Пример кодирования кодом Лемпела-Зива

Факсимильная связь

Факсимильная связь

Факсимильная связь

Факсимильная связь

Факсимильная связь

MPEG-2

В1979 году Европейский Вещательный Союз (EBU) и Общество инженеров кино и телевидения (SMPTE) совместно подготовили проект международного стандарта цифрового кодирования цветного телевизионного сигнала, а в 1982 году стандарт был принят. MPEG-2 базируется именно на этом стандарте ITU-R BT.601.

Известно, что любой из миллионов оттенков, которые различает человек, представим в виде комбинации трех опорных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) — это так называемая цветовая модель RGB. Используя эту модель, цветной аналоговый сигнал (например, изображение, которое «видит» объектив аналоговой видеокамеры) можно разложить на RGB- компоненты.

Встандарте цифрового кодирования частота дискретизации выбрана равной 13,5 МГц (то есть 13,5 млн отсчетов в секунду).

Для создания сигнала нужного качества достаточно 256 уровней квантования. Легко посчитать необходимую скорость потока при передаче оцифрованного сигнала: умножим восемь бит на количество отсчетов, передаваемых в секунду (не забудем, что у нас три компоненты): 8 [бит] · 13,5 [МГц] · 3 = 324 Мб/с!!!

MPEG-2

В 1988 году была создана специальная группа экспертов — Moving Picture Experts Group (MPEG), которая должна была разработать методы сжатия и восстановления цифрового видеосигнала. Над стандартом MPEG2 группа начала работать в 1990 году. Стандарт предназначался специально для цифрового телевидения, то есть для передачи телевизионных изображений высокого качества, и был принят уже в 1994. Сегодня это самый распространенный и самый многофункциональный из всех стандартов MPEG.

Как осуществляется сжатие в MPEG-2

Сначала в каждом кадре последовательно выбираются элементы изображения размером 16·16 пикселей — это так называемые макроблоки.

В дальнейшем MPEG-2 работает уже с макроблоками.

MPEG-2

В MPEG-2 выделено три типа кадров.

I-кадры (Intra) — опорные кадры, кодирование каждого макроблока в которых осуществляется без ссылок на макроблоки в предыдущих или последующих кадрах. По сути, I-кадры закодированы как неподвижные изображения.

P-кадры (Predicted) — кадры, макроблоки в которых закодированы относительно предшествующих I или P-кадров. Изображение в кадре предсказывается с использованием информации предыдущего кадра — так называемое предсказание «вперед». Поэтому P-кадры частично содержат только ссылки на макроблоки в предыдущих кадрах, и, таким образом, сжаты они сильнее, чем I-кадры.

B-кадры (Bidirectionally Predicted) — кадры, макроблоки в которых закодированы относительно или предыдущих, или последующих, или и тех, и тех I или P-кадров. Здесь реализовано двунаправленное предсказание («вперед» и «назад»): изображение в кадре предсказывается с использованием информации из предыдущего и из следующего кадра. То есть, считывание кадров декодером должно происходить быстрее их восстановления.

Кадры объединены в последовательности (Group Of Pictures, GOP), и предсказание всегда осуществляется только в пределах одной группы. Каждая группа должна начинаться с I-кадра.

MPEG-2

Нам нужно сжать информацию в макроблоках, которые ни на что не ссылаются. Это делается с помощью дискретно-косинусного преобразования (ДКП).

Стандарт дает пользователю возможность самому выбрать сжатие, подходящее для решения конкретной задачи — например, домашнее или профессиональное видео.

Для хранения видео на DVD используется стандарт MPEG-2, который допускает переменную скорость цифрового потока. Обычно фильмы записаны со средней скоростью четыре мегабита в секунду (Мб/с), и только в очень короткие моменты (взрывы, огонь, рябь на воде, трава на ветру) скорость подскакивает до 56 Мб/с.

Для цифрового спутникового телевидения, использующего MPEG2, с разрешением 720 на 576 точек максимальная скорость информационного потока 15 Мбит/сек, а практически используемая скорость потока - 3-4 Мбит/сек. На одном транспондере (приемнике - передатчике) на спутнике обычно умещается 8-12 каналов.

Поскольку HDTV предполагает разрешение 1920 на 1080 точек, т.е. площадь экрана в 5 раз больше по сравнению с обычным телевидением, то для вещания одного канала HDTV в стандарте MPEG2 потребовалось бы арендовать половину транспондера. Совместное применение DVB-S2 (усовершенствованный стандарт цифровой передачи данных) и H.264 позволяет разместить 6-8 каналов в транспондере, но уже HDTV телевидения.