдей уақыт бірлігіне келтіріп, уақыт белгісін береді. Әрі қарай, дестеленген SL-ағындары DMIF (Delivery Multimedia Integration Framework – мультимедианы жеткізудің интегралды жүйесі) деңгейіне түседі, бұл мультимедиа үшін мәліметтер ағынын басқаруды қамтамасыз ететін хаттама. DMIF хаттамасы ақпарат көзіне қолданушының сұраныс хабарламасын жеткізеді және қолданушыға сұраған хабарламасын қайта жеткізеді. Сонымен қатар, DMIF қолданушыға DMIF – Application Interface (DAI) қолданушы интерфейсі түрінде басқару тәсілін ұсынады, ол ақпаратты таңдау үшін команда бере алады (мысалы фильм) және осы ақпаратты алу мүмкіндігі туралы хабарламаны жасайды немесе хабарлама алу кезіндегі қиындықтарды қарастырады. DMIF MPEG-4 стандартының үш негізгі сферасы:
- интерактивті желі арқылы;
- қарапайым хабартарату арналары арқылы тарату;
- компакт дискіге бағдарламаларды бейнежазу.
DMIF деңгейінде дестеленген SL-ағындары FlexMUX блогынан FlexMUX-ағындарына біріктіріледі. Бұл операция міндетті болып табылмайды, өйткені DMIF басқаруы арқылы дестеленген SL-ағындары беріле алады.
Әрі қарай, мәліметтер TransMUX деңгейіне өтеді, мұнда SL- немесе FlexMUX-ағындары біріктіріледі және транспортты ағынға айналады (TransMUX-ағыны). MPEG-4 стандартында бұл ағын анықталмаған. Оның орнына MPEG-2 транспортты ағынын (TS) қолдануға болады. Басқа да транспортты хаттамаларды пайдалануға болады.
Интерактивті теледидарды және әртүрлі мультимедиалық қызмет көрсету түрлерін шынайыландыру үшін жүйенің бас стансасына телекөрерменнің ақпаратын жеткізу керек. Осындай мақсатта кері арналар жұмыс істейді, олардың жылдамдығы тікелей арнамен байланысу жылдамдығынан төмен болады.
MPEG-4 стандарты бойынша ақпаратты декодерлеу декодерлік бөлікте жүзеге асырылады. Құрылғының ену бөлігіне транспортты ағын кіреді, демультиплексорде қарапайым ағын (ES) шығарылады, әрқайсысының мәліметтері сәйкес БЗУ1-де жазылады. БЗУ1-дің қызметі – байланыс арналарына келген ақпараттарды жинақтап, қажетінше декодерге беріп отыру. Бір объектіге жататын қарапайым ағындар бірге декодерлене алады. Мұндай жағдайда барлық бейне және аудиообъектілердің синхрондалуы қамтамасыз етіледі.
Әдебиеттер тізімі
1 «Телевидение / Под ред. В.Е. Джакония.- М.: Радио и связь, 2004.
2 Звуковое, телевизионное вещание / Выходец А.В., Коваленко В.И., Кохно М.Т. – М.: Радио и связь, 1987.
3 Современные телекоммуникации / Под общей редакцией С.А. Довгого, - М.: Эко – Трендз, 2003.
4 Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: Оқу құралы. – М.: «Горячая линия - Телеком», 2001. – 224 б.
5 Ибрагим, К.Ф. Телевизионные приемники: ағылш. ауд. / К.Ф. Ибрагим. – М.: Мир, 2000.
6 Птачек, М. Цифровое телевидение. Теория и техника: пер. с чеш. под ред. Л.С.Виленчика / М. Птачек. – М.: Радио и связь, 1998.
Мазмұны
1 Дәріс 1. Сандық теледидардың ерекшеліктері..........................................3
2 Дәріс 2. Теледидарлық бейнелерді сандық формаға ауыстыру...............6
3 Дәріс 3. Жүйенің жалпы сипаттамасы......................................................10
4 Дәріс 4. Жүйенің жалпы сипаттамасы (жалғасы – артықтылықты жою, кванттау).............13
5 Дәріс 5. Жүйенің жалпы сипаттамасы (дыбысты кодтау құрылғысының, ресми мәліметтер дестесінің, бағдарламаны мультиплексирлеуінің жалғасы)...................................................17
6 Дәріс 6. Транспортты ағын дестесі құрылғысы.......................................19
7 Дәріс 7. Модуляция....................................................................................23
8 Дәріс 8. MPEG-4 бейне және дыбыстық ақпараттарды кодтау стандарты........27
Әдебиеттер тізімі............................................................................................33
Жинақтық жоспар 2012 ж., реті. 327