ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

Алматы энергетика және байланыс институты

 

 

А.З. Айтмагамбетов, Г.Г. Сабдыкеева, У. Шугайып

 

ЦИФРЛЫҚ ТЕЛЕРАДИО ХАБАР

 

Оқу құралы

 

Оқу құралы «Цифрлық телерадио хабар» пәнін зерттеу үшін ғана арналмаған, студент телерадио хабар таратуды зерттегеннен кейін, бакалаврға қажетті білімін алу үшін толық түрде барлық сұрақтарды қамтиды.

Сонымен қоса, оқу құралы профильді пәндерді зерттеген кезде магистранттармен де қолданылады.

Оқу құралы дәрістік курстарды толықтырады және студенттердің семестрлік, есептеу-графикалық және курстық жұмыстарды орындау кезінде көмек беру үшін арналған, сонымен қоса «050719-Радиотехника, электроника және телекоммуникация» мамандықтарының барлық оқу түрінің студенттерінің практикалық сабақтарын өткізу үшін қолданылады.

 

Мазмұны

Кіріспе

1 Жергілікті радиоканалдарда цифрлық теледидар хабар тарату

2 Дыбыс сигналдарының цифрлық пішінге түрлендірілуі

2.1 Екі арналы және көп арналы дыбыс сигналы

2.2 AES/EBU цифрлық сигналы

2.3 ES/EBU дыбыс деректерін SDI тізбекті түйісу сигналына енгізілуі

3 Дыбысты деректердің қысылуы

3.1 Маскілеу әсері және естудің психоакустикалық моделі

3.2 Жолақты кодалау және сүзгіштер блогы

3.3 Кванттау және биттердің үлестірілуі

3.4 Жолақты кодалаудың жаңғыртылған алгоритмдері

4 MPEG – 2 стандарты бойынша цифрлық ағынның қалыптасуы

4.1 MPEG – 2 стандарттың құрамдас бөліктері

4.2 Бейне деректерді қысу

4.3 Цифрлік көпбағдарламалық дыбысты іске асыру

4.4 Жүйелік деңгей, мәліметтердің ағыны және ақпараттық кестелер

5 MPEG стандартының болашағы

5.1 MPEG-4 медиа-объект стандартының ұсыныстары

6 Жерсеріктік телерадиохабар тарату

6.1 Жер серіктік цифрлық теледидар жүйесінің құрылымдық сұлбасы

6.2 Жер серіктік цифрлық радиохабар тарату

Қолданылған әдебиеттер тізімі

 

Кіріспе

 

Теледидарлық хабар тарату жүйесінің үш бағытта дамуын көрсетуге болады:

бірінші – жерсерікті теледидарлы хабар тарату құрылғысының жеке және ұжыммен орнатудың қарқынды дамуы;

екінші – кеңжолақты интерактивті 5-862 МГц жолағындағы кабелді теледидарлық желіні енгізуден, көрерменге 100 және оданда көп ТД бағдарламасын ұсына алатыны;

үшінші – MMDS, LMDS, MVDS (көпарналы микротолқындар, локальды көпнүктелі тарату жүйесі) жүйесін орындау арқылы жердегі ТД-ды енгізу және дамыту.  

 Осы үш бағыттың әр қайсында цифрлық беру әдісіне ауысу үшін тұрақты тенденция көзделді. Жоғарыда айтылған арналардың бәрін біріктіру үшін, ұжымдық қабылдағыш арналар  табысты енуде.

Базалық станцияларда жерсерігінен және жергілікті ретранлятордан сигналды қабылдау үшін антенналар бар, ал бас станция магистральды таратушы кабельді желі арқылы тұтынушыларға әр түрлі бағдарлама жеткізеді. Бұл сияқты әмбебап желілер Батыс Еуропада, Канадада, АҚШ-та, Жапонияда кеңінен қолдануда. Біздің мемлекетімізде 50 шақты бағдарлама таратылатын кабельдік желі құрылуда, қызыққан абонентке кері арна тарту мүмкіндігін береді (атап айтқанда интерактивті теледидар жүйесі). Кабельді теледидар жүйесінде кері арнаның болуы арқасында абонентке бірнеше қосымша қызмет көрсетіледі: ортақ қолданылатын телефондық желіге және деректерді жіберу желісіне қосылу, интернетке байлану, банк арқылы өтем ақыны төлеу, үйден шықпай-ақ нәрсе сатып алу және т.б.  Сонымен қатар, жергілікті теледидарда көпарналы, көпнүктелі MMDS, LMDS, MVDS тарату жүйесін енгізу арқылы цифрлық жергілікті теледидар жүйесін – DVB-T жаңа жүйесінің дамуына жол ашады.   

Теледидарлық сигналды жерсеріктік арнамен цифрлық әдіспен жіберу орындалған факті деуге болады.

Микроэлектроника ауданындағы жетістіктер көптеген үлкен фирмаларда жерсеріктік телерадио хабарын тарату саласында құрылғылардың қолдануында көптеген жақсаруларға қол жеткізді және жеке орнатуы 2-3 есе арзандады.

Сайып келгенде, теледидар сигналдарының артықшылықтарын спектрді ығыстыра отырып жою және микроэлектроника ауданындағы жаңа жетістіктер теледидарлық технологияның дамуына үлкен үлес қосты.

Күн тәртібінде цифрлық теледидарлық хабар тарату жүйесі үшін қабылдап-тарату құрылғысы және студиялық блоктар және түйіндерді стандарттау және унификациялау техникасы. Еуропа, АҚШ, Жапон эксперттері цифрлық құрылғыға стандарт жасап шығарды (DVB), жерсеріктік, кабельдік және жергілікті теледидарлық хабар тарату жүйесінде қолдануда. 1994 ж. көптеген мемлекеттермен стандарт қабылданды және квадраттық фазалық модуляция сигналы негізінде қолданылатын цифрлық жерсеріктік арналар үшін (QPSK); көппозициялы амплитуда – фазалық модуляция сигналы негізінде қолданылатын кабельдік арналар үшін: 16-КАМ, 64-КАМ, 256-КАМ. Қайта шағылысудан болатын жердегі теледидарлық арналардың біркелкі болмауын ескере отырып, өте көп кедергінің болуы және күн құбылыстарының әсер етуі мұндай каналдар үшін күрделі модуляция әдісі – COFDM (көптеген ортогоналды тасығыштарға жіберілген кодталған хабарлар) қабылданды.

Теледидар цифрлық техналогияның аналогтыға қарағанда артықшылығын қарастырайық.

Цифрлық телерадио хабарын тарату ХХІ ғасырдың ақпараттық технологиясын көрсетеді, өйткені:

Ресей жағынан ұсынылған және 11-ші Халықаралық электробайланыс Зерттеу комиссиясының ұжымынан қолданыс тапқан кең ауқымды біріңғай телерадио хабарын тарату моделінің жүйесі жуықтап алғанда барлық елдерде қабылданды. Цифрлық телерадио хабарын тарату кең ауқымды моделі қолдануға оңай цифрлық архитектурасы болады деп болжалды, көптеген теледидарлық стандарттарға ғана икемделіп қоймай, жоғары теледидарлық анықтық жүйесі және цифрлық көпарналық теледидар хабар таратуда да.

1 Жергілікті радиоарналарда цифрлық теледидарлық хабар тарату

Цифрлық хабар тарату әдісіне көшуді, әсіресе бейне суреттің көрсеткіштерінің тез арада жақсаруымен байланыстырады. Аддитивті және мултипликативті кедергілердің жуықтап алғанда жоқ деуге болатын, жерсерікті және кабельді арналар үшін өте әділетті.

Жергілікті арналарда телерадио хабарын тарату, атап айтқанда үлкен қалаларда көп қабатты құрылыстарымен мултипликативті кедергі кейде бейненің сапасын қатты төмендетіп, кейбір уақыттарда өлі аумақтардың пайда болуы мүмкін, ондай жерлерде жергілікті телеорталықтың хабар таратуы мүмкін емес. Әсіресе бұл кедергілер әлсіз бағытталған антеналарға өте кері әсерін тигізеді, яғни жылжымалы теледидарлық және радио хабар таратқыш терминалдарға таратқан уақытта.

Цифрлық теледидарлық хабар тарату стандартын құрастырғанда бірнеше мемлекеттен жоғары мамандар мультипликативті кедергіні жою үшін өте күрделі зерттеулер жүргізді.

Көпарналы цифрлық ТД хабар тарату жүйесі теледидарлық арналар тарату жиілігіне кірістіріліп, жергілікті және кабельді теледидар үшін 8 МГц  өткізу жолағы қарастырылып қояды.  Жерсеріктік ТД жүйелерінде жер серігінен хабар қабылдау үшін 27 МГц өткізу жолағы қарастырылған, ал бекітілген жерсеріктік байланыс (БЖБ) үшін 30, 33, 36, 40, 46, 54 және 72 МГц өткізу жолағы қарастырылды. Ресейлік жүйе бойынша "Радуга", "Экспресс", "Горизонт" жерсеріктері ереже бойынша 36 МГц өткізу жолағында жұмыс атқарады.

Цифрлық хабар тарату жүйесінде біртекті немесе қысқартылған өткізу жолағын әртүрлі жүйе үшін таңдағанда  жердегі мен жерсеріктік жүйе арасында теледидарлық бағдарламалардың алмасуы жеңілдейді. Шынында да, цифрлық ТД бағдарламалардың 9 Мбит/с ағынымен, жерсеріктік жүйемен 3-4 бағдарлама өткізуге, жердегі жүйемен бір, ал кабельді жүйемен  ондағы 16 КАМ және 64 КАМ қайта кодалау жүйесімен төрт алты жоғарғы сапалы бағдарлама өткізуге болады.

Осы жұмыстардың қорытындысы 1996 ж. жергілікті теледидар арналарына арналған стандарт ETS 300744 - Digital Broadcasting Systems for television, soound and data service. Framing structure, channal coding and modulation for digital terrestrial television, 1996 [2] немесе қысқартылған стандарт DVB-T.

Бұл стандартта жаңа модуляция әдісі қолданылған COFDM (Coded orthogonal frequency division multiplexing), қазақ тіліне аударсақ былай болады - көп ортогоналды тасығыштардағы көпарналы қиыстырылған амплитуда - фазалық модуляция кедергіге тұрақты кодтаудың қолдануымен.

 COFDM модуляциясын қысқаша қарап шығайық.

Қиыстырылған амплитуда - фазалық модуляцияның (16 КАМ, 64 КАМ, 256 КАМ) қолданылуы радиоарнаның өткізгіш қабілеттілігін 2^и арақатынасы бойынша күшейту, бұл жердегі n байланыс жүйесіндегі екілік арналардың саны, ал 2 саны екілік сигналдар үшін дискретті арна (десте, үзіліс).  4-ФМ жүйесінде екілік жүйеліктегі (2²) екі тәуелсіз жіберуге болады, 8-ФМ жүйесінде үш (2³) 16-КАМ жүйесінде төрт (2⁴) және т.с.с. Жүйеде позиция санымен сегізден көп қиыстырылған амплитуда - фазалық модуляцияның қолданылуы көппозициялық фазалық модуляциямен (16-ФМ, 64-ФМ және т.с.с.) салыстырғанда бұл сигналдардың кедергіге төзімділігімен түсіндіруге болады.

Сөйтіп, n-нің өсіуімен 2n арақатынасында дискретті ағындар саны, бір қалыпты жылдамдықта берілген арна жолағында, n санына пропорционал өседі, мұнда n- 0,2,3,...,8. n=8 саны, әлі кең қолданысқа ие болмаған, КАМ-256 жүйесіне байланысты. Ұсынылған модуляция әдісіндегі ортогональдық көршілес екі тасығыштың спектрлерінің жабылуына жол бермейді, сөйтіп екі көршілес арналардың әсер етуін минимумға әкеледі. Ортогоналдық шарт орындалады, егер жиілік таратуы fk және fk+1 тасушылар арасында жұмыс істеуші аралықтағы Ти, яғни Df=f_к+1 –f_к=1/T_и символдың кері ұзындығына тең болғанда.

Математикалық ортогональ нөлге тең Т_и уақытында тасығыштың модульденген екі спектрдің туындысының интегралы.

Жоғарғыда айтылған модуляцияны техникалық жағынан іс жүзіне келтіретін болсақ, оның DVB-T стандартында екі модификациясы қаралған, олар 2K және 8K.

2K модификациясында 1705 тасығышы, қолданылады, ал 8K-да - 6817 тасығышы. Сонымен қатар, мультиплексерленген бейне, аудиосигнал және ақпараттардың ағым қосындысы 1705 немесе 6817 паралель ағымдарына бөлініп, әрқайсысында символдың ұзындығы 1705 немесе 6917 есе өседі. Бұл хабар сигналының ұзындығының бір қысымын жаңғырықсигналға қарсы қорғаныс арақашықтығын бөліп алу мүмкіндігі. Екі модификацияда да қорғаныс ұзындығы D_т/Т_{и ,} 1/4, 1/8, 1/16 және 1/32 мәндерін қабылдай алады, яғни жұмыс істеу арақашықтығының Т_и 3%-тен 25%-ке дейінгі ара қашықтық қорғаныс арақашықтығы деген сөз. Қорғаныс арақашықтығы жергілікті жердің қыртысына және қызмет көрсететін телеорталықтың аумағындағы құрылыстардың сипатына ғана байланысты емес, көршілес құрылғылардың қашықтатылуына да байланысты.

Физикалық тұрғыдан, жұмыс істеу ара қашықтығы ұзын болған сайын жүйенің эхосигналдан қорғануы және қорғаныс ара қашықтығы үлкен болатыны анық.

Тасушы санының көбеюімен байланысты декодер күрделене түседі, 8K жүйесіне екі сыйымдылықты 2¹³=8192 процессор қолдануға мәжбүрлейтін, ал өз артынан абоненттік теледидарлық қабылдағыштың қымбат болуына әкеліп соғады.  Сондықтан, 2K модификацияланған қабылдағышы 2¹¹=2048 декодерлі процессорымен көптеген халықтың қол жеткізуіне тиімді болуы мүмкін және де орташа артықшылықтарымен. 1 кестеде COFDM модуляция жүйесінің негізгі параметрлары көрсетілген [4].

2K және 8K модификацияларына COFDM радиожиілік спектрінде тасығышқа әр түрлі ауытқу жиілігі жатады; 1116 және 4464 сәйкес. Екі жағдайда да радиоарнаның жұмыс істеу спектрінің кеңдігі бірдей болады және 7,61 МГц-ке тең болады. Жолақтарда көршілес арналардың арасында таралуы цифрлық теледидарлық жүйесінде 0,39 МГц құрайды, ал аналогты теледидар радиоарна үшін 8 МГц.

 

1        Кесте - COFDM модуляция жүйесінің негізгі параметрлері

Модификация	8K	2K
Жұмыс істеу ара қашықтығының ұзындығы, мкс	869	224
Топтық сигналдың спектріндегі тасығыштар саны	6817	1705
Тасығыштардың жиіліктерінің айырмашылығы, Гц	1116	4464
Топтық сигналдың радиоспектрінің ені	7,61	7,61
Қорғаныс ара қашықтығының салыстырмалы ұзындығы	1/4,1/8,1/16, 1/32	1/4,1/8,1/16, 1/32
Dt қорғаныс ара қашықтығының ұзындығы, мкс	224, 112, 56, 28	56, 28, 14, 7
Хабар символының ұзындығы	1120, 1008, 952, 924	280, 252, 238, 231
Біржиілікті желідегі құрылғылар арасындағы аумақтық таратуы	67; 34; 17; 8,4	17; 8,4; 4,2; 2

Сонымен, жергілікті телехабар тарату жүйесінде цифрлық теледидарлық радиоарна спектрының толық ені аналогты теледидардың 625 қатарға үлестірген стандартымен (SECAM, PAL) толық сәйкес келеді.

1.1 сұлбасының соңғы жолында 8K және 2K жергілікті цифрлық ТД жүйесіндегі теледидарлық таратқыштың аумақтық тарату мәліметтері келтірілген, [4] тең алынған және біржиілікті хабар тарату желісіне есептелген. Бұл мәліметтердің білдіретіні 8K жүйесі 4 есе үлкен тасығыштардың арқасында мультипликативті кедергілерден, жердегі цифрлық таратушылар арқасында болатын, әлде жақсы қорғанған 2K жүйесіне қарағанда.

Жергілікті теледидарлық хабар тарату желісі, әсіресе, үлкен қалаларда және халықтың қалың орналасқан аумақтарда, ереже бойынша көпжиілікті және сол үшін мұндай желілерде таратқыштың электромагниттік сыйымдылығы (ЭМС) ауыр көпкритериялы ұсыныс болып келеді. Қазіргі заманда телерадиохабар тарату желісін есептеу әдістемесі бар және онда аналогты модуляция әдісі қолданылуда.

Цифрлық тарату желілері үшін әлі ондай әдістемесі жоқ. Қарастырып отырсақ, келешектегі 5-10 жыл мемлекетімізде әлі аналогты және цифрлық телерадиохабар тарату жүйесі қатар жұмыс жасайды. Осы екі жүйенің электромагниттік сыйымдылығы туралы тек жалпы түсінікті айтып кетуге болады. Цифрлық теледидарда таратқыштардың қуаты бірнеше азайтылады, ал цифрлық сигналдың спектрлары COFDM модуляциясы арқылы біргелкі болатынын ескерсек, аналогты сигналдар үшін өзгеріссіз. Сол уақытта цифрлық сигналдар аналогты сигналдардың шығаратын кедергілеріне өте жақсы төтеп бере алады. Сондықтан, бұл екі жүйенің электромагниттік сыйымдылығын орындау желіні аналогты тарату әдісімен координаттағанша оңайға түспек.

Күрделі модуляция түрлерін таңдағанда 4-ФМ, 8-ФМ, 16-КАМ, 64-КАМ әр тасығыш векторының жайына І (синфазалыға) немесе Q (квадратуралыға) берілген кодалы комбинация сай болады. 4-ФМ модуляциясы болғанда кодалы комбинация 2 биттен тұрады, мысалы 00, 01, 10, 11, 16-KAM - төрт бит, 64-КАМ - алты бит. Бұл комбинацияларды манипуляциялық код деп атайды. Бұл кодтың таңдалуы-сәйкес кодалық комбинациялардың максималды дәрежеде кедергіге қарсы тұра білуі және модемнің техникалық жағынан қарапайым болуы.

Ұсынылып отырған стандарт әр фирманың шығарған модемдерінің COFDM моделімен сәйкес болуын қамтамасыз етеді. Осымен қатар құрылғының бөлек функцияналды түйіндері жергілікті, жерсеріктегі және кабельді цифрлық ТД жүйесі біріктірілуі мүмкін, бұл цифрлық теледидар аппаратурасының бағасын арзандатып, оның сенімділігін артуына жол ашады.

Қабылдағыш құрылғысының кедергілерге қарсы және күрделі мултиплексерленген ағындарды жібергенде тұрақты жұмыс істеу үшін келесі синхрондаушы және басқарушы сигналдар қарастырылып қойған:

- демодулятордың тасушы жиіліктерін фаза бойынша жанастыру;

- демодуляторды такталық синхрондау;

- радиоарнаның жағдайын бағалау;

- 8К немесе 2К модуляцияның жүйелері өзгерген жағдайда демодулятормен басқару.

Синхрондау және басқару жүйесіне қабылдағыш құрылғысынан модификацияларға 8K-769, 2K-193 қосымша тасығыш жиілігі бөлінеді, олар хабардың тасығышымен салыстырғанда қуаты 2,5 дБ жоғары болады. Бұл бекітілген тасығыштар жалған кездейсоқтық жүйелікпен модуляцияланады.

Қуат бинарлы фазалы модуляцияға (2-ФМ) көшуі арқылы күшейтіледі. Барлық бекітілген тасығыштар санынан 769 (8K) және 193 (2K) демодуляторда автоматты түрде тіреуші сигналдың фазасын жанастыруға және синхрондауға  177 және 45 тасығыш бөлінген. Демодуляторды басқару сигналы 8K жүйесінде 68 тасығышта, ал 2K жүйесінде - 17 тасығышта таратылады.

Арнаның жағдайын бағалау үшін радиокүре жолдың амплитуда-жиілігін сканерлеу жолымен алынады. Бұл мақсатпен 524 (8K жүйесінде) және 131 (2K жүйесінде) бірреттік дәлдік тасығыштар қолданылады. Тасығыштардың бірреттік дәлдігі болады, егер бір кадрдың белгісінен екінші кадрдың белгісіне берілген периодпен көшкенде жиіліктері жылжымаса.

Хабарлардың артықшылығын алып тастап, ығыстырылған цифрлық ТД сигналының кедергі тұрақтылығы аналогты сигналмен салыстырғанда, төмендетіледі. Бірақ қазір кедергіге тұрақты кодалаудың тиімді әдістері бар және цифрлық телерадиохабар тарату жүйесінде кеңінен қолдануда.

Қарастырылып отырған жүйелерде модельдің ішкі кодалық қорғанысы жоғарғы дәлдік коды және Рид-Соломонның (РС) ішкі қорғаныс кодының көмегімен қолданылады.  

Жоғарғы дәлдік кодының декодері бірінші дәрежелі қорғанысты қамтамасыз етеді, қатенің болу мүмкіндігін 10¹ ден 10² ге дейін ағынның кірісінде 2,10⁴-ке тең шығысында қалыпты кішірейтеді. Сыртқы кодалауда бірыңғай тасушы ағынындағы әр десте ұзындығы 188 байт жаңа ұзындығы 204 байт дестеге айналады, мұндай процедурадан кейін сегіз кедергімен өзгеріске ұшыраған байтты түзеуге болады. Әдеби тілмен айтқанда, бұл кодты Рид-Соломонның коды деп атайды және былай белгіленеді РС(204, 188, 8). Декодерленгеннен кейін декодердің шығысына цифрлық ағын беріледі, қателік коэффициенті 2,10^-4 қатенің болу ықтималдығы 10^-10...10^-11 ге дейін азаяды.

    8 байттан үлкен дестедегі қателерді жою үшін жоғарғы дәлдікпен мәліметтерді ығыстыру қолданылады.

DVB-T модификациялы стандартында қабылдаушы және таратушы жергілікті ТД құрылғыларындағы ығыстырылған цифрлық ақпарат ағынын және цифрлық теледидар сигналын негізгі өндеу жолдарын ұғып алайық. 1 суретте DVB-T таратқышында сигналды және ақпаратты түрлендірудің құрылымдық сұлбасы көрсетілген DVB-T [7].

Бейне және аудиоарнаның аналогты сигналы өзі кодерінің кірісіне келіп түседі (1-3 блогы), кейін бөлек MPEG-2 стандартты цифрлық сигналға айналады. Кейін үш цифрлық ағын (бейне, аудио және ақпарат) MPEG-2 бағдарламалық ағынын формалайтын блокқа (4) және мултиптексерге түседі (5). Мултиплексерге тіреуші және синхрондаушы сигналдарды әкеледі, қабылдаушы жағында бейне, аудио және ақпараттарды бөліп алуға жол ашатын, сондый-ақ радиоарнаның жағдайын бағалайтын және модуляцияның қолданып жатқан жүйелері туралы сигналды бөліп алуға болады.

Бағдарламалық ағынды жеке-жеке пакеттерге бөлу және әрқайсысына синхрондаушы сигналды енгізу арқылы тасушы ағын қалыптасады. Мултиплексерден кейін сұлбаға ақпараттар ағынын ыдыратып ету блогы енуі мүмкін. Қажет кезінде, тасушы ағынды ыдыратып ету, әр түрлі дәрежедегі приоритетімен екі ағын қалыптастырады. Пунктирмен белгіленген ағын, төменгі приоритетке ие (кедергіге қарсы тұруы нашар), бірақ ақпаратты тарату жылдамдығы жоғары. Жоғарғы приоритетке ие болған ағын, кедергіден жоғарғы дәрежелі кодалы қорғанысқа ие. Осы әдіспен теледидарлық бағдарламаны жіберудің екі нұсқасы бар. Ең төменгі приоритеттегі бағдарлама жоғарлатылған анықтылықпен беріледі (сигналдың жақсы өтуімен бейненің сапасы жоғары болады). Нашар сигнал болғанда, бағдарлама төмендетілген анықтылықпен таратылады, бірақ жоғарлатылған қорғаныс приоритетімен жібереді де, тең бағалы сапалы бейне алуға жағдай жасайды. Шарттардың өзгеретін жағдайы болып қалса, тұтынушы бір арнадан басқа арнаға ауыстырып, жақсысын таңдай алады.

(7) блокта цифрлық ағынды рандомдау (скрембрлеу) жүргізіледі, басқа жүйелермен электромагниттік сыйымдылығын жақсартылады. Сыртқы кодалау блогында (8) Рид-Соломон кодымен сәйкес әр десте 188 байт ұзындығымен тексеруші 16 байт енгізіледі. Осындай сигналды декодерлегенде 204 байтты дестеден 8 байтқа дейін түзетіледі.

Ыдырау (ауысу немесе кейбір кезде интерливинг термині қолданылады - 9 блогы) - орындарды ауыстырумен тасушы дестеде қатеден қорғалғандарға байттардың орналастыруын іске асырады. Сонымен қатар, синхрондалған байттарға ығыстыру жүргізілмейді де, қабылдағыш жағында қайта ығыстыруды іске асыруға жол ашады.

РС кодының әр түрлі кодалық сөзіне орналастырып, ығыстыру операциясы ұзақ дестелердің қатесін жеке бөліктерге бөледі де, қателерден қорғану сұлбасымен әрі қарай табылып және оны түзеп жатады.

DVB-T жүйесіндегі ішкі кодалау (10 блок) жоғарғы дәлдікті кодтардың көмегімен іске асырылады. Жоғарғы дәлдікті кодтау кезінде мәліметтер, бірнеше биттерге ие блоктарға бөлінеді, оларға тексеруші биттер қосылып, кадр деп аталатын жаңа блоктарды құрастырады.

1-3- бейне, аудио және ақпараттар үшін MPEG-2 кодері; 4- MPEG-2 бағдарлама ағынын қалыптастырушы; 5- мультиплексер; 6- иерархиялық таратуда қолданылатын, ақпараттар ағынын ыдыратушы блок; 7- рандомизатор (скремблер); 8,9- сыртқы кодер және ығысулар; 10,11- ішкі кодер және ығысулар; 12- модуляциялық символдарды қалыптастырушы; 13- модулятор; 14- қорғаушы ара қашықтықтарды қалыптастырушы;

15- жоғарғы жиілікті түрлендіруші; 16- тіреуші сигналдардың блогы.

 

1  Сурет - DVB-T таратқышында ақпаратты және ТД-сигналын түрлендіру

 

1/2 жоғарғы дәлдікті кодының әр мәліметті сигналына бір тексеруші символ енгізілген, ал 7/8 кодына әр жетінші мәліметті сигналына бір тексеруші символ енгізіледі. Әрине, бұл жерде 1/2 коды қатеден 7/8 кодына қарағанда әлде қайда жақсы қорғанған және осымен қоймай кодердің шығысындағы цифрлық ағынның жылдамдығы екі есе өседі, ал 7/8 кодында тек қана 11,5% есе ғана. DVB-T жүйесінде модуляциялық символдарды қалыптастырудан бұрын ішкі ығысу іске асырылады (11 блок) - ақпаратты араластыру процессі, олар әр түрлі тасығышты модуляциядан өткізеді. Модуляциялық символдар және модуляция (12,13) блоктарды қалыптасады. DVB-T жүйесінің теория жағынан QPSK(4-ФМ), 8-ФМ, 16-КАМ, 32-КАМ, 64-КАМ қатарындағы модуляцияны қолдануына жол берсе, бірақ нағыз құрылғыда (мысалы, Юник-Канда фирмасының аппаратурасында) 4-ФМ модуляциясы қолданған. 4-ФМ модуляциялы сигналдарды қолданатын, жерсеріктік арналардан жердегі арнаға көшуді жеңілдетеді және қабылдағыштың кірісіндегі 5...6 дБ шегіндегі сигнал-кедергі байланысына қарамастан ТД сигналдың сапасы өте жоғары  болады.

 

 

1- төменгі жиіліктің түрлендіруші; 2- COFDM демодуляторы; 3,4- кері ішкі ығыстырғыш және декодер; 5-6- кері сыртқы ығыстырғыш және декодер; 7- дескремблер; 8- демультиплексер; 9-11- бейне, дауыс және ақпарат декодері; 12-арнаны синхрондаушы мен мінездемесін және ақпараттың сенімділігін бағалаушы;

 

2 Сурет - DVB-T қабылдағышында сигнал мен ақпараттың түрлендірілуі

 

14 блокта жіберілетін цифрлық сигналдың қорғаныс ара қашықтығы қалыптасады және әрімен қарай (15 блок) радиосигналдың жиілігіне түрлендіру. DVB-T қабылдағышында сигнал мен ақпараттың түрлендірілу құрылымдық сұлбасы 2 суретте көрсетілген. Қабылдағышта цифрлық сигналды қайта түрлендіру жүріп жатқанын сұлбада сәйкесінше көрінген, дәлірек айтқанда қабылданған радиосигналдың жиілігін аралыққа түрлендіргеннен кейін - (1 блок) - демодуляция - (2 блок) - кері ішкі және сыртқы ығысу және декодерлеу (3-6 блоктары), дерандомизация (7 блок), демультиплексерлеу (8 блок) және  бейне, дауыс және ақпарат декодерлерінде (9-11 блоктары) аналогты  бейне, дауыс және ақпарат шығады.

Әр жердегі ТД жүйелерінде, және оның ішінде DVB-T үшін ең маңызды элемент антена болып табылады. Жергілікті арналар үшін ұсынылған DVB-T стандарты үшін COFDM модуляция әдісі жерсеріктік арналарда қолданылатын квадраттық-фазалық модуляцияға қарағаннан жетерліктей қиын болып есептеледі. Бірақ, сонымен қатар жергілікті цифрлық теледидарда 4-ФМ (QPSK) модуляциясының қолдануға болатынын ескерген жөн.

Қорыта келгенде, АҚШта жергілікті хабар тарату үшін ATSC (Advanced Television System) стандарты қабылданған, DVB-T-ден айырмашылығы модуляция әдісінде.

ATSC стандартын қолданушы ТД жүйелерінде тығыздалған бейне және аудиосигналдардың цифрлық ағыны тасығыштың амплитудасы бойынша модуляцияланады, артынан 8 немесе 16 дәрежелі төменгі бүйір жолақтары басылған радиосигналын құрайды (8-VSB немесе 16-VSB-Vestigal Side Band). Кабелді және радиорелелі байланыс жолдарында 16-VSB сигналын қолдануды ұсынады, ал жергілікті хабар таратуда 8-VSB. Қазіргі заманда Еуропада DVB-T стандартын енгізудегі пионер Ағылшындар, ал құрлықтағылар Жапондар мен Австрлиялықтар енгізуде. Цифрлық теледидарда DVB-T жүйесінің осылай баяу енуінің себебі–жүйенің салыстырмалы қиындығы және цифрлық теледидар тұтынушының абоненттік терминалының қамбаттығы.

Австралия екі жыл бойы цифрлық теледидарды DVB-T стандартында жан-жақты зерттеулер жүргізді, нәтижесінде осы стандартта таңдауын қалдырды. Бұл шешімге итерген шешуші критериге стандартты теледидардың (625 жолақ) бөлмелі антеннамен немесе жүру кезінде сигналдың қабылдануы тәжірибеде дәлелденуі болды.

2 Дыбыс сигналдарының цифрлық пішінге түрлендірілуі

2.1 Екі арналы және көп арналы дыбыс сигналы

Адамның естіуінің дыбыс объектілерінің кеңістік күйін қабылдау қабілеті-бинауральды әсер-теледидарлық хабар таратуында көп уақытқа дейін қолданылмады, қазір де сирек кездесетін құбылыс болып саналады. Аз мемлекеттер ғана стереодыбыстық ТД хабар таратуын жүзеге асырады. Бұл жердегі пионер болып, дыбыстық хабар тарату мен кинематограф табылды. УҚТ ауқымында жиіліктік модуляциялық (ЖМ) және шулы басқышты стереохабар таратудың пайда болуы дыбыстық хабар таратуды аналогты жүйелердің сапа шегіне жақындатады. Кинематографтағы шуылды басу Dolby жүйесінің ендірілуі дыбыстық кинотаспасында жазылу үшін қажетті оптикалық жолдың кеңдігін қысқартуға және бір жолдың  орнына екі жолды орналастыруға, яғни екі арналы стереодыбысты жазу мүмкіндігі пайда болды. Бірақ, екі динамиктің оң және сол бар болған кезде стереоәсер залдың тек ортаңғы бөлімінде байқалатын, ал динамиктердің біріне жақын отырған көрермендер дыбысты бұл динамиктен естіп тұратын. Бұл жағдай диалогтарды жаңғыртуды қиындатты, сондықтан экранның артында орталық динамикті орнату шешімі қабылданды, бұл динамикке барлық аудитория үшін диалогтардың «орталық» қабылдауын қамтамасыз ететін смикшировты сигнал таратылатын.

Кейінгі зерттеулерде көрсеткендей, 90⁰ бұрышында орналасқан бағытталудың кардиотты диаграмасы бар екі микрофон екі арналы дыбыс үшін қажетті ақпараттан артық ақпарат берілетін және бұл ақпарат көрермендердің артында бір немесе екі динамикті орналастыру жолымен қолданылуы мүмкін. Тағы бір динамик алдында орналастырылатын және 120 Гц дейінгі аса төменгі жиіліктер жолағында жаңғырту үшін қолданылатын нәтижелі көп арналы сигналды 5,1 деп белгіледі (5 толық арна орталық С, оң R және сол L алдыңғы, ал R₅ оң және L₅  сол артқы аппараттың сыйымдылығы толық 0,1 шамасымен төменгі жиілікті LFE. Кейде 2/3 жазылым қолданылады.

Арналардың бөлінуін жақсарту үшін Dolby Pro logic жүйесі жасақталған болатын, бұл мақсаты кейбір жерлерде қолданады. Мысалы, бағыттардың екі көзге нашар бөлінуімен байланысты адам естуінің ерекшеліктері ескерілетін. Арналардың арасындағы бөлінуді 35 дБ-ге дейін алады.

Цифрлық дыбысқа өткен кезде көп арналы дыбыстар облысындағы барлық жетістіктер сақталып, кейінгі дамуын алуда. Цифрлық пішіннің иілгіштігіне байланысты иерархиялық таратуды оңай жүзеге асыруға болады, бұл кезде көп арналық дыбыстың бар компоненттерін қамтитын бір цифрлық сигналдан әр күрделікті декодерлеріне екі арналы сигналды, Dolby Pro logic немесе толық көп арналы сигналды бөліп шығарады.

Үлкен экранды кинематографпен салыстырғанда, теледидарлық хабар таратуда кейбір қарама-қайшы сұрақтар бар: ауқымды дыбыс бейнесі және кішігірім ТД бейнесі. Үлкен өлшемді ТД қабылдағыштардың пайда болуымен және «үй кинотеатрының» таралуымен бұл қарама-қайшылық өзгере бастайды.

2.2 AES/EBU цифрлық сигналы

Аналогты-цифрлық түрленудегі дыбыс сигналдардың бейне сигналдарынан ерекшеленуі адам естуінің ерекше болғанына байланысты. Егер бейне сигнал 4...6 МГц дейінгі ауқымда дыбыстарды қабылдайтын болса, құлақ дыбыстары 20 Гц... 20 кГц ауқымында қабылдайды, сондықтан қайта таратқыш жиілігі әлде қайда төмен болуы мүмкін. Тәжірибеде жиіліктің үш номиналы қолданылады: жаңғыртушы жиіліктер жолағы 30 Гц... 15 Гц болатын тұрмыстық аппаратура үшін.

32 кГц- 44,1 кГц компакт-дисклері (CD) үшін және жолағы 20 кГц пен одан да көп болатын жоғары сапалы мамандандырылған дыбыс аппаратурасы үшін 48 кГц. 44,1 кГц мәні тарихи түрде қалыптасты, ол кезде CD мастер көшірмелерді жазу үшін бейне магнитофондар қолданылады. 525 жолды да, 625 жол стандарты үшін 44,1 кГц жиілігі жолда үш дыбыс есептеудің орналастыруын қамтамасыз етеді.

Естудің ерекшеліктеріне дыбысты қолданудың кең динамикалық ауқымы 100 дБ-ден артық және ең кішігірім сызықты емес бұрмалануларға деген сезімталдығы жатады. Жоғары сапалы жаңғыртуды (CD сапасы) қамтамасыз ету үшін кванттаудың разрядтылығы 16 бит/есептеуден аз емес болу керек, мамандандырылған аппаратура үшін жалпы қабылдағыш болып 18,20 мен 24 бит мәндері табылады.

1992 ж. Американдық дыбыс инженерлерінің қоғамы (AES) екі арналық дыбыстық цифрлық интерфейсті стандарттады. Кейін, бұл стандарт Еуропалық радиохабар тарату одағымен ECP (ағылшын тілді аббервиатура EBU) қабылданып, атауымен халықаралық мәртебе алды [2]. Ол стерео сигнал немесе екі тәуелсіз мына арналардың оң және сол арналарына сәйкес екі дыбыс ағынның уақыт бойынша демультиплексерлеумен таратады. Деректердің бір кадры 2 субкадр құрайды, олардың әрқайсысында бір арнаның дыбыс деректері таратылады: бір есептеудің 20 биті, кванттау разрядтылығын арттыру үшін деректердің 4 биті.

4 биті және синхрондаушы жиілігі 48 кГц болғанда 2-32-48-10³=3,072 Мбит/с құрайды және жиілігі 32 кГц болғанда 2,048 Мбит/с құрайды. Кадрлар 192 кадр бойынша блоктарға топталады. Блоктардың бөлінуі қосымша деректердің салыстырмалы баяу ағындарын (субкадрда 1 биттен) ұйымдастыру үшін қажет.

Қабылдаудағы тактілік жиіліктің орнықты бөлінуі бифазалық арналық коданың пайдалануымен қамтамасыз етіледі, бұл жерде тактының әрбір шекарасы өшумен белгіленеді, ал логикалық «1» қосымша өшумен белгіленеді. Мұндай сұлба тұрақты құрамдасты жоққа шығарып, деректер сигналының инверциясын ескереді. Кодалаудан кейінгі арнадағы деректердің жылдамдығы екі еселеніп, 60144 Мбит/с жетеді.

 

 

3 Сурет - AES/EBU интерфейсіндегі синхрондау

Синхрондау сол арнаның есептелуінің басында, оң арнаның есептелуінің басында және блоктың басында таратылатын, сәйкесінше үш кодалық комбинациялардың X,Y,Z көмегімен жүзеге асырылады. Бұл преамбулдар бифазалық коданың ережелерін бұзады, сондықтан қабылдауда оңай айқындалып табылады (3 сурет). Интерфейстің электрлі сипаттамалары RS422 бірге ұқсас келеді. Таратудағы диференциалдық кернеу 2...7 В көмегінде болуы керек импульстердің фронттары 5-тен 30 нс дейін, фазалық дірілдеу 4 нс (тактілік интервалдың 0,025) аспау керек. Мамандандырылған қолданыста XLR үш түйіспелі жалғауы бар орам жұбы түріндегі баланстың желі түрінде қолданылады. Арнайы 100 Омдық кабель бойынша тарату түзетусіз 500 м-де және түзетілген 1000 м дейін болуы мүмкін, ал қазіргі кабельмен түзетусіз 70 м-де және түзетумен 250 м-ге дейін мүмкін болады. Қабылдаудағы көздік диаграмманың ашылуы екі бойынша 0,25 тактілік периодпен және биіктігі бойынша 0,2 В кем болмау керек. Шағылысқан толқынның айтарлықтай әсерінен 100 Ом соңғы жүктемесіз интерфейсті эксплуатациялау мүмкін емес. Орай жұбының жоғары емес экрандаушы қабілеті басқа сигналдардың әсерінен және бірнеше мегагерц ауқымындағы AES/EBU сигналдық бөгеуліктерінен AES/EBU сигналдардың алыс қашықтықтарға таралуын қиындатады. Жуырда AES/EBU интерфейсінің коаксиалды нұсқасы стандартталған. Ол деректерді жоғары сапалы коаксиалды кабель бойынша 1 км қашықтыққа дейін таратуды қамтамасыз етеді, бұл кезде таратқыштың шығыс кернеуі 1±0,1 В құрауы керек. Аналогты бейне сигналдардың сипаттамаларына ұқсас сипаттамалар, бұл сигналдың түзетуші күшейткіштері мен коммутаторлары бар аналогты студиялық бейне күре жолымен өткізуге мүмкіндік береді.

Кейбір қондырғыларды өндіруші фирмалар цифрлық дыбыстың өзіндік пішінін ұсынады, бірақ олар халықаралық стандарттың мәртебесіне ие болады және негізінен өңдеушілердің өздері турмыстық аппаратурасында қолданады. CD-плейерлері үшін жасақталған SPDIF (Sony Philips Digital Inferface) пішіні ең танымал, оның электрлік сипаттамалары біршама өзгешеленіп, дыбыстық емес деректердің пішіні бөлек болады.

IEK958 құжатында кәдімгі коксиалды дыбыс кабеліне қосылған RCA байланыстырушылары бар, байланысты емес дыбыс интерфейсті тұрмыстық аппаратурасы үшін пайдалану жазылған. Ондаған метр қашықтықтарды жабуға болатыны көрсетілген.

Цифрлық сигналдың күрделі және соңына дейін шешілмеген мәселесі- аналогты цифрлық түрлендірудегі деңгей диаграммаларын орнату және ұстап тұру болып табылады. Хабарларды көргенде немесе бір арнадан екінші арнаға ауысу кезінде өзінің ТД қабылдағыштың дыбысын реттеп отыру үшін дыбыс деңгейін бүкіл арнамен тұрақты  және бірдей етіп ұстап тұру керек. Аналогты хабар таратуда бұл мәселенің шешімі келесідей болады: белгілі деңгейлі реңді өлшеуші сигнал береді (әдетте, мамандандырылған қондырғыда +4 дБл=1,23 Вэф  және тұрмыстық құрылғыларда минус 10 дБл, мұндағы дБл- номиналды кедергі 600 Ом болғанда 10 мВт қуатты қамтамасыз ететін 0,775 В калибрлық кернеуге  қатысты  децибелдер) және «квазишындық» мәні өлшеуші сигналдардың кейінгі реттелуіне ұшырайды. «Квазишындық» деп-5 мс орташаландыру қуатының шындық мәні, ол өте сирек жағдайда ғана артық болып тұрады. Күрделі дыбыс сигналдың квазишындық мәні синусоидалы сигналдың шыңдық мәнінен 10...14 дБ-ге жоғары болса, шыңдық емес сигналдың орташа деңгейімен  анықталатын 200 мс уақыт тұрақтысымен өлшенген шынайы субъективті дыбысы өшуші реңінің  дыбысынан 10...14 дБ-ге төмен болады.

Цифрлық хабар таратуда оператордың дыбыс сигналын  өлшеушіге беру мүмкіндігі болмайды. Оның деңгейін, әсіресе SDI-ге енгізілген сигнал үшін, оперативті реттеу қиынға түседі. Барлық арналардағы дыбыстың бірдей дабылдың бір-ақ кепілі–кванттау сипаттамалардың ұқсастығы (ол кванттау разрядтылығымен анықталады) және қайта жүктеу бойынша бірдей қорды. Қорды өте аз етіп жасуға болмайды, әйтпесе қайта жүктеу кезінде клипрлеу басталады. Бұл сызықтық емес, бұрмаланулармен жүретін дыбыс сигналдық шыңдарын кесіп тастау. Бірақ, қорды арттыруға да болмайды, бұл динамикалық ауқымның азаюымен және кванттаудың сигнал/шуыл қатынасының нашарлауына байланысты.

Бірақ хабар таратушылардың қайта жүктеу бойынша қорға қатысты бірегейлі ой-пікір жоқ, бұл параметрге қатысты жалпы қабылданған стандартта жоқ. R-64-1992 ұсынысындағы ECP 16 биттік кванттау үшін қорды 12 дБ-ге тең деп орнықтырды, кейін 20 биттік кванттау үшін 18 дБ шамасы ұсынылады (R.64-1995). Бірақ, Германияда 15 дБ мәні, Францияда 22 дБ мәні қолданылады. RP 155 ұсынысындағы SMPTE дыбыс сигналының квазишындық деңгейден 20 дБ қорды ұсынады [2]. NTL компаниясы 12 дБ мәніне оралуға ұсыныс жасады және түзету деңгейлері үшін кодалаудың максималды деңгей кодасымен тікелей байланысқан кодалаудың нақты мәндерін орнатуды ұсынады [2]. Ал қазір бағдарламаларды қайта тарату кезінде хабар таратушыларды сигнал деңгейін бастапқы орнату үшін әрбір дыбыс арнасына цифрлық және аналогты (ЦАП мен АЦП-мен) құрылғыларын енгізеді.

2.3 ES/EBU дыбыс деректерін SDI тізбекті түйісу сигналына енгізілуі

SDI интерфейсін қарастырған кезде, EAU пен SAV сигналдардың арасындағы аралықта қосымша деректердің таралу мүмкіндігі туралы сөз қозғалтты. SMPTE-272M [2] стандарты дыбыс деректерін орналастыру пішінін, кеңейтілген деректер пішінін және сандық ағынға 8-стерео мен 16-моносигналдарды өндіру үшін бұйрық ақпараттың пішінін бейнелейді. Өндірілген дыбысы бар бейнесигнал коммутация кезінде дыбысты «жоғалту» немесе оның бейнесигналмен синхрондылығын бұзу қауіптілігі жоғары болғанда арналар саны көп болғанда үлкен аппарат залдарында  қолданған ыңғайлы болады. Стандарт А әрекет етудің 10 жүйесін (деңгейін) ұсынады, олар дискреттеу жиілігімен, кванттау дәлдігімен, синхрондау әдісімен ерекшеленеді. Бейнесигналға AES/EBU сигналдардың жұбы енгізілгенде, олар топқа біріктіріледі. Бір топ арнасының  сигналдарын, топқа жатқызылуын анықтайды. Дыбыс сигналдың субкадры (қосымша деректердің биттерінен басқа) үш 9-биттік символмен таратылады (символдың 10-шы биті 9-ға  инверсті болады). 24 битке кванттау қажеттілігі туғанда деректердің қосымша биттері кеңейтілген деректердің арнайы пакетінде жиналады, бұл кезде бір кодалық сөзге екі көрші арнаның қосымша биттері жиыстырылады.

3 Дыбысты деректердің қысылуы

3.1 Маскілеу әсері және естудің психоакустикалық моделі

Құлақтың бұрмалануға деген жоғары сезімталдығына байланысты дыбыс сигналдардың қысылуы бейнекомпрессияға қарағанда күрделірек мәселе болып саналады. Бірақ есту қабылдаудың кейбір психофизиологиялық ерекшеліктері айтарлықтай компрессия кезінде де (6 және одан да  көп) «мөлдір» арнаны, яғни шығыс сигналдың естілуі қайнар көздің сигналын естілуінен субъективті ерекшеленбейтін арнаны қамтамасыз ете алады. Бұл ерекшеліктерді түсіну үшін есту қабылдаудың механизмін қысқаша атап өтейік. Анатомия курсынан белгілі барабан перепонкасы мен стремечке дыбысты механикалық дірілдеткішіне түрлендіретіні белгілі, ол сұйықпен толтырылған екі камера арасындағы мембранаға тартылады. Биіктікті әртүрлі дыбыстар әртүрлі резонансты жиілікті мембрананың жеке учаскелерін қоздыртып, жүйке жүйесімен миға таратылады. Қабылдаудың жиіліктік ауқымы 20 Гц-20 кГц болады, ең жоғары сезімталдың ауданы-1 кГц-5 кГц. Уақыттық ауданнан жиіліктік ауданға түрлендіретін кез-келген жүйедегідей, есту жүйесінде қандайда бір анықтаусыздық сипаттамалары неғұрлым дәл болса, соғұрлым оның спектральды құрамын бейнелеу дәл болады және керісінше уақыт бойынша жайсыз бөліну келесі жағдайға алып келеді: құлақ жақын жиілікті дыбыстарды айыра алмайды, бұл әсер жиіліктік маскілеу деп аталады. Ұзақ зерттеулердің нәтижесінде маскілеу әсер ететін жиілік жолағының кеңдігін және оның орналасуын өлшеуге қол жеткізілді. Бұл жолақтар критикалық деген атауға ие болады және естуді қабылдау  жолағында олардың саны 25. Төменгі есту жиілігінің ауданындағы критикалық жолақтың кеңдігі 100 Гц-тен аз болады, 2 кГц ауқымында ол 300 Гц-ке тең болады және жоғары қабылданатын жиіліктер облысында 4 кГц дейін жетеді. Критикалық жолақтың кеңдігі Баркпен өлшеніп, келесі формуламен анықталады:

               

{   

 

Жиіліктік (статистикалық) маскілеуден бөлек уақыттық (динамикалық) маскілеуде болады. Күшті сигналдың аяқталуынан кейін пайда болған әлсіз сигнал қандай да бір уақытта байқалмайды. Бірақ, бұл әлсіз сигнал күшті сигналдың түзілуіне дейін бірнеше миллисекундта да байқаусыз болады. Бұл «алдыға масклеу» және «артқа масклеу» деп аталады.

Масклеу әсерін пайдалану-естілу сапасын сақтай отырып, дыбыс деректердің көлемін айтарлықтай қысқартуға мүмкіндік береді. Бұл жердегі қағида өте оңай: «Егер қандай да бір құрамдасы естілмесе, оның таратылуы да қажетсіз». Яғни маскілеу облысындағы биттер санын кванттау шуылы маскілеу табалдырығынан төмен болатындай төмендетуге болады. Осылайша, дыбыс денелердің жұмысы үшін әрекеттеуші сигналдың әр түрлі комбинация кезінде маскілеу табалдырықтарын алу қажет. Бұл табалдырықтың есептелуімен кодердегі маңызды түйін-естудің  психоакустикалық моделдеуі (ПАМ) айналысады. Ол жеке уақыттағы кіріс сигналын анализдеп, әр түрлі есептеулер блогы үшін спектральді компоненттерін және оларға сәйкес маскілеу аудандарын анықтайды. Кіріс сигналы жиіліктік ауданын сараптап, бұл үшін уақыттан алынған, Фурье дискретті түрлендірудің көмегімен есептеу блоктары коэффиценттер жиынына түрлендіріледі. Модельдің дәлірек етуі қысудың қажетті дәрежесіне байланысты болады. Аз қысуда ПАМ-сыз да болады, бірақ компрессияның жоғары деңгейінде оның маңызы өте зор.

3.2 Жолақты кодалау және сүзгіштер блогы

Маскілеу әсерін ескеретін кодалаудың ең жақсы әдісі – жолақты кодалау. Оның мәнінің маңызы – кадр деп аталатын кіріс дыбыс сигналының тобы 32 жолақты сүзгіштен тұратын сүзгіш блогына (БС) келіп түседі. Сүзгіштеу блогында, мүмкіндігінше, критикалық жолағымен сәйкес келетін, өткізу жолақтары болу керек. Бірақ, теңсіз жолақтары бар цифрлық сүзгіштер блогының іске асырылуы күрделі және тек жоғары классты қондырғыда өзін-өзі ақтайды. Әдетте, тең өткізу жолақты квадраттың айналы сүзгіштер негізінде сүзгіштер блогы қолданылады. Сүзгіштің өткізу жолағы Р/32Т тең және жолақтардың орталық жиіліктері (2к+1) р164т тең, мұндағы т – қайта таратқыш периоды, к=0, 1, ... 31. Қайта таратқыш жиілігі 48 кГц болған кезде, сүзгіш секциясының өткізу жолағы 750 Гц құрайды. Сүзгіштің әрбір секциясы өткізу жолағын тең екі бөлікке ыдыратуын жүргізуге мүмкіндік береді. N=2^m жолаққа ыдырауы, сәйкесінше 1, 2, 4 ... 2^m-1 сүзгіштен тұратын m секциялардың каскадты қосылумен жүзеге асырылады. Әрбір сүзгіштің шығысында, берілген сүзгіштің өткізу жолағына түсетін кіріс сигналдың сол бөлігі болады. Кейін, ПАМ көмегімен әрбір жолақта сигналдың спектральді құрамы сарапталынады. Шынайы дыбыс сигналдарындағы максималды энергия бірнеше жиіліктік жолақтарда жиналғандықтан, басқа жолақтардағы сигналдардың ерекшеленетін белгілері болмай, мүлдем таратылмауы мүмкін. Мысалы, бір жолақта күшті сигналдың бар болуы – жоғарыда жатқан бірнеше жолақтардың маскілеуіне алып келді. Максималды динамикалық ауытқуын сақтау үшін кадрдағы максимал анықтаналады, масштабтаушы көбейткіш есептеледі, бұл есептеу кванттаудың жоғары деңгейіне жеткізеді. Бұл операция аналогты компанділеуге ұқсас. Бұл көбейткішке барлық басқа есептеулер де көбейтіледі. Тарату коэффициентін түзету үшін масштабтаушы көбейткіш кодаланған деректермен бірге декодерге беріледі. Масштабтаудан кейін маскілеу табалдырығы бағаланады және барлық жолақтардың арасындағы биттердің қайта таралуы жүзеге асырылады.

3.3 Кванттау және биттердің үлестірілуі

Жоғарыда келтірілген операциялардың барлығы деректер көлемін қысқартады, олар дыбыс деректерді қысуға дайындық деңгейі болып саналады. Цифрлық бейне сигналды компрессиялағандай, негізгі қысу кванттаушыда өтеді. Жеке жиіліктік жолақтағы есептеулерді қайта кванттау туралы қабылданған ПАМ шешімдері бойынша кванттаушы кванттау қадамын өзгертеді, бұл кезде берілген жолақтағы кванттау шуылы маскілеудің есептелген табалдырығына жақындатылды. Бұл кезде есептеуге 16...20 биттің орнына 4 немесе 5 бит жеткілікті болады.

Әрбір жиіліктік жолағындағы сигналдың таратылатын компоненттері туралы шешімді қабылдау басқаға тәуелсіз жүреді және 32 сигналдың әрқайсысына биттердің жалпы ресурсынан бір бөлікті бөліп шығаратын қандай – да «диспетчер» қажет.

Биттерді үлестірудің үш стратегиясы болуы мүмкін.

Тура адаптациялы жүйесіндегі кодер бар есептеулерді жүргізіп, нәтижелерді декодерге жібереді. Берілген әдістің артықшылығы: биттерді үлестіру алгоритмі жаңартылады және өзгере алады. Бірақ қосымша деректерді қайта тарату үшін биттің жалпы қорының айтарлықтай бөлігі шығындалады.

Кері адаптациялы жүйе кодерде де, декодерде де бірдей есептеулерді жүзеге асырады, сондықтан декодерге қосымша деректерді қайта тарату қажеттілігі жоқ.

Бірақ алдыңғы нұсқаумен салыстырғанда, декодердің күрделілігі мен құны жоғары болады және алгоритмнің кез–келген өзгерісі декодердің жаңартылуын талап етпейді. Тура және кері адаптациялы компромистік жүйесі кодер мен декодердің арасындағы биттердің үлестірілуін есептеу функцияларын келесідей бөледі: кодер күрделі есептеулерді жүргізеді де, декодерге тең маңызды параметрлерді таратады, ал декодер тек қарапайым есептеулерді жүргізеді. Мұндай жүйедегі кодер айтарлықтай өзгермейді.

Тура адаптациялы жазылған алгоритіміне сәйкес цифрлық қысуды орындайтын дыбыс кодері мен декодерінің жалпыланған сұлбасы 4 а суретте келтірілген. Жиіліктік жолақтардың шығысындағы сигналдар мультиплексордың көмегімен бір цифрлық ағынға біріктіріледі. Декодерде бұл процестер керісінше жүреді. Сигнал демультиплексерленеді, масштабтаушы көбейткішке бөлумен жиіліктік жолақтағы цифрлық есептеудің бастапқы мәндері қалыпқа келтіріледі, олар сүзгіштердің біріктіруші блогына барады, ол шығыста дыбыс деректерді қалыптастырады.

Кері адаптациялы сұлбаның нұсқасы 4 б суретте келтірілген.

 

 

а) тура адаптациялы б) кері адаптациялы

 

4 Сурет  – Дыбыстық кодер мен декодерінің жалпыланған құрылымдық сұлбасы

3.4 Жолақты кодалаудың жаңғыртылған алгоритмдері

Алдыңғы бөлімдерде дыбысты сүзгіштердің көпфазалық блоктардың көмегімен цифрлық қысудың базалық алгоритмі туралы айтылған. Ол ағын жылдамдығы 384 кбит/с кезіндегі «мөлдір» дыбыс арнаны қамтамасыз етеді. Ағын жылдамдығын төмендету үшін күрделі, бірақ эффекті қысу алгоритмдері пайда болу үшін.

Базалық модельдің маңызды кемшілігі – жиіліктік ауданындағы рұқсат етуші қабілетің жеткіліксіздігі. Төменгі есту жиіліктер ауданындағы талдау жолағы критикалық жолақтан айтарлықтай артық болады және маскілеу табалдырығын есептеу дәлдігі жеткіліксіз болып қалады. Сигналдың жиіліктік жолақтарына үлестіріліп, қайта дискреттеумен қатар БС әрбір жолақта есептеу ДКП топтарды қамтамасыз ететіндей БС–ны модификациялауды ұсынған. Мысалы, блокты қайта өңдеу кезінде 18 есептеуден талдаудың эквивалентті жолағы шамамен алғанда 40 Гц жолағына түседі. Берілген сұлбаның кемшіліктері: төмен уақыттық рұқсат ету, ол деңгейдің тез өтулері бар кадрларда алгоритмдері қолдануға рұқсат етпейді. Гибридті БС бар кодерлер ауысу детекторларымен қамтамасыз етіледі, ол дыбыс сигнал деңгейлерінің тез өзгеру сәттерінде ДКП – ны сөндіреді. Дыбысты цифрлық қысудың тағы бір әсерлі алгоритмі сигналдың жүзетін үтір формасында берілуі. ДКП – дан кейін алынған коэффициенттер жиыны экспоненциалды пішінге ауысып, екі жиын сипаттамалар мен мантиссалар түрінде беріледі. Сипаттамалар жиыны деп спектральды орама аталады, ол ПАМ үшін кіріс сигнал болып қызмет етеді және кодалаудың әсерлі әдістерін қолданып, арнамен таратылады. Мантисстер ПАМ – дағы спектральды анализдердің нәтижелерін ескере отырып, кванттаушыда қайта квантталады да декодерге жалпы цифрлық ағынмен таратылады.

4 MPEG – 2 стандарты бойынша цифрлық ағынның қалыптасуы

4.1 MPEG – 2 стандарттың құрамдас бөліктері

Жаңа MPEG – 2 стандартын өңдеу кезінде MPEG – 1 стандартымен бірге пайдалануды қамтамасыз ету мәселесі қойылды, яғни MPEG – 2 декодеріне MPEG – 1 цифрлық ағынды қабылдау мүмкіндігін беру. Екі жүйенің бірге пайдалануы туралы айтқан кезде, «алға» бірге пайдалану (forward compatibility) деп ескі жүйенің жаңа жүйе сигналдарын қабылдау қабілеттілігі деп түсінеді және «артқа» бірге пайдалану немесе кері бірге пайдалану (backward compatibility) – бұл жаңа жүйенің ескі жүйе сигналдарын қабылдау қабілеті. Дайындық кезеңінде MPEG – 2 үшін негіз ретінде цифрлық қысудың 39 алгоритмі сынақтан өткізілді, оның ішінде MPEG – 1 ерекше болғанда кездесті.

MPEG – 2 1996 жылы ISO/ IEC 13818 нөмірмен халықаралық стандарты ретінде қабылданып, 1997 жылы толықтырылды (2). Қысқаша сипаттағанда, жоларалық бейнелерді өңдеуші, деңгейлер мен профильдердің жиынын, масштабтаушы синтаксис, бағдарламалық және көліктік ағындары бар жүйелік деңгейді, дыбысты кодалаудың жаңа құралдарды қамтитын жаңартылған MPEG – 1 деп те айтуға болады. Бірақ MPEG – 2 MPEG – 1 - ден әлде қайда күрделі. Ағынның жылдамдығы бірдей болғанда, MPEG – 2 кодері MPEG – 1 кодерінен 50% - ға күрделі болады. MPEG – 2 табысы ТЖЖ жүйелеріне арналған MPEG – 3 стандартын өңдеу жұмыстарының тоқталуына алып келді. MPEG – 2 синтаксисі жоғары рұқсат етулер үшін, жоғары жылдамдықтар үшін, толық компонентті сигналдар үшін жарамды болғандықтан, ТЖЖ үшін де қолдануға болатыны анықталды.

MPEG – 2 стандарты – «Ақпараттық технологиялар – қозғалатын бейнелердің және дыбыс ақпаратпен бірге жүретін жалпыланған кодалану», бұл стандарт цифрлық ағынның әртүрлі компоненттерін бейнелейтін 9 бөлімнен тұрады.

13818 – 1 – «Жүйелері» - жазуға не таратуға жарамды бір немесе бірнеше ЭП бейне, дыбыс және басқа деректердің бір немесе көпбағдарламалы ағынға бірігуін баяндайды.

13818 – 2 – «Бейне» - бейне деректердің компрессиялау құралдарын және бейнені қалыпқа келтіру үшін қажетті декодалау процесін арнайыландырады.

13818 – 3 – «Дыбыс» - бұл  дыбыс стандарттың кері кеңеюі.

13818 – 4 – «Сәйкестік» және 13818 – 5 «Бағдарламалық қамсыздандырудың модельденуі» - 1, 2, 3 бөлімдердің талаптарына сай зерттеулердің процедураларын бейнелеп, бағдарламалық қамсыздандыруды іске асырудың мысалдарын береді.

13818 – 6 – «DSM – CC» - MPEG – 1 мен MPEG – 2 цифрлық ағындарды басқару бойынша хаттамалар жиынын стандарттайды.

13818 – 7 – «ААС» - ААС көпарналы дыбысты кодалаудың алгоритмін арнайыландырады.

13818 – 10 – «DSM – CC үшін сәйкестік» - DSM – CC хаттамасына қатысты қолданудағы сәйкестік мәселелерін қарастырады.

13818 – 9 – «Декодерлер үшін шынайы уақыт интерфейсі» - көліктік ағын декодерлері үшін шынайы уақыт интерфейстерін бейнелейді.

8 бөлім 10 бит рұқсат етілетін бейнені кодалау үшін арналған болатын, бірақ тәжірибе қызығушылықты туғызбай, қолданыстан алынды.

4.2 Бейне деректерді қысу

4.2.1 Бейне деректерді өңдеу алгоритмінің ерекшеліктері

MPEG – 2 - дегі бейнені өңдеу алгоритмі MPEG – 1 сәйкес алгоритмінен айтарлықтай өзгешелігі – жоларалық бейнелерді өңдеу мүмкіндігі. MPEG – 1 - дегі мұндай бейнелерді кодалау үшін екі өріс бір кадрға біріктіріліп, содан кейін ғана сигнал кодердің кірісіне берілетін. Бірақ қозғалыста бұл процедура айтарлықтай бұрмалануларға алып келетін. MPEG – 2 - де өрістік және кадрлық кодалаудың концепциясы енгізілген. Өрістік кодалаудағы бір кадрдың екі өрісі жоғарғы және төменгі деп аталады да, бөлек бейнелер ретінде жеке кодаланады. Бұл жағдайда әрбір өріс кеспелі микроблоктарға 16*16 пикс үлестіріледі, оларға ДКП қолданылады. Бейнеде бұл макроблоктар биіктігі 32 жол аудандыалып тұрады. Кадрлық кодалау – бұл екі өрістің бір кадрға жолдың бірігуі және ол кәдімгі бейне ретінде өңделеді.

MPEG – 2 макроблок үшін ДКП – ның екі түрін анықтайды: кадрлық және өрістік. Кадрлық ДКП MPEG – 1 сияқты әрекет етеді: жарықтылықты есептеу блогы 16*16 пикс, орналасуына байланысты 4 блокқа 8*8 пикс үлестіріледі. Өрістік ДКП жоғарғы екі блок үшін жоғарғы өрістен 8 жол алады және төменгі блоктар үшін төменгі өрістен 8 жол алады, 5 суретте көрсетілгендей, макроблоктың жоғарғы және төменгі өрістерін құрайды, әр түсті блоктар әрқашан да жоғарғы өріске жатады. Өрістердің арасындағы өзгешелік айтарлықтай болған жағдайда, мысалы, вертикаль бойынша қозғалыс кезінде өрістік ДКП тиімді болады. Кадрлық ДКП бейненің ұсақ бөлшектерін жақсы таратуға мүмкіндік береді. Түрлендірудің екі түрі де, бір бейне тізбектілігінде қолданылу мүмкін екенін атап өткен жөн. Екі өріс сияқты кодаланатын кадрлар әрқашан да өрістік ДКП қолданады, кадрлық кодалау макроблок көлемінде бірінен екіншісіне өте отырып, ДКП – ның екі түрін қолдана алады.

 

 

5 Сурет - Өрістік ДКП кезіндегі макроблок өрістерінің қалыптастырылуы

 

Кезекті жолдық бейненің өңделуі болжау процесіне айтарлықтай ерекшеліктерді енгізеді. MPEG – 1 – дегідей, кадрлық болжау ағымдағы және тіректі кадрларда 16*16 пикс макроблоктың ең жақсы түйіндестігін бағалайды. Өрістік болжау ағымдағы өрістен алынған екі өрістен 16*16 пикс блогы үшін түйіндестікті іздеп, жақсы нәтижені таңдайды. ДКП кезіндегідей, өрістік кодалау тек өрістік болжауды ғана қолдана алады, кадрлық кодалаудың мүмкіндігі кеңірек болады, кадрлық не өрістік кодалаудың қолданылуы рұқсат етіледі, қозғалыс компенсациясының жоғары дәлдігін макроблоктың екі өріске үлестірілуін қамтамасыз етеді. Бұл кезде өлшемдігі 16*18 пикс макроблоктың жоғары және төменгі өрістері үшін екі орын ауыстыру векторлары анықталып, декодерге беріледі, ол бейненің дәл қалыптастырылуы үшін қолданылады.

MPEG – 2 «Векторларды нақтылаумен екі сатылы теңдестіру» деп аталатын қозғалысты теідестірудің жаңа жүйесі енгізілді, ол өрістердің арасындағы уақытша артықтықты жоққа шығарады. (Dual prime motion compensation). Берілген жүйеде бір өрістен 16*8 пик бейнелер ауданы үшін орын ауыстыру векторы (х пен у осьтері бойынша минус 1,0,1 мәндерін қабылдайды), бірақ басқа жұптылықтағы өрісте өсім қосымша векторы ізделінеді. Декодердегі өсім векторы болжамдалған блоктың есептеулерін нақтылау үшін қолданады.

MPEG – 2 I-, P-, В – кадрларды қалыптастыруды да жүзеге асырады. Кодаланған I – бейнекадры прогрессивті үлестірілген 1 – кадрдан немесе 1 - өрістен және одан болжамдалған р - өрістен тұруы мүмкін. Р бейнекадр р – кадрдан немесе екі р - өрістен тұру мүмкін, В – бейнекадры – В кадрдан немесе екі В - өрістен.

 

6 Сурет– ДКП коэффициенттерінің альтернативті сканерленуі

 

Кезек жолды бейнелерді өңдеу үшін MPEG – 2 ДКП коэффициенттерін сканерлеудің альтернативті нұсқасын ұсынады (6-сурет).

Бейне деректерді кодалаудағы бірнеше ерекшеліктерін атап өтейік.

а) PEG – 2 көп жағдайда шығыс көз сигналы ретінде «4:2:0» компоненттік сигнал қолданылады, бірақ бейнелеу өрісіндегі есептеулердің орналасуы MPEG – 1 салыстырғанда шамалы өзгеше болады (7 сурет).

б) MPEG – 2 – де слайстың ұзындығы бір жолдан артық бола алмайды (MPEG –1 – дегі слайстың ұзындығы шектелмеген).

в) MPEG –1 тек 8 бит разрядтылығымен ДКП тұрақты құрамдастық кванттауын ескерді, MPEG – 2 – де кейбір жағдайда 9 немесе 10 биттік кванттауды ескереді.

г) ішкі кадрлық болжаумен кодаланған макроблоктардың жоғалтулардың алдын – алу үшін маскілеу қолданылады, бұл кезде жоғалтылған макроблоктың орнына параметрлері бойынша ұқсас жақын макроблок қойылады. Бұл үшін ағында «өткізілген макроблоктың» басқарушы коды таратылады.

д) панорамдау (pan & scan) жүйесінде ақпаратың таратылуын ескерілген, ол 16:9 пішімді бейненің қай бөлігін 4:3 пішімді экранда көрсету керек екенін декодерге белгілейді. Ақпарат әрбір кадрға таратылып, бейнені 1/16 пикс дәлдігімен бейнені ығысуға мүмкіндік береді.

 

4.2.2 MPEG – 2 стандартының деңгейлері мен профильдері

MPEG – 2 кодалау күрделілігінің және бейнелеу сапасының айтарлықтай кең ауқымын қамтиды. Қарапайым 1 – кадрден күрделі ГВК – ға дейін, төменгі рұқсат етуден ТЖЖ-ға дейін. Стандарттың барлық талаптарын қанағаттандыратын декодерді құруға болады, бірақ экономды емес, өйткені ол өте күрделі және қымбат болады. Стандартты өңдеушілер бейне сигналдарды өңдеудің барлық құралдары мен аспаптарын бірнеше профильге (profile) бөлді, олар синтаксистің қандай да бір элементін қолданумен ерекшеленеді. Әдеттегідей, әрбір профиль төмен жатқан профильге бір немесе бірнеше аспапты қосады.

2 Кесте– MPEG – 2 негізгі профильдің түрлі деңгейлері үшін цифрлық ағын параметрлерінің өзгеру шектері.

Деңгей	Параметр	Шектеулер
Жоғарғы MP@HL	Бір жолақтағы санақ саны	1920
	Бір кадрдағы жол саны	1152
	Кадр жиілігі, Гц	60
	Сигнал жарығының санақ жиілігі	62668800
	Лек жылдамдығы	80
	Буфер көлемі	9781248
Жоғарғы MP@H1440	Бір жолақтағы санақ саны	1440
	Бір кадрдағы жол саны	1152
	Кадр жиілігі, Гц	60
	Сигнал жарығының санақ жиілігі	47001600
	Лек жылдамдығы	60
	Буфер көлемі	7340032
Негізгі MP@ML	Бір жолақтағы санақ саны	720
	Бір кадрдағы жол саны	576
	Кадр жиілігі, Гц	30
	Сигнал жарығының санақ жиілігі	10368000
	Лек жылдамдығы	15
	Буфер көлемі	1835008
Төменгі MP@LL	Бір жолақтағы санақ саны	352
	Бір кадрдағы жол саны	288
	Кадр жиілігі, Гц	30
	Сигнал жарығының санақ жиілігі	3041280
	Лек жылдамдығы	4
	Буфер көлемі	475136

 

 

Қазіргі күнде стандартта бес негізгі және бір қосымша профилдер және кейін «4:2:2» Профиль  қабылданды. Әр профиль ішінде цифрлық лектің негізгі параметрлерінің шекті рұқсат ететін өзгерулерді анықтайтын Сатылар берілген. Осындай сатылар 4 және 2 сұлбасында оларға орнатылған лектің шекті жылдамдығы және рұқсат ететін қабілеті көрсетілген. «Жоғарғы-1440» сатысы 1440х1152 пикс. және 4:3 пішін кадрмен жоспарланған еуропалық жүйеге арнаулы енгізілген. Барлық сатыларда белгіленген профилдер берілмегендігін ескеру керек, рұқсат етілетін сәйкестіктер 3 кестеде келтірілген.

 

3 Кесте– MPEG-2 стандартының сатылары мен профильдері

Саты	Профилдер	Қарапайым (Simple)	Негізгі (Main)	Сигнал-шу қатынасына тиісті масштабталған (SNR)	Кеңістіктік (Spatial)	Жоғарғы (High)	Мамандандырылған 4:2:2 (Professional 4:2:2)
	Кадрлар түрлері	I, P	I, P, B	I, P, B	I, P, B	I, P, B	I, P, B
	Түстілік сигналдардың дискреттелуі	4:2:0	4:2:0	4:2:0	4:2:0	4:2:0 немесе 4:2:2	4:2:0 немесе 4:2:2
Жоғарғы (High)	Бір жолақтағы санақ саны		1920			1920	1920
	Бір кадрдағы жолақ саны		1152			1152	1152
	Кадр жилігі, Гц		60			60	60
	Лек жылдамдығы, Мбит/с		80			100	300
Жоғарғы 1440 (High-1440)	Бір жолақтағы санақ саны		1440		1440	1440
	Бір кадрдағы жолақ саны		1152		1152	1152
	Кадр жилігі, Гц		60		60	60
	Лек жылдамдығы, Мбит/с		60		60	80
Жегізгі (Main)	Бір жолақтағы санақ саны	720	720	720		720	720
	Бір кадрдағы жолақ саны	576	576	576		576	576
	Кадр жилігі, Гц	30	30	30		30	30
	Лек жылдамдығы, Мбит/с	15	15	15		20	50
Төменгі (low)	Бір кадрдағы жолақ саны		352	352
	Бір кадрдағы жолақ саны		288	288
	Кадр жилігі, Гц		30	30
	Лек жылдамдығы, Мбит/с		4	4
Ескерту - P@HL 4:2:2 жүйесі ұсынылған SMPTE-308M стандартымен енгізілген

 

Сұлбаның соңында көрсетілгендей «4:2:2P@HL», MPEG-2 стандартында орнатылған, кейіннен SMPTE-308М стандартымен ұсынылған. Бұл жүйені жобаларды өңдегенде тиімді қолданады. Оның максималды жылдамдығы 300 Мбит/с келесі рұқсат ететін шектеулер арқылы, егер: 280-300 Мбит/с жылдамдық 1-кадрда ғана рұқсат етіледі, 175-230 Мбит/с жылдамдақпен І-ІР-ІВ-кадрларда, төменгі жылдамдықта ТВК-ның кез келген пішінде қолданылады. Декодерлер,  белгілі профилдегі белгілі сатыларды қолдау үшін, барлық төмен профилдер мен сатыларда жұмыс істеу керек.

  Ағылшын тілінде сатылар мен профилдер тіркесін «@» таңбасымен жазылады. Мысалы, «Негізгі профил-негізгі саты» MP@ML түрінде жазылады. MP@ML кең таралуда. Ол ВТ601 нұсқасында қарастырылған 720х576 пикс.рұқсат ететін қабілетімен қамтамасыздандырылған, және осы қатынас цифрлық арнауда тиімді. Бейне мәлімет лектің максималды жылдамдығы 15 Мбит/с, бұл бейне саласына жеткілікті болып келеді де, PAL, SECXAM және NTSC аналогты стандарттарының мүмкіндіктерінен бірнеше жоғары. Негізгі профилде аралықтау қолданылмайды.

Қарапайым профил (SР) ең алдымен жоғарғы сапалы бейнені талап етпейтін компьютерлік бейнелерді және басқа қосымшаларды өңдеуге арналған. Бірақ негізгі профилге арналып жасалған микросұлбалар құны өте төмен болғандықтан, оларды қарапайым профилде қолданылуы қажетсіз болды. Ол қарапайым MPEG-кодер жобаларында ғана қолданылған.

Аралықталған профилдер әзірше кең қолдануда орын тапқан жоқ, бірақ кейін оның кейбір аймақтарда қолданылуы мүмкін. Аралықтау-кодектің бірнеше цифрлық лектерден реттелген теруді пішіндеу және өңдеу деп аталады. Қажетті минималы лек теруі базалық қабат және қалғандардың әрқайсыс-жақсарту қабаты деп аталады. Базалық қабат төмен сапалы сигналдың жоғарғы синал-шу қатынасын жібереді, немесе төменгі профилдің декодерімен қабылданатын төменгі кеңістікті таралумен сигналды жібереді. Ал жақсарту қабаттарында қосалқы ақпарат беріледі, оларды қолдану арқылы жоғары профилді кодерлар бейнені жақсарта түсіреді. MPEG-2 синтаксисі аралықтаудың екі қабатына дейін қолданылады. 8 суретте аралықтау кодектің жұмыс істеу қағидасы көрсетілген. Жұмыс істеу барысында аралықтау түрлерін екі сұлба түрінде орнатты-сигнал-шу қатынасындағы аралықтау және кеңістіктік аралықтау. Сұлбада, сигнал-шу аралықтау қатынасы базалық қабатында ДКП кванттық коэффициенттер жіберілді. Олар төменгі жылдамдықпен беріледі де, кванттық шулар жоғары болғанымен, оның кедергі тұрақтылығы аса жоғары болады. Жақсарту қабаты дөрекі кванттық және кванттық емес мәндер арасындағы коэфициенттер айырмашылығын кодтап жібереді. Осыны SNR профилді декодер коэффициент мәндерін нақтылау үшін қолданылады.

8 Сурет-Масштабтайтын кодердің   жұмыс істеу қағидасы

 

Бұл тәсілді кеңістікті таратуда қолдануға болады, егер базалық қабатта ең төменгі MxN ДКП коэффициентін жіберіп, ал жақсарту қабатындағы қалғандарын кеңістікті аралықтау профилі (SSP) ТЖЖ жобаларды нақтылы стандарттарда декодерлардың кіріп-шығуын қамтамасыз ету  үшін енгізілген. Осы профилде ТЖЖ-ның цифрлық лек жылдамдығы аса жоғары. Осындай жүйені база қабатында стандартты таралуда ақпаратты сиректетеді, ал жақсарту қабатында-базалық қабатта сүзілген қосымша жиналады. Барлық төменгі профилді жабдықтарын қарастыратын «Жоғарғы» профил қазіргі уақытта бірнеше себептерден қолданылмайды, соның ішінде интегралды сұлбаларды жеткілікті мөлшерде өңдеу қорлардың жоқтығынан.

«Профессионалды 4:2:2» профилі бейнеөндеуде цифрлық студиялық жабдықтармен сыйымдылығын қамтамассыз ету үшін арналған. Мұнда, мысалға серік арқылы жазу және монтаж жасауға сигналдарын жіберетін, хабарларды жинайтын жылжымалы цифрлық жүйелер комплектілер жұмыс істейді. «4:2:2» профилі, D1 форматының цифрлық бейне жазуымен салыстырғанда, бейнеге сапасын қамтамасыз етіп қана қоймай, сигналды бірнеше рет MPEG кодалау-декодалауға мүмкіндік береді. Оның басты ерекшелігі «4:2:2» дискреттеу құрылымы, негізгі профильмен қамтамасыз ететін жолақ санының 576-ға қарағанда 608-ге дейін көбеюі, 15 Мбит/с дейін жылдамдықтың ұлғаюы. Ең соңғы сұраныс, бейне монтаж қолданылады, бейне кадрларды қысқаша топтаумен байланысты. Осы профиль соңғы ұсынған «Жоғарғы» сатысы ТВЧ жобаларын дайындау кезіндегі MPEG-2-ні қолдану ауданын көбейтеді.

Профессиналды қолданылыста әр түрлі өндірушілердің жабдықтары берілген жұмыс істеу қабілеттілігі өте маңызды. Ал MPEG стандартарын енгізумен айналысатын Pro-MPEG Forum мекемесі, цифрлық лекке барлық сұраныстарын орындайтын жүйелерін шектеулі санын профессионалды жүйеге арналған жабдықтардың қиылысуын қолдануды ұсынды. Осындай жүйелердің саны:

1) 4:2:2 P@ML, ТСЧ, жылдамдығы 50 Мбит/с, ТВК-ң кез-келген таралу құрылымы.

2)     4:2:2  P@ML, ТСЧ,жылдадығы 50 Мбит/с, тек бір кадр.

3а) 4:2:2 P@HL, ТВЧ, жылдамдығы 80 Мбит/с, ГВК-ң кез*келген таралу құрылымы.

3б) 4:2:2 Р@НL, ТВЧ; жылдамдығы 175 Мбит/с, ГВК-ң кез-келген таралу құрылымы.

4) 4:2:2 Р@НL, ТВЧ, жылдамдығы 300 Мбит/с, тек бір кадр.

4.3 Цифрлық көпбағдарламалық дыбысты іске асыру

4.3.1 MPEG-2 көпарналы дыбыс жағына қарай  MPEG-1 кеңейтілуі

MPEG-2 пен MPEG-1 сәйкестілігінің салдарынан, дыбыстың кодталу жағында үш деңгейлі жүйені толық пайдалануға болды, MPEG-2 стандартының дыбыстық мәліметтерді кодерлермен өңдеу үшін MPEG-1-де өңделген. Стандарттар арасындағы айырмашылықтар екі арналы дыбыстан көпарналы дыбысқа көшу кезінде басталады.

MPEG-2 көпарналы дыбысты тарату әртүрлі жүйелерін спецификациялайды, сонымен қоса бес арналы пішін, екі қосымша фронтальды динамикаларымен жетіарналы дыбыс, өте кең экраны бар кинотеатрларда қолданылатын. Бөлгінгіште фронтальды арналардың саны көрсетіледі, ал бөлінгіште артынан сәулеленетін арналардың саны. Динамиктердің сәйкес орналасулары 4 кестеде көрсетілген.

Көпарналы дыбыстың тағы бір түрі болып көптілді дыбыстату болып саналады. Ол әрбір тіл үшін жеке цифрлік ағындарды тарату арқылы немесе 384 кбит/с көпарналы ағындарға бірнеше (7-ге дейін) 6 кбит/с дыбыстық арналарды қосумен іске асады. Көруі және естуі нашар адамдар үшін қосымша дыбыстық арналарды тарату мүмкін.  Салыстырмалы қарапайым MPEG-2 декодері бар көпкомпонентті сигналдардың сәйкестігін қалай камтамасыз етуге болады? MPEG-2 кодерінде алдымен матрица көмегімен, MPEG-1 стереосигналмен сәйкес, комбинацияланған екіарналы сигналды және қосымша сигналдардың жинағын қалыптастырады,  оған сәйкес емес және MPEG-2 декодерінде көпарналы сигналдарды қайта қалыптастыру үшін (10 а сурет).

 

10 Сурет- MPEG-1 кодерінде және декодерінде көпарналы дыбыстық сигналды өңдеу

 

Кодтау кезінде екіарналы сигнал дыбыстың ПЭП құрылымына жинақталады, MPEG-1 сәйкес, және тиісті декодермен оқылатын. Қалған компоненттер кодтаудан кейін цифрлік ағынның басқа құрылымдық бірліктерінде орналастырылады және тек MPEG-2 декодеріне қол жетерлік.

Dolby Pro Logic жүйесінде кең таратылуын (40 млн. аса декодерлер сатылды) және оны қарапайым стереоарнамен сәйкестігін ескеріп, ескеріп дыбыстық стандартының өңдеушілері стереосигналды осындай қылыптастыру алгоритмін көрсетілген жүйе сияқты қалыптастырды. Dolby Pro Logic иемденушілері көпарналы сигналды енді екі жолмен алады: немесе MPEG-2 декодердің шығысынан тікелей, немесе  MPEG-1 қарапайым декодердің шығысынан көпарналы сигналды алатын Dolby Pro Logic декодердің кірісіне комбинацияланған стереосигналды (stereo dowmix) беру арқылы (10 б сурет). Сәйкес интерфейс IEC61937 стандартында анықталған, ол ИКМ-мен 1536 кбит/с жылдамдыққа дейін дыбыстық мәліметтерді сызықты таратуға негізделген.

 

4 Кесте- BS775 Ұсынысына сәйкес көпарналы жүйелердің иерархиясы

Жүйе	Арналар	Белгіленуі	Динамиктердің орналасуы
Моно	М	1/0
Моно+моно	М	1/1
Екіарналы стерео	L/R	2/0
Екіарналы стерео+1 қоршаған орта	L/R/Ms	2/1
Екіарналы стерео+2 қоршаған орта	L/R/Ls/Rs	2/2
Үшарналы стерео	L/C/R	3/0
Үшарналы стерео+1 қоршаған орта	L/C/R/Ms	3/1
Үшарналы стерео+2 қоршаған орта	L/C/R/Ls/Rs	3/2

 

4.3.2 Төмендетілген дискреттеу жиіліктерімен кодтау

MPEG-2-де дискреттеу жиіліктері 35, 44, 1 және 48 кГц негізгі жүйесіне қосымша төмен жиілікті жүйе енгізілді, екі есе дискреттеу жиіліктері: 16, 22, 05 және 24 кГц төмендетілген LSR (Low Sampling Rate) деп аталады. Бұл жүйе өте төмен жылдамдықтарда төмен сапалы сигналдарды тарату үшін қолданылады, мысалы Интернет желісі бойынша хабар тарату кезінде. 64 кбит/с жылдамдықтарында дискреттеудің жартылай жиіліктерінің қолданылуы дыбыстық сигналдың дыбыстату сигналының субъективті сапасын жоғарлатады. Өйткені осыған байланысты жоғарғы жиіліктерді алып тастау сөздің сапасына әсер етпейді, ал биттердің босататын қорлары дыбыстық сигналдың төменгі бөлігін дәл тарату үшін кодермен қолданылады. Өйткені, кез-келген жағдайда жиіліктік жолақтардың саны 32 тең болады, жолақтық рұқсат ету жоғары болады. Мысалы, 24 кГц дискреттеу жиілігінде әрбір жолақтың ені 48 кГц кезінде 750 Гц орнына 375 Гц болады.

Германияда Фраунговер институтымен дискреттеу жиілігін ары қарай 8, 10,05, 12 кГц дейін төмендету ұсынылды, өңдеушілердің айтқаны бойынша цифрлық ағынның өте төмен жиіліктері кезінде қайта жаңғырту сапасын жақсартуға мүмкіндік береді. Бұл кеңейтілу стандартқа әлі енгізілген жоқ, бірақ кейбір жоғарғы деңгейдегі дыбыстық кодерлер оны қолдайды.

 

4.3.3      ААС дыбыстың жақсартылған кодтау жүйесі

Қазіргі дыбысты тығыздату жүйелерінің бірі болып AAS (Advans Audio Coding-дыбысты кодтау жүйесін жетілдіру) жүйесі саналады, ISO/IEC 138.18 стандартының жетінші бөлігінде мамандырылған. Дыбыстық мәліметтерді тығыздату әдістерінен айырмашылығы, MPEG-2-де қабылданған, ол кері сәйкестік қасиетін иемденбейді-MPEG-1 декодерлері ААС сигналдарын декодтай алмайды. ААС эффективтілігінің арқасында MPEG-1 II Деңгейін екі есе асады және III Деңгейін 1,4 есе асып түседі. Дыбысты жоғары сапалы қайта жаңғырту цифрлік ағынның 96 кбит/с жылдамдығында іске асады. Стандартта параметрлердің және мүмкіндіктердің кең жиыны қолданылады: дискреттеу жиілігінің 8-96 кГц, моно және стереосигналдар, үш профиль-Негізгі (Main), Қысқартылған (Low complexity), Масштабталатын (SSR-Scalable Sampling Rate). Бір мезгілде 16 дыбыстық бағдарламалар сипатталуы мүмкін, дыбыс және мәліметтердің үлкен санынан тұратын (48 негізгі, 15 төменгі жиілікті, 15 көптілді арналар, 15 мәліметтер ағыны).

ААС цифрлік тығыздатудың барлық құралдарын қолданады-жолақты кодтау, бір қалыпты кванттау, Хаффман кодымен кодтау, биттерді тарату итерационды алгоритмдері, бірақ III Деңгейінің алгоритмі көп детальдерде нашарлатады және өте төмен жиіліктерде дыбыстатудың сапасын жаксарту үшін жаңа кодтаудың эффективті қолданады.

Негізгі жақсартуды келесі мезеттерге алып келуге болады [2]:

а) жиілік бойынша рұқсат етілудің жақсартылуы 1024 жиіліктік жолақтың қолдануының көмегімен III Деңгейдің алгоритмінде 576. Сонымен, қысқа блоктардың ұзындығы 256 есеп, ол дыбыстық сигналдың тез өзгеруінің эффективті өңделуін қамтамасыз етеді. Ауыстырып-қосылу уақыт бойынша кіріс сигналдың өзгерісі бақылауы бойынша жүргізіледі;

б) негізгі профильде артын болжау оптималды сұлбасы қолданылған, негізгі реңнің өзгерісінің жоғарғы эффективтілігін қамтамасыз етеді,

в) joint stereo жүйесіндегі кодтаудың икемді алгоримі қолданылады, «сомма-айырмашылық» жүйесінде де,

г) жаксартылған Хаффман коды қолданылған, жиіліктік желілерді төрттеп кодтау өте жиі қолданылады, ол биттердің шығындалуын азайтады;

ААС Негізгі профильді пішінің дыбыстық кодер құрылымдық сұлбасы 11 суретте көрсетілген. III Деңгейімен салыстырғанда жаңа элемент деп уақытша ауданда шулармен басқару функциясы деп санауға болады (TNS-Temponal Noise Shaping), жиіліктік ауданда болжам бойынша уақыттық ауданда шутасушысын қалыптастыруға мүмкіндік береді. Құрылғы ДКП шығысынан бірнеше ауыстырып-қосатын сүзгілер жиынымен сигналдың сүзгіленуін қамтамасыз етеді және алынған топтардың кванттау арқылы іске асады. Кванттау коэффициенттері жалпы цифрлық ағында декодерге таратылады, ол шудың тасушысын қайта жаңартылған сигналда сигналдың энергиясының спектрлік таратылуын ескеріп таратылады. Ол дыбыстық сигналдың деңгейінің өзгерісі кезінде пайдалы, мұнда кодер сүзгі блогын қысқа блоктарды өңдеуге ауыстырып-қосуы мүмкін және алдын-ала жаңғырық түрінде бұрмаланулар пайда болуы мүмкін.

 

 

11 Сурет- Дыбыстық кодердің құрылымдық сұлбасы

 

Дыбыстың кодталуын эффективті жоғарлату механизмдерінің бірі-алдындағы бойынша кадрды адаптивті болжау, бейне кодтауда кең қолданылады. Осы жиі сөзді кодтау техникасында қолданылады және ағынның төменгі жылдамдықтарында эффективті. Қарапайым профильдің кодерінде болжау жоқ болады, TNS жүйесі 12 коэффициенттерімен шектелген. Ең күрделі Масштабтайтын профиль 4 жолақты КЗФ-ды сараптау үшін қолданылады, оның артынан жиілік бойынша жоғары рұқсат ету коэффициенті бар модицификацияланған ДКП жүреді. Сүзгінің шығысында күшейту коэффициентімен басқару модулі алдын-ала жаңғырықты болдырмау үшін әрбір жолақта тәуелсіз сигналдарды реттейді.

4.4 Жүйелік деңгей, мәліметтердің ағыны және ақпараттық кестелер

4.4.1 Тығыздалған мәліметтердің элементар ағындары және оларды бірыңғай ағынға біріктіру

Алдыңғы тараудан MPEG-1 мультиплексерлеу есебін қарапайым жолмен шешетіні белгілі. Ол бір бағдарламаға жалпы тактілік синхрондалуы бар бейне және дыбыстық бірнеше компонеттерін біріктіре алады. Бірақ, жеткілікті көпбағдарламалық таратуды ұйымдастыру үшін әртүрлі жерлерде және әртүрлі уақытты қалыптасқан және ортақ уақытша базасын иемденбейтін бағдарламаларды жалпы ағынға біріктіру қажет. Мәліметтерді біріктіру үшін және тасымалдау жаңа құралы қажет, MPEG-1-пен кері сәйкестікті қамтамасыз ететін.

 

12 Сурет – MPEG-2 бағдарламалық ағынның құрылымы

 

MPEG-2 стандартты көпкомпонетті цифрлық ағынның екі құрылымын ұсынады. Ең қарапайым бағдарламалық ағын (БА) жүйелік MPEG-1 ағынымен ұқсас келеді (соңғысында пішіні ерекшеленеді және сигналдау жоқ болады) және бағдарламалық материалды тарату үшін қатесіз ортада цифрліық ағынның айнымалы жылдамдығымен қолданылады (магниттік және оптикалық тасушыларға жазба, метр өлшем бірліктерінде қашықтықтарда желілер бойынша тарату).  Бұл құрылымы өзіне дестелерді (pack) кіргізеді, бір немесе  бірнеше PES пакеттерді жүйелік сағаттарға (SCR-Sistem Clock Reference) сілтемесі бар тақырыпшасын қоса алғанда (12 сурет). Ағында 16-ға дейін бейне және 32-ге дейін дыбыстық ағындар болады, бірақ олардың бәрі бір бағдарламаның компонеттері болып саналады, өйткені олардың жалпы уақыттық базасы бар (тактілік жиіліктің біріңғай генераторы).

Тасымалдаушы ағын (ТА) мәліметтерді ұйымдастырудың жоғарғы деңгейі. ТА-да әртүрлі бағдарламаларға жататын лектелген элементарлы ағындар ұзындығы ықшам түрлі тасымалдаушы ағындарда тасымалданады, қателіктері бар арналарда, жеке алғанда хабар тарату үшін кодтық қорғанысымен жабдықталған. Бір тасушы ағын ортақ уақытша базасымен байланбаған бірнеше бағдарламаларды тасымалдай алады. Тасымал асинхронды болады, сондықтан жалпы синхрондалушы сигналмен басқарыла алмайды. MPEG-2 тасушы ағында синхрондау сұрақтары қалай шешетінін қарастырайық.

 

4.4.2 MPEG-2 стандартында цифрлық ағындарда синхрондалуын қамтамасыз ету принциптері

 

Біз MPEG-1 цифрлық ағындардың барлық компонеттерінің синхрондалуын қарастырғанбыз. Уақыттың жалпы есебі жүйелік сағаттарда нұсқамалармен беріледі, жүйелік ағынның тақырыпшасына енгізілген, ол арқылы декодер өзінің ішкі сағаттарын реттейді және уақыттың абсолютті есептеріне бейне және дыбыс ағындарын «байлап қояды».  Жеке лектердің уақыттарында кідірісті түзулету үшін ПЭП лектер тақырыпшаларына қайта жаңғырту уақыттық таңбалары (PST) және декодтау уақыттық таңбалары енгізіледі (DSR),  олар осы абсолютті уақыттың мезеттерінде декодер экранға бейне және дыбыс тізімін өңдеп, шығарады. Бұл құралдар MREG-2 бағдарламалық ағында да қолданылады, мұнда ағынның компонеттері ортақ уақыттық базасын иемденеді.

Тасымалдаушы ағында тарихы әртүрлі бағдарламалы компонеттері бар, сонымен қоса тактілік жиіліктері ерекшелінетін, сондықтан барлық сигналдарды біріңғай уақыттық базаға алып келу қиынға соғады. Осындай ағындармен басқару үшін синхрондаудың тағы бір механизмі енгізіледі, бағдарламалық сағаттарға (PCR-Program clock Referens) нұсқа деп аталатын. PCR басқа уақыттық таңбалар сияқты 33-биттік сан, 90 кГц жиілік периодтарында есептелінетін, 28 МГц тактілік генератордың 300 жиілікке бөлген кезде алынатын. Ол декодерде PCR ағынының есептеліну уақытының аяқталынуын көрсетеді, кейін декодер келген және жергілікті есептеулердің салыстыруына және және түзетілген сигналды алуға көшеді. SCR-ның ерекшелігі PCR-да ағын бағдарламалық емес, жүйелік деңгейде енгізіледі, бір ағында бағдарламалардың санына қарай бірнеше әртүрлі PCR таратылуы мүмкін және декодер жаңа бағдарламаға ауысу кезінде 27 МГц жиіліктегі ішкі генераторын синхрондайды. Стандарт PCR таңбашасының 0,7с-та 1 реттен кем емес қайталануын қолдайды. Аралықтарда декодер таңбашалардың мәндерін интерполяция жолымен есептейді.

4.4.3 Тасымалдаушы ағынның құрылымы

ТА пакеттері 188 байт ұзындықтарын тіркейді, олардың ішінен 4 байт тақырыпшаларда айқындалады және 184 байт-пайдалы мәліметтерде. Бұл бейне- немесе дыбыстық мәндер, пайдаланушы мәліметтері немесе стаффинг деп аталатын бос байттар (1111 1111) болуы мүмкін. Әрбір лек бір түрлі мәліметтерді тасымалдайды. Лектің өлшемі байланыс желілерінде кең қолданылыс алған АТМ мәліметтерін асинхронды тарату стандартымен сәйкестік үшін қолданылады. АТМ ұяшығы 53 байт ұзындықта болады, 47 байт-пайдалы (адаптация деңгейіне 1 байт деп ескергенде). Ұзындығы 188 байт MREG-2 бір легіне АТМ 4 легіне салынады. Нұсқаманың құрылымы 13 суретте көрсетілген.

13 Сурет – MREG-2 тасымалдаушы ағын пакетінің нұсқама құрылымы

 

Бірінші байт- синхрондау байты-қорға алынған 0х47 кодттық  саны болады, демультиплексермен анықталатын. Кейін үш бірбиттік жалаушалар жүреді (тарату қателіктері, ПЭП лектердің және приоритетті таратудың басы) және осы немесе басқа мәліметтер ағынына  PID (Packet IDentifer) лектердің 13-биттік идентификаторы, лектің осы немесе сол  мәліметтер ағынына жататынын білдіреді. PID арқылы демультиплексер қабылдау жағында келетін лектерді сорттайды. PID  мүмкін болатын мәндердің 8192 жалпы санынан 16 жалпы жүйелік мақсаттарға арналған, 8191 (0хIFFF) номері стаффингті байттармен бекітілген, қалғандары пайдаланушылармен өзінің бағдарламаларының жеке компонеттері үшін еркімен белгіленеді.

Айқындалған ұзындықты лектердің ақпаратының таратылуы және идентификаторлар жүйесі өзінің ерекшеліктері бар. Бұл жағдайда өткізгіш қабілеттілігі максималды деңгейде қолданылады және бағдарламалар арқылы динамикалық қайта таратылады. Жаңа ПЭП-лар қосылуы мүмкін немесе қажет еместері жоюлуы мүмкін. Қажетті ақпаратты алу үшін декодерге барлық ағынның детальді құрылымын білу қажет емес, тақырыпшаларда бір орында орналасқан PID-ді білу жеткілікті.

Тақырыпшадағы тағы бір байт қажетті үш нұсқағыштардан тұрады:

2-битті скебрлеу нұсқағышы ТП- скембрлеу ТП бар немесе жоқ болуы тұрады куәлендіреді;

лектің жүктемесіндегі 2-битті адаптация өрістерінің бар болу индикаторы.

Адаптация жолы пайдалы мәліметтер ауданының бөлігіне алып тұрады және әр лекте таратылмайтын басқаратын және қосымша сигналдардың енгізу үшін қызмет көрсетеді. Жеке алғанда, адаптация жолында бағдарламалық-тәуелді ақпараттың кестелері (PSI-Program Specific Information) және синхронды сигналдары таратылады.  Адаптация өрісі пайдаланушылардың мәліметтерін тарату үшін де қолданылады, бұл жағдайда олар секцияларға бөлінеді.

 Адаптация өрістерінің бар болу нұсқағыштарының мәндері 0х1 адаптация өрісінің жоқ болуын білдіреді және лекте бейне немесе дыбыс мәліметтері таратылатынын білдіреді; 0х2 пайдалы мәліметтер ауданының бөлігін адаптация өрісі алып тұрған лекте белгіленеді, қалғандары стаффингпен бос емес; 0х3-те орнатылған индикатор бір мезгілде адаптация өрісінің және пайдалы мәліметердің бар болуы тұралы куәлендіреді. Айта кететін жайт, лектердің тақырыпшалары және адаптация өрістері скрембрленбейді.

4 битті лектердің үздіксізділігің есепшісі PID мәліметтері бар әрбір келесі лектің түсуі кезінде өз мәнін бір бірлікке өсіреді және әрбір 15-ші лектен кейін нольге айналады. Ол декодерге лектің жойылғанын айқындай алады және оны ауыстыруға шаралар қолдануға мүмкіндік береді.

Тасымалдаушы лектің пайдалы мәліметтерінің ауданы ПЭП легінің кәдімгі ұзындығынан  едәуір кіші болады, сондықтан соңғысы  лектерді ТП салып қою үшін бөліну керек. ПЭП стандарты лектің бірінші байты пайдалы мәліметтер ауданының бірінші байтымен сәйкес келу керек екенін анықтайды. Ал ПЭП лектің  соңы тасымалдаушы лектердің біреуімен сәйкес келу керек. Осы соңғы лектің толтырылмаған бастапқы лектері бос байттармен толтырылады.

14 Сурет – Тасымалдаушы ағынның адаптация өрісінің құрылымы

 

Егер лекте адаптация өрісі болса, оның құрылымы 14 суретте көрсетілгендей болады. Бірінші байт өрістің ұзындығын белгілейді, кейін үш бір битті нұсқағыштар-элементарлы ағынның кездейсоқ қол жетуінің және приоритетінің үздіксіздігін. Бірінші нұсқағыш уақытша таңбаларда уақыт есебінің үздіксіздігі туралы куәлендіреді және ТП мониторингі үшін қабылдауда қажет. Ол «1» де орнатылады, егер таратылатын жақта уақыт есебінің базасы өзгертілген кезде, мысалы, жаймен ерекше PCR бағдарламасы енгізілген кезде. Егер адаптацияның берілген өрісінде PCR таратылса, онда ол туралы бір битті жалауша PCR куәлендіреді. PCR таңбашасы 48 бит құрайды, сонымен қоса өзіндік PCR 33 бит, 6 бит болашақта қолдану үшін қорға алынған және PCR кеңейту өрісін алып тұрады. Кеңейту өрісінде 21 МГц тактілік жиіліктің импульстер есебімен жүреді. Олардың саны 300-ге жеткенде өріс нольге айналады және PCR мәні бірлікке өседі. Осылайша MPEG-1-мен сәйкестік орындалады, мұнда уақыттың есебі 90 кГц тактілік генератордың периодтарында іске асады.  Осындай формат Бастапқы PCR (OPCR-Original PCR) таңбасында болады, басқа тасымалдаушы ағыннан алынған бағдарламамен бірге таратылатын. PCR-ден айырмашылығы, OPCR мәні тарату процесінде өзгермейді. Ол, мысалы, бағдарламаларды жазу және қайта жаңғырту кезінде қолданылады.

Splice_countdomwn тағы бір жалау тасымалдаушы ағынның сол бір PID  мен лектер санын көрсетеді, ағынға жеңіл кірісіне дейін қалған (мысалы, жарнама немесе  жергілікті бағдарламаларды енгізу үшін). Адаптация өрісінің қалған бөлігін немесе қызмет мәліметтері немесе пайдаланушылар мәліметтері алып тұрады, адаптация өрісінің кеңейтілуі, оған сәйкес жалауды көрсетіледі. Пайдаланушылардың мәліметтерінің пішіні өріс ұзындығының бір байтты нұсқашығын кіргізеді.

 

4.4.4 Мультиплексерлеу және статикалық мультиплексерлеу

MPEG-2 стандартында қабылданған, ТП қосылу сұлбасы екібаспалдақты сияқты сипатталады. Бірінші кезеңінде бағдарламалық ағын (БА) жалпы уақытша базасы және жеке PID бар бір немесе бірнеше ПЭП мультиплексорлеу жолымен қалыптасады (15а сурет). БА келесі қадамында бірнеше бағдарламалар және басқарылатын ағындар бірыңғай тасымалдаушы ағынға асинхронды лекті мультиплексерлеу әдісімен қосылады (15б сурет). Тасымалдаушы ағын тікелей ПЭП-дан немесе басқа ТП-дан құралуы мүмкін, егер MPEG синтаксисінің жалпы ережелері сақталынған кезде. Осындай иерархиялық құрылым хабар тарату жүйелерін құру кезінде үлкен икемділікті қамтамасыз етеді. Мысалы, бірден артық бағдарламаларға жататын бір ПЭП жариялауға болады және виртуалды арналарды ұйымдастыруға болады, масштабтау үшін түрі бір бірнеше ағындарды қолдануға болады, әрбір аудан үшін жеке тілді таңдауымен аудандық хабар таратуды ұйымдастыруы мүмкін және т.б.

 

 

 

15 Сурет – Бағдарламалық ағынға ПЭП біріктіру (а) және тасымалдаушы ағынға бағдарламалық ағындарды біріктіру (б)

 

ТП мультиплексерлеу  икемділігі көпбағдарламалық хабар тарату жүйелерін құруына мүмкіндік береді, ТП енгізуіне байланысты, бағдарламалардан мультиплексермен қалыптасатын, локалды кодерлермен кодталатын, «жат» тасымалдаушы ағыннан, байланыс желісімен түсетін және басқа уақыттық базасы бар (мультиплексерлеу жүйесі). Қазіргі мультиплексерлер осындай есептермен жеңіл шешіледі, сонымен келген ТП компоненттерінен қажеттісін таңдауға мүмкіндік бере отырып, қажет кезде бұл компоненттердің PID, скрембрлеу жүйесін және басқа параметрлерді өзгертеді.

Зерттеулер сапаның нашарлауы болмаса, арнаның өткізгіш қасиеті 30% болады. Бұл серіктің діңінде 6 бағдарламаның орнына 8 тарату болады деген сөз, 8-дің орнына-10...11.

 

4.4.5 Бағдарламалық-тәуелді ақпараттың кестелері

Декодерге қабылданған цифрлық ағынды өңдеу үшін және бағдарламаның керек компоненттерін айқындау үшін қажетті барлық ақпарат басқарушы ақпаратта орналасқан, тасушы ағынның құрамында таратылатын (оны метаақпарат деп атайды). Ол бірнеше кестелер түрінде ұйымдасқан, бағдарламалардың құрамы туралы және олардың компоненттерінің идентификаторлары туралы мағлұматтар тұрады және бағдарламалық-тәуелді ақпараттың кестелері деп аталады PSI (Program Specific Information).

Кестені оқыған кезде декодердің іскерлігінің алгоритмін 16 сурет түсіндіреді. Бірінші кесте, лектерін ағында кодер табатын-Бағдарламаларды біріктіру кестесі (PAT-Program Association Tablе). PAT кестесінің PID=0 тең болады және өзіне берілген ағында тасымалданатын бағдарламалар туралы ақпаратты және осы бағдарламаларға жататын индентификаторларды кіргізеді. Осындай әрбір PID, өз кезегінде, таңдалған бағдарлама үшін бағдарлама құрамы туралы Кестені анықтайды (PTM-Program Map Table). Онда берілген бағдарламаларға жататын, барлық компоненттер идентификаторларымен тізімделген. Енді декодерге жалпы ағыннан қажетті идентификаторларымен лектерді алу керек және бейнелеу және дыбыстату үшін оларды декодтау керек. Егер бағдарлама төлемді болса, декодерге PID=0 бар шартты қол жетерлік Кестенің мазмұнын да сараптау керек (CAT-Conditional Access Table). Онда шартты қол жетерлік  жүйенің хабарларымен лектердің идентификаторлары орналасқан. Кейбір кезде PSI кестесінің құрамына аса маңызды емес желілік ақпарат Кестесін  (NIT-Network Information Table) кіргізеді. Ол берілген жүйеге жататын барлық тасымалдаушы ағындарды анықтайды. Кестенің мазмұны секция енгізіледі- нұсқағыштары бар, белгіленген ұзындықты адаптация өрістері. Қызметті ақпаратты тарату үшін секцияның өлшемі 1024 байттан аспауы керек. Адаптация өрісінде тасымалдаушы ағынның бір лектің бірнеше қысқа секцияларының немесе бірнеше лектерде бір ұзын секцияның таратылуы мүмкін.

17 суретте PSI кестесінің иерархиясы көрсетілген және олардың арасында өзара байланыс. Енді кестенің құрылымына дәлірек тоқталайық. PAT кестесінің  жалпы форматы 18 а суретте көрсетілген. Ол ұзындығы 8 байт тақырыпшаларды және мәліметтер өрісін кіргізеді. Тақырыпшаның құрылымы 18 б суретте ашық көрсетілген. Бірінші кезекте table_id кестенің идентификаторы жүреді. Бұл бір байтты сан міндетті түрде кез-келген кестенің құрамына кіреді және оның түрін анықтайды.

 

 

16 Сурет – PSI кестесін оқыған кезде декодердің іс-әрекет алгоритмі

 

 

 

 

17 Сурет – PSI бағдарламалық-тәуелді ақпарат кестесінің құрылымы

 

4.3  Цифрлық көпжобалы дыбыстың қолданылуы

 

 

а) жалпы құрылымы; б) тақырыпша құрылымы

 

18 Сурет – РАТ сұлбасының форматы

 

Осыдан мынадай сұрақ туындайды: PID кестені толығымен анықтаса, тағы бір идентификатор не үшін керек? Table_id-ға қарағанда, PID жалпы көрсеткіш болып табылады. Мысалы, TDT және ТОТ-ң PID бірдей, бірақ table_id әр түрлі. Тағы бір жіктеулі көрсеткіш- секция ұзындығы байтпен берілген. Он екі орнатылған биттің екеуі «0»-ге орнатылған, сондықтан секция ұзындығы 1024 байттан аспайды.

2 Байт көлеміндегі transport_stream_id транспортты лек идиентификаторы берілген желідегі тасымалдаушы лектің тіркеу нөмерін көрсетеді де, осында қарастырылатын кесте беріледі. Кестеге өзгертулер енгізілген сайын, нұсқа нөмер көрсеткіші бірлікке өзгеріп отырады. Егер кесте бірнеше секцияға бөлінген болса, онда бір байтты секция нөмерін көрсеткіш берілетін секцияның номерін хабарлап отырады. Соңғы секцияның нөмері барлық кесте декодермен қабылданғанын белгілеу үшін қажет.

Кестедегі РАТ мәлімет бөлігінде PID нөмерленген тасушы легіне берілетін жобалар туралы құжаттар сақталады. Жоба номеріне 2 байт алатын, кейіннен 13-битті PID мәні және 3-битті РМТ кестесі бөлек құрылды. 19 а суретте кестенің жалпы түрі, ал 19 б бөлектенген құрылымы көрсетілген.

а)жалпы құрылым; б) тақырыпша құрылым

 

19 Сурет – Кесте пішіні

 

Ұзындығы 13 байтты тақырыпша 0х02-ге тең table_id кесте идентификатордан, жоба нөмерінен, кесте нұсқасы туралы  құжат, секция нөмері және соңғы секция нөмерінен, ПЭП легіндегі PCR мәнін таситын PID-дан тұрады. Мәлімет бөлігінде барлық компоненттерден тұратын берілетін жобалар суреттеледі және бақылау санымен аяқталады. Жоба суреттемесі барлық қарапайым лектердің негізгі параметрлерінен тұратын жобаның тізімдерінен тұрады. Stream_id лек типі берілген лектің мазмұнын көрсетеді.

Elementery_PID осы қарапайым лекті қамтитын PID қапталған лектің мәнін хабарлайды, ES_info_lenght қарапайым лектің дескриптор ұзындығын көрсетеді. Осы мәндер арқылы декодер өзіне қажетті қарапайым лектерді бөліп алады.

САТ кестенің негізгі компоненттері table_id және дескриптор жүйесінің көрсеткіші болып табылады. Бұл көрсеткіш декодерге жүйедегі лекте қолданылатын шартты белгісін және кіру құқығы туралы хаттамаларды басқаратын PID лектің нөмерін хабарлап отырады. Дескриптор тағы да РМТ кестесінде бола алады. Мұнда ол скрембленген жүйелерді дешифрлеуге қолданылған PID лек хаттамаларды көрсетеді. Қарастырылып кеткен кестелер  MPEG-2 декодерінің  ең қажетті құрамдары.

 

          5 MPEG стандартының болашағы

5.1 MPEG-4 медиа-объект стандартының ұсыныстары

5.1.1 Стандарттың алғашқы құрылуы

MPEG-4 стандарты негізінен үш бөліктен тұрады: 1) цифрлық телеарна; 2) интерактивті графикалық саймандар; 3) интерактивті мультимедиялық саймандар. Соңғы уақытқа дейін жобалар студияда дайындалып, бейне жолақтары ретінде және сонымен қатар дыбыс күйінде берілетін. Барлық жаңашылдықтар, MPEG-2 стандартын да қосқанда осы концепцияны тамырынан өзгерте алмады, бірақ сонымен бірге кейбір жаңа аспектер қосылды, олар көпжобалылық, қосымша ұсыныстар және т.б. Бірақ қазір сұраныс одан арта түсті, бейне-аудио жобалармен мультимедия контентіне Интернет және World Wide Web арқылы қол тигізуді шарт қойылып жатыр.

Соңғы 3-4 жылда классикалық ТД арналарында мультимедия және графика көп қолданлынуда. Осы және т.б. факторлар бір стандартта аудиобейне ақпараттарын, кез-келген ортада таралуын, және мультимедия контентімен интерактивті  механизмдер болу қажеттілігін тудырды. Стандарт бейне-аудио мәтіндер берілуін, графика, 2D және 3D бейнелер, шынайы және синтезделген бейне-аудио, лек күйінде немесе құжат түрінде берілуін қамтамасыз ету керек. Төменгі жылдамдықта жоғары сапа болуын, контентке әрдайым қол жету, кез-келген көлікпен сыйымдылығын көрсету керек.

Осы сұраныстарға жауап беретін стандарт MPEG-4. Бірінші нұсқасында 1999 жылы қабылданып ISO/IEC 14496  индекске ие болды, екінші біріншіні толықтыра келген 2000 жылы шықты. Осы стандартты шығару жолында ондаған елден жүздеген эксперттер қатысып, инженерлі ойда ең жоғарғы жетістік болып табылды. Стандарт алты бөліктен тұрады:

14496-1 «Жүйе» мультиплексерлеу синхронизациялау, буферді басқару жұмыстарын анықтайды;

14496-2 «Визуалды саймандар» натуралды және синтетикалық визуалды объектілердің кодталуын сипаттайды;

14496-3 «Дыбыс» натуралды және синтетикалық дыбыстық объектілерді кодталуын сипаттайды;

14496-4 «Сәйкестік тексеру» құрылғылар және лектерді сәйкестік шарттарын анықтайды;

14496-5 «Ұсыналынатын бағдарламалықты қамтамасыз ету»  MPEG-4 қажет ететін жобалық модульдерден тұрады;

4496-6 «DMIF» жекешелеген ортада мультимедиялық лектерді басқаратын сеанс хаттамаларын анықтайды.

MPEG-4 негізгі ерекшелігі медиа-ақпарат. Стандартқа медиа-объектінің негізгі түсініктері енгізілген. Объектілер бейнекамера мен микрофоннан жазылған натуралды болады және синтетикалық- компьютерде синтезделеді.

 

5.1.2 Сценана суреттеу

 

MPEG-4 –те BIFS екілік тілі қолданылады. Сценаны суреттеу декодерге сценаға кіретін объектілерді қайда және қашан іске қосу керектігін және қолданушының ықпалына уақытында жауап беруін көрсетеді. ЭП-ні  медиа-объектілерді сценада суреттеу үшін дескриптор объектілері  қолданылады. Олар белгілі медиа-объектілірмен байланысты ЭП-ның саны мен өзгешеліктер туралы ақпаратты беріп отырады. Ал дескрипторлардың өзі бір немес бірнеше ЭП-да тасымалданады, сондықтан сеанс барысында объектілерді қосу немесе алу қиындық тудырмайды. Дескриптор лектері-лектік ресурстар бейнесі күйінде қарастырылады, ал сценаны суреттеу-сценада объектілерді кеңістіктік-уақыттық орналасудың өзгеруіне арналған. MPEG-4 синтаксистік лектерді нақты бейнелеуге арналған синтаксистік тілді орнатты. Ол С⁺⁺ тіліне ұқсас.

BIFS екі модификация хаттамалармен құралған командалық және анимациялық BIFS- лектері жаңа сценаны енгізу, объектілердің өзгешеліктерін ауыстыру, объектілерді енгізу және жоюға арналған BIFS-Аnim лектері сценаның анимациясымен, қарау нүктелерін өзгертуге, орын ауыстыру, көлем өзгеру, түстің өзгеруіне, жарықтылығын және т.б. басқарады. Лектің синхронизациясы уақыттық байланысымен орындалады. BIFS-ң негізгі принциптері VRML –ден алынған, 3D графикаға арнайы жасалған. VRML үштік, екілік, мәтіндік және мультимедия объектілердің интеграциясын қамтамасыз етеді. Объект түйін деп аталады, ал атрибуттар-өріс деп аталады. Өріс саны түйінді типіне байланысты. Өрістер мен түйінділердің толық тізімі граф деп аталады. 3D –да қолданылатындар VRML да өзіне қосады: иерархиялық трансформаторлар, жарық көздерін, қарау нүктесін таңдау, анимацияны, құрылғы өзгешеліктер және т.б.

BIFS тілі VRML–дан граф күйіндегі сценаны модель мінездерін, 3D бейнелердің графикалары: конус, сфера, тор, мәтіндік қарапайымдар, жарықтағыш. Сонымен бірге  BIFS VRML-дан үлкен өзгешеліктерімен ерекшелінеді:

а) VRML жоғары сатылы тілде, BIFS екілік, осы салдардан хаттама  VRML-ға қарағанда көлемі 10-15 есе аз және BIFS лектерді ығыстыру қабілеті бар;

ә) VRML файлдармен жұмыс істейді, BIFS нақты уақытта лектерді жіберуге арналған;

б)  BIFS 2Д, 3Д объектілермен жұмыс істеу, аралықтауды және ең алғашқы рет 2Д және 3Д объектілермен бір сценада жұмыс істей алады.

Стандарттың екінші нұсқасында HTML 4.0,  MPEG-j, mp4 файлдары BIFS кеңейтілуі MPEG-4 құжаттарын орын ауыстыру және сақтау спецификациялары кірген. BIFS жаңа нұсқасында анимация пішіні, дыбыстық моделі қабырғаларынан шағылысатын, иерархиялық 3Д торларын қарастырады.

 

5.1.3 Лек мәліметтерін жеткізу

 

Қарапайым лектерде кодттаудан кейін  алынған нәтижелерде декодерге жеткізу қажет. Ол үшін 20 суретте көрсетілгендей, MPEG-4 екі сатыдан тұратын мультиплексерлеу механизмін ұсынады. Қарапайым лектер SL синхронизциясынан өтіп, осында қарапайым лектердің қаптау бөліктерінде уақыттық белгілер енгізіліп, мультиплексерлеуге түседі. Бірінші саты Flex Mux мультиплексерде көмекші ролін атқарады. Берілу уақытын қысқарту үшін ол төменгі жылдамдықта лектерді біріктіреді. Flex Mux–ты қолдану міндетті емес және көп жағдайда ол бос болады. Flex Mux қателіктерден қорғану қабілетімен қамтымайды.

Екінші саты TransMuх, ол лектерді жіберуде тасымалдау қызметтерін ұсынады. Беріліс шартында өткізу қабілеттілігі, рұқсат етілетін қателер саны, приориттеттер және т.б. болу керек. TransMuх тасымалдау хаттама болып есептелінбейді, ол MPEG-4 кодерімен және стандартты тасымалдау хаттама арасындағы интерфейс күйінде қабылданады. Осы күйінде тағы RTP/UDP/IP, AAL5/ATM, MPEG-4 тасымалдау хаттама торлары қолданылады.

 

20 Сурет – MPEG-4 стандартындағы цифрлық лектік екісатылы мультиплексерлеу механизмі

 

DMIF хаттамасынмен тасушы ортамен әсерлесуін қамтамасыз етеді. DMIF-кез келген ортада беріліс лектерін басқаратын сеанстық хаттама. Қосылғаннан кейін ол өшірілген абонентпен байланысып, қажетті беріліс лектерін таңдап және оларды жіберуге сұраныс жібереді. DMIF порты лектер берілетін керекті жерге нүктелер белгілерін жіберіп, байланыс орнатады. DMIF тасымалдау хаттамамен байланыс функциясы DAI интерфейс арқылы орындайды. Әр хаттамаға әртүрлі командалары болады. Соңғы қабылдағыштар әр қарапайым лек демультиплексер жолы арқылы қабылданады (21 сурет). Осы сатыда DMIF тасымалдау хаттамасы жұмысын басқарады және ол тек қана FlexMux лек арқылы қосылады. Демультиплексерлеуден кейін белгіленген ПЭП қапшықтары синхронизация ақпараттарын алу үшін өнделеді.

Стандарттың екінші нұсқасында екі қосымша механизм енгізілген, олар тасымалдау және қарапайым лектерді танып білу процессін жеңілдетеді. Біріншісі құжаттарды жіберуге, жеке құжат пішінді түріне ие болған, mp4 кеңейтілуі қамтамасыз етуге арналған. Ол ақпаратты бейнелеуге үлкен көлемнен тұрады да, құжаттарды кез-келген хаттама арқылы жіберуге және т.б. функцияны орындайды. Ең танымал Quick time пішін.

 

 

 

 

21 Сурет – MPEG-4 терминалының құрылымы

 

Екінші механизм java қосымшалары. MPEG-4 құрылымына интеграциялауын жеңілдетеді. Ол Java қосымшаларын қарапайым лектерін қабылдап, өңдеп, MPEG-4 плейеріне сәйкес келетін компоненттеріне жіберіп отырады. Екінші нұсқасындағы стандарттарының жаңартылған хаттамасы мобильді байланыс құрылғыларымен жұмыс істеуге енгізілген. Ол бір уақытта бірнеше желілік провайдерлермен жұмыс істеуін, өзіндік порттармен қамтамасыз етілген және т.б.

 

5.1.4 Визуалды объектілерді кодтау

 

Бірінші нұсқада кодтау принципі 10 Мбит/с, екіншіден 38 Мбит/с дейін жұмыс істейді. Бірақ стандарттың визуалды бөлігі теледидар арналарында берілуге бейімделмеген, сонымен бейне сапасы жоғары сапада бола алады.

Стандарттың екінші бөлігіне үш шарт енгізілген: натуралды және синтетикалық бейнелерді кодтау; интерактивті ортада жоғары функционалды жұмыс істеу; қатемен таралу ортасында тұрақтылығы.

MPEG-4 стандартында бейне сценасы бейнеобъектілерге бөлінеді, әр объектіге оның пішіні, мәтіні, орналасуы, оптикалық мінездемесі, қозғалыс параметрі орын ауысуы, айналуы, аралықтық өзгеруі, мәліметтерді ығыстырып кодтау, бөлек ЭП қапталып, мультиплексерленіп декодерға берілуі. Визуалды сцена бір немесе бірнеше объектілерден тұрады, әр объект пішіні, мәтіні мен қозғалысы арқылы мінезделеді. Кейбір қосымшаларда визуалды объект түсінігін енгізу қиынға түседі. Сондықтан, олар MPEG-4 тікбұрышты кодтау арқылы жұмыс істейді.

Цифрлық лектің жылдамдығына байланысты алгоритмдер 3 топтың біреуінде қолданылады:

 а) төменгі жылдамдықты бейне жылдамдығы-64кбит/с, кеңейтілуі UF-тан жоғары емес, кадр жиілігі 15 Гц-ке дейін; негізгі берілуі –нақты уақытқа мультиплексерлік қосымшаға арналған қарапайым тікбұрышты бейнені жоғарғы эффекті кодтау және мультиплексерлік базалардан мәліметтерін тез кезекті кіруі;

 

 

 

22 Сурет-Визуалды цифрлық ағынның құрылымы

 

ә) жоғары жылдамдықты бейне жылдамдығы 64 кбит/с...10 Мбит/с; Рек.ВТ 601-ге дейін және кеңістіктік шешілуі жоғары, саласы цифрлық берілісіне ұқсас мультимедиялық немесе интерактивтік жүйедегі кері арна берілісі; төртжолақты жүйе;

б) контентке негізделген кодалау- гибридті кодтау сценаларында натуралды объектілерді жеке кодтауға және декодтауға болады; бұл топ бейнеобектілерді кейбір синтетикалық объектілермен ығыстырады. MPEG-4 ң визуалды цифрлық легін 22 суретінде көрсетілгендей иерархиалық сатылар күйінде көрсетуге болады. Визуалды объектілерді MPEG-2-ге сәйкес сценадан 2Д және 3Д түрінде бейнеленеді. Бейне объектілер қабаты бейне объектілер бейнелейтін әр ЭП-ға сәйкес бейне объектілер жазықтығы әр бейне объектіні уақыт бойынша дискреттейді. Бейне объектінің жазықтығының топтамасы бірнеше топталған жазықтықтардан тұрады. 23 сурет MPEG-4 кодерінің сұлбасы. Ол өзіне пішінді кодтау және мәтінді кодалауды қосады. Әр бейне объект бөлек кодталып цифрлық лекте бірігеді. MPEG-4 стандартында объект пішіні туралы ақпараттық кодтаудың бинарлы және градацияналды екі түрі болады. Бинарлы кодалау матрица элементтері 1 және 0 мәндерін алып кодталады. Градацияналды-матрицалық элементтерді 8-биттік сөздер түрінде бейнеленіп кодталады.

 

23 Сурет – MPEG-4 бейнекодердің жалпыланған құрылымдық сұлбасы

 

Текстураны және жылжымалы бейнелерді кодтау әдісі MPEG-4 ішінде арнайы, нөлдік ағаштың көмегімен жүзеге асырылатын толқындық түрлендіруге негізделген кодтау жүйесіне сүйенеді. Бұл әдіс қысудың жоғары нәтижелікпен қатар, кеңістіктік масштабтау (11 деңгейге дейін) мен сапа бойынша үздіксіз масштабтауды қамтамасыз етеді.  MPEG-4-тегі масштабтау VOL цифрлық ағындардың бірнешелерінің бейне объекті үшін таралуымен қамтамасыз етіледі, олардың біреуі базалық, ал қалғандары – жақсартатын. Кеңістіктік масштабтау кезде жақсартылған кеңістіктік рұқсаттама жүзеге асады, уақыттық масштабтау қозғалысты тегістейді. 24 суретте осы жағдайдағы кодер мен декодердің келетін ағындарды өңдеу көрсетілген. Процессор алдындағыға келетін VOP–ды субдискреттейді деп оларды базалық және жақсартатын қабаттарға бөледі.  Базалық қабаттың ағыны қарапайым жолмен таралады, ал жақсартатын қабаттың арнасында процессордан келген сигнал мен жоғарлататын дискреттеу жолымен аралық процессормен қайта тұрғызылған сигнал арасындағы айырмасы беріледі.

24 Сурет – MPEG-4 стандартындағы масштабталған кодтау/декодтау

 

Цифрлық ағынның келесі қысқартылуына статикалық спрайттардың таралуына негізделген қозғалыстың глобалдық теңдігі жағдай жасайды. Спрайт деп, ұзақ уақыт бойы тұрақты болып қалатын, бейне объектінің бір бөлігі. Спрайт болып, мысалы, панорамдық артқы жоба немесе кадрдың үлкен бөлігін жабатын жылжымалы заттар тобы бола алады. Осындай статикалық бейне толығымен бір рет трансляция басында жіберіледі, ал сосын керек жағдайда декодермен түзетіледі. Спрайттың пішіні мен текстурасы туралы ақпарат I-VOP сияқты кодталады. Келесі бейненің әр біреуі үшін тізбектеліп глобалдық қозғалыстың тек телекамераның қозғалысын бейнелейтін 8 параметрі кодталады. Қалып қалуды төмендету үшін, әуелі өрескел кванттауы бар спрайттың ақпараты жіберіледі, ал кейін жіңішке құрылымдық ерекшеліктер қосылады. Сонымен қатар, әуелі бірінші VOP-ды жаңарту үшін қажетті бейненің бөлігін жіберуге болады, кейін спрайттың қалған бөліктерін жіберуге болады. Тәжірибе жүзінде осы екі әдіс те қолданылады.

25 суретте декодердың сұлбасы келтірілген. Бұл суреттен бейненің пішіні мен текстурасы туралы мәліметтер қалай өңделетіні және қалай біріктірілетіні көрінеді. Виртуалдық ақпараттың цифрлық ағындағы қателіктерге тұрақтығын жоғарлату үшін келесі шаралар қолданылады:

- ресинхронизациялау: белгілі бір биттер санынан кейін ағынның ішіне биттердің бөлігін жоғалту кезінде декодер асуды белгілейтін нүктелер – маркерлер енгізіледі;

 - мәліметтердің бөлінуі: маскілеуді жеңілдету үшін орын ауыстыру мен текстура туралы мәліметтер кішігірім бөліктерге (порцияларға) бөлінеді;

 - тақырыпшаның кеңейту коды: дестенің тақырыпшасына қосымша кодтық қорғау енгізіледі, бұл оның қателерге тұрақтылығын жоғарлатады;

 

25 Сурет – MPEG-4 бейнекадрдың декодталуы

 

- айнымалы ұзындықпен реверстік кодтау: реверстік кодтың кодты сөздер алдынан да, соңынан да декодталануы мүмкін. Егер декодер бұзылған биттерді кездестірсе, ол сөздің қалған бөлігін алып тастамай, оны бұзылған аймаққа дейін қарама-қарсы жақтан бастап декодтайды. Сонымен ол шығындарды азайтады. Синтетикалық объектілер компьютерлік графиканың ұдайы бөлігін анықтайды. MPEG-4 стандартына осындай объекттермен орындалатын келесі операциялар қарастырылады: синтезделген бет пен пішіннің параметрлік суреттелуі; текстураны шағылысы бар статикалық және динамикалық торлады кодтау; текстураны бағдарламалық қосымшалары үшін кодтау. Анимация әдісі объекттің динамикалық өзгерістерін суреттейтін хабарлануларын қосымша жіберуі мен статикалы базалық бейненің бір рет жіберілуін болжайды. Бұл әдіс стандарттың бірінші нұсқасында адамның синтезделген бетін беру үшін қолданылады. Негіз ретінде нейтралды түрдегі беттің жалпы нұсқасы алынады – ол тарататын жақта арнайы енгізіледі немесе белгілі бір базада сақталады. Ол текстура мен жеке бет сылықтарымен басқарушы параметрлер көмегімен (Facial Defenition Parameters – бетті анықтайтын параметрлер) толықтырылады, басқа параметрлер тобы (Facial Animation Parameters – бет анимациясының параметрлері) беттің бейнесін өзгертіп, мимика мен артикуляцияны енгізеді. Параметрлер бөлек ағындарда таратылады, қысу үшін LRG-сы бар кадрлық кодтау пайдаланады.

Екілік тор полигоналды (көпбұрышты) бөліктерге бөлінген жазықтықтардың бөлігі болып табылады. Сызықтардың қиылысу  нүктелерін түйін деп аталады. MPEG-4  тек үшбұрышты торларды ғана қарастырады. Тор текстурамен толықтырылған бола алады, онда оны контентті толықтырылған (content-besed) деп атайды. Торды суреттеу үшін динамикте тек қана тордың геометриясын тарату мен оның барлық түйіндердің қозғалысын бейнелегеніміз жеткілікті болады. Сонымен қатар берілген кадрдың үшбұрышты аймақтары тіректі кадрдың үшбұрышты аймақтарының деформациясы салдарынан пайда болады, текстура да тор түйіндеріндерінің алмасу векторларының параметрлік шағылысу салдарынан деформацияланады.

Екілік модельдеу егер тіректі кадрларды тарату мен алмасу векторларын және  аралық кадрларды қайта тұрғызу үшін керекті текстура туралы ақпаратты жіберу кезінде нәтижелі қысу үшін қолданыла алады. Стандарттың екінші нұсқасында буфердегі кішігірім қалып қалу кезіндегі уақыттық рұқсаттамасын жақсартатын, қателерге тұрақтылығын, кодтаудың нәтижелігін жоғарлатуды рұқсат ететін жаңа технологиялар мен алгоритмдер енгізілді. Нақтылап айтатын болсақ, қозғалыстың глобалдық теңдестіру жүйесін енгізіліп, теңдестіру дәлдік пикселге дейін жоғартылды, текстура мен қозғалмалы бейненің кодтаудың үш жаңа құралдары енгізілді: кішігірім тәуелсіз кодталатын аймақтарға бөлінуі бар толқындық кодтау; пішіннің масштабталған кодталуы; қателерге тұрақтылығын жоғарлату үшін кодталатын сегментация мен дестелеу. Екінші нұсқасында қызықты жаңашылдығы ретінде қысқартылған бейнелердің (стереоскоптық немесе жақын нүктелерден алынған) кодталу мүмкіндігін қарастыруға болады. Бұл жүйе объект пішінінің градациялық кодталу әдісіне негізделген және бұл әдістің қосалқы мүмкіндіктерін пайдаланады.

Екінші нұсқасының синтетикалық бейнелердің аймағындағы негізгі жаңашылдығы ретінде адам пішінінің анимация құралдары және үштік көпбұрышты торды кодтау болып саналады.

 

5.1.5 Дыбыс объекттерін кодтау

 

MPEG-4 стандарты дыбысты кодтаудағы кең мүмкіндіктерге ие болады. Мұнда бірінші рет сөйлеу мен  музыканы кодтау үшін бөлек алгоритмдер қолданылады, синтезделген дыбысты өңдеу мен қуатты жасау құралдары енгізілді. Ең кең құрылымды төменгі жиілікті монодан көп арналы сөйлеуге дейінгі дыбыс объекттер әмбебап дыбыс (GA-General Audio) дәрежесіне жатады. Әртүрлі дыбыстарды кодтау үшін қолданылатын негізгі алгоритм ретінде MPEG-2 стандартында қарастырылған жақсартылған ААС алгоритмі алынады. Осы жаңашылдықтың бірі PNS (Perceptual Noise Substitution – шуылдарды перцентуалды алмастырылуы) жүйесін енгізумен байланысты. Бұл әдістің мағынасы келген сигналдағы шуыл құрамаларын анықталуы мен оларды кодталудың жалпы процесінен шығаруда жатыр. Декодерге спектрдің бөлек аймағындағы шуыл құрамаларының қуаты туралы ақпарат беріледі де, ол керекті спектрлік коэффициенттерді қуаты талап етілетін кездейсоқ сигналдармен ауыстырылып отырады. PNS режимі 26 суретте келтірілген құрылымдық сұлбамен суреттеледі.

26 Сурет – PNS жүйесін жүзеге асыру сұлбасы

 

Тағы бір жаңашылдық BSAC (Bit-Sliced Arithmetic Coding-биттік бөліктенуі бар арифметикалық кодтау) алгоритмін енгізумен байланысты. Масштабталатын ағынды алу үшін, BSAC ААС-ке қатысты альтернативті, қадамы 1 кбит/с, 16-64 кбит/с–пен шектелетін жылдамдықпен дәлме-дәл басқарылуы бар, квантталатын коэффициенттерді кодтау модулі қолданылады. Стационарлы гармоникалық және квазигармоникалық сигналдар үшін ағын жылдамдықтың тиімді болуы LTP (Long Term Prediction) ұзақ уақытты айту әдісін алу мүмкіндігін туғызады. Бұл әдіс сөйлеуді кодтау техникасындағы уақыттық аймағында пайдаланады. MPEG-4 стандартында ол әмбебап кодердің сұлбасына енгізілген (27 сурет), мұндағы кванттау мен кодтау кіріс сигналының спектралдық  ұсынумен жүзеге асырылады.

 

27 Сурет – LTP-мен әмбебап кодердің құрылымы

 

LTP сұлбасының жұмыс істеуі үшін бұрынғы кадрдың кодталған сигналы TNS инверсті түрлендіру мен синтездейтін БС көмегімен қайтадан уақыттық аймаққа аударылады, LTP блогында ол келетін сигналмен бір деңгейге келеді, ал одан алынған айырма қайтадан спектралды аймаққа аударылады. Арнайы FSS(Frequency Selective Switch – жиілік таңдағышы бар қосқыш) қосқышы альтернативтыға байланысты бастапқы немесе таратылынатын сигналды таңдап алады. MPEG-2-дегі ААС айтуларымен салыстырғанда бұл айту әдісі процессордың 2 есе кем өнімділігі мен жады ресурстарын қажет етеді. Әндер сигналдарын төменгі жылдамдықтарда кодталуын кеңейту үшін TWIN VQ (Transform-domain Weighted Interleave VQ – ауысу мен аймақтарды түрлендіруді қолданылатын өлшеуіш векторлық кванттау) жаңа алгоритмі құрастырылған. Негізгі мағынасы – ААС-тегі спектрлік құрамаларын қарапайым кодтауды, нормалданған спектрге қосылатын ауысуды жүзеге асыратын векторлық кванттау мен алмастыру. Спектрлік коэффициенттерінің квантталуы екі қадаммен жүзеге асады: біріншіде, олар белгілі бір шекке нормалданады, екіншіде – векторлық кванттау пайдалану салдарынан квантталады. Нормалдану процессіне Варка шкаласы бойынша спектрді бағалау, периодты құрамалардың алынуы және спектрлік құрамалардың қуаттын бағалау кіреді.

28 Сурет – Спектрлік құрамалады векторлық кванттауының TWIN VQ алгоритмі

Нормалану нәтижесінде спектралдық коэффициенттер түзетіліп, жиілік осі бойымен нормалданады. Содан кейін нормалданған коэффициенттер 28 суретте көрсетілгендей, көп өлшемді вектор ретінде суреттелінеді, субвекторларымен кезектеседі және векторлық кванттаудың қолдануымен квантталады. ААС алгоритмінің қалған бөлігі өзгеріссіз қалады. TWIN VQ жылдамдығы бойынша өте жақсы нәтижелерді көрсетеді (6-24 кбит/с) және масштабталуы бар әмбебап MPEG-4 кодектерде базалық қабатты құру үшін қолданылады. Сөйлеуді кодтау үшін негізгі екі алгоритм қолданылады: параметрлік HVXC (Harmonic Vector eXcitation Coding – гармоникалық векторлар көмегімен кодтау) және CELP (Code Excited Linear Prediction coding – сызықты айтуы бар кодтау). Бірінші алгоритм жоғарғы қысуды қамтамасыз етеді, ағынның 2-4 кбит/с жылдамдығында қолданылады, 300-3400 Гц стандартты телефондық арнасының жолағында 8 кГц дискреттеу жиілігінде жұмыс істейді. Екінші алгоритмінің бірнеше түрлері бар, екеуі 300-3400 Гц жиіліктер жолағында дискретизациясы 8кГц болатын және 50-7000 Гц жиілігіндегі дискреттелінуі 16 кГц болатын жұмыс жүйелерінде жұмыс істейді және де ағынның 4-24 кбит/с жылдамдығын қамтамасыз етеді. Осы екі алгоритмдер де сөйлеудің сызықты айтуы қолданылатын модельдеуіне негізделген. Келіп тұратын сөйлеу сигналы сөйлеу сигнал трактінің моделімен айтылу сигналымен салыстырып, ал модельдің параметрлері екі сигналдың айырмасын төмендететіндей болып өзгереді және декодерге жіберіледі. Декодерде тура сондай модель болады, ол қабылданған параметрлер мәндері бойынша сөйлеу сигналын синтездейді. HVXC-де қысудың жоғарғы дәрежесі спектрдың айналушысы бойынша өрескел анализбен және рең деңгейінің өзгеруімен түсіндіріледі. CELP – ұзақ уақытты айтуы бар спектрлік анализді қолданылады, сонымен ол сөйлеудің жоғарғы сапалы таратылуын қамтамасыз етеді.

 

29  Сурет – CELP сөйлеу кодегінің масштабталуы

Осы екі алгоритмнің МСЭ-мен стандартталған сөйлеу кодектардың алдындағы артықшылығы – күрделігі әртүрлі декодерлармен жұмыс істеуді қамтамасыз ететін жиілік жолағы мен жылдамдық бойынша (CELP-те 200 бит/с қадаммен) масштабталу болып келеді. Бұл мүмкіндік 29 суретте көрсетілген, мұнда кодер жақсартатын қабаттар мен базалық ағынды таратады, ал декодерлар өздерінің мүмкіндіктеріне байланысты осы ағындарды қабылдайды.

30 Сурет – Дыбысты кодтау алгоритмдерді қолданудың әртүрлі аймақтары

 

30 суретте MPEG-4 стандартының дыбысты кодтау алгоритмдерінің қолдану аймақтары айқын көрсетілген.

Егер натуралды дыбыстарды кодтау кезінде бастапқы дыбыс сигналының перцептуалды қысуы қолданылса, синтезделген дыбыстың кодталуы осы сигналдың бейнесінің құрылуының көмегімен жүзеге асады. Бұл бейне декодерге беріліп, дыбысты бастапқы пішінге сәкес синтездейді. MPEG-4 стандартында бұл процесс «Құрылымдық аудио» пішінінің арқасында жүзеге асады. Ол 0,01-10 кбит/с жылдамдықпен арна бойымен синтезделген дыбыстар мен әндерді таратуға мүмкіндік береді. Әртүрлі музыкалық құралдардың дыбыстарын бейнелеу үшін арнайы SAOL (Structured Audio Orchestra Language) құрылымдық оркестрлік тілі құрылды, ол ағынға енгізілетін «құралдармен» басқарылады. Құрал белгілі бір дыбыстарды өңдіретін қарапайым сигналдарды өңдеу мен генерациялаудың бағдарламалық және ақпараттық модулі болып келеді.

Екінші тіл – дыбыстық объектті құрайтын барлық құралдарының партитурасын бейнелеуге арналған SASL (Structured Audio Score Language) құрылымдық-партитуралық тіл. Дыбыс бөлігін қайта жасау үшін декодерге барлық құралдардың параметрлері енгізіледі, ал кейін ағында партитура таратылады. Дыбыстық объект орналасуынан тәуелділік механизмі мен объект орын ауыстырғандағы өзгеруі осы стандартпен қамтамасыз етіледі, сцена кеңістігінің акустикалық қасиеттеріне байланысты дыбыстық өзгеру механизмдері енгізілді.

MPEG-4 стандартының тағы бір жаңашылдығы – мәтіннің сөйлеуге түрлендіру TTSI (Text-to-Speech Interface) алгоритмі. Арна бойымен 200 бит/с – 1,2 кбит/с жылдамдықпен мәтін беріліп отырады, ал декодер оны сөйлеуге түрлендіреді. TTSI-дың сөйлеу мәліметтер базасынан фонемаларды (сөйлеу бірліктері) шығаратын және бұл  фонемаларды эмоциялары жоқ сөйлеуге біріктіретін қарапайым сөйлеу синтезаторлардан гөрі сөйлеуді екпін, интонация, акцент, просодия деген тірі сөйлеудің параметрлерімен толықтырады. Сонымен бірге басқа да функцияларды қарастырады: айтушының синтезделген бетімен бірге сөйлеуін синтездеу; айтушының жасын, жынысын, екпінің, реңін, дауыс қуатын өзгерту мүмкіндігі; тілін өзгерту; сөйлеу параметрлерінің айтушының орнын өзгерту кезіндегі өзгерілуі; алды-артқа үдеуленген ойналуы; тоқтату мүмкіндігі және т.б. TTSI-дың қолдану аймақтары – жасанды айтушы; сөйлеу синтезі; виртуалды реалдық үшін сөйлеу синтезі; сөйлейтін газета; анимациялық суреттерге арналған дубльдеу құралы; дауыстық Интернет және т.б. Стандарттың екінші нұсқасында бұрынғы алгоритмдерге біршама жаңашылдықтар мен қосымшалар қабылданып, жаңа алгоритмдер енгізілді. Яғни, ААС-тегі қателерге тұрақтылық жоғартылды, ААС дыбыс кодерінің кішігірім алгоритмді қалып қалу опциясы енгізілді (Low Delay Audio Coder – бірнеше жүздік милли секунд орнына 20 мс қалып қалу). Қалып қалудың төмендеуі кадр ұзындығының 1024 санаудан 512 санауға дейін қысқартылуымен, терезе функциясындағы терезе өлшемдерінің 2 есе кішірілуімен, биттер резервуарының минималды қолдануымен жүзеге асады. Нәтижесінде, «мөлдір» арнадағы ағын жылдамдығының 8 кбит/с-қа көбеюін аламыз, бірақ осындай кодер 64 кбит/с жылдамдықтағы МР-3 кодердан бәрі бір артық болады.

 

31 Сурет – Масштабтайтын MPEG-4 әмбебап кодері

 

Екінші нұсқасында әмбебап дыбыс кодерінің масштабталуы толығырақ істелінген (қадамы 2 кбит/с орнына 16кбит/с). Масштабталу дыбыс мәліметтер ағынының бірнеше кодермен кодталуының көмегімен жүзеге асады, алғашқысы тазартылған бастапқы ағындарды өңдейді, ал қалғандары кіретін және декодаланған сигналдар арасындағы айырмасын  өтейді (31 сурет). Тым төмен жылдамдықтарды жұмыс істеу үшін дыбыстық сигналды синусоидалар, гармоникалар мен шулар жиынтығы ретінде бейнеленуіне және бастапқы сигналдардың параметрлерін арна бойымен таратуға негізделген HILN (Harmonic and Individual Lines plus Noise – гармоникалар мен бірлік сызықтар плюс шуыл) параметрлік кодтау алгоритмі енгізілді. Бастапқы сигналдар жиіліктері мен амплитудалары «ерекшелік аса көріндейді» градациясына сәйкес келетін рұқсаттамамен квантталады. Шуылдық спектрлік қисығы мен гармоникалық құрамалары сызықты айту техникасының негізінде бейнеленеді, сонда кадрдағы параметрлер мен тізбектеме кадрлар арасында корреляция қолданылады. Бұл әдістің арқасында дыбыстық сигналдарды 4 кбит/с жылдамдықтан бастап кодтауға болады.

 

 

5.1.6 MPEG-4 стандартының деңгейлері мен профильдері

MPEG-4 аудиовизуалдық объектерді кодтау алгоритмдер мен құралдар жиынтығы болып табылады. Декодердің реализациясын экономикалық жағынан тиімді істеу және стандартқа сәйкестігіне тексеруді оңайлату үшін кейбір бөлімдерде профильдер деп аталатын шектелген құралдар жиынтығы анықталады. Профильдердің әрқайсысы үшін бір немесе бірнеше декодердің есептеуіш  мүмкіндіктеріне қойылатын талаптарды шектейтін деңгейлер белгіленеді.  Профиль анықтамасы визуалды объекттер, аудио жүйелер мен сценаларды бейнелеу үшін енгізілді. Бірақ MPEG-4-тің ерекшелігі басқа нұсқаларға қарағанда кейбір қосымшаларды талап етті. MPEG-2-де бейнекадрды бір тік төртбұрышты объект ретінде бейнелеуге болады және оған тек бір профильді ғана сәйкестіруге жеткілікті. MPEG-4-те бірнеше объект болуы мүмкін, сондықтан біз деңгейі мен профиль арасындағы объект типі ретінде жаңа градацияны енгіземіз. Бұл параметр бірлік объект үшін цифрлық ағынның синтаксисін (құрылымын) анықтайды. Профиль сценада бола алатын объект типтерінің жиынтығын анықтайды. Натуралды объектер үшін негізгі бес объект типтері анықталды:

а) қарапайым – кез-келген пішінді тік төртбұрышты объект, I пен P-VOP-қа негізделген кодтаудың қарапайым құралдарды пайдаланады;

ә) масштабталатын қарапайым – кеңістік және уақыттық масштабталуы бар тік төртбұрышты объект;

б) базалық - B-VOP-тың қосылуымен Қарапайым типінің туындысы. Жоларалық бұрмалануды қажет етпейді;

в) негізгі – Базалықпен салыстырғанда жоғарғы сапаны қамтамасыз етеді, қосымша пішіннің градациялық кодталуын, спрайттарды, жоларалық ыдырауын қажет етеді;

г) N-биттік – Базалыққа ұқсас, бірақ 4-12 биттегі жазықтықтардың  жарықтық және түстік бойынша кванттауды мүмкіндік береді.

Жылжымалы визуалдық объекттерді кодтау үшін арнайы объект типтері бар;

д) жылжымалы масштабталатын текстура – кез-келген пішіндегі жылжымалы бейне, қадамдық енгізу мен қайта тұрғызуды және толқындық кодтауды қолданылады. Синтетикалық объекттер үшін келесі үш объект типтері анықталады;

е) анимацияланған екілік тор – синтетикалық торды Базалық типі бойынша кодтайтын натуралды бейнемен біріктіреді, бейне торға шағылады және түйіндерінің орын ауыстыру салдарынан деформациялана алады – бұл көптеген анимациялық мүмкіндіктерді береді. Визуалды объект кез келген пішінді бола алады;

ж) базалық анимацияланған текстура – жылжымалы бейнелердің анимациясы (6-шы типтегідей);

и) примитивті бет – адам бетін анимациялау құралы. Бұл объект типі белгілі бір бетті анықтамайды, анимация кез-келген таңдалған модельге қолданыла алады.

Жоғарыда айтылғандай, профильдер сценада визуалды объекттердің қандай типтері бола алатындығын анықтайды. Стандарттың бірінші нұсқасында 9 профиль болды, профильдер мен объект типтерінің рұқсат етілетін қатынасы 5 кестеде келтірілген. Қарапайым профиль тек  Қарапайым типті объекттерінің болуын рұқсат етеді және мобильдік қызмет мен Интернет үшін арналған. Ол QCIF-тың рұқсаттамасы максималды болатын 4 объектке дейін қамтамасыз етеді, оның үш деңгейі ағын жылдамдығын 64-384 кбит/с аралықта ұстап тұрады. Масштабталатын қарапайым профиль масштабталуы бар кодтауды жүзеге асыра  алады, екі деңгейі болады. Базалық профиль Қарапайым және Базалық типті объекттерді түсінеді, интерактивті қосымшалар үшін пайдалы болады. Негізгі профиль арналық қызметтерлерге арналып құрылды. Ол Қарапайым, Базалық немесе Негізгі типті 32 объектке дейін қамтамасыз етеді және ағынның 38 Мбит/с жылдамдығын ұстап тұрады. N-биттік профиль қарапайым, базалық және N-биттік типті объектермен жұмыс істейді және медициналық басқармасы мен арнайы бақылау жүйелерде пайдалы болады.

 

5 Кесте-MPEG-4 бейнесінің объект типтері мен профильдері

 

Қалған профильдердің ең қызықтысы Гибриттік. Ол  натуралдық (Базалық) және синтетикалық (барлық үшеуі) объект типтерін біріктіреді және реалды объекті синтетикалық әлемге енгізу үшін пайдалы болады. 5 кестесінің ең соңғы жолында әрбір профиль үшін деңгейлер саны көрсетілген. 6 кестеде кейбір деңгейлер үшін ағынның параметрлері көрсетілген.

Стандартта келесі сәйкестік нүктелері қондырылған: Қарапайым және базалық профильдері сценаның QCIF пен CIF өлшемдері, 64, 128, 384 кбит/с және 2 Мбит/с ағын жылдамдықтары бар. Негізгі профильдер үшін 2, 15, 38, 4 Мбит/с жылдамдықты CIF, Рек.ВТ.601, ТВЧ пішіндері нормалданады.

Стандарттың екінші нұсқасында натуралды бейне үшін үш жаңа профиль қосылды:

а) қарапайым жаңартылған нақты уақыттық профиль – кері ананы пайдалынатын кодтауды қамтамасыз етеді (бейнетелефония, телеконференция, қашықтықтан бақылау);

ә) базалық масштабталатын профиль – Базалық профильде кеңістіктік және уақыттық масштабталуын рұқсат етеді;

б) жақсартылған нәтижелік кодтауы бар профиль – арналық таратуды мобильдік қабылдау үшін тиімді.

 

        6 Кесте–MPEG-4 бейненің кейбір профильдері үшін ағынның параметрлері

Деңгейлер мен профильдер		Сценаның типтік өлшемі	Ағынның жылдамдығы, бит/с	Объекттердің максималды саны	Жадының толық сөлемі, макроблоктер
Қарапайым профиль	1.1	QCIF	64к	4	198
	1.2	CIF	128к	4	792
	1.3	CIF	384к	4	792
Базалық профиль	1.1	QCIF	384к	4	594
	1.2	CIF	2М	16	2376
Негізгі профиль	1.2	CIF	2М	16	2376
	1.3	Рек.601	15М	32	9720
	1.4	1920*1088	38.4М	32	48960

Синтетикалық бейнеге үш жаңа профиль енгізілді. Визуалды профильдердің жалпы саны 15-ке жетті. Екінші нұсқада қабылданғаннан кейін стандарттың ары қарай дамуы тоқтаған жоқ. Дәлірек айтсақ, Студиялық профильді енгізілуі болжамдалып отыр. Онда пішінді кодтауы бар VOP бірнеше жүздік мегабит секунд жылдамдықпен тарала алады. 7 кестеде қарастырылған профильдің негізгі параметрлері көрсетілген.

 

7 Кесте– MPEG-4 стандартының студиялық профильдің параметрлері

Деңгей		Бейненің максималды пішіні мен кадр жиілігі	Санаулардың максималды жылдамдығы	Цифрлық ағынның жылдамдығы, Мбит/с	Дискреттеу, кванттау
Төменгі (4:2:2 мен жұмыс істей алады)		1920*1088  30 Гц	125337600	300	4:2:2-нің 10 биті
Негізгі	4:2:2	2048*2048 60Гц	250675200	600	4:2:2-нің 10 биті
	4:4:4		376012800	800	4:2:2 және 4:4:4-тің 10 биті
Жоғарғы	4:2:2	4096*4096 120Гц	805306368	1200	4:2:2-нің 10/12 биті
	4:4:4		1207959552	2500	4:2:2 және 4:4:4-тің 10/12 биті

Дыбысты кодтаудың 4 профилі анықталды:

а) сөйлеу профилі – үш «сөйлеу» объект типімен байланысты, екі деңгейі бар, бір мезетте 20 объектке дейін тұрғыза алады;

ә) масштабталатын профиль – цифрлық ағынның төменгі жылдамдықты жоғары сапалы кодталуын және арнадағы жылдамдықтың өзгеруіне тәуелділігін қамтамасыз етеді, ол Интернетке дыбысты таратуға арналған. Сценадағы объектілер саны, ағындар саны және дискретизация жиіліктері процессордың бір секундына жасайтын миллион операция өнімділігі (PCU) мен мыңдаған сөздегі жады көлемі (RCU) деп аталатын «күрделілік бірліктерімен» анықталатын төрт деңгеймен анықталады:

Деңгей 1: дискреттеу жиілігі 24 кГц, бір моно объект;

Деңгей 2: дискреттеу жиілігі 24 кГц, бір стерео немесе екі моно объект;

Деңгей 3: дискреттеу жиілігі 48 кГц, бір стерео немесе екі моно объект;

Деңгей 4: дискреттеу жиілігі 48 кГц, күрделілігі  30PCU және 19 RCU, бір 5.1 объекті немесе объекттер тобы. Мысал ретінде 8 кестеде беріліп отыратын деңгейде жұмыс істейтін декодерге қойылатын талаптар келтіріген.

б) синтетикалық профиль -  синтезделген дыбыстың объект типтерін топтастырады, тым төмен жылдамдықта таратуды өткізу керек жағдайда және дыбыстың көзі ретінде микрофон қолданылмайтын жағдайда пайдаланады;

в) негізгі профиль – қалған барлық профильдерінің мүмкіндіктерін біріктіретін ең күрделі профиль, кез келген типті дыбыс үшін жарамды, жоғары сапалы дыбыс естілуін қамтамасыз етеді. Қолдану мысалдары – DVD-ге жазу және мультимедиялық арна. Профильдің 4 деңгейі бар;

г) дыбыс профильдері мен объект типтерінің қатынастары. Стандарттың екінші версиясында жаңа 4 профиль енгізілді: Жоғары сапалы (High Quality), LD (Low-Delay) кішкентай қалып қалуы бар профиль, Натуралды (Natural) және Желіаралық-мобильді (Mobile Audio Internetworking);

д) алгоритмдер санының тым көп болуы үш жаңа графикалық профильдерін, төрт сценаны бейнелейтін профильдерін және бір объект дискриптрлер профилін  енгізуді талап етті.

 

8 Кесте- Дыбыс декодеріне қойылатын талаптар

Лек жылдамдығы, бит/с	Такті жиілік, кГц	Процессордың тезділігі, млн. операциялар/с	Жады сыйымдылығы, мың сөз
Негізгі	48	5	5
Қарапайым	48	3	3
Машстабты такті жиілік	48	4	3
Ұзақ уақытты болжам	48	4	4
Масштабталған	48	5	4
Twin VQ	24	2	3
CELP	8	1	1
CELP	16	2	1
CELP	8/16	3	1
HVXC	8	2	1

 

 

5.1.7 MPEG-4-тің хабарда қолданылу болашағы

Жоғарыда айтылғандай, қазіргі түрдегі теледидарлық хабардағы MPEG-4 стандарты MPEG-2–ні ауыстырға арналған емес. Осы өзгерулердің бастамасы цифрлық хабарға көшу болып табылады. Бұл бағдарламалардың сандық жаңа мүмкіндіктерін, бейне сапасын және дыбыстық ере жүруді, сонымен қатар қосымша мағлұматтарды беру мен жаңа қызметтерді көрсетуді қамтамасыз етеді. Енді сенімділіктің айқын дәрежесімен ТД қабылдауыштың, телефонның, серік пен кабельді терминалдардың ортақ ақпаратты құрылғыға қосылатынын болжауға болады. Бұл құрылғы ақпаратты жоғарғы жылдамдықты цифрлық арна арқылы ортақ ақпаратты желіден алады. ТД бағдарламалардың үлкен бөлігі ақпаратты бөліктің сыйымды жадысына толтырылса, осындай арна арқылы жүктемеден тыс уақытта (түнгі) беріледі, нақты уақытта тек жаңалықтар мен бағдарламалар беріледі.

Енді дәстүрлі бағдарламаға салынған мәтін, қозғалмайтын бейнелерді, екі өлшемді және үш өлшемді графиктер мен қосымша көрерменді және дыбыстық бейнелерді қосу мүмкіндіктерін қарастырамыз. Осы мүмкіндіктердің бөлігі қазіргі күнде қолданылуда. MPEG-4 – те қосымша ақпарат объектпен бірге беріледі және онымен  термені басу арқылы басқаруға болады. Мысалы, сіз викторина сұрағының жауабын экраннан шақыртып, көре аласыз немесе жауабын көрсетпей, өзіңіз ойлана аласыз. Сонымен қатар камераның тұруын өзгерте аласыз. Бұл спорттық жарыс пен музыкалық шоуды қабылдауды жақсартады. Көп арналы дыбыстық жүйеде арналар санын, дыбыстық шолудың тілін таңдай аламыз, сонымен қатар оркестрге қосылып, ұнаған аспапта өз партияңызды орындауға мүмкіндік береді.

MPEG-4 интерактивті ортада үлкен мүмкіндіктерді ашады. MPEG-4  бірнеше адамдармен байланыс орнатуға, бағдарламаны ортақ тамашалауға және үш өлшемді бейнелермен желілік ойындар ойнауға мүмкіндік береді. Теледүкен ше? Мұнда сатып алушының болашақ сатып алатын затының жан-жақты бағалауының мүмкіндіктері ашылады. Сіз ұнаған объект туралы қосымша ақпарат ала аласыз, мысалы, автомобильдің жаңа маркасы, сіз бағыттағышты қажетті машина атына апарып, шертсеңіз, оны барлық жағынан қарай аласыз, консультантты шақыртып, бағасы туралы, модельдің қорда болуы туралы біле аласыз. Сонымен қатар, жолдасыңызға автомобиль бейнесін және барлық ақпаратты электрондық поштамен жолдап, жауабын ала аласыз.

 

6 Жер серіктік телерадиохабар тарату

Ұлттық жер серіктік хабар жүйелері, әдеттегідей тек өз мемлекетінің бағдарламаларын қабылдауға арналған. Ондай жүйелерге 11,7...12,5 ГГц жиіліктер диапазоны берілген. Аймақтық жүйелер 10,95...11,7 ГГц жиіліктер диапазонында жұмыс жасайды. Айтылған жүйелер геостационарлы орбитада орналасқан жер серіктік ретрансляция үшін («Молния» жүйесінен басқа) қолданады.

Халықаралық келісімдер бойынша жер серіктік ТД хабар үшін Космос-Жер аймағында келесідей жиіліктер диапазонында жұмыс істеу белгіленген: 620..790, 2500..2690 МГц, 10,7..11,7 және 11,7..12,5 ГГц.

10..11,7 ГГц жиіліктер диапазонында әлемнің кез-келген мемлекетінің белгіленген жер серікті қызмет жүйесі жұмыс істей алады.  Еуропа, Африка, ТМД, Турция, Монғолия мемлекеттері үшін 11,7...12,5 ГГц жиіліктер диапазоны берілген. 11,7..12,5 ГГц диапазоны 40 жиілік арналарына бөлінген, тасушылар арасындағы тарату 19,18 МГц тең. Олардың геостационарлы орбитада 37ғ б.ұ. пен 170ғ ш.ұ. арасында қайта-қайта қолданудың арқасында  984 бір уақытта жұмыс істейтін арналарды қамтамасыз еттік. ТМД мемлекеттерінің жер серіктікке геостационарлы орбитадан 5 позиция: 23, 44, 74, 110 және 140ғ ш.ұ., сонымен қатар 11,7..12,5 ГГц жиіліктер диапазонында 36 номинал берілген. Жер серіктер арасындағы ұзақтық бойынша үлкен таратудың, қызмет ету аймақтарының арасындағы территориялық ара қашықтығының болуы, сонымен қатар поляризацияның (горизонтальді және вертикальді) екі түрінің қолданылуы ТМД елдеріндегі аналогты сигналдар негізінде бір уақытта берілетін бағдарламалардың санын 70 жеткізді.

Геостационарлы жер серіктерде қолданатын жұйелердің келесідей артықшылықтары бар:

-        байланыс тәулік бойы болады;

Жер станцияларының антенналары жер серіктер автоматты ере жүруін қажет етпейді және басқа серіктердің сигналдарын қабылдау үшін антеннананың ауысуының механизмі аса күрделі емес.

-        жергілікті станция мен жер серіктің арасындағы байланыстың тұрақты болуы трассадағы сигналдың тұрақты болуын қамтамасыз етеді;

-        жиіліктің доплерлі жылжуының практикалы жоқ болуы.

Жер серіктік теледидарлық хабардың бір артықшылығы – бұл теледидарды көретін көрерменнің таңдайтын бағдарламасын аймақтағы кез-келген жер серік (оның қабылдайтын антеннасының шағысындағы сигнал жетерліктей болса) арқылы қабылдауы. Жергілікті ТД хабарда көрермен тек радио көрушілік аймақтағы, әдеттегідей, 100 шақырымнан аспайтын  радиостанциялардың бағдарламаларын көре алады.

Түрлі түсті аналогты теледидарда сигналдарды түстілігі бойынша берудің үш жүйесі ақ-қара бейнемен сәйкестенеді: SECAM, NTSC, PAL. SECAM жүйесінде (ТМД елдерінде, Францияда, Шығыс Еуропада, Азияда қолданылады) әрбір екі әртүрлі түсті таратын сигнал көршілес жолдардағы түсті тасышуны жиілік бойынша модуляциялайды. Модуляция жоқ кезінде негізгінің жиіліктері 4,065 және 4,25 МГц және девиациясы 250, 230 кГц тең болады.

NTSC жүйесінде (Америка мен Жапонияда қолданыс тапты) түрлі түсті таратын сигналдар негізгінің жиілігі fп=3,579545 МГц болатын фазалық квадраттық модуляция негізінде жұмыс істейді. Fп жолдық жиіліктің 455-ші гармоника мәнінің жартысына тең болады. PAL жүйесінде (Орталық және Батыс Еуропа елдерінде және КХР мен КХДР-да, кейбір азиаттық континенттерде қолданылады) түсті сигналдар NTSC сигналдарына ұқсаса, квадратурлық фазалық модуляция арқылы беріледі, бірақ тасушының фазасы модуляцияланған сигналдан жолдан жолға 180ғ-қа өзгереді. Тасушының жиілігі қабылданғаннан стандартқа сәйкесті 3,5795..4,4336 МГц шамасында бола алады. Квадраттық ФМ-да 3,5795 (NTSC-те) және 4,4336 МГц (PAL-да) жиілігіндегі бір тасушының қолданады. Тасушының жиілігіндегі сигнал фазалық айналым кезінде 90ғ ауысатын екі құрамшаға бөлінеді, бұл әрбір құрамшаны жеке-жеке түсті сигналмен модуляциялауға мүмкіндік береді.

Соңғы жылдары әлемнің әртүрлі елдерінде теледидарлық сигналды цифрлық түрде беру мүмкіндіктерін қарастырып жатыр.  Цифрлық сигналдардың  жұқа шуларға  бөгеуілдік тұрақтылығы жоғарғы, амплитудалық және фазалық сипаттамаларының сызықсыздығына сезгіштігі төмен. Спектрдің сығылуы болмаған кезде, жоғары сапалық цифрлық теледидардың арналарын беру 216 Мбит/с жылдамдықпен ұйымдастыру қажет, ал бұл арналық жиіліктік өсуіне алып келетініне білеміз. 

Соңғы 10 жылдықта ғалымдардың көмегімен теледидарлық спектрді 10-20 ретке дейін сығылуын жеткізді.  АҚШ-та, Жапониядада, Еуропада ТД арнаның цифрлық әдіспен және жоғарғы анықтық сапасымен теледидарлық жүйелерді құрастыру жұмыстары жасалынып жатты. АҚШ-та цифрлық теледидар үшін Digi Cypher стандарты жасалынды. Жапонияда 1125 жолға арналған MUSE (көп ретті субдискретизациялы кодтау жүйесі). Еуропада Халықаралық Стандарттау мен Халықаралық Электротехника Комиссияның көмегімен MPEG стандарты жасалынды. MPEG-1 стандарты 1,5...8 Мбит/с жылдамдықпен цифрлық сигналдарды таратуға арналған, MPEG-2 2...15 Мбит/с-қа арналған. Бұл екі стандартта 525 жол, 30 кадр/с және 625 жол мен 25 кадр/с, 4:3, 16:9 форматта жұмыс істейді. MPEG-2 стандарты 4 жолды ұңғыны, ал MPEG-1  - біржолдыны қолданады, себебі MPEG-1 компьютерлер мен мультимедияда қолданылуға арналған. MPEG-2 стандартында теледидарлық хабардың цифрлық легі 216 Мбит/с жылдамдықпен қозғалады, 2..15 Мбит/с сығылады. Ондай сығылу жер серіктік арна бойынша 3-4 ТД-бейнені береді. ТД-бейненің асқындығы бар – бұл не жылжымайтын фон, не алдыңғы жоспар. MPEG-2 алгоритмі оны кадр аралық және кадр ішілік кодтау негізінде жоя алады. Кадр аралық кодтау кезінде әрбір 10-15 кадрдан кейін тіректі кадрлар таңдалады, олар негізгі болып саналады да, басқа кадрларға қарамай кодталады. Қалған кадрлар жүйе микропроцессорымен сарапталады, микропроцессор оларды тіректі және бақа кадрлармен салыстырады. Бұл кадрлар тағы 2 топқа бөлінеді: Р-кадрлар, алдыңғы кадрлар негізінде кодталған, В-кадрлар,  Алдыңғы және соңғы кадр негізінде кодталған. Айтылған үш кадрлар типтерінде сигнал асқындығының арасындағы айырмашылық дискретті косинусты түрлендіру (ДКТ) көмегімен жүзеге асырылады. Кадр ішілік кодтау кадрдағы ДКТ көмегімен болатын кеңістіктік асқындылығын төмендетуді білдіреді. Сөйтіп, MPEG-2 стандартындағы бейнесигналды сығу аса күрделі ДКТ-ң қолданылуы мен алгоритміне байланысты.

MPEG-2-нің дыбыстық жолдау арнасын кодтау және ақпараттарды сығу белгілі алгоритмдер арқылы жүзеге асады. Дыбыс сапалығы компакт дискідегі сапаға сәйкес келеді.

Теледидарлық ақпаратты жер серіктік арналары арқылы цифрлық түрде берудің артықшылықтары:

-        ақпараттық сығуды қолдануға берілетін ақпарат  көлемін кішіретеді, онда жиіліктер жолы да азаяды;

-        ретранслятор-жер серігінің хабарлағышының тұрақты қуатында арнадағы беру жылдамдығын төмендету сигналдың энергиясын ұлғайтады, ал бұл ақаудың болуының ықтималдығын төмендетеді. Олай болса, біз ретрансляторды немесе қабылдағыш антеннаның диаметрін кішірейте аламыз;

-        ретранслятордың діңінде жолында теледидарлық бағдарламалардың үлкен санын бере аламыз; 

-        аналогты ТД хабардан цифрлыққа көшу жүйедегі АЖЖ қабылдау-беру  техникасын ауыстыруды қажет етпейді.

Жоғарыда айтылғандай, аналогты ТД хабардан цифрлық ТД хабарға бейнені сығу мен ақпаратты аудиолау арқылы көшеміз.

 

6.1 Жер серіктік цифрлық теледидар жүйесінің құрылымдық сұлбасы

 

 

32 Сурет- Жер серіктік цифрлық теледидар жүйесінің құрылымдық сұлбасы

 

32 суретте серікті цифрлық теледидар жүйесінің қарапайым құрылымдық сұлбасы көрсетілген. Әртүрлі көздерден пайда болған цифрлық ақпарат мультиплексерге түседі. Біріктіру мен сигналдарды кірістеріне қарай бөлу үшін мультиплексер кірісіне синхрондалатын сигналдар түседі. Хабарлаушының алдына, әдетте, оптималды сүзгі қойылады. Оның белгіленуінің әртүрлі себептері бар. Біріншіден, сигналдың демодуляциясы кезінде символаралық бұрмалануларды жою үшін әртүрлі Найквист сүзгілерін қолдануы мүмкін. Ең жиі қолданылатын – «көтеріңкі косинус типіндегі спектрдің түбір астысы». Сонымен қатар, көрші радиоарналарға бөгеуілдерді төмендету үшін радиосигналды минимизациялайтын спектр қолданылады.

Тропосфераның тыныш күйінде жер серіктік арнадағы сигнал тұрақты, бірақ ондағы ашу кернеу кезінде модуляцияның күрделі түрлерін қолдануға болмайды, ондай кезде 4 позиционды манипуляцияны пайдаланады (ЖМ-4, ағылшын аббревиатурасы - QPSK). Демодуляторларда сигналды квазикогерентті өңдеу қолданғандықтан, тіректі толқынның фазасының анықсыздығын жою үшін дифференциалды кодтау және декодтау қолданылады. Бөгеуілдерге қорғаныштықты жоғарылату үшін сигналдар екі рет асқындық кодымен кодталады. 32 суретте дифференциалды және блокты кодерлер, декодерлер көрсетілмеген.

Қабылдау станциялары екі түрлі болады: цифрлық декодері бар проффесионалды және QPSK/QAM (квадратты амплитудалы-фазалы манипуляция) кабельді желілер үшін және жер серіктік теледидар қабылдау құрылғылары үшін тұрмыстық болады.

Бірінші түрдегі станция декодтаудан кейін профессионалдық студияға немесе теледидарлық бағдарламалар үшін кабельді таратқышта немесе тұрмыстық интегралды кабельді декодерге түседі, екінші тип индивидуалды жер серіктік ресивер-декодерге түседі. Универсалды сұлбалары бар тұрмыстық және профессионалды жер серіктік декодерлер құрастырылған.

Көптеген батыстық ғалымдар цифрлық теледидар құрылғыларын жақсартуда жұмыстар атқарып жатыр. Philips компаниясының DVS 3961/31 және DVS 3962/31 қабылдағыш – декодерлері бас станцияда,  NTSC, PAL. SECAM  стандарттар негізінде жұмыс істеуге бағытталған. 950...2150 кГц диапазонында QPSK модуляция негізінде радиосигналды алдын-ала күшейту жұмыс істейді. Бағдарлама қабылдағышты басқа жер серікке ауыстырады. Қабылдағыштар әскери оқылатын – ISO 7816 стандартына сәйкес келетін смарт-картаны иемденеді. 33 суретте цифрлық жер серік жүйенің құрылымдық сұлбасы көрсетілген. Онда параболалық антеннаның ұзындығы 0,6..1,2 м. Антеннамен қабылданған сигнал поляризацияны таңдайтын блок арқылы өтеді, одан кейін аз шуылдайтын күшейткішке, ығыстырғышқа, екінші кірісіне гетеродин сигналы түседі. Сигнал түрленгеннен кейін бірінші аралық  жиіліктегі сүзгімен белгіленеді, одан кейін ЖБҚ1 күшейеді.

 

33 Сурет – Цифрлық серікті жүйенің құрылымдық сұлбасы

 

Сонда конвертерде сигнал жиілігінің түрленуі болып жатады. Бұл сигнал 10,95...11,7 ГГц немесе 11,7...12,5 ГГц жиілік диапазонындағы антеннадан қабылданады. Енді қысқаша ТД конвертерге қойылатын талаптар мен оның техникалық сипаттамаларына тоқталып өтеміз. Конвертер – бұл қабылдау құрылғысының аса маңызды торабы.  Оның негізгі мәселелері: шудың жалпы коэффициентінің төмендеуі, кең жолақты күшейту, жиіліктің түрлендірілуі және сигналдың сызықсыз бұрмалауларын болдыртпау үшін конвертерде аса үлкен салыстырмалы диапазоны болады. Конвертерді герметикалық корпусқа қондыртады да қабылдау антеннасының фокусында орналастырады. Поляризатор мен аз шуылды күшейткіштің (АШК)  кірісін жалғау үшін толқын жолды-жолақты ауысуды пайдаланылады. АШК-ң негізінде үш күшейткіш каскадтары болады. Олардың шуыл коэффициенті аз арсенид галлийден жасалынатын транзисторлары бар. Сигналдың кіріс тізбекке канализациялануы және оның екінші каскад кірісіне берілуі микрожолақты сызықтармен жүзеге асады. Каскадтардың стационарлы жүйесі төменгі жиілікті LC-сүзгілері арқылы орындалады. Жүргізілген шаралардың арқасында АШК-ң шуыл коэффициенті 0,71 дБ, АЖС-сы 2дБ ауданында біркелкі емес, ФЖС-сы сызықты, күшейту коэффициенті 25..35 дБ-ге жетті

Ығыстырғыш сүзгісі микро жолақты технология бойынша орындалады. Ығыстырғышты гетеродинмен түрлендіргенде шығындар 5...6 дБ тең болды. ЖБҚ1-дің үлкен өткізу жолағы мен аз өзіндік шуы бар. Сигналды күшейту үшін ЖБҚ1-де биполярлы транзисторлар негізінде 4 резисторлы каскад орналастырылады. Олар ортақ эмиттерлі сұлба бойынша жалғанады, ЖБҚ1-ң күшейту коэффициенті 30..35 дБ. Конвертердің ток көзі сыртқы блокты ішкісімен жалғайтын орталық кабель бойынша ұйымдастырылады. Біріктіруші коаксиалды кабель ұзындығы бірнеше ондық метрге дейін жетеді.

Цифрлық қабылдау құрылғысының ішкі блогы – ресивер – қосымша ЖБҚ1, түрлендіргішті, 27/36 МГц өткізу жиілігі болатын күшейткішті қамтиды. ЖБҚ2-нің шығыс сигналы 1 В тең. Екінші түрлендіргіш гетеродині – 10 кГц қадамымен ауысатын жиілік синтезаторы болып табылады, жұмыс жиілігі 0,95...2,15 ГГц-480 МГц. Демодуляциядан кейінгі ресиверден өткен сигнал цифрлық декодерге түседі. Тұрмыстық цифрлық декодердің сұлбасы 34  суретте көрсетілген.

1-ресивер, 2-демодулятор; 3-демультиплесор; 4- аудиодекодер;5-бейнедекодер; 6-түрлі түсті телехабар жүйесінің кодері; 7-модулятор; 8-микропроцессор; 9-модем; 10-датчик;11-цифрлық теле хабар модулі;12-ақпарат дестелері;13-4:2:2 цифрлық бейне;19-RS-232;17-аналогты аудио;18-цифрлық бейне;19- RS-232; 20-телефондық желі.

34  Сурет – Тұрмыстық цифрлық теледидарлық қабылдағыштың құрылымдық сұлбасы

 

Демодуляторда ЖЖ сигнал цифрлыққа айналып, демультиплексорге түседі. Демультиплексор лекті 3 құрамаға бөледі: бейне-, аудио-, ақпарат легі. Осы жерде дескрембрлеу (псевдо кездейсоқ тізбегін жою) жүзеге асырылады. Бейнесигналдар MPEG стандартынан декомпрессирлы цифрлық сигналға декодталады. Бұл 5 блокта жүзеге асады, бұдан цифрлық-аналогты түрлендіргіштен 6 кейін  бастапқы бейне сигнал жарық  (Y) және 3 түрлі түсті құрамаларды - қызыл (R), жасыл және көкті (В) бөледі. 6 блок стандарттарды түрлендіргіш қызметін де атқарады, яғни тұтынушы қалауымен оның шығысына 3 стандарттың біреуінде жұмыс істейтін теледидарлық қабылдағышты орнатады. Жерлік теле хабарды қосуға арналған сигнал шығысы бар. Аудиокодер 4 шығысынан цифрлық және аналогты сигналдарды алуға болады. Микропроцессор 8 үшінші блоктың жұмысын басқарады да 12 блокпен байланысады.  Микропроцессордың RS  232 интерфейсін қосатын шығысы бар. Цифрлық басқару модулі мен инфрақызыл датчик қабылдауыш – декодерді қашықтықтан басқаруға мүмкіндік береді.

Тұрмыстық декодерлердің бағасы 200 бен 300 долл. аралығында, бірақ дүниежүзілік нарықтағы бәсекестікті ескере отырып, олардың бағасы әрбір жыл сайын төмендейтінін ескеруімізге болады.

Бүгінгі күні аналогты, цифрлық-аналогты, цифрлық түрде теледидарлық сигналдарды қабылдайтын ресиверлер саны айтарлықтай мол. Аналогты телехабардан цифрлыққа көшетін тұтынушыға алатын тауары бойынша нұсқаудан басқа мемлекет ішінде оны қолдану сараптамасы қажет болады. «Теле-Спутник» журналы осы ресиверлерді қолдану туралы тәжірибе шешімдерін жазады. Сынақтан өткізу мына параметрлер бойынша жүргізіледі: бейне және дыбыс сапалығы, қолдану ыңғайлығы, сипаттамалар бағалары, 4 балды жүйе бойынша қорытынды шығарылады.  Xsat фрацуз фирмасының тестілері аса маңызды. Тестілеу X sat CD TV200, Xsat CD Tv 300, Xsat CD Tv 350 компанияларының 3 заты бойынша өтті. Зерттеу 13-градустық позициядағы, ресейлік «Галс»36 – градусындағы серіктерімен жүргізілді. Тәжірибе көрсеткендей, аталған қабылдағыштар бағдарламаларды басқа серіктерден қабылдай алады. Көптеген ресиверлерде DiSEqC-хаттамасының арқасында екі-төрт кірісті ауыстырып-қосқышты басқаруға мүмкіндік береді, бұл ауыстырып – қосқыш 0/12В-пен қатар күрделі қабылдауларды жасайды. Бейне және дыбыс сапалығы сәйкесінше, «қанағаттанарлық», «жақсы» және қолдану ыңғайлығы бойынша «жақсы» деп бағаланды.  Xsat CD Tv 300-дің техникалық параметрлері: кернеу көзі 187/242В, 50 Гц, оперативті жады 2 Мбит, қайта бағдарламалынатын жады 1 Мбит, дыбыс/бейне декодері MPEG-2, автоматты іздеу, қолдан іздеу мүмкіндігі бар.

 

6.2 Жер серіктік цифрлық радиохабар тарату

90 жылдардың басынан бастап әлемнің алдыңғы қатарлы мемелекеттерінде радио хабар жүйесіндегі цифрлық сигналдарды қолдану зерттеліп келуде.

 

1-кодер; 2-мультиплексор; 3-цифрлы модулятор; 4-хабарлағыш;

5-7-қабылдауыш жерлік станциялар

 

35 Сурет – Цифрлық жер серіктік радио хабардың құрылымдық сұлбасы

 

Цифрлық серіктің радио хабардың типтік құрылымы 3 негізгі бөліктерден тұрады: тарату станциясы, рентранслятор-серік, бір немесе бірнеше қабылдау станциялары (35 сурет). Тарату станциясында бір немесе бірнеше дыбыс арнасының сигналдары, жұмыс ақпараттары және басқару командалары бір цифрлық лекке бірігіп, серікке беріледі. Тарату станциясы функционалдық тораптардан тұрады: кодер мультиплексері, цифрлық серіктік модем, аса ЖЖ қабылдау-тарату блогы мен тарату антеннасы. Серіктің буын геостационарлық орбитада орналасатын коммерциялық серік-рентранслятор болып табылады. Серіктің хабар үшін 3,7..4,2 ГГц, 10,7..12,75 ГГц жиіліктер диапазоны қолданылады. Үшінші буын қабылдау антенна мен цифрлық серіктің дыбыс жиілігін қабылдайтын қабылдауыштан  тұрады. Цифрлық серіктің радио хабардың құрылымын Com Stream компаниясының құрылғысы негізінде көрсетейік. Тарату құрылғысы – кодек-мультиплексер. Аналогты түрде немесе цифрлық форматта дыбыстық сигнал DAC 700 кодерінің кірісіне беріледі. Кодерде аналогты сигналдар цифрлық сигналға түрленеді және ақпаратты сығу арқылы кодталады. Ақпаратты сығу мен мультиплексердің жұмыс жылдамдығын таңдай аламыз: 56, 64, 112, 128, 192, 256, 384 кбит/с. Әртүрлі жүйелер үшін сигнал сапалығының ақпаратты сығумен тәуелділігі 6.1 кестеде көрсетілген. Құрастырылған ақпарат легі ComStream CM701 серік модемінің модуляторына беріледі.

 

9 Кесте–Сигнал сапалығы мен ақпаратты сығу арасындағы өзара тәуелділік және аудио жиілік жолақтары

 

CM701 – әмбебап серікті модем, ақпаратты дуплексті беруге арналған. Модем кірісіндегі легі жылдамдығы 4,8...9800 кбит/с. Ақпарат легі Грей кодерімен екі бөлікке бөлінеді. Одан кейін ФМ-4 сигнал модуляторының кірістеріне түседі. Шығысында 70 немесе 140 МГц жиіліктегі ФМ-4 сигналы қалыптасады.

Com Stream ABR200 – цифрлық дыбыстық жиілік қабылдағышы.

Қабылдағыш келесі функционалдық тораптардан тұрады: демодулятор, басқарудың микропроцессорлық құрылғысы, декодер-қабылдауыш, сыртқы құрылғыларды басқару порты, қабылдауышты басқару және диагностикаға арналған порттар. ABR200 қабылдауышы 9 кестеде көрсетілген дыбысты, ақпаратты беру жылдамдықтарының  барлық жүйелерінде жұмыс істей алады. Аналогты сигналдар оператор пультына және дыбыс жазушы құрылғының кірістеріне беріледі. Аз жылдамдықты порт принтерге немесе трафикті автоматты қадағалау компьютеріне қосылады.

Цифрлық радио хабар сигналы Com Stream жүйесінде бір негізгі тасушы арқылы беріледі, 64 тен 512 кГц –ке дейін жиілік диапазонын алады, 64 немесе 356 кбит/с цифрлық лек жылдамдығы жетеді.

Модулятордан демодуляторға өтетін жол бойында сигнал бір жиілік диапазонынан екінші диапазонға бірнеше рет өтеді. Жиіліктерді ауыстыру үшін гетеродин қолданылады. Гетеродиннің тұрақсыздығынан демодулятордың кірісінде белгісіздік пайда болады. Мұндай жиілікті белгісіздік 2 МГц-тен асуы мүмкін. Сондықтан, қабылдағышты күйге келтіру кезінде белгіленген жиілікте сигналды ықтималдықпен анықтайды, одан кейін арна және желі идентификаторларын сарапқа салады. Сигналды табу үшін белгіленген идентификатор енгізіледі. Қабылдағыш тұтынушы енгізген идентификатор түрін тапқанша әр жиілікте іздейді.

ФМ-4 сигналын пайдаланғанда 90ғ айырмашылығы бар екі негізгі тасушы қолданылады. Қабылдағыш демодуляторы белгілі уақыттан кейін сигнал фазасын негізгілердің фазаларымен салыстырады. Лек жылдамдығы неғұрлым ақырын болса, соғұрлым екі тізбекті анализ фазаларының арасындағы уақыт аралығы ұзақ болады, соғұрлым жиілік дрейфі немесе гетеродиннің фаза флуктуациясы конвертердің шығысындағы 45ғ-тан артық фаза сигналы өзгереді және демодулятор шығысындағы шешімдерді қабылдау бұзушылығы.

Соңына айта кететін жайт, қазіргі кезде ТМД елдерінде цифрлық радио хабар сигналдарын қабылдау желілік станциялар – ретрансляторларында жүзеге асырылады. Жеке қабылдау әлі актуалды емес, себебі ABR200 қабылдағышының бағасы жоғары. Қабылдағышта бағдарламаларды сапалы қабылдау үшін диаметрі 2 метрден кем емес антенна қажет.

 

Әдебиеттер тізімі

1.  Мамаев Н С., Мамаев К. Н., Теряев Б.Г. Цифровое телевидение/Под ред. Н.С. Мамаева.–М.: Горячая линия – Телеком, 2001. - 180 с.

2.  Локшин Б. А. Цифровое вещание: от студии к телезрителю. –М.: Компания Сайрус системс, 2001.

3.  Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: Учебное пособие. – М.: Горячая линия –Телеком, 2001.

4.  Севальнев Л. А. Эфирное вещание цифровых телевизионных программ со сжатием данных//Теле-Спутник. – 1998.  -№10.-С. 56-64.

5   Сети телевизионного и ОВЧ ЧМ вещания: Справочник/ М.Г. Локшин, А.А. Шур, А.В.  Кокорев, Р.А Краснощеков. - М.: Радио и связь, I988.

6.  Кантор Л.Я., Соколов А.В, Кривошеев М.И. и др. Принимаем непосредственно из космоса/ Под общ. ред. А.В.  Гороховского и А.В. Соколова. - М.: ЗАО Журнал "Радио", 1998.

7.  Гласман К. Стандарт цифрового наземного телевидения DVB–T//"625". – 1999. – № 9. – С. 72-85.

8.  Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений/А.В. Дворкович, Ю.Б. Зубарев, Г.Н. Мохин, В.П. Нечепаев, Н.П. Новинский: под ред. Ю.Б. Зубарева и В.II. Дворковича. – М.: Международный центр научной и технической информации, 1997.

9.  Берсон В. Цифровой терминал для приема программы НТВ–Плюс//Теле-Спутник: Справочник. –1999. –С. 29–31.

10.  Зелевич Е. Цифровое радиовещание становится реальным/Технологии и средства связи. – 1999. – № 5. –С. 90–93.

11.  Зелевич Е. Прогресс цифрового радиовещания в НЧ, СЧ. и УКВ диапазонах//Технологии и средства связи. –1999.–№ 2.–С. 18–22.

12. Высоцкий Г. Построение сетей цифрового спутникового радиовещания//Теле-Спутник. – 1998. – № 9 –С.44–47.