АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ АЛГОРИТМОВ ПЕРЕДАЧИ ВИДЕОДАННЫХ

В результате проведенных исследований были изучены и описаны различные алгоритмы, стандарты, протоколы, связанные с формированием, преобразование, передачей видеоданных. При этом были выделены две формы представления видеоданных:

1. Аналоговые видеоданные;
2. Цифровые видеоданные.

Различная форма представления видеоданных предполагает различные алгоритмы их обработки, передачи и форматы хранения.

Аналоговые видеоданные исторически появились первыми. Если рассматривать исторически, то кинематограф – предшественник аналоговой формы видеоданных. По сути своей кинематограф – это набор часто сменяющихся картинок, которые сменяются с такой частотой, что человек воспринимает их как единую видеопоследовательность. Такой эффект возможен при смене изображений с частотой 10 раз в секунду, (24 кадра в секунду). Это свойство зрительной системы человека называют инерционностью. Фильм на пленке можно было только хранить, и не было способа передавать его по каналам связи.

Передача видеосигнала на расстояния стала возможной с помощью телевидения. На рисунке 3.1 представлены системы аналогового цветного телевидения.

Рисунок 3.1. Системы аналогового цветного телевидения

В таблице В.4 представлены сравнительные характеристики данных систем.

В системе SECAM используется стандарт разложения 576i, 625/50, т.е. передача изображения осуществляется в 625 строках, из которых для передачи изображения используется только 576, стандарт использует чересстрочную развёртку, передающую 25 целых кадров в 50 полях за секунду. Такой формат соответствует телевидению стандартной четкости и используется системой PAL, разрешение передаваемого сигнала системы NTSC несколько ниже (рисунок 3.2). Все существующие стандарты разложения представлены на рисунке 3.3.

Рисунок 3.2.

Рисунок 3.3. Стандарты разложения

Очень важным понятием при передаче видеосигнала является понятие развертки. Это понятие было рассмотрено во второй главе. Смысл развертки заключается в последовательности передачи элементов(точек) изображения в передаваемом кадре.  Различают развертку построчную и чересстрочную (рис. 3.4).

Рисунок 3.4. Виде разверток видеосигнала

Необходимость развертки обусловлена тем, что видеосигнал является многомерным, то есть является функцией нескольких переменных, а передавать через стандартный канал связи (радиоканал) его нужно как одномерный сигнал n(t).

Рисунок 3.5.

С появлением видеомагнитофонов стало возможным записывать аналоговые видеосигналы. Основные аналоговые форматы видеоданных представлены на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6.

В новом тысячелетии аналоговые форматы данных постепенно уступили место цифровым форматам. Это было связано с распространением компьютеров, оптических дисков. Цифровые форматы видеозаписи представлены в таблицах В.2, В.3.

Вообще, если говорить о цифровой форме представления видеоданных, то следует отличать понятие кодека и контейнера.

Контейнер — это формат файла, определяющей распределение аудио, видео, а в некоторых случаях и текстовой информации внутри него. Типом контейнера в большинстве случаев не выбирается тип кодирования (сжатия) информации внутри файла. А сам тип контейнера легко определяется по расширению файла. Кодек это сокращением от понятия КОмпрессор-ДЕКомпрессор. Они принимают цифровые медиа данные и либо сжимают их (для передачи и хранения), либо распаковывают для просмотра и перекодирования. Каждый кодек использует определенный метод кодирования и декодирования цифровых данных (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7

Кодеки используют различные стандарты сжатия видео. Историческое развитие различных стандартов представлено на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8. Стандарты видеосжатия

С появлением и расширением сети Интернет стали появляться форматы для отображения видеоконтента через веб-браузеры. Существующие форматы видеоконтента представлены на рисунке 1.16, форматы, используемые в различных браузерах представлены на рисунке 3.9

Рисунок 3.9. Форматы видеоконтента

На рисунке 3.10 представлены сравнительные характеристики известных алгоритмов кодирования в плане их сжатия для видео высокой и сверхвысокой четкости.

Рисунок 3.10.

В компьютерных системах переход на цифровую форму представления видео произошел несколько раньше, чем переход на цифровое телевидение.

Цифровое телевидение стало развиваться в последнее десятилетие. Актуальные алгоритмы передачи цифрового телевидения представлены на рисунке 3.9.

Видеоданные могут передаваться по компьютерным сетям или цифровым сетям. Если речь не идет о скачивании видеоконтента, а только о его отображении, то можно говорить о потоковой передаче видеоданных. Яркий пример потоковой передачи - видеоконференции, онлайн-трансляции и вебинары в интернете.

Реализация подобных видеотрансляций возможна несколькими методами. На рисунке 3.11 представлены протоколы видеотрансляций и видеоконференций.

Рисунок  3.11. Сравнительный анализ параметров систем dvb-t,dvb-t2

Рисунок 3.12

Кроме того, при передаче видеоданных по сетям IP используются специализированные протоколы, работающие поверх протоколов TCP и UDP. Протоколы RTSP, RTP и RTCP  SIP специально разрабатывались для передачи мультимедийной информации по сети.

Таким образом можно сделать следующие выводы: аналоговые форматы видеоинформации остались далеко в прошлом. Развитие алгоритмов передачи цифрового видео происходит по пути улучшения качества видео (уже доступно видео сверхвысокой четкости), пропускной способности каналов передачи видео, расширения услуг предоставления видеоконтента.

Список литературы:

1. Тропченко А.Ю., Тропченко А.А. Методы сжатия изображений, аудиосигналов и видео: Учебное пособие - СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. -108 с.
2.  ITU-T Recommendation T.800. Information Technology JPEG2000 Image Coding System: Core Coding System, Geneva: ITU-T Series T: Terminal for Telematic Services. 2003. 212 p.