Таинство видеокомпрессии

Для снижения скорости передачи бит или для сжатия данных сигнала используется определенная избыточность процесса формирования ТВ-изображения, что позволяет не терять при кодировании и раскодировании данные, которые должны быть как можно более безошибочными и полностью обратимыми. Необратимые методы кодирования неминуемо приводят к потере некоторой части информации изображения, однако, опираясь на психовизуальные характеристики зрительной системы человека, можно использовать больше степеней сжатия, обеспечивающих декодированные изображения все еще приемлемого для определенных применений качества.

 

Типы избыточности ТВ-изображения
Все ТВ-изображения имеют существенную часть избыточной информации, наличие которой обусловлено самим содержанием картинок и способом их сканирования.

Пространственная избыточность. На картинке, где есть большие участки одинакового цвета и яркости, например небо или луг, соседние элементы изображения, формирующие такие области, являются пространственно-коррелированными, и эту избыточность можно использовать для уменьшения количества бит, необходимых для описания указанной части кадра. Пространственное сжатие осуществляется в рамках отдельного кадра изображения — его иногда называют внутрикадровым.

Временная избыточность. Нет необходимости передавать фактически одинаковое изображение двадцать пять раз в секунду, как это делается в традиционных системах, — передаются лишь разности между последовательными изображениями. Если можно найти удовлетворительные методы выполнения этого, то совершенные изображения без ухудшения качества достижимы, поскольку вся отброшенная информация была избыточной. На практике использование этого типа избыточности имеет свои недостатки, поскольку последующие движения могут происходить в динамичной быстродвижущейся части кадра, и при передаче возможны ошибочные преобразования в следующих кадрах. Поскольку временная избыточность возникает между соседними кадрами, то выполняемая таким образом компрессия известна как межкадровая компрессия.

Статистическая избыточность. Сигналы ТВ-изображения содержат много повторяющейся информации, включая регулярность сигналов синхронизации строки кадров, так что значения отсчетов сигнала в определенной степени являются предсказуемыми. Для уменьшения объема передаваемых данных может использоваться статистическая вероятность следующего отсчета данных, который по известному соотношению связан с предыдущим. Количество бит может быть также уменьшено, поскольку нет необходимости передавать информацию, которая обычно включается в темные строки и поля аналоговой ТВ-картинки. Все, что нужно передавать, — это коды, показывающие синхронизацию строк и кадров. Избыточная информация тоже не передается, так что скорость передачи бит уменьшается без какого-либо ухудшения качества изображения. Это процесс без потерь. Анализ материалов некоторых программ показал, что объем избыточной информации может достигать уровня 98 %.

Николай ПИСЕЦКИЙ

Опубликовано в OFFICE 1-2/2003

Бурное развитие систем кабельного телевидения особенно заметно в сфере предоставления различных типов сервисов по обратному каналу. Еще несколько лет тому назад многие операторы кабельного телевидения в момент проектирования и построения оптических сетей не предполагали столь стремительного развития данного вида услуг. В целях экономии средств и в силу вышеуказанной причины изначально было проложено недостаточное количество волокон. Поэтому в настоящее время в кабельных сетях наблюдается дефицит свободных волокон.

Во время внедрения гибридные опто-коаксиальные сети зарекомендовали себя с лучшей стороны. Затраты на строительство стали сравнимы с затратами при передаче сигналов телевидения по коаксиальному кабелю, качество сигнала заметно выросло, обслуживание сети значительно упростилось, а общие затраты уменьшились.

Увеличение количества абонентов, пользующихся услугами доступа к сети Интернет по сетям кабельного телевидения, привело к тому, что реально возник вопрос о значительном дефиците оптических волокон.

Прокладка дополнительных волокон требует больших материальных затрат, а в некоторых случаях в силу многих факторов становится просто невозможной. Все это и вызвало поиск альтернативных решений по значительному расширению пропускной способности телекоммуникационной сети без изменения ее топологии.

 

Уплотняем? Легко!

Пожалуй, единственным способом решения данной проблемы является метод волнового мультиплексирования WDM (Wavelenght Division Multiplexing). Суть данного метода заключается в том, что по одному волокну передача сигналов в прямом и обратном направлении производится на разных длинах оптических волн, как правило 1310 и 1550 нм. Взаимодействие между этими волнами в волокне не происходит. Система ведет себя так, будто передача происходит по двум различным волокнам. Метод WDM получил дальнейшее развитие в виде CWDM и DWDM.

CWDM (Coarse Wavelenght Division Multiplexing) и DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing) — это способы уплотнения передачи сигналов, когда на разных длинах волн по одному и тому же волокну идет передача различной информации.

Основным отличием этих методов является ширина частотного разделения между несущими.

Для DWDM несущие расположены достаточно близко. Существуют стандарты разделения 50, 100 и 200 ГГц. Для частотного разделения в 100 ГГц это соответствует длине волны порядка 0,75 нм. Общее количество оптических несущих в данном случае составляет около 150 значений.

Для технологии CWDM разделение по длине волны значительно больше и составляет порядка 20 нм. Устройства DWDM гораздо дороже CWDM и используются в основном на магистральных системах передачи, где требуется большая пропускная способность. CWDM же применяются в городских сетях и кабельном телевидении, оборудование которого работает в значительно более жестких внешних условиях, чем телекоммуникационное оборудование.

Не так давно был утвержден новый стандарт для CWDM (ITU G.694.2), определивший восемнадцать несущих в диапазоне 1270—1610 нм. Стандартное волокно может пропускать пять каналов в диапазоне 1270—1350 нм (O-band) и восемь каналов в диапазоне 1470—1610 нм (S, C, L-band). Новые оптические волокна с низким водяным пиком затухания дополнительно пропускают еще пять каналов с диапазоном 1370— 1450 нм (Е-band).

Игорь РЯБОКОНЬ

Опубликовано в OFFICE 7-8/2004