ОтличияMpeg-1иMpeg-2

СтандартMPEG-2являетсяразвитиемирасширениемстандартаMPEG-1.ПотоквидеоданныхMPEG-2содержитсоставляющие,которыхнетвMPEG-1.По-видимомунаиболееважнымотличиемдвухстандартовявляетсяналичиевMPEG-2масштабируемостиивсехсвязанныхснейособенностей.

ВстандартеMPEG-1нетnринциnиальныхограниченийнаразмерыкоди­руемыхизображенийинаиспользованиечересстрочнойразверткипосравне­ниюсMPEG-2.ТемнеменееMPEG-1предназначендлясжатиядвижущихсяизображенийспрогрессивнойразверткой,частотойкадровдо30Гц,количест­вомстрокдо576иколичествомэлементоввстрокедо720.Приэтамполучает­сяпотокданныхсоскоростьюпередачидвоичныхсимволовдо1856000бит/с.

Далее,MPEG-1допускаеткодированиетелевизионныхсигналовсчересст­рочнойразверткойтольковкадровомрежиме,авMPEG-2имеетсяnолевойрежим,болееэффективныйприналичиисущественныхизмененийизображе­нияотnервогополякадраковторому.

Вэтомрежимедваполякадракодируютсянезависимо.Например,/-кадрможеткодироватьсякакдва/-поляиликак/-полеиР-поле.Этивозможностипридаютдополнительнуюгибкостькодированию,чтопозволяетдостичьболеевысокойэффективностисжатия.

НапрактикеMPEG-1обычноисnользуетсядлясжатиядвижущихсяизобра­женийразмером360х240элементовспрогрессивнойразверткой(форматSIF).Такоесжатиепозволяетзаписыватьвидеопрограммыснекоторойпотерейчет­костинакомпакт-дискиивоспроизводитьихнаПК,выполняядекодированиевреальномвременичистопрограммнымисредствами.ВтожевремяMPEG-2являетсяосновойбыстроразвивающихсяираспространяющихсясистемциф­ровоготелевизионноговещания,атакжеприменяетсядлязаписикинофильмовидругойвидеоинформациинадискистандартаDVD,обеспечивающиевысокоекачествоизображенияизвука.

ГруnпаMPEGначиналаработунадстандартомMPEG-3,определяющим

методысжатиядлятелевидениявысокойчеткости(ТВЧ).ОднаковпроцессеработнадстандартомMPEG-2внегобыливключеныуровни,соответствующиеТВЧ(см.табл.4.4),поэтомунеобходимостьвстандартеMPEG-3отпала(оне­правильномиспользованииэтоготерминасм.вконцеподпараграфа4.3.2).

ИскаженияизображенийприсжатиипостандартамMPEG.Достижимыестеnенисжатия

Далееприведенпереченьхарактерныхискаженийизображений,возникаю­щихврезультатекодированияпостандартамMPEG-1илиMPEG-2придоста­точнобольшихстепеняхсжатия[19].Искаженияпривнутрикадровомкодирова­ниилегкоможнопосмотретьнапереональномкомпьютере,например,спомо­щьюпопулярнойпрограммыAdobePhotoshop.

Искажения,создаваемыевнутрикадровымкодированием(см.рис.4.5.)

1.Заметностьграницблоков·(блокинг-эффект).Таккаксоседниеблокикоди­руютсяидекодируютсянезависимодруготдруга,топрибольшихстепеняхсжа­тияпослеквантованияидеквантованиявнихмогутполучатьсязаметноразли­чающиесякоэффициентыДКП,соответствующиепостоянныминизкочастотнымсоставляющим.Врезультатеизображениявсоседнихблокахмогутсильноотли­чатьсядруготдругапояркости,цвету,характерудеталейитекстуры.

2.Размытиеизображения(ссзамыливание))).Наблюдаетсяприбольшомко­

эффициентесжатияизображения.ОбусловленоограничениемлибополнымзанулениемкоэффициентовДКП,соответствующихвысокимпреетранетвен­нымчастотам,врезультатечегомелкиедеталиизображениястановятсяраз­мытымиилиполностьюпропадают.

З.Появлениеокантовокнарезкихпереходахяркостиизображения.Этотэффектобусловлензначительнымиискажениямилибополнымподавлениемвысокочастотныхсоставляющихпреетранетвенногоспектра.

4. РазмытиецветовИмееттужепричину,чтоиэффектокантовкинаграни­цах,нопроявляетсянаучасткахизображениясрезкимискачкамивсигналеяркости.

5. Эффектступенек.Возникаеткакрезультатнеправильноговосстановле­

нияилипередачикраевизображенийвнутриблока.Эффектпроявляется,какправило,привосстановленииизображениявувеличенноммасштабе.

Искажения,создаваемыемежкадровымкодированием.

1. Ложныеграницы.Наблюдаютсяприкомпенсациидвижения.Этотэффектявляетсяпрямымследствиеммежкадровогокодированиявидеосигнала.

2. Эффект((комаров)).Проявляетсякакфлуктуациияркостиилицветностив

блокенаграницемеждудвижущимсяобъектомифоном.Эффектвозникаетвследствиеизмененияпараметровквантованияразностидействительногоипредсказанногоизображенийоткадраккадру.

З.Зернистыйшумвстационарнойобласти.Проявляетсякакмедленнодви­

жущиесямерцающиешумынизкойинтенсивностивобластях,вкоторыхимеет­сялишьмалоедвижениелибодвижениеотсутствуетполностью.

4. Появлениенеправильныхцветоввмакроблакепоотношениюкегоис­ходнымцветамикцветамокружающейобласти.

5. Появлениеследовзадвижущимисяобъектами,которыемогутсохранять­

сясравнительнодолго.

КакиежестепенисжатияреальнодостижимыприиспользованииMPEG-2?ВсоответствиисРекомендацией601придискретизации4:2:2получаетсяско­ростьпередачидвоичныхсимволов216Мбит/с.Припереходекформату4:2:0,которыйиспользуетсядлятелевизионноговещания«MainProfile@MainLevel••,

скоростьпередачидвоичныхсимволовсокращаетсядовеличины162Мбит/с,относительнокоторойибудемопределятьстепеньсжатия.

Втехническихжурналахотмечалось,чтонапрактикедляполучениястудий­ногокачествапринятогоизображенияможносжиматьвидеоинформациюдоскоростипередачи9Мбит/с,т.е.в18раз.Дляполучениякачестваизображе­ния,сравнимогособычнымизображениемпосистемеPAL,-до4...5Мбит/с,т.е.в30...40раз.Качествоизображения,сопоставимоесполучаемымпривос­произведениивидеозаписейстандартаVHS,достигаетсяприсжатиидоуровняоколо1,5Мбит/с,т.е.болеечемв100раз.

2. КодированиеидекодированиезвуковогосопровождениявстандартахMPEG-1иMPEG-2

Общийпринципкодированиязвука

СжатиезвуковойинформациивстандартахMPEG-1иMPEG-2основанонасвойствахслуха.Принципсжатиязаключаетсявразделениизвуковогосигналаначастотныеподдиапазоны,длякаждогоизкоторыхзадаетсясвоечислоуровнейквантования,взависимостиоттого,каковвкладзвукавэтомчастот­номподдиапазоневобщийвоспринимаемыйчеловекомзвук,инасколькоза­метнынаслухискажения,создаваемыеквантованием

Во-первых,учитываетсязависимостьчувствительностислухаотчастотызвука

Наибольшаячувствительностьхарактернадлячастот2...4кГц,поэтомувэтойоб­ластичастотнеобходимоделатьболееточноеквантование,т.е.задаватьбольшеечислоуровнейквантования.Ближекобоимконцамдиапазонаслышимыхчастотчувствительностьслухауменьшается,поэтомудлясоответствующихчастотныхпордиапазоновможноосуществлятьболеегрубоеквантование.

Во-вторых,учитываетсяявлениемаскирования.Громкиезвукимаскируютимеющиесяодновременноснимиболеетихиезвукивдругихчастотныхпод­диапазонах,причемчемдальшепочастотеотстоитмаскируемыйтихийзвукотмаскирующегогромкогозвука,темслабеесказываетсяэффектмаскирования.Примерныйвидзависимостейпороговойгромкостимаскируемогозвукаотчас­тотыпоказаннарис.4.11[20].Маскирующимзвукомявляетсяузкополосныйшумсчастотой1кГц.Криваяасоответствуетуровнюгромкостимаскирующего

звука100дБ.Криваяб-уровню60дБ.Криваявпоказываетабсолютныйпорог

слышимостинаразныхчастотах.Еслиуровеньгромкостизвуканазаданнойчастотенижекривой,тоэтотзвукполностьюмаскируется.Например,пригром­костимаскирующегозвука100дБназвуксчастотой2кГцбудетмаскировать­ся,еслиегогромкостьменьшепримерно70дБ.

Помимоэтого,болеегромкийзвукмаскируетзвуки,следующиезанимвин­

тервалевременидо100...120мс,идажезвуки,опережающиеегона10...20мс.

Впроцессекодированияанализируетсяраспределениегромкостизвукапо

частотам,ивтехчастотныхдиапазонах,которыемаскируютсягромкимизвука­мивсоседнихчастотныхдиапазонах,уменьшаетсячислоуровнейквантования,таккакискажения,создаваемыеквантованием,небудутвосприниматьсяслу­шателемвследствиемаскирования.

Кодируемыезвуковыесигналы.Уровни(Layers)

ВсоответствиисостандартамиMPEG-1иMPEG-2частотадискретизациивходныхзвуковыхсигналовможетприниматьзначения48,0;44,1и32,0кГц.ВMPEG-2дополнительнопредусмотренызначения24,0;22,05и16кГц.MPEG-1позволяеткодироватьдвазвуковыхсигнала,чтодаетстереофоническийзвук,аMPEG-2-пятьзвуковыхсигналов(левый,центральный,правый,левыйты­ловойиправыйтыловой),чтообеспечиваетобъемноезвучание(Surround).УказанныедоnолнительныевозможностиMPEG-2достигаютсявведениемдо­полнительныхсоставляющих,называемыхрасширениями(extension)впотокданныхнавыходекодера.Помимоуказанныхвыше,MPEG-2предусматриваетрасширениедлядополнительногоканаланизкихзвуковыхчастот(subwoofer)ирасширениедлямногоязычногозвуковогосопровождения(до7каналов)

1

80----------

60

20

0,1 0.20.5 2 5 ^10f.кГц

Рис.4.11.Частотнаязависимостьмаскирования

ВMPEG-1ивMPEG-2естьтриуровнякодированиязвуковойинформации(Layer1,Layer11иLayer111),накаждомизкоторыхреализуетсяописанныйвышеобщийпринцип.Уровниразличаютсямеждусобойсложностьюприменяемыхсредствобработкиидостигаемойстепеньюсжатия,причемобаэтипоказателярастутсростомномерауровня.Декодерболеевысокогоуровняможетдекоди­роватьпотокданных,созданныйкодеромболеенизкогоуровня,ноненаоборот.

Операции,выполняемыеприкодировании

Наструктурнойсхемакодеразвуковойинформации,приведеннойнарис.4.12,показаны:блокфилыровБФ,блокмасштабированияиквантованияБМиКв,блоккодированияБКод,блокформированияпотокаданныхБФПД,блоквычислениябыстрогопреобразованияФурьеБПФиблокпсихаакустиче­скоймоделиПАМ.

Входнойцифровойзвуковойсигналразделяетсянакадры(frame),каждыйизкоторыхкодируетсяидекодируетсянезависимоотдругихкадров(Layer1и

Layer11)илисучетомнекоторыхданныхизпредыдущихкадров(Layer111).Раз­меркадра384отсчетадляLayer1и1152отсчетадляLayer11иLayer111.

ВMPEG-1иMPEG-2используетсякодированиезвуковыхсигналовсразло­жениемначастотныеподдиапазоны,числокоторыхравно32.Всеподдиапазо­ныимеютодинаковуюширину,котораязависитотчастотыдискретизациивходногосигнала.Послеразделениячастотадискретизациивкаждомподдиа­пазонеуменьшаетсяв32раза,такчточислоотсчетоввкадревкаждомпод­диапазонеравно12дляLayer1и36дляLayer11иLayer111

Навсехуровняхвблокефильтраввыполняетсяцифроваяфильтрациявходногосигнала,врезультатекоторойонразделяетсяна32частотныхпод­диапазонаНауровнеLayer111вблоке.фильтровпослеобычнойцифровойфильтрациивыполняетсямодифицированноедискретноеКосинусноепреобра­зование(МДКП).ОтличияМДКПотобычногоДКПздесьнерассматриваются.ИспользуемыйнаLayer111блокфильтровназываетсяблокомгибриднойфильтрации(hibridfilterbank).ВрезультатеМДКПвкаждомподдиапазонекаж­догозвуковогокадравыделяются18частотныхсоставляющих,представляе­мыхкоэффициентамиМДКП,которыеобрабатываются.

Вход Выход

Рис.4.12.СтруктурнаясхемакодеразвукаMPEG-1иMPEG-2

НекоторыепараметрывыполненияМДКПиобработкиполучаемыхкоэффи­циентовмогутизменятьсявзависимостиотсвойствсигнала.Вчастности,воз­можновыполнениеМДКПвдлинныхблоках(по36отсчетоввподдиапазоне)ивкороткихблоках(по12отсчетоввподдиапазоне).Короткиеблокииспользу­ютсянаучасткахзвуковогосигналасрезкимиизменениямипараметров,чтобылучшеотследитьэтиизменения.

Затемданныевсехподдиапзоновпоступаютвблокмасштабированияи

квантования.Здесьпредварительноопределяютсямасштабныемножители(scalefactor).ДляуровнейLayer1иLayer11масштабныймножительзависитотмаксимальногозначениясигнала.ПриэтомдляLayer1масштабныймножительопределяетсядлякаждогоподдиапазонавкадре,т.е.для12отсчетовсигналаподдиапазона.ДляLayer11масштабныемножителиопределяютсядлягрупппо12отсчетоввкаждомподдиапазоне,причеммножительможетбытьобщимдлядвухилитрехгрупп.Такимобразом,длякаждогоподдиапазонавкадреопре­деляетсядотрехмасштабныхмножителей.Передквантованиемзначениясиг­наладелятсянасоответствующиемасштабныемножители.

Далеевыполняетсяквантованиеданных.Восновесжатиязвуковойинфор­мациинауровняхLayer1иLayer11лежитметод,называемыйадаптивнымраспределениембитов(adaptiveЬitallocation).Этотметодзаключаетсяввы­полненииквантованиясразличнымколичествомдвоичныхразрядовквантова­ниядляразныхчастотныхподдиапазонов.Приэтомвкаждомподдиапазонеиспользуетсяравномерноеквантование.Полноеколичествобитов,выделяе­мыхнавсеподдиапазонывданномкадре,зависитотчастотыдискретизации

входногосигналаиотзаданнойвыходнойскоростипередачидвоичныхсимво­лов,т.е.оттребуемойстепенисжатиязвуковойинформации.РаспределениебитовпоподдиапазонамосуществляетсяблокомПАМ(см.ниже).

НауровнеLayer111данными,подлежащимиквантованию,являютсянеот­счетысигналовподдиапазонов,акоэффициентыМДКП.Вкаждомпомиапазо­неэтикоэффициентыразделяютсянаблоки(scalefactorbaпds).длякаждогоизкоторыхопределяетсямасштабныймножитель.накоторыйделятсякоэффи­циентыданногоблока.Далеепроизводитсяквантованиепонеравномерномузакону.Разделениекоэффициентовнаблоки.выбормножителейипараметровквантованияосуществляетсяблокомПАМтак,чтобыминимизироватьзамеr­ностьискаженийзвука,создаваемыхквантованием.Подробнееопреимущест­вах,достигаемыхнауровнеLayer111,будетсказанониже.

ПослеквантованиянауровняхLayer11иLayer111выполняетсякодированиепо­лученныхданныхНауровнеLayer1дополнительноеJ<одированиерезультатовквантованиянепроизводится,т.е.блоккодированиявэтомслучаеотсутствует.

НауровнеLayer11квантованныеотсчетысигналавкаждомподдиапазоне

объединяютсяпотри,иполученныепоследовательностибитовкодируютсясиспользованиемтаблицкодовпеременнойдлины.Крометого,наэтомуровнекодируютсяспомощьюсоответствующихтаблицданныеораспределенииби­товпоподдиапазонамиданныеомасштабныхмножителях.

НауровнеLayer111квантованныекоэффициентыМДКПкодируютсяпоХаффманусиспользованиемоднойиз18предусмотренныхвстандартахтаб­лицкодирования.ВыбортаблицыосуществляетсяподуправлениемПАМ.Зна­чительноесжатиеданныхврезультатекодированияоснованонатом,чтопо­слеквантованиямногиекоэффициентыМДКПстановятсямалымивеличинамиилинулями(этонапоминаетметодкодирования,использованныйвJPEG)Помимо этого, на уровне Layer111 кодиР.уются данные о масштабныхмножителях,оразделениичастотныхподдиапазоновнаблокиит.д.

Взаключениеотметим,чтохотянарис.4.12прохождениесигналовчастотныхподдиапазоновпоказанопаралельнымилиниями,этововсенеозначает,чтовкодередолжныбыть32аппаратныхканала.Таккакобщаяскоростьпередачиданныхотносительнонебольшая,обработкаданныхвсехподдиапазоновкаждо­гозвуковогокадраможетосуществлятьсяоднимпроцессаромпоследовательнововремени.Этоотноситсяикдекодеру,которыйбудетописанниже.

Психаакустическаямодель

БлокпсихаакустическоймоделиПАМуправляетквантованиемикодирова­нием,определяяпараметрывыполняемыхприэтомоперацийтак,чтобыобес­печитьнаименьшуюзаметностьискажений,создаваемыхквантованием(шумовквантования).ВстандартахMPEG-1,2предусмотрены2вариантаПАМ,отли­чающиесячисловымипараметрами.

Однимизфакторов,учитываемыхвПАМ,являетсяразличнаячувствитель­ностьслуханаразныхчастотах.Крометого,алгоритмработыПАМучитываетявлениемаскирования(илимаскировки)однихзвуковдругими.Чтобывыпол­нитьраспределениебитов,вблокеПАМанализируетсяспектрисходногозву­ковогосигнала(неразложенногонаподдиапазоны).ДляэтоговблокеБПФпроизводитсябыстроепреобразованиеФурьеучастковэтогосигналапо512

(Layer1)илипо1024(Layer11иLayer111)отсчетов,послечеговычисляютсяспектрмощностизвуковогосигналаивеличинызвуковогодавлениявкаждомчастотномподдиапазоне.

Затеманализируютсятональные(синусоидальные)инетанальныесостав­ляющиезвуковогосигнала,определяютсялокальныеиглобальныйпорогимаскировкиивычисляютсяотношениясигнал/маскирующийсигналдлявсехподдиапазонов,наоснованиикоторыхпроизводитсяраспределениебитовпоподдиапазонам(Layer1иLayer11)иливыборпараметрС'вобработкикоэффици­ентовМДКП(Layer111).

Втехподдиапазонах,вкоторыхискажениязвука,вызываемыеквантовани­ем,менеезаметныдляслушателяилимаскируютсябольшимуровнемсигналавдругихподдиапазонах,квантованиеделаетсяболеегрубым,т.е.дляэтихподдиапазоноввыделяетсяменьшебитов.Дляполностьюмаскируемыхпод­диапазоновбитовсовсемневыделяется.Благодаряэтомуудаетсясуществен­ноуменьшитьколичествопередаваемойинформацииприсохранениидоста­точновысокогокачествазвука.

Какужеотмечалось,ширинаподдиапазоноводинакова.Например,есличастотадискретизацииравна44,1кГц,токаждыйподдиапазонимеетширину690Гц.Втожевремяширинатакназываемогокритическогодиапазоначастот(criticalband),вкотороммаскированиесказываетсясущественно,зависитотположенияэтогодиапазонанаосичастот.Начастотахпорядка100Гцширинакритическогодиапазонаоколо50Гц,анаЧастотахпорядка1ОкГц-почти1,5кГц.Поэтомуразделениесигналанаодинаковыечастотныеподдиапазонынеоптимальносточкизренияполучениянаилучшегокачествазвука,хотяинаиболееудобнодляреализации.

НауровнеLayer111сигналкаждогоподдиапазонапроходитМДКП,каждый

коэффициенткоторогопредставляетчастотнуюсоставляющую.Всеготакихсоставляющих18вкаждомподдиапазоне.Шагпоосичастот,такимобразом,уменьшаетсяв18раз,т.е.допримерноЗ8Гцпричастотедискретизации44,1кГц.Этоменьшеширинысамогоузкогокритическогодиапазона.Впреде­лаходногочастотногоподдиапазонаблокикоэффициентовМДКП(scalefactorbands)могутквантоватьсяпо-разному,чтопозволяетболееточноучестьмас­кированиенаразныхчастотах.Этопозволяетговоритьобувеличенииразре­шенияпочастотев18раз,достигаемомнаLayer111.

Ещеодноусовершенствование,введенноенаLayer111-итерационныйал­

горитмраспределениябитов.Этоталгоритмпредусматриваетмногократноеопределениепараметровквантованияивеличинискажений,вносимыхкванто­ванием,сцельюполучениянаилучшегокачествавоспроизводимогозвукапризаданнойстепенисжатия.

Структураnотокаданныхзвуковыхсигналов

Самойкрупнойструктурнойединицейпотокаданныхявляетсязвуковаяпо­следовательность(AudioSequence),котораясостоитизпроизвольногачислакадровинеимеетсобственногозаголовка.

Каждыйкадрначинаетсясзаголовка,структуракоторогоодинаковадля

MPEG-1иMPEG-2.Заголовоксодержитсинхрослово(12бит),идентификаторстандарта(MPEG-1илиMPEG-2),сведенияобуровнекодирования(Layer1,11

или111),очастотедискретизациикодируемыхзвуковыхсигналов,оскоростипередачидвоичныхсимволоввпотокеданных,орежимекодирования(стерео,дванезависимыхсигналаит.д.)идругуюинформацию.

Далеевкадреследуетобластьзвуковыхданных,вкоторойсначаласледу­ютданныедляконтроляошибок,затемданныеораспределениибит,омас­штабныхмножителяхи,наконец,кодированныеданныеосигналахпочастот­нымподдиапазонам.НаLayer111предусмотренавозможностьпереносачастиданныхизодногокадра,вкоторомизбытокданных,вдругойкад,вкоторомостаетсясвободноеместо,чтопозволяетболееэффективносжиматьданныенаразныхучасткахзвуковогосиг.нала.

ПрииспользованииMPEG-2далееможетследоватьрасширение,содержа­щееданныедополнительныхзвуковыхканалов.

Декодированиезвуковойинформации

Структурнаясхемадекодеразвукаприведенанарис.4.13.ВходныеданныепоступаютнаблокраспаковкипотокаданныхРпПД,вкоторомпосинхрословамвыделяютсяотдельныекадры,поступающиезатемнаблокдекодированияидеквантования.

Вход

Декодирование

идеквантование ^Выход

Рис.4.13.СтруктурнаясхемадекодеразвукаMPEG-1иMPEG-2

Данные,содержащиесявкадре,декодируютсявсоответствииспорядкомихследованияитаблицамикодов,которыесодержатсявпрограммеработыдеко­дера.Декодированныеданныеораспределениибитовиомасштабныхмножи­теляхиспользуютсяпридеквантованиизвуковыхданных.ПоследеквантованиянауровняхLayer1иLayer11отсчетысигналовподдиапазоновумножаютсянасоответствующиемасштабныемножители.НауровнеLayer111выполняетсяоб­ратноеМДКП,отдельныйблокдлякоторогонарис.4.13непоказан.

Последекодированияидеквантованияотсчетысигналоввсехподдиапазо­

новвблокесинтезаподдиапазоновСПдобъединяютсяввыходнойцифровойзвуковойсигнал,илинесколькосигналов,еслизвукмногоканальный.

Аппаратныеипрограммныереализациидекодеразначительнопроще,чем

реализациикодера,таккаквдекодеренетребуетсяпсихаакустическаямодель.Такдекодированиестереофоническогозвука,сжатогосприменениемуровняLayer111,производитсявреальномвременипрограммнымисредстваминаобыч­номПК,втовремякакдлявыполнениясоответствующегокодированиянеобходи­мосначалазаписатьзвуковойсигналвнесжатомвидевфайл,азатемосущест­витьсжатие,чтозанимаетсущественнобольшеевремя,чемвоспроизведение.

КодированиемногоканальногозвуковогосоnровожденияСтандартMPEG-1допускаетчетырережимакодирования:

• обычный(независимый)стереофоническийрежим(stereo),вкоторомсиг­налыдвухканаловкодируютсянезависимодруготдруга;

• соединенныйстереофоническийрежим(JointStereo),вкоторомдляуве­личениястепенисжатиякодируютсянесамисигналылевогоиправогокана­лов.аихсуммаиразность;

-двасовершеннонезависимыхзвуковыхсигнала(DualChannel);

-одинзвуковойсигнал(SingleChannel).

Особенностиэтихрежимовздесьнерассматриваются.

СтандартMPEG-2даетвозможностькодироватьдопятиканаловзвука:L­левый,R-правый.С-центральный,LS-левыйтыловойиRS-правыйтыло­вой.Приэтомвозможныварианты,отличающиесячисломкодируемыхканаловирасположениемисточниковзвукавпространстве,например,двапередних

каналаидватыловых,трипереднихиодинтыловойит.д.ВозможнотакжерасширениедлякодированияотдельногоканалаНЧэффектов.

ВозможныдвавариантасовместимостисMPEG-1.Какуказывалосьвыше,каждыйкадрвпотокеданныхMPEG-2состоитизосновнойчасти,котораямо­жетдекодироватьсядекодерамиMPEG-1,ирасширений,которыедекодерами

MPEG-1невоспринимаются.ОбозначимLoиR_{0сигналы,}данныекоторыхпо­

мещаютсявосновныечастикадроввпотокеданных.

Всоответствииспервымвариантомпередкодированиемвыполняютсяопе­рации,называемыематрицированием

Lo=L+хС+yLS, R₀₌R+xC+zRS, (4.4)

гдеx,y,z-постоянныекоэффициенты.ПридекодированиидекодеромMPEG-2выполняютсяобратныеоперации(дематрицирование).Такойвариантназыва­ется«совместимымназад»(BackwardsCompatibllity).Прииспользованиидеко­деровMPEG-1этотвариантобеспечитввоспроизводимыхсигналахлевогоиправогоканаловналичиеинформацииоцентральномитыловыхканалах,те.звуковоспроизведениебудетболееполным.Однакооперацииматрицированияидематрицированиявносятдополнительныешумы.

Всоответствиисовторымвариантомматрицированиеи,естественно,де­матрицированиеневыполняются.ПриэтомLo=L,R₀₌R.Такойвариантназы­

вается«несовместимымназад))(NonbackwardCompatiЫe-NBC),иобеспечи­ваетнескольколучшеекачествозвукаприиспользованиидекодеровМPEG-2.

ДляувеличениястепенисжатиямногоканальногозвукавMPEG-2преду­смотреноиспользованиеадаптивногокодированияспредсказаниемсигналовканалов,данныеокоторыхпомещаютсяврасширениякадров,атакженекото­рыедругиесредствауменьшениямежканальнойизбыточностизвуковойин­формации.

Достижимоесжатиеикачествозвука

ДляMPEG-1идляMPEG-2вслучаеотсутствиярасширенийпотокисжатыхзвуковыхданныхимеютследующиедиапазоны.значенийскоростипередачидвоичныхсимволов:

• Layer1-32...448кбит/с(обычно192кбит/снаканал);

• Layer11-32...384кбит/с(обычно128кбит/снаканал);

• Layer111-32...320кбит/с(обычно64кбит/снаканал).

ВслучаекодированияпостандартуMPEG-2звуковыхсигналовсчастотамидискретизации16;22,05и24кГцминимальныеимаксимальныезначенияско­ростипередачидвоичныхсимволовуменьшаютсявдваиболеераз,причемсамаяминимальнаяскоростьпередачиравна8кбит/с.Еслижекодируетсямногоканальныйзвук,ивыходнойпотокданныхсодержитсоответствующие

расширения,томаксимальныезначенияскоростипередачидвоичныхсимво­ловвMPEG-2увеличиваютсядопримерно1000кбит/с.

Кодервноситзадержкувраспространениеданных,таккакво-первыхпривыполненииоперацийкодированиятребуетсяиметьвЗУкодераопределенноеколичествопоследнихотсчетовзвуковогосигнала,аво-вторыхвыполнениетребуемыхвычислительныхоперацийнадэтимиотсчетамизанимаетнекото­роевремя.МинимальныедлительностизадержекдляLayer1-50мс,дляLayer11-100мс,дляLayer111-150мс,однакозадержкивреальныхкодерахмогутбытьзначительнобольше.

Приоднойитойжескоростипередачидвоичныхсимволовввыходномпо­токеданныхкодированиеболеевысокогоуровняобеспечиваетболеевысокоекачествовоспроизводимогозвука.

Этообусловленотем,чтоболееточноучитываютсясвойствасжимаемогосигнала,болеегибкоизменяютсяпараметрыквантования.анауровнеLayer111значительноповышаетсяразрешающаяспособностьпочастоте.Значения.указанныевскобкахкакобычные,соответствуюткачествузвука.воспринимае­момубольшинствомслушателейкаквполнеудовлетворительное,хотяинеидеальное.

УровенькодированияLayer111обеспечиваетсжатиедо64кбит/снаканал,

т.е.примернов11...12раз.ЭтотуровеньиспользуетсяпризаписиполучившихширокоераспространениеМРЗ-дисков,обеспечивающихпривоспроизведенииспомощьюПК10...11часовнеплохогозвучания.Записанныефайлысосжатойзвуковойинформациейобычноимеютрасширение«mрЗ))'анадискахилиихупаковкахчастонаписано«МРЕG-З))'что,какследуетизизложенного,непра­вильно.

MPEG-2ААС

В1997годустандартMPEG-2былдопог.ненусовершенствованнойсисте­мойкодированиязвукаААС(AdvancedAudioCoding)[21],имеющейследующиеосновныехарактеристики:

• числозвуковыхпрограммвпотокеданныхдо16,полноечислоосновныхзвуковыхканаловдо48,низкочастотныхканаловдо15,каналовмногоязычногосопровождениядо15иканаловданныхдо15;

• частотадискретизациизвуковыхсигналовот8до96кГц;

• числообрабатываемыхчастотныхсоставляющихувеличенодо1024(наLayer111былоЗ2х18=576составляющих);

• предусмотренытрипрофилякодирования:основной(Main),упрощенный(LC-Lowcomplexity)имасштабируемый(SSR-ScalaЫeSamplingRate);

• используетсяадаптивноепредсказаниекодируемогозвуковогокадрапопредыдущему;

• улучшеналгоритмраспределениябитов.

Крометого,МС,содержитряддругихдополненийиусовершенствованийпосравнениюсLayer111.

Врезультатехорошеекачествозвучаниядостигаетсяприсжатиистереозву­

кадо96кбит/с,апри128кбит/сзвукпрактическинеотличимотисходногоне­сжатогозвука.

Сжатиетелевизионныхсигналов