Hálózati képforgalom
A hálózati fejlesztõkre manapság nagyon nagy nyomás nehezedik. Hizsen a világhálótól kezdve a TV és egyéb hálozatokon is egyre nagyobb az igény arra, hogy kevesebb idõ alatt több adatot tudjunk küldeni illetve kapni. Ennek egyik oka hogy manapság már nem érjük be a szöveges illetve a hangi kapcsolattartással, szükségesnek érezzük a képi adatközlést is.
Éppen ezért a távközlési hálózatok fejlõdése rohamos léptékkel zajlik. Az egyre növekvõ sávszélesség sok új igényes szolgáltatás számára teremti meg a lehetõséget. ilyen szolgálttatások például: -a kis- és nagy sebessségû egy és kétirányú álló- és mozgóképátvitelre épülõ- videotelefon, videokonferencia, video-adatlekérdezés, HDTV-mûsorszórás, és HDTV-kommunikáció. Ezeknél a szolgáltatásoknál mindíg problémát jelentett az álló és mozgóképek átvitele, fõként a nagy sávszélességük és információtartalmuk miatt.
Az alábbiakban egy rendszerezõ áttekintést adok a különbözõ képátviteli szolgáltatásokról, az adatsebesség, a kívánt információintenzitás, és az adattranszfer iránya szerint.
- video adatlekérdezés (kissebességû, egyirányú állókép transzfer)
- video telefónia (kis sávszélességû, kétirányú kommunikáció)
- video konferencia (csoporton belüli kis sávszélességû, kétirányú kommunikáció)
- video mûsorszétosztás (nagy sávszélességû, egyirányú mozgókép transzfer)
- video kommunikáció (nagy sávszélességû, kétirányú kommunikáció)
- HDTV mûsorszétosztás (igen nagy sávszélességû, egyirányú képtranszfer)
- HDTV kommunikáció (igen nagy sávszélességû, kétirányú kommunikáció)
A televíziós jelnek a digitális hálózaton történõ átvitelét CCIR 601-es ajánlása rögzíti. Ennek alapján a hagyományosan analóg videojel digitalizálása, 13.5 MHz-es frekvenciával történ? mintavételezéssel, 16 bit/pixel mélységû kvantálással oldható meg. Ily módon egy hagyományos televízióskép 720x576, míg egy HDTV kép 1440x1152 képpont (pixel) méretû adatmátrixként tárolható.
Ime egy példa a képátvitel által igényelt nagy adatátviteli kapacitás problémájára:
Egyetlen a fent említett CCIR ajánlásnak megfelelõ 1440x1152 felbontású 16 bitmélységû színes (HDTV) állókép tárolási igénye több mint 3.3 Mbyte, így az adattranszfer egy 9600 baudos átviteli csatornán háromnegyed óra lenne. Negyedórányi mûsor információmennyisége (50-es képváltás esetén) 150 Gbyte, ennek átvitele ugyanezen átviteli csatornán akár több évig is eltartana.
Azért hogy a videojel nagyfokú redundanciáját lecsökkentsék, többlépcsõs elõ- és utófeldolgozást alkalmaznak, így lehetõvé válik a képátvitel, kissebb sebességû adatátviteli csatornán is. Ugyanis a digitális képátvitel esetén (szemben például az adattovábbításra szolgáló rendszerekkel) nem a tökéletes, az eredetivel bitrõl bitre megegyezõ, hanem elsõsorban azt az információtartalmában hûen visszaadó adatreprodukció a cél.
A különféle képátviteli módozatokat és azok legfõbb jellemzõit röviden összefoglalja az alábbi táblázat.
Képforrás típusa Felbontás Hor. x Vert. [ pixel ] Képváltás [kép/s] Kvantálási mélység [bit/pixel] Forrássebesség [Mbit/s] Csatornasebesség [Mbit/s] Tömörítési faktor
HDTV 1140 x 1152 50 16 1327 140 ~10
TV 720 x 576 25 16 166 34 ~5
Videoconf 360 x 288 25 16 42 0.384 ~110
Videophone 180 x 144 6 12 2.5 0.064 ~40
A táblázatból leolvasható, hogy a hagyományos televíziós mûsor terítésére a 34 Mbit/s-os digitális rendszerek használhatók. Ez alatt a végfelhasználó felé történõ (további feldolgozást nem igénylõ, un. elõfizetõi minõségû) jeltovábbítás értendõ. A további feldolgozást igénylõ (stúdió minõségû) esetben többnyire 140 Mbit/s-os átvitelt használnak.
A nem stúdió minõségû jelátvitelnél, a veszteséges tömörítõ eljárások alkalmazásával jóval kisseb sávszélesség is elegendõ. Ezeknél az eljárásoknál mivel nem veszteségmentesek, bizonyos fokú információvesztés történik, de ez általában emberi szemmel nem vagy csak alig érzékelhetõ. Ha a jel a visszaalakítási oldalon további feldolgozáson megy keresztül az informácó megváltozásával fellépõ hibák halmozódnak és már akár észlelhetõ formában is megjelenhetnek. Ezért a veszteségmentes eljárásokat csak olyan helyeken szabad alkalmazni ahol a tömörített jelet nem vetik alá még különbözõ elõ- és utófeldolgozásnak. A fenti táblázatban szereplõ tömörítési faktor értékek csak jól megválasztott veszteségmentes tömörítõ eljárások alkalmazásával érhetõk el.
A fent említettek miatt egyre több helyen jelentõs kutatások folynak a digitalizált videojel tömörítésének optimalizálására. A jó hatásfokú képtömörítési eljárások szinte minden esetben többlépcsõs feldolgozáson mennek keresztül. Ezek többnyire valamilyen (matematikai) transzformációs feldolgozás és veszteségmentes kódolás kombinációjából állnak, ezek többnyire:
· a sík tartományból frekvenciára történõ transzformáció;
· kvantálás;
· entrópia ( vagy Huffman ) kódolás;
· mozgásbecslés és kompenzáció;
Ezeket az elveket követi a személyi számítógépeken leginkább elterjedt DivX (Mpeg4)-es tömörítõ eljárás is. Ezzel az eljárással DVD minõségû filmeket lehet az eredeti méret töredékére kódolni annélkûl hogy a kép minõsége érzékelhetõen romlana.
Ezzel és a hasolnó egyre kifinomítottabb kódolási eljárásokkal, és a hálozatok folyamatos fejlõdésével hamarosan a mindennapjaink része lesz a hozzánk hálozati úton eljuttatott mozgókép. Mind a számítógépeken mid pedig videotelefonok és digitális TV-k segítségével, mind pedig a világhálón történõ komunikációban.
Muhi Marton
A hálózati fejlesztõkre manapság nagyon nagy nyomás nehezedik. Hizsen a világhálótól kezdve a TV és egyéb hálozatokon is egyre nagyobb az igény arra, hogy kevesebb idõ alatt több adatot tudjunk küldeni illetve kapni. Ennek egyik oka hogy manapság már nem érjük be a szöveges illetve a hangi kapcsolattartással, szükségesnek érezzük a képi adatközlést is.
Éppen ezért a távközlési hálózatok fejlõdése rohamos léptékkel zajlik. Az egyre növekvõ sávszélesség sok új igényes szolgáltatás számára teremti meg a lehetõséget. ilyen szolgálttatások például: -a kis- és nagy sebessségû egy és kétirányú álló- és mozgóképátvitelre épülõ- videotelefon, videokonferencia, video-adatlekérdezés, HDTV-mûsorszórás, és HDTV-kommunikáció. Ezeknél a szolgáltatásoknál mindíg problémát jelentett az álló és mozgóképek átvitele, fõként a nagy sávszélességük és információtartalmuk miatt.
Az alábbiakban egy rendszerezõ áttekintést adok a különbözõ képátviteli szolgáltatásokról, az adatsebesség, a kívánt információintenzitás, és az adattranszfer iránya szerint.
- video adatlekérdezés (kissebességû, egyirányú állókép transzfer)
- video telefónia (kis sávszélességû, kétirányú kommunikáció)
- video konferencia (csoporton belüli kis sávszélességû, kétirányú kommunikáció)
- video mûsorszétosztás (nagy sávszélességû, egyirányú mozgókép transzfer)
- video kommunikáció (nagy sávszélességû, kétirányú kommunikáció)
- HDTV mûsorszétosztás (igen nagy sávszélességû, egyirányú képtranszfer)
- HDTV kommunikáció (igen nagy sávszélességû, kétirányú kommunikáció)
A televíziós jelnek a digitális hálózaton történõ átvitelét CCIR 601-es ajánlása rögzíti. Ennek alapján a hagyományosan analóg videojel digitalizálása, 13.5 MHz-es frekvenciával történ? mintavételezéssel, 16 bit/pixel mélységû kvantálással oldható meg. Ily módon egy hagyományos televízióskép 720x576, míg egy HDTV kép 1440x1152 képpont (pixel) méretû adatmátrixként tárolható.
Ime egy példa a képátvitel által igényelt nagy adatátviteli kapacitás problémájára:
Egyetlen a fent említett CCIR ajánlásnak megfelelõ 1440x1152 felbontású 16 bitmélységû színes (HDTV) állókép tárolási igénye több mint 3.3 Mbyte, így az adattranszfer egy 9600 baudos átviteli csatornán háromnegyed óra lenne. Negyedórányi mûsor információmennyisége (50-es képváltás esetén) 150 Gbyte, ennek átvitele ugyanezen átviteli csatornán akár több évig is eltartana.
Azért hogy a videojel nagyfokú redundanciáját lecsökkentsék, többlépcsõs elõ- és utófeldolgozást alkalmaznak, így lehetõvé válik a képátvitel, kissebb sebességû adatátviteli csatornán is. Ugyanis a digitális képátvitel esetén (szemben például az adattovábbításra szolgáló rendszerekkel) nem a tökéletes, az eredetivel bitrõl bitre megegyezõ, hanem elsõsorban azt az információtartalmában hûen visszaadó adatreprodukció a cél.
A különféle képátviteli módozatokat és azok legfõbb jellemzõit röviden összefoglalja az alábbi táblázat.
Képforrás típusa Felbontás Hor. x Vert. [ pixel ] Képváltás [kép/s] Kvantálási mélység [bit/pixel] Forrássebesség [Mbit/s] Csatornasebesség [Mbit/s] Tömörítési faktor
HDTV 1140 x 1152 50 16 1327 140 ~10
TV 720 x 576 25 16 166 34 ~5
Videoconf 360 x 288 25 16 42 0.384 ~110
Videophone 180 x 144 6 12 2.5 0.064 ~40
A táblázatból leolvasható, hogy a hagyományos televíziós mûsor terítésére a 34 Mbit/s-os digitális rendszerek használhatók. Ez alatt a végfelhasználó felé történõ (további feldolgozást nem igénylõ, un. elõfizetõi minõségû) jeltovábbítás értendõ. A további feldolgozást igénylõ (stúdió minõségû) esetben többnyire 140 Mbit/s-os átvitelt használnak.
A nem stúdió minõségû jelátvitelnél, a veszteséges tömörítõ eljárások alkalmazásával jóval kisseb sávszélesség is elegendõ. Ezeknél az eljárásoknál mivel nem veszteségmentesek, bizonyos fokú információvesztés történik, de ez általában emberi szemmel nem vagy csak alig érzékelhetõ. Ha a jel a visszaalakítási oldalon további feldolgozáson megy keresztül az informácó megváltozásával fellépõ hibák halmozódnak és már akár észlelhetõ formában is megjelenhetnek. Ezért a veszteségmentes eljárásokat csak olyan helyeken szabad alkalmazni ahol a tömörített jelet nem vetik alá még különbözõ elõ- és utófeldolgozásnak. A fenti táblázatban szereplõ tömörítési faktor értékek csak jól megválasztott veszteségmentes tömörítõ eljárások alkalmazásával érhetõk el.
A fent említettek miatt egyre több helyen jelentõs kutatások folynak a digitalizált videojel tömörítésének optimalizálására. A jó hatásfokú képtömörítési eljárások szinte minden esetben többlépcsõs feldolgozáson mennek keresztül. Ezek többnyire valamilyen (matematikai) transzformációs feldolgozás és veszteségmentes kódolás kombinációjából állnak, ezek többnyire:
· a sík tartományból frekvenciára történõ transzformáció;
· kvantálás;
· entrópia ( vagy Huffman ) kódolás;
· mozgásbecslés és kompenzáció;
Ezeket az elveket követi a személyi számítógépeken leginkább elterjedt DivX (Mpeg4)-es tömörítõ eljárás is. Ezzel az eljárással DVD minõségû filmeket lehet az eredeti méret töredékére kódolni annélkûl hogy a kép minõsége érzékelhetõen romlana.
Ezzel és a hasolnó egyre kifinomítottabb kódolási eljárásokkal, és a hálozatok folyamatos fejlõdésével hamarosan a mindennapjaink része lesz a hozzánk hálozati úton eljuttatott mozgókép. Mind a számítógépeken mid pedig videotelefonok és digitális TV-k segítségével, mind pedig a világhálón történõ komunikációban.
Muhi Marton
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése