Кодек телевизионного сигнала моноадресной телевизионной системы
Принципы построения цифрового телевидения. Стандарт шифрования данных Data Encryption Standard. Анализ методов и международных рекомендаций по сжатию изображений. Энтропийное кодирование видеосигнала по методу Хаффмана. Кодирование звука в стандарте Mpeg.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.11.2013 |
| Размер файла | 2,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Рязанский государственный радиотехнический университет"
Кафедра Автоматизированных систем управления
Кодек телевизионного сигнала моноадресной телевизионной системы
2009
Аннотация
Представленная программа шифрования данных по алгоритму Des написана в среде программирования Borland Delphi 7 для операционных систем семейства Windows. В данном документе приведен программный код основного модуля системы и код программы.
Содержание
- Обоснование актуальности разработки
- Технико-экономическое обоснование темы проекта
- Раздел 1. Теоретическая часть
- 1.1 Принципы построения цифрового телевидения
- 1.2 Стандарт шифрования данных Data Encryption Standard
- 1.3 Анализ методов и международных рекомендаций по сжатию изображений
- 1.3.1 Кодирование неподвижных изображений по рекомендации JPEG
- 1.3.2 Сжатое кодирование подвижных изображений
- 1.4 Основные этапы кодирования по стандарту MPEG
- 1.5 Энтропийное кодирование видеосигнала по методу Хаффмана
- 1.6 Анализ и компенсация движения в динамических изображениях
- 1.7 Кодирование звука в стандарте MPEG
- Раздел 2. Выбор и обоснование структурной схемы
- Раздел 3 Экспериментальная часть
- 3.1 Моделирование на ЭВМ выбранных алгоритмов
- 3.2 Результаты моделирования
- Раздел 4. Элементная база и аппаратная реализация кодека ТВ сигнала по стандарту MPEG-2
- 4.1 Выбор и обоснование выбора частоты дискретизации и числа уровней квантования
- 4.2 Выбор элементов схемы
- 4.2.1 АЦП
- 4.2.2 Микросхема кодера стандарта MPEG-2
- 4.2.3 Выбор микросхем памяти
- 4.2.4 ЦАП
- 4.2.5 Дактилоскопический сканер
- 4.3 Описание алгоритма функционирования схемы
- Раздел 5. Конструкторско-технологическая часть
- 5.1 Анализ методов конструирования РЭА
- 5.2 Конструирование устройства
- 5.3 Технология изготовления печатных плат
- 5.4 Расчет надежности
- Раздел 6. Экономическая часть
- 6.1 Ленточный график выполнения исследовательской работы
- 6.2 Составление сметы затрат на разработку
- 6.3 Расчет и выводы по эффективности предложений
- Раздел 7. Безопасность и экологичность проекта
- 7.1 Введение
- 7.2 Идентификация опасных и вредных факторов, действующих на рабочем месте оператора ПЭВМ
- 7.3 Организация рабочего места пользователя ПЭВМ
- 7.4 Организация режимов труда и отдыха оператора ПЭВМ
- 7.5 Обеспечение пожарной безопасности при эксплуатации проектируемого объекта
- 7.6 Расчет системы кондиционирования офисного помещения
- 7.7 Экологичность проекта
- Заключение
- Список использованных источников
- Приложение
Обоснование актуальности разработки
Наибольший объем информации об окружающем мире человек получает с помощью зрения. Научно-технический прогресс немыслим без современных средств передачи изображений. Передача изображений, осуществляемая по каналу связи, отличается от передачи других сигналов, например звуковых, как правило, значительно более широким спектром частот и необходимостью воспроизведения с высокой точностью формы передаваемого сигнала.
Современный этап развития телевизионных средств передачи информации характеризуется широким внедрением цифровых методов обработки ТВ изображений. Кроме того требования к качеству телевизионного (ТВ) вещания становится все более высоким. Все это приводит к необходимости использования цифровых методов при формировании, записи и приеме ТВ сигналов.
Телевизионное вещание является одним из самых распространенных средств информационного обслуживания и находит широкое применение в различных сферах деятельности общества. Известно, что сегодня происходит слияние средств вещания, телекоммуникаций и компьютерных технологий в целях интеграции служб в глобальном информационном пространстве. Радикальным способом на пути достижения этих целей является переход вещания от аналоговых к цифровым методам формирования и передачи сигналов.
Применение цифровых методов позволяет устранить многие недостатки аналоговых систем вещания, в том числе искажения сигналов при их формировании, обработке и передаче, накапливающиеся с увеличением числа преобразований, переприемов и перезаписей. Разработанные эффективные методы сжатия данных и цифровой модуляции обеспечили возможность многопрограммного ТВ вещания, при котором по одному каналу вместо традиционной передачи сигнала одной программы можно передавать сигналы нескольких вещательных программ, включая и ТВЧ. Одновременно открывается возможность предоставления телематических, интерактивных, мультимедийных и других услуг, в том числе электронной кинематографии, а также пользования различными информационными службами, в частности Интернетом.
Преимущества цифровых методов передачи ТВ - сигналов по сравнению с аналоговыми заключается в следующем:
· возможность широкого применения электронных запоминающих устройств, причем качество цифровых сигналов почти не зависит от времени их хранения;
· соотношение сигнал/шум (С/Ш) почти не зависит от числа выполненных с цифровым сигналом операций;
· выходной сигнал цифровых ТВ трактов не зависит от стабильности их коэффициентов усиления;
· в значительно меньшей степени проявляются нелинейные искажения;
· возможность применения методов вычислительной техники при кодировании, преобразовании и анализе ТВ - изображений, а также введения предискажений с целью улучшения качества изображения [1].
Цифровые методы передачи видео информации получили за последнее время широкое распространение. Уже создано множество систем на данных принципах, решающих различные практические задачи. Среди них важное место занимают проблемы видеоконференцсвязи, т.е. возможности естественного общения. Географически удаленные участники могут видеть и слышать друг друга, демонстрировать различные предметы, фотографии, чертежи, а также вести прямую телевизионную трансляцию с места события [2]. Не меньший интерес представляет конференцсвязь в сфере бизнеса, для образовательных целей, рекламы товаров, встреч родственников, контактов деятелей науки и искусства и т.д.
Повысилась роль прикладных систем телевидения применяемых в промышленности и на транспорте для визуального контроля на экране дисплея, обслуживания пассажиров и управления поездами и самолетами, контроля их состояния и обстановки на пути. С помощью ТВ систем будут создавать транспортные средства без водителей, управляемые с помощью телекамер и компьютеров.
В науке расширилось применение телевидения для исследования различных диапазонов спектра, например в микроскопии, астрономии, счетчиках частиц и измерителях скорости, при наблюдении за объектами звездного неба, и т.д.
Одним из основных направлений применения разрабатываемого устройства является, использование в системах видеонаблюдения. Поскольку информация передается по стандартным каналам и ее надо защитить от несанкционированного доступа.
Запись на видео диски позволит хранить в сравнительно небольшом объеме огромное количество информации с быстрым доступом к ней, особенно при использовании стандарта DVD для хранения информации. С помощью голографии "картинки" станут стереоскопическими.
В медицине дальнейшее развитие получили телевизионные эндоскопия, рентгеноскопия, микрохирургия, а также консультации больного на расстоянии и обучение медперсонала.
Для резкого повышения качества ТВ приема в ряде стран скоро начнется и даже началось ТВ вещание по новым стандартам с удвоенным числом строк развертки и форматом растра 16:9 с увеличением размера экрана телевизора в 4-5 раз. Также находят распространение системы справочной ТВ информации "Телетекст", "Видеотекст
Цифровая обработка ТВ изображений в процессе их передачи и приема позволяет достичь высокого уровня качества, и предоставляет пользователю массу новых возможностей и новых видов услуг. Цифровая обработка изображений важна тем, что по сути дела позволяет создать новое поколение ТВ техники.
Однако для передачи цифровой видеоинформации без использования специальных процедур ее сжатия требуется существенное увеличение пропускной способности каналов связи, что несет за собой разрушение действующей частотной сетки, принятой для различных систем передачи информации [4].
В таблице 1 сведены данные о требуемой скорости цифровой передачи монохромного ТВ сигнала и полного цветового ТВ сигнала для различных систем телевидения.
Таблица 1
|
Тип изображения |
Сигналы |
Граничная частота сигналов яркости, МГц |
Сигналы цветовой поднесущей, МГц |
Скорость передачи цифровой информации, Мбит/с |
|
|
Монохромное |
E'Y |
6.0 |
-- |
72 |
|
|
HTSC |
E'Y/E'1/E'Q |
4.2/1.5/0.6 |
-3.58 |
128.7 |
|
|
PAL |
E'Y/E'U/E'V |
5.0/1.5/1.5 |
-4.43 |
159.6 |
|
|
SECAM |
E'Y/E'R/E'B Построчно |
6.0/1.5/1.5 |
4.406-D'R 4.25-D'B |
158.6 |
Технико-экономическое обоснование темы проекта
Скремблер - устройство, предназначенное для кодирования ТВ сигналов от несанкционированного доступа, посредством применения криптографических алгоритмов. Выполняют кодирование исходного цифрового сигнала с помощью дактилоскопического устройства, что приводит к полной потере изображения и звука при приеме сигнала без специального декодера. Декодер установленный на приемной стороне, на 100% восстанавливает исходный сигнал. С технической точки зрения данное устройство в настоящее время представляет немалый интерес, в связи с широким развитием техники кино и ТВ, растет число потребителей. Постоянно увеличивается число стандартов цифрового вещания.
По рекомендации HL261 наиболее оптимальным стандартом для цифрового телевидения, является стандарт MPEG - 2. Обобщенная структурная схема разрабатываемого устройства, представлена на рис.1. Но разработать такое устройство не представляется возможным поскольку, сигнал на выходе скремблера имеет достаточно широкую полосу пропускания которую трудно передать по наземным и спутниковым каналам связи. Для решения данной проблемы предлагается ввести в структурную схему еще один дополнительный элемент -- кодер для ТВ сигнала, которое позволит за счет уменьшения избыточности ТВ сигнала сократить полосу пропускания сигнала (рис. 2) и позволит снизить требования к быстродействию системы. Таким образом этот шаг с экономической точки зрения, удорожит систему в целом, но позволит улучшить качественные показатели системы.
К числу неэффективно решаемых проблем при разработке кодека MPEG относятся:
· распознавание смены сюжета и связанное с ним разбиение
· последовательности изображений на I -, Р - , и В - кадры,
· расширение зоны и точности опенки компенсации движения деталей динамических изображений,
· повышение коэффициента сжатия I - кадров.
В данном дипломном проекте уделяется внимание повышению защищенности ТВ сигнала от несанкционированного доступа, посредством применения криптографического алгоритма шифрования DES, и использования дактилоскопического устройства для возможности работы кодера по одному адресу. Также ведется анализ метода сжатия изображений для заданной матрицы коэффициентов дискретного косинус преобразования (ДКП).
Рисунок 1 - Соотношение полосы сигнала на входе и выходе Скремблера.
Рисунок 2 - Обобщенная структурная схема разрабатываемого устройства
Раздел 1. Теоретическая часть
Для представления видеопотока в цифровом виде пришлось решить немало проблем. Большие сложности составила проблема совместимости с существующими аналоговыми форматами (PAL, SECAM, NTSC). Стандарт CC1RR-601 определил базовые характеристики для видеопотоков 720x576x25 кадров/сек (совместимость с PAL), 720x480x30 (совместимость с NTSC). Для хранения такого количества данных требуются огромные ресурсы, поэтому очевидно, что необходимо применять сжатие информации. Но сжимать видеоизображения без потерь невозможно из-за большой энтропии, поэтому приходится применять алгоритм сжатия с потерями качества.
1.1 Принципы построения цифрового телевидения
Цифровое телевидение - это отрасль ТВ техники в которой передача, обработка и хранение ТВ сигнала осуществляется с его преобразованием в цифровую форму. Применение методов и средств цифрового телевидения - это новая ступень развития ТВ техники. Преимущества цифрового телевидения по сравнению с аналоговым обусловлены как самими принципами ТВ, так и наличием разнообразных алгоритмов, схемных решений и мощной технологической базы для создания соответствующих устройств [5]. В своем развитии цифровое ТВ прошло ряд этапов:
1. Использование цифровой техники в отдельных частях ТВ системы, при сохранении разложения и аналогового канала
2. 2. Создание гибридных аналого-цифровых систем с параметрами отличающимися от принятых в обычных стандартах ТВ. Примерами могут служить японская система телевидения высокой четкости MUSE и западно-европейские системы семейства MAC.
3. Создание полностью цифровых ТВ систем.
Главными особенностями нового поколения ТВ систем являются[7]:
· Высокая степень сжатия цифрового ТВ сигнала, достигаемая путем последовательного применения нескольких методов эффективного кодирования изображений и позволяющая передать программы ТВЧ по стандартам наземных каналов ТВ вешания с шириной полосы частот 6 МГц.
· Единый подход к кодированию и передаче ТВ сигналов с различным разрешением: видеотелефон с уменьшенной четкостью, стандартный сигнал NTSC, ТВЧ с количеством строк 1050.
· Интеграция с другими видами информации при передаче по цифровым сетям связи.
Структурная схема тракта цифровой ТВ системы показана на рисунке 3.
В ТВ системе обязательно должен передаваться сигнал звука. Он также преобразуется в цифровую форму и кодируется в соответствующем кодере. Кодированные сигналы звука и изображения объединяются в общий поток данных в мультиплексоре.
Далее цифровой сигнал поступает на блок канального кодирования и модуляции. Здесь осуществляется помехоустойчивое кодирование сигнала и модуляция несущей.
Сигнал цифровой ТВ системы на несущей частоте передается по каналу связи и поступает в приемник. Здесь происходит демодуляция несущей и декодирование помехоустойчивого кода. Затем из общего потока данных выделяются цифровые сигналы изображения и звука, поступающие на соответствующие декодеры. На выходе декодера изображения получаются яркостный и цветоразностный сигналы. После преобразования в аналоговую форму эти сигналы поступают на монитор, на котором воспроизводится цветное ТВ изображение. Декодированный сигнал звука также преобразуется в аналоговую форму и поступает на усилитель низкой частоты ТВ приемника.
Так как параметры радиочастотного канала связи в цифровой ТВ системе остаются такими же, как в стандартных аналоговых ТВ системах, высокочастотная часть ТВ приемника, включающая селектор каналов и усилитель промежуточной частоты изображения, в принципе остается такой же, как в обычных современных телевизорах.
Рисунок 3 - Структурная схема цифровой ТВ системы
1.2 Стандарт шифрования данных Data Encryption Standard
В 1977 году Национальное бюро Стандартов США (NBS) опубликовало стандарт шифрования данных Data Encryption Standard (DES), предназначенный для использования в государственных и правительственных учреждениях США для защиты от несанкционированного доступа важной, но несекретной информации. К настоящему времени DES является наиболее распространенным алгоритмом, используемым в системах защиты коммерческой информации. Более того реализация алгоритма DES в таких системах является просто признаком хорошего тона! За примерами далеко ходить не надо. Программа DISKREET из пакета Norton Utilities, предназначенная для создания зашифрованных разделов на диске, использует именно алгоритм DES. "Собственный алгоритм шифрования" отличается от DES только числом итераций при шифровании. Основные достоинства алгоритма DES:
· используется только один ключ длиной 56 битов;
· зашифровав сообщение с помощью одного пакета, для расшифровки вы можете использовать любой другой;
· относительная простота алгоритма обеспечивает высокую скорость обработки информации;
· достаточно высокая стойкость алгоритма.
DES осуществляет шифрование 64-битовых блоков данных с помощью 56-битового ключа. Расшифрование в DES является операцией обратной шифрованию и выполняется путем повторения операций шифрования в обратной последовательности (несмотря на кажущуюся очевидность, так делается далеко не всегда. Позже мы рассмотрим шифры, в которых шифрование и расшифрование осуществляются по разным алгоритмам). Процесс шифрования заключается в начальной перестановке битов 64-битового блока, шестнадцати циклах шифрования и, наконец, обратной перестановки битов (рисунок 4).
Пусть из файла считан очередной 8-байтовый блок T, который преобразуется с помощью матрицы начальной перестановки IP (таблица 1) следующим образом: бит 58 блока T становится битом 1, бит 50 - битом 2 и т.д., что даст в результате: T(0) = IP(T). Полученная последовательность битов T(0) разделяется на две последовательности по 32 бита каждая: L(0) - левые или старшие биты, R(0) - правые или младшие биты.
Рисунок 4 - Обобщенная схема шифрования в алгоритме DES
Рисунок 5 - Структура алгоритма шифрования DES
Таблица 1.1 - Матрица начальной перестановки IP
Затем выполняется шифрование, состоящее из 16 итераций. Результат i-й итерации описывается следующими формулами:
L(i) = R(i-1)
R(i) = L(i-1) xor f(R(i-1), K(i))
где xor - операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
Функция f называется функцией шифрования. Ее аргументы - это 32-битовая последовательность R(i-1), полученная на (i-1)-ой итерации, и 48-битовый ключ K(i), который является результатом преобразования 64-битового ключа K. Подробно функция шифрования и алгоритм получения ключей К(i) описаны ниже. На 16-й итерации получают последовательности R(16) и L(16) (без перестановки), которые конкатенируют в 64-битовую последовательность R(16)L(16). Затем позиции битов этой последовательности переставляют в соответствии с матрицей IP-1.
Таблица 1.2 - Матрица обратной перестановки IP-1
Матрицы IP-1 и IP соотносятся следующим образом: значение 1-го элемента матрицы IP-1 равно 40, а значение 40-го элемента матрицы IP равно 1, значение 2-го элемента матрицы IP-1 равно 8, а значение 8-го элемента матрицы IP равно 2 и т.д. Процесс расшифрования данных является инверсным по отношению к процессу шифрования. Все действия должны быть выполнены в обратном порядке. Это означает, что расшифровываемые данные сначала переставляются в соответствии с матрицей IP-1, а затем над последовательностью бит R(16)L(16) выполняются те же действия, что и в процессе шифрования, но в обратном порядке. Итеративный процесс расшифрования может быть описан следующими формулами:
R(i-1) = L(i), i = 1, 2, ..., 16;
L(i-1) = R(i) xor f(L(i), K(i)), i = 1, 2, ..., 16 .
На 16-й итерации получают последовательности L(0) и R(0), которые конкатенируют в 64-битовую последовательность L(0)R(0). Затем позиции битов этой последовательности переставляют в соответствии с матрицей IP. Результат такой перестановки - исходная 64-битовая последовательность. Теперь рассмотрим функцию шифрования f(R(i-1),K(i)). Схематически она показана на рисунке 6.
Рисунок 6 - Вычисление функции f(R(i-1), K(i))
Для вычисления значения функции f используются следующие функции-матрицы:
· Е - расширение 32-битовой последовательности до 48-битовой,
· S1, S2, ... , S8 - преобразование 6-битового блока в 4-битовый,
· Р - перестановка бит в 32-битовой последовательности.
Функция расширения Е определяется таблицей 1.3. В соответствии с этой таблицей первые 3 бита Е(R(i-1)) - это биты 32, 1 и 2, а последние - 31, 32 и 1.
Таблица 1.3 - Функция расширения E
Результат функции Е(R(i-1)) есть 48-битовая последовательность, которая складывается по модулю 2 (операция xor) с 48-битовым ключом К(i). Получается 48-битовая последовательность, которая разбивается на восемь 6-битовых блоков B(1)B(2)B(3)B(4)B(5)B(6)B(7)B(8). То есть: E(R(i-1)) xor K(i) = B(1)B(2)...B(8) .
Функции S1, S2, ... , S8 определяются таблице 1.4.
Таблица 1.4 - Функции преобразования S1, S2, ..., S8
К таблице 1.4. требуются дополнительные пояснения. Пусть на вход функции-матрицы Sj поступает 6-битовый блок B(j) = b1b2b3b4b5b6, тогда двухбитовое число b1b6 указывает номер строки матрицы, а b2b3b4b5 - номер столбца. Результатом Sj(B(j)) будет 4-битовый элемент, расположенный на пересечении указанных строки и столбца. Например, В(1)=011011. Тогда S1(В(1)) расположен на пересечении строки 1 и столбца 13. В столбце 13 строки 1 задано значение 5. Значит, S1(011011)=0101. Применив операцию выбора к каждому из 6-битовых блоков B(1), B(2), ..., B(8), получаем 32-битовую последовательность S1(B(1))S2(B(2))S3(B(3))...S8(B(8)). Наконец, для получения результата функции шифрования надо переставить биты этой последовательности. Для этого применяется функция перестановки P (таблица 1.5). Во входной последовательности биты перестанавливаются так, чтобы бит 16 стал битом 1, а бит 7 - битом 2 и т.д.
Таблица 1.5 - Функция перестановки P
Таким образом,
f(R(i-1), K(i)) = P(S1(B(1)),...S8(B(8)))
Чтобы завершить описание алгоритма шифрования данных, осталось привести алгоритм получения 48-битовых ключей К(i), i=1...16. На каждой итерации используется новое значение ключа K(i), которое вычисляется из начального ключа K. K представляет собой 64-битовый блок с восемью битами контроля по четности, расположенными в позициях 8,16,24,32,40,48,56,64. Для удаления контрольных битов и перестановки остальных используется функция G первоначальной подготовки ключа.
Таблица 1.6 - Матрица G первоначальной подготовки ключа
Результат преобразования G(K) разбивается на два 28-битовых блока C(0) и D(0), причем C(0) будет состоять из битов 57, 49, ..., 44, 36 ключа K, а D(0) будет состоять из битов 63, 55, ..., 12, 4 ключа K. После определения C(0) и D(0) рекурсивно определяются C(i) и D(i), i=1...16.
Для этого применяют циклический сдвиг влево на один или два бита в зависимости от номера итерации, как показано в таблице 1.7.
Таблица 1.7 - Таблица сдвигов для вычисления ключа
Полученное значение вновь "перемешивается" в соответствии с матрицей H (таблица 1.8).
Таблица 1.8 - Матрица H завершающей обработки ключа
Ключ K(i) будет состоять из битов 14, 17, ..., 29, 32 последовательности C(i)D(i). Таким образом:
K(i) = H(C(i)D(i))
Блок-схема алгоритма вычисления ключа приведена на рисунке 7. Восстановление исходного текста осуществляется по этому алгоритму, но вначале вы используете ключ K(15), затем - K(14) и так далее.
Рисунок 7 - Блок-схема алгоритма вычисления ключа K(i)
1.3 Анализ методов и международных рекомендаций по сжатию изображений
Главное направление развития различных систем связи, телевидения и информационно-измерительных систем различного назначения разработка и внедрение цифровых методов и устройств обработки преобразования и передачи сигналов. Однако использование таких методов приводит к необходимости многократного увеличения полосы занимаемых частот и соответственно уменьшения скорости передачи изображений. Эта проблема может быть решена путем разработки эффективных методов цифрового кодирования (сжатия) различных сигналов и прежде всего изображений [1-6].
Можно сказать, что интенсивное развитие методов и устройств сжатия различных видеоизображений стимулируется развитием цифровых сетей интегрального обслуживания ЦСИО (ISDN -Integrated Service Digital Network) и технологии "мультимедиа". Каждое из этих направлений обычно характеризуется своими особыми требованиями и в ряде случаев затруднительно использование разработанного кодека для других целей.
Следует отметить, что методы и устройства сжатия различных сигналов (в том числе и телевизионных) интенсивно развивалось с 70-х годов, но только в последнее время на базе новых электронных технологий достигнуты выдающиеся результаты.
Возможности сокращенного описания изображений обуславливаются в основном двумя факторами. Первый связан с ограничениями зрительного восприятия получателя, благодаря которым исходное изображение можно без ущерба для субъективного качества аппроксимировать другим, более простым, экономно описываемым изображением (первичное сжатие).
Второй опирается на избыточность цифрового представления изображений (даже после "первичного" сжатия). Последовательность дискретных величин, поступающих с выхода устройства первичного сжатия изображений, как правило, содержит остаточную избыточность которую можно уменьшить методами неравномерного (статистического, энтропийного) кодирования источников.
Первая группа методов сжатия основана на свойствах изображения и динамики его изменения от кадра к кадру. Его применение ведет часто к неизбежным потерям информации и ухудшению качества изображения. Этот способ может быть реализован в виде как внутрикадрового кодирования, так и межкадрового кодирования: обычно берется сочетание этих процедур. Энтропийное (статистическое) кодирование обеспечивает сжатие за счет использования статистических свойств сигнала и в принципе не ведет к потерям информации.
Сегодня уже известно и разрабатывается значительное число методов сжатия телевизионных и других видеосигналов с учетом указанных факторов. К первой (первичной) группе методов сжатия следует отнести [4]:
- кодирование с предсказанием (например, видео-АДИКМ);
- линейное кодирование с преобразованием (обычно с использованием ортогональных рядов Фурье, Карунена-Лоэва, Адамара, Хартли, Гильберта, косинусного и др.);
- межкадровое кодирование, основанное на том, что большинство изображений незначительно изменяется от кадра к кадру;
- прореживание отсчетов (и кадров) с последующим их восстановлением путем интерполяции и (или) экстраполяции;
- кодирование с расчленением изображения на фрагменты;
- гибридное (комбинированное) внутри- и межкадровое кодирование, представляющее собой различные сочетания пере численных методов с преобразованием и некоторые другие;
Ко второй группе методов статистического сжатия следует отнести:
- использование статистических кодов, например кода Хаффмана и
его модификаций, кода Джелинека, арифметических кодов, Lempel-Ziv-Welch coding;
- векторного квантования и др. В современных устройствах сжатия видеоизображений обычно также применяют различные комбинации из первой и второй групп.
Некоторым особняком от этих двух названных групп методов сжатия изображения стоит так называемый фрактальный метод сжатия, которому в последнее время уделяется большое внимание [8]. Рассмотрим коротко основные методы и устройства сжатия видеоизображений, на которые уже имеются рекомендации (стандарты) или они находятся на конечной стадии разработки.
Сегодня существует несколько стандартов (рекомендаций) международных и европейских организаций и групп экспертов по различным видам услуг в области сжатого кодирования видеосигналов. Основные требования, предъявляемые к кодекам изображений: возможно более высокое сжатие без существенной потери качества изображения, удовлетворение требований международных стандартов и рекомендаций, относительно низкая стоимость.
1.3.1 Кодирование неподвижных изображений по рекомендации JPEG
Алгоритм сжатия неподвижных кадров (видеоизображений) основывается в основном на стандарте JPEG (Joint Photographic Experts Group). [8].
В рекомендации JPEG рассмотрены два основных класса алгоритмов сжатия: на основе дискретного косинусного преобразования (ДКП) и дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ). Считается что алгоритм с ДКП обеспечивает значительное большее сжатие, чем алгоритм с ДИКМ.
Кодирование изображения по алгоритму JPEG обычно начинается с преобразования цветного пространства в сигнал яркости Y и два цветоразностных сигнала Сb Сr. Такой подход позволяет повысить эффективность сжатия. При этом система сжатия компоненты яркости будет меньше, чем цветоразностных компонентов, так как люди в гораздо меньшей степени замечают изменения в цвете.
После преобразования цветового пространства обычно, но необязательно, производится прореживание данных цветности. При прореживании отбрасываются цветоразностные компоненты строк или столбцов пикселов с определенными номерами (например, каждой второй строки и каждого второго столбца).
Следующий этап процедуры сжатия заключается в преобразовании небольших блоков изображения с помощью двумерного ДКП. Обработка ведется блоками 8x8 пикселов, т. е. сразу обрабатываются 64 пиксела. Выбор блока подобного размера объясняется несколькими причинами. Во-первых, такой блок с большой вероятностью содержит пикселы близкого цвета (яркости); во-вторых, он достаточно большой (чаще всего превышает интервал корреляции). ДКП во многом напоминает дискретное преобразование Фурье.
При выполнении этой операции информация 64 пикселов преобразуется в матрицу из 64 коэффициентов. Важнейшая особенность этой матрицы - то, что в ней основную энергию несут первые коэффициенты, а энергия последующих быстро убывает (максимальные значения коэффициентов ДКП концентрируются в левом верхнем углу матрицы, а минимальные - в нижнем правом). Операция ДКП выполняется раздельно для каналов яркости и цветности.
Использование ДКП объясняется тем, что для большого класса изображений оно хорошо аппроксимирует оптимальное дискретное представление Корунена--Лоэва, имеет алгоритм быстрого преобразования, просто в реализации и обеспечивает при этом существенное сжатие. Сканирование коэффициентов ДКП обычно производится по зигзагу, что облегчает статистическое кодирование, так как наиболее вероятно коэффициенты ДКП будут убывать с увеличением частоты.
Далее преобразованная матрица проходит операцию квантования, применяемую для сокращения разрядности коэффициентов. Фактически квантование означает деление матрицы 8x8 коэффициентов ДКП на матрицу квантования также с размерностью 8x8. При этом результат деления округляется до ближайшего целого. После квантования значения чисел в левом верхнем углу оказываются намного меньше чем ранее, а в правом углу получаются преимущественно нули. Именно здесь происходит основное сжатие и основная необратимая потеря информации. Причем цветоразностные компоненты могут квантоваться более грубо. После этого матрица, представляющая результат квантования, вытягивается в строку данных так, что все последовательности нулей правого нижнего угла оказываются в конце строки.
В некоторых версиях информация о яркости и цвете затем кодируется так, что сохраняются только отличия между соседними блоками, т. е. используется алгоритм ДИКМ. После этого производится статистическое кодирование по методу Хаффмана (метод сжатия без потерь). Сначала анализируется вся последовательность символов. Часто повторяющимся сериям бит присваиваются короткие элементы (маркеры). В частности, последние нули в конце строки могут быть заменены одним символом конца блока. Поскольку все блоки имеют одинаковую длину, всегда известно сколько нулей было опущено. В рекомендациях JPEG предусматривается такое использование арифметического кодирования. При восстановлении (декодировании) данных перечисленные выше операции выполняются в обратном порядке.
Возможная степень сжатия зависит как от вида изображений, так и от применяемых типов матриц квантования. Гладкие полутоновые изображения без мелких деталей сжимаются лучше, чем с мелкими деталями. Например, изображение человеческого лица можно сжимать с большим коэффициентом, чем картинку с текстом.
Увеличение размера матрицы квантования приводит к повышению коэффициента сжатия. Для различных компонентов Y, С6, Сг могут использоваться свои матрицы квантования.
Известно несколько расширений алгоритма. В частности, может применяться сглаживание, которое при восстановлении изображения сглаживает разрывы между границами блоков.
Следует отметить, что сегодня существует несколько различных пакетов программ по алгоритму JPEG. В одних программах, требуется дополнительное дисковое пространство в дополнение к основной памяти. Часть из них предусматривает несколько фиксированных режимов сжатия, другие дают возможность выбирать их. Важным фактором служит скорость сжатия, которая может изменяться от нескольких десятков секунд до нескольких минут. Некоторые алгоритмы создают самовосстанавливающиеся изображения.
Пользователи алгоритма JPEG могут устанавливать различную степень сжатия, идя на компромисс между качеством изображения и размером файла (временем вычислений). Разные программы могут обладать весьма различными функциональными и скоростными возможностями.
Следует также отметить, что для оценки качества восстанавливаемых JPEG-файлов важно иметь специальный монитор. Стандартные VGA и Super VGA-дисплеи (не говоря уже о CGA) не способны воспроизводить, например 24-битовый файл изображения.
Для цветного изображения при использовании полного алгоритма в зависимости от качества изображения требуются примерно следующие затраты бит на растровый элемент (пиксел) [8]: 0,25...0,5 бит/рэл -хорошее качество; 0,5...0,75 бит/рэл - очень хорошее качество; 0,75...1,5 бит/рэл - отличное качество для большинства применений.
Размеры сжатого файла составляют от 1,2 Мбайт до 30 кбайт, время сжатия на компьютерах IBM PC - от нескольких десятков секунд до нескольких минут. На рабочих станциях типа DEC Alpha, Cparc 10 эти времена будут значительно меньше.
1.3.2 Сжатое кодирование подвижных изображений
В области сжатого кодирования подвижных изображений действуют два основных стандарта: стандарт МККТТ Н.261 - в основном для задач видеоконференцсвязи и видеотелефонии с использованием ЦСИО; стандарт MPEG (Moving Picture Experts Group) - с более широкими и универсальными возможностями [6, 8]. Разработаны и другие алгоритмы, например PLV и RTV.
Рекомендация Н.261 МККТТ прежде всего предписывает представление входного кадра по форматам CIF и QCIF, межкадровое предсказание с использованием ДИКМ, ДКП блоками 8x8 ошибки предсказания, компенсацию движения по блокам 16x16, энтропийное кодирование коэффициентов ДКП методом Хаффмана и помехоустойчивое кодирование с помощью кодов Боуза-Чоудхури-Хоквингема.
В таблице 1.9 приведены основные характеристики видеоформатов CIF (Common Intermetdiate Format) и QCIF (Qurter CIF) для алгоритма H.261 (частота для обоих форматов составляет 29,97 Гц).
Рекомендация Н.261 согласуется с требованиями организации видеоконференцсвязи и видеотелефонии, для которых суммарная пропускная способность информационного канала составляет Рх64 кбит/с, где Р=1,2... 30. Качество изображения зависит от значения Р. Рекомендуются три наиболее "экономных" варианта:
1) один В-канал (64 кбит/с), в котором 16 кбит/с отводится для передачи речи и остальные 48 кбит/с -- для передачи изображения;
2) два В-канала по 64 кбит/с (один для речи, другой - для изображения);
3) два В-канала (16 кбит/с для речи и 112 кбит/с для изображения).
Таблица 1.9 - Основные характеристики видеоформатов CIF (Common Intermetdiate Format) и QCIF (Qurter CIF) для алгоритма Н.261
|
Сигналы |
Формат CIF |
Формат QCIF |
|||
|
линий/кадр |
пиксел/линий |
линий/кадр |
пиксел/ линий |
||
|
Сигнал яркости Y |
288 |
360(352) |
144 |
180(176) |
|
|
Каждый сигнал цветности |
144 |
180(176) |
72 |
90(88) |
Алгоритм сжатия по MPEG стандарту базируется на трех основных операциях [8]: компенсации движения на основе предсказания (АДИКМ) между кадрами: ДКП погрешности предсказания, полученной в результат первой операции сжатия статистическом кодировании.
В стандарте MPEG использованы некоторые рекомендации из стандарта Н.261. Для того, чтобы обеспечить в изображении на приемной стороне плавность движения объектов и сохранить при этом их четкость, передается информация о скорости и направлении движения. Такую информацию называют вектором движения.
При этом осуществляется кодирование сигнала с компенсацией движения и использованием трех кадров. Каждый кадр вначале делится на микроблоки, состоящие из блоков по 16 х 16 элементов изображения по яркости, и двух соответствующих блоков по 8 х 8 элементов для двух компонентов цветности. Блок 16 х 16 по яркости далее делится на четыре блока 8x8. Обработка сигнала осуществляется с применением двумерного ДКП, выполняемого на основе сравнения блоков 8x8 текущего кадра (64 коэффициента) и соответствующих блоков предыдущего кадра, и информации о движении объекта (предсказанные блоки).
Оценка движения осуществляется путем сравнения текущего блока 16 х 16 элементов по яркости с предыдущим блоком (тем же блоком в предыдущем кадре). Сравнивается несколько таких блоков в определенных местах кадра и выбирается пара блоков с минимальным общим абсолютным изменением по отношению к предыдущему кадру. Положение выбранного блока в кадре и называется вектором движения. Дополнительное повышение эффективности сжатия достигается кодированием коэффициентов ДКП статистическим кодом переменной длины Хаффмана или арифметическим кодом.
Основные характеристики алгоритма MPEG приведены в таблице 1.10. В последнее время МККТТ разработал рекомендации Н.221 и Н.242 [8] в которых рассматриваются системные аспекты организации аудиовидео и других видов связи по п х 64 кбит/с каналу (В-канал ISDN). Аппаратные средства сжатия видеоизображений. Наиболее широко используется два подхода к реализации кодеков изображений: первый - чисто программный (применяются либо специализированные автономные программы либо соответствующие методы в программах); второй представляет собой сочетание программных и аппаратных средств. Применение специальных устройств позволяет сократить время цикла "сжатие-восстановление" и повысить эффективность сжатия.
Сегодня уже разработаны и ведется дальнейшее совершенствование СБИС и высокоэффективных сигнальных процессоров для видеокодеков различного назначения. В частности, зарубежом производят специализированные микросхемы (CL-500 и CL-550) для реализации алгоритма JPEG и ведеопроцессор 1750, позволяющий решать все задачи, определяемые алгоритмами JPEG и MPEG в различных форматах [6].
Объявлено также, что фирма Intel совместно с фирмой PictureTel заканчивает разработку программируемого видеопроцессора с быстродействием, на порядок выше используемых. Его производительность оценивается в 1 Bops (миллиард операций в секунду). Процессор будет обеспечивать практически все широко применяемые сегодня алгоритмы сжатия видео: MPEG, JPEG, Н.261, а также PLV и RTV, производя все операции в реальном времени. Дальнейшее развитие алгоритмов сжатия. Один из недостатков алгоритма JPEG - то, что при больших коэффициентах сжатия на восстановленных изображениях становятся видимыми границы фрагментов. Для устранения этого явления предлагается использование быстрого дискретного синус-преобразования, увеличение размеров фрагментов разбиения до величин 15x15 и 31x31, а также синтез матрицы квантования на основе характеристик восприятия изображения глазом человека.
В качестве альтернативных алгоритму JPEG интенсивно разрабатываются алгоритмы фрактального сжатия [7, 35 36] алгоритмы на базе новых дискретных ортогональных преобразований (например, wavelet), а также новых адаптивных алгоритмов статистического кодирования.
Предварительный анализ литературных источников показывает, что в порядке уменьшения коэффициента сжатия при одинаковом качестве различные алгоритмы располагаются в следующим порядке: фрактальное, wavelet, JPEG. Однако по времени сжатия-восстановления эти алгоритмы располагаются в обратном порядке, т. е. наибольшее время требует фрактальное сжатие, а наименьшее - JPEG.
Интенсивно разрабатываются также алгоритмы сжатия на базе выделения контуров и текстур, а также различные алгоритмы, обеспечивающие быстрый просмотр изображений (quik-look).
Идет интенсивное изучение более эффективных методов сжатия и подвижных изображений, альтернативных рекомендациям Н.261 и MREG.
Таблица 1.10 - Основные характеристики алгоритма MPEG
|
ФОРМАТ |
Видеопараметры |
Скорость передачи, Мбит/с |
|
|
CIF |
320 х 240 х 30Гц |
1.2...3 |
|
|
МККР рек. 601 |
720 х 486 х 30 |
5...10 |
|
|
EDTV |
960 х 486 х 30 |
7...5 |
|
|
HDTV (ТВВЧ) |
1920 х 1080 x 30 |
20...40 |
В частности, предлагается новый вид многомерных ортогональных преобразований, позволяющий, по сравнению с известными, более полно выявить статистические связи между последовательно передаваемыми кадрами изображений, содержащих подвижные объекты, разделить подвижные и неподвижные области кадра разместив их в различных пространствах многомерного базиса.
Относительно аппаратурных средств сжатия изображений следует указать на выпуск специальных плат JPEG и MPEG (например, video maker™ и OptiVideo™), работающих в реальном масштабе времени. В соответствии с программой МАРС-94 фирмой Matra Marconi Space разработана малогабаритная и экономичная плата, предназначенная для сжатия телевизионных изображений поверхности Марса и обладающая достаточно высоким коэффициентом сжатия (от 3 до 20) и относительно высоким быстродействием (до 0,1 с). Методической базой служит стандарт JPEG.
Из всего многообразия разработанных алгоритмов сжатия видеоизображений (подвижных и неподвижных) международными рекомендациями, в основном, предлагаются: блочное адаптивное двумерное дискретное косинусное преобразование, статистическое кодирование по Хаффмену, дифференциальная адаптивная импульсно-кодовая модуляция и компенсация движения по блокам на основе предсказания между кадрами. Несмотря на каясущуюся изученность указанных алгоритмов сжатия, продолжается поиск путей повышении их эффективности, о чем свидетельствует поток публикаций в периодической литературе.
Широкое внедрение цифровых систем передачи и сжатия различных и прежде всего подвижных изображений (в интересах видеоконференцсвязи, цифрового телевидения и мультимедиа) сдерживается недостаточным быстродействием процессоров и их относительной дороговизной.
1.4 Основные этапы кодирования по стандарту MPEG
Перво-наперво, кадр изображения разбивается на макроблоки и блоки. В зависимости от выбранной модели сжатия количество блоков в макроблоке может отличаться. Каждому Y, Сb и Сr блоку сопоставляется матрица соответствующего размера.
Далее над матрицами производится прямое дискретное косинус-преобразование (пДКП, fDCT, forward Discrete Cosine Transform) каждого 8x8 блока (разложение в спектр). Одномерное ДКП по п дискретным значениям амплитуды сигнала формирует вектор длины n, состоящий из коэффициентов разложения. То есть рассматривая строку матрицы как вектор значений амплитуды некоего сигнала, можно применить одномерное ДКП. В результирующем векторе сначала будут находиться низкочастотные, а в конце -- высокочастотные компоненты сигнала.
с0=128 с1..7=2^1/2
После обработки строк матриц, ДКП применяется для столбцов
c0=l/1024 c1..7=c0*2^l/2
В итоге получается матрица коэффициентов разложения, которая в левом верхнем углу содержит низкочастотные составляющие, а в правом нижнем - высокочастотные. Далее идет процесс квантования коэффициентов разложения, а по сути уменьшение динамического диапазона, путем деления на матрицы квантования. В связи с тем что цветовая характеристика элементов изображения имеет сильную пространственную корреляцию (то есть соседние пикселы обычно не очень сильно отличаются друг от друга), в полученном спектре будут преобладать низкочастотные составляющие. Поэтому появляется возможность провести не статическое квантование, а адаптированное, то есть не делить на матрицы из одинаковых элементов, а подобрать коэффициенты наиболее удобным образом, чтобы исключить излишнюю информацию о высокочастотной составляющей. В связи с этим матрицы квантования в левом верхнем углу содержат минимальные по модулю делители, а в правом нижнем -- максимальные. После квантования часть коэффициентов из-за выравнивания сравняется, а большинство малых коэффициентов округлится до нуля, образовав подобласти с нулевым значением. Это обстоятельство позволяет произвести упаковку длинных цепочек одинаковых значений методом группового кодирования (RLE, Run Length Encoding). Для этого квадратная матрица преобразуется зиг-заг обходом в вектор, и цепочки повторяющихся коэффициентов упаковываются в пары (длина, значение). В формате MJPEG и MPEG-1 используется обычный для JPEG зигзаг обход, но в MPEG-2 используется немного другой способ. Такой модифицированный обход повышает эффективность группового кодирования для чересстрочного видеопотока. Далее производится уменьшение энтропии по алгоритму Хаффмана. Суть его заключается в статистическом анализе потока данных и составления специальной кодирующей таблицы. В такой таблице наиболее часто встречающимся данным сопоставляется наиболее короткие коды, а редко встречающимся -- длинные.
Матрица квантования для вступительного кадра
Рисунок 8 - К вопросу об основных этапах кодирования по стандарту MPEG
1.5 Энтропийное кодирование видеосигнала по методу Хаффмана
Первый известный метод эффективного кодирования символов известен как кодирование Шеннона - Фано [7]. Он основан на знании вероятности каждого символа, присутствующего в сообщении. Зная эти вероятности, строят таблицу кодов, обладающую следующими свойствами:
- различные коды имеют различное количество бит;
- коды символов, обладающих меньшей вероятностью, имеют больше бит, чем коды символов с большей вероятностью,
- хотя коды имеют различную битовую длину, они могут быть декодированы единственным образом.
Этими свойствами обладает алгоритм Хаффмана [7], основанный на элегантной и простой процедуре построения дерева вероятностей.
Средняя длина слов L, находится в диапазоне:
Н(В) < L < Н(В)+1 бит/пиксел и L, >1 бит/пиксел, т.е. средняя длина слов не более чем на 1 бит/пиксел больше энтропии, но не менее 1 бит/пиксел (в предельном случае, когда энтропия равна нулю).
Принцип построения дерева вероятностей можно достаточно про сто пояснить на конкретном примере. Пусть для передачи изображения используется 8 уровней квантования, распределение которых определяется гистограммой со следующими данными:
Р(b0) - Р(b5) = Р(b6) = Р(b7) = 0,06; Р(b,) = 0,23; Р(b2) = 0,30; Р(bЗ) = 0.15; Р(b4) = 0,08.
Дерево строится справа налево следующим образом (рисунок 9 - верхняя диаграмма):
- в секции I уровни пикселов сортируются по вероятности от наибольшей к наименьшей сверху вниз; при равенстве Р(bi) = P(bj) выше ставится уровень bi < bj;
в секции II две самые нижние ветви объединяются в узел, их вероятности складываются, и узел образует новую ветвь; общее количество
количество ветвей уменьшается на одну и они вновь сортируются по вероятности от наибольшей к наименьшей; в секциях III и IV и т.д. производятся операции, аналогичные проводимым в секции II до тех пор, пока не останется одна ветвь с вероятностью, равной 1.
Все это дерево можно перестроить (рисунок 9 - нижняя диаграмма), убрав пересечения.
Кодирование осуществляется движением слева направо по дереву каждому кодируемому уровню bi.
При этом на каждом узле коду приписывается, например, двоичный "0" если осуществляется шаг вверх и "1", если осуществляется шаг вниз. Таким образом, для данного случая наиболее вероятные значения и b2 кодируются двухбитовым кодом, величины b3 и b4 - трехбитовым кодом, а наименее вероятные значения b0, b5, b6 и b7 - четырехбитовым кодом (на рисунке 9 - нижняя диаграмма, - указаны справа). Не трудно понять, что эти коды легко различимы:
если второй бит кода является двоичным нулем, то код - двухбитовый; в противном случае количество бит в коде более двух; - если третий бит кода является двоичным нулем, то код трехбитовый; в противном случае количество бит в коде равно четырем. Приемник декодирует информацию, используя то же самое дерево, двигаясь вверх при получении "0" и вниз при получении "1". Средняя битовая скорость в данном случае L, =2,71 бит/пиксел при энтропии =2,68 бит/пиксел (т.е. L, практически совпадает с Н).
Используются неадаптивный и адаптивный варианты хаффманского кодирования. В первом случае перед передачей сообщения передается таблица плотностей вероятностей, если она заранее неизвестна на приемной стороне. При адаптивном варианте кодирования таблица плотностей вероятностей вычисляется как на передающей, так и на приемной стороне по мере поступления данных. При этом до начала кодирования исходно предполагается, например, равновероятное распределение уровней пикселов.
Рассмотренный выше пример показывает высокую эффективность хаффмановской процедуры при относительно равномерном распределении уровней пикселов.
Однако когда энтропия сообщения становится существенно меньше единицы эффективность хаффмановского кодирования резко снижается, поскольку действует упомянутое выше ограничение снизу > 1 бит/пиксел.
Рисунок 9 - Пример построения кодового дерева
Оценка эффективности сжатия видеоинформации статистическими кодами
Код Хаффмана
Для расчета задана матрица коэффициентов ДКП, для элемента изображения 8 х 8 пикселей. Закон распределения уровней коэффициентов матрицы косинусного - преобразования считается равновероятный. Оценка проводится для Z - группирования матрицы коэффициентов ДКП.
В данной матрице ячейки со значением "1" передаются, а "0"-фильтруются. В полученной одномерной последовательности коэффициентов в результате пороговой обработки оказывается большое количество нулевых элементов. Это позволяет применить следующий метод кодирования. Каждый отличный от нуля коэффициент передается в виде пары чисел. Первое число показывает сколько нулевых значений прошло подряд в последовательности перед данным не нулевым элементом. Второе, значение самого коэффициента.
В результате получается следующий алфавит символов подлежащих
передаче:
А1(0,1);А2(0,1);АЗ(0,1);А4(0,1);А5(0,1);А6(0,1);А7(0,1);А8(0,1);А9(0,1);
А10(0,1);А11(0,1);А12(0,1);А13(0,1);А14(0,1);А15(0,1);А16(13,1);А17(6,1);
А18(27,1)
Необходимо передать 18 пар, т.е. 36 чисел. Получен выигрыш примерно в 2 раза. Данный алфавит символов для увеличения степени сжатия информации кодируют статистическими кодами, которые представляют собой сжатие без потерь.
На основании методики построения кода Хаффмана составляется таблица 3, в которой сведены символы подлежащие передаче их вероятности появления, кодовые значения для обычного кода и статистического.
Далее оценивается выигрыш применения кода Хаффмана. Энтропия обычного и хаффмановского кода находится по формуле
N=?ni*pi,
где ni - длина кодового слова при передаче i-oгo символа, pi - вероятность появления данного символа в сообщении.
N1=2*0.83+6*0.055
N1=2
Ncж=0.83+2*0.055+3*0.055+3*0.055
Ncж=1,27
Эффективность кода - Nl/Ncж=2/1,27
Эффективность кода -1,6
Кодирование статистическими кодами дает дополнительное преимущество при передаче сообщений.
Таблица 1.11 - К анализу кода Хаффмана
Подобные документы
Проблема совместимости видеопотока в цифровом виде с существующими аналоговыми форматами. Принципы построения цифрового телевидения. Стандарт шифрования данных Data Encryption Standard. Анализ методов и международных рекомендаций по сжатию изображений.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 19.11.2013Характеристика ATSC, ISDB и DVB стандартов цифрового телевидения. Этапы преобразования аналогового сигнала в цифровую форму: дискретизация, квантование, кодирование. Изучение стандарта сжатия аудио- и видеоинформации MPEG. Развитие интернет-телевидения.
реферат [2,1 M], добавлен 02.11.2011Кодирование речи RPE – LTP – кодер на 16 кбит/с. Структура декодера речи в стандарте GSM. Коэффициенты отражения кратковременного предсказания по методу Берга для РФ 8-го порядка. Спектральная характеристика постфильтра. Формирование формантных областей.
реферат [300,5 K], добавлен 15.11.2010Вероятностное описание символов, аналого-цифровое преобразование непрерывных сигналов. Информационные характеристики источника и канала, блоковое кодирование источника. Кодирование и декодирование кодом Лемпела-Зива. Регенерация цифрового сигнала.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.09.2014Задачи при передаче речи и данных. Цифровая передача речи. Категории методов цифрового кодирования речи. Кодеры формы сигнала. Вид амплитудной характеристики компрессора. Дискретная модель речеобразования. Особенности метода кратковременного анализа.
контрольная работа [56,6 K], добавлен 18.12.2010Преимущества радиоканальных охранных систем. Основные направления кодирования речи: кодирование формы (Waveform coding) и источника сигнала (Source coding). Структурная схема процесса обработки речи в стандарте GSM. Оценка качества кодирования речи.
реферат [46,8 K], добавлен 20.10.2011Преобразование изображаемого объекта в электрический сигнал. Электронные системы телевидения. Разделение строчных и кадровых синхроимпульсов. Четкость телевизионного изображения, ширина спектра телевизионного сигнала. Полоса частот для передачи сигнала.
реферат [3,0 M], добавлен 18.03.2011Кодирование длин участков (или повторений) один из элементов известного алгоритма сжатия изображений JPEG. Широко используется для сжатия изображений и звуковых сигналов метод неразрушающего кодирования, им является метод дифференциального кодирования.
реферат [26,0 K], добавлен 11.02.2009Особенности развития современных систем телевизионного вещания. Понятие цифрового телевидения. Рассмотрение принципов организации работы цифрового телевидения. Характеристика коммутационного HDMI-оборудования. Анализ спутникового телевидения НТВ Плюс.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 14.09.2012Основные параметры и тактико-технические характеристики цифрового телевизионного передатчика. Организация интерактивной системы в наземном цифровом телевещании. Разработка возбудителя для канального кодирования и модуляции сигнала по стандарту DVB-T.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 06.06.2014
