НАТ - НАЦИОНАЛЬНАЯ АССОЦИАЦИЯ ТЕЛЕРАДИОВЕЩАТЕЛЕЙ - ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ТЕЛЕРАДИОКОМПАНИЙ РОССИИ
Портал создан при финансовой поддержке Федерального агентства
по печати и массовым коммуникациям
 
 

Архив новостей НАТ
Архив новостей Законодательство и практика
Архив новостей медиасообщества
Архив главных новостей
Архив Обучение
Архив конкурсов и фестивалей
Архив выставок и конференции
Календарь событий
(За предыдущие 90 дней)
Календарь событий
(За следующие 90 дней)
Все события, начиная с сегодняшнего дня
Академия НАТ
Во втором семинаре «Академии НАТ» приняли участие более 120 слушателей
Конкурс «Современник на экране» в рамках фестиваля социально значимых телепрограмм и телефильм
Состав жюри творческого конкурса «Современник на экране» в рамках фестиваля социально значимых телепрограмм и телефильмов «Герой нашего времени» 2016
Видео победителей
Мероприятия НАТ 2018
Как вступить в НАТ
Что дает членство в НАТ
Как вcтупить в НАТ телекомпаниям
Как вcтупить в НАТ радиостанциям
Положение о членских взносах
Устав НАТ
Архив за 2015 год
Премия имени Владимира Зворыкина
Фестивалю детского телевидения «ВКЛЮЧАЙСЯ» - 10 лет
Конкурс «Современник на экране», в рамках фестиваля социально значимых телепрограмм и телефильмов «Герой нашего времени»!
Архив за 2016 год
Включайся 2016
Конкурс «Современник на экране», в рамках 10 фестиваля социально значимых телепрограмм и телефильмов «Герой нашего времени»!
Архив за 2017 год
Включайся 2017
Академия НАТ (август)
Академия НАТ (май)
Академия НАТ
Архив за 2018 год
Академия НАТ январь 2018
Архив за 2014 год
Премия имени Владимира Зворыкина 2014 год
«ВКЛЮЧАЙСЯ» 2014
Конкурс «Современник на экране», в рамках фестиваля социально значимых телепрограмм и телефильмов «Герой нашего времени»!
Архив за 2013 год
Премия имени Владимира Зворыкина 2014
Конкурс «Современник на экране», в рамках фестиваля социально значимых телепрограмм и телефильмов «Герой нашего времени»!
«ВКЛЮЧАЙСЯ» 2013
Архив за 2012 год
Конкурс «Современник на экране», в рамках фестиваля социально значимых телепрограмм и телефильмов «Герой нашего времени»!
«Включайся!» 2012
«Новые медиа» России на IBC
Золотой луч
XVI Международный конгресс Национальной ассоциации телерадиовещателей
Архив за 2011 год
XV Международный конгресс НАТ
«Включайся!» 2011
Творческий конкурс «Современник на экране» в рамках фестиваля социально значимых телепрограмм и телефильмов «Герой нашего времени»
Архив за 2010 год
NAB SHOW 2010
«Включайся!» 2010
«Золотой луч» 2010
Герой нашего времени 2010
XIV Международный конгресс НАТ
Архив за 2009 год
Герой нашего времени 2009
Выставка IBC 2009: экспозиция «Русский дом» и конференция «Цифровая Россия»
Национальная премия в области спутникового, кабельного и интернет телевидения «Золотой луч»
XIII Международный конгресс НАТ
«Включайся!» 2009
Архив за 2008 год
Выставка IBC
Цифровая Россия
Включайся!
Герой нашего времени 2008
XII Международный конгресс НАТ
Касается Каждого
Архив за 2007 год
Включайся!
Цифровая Россия
Герой нашего времени
Лучшая теле - и радиокомпания 2007 года
XI Международный конгресс НАТ
Архив за 2006 год
Х Международный Конгресс НАТ
Правление НАТ
Комиссии
Технологический комитет
Состав Технологического Комитета НАТ
Информационно-аналитический центр
Этический кодекс
Члены Ассоциации
Лауреаты НАТ
Избранное
Техника и технологии
Право и СМИ
Медиаизмерения и реклама
Зарубежный опыт
Интервью




Логин  
Пароль
Запомнить
Регистрация на сайте
Забыли пароль?


 

Техника и технологии

03.04.07


Измерение параметров цифровых ТВ-каналов с информационным сжатием данных

При освоении новой цифровой ТВ-системы надо быть уверенным, что она будет обеспечивать качество телевизионного изображения не хуже аналоговой системы СЕКАМ, вместо которой она вводится. Если новая система будет вносить большие искажения, чем аналоговая система, и иметь худшее качество телевизионного изображения, она будет неприемлема для телезрителей.

Сложность контроля за качеством работы кодеков MPEG-2 заключается в том, что оценка их работы по известным измерительным сигналам аналогового телевидения не дает полной картины возникающих при компрессии видеоданных искажений - таких, как смазывание подвижных частей изображения, появление прерывистости движения и т.п.

Объясняется это разницей характера преобразования ТВ-изображения в ТВ-сигналы в аналоговых и цифровых ТВ-системах с компрессией видеоданных.

В аналоговом телевидении структура ТВ-изображения складывается из отдельных строк, а в системах с компрессией видеоданных по стандарту MPEG-2 изображение разбивается на квадратные блоки размером 8 строк по вертикали на 8 отсчетов по горизонтали. В этом случае структура ТВ-изображения напоминает структуру шахматной доски.

Существующие стандартные методы измерений хорошо согласованы со строчной структурой представления ТВ-изображения, то есть они рассчитаны на измерение искажений для одномерного представления ТВ-сигнала. Поэтому такие методы оказываются малоэффективными при оценке искажений изображения с двухмерной структурой в виде квадратных блоков.

В особенной степени эта несогласованность проявляется при оценке качества подвижных ТВ-изображений. Дело в том, что известные испытательные сигналы создают па экране телевизора изображения с неподвижной структурой, поэтому с их помощью принципиально невозможно обнаружить дефекты, возникающие в цифровой системе с компрессией при передаче подвижных объектов (например, субъективное ощущение пониженной четкости ТВ-изображения при отличной сквозной АЧХ кодека, измеренной по сигналам испытательной строки).

Тем не менее, проверка кодеков MPEG-2 с помощью стандартных аналоговых испытательных сигналов весьма полезна, так как она позволяет быстро выявить дефекты в аналоговых частях кодека, не связанных с компрессией видеоданных. В частности, так можно проверить неравномерность АЧХ входных и выходных фильтров АЦП и ЦАП кодека, от величины которой также зависит четкость ТВ - изображения.

Все вышеперечисленное позволяет сделать вывод о необходимости разработки новых методов и испытательных сигналов для оценки качества ТВ-изображений при компрессии видеоданных.

Особенности аналоговых и цифровых ТВ-сигналов с информационным сжатием. Сигнал аналогового вещательного телевидения отличается значительной избыточностью (низкой плотностью) текущего спектра. Соответственно, для систем аналогового вещательного телевидения характерна недостаточная эффективность использования частотного ресурса канала связи, что определяет технические требования к точности контроля амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик сети аналогового вещательного телевидения.

Методы и устройства контроля, удов­летворяющие техническим требованиям к системам аналогового вещательного телевидения, представленные, например, в трудах д.т.н . проф., М.И. Кривошеева, определили основные направления развития телевизионной измерительной техники в нашей стране приблизительно с 1950 годов и до настоящего времени.

Характерной чертой данных методов является учет тонкой специфики функционирования и характеристик систем аналогового вещательного телевидения. Указанной особенностью обусловлен выбор испытательных сигналов, таблиц и контролируемых параметров. При этом учитывалась не только специфика систем телевидения, но и накопленный в ходе эксплуатации систем аналогового телевидения практический опыт.

В итоге предпочтение было отдано интегральным методам контроля с использованием прямоугольных, синус-квадратичных, сложных синус-квадратичных импульсов, ступенчато-пилообразных сигналов, пакетов синусоидальных (косинусоидальных) колебаний с фиксированным (ступенчато изменяемым в пределах испытательной строки) уровнем и частотой колебаний, распределенных в пространстве растра испытательных изображений: градационные клинья, миры и т.д. Весь этот набор испытательных сигналов и изображений был жестко согласован со спецификой основных характеристик и контролируемых параметров систем аналогового вещательного телевидения. При относительно ограниченном количестве разработанные испытательные изображения и сигналы позволяли надежно контролировать функционирование и характеристики аналоговых систем в целом (интегральный контроль) и частных функциональных элементов таких систем (дифференциальный или адресный контроль).

Применение стандарта MPEG-2 в вещательном телевидении позволяет существенно снизить скорость передачи преобразованных в цифровую форму видео- и звукоданных , что при эффективном канальном кодировании и модуляции обеспечивает возможность передачи нескольких цифровых программ в стандартной полосе частот радиоканалов эфирного, кабельного и спутникового телевизионного вещания. В спутниковом радиоканале с полосой пропускания -27 МГц при этом передаются четыре и более ТВ-программ (в аналоговой системе - одна ТВ-программа ЦТ, например, по системе СЕКАМ). Переход к цифровому многопрограммному вещанию предполагает постепенный вывод из эксплуатации аналоговых систем вещания СЕКАМ, PAL, NTSC; освобождение за счет этого радиоканалов связи (8 МГц - эфирное и кабельное ТВ-вещание, 27 МГц - непосредственное ТВ-вещание (НТВ)) и их перевод на цифровое ТВ-вещание.

В настоящее время разработаны международные стандартные методы модуляции и канального кодирования в цифровых спутниковых и наземных (эфирных и кабельных) каналах связи: стандарты DVB-S, DVB-C, DVB-T соответственно. При этом по отношению к аналоговому телевизионному каналу резко увеличивается плотность текущего спектра сигнала пере­дачи (возрастает плотность передачи информации на бит/с/Гц), которая составляет величину >4 бит/с/Гц, что обеспе­чивает передачу цифрового сигнала со скоростью >24 Мбит/с в аналоговом канале с полосой пропускания, равной 8 МГц. Для получения ТВ-изображения с качеством, приблизительно соответствующим ТВ-изображению систем ЦТ ПАЛ или СЕКАМ, достаточна передача видеоинформации со скоростью около 6 Мбит/с. Увеличению плотности текущего спектра сигнала передачи способствует пакетный принцип организации потоков передачи данных в стандарте MPEG-2. Таким образом, по плотности спектра текущего сигнала передачи в канале связи или, другими словами, по плотности передачи информации на 1 Гц частотного ресурса канала связи цифровое ТВ-вещание качественно отличается от аналогового.

Другое качественное отличие обусловлено спецификой сжатия по стандарту МPEG-2: блочная дискретизация во внутрикадровой области (размер блоков 8x8) с ортогональной структурой распределения блоков в пространстве кадра, дискретно-косинусное преобразование , весовая обработка, квантование, пороговое усечение коэффициентов спектра блока с низкой интенсивностью ; использование `опорных` кадров в межкадровой области, дискретно-косинусное преобразование, квантование и пороговое усечение коэффициентов спектра блоков разностных составляющих. Последнее отражает специфику функционирования межкад­рового сжатия по стандарту MPEG-2.

Важное значение имеет анизотропия характеристик спектра самой исходной, ортогонального типа, структуры дискретизации в пределах пространства растра и каждого блока. С этим связано использование анизотропного варианта весовой обработки и , соответственно, усечения коэффициентов пространственного спектра блока.

Необходимо учитывать также специфику цифрового канального кодирования и модуляции для различных стандартов вещания: DVB-S, DVB-C, DVB-T.

В результате указанных преобразований цифровой сигнал передачи приобретает шумоподобный характер и, следовательно, обеспечивается высокая равномерность уровня его спектра в пределах частотного диапазона канала связи.

Необходимо учитывать также возникновение при этом существенно иной ситуации по сравнению с аналоговым телевидением. Искажения амплитудных и частотных характеристик канала связи однозначно не сопряжены с ухудшениями конкретных и общепринятых для аналогового телевидения параметров качества передачи телевизионных изображений. Такие искажения проявляются понижением в данном случае порога трансформаций и деградации в динамическом режиме систем цифрового телевидения номинальных алгоритмов декодирования изображений, что может приводить к пространственным и временным (например, фазового типа) искажениям внутрикадровой и межкадровой структуры изображений. Причем в декодированном изображении в произвольные моменты могут возникать заметная дестабилизация положения блоков на границах подвижных объектов или полная деградация части блоков изображения в моментах резкой смены сюжета.

Оценка качества ТВ изображения по критерию средней ошибки восстановления телевизионных отсчетов за кадр. Для измерения средней ошибки восстановления на вход кодека MPEG-2 подается фрагмент ТВ-программы. При этом следует выбирать подвижные сюжеты, включающие прямолинейное и вращательное движение, а также медленное изменение амплитуды сигнала, которое позволяет обнаружить влияние порогов квантования на почти однородных участках изображения.

Для нахождения средней ошибки используются две кадровые памяти, в которые, после соответствующей оцифровки ТВ-сигнала, покадрово записываются: в первую кадровую память - входной сигнал кодека, во вторую кадровую память - выходной сигнал кодека - см. рисунок.

Обработка видеоданных производится с помощью компьютера.

При обработке используется та же структура разбиения ТВ кадра на блоки, что и в кодере MPEG-2, т.е. весь кадр разбивается на квадратные блоки размером 8 строк по вертикали на 8 отсчетов ТВ-сигналов по горизонтали. Таким образом, в одном таком блоке содержится 8x8, т.е. 64 отсчета ТВ-сигнала.

Далее, для блоков, имеющих одни и те же номера в 1 и 2 кадровой памяти, находится разница между отсчетами, также имеющими одни и те же номера, т.е., например, из первого отсчета блока в первой кадровой памяти вычитается первый отсчет блока во второй кадровой памяти.

Если бы система кодирования-декодирования работала идеально, то разница между указанными отсчетами была бы равна нулю. В реальном случае будет существовать некоторая ошибка, т.к. одинаковые по номеру отсчеты ТВ-сигнала на входе и на выходе кодека будут отличаться друг от друга из-за неточности восстановления их значений в декодере.

В результате такой обработки для каждого блока будет найдено 64 ошибки, имеющие как положительные, так и отрицательные значения. Для нахождения средней ошибки за блок полученные 64 значения суммируются по модулю, т.е. в случае отрицательной ошибки знак минус при суммировании отбрасывается. Полученная сумма делится на общее число ошибок, в данном случае на 64. Полученное таким образом число называется средней ошибкой для блока.

Проведя аналогичные расчеты для всех блоков в кадре, можно найти суммарную ошибку для всех блоков и поделив се на общее число блоков в кадре, получим среднюю ошибку за кадр. Средняя ошибка имеет размерность, равную шагу квантования, - так, например, ошибка 1 - это ошибка в 1 шаг квантования.

Необходимо отметить, что средняя ошибка за время одного кадра зависит от скорости передачи видеоданных в тестируемой системе и критичности выбранных фрагментов программного материала. Поэтому оценку качества ТВ-изображения необходимо проводить при разных скоростях цифрового потока, используя в качестве испытательных фрагментов ТВ-сюжеты разной степени сложности в соответствии с рекомендацией ВТ.500-7.

Проведя аналогичные подсчеты средней ошибки по всем кадрам испытательного фрагмента, можно найти среднюю ошибку за время фрагмента.

Полученное значение средней ошибки необходимо сопоставить с субъективной экспертной оценкой качества ТВ-изображения на выходе кодека. Такая субъективная оценка может быть выполнена по методике, изложенной в Рекомендации ВТ.500-7.

Проведя одновременное измерение средней ошибки и экспертную оценку качества ТВ фрагмента, можно составить таблицу соответствия, по которой, зная значение средней ошибки, можно будет сказать, каким при этом будет с убъективное качество изображения.

Севальнев Л.А., - начальник отдела ОАО ВНИИТР




 

: Новости : Календарь : Проекты и мероприятия : Вступить в НАТ : Архив Мероприятий : Правление НАТ : Публикации : Контакты : Друзья и партнеры :
© Национальная Ассоциация Телерадиовещателей.

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № 77-8294
выдано МПТР РФ 23.09.2003 г.

Все права защищены.

Яндекс.Метрика
НАТ
Россия, 127051, Москва, ул. Неглинная, д. 15, стр. 1
Телефон: +7(495) 651-08-36
Факс: +7(495) 651-08-35