ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ (Π ) ΓΙΑ ΤΟ ΥΠΟΕΡΓΟ 2 «ΑΝΑΠΤΥΞΗ Υ

Transcript

1 ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ (Π ) ΓΙΑ ΤΟ ΥΠΟΕΡΓΟ 2 «ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΠΡΟΣΤΙΘΕΜΕΝΗΣ ΑΞΙΑΣ ΕΙΚΟΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΩΝ» ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ «ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΕΙΚΟΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΩΝ ΤΟΥ ΤΕΙ ΑΘΗΝΑΣ» (MIS 34191) ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΡΕΙΣ (3) ΙΑΛΕΞΕΙΣ ΣΕ ΕΙ ΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΙΚΟΝΑΣ ΚΑΙ ΒΙΝΤΕΟ ρ. Ηλίας Ζώης, Καθηγητής Εφαρμογών

2 1 Η ΙΑΛΕΞΗ ΨΗΦΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ

3 ΨΗΦΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ

4 ΨΗΦΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ Σταθερή ποιότητα εικόνας, με μεγαλύτερη ανοχή στις ατέλειες του ασυρμάτου ή ενσύρματου διαύλου Μειωμένος λόγος σήματος προς θόρυβο (SNR) που απαιτείται σε σύγκριση με την αναλογική μετάδοση Καλύτερη εκμετάλλευση του φάσματος λόγω της συμπίεσης του σήματος βασικής ζώνης.. (πολλά( προγράμματα σε ένα κανάλι) Ευέλικτες τεχνικές πολυπλεξίας των ψηφιακών συστημάτων, που επιτρέπουν την συνύπαρξη πολλών προγραμμάτων και υπηρεσιών επιλεγόμενης ποιότητας και ευκρίνειας.

5 ΨΗΦΙΑΚΗ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ Μεταβλητή ταχύτητα (bit rate) εκπομπής, ανάλογα με τις απαιτήσεις ποιότητας του προγράμματος, δηλαδή αύξηση του κέρδους πολυπλεξίας (multiplexing gain) υνατότητα επεξεργασίας της εικόνας στο δέκτη μετά τη λήψη μέσω αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας (digital image post-processing) processing) Εύκολος εμπλουτισμός των τηλεοπτικών προγραμμάτων μέσω τυποποιημένων αρχιτεκτονικών (π.χ. MHP, OpenTV) με τοπικές εφαρμογές Ενσωμάτωση διαφόρων πολυμεσικών εφαρμογών και υπηρεσιών δεδομένων, όπως αμφίδρομων υπηρεσιών και διαδικτυακής πρόσβασης σε μια κοινή ψηφιακή πλατφόρμα, με προϋπόθεση ότι υπάρχει διαθέσιμο κανάλι επιστροφής (reverse path)

6 ΒΑΣΙΚΗ ΟΜΗ Ψηφιοποίηση Κωδικοποίηση Πολυπλεξία ιαμόρφωση Εκπομπή

7 ΚΩ ΙΚΟΠΟΙΗΣΗ Εύρος ζώνης που απαιτείται: (72x576 pixels)x(3 bytes/pixel γιαrgb) = 1.2 MB για κάθε frame 1.2 ΜΒ/frame x 25 frames/sec = 3 MB/sec = 24 Mbits/sec!!( /sec!!(μόνο για την εικόνα) Πολύ υψηλός ρυθμός για ασύρματη μετάδοση, ακόμη και με τη σημερινή τεχνολογία

8 ΛΥΣΗ Συμπίεση (κωδικοποίηση) Πρωτόκολλα: MPEG 1 1 (199), MPEG 2 (1994) MPEG 2: Συμπίεση του ψηφιοποιημένου PAL κατά 97% (Πτώση( στα 8 Mbps, με πολύ καλή ποιότητα). Χρησιμοποιείται σε όλα τα συστήματα DTV Σήμερα: MPEG 4, DivX,, Windows Media, H.264, H.264/AVC4

9 ΣΥΜΠΙΕΣΗ MPEG-2 Το MPEG 2 στηρίζεται στην κωδικοποίηση μιας ομάδας εικόνων (Group of Pictures GOP). Κάθε GOP έχει ένα σταθερό frame ως πρώτη εικόνα, το οποίο είναι ανεξάρτητο από οποιοδήποτε άλλο frame για αποκωδικοποίηση και καλείται Ι Intra frame. Intra Pictures Predicted Pictures Bidirectional Pictures Τα υπόλοιπα frames του GOP (B & P) σχηματίζονται από την κωδικοποιημένη διαφορά μεταξύ του frame εισόδου και του προηγούμενου frame.

10 ΣΥΜΠΙΕΣΗ MPEG-2 Στο παρακάτω σχήμα εκπέμπεται μόνο η κίνηση του αεροπλάνου και όχι το φόντο.

11 ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ MPEG-2 ΠρότυποISO/IEC (MPEG-2 2 Systems) Elementary streams: Video, Audio, Data, PSI/SI (σηματοδοσία( σηματοδοσία) Κατάτμηση των επιμέρους elementary streams σε Πακέτα Μεταφοράς(Transport Packets) σταθερού μεγέθους (188bytes) ΠολυπλεξίαTDM ημιουργίαtransport Stream (TS)

12 ΠΑΚΕΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΤΩΣΗΣ ΚΑΤΑ MPEG-2 Περιέχουν: Ψηφιοποιημένο και συμπιεσμένο οπτικοακουστικό σήμα (Audio / Video elementary streams) Πληροφορίες συστήματος (System Information σηματοδοσία) εδομένα οποιασδήποτε μορφής (private data) Πακέτα που μεταφέρουν το ίδιο elementary stream έχουν το ίδιο PID

13 ΑΠΕΙΚΟΝΗΣΗ ΠΑΚΕΤΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ CINE+;ERT:69:C34D34M16B8T8G8Y:T:275 : :64=ell:576::1:6533:1: SPORT+INFO;ERT:69:C34D34M16B8T8G8Y: T:275: :641=ell:577::2:6533:1: PRISMA+;ERT:69:C34D34M16B8T8G8Y:T:27 5: :67=ell,671=ell:578::3:6533:1: PIK;ERT:69:C34D34M16B8T8G8Y:T:275: :69:C34D34M16B8T8G8Y:T:275: :643=ell:::4:6533:1:

14 AVI & MPEG FRAMES AVI Frames MPEG Frames

15 ΠΡΟΤΥΠΟ DIGITAL VIDEO BROADCAT Ευρωπαϊκή οικογένεια προτύπων για ψηφιακή εκπομπή (ETSI) Περιγράφουν τη διαδικασία κωδικοποίησης και διαμόρφωσης για την μετάδοση του MPEG-2 2 Transport Stream σε ασύρματο ή ενσύρματο μέσο DVB-S, DVB-C, DVB-M, DVB-T, DVB-H Στη χώρα μας: DVB-S, DVB-T

16 Satellite DVB ΕΙ Η ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ DVB Πρόκειται για συστήματα που χρησιμοποιούν για τη μετάδοση του ψηφιακού σήματος δορυφόρο. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν τα πρωτόκολλα DVB S. DVB S2 και DVB SH. Cable DVB Ψηφιακή τηλεόραση μέσω καλωδίου (χάλκινα καλώδια μεταφέρουν το ψηφιακό σήμα). Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται είναι το DVB C. Επίγειο σύστημα DVB (terrestrial DVB) Το ψηφιακό σύστημα μεταδίδεται μέσω επίγειου ασύρματου δικτύου ευρείας εκπομπής. Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί το σύστημα αυτό είναι το DVB T και το DVB H το οποίο αφορά μετάδοση ψηφιακού σήματος σε κινητές συσκευές. Αφορά τις μπάντες VHF ( MHz) και UHF ( MHz ).)

17 ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ DVB ETS 3 744, 1997, Rev.1.4.1, 21 Κωδικοποίηση και διαμόρφωση του MPEG-2 TS για επίγεια μετάδοση στα UHF Εύρος ζώνης 6, 7, 8 MHz ιαμόρφωσηqpsk / 16 QAM / 64 QAM σε σχήμα πολλαπλών ορθογώνιων φερόντων (Coded OFDM) ιπλή κωδικοποίηση (συνελικτική και block Reed- Solomon) Ωφέλιμο bit rate από 4.98 έως Mbps

18 COFDM Περισσότερη ποσότητα πληροφορίας σε σχέση με ένα αναλογικό κανάλι στο ίδιο εύρος. Καλύτερη διάδοση: - Μονοσυχνοτικό δίκτυο SFN. - Ανοχή στις ανακλάσεις. - Ανοχή στο φαινόμενο Doppler. Μικρότερη ισχύς εκπομπής. Πρόσθετες υπηρεσίες δεδομένων.

19 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑΣ Single-Program Transport Streams (SPTSs) ιάφορες πηγές πολυπλέκονται σε πραγματικό χρόνο για να σχηματίσουν ένα Multi-Program Transport Stream (MPTS) Ψηφιακό «μπουκέτο»

20 FDM Η Πολυπλεξία - Multiplexing είναι μια τεχνική που επιτρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση πολλαπλών σημάτων μέσω ενός μέσου. Tο σήμα κάθε πηγής διαμορφώνεται σε διαφορετική φέρουσα συχνότητα, έπειτα οι φέρουσες αθροίζονται σ ένα σύνθετο σήμα

21 FDM amplitude shift keying frequency shift keying phase shift keying

22 COFDM Orthogonal Στην FDM κάθε υποφέρουσα έχει την δικιά της περιοχή συχνοτήτων και μεταξύ τους χωρίζονται από μια κενή περιοχή συχνοτήτων (guard band) για να μην αλληλεπιδράνε. Η ορθογωνιότητα orthogonal, δίνει την δυνατότητα στην FDM να μικρύνει την κενή περιοχή μεταξύ των sub-band band συχνοτήτων τόσο ώστε τα σήματα μεταξύ τους να αναμιγνύονται χωρίς όμως να αλληλεπιδράνε.

23 COFDM Coded Μια τόσο πολύπλοκη διαμόρφωση όπως η OFDM έχει πιθανότητες σφαλμάτων. Για το λόγο αυτό τα δεδομένα που στέλνονται από τις υποφέρουσες προστατεύονται από κωδικοποίηση (coded) η αλλιώς FEC (forward( error correction). Ο λόγος των χρήσιμων bits, προς το συνολικό bit rate, ονομάζεται code Rate και μπορεί να είναι 1/2, 2/3, 3,/4, 5/6, και 7/8. Για παράδειγμα code rate 2/3 σημαίνει ότι τα 2/3 της συνολικής χωρητικότητας του σήματος προορίζονται για τις ωφέλιμες

24 GUARD INTERVAL Το χρονικό διάστημα guard interval εισάγεται ανάμεσα τα σύμβολα της OFDM για να αντιμετωπίσει το φαινόμενο της ενδοσυμβολικής Παρεμβολής (inter symbol Interference ISI), δηλαδή ενός τύπου ενδοδιαμόρφωσης μεταξύ όμοιων συμβόλων από διαφορετικές λήψεις. To guard interval είναι μια κυκλική προέκταση του συμβόλου, όπου ένα τμήμα της αρχής του συμβόλου απλά προστίθεται στο τέλος του συμβόλου.

25 GUARD INTERVAL Προσδιορίζεται ανάλογα με το μήκος του συμβόλου To guard interval είναι ο κενός χρόνος που έπεται ενός σύμβολου κατά τη λήψη, μέσα στον οποίο ο δέκτης θα αποδεχθεί το ίδιο σύμβολο από μια διαφορετική λήψη.

26 COFDM

27 COFDM Υποστηρίζει 3 διαφορετικά OFDM modules. 248 (2k) φέρουσες 496 (4k) φέρουσες 8192 (8k) φέρουσες Περισσότερες φέρουσες ισοδυναμούν με περισσότερη μεταδιδόμενη πληροφορία αλλά δημιουργούν επισφαλείς συνθήκες διάδοσης κυρίως ως προς τη διατήρηση της ορθογωνιότητας στο δέκτη.

28 COFDM Απεικόνιση φάσματος της 2Κ και 8Κ Το διάστημα μεταξύ των υποφερουσών σε κανάλι 8MHz: 2Κ διάστημα 4.46 khz 8Κ διάστημα 1.12 khz Η 2Κ έχει μεγαλύτερη ανοχή στο φαινόμενο Doppler

29 COFDM Υποστηρίζει 3 ήδη διαμόρφωσης. QPSK οι ρυθμοί μετάδοσης που επιτυγχάνονται κυμαίνονται από 5Mbps 1Mbps. 16 QAM οι ρυθμοί μετάδοσης που επιτυγχάνονται κυμαίνονται από 1Mbps 21Mbps. 64 QAM οι ρυθμοί μετάδοσης που επιτυγχάνονται κυμαίνονται από 14Mbps 31Mbps. Με τις διαμορφώσεις αυτές μπορούν να διαμορφωθούν οι φέρουσες του OFDM οδηγώντας προφανώς σε διαφορετικούς ρυθμούς μετάδοσης. QPSK: Προσφέρει μεγάλη ανθεκτικότητα από πλευράς παρεμβολών ωστόσο προσφέρει μικρές τιμές ρυθμών μετάδοσης. 16 QAM: Σχετική ανεκτικότητα απέναντι στις παρεμβολές με ικανοποιητικές τιμές απόδοσης εύρους ζώνης. 64 QAM: Προσφέρει τη μεγαλύτερη τιμή απόδοσης εύρους ζώνης ωστόσο δεν παρουσιάζει καμία ανοχή στις παρεμβολές.

30 QAM Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Μεταβολή πλάτους και φάσης

31 ΕΙ Η ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ DVB QAM αποτελεί συνδυασμό της ASK και PSK ύο διαφορετικά σήματα αποστέλλονται στον ίδιο φέροντα συγχρόνως

32 QAM Ο διαμορφωτής δέχεται μία ροή δεδομένων και το διαιρεί σε 2 μισής ταχύτητας ροές οι οποίες ονομάζονται I και Q Η ροή I είναι ένα κατά πλάτος διαμορφωμένο σήμα πάνω στη φέρουσα αναφοράς (In-Phase) ενώ η ροή Q είναι και αυτό ένα κατά πλάτος διαμορφωμένο σήμα πάνω στην ίδια φέρουσα με διαφορά φάσης 9 μοιρών (Quadrature component). Οι δύο αυτές συνιστώσες I και Q έρχονται σε μίξη

33 QAM Κάθε n bit (σύμβολο) τοποθετείται επάνω σε ένα 2 n κομμάτι ενός 2 διαστάσεων σήματος εκπομπής ο οποίος αναφέρεται ως 2 n QAM διαμόρφωση. Κάθε σύμβολο λοιπόν έχει x και y συντεταγμένες Για το πρώτο επίπεδο εκπομπής 2 2 QAM (4 QAM) οι ροές δεδομένων I και Q διαμορφώνονται ως ένα απλό σήμα θετικό και αρνητικό μίας φέρουσας.

34 16-QAM.Στην περίπτωση που θέλουμε να επεκταθούμε σε πιο υψηλό επίπεδο διαμόρφωσης της φέρουσας (π.χ 2 4 QAM δηλ. 16 QAM) οι I και Q συνιστώσες υποβάλλονται σε ένα πολλαπλό επίπεδο διαμόρφωσης με 4 μέρη των 2 bit η κάθε μία. Eχουμε ένα 4 bit συνδυασμό

35 QAM DIAGRAMMS Από την συμβολοσειρα εισοδου, στο διαμορφωτη εχουμε την δημιουργια των I και Q καναλιων

36 QAM DIAGRAMMS ιαμορφωση του ψηφιοποιημενου καναλιου I και Q με την φερουσα ανεστραμενη μεταξυ των καναλιων I και Q κατά φαση

37 Αθροιση των καναλιων I και Q

38 Η ψηφιακή επίγεια τηλεόραση είναι 3 έως 6 φορές πιο αποδοτική από ό,τι η αναλογική επίγεια τηλεόραση. Η ολοκληρωτική μετάβαση στην ψηφιακή τηλεόραση με την κατάργηση της αναλογικής μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικό υπόλοιπο φάσματος (spectrum divident). Φορείς εκμετάλλευσης συμβατικών κινητών επικοινωνιών αναζητούν ραδιοφωνικούς πόρους σε ζώνες χαμηλότερης συχνότητας από αυτές που χρησιμοποιούνται σήμερα προκειμένου να εξασφαλίσουν πλήρη γεωγραφική κάλυψη με ανάλογο ύψος επένδυσης Η ψηφιακή τηλεόραση υποστηρίζει τον τύπο δικτύου SFN (Single Frequency Networks) τα οποία εν γένει οδηγούν σε εξοικονόμηση φάσματος.

39 MFN SFN f 1 f 3 f 1 f 1 f 2 f 3 f 2 f 1 f 1 f 1 Υπάρχει η δυνατότητα δημιουργίας περιοχικών ή και εθνικών SFNs. Πρόκειται για ένα δίκτυο (εθνικό ή περιοχικό) συγχρονισμένων πομπών οι οποίοι εκπέμπουν ταυτόχρονα το ίδιο σήμα χρησιμοποιώντας την ίδια ραδιοσυχνότητα.

40 SFN Η OFDM επιτρέπει τη λειτουργία σε μονοσυχνοτικό δίκτυο (single frequency network SFN, χάρη στην πολυκατευθυντική της ανθεκτικότητά. ίνει τη δυνατότητα στον παροχέα να εκπέμπει από διαφορετικούς πομπούς ταυτόχρονα στο ίδιο κανάλι. Η λειτουργία σε SFN γίνεται εφικτή όταν εκπέμπεται ακριβώς το ίδιο σήμα, σε χρόνο και συχνότητα από τους διάφορους πομπούς.

41 MODULATION ERROR RATIO παρόμοιο του λόγου Signal/Noise (S/N) των αναλογικών συστημάτων Modulation Error= Σήμα λήψης Ιδανικό σήμα Modulation Error= Σήμα λήψης - Ιδανικό σήμα ( ιανυσματικα ) ίvετε από τη σχεση MER = Ισχύς σήματος λήψης Ισχύς σφάλματος διαμόρφωσης

42 BIT ERROR RATIO Αναφέρεται στα εσφαλμένα bit που περιέχει το ψηφιακό σήμα. Παράδειγμα: η ένδειξη στο πεδιόμετρο 3.1E 7 7 = 3.1 x 1 7 σημαίνει 3.1 λανθασμένα bit σε κάθε 1.. bit. Όσο μικρότερη η τιμή του BER τόσο καλύτερη λήψη CBER = BER before Viterbi Wrong Packets VBER = BER after Viterbi

43 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΚΕΣ ΛΗΨΕΙΣ Σήμα με θόρυβο Σήμα με σφάλμα στη φάση

44 ΠΑΡΟΧΟΣ Πάροχος Κύρια δραστηριότητα του παρόχου είναι η παροχή υπηρεσιών δικτύωσης και πολυπλεξίας (multiplexing) προς τους τηλεοπτικούς σταθμούς που μετέχουν σε αυτόν. Τα ιδιωτικά τηλεοπτικά κανάλια στην Ελλάδα έχουν συστήσει από κοινού πάροχο με την επωνυμία Digea Ο κάθε τηλεοπτικός σταθμός, στέλνει με δίκτυο οπτικής ίνας το τηλεοπτικό του σήμα στον πάροχο. Ο πάροχος αναλαμβάνει να κωδικοποιήσει (encoding) και να πολυπλέξει (multiplexing) το σήμα στην τελική του μορφή αλλά και να αναλάβει την μετάδοση του πολυπλεγμένου σήματος στα κέντρα εκπομπής (μέσω δικτύου οπτικών ινών δορυφορικά), όπου και θα γίνει η τελική εκπομπή του σήματος.

45 ΕΛΛΑ Α ΚΑΙ DVB ΕΡΤ Digital Έναρξη: Ιανουάριος 26, DVB T T MPEG2, Καναλια: Sport+, Cine+, Prisma+, RIK Σύντομα θα εκπέμψει και το δεύτερο πακέτο με τα κανάλια: ΕΤ1, ΝΕΤ, ΕΤ3, Βουλή Οι encoders και οι multiplexers διατίθενται από την ΕΡΤ Το σήμα μεταδίδετε στα κέντρα εκπομπής (Υμηττός, Πήλιο, Χορτιάτης) μέσω δικτύου οπτικών ινών.

46 ΕΛΛΑ Α ΚΑΙ DVB-T Digea Πρωτόκολλο DVB T T MPEG4 Καναλια: ΑΝΤ1, Alter, Alpha, Makedonia, MEGA, SKAI, STAR. Εναρξη: Σεπτεμβριος 29 Κορινθιακος κολπος, Ιανουαριος 21 Θεσσαλονικη Ιουνιος 21 Αθηνα

47 ΕΛΛΑ Α ΚΑΙ DVB-T Digital Union Στην εταιρεία συμμετέχουν επί του παρόντος 16 τηλεοπτικοί σταθμοί της περιφέρειας, ενώ μελλοντικά αναμένεται να προστεθούν άλλοι 9 ανεβάζοντας το συνολικό αριθμό σε 25. Τα κανάλια μέλη της Digital Union ΤΗΛΕΚΡΗΤΗ, Λασίθι GTV, Γαλάτσι Βlu Sky, Αττική Super B, Πάτρα ΤV Θεσσαλονίκη, Θεσσαλονίκη Lepanto, Ναύπακτος Έψιλον ΤV, Κεντρική Στερεά Cosmos TV, Αλεξανδρούπολη Tine Cannel, Θεσσαλονίκη

48 CRYPTO Conditional Access System (CAS) χρησιμοποιείτε για την διασφάλιση ψηφιακού τηλεοπτικού περιεχομένου Ένα τυπικό σύστημα CAS χρησιμοποιεί ένα σχήμα τριών επιπέδων κρυπτογράφησης Το περιεχόμενο κρυπτογραφείτε από το γεννήτορα control word (cw( cw), Tο cw κρυπτογραφείτε από το Service Key (SK) και είναι ενσωματωμένο στο Entitlement Control Message (ECM) Το SK κρυπτογραφείτε από το Personal Distribution Key (PDK) για τους εξουσιοδοτημένους χρήστες και ενσωματώνετε στο Entitlement Management Message (EMM) Τέλος το κωδικοποιημένο περιεχόμενο το ECM και EMM εκπέμπονται από τον πομπό.

49 CRYPTO Η συχνότητα ανανέωσης των cw είναι από μερικά δευτερόλεπτα ως μερικά λεπτά. Η συχνότητα ανανέωσης του SK είναι συνήθως από μερικές ώρες ως μερικές μέρες. Το ρυθμό ανανέωσης του cw και SK εξαρτάται από διάφορες προϋποθέσεις όπως η ικανότητα του συστήματος, αξιολόγησης ασφάλειας του συστήματος και της απόδοσης του δικτύου PDK είναι μια σταθερή πληροφορία που την γνωρίζει μόνο ο πάροχος, και είναι ενσωματωμένη στην κάρτα πρόσβασης (smart card) του πελάτη.

50 CRYPTO Κατά την πλευρά του χρήστη, 1) ο δέκτης πρώτα φιλτράρει τα μηνύματα ΕΜΜ και αποκρυπτογραφεί την SK, 2) Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας την SK και αποκρυπτογραφεί τα ECM. Μετά από την αυθεντικοποίηση PDK του χρήστη (smart card) εξάγει το cw από τα ECM. Τέλος μπορεί και αποκωδικοποιεί το περιεχόμενο.

51 CRYPTO Μελετώντας το εύρος πληροφορίας που αποστέλλεται για την κρυπτογράφηση Αν το CAS εξυπηρετεί Μ συνδρομητές και N κανάλια, τότε το σύστημα διανομής κλειδιών πρέπει να δημιουργήσει Ν μηνύματα ECM για ανανέωση cw καναλιών, και Ν μηνύματα M EMM για την ανανέωση SK. Ας υποθέσουμε ότι ένα CA σύστημα έχει ένα εκατομμύριο συνδρομητές και 3 κανάλια. Το cw ανανεώνεται κάθε δέκα δευτερόλεπτα. Το SK για την παραγωγή ECM και CW κρυπτογράφηση αλλάζει κάθε μέρα. To ελάχιστo bitlength του μηνύματος ECM είναι περίπου 168 bits. Το μεγεθος του μηνύματος EMM είναι τουλάχιστον περίπου 488 bits. Οποτε το ελάχιστο εύρος ζώνης για τη μετάδοση ECM είναι: : (1 3) 168 / 1 = 54 bps Για την σωστή εξυπηρέτηση των συνδρομητών, το CA σύστημα πρέπει να εκπέμπει σε ΕΜΜ επανειλημμένα. Υποθέτοντας ότι το σύστημα CAS πρέπει να διασφαλιζει σε κάθε συνδρομητή ανανεώση EMM κάθε ώρα, τότε το απαιτούμενο εύρος ζώνης για την εκπομπή EMM είναι: (1 16 3) 488/36 4,7 Mbps

52 ΕΚΤΗΣ ΑΠΟΚΩ ΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ Σε έναν δέκτη DVB εκτελούνται οι παρακάτω λειτουργίες με τη σειρά που αναφέρονται: Λήψη του σήματος Αποδιαμόρφωση Επανασχηματισμός του MPTS Ανάγνωση των πινάκων PSI/SI για να σχηματισθεί ο πίνακας με τα προγράμματα που περιέχονται στο μπουκέτο Επιλογήτουπρογράμματος Προσδιορισμός PID για τα πακέτα που μεταφέρουν εικόνα και ήχο για το συγκεκριμένο πρόγραμμα Αποκρυπτογράφηση (αν το πρόγραμμα είναι κρυπτογραφημένο) Επανασχηματισμός των elementary streams Αποκωδικοποίηση των audio/video elementary streams Μετατροπή D/A ημιουργία αναλογικών σημάτων Audio και Video

53 ΕΚΤΗΣ ΑΠΟΚΩ ΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ Two 12 bit fast A/D converters for I and Q signal base band band components, with sample rate of 9.14 Msamples/s. Five DSPs,, in particular: DSP 1 1 for OFDM symbol and frequency synchronization. DSP 2 2 for OFDM demodulation. DSP 3 3 for Common Phase Error correction. DSP 4 4 for Channel estimation and equalization. DSP 5 5 for QAM demapping and Channel State Information processing.

54 ΕΚΤΗΣ ΑΠΟΚΩ ΙΚΟΠΟΙΗΤΗΣ

55 2 Η ΙΑΛΕΞΗ Ανίχνευση Περιγραμμάτων- Σχημάτων σε Εικόνες με Χρήση του Μετασχηματισμού Hough

56 Περίληψη Ανίχνευση ευθειών γραμμών Ανίχνευση ευθειών λωρίδων

57 Η Ευθεία Ευθεία Γραμμή Γραμμή b x m y b x m y b x m y Για κάθε σημείο (x,y) τηςγραμμήςισχύειηεξίσωσηευθείας: Έτσι: (x 1,y 1 ) (x 2,y 2 ) b x m y

58 Πολλαπλές γραμμές που διέρχονται από ένα σημείο y=m 2 x+b 2 y=m 1 x+b 1 (x,y) y=m 4 x+b 4 y=m 3 x+b 3 Κάθε ζεύγος (m,b) καθορίζει μια συγκεκριμένη ευθεία που περιέχει το σημείο (x,y)

59 Χώρος Παραμέτρων (x 1,y 1 ) b =-mx 1 +y 1 (x 2,y 2 ) (x 3,y 3 ) b =-mx 3 +y 3 b =-mx 2 +y 2 Κάθε σημείο στο επίπεδο (x,y)) (εικόνα( εικόνα) απεικονίζεται σε μια ευθεία γραμμή στον χώρο (m.b)) (χώρος( παραμέτρων). Μια ευθεία γραμμή στο επίπεδο (x,y)) (εικόνα( εικόνα) απεικονίζεται σε ένα σημείο τομής των γραμμών που αντιστοιχεί στον (m, b) χώρο(χώρος χώρος παραμέτρων).

60 Απεικόνιση μιας ψηφιακής εικόνας Επίπεδο (Χώρος) Εικόνας Χώρος Παραμέτρων N pixels N lines M pixels M lines Μια ευθεία που σχηματίζεται από M ή N εικονοστοιχεία στον χώρο της εικόνας θα μετασχηματιστεί σε ένα σημείο τομής των M ή N ευθειών όπου κάθε ευθεία αντιστοιχεί σε ένα εικονοστοιχείο του χώρου εικόνας. Το πλήθος των γραμμών που τέμνονται σε ένα σημείο στον χώρο των παραμέτρων αναπαριστά το μήκος της αρχικής ευθείας στον χώρο της εικόνας.

61 Η έννοια του Συσσωρευτή b b max b 1 N Accumulator Ο χώρος παραμέτρων (m, b) χωρίζεται σε κελιά - cells. Κάθε pixel (x, y) στον αρχικό χώρο εικόνας ψηφίζει στον (m, b) χώρο παραμέτρων για κάθε γραμμή που περνάει από αυτό. Οι ψήφοι αποθηκεύονται σε ένα συσσωρευτή accumulator. Αντιστοιχεί σε μια ευθεία γραμμή y=m 1 x+b 1 Με N pixels μήκος b min mmin m 1 m max m

62 Χρήση Πολικών Συντεταγμένων r xcos y sin Για κάθε σημείο (x, y) της ευθείας ισχύει η ακόλουθη εξίσωση: r xcos ysin (x 1,y 1 ) Συγκεκριμένα: r (x 2,y 2 ) r r x x 1 2 cos cos y 1 y 2 sin sin θ

63 Το κίνητρο για την χρήση πολικών συντεταγμένων Κατακόρυφες ευθείες δεν μπορούν να απεικονιστούν στον (m, b) χώρο παραμέτρων καθώς: m b? x = r Οι κατακόρυφες ευθείες μπορούν να περιγραφούν με πολικές συντεταγμένες: x r cos r sin x r r

64 Μετασχηματισμός Hough Ο χώρος (r, r,θ) r=x 2 cosθ+y 2 sinθ r=x 4 cosθ+y 4 sinθ (x 1,y 1 ) (x 3,y 3 ) (x 2,y 2 ) (x 4,y 4 ) r=x 1 cosθ+y 1 sinθ r=x 3 cosθ+y 3 sinθ Μετασχηματισμός Hough Κάθε σημείο στον (x, y) χώρο εικόνας απεικονίζεται σε ένα αρμονικό σημείο στον (r, r,θ) χώρο. Αρμονικά σημεία που αντιστοιχούν σε συνευθειακά σημεία τέμνονται σε ένα κοινό σημείο στον (r, r,θ) χώρο.

65 Συσσωρευτές - Accumulators θ στον χώρο (r, θ) θ max Αντιστοιχία σε μια ευθεία γραμμή r 1 =xcosθ 1 +xsinθ 1 μήκους N pixels θ 1 N θ min rmin r 1 r max r

66 Περιοχή ενδιαφέροντος Region of Interest (ROI) y max r max y min x min x max ROI είναι η περιοχή της αρχικής εικόνας στην οποία πρέπει να ανιχνεύσουμε της γραμμές λωρίδες. Η ROI για την παραπάνω εικόνα είναι: x y min min x y x y max max r max 2 x x y y max min max min 2 r rmax 36

67 Ανίχνευση Μεγαλύτερης Ευθείας Hough Algorithm Εικόνα Εισόδου Ανίχνευση Ακμής Hough Εύρεση Max Σχεδίαση γραμμής + Εικόνα Εξόδου υαδική Εικόνα Συσσωρευτής Μεγαλύτερη Ευθεία (r m,θ m ) Η γραμμή ανακατασκευάζεται με χρήση της εξίσωσης: r m =xcosθ m +ysinθ m (Υπολογισμένη για τις τιμές των (x,y) που ψηφίζουν το κελί του συσσωρευτή (r m, θ m ).

68 Μοντέλο εξομοίωσης ανίχνευσης γραμμής

69 Μετασχηματισμός Hough

70 Σχεδιασμός ευθείας και ανακατασκευή εικόνας

71 Εξομοίωση - Παράδειγμα MATLAB Οθόνη Αρχείο Εικονας Ανίχνευση γραμμής

72 Από την γραμμή στην Λωρίδα Εύρεση των δύο μεγαλύτερων γραμμών στην εικόνα. Σχεδιασμός πολυγώνου

73 Ανίχνευση Λωρίδας Hough Εικόνα Εισόδου Καθορισμός ROI Βελτιωμένη Ανίχνευση Ακμής Hough Εύρεση 2 μεγίστων (r,θ) διόρθωση Σχεδίαση Λωρίδας + Εικόνα Εξόδου υαδική Εικόνα Συσσωρευτής ύο μεγαλύτερες γραμμές (r m,θ m ) / (r n,θ n ) Ανακατασκευή δύο γραμμών με χρήση της εξίσωσης: r m =xcosθ m +ysinθ m (Υπολογισμένες για τις τιμές των (x,y) που ψηφίστικαν ως οι δύο μεγαλύτερες τιμές του συσσωρευτή. Σχεδίαση πολυγώνου με αυτές.

74 Βελτιωμένη ανίχνευση ακμών Μια μέθοδος κατωφλιοποίησης και ανίχνευσης ακμών βασισμένη στο ιστόγραμμα βοηθάει στο να αναγνωρίσουμε περιοχές όπου τα pixels αλλάζουν απότομα φωτεινότητα. Αυτό μπορεί να δείχνει ακμές λωρίδων. Ανίχνευση Ακμής ROI Λογικό AND υαδική Εικόνα Κατώφλι μέσω ιστογράμματος

75 Γιατί κάνω χρήση βελτιωμένης Απλή ανίχνευση ακμών. ανίχνευσης ακμών; Ανίχνευση ακμών βασισμένη στο ιστόγραμμα.

76 Η ανάγκη για την διόρθωση (r, r,θ) Χωρίς ιόρθωση Αποτυχία ανίχνευσης των μακρύτερων γραμμών (r,θ) ιόρθωση

77 ιόρθωση (r, r,θ) Αν θέση της λωρίδας, όπως αυτή επιστρέφεται από τον μετασχηματισμό Hough αλλάζει απότομα σε σχέση με τις τιμές του από το προηγούμενο η διόρθωση (r, θ) κρατάει μόνο την προηγούμενη της θέση. Οι μέγιστες δυνατές διακυμάνσεις παρέχονται από τους παρακάτω τύπους: r r 3 pixels τώρα τώρα πρίν πρίν or 1 degrees

78 Μοντέλο Ανίχνευσης Λωρίδας

79 Βελτιωμένη ανίχνευση ακμής

80 Αλγόριθμος Hough

81 Σχεδιασμός Λωρίδας

82 3 Η ΙΑΛΕΞΗ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ HAAR

83 Ανάλυση και σύνθεση 1 ου επιπέδου J=1 Τομέας Αποδεκάτισης Ανάλυσης Τομέας Παρεμβολής Σύνθεσης x(n) H 1 (z) v ( n 1 ) 2 y 1 ( k) 2 vˆ 1( k) G 1 (z) x 1 (n) + xˆ(n) H (z) v ( n ) 2 y ( k) 2 vˆ ( k) G 2 (z) x (n) v ( k) x[ n] h [ k n] i n i y ( k) v (2k) i i x i ( n) yi[ k] gi[ n 2k] k vˆ i( k) yi( ) 2 k DTWT i y ( k ) x[ n] h [2k n] n i IDTWT xˆ ( n) 1 i k y [ k] g [ n 2k] i i

84 Ορισμοί και Σχόλια g [n-2k]: KλιμακούμενηK ακολουθία (φ[[ ])] g 1 [n-2k]: Ακολουθία κυματιδίων (wavelet) (ψ[[ ])] 2 v v w 1 1 Ακολουθίες Βάσης (basis sequences) 2 Ένδο-ορθογωνιότητα ορθογωνιότητα: Ορθογωνιότητα: n n h [ 2k n] g [ n 2l] i, j {,1} i i g [ 2k n] g [ n 2l] i, j {,1} i i kl kl ij ij

85 Ανάλυση και σύνθεση 2 ου επιπέδου (J=2) x(n) H 1 H Τομέας (1) y 1 [ k] H (2) y 1 [ k] H 2 ] 2 2 G 1 + G 2 (2) x 1 [ k] (2) x [ k] 2 2 G 1 G 2 (1) x 1 [ n] + (1) x [ n] xˆ(n) 2 v 1 v Τομέας 2 (2) (2) 2 y ( k) x[ n] h [2 k n] 1 (2) y [ k n i v w 1 2 w1 4 xˆ (n) ( 2 k (2) (2) 2 (2) (2) 2 (1) (1) 1 y1 [ k] g1 [ n 2 k] y [ k] g [ n 2 k]) y [ k] g [ n 2 k] k k 1 1

86 Γενίκευση για J-στάδια y [ k] x[ n] h [2 km] ( J) ( J) J n y [ k] x[ n] h [2 km], j 1, 2,... J ( j) ( j) j 1 1 n J (j) ( j) j (J) ( J) J x[n] y 1 [ k] g1 [ n2 k] y [ k] g [ n2 k] j1 k k v 1 2 v v1 w 2 w

87 Φίλτρα Ανάλυσης: Haar Haar h[ n] h 1 1[ n] xn ( ) h ( n) 1 1 y y ( n) ( k) xn ( ) h ( n) y ( n) y ( k) x( n) H 1 H v ( n) 1 v ( n) 2 2 y ( k) 1 y ( k) vˆ 1[ n] vˆ [ n] G 1 G 2 x [ n] 1 + x [ n] xn [ 1]

88 g [ n] h [ n] g [n]= h[ n] 1 1 y [ k] vˆ [ k] g [ n] x (n) y [ k] vˆ [ n] g1[ n] x (n) xn ˆ[ ] xn [ 1]

89 Εφαρμογή: Συμπίεση Ας υποθέσουμε ότι μηδενίζουμε κάθε τιμή το οποίο είναι μεταξύ των τιμών [-22 2]. Τότε: αν y [k]={1,5,4 1,5,4} θα έχουμε: y [k]={, 5, 4} αν y 1 [k]={-1, 1,-1,4} θα έχουμε: y 1 [k]={,, 4} ' y [ ] k ' y [ ] 1 k g [ n] 1 1 g1[ n] ( ) Ανακατασκευασμένο ' xˆ [ n]

90 1-D Haar μετασχηματισμός κυματιδίων Αρχικά δεδομένα Μέσες τιμές (4) ιαφορές (4) 1 ου επιπέδου Αποδόμηση Μέσες τιμές (2) ιαφορές (2) 4+6 = = = = -2 2 ου επιπέδου Αποδόμηση

91 1-D Haar μετασχηματισμός κυματιδίων 1 ο επίπεδο 2 ο επίπεδο 3 ο επίπεδο Η πρώτη τιμή της προκύπτουσας ακολουθίες είναι η μέση τιμή όλων των αρχικών δειγμάτων: = 3

92 Μετασχηματισμός Haar κυματιδίων 2 διαστάσεων 1-d Haar μετασχηματισμόςστιςγραμμές Αρχική Εικόνα L H

93 Μετασχηματισμός Haar κυματιδίων 2 διαστάσεων 1-d Haar μετασχηματισμόςστιςστήλες LL LH L H HL HH

94 ου ου επιπέδου επιπέδου Αποδόμηση Αποδόμηση 1 ου ου επιπέδου επιπέδου Αποδόμηση Αποδόμηση Μετασχηματισμός Haar κυματιδίων 2 διαστάσεων

95 Αρχική Εικόνα Boat (512x512) Haar μετασχηματισμός 2 nd Επίπεδο Αποδόμησης

96