Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Быков В. В., Меньшиков К. В.
При канальном кодировании в телевидении используют внешние и внутренние коды. Для внешнего кодирования в DVB-T и DVB-S — код Рида-Соломона, а в качестве внутреннего — сверточный код с декодированием по алгоритму Витерби.
В новых стандартах передачи DVB-T2 и DVB-S2 для внешнего кодирования применяют коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ), а для внутреннего — код с малой плотностью проверок на четность (LDPC). Коды Рида-Соломона — недвоичные блочные циклические коды, позволяющие исправлять ошибки в блоках данных. Недвоичные они, потому что элементами кодового слова являются не биты, а байты.
Этот код позволяет исправлять до 8 принятых с ошибками байтов в каждом транспортном пакете. Для внутреннего кодирования обычно используются несистематические сверточные коды. Коды БЧХ для телевидения — циклические, блочные систематические коды. Они исправляют кратные ошибки, т. е. две и более ошибок.
Что Делать — Канал Закодирован. ТриколорТВ
LDPC — линейные блоковые коды с проверкой чётности, которые описываются низкоплотностной проверочной матрицей, содержащей в основном нули и относительно малое количество единиц в строках и столбцах. При использовании только LDPC)кода ошибки в декодированном слове имеют тенденцию группирования в пакеты ошибок. Устранение пакетов ошибок производится циклическим кодом БЧХ, исправляющим пакеты из 8?12 ошибок. Рассматриваются особенности и преимущества этих кодов, обеспечивающих в стандартах DVB высокую помехоустойчивость.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Быков В. В., Меньшиков К. В.
Верификация LDPC-кодов
Кодирование и декодирование цифрового потока MPEG-2 с широким диапазоном исправляемых случайных ошибок
Коды Боуза – Чоудхури – Хоквингема в системах обнаружения и исправления ошибок при передаче данных
Коды Рида — Соломона в системах обнаружения и исправления ошибок при передаче данных
Анализ эффективности современных помехоустойчивых кодов
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры?
Вы всегда можете отключить рекламу.
Текст научной работы на тему «Помехоустойчивые коды цифрового телевидения»
Помехоустойчивые коды цифрового телевидения
Ключевые слова: цифровое телевидение, помехоустойчивые коды, DVB-T, DVB-S
При канальном кодировании в телевидении используют внешние и внутренние коды. Для внешнего кодирования в DVB-T и DVB-S — код Рида-Соломона, а в качестве внутреннего — сверточный код с декодированием по алгоритму Витерби.
В новых стандартах передачи DVB-T2 и DVB-S2 для внешнего кодирования применяют коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ), а для внутреннего — код с малой плотностью проверок на четность (LDPC). Коды Рида-Соломона — недвоичные блочные циклические коды, позволяющие исправлять ошибки в блоках данных. Недвоичные они, потому что элементами кодового слова являются не биты, а байты.
Цифровое телевидение
Этот код позволяет исправлять до З принятых с ошибками байтов в каждом транспортном пакете. Для внутреннего кодирования обычно используются несистематические сверточные коды. Коды БЧХ для телевидения — циклические, блочные систематические коды. Они исправляют кратные ошибки, т. е. две и более ошибок.
LDPC — линейные блоковые коды с проверкой чётности, которые описываются низкоплотностной проверочной матрицей, содержащей в основном нули и относительно малое количество единиц (<10) в строках и столбцах. При использовании только LDPC-кода ошибки в декодированном слове имеют тенденцию группирования в пакеты ошибок. Устранение пакетов ошибок производится циклическим кодом БЧХ, исправляющим пакеты из З?12 ошибок. Рссматриваются особенности и преимущества этих кодов, обеспечивающих в стандартах DVB высокую помехоустойчивость.
Быков В.В., Меньшиков К.В.
Повышение достоверности приема сигналов в цифровом телевидении требует использования помехоустойчивого кодирования. При канальном кодировании используется каскадное кодирование с внешним и внутренним кодами.
Внешний код — код, применяемый на передающей стороне первым, но декодируемый на приемной стороне последним.
Внутренний код — код, применяемый на передающей стороне последним, но декодируемый на приемной стороне в первую очередь.
В цифровом ТВ данные транспортного пакета подвергаются пе-ремежению, а затем помехоустойчивому кодированию каскадным кодом. В качестве внешнего в РУБ-Т используется код Рида-Соломона, а в качестве внутреннего — сверточный код.
Рис. 1. Схема каскадного кодирования РУБ-Т
Основной принцип построения корректирующих кодов заключается в том, что в каждую передаваемую кодовую комбинацию, со-держашую к информационных двоичных символов, вводят р дополнительных двоичных символов. В результате получается новая кодовая комбинация, содержащая п=k+р двоичных символов. Такой код обозначается как (п, Ц. Доля информационных символов в нем характеризуется относительной скоростью кода, определяемой соотношением I? = k / п = k / k + p.
Для оценки способности кода обнаруживать и исправлять ошибки используется понятие кодового расстояния d.
Линейные коды — цифровые комбинации, обладающие важным свойством: два кодовых слова можно сложить и получить третье кодовое слово. К ним применимы методы линейной алгебры.
Следующая ступень классификации — систематические и несистематические коды [1;3]. В систематических кодах k старших коэффициентов сформированного кода с(х) содержат исходное сообщение.
В процессе кодирования к блоку k информационных символов в конце кодового слова добавляется блок из 21 проверочных символов, где t — число исправляемых ошибок. Это удобно при декодиро-
Рис 2. Место кодов Рида-Соломона, БЧХ, сверточных кодов и LDPC в классификации корректирующих кодов
вании, поэтому в телевидении используется систематический код РС. Несистематические коды не содержат исходного сообщения в явной форме (например, сверточный код).
Циклическим кодом является линейный код, обладающий следующим свойством: если в кодовом слове выполнена циклическая перестановка, то полученное слово также является кодовым словом.
Рассмотрим коды РС и сверточные коды, используемые в стандарте DVB-T.
Коды РС — недвоичные блочные циклические коды, позволяющие исправлять ошибки в блоках данных. Недвоичные они, потому что элементами кодового слова являются не биты, а группы битов. В телевидении это — байты. Для восьмибитовых символов полная длина кодового слова составляет 28-1 = 255 символов, из них 239 информационных и 16 проверочных
На рис. 3 показано размещение байтов в пакете данных MPEG-2 с защитой от ошибок блочным кодом РС.
В стандарте цифрового телевидения DVB используется код РС, записываемый как (204, 188, 8). Здесь 188 — количество информационных байтов в пакете транспортного потока MPEG-2, 204 — количество байт в пакете после добавления проверочных символов, 8 — число корректируемых байт. Таким образом, в качестве кодовых комбинаций берутся целые пакеты транспортного потока, содержащие 188 байт, а добавляемые проверочные символы содержат 16 байт.
Синхробайт 1 байт Информационные данные МРЕС-2 187 байт Проверочные данные 16 байт
Рис. 3. Пакет данных MPEG-2 с защитой от ошибок внешним систематическим кодом РС (204, 188, t = 8)
Построение кодового слова, защищенного кодами РС
Формирование циклических кодовых слов производится с помощью порождающего многочлена д(х), максимальная степень которого равна числу проверочньх символов п-к (для телевидения п-к = 2f = 16):
Процедура нахождения кодового слова с(х) заключается в умножении исходного информационного многочлена /(х) на порождающий многочлен кода: с(х) = д(х) /(х).
В приемнике для каждого принятого транспортного пакета, содержащего 204 байта, вычисляются полиномы синдромов ошибки. Синдромы ошибок получаются делением кодового слова на порождающие многочлены. Если кодовые слова делятся на порождающий многочлен без остатка, то ошибок нет. Принятые слова, которые не делятся без остатка на порождающий многочлен, не являются разрешенными и, следовательно, содержат ошибки. При наличии остатка деления — включается процедура исправления ошибки.
Описание кодера Рида-Соломона
Кодер осуществляет деление многочлена у(х), отображающего принятое слово, на порождающий многочлен д(х). Полученный остаток от деления приписывается к у(х) в качестве младших разрядов и это кодовое слово идет на передачу. Деление в кодере реализуется посредством умножения и сложения [2].
Декодирование кодов РС
В приемнике для каждого принятого транспортного пакета, содержащего 204 байта, вычисляются синдромы ошибки и два полинома: «локатор» Цх), корни которого показывают положение ошибок, и «корректор», дающий значение ошибок X. Вычисление синдрома ошибки 5(х). Синдром является остатком деления декодируемого кодового слова с(х) на порождающий полином д(х). Если этот остаток равен нулю, кодовое слово считается неискаженным. Ненулевой остаток свидетельствует о наличии ошибки.
Нахождение позиций символьных ошибок (используется алгоритм поиска Ченя). Восстановление данных, посредством решения системы уравнений с f неизвестными. Для решения используется быстрый алгоритм Форни.
Сверточные коды основаны на преобразовании входной последовательности двоичных символов в выходную последовательность двоичных символов, у которой на каждый символ входной последовательности формируется более одного символа выходной последо-
Рис. 5. Схема декодирования кодов Рида-Соломона: у(х) — принятое кодовое слово; 5(х) — синдромы; Цх) — полином локации ошибок; XI — местоположения ошибок; У1 — значения ошибок;
(х) — восстановленное кодовое слово [2]
вательности [1; 3]. В отличие от блоковых, они не делят информацию на фрагменты! и работают с ней как со сплошным потоком данных.
Сверточное кодирование — это итеративная обработка потока битов, создающая зависимость каждого бита от нескольких предыдущих. Сверточный код задают посредством порождающих многочленов, которые определяют структуру двоичного кодера сверточного кода. Кодовое слово на выходе такого кодера составляется в виде в двух последовательностей, которые в двоичной форме представляют коэффициенты соответствующих порождающих многочленов.
Пример сверточного кодера приведен на рис.6. Он содержит трехразрядный сдвиговый регистр, на вход которого поступает входная последовательность двоичных символов. Кодер состоит из 3-разрядного регистра сдвига и 2-х сумматоров по модулю 2.
Рис. 6. Кодер несистематического сверточного кода скорости 1/2 и памяти 3 с примером кодирования входной последовательности 101; [1]
Информационная последовательность поступает на вход регистра. Содержимое регистра обрабатывается сумматорами, на выходах которых образуется кодовая последовательность, которая сим-вол-за-символом поступает на выход.
Относительная скорость этого кода уменьшается (К = 1/2), а тактовая частота возрастает в два раза.
Декодирование сверточных кодов
Декодирование реализует алгоритм Витерби, основанный на принципе максимального правдоподобия (рис. 8). Алгоритм включает в себя вычисление меры подобия (или расстояния Хемминга), между сигналом на входе декодера и на его выходе. Декодер принимает решения путем исключения менее вероятных путей [2].
Сверточные коды эффективно работают в канале с белым шумом, но плохо справляются с пакетами ошибок. Более того, если де-
Рис. 4. Структурная схема кодера Рида-Соломона.
На схеме до — Э16 — коэффициенты порождающего многочлена д(х)
Рис. 7. Схема сверточного кодера цифрового телевидения йУБ-Т
Источник: cyberleninka.ru
Переход на цифровое ТВ: ответы на часто задаваемые вопросы
Переход на цифровое ТВ: ответы на часто задаваемые вопросы
Какое разрешение и качество в цифровом эфирном телевидении?
Трансляция идет в разрешении 720 на 576 пикселей (качество SD).
Почему после подключения приемного оборудования изображение черно-белое?
Причиной черно-белого изображения может быть:
- установленная в настройках телевизора вручную система цветности, отличная от PAL (например Secam или NTSC). В этом случае нужно найти в меню телевизора управление системой цветности и выставить значение PAL или авто. Именно в этом режиме по умолчанию транслируют видеосигнал цифровые приставки;
- некорректно подключенные к телевизору “тюльпаны” (кабель RCA) цифровой приставки. В этом случае нужно подключить приставку через композитный вход (красный/белый – аудио, желтый – видео), если он есть, либо использовать разъемы SCART или HDMI и соответствующий кабель.
Чем цифровое эфирное телевидение лучше аналогового?
Цифровое эфирное телевизионное вещание позволяет существенно повысить качество изображения и звука, экономить частотный ресурс, а также предоставляет возможность развития новых современных услуг. Благодаря развитию технологий эфирной трансляции в отдаленных местах вместо одного-трех телеканалов будет доступно до 20 телеканалов в цифровом качестве.
В чем преимущество цифрового эфирного ТВ от РТРС перед коммерческими предложениями?
Преимущество цифрового эфирного телевидения РТРС – отсутствие абонентской платы.
Пользователям не нужно заботиться о своевременной оплате, тратить время на заполнение квитанций и проверку «личного кабинета» и вообще подписывать договор. Не нужно специальное приемное оборудование (декодеры, кабели, тарелки и т.д.). Телеканалы транслируются без кодирования, в свободном доступе.
Есть ли в цифровом эфирном ТВ местные новости?
Обеспечение населения региональным цифровым эфирным телерадиовещанием – одна из задач федеральной целевой программы «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2018 годы».
Региональные информационные выпуски и тематические программы доступны на каналах первого мультиплекса «Россия 1», «Россия 24» и «Радио России».
Где можно узнать про цифровое эфирное телевидение?
Интересующую вас информацию о необходимом оборудовании, настройке и приеме цифрового эфирного телевидения в вашем населенном пункте можно получить по бесплатному номеру круглосуточной федеральной горячей линии: 8-800-220-20-02 и на официальном сайте РТРС в разделе “Все для приема”.
Что нужно, чтобы начать смотреть цифровое эфирное ТВ?
Для подключения к «цифре» не нужно обладать специальными знаниями и навыками.
Чтобы принять сигнал нового стандарта необходимо:
1) наличие цифровой эфирной трансляции в Вашем населенном пункте (проверить это вы сможете в разделе «Интерактивная карта эфирного телерадиовещания»);
2) наличие в вашем домохозяйстве телевизора с поддержкой стандарта DVB-T2, режима Multiple-PLP и приемной антенны дециметрового диапазона. Если такое оборудование отсутствует, его необходимо приобрести (вместо замены телевизора можно приобрести приставку с соответствующими характеристиками).
Для настройки приема цифрового эфирного телевидения достаточно запустить автопоиск телеканалов. Также можно провести настройку телеканалов в ручном режиме. Для этого нужно ввести частоту или номер телевизионного канала. Узнать его можно на официальном сайте РТРС в разделе “Строительство сети цифрового ТВ”.
Можно ли подключить одну приставку к двум телевизорам (и более)?
Да. Приставка – это аппаратное дополнение к телевизору старого образца. Это тюнер, который поддерживает стандарт DVB-T2, необходимый для приема цифрового эфирного ТВ. При подключении приставки к телевизору к ней переходят функции настройки телеканалов и их переключения. Поэтому, переключая телеканалы на приставке, вы будете переключать их на всех присоединенных к ней телевизорах.
Чтобы смотреть в разных комнатах разные передачи, для каждого телевизора необходим отдельный тюнер DVB-T2.
Что такое СКПТ и к кому нужно обратиться, чтобы установить общую антенну?
Система коллективного приема цифрового телевидения – это та же антенна дециметрового диапазона, но общая для всего подъезда или многоквартирного жилого дома.
СКПТ удобна и для приема сразу на несколько телеприемников в одной квартире.
СКПТ обеспечивает необходимую высоту установки антенны – не менее 10 метров. Система также позволяет избежать нагромождения оборудования на фасаде здания и не портит внешнего облика домов.
СКПТ – такая же часть коммунальной инфраструктуры, как водопровод, системы отопления или электроснабжения, и относится к компетенции управляющих компаний. Жильцы вправе обратиться к ним с заявкой на монтаж СКПТ или требованием обеспечить ее эксплуатацию.
При подключении к домовой антенне следует учитывать, что в телевизор должен быть встроен тюнер DVB-T2. Если ваш телевизор не поддерживает стандарт DVB-T2, понадобится приставка с поддержкой этого стандарта.
Когда будет отключено аналоговое телевещание по всей стране?
Аналоговое вещание федеральных телеканалов будет отключено в три этапа. 11 февраля 2019 года аналоговые передатчики отключат Магаданская, Пензенская, Рязанская, Тульская, Ульяновская, Ярославская области и Чеченская Республика. 15 апреля аналоговое вещание прекратится в 20 регионах. В остальных 57 регионах «аналог» будет отключен 3 июня.
График отключения утвержден решением Правительственной комиссии по развитию телерадиовещания от 29 ноября 2018 года. Региональные телеканалы и телеканалы, не входящие в состав мультиплексов, продолжат аналоговое вещание.
Почему трансляция цифрового эфирного ТВ в моем населенном пункте не совпадает с местным временем?
В России 11 часовых поясов. Учитывая протяженность России с запада на восток, охватить всю страну сигналом с одного космического аппарата объективно невозможно.
Территория России разделена на пять зон вещания. Для каждой из зон многие вещатели формируют несколько временных дублей телеканалов, которые транслируются в разных часовых поясах. Это делается, чтобы новости и другие передачи показывались в разных регионах в одни и те же часы, но по местному времени. С декабря 2018 года «Первый канал» транслирует временные дубли во всех 11 часовых поясах.
Почему мой телевизор не находит телеканалы «Россия 1» и «Россия 24»?
Телевизор не находит телеканалы «Россия 1» и «Россия 24» в первом мультиплексе, потому что программное обеспечение (прошивка) приставки требует обновления. Для восстановления вещания необходимо обновить прошивку и выполнить повторный поиск телеканалов.
Где можно посмотреть время отключений трансляции телерадиосигнала?
Информация о профилактических или других плановых работах, требующих отключения передающего оборудования, публикуется на сайте филиала РТРС и обновляется еженедельно.
! Данные о периодах кратковременных отключений телерадиосигнала не являются информацией, обязательной для общедоступного опубликования. Наши специалисты публикуют их по собственной инициативе из уважения к интересам телезрителей.
Что такое интерференция?
Интерференция – это сезонное явление, когда Солнце, спутник связи и приемная антенна наземного ретранслятора выстраиваются на одной линии. Это создает помехи для радиоприборов. Солнце – мощный источник радиосигнала. Оказавшись ровно позади спутника связи, оно «глушит» теле- и радиосигнал земных вещателей.
В период интерференции на экранах могут появляться едва различимые «шумы» изображения и звука. В пик солнечной интерференции возможно полное пропадание теле- и радиосигнала длительностью до минуты.
Интерференция длится около 14 дней. Весенняя: конец февраля — начало марта. Осенняя: конец сентября — середина октября.
Я проживаю вне зоны охвата цифрового эфирного ТВ, что делать?
Согласно федеральной целевой программе «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2018 годы», общероссийские обязательные общедоступные телеканалы будут доступны 100% населения Российской Федерации. Из них цифровым эфирным телерадиовещанием будут охвачены не менее 98,4% населения.
Решение для жителей населенных пунктов, находящихся вне зоны охвата цифрового эфирного ТВ, – непосредственное спутниковое телевизионное вещание. Этими вопросами занимаются региональные органы исполнительной власти.
Возможна ли бесплатная трансляция первого и второго мультиплексов на территории баров и ресторанов, институтов, отелей?
Плата за трансляцию в общественных местах взимается не РТРС, а Всероссийской организацией интеллектуальной собственности (ВОИС). Плата не связана с распространением сигнала. Эфирные телеканалы транслируются в свободном доступе. Однако у любого контента есть правообладатель.
Трансляция контента в публичном месте регулируется законодательством об авторском праве и смежных правах. Согласно законодательству, трансляция в барах, ресторанах, поездах и т.д. может рассматриваться как использование авторского контента в коммерческих целях. Соответственно, создатели контента могут претендовать на вознаграждение, и владельцы мест, где ведётся такая трансляция, будут обязаны делать отчисления в соответствующие авторские фонды.
Источник: prvadm.ru
Цифровое кодирование телевизионного сигнала
В настоящее время существует много приемов по сокращению избыточности телевизионного сигнала. Эти приемы связаны с более эффективным кодированием по сравнению с ИКМ. Весьма условно их можно разделить на три класса: кодирование ТВ сигнала с предсказанием, групповое кодирование с преобразованием и адаптивное групповое кодирование. Рассмотрим все три принципа кодирования.
Кодирование с предсказанием. Как уже отмечалось, наличие сильных корреляционных связей между близко расположенными элементами изображения определяет нецелесообразность передачи полной информации о каждом элементе. Можно ограничиться передачей отсчета одного элемента, а остальные элементы, используя статистические законы, предсказать, т.е. вычислить с помощью специальных технических устройств на приемном конце системы.
Однако, как бы ни был совершенен аппарат, определяющий статистические связи в изображении, предсказание элементов по предыдущему отсчету или их совокупности всегда будет нести ошибку, обусловленную случайным характером распределения в изображения яркости и цветности. Эта ошибка должна быть для каждого элемента изображения учтена, скорректирована. Только при этом условии на приемном конце системы будет воссоздано изображение, соответствующее оригиналу.
Отсюда вытекает принцип кодирования сигнала с предсказанием: передача в каждом отсчете не истинного значения элемента, а кодированной разности между истинным значением и предсказанным, называемой ошибкой предсказания. Логично ожидать, что в сигнале ошибки содержится меньший объем информации, чем в полном отсчете.
Рис. 5.10.Структурная схема системы с предсказанием
Чтобы сформировать сигнал ошибки е (пТ), на передающем конце системы устанавливаются устройство предсказания, такое же, как и на приемном конце, и вычитающий каскад. На рис.5.10 вместо последнего изображено суммирующее устройство, на входы которого подаются истинное значение отсчета и (пТ)и его приближенно предсказанное значение и (пТ)со знаком «минус». Сигнал ошибки е (пТ), содержащий в общем случае меньший объем информации по сравнению с сигналом и (пТ), будучи принят на другом конце системы, складывается в суммирующем устройстве с предсказываемым значением и (пТ). В результате на приемном конце восстанавливается истинное значение сигнала и (пТ).
Из принципа работы системы с предсказанием следует, что чем точнее предсказывается сигнал и (пТ), тем меньше диапазон изменения сигнала ошибки е (пТ), тем меньшим числом бит может быть он передан, а значит, кодирование будет с этих позиций более эффективным.
В простейшем случае в качестве предсказанного значения можно использовать значение предыдущего отсчета. Тогда «предсказатель» реализуется в виде задержки сигнала на время передачи одного элемента изображения. Указанный прием предсказания на первый взгляд не дает сокращения избыточности.
Ведь сигнал ошибки е (пТ) при таком предсказании может принимать любые значения, вплоть до максимальных амплитуд самого сигнала и (пТ), да еще при этом меняя знак (разность между и (пТ)и и (пТ)может быть положительной и отрицательной). Однако, несмотря на увеличенный динамический диапазон, сигнал ошибки распределяется внутри него не равновероятно. Вероятность его распределения аппроксимируется экспоненциальной функцией с максимумом вероятности вокруг нуля и быстрым спадом вероятности для значений, отличных от него. Следовательно, сигнал ошибки с достаточно высокой достоверностью может быть проквантован значительно меньшим числом уровней, чем исходный отсчет. Это и обеспечивает экономию в объеме передаваемой информации.
Конечно, данный прием дает хорошие результаты лишь в среднестатистическом смысле, т.е. для всего изображения. Для деталей же изображения, содержащих резкие яркостные переходы и контуры, будут характерны (хотя и редкие в статистическом плане) всплески сигнала ошибки. При грубом квантовании они обусловят появление на изображении соответствующих искажений.
Однако, как показывает эксперимент, эти искажения благодаря особенностям зрения оказываются малозаметными. Известно, что зрительный аппарат хуже различает яркость мелких деталей; более того, физиологи обнаружили явления, называемые латеральным (боковым) торможением, которые подавляют фоновую составляющую изображения и подчеркивают в нем контуры и мелкие детали, выделяя тем самым наиболее информативную его часть. На фоне этих «искажений», обусловливаемых алгоритмом работы зрительного аппарата, искажения из-за грубого квантования сигнала ошибки в области его больших значений становятся менее заметными. Сокращение числа уровней квантования сигнала ошибки оказывается допустимым, таким образом, и для деталей изображения, содержащих резкие переходы и контуры.
Число уровней квантования сигнала ошибки для разных систем кодирования с предсказанием выбирается неодинаковым. Но что важно: шкала квантования существенно нелинейна и несимметрична относительно нуля.
Итак, принцип действия систем кодирования с предсказанием заключается в передаче вместо истинного значения сигнала закодированной разности истинного и предсказанного значений. В соответствии с этим принципом подобные системы кодирования получили еще одно название – системы с дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (ДИКМ).
Простейшей из систем ДИКМ является система с дельта-модуляцией. В этой системе сигнал ошибки квантуется всего на два уровня, т.е. фиксируется только знак ошибки. В качестве предсказателя при дельта-модуляции применяется интегратор, который линейно суммирует подаваемые на его вход с частотой дискретизации сигналы ошибки ±d (рис.5.11).
Поскольку последние в течение интервала дискретизации постоянны, суммирование их во времени обусловит образование сигнала ступенчатой формы. Этот сигнал используется в качестве сигнала предсказания u (t)Вычтя его из исходного сигнала, получим после сумматора разностный сигнал e (t). Квантователь ограничивает этот сигнал всего двумя уровнями.
После преобразования полученного сигнала ошибки ±d в двоичный код его можно передавать. На приемном конце системы двоичный код сначала превращается в биполярные отсчеты ±d, а в кодирующем устройстве, представляющем собой описанный выше интегратор, формируется сигнал u (t). Этот сигнал и используется в качестве восстановленного, хотя он заметно отличается от исходного сигнала.
На рис.5.11, б изображены сигналы, формируемые в системе с дельта-модуляцией. Участок А характеризуется передачей относительно резкого перепада яркости. Квантователь в этом случае выдает сигнала ошибки d только одного знака.
Рис. 5.11. Дельта-модуляция:
а – структурная схема системы; б – форма сигналов
Интегратор последовательно во времени их суммирует, образуя напряжение ступенчато-пилообразной формы. При этом последнее «не успевает» за изменением исходного сигнала, поскольку скорость нарастания сигнала предсказания не может превзойти некоторого значения, определяемого d и частотой дискретизации.
В результате фронты в сигнале предсказания затягиваются по отношению к возможным быстрым перепадам в исходном сигнале. На участке Б, где исходный сигнал имеет сравнительно медленные изменения, сигнал предсказания достигает примерного равенства с ним. Однако при этом значение сигнала предсказания непрерывно колеблется вокруг значения исходного сигнала.
Эти колебания происходят с амплитудой d и частотой дискретизации. Искажения, характеризующие затягивание фронтов в сигнале предсказания, получили название перегрузки по крутизне. Второй вид искажений, обусловленный ступенчатостью формы сигнала, определяет гранулярный шум изображения. Для уменьшения этих искажений в системах с дельта-модуляцией приходится по сравнению с ИКМ значительно увеличивать частоту дискретизации, что снижает эффективность системы в целом. Поэтому дельта-модуляция применяется только в видеотелефонных системах.
Снижения частоты дискретизации по сравнению с рассмотренным случаем удается добиться в системах ДИКМ с многоуровневым квантованием сигнала ошибки (рис.5.12). На вход вычитающего устройства S1, поступают в аналоговой форме исходный сигнал u (t)иего предсказанное значение (t).
Полученный сигнал ошибки e (t)квантуется на определенное число уровней (обычно не более 16) и преобразуется в двоичный код. Эти операции выполняются в АЦП, после чего передается закодированный сигнал ошибки e (t). Этот же сигнал в ЦАП подвергается обратному преобразованию в аналоговую форму и подается на сумматор S2, в котором складываются ошибка и сигнал предсказания. На выходе сумматора, таким образом, будет восстановлено исходное значение сигнала с погрешностью, определяемой ошибкой квантования (наличие ошибки квантования учтено в обозначениях e’ (t)и и’ (t) на рис.5.12). По этому значению (а чаще по совокупности предыдущих значений отсчетов) в предсказателе формируется сигнал предсказания (t) последующего отсчета, который подается на вычитающее устройство S1.
Рис. 5.12. Структурная схема системы с ДИКМ
На приемной стороне в декодирующем устройстве после цифроаналогового преобразования сигнал ошибки e’ (t) поступает на декодирующее устройство, состоящее из аналогичных передающему концу системы сумматора и предсказателя.
В целом методами ДИКМ удается сократить число бит на один элемент до 3. 5 по сравнению с 7. 8 битами при использовании ИКМ. Устранение избыточности в системах с предсказанием не может не сказаться на их помехоустойчивости.
Помеха, поразившая один из переданных отсчетов, явится причиной искажений не только этого отсчета, но и всех последующих, поскольку они вычислялись (предсказывались) по предыдущему значению. На изображении образуются характерные искажения – треки ошибок. Уменьшить эти искажения можно более частой передачей «опорных» отсчетов, т.е. самих значений элементов изображения, а не их ошибок. В этом случае действие помехи на изображении прекращается с появлением ближайшего истинного значения сигнала. Конечно, увеличение числа опорных значений в сигнале ДИКМ снижает эффективность кодирования.
Повышает помехоустойчивость системы с предсказанием двумерное кодирование, при котором предсказание производится как по совокупности предшествующих элементов в строке, так и по значениям соответствующих элементов в предыдущих строках. В этом случае улучшается также качество воспроизведения вертикальных яркостных переходов.
Статистические исследования показали, что свойства ТВ изображения, обусловленные межкадровыми связями, аналогичны пространственным свойствам в неподвижном изображении (внутрикадровые связи: межэлементные и межстрочные связи). Коэффициенты корреляции в соседних кадрах получаются часто даже большими, чем для соседних пикселей в одном кадре. Отмеченные свойства ТВ изображений легли в основу стандарта сжатия цифрового потока в системе MPEG.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru