Image114 (4)

Podstawy

część 6

Współczesna technika telewizyjna także dla Ciebie

Dostęp do cyfrowej telewizji satelitarnej jest dziś bardzo prosty. Cyfrowy Polsat i Cyfra+ w ramach abonamentu proponują różne pakiety programów płatnych oraz wszystkie bezpłatne programy nadawane z satelity Hot Bird (kilkanaście bezpłatnych polskich oraz setki obcojęzycznych). Można opłacić nic tylko abonament i odbiornik-dekoder z kartą kodową, ale też kompletny zestaw sprzętu (antena, konwerter, kable) wraz z montażem.

Jednak wielu użytkownikom to wystarcza.

Kompresja

Analogowy sygnał z przetwornika kamery telewizyjnej zostaje przekształcony na postać cyfrową. Klasyczny obraz telewizyjny składa się z 576 widocznych linii, a linia to 720 punktów. Mamy 720x576, czyli 414720 punktów na ekranie (pikseli). Każdy punkt ekranu to trzy subpiksele RGB, a do cyfrowego opisania koloru (odcienia) jednego punktu potrzeba trzech bajtów. A więc do cyfrowego opisania stanu ekranu potrzeba ponad milion bajtów, czyli około 1 megabajta. W telewizji dla uzyskania płynności ruchu obraz na ekranie zmienia się 25 razy na sekundę (właściwie jest to 50 półobrazów - ramek). Z prostego przemnożenia podanych liczb (1MB*25) wynika, iż do opisania stanu ekranu w każdej sekundzie potrzeba ponad 20 megabajtów danych (ponad 20MB/s). Jest to ogromna ilość danych.

Z telewizją wysokiej rozdzielczości (HDTV) jest jeszcze gorzej: przykładowo przy rozdzielczości 1920x1152 i przetwarzaniu 10-bitowym wymagana przepływność sięgałaby 1 gigabita na sekundę! Tymczasem rzeczywista przepływność jednego transpon-dera satelitarnego sięga nic przekracza 40 megabitów na sekundę (40Mb/s), czyli ledwo 5 megabajtów na sekundę (5MB/s).

I już tu widać, dlaczego niezbędna jest jakaś bardzo skuteczna kompresja: „surowy'’ sygnał zwykłej telewizji cyfrowej o prze

W prosty sposób można bowiem zwiększyć liczbę dostępnych kanałów, głównie niemieckich. nadawanych z satelity' Astra, ewentualnie z innych satelitów jak Sirius. Thor czy Hispusut. Wiele osób jest zainteresowanych zakupem komputerowej karty odbior-nika/dekodera satelitarnego oraz odbiorem dodatkowych kanałów kodowanych. Inni są zainteresowani wykorzystaniem w domowej sieci telewizyjnej sygnału wideo z lokalnych kamer i domofonów. Niniejszy cykl artykułów pływności około 20 megabajtów na sekundę musi zostać inteligentne skompresowany, żeby do jego przesłania i odtworzenia w niemal identycznej postaci wystarczył kanał

0    przepływności kilku megabitów na sekundę, czyli poniżej 1 megabajta na sekundę.

Opracowano i wprowadzono kilka standardów kompresji wideo. Pierwszym był H.261 opracowany dla wideokonferencji. Dużo większą popularność zdobył MPEG-1, wykorzystywany między innymi do kompresji filmów zapisywanych na płytach CD. Dziś dominuje standard MPEG-2 opracowany dla klasycznej telewizji i dla telewizji wysokiej rozdzielczości. Obecnie gotowych lub w trakcie rozwoju jest kilka dalszych, nowocześniejszych standardów (MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21). Ogólnie biorąc, kolejne opracowania coraz lepiej kompresują sygnał wideo, zapewniając coraz lepszą jakość lub wymagają mniejszej przepływności. Omówienie szczegółów byłoby zbyt obszerne, w każdym razie wykorzystuje się rozmaite zależności

1    zjawiska. Między innymi to, że oko ludzkie daje się oszukać i to na różne sposoby.

Można to nazwać inaczej - do uzyskania obrazu o subiektywnie odczuwanej znakomitej jakości nie trzeba przesyłać precyzyjnej informacji o każdym pikselu. Można powiedzieć, że obraz z kamery cechuje się pewną nadmiarowością(redundancja). Można go bez szkody dla efektu końcowego znacznie krok po kroku przybliża tę interesującą i bardzo obszerną dziedzinę. W niniejszym artykule otrzymasz dalsze informacje, jakim sposobem setka transponderów-nadajników może przekazywać na Ziemię około tysiąca cyfrowych programów telewizyjnych, tyleż radiowych, oraz wiele innych danych.

W poprzednim odcinku omówione były rodzaje modulacji, w tym QP.$K, w niniejszym omówione są elementarne podstawy systemu MPEG.

„odchudzić”. Rzecz w tym, żeby takie „odchudzanie” nie spowodowało u człuw :cka ważenia pogorszenia jakości, a jednocześnie, żeby ilość przesyłanych informacji była jak najmniejsza. Omówmy w uproszczeniu, jakie sposoby „odchudzania” wykorzystywane są w systemie MPEG-2, a tym samym w cyyfro-wej telewizji DVB.

MPEG-2

I w kamerze i na ekranie obraz składa się z punktów o kolorach RGB, ale w cyfrowym systemie telewizyjnym między nadajnikiem a odbiornikiem nie są przesyłane „czyste” składniki RGB. Z kilku względów-, w tym historycznych, zawsze przesyłany jest tzw. sygnał luminanc i (czyli informacja o jasności), który w istocie jest obrazem czarno-białym. Oprócz tego przesyłane są informacje o kolorze, ale nie o wszystkich trzech kolorach RGB, tylko o dwóch w pewnym sensie „najsilniejszych”: o kolorze niebieskim i czerwonym. Z istotnych względów są to tak zwane sygnały' różnicowe. Natomiast informację o kolorze zielonym można łatwo uzyskać w odbiorniku mając sygnał luminancji będący sumą RGB oraz sygnały „czerwony” i „niebieski”.

Co istotne, drobne szczegóły obrazu nie muszą być kolorowe - wystarczy że kolorowe będą tylko większe elementy, a oko tego nie zauważy. Można więc przesłać bardziej

Elektronika dla Wszystkich Czerwiec 2006 63