- •Построение и эксплуатация цифровых телевизионных сетей
- •В.2 Регулярные сигналы и их аналитическое описание…..
- •2.4.3 Ацп с плавающей точкой……………………………………………
- •4.9.6.2 Звук……………………………………………………………..
- •5.Принципы построения и особенности внедрения систем цифрового тв вещания
- •5.1 Глобальная модель систем цифрового вещания
- •Введение
- •В.1 обзор существующих методов доставки цифровых телевизионных программ к потребителю
- •В.2 Регулярные сигналы и их аналитическое описание. Ортогональные разложения функций
- •Дискретизация функций рядами Фурье
- •1 Цифровые фильтры
- •1.1 Явление Гиббса
- •1.1.1 Сущность явления Гиббса
- •1.2 Весовые функции
- •1.4 Разностное уравнение
- •Нерекурсивные фильтры
- •1.6 Рекурсивные фильтры
- •6.3 Интегрирующий рекурсивный фильтр.
- •1.12 Структурные схемы цифровых фильтров
- •2 Аналого-цифровое преобразование
- •2.1 Цифровая обработка звуковых сигналов
- •2.2 Основы аналого-цифрового преобразования
- •2.2.1 Основные понятия и определения
- •2.3 Структура и алгоритм работы цап
- •Контрольные вопросы
- •2.4 Структура и алгоритм работы ацп
- •2.4.1 Параллельные ацп
- •2.4.2 Ацп с поразрядным уравновешиванием
- •2.4.3 Ацп с плавающей точкой
- •Контрольные вопросы
- •3. Звук.
- •3.1 Аудиосигнал
- •3.1.1 Звуковые волны
- •3.1.2 Звук как электрический сигнал
- •3.1.4 Сложение синусоидальных волн
- •3.4.3 Децибелы и уровень звука
- •3.4.6 Громкость
- •3.6 Цифровой звук
- •3.6.1 Частота дискретизации
- •3.6.2 Разрядность
- •3.7 Методы и стандарты передачи речи по трактам связи, применяемые в современном оборудовании (7 кГц)
- •3.7.1 Импульсно-кодовая модуляция (pcm — Pulse-Code Modulation)
- •3.7.3 Методы эффективного кодирования речи
- •3.7.4 Кодирование речи в стандарте cdma
- •3.7.5 Речевые кодеки для ip-телефонии
- •3.7.6 Оценка качества кодирования речи
- •3.8 Основные понятия цифровой звукозаписи
- •3.8.1 Натуральное цифровое представление данных
- •3.8.2 Кодирование рсм
- •3.9 Формат mp3
- •3.9.1 Сжатие звуковых данных
- •3.9.2 Сжатие с потерей информации
- •3.9.3 Ориентация на человека
- •3.9.4 Кратко об истории и характеристиках стандартов mpeg.
- •3.9.5 Что такое cbr и vbr?
- •3.9.6 Каковы отличия режимов cbr, vbr и abr?
- •3.9.7 Методы оценки сложности сигнала
- •3.9.8 Какие методы кодирования стерео информации используются в алгоритмах mpeg (и других)?
- •3.9.9 Какие параметры предпочтительны при кодировании mp3?
- •3.9.10 Какие альтернативные mpeg-1 Layer III (mp3) алгоритмы компрессии существуют?
- •3.10 OggVorbis
- •3.12 Flac
- •Вопросы:
- •Назначение звуковой системы.
- •Основные понятия цифровой звукозаписи.
- •4 Видеосигналы
- •4.1 Общие положения алгоритмов сжатия изображений
- •4.2 Алгоритмы сжатия
- •Gif (CompuServe Graphics Interchange Format)
- •4.3 Вейвлет-преобразования
- •4.3.1 Вейвлеты, вейвлет-преобразования, виды и свойства Вейвлет анализ и прямое вейвлет-преобразование
- •4.3.2 Непрерывное прямое и обратное вейвлет-преобразования
- •4.3.3 Ортогональные вейвлеты
- •4.4 Формат сжатия изображений jpeg
- •2) Дискретизация
- •3) Сдвиг Уровня
- •4) 8X8 Дискретное Косинусоидальное Преобразование (dct)
- •5) Зигзагообразная перестановка 64 dct коэффициентов
- •6) Квантование
- •7) RunLength кодирование нулей (rlc)
- •8) Конечный шаг - кодирование Хаффмана
- •4.5 Jpeg2000
- •4.5.1 Общая характеристика стандарта и основные принципы сжатия
- •4.5.2 Информационные потери в jpeg2000 на разных этапах обработки
- •4.5.3 Практическая реализация
- •4.6 Видеостандарт mpeg
- •4.6.1 Общее описание
- •4.6.2 Предварительная обработка
- •4.6.3 Преобразование макроблоков I-изображений
- •4.6.4 Преобразование макроблоков р-изображений
- •4.6.5 Преобразование макроблоков в-изображений
- •4.6.6 Разделы макроблоков
- •4.7 Mpeg-1
- •Параметры mpeg-1
- •4.8 Mpeg-2
- •4.8.1 Стандарт кодирования mpeg-2
- •4.8.2 Компрессия видеоданных
- •4.8.3 Кодируемые кадры
- •4.8.4 Компенсация движения
- •4.8.5 Дискретно-косинусное преобразование
- •4.8.6 Профессиональный профиль стандарта mpeg-2
- •4.9.11 Плюсы и минусы mpeg-4
- •4.10 Стандарт hdtv
- •5.Принципы построения и особенности внедрения систем цифрового тв вещания
- •5.1 Глобальная модель систем цифрового вещания
- •5.2 Определение и классификация систем доставки
- •5.3 Система цифрового телевизионного вещания dvb
- •6.Описание формата dvb-s2
- •8. Мультиплексирование в системах цифрового тв вещания
- •8.1 Уровни мультиплексирования
- •8.2 Статистическое мультиплексирование
- •8.3 Структура pes-пакета
- •8.4 Структура транспортных пакетов
- •8.5 Передача сервисной информации в системах цифрового тв вещания
- •8.5.1 Место сервисной информации
- •8.5.2 Таблицы сервисной информации
- •8.5.3 Использование таблиц сервисной информации
- •8.5.4 Передача таблиц сервисной информации
- •8.6 Синхронизация в системах цифрового тв вещания
- •8.6.1 Принцип постоянной задержки
- •8.6.2 Метки времени
- •8.6.3 Подстройка системных часов
- •8.6.4 Метки декодирования и предъявления
- •8.7 Коммутация транспортных потоков mpeg-2
- •8.7.1 Обобщенная модель коммутатора цифровых потоков
- •8.7.2 Работа буфера декодера
- •9. Организация многочастотных и одночастотных цифровых радиовещательных сетей
- •9.1Типы сетей наземного цифрового вещания
- •9.2 Модели канала
4.6.2 Предварительная обработка
В соответствии с принятым стандартом CCIR 601 обычно используется YUV-представление цифрового изображения с разрешением 720х576 по Y и 360х576 по U и V (4:2:2), при этом значения всех отсчетов задаются целыми числами из интервала 0-255. Попутно отметим, что такое разрешение определяет неквадратный пиксел с аспектным отношением 0.9375. MPEG-стандарт не ограничивает метода перехода от данного разрешения к требуемому - 352х288 по Y и 176х144 по U и V (4:1:1). Для примера можно привести следующий простой, но надежный способ. Сначала выбирается одно из полей полного кадра, т.е. выбрасывается его каждая вторая строка. Затем для Y производится построчное сглаживание фильтром вида (-29,0,88,138,88,0,-29)//256 и выборка каждого второго значения сглаженных строк. В результате мы приходим к матрице 360х288, уже из которой выбрасываются первые и последние четыре столбца. Аналогично поступают для U и V, но после выбора одного полукадра осуществляют как строчную, так и вертикальную выборки с сглаживающим фильтром вида (1,3,3,1)//8 - "ставят" по одному новому отсчету между двумя старыми. В результате получают, что на каждый фрагмент изображения размером 16х16 (макроблок) приходится 16х16 Y-отсчетов (4 блока 8х8) и по 8х8 U- и V-отсчетов (по одному блоку).
4.6.3 Преобразование макроблоков I-изображений
Все макроблоки I-изображения являются опорными (имеют тип intra) и подвергаются независимому преобразованию. Оно начинается с DCT каждого из шести блоков макроблока. Двумерное DCT определяется как
суммирование отсчетов изображения f ведется по пространственным координатам х,у (от О до 7), а полученные коэффициенты F задают представление изображения в частотной плоскости m,n (от 0 до 7). DCT является обратимым - по распределению F обратным преобразованием однозначно восстанавливается f. По физическому смыслу DCT сводится к представлению изображения в виде суммы (ко)синусоидальных гармоник (волн), значения F определяют амплитуды этих гармоник, а координаты m,n - их частоты. При этом значение F(0,0) пропорционально среднему уровню в блоке и может достигать величины 2040 (8*255). В то же время высокие частоты "отвечают" за передачу "тонких" деталей изображения. Поскольку, как правило, эти детали относительно среднего уровня слабо выделены, то и высокочастотные амплитуды имеют небольшие значения относительно F(0,0).
Следующим необходимым шагом преобразования является квантование коэффициентов DCT и сведение их к диапазону (-255,255). Установлено, что глаз более чувствителен к ошибкам передачи изменений значений на больших площадях, т.е. на низких частотах. Это требует использовать для них более точное квантование. Конкретная матрица квантования может задаваться кодером, но по умолчанию MPEG предполагает использование следующей эффективной матрицы, заимствованной из JPEG-стандарта:
8 16 19 22 26 27 29 34
16 16 22 24 27 29 34 37
19 22 26 27 29 34 34 38
22 22 26 27 29 34 37 40
22 26 27 29 32 35 40 48
26 27 29 32 35 40 48 58
26 27 29 34 38 46 56 69
27 29 35 38 46 56 69 83
Конкретный шаг квантования для каждой частоты определяется как произведение соответствующего значения матрицы и масштаба квантования. Кодер по необходимости может менять масштаб квантования от макроблока к макроблоку, но по умолчанию будет использоваться его предыдущее значение. Допустимый диапазон изменений масштаба - от 1 до 31. Таким образом, шаг квантования может меняться в широких пределах. Исключением является квантование значения F(0,0), для которого стандартом с целью повышения точности передачи средних уровней в блоках устанавливается фиксированный шаг, равный 8. Более того, в силу заметной корреляции средних уровней соседних блоков (для остальных коэффициентов это не так) квантованию подвергаются их разности (независимо для Y, U и V блоков). При этом исходные (опорные) значения для формирования разностей и последующего восстановления по ним в начале каждого раздела макроблоков установлены как 1024. Для передачи последовательности разностей эффективным оказывается метод Хаффмана (Huffman), который наиболее часто встречаемым значениям присваивает наиболее короткий битовый код. Таблица соответствия определяется стандартом.
Что касается остальных коэффициентов, то из вышеизложенного понятно, что большинство из них после квантования окажутся равными нулю. Характерный пример полученной матрицы значений приведен ниже.
1 0 0 0 0 0 0 0
2 -3 0 0 0 0 0 0
4 -5 0 0 0 0 0 0
1 0 0 13 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
Следующий шаг сводится к преобразованию матрицы в одномерную последовательность путем зигзаг-сканирования.
1 2 6 7 15 16 28 29
3 5 8 14 17 27 30 43
4 9 13 18 26 31 42 44
10 12 19 25 32 41 45 54
11 20 24 33 40 46 53 55
21 23 34 39 47 52 56 61
22 35 38 48 51 57 60 62
36 37 49 50 58 59 63 64
Для нее эффективным методом математического кодирования оказывается RLE (Run Legnth Encoding), который для передачи длинной цепочки нулей задает только ее начало и длину.