11.2. Кодеры цифрового сжатия

Кодер сжатия считается самым ответственным элементом в цепочке обработки цифро- вого сигнала, он в значительной мере определяет устойчивость и качество изображения при заданной скорости цифрового потока. Как уже неоднократно отмечалось, стандарт MPEG определяет структуру потока и эталонную модель декодера, но не накладывает ограничений на построение кодера или алгоритм его работы, так что для компаний- производителей имеется широкое поле деятельности в достижении наилучших показа- телей при минимальных ресу] сах расхода битов.

Рассмотрим устройство и работу кодера формата ТСЧ на примере семейства кодеров E-IxOO (Е-1000, E-1100, Е-1500) компании Tadiran Scopus. Структурная схема устрой- ства показана на рис.11.3. Кодер имеет модульную конструкцию и позволяет использо- вать сменные блоки входных интерфейсов, допускающие подачу как аналоговых (ком- понентных и композитных), так и цифровых видеосигналов. При работе с аналоговыми сигналами осуществляется композитное декодирование и аналого-цифровое преобразо- вание сигнала. При необходимости из аналогового сигнала с помощью дополнительно- го декодера выделяются сигналы телетекста для последующего ввода в мультиплексор. В случае использования цифрового входного интерфейса SDI с внедренным звуком в модуле входного интерфейса осуществляется выделение звуковых сигналов, которые затем поступают на кодеры звука. Как уже отмечалось, композитное декодирование приводит к заметному ухудшению качества изображения и потому не рекомендуется к использованию, его следует применять только при невозможности получить видеосиг- нал от источника в иной форме.

Важные функции в составе кодера выполняет предпроцессор. В Е-1000 он осуществ- ляет цифровую фильтрацию и синхронизацию кадров. В модели Е-1100 производятся дополнительная временная обработка и шумоподавление. Предпроцессор также вводит тестовые сигналы и заставки.

Видеокодер построен на базе однокристального MPEG-2 процессора DVXpert компа- нии C-Cube. Компрессированный поток видеоданных с выхода кодера поступает через высокоскоростную шину PCI в буфер, позволяющий поддерживать постоянную ско- рость цифрового потока на входе мультиплексора.

Стандартным решением для кодера считается наличие двух стереоканалов звука. В кодерах E-IxOO предусмотрена подача как цифровых сигналов AES/EBU, так и анало- говых сигналов, в последнем случае осуществляется аналого-цифровое преобразование с разрядностью 18 бит/отсчет и частотой дискретизации 32, 44,1 или 48 кГц. Звуковые кодеры выполнены на цифровых сигнальных процессорах. В зависимости от выбранно- го режима скорость выходного потока в канале может изменяться в пределах от 32 до 384 кбит/с, обеспечивая Уровни I или II стандарта MPEG-I (MPEG-2). Возможна установка двух дополнительных кодеров звука, что дает возможность организовать в общей сложности 4 стерео или 8 моноканалов. С выходов кодеров элементарные пото- ки сжатых звукоданных подаются на мультиплексор.

Общепринятым для кодеров сжатия становится наличие каналов передачи данных пользователя низкоскоростного асинхронного со скоростью до 115,2 кбит/с и синх- ронного со скоростью до 2 и более мегабит в секунду. Кодеры семейства E-IxOO позво- ляют сформировать оба вида каналов. Для высокоскоростных данных используется последовательный синхронный интерфейс RS422. Данные с этого входа преобразуются в параллельный формат и через управляемый буфер подаются непосредственно на вход мультиплексора. Максимальная скорость передачи данных — 20 Мбит/с. Оригиналь- ное техническое решение компании Tadiran Scopus позволяет использовать высокоско- ростной вход данных для каскадного подключения второго кодера. Специальное про- граммное обеспечение загружается в мультиплексор и обеспечивает возможность ремультиплексирования транспортного потока от другого кодера. Внешний транспорт- ный поток подается на вход модуля мультиплексора вместе с внутренними элементар- ными потоками и объединяется в единый транспортный поток, при этом осуществляет- ся замена PID и ресинхронизация PCR.

Низкоскоростные данные поступают для обработки на последовательный асинхрон- ный порт центрального контроллера. Этот контроллер управляет также всей работой кодера. При запуске устройства он считывает из специальной энергонезависимой памяти конфигурационные параметры кодера. Далее с флэш-диска в оперативную память загру- жается программа работы кодера, которая содержит инструкции по выполнению всех операций предобработки, цифрового сжатия, мультиплексирования. Для целей обновле- ния программного обеспечения существует отдельная энергонезависимая память, позво- ляющая хранить предыдущие загрузочные версии программного обеспечения. Такая сис- тема позволяет гибко конфигурировать кодер, производить модернизацию программного обеспечения и по мере необходимости устанавливать различные опции, такие, как стати- стическое мультиплексирование, скремблирование и поддержка профиля «4:2:2».

Контроллер имеет два последовательных асинхронных порта RS-232. Один порт, как уже упоминалось, предназначен для приема низкоскоростных асинхронных данных на скорости до 115 кбит/с. Другой порт может использоваться для управления и диаг- ностики посредством подключения к персональному компьютеру. Передняя панель ко- дера имеет шесть кнопок для управления, жидкокристаллический индикатор и светоди- од для отображения состояния. Для доступа к сети Ethernet имеется специальный преобразователь.

Помимо первоначального конфигурирования интерфейсов, кодера, мультиплексора и других компонентов устройства, контроллер осуществляет взаимодействие с внешни- ми по отношению к кодеру приборами, что позволяет:

• управлять кодером с помощью системы управления NMS-4000;

• управлять кодером через сеть Teinet;

осуществлять загрузку нового программного обеспечения с использованием TFTP протокола;

управлять процессом статистического мультиплексирования;

— управлять процессом скремблирования.

Большая часть выпускаемых промышленностью кодеров формирует минимально не- обходимый набор PSI таблиц и потому может работать в одноканальном режиме без дополнительного мультиплексора, непосредственно создавая транспортный поток на входе модулятора. Разумеется, в этом режиме не обеспечивается ввод извне сообщений условного доступа, ЭПП и других дополнительных сигналов. В кодерах E-IxOO генера- ция служебных таблиц осуществляется центральным контроллером, при этом назначе- ние PID для разньк потоков производится с передней панели кодера. В случае исполь- зования внешней базы данных сервисная информация поступает от системы управления через интерфейс с Ethernet.

Модуль мультиплексора в составе кодера решает две основные задачи. Первая зада- ча — прием элементарных потоков от видеокодера и звуковых кодеров, потоков дан- ных (низкоскоростных и высокоскоростных), прием и ресинхронизация транспортного потока от другого кодера (вместо высокоскоростных данных), мультиплексирование всех потоков, введение и замена служебной информации. Второй задачей является скремблирование выходного транспортного потока. Кодер может поддерживать два типа скремблирования: 1) собственной разработки Tadiran Scopus — с фиксированным клю- чом; 2) скремблирование BISS для систем цифровой видеожурналистики (DSNG-CA) с возможностью смены ключей.

На выходе мультиплексора форми- руется суммарный однопрограммный или двухпрограммный транспортный поток MPEG-2/DVB. При этом ис- точником сигнала синхронизации ско- рости всех потоков может служить как внешний, так и внутренний генератор. Выходной сигнал может формировать- ся в одном или нескольких общепри- нятых стандартах. Наиболее широко применяется стык DVB-ASI, реже ис- пользуются DVB-SPI, RS-422 и нестан- дартизованные форматы отдельных производителей (M2S и М2Р компа- нии Divicom/Harmonic, TAXI компа- нии NDS/Tandberg Television и др). Максимальная скорость цифрового потока определяется выбранным профилем и уровнем компрессии, для наиболее часто применяемого сочетания ML@MP она составляет 15 Мбит/с. Практически используе- мая скорость в канале зависит от назначения передачи (распределение программ, не- посредственное вещание), содержания программы, качества кодера («хорошие» кодеры обеспечивают равное качество при меньшей скорости потока), требуемого разрешения по вертикали и горизонтали. Последняя зависимость иллюстрируется табл. 11.1.

Табл. 11.1