τεχνολογία Card MPEGsplitter v3

Σχετικά έγγραφα
ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΗ. Η µαγική τεχνολογία της ψηφιακής εικόνας και οι µαθητευόµενοι µάγοι της ελληνικής τηλεόρασης! Γ MPEG 1 2 4

ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. Κωδικοποίηση εικόνας

Κωδικοποίηση βίντεο (H.261 / DVI)

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 12: Κωδικοποίηση βίντεο: H.26x Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Βίντεο. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 06-1

Κωδικοποίηση βίντεο (MPEG)

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 15: Συμπίεση Ψηφιακού Βίντεο. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Βίντεο και κινούµενα σχέδια

Θέματα Συστημάτων Πολυμέσων. Ενότητα # 8: MPEG Διδάσκων: Γεώργιος Πολύζος Τμήμα: Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Επιστήμη των Υπολογιστών

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 6: Βίντεο Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Περιεχόµενα. ΕΠΛ 422: Συστήµατα Πολυµέσων. Βιβλιογραφία. Εισαγωγή. Συµπίεση εικόνων: Το πρότυπο JPEG. Εισαγωγή. Ευθύς µετασχηµατισµός DCT

Group (JPEG) το 1992.

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 08-1

Δ11 Δ12. Συμπίεση Δεδομένων

ΒΕΣ 04: Συµπίεση και Μετάδοση Πολυµέσων. Περιεχόµενα. Βιβλιογραφία. Συµπίεση εικόνων: Το πρότυπο JPEG. Εισαγωγή. Ευθύς µετασχηµατισµός DCT

ΕΙΔΗ ΠΛΑΙΣΙΩΝ Ενδο-πλαισιακή κωδικοποίηση (Intra- frame Coding): Δια-πλαισιακή κωδικοποίηση (Inter-frame Coding):

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 7: Συμπίεση Εικόνας κατά JPEG. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

VIDEO ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ. Υπάρχουσες εφαρμογές:

Περιεχόµενα. ΕΠΛ 422: Συστήµατα Πολυµέσων. Συµπίεση Βίντεο. Βιβλιογραφία. Αρχές συµπίεσης βίντεο

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 8: Αρχές κωδικοποίησης Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 11: Κωδικοποίηση εικόνων: JPEG Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

DVB (DVB-S, DVB-C, DVB-T, DVB-H)

Τεράστιες ανάγκες σε αποθηκευτικό χώρο

Βίντεο και κινούµενα σχέδια

Συµπίεση Εικόνας: Το πρότυπο JPEG

ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. MPEG 2 bitstream και πολυπλεξία

Η τεχνολογία DVB-T ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΗ Ι ΑΣΚΑΛΙΑ. Η τεχνολογία DVB-T. εκ των έσω

Συµπίεση Ψηφιακών Εικόνων: Συµπίεση µε Απώλειες. Πρότυπα Συµπίεσης Εικόνων

Συμπίεση Δεδομένων

DIP_06 Συμπίεση εικόνας - JPEG. ΤΕΙ Κρήτης

Αρχές κωδικοποίησης. Τεχνολογία Πολυµέσων 08-1

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΡΗΤΗΣ

Πληροφορική Ι. Μάθημα 9 ο Συμπίεση δεδομένων. Τμήμα Χρηματοοικονομικής & Ελεγκτικής ΤΕΙ Ηπείρου Παράρτημα Πρέβεζας. Δρ.

MPEG-4: Βασικά Χαρακτηριστικά

ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. Εισαγωγή

Κωδικοποίηση εικόνων κατά JPEG

Η ανάγκη για συμπίεση

Επεξεργασία Χαρτογραφικής Εικόνας

Δ10. Συμπίεση Δεδομένων

Συμπίεση Βίντεο: Αρχές και Πρότυπα Συμπίεσης

Ανάλυση Διατάξεων Εκπομπής σε Συστήματα Ψηφιακής Τηλεόρασης Υψηλής Ευκρίνειας

ITU-T : H.261 (1990), H.262 (1996), H.263 (1995) MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4. Αποθήκευση, Μετάδοση, Επικοινωνίες, ίκτυα

MPEG-4 : Διαδραστικές εφαρμογές πολυμέσων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ,

Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών ΗΥ-474. Ψηφιακό βίντεο. Αναλογικό βίντεο / ψηφιοποίηση Διεπαφές Εκτίμηση κίνησης μπλοκ

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 14: Κωδικοποίηση βίντεο: Η.264 Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

3. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ

Επεξεργασία Χαρτογραφικής Εικόνας

Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 4: Ψηφιοποίηση και συμπίεση σημάτων εικόνας

Συγχρονισµός πολυµέσων

Κωδικοποίηση βίντεο (MPEG)

19/3/2007 Πολυµέσα και Συµπίεση εδοµένων

Βασικές έννοιες. Αναλογικό Βίντεο. Ψηφιακό Βίντεο. Κινούμενα γραφικά (animation)( Πλαίσιο (frame, καρέ) Ρυθμός πλαισίων (frame rate)

υπολογιστικών συστημάτων. Παρουσίαση με τίτλο "Περιεχόμενο, διαδικασία μαθήματος και εισαγωγή"

TΕΧΝΟΛΟΓΙΑ DSL (DSL TUTORIAL) (Πηγή: Τηλεπικοινωνιακό κέντρο Α.Π.Θ.: )

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Θέματα Συστημάτων Πολυμέσων. Ενότητα # 7: JPEG Διδάσκων: Γεώργιος Πολύζος Τμήμα: Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών Επιστήμη των Υπολογιστών

Συµπίεση Δεδοµένων: Συµπίεση Ψηφιακού Βίντεο

ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. Επίγεια ψηφιακή τηλεόραση

Γιώργος Τζιρίτας Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα # 13: Κωδικοποίηση βίντεο: MPEG Διδάσκων: Γεώργιος Ξυλωμένος Τμήμα: Πληροφορικής

MPEG-4: Διαδραστικές εφαρμογές πολυμέσων

Κωδικοποίηση ήχου. Κωδικοποίηση καναλιού φωνής Κωδικοποίηση πηγής φωνής Αντιληπτική κωδικοποίηση Κωδικοποίηση ήχου MPEG

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΡΗΤΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Πληροφορική Εφαρμογές Πολυμέσων

ηµοτικό ιαδικτυακό Ραδιόφωνο και Τηλεόραση

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ I. 7 η ΔΙΑΛΕΞΗ Γραφικά με Υπολογιστή

Περιεχόµενα. Επικοινωνίες εδοµένων: Τρόποι Μετάδοσης και Πρωτόκολλα. Εισαγωγή

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 16: Διαμορφώσεις και Πρότυπα Ψηφιακού Βίντεο. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής

Επεξεργασία Πολυµέσων. Δρ. Μαρία Κοζύρη Π.Μ.Σ. «Εφαρµοσµένη Πληροφορική» Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

χωρίςναδηµιουργείταιαίσθησηαπώλειαςτηςποιότηταςτηςανακατασκευασµένηςεικόνας.

Κεφάλαιο 3 Συμπίεση Βίντεο

Τι συσχετίζεται με τον ήχο

Ιστορική Αναδρομή. Σύγχρονες τάσεις στις τηλεπικοινωνίες και τεχνολογίες αιχμής, ΤΕΕ, Αθήνα, 10 Ιαν.,

Μοντέλο Επικοινωνίας Δεδομένων. Επικοινωνίες Δεδομένων Μάθημα 6 ο

Πολυμέσα. Συμπίεση δεδομένων Κωδικοποίηση JPEG. Δρ. Γεώργιος Π. Παυλίδης ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ,

Φάσμα Ραδιοσυχνοτήτων για την Επίγεια Τηλεοπτική Ευρυεκπομπή. Συζήτηση στο Εθνικό Συμβούλιο Ραδιοτηλεόρασης

Κεφάλαιο 3 Πολυπλεξία

Μάθημα Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες Κωδικοποίηση πηγής- καναλιού Μάθημα 9o

Αντοχή (ruggedness) στο θόρυβο μετάδοσης Αποτελεσματική αναγέννηση (regeneration) Δυνατότητα ομοιόμορφου σχήματος (uniform format) μετάδοσης Όμως:

ERT HD. Ο ρόλος του Head-End

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2009

Δίκτυα Θεωρία

Συμπίεση Πολυμεσικών Δεδομένων

5.1.4 Τεχνολογίες Ψηφιακής Συνδρομητικής Γραμμής (xdsl)

εδάφους Την οργάνωση και τα βασικά χατακτηριστικά ενός δορυφορικού σταθµού

Φύλλο εργασίας. Ερωτήσεις ανασκόπησης του μαθήματος

Πολυμέσα. Συμπίεση δεδομένων Κωδικοποίηση MPEG. Δρ. Γεώργιος Π. Παυλίδης ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ

Ψηφιακή τηλεόραση [από το Α έως το Ω]

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 8: Συμπίεση Εικόνας κατά JPEG Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Τι είναι το JPEG2000?

Συστήματα Πολυμέσων. Ενότητα 2: Εισαγωγικά θέματα Ψηφιοποίησης. Θρασύβουλος Γ. Τσιάτσος Τμήμα Πληροφορικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Πολυμέσα πάνω από κινητά δίκτυα

Ελληνική Δημοκρατία Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ηπείρου. Πληροφορική Ι. Ενότητα 9 : Συμπίεση δεδομένων. Δρ. Γκόγκος Χρήστος

Εισαγωγή. Τεχνολογία Πολυµέσων 01-1

Οι βασικές βαθμίδες του συστήματος των δορυφορικών επικοινωνιών δίνονται στο παρακάτω σχήμα :

Πολυπλεξία. Creative Commons License 3.0 Share-Alike

Transcript:

Card splitter v3 Η «µηχανή» του DVB Η επιτυχία είναι επιστήµη! Μέχρι το 1993 η ψηφιακή τηλεόραση πελαγοδροµούσε! Όλες οι προσπάθειες για εικόνα υψηλής ποιότητας αποδεικνύονταν είτε θνησιγενείς είτε ανεπαρκείς είτε εκτός πραγµατικότητας. Ακόµη και σηµαντικές τεχνολογίες, όπως το εξαιρετικό για την εποχή του D2MAC που σχεδιάστηκε σαν αντικαταστάτης του PAL, δεν σηµείωσαν την επιτυχία που άξιζαν. Καταποντίστηκαν, συµπαρασύροντας σηµαντικά κεφάλαια, χρόνια σκληρών προσπαθειών και τις ελπίδες δηµιουργίας ψηφιακής τηλεόρασης. Ευτυχώς, όµως, η τηλεοπτική βιοµηχανία, µαθαίνοντας από τα λάθη της, σχεδίασε, ανέπτυξε και επέβαλε το «θαύµα του DVB». «Μηχανή» της ψηφιακής τηλεόρασης είναι το πρότυπο συµπίεσης, το οποίο έκανε πραγµατικότητα το όνειρο της µείωσης του όγκου της πληροφορίας εικόνας. Γράφει ο Γιώργος Κακαβιάτος Αδιέξοδο! Η τεχνολογία αναλογικής εικόνας χρησιµοποιεί τις τρεις χρωµατικές συνιστώσες RGB. Για το σήµα της τηλεόρασης, όµως, η τριάδα δεν λειτουργεί µε ικανοποιητικό τρόπο και µετασχηµατίζεται σε άλλη, πιο «βολική». ηµιουργούνται τα σήµατα φωτεινότητας (Υ) και χρω- µοδιαφορών U και V (λεπτοµέρειες στο τεύχος Ιουλίου 2007 των.ν.). Στην αναλογική τηλεόραση οι συνιστώσες Y, U, V µεταδίδονται «εύκολα» µε τα συστήµατα PAL και NTSC. Τα δύσκολα αρχίζουν 118 ΟΡΥΦΟΡΙΚΑ νέα ΙΟΥΝΙΟΣ 2008

υποστεί κατάλληλη επεξεργασία για να «χωρέσει» στο διαθέσιµο εύρος ζώνης. Η «επεξεργασία» περιγράφει µε µια λέξη τις δύο βασικές λειτουργίες του. Τη συµπίεση και την πολυπλεξία. 1 Ο εφιάλτης της ψηφιακής µετάδοσης! Αυτός ο απλός (;) υπολο γι - σµός εµπόδιζε την ανάπτυξη της ψηφιακής τηλεόρασης επί 45 χρό - νια. Οι προσπάθειες ξεκίνησαν το 1950, αλλά έφθασαν σε ικανο ποιητικό αποτέλεσµα το 1995! Μετά από χρόνια συζητήσεων και αναλύ σεων, σχε - διά στηκε το πρότυπο ψηφιοποίησης της τηλεοπτικής εικόνας 4:2:2 και ορίστηκαν οι συχνότητες δειγµατοληψίας 13,5MHz για τη φωτει νότητα και 6,75MHz για τις χρωµατικές συνιστώσες C B και C R. Αν χρησι µοποιηθεί ψηφιοποίηση 8bit, τότε η ταχύτητα ψηφιακής ροής είναι 216 Mbps. Η µε - τάδοση δεδοµένων µε τόσο υψηλές ταχύτητες, χρειάζεται εύρος ζώνης 100 έως 150 MHz, απαίτηση που βρίσκεται εκτός πραγµα τι κότητας. Η λύ - ση δόθηκε µε τη σχεδίαση και ανάπτυξη του. όταν θελήσουµε να τις µεταδώσουµε ψηφιακά. Οι προσπάθειες ψηφιοποίησης ξεκίνησαν το 1950, αλλά έφθασαν σε ικανοποιητικό α- ποτέλεσµα το 1995! Στο NTSC, η εικόνα έχει 525 γραµµές και µεταδίδονται 30 πλαίσια το δευτερόλεπτο (fps). Στο PAL, 625 γραµµές και 25fps. Για συµβατότητα, θα πρέπει ο ρυθµός δειγµατοληψίας να είναι πολλαπλάσιο της συχνότητας 2,25MHz. Η τιµή αυτή προέκυψε ως το ελάχιστο κοινό πολλαπλάσιο των συχνοτήτων ανανέωσης των γραµµών (525x30 και 625x25 αντίστοιχα). Μετά από χρόνια συζητήσεων και αναλύσεων, ορίστηκαν οι συχνότητες δειγµατοληψίας 13,5 MHz = 6 x 2,25 MHz για τη φωτεινότητα και 6,75MHz = 3 x 2,25 MHz για τις χρωµατικές συνιστώσες. Αυτό το πρότυπο ψηφιοποίησης ονοµάζεται 4:2:2 (πλήρης ανάλυση στο τεύχος Αυγούστου 2007). Αν χρησιµοποιηθεί ψηφιοποίηση 8bit, τότε η ταχύτητα ψηφιακής ροής (bitstream) είναι 216 Mbps = 13,5 x 8 + 2 x 6,75 x 8 (εικόνα 1). Αν τα επίπεδα ψηφιοποίησης αυξηθούν σε 10 bit, τότε η ταχύτητα αυξάνει σε 270 Mbps! Η µετάδοση όµως ψηφιακών σηµάτων 270 Mbps από τα επίγεια, δορυφορικά ή καλωδιακά δίκτυα, απαιτεί εύρος συχνοτήτων τουλάχιστον 125 MHz. Αυτή η απαίτηση είναι απαγορευτική, αφού το εύρος του επίγειου αναλογικού τηλεοπτικού διαύλου δεν ξεπερνά τα 6MHz, ενώ στα δορυφορικά, τα 36MHz. Υπάρχει, εποµένως, πρόβληµα µετάδοσης του ασυµπίεστου σήµατος εικόνας, το οποίο βασάνισε επί πολλές δεκαετίες τους µηχανικούς. Η λύση δόθηκε µε τη σχεδίαση και ανάπτυξη του. Το δορυφορικό σήµα δεν είναι απλά µια ψηφιακή εικόνα. Θα πρέπει να Η οικογένεια Οι πρώτες απόπειρες που αποσκοπούσαν στην ψηφιακή µετατροπή ακίνητων εικόνων εµφανίστηκαν στη δεκαετία του 1980 και είχαν ως κύριο στόχο τη µείωση του ψηφιακού όγκου των αρχείων γραφικών. Το 1989, ο ιεθνής Οργανισµός Προτύπων (ISO) δηµιούργησε την οµάδα εργασίας JPEG (Joint Photographic Experts Group), η οποία σχεδίασε το οµώνυµο, εξαιρετικά πετυχηµένο πρότυπο συ- µπίεσης για σταθερές εικόνες. Το 1991, η ανάγκη για επέκταση της επιτυχίας και στις κινούµενες εικόνες οδήγησε την ISO στη δηµιουργία της επιτροπής (Motion Pictures Experts Group, οµάδα ειδικών στις κινούµενες εικόνες). Η οικογένεια προτύπων περιλαµβάνει τα -1, -2 και το επί θύραις -4. Ενδιά- µεσα, εµφανίστηκε και το -3, το οποίο ήταν προσανατολισµένο στην υψηλή ευκρίνεια, αλλά εγκαταλείφθηκε. Γενικές αρχές της συµπίεσης κινούµενης εικόνας Η ψηφιακή µετατροπή κινούµενων εικόνων αποδέχεται κάποιο ποσοστό παραµόρφωσης σε «δύσκολες» σκηνές, µε αντάλλαγµα τη συµπίεση του εύρους και του κόστους. Αναζητεί µία χρυσή τοµή, που πολλές φορές βασίζεται σε υποκειµενικές εκτιµήσεις. Ενώ ο ή- χος προσφέρεται για µεγάλα ποσοστά συµπίεσης, χωρίς αισθητή υ- ποβάθµιση ποιότητας, στην εικόνα τα πράγµατα είναι πιο δύσκολα. Οι ατέλειες γίνονται εύκολα αντιληπτές και καταβάλλεται προσπάθεια ώστε να µην είναι ενοχλητικές. Η θεµελιώδης αρχή πάνω στην οποία στηρίζονται όλες οι µέθοδοι ψηφιακής συµπίεσης, είναι το γεγονός ότι κάθε εικόνα εµπεριέχει ένα ποσοστό πλεονασµού (redundancy). Με τον όρο αυτό, εννοούµε την πληροφορία που είτε µπορεί να παραληφθεί είτε να παρασταθεί µε λιγότερη ακρίβεια, χωρίς καθοριστική επίδραση στο τελικό αποτέλεσµα. 2 Αλληλουχία και συνηθέστερη διάταξη των εικονοπλαισίων. Συνήθως παρεµβάλλονται περισσότερα Β πλαίσια. Οι εικόνες τύπου Β έχουν το µεγαλύτερο βαθµό συµπίεσης. Πολλές τέτοιες εικόνες υπάρ - χουν στη µετάδοση ενός δελτίου ειδήσεων, όπου το «σκηνικό» είναι στα - τικό. Σε µια πιο δυναµική σειρά εικόνων, όπως για παράδειγµα κάποιος ποδοσφαιρικός αγώνας ή µία ταινία δράσης, το ποσοστό των εικόνων P και Ι είναι µεγαλύτερο. 120 ΟΡΥΦΟΡΙΚΑ νέα ΙΟΥΝΙΟΣ 2008

3 H µικρότερη οµάδα πλαισίων που µπορεί να αποκωδικοποιηθεί, ονοµάζεται GOP (Group of Pictures). Περιέχει όλα τα I, P, B πλαίσια που χρειάζονται. Η διαδοχή και η αλληλουχία των εικόνων περιγράφεται από τους αριθµητικούς συντελεστές Μ, που είναι η απόσταση (σε αριθµό εικόνων) ανάµεσα σε δύο διαδοχικές εικόνες Ρ και Ν που είναι η από - στα ση ανάµεσα σε δύο διαδοχικές εικόνες Ι. Συνηθισµένες τιµές για ικα - νοποιητική ποιότητα, είναι Μ = 3 και Ν = 12. Με αυτές τις παραµέ τρους, η συγκρότηση µιας τυπικής οπτικής ακολουθίας, είναι: 1/12 εικό νες Ι (8.33%), 3/12 εικόνες Ρ (25%) και 8/12 εικόνες Β (66%). Υπάρχουν δύο είδη πλεονασµού: Ο στατικός, κατά τον οποίο οι εικόνες «σχετίζονται» µεταξύ τους και η επόµενη µπορεί να «προβλεφθεί» από την προηγούµενη. Λέγεται πλεονασµός του «δελτίου ειδήσεων», αφού στα τηλεοπτικά ενηµερωτικά δελτία µεγάλο τµή- µα της εικόνας (φόντο) παραµένει αµετάβλητο και µόνο το µέρος που καταλαµβάνει ο παρουσιαστής αλλάζει. Κάθε νέα εικόνα προκύπτει από την προηγούµενη, µε ένθεση των διαφορών που έχουν προκύψει, χωρίς να ενσωµατώνεται η πλεονάζουσα πληροφορία. Στον υποκειµενικό πλεονασµό γίνεται εκµετάλλευση του γεγονότος ότι το ανθρώπινο µάτι µπορεί να ανεχθεί ένα ποσοστό αλλοίωσης της εικόνας, χωρίς ενόχληση. Η ανθρώπινη όραση είναι πιο ευαίσθητη στη φωτεινότητα απ ό,τι στα χρώµατα. Εποµένως, αποδίδεται µειωµένη σηµασία στη χρωµατική πληροφορία. Υπάρχουν δύο βασικές προσεγγίσεις για τη συµπίεση της κινούµενης εικόνας: Η ενδοπλαισιακή (Intraframe), κατά την οποία κάθε εικόνα αντιµετωπίζεται αυτοτελώς και ψηφιοποιείται ανεξάρτητα από τις υπόλοιπες και η διαπλαισιακή (Interframe), όπου λαµβάνονται υπόψη οι πιθανές οµοιότητες µεταξύ των πλαισίων και «εξάγεται» η διαφορά τους. Έτσι, στο τελικό τµήµα υπάρχει εξάρτηση µεταξύ των διαδοχικών εικόνων. Ο επανασχηµατισµός των εικόνων απαιτεί πληροφορία από τις προηγούµενες, αλλά και τις επόµενες! Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται µεγαλύτερη συµπίεση, αφού γίνεται επεξεργασία µόνο των διαφορών µεταξύ των εικόνων. Τύποι εικόνων Η διαδικασία συµπίεσης της πληροφορίας που περιέχεται σε ροή α- πό εικόνες, ξεκινάει µε το διαχωρισµό τους σε τρεις κατηγορίες: Βασικές εικόνες ή ενδοπλαίσια- Ι (Intra frames): κωδικοποιούνται χωρίς αναφορά σε άλλες εικόνες, εποµένως περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για την ανακατασκευή τους. Ο βαθµός συ- µπίεσης των Ι εικόνων είναι χαµηλός. Κατά συνέπεια, περιέχουν λιγότερο αλλοιωµένα δεδοµένα. Η παρουσία τους λειτουργεί ως ση- µείο αναφοράς και οι υπόλοιπες ανάγονται σ αυτές. Γι αυτό, επιβάλλεται να µεταδίδονται τακτικά. Έτσι υπάρχει τουλάχιστον ένα I πλαίσιο κάθε 15. Προβλεπόµενα πλαίσια - Ρ (Predicted frames): Σχηµατίζονται από το προηγούµενο πλαίσιο µε τη χρήση τεχνικών πρόβλεψης. Οι Ρ εικόνες µπορεί να χρησιµοποιηθούν ως η βάση και για τις επόµενες εικόνες του ίδιου τύπου. Πάντως, δεν είναι δυνατό να αυξηθεί υ- περβολικά ο αριθµός των Ρ εικόνων που βρίσκονται ανάµεσα σε δύο Ι. Ο βαθµός συµπίεσης των Ρ είναι σηµαντικά υψηλότερος απ ό,τι στα εικονοπλαίσια Ι. Αµφιπλαίσια - Β (Bi-directional frames): Κωδικοποιούνται µε αµφίπλευρη παρεµβολή ανάµεσα σε εικόνα Ι ή Ρ, η οποία ή προπορεύεται ή ακολουθεί. εν χρησιµοποιούνται για την κωδικοποίηση διαδοχικών εικόνων, εποµένως δεν µεταδίδουν λάθη. Ο «κύκλος της ζωής» τους είναι περιορισµένος και δεν κληροδοτούν πληροφορίες σε άλλα πλαίσια. Απαιτούν υψηλή ισχύ επεξεργασίας, γεγονός που τα κάνει δύσχρηστα και αιτία καθυστέρησης στη λήψη. Ο κύριος λόγος ύπαρξης των Β-πλαισίων είναι το ενδεχόµενο κάποιες πληροφορίες της εικόνας να υπάρχουν σε επόµενα πλαίσια, αλλά να απαιτούνται και στο προηγούµενο! Οι εικόνες Β προσφέρουν το µέγιστο ρυθµό συµπίεσης. Αφού τα πλαίσια P κατασκευάζονται µε βάση τα Ι και τα Β µε βάση τα Ι και P, είναι προφανές ότι τα Ι πρέπει να έχουν σταλεί πριν τα α- ντίστοιχα P (εικόνα 2). Επίσης, τόσο τα P όσο και τα I, πρέπει να έ- χουν σταλεί πριν από τα αντίστοιχα Β, παρόλο που στη µετάδοση, αυτά παρεµβάλλονται ανάµεσά τους. Τραγέλαφος! Ας είναι καλά οι µικροεπεξεργαστές, γιατί χωρίς αυτούς δεν υπήρχε καµία δυνατότητα υλοποίησης του -DVB. H µικρότερη οµάδα πλαισίων που µπορεί να αποκωδικοποιηθεί, ο- νοµάζεται GOP (Group of Pictures). Περιέχει όλα τα I, P, B πλαίσια που χρειάζονται. Η διαδοχή και η αλληλουχία των εικόνων µέσα σε 4 Η ακολουθία των εικόνων µετά τη λήψη, δεν έχει την ίδια σειρά µε την αρχική ακολουθία πριν την εκποµπή! Με τιµές των παραµέτρων Μ = 3, Ν = 12, η σειρά διαδοχής των εικονοπλαισίων κατά την εκποµπή, είναι: Ι Β Β Ρ Β Β Ρ Β Β Ρ Β Β Ι... Όµως, για µια εικόνα Β απαιτείται προγενέστερη και επόµενη εικόνα Ι ή Ρ. Αυτό απαιτεί αναδιάταξη της αρχικής ακολουθίας εικόνων κατά τη λήψη, έτσι ώστε να είναι διαθέσιµες οι απαιτούµενες Ι και Ρ εικόνες, πριν την επεξεργασία των πλαισίων Β. Η αναδιάταξη δίνει την ακολουθία: Ι Ρ Β Β Ρ Β Β Ρ Β Β Ι Β Β... 122 ΟΡΥΦΟΡΙΚΑ νέα ΙΟΥΝΙΟΣ 2008

Όµως, για µια εικόνα Β απαιτείται προγενέστερη και επόµενη εικόνα Ι ή Ρ. Αυτό απαιτεί αναδιάταξη της αρχικής ακολουθίας εικόνων, έτσι ώστε να είναι διαθέσιµες οι απαιτούµενες Ι και Ρ εικόνες, πριν την επεξεργασία των πλαισίων Β. Η αναδιάταξη δίνει την εξής ακολουθία (εικόνα 4): (Ι) (Ρ) (Β) (Β) (Ρ) (Β) (Β) (Ρ) (Β) (Β) (Ι) (Β) (Β)... 5 Ιεραρχία των επιπέδων. Το ορίζει µια ιεραρχία στην οπτική ακολουθία, που είναι η εξής: Η οµάδα εικόνων (GOP), η οποία αποτελείται συνήθως από 12 εικόνες. Κάθε εικόνα µπορεί να είναι Ι, Ρ ή Β και χωρίζεται σε φέτες ενδοπλαισιακής ψηφιοποίησης. Κάθε φέτα αποτελείται από µακροµπλόκ που χρησιµοποιούνται για εκτίµηση/ αντι - στάθ µιση κίνησης. Ένα µακροµπλόκ έχει µέγεθος 16x16 εικονοστοιχείων και αποτελείται από τέσσερα µπλοκ φωτεινότητας και δύο µπλοκ χρωµατικότητας. µια οµάδα εικόνων GOP, περιγράφεται από δύο αριθµητικούς συντελεστές, που είναι γνωστοί σαν παράµετροι Μ και Ν. Μ είναι η α- πόσταση (σε αριθµό εικόνων) ανάµεσα σε δύο διαδοχικές εικόνες Ρ, ενώ Ν είναι η απόσταση ανάµεσα σε δύο διαδοχικές εικόνες Ι (εικόνα 3). Συνηθισµένες τιµές για ικανοποιητική οπτική ποιότητα, είναι Μ = 3 και Ν = 12. Με αυτές τις παραµέτρους, η συγκρότηση µιας τυπικής οπτικής ακολουθίας είναι: 1/12 εικόνες Ι ( 8.33% ), 3/12 εικόνες Ρ ( 25% ) και 8/12 εικόνες Β (66%). Αναδιάταξη των εικόνων Η ακολουθία των εικόνων µετά τη λήψη, δεν έχει την ίδια σειρά µε την αρχική ακολουθία πριν την εκποµπή! Με τις συνηθισµένες τιµές των παραµέτρων Μ = 3, Ν = 12, η σειρά διαδοχής των εικονοπλαισίων είναι η εξής: 1=(Ι) 2=(Β) 3=(Β) 4=(Ρ) 5=(Β) 6=(Β) 7=(Ρ) 8=(Β) 9=(Β) 10=(Ρ) 11=(Β) 12=(Β) 13=(Ι) Η αύξηση του βαθµού συµπίεσης που διευκολύνεται από τις εικόνες Β, έχει ως αντίτιµο αύξηση της καθυστέρησης στην επεξεργασία (δύο επιπλέον διάρκειες εικόνων) και την υπολογιστική ισχύ. Είναι προφανές ότι οι εικόνες τύπου Β είναι αυτές που καθορίζουν 7 ιαδικασία. Αρχικά, το σήµα ψηφιοποιείται µε τη διαδικασία 4:2:2. Στη συνέχεια, σε κάθε εικόνα εφαρµόζεται ο µετασχηµατι - σµός συνηµίτονου DCT (ενδοπλαισιακή συµπίεση) και οι αριθµητικοί συντελεστές που προκύπτουν, στρογγυλοποιούνται και οµαδοποιούνται. Για να µειωθεί ακόµη περισσότερο ο ψηφιακός όγκος του σήµατος, χρησιµοποιούνται δύο επιπλέον αλγόριθµοι: Ο Variable Length Coding και ο Run-Length-Encoding. Η διαδικασία αυτή µετατρέπει κάθε εικόνα σε αρχείο JPEG. Το επόµενο βήµα είναι η διαδικασία αντιστάθµισης της κίνησης, κατά την οποία, σε µια σειρά από εικόνες αφαιρείται το κοινό µέρος τους και διατηρείται µόνον η µεταβολή της πληροφορίας. Με τη διαδικασία αυτή, δηµιουργούνται τρεις κατηγορίες εικόνων: Οι Ι, Ρ και Β. Με αυτές, σχηµατίζεται η οµάδα εικόνων GOP, η οποία στη συνέχεια πολυπλέκεται και εκπέµπεται! Όλη αυτή η διαδικασία γίνεται µέσα σε ένα ολοκληρωµένο κύκλωµα, που κοστίζει σήµερα λιγότερο από 20 ευρώ! 6 Κάθε φέτα του εικονοπλαίσιου χωρίζεται αρχικά σε τµήµατα (µπλοκ) των 8x8 pixels. Κατάλληλος µαθηµατικός µετασχηµατισµός (µετασχηµατισµός συνηµίτονου DCT), αντιστοιχεί στην ενέργεια της εικό - νας σε ένα σχετικά µικρό πλήθος αριθµητικών συντελεστών, που οµαδο - ποιούνται σε ακέραιες τιµές, αφού όµως πρώτα υποστούν αριθµητική επε ξεργασία, µε στόχο τη δηµιουργία όσο το δυνατόν περισσότερων µηδενικών τιµών. το βαθµό συµπίεσης. Το γεγονός πως την πληροφορία των εικόνων Β και εν µέρει των εικόνων Ρ, στην ουσία την πετάµε και τη συνθέτουµε από άλλες εικόνες, είναι και ο λόγος για τον οποίο η συµπίεση αυτή ονοµάζεται απωλεστική. Η σύνθεση των εικόνων Β από άλλες, η εκτίµηση για το περιεχόµενο µιας εικόνας Ρ από αυτήν που έχει προηγηθεί, αλλά και η κατάταξη των εικόνων σε κατηγορίες, είναι διαδικασίες πολύ απαιτητικές υπολογιστικά και γίνονται µόνον κατά τη κωδικοποίηση του σήµατος, πριν µεταδοθεί από το δορυφόρο. Οι υπολογιστικές απαιτήσεις στο δέκτη είναι µεν υψηλές, αλλά όχι απελπιστικές. Αν ήταν ίδιες µε αυτές της εκποµπής, τότε ο αποκωδικοποιητής στο σπίτι µας θα κόστιζε µια περιουσία! Στη διαδικασία, για να γίνει η επεξεργασία της εικόνας και η διαδικασία πρόβλεψης της κίνησης, κάθε πλαίσιο ( frame) της ει- 124 ΟΡΥΦΟΡΙΚΑ νέα ΙΟΥΝΙΟΣ 2008

8 Πρόβλεψη, εκτίµηση και αντιστάθµιση κίνησης. Σε µια ακολουθία ροής εικόνων, τα κινούµενα θέµατα οδηγούν σε διαφορές ανάµεσα στα διαδοχικά εικονοπλαίσια. Η εκτίµηση κίνησης γίνεται µε τη βοήθεια του διανύσµατος κίνησης, το οποίο συσχετίζει τη ζώνη άφιξης και τη ζώ - νη αποχώρησης µεταξύ δύο διαδοχικών εικόνων. Η διαδικασία αυτή λέγε ται ταίριασµα µπλοκ (block matching). Συγκρίνοντας µια εικόνα Ρ και µια εικόνα Ι ή δύο εικόνες Ρ, το ταίριασµα των µπλοκ δεν θα είναι τέλειο. Αυτή η διαφορά, που λέγεται λάθος πρόβλεψης, διορθώνεται µε την αντι - στάθµιση κίνησης. Προσεκτική παρατήρηση της σειράς των παραπάνω εικόνων, δείχνει τις διαφορές των διαδοχικών εικόνων Ι, Ρ και Β και το λόγο για τον οποίο είναι αναγκαία η πρόβλεψη και η αντιστάθµιση της κίνησης. κόνας χωρίζεται σε τµήµατα που ονοµάζονται «φέτες» (slices). Οι φέτες περιέχουν µία σειρά «ολοτµηµάτων» (macroblocks), τα οποία όπως δείχνει και το όνοµά τους, περιέχουν µία σειρά από blocks. Τα blocks είναι τµήµατα της εικόνας διαστάσεων 8x8 pixels. Ο ρόλος των slices είναι να περιορίσουν τη διάδοση των λαθών (error propagation). Αν ένα slice ληφθεί µε λάθος, παραλείπεται χωρίς να χάνουµε όλη την εικόνα. Γενικά τα slices βοηθούν στην απόκρυψη των σφαλµάτων (error concealment). Κάθε macroblock περιέχει έ- ναν πίνακα µε πληροφορίες φωτεινότητας (16x16) και δύο πίνακες του µισού µεγέθους ( 8x8 ) για το χρώµα (εικόνα 5). Στο επόµενο τεύχος των Ν, στο δεύτερο µέρος του κειµένου, θα αναφερθούµε στο δεύτερο πυλώνα του -DVB, τη διαδικασία πολυπλεξίας της ροής εικόνων.