Міжнародний стандарт кодування з інформаційним стискуванням MPEG - 2

 

Практичне використання відеокомпресії

 

У системах цифрового телебачення різко зростають швидкості передачі інформації в цифрових потоках. Розглянемо це на прикладі цифрового кодування ТБ зображень.

Питаннями стискування інформації і випуску відповідних стандартів і рекомендацій займається MPEG (Motion Picture Experts Group) - створена в 1988 р. організація, що об'єднує представників фірм і наукових інститутів різних країн. MPEG є підкомітетом двох міжнародних організацій - ISO (Міжнародна організація по стандартизації) і IEC (Міжнародна електротехнічна комісія). Одне з основних завдань MPEG полягало у вивченні проблеми і розробці стандарту на компресію спектру цифрового відеосигналу, що дозволило запропонувати способи запису і передачі зображення і звуку за допомогою можливо меншого числа даних з можливо кращою якістю.

У рамках стандартизації методів цифрової компресії і мультиплексування сигналів телебачення, звукового супроводу і додаткової інформації нині розроблено три міжнародні стандарти стискування відеоданих рухливих зображень: MPEG - 1, MPEG - 2 і MPEG - 4. Їх параметри оптимізовані.

Стандарт MPEG - 1 орієнтований на системи запису на компакт-диски (CD ROM) і низькошвидкісні канали передачі ТБ зображень (швидкості цифрового потоку 1,5 Мбіт/c і менше). При цьому в стандарті MPEG - 1 використовується стандарт розгортки з чіткістю в четверо меншою, ніж в мовному телебаченні: 288  352 (288 активних рядків і 352 відліки в активній частині ТБ рядка) елементів, для чого при кодуванні сигналів ТБ систем звичайної чіткості робиться децимація (проріджування) в два рази початкових відліків по вертикальних і горизонтальних напрямах ТБ растру.

Стандарт MPEG - 2 був спеціально розроблений для кодування ТБ сигналів мовного телебачення. Він дозволяє отримати повну чіткість декодованого ТБ зображення, що відповідає Рекомендації МСЭ-Р 11/601. (При швидкості передачі відеоданих 9 Мбіт/c якість ТБ зображення відповідає студійному).

Пакет стандартів MPEG передбачає і можливість переходу до ТВЧ. Спочатку алгоритми стискування відеоданих сигналів ТВЧ розроблялися у вигляді самостійного стандарту MPEG - 3, проте на наступних етапах стандарт MPEG - 3 був об'єднаний із стандартом MPEG - 2, після чого стандарт MPEG - 3, як самостійний, перестав використовуватися.

Наступний напрям - стандарт MPEG - 4. Як і стандарт кодування MPEG - 2 система кодування MPEG - 4 є набором технічних інструментів компресії оцифрованої інформації. У системі MPEG - 4 використовується декілька нових прийомів кодування на основі об'єктно-базового принципу, що роблять цей стандарт стискування приблизно в три рази ефективнішим в порівнянні з MPEG, - 2.

Функціонування об'єктно-базової системи кодування здійснюється за допомогою розподілу зображення на специфічні об'єкти (сегменти), кожен з яких можна кодувати різними способами. Наприклад, із зображення виділяються ділянки людської особи, що зажадає більше деталей, і ділянки заднього фону, які можна дати з меншим числом деталей. У такий спосіб тільки деякі деталі зображення (які реально виграють від цього) слід передавати з щільнішим потоком біт (у Мбіт/с). Якщо сегментацію складних сцен виконати ефективно, то можна отримати помітне зниження загальної швидкості потоку даних.

З появою стандарту стискування MPEG - 4 роль системи MPEG - 2 не зменшується, оскільки ці стандарти багато в чому сумісні, особливо це відноситься до інформаційних магістралей.

З прийняттям стандарту MPEG - 2 роботи по компресії відеоданих перейшли в область практичної реалізації. На даний момент можна назвати більше 10 фірм, які випускають для продажу кодери і декодери за стандартом MPEG, - 2. Найбільш відомі з них Philips, Panasonic, Page Micro Technology, CLJ Communication, Wegener Communications, Scientific - Atlanta, NTL, Segem Group, NEC, Vistek, General Instruments та ін.

Транспортний потік MPEG - 2 допускає разом із звуковими і відео потоками цифрових програм також потоки, що містять будь-яку іншу цифрову інформацію. У супутниковому телебаченні в цих потоках передають програми передач, інформацію про інші канали (про частоти, поляризацію), коди доступу до каналів. Швидко розвивається передача сигналів Internet через супутникові мовні канали.

Ще одне важливе застосування MPEG - 2 - ущільнення існуючих радіорелейних каналів. При їх модернізації досить замінити тільки передавальне і приймальне устаткування крайових пунктів, а ось ретрансляційне устаткування не замінюється. Завдяки можливості MPEG - 2 вставляти в транспортний потік будь-яку цифрову інформацію, можлива реалізація швидких Internet каналів.

Стандарт кодування MPEG - 2

Навіть у рамках одного стандарту, як показує практика, передача сигналів телебачення - і цифрового тут не виключення, ведеться на різних рівнях якості. Те ж саме можна сказати і про ТБ приймачах. Жорсткі, а головне вузькі дозволені інтервали не життєві, оскільки позбавляють систему гнучкості, пристосовності до різних умов функціонування з орієнтацією на різні шари споживачів. При цьому будь-яка перспективна система повинна мати резерви для переходу на вищі рівні якості. Ці і багато інших міркувань і вимоги лягли в основу дуже важливого документу: ISO/IEC 13818-2.

У цьому документі визначено, що стандарт MPEG - 2 - це ціле сімейство взаємноузгоджувальних сумісних цифрових стандартів інформаційного стискування ТБ сигналів з різною мірою складності використовуваних алгоритмів. Тому у рамках стандарту MPEG - 2 була розроблена система профілів і рівнів. Профіль - це підмножина стандарту для спеціалізованого застосування, задаюча алгоритми і засоби компресії. Рівні усередині кожного профілю пов'язані з параметрами зображення, що компресує.

Градації якості ТБ зображення для мовних систем в стандарті ISO/IEC 13818-2 встановлюються введенням чотирьох рівнів для формату розкладання рядків ТБ зображення і п'яти профілів для форматів кодування сигналів яскравості і колірності. Загальна ідеологія побудови стандарту MPEG - 2 пояснюється таблицею 2.

Розташований в нижній частині таблиці рівень називається "Низьким рівнем" і йому відповідає новий клас якості ТБ зображення, яке вводиться в стандарті MPEG, - 2 - телебачення обмеженої чіткості. В цьому випадку в кадрі ТБ зображення міститься 288 активних рядків (у 2 рази менше, ніж в мовному телебаченні) і кожен рядок дискретизує на 352 відліки.

Кодування сигналів телебачення мовного стандарту виконується відповідно до основного рівня, тобто з форматом розкладання на 576 активних рядків в кадрі, які кодуються з використанням 720 відліків на рядок.

Високий рівень - 1440 підтримує ТБ зображення високої чіткості з дозволом 1440  1152 елементів.

Високий рівень - 1920 підтримує ТБ зображення високої чіткості широкого формату з дозволом 1920  1152 (HDTV - plus). У обох "високих" рівнях кадр ТБ зображення містить 1152 активні рядки (удвічі більше, чим в мовному телебаченні). Ці рядки дискретизують відповідно на 1440 або 1920 відліків.

У стандарті використовуються 5 профілів, яким відповідають 5 наборів функціональних операцій по обробці (компресії) відеоданих.

Таблиця 2 - Профілі, рівні, узгоджені точки стандарту MPEG - 2

Високий рівень 1920 відліків 1152 рядки (активних)
Високий рівень 1440 відліків 1152 рядки (активних)
Основний рівень720 відліків 576 рядків (активних)
Низький рівень 352 відліки 288 рядків (активних)
	Простий профіль без В кадрів формат 4:2:2	Основний профіль без В кадрів формат 4:2:0	Профіль з масштабуючих відношенням С-Ш В кадри формат 4:2:0	Спеціальний масштабуємий профіль В кадри формат 4:2:0	Вищий профіль В кадри формат 4:2:0 або 4:2:2

Усі цифрові параметри дані в Мбіт/c

Профіль, в якому використовується найменше число функціональних операцій по компресії відеоданих, названий простим. У нім при компресії відеоданих використовується компенсація руху зображення і гібридне дискретно-косинусне перетворення (ДКП). Наступний профіль названий основним. Він містить усі функціональні операції простого профілю і одну нову: пророцтво по двох напрямах. Ця нова операція, природно, підвищує якість ТБ зображення. Термін "масштабування", в даному випадку, означає можливість обміну одних показників системи. Основна ідея - підвищення стійкості цифрового телебачення і збереження працездатності за несприятливих умов прийому.

При масштабуванні потоки відеоданих розділяють на дві частини. Одна з них несе найбільш значущу частину інформації - її називають основним сигналом. Другу частину, що несе менш значущу інформацію, називають додатковим сигналом. Декодування тільки одного основного сигналу дозволяє отримати ТБ зображення зі зниженим відношенням сигнал-шум до початкового значення.

Наступний, четвертий профіль названий спеціально масштабованим профілем. Тут, природно, збережені усі операції попереднього профілю і додана нова - розподіл потоку відеоданих за критерієм чіткості ТБ зображення. Цей профіль забезпечує переходи між нині чинними мовними системами і ТВЧ. З цією метою відеодані сигналу ТВЧ розділяються на три потоки. Перший - це основний потік відеоданих. Другий потік несе додаткову інформацію про зображення з числом рядків до 1250. Одночасне декодування першого і другого потоків відеоданих дозволяє отримати ТБ зображення високої чіткості, але зі зниженим відношенням сигнал-шум. У третьому потоці зосереджена менш значуща інформація, його декодування дозволяє підвищити відношення сигнал-шум у відеоканалі до рівня, прийнятого в ТВЧ. Приведені в таблиці 5 профілів і чотири рівні утворюють 20 можливих комбінацій відеосигналу, з яких, найімовірніше, тільки 11 будуть останніми або необхідними. Для цих комбінацій (узгоджувальні точки) в таблиці вказані максимальні значення швидкості передачі відеоданих в Мбіт/с.

Таким чином, стандарт MPEG - 2 дозволяє гнучко міняти швидкість передачі відеоданих в дуже широких межах. Потрібно помітити, що системи кодування стандарту MPEG - 2 можуть працювати як з черезстрочної, так і з прогресивними розгортками, при частоті полів 50 або 60 Гц.

 

Компресія відеоданих

ТБ сигнал, як відомо, надмірний, що обумовлено значною надмірністю зображень, типових для ТБ мовлення. Зображення сусідніх кадрів в телебаченні зазвичай дуже схожі один на одного, навіть при показі об'єктів, що рухаються. Переходи від сюжету до сюжету зустрічаються рідко. Міжкадрова різниця на значній частині площі зображення зазвичай близька до нуля. Знаючи розподіл яскравості в одному кадрі, можна з високою мірою упевненості передбачити розподіл яскравості наступного кадру. Таким чином, в телебаченні розрізняють статистичну надмірність, надмірність по сприйняттю, структурну і спектральну надмірність. По теорії вірогідності надмірність є наслідком певних кореляційних зв'язків. Кореляція означає, що деякий елемент зображення більш менш істотно залежить від сусідів в просторі і в часі. Під статистичною надмірністю розуміють кореляційні зв'язки між сусідніми (по вертикалі і горизонталі) відліками ТБ сигналу. Надмірність по сприйняттю пов'язана з особливостями зору людини. Наприклад, колірний дозвіл нашого зору нижчий за яскравісний. Ця особливість врахована в усіх стандартних аналогових системах колірного кодування.

Враховуючи цю особливість нашого зору по сприйняттю дрібних деталей кольорового зображення, можна у декілька разів скоротити смугу частот при передачі і кодуванні сигналів колірності.

Спектральна надмірність проявляється як результат надлишку високої частоти дискретизації. Зокрема, прийнята ортогональна структура дискретизації ТБ зображення в загальному випадку не є оптимальною в частотному просторі. Можна скоротити передаючий цифровий потік, якщо перетворити використовувану структуру дискретизації в іншу, яка характеризується меншим числом відліків в кадрі, наприклад, від формату 4:2:2 перейти до формату 4:2:0 або 4:2:1. Отже, в MPEG - 2 застосовані відомі, давно апробовані методи скорочення надмірності. Разом з ними використані і нові підходи. Особливо це відноситься до сукупності узгоджених алгоритмів скорочення статистичної надмірності. Тут особливо ефективними виявилися два методи: кодування ТБ відліків з пророцтвом і ДКП.

Кодування з пророцтвом реалізується за допомогою диференціальної імпульсно-кодової модуляції (ДИКМ). При кодуванні з пророцтвом обчислюється різниця між істинним і передбаченим значенням відліку. Потім різниця квантується по рівню. Від точності пророцтва залежить середнє число біт, необхідних для передачі різницевої інформації.

Стандарт MPEG - 2 фактично не регламентує методи стискування відеосигналу, а тільки визначає структуру бітового потоку кодованого відеосигналу. Тому конкретно використовувані алгоритми залежать від власних розробок фірм-виробників устаткування. Процес стискування цифрового відеосигналу може бути розбитий на ряд послідовних операцій: перетворення аналогового сигналу в цифрову форму, попередня обробка сигналу, ДКП (скорочує надмірність і високочастотну інформацію в межах кадру. Це дозволяє отримати високу якість кодованих зображень із стискуванням), квантування, кодування (малюнок 6)

 

 

Код із змінною довжиною слова

Регулятор швидкості потока даних

Пристрій ДКП

Мультиплексор

Квантовач

Буферний каскад

Визначник вектора руху

АЦП

Пристрій попередньої обробки

Кодер з змінною довжиною слова

Пристрій інверсного ДКП

Деквантовач

Провісник з компенсацією руху

Малюнок 6 - Функціональна схема пристрою кодування з інформаційним стискуванням за стандартом MPEG - 2

 

 

Кодовані кадри

Базовим об'єктом кодування в стандарті MPEG-2 є кадр ТВ зображення. При цьому очевидно, що для ТБ сигналів, в яких змішані різні сюжети з різними типами рухів «від нічого до багато» просте передбачення, в принципі, не забезпечить високу ефективність. З цієї причини в стандарті MPEG-2 використовуються три види пророкувань: кадрове і міжкадрове пророкування вперед з компенсацією руху, міжкадрове двонаправлене пророкування також з компенсацією руху.

Формат відеоінформації в стандарті MPEG-2 містить три типи кадрів (I, P, B).

Так звані I- кадри (Intraframes) обробляються тільки із застосуванням всереденікадрового передбачення. Вони кодуються незалежно від інших кадрів, так як обробляються з використанням власної інформації, тобто за принципом випадкового доступу до стисненим відеоданним. Вони застосовують кодове перетворення блоків елементів зображення і забезпечують помірний тиск. Це перший етап стиснення відеоданих. Зате при відновленні ТБ зображення по I -кадрів воно найменше деградує і залежить від помилок кодування і пе-редачі відеоданих по каналу зв'язку. I -кадри служать опорними при міжкадрового пророкування P і B кадрів.

Р -кадри (Predicted Frames), тобто кадри з пророкуванням, з компенсацією руху. Кодування здійснюється з урахуванням найближчих попередніх I або P -кадрів. Цей спосіб називається з пророкуванням вперед, так як використовується «різницева» схема стиснення, при котрій зберігаються тільки відмінності від попереднього кадру. У P -кадрах, якщо порівнювати їх з I -кадрами, в три рази вище досяжна ступінь стиснення відеоданих.

Обробка відеоданих в Р -кадрах виконується за макроблок. Це квадратні матриці 16  16 (відліків  рядків). Такий макроблок обробляється з використанням алгоритмів компенсації руху і пророкування вперед, поки в блоці чи не з'явиться новий об'єкт. З цього моменту процес кодування перемикається на алгоритми, використовувані в I -кадрах, тобто на всереденікадровий пророкування. Р -кадри є опорними для наступних P або B -кадрів. Зазначимо, що необхідна висока точність відновлення вихідного зображення при декодуванні опорних Р -кадрів. Справа в тому, що помилки опорного кадру розподіляються по всіх кадрів, пов'язаних з опорним.

B -кадри (Bi-Directional Frames), тобто кадри з двонаправленим передбаченням, з компенсаціі руху. Для формування B -кадрів також використовується «різницева» схема стиснення аналогічно Р -кадрам, однак, в якості «базових» кадрів використовуються обидва сусідніх кадру: попередній і наступний. Цей спосіб називається двонапрямленим пророкуванням.

Алгоритми кодування B-кадрів залежать від характеру ТБ зображення. Передбачено чотири способи кодування. В одному застосовується компенсація руху і пророкування вперед по найближчих попереднім опорним I або Р -кадрам, в іншому - компенсація руху і зворотне пророкування по найближчим наступним I або Р -кадрам. Зворотне пророкування використовується в тих випадках, коли в кодованої B -кадрі з'являються нові об'єкти зображення. Третій алгоритм - компенсація руху і двонаправлене пророкування, при якому опорними є попередній чи наступний I або Р -кадри. І, нарешті, це всереденікадровий пророкування без компенсації руху. Таке кодування потрібно при різкій зміні переданих сюжетів, а також при великих швидкостях переміщення об'єктів ТБ зображення. З B-кадрами пов'язане найбільш глибоке стиснення відеоданих. Оскільки висока ступінь стиснення знижує точність відновлення вихідного ТБ зображення. B -кадри не використовуються в якості опорних. Помилки при їх декодуванні НЕ розподіляються по іншим кадрам.

Очевидно, що точність кодування повинна бути максимальною для I -кадрів, нижче для Р -кадрів і мінімальної для B -кадрів.

У стандарті MPEG-2 порядок запису інформації про ТБ кадрах не співпадає з порядком кодування і декодування. Так, для декодування поточного B -кадру потрібно обробити наступний кадр, тому необхідно мати додатковий буферний блок пам'яті в декодуючому пристрої для зберігання інформації про чергове кадрі. Розглянуто ускладнений декодуючий пристрій компенсується поліпшенням суб'єктивного якості відтворюваного зображення за рахунок B -кадрів на 20%.

Компенсація руху

Точність пророцтва при передачі зображень об'єктів, що рухаються, можна збільшити за рахунок оцінки вектору руху і компенсації цього руху, яка зменшує помилку пророцтва.

У стандарті MPEG - 2 використовується метод компенсації руху, заснований на макроблоках. Два суміжні кадри, що містять тільки активні рядки сигналу яскравості (576 активних рядків), розбиваються на макроблоки і більші зони пошуку. Розміри макроблоку мають бути узгоджені із структурою дискретизації кадру ТБ зображення. У стандарті MPEG - 2 блок - це квадратна матриця відліків розміром 16 рядків по вертикалі 16 стовпців (відліків) по горизонталі. Зона пошуку має бути досить великою, щоб швидко макроблок зображення першого кадру, що рухається, не вийшов із зони пошуку другого кадру. Розміри зони пошуку обмежуються об'ємом обчислень, які необхідно виконати в реальному масштабі часу. Ці розміри також мають бути узгоджені з прийнятою структурою дискретизації ТБ кадру. Зазвичай, вони в 4 рази більше розмірів окремого макроблоку. Іншими словами, розміри зони пошуку - це 64 на 64. Таким чином, в ТБ кадрі створюється 576/64 = 9 зон пошуку по вертикалі і 704/64 = 11 зон по горизонталі.

Компенсація руху, вживана при компресії Р і В -кадров, покращує чинник стискування в 3 рази в порівнянні з внутрішньокадровим кодуванням, де зберігається тимчасова надмірність.

Компенсація руху, що застосовується до макроблоків Р -кадрів, виробляє два види інформації: вектори руху (різниця між базовими і кодованими макроблоками) і значення помилок (різниця між передбаченими величинами і дійсними результатами).

Коли макроблок в Р -кадрі не може бути описаний з використанням компенсації руху, що трапляється, якщо з'являється деякий невідомий об'єкт, тоді він кодується тим же способом як і макроблок в I -кадре.

Компенсація руху, застосована до макроблоків В -кадра, здійснюється з використанням як передування, так і наступного опорного кадру.

Кодування за стандартом MPEG - 2 вимагає запам'ятовування одного або двох кадрів опорного макроблоку, що забезпечує дані для пророцтва з компенсацією руху. Великий об'єм комп'ютерних обчислень займає пошук і оцінка руху для підбору макроблоків в двох кадрах, щоб знайти напрям і відстань, що визначають рух макроблоку між кадрами, тобто вектор руху.

Визначуваний вектор руху використовується для пророцтва з компенсацією руху. У кодері обчислюється помилка пророцтва, тобто різниця між фактичним і передбаченим з використанням вектору руху блоками зображення, що скорочує тимчасову надмірність. Помилка пророцтва піддається ДКП, квантується і кодується в кодері із змінною довжиною слова. Такий процес зменшує і тимчасову, і просторову, і психофізичну надмірність. Вектор руху також кодується словами змінної довжини. Кодована помилка пророцтва об'єднується з кодами вектору руху, після чого формується передаючий цифровий потік.

У декодері виконується інверсне квантування, інверсне ДКП, внаслідок чого формується помилка пророцтва. Помилка пророцтва складається з декодованим зображенням попереднього кадру, утворюючи декодоване зображення поточного кадру.

Провісники з компенсацією руху в сучасних системах відеокомпресії стандарту MPEG - 2 можуть використовувати цілий ряд методів. Наприклад, макроблок може передбачатися на основі попереднього зображення, на основі наступного зображення, а також на основі і попереднього, і наступного. У черезстрочних системах поля одного кадру можуть передбачатися окремо з використанням різних векторів руху або разом з використанням загального вектору. Існує також можливість нульового пророцтва (якщо не знайдений відповідний опорний макроблок). При цьому сам поточний макроблок кодуватиметься замість помилки пророцтва, що означає відмову від міжкадрового кодування і перехід до внутрішньокадрового. Для кожного поточного макроблоку кодер вибирає метод пророцтва, що забезпечує найвищу якість декодованого зображення з урахуванням обмежень на швидкість передачі даних. Зведення про метод пророцтва включаються в загальний потік і передаються декодеру для вірного відновлення зображення.

Оцінка вектору руху і визначення найкращої стратегії пророцтва вимагає застосування складних обчислювальних процедур, які повинні здійснюватися в реальному часі. Тому кодер набагато складніший за декодер, тобто в стандарті MPEG - 2 система компресії на базі ДИКМ з компенсацією руху є асиметричною.

Концепція стандарту DVB - T

Ключові слова європейського стандарту EN 300 744. (Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for terrestrial television): цифрове, відео, мовлення, наземне, MPEG, телебачення, звук, дані - дійсно містять ключ до розшифровки області застосування стандарту. Документ EN 300 744 описує систему передачі даних для цифрового наземного телебачення. Передані дані представляють собою інформацію про зображення і звуковому супроводі, а також будь-які додаткові відомості. Умова передачі цієї інформації в системі DVB-T тільки одне - дані повинні бути закодовані у вигляді пакетів транспортного потоку MPEG-2. У цьому сенсі стандарт описує контейнер, пристосований для доставки пакетованих даних в умовах наземного телебачення. Для системи DVB-T ні зміст контейнера, ні походження даних не мають значення, вона лише пристосовує вихідні дані транспортного мультиплексора MPEG-2 до властивостей і характеристикам каналу передачі наземного ТВ мовлення, прагнучи найбільш ефективно донести їх до приймача. Тобто, стандарт визначає структуру переданого потоку даних, систему канального кодування і модуляції для мультипрограмних служб наземного телебачення, що працюють у форматах обмеженою, стандартної, підвищеної та високої чіткості.

Для забезпечення сумісності пристроїв різних виробників, стандарт визначає параметри цифрового модульованого радіосигналу і описує перетворення даних і сигналів в передавальної частини системи цифрового наземного ТВ мовлення (Малюнок 8). Відмінною особливістю DVB-T як контейнера для передачі транспортних пакетів MPEG-2 є гармонійне поєднання системи канального кодування і способу модуляції OFDM. Обробка сигналів в приймачі не регламентується стандартом і залишається відкритою. Це не означає, що творці стандарту не передбачали принципів побудови приймача DVB-T, але відсутність жорсткого стандарту на приймач загострює конкуренцію між виробниками телевізорів і стимулюючі. Зусилля по створенню високоякісних і дешевих апаратів. Примірний варіант схеми приймача наведено на малюнку 8.1.

Система DVB-T розроблялася для цифрового мовлення, але вона повинна вбудовуватися в існуюче аналогове оточення, тому в системі слід забезпечити захист від шумових перешкод сусіднього і суміщеного каналів, обумовлених діючими передавачами PAL / SECAM. Оскільки мова йде про наземному мовленні, то повинна бути забезпечена максимальна ефективність використання частотного діапазону, що реалізується в результаті оптимального поєднання одиночних передавачів, багаточастотних і одночастотних мереж. Система DVB-T повинна успішно боротися з типовими для наземного телебачення ехосигнали і забезпечувати стійкий прийом в умовах багатопроменевого поширення радіохвиль. Є бажаним створення умов для прийому в русі і на кімнатні антени. Всі ці вимоги були виконані в DVB-T завдяки застосуванню нової системи модуляції OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex - частотне ущільнення з ортогональними несучими).

Застосування будь-якої однієї системи кодування не дає бажаного ефекту в умовах наземного телебачення, для якого характерно прояв різноманітних шумів, перешкод і спотворень, що призводять до виникнення помилок з різними статистичними властивостями. У таких умовах необхідний більш складний алгоритм виправлення помилок. В системі DVB-T використовується поєднання двох видів кодування - зовнішнього і внутрішнього, розрахованих на боротьбу з помилками різної структури, частоти і статистичних властивостей і забезпечують при спільному застосуванні практично безпомилкову роботу. Кодування обов'язково пов'язано з введенням в потік даних деякої надмірності і відповідно із зменшенням швидкості передачі корисних даних, тому нарощення потужності кодування за рахунок збільшення обсягу перевірочних даних не завжди відповідає вимогам практики. Для збільшення ефективності кодування, без зниження швидкості коду, застосовується перемежування даних. Кодування дозволяє виявляти і виправляти помилки, а перемежування збільшує ефективність кодування, оскільки пакети помилок дробляться на дрібні фрагменти, з якими справляється система кодування.

 

 

Захисний інтервал

В системі OFDM дані передаються з використанням деякої кількості несучих коливань. Якщо таких несучих багато, то потік даних, які переносяться однією несучою, характеризується порівняно невеликою швидкістю, тобто частота модуляції кожної несучої невелика. Однак міжсимвольні спотворення виявляються і при малій швидкості прямування модуляційних символів. Для того, щоб уникнути міжсимвольних спотворень, перед кожним символом вводиться захисний інтервал. Але треба відзначити, що захисний інтервал - це не просто пауза між корисними символами, достатня для згасання сигналу символу до початку наступного. У захисному інтервалі передається фрагмент корисного сигналу, що гарантує збереження ортогональності несучих прийнятого сигналу (але тільки в тому випадку, якщо ехосигнал при багатопроменевому поширенні не затримали більше, ніж на тривалість захисного інтервалу).

Концепція захисного інтервалу не є принципово новою, але використання захисного інтервалу необхідної величини в цифровому телебаченні можливо лише при використанні частотного ущільнення з великим числом несучих.