MPEG-2
Работы над стандартом MPEG-2 начались в 1990г.
Разработанный специально для кодировния ТВ сигналов вещательного
телевидения, он позволяет получить высокую четкость ТВ изображения,
соответсвующую Рекомендации 601 МККР: 576 активных строк в кадре и 720
отсчетов в активной части строки. Стандарт предназначен для каналов связи,
обеспечивающих скорость передачи данных 3-10 Мбит/с для обычного
телевизионного стандарта и 15-30 Мбит/с для телевидения высокой четкости
(ТВЧ). Проект стандарта MPEG-2 вышел в начале 1994г., а в 1995г. были
выпущены последние документы. В стандарте обеспечивается совместимость
"вперед", т.е. MPEG-2 декодер может декодировать поток данных формата
MPEG-1.
Общие положения
Стандарт MPEG-2 состоит из трех основных частей:
системной видео и звуковой.
Системная часть
описывает форматы
кодирования для мультиплексирования звуковой, видео- и другой инрформации,
рассматривает вопросы комбинирования одного или более потоков данных в
один или множество потоков, пригодных для хранения или
передачи.
Системный уровень выполняет пять основных функций:
-
Синхронизация нескольких сжатых потоков при воспроизведении
-
Объединение нескольких сжатых потоков в едмный поток
-
Инициализация для начала воспроизведения
-
Обслуживание буфера
-
Определение временной шкалы
Видео часть
стандарта описывает кодированный
битовый поток для высококачественного цифрового видео. MPEG-2 является
совместимым расширением MPEG-1, он поддерживает чересстрочный видеоформат
и содержит средства для поддержки ТВЧ.
Звуковая часть
стандарта MPEG-2 определяет
кодирование многоканального звука. MPEG-2 поддерживает до пяти полных
широкополосных каналов плюс дополнительный низкочастотный канал и(или) до
семи многоязычных комментаторских каналов. Он также расширяет возможности
кодирования моно- и стереозвуковых сигналов в MPEG-1 за счет использования
половинных частот дискретизации (16;22,05 и 24 кГц) для улучшения качества
при скоростях передачи 64 Кбит/с и ниже.
Применение сиандарта MPEG-2 в вещательном телевидении
позволяет значительно снизить скорость передачи видео- и звуковых данных и
за счет этого передавать несколько цифровых программ в стандартной полосе
частот радиоканалов эфирного, кабельного и спутникового телеизионного
вещания. Например, большие приемущества MPEG-2 дает в системах
спутникового телевизионного вещания. Сжатие позволяет передать по одному
стандартному каналу от одного до пяти цифровых каналов при
профессиональном уровне качества видеосигнала. Важно и то, что цифровые
каналы по сравнению с аналоговыми предоставляют более широкие возможности
для передачи дополнительной инфромации.
Пропускная способность стандартного спутникового канала
при полосе 32 МГц составляет 55 Мбит/с. Для вещания с профессиональным
качеством неообходима скорость цифрового потогка 5-8 Мбит/c. Таким
образом, один стандартный спутникивый канал позволяет транслировать 4-5
телевизионных программ. Возможно использование цифровых каналов с более
высокими коэффициентами сжатия. При этом в одном стандартном канале
передается до десяти видеопрограмм. Однако, в этих случаях заметна потеря
качества изображения.
Совместимость стандартов MPEG-1 и MPEG-2
MPEG-2 совместим с предыдущим стандартом MPEG-1 "вперед"
и "вверх" по видеопотоку. Вообще говоря, при переходе к новому стандарту
возможны следующие виды совместимости:
-
Совместимость "вперед" - декодер нового поколения должен уметь
декодировать потоки декодера предыдущего поколения
-
Совместимость "назад" - декодер предыдущего поколения должен уметь
декодировать потоки или часть потока кодера нового поколения
-
Совместимость "вверх" - декодер нового поколения с более высоким
разрешением должен уметь декодмровать потоки предыдущего поколения с
низким разрешением
-
Совместимость "вниз" - декодер предыдущего поколения с низким
разрешением должен уметь декодировать потоки нового поколения с более
высоким разрешением
Совместимость кодеров предыдущего (MPEG-1) и последующего
(MPEG-2) поколений достигается за счет введения синтаксиса расширений
заголовков. Декодер предыдущего поколения игнорирует дополнительную
информацию, содержащубюся в расширениях заголовков, зарезервированных в
предыдущем поколении стандарта, и способен восстанавливать данные,
содержащиеся в битовом потоке. Таким образом можно обеспечить
совместимость "вперед" и "вверх". Совместимость "назад" и "вниз" может
быть гарантирована лишь дополнительным аппаратным обеспечением декодера
предыдущего поколения.
Сжатие видеосигнала
Стандарт MPEG-2 не регламентирует методы сжатия
видеосигнала, а только определяет, как должен выглядеть битовый поток
кодированного видеосигнала, поэтому конкретные алгоритмы являются
коммерческой тайной фирм - производителей оборудования. Однако существуют
общие принципы, и процесс сжатия цифрового видеосигнала может быть разбит
на ряд последовательных операций: преобразование аналогового сигнала в
цифровую форму, предварительная обработка, дискретное косинусное
преобразование, квантование, кодирование.
Заключение
В заключении отметим, что качество кодирования и
декодирования видеосигналов по стандарту MPEG-2 определяется не только
возможностями аппаратных средств, но и уровнем проработки
специализированного программного обеспечения.
|