7.5 Канальне кодування

Цифрові сигнали з високим рівнем компресії вельми уразливі для завад в каналі передачі. Тому вони потребують ефективного виявлення і виправлення помилок. Як показали дослідження, в цифровому телеві­зійному мовленні інтенсивність помилок має бути порядку 10^-10... 10^-12 біт. Це відповідає появі за одну годину передачі не більше 0,1...10 по­милкових біт. Канал передачі з настільки низькою інтенсивністю поми­лок називають квазібезпомилковим каналом. Подібних фізичних каналів в реалії не існує. Проте умови передачі з такими жорсткими вимогами до безпомилковості передачі цифрової інформації мають бути виконані.

Для цього робляться певні запобіжні засоби, які гарантують, що помилки, викликані фізичним середовищем передачі, будуть виявлені і по можливості скоректовані. З цією метою сигнал піддається так звано­му завадостійкому кодуванню при якому в нього вводиться певна над­лишковість, що дозволяє виявляти помилки і виправляти їх. З завадос­тійких кодів найширше застосовується код Ріда-Соломона. Введення додаткової надлишковості для реалізації завадостійкого кодування не знижує помітним чином загальний результат досягнутий від застосу­вання прийомів компресії цифрового сигналу.

Крім того, над підданим компресії цифровим сигнал здійснюються і деякі інші операції, які в сукупності з завадостійким кодуванням від­носять до розряду процедур так званого канального кодування. Зокрема проводиться: операція скремблювання даних з метою більш рівномірно­го розподілу енергії сигналу і так зване перемежування, яке дозволяє довгі пакети помилок розподілити на відліки, далеко віддалені один від одного.

7.6 Типи зображень

При міжкадровому кодуванні, що засноване на часовій надлишковості, можливі різні способи передбачення. Залежно від цього зобра­ження в своїй часовій послідовності підрозділяються на такі типи:

- I (intra) - зображення, що грають роль опорних при відновленні інших зображень. Передбачення для них не формується;

- P (predicted) - зображення, що кодуються з передбаченням на ос­нові попереднього I або P зображення;

- B (bidirectionaly predicted) - зображення кодовані шляхом двонап- равленого передбачення на основі попереднього і наступного зо­бражень типу I або P.

Зображення об'єднуються в групи (GOP - Group of Pictures), що є повторюваними серіями з послідовності зображень. Типовою є група, що містить дванадцять зображень. Надходження цих зображень на вхід компресора можна представити у вигляді послідовності:

I0 ,B1,B2 ,P3,B4 ,B5 ,P6 ,B7 ,B8 ,P9 ,B10 ,B11, I12 ,B13,B14 ,P15,...

Буквами на малюнку позначається їх тип. а цифрами 0,1, 2,... - по­рядок надходження на вхід компресора. Порядок обробки цих зобра­жень і передачі дещо відрізняється:

I0 ,P3,B1,B2 ,P6 ,B4 ,B5 ,P9 ,B7 ,B8 , I12 ,B10 ,B11,P15,B13,B14 ,...

Починається група із зображення типу I, яке кодується незалежно від інших і піддається лише внутрішньокадровій компресії. Це зобра­ження стане опорним для всіх решти одинадцяти зображень. Потім ко­дується і передається кадр P₃ . Він піддається процедурі кодування на основі першого кадру I₀. Очевидно, що глибина компресії цього зобра­ження більше, оскільки тут скорочена і просторова, і часова надлишковість. Потім кодуються кадри B₁ і B₂ шляхом двонаправленого передбачення у вигляді напівсуми зміщених фрагментів в кадрах I₀ і P₃. Саме тому, що при їх декодуванні па приймальному кінці системи будуть по­трібні кадри I₀ і P₃, змінений порядок їх передачі: кадри I₀ і P₃ переда­ються раніше, ніж B₁ і B₂.

Зображення типу B піддаються компресії найглибше. Якщо P ка­дри вимагають для своєї передачі в три рази менше бітів, чим I кадри то у B зображеннях число бітів для більшості сюжетів в 2-5 разів менше, ніж в P . Як наслідок, страждає завадостійкість B кадрів. Тому для захи­сту від можливих помилок зображення В не використовуються для пе­редбачення жодних інших зображень.

Подальший порядок кодування і передачі зображень в групі анало­гічний описаному вище: P₆ передбачається на основі P₃; P₉ - на основі P₆; B₄, B₅ - на основі P₃ і P₆; B₇ та B₅ - на основі P₆ та P₉ і так далі.

На закінчення слід зазначити, що до якого б типу не відносилися зображення, що передаються з передбаченням, усередині них можуть знаходитися фрагменти, які доцільно кодувати за іншим типом: напри­клад, в зображеннях P або B типу можуть бути макроблоки I типу. Рі­шення про спосіб передбачення приймаються кодером залежно від вміс­ту зображення, що впливає на ступінь "економії" у передачі даних різни­ми способами. Якщо ця "економія" виявляється незначною, та перевага віддається точнішому кодуванню по алгоритму обробки I зображення.