TELEWIZJA CYFROWA

TELEWIZJA CYFROWA

Podział urządzeń

Podział urządzeń

przetwarzających sygnał

przetwarzających sygnał

analog video na video IP

analog video na video IP



Kamery IP (LAN , WiFi)

Kamery IP (LAN , WiFi)



Web Serwery

Web Serwery



Rejestratory i karty DVR

Rejestratory i karty DVR



Telewizja cyfrowa (medium przesyłu)

Telewizja cyfrowa (medium przesyłu)

- internetowa

- internetowa

- rozsiewcza naziemna

- rozsiewcza naziemna

- satelitarna

- satelitarna

Mieszane zastosowanie technik konwersji

Mieszane zastosowanie technik konwersji

obrazu

obrazu

Multicast RTP

jest zaawansowaną technologią

umożliwiającą redukcje zajętości pasma, potrzebnego
dla wielu klientów, odbierających ten sam strumień
wideo.

Telewizja cyfrowa DV

Telewizja cyfrowa DV

urządzeniu odbiorczemu odbiór

urządzeniu odbiorczemu odbiór

wybranego programu

wybranego programu

telewizyjnego lub radiowego oraz

telewizyjnego lub radiowego oraz

danych.

danych.

System ten został opracowany dla

System ten został opracowany dla

sygnałów poddanych kompresji

sygnałów poddanych kompresji

MPEG-2

MPEG-2

ale jest na tyle otwarty, że

ale jest na tyle otwarty, że

nowe efektywniejsze algorytmy

nowe efektywniejsze algorytmy

kompresji typu

kompresji typu

MPEG-4

MPEG-4

part10

part10

(H.264)

(H.264)

mogą również być

mogą również być

stosowane do przetwarzania

stosowane do przetwarzania

obrazu i dźwięku.

obrazu i dźwięku.

DV (Digital Video)

DV (Digital Video)

To standard transmisji telewizji

To standard transmisji telewizji

cyfrowej przekazywanej z nadajników

cyfrowej przekazywanej z nadajników

naziemnych, satelit

naziemnych, satelit

i stacji czołowych telewizji kablowych.

i stacji czołowych telewizji kablowych.

Podstawą tego systemu jest strumień

Podstawą tego systemu jest strumień

transportowy (TS) zdefiniowany i

transportowy (TS) zdefiniowany i

opisany w normie międzynarodowej

opisany w normie międzynarodowej

ISO/IEC 13818-1 . TS składa się ze

ISO/IEC 13818-1 . TS składa się ze

skompresowanych składowych wizji,

skompresowanych składowych wizji,

fonii i danych oraz tablic (PSI)

fonii i danych oraz tablic (PSI)

umożliwiających

umożliwiających

Standardowa TV

DVB konwerter do analogowego TV

Rodzaje telewizji cyfrowej DV

Rodzaje telewizji cyfrowej DV



DVB-S

DVB-S

Digital Video Broadcasting – Satellite - jest standardem

Digital Video Broadcasting – Satellite - jest standardem

cyfrowej telewizji DVB nadawanej przez satelity.

cyfrowej telewizji DVB nadawanej przez satelity.



DVB-S2

DVB-S2

Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation

Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation

- rozwinięcie standardu DVB-S, utworzone w 2003 roku, w marcu

- rozwinięcie standardu DVB-S, utworzone w 2003 roku, w marcu

2005 został uznany przez ETSI za jeden z standardów nadawania

2005 został uznany przez ETSI za jeden z standardów nadawania



DVB-T

DVB-T

Digital Video Broadcasting - Terrestrial - jest standardem

Digital Video Broadcasting - Terrestrial - jest standardem

cyfrowej telewizji DVB nadawanej naziemnie. Jest to sposób

cyfrowej telewizji DVB nadawanej naziemnie. Jest to sposób

transmisji cyfrowych strumieni audio/wideo przy użyciu COFDM

transmisji cyfrowych strumieni audio/wideo przy użyciu COFDM

czyli kodowanej transmisji OFDM. Do kompresji audio/wideo

czyli kodowanej transmisji OFDM. Do kompresji audio/wideo

przyjęto standard MPEG-2 oraz niedawno H.264

przyjęto standard MPEG-2 oraz niedawno H.264



DVB

DVB

Digital Video Broadcast– standard cyfrowej telewizji.

Digital Video Broadcast– standard cyfrowej telewizji.

Charakteryzuje się jakością obrazu i dźwięku porównywalną do

Charakteryzuje się jakością obrazu i dźwięku porównywalną do

zapisu DVD (500i), pozwala na interaktywny odbiór, tj. włączenie

zapisu DVD (500i), pozwala na interaktywny odbiór, tj. włączenie

napisów w różnych językach oraz przełączenia języka ścieżki

napisów w różnych językach oraz przełączenia języka ścieżki

audio. W standardzie DVB obraz i dźwięk przesyłane są w systemie

audio. W standardzie DVB obraz i dźwięk przesyłane są w systemie

MPEG-2, tak jak w DVD. Oryginalna rozdzielczość PAL sygnału DVB

MPEG-2, tak jak w DVD. Oryginalna rozdzielczość PAL sygnału DVB

to 720×576.

to 720×576.

Przepustowość w sieciach

Przepustowość w sieciach

komputerowych

komputerowych

Transmisja wizji wymaga

dużych przepustowości?

(przykładowo 1 klatka obrazu = 16

kBajtów =128 kbitów /s)



PSTN 56 kbitów/s 0,45 kl/s



ISDN 64 kbitów/s 0,5 kl/s



ISDN 128 kbitów/s 1 kl/s



ADSL 256 kbitów/s 2 kl/s



ADSL 512 kbitów/s 4 kl/s

A zatem kompresja !

Rozmiar zajmowanej

Rozmiar zajmowanej

przestrzeni dysku, pamięci

przestrzeni dysku, pamięci

Obraz

Obraz

PAL

PAL

zwykle składa się

zwykle składa się

25

25

klatek na sekundę,

klatek na sekundę,

720

720

punktów w

punktów w

poziomie i

poziomie i

576

576

punktów w pionie, a kolor każdego z tych punktów

punktów w pionie, a kolor każdego z tych punktów

opisany jest

opisany jest

24

24

bitami. Oznacza to, że każda 1 sekunda nie

bitami. Oznacza to, że każda 1 sekunda nie

skompresowanego obrazu w standardzie PAL ma wielkość prawie

skompresowanego obrazu w standardzie PAL ma wielkość prawie

30

30

megabajtów. Jak łatwo wyliczyć

megabajtów. Jak łatwo wyliczyć

1,5

1,5

godzinny film zajmie ponad

godzinny film zajmie ponad

156

156

gigabajtów

gigabajtów

Przykład obliczeń dla strumienia video

Przykład obliczeń dla strumienia video

720 x 572 pixeli =414720 pixeli x 24 bity= 9953289 bitów

720 x 572 pixeli =414720 pixeli x 24 bity= 9953289 bitów

9953289 bitów = 1244160 Bajtów =1215 kB = 1,18 MB

9953289 bitów = 1244160 Bajtów =1215 kB = 1,18 MB

1,18 MB jeden obraz /s

1,18 MB jeden obraz /s

Złudzenie płynnego ruchu jest przy 25 obrazach /s

Złudzenie płynnego ruchu jest przy 25 obrazach /s

1,18 MB X 25 =29,5 MB / s lub ok.

1,18 MB X 25 =29,5 MB / s lub ok.

236 Mb /s

236 Mb /s

A zatem kompresja !

Formaty zapisu obrazu i dźwięku

Formaty zapisu obrazu i dźwięku

JPEG

JPEG

(Joint Photographic Experts Group) W 1986 roku z inicjatywy

(Joint Photographic Experts Group) W 1986 roku z inicjatywy

ISO oraz CCITT powstał zespół ekspertów , który zjednoczył wysiłki

ISO oraz CCITT powstał zespół ekspertów , który zjednoczył wysiłki

różnych niezależnych grup.

różnych niezależnych grup.

JPEG to algorytm kompresji obrazu zaprojektowany do kompresji

JPEG to algorytm kompresji obrazu zaprojektowany do kompresji

obrazów pełnokolorowych lub w skali szarości przedstawiających

obrazów pełnokolorowych lub w skali szarości przedstawiających

naturalne sceny .Nie działa zbyt dobrze z obrazami

naturalne sceny .Nie działa zbyt dobrze z obrazami

nierealistycznymi, takimi jak kreskówki czy szkice oparte na

nierealistycznymi, takimi jak kreskówki czy szkice oparte na

liniach. Jego odmiana to

liniach. Jego odmiana to

Motion JPEG (ruchomy JPEG)

Motion JPEG (ruchomy JPEG)

używana do

używana do

odtwarzania ruchomych obrazów

odtwarzania ruchomych obrazów

MPEG

MPEG

(ang. Moving Picture Experts Group) - grupa robocza ISO/IEC

(ang. Moving Picture Experts Group) - grupa robocza ISO/IEC

zajmująca się rozwojem standardów kodowania audio i wideo, a

zajmująca się rozwojem standardów kodowania audio i wideo, a

także zatwierdzona przez ISO grupa powszechnie stosowanych

także zatwierdzona przez ISO grupa powszechnie stosowanych

formatów zapisu danych zawierających

formatów zapisu danych zawierających

ruchomy obraz i dźwięk.

ruchomy obraz i dźwięk.

Jego działanie opiera się na zapisywaniu informacji tylko o

Jego działanie opiera się na zapisywaniu informacji tylko o

zmianach następujących w obrębie klatki w stosunku do sąsiednich

zmianach następujących w obrębie klatki w stosunku do sąsiednich

obrazów

obrazów

Wersje formatu MPEG

Wersje formatu MPEG

MPEG-1

dotyczy kodowania sekwencji obrazu i dźwięku i jest

wykorzystywana w zapisie na dyskach kompaktowych.

MPEG-2

standard używany jest do zapisu filmów Video CD,

DVD i transmisji telewizji cyfrowej W roku 1994 pojawiła się

specyfikacja standardu MPEG-2, w którym maksymalna

rozdzielczość obrazu wynosi 1920x1152 punktów, a

prędkość transferu waha się między 3 a 130 Mb/s.

MPEG-3

Standard został zaprojektowany z myślą o telewizji

wysokiej rozdzielczości HDTV o przepływności od 20 do 40

Mbit. /s. Szybko okazało się że podobne rezultaty można

uzyskać modyfikując istniejący standard MPEG-2. Wkrótce

prace nad MPEG-3 zostały przerwane.

MPEG-4

jest przystosowany głównie do kompresji danych

strumieniowych (wideokonferencje), posiada

zaimplementowane funkcje ochronne przed błędami

przesyłu.

Dalszy rozwój technik kompresji

Dalszy rozwój technik kompresji

AVC (ang. Advanced Video Coding)

AVC (ang. Advanced Video Coding)

Standard kodowania sekwencji wizyjnych o

Standard kodowania sekwencji wizyjnych o

bardzo małych przepływnościach, przyjęty w roku

bardzo małych przepływnościach, przyjęty w roku

2003 jako 10 część standardu ISO MPEG-4 oraz

2003 jako 10 część standardu ISO MPEG-4 oraz

jako rekomendacja ITU-T H.264. Projekt x264

jako rekomendacja ITU-T H.264. Projekt x264

zajmuje się stworzeniem otwartej implementacji

zajmuje się stworzeniem otwartej implementacji

tego kodeka.

tego kodeka.

Efektywność kompresji kodera

Efektywność kompresji kodera

AVC

AVC

dzięki

dzięki

wprowadzeniu nowych rozwiązań jest o wiele

wprowadzeniu nowych rozwiązań jest o wiele

większa niż poprzednich standardów:

większa niż poprzednich standardów:

MPEG-1,

MPEG-1,

MPEG-2 czy MPEG-4 ASP

MPEG-2 czy MPEG-4 ASP

Kompresja i dekompresja obrazu JPEG

Kompresja i dekompresja obrazu JPEG

1) konwersja obrazu RGB do modelu YUV

2) Podział obrazu na bloki 8x8

3) Obliczanie transformaty cosinusowej dla bloków

4) Kwantyzacja współczynników transformaty

5) Konwersja tablicy współczynników do postaci.
wektora i jego kodowanie

Algorytm Motion-JPEG Idea jego działania polega na

Algorytm Motion-JPEG Idea jego działania polega na

osobnej kompresji każdej z klatek filmu przy użyciu

osobnej kompresji każdej z klatek filmu przy użyciu

algorytmu JPEG

algorytmu JPEG



AVI (ang. Audio Video Interleave)

AVI (ang. Audio Video Interleave)

to kontener danych

to kontener danych

audiowizualnych. Został

audiowizualnych. Został

wprowadzony w roku 1992 przez

wprowadzony w roku 1992 przez

firmę Microsoft jako element

firmę Microsoft jako element

strategii przystosowania systemu

strategii przystosowania systemu

Windows do obsługi multimediów,

Windows do obsługi multimediów,

stanowiący część technologii

stanowiący część technologii

Video for Windows.

Video for Windows.



Najczęściej stosowane w nim

Najczęściej stosowane w nim

formaty kompresji obrazu to XviD,

formaty kompresji obrazu to XviD,

DivX, Intel Real Time Video, Indeo,

DivX, Intel Real Time Video, Indeo,

Cinepak,

Cinepak,

MJPEG

MJPEG

,

,

Editable MPEG,

Editable MPEG,

VDOWave, Clear Video/Real Video,

VDOWave, Clear Video/Real Video,

QPEG, MPEG-4

QPEG, MPEG-4



Np. YUV

Np. YUV

4:2:2

4:2:2

jest to forma

jest to forma

proporcji i oznacza, stosunek

proporcji i oznacza, stosunek

częstości próbkowania luminacji

częstości próbkowania luminacji

do częstości próbkowania obu

do częstości próbkowania obu

sygnałów różnicowych koloru

sygnałów różnicowych koloru

(chrominancji).

(chrominancji).

Podstawowe algorytmy obróbki obrazu

Podstawowe algorytmy obróbki obrazu



Podpróbkowanie chrominancji

Podpróbkowanie chrominancji

Standard

Standard

RGB

RGB

to 8-bitowe wartości informujące o

to 8-bitowe wartości informujące o

nasyceniu punktu kolorami: czerwonym (red), zielonym

nasyceniu punktu kolorami: czerwonym (red), zielonym

(green) oraz niebieskim (blue)

(green) oraz niebieskim (blue)

Standard

Standard

YUV

YUV

to luminancja (jasność, oznaczenie Y) oraz

to luminancja (jasność, oznaczenie Y) oraz

chrominancja (unikatowy kolor, oznaczenie U i V).

chrominancja (unikatowy kolor, oznaczenie U i V).

Jak wykazały badania, informacja kolorystyczna ma

Jak wykazały badania, informacja kolorystyczna ma

mniejsze znaczenie dla ludzkiego oka, dlatego stosuje się

mniejsze znaczenie dla ludzkiego oka, dlatego stosuje się

"podpróbkowanie" - najczęściej na każde 2x2 punkty

"podpróbkowanie" - najczęściej na każde 2x2 punkty

luminancji przypada zaledwie jeden punkt chrominancji U

luminancji przypada zaledwie jeden punkt chrominancji U

i jeden V.

i jeden V.



Kodowanie transformatowe:

Kodowanie transformatowe:

- dyskretna transformata cosinusowa (FDCT),

- dyskretna transformata cosinusowa (FDCT),

- odwrotna dyskretna transformata cosinusowa

- odwrotna dyskretna transformata cosinusowa

(IDCT -

(IDCT -

Inverse )

Inverse )

Obraz każdej klatki dzielony jest na bloki o wielkości 8x8

Obraz każdej klatki dzielony jest na bloki o wielkości 8x8

punktów, dokonuje się operacji matematycznej nazywanej

punktów, dokonuje się operacji matematycznej nazywanej

transformatą cosinusową, która informację o 64 punktach

transformatą cosinusową, która informację o 64 punktach

pozwala zapisać na zaledwie kilku liczbach bez zauważalnej

pozwala zapisać na zaledwie kilku liczbach bez zauważalnej

straty jakości.

straty jakości.

Podstawowe algorytmy obróbki obrazu

Podstawowe algorytmy obróbki obrazu



Kodowanie Huffmana

Kodowanie Huffmana

Informacja o wektorach ruchu i współczynnikach

Informacja o wektorach ruchu i współczynnikach

DCT jest kodowana kodem Huffmana. Wartości

DCT jest kodowana kodem Huffmana. Wartości

bardzo prawdopodobne są reprezentowane przez

bardzo prawdopodobne są reprezentowane przez

krótsze ciągi zer i jedynek, a mało prawdopodobne -

krótsze ciągi zer i jedynek, a mało prawdopodobne -

przez dłuższe.

przez dłuższe.

Ma to na celu zmniejszenie objętości

Ma to na celu zmniejszenie objętości

macierzy.

macierzy.



Kompensacja ruchu

Kompensacja ruchu

Zamiast podawania w każdej klatce informacji o

Zamiast podawania w każdej klatce informacji o

każdym pikselu, podaje się dane o pikselach, które

każdym pikselu, podaje się dane o pikselach, które

zmieniły swoje cechy. Dla każdego makrobloku

zmieniły swoje cechy. Dla każdego makrobloku

(16x16 punktów) oblicza się wektor, wskazujący na

(16x16 punktów) oblicza się wektor, wskazujący na

miejsce w klatce odniesienia (najczęściej jest to

miejsce w klatce odniesienia (najczęściej jest to

poprzednia klatka filmu), które jest najbardziej

poprzednia klatka filmu), które jest najbardziej

podobne do kodowanego makrobloku. Do odbiornika

podobne do kodowanego makrobloku. Do odbiornika

przesyła się wartość wektora i różnicę względem

przesyła się wartość wektora i różnicę względem

"podobnego" makrobloku. Ta operacja pozwala na

"podobnego" makrobloku. Ta operacja pozwala na

ogromną redukcję przesyłanych danych.

ogromną redukcję przesyłanych danych.

Aplikacje współpracujące z

Aplikacje współpracujące z

urządzeniami przetwarzania obrazu

urządzeniami przetwarzania obrazu

Zadania aplikacji :

Zadania aplikacji :

- dostarczanie jednego lub więcej źródeł

- dostarczanie jednego lub więcej źródeł

obrazu do obserwatora,

obrazu do obserwatora,

- archiwizacja przechwytywanych obrazów,

- archiwizacja przechwytywanych obrazów,

- obróbka obrazów mająca na celu

- obróbka obrazów mająca na celu

dostarczenie istotnych informacji

dostarczenie istotnych informacji

obserwatorowi

obserwatorowi

Dziękuję za uwagę.