Значения идентификаторов piDдля потока информацииSi
|
Таблица SI |
Значение PID |
|
PAT |
0x0000 |
|
CAT |
0x0001 |
|
TSDT |
0x0002 |
|
Зарезервировано |
0x0003–0x000F |
|
NIT, ST |
0x0010 |
|
SDT, BAT, ST |
0x0011 |
|
EIT, ST |
0x0012 |
|
RST, ST |
0x0013 |
|
TDT, TOT, ST |
0x0014 |
|
Синхронизация сети |
0x0015 |
|
Зарезервировано для использования в будущем |
0x0016–0x001D |
|
DIT |
0x001E |
|
SIT |
0x001F |
На приемном конце демультиплексор, выбирая из транспортного потока пакеты с определенным номером PID, собирает (формирует) элементарный поток или таблицу PSI/SI.
Стандарт DVB-Tдопускает возможность вводить дополнительные, не описанные в стандарте, пакеты данных с особыми идентификаторами. В этих пакетах ведущая вещание телевизионная компания может передавать ключи к шифрам условного доступа, так называемыенавигаторы или гиды(EPG–ElectronicProgramGuide), то есть системы меню и таблиц для поиска нужной передачи и программирования времени включения цифрового телевизора для просмотра или записи выбранной передачи, а также другую информацию. Форматы данных в таких пакетах определяются телевизионными компаниями. Поэтому для приема телевизионных программ разных вещательных компаний могут понадобиться разные декодеры.
3.2.10. Качество телевизионных изображений при кодировании по стандарту mpeg-2
Многочисленные экспериментальные исследования, посвященные определению соотношения между скоростью цифрового потока и субъективным качеством воспроизводимых изображений, дали следующие результаты. Для получения студийного качества в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р ВТ.601-5 необходима скорость цифрового потока, приблизительно равная 14 Мбит/с, а для качества, соответствующего современным мировым стандартам цветного телевидения NTSC,PAL,SECAM, – в пределах 3…6 Мбит/с в зависимости от качества исходного материала телевизионных программ. Причем приведенные значения скорости цифрового потока соответствуют передаче наиболее динамичных телевизионных программ, например, спортивных передач. Таким образом, если за исходную скорость передачи двоичных символов возьмем 216 Мбит/с, то при коэффициентах сжатия, находящихся практически в пределах 30…40, обеспечивается качество телевизионных изображений, сравнимое, например, с системойPAL. При достижении значительно бóльших значений коэффициентов сжатия на телевизионных изображениях возникают характерные искажения, обусловленные стандартом кодированияMPEG-2, которые могут быть классифицированы следующим образом.
Искажения создаваемые внутрикадровым кодированием:
Заметность границ блоков (блокинг-эффект).
Так как соседние блоки кодируются и декодируются независимо друг от друга, то при больших степенях сжатия после квантования и деквантования в них могут получаться заметно различающиеся коэффициенты ДКП, соответствующие постоянным и низкочастотным составляющим. В результате изображения в соседних блоках могут сильно отличаться друг от друга по яркости, цвету, характеру деталей и текстуры.
Размытие изображения («замыливание»).
Наблюдается при большом коэффициенте сжатия изображения. Обусловлено ограничением либо полным обнулением коэффициентов ДКП, соответствующих высоким пространственным частотам, в результате чего мелкие детали изображения становятся размытыми или полностью пропадают.
Появление окантовок на резких переходах яркости изображения.
Этот эффект обусловлен значительными искажениями либо полным подавлением высокочастотных составляющих пространственного спектра.
Размытие цветов.
Имеет ту же причину, что и эффект окантовки на границах, но проявляется на участках изображения с резкими скачками в сигнале яркости.
Эффект ступенек.
Возникает как результат неправильного восстановления или передачи краев изображений внутри блока. Эффект проявляется как правило, при восстановлении изображения в увеличенном масштабе.
Искажения, возникающие в процессе межкадрового кодирования:
Ложные границы
Наблюдаются при компенсации движения. Этот эффект является прямым следствием межкадрового кодирования видеосигнала.
Эффект «комаров».
Проявляется как флуктуации яркости или цветности в блоке на границе между движущимся объектом и фоном. Эффект возникает вследствие различной степени квантования ошибок предсказания от кадра к кадру.
Зернистый шум в стационарной области.
Проявляется как медленно движущиеся мерцающие шумы низкой интенсивности в областях, в которых имеется лишь малое движение либо движение отсутствует полностью.
Появление неправильных цветов в макроблоке по отношению к его исходным цветам и к цветам окружающей области.
Появление следов за движущимися объектами, которые могут сохраняться сравнительно долго.
Причем чем выше скорость цифрового потока, тем меньше подвержено телевизионное изображение влиянию артефактов кодирования.
Потоки данных MPEG-2 точно описывают операции, которые должен выполнить декодер для восстановления исходной последовательности изображений.
Архитектура стандарта MPEG-2 выбрана так, чтобы декодер был значительно более простым устройством, чем кодер. Это особенно важно в первую очередь для телевизионного вещания, где обычно один кодер обслуживает тысячи или миллионы декодеров. Данная архитектура позволяет существенно уменьшить общую стоимость системы.
Декодеры, используемые во многих действующих цифровых системах, построены так, что могут декодировать любой поток данных, совместимый со стандартом MPEG-2. Такие декодеры смогут работать даже при появлении кодеров на базе новых, более эффективных алгоритмов кодирования.
Видеокодеры стандарта MPEG-2 в значительной степени могут подвергаться улучшению и совершенствованию без изменения их аппаратного и программного обеспечения. Следовательно, весьма ценная особенность архитектуры стандартаMPEG-2 заключается в том, что в ней возможны улучшения эффективности алгоритмов сжатия сигналов изображения без изменений в декодерах, приводящие к уменьшению требуемой скорости цифрового потока.
В настоящее время разработаны технологии, обеспечивающие работу кодеров стандарта MPEG-2 с переменной скоростью данных. Они используют статистический характер последовательностей изображений и позволяют выделять более высокую пропускную способность канала для телевизионных изображений с повышенной детальностью и менее высокую пропускную способность – для изображений с низкой детальностью.
За последние годы на порядок улучшились качественные показатели, возросла эффективность и сократились габариты аппаратуры цифрового сжатия по стандарту MPEG-2, что оказалось возможным в основном благодаря разработке технологии интегральных микросхемRISC(ReducedInstructionSetComputer–«вычислитель с сокращенным набором команд») с производительностью и гибкостью, позволяющими исключить создание систем цифрового сжатия на основе дискретной архитектуры. ПроцессорыRISCприменяются в большинстве современных устройств цифрового сжатия (в кодерах и декодерах).
Первоначально предполагалось, что для декодирования данных в стандарте сжатия MPEG-2 будут использоваться исключительно аппаратные средства. Это объяснялось сложностью алгоритмов компрессии и декомпрессии данных. Однако в настоящее время, наряду с аппаратными кодерами и декодерами, все большее распространение получают программные средства с использованием как минимум процессораPentium133 МГц.
При проектировании многопрограммных телесетей, предназначенных для достаточно большого числа абонентов, необходимо учитывать, что в них цифровые сигналы в стандарте MPEG-2 могут подвергатьсякаскадному цифровому сжатиюили многократной видеообработке в процессе формирования телевизионных программ, например, при монтаже и коммутации. Повторное сжатие цифровых потоков в стандартеMPEG-2 может приводить не только к ухудшению отношения сигнал/шум, но и к существенному снижению (зачастую, к полной потере) общего качества изображения. В случае многократной видеообработки возможны временнóе дрожание видеосигнала и ошибки синхронизации.
Рис. 3.26. Зависимость отношения сигнал/шум видеосигнала, подвергнутого видеокомпрессии по стандарту MPEG-2, от числа перекодирований
1 – с технологией MOLE; 2 – без технологии MOLE
К настоящему времени разработана технология MOLE, обеспечивающая многократное перекодирование сигналов в стандартеMPEG-2 без потери качества изображения. Дело в том, что поток данных в стандартеMPEG-2 представляет собой пакеты данных постоянной длины, содержащие 188 байт, в которые включена служебная информация. Причем объем служебной информации, в принципе, может быть увеличен. Следовательно, в пакетах данных имеется возможность содержать все инструкции, необходимые декодеруMPEG-2 для преобразования сжатых видеоданных в видеосигнал. Такие инструкции, по существу, могут описывать все действия кодера при первоначальном сжатии цифрового потока. Повторное использование подобных инструкций следующим кодером позволит снизить потери до нуля, поскольку результат повторного сжатия ничем не будет отличаться от исходного потока данных в стандартеMPEG-2.
Суть метода MOLE состоит в замешивании так называемых данных поддержки (метаданных) в состав стандартного цифрового компонентного видеосигнала. В таком виде эти данные от входного декодера MPEG-2 – MOLE без каких-либо проблем проходят через существующие студийные цифровые микшеры и коммутаторы на выход комплекса к программному кодеру MPEG-2 – MOLE, где производится повторное сжатие сигнала. Для примера на рис. 3.26 показано влияние технологии MOLE на шумовые свойства видеосигнала, подвергаемого многократному перекодированию [30].
В цифровом телевизионном вещании понятие метаданных имеет более широкий характер. Метаданные делятся на две основные категории: предназначенные для автоматического извлечения нужной дополнительной информации, например, данные поддержки, используемые технологией MOLE, и дополнительные данные, вводимые вручную. Вручную введенная информация – это данные о производственном процессе подготовки цифровых телепрограмм, включая рекламные вставки, гиперсвязи, редакторский текст, ключевые слова из расписания основных программ, информация об управлении авторскими правами, различные версии телевизионных передач и т.д. Метаданные становятся основой видеопроизводства и важным звеном, соединяющим телевизионную камеру с телезрителями.