ІНФОРМАЦІЙНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВИХ ВІДЕОСИГНАЛІВ

Швидкість потоку та інформаційний обєм телевізійного цифрового сигналу

Реалізація цифрового запису телевізійних сигналів, ширина спектру яких сягає 6.5 МГц, пов'язано з необхідністю збільшення швидкості передачі інформації порівняно з системою CD. Оцінимо швидкість цифрового потоку, який отримують при перетворені в цифрову форму телевізійного сигналу, використовуючи формат D1 (4:2:2).

Відповідно до цього формату здійснюється компонентний запис сигналів, тобто сигнал яскравості та обидва кольоро-різницеві сигнали перетворюються у цифрову форму та кодуються окремо.

Частота дискретизації цих сигналів визначається по формулі (6.1):

, (6.1)

де – частота рядкової розгортки.

Чисельні значення частот дискретизації, у відповідності (6.1), складають:

, (6.2)



Ці три сигнали квантуються окремими 8-розрядними АЦП.

Враховуючи, що (6.2) визначає кількість відліків сигналу за одну секунду, знайдемо швидкість цифрового потоку відеоінформації:

(6.3)

Сигнали звукового супроводження дискретизуються з частотою 48кГц. Розрядність подання цифрових відліків – 16.

Стандартом обумовлено перетворення у цифрову форму сигналів від чотирьох звукових каналів. Тому інформаційний цифровий аудіо–потік дорівнює:

(6.4)

Крім цього, для покращення завадостійкості у інформацію, що записується, вводяться додаткові коди, а також на стрічку записуються сигнали керування. У результаті цього створюється додатковий потік із швидкістю приблизно 8 Мбіт/с.

Підсумувавши значення, отримані при обчисленнях (6.3), (6.4), та врахувавши додатковий потік, знайдемо загальну швидкість потоку цифрового телевізійного сигналу:

HYPER14HYPER15 (6.5)

Якість зображення, яке отримують у результаті компресії, залежить від швидкості цифрового потоку після компресії. Одна з таких залежностей для стандарту стиску MPEG-2 приведена на рис. 6.1



Рисунок 6.1 - Залежність якості телевізійного зображення з цифровою

Компресією від швидкості вихідного цифрового потоку



Розглянемо формат стиснення MPEG–4, який є універсальним засобом обробки відео та аудіо інформації. На відміну від формату MPEG–2, де обєктом виступає кадр, у цьому форматі кадр може бути роздроблений на незалежні сюжетні складові, з якими можна виконувати певні дії (копіювати, вставляти, рухати).

Формат визначає також більш ефективне стиснення та зменшення обєму необхідних для цього обчислень.

Контрольні запитання та завдання.

Пояснити з орієнтацією на області використання різницю між стандартами стиснення, які працюють з можливістю точного відновлення сигналів при декомпресії, та стандартами стиснення з втратами.

Стиснення без втрат інформації – це процес, який передбачає стиснення та відновлення сигналу в первісну форму без втрат.

Стиснення із втратою інформації – це процес, при якому стиснення сигналу здійснюється таким чином, що повне відновлення первісного сигналу неможливе, частіше за все таке стиснення засновано на суб’єктивному сприйнятті. Використовується для нерухомих та рухомих зображень, коли якість відновленого сигналу повинна бути суб'єктивно прийнятна, при стисненні звуку (втрачаються малопотужні гармонічні складові, які не сприймаються людиною на фоні потужних складових). Прикладом є стандарти JPEG, MPEG.

Істотною відмінністю цих двох стандартів стиснення є те, що стиснення із втратою інформації забезпечує значно більший ступінь стиснення, ніж без втрат.

На яких принципах базуються алгоритми стиснення аудіо та телевізійних сигналів? Що у підходах до стиснення є загальне і у чому полягає різниця?

Принцип стиснення аудіо сигналів базується на особливості людського слуху, що називається маскуванням. При наявності у спектрі звукового сигналу гармонік з великою та маленькою амплітудою, що розташовані поряд, малопотужні складові слухом практично не сприймаються, тому їх не враховують.

Принцип стиснення відеосигналів базується на тому, що телевізійний сигнал є надлишковим, і оскільки від кадру до кадру міняється тільки деяка частина рухомого зображення – як правило дія відбувається на передньому плані, а фон залишається досить стабільним.

При стисненні аудіо та відеосигналів використовують слухові та зорові сприйняття людини, нижчу розрізняльну здатність ока для кольорових зображень, що дозволяє не враховувати малопотужні високочастотні складові, і в обох випадках позбавляє від надмірності інформації.

Великого стиснення досягнуто в телевізійних сигналах, за рахунок стиснення спектру відеосигналу і спектру звукового каналу.

У форматі запису D2 передбачається композитний запис сигналу яскравості та кольоро-різницевих сигналів. Частота дискретизації 17.73 МГц, а розрядність АЦП – 8. Знайти швидкість цифрового потоку, який утворюється при вказаній частоті та частоті дискретизації свого варіанта завдання:

(6.6)

Знайдемо швидкість цифрового потоку по формулі (6.1):

(6.7)

Для стандартної частоти дискретизації:

(6.8)

Для частоти дискретизації по варіанту:

(6.9)

Використовуючи дані рис.6.1, визначимо, яким повинний бути коефіцієнт стиснення цифрового сигналу, щоб його можна було відтворювати з якістю відеомагнітофона.

Для відеомагнітофона границі швидкості передачі лежать у межах 1.35...3.9 Мбіт/с. Візьмемо середнє значення Vк= 2.5Мбіт/с.



Коефіцієнт стиснення визначаємо по формулі (6.2):

(6.10)

де V – вихідна швидкість цифрового потоку; Vк – швидкість потоку після компресії, тоді:

. (6.11)

Зобразимо рисунок структурної схеми перетворення телевізійних сигналів у цифрову форму у форматах D1 і D2 (рис.6.2).



Рисунок 6.2 - Структурна схема процесу перетворення до цифрового стандарту 4:2:2



















РА071.050901.006 ПЗ







Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.