Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Siemens/A19870123Elc008.shtml

Передача сигналов цифрового ТВ со скоростью 2 Мбит/с

Мюнхен. В процессе поиска эффективного метода сжатия видеоинформации, который мог бы начать передачи программ цифрового телевидения, исследователи фирмы Siemens AG разработали способ передачи движущегося изображения в виде цифрового потока всего 2 Мбит/с и при этом без сколько-нибудь заметной потери качества.

Такое снижение скорости передачи (в настоящее время требуется 140 Мбит/с) окажется весьма полезным в будущем особенно для создаваемых цифровых сетей с комплексными услугами (ISDN), предназначенных для передачи данных со скоростью 64 кбит/с или кратной ей. Ожидается, что максимальная скорость 2 Мбит/с будет выбрана в качестве стандартной, и произойдет это, по-видимому, в конце десятилетия. Резкое сокращение цифрового потока поможет лучше использовать пропускную способность существующих кабельных линий.

Специалисты из корпоративного исследовательского центра фирмы Siemens в Мюнхене работают сейчас над техническим воплощением их метода, основанного на математическом дискретном косинусном преобразовании. ДКП — особый вид преобразования Фурье, учитывающий только косинусную составляющую сигнала.

Заведующий лабораторией Эккарт Хундт сообщил, что аппаратура будет готова для использования в сетях общего пользования к моменту, когда скорость передачи 2 Мбит/с станет стандартной. Но прежде ею можно будет воспользоваться в местных и частных сетях, не имеющих стандартов.

Хундт и его коллеги все же не полностью удовлетворены результатами, поэтому они в настоящее время прорабатывают принципы снижения цифрового потока до гораздо меньших значений: 384 и даже 64 кбит/с в дальнейшем. Машинное моделирование показало, что метод фирмы Siemens уже обеспечивает приемлемое качество изображения. По мнению Хундта, дополнительные исследования позволят получать высококачественное изображение даже при такой сравнительно низкой скорости передачи.

Парциальное изображение. Стремясь уменьшить цифровой поток, фирма Siemens передает только движущиеся части изображения (светлые участки).
Парциальное изображение. Стремясь уменьшить цифровой поток, фирма Siemens передает только движущиеся части изображения (светлые участки).

Обычно при переходе от одного кадра к другому с частотой 30 кадр/с (25 кадр/с в Европе) изменяется только небольшая часть элементов изображения. Поэтому наиболее очевидный способ сжатия видеоданных сводится в передаче лишь изменений изображения. Однако такой метод может дать коэффициент сжатия от 5 до 10, что совершенно недостаточно для преобразования потока 140 Мбит/с в поток 2 Мбит/с, не говоря уже о потоке 64 кбит/с.

ДКП позволяет добиться существенно большего сжатия видеоданных. Метод ДКП, над которым работает фирма Siemens (как и другие фирмы в разных странах), предусматривает разбиение ТВ-изображения на блоки, например блоки размером 16*16 элементов.

«Экономичные» коэффициенты. Для каждого блока вычисляют коэффициенты, дающие точное описание содержания изображения в блоке. Каждый коэффициент, представляющий собой действительное число, характеризует определенную частотную составляющую сигнала. Распределение вероятностей этих коэффициентов делает их гораздо более подходящими для сжатия данных, чем, скажем, значения яркости отдельных элементов отображения.

ДКП служит для обнаружения и контроля изменений используемых коэффициентов от кадра к кадру. Изменения малой величины передаются полностью.

Однако разности могут оказаться значительными, например при быстром перемещении объекта передачи, и тогда передаются только наибольшие разности. Малые разности и детали передаются в последующих кадрах. Обычный наблюдатель вряд ли заметит процесс формирования изображения и манипуляции с ним. Только тщательное рассматривание изображения позволяет заметить временную незначительную потерю четкости при наличии быстрых перемещений на экране.

Хотя метод ДКП хорош и в базовом варианте, Хундт и его группа считают, что его можно усовершенствовать и получить изображение намного более высокого качества. С этой целью специалисты фирмы Siemens предложили особый метод кодирования, предусматривающий не только стандартное ДКП и дифференциальную импульсно-кодовую модуляцию, но и обнаружение групп коэффициентов в области преобразования, использование адаптивного кода Хаффмена и манипулирование сигналом на выходе буферного ЗУ.

Как пояснил инженер-исследователь Вальтер Тенглер, усовершенствованный метод основан на измерении энергии каждого коэффициента и отборе коэффициентов, подлежащих передаче. В классификационной таблице три группы: первая содержит коэффициенты при быстром движении, вторая — коэффициенты, соответствующие умеренной скорости движения, а третья — коэффициенты при медленном движении. Кодер Хаффмена определяет, какие коэффициенты появляются часто, а какие нет. Часто встречающиеся коэффициенты получают более короткие кодовые слова.

Описание деталей. По словам Тенглера, такая классификация и способ назначения кодов приводят к существенному уменьшению объема данных, требующихся для описания движения, и, следовательно, больше остается слов для коэффициентов, описывающих детали изображения.

Коэффициенты, кодированные по Хаффмену, записываются в буферное ЗУ, на выходе которого образуется постоянный цифровой поток 2 Мбит/с. Сохранение исходного качества изображения достигается в выходном буфере путем управления процессом квантования и процессом классификации различных интенсивностей движения с помощью петли обратной связи.

Метод фирмы Siemens позволяет при скорости передачи 2 Мбит/с получить отличное изображение — даже в случае быстрого изменения его деталей. Конечная цель — иметь высокое качество изображения при скорости 64 кбит/с. Однако при этом передаваемое изображение не может сохранить полное разрешение. Если обычная разрешающая способность составляет 540*575 элементов, то при скорости 64 кбит/с остается только треть разрешающей способности, т.е. 360*288 элементов. Более того, за 1 с передается всего 8,33 кадра.

Чтобы движение в изображении не казалось прерывистым, как в первых картинах немого кино, недостающие кадры генерируются с помощью небольшого компьютера. Его задача — интерполировать имеющиеся кадры и ввести пропущенные кадры в цифровой поток. Первые испытания нового метода дали хорошие результаты [No.32, pp.40,41].

Джон Гош

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.20 (753), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.12

Electronics Vol.59 No.32 October 2, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Телевидение





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Siemens/A19870123Elc008.shtml