Беляев Ю.В., Галочкин Ю.И. Цифровое телевидение

Подождите немного. Документ загружается.

импульсно -кодовой модуляцией .

Звуковой декодер может выдавать звуковые данные при трех различных

частотах выборки: 32, 44,1 и 48 кГц. Информацию на фактической частоте

выборки, используемой передатчиком, предоставляет транспортный

демультиплексор , который извлекает информацию из поступающего

транспортного потока. Звук буферируется с помощью ДОЗУ, которое обес-

печивает также задержку в 1 с. Декодер полностью программируется и

управляется микропроцессором по 7- битовой адресной шине, 8- битовой

шине данных и управляющим линиям R/W и CS. С помощью

предоставляемого запроса прерывания декодер может информировать

микропроцессор о некоторых возникающих событиях и запрашивать

обслуживание.

Рис. 2.6. Звуковой декодер MPEG-2 (связи с различными устройствами)

2.7. УВЧ-модулятор

Схема состоит из двух узлов: УВЧ-модулятора с синтезатором частот и

усилителя петли. Модулятор (рис. 2.7) состоит из следующих компонентов:

• синтезатор частот ФАПЧ, управляемый по шине 1

С;

• амплитудный модулятор;

• звуковой генератор для звуковой поднесущей;

• схема восстановления постоянной составляющей видеосигнала для

обеспечения правильного индекса модуляции.

Рис. 2.7. УВЧ-модулятор: А — схема восстановления постоянной составляющей

Настройка модулятора осуществляется постоянным напряжением (0-24В),

полученным от синтезатора частот ФАПЧ. Звуковой сигнал используется для

частотной модуляции звуковой поднесущей. Затем модулированная звуковая

несущая добавляется к видеосигналу после восстановления постоянной со-

ставляющей и используется для амплитудной модуляции выбранной УВЧ-не-

сущей. Модулированная УВЧ-несущая поступает в усилитель петли, который

смешивает этот сигнал с сигналом, поступающим от второй антенны.

Когда цифровой декодер находится в резервном режиме, генератор УВЧ с

синтезом отключается по команде от микроконтроллера, поступающей по шине

С. Усилитель петли продолжает работать нормально, поэтому сигнал от второй

антенны может пройти по петле на гнездо высокочастотного выхода.

2.8. Приёмник спутникового цифрового телевизионного вещания

На рис. 2.8 представлена полная блок-схема декодера спутникового циф-

рового телевизионного приемника РАСЕ. Приемник имеет последовательный

порт RS-232 для прямого соединения с персональным компьютером и

высокоскоростной порт данных для связи с внешними устройствами . Для

аутентификации в стандартный соединитель PCMCIA вставляется кредитная

карта с микро-ЭВМ. В приемнике используются два типа синхросигналов .

Собственными синхросигналами являются сигналы в 16 МГц для микро-

процессора, 55 МГц - для видеодекодера MPEG и транспортного

демультиплексора , 25 МГц - для звукового декодера MPEG и 4,9 МГц - для

микроконтроллера . Тактовыми сигналами для синхронизации данных

являются сигналы синхронизации в 25 МГц для обеспечения битовой

скорости и различных скоростей выборки видео- и звуковых сигналов.

Рис. 2.8. Полная блок-схема интегрированного декодера приемника:

А — генератор синхроимпульсов; Б— программируемый генератор опорных синхроимпульсов;

В — высокоскоростной порт данных

Вопросы

1. Кратко опишите следующие средства:

а) программный идентификатор (PID);

б) интегрированный декодер приемника (ИДП);

в) прямую коррекцию ошибок (ПКО).

2. Назовите три основных компонента канального декодера.

Объясните назначение следующих блоков в цифровом телевизионном

приемнике:

а) транспортный демультиплексор ;

б) видеодекодер;

в) декодер ПАЛ.

4. Какую функцию выполняет порт RS-232 в цифровом ИДП?

5. Объясните назначение блока условного доступа в цифровом телевизи-

онном приемнике.

6. Какую роль играет рассредоточение энергии в цифровом телевизионном

вещании?

3. СТАНДАРТ КОДИРОВАНИЯ ВИДЕО- И ЗВУКОВОЙ ИНФОР-

МАЦИИ MPEG-4

Следующим проектом группы MPEG является стандарт MPEG-4.

Стандарт MPEG-4 охватывает видеосвязь, цифровое телевидение,

интерактивную графику, синтез изображений и позволяет передавать видео- и

звуковую информацию с очень большими коэффициентами сжатия по

узкополосным каналам связи. Этот стандарт необходим как в системах

видеосвязи при использовании обычных телефонных сетей и относительно

низкоскоростных каналов, так и для передачи движущихся изображений и

звукового сопровождения через Интернет. Кроме того стандарт MPEG-4

обеспечивает интерактивность, возможность пользователя управлять

процессом передачи ему информации путем запросов, выбора вариантов и

других действий.

Основной особенностью MPEG-4 является объектно-ориентированный

подход, сущность которого заключается в том, что передаваемое изображение

со звуковым сопровождением представляется как совокупность видео- и

аудиообъектов. Видеообъектами (V О) могут быть изображения людей и

предметов, перемещающихся перед неподвижным фоном и сам неподвижный

фон, а аудиообъектами (АО) – голоса людей, музыка другие звуки. Связанные

видео и аудиообъекты образуют аудио–визуальный объект (AVO), например

передача изображения человека и его голоса. Совокупность видео и

аудиообъектов составляют сцену. Для передачи сцен в MPEG-4 используется

специальный язык для описания сцен BIFS (двоичный формат для сцен).

Описание сцены представляет собой иерархическую структуру. Пример

структуры описания сцены приведен на рис. 3.1. В этой сцене на лесной полян-

ке присутствуют два персонажа: серый волк и красная шапочка, каждый из

которых является аудио–визуальным объектом, состоящим из видеообъекта –

движущееся изображение персонажа, и аудиообъекта – голоса этого персонажа.

Рис. 3.1. Пример структуры описания сцены

Верхний уровень структуры определяется сценой в целом. Сцена

содержит неподвижный ФОН, состоящий из голубого неба, стволов и крон

деревьев, зеленой травы, цветов и т.д. Кроме того в сцене присутствует поющая

птичка, которая также является аудио–визуальным объектом, включающим

видеообъект – изображение перелетающее с ветки на ветку, и аудиообъект –

звуки исходящие от птички.

Описание каждой сцены включает данные о координатах объектов в

пространстве и их привязки ко времени. Видеообъекты могут размещаться в

разных плоскостях видеообъектов (VOP), так что видеообъекты, находящиеся в

более близких к зрителю плоскостях сцены перекрывают при движении

видеообъекты, находящиеся в более дальних плоскостях.

Сцена, представляемая пользователю может содержать все аудио-,

видеообъекты или только часть этих объектов. Состав сцены может

определяться поставщиком мультимедийной продукции. В интерактивном

режиме пользователь может влиять на развитие сцены, подавая отсутствующие

команды.

Для реализации интерактивных возможностей стандарта MPEG-4

необходим не обычный телевизор, а персональный компьютер, подключенный

к сети.

Сцена

Красная

шапочка

Серый

волк

Поющая

птичка

ФОН

Изображение

Голос

Звук

Стандарт MPEG-4 использует целый набор методов кодирования,

включая алгоритмы сходные с MPEG-2, так и принципиально новые

основанные на понятии на понятии видеообъекта. Выбор метода кодирования в

конкретном случае определяется характером изображения и требуемым

коэффициентом сжатия информации. MPEG-4 эффективно сжимает как

натуральные, так и синтетические изображения и объединяет их при

воспроизведении.

Упрощенная структурная схема видеодекодера для натуральных

изображений приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Структурная схема видеодекодера MPEG-4

Структурная схема видеодекодера состоит:

ПДКП – процессор прямого дискретнокосинусного преобразования;

ПОДКП – процессор обратного дискретнокосинусного преобразования;

К – квантователь;

ПДКП

Кодер

текстур

MUX

ДК

ПОДКП

ЗУ

БП1

БОД

БП2

Кодер

формы

Вход

Выбор

ДК – деквантователь;

ЗУ – запоминающее устройство;

БП1, БП2 – блоки формирующие предсказанные изображения в разных

режимах кодирования;

БОД – блок оценки движения и формирования векторов движения;

MUX – мультиплексор.

В состав кодера также входят: кодер текстуры, кодер формы, вычитающее и

суммирующее устройства и переключатель «Выбор» методов кодирования.

На вход кодера поступают исходные видеоданные в цифровой форме, а

на выходе формируется элементарный поток видеоданных.

Рассмотрим основные методы кодирования натуральных изображений в

стандарте MPEG-4.

1. Видеообъекты, представляющие собой прямоугольные изображения

(обычные ТВ кадры), кодируются методом аналогичным применяемому в

MPEG-2, т.е. с использованием гибридного кодирования. Метод включает

предсказания с оценкой и компенсацией движения для макроблоков 16x16

пикселов и ДКП ошибки предсказания в блоках 8x8 пикселов. Предсказания в

этом случае выполняется в блоке БП1. Этот вид кодирования имеет два уровня

скорости передачи двоичных символов в потоке данных. Уровень очень низкой

скорости передачи (VLBV) предназначен для передачи изображений с низким

пространственным разрешением ( форматы QCIF и SQCIF), частотой кадров

10÷15 Гц и со скоростями передачи двоичных символов 5 ÷64 кбит/с. Этот

уровень можно использовать в видеотелефонной связи.

Уровень высокой скорости передачи (HBV) предназначен для передачи

изображений с высоким пространственным разрешением со скоростями

передачи двоичных символов 64 кбит/с ÷ 10 Мбит/с. Этот уровень может

использоваться для передачи телевизионных программ.

2. Кодирование основанное на содержании сцены, позволяет получить

существенно большее сжатие изображений за счет учета свойств видео-

объектов, присутствующих в сцене.

Одной из возможностей, создаваемых этими методами, является

кодирование видеообъектов сложной формы. Например, в качестве

видеообъекта может быть взята область изображения, отличающаяся от

окружения яркостью или цветом. Эта область может перемещаться и

деформироваться. При формировании предсказанного изображения с

компенсацией движения смещаются не прямоугольные макроблоки, а

выделенные области, которые к тому же могут изменять свою форму. При этом

ошибка предсказания оказывается значительно меньше, и объем информации,

содержащийся в разности предсказанного и настоящего изображений

очередного кадра, существенно уменьшается. В кодере такой вариант

выполняется в блоке БП2.

В то же время, вместо векторов движения, показывающих перемещение

прямоугольного макроблока как целого, необходимо передавать параметры,

характеризующие изменение координат и формы объекта. Эти параметры

определяются и кодируются в кодере формы и после чего они через

мультиплексор поступают в выходной поток данных.

Данные о форме видеообъекта занимают значительно больше бит, чем

простой вектор движения. Например, если граница области, выделенной как

видеообъект представляется многоугольником, то для описания смещения и

деформации этой области необходимо передать изменение координат всех

углов многоугольника. Тем не менее, общий выигрыш в уменьшении

передаваемой информации по сравнению с MPEG-2 оказывается

существенным.

3. Для сжатия изображения неподвижного фона и текстур протяженных

объектов используется метод кодирования, основанный на « вэйвлет»-

преобразовании. Этот метод обеспечивает высокие степени сжатия и

многоступенчатую масштабируемость по пространственному разрешению.

Синтетические видеообъекты, создаваемые с помощью компьютерной