15 Сурет - 8-фМн үшін Векторлық диаграмма
16 сурет - 16-ФМн үшін жұлдызды карта
64-КАМ ретін кодтауға арналған жұлдызды карта (17 суретті қара).
17 Сурет – 64-кам үшін жұлдызды карта
Сандық сигнал қатені тура түзетуді қолданып кодталғандықтан, модуляцияның бұл процесі ортоганальді жиілікті тығыздау (COFDM) деп аталады, COFDM тәсілі қолжететін жиілік жолағы бойынша таралған жақын орналасқан жеке тасымалдаушылардың көп мөлшері бойынша тізбекті битті ағынның жоғары жылдамдықпен таралуы арқылы жүргізіледі. Әрбір тасымалдаушы жалпы биттік ағыны бөлігін ғана береді. Тасымалдаушылар бірдей уақыт аралығында біркелкі өңделеді. Әрбір интервалды өңделген тасымалдаушылар жиыны, COFDM символы деп аталады.
Тасымалдаушы саны көп болғандықтан, COFDM символ ұзақтығы да көбейеді (бастапқы биттік ағындағы бір бит ұзақтығымен салыстырғанда). Мысалы, модульдеуші бит саны 500-ге тең болмаса, олардың әрқайсысы 0,1 мкс аралығында өңдеуге қолданылса, 500 тасымалдаушы COFDM символы түзіледі, сонда СОFDМ символ ұзақтығы 0,1х500,15мкс-ке жуықтайды.
Символ неғұрлым ұзақ болса, қабылдағышқа барлық бейне сигналдары келуін күтуге мүмкіндік береді, содан кейін ғана сигналды қайта өңдеп, бағалауға болады. Сонымен осы уақыт ішінде келген шағылысқан тербеліс тура тарату жолын жақсартады. Әрі қарай символ алдында қорғаушы интервал (немесе қорғаушы жолақ) енгізу арқылы, қабылдауыш тасымалдаушыны күту кезінде жақсартуға болады.
Барлық тасымалдаушыны қолданылған кезде зиянды жанама жапырақшалары бар жалпақ жиілікті спектр алынады. Қозғаушы интервал енгізу жиілікті спектрді екіншілік бүйірлікжапырақшаны төмендету арқылы жақсартады.
Фурьенің жылдам туындысы. OFDM түзілетін тасымалдаушы жиыны жиілікті құраушыда үздіксіз тербелістің ыдырауына әкелетін ФЖТ алгаритмін еске түсіреді. УЖЖ-тасымалдаушысы модуляциясы үшін қолданылатын үздіксіз тербелісті алу үшін COFDM тасымалдаушысы үстінен Фурьенің жылдам кері туындысы орындалады. Қабылдау жағында демодулятордың УЖЖ-дан шыққан сигналы СОFDМ-дың бастапқы тасымалдаушысын алу үшін ФЖТ кристалына түседі.
Эквивалентті изотропты сәулелену қуаты. Жалпақ жиілікті спектр эквивалентті изотропты сәулелену қуаты талаптарын сандық теледидарлық жергілікті таратулармен салыстырғанда 20дБ (100 есе) төмендетеді. Тасымалдаушы қуаты ЖМ-дыбыс және NICAM дыбыс, түс тасымалдаушы, бейне тасымалдаушы жіңішке жолақ төңірегіне концентрленеді. СОҒDМ тасымалдаушысы беретін энергия, барлық спектр бойына біркелкі таралады.
Біржиілікті желі. Қабылдау сапасын жақсартудың қосымша жолы бар, ол тыну мен көпсәулелі интерференциялық жоғары беріктігіне байланысты. Бұл хабартарату компанияларына біржиілікті желіні барлық елдерде қолдануы көрсетеді. Аналогтық телехабартаратуда көршілес таратушының ұқсас сигналы бейнені қайталауға әкеледі. Санды жергілікті телехабартаратуда мұндай сигналдарды басқа таратушының берген сигналынан, тіпті шағылысқан тербелісін де ажыратуға болмайды. Егер бөгде сигналдар қорғау интервалы кезінде түссе, онда қабылданылмайды.
COFDM 8k/2k. режимі. Сандық жергілікті теледидарлар үшін DVB еуропалық жүйелері COFDM модуляциясында 8 кб немесе 2 кб тасымалдағыштарымен, сәйкесінше 896 және 224 мкс символ ұзақтылығымен базаланады. Тасымалдағыштың тиімді саны, яғни тасымалдағыштың нақты саны СОFDМ модуляциясы үшін қолдануға болатын 6818 8 кб және 1706 2 кб режим үшін қолдануға болады. Қалған тасымалдағыштардың қорғау интервалы үздіксіз және шашыраған пилот тасымалдаушылары үшін қолданылады. Үздіксіз пилот – тасымалдаушылар нақты тарату параметрін берсе, шашыраған пилот тасымалдаушылар эталонды тасымалдаушы ретінде қолданылады.
Сандық мультиплексорды басқару. Транспортты ағын мультиплексорды екі немесе одан да көп бағдарлама арқылы таратады, олардың әрқайсысы бірнеше қарапайым бағдарламалық ағыннан тұрады. Бағдарламаның әртүрлі компоненттері мен олардың бір-бірімен қалай байланысатыны жайлы ақпараттар ресми мәліметтер пакеті ішінде арнайы бағдарламалы ақпараттар (АБА) бірнеше кестеден тұрады, олар бағдарламаны құру мен таңдауға қажет барлық ақпараттарға ие.
Төрт негізгі кесте бар:
- Кестені орналастыру бағдарламасы (programme allocation table – PAT) бағдарлама мен бағдарламалық сәйкестендіруші дестесі (PID) арасында байланыс жасайды.
- Бағдарламаның карта кестесі бағдарламаларды құрайтын қарапайым ағын бағдарламалық идентификаторын көрсетеді.
- Шартты мүмкіндікті кесте қолжетерлік мәліметтерді басқарудан тұрады.
- Жеке кесте жеке ақпараттан тұрады.
Бағдарламаны өзгерту немесе тыну (қашықтықтан басқару пульті көмегімен телекөрерменнің көріп отырған бағдарламаны жылдам ауыстыруы) аналогтық теледидарлармен салыстырғанда ұзақ операция болып табылады, бұл синхрондау және сәйкестендіру процесі өзгерістің арна ішінде немесе арна сыртында болуына байланысты бір секундтан артық уақыт жұмсалады.
Дәріс 8. MPEG-4 бейне және дыбыстық ақпараттарды кодтау стандарты
Дәрістің мақсаты: MPEG-4 стандартында табиғи бейнелерді кодтаудың негізгі әдістерін талқылау.
Дәрістің мазмұны: дыбыстық ақпаратты. MPEG-4 стандартында мәліметтерді тарату.
MPEG тобының келесі жобасы MPEG-4 стандарты болып табылады. MPEG-4 стандарты бейне байланысты, сандық теледидарды, интерактивті сызбаны, бейнені синтездеуді қамтиды және бейне- және дыбыстық ақпаратты байланыстың тар жолақты арналары бойынша өте үлкен сығу коэффициентімен таратуға мүмкіндік береді. Бұл стандарт қарапайым телефондық желілерді және салыстырмалы төмен жылдамдықты арналарды пайдаланатын бейне байланыс жүйелері үшін де, қозғалмалы бейнелер мен дыбыстық ілеспелерді ғаламтор арқылы тарату үшін де қажет. Сондай-ақ, MPEG-4 стандарты интерактивтілікті тұтынушының сұраныс беру жолымен оған берілетін ақпаратты тарату процесін басқара алу мүмкіндігін, нұсқаларды таңдауды және басқа да әрекеттерді қамтамасыз етеді.
MPEG-4-тің негізгі ерекшелігі объективті бағытталған тәсілі болып табылады. Оның негізгі таратылатын ілеспелі дыбыстық бейнені бейне- және аудиообъектілердің жиынтығы ретінде көрсетілуінде жатыр. Бейнеобъектілер (VO) - қозғалмайтын фонның алдында орын ауыстыратын адамдар мен заттардың бейнесі, ал аудиообъектілер (AO) – адамдардың дауысы, әуендер мен басқа да дыбыстар бола алады. Байланысқан бейне- және аудиообъектілер аудио-көрнекі объект (AVO) түзеді, мысалы, адам бейнесі мен оның дауысын тарату. Бейне- және аудиообъектілердің жиынтығы көріністі құрайды. Көріністерді тарату үшін MPEG-4-те көріністерді сипаттау үшін арнайы тіл BIFS (көріністер үшін екілік форма) қолданылады. Көріністі сипаттау иерархиалық құрылым болып табылады. Мысалы, орман алқабында көріністе екі кейіпкер бар: сұр қасқыр мен қызыл телпек, олардың әрқайсысы бейнеобъектіден – кейіпкердің қозғалмалы бейнесінен және аудиообъектіден – сол кейіпкердің дауысынан тұратын аудио-көрнекі объект болып табылады. Құрылымның жоғарғы деңгейі бүтіндей көрініспен анықталады. Көріністе көк аспаннан, үстелдерден және ағаш шайырынан, жасыл шөптен, гүлдерден және т.б. тұратын қозғалмайтын ФОН бар. Сонымен қатар, көріністе бейнеобъект – бұтақтан бұтаққа ұшып жүрген бейнеден және аудиообъект – құс шығаратын дыбыстардан тұратын, аудио-көрнекі объект болып табылатын ән салушы құс кездеседі. Әрбір көріністің сипаттамасында объектілердің кеңістіктегі координаталары және олардың уақытқа тәуелділігі туралы мәліметтер болады. Бейнеобъектілер бейнеобъектілердің әртүрлі жазықтықтарында орналасуы мүмкін (VOP), сондықтан көріністің көрерменге жақынырақ жазықтығындағы бейнеобъектілер қозғалыс кезінде біраз алысырақ жатқан жазықтықтардағы бейнеобъектілерді жауып қалады.
Тұтынушыға көрсетілетін көріністе барлық аудио-, бейнеобъектілер немесе тек сол объектілердің бір бөлігі боуы мүмкін. Көріністің құрамын мультимедиалық өніммен қамтамасыз етуші анықтауы мүмкін. Интерактивті режимде көріністің дамуына тұтынушы оған жетіспейтін командаларды бере отырып әсер ете алады. MPEG-4 стандартының интерактивті мүмкіндіктерін жүзеге асыру үшін қарапайым теледидар емес желіге жалғанған дербес компьютер қажет.
MPEG-4 стандарты кодтаудың біртұтас әдістер жиынтығын қолданады, соның ішінде MPEG-2-ге ұқсас және мүлдем жаңа бейнеобъект түсінігіне негізделген алгоритмдер бар. Нақтылы бір жағдайда кодтау әдісін таңдау бейненің сипаты мен ақпаратты сығудың талап етілетін коэффициентімен анықталады. MPEG-4 табиғи бейнелерді де, синтетикалық бейнелерді де тиімді сығады және жаңғырту кезінде оларды біріктіреді.
Табиғи бейнелер үшін бейнедекодердің жеңілдетілген құрылымдық сызбасы:
ДКТ - тура дискретті-косинусты түрлендіру процессоры;
ДКТ-1 - кері дискретті-косинусты түрлендіру процессоры;
Кв - кванттаушы;
Кв-1 - декванттаушы;
ЕСҚ - есте сақтау құрылғысы;
Болж.1, Болж.2 - кодтаудың түрлі режимдерінде болжанған бейнелерді түзуші блоктар;
ҚБ - қозғалыс векторларының түзілуін және қозғалысын бағалау блогы;
Мп - мультиплексор.
Сонымен бірге кодердің құрамына: текстура кодері, форма кодері, есептеуіш және жинақтаушы (қосындылаушы) құрылғылар мен «Таңдау» кодтау әдістерін ауыстырып-қосқыш кіреді. Кодердің кірісіне бастапқы бейнемәліметтер сандық формада келіп түседі, ал шыға берісте бейнемәліметтердің қарапайым ағыны түзіледі.
MPEG-4 стандартында табиғи бейнелерді кодтаудың негізгі әдістері:
1. Тікбұрышты бейне түріндегі (қарапайым ТД кадрлары) бейнеобъектілер MPEG-2-де қолданылатын әдіске ұқсас әдіспен кодталады, яғни гибридті кодтауды пайдалану арқылы. Әдісте 16х16 пиксельдер макроблоктары үшін қозғалысты бағалау мен компенсациялау болжамдары және 8х8 пиксельдер блоктарында болжамдардың ДКТ қателері бар. Бұл жағдайда болжамдар «Болж.1» блогында орындалады. Кодтаудың бұл түрінде екілік символдарды мәліметтер ағынында тарату жылдамдығының екі деңгейі бар. Таратудың өте төмен жылдамдықты деңгейі (VLBV) кеңістіктік рұқсат етілуі төмен (QCIF және SQCIF форматтары), кадрлар жиілігі 10-15 Гц және екілік символдарды тарату жылдамдықтары 5-64 кбит/с болып келетін бейнелерді таратуға арналған. Бұл деңгейді бейнетелефонды байланысты қолдануға болады. Таратудың жоғары жылдамдықты деңгейі (НВV) кеңістіктік рұқсат етуі жоғары екілік символдарды тарату жылдамдығы 64 кбит/с÷10 Мбит/с болып келетін бейнелерді таратуға арналған. Бұл деңгей теледидарлық бағдарламаларды тарату үшін қолданылуы мүмкін.
2. Көріністің құрамына негізделген кодтау көріністе кездесетін бейне- объектілердің қасиеттерін ескеру есебінен бейнелерді едәуір көп сығуға мүмкіндік береді. Бұл әдістермен жасалатын мүмкіндіктердің бірі күрделі формадағы бейнеобъектілерді кодтау болып табылады. Мысалы, бейнеобъект ретінде бейненің айналасындағылардан айқындылығымен немесе түсімен ерекшеленетін аймағы алынуы мүмкін. Бұл аймақ орын ауыстыра алады және деформациялана алады. Қозғалыс компенсациямен бірге болжанған бейненің түзілуі кезінде тікбұрышты макоблоктар емес, өзінің формасын өзгерте алатын белгіленген аймақтар ауытқиды. Бұл кезде болжамның қателігі едәуір аз болады, кезекті кадрдағы болжанған және нағыз бейнелердің айырмашылығында болатын ақпараттар көлемі айтарлықтай азаяды. Кодерде мұндай нұсқа «Болж.2» блогында орындалады. Сол уақытта тікбұрышты макроблоктың орын ауыстыруын бүтіндей етіп көрсететін қозғалыс векторының орнына объектінің координатының және формасының өзгерісін сипаттайтын параметрлер беру қажет. Бұл параметрлер форма кодерінде анықталады және кодталады, содан кейін мультиплексор арқылы мәліметтердің шыға беріс ағынына келіп түседі. Бейнеобъектінің формасы жайлы мәліметтер жай қозғалыс векторына қарағанда, едәуір көбірек бит алады. Мысалы, егер бейнеобъект ретінде белгіленген аймақтың шекарасы көпбұрышпен көрсетілсе, онда осы аймақтың ауытқуы мен деформациясын сипаттау үшін көпбұрыштың барлық бұрыштарының координаттарына өзгеріс енгізу қажет. Дегенмен, MPEG-2-мен салыстырғанда, берілетін ақпаратты кішірейтудегі жалпы ұтымдылық едәуір болып келеді.
3. Қозғалмайтын фон бейнесін және созылыңқы объектілердің текстураларын сығу үшін «вэйвлет» түрлендіруге негізделген кодтау әдісі қолданылады. Бұл әдіс сығудың жоғары деңгейлерін және кеңістіктік рұқсат ету бойынша көп сатылы масштабталуды қамтамасыз етеді. Компьютерлік графиканың көмегімен жасалатын синтетикалық бейнеобъектілер табиғи бейнелер үшін қарастырылған әдістермен кодтала алады. Алайда, олардың параметрлік сипаттамасын пайдалану тиімдірек. MPEG-4 стандартында текстурамен толтырылатын үшбұрышты ұяшықтардан тұратын тордың негізінде тұрғызылған адам бетінің моделі және үшөлшемді тор түріндегі адам денесінің үшөлшемді моделі пайдаланылады. Адамның екіөлшемді бейнесі үшөлшемді модель проэкциясын қажетті жазықтыққа тұрғызу арқылы алынады. Беттің пішіні, текстурасы және бет-әлпеті статистикада BDP (Facial Definition Parametrs) параметрлерімен және динамикада FAP (Facial Animation Parametrs) параметрлерімен сипатталады. Дене үшін статистикада BDP (Body Definition Parametrs), ал динамикада BAP (Body Animation Parametrs) параметрлері беріледі. Статистикалық параметрлер FDP және BDP әдетте байланыс сеансының басында беріледі. Сөйлеу процесінде бет қимылын және дене қозғалысын жаңғырту үшін FAP және BAP параметрлері беріледі. Синтетикалық бейнелер бейнебайланыс жүйелерінде нағыз бейнелердің орнына қолданыла алады. Бұл кезде тарату жылдамдығы нағыз бейнені тарату жылдамдығына қарағанда азырақ болады. Кейбір жағдайларда жүйенің қабылдау бөлімінде басқа ақпараттың негізінде объект бейнесінің өзгерістері жөнінде ақпарат алуға болады. Кейбір жағдайларда жүйенің қабылдау бөлімінде басқа ақпарат арқылы объект бейнесінің өзгерісі туралы ақпаратты алуға болады. Мысалы, сөйлеп тұрған адам бетінің бейнесін тарату. Ауыз қозғалысы мен мимика сөйлеп тұрған адамның сөзіне байланысты өзгереді және сөйлесуші дауысы қабылданған дыбыстық сигнал арқылы талданады. Осы жағдайда бейнебайланыс орнату үшін сандық таратудың қажетті жылдамдығы төмендейді. Бет пен дене мүшесінен басқа текстурамен толтырылған үшбұрышты ұяшықтары бар тор түріндегі екіөлшемді еркін бейнелер талданады.
Дыбыстық ақпаратты кодтау. MPEG-4 –те дыбыстық ақпаратты кодтау үшін кодтаудың үш деңгейі қарастырылған. Олар:
1. Музыка сапасын жоғары және орташа етіп кодтау MPEG-2 стандартындағы әдістер арқылы орындалады. Осы жағдайда арна бойынша 16 ÷64 кбит/с жылдамдықпен дыбыстың сегіз арнасы таратылуы қамтамасыз етіледі.
2. Сөздерді жоғары және орташа сапада тарату үшін келесі әдістер қолданылады 8 кГц немесе 16 кГц жиілікте 2÷4 кбит/с тарату жылдамдығын қамтамасыз ететін сызықты болжау арқылы қозуды кодтау.
3. Сөзді параметрлік кодтау, 8 кГц жиілік дискреттенуінде 2÷4 кбит/с жылдамдыққа дейін шашыраңқылықты сығу арқылы сақтауды қамтамасыз етеді.
Таратудың ең төменгі жылдамдығы 0,2÷1,2 кбит/с, ол жасанды талданған сөздер мен MIDI стандартындағы музыкаларға сәйкес талдауда қолданылады.
Аудиообъектілерді кодтау масштабталынатын да қасиетке ие. Мысалы, мәліметтер ағынының негізгі деңгейінде CELP кодтау әдісі қолданылады, ал қосымша деңгей MPEG-4 кодтауына сәйкес дыбыс сапасын қамтамасыз етеді.
MPEG-4 стандартында мәліметтерді тарату. Бейне және аудио декодерлері бар ES қарапайым ағындар синхрондау (SL – Syns Layer) деңгейіне түседі де дестеленген SL-ағындар түзеді, ол әртүрлі бейне және аудиообъектілерді бірдей уақыт бірлігіне келтіріп, уақыт белгісін береді. Әрі қарай, дестеленген SL-ағындары DMIF (Delivery Multimedia Integration Framework – мультимедианы жеткізудің интегралды жүйесі) деңгейіне түседі, бұл мультимедиа үшін мәліметтер ағынын басқаруды қамтамасыз ететін хаттама. DMIF хаттамасы ақпарат көзіне қолданушының сұраныс хабарламасын жеткізеді және қолданушыға сұраған хабарламасын қайта жеткізеді. Сонымен қатар, DMIF қолданушыға DMIF – Application Interface (DAI) қолданушы интерфейсі түрінде басқару тәсілін ұсынады, ол ақпаратты таңдау үшін команда бере алады (мысалы фильм) және осы ақпаратты алу мүмкіндігі туралы хабарламаны жасайды немесе хабарлама алу кезіндегі қиындықтарды қарастырады. DMIF MPEG-4 стандартының үш негізгі сферасы:
- интерактивті желі арқылы;
- қарапайым хабартарату арналары арқылы тарату;
- компакт дискіге бағдарламаларды бейнежазу.
DMIF деңгейінде дестеленген SL-ағындары FlexMUX блогынан FlexMUX-ағындарына біріктіріледі. Бұл операция міндетті болып табылмайды, өйткені DMIF басқаруы арқылы дестеленген SL-ағындары беріле алады.
Әрі қарай, мәліметтер TransMUX деңгейіне өтеді, мұнда SL- немесе FlexMUX-ағындары біріктіріледі және транспортты ағынға айналады (TransMUX-ағыны). MPEG-4 стандартында бұл ағын анықталмаған. Оның орнына MPEG-2 транспортты ағынын (TS) қолдануға болады. Басқа да транспортты хаттамаларды пайдалануға болады.
Интерактивті теледидарды және әртүрлі мультимедиалық қызмет көрсету түрлерін шынайыландыру үшін жүйенің бас стансасына телекөрерменнің ақпаратын жеткізу керек. Осындай мақсатта кері арналар жұмыс істейді, олардың жылдамдығы тікелей арнамен байланысу жылдамдығынан төмен болады.
MPEG-4 стандарты бойынша ақпаратты декодерлеу декодерлік бөлікте жүзеге асырылады. Құрылғының ену бөлігіне транспортты ағын кіреді, демультиплексорде қарапайым ағын (ES) шығарылады, әрқайсысының мәліметтері сәйкес БЗУ1-де жазылады. БЗУ1-дің қызметі – байланыс арналарына келген ақпараттарды жинақтап, қажетінше декодерге беріп отыру. Бір объектіге жататын қарапайым ағындар бірге декодерлене алады. Мұндай жағдайда барлық бейне және аудиообъектілердің синхрондалуы қамтамасыз етіледі.