10. Сжатие (компрессия) телесигнала. Его необходимость

Компрессия – позволяет цифровым файлам приобрести объем, совместимый с теми условиями, в которых данная информация будет использоваться. Эти условия прямо влияют на норму компрессии. Очевидно, что степень компрессии непосредственно связана с максимальной скоростью передачи и приема цифровых данных. Эти показатели достаточно высоки в компьютерах с высокоскоростными проигрывателями CD-ROM, ниже, как правило, в цифровых оптоволоконных сетях. Но во всех случаях современная бытовая техника обладает достаточно скромными способностями, которым далеко до показателя 100 Мбит/с. А именно такой объем информации необходимо передавать при использовании мультимедийного документа с элементами видео.

В компрессии/декомпрессии звука используются различные технологии в зависимости от качественных параметров исходного сигнала и от того, в какой области будет использован звук.

В среднем, размер сжатия звука составляет 10:1. Но данные технологии в различной степени позволяют уменьшить расхождение «исходный сигнал – возобновленный сигнал». Чем большая скорость передачи информации, тем выше качество воспроизводимого сигнала. Однако чем выше качество воспроизводимого сигнала – тем больший объем информационного файла.

Технологии сжатия двигающихся изображений должны решать целый комплекс проблем. Первая состоит в том, что размер видеофайла, как правило, несовместим с возможностями оборудования абсолютной массы использователей. Например, существующая техника (скорость считывания CD-ROM и/или подсоединение к сети) дает возможность получить видеофайлы, но не файлы качества TV в реальном масштабе времени. Другая проблема, которую необходимо решить, – сохранять возможность обработки видеофайлов, т. е. вести их монтаж, редактирование и т. д. Третья сложность состоит с том, что видеоизображение, как правило, должно быть синхронизовано с иными составляющими видеодокумента – например со звуком. Сегодняшний уровень развития технологий не позволяет одновременно решить эти сложности. Но развиваются технологии, способные преодолевать их в соответствующих, отдельно взятых областях.

В мире за последние годы появилось несколько технологий компрессии видеоизображений. Некоторые из них касаются только подвижных картинок, они позволяют передавать упрощенное видео в реальном масштабе времени, так как используется высокая степень компрессии изображения. Другие больше предназначены для работы с уже полученным изображением и обеспечивают более высокое качество воспроизведения при значительно меньшей степени компрессии.

Известна рекомендация UNIT (Международный союз телекоммуникаций) под шифром Н.320. Под ней объединялась группа норм, описывающих шифровку аудио- и видеосигналов, способы подключения терминалов и др.

Данная рекомендация предназначена для передачи данных при видеофонии. Однако норма разрабатывалась под использование ее в RNIS (цифровые сети с совмещенными функциями) во Франции. При использовании ее в обычных телефонных сетях либо сетях сотовой связи возникают некоторые сложности.

Наиболее известная и многообещающая группа норм компрессии/де-компрессии видео находится в ведении MPEG (Moving Pictures Expert Group). Эта группа экспертов ISO/IEС работает более 10 лет. На сегодняшний день известны четыре рекомендации: MPEG1, MPEG2, MPEG3, MPEG4. Все они касаются компрессии / декомпрессии различных видов видеоизображений.

Эти нормы работают по одним и тем же алгоритмам, равно используя формат JPEG для получения начального изображения. Обрабатывается не каждый кадр по отдельности, а анализируется динамика изменений видеофрагментов и устраняются избыточные данные. Поскольку в большинстве фрагментов фон изображения остается достаточно стабильным, а действие происходит на переднем плане, алгоритм MPEG начинает сжатие с создания ключевого кадра. Они размещаются последовательно через каждые 10–15 кадров. Только некоторые фрагменты изображений, которые находятся между ними, претерпевают изменения, и именно эта разница сохраняется при сжатии. Качественные параметры видеоданных, обработанных MPEG1, во многом аналогичны обычному VHS-видео, поэтому этот формат применяется там, где неудобно использовать стандартные аналоговые носители (видеокиоски, Video on demand, видео по телефону, презентации и т. д.). Спецификации MPEG2 подразумевают использование высоких разрешений для достижения максимального качества изображения, поэтому этот формат применяется в первую очередь профессионалами (цифровое кабельное телевидение, направленное спутниковое вещание, телевидение высокой четкости и др.). MPEG3 предполагался для телевидения высокой четкости с разрешением в 1920 строк при частоте 30 Гц. Оказалось, что при определенной доработке метод кодирования MPEG2 может вполне решать задачи ТВЧ. В результате сегодня разработка MPEG3 прекращена.

Зато начались работы над MPEG4. Новый стандарт будет рассчитан на очень низкие потоки данных для применения в видеотелефонах, мультимедийной электронной почте, электронных информационных изданиях и др. Утверждение этого стандарта ожидалось не ранее конца 1998 г. Сегодня данный стандарт считается нормой, признаваемой в большинстве стран мира.