ЎЗБЕКИСТОН  РЕСПУБЛИКАСИ

ОЛИЙ ВА ЎРТА МАХСУС ТАЪЛИМ ВАЗИРЛИГИ

 

ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ВА КОММУНИКАЦИЯЛАРИНИ РИВОЖЛАНТИРИШ ВАЗИРЛИГИ

 

ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ УНИВЕРСИТЕТИ

 

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ФАКУЛТЕТИ

 

ТЕЛЕРАДИОЭШИТТИРИШ ТИЗИМЛАРИ КАФЕДРАСИ

 

 

 

 

 

 

“РАҚАМЛИ ТЕЛЕВИДЕНИЕ”

 

ФАНИ БЎЙИЧА

 

Ў Қ У В –У С Л У Б И Й   М А Ж М У А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тошкент - 2016

 

 

Мазкур ўқув-услубий мажмуа Олий ва ўрта махсус таълим вазирлигининг 2016 йил 6 апрелдаги 137-сонли буйруғи билан тасдиқланган ўқув режа ва дастур асосида тайёрланди.

 

 

 

 

 

 

 

Тузувчилар:

ТАТУ “Телерадиоэшиттириш тизимлари” кафедраси доценти                            Х.С. Соатов   ТАТУ “Телерадиоэшиттириш тизимлари” кафедраси доценти                         И.А. Гаврилов   ТАТУ “Телерадиоэшиттириш тизимлари” кафедраси  ассистенти                     А.А. Бердиев   ТАТУ “Телерадиоэшиттириш тизимлари” кафедраси  ассистенти                  Д.Б. Ибрагимов   ТАТУ “Телерадиоэшиттириш тизимлари” кафедраси  ассистенти                         А.Н. Пузий

Тақризчи:

ТАТУ “Телерадиоэшиттириш тизимлари” кафедраси  профессори                   Т.Г. Рахимов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ўқув -услубий мажмуа  Тошкент ахборот технологиялари университети  Кенгашининг 2016  йил __________даги ___-сонли қарори билан нашрга  тавсия қилинган.

 

МУНДАРИЖА

 

I. ИШЧИ ДАСТУР.. 5

II. МОДУЛНИ ЎҚИТИШДА ФОЙДАЛАНИЛАДИГАН ИНТЕРФАОЛ ТАЪЛИМ МЕТОДЛАРИ.. 20

III. НАЗАРИЙ МАТЕРИАЛЛАР. 24

IV. АМАЛИЙ МАШҒУЛОТ МАТЕРИАЛЛАРИ.. 238

V. ЛАБОРАТОРИЯ МАШҒУЛОТ МАТЕРИАЛЛАРИ….........................266

VI. КЕЙСЛАР БАНКИ.. .305

VII. МУСТАҚИЛ ТАЪЛИМ МАВЗУЛАРИ.. 313

VIII. ГЛОССАРИЙ.. 314

IX. АДАБИЁТЛАР РЎЙХАТИ.. 319

 

 

 

I. ИШЧИ ДАСТУР

 

Кириш

Ўзбекистон Республикасида рақамли телевидение эшиттиришларни амалга ошириш, босқичма–босқич дастурга асосан, юртимизда халқаро DVB-T стандартига биноан ер усти тизимида амалга оширилмоқда. Рақамли телевидениени тарқатишда   MPEG-4 (Н.264) форматдаги сигналларни сиқиш усулидан фойдаланилмоқда. Ўзбеккистонда рақамли телевидениени аҳолига етказиш ва хизмат кўрсатишни ташкил этиш  учун махсус UZDIGITAL TV корхонаси тузилган. Аҳоли эҳтиёжини ҳисобга олган ҳолда, рақамли телевидениега босқичма-босқич  ўтиш даврида  , мавжуд аналог телевизор билан рақамли сигналларни қабул қилиш учун “Telemax Elektroniks”  корхонаси томонидан қўшимча қурилмалар ишлаб чиқарилган.

    Рақамли телевидениени жадал суръатлар билан татбиқ этилиши шу йўналишдаги мутахассисларни тайёрлашга қўйиладиган талабларни оширмоқда. Шу сабаб ўқув дастурига киритилган “ Рақамли телевидение” фани юқори малакали мутахассисларни тайёрлашда муносиб ўрин тутади албатта.

Фаннинг мақсад ва вазифалари

“Рақамли телевидение” фанининг мақсади- талабаларга рақамли телеэшиттиришларни тарқатишда телевизион сигналларни шакллантирилиши, уларга ишлов берилиши, эфирга узатилиши ва қабул қилиниши жараёнларидаги хусусиятлар бўйича мукаммал билимлар бериш. Рақамли тасвир ва овоз сигналларини сиқиш, сигналларни узатишдаги хатоликларни камайтириш усуллари бўйича тегишли маълумотлар бериш ва уларнинг турли тизимлардаги хусусиятларни тахлил қилишни ўргатиш. Ўзбекистонда рақамли телевидение, шу жумладан юқори аниқликдаги телевидениени (HD TV) татбиқ қилишдаги вазифалар билан таништириш ва тегишли амалий ишларни ёритиб беришдир.

 

Фан бўйича талабаларнинг билим, кўникма ва

малакаларига қўйиладиган талаблар

 

Талабалар “Рақамли телевидение” фанини ўрганишлари натижаларида қуйидагиларни билишлари керак:

-рақамли тасвир ва овоз сигналларнинг шаклланиши ва уларнинг асосий кўрсатгичларини;

-рақамли тасвир ва аудио маълумотларни сиқиш усулларини хамда уларнинг ўзаро солиштириш натижасида афзаллик ва камчиликларини аниқлашни;

-MPEG оиласидаги телевизион сигналларни сиқиш халқаро  стандартидаги тасвир ва овоз сигналарининг хусусиятларини;

-рақамли тасвир сигналларни халақитбардошлигини ошириш ва уларни телевизион каналлардан узатиш ва қабул қилиш жараёнларини;

-рақамли халқаро телеэшиттириш тизимларини тузилишини ва уни ташкил этувчиларининг хусусиятларини;

-телевизон сигналларни қабул қилиш қурилмаларининг тузилиши, истиқболлари  ва уларнинг ишлаш омилларини.

Талабалар фанни ўрганиш натижасида қуйидаги кўникма ва малакаларга эга бўлишлари лозим:

-аналог ва рақамли телевидение тизимларининг ишлаш омилларини;

-рақамли телевидение тасвир ва овоз сигналларининг шакллантириш омилларини;

-рақамли тасвир ва аудио сигналларни мавжуд бўлган кодлаш,  сиқиш усулларини ва уларнинг истиқболларини;

-рақамли телеэшиттириш тизимларининг тузилиши ва асосий характеристикаларини;

-телевизион сигналларнинг  кўрсатгичларини ҳисоблаш ва уларнинг сифатини баҳолашни;

-Ўзбекистоннда рақамли телевидениенинг ривожланиш истиқболларини.

 

Фаннинг ўқув режадаги бошқа фанлар билан ўзаро боғлиқлиги

ва услубий жиҳатдан узвий кетма-кетлиги

“Рақамли телевидение” фани мутахассислик фани бўлиб, бакалавриатнинг 8-семестрида ўқитилади. Дастурда келтирилган фанни ўқитишда талаба аввалги курсларда ўқитилган фанлар бўйича етарли билим ва кўникмаларга эга бўлиши керак. Булар:

Сигналлар ва тизимлар (сигналларнинг турли кўринишлари, уларни ташкил этувчиларга ажратиш,  рақамли сигнал ҳосил қилиш жараёни:дискретлаш, квантлаш ва кодлаш, халақитбардошликни ошириш асослари);

Электр алоқа асослари (электр алоқа тизимларининг ташкил этиш асослари ва уларда қўлланиладиган модуляция усуллари, модуляцияларнинг камчилик ва афзалликлари);

Электроника (актив элементлар, шу жумладан ярим ўтказгичли асбобларнинг ишлаш омиллари, уларнинг техник кўрсатгичлари ва уланиш схемалари, аналог ва рақамли микросхемаларнинг тузилиши ва қўллаш жараёнлари);

      Микропроцессорлар ( микропроцессорларни шакллантириш асослари ва уларнинг дастурий таъминоти, қўйилган техник мақсад ва вазифага асосан яратилган микропроцессорлар хамда уларнинг классификацияси);

     Телевидение асослари(оптик тасвирларни сигналга айлантирилиши, синхроимпульсларнинг шаклланиши, тасвир сигналини сатр ва кадр ёйиш ва ёйиш генераторлари, ёруғлик, ранг ва рангфарқ   сигналлар хамда уларни модуляциялаш усуллари).

 

Фанни ўқитишда замоновий ахборот ва педагогик технологиялар

 “Рақамли телевидение” фанини ўзлаштириш даврида дарслик, ўқув қўлланмалар, маърузалар матнлари ва уларнинг   электрон кўринишларидан, шунингдек Интернет тизимидан фойдаланилади.

Фанни ўрганишда машғулотларнинг қуйидаги турларидан фойдаланилади: маърузалар, лаборатория машғулотлари ва мустақил ўрганишлар.

Ўқув фанни мукаммал ўзлаштириш учун, яъни “Рақамли телевидение” фанини  баён этиш даврида фаол ўқитиш усулларидан (муаммоли холатлар ҳосил қилиш ва ечимини топиш, жамоавий фикрлаш фаолиятини ташкил этиш, шахсий топшириқлар бериш), ахборот технологияларидан, слайд ва фильмлардан фойдаланиш, телекоммуникация тизимларининг, шу жумладан рақамли телевидение таркибий элементларини ва қурилмаларини намойиш этиш кўзда тутилган.

Талабаларда кўникмаларни ҳосил қилиш ва билимларни мустаҳкамлаш учун топшириқ ва уй вазифаларини бажариш жараёнида компьтерлардан кенг фойдаланишга алоҳида эътибор берилади.

Фанни ўзлаштиришда педагогик концепциялардан фойдаланилади: 

Шахсга йўналтирилган таълим. Бу таълим ўз моҳиятига кўра таълим жараёнининг барча иштирокчиларини тўлақонли ривожланишларини кўзда тутади. Бу эса таълимни лойиҳалаштирилаётганда, албатта, маълум бир таълим олувчининг шахсини эмас, аввало, келгусидаги мутахассислик фаолияти билан боғлиқ ўқиш мақсадларидан келиб чиққан ҳолда ёндошилишни назарда тутади.

Тизимли ёндошув. Таълим технологияси тизимнинг барча белгиларини ўзида мужассам этмоғи лозим: жараённинг мантиқийлиги, унинг барча бўғинларини ўзаро боғлаганлиги, яхлитлиги.

Фаолиятга йўналтирилган ёндошув. Шахснинг жараёнли сифатларини шакиллантиришга, таълим олувчининг фаолиятини фаоллаштириш ва интенсивлаштириш, ўқув жараёнида унинг барча қобилияти ва имкониятлари, ташаббускорлиги очишга йўналтирилган таълимни ифодалайди.

Диалогик ёндошув. Бу ёндошув ўқув муносабатларини яратиш заруриятини билдиради. Унинг натижасида шахснинг ўз-ўзини фаоллаштириши ва ўз-ўзини кўрсата олиши каби ижодий фаолияти кучаяди.

Ҳамкорликдаги таълимни ташкил этиш. Демократик, тенглик, таълим берувчи ва таълим олувчи фаолият мазмунини шакиллантиришда ва эришилган натижаларни баҳолашда биргаликда ишлашни жорий этишга эътиборни қаратиш зарурлигини билдиради.

Муаммоли таълим. Таълим мазмунини муаммоли тарзда тақдим қилиш орқали таълим олувчи фаолиятини фаоллаштириш усуллларидан бири. Бунда илмий билимни объектив қарама-қаршилиги ва уни ҳал этиш усулларини, диалектик мушоҳадани шакиллантириш ва ривожлантиришни, амалий фаолиятга уларни ижодий тарзда қўллашни мустақил ижодий фаолияти таъминланади.

Ахборотни тақдим қилишнинг замонавий воситалари ва усулларини қўллаш - янги компьютер ва ахборот технологияларини ўқув жараёнига қўллаш.

Ўқитишнинг усуллари ва техникаси. Маъруза (кириш, мавзуга оид, визуаллаш), муаммоли таълим, кейс-стади, пинборд, парадокс ва лойиҳалаш усуллари, амалий ишлар.

Ўқитишни ташкил этиш шакллари: диалог, полилог, мулоқот ҳамкорлик ва ўзаро ўрганишга асосланган фронтал, коллектив ва гуруҳ.

Ўқитиш воситалари: ўқитишнинг анъанавий шакллари (дарслик, маъруза матни) билан бир қаторда – компьютер ва ахборот технологиялари.

Коммуникация усуллари: Талабалар билан оператив тескари алоқага асосланган бевосита ўзаро муносабатлар.

Тескари алоқа усуллари ва воситалари: кузатиш, блиц-сўров, оралиқ ва жорий ва якунловчи назорат натижаларини таҳлили асосида ўқитиш диагностикаси.

Бошқариш усуллари ва воситалари: ўқув машғулоти босқичларини белгилаб берувчи технологик карта кўринишидаги ўқув машғулотларини режалаштириш, қўйилган мақсадга эришишда ўқитувчи ва Талабанинг биргаликдаги ҳаракати, нафақат аудитория машғулотлари, балки аудиториядан ташқари мустақил ишларнинг назорати.

Мониторинг ва баҳолаш: ўқув машғулотида ҳам бутун курс давомида ҳам ўқитишнинг натижаларини режали тарзда кузатиб бориш. Курс охирида тест топшириқлари, оғзаки ёки ёзма иш вариантлари ёрдамида Талабаларнинг билимлари баҳоланади.

 Ўқув фанини талабалар томонидан ўзлаштирилиши оралиқ назоратлари (семестр давомида икки марта) ва якуний назорат тадбирларини ўтказиш орқали амалга оширилади. Оралиқ ва якуний назоратлар мос равишда фаннинг айрим бўлимлари ёки барча бўлимлари бўйича ёзма иш ёки тест саволлари кўринишида ўтказилади.

 

“Рақамли телевидение” фанидан машғулотларнинг

мавзулар ва соатлар бўйича тақсимланиши

Умумий ўқув соати  -          128 соат

Шу жумладан:

Маърузалар                            -40 соат (7-сем 16 соат, 8-сем 24 соат)

Лаборатория машғулотлари -28 соат (7-сем 14 соат, 8-сем 14 соат)

Амалиёт машғулотлари –       28 соат (7-сем 14 соат, 8-сем 14 соат)

Мустақил ишлар                    -24 соат

№	Бўлимлар номи	Маърузалар, соат	Лаб. ишлари, соат	Мустақил ишлар, соат
7 семестр
1	Кириш. Телерадиоэшиттиришнинг аналог стандартлари.	2	2	2
2	Рақамли ТВ сигналлар. Тасвир ва овоз сигналларини рақамлаширириш.	2	2	2
3	ITU R-601 тавсияномаси. Рақамли ТВ сигналларни намойиш қилиш форматлари.	2	2	2
4	Рақамли телевизион сигналларни шакллантириш усуллари. Рақамли интерфейслар.	2	2	2
5	Овоз сигналларини рақамлаштириш жараёни.	2	2	2
6	Телевизион АРЎ ва РАЎ тузилишлари.	2	2	2
7	Тасвир сигналларини ДКА ва ВА асосида сиқиш.	2	2	2
8	Тасвир сигналларини кадрлараро ортиқчалик асосида сиқиш. Ҳаракатни компенсациялаш усуллари.	2	2	2
	Жами	16	14	14
8 семестр
1	Овоз сигналларини сиқишнинг асосий принциплари. Овоз сигналларига психоакустик ишлов бериш усуллари.	2	2
2	Статик тасвирларни сиқиш стандартлари JPEG, JPEG2000, MJPEG	2	2	2
3	ТВ тасвир ва овозларни сиқиш стандартлари MPEG -1, MP-3, MPEG -2 ISO/IEC 13818-3 и 13818-7 AAC, MPEG -4 ISO/IEC 14496-3, Dolby AC -3 (A/52); Уларнинг қиёсий таҳлили ва қўлланилиш соҳалари.	2	2	2
4	Сигналларни шовқинбардошли кодлаш усуллари.	2	2	2
5	ТВ сигналларни алоқа каналлари орқали узатиш. Канал кодлаш усуллари. Рақамли ТВда модуляция турлари.	2	2	2
6	Рақамли ТВнинг ер усти стандартлари DVB-Т, DVB-C	2	2
7	Рақамли ТВнинг спутникли ва мобил стандартлари DVB-S, DVB-H	2		2
8	Рақмли ТВнинг Европа ва Америка системалари. Уларнинг техник параметрларини қиёсий таҳлили.	2	2	2
9	Рақамли ТВ нинг IPTV стандарти. Унинг афзаллиги ва камлилиги.	4		2
10	Рақамли ТВ сигналларни қабул қилувчи тюнерлар тузилиши.	4
	Жами	24	14	14
		40	28	28

 

 

Асосий қисм: Ўрганиладиган фан мавзулар кетма-кетлиги

  Фаннинг асосий қисми мавзулари (маърузалар) мантиқий кетма-кетликда келтирилган. Ҳар бир мавзунинг асосий тушунчалари тезис кўринишида келтириб ўтилган. Давлат таълим стандартига асосан талабаларга билим ва кўникмалар бир бутун мажмуа сифатида берилиши керак.

Асосий қисм сифатига бўлган талаблар, яъни мавзуларнинг долзарблиги иш берувчилар ва ишлаб чиқаришнинг  талабларидан келиб чиққан, давлатимизда олиб борилаётган иқтисодий-сиёсий ўзгартиришларни, алоқа ва ахборотлаштириш соҳасидаги ривожланишларни, техника йўналишидаги охирги фан ютуқларини ҳисобга олган холда  шаклланиши лозим.

Маърузалар

7-семестр

1. Кириш. Телерадиоэшиттиришнинг аналог стандартлари. Телевидениенинг қисқача тарихи, Телевизион сигналнинг таркиби, шакли ва спектри, Телевидение эшиттиришлари стандартлари, Рангли телевидение стандартлари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер.

2. Рақамли ТВ сигналлар. Тасвир ва овоз сигналларини рақамлаширириш. Тасвир сигналларини аналог-рақам ўзгартириш, Овоз сигналларини аналог-рақам ўзгартириш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер.

3. ITU-R601 тавсияларига асосан видеосигналларни рақамли кўриниши. Рақамли телевизион сигналларнинг форматлари. Рақамли телевизион сигналларнинг ташкил этувчилари. Рақамли телевизион сигналларни шакллантириш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер.

4. Рақамли телевидение интерфейслари. Параллел ва кетма-кет видеотуташмалар хамда уларнинг қўлланиш хусусиятлари. Телевизион АРЎ ва РАЎнинг тузилиши.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер.

5. Телевизион тасвир сигнал ортиқчаликлари ва уларни йўқотиш усуллари. Кодли. элементлараро ёки статистик, психовизуал, ташкилий, вақт бўйича ёки кадрлараро ортиқчаликлар хамда уларни қўллаш муаммолари ва ечимлари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Ақлий хужум, Т-схема, кластер,Инсерт.

6. Спектрал ўзгартириш асосида тасвир сигналини сиқиш. Дискрет косинус алмаштириш, Вейвлет алмаштириш алгоритмлари асосида сиқиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер, Инсерт.

7. Кадрлараро ортиқчаликни йўқотиш асосида телевизион тасвир сигналларини сиқиш. Телевизион сигналлардаги кадрлараро ортиқчаликни йўқотиш жараёни. Пиксель усули. Блокларни солиштириш усули. Параметрик моделлар усули. Объектга ёндошиш усули.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер, Инсерт.

8. Овоз сигналларини сиқишнинг асосий принциплари. Овоз сигналларига психоакустик ишлов бериш усуллари. Овоз сигналларига психоакустик ишлов бериш. Аудио маълумотларни сиқиш. Аудиоинтерфейслар.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер, Инсерт.

 

8-семестр

1. Статик тасвирларни сиқиш стандартлари JPEG, JPEG2000, MJPEG. Видеомаълумотларни сиқишнинг халқаро стандартлари хусусиятлари хамда уларнинг афзаллик ва камчиликлари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер,Инсерт.

2. ТВ тасвир ва овозларни сиқиш стандартлари MPEG -1, MP-3, MPEG -2 ISO/IEC 13818-3 и 13818-7 AAC, MPEG -4 ISO/IEC 14496-3, Dolby AC -3 (A/52); Уларнинг қиёсий таҳлили ва қўлланилиш соҳалари. Телевизион тасвир ва овоз сигналларини сиқиш халқаро стандартлари кўрсатгичлари ва ўзаро фарқлари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув,муаммоли таълим,Т-схема, кластер,Инсерт.

3. Телевизион сигналларни шовқинбардошли кодлаш усуллари. Оралатиш ва Скремблерлаш. Ҳалақитбардошли кодлаш. Рид Соломон кодлаш алгоритми.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув,муаммоли таълим,Т-схема, кластер,Инсерт.

4. Рақамли телевидение сигналларини алоқа каналлари орқали узатиш. Рақамли телевидение сигналларини алоқа каналлари орқали узатишга бўлган техник талаблар. Рақамли телевидениеда сигналларни модуляциялаш усуллари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим ,Т-схема, кластер, Инсерт.

5. Рақамли телеэшиттиришларни ташкил қилиш халқаро DVB стандарти оиласи. DVB стандартининг умумий концепцияси. DVB-Т,
DVB-S, DVB-С, DVB -H-тизимлариниг тузилишлари ва таркибий қисмлари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, мунозара, Т-схема, кластер.

6. Рақамли ТВнинг Европа ва Америка стандартлари. Уларнинг техник параметрларини қиёсий таҳлили.

АҚШ ва Япония телеэшиттириш стандартлари хусусиятлар ва уларнинг ўзаро техник фарқлари, афзаллик хамда камчиликлари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим,мунозара, Т-схема, кластер.

7. IPTV стандарти. Унинг афзаллиги ва камчилиги. Интернет технологиялари орқали телеэшиттиришлар ташкил этиш. IPTV имкониятлари ва технологияси. Multicast ва Unicast тизимлар.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, мунозара, Т-схема, кластер.

8. Рақамли телевидениенинг иккинчи авлод стандартлари.
 DVB-Т2, DVB-S2, DVB-С2, DVB-H2 тизимларнинг хусусиятлари, афзалликлари ва истиқболлари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер.

9. Рақамли телевидениенинг қабул қилиш қурилмалари. Рақамли телевизион сигналларни қабул қилиш қурилмаларининг тузилиши ва асосий блоклари. Қабул қилиш қурилмаларининг элементлар базаси.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер.

10. Ўзбекистонда рақамли телевидениенинг холати. Ривожлантириш истиқболлари ва тараққиёт даражаси. Катта ва кичик ҳудудларда рақамли телевидение жорий қилиш тамоиллари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: диалогик ёндошув, муаммоли таълим, Т-схема, кластер.

 

Амалий машғулотларининг календарь-  мавзулар режаси

 

№	Амалий машғулотлар.	соатлар
1.	Телевизион тасвир параметрлари	2
2.	Оптик сигнални видеосигналга ўзгартириш	2
3.	СЕКАМ рангли телевидение тизими ва сигнални ўзгартириш	2
4.	Рақамли ТВ сигналларнинг параметрлари хисоблаш усуллари	2
5.	Тасвир сигналларини квантлаш	2
6.	Сигналларни кодлаш	2
7.	Дискрет Фурье алмаштириш	2
8.	Дискрет косинус алмаштириш	2
9.	RGB – YUV ранг муҳитлари трансформацияси	2
10.	Норекурсив ва рекурсив фильтрлар	2
11.	Аналог рақамли ўзгартиргич параметрлари	2
12.	Узатилаётган частота полоса кенглиги ва символлар кетма-кетлигининг тезлигини ҳисоблаш	2
	Жами	24

 

Амалиёт ишлар кетма-кетлиги

1. Телевизион тасвир параметрлари. Талабаларга вариантлар асосида аналог сигнал максимал частотасини ҳисоблаш кўникмасини бериш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

Адабиётлар: А2, Қ8.

2. Оптик сигнални видеосигналга ўзгартириш. Оптик сигнални видеосигналга ўзгартириш асослари ҳамда тасвир сигнали осциллограммасини чиқариш амалиётларини ўрганиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

3. СЕКАМ рангли телевидение тизими ва сигнални ўзгартириш. Рангли телевидение уч компонентли тизими ташкил этувчилари қийматларини махсус формулалар ёрдамида ҳисоблашларни ўрганиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

4. Рақамли ТВ сигналларнинг параметрлари хисоблаш усуллари. Маълумот сиғими, унинг ишлаб чиқарувчанлиги, энтропия каби тушунчалар ўрганиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

5. Тасвир сигналларини квантлаш. Телевизион тасвир сигналларини рақамли ҳолатга ўтказилиш жараёнининг иккинчи босқичи – квантлаш жараёнининг математик асосларини ўрганиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

6. Сигналларни кодлаш. Кванталанган сигнални кодли белгиларга алмаштириш асосларини ўрганиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

7. Дискрет Фурье алмаштириш. Бир ўлчамли ва кўп ўлчамли сигналларни ортоганал алмаштириш усулларини тадқиқ қилиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

8. Дискрет косинус алмаштириш. Тўғри ва тескари косинус алмаштириш усулини математик амалиётини ўрганиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

Адабиётлар: А2, Қ8.

9. RGB – YUV ранг муҳитлари трансформацияси. Махсус формула ёрдамида RGB дан  YUV ранг мухитига ўтишни тадқиқ қилиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

10. Норекурсив ва рекурсив фильтрлар. Норекурсив ва рекурсив фильтрлар ўтказиш характеристикаларини ўрганиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

11. Аналог рақамли ўзгартиргич параметрлари.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

Адабиётлар: А2, Қ8.

12. Узатилаётган частота полоса кенглиги ва символлар кетма-кетлигининг тезлигини ҳисоблаш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

Адабиётлар: А2, Қ8.

 

Лаборатория машғулотларининг календарь-  мавзулар режаси

 

№	Лаборатория машғулотлар.	соатлар
1.	Дискрет косинус алмаштириши асосида видеомаълумотларни сиқишни тадқиқ қилиш	2
2.	Дискрет косинус алмаштириши асосида видеомаълумотларни сиқишни тадқиқ қилиш дастури ёрдамида RGB-YUV трансформацияси	2
3.	Вейвлет алмаштириш дастури асосида видеомаълумотларнининг статик тасвирларини сиқишни тадқиқ қилиш	2
4.	Вейвлет алмаштириш чуқурлигини ўзгаришининг статик видеомаълумотлар сиқиш коэффициентига таъсирини ўрганиш	2
5.	Квантлаш жараёнини видеомаълумотлар сиқиш қиймати ва статик тасвирлар сифатига боғлиқлигини тадқиқ қилиш	2
6.	Тасвирлардаги кадрлараро ортиқчаликни маълумотлар видеооқимини сиқиш катталигига таъсирини ўрганиш	2
7.	Ички ва ташқи тюнерларни ишлаш принципларини таҳлил қилиш. DVB-T тюнерларини таҳлил қилиш.	2
8.	LabView муҳитида телевизион узатгич чиқиш қувватини ўлчаш	2
	Жами	24

 

Лаборатория ишлар кетма-кетлиги

1. Дискрет косинус алмаштириши асосида видеомаълумотларни сиқишни тадқиқот қилиш. Турли ранг стандартларида (R, G, B) ҳамда, ёритилганлик ва рангфарқ  сигналларини (Y, U, V) 8x8 ўлчамдаги блокларда дискрет-косинус алмаштириш усулида қайта ишлаш жараёнини тадқиқ қилиш

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

2. Дискрет косинус алмаштириши асосида видеомаълумотларни сиқишни тадқиқ қилиш дастури ёрдамида RGB-YUV трансформацияси.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

3. Маълум турдаги вейвлет фильтрлар қўлланилганда, статик тасвир видеомаълумотларини сиқиш қийматига таъсирини  тадқиқот қилиш.

Лаборатория  ишни бажаришда талаба қуйдагиларни ўзлаштириши керак :

– видеомаълумотлар ҳажмини сиқишда қўлланиладиган лифтинг вейвлет-фильтрлар  тузилиши ва иш режимини ўрганиш;

– статик тасвир видеомаълумотларини сиқиш даражасига тасвир структураси ва қўлланилаётган фильтр турининг таъсирини баҳолай олиш;

– сиқиш даражаси катталигига тасвирдаги йўқолишлар ва вейлвлет алмаштириш турларининг таъсири тўғрисида билимларга эга бўлиши.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

4. Вейвлет алмаштиришлар кўрсатгичлари ўзгартирилганда, видеомаълумотлар сиқиш қиймати ва статик тасвирлар сифатига боғлиқлигини тадқиқот қилиш.

Лаборатория ишни бажаришда талаба қуйдагиларни ўзлаштириши керак :

– видеомаълумотлар ҳажмини сиқишда қўлланиладиган лифтинг вейвлет-фильтрлар  тузилиши ва иш режимини ўрганиш;

– декомпозиция цикллари сонининг ўзгариши статик видеомаълумотлар сиқиш коэффициентига таъсирини бахолай олиш;

– декомпозиция цикллари сонининг ўзгариши статик видеомаълумотлар сиқиш коэффициентига таъсирини ўрганиш тажрибасини ўтказиш бўйича билимларга эга бўлиши.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

5. Квантлаш жараёнини видеомаълумотлар сиқиш қиймати ва статик тасвирлар сифатига боғлиқлигини тадқиқот қилиш.

Лаборатория ишни бажаришда талаба қуйдагиларни ўзлаштириши керак :

– видеомаълумотлар ҳажмини сиқиш учун қўлланиладиган вейвлет квантлагич иш режимлари ва хусусиятларини ўрганиш;

– квантлагичда сифат факторининг ўзгариши статик тасвирларнинг сиқиш катталиги ва уларнинг сифатини ўзгаришига таъсирини бахолай олиш;

– квантлагичда сифат факторининг ўзгариши статик тасвирларнинг сиқиш катталиги ва қайта тикланган тасвирлар сифтини ўзгариши  тажрибаси бўйича  билимларга эга бўлиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

6. Тасвирлардаги кадрлараро ортиқчаликни маълумотлар видеооқимини сиқиш катталигига таъсирини ўрганиш.

Лаборатория ишни бажаришда талаба қуйдагиларни ўзлаштириши керак:

– видеообъектлар ҳаракатини компенсациялаш асосида динамик тасвирларни қайта ишлаш усулларини ўрганиш;

– тасвирлардаги кадрлараро ортиқчаликни маълумотлар видеооқимини сиқиш катталигига таъсирини баҳолай олиш;

– тасвирлардаги кадрлараро ортиқчаликни маълумотлар видеооқимини сиқиш катталигига таъсирини бахолай олиш бўйича  билимларга эга бўлиш.

 Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

7. Ички ва ташқи тюнерларни ишлаш принципларини таҳлил қилиш. DVB-T тюнерларини таҳлил қилиш.

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

8. LabView муҳитида телевизион узатгич чиқиш қувватини ўлчаш. National Instruments LabView муҳити имкониятлари билан танишиш. Ушбу муҳитда махсус қурилмавий ва дастурий таъминот ёрдамида ТВ узатгич қувватини икки хил режимда ўлчаш тажрибасини ўтказиш

Қўлланиладиган педагогик технологиялар: кичик гуруҳларда ишлаш, диалогик ёндошув, муаммоли таълим.

 

Мустақил таълимни ташкил этишнинг шакли ва мазмуни

“Рақамли телевидение” фани бўйича талабанинг мустақил таълими, яъни мустақил ишлари , шу фанни ўрганиш жараёнининг таркибий қисми бўлиб, услубий ва ахборот ресурслари билан етарли таъминланган.

Талабалар аудитория машғулотларида профессор –ўқитувчиларнинг маърузасини тинглайдилар, мисоллар ечадилар ва тахлилий хулосалар берадилар. Аудиториядан ташқарида талаба дарсларга тайёрланади, адабиётлардан конспект қилади, уй вазифаси сифатида берилган мисолларни ечади ва тахлилий хулосалар ёзади. Бундан ташқари .айрим мавзуларни кенгроқ ўрганиш мақсадида қўшимча адабиётларни ўқиб, рефератлар тайёрлайди ҳамда берилган мавзу бўйича тестлар ечади. Мустақил таълим натижалари рейтинг тизими асосида баҳоланади.

Уй вазифаларни бажариш, қўшимча дарслик ва адабиётлардан янги билимларни мустақил ўрганиш, керакли маълумотларни излаш ва уларни топиш йўлларини аниқлаш, Интернет тармоғидан фойдаланиб, маълумотларни тўплаш ва илмий изланишлар олиб бориш, илмий мақола ва маъруза матнларини тайёрлаш кабилар талабаларнинг дарсда олган билимларини чуқурлаштиради, уларнинг мустақил фикрлаш ва ижодий қобилиятини ривожлантиради.

Шунинг учун ҳам , мустақил таълимсиз ўқув фаолияти самарали бўлиши мумкин эмас.

Уй вазифаларни текшириш ва баҳолаш амалий машғулот олиб борувчи ўқитувчи томонидан, конспектларни ва мавзуларни ўзлаштириш даражасини текшириш ва баҳолаш эса., маъруза дарслариниолиб борувчи профессор –ўқитувчи томонидан ҳар дарсда амалга оширилади.

“Рақамли телевидение” фанидан мустақил ишлар мажмуаси ўтиладиган барча мавзуларни қамраб олган ва қуйидаги 5 та кўринишда шакллантирилган.

 

Мустақил ўрганиш учун тавсия қилинадиган мавзулар ва ҳажми

№	Мустақил иш мавзуси	Топшириқ мазмуни	Бажарилиш муддати	Соатлар
1	Телевизион тасвир ва овоз сигналларини ортиқчалигининг классификацияси ва уларни йўқотиш усуллари	Техник адабиётлардан, Интернет тармоғидан конспект тайёрлаш. Индивидуал топшириқларни бажариш	1,2 ҳафта	6
2	МPEG-2 стандартининг тузилиши ва таркибий қисмлариниг вазифалари	Техник адабиётлардан, Интернет тармоғидан конспект тайёрлаш. Индивидуал топшириқларни бажариш	3,4,5 ҳафта	6
3	МPEG-4 стандартининг тузилиши ва таркибий қисмлариниг вазифалари	Техник адабиётлардан, Интернет тармоғидан конспект тайёрлаш. Индивидуал топшириқларни бажариш	6,7,8 ҳафта	8
4	Биринчи, иккинчи авлод рақамли телевидение тизимларида халақитбордош кодлаш	Техник адабиётлардан, Интернет тармоғидан олинган мисолларни ечиш ва хулосалар ёзиш. Индивидуал топшириқларни бажариш	9,10 ҳафта	6
5	Рақамли телевидение тизимларида шартли рухсатни таъминлаш	Техник адабиётлардан, Интернет тармоғидан конспект тайёрлаш. Индивидуал топшириқларни бажариш	11,12 ҳафта	2

 

Дастурнинг ахборот-услубий таъминоти

Мазкур фанни ўқитиш жараёнида таълимнинг замонавий усуллари, педагогик ва ахборот- коммуникация технологияларини қўллаш назарда тутилган. Мавзулар замоновий компьютерлар ва проекторлар ёрдамида презентация қилиш ва электрон-дидактик технологияларидан фойдаланган холда ўтказилади.

Амалий машғулотларда ақлий хужум, гуруҳли фикрлаш ва бошқа педагогик технологиялардан фойдаланилади.

Машғулотлар ўтказишда Интернет тармоғидан мақсадли фойдаланиб, маълумотлар олиш кўзда тутилган.  Мисол учун:

 -статик ва динамик тасвирларнинг видеомаълумотлари ҳажмини сиқиш. http://www.compeession.ru/ -сайтидан фойдалананиш;

 -аудио маълумотлар ҳажмини сиқиш. http://www.compeession.ru/- сайтидан фойдалананиш.

 

“Рақамли телевидение” фанидан талабалар билимини рейтинг тизими асосида баҳолаш мезони

 

“Рақамли телевидение” фани бўйича рейтинг жадваллари, назорат тури, шакли, сони ҳамда ҳар бир назоратга ажратилган максимал балл, шунингдек жорий ва оралиқ назоратларининг саралаш баллари ҳақидаги маълумотлар фан бўйича биринчи машғулотда  талабаларга эълон қилинади.

Фан бўйича талабаларнинг билим савияси ва ўзлаштириш даражасининг Давлат таълим стандартларига мувофиқлигини таъминлаш учун қуйидаги назорат турлари ўтказилади:

Жорий назорат (ЖН) – талабанинг фан мавзулари бўйича билим ва амалий кўникма даражасини аниқлаш ва баҳолаш усули. Жорий назорат фаннинг хусусиятидан келиб чиққан ҳолда амалий машғулотларда оғзаки сўров, тест ўтказиш, суҳбат, назорат иши, коллоквиум, уй вазифаларини текшириш ва шу каби бошқа шаклларда ўтказилиши мумкин;

Оралиқ назорат (ОН) – семестр давомида ўқув дастурининг тегишли (фанларнинг бир неча мавзуларини ўз ичига олган) бўлими тугаллангандан кейин талабанинг назарий билим, амалий кўникма даражасини аниқлаш ва баҳолаш усули. Оралиқ назорат бир семестрда икки марта ўтказилади ва шакли (ёзма, оғзаки, тест ва ҳоказо) ўқув фанига ажратилган умумий соатлар ҳажмидан келиб чиққан ҳолда белгиланади;

Якуний назорат (ЯН) – семестр якунида муайян фан бўйича назарий билим ва амалий кўникмаларни талабалар томонидан ўзлаштириш даражасини баҳолаш усули. Якуний назорат асосан таянч тушунча ва ибораларга асосланган “Ёзма иш” шаклида ўтказилади.

ОН ўтказиш жараёни кафедра мудири томонидан тузилган комиссия иштирокида мунтазам равишда ўрганиб борилади ва уни ўтказиш тартиблари бузилган ҳолларда, ОН натижалари бекор қилиниши мумкин. Бундай ҳолларда ОН қайта ўтказилади.

Олий таълим муассасаси раҳбарининг буйруғи билан ички назорат ва мониторинг бўлими раҳбарлигида тузилган комиссия иштирокида ЯН ни ўтказиш жараёни мунтазам равишда ўрганиб борилади ва уни ўтказиш тартиблари бузилган ҳолларда, ЯН натижалари бекор қилиниши мумкин. Бундай ҳолларда ЯН қайта ўтказилади.

Талабанинг билим савияси, кўникма ва малакаларини назорат қилишнинг рейтинг тизими асосида талабанинг фан бўйича ўзлаштириш даражаси баллар орқали ифодаланади.

“Рақамли телевидение” фани бўйича талабаларнинг семестр давомидаги ўзлаштириш кўрсаткичи 100 баллик тизимда баҳоланади.

Ушбу 100 балл баҳолаш турлари бўйича қуйидагича тақсимланади:

ЯН - 30 балл, қолган 70 балл эса ЖН -35 балл ва ОН -35 балл қилиб тақсимланади.

 

Балл	Баҳо	Талабаларнинг билим даражаси
86-100	Аъло	Хулоса ва қарор қабул қилиш. Ижодий фикрлай олиш. Мустақил мушоҳада юрита олиш. Олган билимларини амалда қўллай олиш. Моҳиятини тушунтириш. Билиш, айтиб бериш. Тасаввурга эга бўлиш.
71-85	Яхши	Мустақил мушоҳада қилиш. Олган билимларини амалда қўллай олиш. Моҳиятини тушунтириш. Билиш, айтиб бериш. Тасаввурга эга бўлиш.
55-70	Қониқарли	Моҳиятини тушунтириш. Билиш, айтиб бериш. Тасаввурга эга бўлиш.
0-54	Қониқарсиз	Аниқ тасаввурга эга бўлмаслик. Билмаслик.

Фан бўйича саралаш  55 баллни ташкил этади. Талабанинг саралаш балидан паст бўлган ўзлаштириши рейтинг дафтарчасида қайд этилмайди.

Талабаларнинг ўқув фани бўйича мустақил иши жорий, оралиқ ва якуний назоратлар жараёнида тегишли топшириқларни бажариши ва унга ажратилган баллардан келиб чиққан ҳолда баҳоланади.

Талабанинг фан бўйича рейтинги қуйидагича аниқланади: 

R = В*Ў / 100

бу ерда: В- семестрда фанга ажратилган умумий ўқув юкламаси (соатларда);

Ў - фан бўйича ўзлаштириш даражаси (балларда).

Фан бўйича жорий ва оралиқ назоратларга ажратилган умумий

баллнинг 55 фоизи саралаш балл ҳисобланиб, ушбу фоиздан кам балл тўплаган талаба якуний назоратга киритилмайди.

Жорий ЖН ва оралиқ ОН турлари бўйича 55 бал ва ундан юқори бални тўплаган талаба фанни ўзлаштирган деб ҳисобланади ва ушбу фан бўйича якуний назоратга кирмаслигига йўл қўйилади.

Талабанинг семестр давомида фан бўйича тўплаган умумий бали ҳар бир назорат туридан белгиланган қоидаларга мувофиқ тўплаган баллари йиғиндисига тенг.

ОН ва ЯН турлари календарь тематик режага мувофиқ деканат томонидан тузилган рейтинг назорат жадваллари асосида ўтказилади. ЯН семестрнинг охирги 2 ҳафтаси мобайнида ўтказилади.

ЖН ва ОН назоратларда саралаш балидан кам балл тўплаган ва узрли сабабларга кўра назоратларда қатнаша олмаган талабага қайта топшириш учун, навбатдаги шу назорат туригача, сўнгги жорий ва оралиқ назоратлар учун эса якуний назоратгача бўлган муддат берилади.

Талабанинг семестрда ЖН ва ОН турлари бўйича тўплаган баллари ушбу назорат турлари умумий балининг 55 фоизидан кам бўлса ёки семестр якуний жорий, оралиқ ва якуний назорат турлари бўйича тўплаган баллари йиғиндиси 55 балдан кам бўлса, у академик қарздор деб ҳисобланади.

Талаба назорат натижаларидан норози бўлса, фан бўйича назорат тури натижалари эълон қилинган вақтдан бошлаб бир кун мобайнида факультет деканига ариза билан мурожаат этиши мумкин. Бундай ҳолда факультет деканининг тақдимномасига кўра ректор буйруғи билан 3 (уч) аъзодан кам бўлмаган таркибда апелляция комиссияси ташкил этилади.

Апелляция комиссияси талабаларнинг аризаларини кўриб чиқиб, шу куннинг ўзида хулосасини билдиради.

Баҳолашнинг ўрнатилган талаблар асосида белгиланган муддатларда ўтказилиши, ҳамда расмийлаштирилиши факультет декани, кафедра мудири, ўқув-услубий бошқарма, ҳамда ички назорат ва мониторинг бўлими томонидан назорат қилинади.

 

Талабалар ОН дан тўплайдиган балларнинг намунавий мезонлари

 

№	Кўрсаткичлар	ОН баллари
		Макс.	ОН
1	Дарсларга қатнашганлик даражаси. Маъруза дарсларидаги фаоллиги, Конспект дафтарларининг юритилиши ва тўлиқлиги.	10	0-10
2	Талабаларнинг мустақил таълим топшириқларини ўз вақтида ва сифатли бажариши ва ўзлаштириш.	10	0-10
3	Оғзаки савол-жавоблар, коллоквиум ва бошқа назорат турлари натижалари бўйича	20	0-20
Жами ОН баллари		40	0-40

 

Талабалар ЖН дан тўплайдиган балларнинг намунавий мезонлари

№	Кўрсаткичлар	ЖН баллари
		Макс.	ЖН
1	Дарсларга қатнашганлик даражаси. Маъруза дарсларидаги фаоллиги. Конспект дафтарларининг юритилиши ва тўлиқлиги.	10	0-10
2	Талабаларнинг мустақил таълим топшириқларини ўз вақтида ва сифатли бажариши ва ўзлаштириш.	10	0-10
3	Оғзаки савол-жавоблар, коллоквиум ва бошқа назорат турлари натижалари бўйича	10	0-10
Жами ЖН баллари		30	0-30

 

Якуний назорат “Ёзма иш” шаклида белгиланган бўлса, у ҳолда якуний назорат 30 баллик “Ёзма иш” вариантлари асосида ўтказилади.

Агар якуний назорат марказлашган тест асосида ташкил этилган бўлиб фан бўйича якуний назорат “Ёзма иш” шаклида белгиланган бўлса, у ҳолда якуний назорат қуйидаги жадвал асосида амалга оширилади.

 

№	Кўрсаткичлар	ЯН баллари
		Макс.	Ўзгариш оралиғи
1	Фан бўйича якуний ёзма иш назорати	30	0-30
Жами ЯН баллари		30	0-30

 

Якуний назоратда “Ёзма иш”ларни баҳолаш мезони

Якуний назорат “Ёзма иш” шаклида амалга оширилганда, синов кўп вариантли усулда ўтказилади. Ҳар бир вариант 3 та назарий саволдан иборат. Назарий саволлар фан бўйича таянч сўз ва иборалар асосида тузилган бўлиб, фаннинг барча мавзуларини ўз ичига қамраб олган.

Ҳар бир назарий саволга ёзилган жавоблар бўйича ўзлаштириш кўрсаткичи 0-10 балл оралиғида баҳоланади. Талаба  максимал 30 балл тўплаши мумкин.

Ёзма синов бўйича умумий ўзлаштириш кўрсаткичини аниқлаш учун вариантда берилган саволларнинг ҳар бири учун ёзилган жавобларга қўйилган ўзлаштириш баллари қўшилади ва йиғинди талабанинг якуний назорат бўйича ўзлаштириш бали ҳисобланади.

 

Тавсия этилган адабиётлар рўйхати

Асосий адабиётлар

 

1.Jian Song, Zhixing Yang, JunWang. Digital Terrestrial Television  Broadcasting: Technology and System. IEEE Press. Canada.2015. 456.

2.John Arnold, Michael Frater, Mark Pickering. Digital Television Technology and Standards. The University of New South Wales, ADFA Canberra, ACT, Australia. 2007. 644р.

3. Walter Fischer. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Engineering Guide. Germany. Walter.Fischer@Rohde-Schwarz.com  2010. 828р.

4. А.В.Смирнов, А.Е.Пескин. Цифровое телевидение: от теории к практике. – 2005. 340 с.

5. Б.А. Локшин Цифровое вещание: - от студии к телезрителю - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2001. 446 с.

 

Қўшимча адабиётлар

 

1.          Пескин А. Е., Труфанов В. Ф. Мировое вещательное телевидение. Стандарты и системы: Справочник. – 2004.

2.          Ричард Брайс. Руководство по цифровому телевидению. ДМК. Москва 2002. 278 с.

3.          Артюшенко В.М., Шелухин О.И., Афонин М.Ю. «Цифровое сжатие видеоинформации и звука» И.: Москва 2003г. 430 с.

4.           Ковалгин Ю.А., Вологдин Э.И. «Цифровое кодирование звуковых сигналов» И.: Корона принт. Санкт-Петербург 2004г, 230 с.

5.          Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. - 384 с.

6.           В. Воробьев, В. Грибунин. Теория и практика вейвлет-преобразования. – НИН В.Г. ВУС, 1999. 204 с.

7.           Селомон Д. «Сжатие данных, изображения и звука». Издательство: Техносфера 2004 г. 368с.

8.          Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Издательство Додека. 1996. 385 с.

 

Internet сайтлари

 

1. http://www.compression.ru/
2. http://codecs.org.ua
3. http://rus.625-net.ru
4. www.ISSI.com
5. www.ccitt.uz
6. www.tuit.uz

 

ЎҚИТИШ ШАКЛЛАРИ

 

            Мазкур фан бўйича қуйидаги ўқитиш шаклларидан фойдаланилади:

-         маърузалар, амалий машғулотлар (маълумотлар ва технологияларни англаб олиш, ақлий қизиқишни ривожлантириш, назарий билимларни мустаҳкамлаш);

-         давра суҳбатлари (кўрилаётган лойиҳа ечимлари бўйича таклиф бериш қобилиятини ошириш, эшитиш, идрок қилиш ва мантиқий хулосалар чиқариш);

-         баҳс ва мунозаралар (лойиҳалар ечими бўйича далиллар ва асосли аргументларни тақдим қилиш, эшитиш ва муаммолар ечимини топиш қобилиятини ривожлантириш).

II. МОДУЛНИ ЎҚИТИШДА ФОЙДАЛАНИЛАДИГАН ИНТЕРФАОЛ ТАЪЛИМ МЕТОДЛАРИ

 

“SWOT-таҳлил” методи.

Методнинг мақсади: мавжуд назарий билимлар ва амалий тажрибаларни таҳлил қилиш, таққослаш орқали муаммони ҳал этиш йўлларни топишга, билимларни мустаҳкамлаш, такрорлаш, баҳолашга, мустақил, танқидий фикрлашни, ностандарт тафаккурни шакллантиришга хизмат қилади.

 

Намуна:  Ўзбекистон Республикасида IPTV тизимининг ривожланиш истиқболларини  SWOT таҳлилини ушбу жадвалга туширинг.

 

 

 

“Ақлий ҳужум” методи

   “Ақлий ҳужум” методининг моҳияти  жамоа ҳамкорлиги асосида  муаммони ечиш жараёнларини вақт бўйича бир қанча босқичларга  (ғояларни генерациялаш, уларни танқидий ва конструктив ҳолатда ишлаб чиқиш) ажратишдан иборат.

   Дарс жараёнида  ақлий ҳужумдан мақсадли фойдаланиш ижодий, ностандарт тафаккурлашни ривожлантириш гарови ҳисобланади.   “Ақлий ҳужум” ни уюштириш бир мунча содда бўлиб, ундан таълим мазмунини ўзгартириш жараёнида фойдаланиш билан биргаликда ишлаб чиқариш муаммоларининг ечимини топишда ҳам жуда қўл келади. Дастлаб гуруҳ йиғилади ва улар олдига муаммо қўйилади. Бу муаммо ечими тўғрисида барча иштирокчилар ўз фикрларини билдирадилар. Бу босқичда ҳеч кимнинг ўзга киши ғояларига  ҳужум қилиши ва баҳолашига  ҳаққи йўқ. Демак, “ақлий ҳужум”  йўли билан қисқа минутларда ўнлаб ғояларни юзага чиқариш имкониятлари мавжуд бўлади. Аслини олганда ғоялар сонини қўлга киритиш асосий мақсад эмас, улар муаммо ечимини оқилона ишлаб чиқиш учунгина асос бўладилар. Бу метод шартларидан бири ҳеч қандай ташқи таъсирсиз қатнашувчиларнинг  ҳар бири фаол иштироки бўлиши керак. Билдирилган ғояларнинг  беш ёки олтитасигина  асосий ҳисобланиб, муаммо ечимини топишга  салоҳиятли имкониятлар яратади.

   Шундай қилиб,  “ақлий ҳужум” қоидаларини қуйидагича белгилаш мумкин:

   *олға сурилган ғоялар баҳоланмайди ва танқид остига олинмайди;

  *иш сифатига эмас, сонига қаратилади, ғоялар қанча кўп бўлса, шунча яхши;

   *исталган ғояларни мумкин қадар кенгайтириш ва ривожлантиришга қаратилади;

   *муаммо ечимидан узоқ ғоялар ҳам қўллаб қувватланади;

   *барча ғоялар ёки уларнинг мағзи (фаразлари) қайд этиш йўли билан ёзиб олинади;

   *”ҳужум”ни ўтказиш вақти аниқланади ва унга риоя қилиниши шарт;

   *бериладиган саволларга қисқача (асосланмаган) жавоблар бериш кўзда тутилиши керак.

   Вазифаси.   “Ақлий ҳужум” қийин вазиятлардан қутулиш чораларини топишга, муаммони кўриш чегарасини кенгайтиришга, фикрлаш бир хиллилигини йўқотишга ва тенг доирада тафаккурлашга имкон беради. Энг асосийси, муаммони ечиш жараёнида курашиш муҳитидан ижодий ҳамкорлик кайфиятига ўтилади ва гуруҳ (аудитория)  янада жипслашади.

   Объекти. Қўллаш мақсадига кўра универсал ҳисобланиб, тадқиқотчиликда (янги муаммони ечишга имкон яратади), ўқитиш жараёнида (ўқув материалларини тезкор ўзлаштиришга қаратилади),  ривожлантирилади (ўз-ўзини бир мунча самарали бошқариш асосида фаол фикрлашни шакллантиради), асқотади.

  

Қўлланиш усули. “Ақлий ҳужум” иштирокчилари олдига қўйилган муаммо бўйича ҳар қандай мулоҳаза ва таклифларни билдиришлари мумкин. Айтилган фикрлар ёзиб борилади ва уларнинг муаллифлари ўз фикрларини қайтадан хотирасида тиклаш имкониятига эга  бўлади. Метод самараси фикрлар хилма-хиллиги билан тавсифланади ва ҳужум давомида улар ташкил қилинмайди, қайтадан ифодаланмайди. Ақлий ҳужум тугагач, муҳимлик жиҳатига кўра энг яхши таклифлар генерацияланади ва муаммони ечиш учун зарурлари танланади.

 

“Ажурли арра” методи

 

   “Ажурли арра” методи тузилиш жиҳатдан ўзида қуйидаги босқичларни қамраб олади.

    1. Топшириқни бўлиш. Топшириқ ва матнли материаллар бир нечта асосий қисмларга (ёки мавзуларга) киритилади.

   2. Эксперт гуруҳлар.  Қўлида бир мавзуга оид ўқув топшириқлари мавжуд бўлган талаблар мавзуни муҳокама қилиш, бошқаларга ўргатиш режасини эгаллаш учун эксперт гуруҳга бирлашадилар.

   3. Бирламчи гуруҳлар. Талабалар ўзларининг бирламчи гуруҳларига қайтадилар ва эксперт гуруҳларда ўрганганларини ўқитишади.

   “Ажурли арра” методи моҳиятига аниқлик киритиш учун баъзи бир тавсияларни ёритиш лозим.

   1.Ўқитиш жараёнига бу тарзда ёндошилганда Талабаларнинг ҳамкорликда ишлашига  ва қисқа вақт ичида катта ҳажмдаги ахборотларни ўзлаштиришларига имкон яратилади.

   2.У ёки бу фаолиятни дарсда амалга ошириш учун Талабаларга бошланғич ахборотларни узатиш зарурияти туғилса, маъруза ўрнини боса оладиган самарали инструментарий ҳисобланади.

   3.Ўқитувчи мураккаб мазмунли мавзулар бўйича Талабаларни дарсга тайёрлаш учун олдиндан уларнинг ҳар бирига мўлжалланган алоҳида ахборотли пакет тайёрлайди. Унда дарсликдан, қўшимча тарзда газета, журнал, мақолалардан материаллар бўлиши керак.

   4. Ҳар бир Талаба 2 гуруҳ таркибида иштирок этади: дастлаб ”ўз уйи” (бирламчи) гуруҳига, кейин эса “эксперт гуруҳига бирлашиб, ўқув элементларини мустақил ўрганишади. Эксперт гуруҳини тезда ташкил этиш учун  Талабалар олган ахборотли пакетларда ҳар бир мавзуга оид материаллар бир хил рангдаги қоғозларга ёзилган ёки рангли қалам билан қоғознинг бирон-бир бурчаги бўялгани маъқул.

   5. Ҳар бир гуруҳда 3 тадан 5 тагача ўқувчи (ўқувчиларнинг сонига қараб) бўлиши мумкин. Ҳар бир Талаба “ўз уйи”дагиларни қайта учрашиш жойини аниқлаб олиши керак.

   6.Ўқитувчи Талабаларни “рангли” топшириқлар асосида гуруҳга бирлаштиришни таклиф этади ва улар алоҳида мавзулар бўйича экспертга айланади.  Мисол учун, “қизил”ларни  аудитория хонаси охирида, “кўк”ларни эса йўлакчада учрашиш белгиланади. Ҳар бир эксперт гуруҳда 3 тадан кам Талаба бўлмаслиги керак.

   7. Гуруҳларга ахборотли пакет тарқатилади. Ҳар қайси гуруҳ турли хил материаллар тўпламини олишлари  ва уларни ўқиши, муҳокама қилиши, айнан шу ахборотлар бўйича экспертга айланиши лозим, ўқув материаллари тўпламини олишлари ва уларни ўқиши, муҳокама қилиши, айнан шу ахборотлар бўйича  “эксперт” бўлиши учун ўқувчиларда  вақт етарли бўлиши керак.  Бу учун агар материаллар мураккаб ва катта бўлса, эҳтимол, бир дарс тўлиқ талаб қилинади.

   8. Талабаларга қуйидаги топшириқлар берилади:

   -пакетдаги материалларни қунт билан ўрганинг ва муҳокама қилинг;

   -бир-бирингиздан сўранг ва ўқув материалларини  ҳар бирингиз тушуниб олганингизга ишонч ҳосил қилинг;

   -ўз “уйингиз“  гуруҳини ўқитиш зарурлигини ҳисобга олиб,  материалларнинг муҳим ўқув элементларига эътиборни қаратинг:

   9. Талабаларнинг ўз “уйларига” қайтишларини илтимос қилинг.  Ҳар ким ўз “уйи”-гуруҳига ахборот беради. Шаксиз, “уй” гуруҳида эксперт гуруҳларидан биттадан Талаба бўлиши шарт, Талаба ўрганиб келган материалларни ўз гуруҳи Талабаларига ўргатиш жавобгарлигини бўйнига олиб, яна бир соат давом этиши мумкин.

   10. Талабалар бир-бирларидан ахборотларни ўрганиб бўлишгач, ўқитувчи олдиндан режалаштирилган фаолият турини ўтказиши мумкин.

 

“Муаммо” технологияси

   Технологиянинг мақсади:  Талабаларга ўқув фанининг мавзусидан келиб чиққан турли муаммоли масала вазиятларининг ечимини тўғри топишларига ўргатиш, уларда муаммо моҳиятини аниқлаш бўйича малакаларни шакллантириш, муаммолар ечишнинг баъзи усуллари билан таништириш ва услубларни тўғри танлашга ўргатиш,  муаммони келиб чиқиш сабабларини, муаммони ечишдаги ҳатти-ҳаракатларни тўғри аниқлашга ўргатади.  

Машғулотнинг ўтказиш тартиби:

Ўқитувчи Талабаларни гуруҳларга ажратиб, уларни ўринларига жойлаштирилгандан сўнг, машғулотни ўтказиш тартиб-қоидалари ва талабларини тушунтиради, яъни у машғулотни босқичли бўлишини ва ҳар бир босқич Талабалардан максимум диққат-эътибор талаб қилиниши, машғулот давомида улар  якка, гуруҳ ва  жамоа бўлиб  ишлашларини айтади. Бундай кайфият Талабаларга берилган топшириқларни бажаришга тайёр бўлишларига ёрдам беради ва бажаришга қизиқиш ўйғотади. Машғулотни ўтказиш тартиб-қоидалари ва талаблари тушунтирилгач, машғулот бошланади:

   Талабалар томонидан машғулот учун тайёрланган кинолавҳани диққат билан томоша қилиб, унда ёритилган муаммони аниқлашга ҳаракат қилиш, хотирада сақлаб қолиш ёки дафтарга белгилаб қўйиш (агар кинофильм кўрсатишнинг имконияти бўлмаса, у ҳолда ўқитувчи ўқув предметининг мавзуси бўйича плакат, расм, афиша ёки бир муаммо баён қилинган матн, китобдаги ўқув материалидан фойдаланиш мумкин):

   *ҳар бир гуруҳ аъзолари томонидан ушбу лавҳадан (расмдан, матндан, ҳаётий воқеадан) биргаликда аниқланган муаммоларни ватман ёки форматдаги қоғозга фломастер билан ёзиб чиқилади;

   *берилган аниқ вақт тугагач, тайёрлаган ишни гуруҳ вакиллари томонидан ўқиб эшиттирилади;

  *ўқитувчи гуруҳлар томонидан танланган ва муаммолар ёзилган қоғозларни алмаштирган ҳолда гуруҳларгаи тарқатилади;

   *тарқатилган қоғозларда гуруҳлар томонидан ёзилган муаммолардан ҳар бир гуруҳ аъзоси ўзини қизиқтирган  муаммодан бирини  танлаб олади;

   *ўқитувчи томонидан тарқатилган қуйидаги чизмага ҳар бир гуруҳ аъзоси ўзини қизиқтирган муаммодан бирини танлаб олади;

   *ўқитувчи томонидан тарқатилган қуйидаги чизмага ҳар бир гуруҳ аъзоси  танлаб олган муаммосини ёзиб, мустақил равишда таҳлил этади.

“БЛИЦ ЎЙИН” методи - ҳаракатлар кетма-кетлигини тўғри ташкил этишга мантиқий фикрлашга, ўрганаётган предмети асосида кўп, хилма хил фикрлардан, маълумотлардан кераклигини танлаб олишни ўргатишга қаратилган. Ушбу технология Талабаларга тарқатилган қоғозларда кўрсатилган ҳаракатлар кетма кетлигини  аввал якка ҳолда мустақил равишда белгилаб, сўнгра ўз фикрини бошқаларга ўтказа олиш ёки ўз фикрида қолиш, бошқалар билан ҳамфикр бўла олишга ёрдам беради.

“БУМЕРАНГ” техникаси – Талабаларни дарс жараёнида, дарсдан ташқарида турли адабиётлар, матнлар билан ишлаш, ўрганилган материалларни ёддан сақлаб қолиш, сўзлаб бера олиш, фикрни эркин ҳолда баён эта олиш ҳамда бир дарс давомида барча Талаба талабаларни баҳолай олишга қаратилган. “Бумеранг” технологияси танқидий фикрлаш, мантиқли шакллантиришга, имконият яратади; хотирани, ғояларни, фикрларни, даллилларни ёзма ва оғзаки шаклларда баён қилиш кўникмаларини ривожлантиради .

“СИНКВЕЙН” методи – таълим олувчиларни ахборотларни қисқа баён этишга ўргатади, ҳамда олинган маълумотлар устида чуқур иланишга чорлайди.

 “ҚОРА ҚУТИ” методи – Талабалар бу метод асосида ечиладиган муаммолар аниқ вазиятни таҳлил қилиш орқали амалга оширилади, муаммолар сабаби йўл-йўлакай аниқланади.

“ЛОЙИҲА” методи – таълим олувчиларнинг инвидуал ёки гуруҳларда белгиланган вақт давомида, белгиланган мавзу бўйича ахборот йиғиш, тадқиқот ўтказиш ва амалга ошириш ишларини олиб боришидир. Бу методда таълим олувчилар режалаштириш, қарор қабул қилиш, амалга ошириш, текшириш ва хулоса чиқариш ва натижаларни баҳолаш жараёнларида иштирок этадилар.

 

 

 

III. НАЗАРИЙ МАТЕРИАЛЛАР

7-семестр

1-мавзу: Кириш. Телерадиоэшиттиришнинг аналог стандартлари.

Режа:

 

1.1.            Телевидениенинг қисқача тарихи

1.2.            Телевизион сигналнинг таркиби, шакли ва спектри

1.3.            Телевидение эшиттиришлари стандартлари

1.4.            Рангли телевидение стандартлари.

 

КИРИШ

 

Рақамли телевидение ва радиоэшиттириш соҳасининг замонавий босқичлари глобал ахборот тармоғини рақамли тизимларга ўтиши ва уларнинг эволюцион ривожланиши билан характерланади.

Рақамли технологиялар алоқа тармоғида кўп дастурли телевизион ва радиоэшиттиришни амалга ошириш, телекоммуникацион хизмат турларини кенгайтириш ва сигнал сифатини янада ошириш имконини беради.

Дастлаб 1998-1999 йилларда АҚШ, Франция ва Россияда ўтказилган телевизион узатгичлар синовлари, сигналларни рақамли қабул қилгичларга қабул қилиш жараёнида узатгичларнинг қувватини анчагина пасайтириш, пировардида, электр энергияси сарфларини камайтириш ва албатта сифатни янада ошириш мумкинлигини кўрсатган.

Рангли PAL, SECAM ва NTSC аналог тизимларида, 40 йилдан ортиқ давр мобайнида метрли ва дециметрли тўлқин диапазонларида, телевизон эшиттиришлар эфирга узатилмоқда. Ушбу даврда бутун дунё бўйлаб телевизион сигналларнинг ривожланган узатиш ва қабул қилиш тизими юзага келган. Бу орада аппарат-студия воситаларининг такомиллашуви кузатилди ва сўнгги йилларда рақамли техниканинг ривожланиши видео ва аудио сигналларни яратиш ва шаклланитириш амалиётида рақамли ва компьютер технологияларини татбиқ қилиш имкониятини яратган. Бироқ, аналог сигналларни узатишга мўлжалланган мавжуд тармоқлар, дастурий маҳсулотларни рақамли техника ёрдамида шакллантириш ва янги хизмат турларини тақдим этишда қатор чекловларни ўрнатиб, рақамли тармоқ имкониятларини тўлиқ даражада намоён этишга тўсқинлик қилаётган холлар кузатилган. Шунинг учун, тадқиқотлар асосида мавжуд аналог каналлар бўйича рақамли сигналларни узатиш имконияти мавжуд эканлиги тасдиқлангандан сўнг, дунёда қатор халқаро ва миллий тадқиқот лойиҳалари иш бошладики, уларнинг пировард мақсади – аналог телевидение (ТВ) тизимига муқобил бўладиган рақамли телевидение тизимини яратиш бўлди.

Рақамли телевидение тизимлари аналогларга нисбатан қуйидаги афзалликларга эга:

-            Эшиттириш тармоғида узатилаётган теле каналлар сонининг бир неча бор кўплиги;

-            Тасвир ва овоз сифатининг юқорилиги;

-            Узатиш қурилмаларида аналог тизимга нисбатан кам қувват сарфланиши;

-            Тармоқни лойиҳалашда кенг имкониятларнинг мавжудлиги, тизим параметрларини танлаш эвазига керакли узатиш сифатига эришиш, қўшимча хизматлар турини бошқариш, қамров ҳудудини танлаш;

-            Мобиль ва кўчма қабул қилгичларда сифатли сигнал қабул қилиш;

-            Бир частотали тармоқларни ташкил қилиш;

-            Маълумотлар оқимини бирлаштириб (мультиплексирлаш) узатиш ҳисобига радиочастота спектридан унумли фойдаланиш;

-            Бошқа рақамли (йўлдош ва кабель) тизимларга нисбатан арзон татбиқ қилиниши, яъни тармоқ операторлари учун – аналог телевидение инфраструктурасидан фойдаланиш, мижозлар учун эса – мавжуд антенна тизимидан фойдаланиш;

-            Кичик қувватли рақамли станциялар қуриш ҳисобига қисқа вақт (2-5 йил) ичида  ва кам харажатлар эвазига аҳолини хизматлар билан таъминлаш;

-            Рақамли телевидение тизимини Интернет тармоғи билан бириктириш имконияти;

-            Интерфаол хизмат турларини ташкил қилиш.

Шу сабабли кўпчилик давлатлар, шу жумладан Ўзбекистон ҳам, аналог телевидениедан рақамлига ўтиш бўйича жадал ҳаракат қилмоқда.

Ўзбекистон ҳудудида рақамли телевизион тизимни татбиқ этиш босқичма-босқич олиб борилмоқда:

-       2005 йил – танланган рақамли телевизон ва овозли эшиттириш тизимини локал бир зонада қандай ишлашини текшириш;

-       2006 йил – рақамли телевизон ва овозли эшиттиришни бир ва бир неча зонада мунтазам олиб бориш, бунда, телевизион дастурлар сонининг етарли ва турли бўлишига эътибор қаратиш;

-       2007 – 2009 йиллар – рақамли телевизон эшиттириш қамров ҳудудини вилоятлар марказлари ва катта шаҳарларида татбиқ қилиш;

-       2010-2015 йиллар – умуммиллий рақамли телевизон ва овоз эшиттириш тизимини ишга тушириш ва кенгайтириш.

2008 йилдан буён Ўзбекистонда рақамли телевидение DVB-T стандарти асосида фаолият юритиб келмоқда. Эшиттириш MPEG-4 (Н.264) форматида олиб борилмоқда. Лойиҳани тижорат усулида ривожлантириш “UzDigital TV”  корхонаси томонидан амалга оширилмоқда. Бу телевизион дастурларни қабул қилиш учун Тошкентда “TELMAX Elektronics” МЧЖ томонидан ишлаб чиқарилган абонент қўшимча қурилмалар ёрдамида амалга оширилмоқда.

Булар рақамли телевидение соҳасининг ривожланиши ва унга хизмат кўрсатиш юқори малакали мутаҳассисларга бўлган эҳтиёжни келтириб чиқаради. Ушбу эҳтёжни қондириш ва мутаҳассислар билимини бойитиш мақсадида ушбу ўқув қўлланмаси яратилди.

Ушбу китобнинг мақсади - рақамли телевидение соҳаси бўйича бўлажак мутахассисларни, замонавий рақамли техника ва сигналларни рақамли сиқиш ҳамда уларни алоқа канали бўйлаб узатиш усуллари билан таништиришдир.

Рақамли аппаратура студиясининг тузилиши, телекўрсатувларни яратиш, монтаж қилиш ва ёзиб олиш масалалари рақамли эшиттириш техникасининг мустақил бўлими саналади ва уларни алоҳида кўриб чиқиш тавсия қилинади. Шунинг учун ҳам, ушбу китобда бу масалалар кўриб чиқилмайди. Китоб телерадиоэшиттириш, радиотехника йўналиши талабалари, магистрантлари, ўз билим доирасини кенгайтиришни мақсад қилган бошқа мутаҳассислик инженерлари, ва албатта, рақамли эшиттириш фидойилари учун ҳам фойдали бўлади деб ҳисоблаймиз. Юқоридагиларни инобатга олган ҳолда, ушбу китобда, рақамли телевидениенинг мавжуд ва истиқболли тизимлари, уларнинг ишлаш принциплари ва қабул қилувчи қурилмаларнинг элементлари базаси кўриб чиқилган.

Муаллифлар ушбу китобни ёзишда, ундаги келтирилган маълумотлар ўқувчига тушунарли ва қизиқарли бўлишига интилди, ва унга қатор график материалларни киритди. Бунга эришиш учун, китобни тушунишда математик аппаратни қўллаш минималлаштирилиб, маълумотларни иложи борича содда тушунтиришга катта аҳамият қаратилган.

Ушбу қўлланмани доцент Х.С.Соатов кириш, 5-бобни, доцент И.А. Гаврилов -6-7-8 бобларини ва 2-3-4-бобларни А.Н.Пузий ва Х.Х.Носировлар билан, профессор Т.Г.Рахимов 1-бобни, Ш.М.Кадиров 9-бобни ёзишган. Умумий тахрирни доцент Х.С.Соатов амалга оширган.

Ушбу қўлланмани яратишда Филатова Е.А., Ибраева С.М., Игнатьева О.С., Чернышёв А.А., Кабанова Ю.Ф., Суворова М.Ю., Назарова К.Р., Савицкая Д.А. ларнинг илмий изланишларидан фойдаланилган ва уларга ушбу ёрдамлари учун катта миннатдорчилик изҳор этамиз. Д.Б.Мухамедовага график маълумотларни тайёрлагани учун алоҳида миннадорчилик билдирамиз.

 

1.ТЕЛЕВИДЕНИЕНИНГ ҚИСҚАЧА АСОСЛАРИ

 

Телевидениенинг механик тизимдан электронга, оқ–қорадан ранглига, аналогдан рақамлига ўтишига 100 йилдан ортиқ вақт ҳамда катта ҳажмдаги ақлий ва молиявий харажатлар талаб этилган. Шунинг учун ҳам телевидениеда, худди бошқа техник тизимлардаги каби эски ва янги авлодларнинг ўзаро мутаносиблиги талаб қилинган. Шундай экан, оқ – қора телевидениедан ранглигига ўтишда дунёда нафақат кўп миқдорда оқ - қора телевизорлар паркини ҳисобга олиш, балки бутун бошли оқ-қора телевидение инфратузилмаси: узатгичлар, радиорелей, кабель ва сунъий йўлдош узатиш тизимлари қайта яратилган. Рангли телевидениени узатувчи ва канал ҳосил қилувчи мосламалар оқ-қора телевидение асосида шакллантирилган. Шу сабабдан, янги яратилаётган тизимлар оқ-қора телевидение негизида яратилиши ва мавжуд тизимларга ҳалал бермасдан ишлаши талаб қилинган. Юқоридагиларни инобатга олган ҳолда, замонавий рақамли телевидение аналог телевидение негизида яратилганлини таъкидлаш мумкин. Шундай экан, рақамли телевидение тизимини қуриш омилларини тушуниш учун телевидениенинг асосий принцип ва стандартларига тўхталиб ўтамиз.

 

 

1.1.Телевидениенинг қисқача тарихи

 

“Телевидение” (узоқдан кўриш ёки масофадан кўриш) атамасини илк бор рус ҳарбий муҳандис–электриги К.Д. Перский 1890 йилда Парижда бўлган халқаро конгрессда ишлатган.

Телевидениенинг негизида учта физик жараён ётади:

- ёруғлик энергиясини электр сигналга айлантириш;

- алоқа каналлари орқали сигналларни узатиш ва қабул қилиш;

- узатилган электр сигнални тиклаш ва дастлабки оптик тасвирга айлантириш.

Оптик тасвирни электр энергиясига айлантириш учун турли

фотоэлементлар ва фотоузгартиргичлар ишлатилади. Агар бир дона фотоэлемент ишлатилса, унинг чиқишидаги кучланиш саҳнанинг ўртача ёруғлигига тенг бўлади ва ҳеч қандай тасвир юзага келмайди. Шунинг учун фотоэлементларнинг миқдори кўп бўлиши лозим, ва улар қанча кўп бўлса, тасвир сифати шунча юқори бўлади. Узатиш стандартига кўра, фотоэлементлар сони 550 мингтага яқин бўлиши лозим. Табиийки, бу сигнални узатиш учун ҳеч қачон 550 мингта каналдан фойдалана олмаймиз. Шунинг учун сигналларни битта канал бўйлаб кетма-кет узатилади. Бундай узатишни ёйиш деб аталади. Телевидениенинг ёйиш жараёни иккита омилга асосланган.

1.    Тасвирни элементларга (пикселларга) ажратиш омили – пикселлар сони қанча юқори бўлса, тасвир сифати ҳам шу қадар юқори бўлади;

2.    Ёйиш омили – тасвир элементларини кетма–кет узатиш ва қабул қилиш.

Шундай қилиб экрандаги тасвир – иллюзия(ҳаёлий) бўлиб, у кўришимизнинг инерционлиги ҳисобига юзага келади. Аслида эса, вақтнинг ҳар бир лаҳзасида экранда фақат биргина нуқта ёритилади. Ёйиш жараёни ҳисобига экраннинг ҳар бир нуқтаси катта тезликда кетма-кет ёритилади ва натижада биз кўраётган яхлит оптик тасвир ҳосил бўлади.

Дастлабки телевизион тизимларида оптик ёйиш учун бир дона фотоўзгартиргичдан фойдаланилган. У немис талабаси Паул Нипков томонидан 1884 йилда яратилган бўлиб, “Нипков диски” номини олган. У катта диаметрли шаффоф бўлмаган диск бўлиб, унинг ташқи чеккаси бўйлаб Архимед спирали кўринишида оралиқ масофаси аниқ белгиланган тешиклар (18 тадан 240 тагача – ёйиш сатрлари миқдори) тешилган (1.1-расмга қаранг). Ушбу диск асосида яратилган телевизорлар, эса ҳозирги замонавий телевидение қабул қилиш қурилмаларига умуман ўхшамаган (1.2–1.5-расмлар).

Нипков тизимининг соддалиги кейинги босқичда бир неча оптика–механикавий телевидение тизимларини яратилишига сабаб бўлди. 1931 йилда Москва электротехника институти жамоаси Шманов П.В раҳбарлигида Ленинградга (ҳозирда Санкт-Петербург шаҳри) экспрементал тасвирларни радиоузатишини амалга оширишган. Тасвирда 30 та сатр, кадрлар частотаси 12,5 Гц (1200 тасвир элементи) бўлган ҳамда 379 ва 720 метрли тўлқинларда узатилган.

 

1.1-расм. Нипков диски асосидаги оптико-механик телевидение тизими

 

 

1.2-расм. Бэрднинг дискли телевидение камераси ва электромеханик телевизорнинг тузилиши

 

1934 йилнинг кузидан бошлаб эса бу узатишлар мунтазам равишда олиб борилган. Бир йилдан сўнг Ленинграднинг Козицкий номидаги заводи Б-2 моделли телевизорларнинг

биринчи партиясини чиқара бошлаган (1.3-расм).

 

1.3-расм. Биринчи механик телевизор (Б-2 модели)

 

1934 – 1935 йилларга келиб ойнали барабандан фойдаланилган оптико–механик тизимлар пайдо бўлган. Уларнинг ёйиш имконияти 180тадан  хатто 375тагача бўлган  сатрни ташкил этган. Сатрлар сонининг ортиши ҳар бир сатрни ўқиш вақтини қисқаришига олиб келган ва тасвир сезувчанлигини пасайишига сабаб бўлган. Бундан ташқари, ушбу турдаги телевизорлар жуда ҳам мураккаб тузилишга эга бўлганлар ва тасвир сифати ҳам анча паст бўлган. Шу сабабдан, оптика–механикавий усулдан электрон усулга ўтишга эҳтиёжи туғилган.

1907 йилда рус олими Борис Розинг ҳозирги телевизор экранинг дастлабки турини яратган ва унга патент олган, яъни ҳозирги замон электрон-нурли трубкаларга –кинескопларга асос солган.

1925 йилда Тошкентда Грабовский раҳбарлигида тўлиқ электрон телевидение тизими лойиҳаси биринчи бўлиб яратилган. Унда узатувчи ва қабул қилувчи тарафларда электрон нурли трубка қўлланилган. Аммо Б.П. Розингнинг шогирди В.К.Зворыкин яратган электрон телевидение тизими кўпрок машҳур бўлган ва у электрон телевидениенинг асосчиси ҳисобланади.

 

1.4-расм. Иккинчи механик телевизор
 (Пионер модели, 1934 й.)

 

1.5-расм. Телевизорлар дизайни эркин танланган (1928 й.)

 

Бугунги кунда телевидение деб ҳаракатланувчи ва ҳаракатланмайдиган жисмлар тасвирларини электр алоқа воситалари ёрдамида реал ва ўзгартирилган вақт масштабида узатиш ва қабул қилиш билан шуғулланувчи замонавий радиоэлектроника соҳасига айтилади.

 

 

 

1.2 Телевизион сигналнинг таркиби, шакли ва спектри

 

Эшиттиришда ишлатиладиган тўлиқ телевизион сигнал (ТТС) нинг сатрлар ва кадрлар бўйича кўриниши 1.6-расмда кўрсатилган ва у қуйидагилардан иборат:

1.    Видео (ёруғлик) сигнал.

2.    Сатр ва кадрларни ўчирувчи импульслар (СЎИ, КЎИ).

3.    Сатр ва кадрларни синхронлаштирувчи импульслар (ССИ ва КСИ).

4.    Кадр синхроимпульсини кесувчи иккиланган сатр частотаси.

5.    Тенглаштирувчи импульслар.

6.    Ёруғликнинг ўзгармас ташкил этувчиси.

Видеосигнал шакли. Фотоэлементдан чиқаётган сигнал тасвир элементларининг ёритилганлигига пропорционал ва вақтнинг функциясидир. 1.6-расмга диққат билан қаралса, сигналнинг юқори қиймати оқ нурнинг, паст қиймати қора нурнинг, оралиқ қиймат эса кул рангнинг чегараларига мос келиши кўринади.

Рангли тасвирни пайдо қилиш учун эса 3 та аниқлаштиргич (датчик) ёрдамида яьни қизил, яшил ва кўклар ранглар шакллантириладилар ва сўнгра кодлаштириладилар.

Улар ҳақидаги маълумотлар 2 бобда берилади.

Тўла телевизион сигнал (ТТВС) нинг таркибини кўриб чиқамиз:

1.    Видео сигнал - ўзида узатилаётган тасвирнинг нуқталарни ёруғлигини жамловчи маълумотлар тўплами ёки биз телевизор экранида кўрадиган ахборот.

2.    Сатр ва кадрлар ўчирувчи импульслар (СЎИ ва КЎИ)- узатгич трубкасидаги ва қабул қилгич- кинескопдаги сатр ва кадр бўйича нурларни ортга ҳаракати вақтида тасвирга таьсири бўлмаслигини таъминлаш мақсадида нурларни ўчиришга хизмат қиладилар. Агар бу импульслардан фойдаланилмаса, ортга ҳаракат қилувчи сатрдан ёруғ чизиқлар тасвирларда жимирловчи горизонтал ва кадрдан ёнбошлаган чизиқлар ҳосил бўлади.Ўчиривчи импульслар ҳар сатр ва ярим кадрларни

охирида ўчиш ёки қора ранг сатҳида узатилади (1.7-расм).

Расм 1.6. Видеосигнални шакллантириш

а) узатилаётган тасвир, б) а -сатрни ёйилгандаги сигнал ҳолати

 

3.         Сатр ва кадрларнинг синхроимпульслари (ССИ ва КСИ) узатувчи ва қабул қилувчи тарафларда ёювчи мосламани синхрон (бир вақтда) ишлашини таъминлайди. Сатр синхроимпульси нотўғри ишласа экранда тасвир чап ва ўнгга ҳаракатланиши, кадр синхроимпульси ишламаса тасвир тепага ва пастга ҳаракатланиши кузатилади. Шу сабаб бу ССИ ва КСИ тасвирни нормал ишлашда катта аҳамиятга эга.

4.     КСИ даги кесмалар –кадр синхроимпульси ишлаш даврида сатр синхроимпульсини нормал ишлашини таъминлайди. Кесманинг йўқлиги экран тасвирининг тепа қисмида бузилишлар пайдо бўлишига олиб келади, яъни КСИ даврида сатр синхроимпульси йўқолади, чунки КСИ ҳаракати пайтида ССИ импульсида узилиш пайдо бўлади.

5.     Тенгловчи импульслар жуфт ва тоқ ярим кадрларнинг ёпишиб қолишидан сақлайди. Бир сатр ташлаб (ўтказиб) очилувчи ёйишда (разверткада) 312,5 (бутун сон ва яримта) сатр майдонни очилади. Бунда агар тоқ ярим кадр сатрнинг бошидан бошланса, жуфт ярим кадр унинг ярмидан бошланади. Бунда қўшни сатр ва кадр синхроимпульслар орасидаги интервал ўзгаради. Бундан ташқари КСИ нинг тоқ ярим кадрида 3 та кесма, жуфт ярим кадр КСИ сида эса 2 та кесма бўлади. Ярим кадрдаги жуфт ва тоқ импульслар сонини тенглаштириш учун иккаламчи частотали сатр кесмасидан фойдаланилади, шунингдек, КСИ дан олдин ва кейин 5 донадан махсус иккаламчи сатрли частота тенглаштирувчи импульслари киритилади.

 

 

1.7-расм. Телевизор экранидаги тасвир кўриниши ва телевизион сигналнинг а) сатр ва б) кадр давридаги шакли

6.         Ўзгармас ёки ўртача (ёруғлик) ташкил этувчи видеосигнал пайдо бўлишига сабаб видеосигнал ўз табиатига кўра гармоник, импульсли ёки симметрик эмас. Шунинг учун тасвирга боғлиқ ўзгармас ташкил этувчиси мавжуд ва узатилаётган видеотасвир ўзгаришига қараб, 3 – 7 Гц частота билан ўзгариши мумкин.

Агар тўлиқ телевизион сигналнинг амплитуда қийматини 100% деб қабул қилсак, тасвир сигнали (видеосигнал) оқ сатҳдан қорагача 70 % ни, синхронизация сигнали эса қора сатҳдан пастдаги, қолган қуйи 30% ни эгаллайди, яъни қорадан хам қорароқ. Бу эса қабул қилгичда тасвир сигналини тоза кўринишда, синхронизация сигналларидан, ажратиш имкониятини таьминлайди.

 

Телевидение сигналининг спектри

Шуни айтмоқ керакки, телевизион сигналнинг таркиби узатилаётган видеотасвирга кучли боғлиқдир. Гап шундаки, тасвирнинг катта деталлари паст частотада, кичик деталлари эса юқори частотада узатилади. Бунда каналнинг ўтказиш қобилияти ва дискретизация частотасини танлаш телевизион сигналнинг чегара частоталари ва спектрининг кенглигига боғлиқ.

Умумий ҳолатда телевизион сигналнинг юқори чегара частотаси ахборотнинг (пикселларнинг) секунд бирлигида узатиладиган максимал қиймат билан аниқланади.

Афсуски, стандарт аналог телевидениеда максимал сатрлар сони белгиланади, аммо сатрдаги пикселлар сони аниқлаштирилмайди.

Сатрдаги пикселлар сонини билмоқ учун экран формати коэффициенти “k” дан фойдаланилади. “k” формат - тўғрибурчакли экранинг томонлар нисабатидир.

Шулардан келиб чиқиб, телевизион сигналнинг юқори частотаси қуйидагича аниқланиди:

                                                   (1.1), 

бу ерда: k – кадр формати – 4/3

             z – кадрдаги сатрлар сони – 625

             n – бир секунддаги кадрлар сони – 25

Амалиётда, электрон нурнинг ўлчами чекли эканлиги, ҳамда тасвирнинг сатрли тузилиши ҳисобига вертикал тинилигининг камайишини инобатга олиб, тасвир сифатига сезиларсиз таъсир эвазига, юқори частота чегарасини пасайтириш мумкин.

(1.1) формулага 0,89 – 0,9 коэффициентини киритиш йўли билан Ғ_юқори ни 6 МГц гача пасайтириш мумкин.

Телевизион сигналнинг паст частотаси таркибида ўзгармас ташкил этувчи ёки ёруғлик ташкил этувчининг 0–7 Гц частотали ва 50 Гц частотали ярим кадр ёйиш частотаси мавжудлигидир.

Телевизион сигнал спектрининг яна бир хусусияти унинг чизиқли дискрет тузилишидир. У гармоник сатр (қатор) частотасидан иборат бўлиб, унинг атрофида нисбатан тор ён полосалар гуруҳланадилар (1.8-расм) ва улар кадр ёйиши ҳамда тасвир деталларининг ҳаракатланиши сабабида пайдо бўладилар.

 

1.8-расм. Телевизион сигнал спектрининг намунавий тузилиши (а) ва унинг график кўриниши (б)

 

Натижада тасвир ҳақидаги маълумотни ташувчи дискрет энергия ташувчи зоналар шаклланадилар.Бунда сатр гармоникасининг сон қиймати ошиши билан энергия зоналаридаги қийматлар камаяди ва бундан рақамли телевидениеда фойдаланилади.

 

 

1.3. Рангли телевидение сигналлари

 

Рангли телевидение эшиттириш тизимларига қуйидаги талаблар қўйилади:

1.    Оқ – қора телевидение билан тўлиқ мослашиш, яъни оқ – қора телевизорда рангли кўрсатувларни оқ – қора кўринишида қабул қилиш имконияти бўлишлигини амалга ошириш. Бу ҳолат оқ-қора ва рангли қабул қилгичларни бир вақтда ишлашини таъминланади. Шу сабабли рангли телевидениени яратишда оқ – қора телевидениенинг параметрлари билан мос келишини таъминлаш керак. Энг асосий параметрлар – сатр ва кадр ёйишларнинг частоталари, частота полосаси (кенглиги) сақланиши лозим;

2.    Асосийси рангли тасвирни ҳақиқий (оригинал) тасвирга юқори сифат билан мос келишини баҳолашдир. Бу дегани, тасвирнинг ҳар бир элементи ранги оригинал элемент рангидан фарқ қилмаслиги ҳамда оригинал ва тасвир элементлари ёруғликлари нисбати ўзгармас бўлиши керак;

3.    Рангли телевизион қабул қилгичларнинг нисбатан соддалиги, нисбатан арзонлиги ва ишончлилиги таъминланиши лозим;

4.     Истиқболда рангли телевизион тизимларнинг ривожланишини ҳисобга олиш, яъни сифатни оширишда тасвирни ўзгартиришлар, ишлов бериш ва узатиш жараёнларини такомиллаштирадиган ва томошабиннинг телевизор экранига қўшимча маълумотлар бера оладиган тизимини яратишдир;

5.    Бошқа давлатлар билан ахборот дастурларини алмашишни таъминлайдиган мослашган стандартни яратиш.

Мослаштиришни амалга ошириш учун рангсиз телевизор экранида оқ-қора тасвирни берувчи ёруғлик сигналини ёки ёруғликни таъминловчи сигнални узатиш кифоя. Бошқача қилиб айтганда ёруғлик сигналини маълум нисбатдаги ранг сигналлари йиғиндисидан иборат бўлишини таъминлаш керак ва у кўзнинг рангларни сезувчанлик спектрига мослигини ҳисобга олиши керак.

Амалга оширилган ҳисоб – китоблар шуни кўрсатдики, ёруғлик сигналининг- асосий ранглари (R, G, B) нисбати қуйидагича ифодаланади:

 

                                        Е_Y = 0,30E_R + 0,59E_G + 0,11E_B.                                   (1.2)

 

Бундай сигнални ҳосил қилиш учун матрицадан фойдаланилади.

Агар (1.2) ифодадаги ёруғлик сигнали бўлса, алоқа каналидан алоҳида уч рангли сигнални узатиш шарт эмас. Иккитасини узатиш етарли, учинчисини декодерли матрицадан, яъни ёруғлик сигналидан айириб олиш мумкин.

Тадқиқотлар шуни кўрсатадики инсон кўзи майда деталларнинг рангларини яхши ажрата олмайди.

Деталларнинг ўлчами ва уларни узатиш учун керак бўладиган юқори частота чегараси 1.9, б -расмда келтирилган.

Қатор тажрибалар шуни кўрсатдики, деталларнинг ўлчами кичрайгани сари уларнинг рангларини фарқлаш қийинлашади. Бу ҳолат, яъни рангларни ажратмаслик, турли ранглар учун турли ўлчамларда содир бўлади. Бундай ҳолат кўзнинг рангларга спектрал сезгирлиги ҳар хиллигидан далолатдир (энг кўп яшил рангда, ўртача қизил ва кам кўк рангда). Ушбу ҳолатни кўриниши 1.9, а -расмда ифодаланган.

                                  а)                                                                      б)

1.9-расм. Кўзнинг деталлар ўлчамига қараб тасвир рангларига сезгирлигини кўрсатувчи график.

Расмдан кўришимиз мумкинки, яшил рангли майда деталларни фарқлаш,кўриш телевизион спектрининг юқори чегараси 2,0 МГцгача, қизил ранг учун 1,4 – 1,6 МГц, кўк ранг учун эса 0,6 – 0,8 МГц га тушиб кетади. Бу дегани, рангли маълумотни узатганда асосан икки рангдан (асосан 1,5 МГц гача) қисқартирилган полосадан фойдаланиш мумкинлиги, чунки кўз қизил ва кўк рангдаги майда деталларни кўролмайди. Ёруғлик сигнали узатилаётган тасвир сигнали элементларининг ёруғликлар нисбатини ўз ичига олган тўла ахборотни қамраб олганлиги туфайли уни асосий ранг сигналларидан чиқариб ташлаш мумкин. Шу сабаб алоқа каналидан Е_Y, Е_B-Y ва Е_R-Y лар узатилади.Охирги Е_B-Y ва Е_R-Y лар рангфарқ (цветоразностный) сигнал деб аталади. Бу иккита рангфарқ сигналлар кодловчи матрицада шакллантирилади ва қуйидагича ифодаланади:

 

E_Y = 0,30E_R + 0,59E_G + 0,11E_B

E_R-Y = 0,70E_R - 0,59E_G - 0,11E_B                                                                     (1.3)

E_B-Y = -0,30E_R - 0,59E_G + 0,89E_B

 

Рангларнинг бундай бўлиниши қатор афзалликларни беради ва шунга асосан бундан бутун дунё рангли телевизион тизимлари фойдаланадилар:

1. Бу сигналлар таркибидан қисман кераксиз (ортиқча) ёруғлик маълумоти олиб ташлангани сабаб, унинг амплитудаси кул ранг ва оқ деталларни узатишда “0” қийматга тушади(оқ рангда асосий ранглар амплитудаси = E_Y) ва кам ёритилган жойларда эса қиймати кичикдир.

2. Рангфарқ сигналлар қабул қилгич қурилмаси декодерини яратишда қулайлик яратади, чунки дастлабки ранглар рангфарқ сигналларни ёруғлик сигнали билан оддий қўшиш натижасида олинишлари мумкин. Бунда асосий ранглар сигналлари бирданига тўла частота полосасида тикланадилар (спектрнинг юқори частотали қисми ёруғлик сигналидан тикланади). Бу эса қабул қилгичда декодерлаш жараёнини осонлаштиради.

 Шундай қилиб, тўла рангли телевизион сигнал қуйидаги ташкил этувчилардан (компонентлардан) иборат:

1.    Тўла частота полосасидаги ёруғлик сигнали (6,5 МГц);

2.  Чекланган 1,5 МГц лик полосадаги иккита рангфарқ сигналлар (R – Y ва В – Y), улар ёруғлик сигнали спектрини зичлаштириш учун битта ёки бир нечта ташувчи частоталарда модуляцияланиб, унинг юқори қисмига жойлаштирилади;

3. Қабул қилгични синхронизацияловчи сигнали;

4. Рангларни синхронизацияловчи сигналлар.

 

1.10-расмда дастлабки RGB сигналларнинг, ёруғлик ва рангфарқ сигналларни тасвирнинг рангли полосаларини шакллантиришдаги осциллограммаси кўринишлари келтирилган.

1.10-расм. Ёруғлик ва рангфарқ сигналларнинг осциллограммаси

 

 

 

2-мавзу:  Рақамли ТВ сигналлар. Тасвир ва овоз сигналларини рақамлаширириш.

Режа:

2.1. Тасвир сигналларини аналог-рақам ўзгартириш

2.2. Овоз сигналларини аналог-рақам ўзгартириш

 

 

Тасвир сигналларини анолог- рақамга ўзгартириш

 

Сигналлар туркумида аналог (узлуксиз) ва рақамли сигналлар мавжуд. Аналог сигналлар узлуксиз функция қонуни бўйича ўзгаради ва икки қўшни сатҳ орасида жуда кўп оралиқ қийматлар бўлиши мумкин.

2.1-расмда аналог шаклланган SECAM тизимидаги ТВ (А) ва овоз (Б) сигналларининг бир фрагменти (қисми) кўрсатилган.

 

2.1-расм. Аналог телевизион ва овоз сигналлари

 

Аналог сигналга нафақат узлуксиз сигнал, балки ахборот импульснинг кенглиги ёки торайишига боғлиқ модуляцияланган ШИМ (широтно-импульсная модуляция – ШИМ) ёки дастлабки ҳолати вақтга(фазага) боғлиқ бўлган ФИМ (фаза-импульс модуляция) сигналлари ҳам қўшимча бўлиши мумкин ва улар 2.2-расмда келтирилган.

 

2.2-расм. ШИМ (а) ва ФИМ (б) сигналларнинг кўринишига мисоллар.

 

Рақамли сигналлар, иккилик кодларда аналог сигналнинг сатҳ ва вақт бўйича дискрет ўлчов қийматлари ифодасидир. Шундан “рақамли” (“digital”) термини келиб чиққан ва ҳозирги замон радиоэлекторон қурилмаларини характерлайди.

Сигналларни узатишда, хотирада сақлашда, қайта ишлашда, қабул қилишда аналог сигнал қўлланилса, тизим аналог телевизион тизим дейилади. Бундай тизим қатор камчиликларга эга: аналог сигналнинг шовқинга чидамсизлиги, ҳар бир телевизион блокнинг халақит сигналига, шовқинга чидамсизлиги ва сигнал бузилишининг мавжудлиги.Яна бир салбий ҳолат бу сигналнинг бузилиши ва шовқинларнинг ҳар бир звенода (блокда) йиғилиб бориши ҳамда ортиб боришидир. Бу салбий ҳолат махсус эффектлар билан бойитилган телевизион программаларда кўпроқ мужассамланади ва уларни бартараф этиш учун қўшимча ўзгартиришлар киритиш талаб этилади. Шунинг учун махсус эффектли қурилмаларда халақитлардан ҳимояланиш муҳим вазифада бўлиб қолмоқда. Сигналларга рақамли ишлов бериш усуллари халақитлардан ҳимояланишни оширишдан ташқари кўпгина бошқа муаммоларни ечишга ҳам шароит яратади.

 Рақамли тизимларда, масалан тизим киришга аналог сигнал келса, бу сигнал кодланади ва рақамли шаклга ўтказилади, яъни аналог сигнал дискретлаш, квантлаш ва кодлаш каби умумлашган операциялар билан рақамли сигналга айлантирилади.

 Дискретлаш жараёни - бу узлуксиз аналог сигнални маълум аниқ вақтларда олинган оний қийматлар (саноқлар) кетма-кетлиги билан алмаштиришдир. Тенг тақсимланган дискретлашда аниқ вақтлар оралиғи Котельников теоремасига асосан танланади. Ушбу теоремага асосан ҳар қандай частота спектри чекланган узлуксиз аналог сигнал ўрнига, дискретлаш частотаси аналог сигнал юқори частотасидан (F_max) энг камида 2 марта катта бўлган частотадаги соноқ қийматини узатиш кифоя, яъни F_д ≥2F_max шарт бажарилиши керак. Мисол 2.3. -расмнинг а) ва б) графикларида келтирилган. Агар дискретлаш частотаси 2F_maxдан кичик бўлса, частоталар устма-уст тушиши мумкин ва қайта тикланган аналог сигнал таркибида “қалбаки, ёлғон” алдамчи сигнал пайдо бўлади. Бу ҳодиса ингилиз тилида “aliasing” (alias – ўйлаб топилган) деб аталади. Ушбу “қалбаки” сигнал ҳеч қайси фильтр билан тозаланиб олинолмайди ва асосий “ҳақиқий” сигнални орқага қайтмас бузилишига олиб келади.

Шунинг учун дискретлаш частотасининг қиймати дастлабки аналог сигналнинг юқори частотасидан икки марта катта эмас, балки 5 – 10 марта катта частота танланади. Бундай катта қийматли дискретлаш частотасини танлаш инглиз тилида oversampling (дискретизациядан баланд ёки ортиқча дискретлаш) дейилади ва натижада аналог сигнал спектрини тозалашда оддий паст частотали фильтрлар қўллаш мумкин бўлади.

Аммо бундай ёндошув рақамли маълумотларнинг кескин ортишига олиб келади ва бу ўз навбатида уларни алоқа канали ёрдамида узатиш вақтини оширади ҳамда маълумотлар сақлаш ҳажмини оширади. Шунинг учун ортиқча (юқори) дискретлашдан сўнг саноқларнинг баъзи ортиқчалари олиб ташланади ва бу сийраклаштириш (децимация) деб аталади. Баъзи холларда, масалан: тасвир сифатини ошириш учун дискрет сигнал саноқлари орасига қўшимча саноқ қийматлари қўшилади. Бундай операция интерполяция деб аталади.

Инсон ахборотни фақат аналог кўринишда қабул қилиши мумкин бўлганлиги учун қабул томонида тескари алмштириш амалга оширилади, яъни рақамли сигнал аналог сигналга ўзгартирилади.Ушбу мақсадда аналог сигнални тиклаш учун юқори частотаси қиймати F_max бўлган идеал паст частотали фильтрдан (ПЧФ) ўтказилади ва бу операция интерполяция дейилади.

Телевидениеда кўпроқ частотаси ўзгармас (бир хил) дискретизация қўлланилади ва бу ёйиш (развертка) частотасига боғлиқ ёки боғлиқ бўлмаслиги бўлиши мумкин (2.4-расм). Агар дискретлаш ва ёйиш частоталари битта такт генераторидан шакллантирилса, унда улар орасидаги боғланиш кучли бўлади. Бу ҳолатда ҳар бир сатрдаги саноқлар сони бир хил бўлади ва саноқлар орасидаги масофа хам бир хил бўлади. Бу холатда тасвирда ўзгармас (аниқ) ортогонал дискретизация тузилмаси мавжуд бўлади ва саноқлар тўғри тўртбурчакли панжаранинг тугунларида жойлашади (2.4.а –расм). Ушбу усул ҳозирги вақтда рақамли телевидениеда студия жиҳозларида кенг тарқалган.

 

 

2.3-расм. Аналог сигнални рақамли шаклга ўтказиш жараёни

 

2.4-расм. Дискретлаш частотаси саноқларини ёйишга боғлиқ (а) ва боғлиқ бўлмаган (б) тузилмаси.

 

Содда ва нисбатан арзон қурилмаларда, масалан маиший телевизион тюнерларда, дискретлаш частотаси алоҳида генератор билан шакллантирилади ва у телевизион сигнални ёйиш частотаси билан боғлиқ эмас. Бу холатда қўшни сатрларда турли координатали хилма хил сонли дискретлаш саноқлари шакллантирилади. Бунда кадрдаги саноқларни дискретлаш тузилмаси 2.4. б-расмда келтирилган каби бўлиши мумкин

Дискретлашдан сўнг квантлаш жараёни ёки саноқнинг қийматини (сатҳини) тегишли аниқликда ўлчаш жараёни бошланади. Мисол учун, кўча температурасини ўлчашда аниқлик плюс-минус бир градус бўлиши унчалик катта аҳамиятга эга эмас, аммо инсон тана ҳароратини ўлчашда 0,1 градусгача аниқлик талаб этилади. Худди шу каби телевидениеда нечта ёруғлик сатҳини узатишни аниқлаш талаб этилади, яъни квантлаш сатҳининг сонини аниқлашни. Чунки квантлаш сатҳининг сони тасвирнинг сифатига боғлиқ. Шундай қилиб, квантлаш ҳам дискретлашдир фақат вақт бўйича эмас балки сатҳ бўйича амалга оширишдир (2.3, в -расм). Квантлаш сатҳлари оралиғи квантлашнинг қадами дейилади. Сатҳ сон қиймати сифатида энг яқин юқори ёки пастки қиймат қабул қилинади. Шунинг учун квантлашда аналог сигналнинг ҳақиқий қиймати ва унга яқинлашган квантланган сатҳ ўртасидаги фарқ квантлаш хатолиги ёки шовқини дейилади (2.5.-расм). Квантлашнинг қуйи қисми-квантлаш бўсағаси деб ном олган.

2.5-расмда ёруғлик аста –секин ўзгаргандаги тасвирнинг ҳолати ва уни квантлаш натижасидаги бузилишлар (шовқин қиймати) келтирилган.

Шундай қилиб квантланган сигнал,дастлабки аналог сигналдан фарқли, фақат бутун сон қийматига эга бўлган кетма-кетликдир. Бу ўз навбатида ҳар бир дискретлаш интервалида (вақт оралиғида), квантлаш сатҳининг қиймати каби кўришда бўлишини белгилайди ва сатҳ қийматлари маълум белги ёки символлар комбинацияси бўлишини таъминлайди.

Тузилмавий қоидалар асосида маълумотларни шаклланган белгилар ёки символлар орқали ифодалаш код деб аталади. Код белгиларининг кетма – кетлиги “код сўзлари” дейилади.

 

2.5-расм. Аналог-рақам ўзгартириш. Квантлаш

 

Квантланган сигнални “код сўзлари” (кодлар жамламаси) билан ифодалаш мумкин.Бундай операциялар кодлаш деб аталади. Ҳар бир код сўзи битта дискретлаш интервалига тўғри келади. Тасвир ва овоз сигналларини кодлашда иккилик код кенг қўлланилади.Агар квантланган сигнал N қийматга эга бўлса, ҳар бир код сўзидаги иккилик белгилар n ≥ log₂N бўлиши керак.

Иккилик кодда ифодаланган бир разряд ёки иккита белги (символ) бит деб аталади. Одатда квантлаш сатҳининг қиймати 2 нинг даражасига тенг бутун сон билан, яъни N = 2ⁿ аниқланади. Дискретлаш, квантлаш ва кодлаш одатда бир қурилма аналог – рақам ўзгартиргич (АРЎ) ёрдамида бажарилади ва бу жараён 2.6-расмда кўрсатилган.

Тескарига ўзгартириш (айлантириш) рақам – аналог ўзгартиргичда амалга оширилади.

АРЎнинг тузилишига қараб рақамли маълумотлар иккилик кодидаги n – разрядли параллел ёки кетма-кет кўринишда бўлиши мумкин. Параллел АРЎда ҳар бир коднинг иккилик разрядли алоҳида алоқа линиясидан узатилади ва бу блоклар орасидаги боғланишни соддалаштириб, сигнал узатишни осонлаштиради, аммо жуда кўп уланиш линияларини таълаб этади. Агар узатиш масофаси 1,5-2 метрдан ошса, кетма-кет кодни шакллантирувчи АРЎдан фойдаланилади ва у ерда битта алоқа линияси орқали маълумот ташувчи битлар кетма-кет узатилади, аммо маълумотлар узатиш тезлиги код разрядига мос равишда ошади. Тўрт разрядли параллел ва кетма –кет кодларнинг шаклланиши 2.6-расмда келтирилган.

 Телевидениега рақамли тизимларни киритиш бўйича тадқиқотлар йигирманчи асрнинг 30- йилларидан бошланган ва фақатгина ХХ аср охирларига келиб қўлланила бошланди. Телевизион сигнал спектрининг юқори частотаси 6 МГцга тенг бўлганлиги сабаб дискретлаш частотаси камида F_такт =12 МГц бўлиши керак эди. Бу эса ўз навбатида рақамли сигнални ўзгартириш ва узатиш қурилмаларининг ишлаш тезлигига қаттиқ талаблар қўйилишига олиб келади. Турли давлатларнинг рақамли телевизион стандартларини мувофиқлаштириш мақсадида дискретлаш частотаси 13,5 МГц деб қабул қилинган. 130 дан 200 гача бўлган кўз кўриш юқори даражасини (градациясини) таъминлаш учун 8 разрядли код қўлланилиб, 256 ярим тонни узатиш таъминланади. Бунда рақамли композит сигнал узатиш тезлиги

С=Nf_такт = 8*13,5=108 Мбит/с,        (2.1)

бу ерда N – коднинг разряди.

Бундай тезликни телевизион сигналларга ишлов бериш қурилмаларида ва алоқа каналлари орқали узатишда таъминланиши лозим, табиийки бу талабни бажариш техник томондан мураккабдир.

Шартли равишда бўлинган статистик ва физиологик кўрсатгичлар асосида сигналдаги информацион ортиқчалик чекланади ва телевизион сигнал махсус “сиқиш” усулларидан фойдаланиб, узатиш тезлиги камайтирилади.

Статистик ортиқчалик тасвирнинг хоссалари билан аниқланади ва умуман олганда хаотик (тасодифий) ёритиш тақсимоти эмас,балки айрим элементларнинг ёруғликлари орасидаги аниқ боғликликдир (корреляция). Майдондаги икки қўшни тасвирнинг вақт оралиғидаги корреляция, яъни ўзаро боғлиқлик юқори даражада. Шунинг учун икки қўшни элементдан бирини қайта- қайта узатмаслик мумкин ва шу орқали рақамли сигнал оқимини камайтиришга эришилади.

Физиологик ортиқчалик кўзнинг кўриши қобилиятининг чекланиши билан ифодаланади, яъни кўз фарқламайдиган ахборотни узатиш шарт эмаслигини билдиради.

 

0000 – 0          0100 – 4          1000 – 8          1100 - 12

0001 – 1          0101 – 5          1001 – 9          1101 - 13

0010 – 2          0110 – 6          1010 – 10        1110 - 14

0011 – 3          0111 – 7          1011 – 11        1111 - 15

2.6- расм. Аналог – рақам ўзгартиришдаги сонларни паралел ва кетма –кет иккилик тизимига ўтказиш жараёни.

 

 

2.2. Овоз сигналларини анолог-рақам ўзгартириш

 

Инсонлар овозни (товушни) 15 Гц дан 22 кГц гача бўлган частоталарда, ёши улғайгач эса 20 Гцдан 18 кГц гача бўлган тўлқин оралиғида эшитади (қабул қилади). Худди шундай ҳолат тўлқиннинг амплитудаси, яъни овоз баландлигига ҳам тегишли. Инсон қулоғининг эшитиш динамик диапазони 96 дБ яқин,яъни овознинг юқори қиймати (ундан юқориси қулоққа оғриқ беради - оғриқ бериши бўсағаси) ва энг кам қиймати орасидаги фарқ 30 минг мартадан кўпроқ. Бундан ташқари инсон икки қулоқ билан эшитиш қобилиятига эга ва овозни қайси тарафдан келаётганлигини 1⁰ гача аниқлик билан билади. Шу сабабли овозни (2.7-расм) аналог – рақам сигналга ўзгартириш жараёнида эшитиш қобилияти хусусиятларини ҳисобга олиш керак.

2.7-расм. Икки каналли аудио сигналнинг вақт аро кўриниши.

 

Шунинг учун овоз сигналининг частота диапазони кенглигини ҳисобга олиб, студияларда саноқларни бирламчи квантлаш ∆А=16... 24 бит/ саноқ тезлигида амалга оширилади ва дискретлаш частотаси эса F_g = 44,1 – 96 кГц оралиғида қабул қилинади. Овозни студия каналларида дискретлаш учун 16 разрядли кодлаш қўлланилади (16 бит/саноқ)ва унинг полоса оралиғи ∆F= 20-20000Гц бўлиб, дискретлаш часотаси F_g = 48кГцга тенг. Бундай рақамли каналнинг динамик диапазони 54 дБ дан кам бўлмаслиги лозим. Агар F_g = 48кГц ва ∆А=16 бит/саноқ бўлса, узатилаётган рақам оқимининг тезлиги (1та сигнални узатиш учун) v = 48*16=768 кбит/с ва стерео овоз учун эса 1,5 Мбит/с бўлади. Бундай юқори дискретлаш частотаси (48 кГц) АРЎнинг кириш қисмидаги паст частота фильтрни соддалаштиришга ва овоз сигнали сифатини бузилишига йўл қўймайди ҳамда 20 кГцдан катта овоз тебранишларни ўтказмасликни таъминлайди.

Шундай қилиб, овозни рақамлаштиришда 16 разрядли текис

квантлаш саноғи қўлланилиб, ундан катта бит ифода белгиси сифатида, яъни ушбу сигнал саноғининг мусбат ёки манфийлигини (қутблийлигини) кўрсатади. Овоз сигналининг баландли ўзининг юқори(максимал) қийматига яқин бўлишига йўл қўймаслик керак, чунки бунда АРЎ да сигналнинг чекланиши ва тикланаётган овознинг бузилиши намоён бўлади.

2.1 - жадвалда овознинг рақамли кўринишидаги баъзи вариантларнинг кўрсатгичлари келтирилган. 

 

2.1-жадвал

Ишлатиш соҳалари	Дискретлаш частотаси,кГц	Квантлаш сатҳининг сони	Иккилик белгиларнинг узатиш тезлиги, Кбит/с
Компакт - диск	44,1	±32768	705,6 (бир канал учун)
Рақамли радио эшиттириш, рақамли телевидение	48	±32768...±524288	768 – 960 (бир канал учун)

 

 

3-мавзу: ITU-R601 тавсияларига асосан видеосигналларни рақамли кўриниши.

 

Режа:

3.1. Рақамли телевизион сигналларнинг форматлари.

3.2. Рақамли телевизион сигналларнинг ташкил этувчилари.

3.3. Рақамли телевизион сигналларни шакллантириш.

 

Телевизион сигналларни ITU-R 601 тавсияси асосида рақамли кўринишда ифодалаш

 

Студия қурилмаларида телевизион сигналларни рақамли кодлаш учун умумий Халқаро стандарт тавсиялари (кўрсатмалари) ITU – RBT601дан (оддийгина тавсия 601) фойдаланилади. Ҳозирги замонда бу стандарт оддий аниқликдаги тўлиқ рақамлаштирилган телевизион тизимларда фойдаланилади.Ушбу стандартда ёруғлик (Y) ва икки рангфарқ сигналлар, Cr (Chroma red) - қизил рангфарқ ва Cb (Chroma biue) - кўк рангфарқ сигналларни алоҳида(бўлак-бўлак) рақамли кодланиши белгиланган. Бундан ташқари техник адабиётда рангфарқ сигналлар (Cr ва Cb) кўпинча V ва U ҳарфлари билан ҳам белгиланадилар. Шундай телевизион сигнални бўлаклаб кодлаш компонент (ташкилий) кодлаш дейилади.

 

 Рақамли телевизион сигналларнинг формат стандартлари

Халқаро тавсия талабларига кўра ёруғлик сигналини дискретлаш частотаси 13,5 МГц бўлса, иккита нурни ёйиш стандарти учун: кадр 25Гц, 625 сатр ва кадр 30 Гц, 525 сатр қилиб белгиланган. Ҳар бир рангфарқ сигнал дискретлаш частотасидан (13,5 МГц) икки баробар кичик ва унга каррали (бўлинадиган) частотада 6,75 МГц да дискретланади. Худди шундай телевизион сигнални қаторга ёйиш 625/50 ва 525/60 стандартлари Асосий таянч частота сифатида 3,375 МГц қабул қилиниши кўп жиҳатдан, шу икки стандартнинг сатр нурини ёйиш частота қийматлари, таянч частотага карралиги билан боғлиқ. Бу ўз навбатида телевизион сигналнинг ташкил этувчиларини кодлашда ягона дунё кодлаш стандартини киритишга имкон берди ва фаол қисмда ёруғлик сигналининг 720 саноғи ва рангфарқ сигналларининг 360 саноғи бўлишини таъминлади. 625/50 ва 525/60 стандартлар орасидаги фарқ сатрлар сонининг хилма хиллиги ва “ўчириш” интервали вақтининг мос эмаслигидир.

8 ва 10 бит билан кодланган рақамли телевизион (тасвир) сигнал ташкил этувчиларининг тўла узатиш тезлиги:

8х13,5+8х6,75+8х6,75=216 Мбит/с

10х13,5+10х6,75+10х6,75=270 Мбит/с бўлади.

2.8-расмда ёруғлик (Y) ва рангфарқ сигналлари (Cr ва Cb) саноқларининг ўзаро жойлашиши келтирилган ва телевизион сигналларни бундай дискретизациялаш формати 4:2:2 деб белгиланади. Ҳар бир кадрда ёруғлик сигналининг узатилаётган тасвир элементлари сони 414720 тани ташкил этади. Келтирилган 4:2:2 форматдан ташқари яна бир неча форматлар мавжуд ва баъзиларини кўриб чиқамиз:

2.8- расм. 4:2:2 форматда ёруғлик (Y) ва рангфарқ (Cr ва Cb) сигналларининг ўзаро жойлашиши.

 

Формат 4:4:4 Барча уччала компонентлар(қизил, яшил ва кўк ташкил этувчилар) R, G, B ёки ёруғлик (Y), рангфарқ(C_r, C_b) лар учун 13,5МГц частота фойдаланилади (2.9-расм). Демак ҳар бир ташкил этувчи тўлиқ частота полосасида узатилади. Кадрнинг актив қисмидаги ҳар бир ташкил этувчи учун 576 сатр 720 элемент билан рақамланади. 10 бит билан кодланган рақамли оқимнинг тезлиги 405 Мбит /с ни ташкил қилади. Бундай оқим тезлиги телемарказ студияси қурилмаларида қўлланилади.

Формат 4:4:4:4да эса тўртта сигнални кодлаш ифодаланади (2.10-расм) ва улардан 3 таси тасвир сигнали компонентлари (R, G, B ёки Y, C_r, C_b), бўлса, тўртинчиси (альфа – канал) сигнални қайта ишлаш бўйича ахборотни ўз ичига олади. Мисол учун, бир неча тасвир устма- уст узатилганда олдинги қисмдаги тасвирнинг тиниқлиги ҳақидаги маълумот. Асосий ранг сигналларига (R, G, B) қўшимча тўртинчиси сигнал - ёруғлик Y сигнали ҳам бўлиши мумкин. Дискретлаш частотаси барчаси учун 13,5 МГц, яъни сигналлар тўлиқ полосада узатилади.

2.9-расм. 4:4:4 форматда тасвир сигнали ташкил этувчиларини кодлаш

 

Ушбу формат студия қурилмаларида компьютер графикаси асосида махсус эффектлар ҳосил қилишда қўлланилиши мумкин.

10 бит билан кодланганда маълумотларни узатиш тезлиги 540 Мбит/с бўлади.

 

2.10-расм. 4:4:4:4 форматда тасвир сигнали ташкил этувчиларини кодлаш

 

Формат 4:2:0 - формат сатр ўтказиб нурни ёйишда қўлланилади. Бунда ёруғлик ташкил этувчи сигнали Y актив кадрда 576 сатр 720 саноқ билан кодланса, рангфарқ компонентлар С_r ва С_b – 288 сатр 360 саноқдан иборат бўлади (2.11-расм).

Формат 4:1:1да рангфарқ сигналларнинг дискретлаш частотаси 4:2:2 стандартга қараганда икки баробар пасайтирилиши таклиф этилган. Ёруғлик сигнали Y эса 13,5 МГц частота билан дискретланади ва рангфарқ сигналлар (С_r ва С_b) ўз навбатида 3,375 МГцда.

Бу горизонтал рангларнинг жойлашиш ҳолати тиниқлигини икки баробар камайишига олиб келади.

Битта кадрнинг актив қисмида 576 сатр 720 ёруғлик элементи ва ҳар бири 180 элементли рангфарқ сигналлари мавжуд (2.12 –расм)

2.11-расм. 4:2:0 форматида тасвир сигнали ташкил этувчиларини кодлаш

 

2.12- расм. 4:1:1 форматда тасвир сигнали ташкил этувчиларини кодлаш

 

4:1:1 ва 4:2:0 формат вариантларида 10 разрядли кодлаш қўлланилганда маълумотларни узатиш тезлиги 202,5 Мбит/с ва 8 разрядли учун 162 Мбит/с бўлади.Агар тасвирнинг фақат актив қисмигина (тескари йўлсиз) узатилса ва кодлаш 8 бит бўлса, рақамлар оқими тезлиги 124 Мбит/с ташкил этади. Бу иккала рақамли форматдаги сигналлар 4:2:2 формат сигналларидан қайта ишланиш ва децимация (баъзи оралиқ саноқларни олиб ташлаш) қилиш натижасида олиниши мумкин. Умуман, бу холатда рақамли оқим тезлиги камаяди.

4:1:1 формат 525/60 стандарти учун, 4:2:0 формат эса 625/50 стандарти учун қулай. Чунки 525/60 стандартда вертикал аниқликнинг камайиши сезиларли бўлса, 625/50 стандартида эса горизонтал аниқлик камайиши сезиларлидир.

Телевизион сигнал ташкил этувчиларининг рақамли кўриниши

 

601 тавсиясига кўра 8 ва 10 разрядли кодланиш кўзда тутилганда b=8 (b=10), квантлаш сатҳлари сони N_кв=256 (1024) ни ҳосил қилади. 8 разрядли кодланишда қора сигнал қиймати учун 16-чи квантлаш сатҳ, номинал оқ сигнал учун 235– чи сатҳ тўғри келади. 16-чи квантлаш сатҳидан пасти ва 235-чи сатҳидан юқори сатҳлар заҳира (резерв) зоналар бўлиб, аналог сигналнинг номинал қийматидан ошиб кетиши мумкин бўлган холатлар учун мўлжалланган.

0 ва 255-чи квантлаш сатҳлари муҳим аҳамиятга эга. Бу сатҳдаги кодлар орқали сатр ва кадрларни синхронизацияловчи маълумоти узатилади.

Телевизион сигнал ташкил этувчиларини, яъни ёруғлик ва рангфарқ сигналлар аналог-рақам ўзгартиргич (АРЎ) га киришига қуйидагича берилади:

·               Е`_Y – гамма коррекцияланган 0 дан 1 В гача қийматли аналог ёруғлик сигнали.

·               -0,5... +0,5 В оралиғидаги компрессия (сиқилган) рангфарқ сигналлар:

Е_CR = 0,713 E`<sub>R – Y</sub>    ва    E<sub>CB</sub> = 0,564 E`_{B – Y} (2.2)

 

Ёруғлик сигнали ҳар доим мусбат қийматга бўлса, рангфарқ сигналлар эса ҳам мусбат ҳам манфий қийматларга эга бўлишлари мумкин. Рақамли кодлаштиришда манфий ва мусбат қийматлар бир биридан узоқда жойлашадилар. Масалан: бир бирига яқин (1) ва (-1) қийматлар рақамли кўринишда 0001 ва 1000 кодлар кўринишида узатилади, аммо бу компрессорларда ишлов берилганда статик боғланишни (корреляцияни) бузилишига олиб келади. Шу сабаб рангли рангфарқ сигналлар учун уларнинг қийматларини квантлаш сатҳини ярим диапазонига силжитилади. 8 разрядли кодлашда унга 128 (256/2) сатҳ мос келади. Шундай қилиб, сигналнинг ноль қийматига, яъни кул рангга 128 (256/2) сатҳ мос келади ва мусбат қийматлар ана шу 128 сатҳдан юқориларини эгаллайди ва манфий қийматлар 128 сатҳдан пастда берилади. Телевизион сигнални ана шундай рақамли ташкил этувчиларга ажратиш қуйидаги ифода билан берилади:

Y = Round (219 E`_Y) +16

C_R = Round (224 C`_R)+128                             (2.3),

C_B = Round (224 C`_B) +128

Бу ерда Y – 16дан 235 гача оралиқда ўзгарувчан рақамли ёруғлик сигнали.

-       Round (х) - х сонини бутун сонга яхлитлаш операцияси

 

2.13-расм. IIU – R ВТ 601 стандартига асосан 8 ва 10 бит билан кодланишдаги аналог телевизион сигнал ташкил этувчиларининг квантлаш сатҳи билан мос белгиланиши.

2.13- расмда саккизта рангли полосага эга тасвир сигналларини 8 ва 10 разрядли кодлангандаги аналог ва квантлаш сатҳлари орсидаги фарқ келтирилган.

IТU – R ВТ 601 тавсиясига асосан, телевидение тизимининг нормал ишлаши учун рақамли телевизион сигнал таркибига синхросигналлар киритилади. Сатрнинг ҳар бир актив қисми бошланишидан аввал, сатр ўчириш импульси охирида, актив сатр синхросигнали- АСС (SAV – start Active video) узатилади. Сатрнинг актив қисми охирида, ўчирувчи импульснинг бошида, сатрнинг охири тўғрисида синхросигнал ОТС (EAV – End Video) узатилади.

 

2.2 -жадвал

Иккилик разрядда тўртинчи байтдаги синхросигналнинг белгиланиши

Разряд номери	Белгиланиши	Бажарадиган функцияси
0	P0	Текширувчи бит
1	P1	Текширувчи бит
2	P2	Текширувчи бит
3	P3	Текширувчи бит
4	H	Н = 0 га тенг АCС учун (актив сатр сигналининг бошланиши)  H = 1га тенг ОТС учун (сатрнинг охири тўғрисидаги сигнал)
5	V	V = 1 кадр ўчирилиш вақтида V = 0 бошқа вақтларда
6	F	F=0 биринчи ярим кадр узатиш вақтида F=1 иккинчи ярим кадр узатишда вақтида
7	1	Текширувчи бит, доимий холати 1 га тенг

 

Синхросигналлар AСС ва  OTС ларни ўзгартириш учун 4 та байтдан иборат махсус код комбинацияси ишлатилади:

FF 00 00(xx)

Саккизта битли кодлашда биринчи байт 8та иккилик бирликдан иборат ва бу ўнлик соннинг 255га мос келади (ўн олтилик ёзувида FF), ҳамда 10 разрядли квантлаш қўлланилса бу 1023 (3FF)га тенг бўлади ва қолган икки байт 0 тенг. Сўнгги икки разрядларнинг охирги 4 - байтлари (хх) белгиланиши 2.2- жадвалда келтирилган.

Рақамли телевизион сигналнинг сатр ўчирувчи импульсининг катта қисми, АCС ва ОТС синхросигналлар оралиғи, тахминан 20,7 мкс (288 та такт импульсидан 280 даври), очиқ қолади. Бу оралиқда турли маълумотларни, шу жумладан рақамли овоз сигналларини узатиш мумкин.

 

Телевизион сигнални турли тизимларда рақамли ҳолатга келтириш

 

Аввалги бўлимларда телевизион сигнал ташкил этувчиларини, яъни ёруғлик ва рангфарқ сигналларни алоҳида-алоҳида рақамли сигналга айлантирилиши ва ҳосил қилинган рақамли сигналларни бирлаштириб, битта маълумотлар оқими ташкил этилиши ҳақида сўз юритилган эди. Ташкил этувчи сигналларни алоҳида – алоҳида кодлаш телевидение студиялари қурилмаларида амалга оширилади.

Айрим ҳолатларда рақамли телевизион сигнал ташкил этувчиларини бир телевидение тизимидан (PAL, SECAM ва NTSC) бошқасига декодерламасдан ўтказиш керак бўлади. Бундай рақамлаш вариантлари телевизион сигналларни рақамли қайта ишлаш қурилмаларида: телевидение қабул қилгичларида, тюнерларда, телевизион стандартларни ўзгартиргичларда, айрим пайтларда телевизион сигнални магнит ленталарга ёзишларда ва ҳ.к.ларда керак бўлади. Ҳозирда кўпинча 10 разрядли кодлаш қўлланилади ва 2.14-расмда қийматлари келтирилган.

ITU – R ВТ 601 тавсияга асосан, рақамли телевизион сигналнинг ташкил этувчиларини дискретлашда 13,5 МГц частотадан фойдаланилаади. Бу телевизион тасвирларни ўзгартирувчи арзон қурилмалар ёки телевидение қабул қилгичларнинг хилма хил стандартларда оддий қурилмаларни ишлатиб, рақамли сигналларни қайта ишлашга имкон яратади. Лекин техник талаблар юқори бўлган қурилмаларда ташувчи частотанинг тўртланган (4F_рт) қийматидан фойдаланилади. Чунки бундай дискретлаш частотасидан фойдаланиш рангфарқ сигналларини сифатли ажратилишига ҳамда рангфарқ сигналларни демодуляция қилишда осонлик яратади.

 

2.14-Расм. SECAM стандартидаги телевизион сигналнинг ташкил этувчиларининг қийматлари кўриниши.

 

NTSC тизимида F_РТ =3,57945 МГц бўлиб, дискретлаш частотаси F_д = 14,31818МГц га тенг. Бу частоталар ўз навбатда сатр частотаси (F_стр = 15750 Гц) билан 227,5 F_стр- кўринишда ва дискретлаш частотаси билан 910*F_сатр каррали кўринишда боғланган. Шундай қилиб, ҳар бир сатрда дискретлаш даврларининг бутун сонлари қиймати жойлашади. Шу сабаб сатрдаги саноқлар сони силжимас тўғри тўртбурчакли панжарани ташкил этади ва уларнинг вақтга боғлиқ ҳолати эса рангфарқ сигналлар ташувчиси фазасига мос келади.Шунинг учун дискретлаш жараёни кичик бузилишлар келтириб чиқаради.

PAL тизимида ташувчи частота F_РТ = 4,43361875 МГц ва бу эса сатр частотасини 1135/ F_сатр +F_кадр, яъни (F_сатр =15625 Гц) га тенг бўлишини белгилайди. Дискретлаш частотаси F_д = 14,31818 МГц га, яъни (1135/ F_сатр +F_кадр) га тенг бўлади.Бунда сатр ёйиш даври дискретлаш даврининг бутун қийматидан фарқ қилади. Саноқлар кетма –кетлиги ўзаро деярли ортогонал ва кадрга нисбатан ўзгармасдир (қўзғалмасдир).

Вақт бўйича саноқлар ҳолати рангфарқ ташувчи сигнал фазасига тўғри келади. SECAM тизимида эса частотали модуляция қўлланганлиги сабабли дискретлаш частотасини рангфарқ сигналлар ташувчи частотасига каррали қилиб олиш мумкин эмас, чунки частота ҳар хил ранглар узатилганда уларга мос ўзгариб туради.Шунинг учун дискретлаш частотаси сатр частотасига каррали қилиб танланади. Дискретлаш частотаси F_д = 17,625МГц (1128 сатр) этиб танланади, чунки қизил рангнинг энг юқори частотаси 4,40625 МГцга тенг.

2.3 - жадвалда NTSG, PAL ва SECAM тизимларининг ташкил этувчиларини рақамли ўзгартишдаги асосий қўрсатгичлари келтирилган.

2.3-жадвал

Тизим	NTSC (525 сатр)	PAL (625 сатр)	SЕCAM (625 сатр)
Сатрдаги саноқлар	910	1135	1128
Сатрнинг актив қисмидаги саноқлар	768	948	916
Тасвирдаги саноқлар структураси	Ортогонал	Ортогонал	Ортогонал
Дискретлаш частотаси (МГц)	14,31818	17,734475	17,625
Иккилик сигнални узатиш тезлиги, Мбит/с	143	177	176

Аналог телевизион сигналнинг олди қисми ва синхроимпульс кесмасини рақамли кодланиши туфайли, қора рангнинг номинал қийматидан оқ рангнинг номинал қийматигача бўлган диапазонда квантлаш сатҳлари, ташкил этувчи сигналлардан таҳминан 30 фоизга кам бўлишидир.

 

Рақамли телевизион сигнални шакллантириш

 

ITU – R ВТ 601 тавсиясига кўра рақамли телевизион сигнални шакллантиришнинг иккита усул билан амалга ошириш мумкин.

Биринчи холатда аналог телевизион сигналнинг ташкил этувчилари (компонентлари) рақамли сигнал ҳолатга ўтказилса, иккинчи ҳолатда эса дастлабки ранг сигналлари рақамлаштирилади ва ташкил этувчилар рақамли холатда ишлов берилади. Иккала рақамли телевизион сигнални шакллантириш вариантларининг тузилиш схемасини кўриб чиқамиз ва улар 2.15- расм ифодаланган.

2.15-расм. Рақамли телевизион сигнални ҳосил қилувчи қурилманинг схемаси.

Бу ерда: ГК – гамма – корректор

            КМ – кодловчи матрица

            ТИГ– такт импульс генератори

            MS – мультиплексор

            АРЎ – аналог-рақамли ўзгартиргич

            РГК – рақамли гамма корректор

            РСИШ – рақамли синхроимпульсларни шакллантиргич

            АСБ – актив сатрнинг боши

            АСО – актив сатрнинг охири

            РТС – рақамли телевизион сигнал

2.15- расмда кўрсатилган қурилмада аналог асосий ранг сигналлар E_R, E_G, E_B телекамерадан чиқиб, гамма – корректорлар орқали кодлаш матрицасига, тушиб, (1.3) формулага биноан коррекцияланиб (E_R^’, E_G^’, E_B^’_), ўзгартириш ёрдамида ёруғлик сигнали Е_Y^’ га айлантирилади ва рангфарқ сигналлар E’_{R- Y,} E’_B-Y ҳосил қилинади. Сўнгра сигналлар АРЎда рақамли Y, C_R ва С_В сигналларга айлантирилади. Бундан ташқари (2.3) формулага асосан, АРЎ нинг кириш қисмида қўшимча аналог узеллардан фойдаланилади, яъни масштабланади ва сатҳ бўйича сигналлар силжитилади. Разрядлар сони ҳар бир АРЎда 8тани ташкил этади. Телевизион сигналларни ёйиш синхроимпульслари- рақамли синхроимпульсларни шакллантириш (РСИШ) блокига тушади ва у ўз навбатида АСБ, АСО синхросигналларни ишлаб чиқаради. Бундан ташқари синхроимпульслар –такт импульс генераторининг (ТИГ) бошқа блокларга тушадиган импульсларини ишлаб чиқаришда,яъни 27, 13.5 ва 6,75 МГц частотали импульсларни ишлаб чиқишда қўлланилади. ТИГ блокида фаза бўйича частотани автоматик созловчи (ФЧАС) схема қўлланган ва у сатр синхроимпульсларининг частота ҳамда фаза бўйича аниқлигини таъминлайди. Шундай қилиб, такт импульслари сони талаб этиладиган телевизион сигнал манбаининг сатр ёйиш даври тўғри келиши таъминланади.

Мультиплексор (МS) ўз навбатида рақамли синхросигналларни ва Y, C_R ва C_B рақамли сигналлар оқимини берилган кетма – кетликда узатилишини таьминлайди ҳамда қурилма чиқишида тўлиқ рақамли телевизион сигнал (РТС) олинади.

Иккинчи қурилмада (2.15 б- расм) асосий ранглар (E_R, E_G ва E_B) рақамли сигналларга (R_d, G_d ва B_d) киришда бирданига айлантирилади. Бу ҳолатда гамма корректорда сигналларни бузилишини камайтириш учун ҳар бир АРЎ 10 ёки 12 разрядли бўлиши шарт. Шундан сўнг R_b, G_d ва B_d рақамли сигналлар рақамли гамма – корректор (РГК) га тушади ва бу ерда ночиқли ўзгартиришлар бажарилади.

Гамма – корректордан сўнг R’_d, G’_d ва B’_d сигналларнинг иккилик разрядлар сони 8тагача камаяди. Сўнгра эса R’_d, G’_d ва B’_d сигналлари рақамли кодловчи матрицага (РКМ) тушади ва у ерда рақамли ёруғлик сигнали Y рақамли рангфарқ сигнали С_R ва C_B ларга айланади.

Синхросигналларни ва такт импульсларининг шакллантириш ҳамда мультиплексорнинг ишлаши қурилманинг биринчи варианти каби амалга оширилади.

Рақамли қурилмалар ёрдамида гамма – коррекциянинг амалга оширилиши талаб қилинадиган функцияни катта аниқликда бажарилишини таьминлайди, лекин бунда мураккаблашган, қиммат ва кўпроқ иккилик разрядли АРЎ талаб этилади.

 

4-мавзу: Рақамли телевидение интерфейслари. Телевизион АРЎ ва РАЎнинг тузилиши.

Режа:

4.1. Параллел ва кетма-кет видеотуташмалар хамда уларнинг қўлланиш хусусиятлари.

4.2. Телевизион АРЎ ва РАЎнинг тузилиши.

 

Рақамли телевидениенинг интерфейслари

 

Рақамли телевизион сигналларни узатишда рақамли телевидение қурилмаларининг блоклари ва тизимларида махсус қурилмалар ишлатилади ва улар “Видеотуташма” (“Видеостык”) дейилади.

ITU – R ВТ 656 тавсиясига кўра рақамли интерфейснинг икки варианти кўзда тутилган: параллел ва кетма – кет видеотуташма. Уларнинг ҳар бирида ўз афзаллиги ва камчилиги мавжуд.

Параллел видеотуташма сигналларни қўшимча ўзгартирмайди, оддий тузилмага (конструкцияга) эга, лекин блоклар орасида жуда кўп уланиш линияларидан иборат ва узатиш масофаси қисқа (2-3 метр). Кетма – кет видеотуташма сигналларни нисбатан узоқ масофага узатиш учун мўлжалланган, лекин мурраккаб тузилмага эга бўлиб, сигналларни тизим оралиқларида ўзгартишларни қўллаш талаб этилади. Қуйида иккала интерфейсларни тўлиқроқ кўриб чиқамиз.

Параллел видеотуташма

 

Рақамли телевизион сигнални узатишида параллел видеотуташма стандарти параллел 8 ёки 10 разрядли рақамли коддан фойдаланишни кўзда тутади ва бу холат 2.16- расмда келтирилган. Бунинг учун 8 ёки 10 сигналли алоқа линияси ва яна битта қўшимча такт импульсларини узатиш линияси мавжуд бўлиши керак. Блокларни ўзаро улаш учун кўп толали стандарт улагичли (вилка\розетка) кабеллар, D25 типдагилар, ишлатилади. Халақитбардошликни ошириш мақсадида бундай кабелларнинг иккита сими бир бири билан ўралган холатда жуфтланиб, узатиш қурилмасининг қарама қарши чиқишларига ва қабул қилгич қурилмаларининг дифференциал киришларига уланади. Гап шундаки, хилма хил қурилмаларнинг таъсирида ҳосил бўлувчи ташқи шовқинлар жуфт симларда сигналга халақит берувчи бир хил қийматли ва қутбли кучланишларни ҳосил қиладилар, яъни синфазали халақитларни пайдо қиладилар. Шунинг учун жуфт сим дифференциал киришга эга бўлган кучайтиргичга уланса, яъни чиқиш сигнали кириш кучланишлари фарқи билан шаклланадиган кучайтиргичга, бунда кучайтиргич синфазали халақитларни сезмайди. Бундай интерфейсда фойдали сигналларни ажратиш учун жуфт симлардаги сигналлар қиймати қарама қарши, яъни турли қутбли бўлиши керак. Шу сабаб узатиш қурилмаси чиқишлари икки фазали бўлиши таъминланиши лозим. Бу усул билан рақамли телевизион сигнални 1,5-2 метрдан ортиқ масофага узатиб бўлмайди. Одатда бундай интерфейслар телевизион қурилманинг блоклари орасида қўлланилади.

Узатилиш ва қабул қилиш вақтида такт импульслари фронтлари ҳақидаги маълумотларнинг ишончлилигини таъминлаш мақсадида ҳар бир битнинг ўртасида аниқланиши лозим.

4:2:2 дискретлаш форматини қўлланилганда ёруғлик Y ва рангфарқ С_R ва C_B сигналлар узатилганда уларнинг қиймати линияларда қуйидаги тартибда берилади: Y, C_R, Y, C_B, Y... Бунда такт импульсларининг частотаси қуйидагича:

 

F_т=13,5+6,75+6,75=27 МГц

 

Телевизион нурни ёйиш синхронизация сигналлари -АСБ ва АСО маълумотлар умумий оқимида, улар учун ажратилган вақт оралиғида узатилади. Мультиплексорларни синхрозациялаш учун қўшимча сигнални бошқариш линиялари ишлатилади.

2.16-расм. Интерфейсни параллел видеоулашнинг функционал схемаси

 

2.16- расмда умумлашган параллел интерфейс (видеотуташма) кўрсатилган. Параллел видеотуташма сигналларни яқин масофага узатишга мослашган, агар узоққа узатилса, синхронизацияни бузилиш холати пайдо бўлади ва хатоликлар натижасида тасвирнинг бирдан ўзгаришига олиб келади. Бундан ташқари қимматбаҳо, кўп толали ва улатгичлар ҳажми катта бўлган кабеллар қўллаш талаб этилади.Кўпинча яқин масофаларда стандарт ялпоқ оддий кабеллар ишлатилиши мақсадга мувофиқ бўлади.

Ҳозирги вақтда кўпинча параллел видеотуташма ўрнига кетма –кет видеотуташма қўлланилади ва нисбатан узоқ масофаларга сигналларни коаксиал кабеллар орқали узатиш имконияти пайдо бўлади.

 

Кетма –кетли видеотуташма

 

Телевизион сигнални нисбатан узоқ масофага узатиш кетма – кетли шаклда амалга оширилади. Бу холатда рақамли сигналнинг ҳар бир саноқ қиймати икки разрядли кўринишда, битта линия орқали бирин – кетин узатилади ва узатувчи сифатида коаксиал кабель ёки оптик толали кабелдан фойдаланилади. Бунда дискретлаш частотаси f_д ва квантлаш разрядлари сони “b”ларнинг кўпайтмаси рақамли сигналнинг иккилик символларининг узатиш тезлиги– Q (бит/с) дейилади. ITV – RBT 656 тавсиясига кўра рақамли телевидение студия аппаратураси учун қуйидаги кўрсатгичлар белгиланган:

- ёруғлик сигнали учун Q_Y= 13,5х 8(10) = 108(135) Мбит/с,

- рангфарқ сигнали учун Q_с=6,75х8(10) = 54(67,5) Мбит/с

8 ёки 10 разрядли кодланиш билан кетма – кетли видеотуташма қўлланилганда иккилик разрядларнинг умумий узатиш тезлиги қуйидагича бўлади:

                       Q_S= Q_Y +2 Q_с = 216(270) Мбит/с.

 

 Рақамли сигнал кетма-кет узатилганда такт частота импульслари алоҳида узатилмайди, балки қабул қурилмасида кичкина (тор) полосали фильтр ёрдамида узатилаётган сигналдан олинади -тикланади.

Рақамли сигналларни қабул қилишдаги такт частота импульсларини тиклаш вариантларидан бири 2.17 расмда келтирилган ва у қуйидагича ишлайди:

Қабул қилинаётган рақамли сигналларнинг манътиқий қийматлар кетма –кетлиги (расм- 2.17, а) нолинчи (0) ва биринчи (1) сатҳлар импульсларни шакллантирувчи (ИШ) блокка тушади ҳамда у қисқа импульсларни ишлаб чиқаради. Бу эса рақамли сигналнинг маълумотлар импульсининг олд ва орқа фронтларига мос келади (расм- 2.17, б). Сўнгра бу импульслар қатори импульс кенгайтиргичда (ИК) такт частотасининг ярим давригача кенгайтирилади (расм- 2.17, в). Шундан сўнг импульслар катта инерционликка эга бўлган кичик(тор) полосали фильтрга (ТПФ) тушади (масалан: такт частотасига созланган кварц резонатор).

Фильтрнинг чиқишда такт частотали синусоидал (расм- 2.17, г) сигнал ҳосил қилинади ва синусоидал сигнал кучайтиргич-чеклагич (КЧ) ёрдамида тўғри бурчакли импульсга айланади (расм-2.17, д) ҳамда қабул учун такт сигнали сифатида қўлланади.

Вақт диаграммаларидан кўриниб турибдики, рақамли сигналнинг “0” ва “1” сатҳли импульслар гуруҳи ИШ ва ИК блокларнинг чиқишида пайдо бўлиши мумкин. Бу холат такт импульсларининг пайдо бўлишига таьсир қилмайди. Бундай бўлишига сабаб тор полосали фильтрнинг катта инерционлиги ва маълум вақтда сўнувчи тебранишларнинг мавжудлиги, яъни тебраниш жараёнида йиғилган энергияни аста-секин сарфланишидир.

Лекин бу холат узатилаётган сигналнинг тузилишига чекланишлар киритади, чунки нисбатан кенгроқ “ноль” ва “бир” қийматли импульсларни мавжудлиги такт импульсларининг шаклланишини тўхтатилишига олиб келиши мумкин. Бундан ташқари рақамли сигнални узатиш пайтининг бошланишида ТПФ нинг чиқиш сигнали амплитуда тебранишлари аста-секин ўсади ва шу сабабли синхронлаш қурилмасининг чиқишида такт импульсларининг маълум вақтга кечикиши кузатилади. Шунинг учун рақамли сигналларни кетма – кет алоқа каналларида маълумотларни узатишда қўшимча ўзгартириш (каналли кодлаш) қўлланади, яъни кетма-кет узатилаётган “0” ва “1” сони чекланади.

 

2.17-расм. Қабул қилинаётган рақамли сигналдан такт частотани тиклаш

 

ITU – R BT 656 тавсияси кетма – кетли видеотуташманинг (интерфейснинг) SDI (Serial Digital Interface) рақамли телевизион сигналларни узатиш учун керакли кўрсатгичларни аниқлайди. 2.18- расмда мос видеотуташмали узатиш тизимининг тузилиш схемаси келтирилган.

Параллел интерфейснинг 10 разрядли рақамли сигнали, кетма – кетли шаклга айлантирилади. Бу ҳолатда такт частотаси 10 маротаба ошади ва унинг қиймати 270 МГцга етади. Сўнгра рақамли сигналларнинг такрорланувчи “0” ва “1” қийматлари скремблерланади, яъни у ерда маълумотлар битлари псевдотасодифий кетма – кетликкка кўпайтирилади. Скремблерлангандан сўнг рақамли оқим канал кодерига тушади ва у ерда икки қутбли НҚ (НҚ – нолга қайтмайдиган, инглиз тилида NRZ – Non Return to Zero) кодга айланади. Бундай ишлов бериш натижасида кенг ноллар ва бирлар серияси йўқотилади ва чиқиш сигналида ҳар бир мантиқий(логик) қийматнинг ўзгариши мос равишда“1” га тенг бўлиши таъминланади. Бу қабул томонда такт частотасини ишончли тикланишини белгилайди ҳамда қабул қилинаётган кириш сигнали қандай қутбли эканлигининг аҳамияти йўқлини таъминлайди. Қабул қилинган сигнал НҚ кодидан декодерланади ва кетма-кетли иккилик кодига айлантирилади ҳамда дескремблерлангач, АСБ ва АСО сигналлари топилади.Улар орқали кетма-кет кўриниш пареллелга айлантиришда синхронлаштирилади.

 

2.18-расм. Кетма – кетли видеотуташманинг уланиши тузилиш схемаси.

 

Кетма – кет интерфейснинг узатгичи чиқишидаги сигнал қиймати 0,8 В га тенг.Узатиш жараёни тўлқин қаршилиги 75 Омга тенг коаксиал кабель орқали ташкил этилади. Шундай қилиб, иккилик символлар узатиш тезлиги 270 Мбит/с ни ташкил қилади ва кабелли алоққа каналининг полоса кенглиги 135 МГцдан кам бўлмаслиги лозим. Ҳақиқатда коаксиал кабеллар частота полосаси кенглиги бундан юқори бўлади. ITU – R BT 656 тавсиясига асосан даслабки кетма – кетлик видеоулашда ҳар бири 8 разрядли ёруғлик ёки рангфарқ сигналларини 9 битда узатиш кўзда тутилган эди ва бунда иккилик символларнинг узатиш тезлиги 243 Мбит/с бўлади. Натижада “0”ва“1” ларнинг серияларини қайта кодлаш керак бўлмайди.

 

Овоз сигналларини рақамли холатда ифодалаш

 

Аввал таъкидлангандек, инсон ёшликда 15 Гцдан 22 кГц гача бўлган диапазондаги частотани эшита олса, кексайган сари эшитиш диапазони қисқариб боради ва катта ёшли инсон 20Гцдан 18кГцгача бўлган частотали овозларни (товушларни) эшита олади. Худди шундай холат овоз баландлигини эшитишда ҳам такрорланади.

Қулоқнинг эшитиш диапазони кенг ва у 96 дБ ташкил этади, яъни энг баланд (кучли) овоз қиймати (бундан баланд сатҳда қулоқнинг “оғриқи” бўлади) билан энг паст овоз орсидаги фарқ 30 мингдан ортиқни ташкил этади.

Шунинг учун студия трактида овоз сигналларини аналог -рақам ўзгартиришда квантлаш саноқлари ∆A=16 – 24 бит/саноқ ва дискретлаш частотаси f_д= 96 кГц бўлади. Бундай юқори дискретлаш частотасини танлаш АРЎ нинг киришидаги ПЧФ ни соддалаштиришни таъминлайди ва овоз сигналининг 20кГцдан юқори ташкил этувчиларини осон сўндиради. Агар АРЎ нинг киришига овоз сигналининг f_д/2 дан юқори частотали ташкил этувчиси кирса (Котельников шартининг бузилиши), унда овознинг тикланиш сифати бузилади. Студия каналларида A=16 бит/саноқ, дискретлаш частотаси f_д=48кГц ва кодлаштириладиган овоз сигналларининг диапазони ∆F=20....20000Гц қилиб олинади. Бунда катта бит ишорани белгилайди, яъни сигнал саноқлари ишораси манфий ёки мусбат эканлигини кўрсатади.

Овоз сигналларини ўзгартиришда “дискретизация” термини ўрнига “сэмплирование” сўзи инглизча (Sample – намуна) қўлланилади, яъни АРЎ натижасида олинган рақамли маълумотлар кетма-кетлиги тушунилади.

 

2.19.-расм. Овоз сигналини квантлаш сатҳи.

 

Агар 16 разрядли кодлаш қўлланилса, овознинг динамик диапазони 90дБ бўлиши мумкин, аммо реал холатда, динамик диапазонни сиқиш - кенгайтириш натижасида 50 – 60 дБгача камайтириш мумкин. Бунда сигнал қиймати кичик бўлганда квантлаш шовқинининг миқдорини камайтириш ва сигнал қиймати катта бўлганда АРЎни чекланишлардан сақлаш мумкин бўлади. Телевидениеда тасвирнинг овоз ташкил этувчи сигналини узатишда 2 турдаги аудиоинтерфейс ишлатилади:

·               биринчи тур- икки каналли кетма – кет балансли профессионал интерфейс AES / EBU ёки IEC 958;

·               иккинчи тур-икки каналли кетма – кет балансланмаган маиший аппаратуралар интерфейси SPDIF ёки IEC 958.

Бу интерфейслар электр қисми билан фарқланади холос, аммо маълумотлар бир хил форматда бўлади ва у 2.20-расмда кўрсатилган. Иккала интерфейсда ҳам, сигнални 32 – 48 кГц частота билан дискретлаб, стерео форматли аудиомаълумотларни реал вақтда узатиш учун, 20 бит сиғимга (ҳажмга) эга бўлган каналда қўлланилади. Интерфейс аудиомаълумотлар блокидан ташқари 4 битли қўшимча маълумотларни (масалан: компандернинг сиқиш коэффициенти ҳақида маълумот) декодерга йўллашга хизмат қилиши ҳам керак. Яна қўшимча каналнинг холати аниқловчи V(моно) ёки С (стерео), фойдаланувчининг маълумотларини U, жуфтлигини текширувчи Р битлар бўлиши билан бирга 4та синхронизация бити бўлиши керак. Ҳозирда 4та хизматлар бити аудиомаълумотлар таркибига киритилаган ва шунинг учун умумий сиғим (ҳажм) 24 битдан иборат бўлади.

 

2.20-расм. АЕS/ЕВU стандартида овоз сигналининг ифодаси.

 

Келтирилган стандарт иккита овоз сигналини шакллантиради (масалан: 2 моно ёки 1 стерео канал) ва уларнинг саноқларидан 64 бит ўлчамли аудио кадр ҳосил қилинади.

Рақамли оқимни шакллантиришда 192та кетма – кет кадр бирлаштирилиб, маълумотлар блоки яратилади ва махсус битлар ёрдамида- сигнал ҳақидаги ахборот (моно ёки стерео), киритилган ўзгартиришлар ва жамланган фойдаланувчи ҳақида маълумотлар узатилади.

“С” бит 192та аудиокадрдан иборат аудиомаълумотлар блокини узатиш вақтида 24 байт ахборотни (канал холати, дискретлаш частотаси, частота бўйича дастлабки бузилишлар ҳақидаги маълумотларни) кетма кет узатишга хизмат қилади.

Аниқлик бити “V” ҳар бир субкадрнинг “0”да жойлаштирилади ва узатилаётган сигнал аналог сигналга айлантирилиши кераклигини белгилайди.

Фойдаланувчининг бити “U” фойдаланувчи ёки ишлаб чиқарувчининг талабига бинонан қўлланиладиган бит.

Жуфтликни назоратловчи бит “Р” субкадрдаги сонлар

қиймати доимо жуфт бўлмоғини таъминлайди ва шу орқали қабул қилинаётган кадрнинг хатосини аниқлайди.

Бундан ташқари, 2.19- расмда келтирилган рақамли аудиосигнални, қабул қилувчи қурилманинг ҳар қандай қисми кадр ва субкадр орасидаги чегарани “билиши” лозим.

Бу мақсад учун ҳар бир кадр ва субкадрни синхронизацияловчи сарлавҳа блоки хизмат қилади.

Синхронизацияловчи сарлавҳалар 3 та турга бўлинади:

1.      Чап канал субкадрининг бошланишини белгилайдиган саноқлар учун;

2.      Ўнг канал субкадрининг бошланишини белгилайдиган саноқлар учун;

3.      Ҳар 192 кадрдан сўнг (дискретизация частотаси 48кГц олинганда ҳар 4 мсекда қайтарилади) такрорланадиган битлар кетма –кетлигини белгилаш учун.

АЕS/ЕВU стандарти бир қатор дискретлаш частоталаридан фойдаланишни кўзда тутади, улардан телевидение учун 48кГц частотаси анча қулайдир, чунки маълумот блокининг давом этиш вақти 4мсекдан иборат. Овозни дискретлаш частотаси ва видеокадр частотаси орасидаги нисбат содда қилиб белгиланган бу ўз навбатида рақамли видео ва овоз сигналларини битта алоқа линиясидан узатиш ва синхронизация қилишни соддалаштиради.

 

 

Телевизион АРЎ ва РАЎ нинг тузилишлари

 

Тасвир ва овозни рақамли узатилишига ўтиш жараёни тегишли элементлар базасини яратишни талаб этди. Нисбатан арзон, электр энергиясини кам истеъмол қиладиган дискретлаш частотаси бўйича талабларни бажарадиган, квантлаш разрядлар сони етарли ва ўзгартириш (алмаштириш) хатоликлари кам бўлган АРЎ ва РАЎ яратила бошланди. Аввалги бобларда келтирилганидек, видео сигналлар учун АРЎ-РАЎ ларнинг разрядлар сони 8 ёки 10 баъзида ҳатто 12, дискретлаш частотаси 13,5МГц ҳамда (oversampling), яъни дискретлаш чатотасини қийматини ошириш талабига асосан 30МГц ва ҳатто 60МГц қилиб белгиланадилар. АРЎ-РАЎ ларда овоз сигналларини квантлаш учун 16 сатҳ, яхшиси 18...20 сатҳ олиниши ва дискретлаш частотаси 50 кГцдан кам бўлмаслиги (oversampling) ҳисобга олиб 150...200 кГц қилиб танланиши мақсадга мувофиқ.

Ҳозирги замон АРЎ ва РАЎ лари асосан катта интеграл микросхемалар кўринишида бўлиб, ТТЛ ва КМОН технологиялари асосида, кам ташқи элементлар уланган ҳолда тайёрланадилар. Қуйида кенг тарқалган АРЎ ва РАЎларнинг баъзи бирларини кўриб чиқамиз:

 

Параллел АРЎ

 

Телевизион сигналлар АРЎ блокнинг асосий хусусиятлари бири уларнинг юқори тезлиги. Бу талабга кўпроқ параллел АРЎ (2.21-расм) ва параллел- кетма-кетли АРЎлар (2.22- расм) мос тушади. Параллел АРЎ асосан қуйидаги ташкил этувчилардан иборат:

·                    R-резисторлардан тузилган таянч кучланишни бўлувчи элементлар;

·                    К-кучланиш компараторлари жамламаси;

·                    Рақамлаштиргич (шифраторлар);

·                    Чиқиш каскадлари.

Кенг частота ўтказиш оралиғини таъминлаш ҳамда компараторларнинг сезгирлигини сақлаш учун стробирация қўлланилади, яъни компараторнинг чиқишидаги маълумот такт частотасиниг аниқ маълум вақтларида ўқилади (масалан: такт частотасининг орқа фронти бўйича). Чиқишда n икки разрядли сигнал олиш учун, қурилма 2ⁿ – 1 компаратордан иборат бўлиши керак. Компараторнинг биринчи киришлари бирлаштирилган ва уларга ташқи кирувчи сигнал (U_кириш) берилса, бошқасига эса бўлгичлар орқали – бўсаға (порог) кучланиши берилади. Бўлгичлар киришига юқори стабиллик таянч кучланиши берилади.

 

2.21-расм. Телевизион сигналлар АРЎнинг параллел тури.

 

Шундай қилиб, компараторлар киришдаги маълумот кучланиши билан таянч кучланишларини солиштирадилар. Агар киришдаги маълумот кучланиши бўсаға кучланишидан кичик бўлса, компаратор чиқишидаги мантиқий “0” га тенг бўлади.

Агар маълумот сигнали бўсаға сигналидан катта бўлса,компаратор чиқишида мантиқий “1” қиймати ҳосил бўлади. Хилма хил компараторлридаги таянч кучланишлари квантлаш қадамига мос равишда ўзгаради. Масалан: Бир вольт кучланишли 8 разрядли рақамли телевизион сигнал учун 255 компаратор керак бўлади ва таянч кучланиши 3,9 мВ қадам билан ўзгаради.

Қанчалик кирувчи сигналнинг қиймати катта бўлса шунча кўп компараторлар чиқишида мантиқий “1”га ҳосил бўлади. Шифратор эса (2ⁿ – 1) ли разрядли компараторларнинг кодини n – разрядли иккилик кодига айлантиради ва чиқиш регистрида ёзади ҳамда чиқишга узатади. Бундай АРЎнинг тезлиги компараторлар ва шифраторнинг тезликларига боғлиқ

Дискретлаш вақтлари такт ёки стробирация импульслари билан аниқланиб, компараторлар ишлашинига рухсат берилади ва шифратор чиқишидаги кодлар қайд этилади.

Параллел турдаги АРЎнинг разрядлар сонини биттага ошириш компараторлар сонини икки марта оширишни талаб этади. Бу ўз навбатида катта интеграл микросхеманинг кристалл майдонини ошишига олиб келади ва схема мураккаблашиб, энергия таъминот қуввати кўпаяди. Шу сабабли бундай кўринишли тезкор АРЎлар разрядлар сони 8 тадан ошмаган холдатлардагина ишлатилади.

 

Параллел -кетма – кет АРЎ

 

Разрядлар сони кўп ва айни вақтда тезкорлиги юқори бўлган АРЎ бу параллел – кетма – кет вариантдир (2.22-расм). Аналог сигнал хотира ячейкаси сифатида танловчи ва сақловчи қурилмада (ТСК), (русча УВХ – устройства выборки и хранения) дискретлаш вақтларида, кирувчи сигнал қийматлари ёзилади (белгиланади). АРЎ1 нинг биринчи тактида “қўпол (дастлабки)” ўзгартириш амалга оширилади ва n1 юқори разрядлар шакллантирилади ҳамда РАЎ ёрдамида U₂ кучланиши ҳосил қилиниб, U₁ дан айирилади. Ҳосил бўлган кучланишлар фарқи ∆U (U₂ – U₁=∆U) кучлайтирилади ва АРЎ2нинг иккинчи тактида n2 кичик разрядларни аниқловчи чиқиш кодини шакллантиради. Шундай қилиб, n=n1+n2 иккилик разрядли натижавий код ҳосил қилинади, аммо параллел-кетма-кет турда ўзгартиришлар вақти параллел турга қараганда 2 марта кўп вақт талаб этади.

Бу турдаги АРЎ нинг хусусияти унинг разрядлари шаклланишининг соддалиги, яъни иккита 8 разрядли параллел турдаги АРЎ дан фойдаланиб, 16 разрядли чиқиш кодини олиш мумкинлиги. Кучланишлар фарқини (∆U) кучайтирилиши туфайли АРЎ2да квантлаш қадамини катта қилиб танлашга имкон яратилади. Шу сабабли 10 – 12 разрядли рақамли телевидениеда, дискретлаш частотаси 40 – 60МГц ва ундан юқориларда юқори бўлган холатларда параллел – кетма -кет тузилмаси қўлланилади.

2.22-расм. Параллел -кетма –кет туридаги АРЎ

 

Тенглаштирувчи турдаги АРЎ

 

Бу турдаги АРЎ (2.23-расм) овозни рақамли сигналга ўтказишда ишлатилади, ҳамда чиқувчи код 16 – 20 разрядли бўлиши талаб этилади, аммо ўзгартиришлар тезкорлиги аҳамиятга эга эмас. Тенглаштирувчи турдаги АРЎ танловчи ва сақловчи қурилма, компаратор, кодга кетма-кет яқинлашиш регистри (ККЯР), бошқариш схемаси ва РАЎлардан иборат.

2.23-расм. Тенглаштирувчи турдаги АРЎ

 

Ўзгартиришлар реал вақтда амалга ошириладиган параллел ёки параллел кетма-кет АРЎдан фарқли тенглаштирувчи турдаги АРЎ анча секин ишлайди. Ўзгартиришлар фақат “Бошланиш” (“Пуск”) сигнали берилиши билан бошланади ва ТСК кириш кучланишининг шу вақтдаги қийматини эслаб қолади. Шундан сўнг кетма-кет яқинлашиш силжитиш регистри такт импульслари асосида тенглаштириш жараённи бошлайди. ККЯР нинг чиқиши РАЎга уланган ва РАЎ ўз навбатида ККЯР га ёзилган код комбинациясига асосан кучланишни шакллантиради. ККЯР коди ўзгарганда РАЎ чиқишидаги кучланиши ўзгаради ва у компараторнинг киришидан бирига узатилади ҳамда унинг қиймати кириш сигнали қиймати билан солиштирилади. ТСК да ёзилган кириш сигнали қиймати ва РАЎнинг чиқиш сигналлари қийматлари тенглашгунча жараён (ўзгартиришлар) давом этади. Бу холатда, яъни сигналлар тенглашган холатда, компаратор ККЯРга такт сигналларини узатишни тўхтатади ва ўзгатириш жараёни тугайди.Сўнгра маълумотларни ўқиш учун бошқариш схемаси “Тайёр” (Готовность) сигналини шакллантиради. Барча ўзгартиришлар жараёни n такт даврда амалга оширилади.

Тенглаштирувчи АРЎнинг асосий муаммоси РАЎ ни тайёрлашдаги талаб қилинадиган разряд ва тезкорликни таъминлашдир.

Телевидениени рақамлаштиришда бир вақтда бу иккала кўрсатгични таъминлаш бир бирига зид масала. Шу сабаб бу турдаги АРЎ асосан овоз сигналларини рақамлаштиришда фойдаланилади.

 

Сигма – дельта АРЎ

Квантлашнинг энг катта разряд сони сигма – дельта АРЎ модуляторида (ёки оддий сигма – дельта АРЎ) амалга оширилади. Шундай АРЎнинг оддийгина ташкилий чизмаси 2.24- расмда келтирилган.

Бир разрядли АРЎ вазифасини бажарувчи ёки компаратор айиргичнинг чиқишидаги кучланиш билан ноль қийматни билан солиштиради. Компаратор кf_д частота билан тактланади ва бир разрядли АРЎ га таьсир кўрсатади. АРЎ нинг чиқиш кучланиши, мантиқий “1” бўлганда, + U_oп қийматни ва мантиқий “0” бўлганда эса - U_oп қийматни қабул қилади. АРЎнинг чиқишидаги кучланиш кириш сигнали U_кириш дан айрилади ва интегралланади, яъни интеграллаш натижаси ўрта қийматга келтирилади ҳамда компаратор киришига берилади.

2.24-расм. Сигма – дельта АРЎ

 

Манфий тескари боғланишли кучатувчи тизим интегратор чиқишида ноль қийматли кучланишни ушлаб туришга хизмат қилади. Шу сабабли кириш кучланиши қиймати катталашганда компаратор чиқишида мантиқий “1” кўпроқ вақт давомида мавжуд бўлади ва аксинча кириш кучланиши камайганда мантиқий “0” да ҳам шундай бўлади.

Компараторнинг чиқишида мантиқий “1” ва “0” кетма-кетликлар рақамли фильтрда n – разрядли иккиликларга айлантирилади ҳамда f_д частота билан дискретланиб, АРЎ чиқишига берилади.

Сигма – дельта АРЎ 24 разрядгача квантлашга эга бўлиб, юқори сифатли овоз сигналларини рақамли узатишда ва ўлчов жиҳозларида қўлланади.

2.4- жадвалда кўп тарқалган катта интеграл схемалик АРЎларнинг кўрсатгичлари келтирилган.

Рақам – аналог ўзгартиричлар

РАЎ ни шакллантиришда асосан токларни суммалаштириш принципи(омили) ишлатилади. 2.25- расмда РАЎ нинг ташкилий чизмаси кўрсатилган, унда n – ток генераторидан иборат таянч манбаидан озиқланувчи (U_таянч), n – калит сони (бу ерда n – иккилик разрядлар сони, келтирилган мисолда бу сон 4 га тенг). Токнинг катталиги иккининг даража кўрсатгичига пропорцианал. Агар навбатдаги тактда тегишли Q битнинг рақамли сигнали мантиқий “1” га тенг бўлса, калит қўшилади ва тескари ҳолатда (“0” қийматда) калит узилади. Умумий ток юклама қаршилиги R_н орқали оқади ва чиқиш кучланиши U_чиқ ни ҳосил қилади. Токлар йиғиндисини кучланишга ўзгартириш учун РАЎ нинг чиқишда операцион кучайтиргич қўлланиши мумкин.

 

2.4-жадвал

Kўп тарқалган АРЎларнинг айрим кўрсатгичлари

2.25-расм. Суммалаштирилган икки ўлчам токли РАЎ

 

Ҳозирги пайтда токларни ҳосил қилиш учун резистив матрица R – 2R кенг қўлланилади, 2.26-расмга қаранг.

2.26-расм. R – 2R матрица асосидаги РАЎ

 

Суммалаштирилган иккилик ўлчам токли РАЎнинг афзаллиги ток генераторлари ва калитлар сони минималлигидир. Аммо разрядлар сони катта ва ўзгартириш частотасининг юқори бўлган холатларида кўп ток генераторларнинг бир вақтда уланиши манбаа токининг кескин пасайиши ёки сакрашига олиб келади ва бу ўз навбатида РАЎнинг чиқишидаги кучланишнинг бузилиши келиб чиқади.

РАЎнинг яна бир камчилиги кўрсатгичлари юқори аниқликка эга бўлган ҳар хил қийматли резисторларни қўлланиши ва шу сабабли муракаб ва қиммат технологияларининг ишлатилиши.

Агар ток генераторлари ва калитлар сонини 2ⁿ – 1 гача оширсак ва барча генератор токларини I₀ тенг қилиб олинса, юқоридаги кўрсатилган камчиликлар анчагина камаяди.

 РАЎнинг киришига К иккилик сон (К = 0,1,... 2ⁿ – 1) берилса, унда К калитлар уланди ва чиқувчи ток К I₀ га тенг бўлади.

Кириш сигнали кўпайса, калитлар қўшилади ва улар камайса ажралади. Бундай вариант тўла декодерланган РАЎ дейилади ёки термометрга ўхшаб суюқлик баландлиги тушгани ёки кўтарилгани каби “термометр” термини ҳам қўлланилади. Аммо, бундай РАЎдаги элементлар сони иккилик ўлчанган токли РАЎдан кўп бўлади.

Тезкор кўп разрядли квантланган РАЎларни қуришда сегментларга бўлинган структураси схема қўлланилади. Ана шундай 10 разрядли РАЎнинг тузилиши мисол сифатида 2.27- расмда келтирилган.

 

2.27-расм. 10 разрядли сегментланган РАЎ

 

Расмда катта стрелкалар билан рақамли шиналар кўрсатилган, устига ёзилган сонлар ундаги разраядлар сонини кўрсатади.

Кирувчи 10 разрядли код регистр Рег1да f_т такт частота билан қайд қилинади. Сўнгра 5та юқори разрядлар дешифратор (ДШ) ёрдамида 31 разрядли кодга айлантирилади. Айлантириш учун тўла декодерлаш қонуни ишлатилади: агар дешифраторнинг киришида N сони (иккилик кодда) бўлса, ДШ чиқишида N кичик разрядлар “1” қийматни қабул қилади ва бошқа чиқишларида фақат “0”лар бўлади. ДШнинг чиқишидаги кодлар ва кириш сигналининг 5 кичик разряд кодлари 36 разрядли регистрда (РЕГ2) хотирада сақланади ҳамда ҳосил қилинган 31 разрядли код РАЎ1 га келиб тушади. РАЎ1 ўз навбатида 31та бир хил қийматли ток генератори ва 31та калитдан иборат.

5та кичик разрядлар РАЎ 2га тушади, у эса иккилик ўлчам токларни суммалаштириш омили асосида қурилган. РАЎ ва РАЎ2 токлари қўшилиб, ўзгартиргичнинг чиқиш токи ҳосил қилинади.

РАЎ 1 ва РАЎ 2 да пайдо бўлган халақитлар қиймати аҳамиятсиз бўлиб қолади, чунки кичкина қийматли токлар уланиши мавжуд бўлади.

Овоз сигналларини рақам – аналог ўзгартиришда дискретлаш частотаси қийматини ошириш ва интерполяция(яқинлашиш) ишлатилади. Бунинг учун махсус РАЎлар қўлланилади (2.28, а-расм).

 

2.28-расм. Интерполяцияли (а) ва сигма – дельта модуляторли (б)РАЎлар

 

Интерполятор рақамли қурилма бўлиб, бунда киришдаги хар икки саноқ орасига маълум қонунлар асосида аниқланадиган, қўшимча k – 1 дона янги саноқлар киритилади. Натижада дискретлаш частотаси қиймати k маротаба ошади.

Сўнгра сигнал n-разрядли РАЎда аналог шаклга ўзгартирилади ва ПЧФ ёрдамида фильтрланади.

2.5-жадвал

Кўп тарқалган айрим РАЎларнинг кўрсатгичлари

 

Энг кўп квантлаш разряди сигма – фильтр модуляторли РАЎ да таъминланади (2.28, б-расм). Интерполятор дискретлаш частотасини “k” маротаба оширади. Рақамли сигма – дельта модулятор n разрядли иккилик сўзларни m –разрядли сўзларга айлантиради (m < n) ва m – разрядли РАЎда аналог сигналга ўзгартириб, ПЧФда текисланади (спектр тозаланади).

Сигма – дельта модуляторда m – разрядли сўзлар шундай шакллантириладики, бунда катталаштирилган дискретлаш частотасидаги, бир неча саноқларнинг ўрта қиймати олиниб, чиқиш аналог сигналининг талаб этиладиган қиймати таъминланади.

Қанчалик “m” “n” га нисбатан кичик бўлса, дискретлаш частотаси қанчалик катта бўлишини кўрсатадиган “k” хам ортади. Энг юқори қийматда m = 1 бўлади. Бу холатда чиқиш кучланиши текисланган импульслар кетма –кетлигига айланади, яъни импульс кенглиги бўйича ёки импульс частота бўйича модуляцияланган каби.

2.5-жадвалда айрим кўп тарқалган катта ИС РАЎлар келтирилган.

 

5-мавзу: Телевизион тасвир ва овоз сигналларининг ҳажмини сиқиш

 

Ўтган бобларда келтирилгандек, аналог телевизион сигнални рақамли шаклга ўзгартирилганда, чиқишдаги видео маълумотлар оқими 240 Мбит/с гача етиши мумкин ва бу бир соатда узатилаётган маълумотлар учун 108 Гбайтни ташкил этади. Бу ўз навбатида рақамли телевидение алоқа тармоғи учун 120МГцли ўтказиш полосаси бўлишини талаб этади ва бундай катта ҳажмли маълумотни 8МГцли стандарт телевизион каналдан узатиш мумкин эмас. Бундай катта ҳажмдаги рақамли маълумотларни ёзиш ва хотирада сақлашда, рақамли серверларни яратишда кўпгина қийинчиликларни келтириб чиқаради. Шу сабабли видеосигнал кўрсатгичларини мослаштириш ва алоқа каналларидан узатиш учун, телевизион тасвир маълумотларнинг ортиқчалигини ҳисобга олган холда, сиқиш усулларидан фойдаланилади. Агар сиқиш қўлланилмаса ўрта холдаги битта фильм юзлаб Гигабайтни эгаллайди.

Агар тезлиги 56 Кбит/с модем ишлатилса, бир кунлик олинган видеотасвирни 8 йил давомида узатиш керак бўлади. Шу сабабли маълумотни узатиш тезлигини кўтариш учун рақамли видеотасвир доимо сиқилади. Сиқиш асосан икки усулда амалга оширилади: – сифатни йўқотиб ва сифатини йўқотмасдан.

Сифатни йўқотмасдан сиқиш йўли. Бу йўл тикланган тасвирнинг дастлабки тасвирга тўла мослиги амалга оширилади, лекин сиқиш коэффициенти катта бўлмайди, кўпинча бу 10 – 20 мартани ташкил этади. Бунга статик графика формати GIF ва видео учун GIF 89 мисол бўла оладилар.

Сифатни йўқотиб сиқиш йўли. Видео маълумотларни маълум қисмини йўқотган холда катта сиқиш коэффициентини таъминлайди. Аммо агар инсон кўзи дастлабки ҳақиқий тасвир билан қайта ишланган тасвир ўртасидаги фарқини сезмаса, бундай сиқишни сифати йўқолмаган сиқиш дейиш мумкин. Иккала тасвир – ҳақиқий ва сиқиш йўли билан компрессор ёрдамида олинган тасвирлар (тиклангандан кейин) орасидаги фарқ иложи борича кам бўлиши керак ва битлар бўйича тўғри келмайди, аммо инсон кўзи буни сезмаслиги мумкин. Шу сабабли амалиётда тасвир маълумотининг маълум қисмини олиб ташлаб, ўзгартиришлар амалга оширилади ва кейин эса ахборотни йўқотмасдан маълумотлар сиқилади.

Қуйида телевизион тасвир сигналининг ортиқчалик турлари кўриб чиқилади ва ортиқчаликни олиб ташлаш усуллари келтирилади.

 

Телевизион сигналларнинг ортиқча маълумотининг турлари ва ортиқчаликни олиб ташлаш усуллари

 

Телевизион тасвирнинг тахлили шуни кўрсатадики, улар катта ҳажмли ортиқча маълумотларга эга ва қуйидаги синфларга бўлиш мумкин:

1) Кодлик ортиқчалик;

2) Элементлар аро ёки статистик ортиқчалик;

3) Психовизуал ортиқчалик;

4) Тузилмавий ортиқчалик;

5) Вақтли ёки кадрлар аро ортиқчалик.

 

Тасвир маълумотини сиқишда битта турдаги ортиқчаликни олиб ташлашни ёки бир нечта турни бирданига қўллаш мумкин.

Кодлик ортиқчалик тасвирда бир хил кўринишдаги ва ёруғлик нурини бир хил қайтарадиган кўплаб обектлар (таркибий қисмлар) мавжуд бўлиб, уларнинг юзаси бир хил ёруғлик нурларини шакллантиради ва бундай холат кўп тарқалган. Мисол учун 3.1- расмга қаранг.

Ёруғлик нури пикселларини иккилик қиймат билан кодлаштирилганда, бир хил узунликдаги кодлардан фойдаланилади ва бу холат кодлик ортиқчаликка олиб келади. Кодлик ортиқчаликни йўқотиш учун Хаффман жадвалига асосланган, узунлиги ўзгарувчан энтропия кодлари қўлланилади, яъни қайтарилаётган код комбинацияси қисқа код комбинацияси билан алмаштирилади ҳамда кам учрайдиганганлар узун код комбинациясида берилади, худди Морзе алифбоси каби. Бундай ҳолат узатилаётган маълумотнинг ҳажмини 20 - 25% га камай-

тиришга имкон беради.

3.1- расм. Тасвирни кодли ва элементлараро ортиқчаликни кўрсатувчи мисоллар

 

Элементлараро ортиқчалик (3.1-расм) Бу тасвирнинг юқори аниқлигидан келиб чиқади, яъни тасвирни кичик қисмларини тасвирлаш ёки объектлар чегараларини белгилашдаги маълумот мавжуд бўлса, оралиқдаги бир хил текис қисмлардан олиган маълумот ҳажмни орттиради холос.

Элементлараро ортиқчалик пикселларнинг кучли корреляцион боғланишига асослангани сабабли, спектр ўзгартириш усуллари орқали ортиқчалик йўқотилади ва улар спектр ташкил этувчиларнинг сигнал энергиясини тақсимланиши билан баҳоланади. Бугунги кунда кўплаб спектрал ўзгартиришларда қўлланиладиган математик функциялар мавжуд, аммо тасвирни сиқиш амалиётда дискрет косинусоидал ва вейвлет алмаштиришларидан кенг фойдаланилади.

Психофизик ортиқчалик кўзимизнинг кўриш қобилиятига асосланган, яъни тасвирдаги маълумотнинг айрим қисмидаги маълумот йўқотилиши унинг сифатига сезиларли даражада таъсир этмаслиги мумкин. Масалан: кўз ёруғлик ўзгаришидан кўра ранг ўзгаришини камроқ сезади.

Бундан ташқари инсон кузатиш даврида биринчи бўлиб тасвирнинг муҳим қисмини (объект контурини ёки текстлар зонасини) топишга ҳаракат қилиши аниқланган ва унинг комбинациясидан ниманидир билишни, шакллантиришни истайди. Бу холатда элементларнинг ёруғлиги ва рангги иккинчи даражали бўлиб қолади.

Тузилмавий ортиқчалик 3.2-расмда кўрсатилган холатдагидек, тасвирнинг айрим қисмларида пайдо бўлади. Буни йўқотиш учун тасвир сканер қилиниб, қайтариладиган қисмлари, фрагментлари (фракталлари) аниқланади ва улар аввал аниқланган фрагментлар ифодасига алмаштирилади ҳамда шу орқали узатилаётган маълумот ортиқчалик ҳажми камайтирилади.

3.2-расм. Тузилмавий ортиқчаликни кўрсатувчи мисол

 

Вақтли ёки кадрлар аро ортиқчалик битта видеосюжет вақтида икки қўшни кадр орасидаги фарқ нисбатан сезиларсиз бўлиши сабабли (3.3- расм), телевизион тасвир маълумотида асосий кадрга нисбатан кадрлар фарқини узатиш амалга оширилса,видео оқимдаги сиқиш коэффиқиентининг катта қийматга эришиш имкони яратилади. Амалиётда кадрлар аро фарқ қўлланилмайди, чунки расмнинг жойлашишининг ўзгариши тасвир пикселлар координаталариниг ўзгаришига олиб келади ва кадрлар фарқининг ошиши келиб чиқади ҳамда бу ўз навбатда кадрлар орасидаги маълумотнинг ўсишига олиб келади.

 

3.3-расм. Видеосюжетдаги қўшни кадрлар ва улардаги кадрлар аро фарқининг кўриниши.

 

Шу сабабли амалиётда қўшни тасвир фрагментларини компенсациялашга асосланган мураккаб кадрлар аро фарқларни аниқловчи усуллар қўлланилади.

Биринчи кадр тасвиридаги фрагментларни кейинги кадрнинг тахминий силжитиш зоналарида излаб топиш асосидаги усулдир. Агар шундай ўхшаш фрагментлар аниқланса, кейинги кадр ўрнига силжиш координатларигина берилади холос. Мисол учун: 16х16 пикселли 255 байтли блок, бор йўғи 1-2 байтли координатани кўрсатувчи код билан алмаштирилади.

Бу холатда видеооқим тузилмаси ортиқчалиги йўқотилган таянч кадридан иборат бўлиб, қолганлари эса кадр ичидаги ўзининг ортиқчаликлари йўқотилган ва қўшимча битта ёки бир неча ортиқчаликни йўқотиш турлари қўлланилган ҳамда бир вақтда тасвир блокларининг ўзаро силжишлари ва кадрлар орасидаги фарқни кўрсатувчи маълумотлардан ташкил топади. Айтилган амаллар МPEG стандарти оиласига тегишли ва шунга ўхшаш кодекларда қўлланилади. Бугунги кунда эффективлиги хилма хил бўлган, видеомаълумотларни сиқишнинг кўплаб усул ва алгоритимлари ишлаб чиқилган ва улар турли сифат кўрсатгичларига, қўлланилган алгоритмлар мураккаблигига ҳамда тезкорлига боғлиқдирлар.

Шундай қилиб, тасвир сигналини шакллантириш ва ўзгартириш жараёнида қуйидаги йўналишларни келтириш мумкин:

· Спектр ўзгартиришлар асосида сиқиш;

· Фрактал сиқиш;

· Векторли квантлаш.

Ҳар бир кўрсатилган холатлар ўзининг афзалликлари ва камчилигига эга, уларни кенгроқ кўриб чиқамиз.

 

6-мавзу: Спектрал ўзгартириш асосида тасвир сигналини сиқиш

Режа:

6.1.            Дискрет косинус алмаштириш

6.2.             Вейвлет алмаштириш алгоритмлари асосида сиқиш.

 

Спектр ўзгартириш асосида тасвир сигналини сиқиш

 

Тасвир ва видео кетма-кетликни сиқишни, хар хил принциплар асосда, яратилган ва кўп тарқалган усул ортогонал ўзгартиришдир. Амалиётда кўпинча чизиқли ортогонал ўзгартириш усуллари қўлланилади. Шундан келиб чиқиб, қуйидаги ўзгартиришлар мақсадга мувофиқ ҳисобланади:

 

· Уолш - Адамар алмаштириши;

· Карунен – Лоэва алмаштириши;

· Дискрет косинус ўзгартириш (ДКЎ);

· Вейвлет ўзгартириш (ВЎ).

 

Бу келтирилган ўзгартиришларнинг ҳар бирининг қўлланиш соҳаси, афзалликлари ва камчиликлар мавжуд.

Масалан Адамар алмаштиришининг афзаллиги унинг амалиётда осон қўлланиши ва ҳисоблашларнинг соддалиги. Бу алмаштириш ўзгармас-бўлакли фунциялар учун, айниқса сигналнинг ўзгармас ташкил этувчисини ажратишда, яхши натижалар беради аммо реал тасвир сигналларида бундай сигналлар кам учрайди

Карунен – Лоэва алмаштиришининг асосий камчилиги ҳозирча унинг векторларини тез ҳисоблаш усули ишлаб чиқилмаган, шу сабаб бу усул фақат назарий ҳолатда мавжуд.

Шундай қилиб, юқорида санаб чиқилган ўзгартиришлардан амалиётда кўпроқ ДКЎ ва ВЎ лар ишлатилади ҳамда уларни батафсил кўриб чиқамиз.

 

Дискрет-косинус ўзгартириш асосида тасвирларни сиқиш

 

Олим В. Чен томонидан 1981 йилда таклиф этилган ва ДКЎ яхши ўрганилган ҳамда ўзгартиришлар JPEG, MPEG, MPEG – 1, MPEG – 2, MPEG – 4 форматларида юқори эффективликда қўлланилган. Мазмуни бўйича бу усул Фурьенинг икки ўлчамли дискрет ўзгартиришига ўхшаш, фарқи фақат базис функцияларини ишлатилишида. ДКЎнинг афзаллиги қаторнинг тез яқинлашиши ва ўзгартиришларда хатонинг қиймати кичик бўлишини таьминланиши.

Тўғридан – тўғри ва тескари ДКЎ қуйидаги (3.1, 3.2) тенгликлар билан ифодаланадилар:

F(u,v) = (1/4)C(u)C(v)p (x,y)  ,     (3.1)

F(x,y) =  C_(u) C_(v) F_(u,v) .                  (3.2)

 

Бу ерда: v – график блокнинг горизантал координатаси

 u – блок ичидаги координата,

С(u), С(v) = 1/   u, v =0 учун ва акс холатда С(u), С(v) = 1

 

Бундай усул кадрларни (3.4-расмга қаранг) 64 (8х8) саноқли блокларга бўлаклашни кўзда тутади ва улар (3.5, а-расм) сигналлар матрицаси дейилади. Сигнал матрицалари ўз навбатда шу ҳажмли частота коэффициентлари матрицасига (3.5б-расм) айлантирилади. Улар горизонтал ва вертикал йўналишлардаги икки ўлчамли тасвир спектрининг кўринишида ифодаланган. Бундай матрицанинг чап тепа бурчагидаги коэффициентлар тасвирнинг паст частотали ташкил этувчисини ва ўнг пасткиси коэффициентлар юқори частотали ташкил этувчиларни кўрсатади.

ДКЎ спектрининг хусусияти шундан иборатки, частота спектри энергиясининг асосий ташкил этувчилари ноль қийматли частота атрофида йиғилганлигидир. Юқори частоталик ташкил этувчиларнинг амплитуда қиймати ноль ёки нолга яқин сон ва шу сабабли ДКЎнинг частота коэффициентлари маълум белгиланган “чегара” қийматдан ортиқларигина узатилади холос. Белгиланган “чегара” қийматдан кичик коэффицентлар ноль ҳисобланади ва узатилмайдилар ҳамда улар кескин-кесиксимон (зигзаг) тартибда ўқилади (3.5, б-расм) ва узун серияларни статистик компрессор (RLE) орқали сиқилади

 

3.4-расм. Дастлабки тасвир

 

3.5-расм. Даслабки тасвирнинг ёруғлик сигнали матрицаси.

(а) – пикселлар ўлчами 8х8 ва (б) – тўғридан тўғри ДКЎ дан сўнгги матрица коэффициентлари.

 

Узатилиш пайтида нолли коэффициентлар чиқариб ташланганлиги сабаб, сиқилиш сифат йўқолмаган ҳисобланади ва тасвир декомпрессиядан (тиклангандан) сўнг оригиналдан (ҳақиқийсидан) фарқ қилмайди. Бунда сиқиш коэффициентиниг қиймати юқори эмас ва ўртача 10 – 20 мартани ташкил қилади ҳамда тасвирнинг давом этиш вақтига боғлиқ. Сиқиш коэффициентларини бошқариш учун ДКЎ коэффициентларини аниқ сонларга (квантлаш матрицасига) бўлинади, ҳамда олинган қиймати тўла сонга етгунча яхлитланади, бу эса ноллик коэффициентлар кетма-кетлигини кўпайишига ва сиқиш коэффициенти қийматини ошишига олиб келади Тиклаш жараёнида ана шу маълум сонга, кўпинча 10га кўпайтирилади. Аммо бундай маълумотларни яхлитлаш бир томондан тасвирни сиқиш коэффициентининг қийматини оширса, бошқа томондан ахборотни қайтариб бўлмас йўқотишларига олиб келади ва натижада катта коэффициентли сиқиш қўлланиши туфайли ёруғлик сигналларини чегараларда ўзгариш жараёни бузилади. Бу эса ўз навбатида бузилишлар пайдо бўлишига ва оқибатда тасвир блокининг тиклашдаги аниқлик ва сифатнинг пасайишига олиб келади (3.6-расм).

 

3.6-расм. 100 баробар сиқилгандаги ҳақиқий ва тикланган тасвирларнинг кўриниши.

 

Бу усул анча яхши натижа беради ва блок бўйича ҳаракатни компенсациялаш усули билан уйғунлашади, ҳамда видеооқим 5Мбит/с тезликдан юқори бўлганда тасвирнинг сифати яхши тикланади. Аммо оқим тезлиги камайганда блок эффекти деб аталадиган бузилиш кучли намоён бўлади ва натижада тасвир мозайик кўринишга келиб қолади, бу эса сиқишнинг асосий камчилигидир. ДКЎ асосан тасвирни JPEG ва MPEG сиқиш стандартларида қўлланилади.

 

Тасвирни вейвлет ўзгартириши асосида сиқиш

 

Бугунги кунда тасвир ва овозни сиқишда кўп тарқалган усулдан - вейвлет ўзгартиришидан фойдаланилади ва у Гроссман ва Морле томонидан ўтган асрнинг 80 йилларида киритилган.

Фурье ва ДКЎ ларнинг асосий камчилиги уларнинг базавий гармоник ташкил этувчилари функция даврий бўлмаган холатларда яхши ишламайди ва натижада фойдали маълумотнинг маълум қисмини тиклаш имконияти йўқотилади. Вейвлет ўзгартириш маълум функцияни вейвлет функцияли ташкил этувчилар кўринишида берилишидир ва вейвлет –бу кичик тўлқин ёки тўсатдан сакраш тўлқини.

 

3.7-расм. Баъзи бир кўп тарқалган вейвлетлар

 

Ҳозирги пайтда жуда кўп вейвелт функциялар мавжуд ва улар турли хоссаларга ва қўлланилиш жойларига эга. Баъзи бир кўп тарқалган ва тасвир сигналларида фойдали ишлатиладиган вейвлетлар 3.7- расмда кўрсатилган.

Амалиётдан эса вейвлет – ҳолатдан ҳолатга ўтказишда тасвирни паст ва юқори частотали фильтрлаш ҳамда олинган коэффициентларни сийраклаштириш (децимация) жараёнини қўллашдир ва улар 3.8-расмда келтирилган.

Сигнални ўзгартириш яъни паст ва юқори частотали фильтрлашдан сўнг дастлабки сигнал ташкил этувчилар частота диапазони камида икки марта қисқаради. Бунга сабаб тасвир икки массивли маълумотлар ва шунинг учун вейвлет ўзгартиришлари алоҳида 2 этапда амалга оширилади, яъни горизонтал ва вертикал йўналишларда. Ўзгартириш йўналишини танлаш аҳамиятга эга эмас.

 

3.8-расм. Вейвлет – кетма – кетлигининг умумлаштирилган структура схемаси

 

Вейвлет – фильтрларга яна бир элемент – сийраклаштириш элементи киритилади ва у киришга келган соннинг биттасини ташлаб, кейингисини ўтказади, чунки ҳар иккинчи ахборот ортиқча бўлиши мумкин. Агар сигналнинг белгиланган вақтдаги қиймати маълум бўлса, кейинги қийматини ҳисоблаб топиш мумкин.

Тасвир икки ўлчамли бўлганли сабабли, вейвлет ўзгартиришдаги бўлаклаш жараёнининг (декомпозиция) ҳар бир қадами икки этапда бажарилади, дастлаб матрицанинг қаторлари тахлил қилинади сўнгра устунчалари (столблар) ёки тескарисига аввал устунчалар сўнгра қаторлар.

Фақат икки коэффициентга эга оддий Хаар вейвлети учун паст частотали фильтр фаолиятини икки қўшни нуқта ўрта қиймати сифатида, юқори частотали фильтрни сонларни дифференциялаш сифатида қабул қилиш мумкин.

Ўзгартириш натижасида иккита массив пайдо бўлади. А_[N/2] ва D_[N/2], уларнинг элементлари қуйидагича аниқланади:

;          ,

бу ерда к €[ 0, N/2]

Паст частотали фильтрнинг коэффициентлари А_[N/2] сигнал аппроксимацияси ва юқори частота коэффициентлари D_[N/2] эса сигнал детализацияси дейилади. Бунда А ва D массивлари мавжуд бўлса, даслабки сигнал- S_[n] ни тиклаш мумкин (3.9-расмда келтирилган каби). А_[N/2] ва D_[N/2] сон қийматлари ёруғлик нуқталари билан кўрсатилган.

3.9-расм. Вейвлет – декомпозиция принципи

 

Вейвлет ўзгартириш принципини 3.10-расм келтирилган мисолда, тасвир сигналини ўзгартиришда кўриш мумкин.

Фильтр бу кичкина “деразача ” шаклда бўлиб, у ерда ёруғлик ва ранглар пиксель қийматлари келтирилган вейвлет – функциянинг коэффициентларига кўпайтирилади ва кўпайтма қийматлар йиғиндиси олинади. Ундан сўнг “деразача” бошқа қийматни ҳисоблаш учун силжитилади. Видеомаълумотларни горизонтал йўналишда фильтрлаш оқибатида иккита маълумотлар массиви шакллантирилади: тасвирнинг асосий ахборотини ташувчи паст частотали ва башорат қилиш хатоликларини ўз ичига олган юқори частотали массивлар (3.11-расмга қаранг). Паст ва юқори частотали массивлар вертикал йўналишдан ўтгач яна улар қўшимча вертикал йўналишнинг паст ва юқори частотали массивларига бўлинадилар. Шундай қилиб, фильтрлашдан сўнг mxn ўлчамидаги битта тасвир ўрнига вейвлет ўзгартириш натижасида 4 марта кичиклаштирилган (m/2) x (n/2) ўлчамидаги тасвир пайдо бўлади (3.11 б-расм). Сиқиш самарадорлигини ошириш учун паст частотали тасвирни вейвлет ўзгартириши билан кўп марта ўзгартириш мумкин, яъни паст частотали қисмда 1 пиксель қолгунча. Амалиётда ўзгартиришлар 3-6 мартадан ошмайди. Вейвлет коэффициентларнинг паст ва юқори частотали массивларини икки карра ўзгартиришлардан кейинги олинган тасвир (3.11 б- расмда) да келтирилган.

 

3.10-расм. Даслабки тасвир ва сатрлар бўйича вейвлет – декомпозициясидан сўнг

 

Шундай қилиб, кўп маротаба вейвлет декомпозициялаш (ўзгартириш) натижасида, аппроксимациялаш массивида жуда кичик тасвир олинади (3.11-расмдаги тепа чап бурчакда) ва айни вақтда у кичик ҳажмли ахборотлар маълумотини ташкил этади. Массивнинг катта қисмини детализациялаштирган ноллар ёки кичик коэффициентлар ташкил этади (3.11-расмда нолга қиймати 128 бўлган кул ранг мос келади), улар статистик компрессорда яхши сиқилади ва катта сиқиш коэффициентига эришишга имкон беради.

                                    а)                                                                           б)

3.11-расм. Тасвирнинг сатрлар ва устунлар бўйича вейвлет фильтрлари ёрдамида ўзгартириш ва икки марта ўзгартиришдан кейинги ҳолати.

Шундай йўл билан олинган вейвлет коэффициентлар қийматлари квантланади ва сиқишни бошқариш учун статистик компрессорлар ёрдамида сиқилади ҳамда шундан сўнг чиқиш оқимига ёзилади.

 Ҳозирги даврда, JPEG-2000 сиқиш стантартида, тасвирни сиқишда қуйидаги вейвлет функциялар кенг қўлланилади: Коэн-Добеши –Фово (СDF22, CDF24, CDF97), Вилласенора -V610 TS2/6, MIT97, Daubechies(9,7) ва LeGall(5,3).

Амалиётда эса вейвлет ўзгартиришларнинг лифтинг схемаси кенг қўлланилмоқда ва у ҳақида қуйида маълумот берилади.

 

Вейвлет ўзгартиришнинг лифтинг схемаси

 

0,0378284555069954	-0,238494650193799	-0,11062404418423
0,377402855612654	0,852698679009402	0,377402855612654
-0,110624404418423	-0,0238494650193799	0,0378284555069954

 

Жадвалда келтирилган фильтр коэффициентларидан кўриниб турибдики, улар кўп сонли қийматлардан ташкил топган. Шунинг учун тасвирнинг паст ва юқори частотали коэффициентларини ҳисоблаш ва сақлаш учун кўп вақт ва хотира талаб этилади. Шу сабаб тасвирни қайта ишлашда вейвлет ўзгартиришнинг лифтинг схемаси кенг қўлланилади ва у фильтрлашнинг оддий қадамлари кетма-кетлиги тугалланганлигига асосланган ҳамда қадамлар лифтинг қадамлари ёки “зинапоясимон тузилма” дейилади (3.13-расм). Бунда вейвлет формаси тўғридан тўғри ишлатилмайди ва сигнални аппроксимациялаш учун анча кам коэффициентлар қўлланилади.

 

3.12-расм. Daubechies(9,7) юқори частотали фильтрининг шакли.

 

3.13-расм. Вейвлет ўзгартиришнинг лифтинг схемасини ишлаш механизми

 

Вейвлет ўзгартиришнинг лифтинг механизми инглизча “Lift” сўзидан олинган бўлиб, кўтариш маъносини англатади. Паст ва юқори частотали массивлар босқичма-босқич шакллантирилади ва ҳар бир босқичда 3-4 қадам амалга оширилади.

1. Ажратиш (split). Бу қадамда s_j пиксель қийматлари массивидан иккита янги ўзаро кесишмайдиган паст ва юқори частотали маълумотлар массиви шакллантирилади. Пикселларни массивларга ажратиш усулини танлаш вейвлет турига боғлиқ. Аммо кўпинча жуфт even_j-1 ёки тоқ odd_j-1 пикселлар ажратиладилар ва S оператор ёрдамида қуйидагича ифодаланади:

(even_j-1, odd_j-1) = S(s_j-1).

 

2. Башорат қилиш (predict). Бу қадамда чап ва ўнг пиксель қийматлар асосида марказий пикселнинг эҳтимоллик (башорат) қиймати ҳисобланади ва шундан сўнг ҳақиқий ва башорат қийматлари айириладилар. Ана шу хатолик марказий пиксель қийматига ёзилади ва у юқори частота коэффициентига мос келади.Дастлабки массивни жуфт ва тоқ саноқларга ажратганда башоратнинг юқори частотали хатолик коэффициентлари видеомаълумотлар массивининг жуфт қисмига ёзилади:

d_i-1 = odd_i-1 - P(even_i-1)_,

бу ерда P-башорат оператори.

 

3.Янгиланиш (uhdate). Бу босқичда паст частотали вейвлет коэффициентлари кейинги ўзгартириш этапига ўтиш учун, “кўтарилади”,яъни сигналнинг ўрта қийматини сақлаш учун. Янгиланиш жараёнида янгиланиш оператори ёрдамида башорат қилинган пикселларнинг ўрта қийматига асосан паст частотали массивнинг коэффициентлари шакллантирилади:

A_i-1 = even_i-1+U(d_i-1),

бу ерда U –янгиланиш оператори.

 

Паст ва юқори частотали коэффициентлар шакллангандан сўнг массивлар ажратиладилар ҳамда алоҳида паст ва юқори частотали массивларга бириктириладилар.

Шундай қилиб лифтинг схема дастлабки пиксель қийматларини чизиқли-бўлак қонунига асосан аппроксимациялайди. Бунда массив коэффициентларининг жуфтлари ҳақиқий ва башорат қилинган пикселлар қиймати (башорат хатоликлари) айирмаси сифатида, тоқлари башорат хатоликлари ўрта қийматлари билан ёнма-ён пикселлар йиғиндиси сифатида ёзиладилар.Агар дастлабки тасвирнинг бир хил рангли қисмлари мавжуд бўлса, башорат хатоликлар коэффициентлари “0” га тенг бўладилар. Шундай қилиб сатр пикселларига горизонтал ишлов беришдан сўнг, маълумотлар массиви кетма кет келувчи паст ва юқори частотали коэффициентлар қийматлари йиғиндисидан иборат бўлади (3.14-расм).

3.14-расм. Ёруғлик сигнали қиймати Y= 30 га тенг 320х240 ўлчамли тажрибавий тасвирнинг икки ўлчамли ВЎ натижалари.

 

Тасвир икки массивли маълумот бўлганлиги сабабли, тасвирни сиқиш самарадорлиги ошириш мақсадида, пикселларни горизонтал декорреляция (ўзаро боғлиқлигини камайтириш) қилгандан сўнг вертикал йўналишда хам ўзгартиришлар амалга оширилади. Бунда тоқ сатрлар паст частотали коэффициентларга ва жуфт сатрлар юқори частотали коэффициентларга мос келадилар. Охирги этапда маълумотлар компрессорини самарали ишлаши учун паст ва юқори частотали коэффициентлар қайта гуруҳлантириладилар (сепарацияланидилар) ва натижада барча паст частотали коэффициентлар бир массивда ҳамда юқори частотали коэффициентлар бошқа массивда жойлашадилар.Ёруғлик сигнали қиймати Y=30га ва пиксели 320х240 бўлган бир хил рангли синов тасвирига ишлов бериш натижаси мисол сифатида 3.14-расмда келтирилган.

Дастлабки тасвирни икки ўлчовли (горизонтал ва вертикал) вейвлет ўзгартириш натижасида 3.15-расмда келтирилган маълумотлар массиви шакллантирилади ва кейин квантланиб, статистик компрессор билан сиқилади.

 

            3.15-расм. Бирламчи тасвир ва унинг икки ўлчамли ВЎ натижаси.

Вейвлет ўзгартиришнинг лифтинг схемасининг асосий афзаллиги шундаки,унда ўзгартиришлар жараёни нисбатан тез амалга оширилади ва вейвлет коэффициентлар жамламаси дастлабки тасвир маълумотлар ҳажми билан мос тушади ҳамда қўшимча хотира талаб этмайди.

Тасвирни сиқиш механизмининг хусусиятларидан яна бири вейвлет ўзгартиришда тасвир блокларга бўлинмайди, аксинча бутунлигича ишланади. Бу блоклар бузилишларини пайдо бўлишига йўл қўймайди ва тасвирнинг сифатини бузмаган холда унинг сиқиш коэффициентини 1,5 – 2 баробар оширади ҳамда 3.16-расмда келтирилгандек тикланган тасвир сифатини яхшилайди.

3.16-расмдан кўриниб турибдики, тасвирларни блокларга бўлмай, вейвлетлар қўллаб, ўзгартириш натижасида тикланган тасвирлар сифати анчагина юқори бўлади.

Аммо тасвирни блоклар бўлмасдан ўзгартириш, MPEG стандартида мумкин бўлган, тасвир ҳаракатларини компенсация қилишга йўл қўймайди.

Шу сабабли вейвлет – кодекларининг видеооқимни сиқиш бўйича самаралдорлиги MPEG стандартига нисбатан 2 – 3 маротаба пастроқдир. Бундан ташқари вейвлет-кодекларда жуда катта сиқиш коэффициентлари қўлланилса, тасвирнинг аниқлиги камаяди ва ранг чегараларида, бузилиш оқибатида, тиниқсизликни келтириб чиқаради. Аммо бундай бузилишлар, ўртача олганда, тасвирларни кўз билан илғашда камроқ билинади, яъни масалан: ДКЎ ҳосил бўладиган “мозаика” кўринишига нисбатан яққол сезилмайди.

Вейвлет ўзгартириш фотографияда JPEG – 2000 сиқиш стандартида ва таянч кадрларни сиқиш видеостандарти MPEG – 4 да қўлланилади.

                               ВЎ                                                                           ДКЎ

3.16-расм. Вейвлет ўзгартириш ва ДКЎ асосида тикланган 100 маротаба сиқилган тасвирнинг солиштирма сифати.

 

Ҳозирги пайтда, аввал айтилганидек, тасвирларни сиқишда кенг қўлланиладиган вейвлет функциялар қуйидагилар: Коэн – Добеши – Фово (CDF22,CDF24,CDF97), Вилласенора – V610, Койфман – BCW3 ва TS2/6, MIT97 вейвлетлари.

 

7-мавзу: Кадрлараро ортиқчаликни йўқотиш асосида телевизион тасвир сигналларини сиқиш

 

Режа:

7.1. Телевизион сигналлардаги кадрлараро ортиқчаликни йўқотиш жараёни.

7.2. Пиксель усули. Блокларни солиштириш усули.

7.3. Параметрик моделлар усули.

7.4. Объектга ёндошиш усули.

 

Кадрлар аро ортиқчаликни йўқотиш асосида телевизион тасвир сигналларини сиқиш

 

Юқорида қайд этилгандек, телевидениеда асосий видеооқимни сиқиш кадрлараро ортиқчаликни йўқотиш йўли билан таьминланади, чунки битта видеосюжет ичида қўшни кадрлар орасидаги маълумотлар кўпинча жуда оз ўзгаради. Шу сабабли тасвирнинг таянч ёки ўртадаги кадрга нисбатан фарқи узатилса, мисол учун кадрлар аро фарқ сифатида (3.19-расм), унда маълумот ҳажми сезиларли камаяди ва видеооқим сиқиш коэффициентининг катта қийматини олиш мумкин.

Келтирилган расмдан кўринмоқдаки, 5 кадрда (4-5, 5-6,6-7, 7-8, 8-9) кадрлараро маълумотлар фарқи “О” га яқин (жуда кичик) ва бошқаларида кадрлар аро фарқ катта бўлиб, кадрлар аро маълумотлар кескин кўпайишига олиб келади. Шу сабаб оддий кадрлар аро фарқ қўлланилмайди, чунки сюжетдаги тасвирнинг озгина ўзгариши ёки объектнинг силжиши пикселларнинг тенг бўлмаган қийматлари айирмасига олиб келади. Бу ўз навбатида кадрлар аро маълумотнинг ҳажмини ошириб, кичик элементлар пайдо бўлишига олиб келади ва уларни сиқиш қийин, оқибатда сиқиш коэффициенти қиймати 2-3 мартадан ошмайди. Шу сабаб амалиётда тасвир фрагментларининг ҳаракатини компенсацияловчи, қўшма кадрли мураккаб кадрлар аро ишлов бериш қўлланилади.

 

                       (а)                                                                            (б)

3.19-расм. 15та тасвир кадрларининг видео кетма кетликлари кўриниши (а) ва уларнинг кадрлараро фарқи (б).

 

Тасвирнинг биринчи кадр фрагментларини кейинги кадр силжитилган зоналарида қидириб топиш усулнинг асосий мақсадини ташкил этади. Агар шундай фрагментлар топилса, уларнинг ўрнига кейинги кадрда уларнинг вектор силжишининг янги координаталари узатилади. Мисол учун тасвирнинг 16х16 пикселли 255 байт ўлчамли блоки ўрнига 1-2 байтли янги координаталар узатилади холос.

3.20(а)-расмда видеосюжетнинг иккита қўшни кадрлари ва орасидаги фарқ, яъни уларнинг ҳаракатлари компенцияси (расм 3.20, б) кўрсатилган. Бу ерда қора рангдаги жойлар тасвирлар блоклари бир хилларининг ўрни ва уларнинг ўрнига блокларнинг 2-4 байтли сиқиштирилган янги координаталари ҳақидаги маълумотни узатиш мумкин. Тасвирнинг ёруғ фрагментлари эса кадрлараро фарқи мавжуд бўлган блокларнинг жойлари ва уларни ҳам ўз навбатида ДКЎ билан сиқилишини таъминлаш мумкин.

Бунда видеооқимнинг тузилиши ички ортиқчалиги йўқотилган таянч кадри ва бир ёки бир неча кадрларнинг фарқини кўрсатувчи ва блоклар векторлари силжишини белгиловчидан ташкил топади. Бунда амалиётда кўпинча сиқиш MPEG стандарти қўлланади ва ундан ташқари бошқа кодеклар оиласи ҳам қўлланиши мумкин.

 

3.20 -расм. Ўзаро қўшни кадрлар кўриниши (а) ва уларнинг ўзаро ҳаракатини компенсациялаш натижалари (б)

 

Ўхшаш блоклар вектор силжишининг ўзаро ҳаракатларини излаб топиш қуйидаги амаллардан иборат:

1)        Таянч (асосий) кадр юкланади ва кейинги кадр таянч кадрига нисбатан сиқилади;

2)        Кадр тўғри тўртбурчакли блокларга (макроблок) бўлинади, одатда уларнинг ўлчами 16х16 пиксель (3.21, а - расм) бўлди, айни вақтда уларнинг ўлчами ихтиёрий бўлиши хам мумкин;

3)        Биринчи макроблок пикселлари учун кейинги кадрнинг маълум силжиш зонасида (майдонида) унга максимал ўхшаш макроблок қидирилади;

4)        Агар шундай ўхшашлик топилса, метамаълумотлар массивига блокнинг номери ва унинг янги координаталари ҳақидаги маълумот киритилади ҳамда макроблокнинг ўзи узатилмайди. Агар бу ўхшашлик топилмаса, макроблокка ДКЎ ёрдамида ишлов берилади;

5)        Сўнгра жараён таянч кадрдан кейинги биринчи кадрдаги барча макроблоклар устида такрорланади ва ҳ.к.

 

3.21 б-расмда аввалги ва кейинги кадрларда ўхшаш макро блокларни излаб топиш жараёни келтирилган.

 

а)                                                                               б)

3.21 – расм. Кадрни макро блокка бўлиниши (а) ва қўшни блокларда ўхшаш блокларни излаб топиш(б) жарёни.

 

Телевизон тасвир фрагментларининг ҳаракатларини компенсациялашнинг кўп тарқалган усулларини кўриб чиқамиз.

Ҳаракатни компенциялаш усуллари телевизион тасвир кадрлар аро ўзгартиришларининг энг самарадорли методлари ҳисобланадилар. Улар хосса ва хусусиятлари бўйича синфларга бўлинадилар ва айниқса ишлаш усули (ёки архитектураси) ва нимага хизмат қилиши белгиланувчилар (ёки қўлланиш майдони) классификациясига кирувчилар катта қизиқиш уйғотади.

Алгоритмни ишлаш усули классификацияси қуйидаги архитектура хусусиятларини ҳисобга олади:

-Ҳаракатни компенсациялаш блок, объект устида аниқ ёки бўлакларга бўлиб, баъзида бутун бир кадрда амалга оширилиши мумкин.

- Максимал қиймати чегараланган ва ҳаракати кўпинча параллел силжиган блокнинг ҳолатини излаб топиш учун қўлланилади ва яна қўшимча масштаблаш ва буриш операцияларини ҳам ҳисобга олиши мумкин.

Силжиган блокнинг координаталарини аниқлаш учун бир неча ўлчовлардан фойдаланилади ва улар тасвир фрагментининг силжишларининг минимал қийматини,яъни янги тахминий координатасини аниқлайди.

Уларга қуйидаги ўлчовлар киради:

 

1.        Абсолют фарқлар йиғиндиси (Sum of Absalube Differences, (SAD))

                                                                    (3.3)

2.       Квадратлар фарқининг йиғиндиси (Sum of Absalube Differences, SSD)

                                        (3.4)

Бу ерда йиғиш объектнинг ҳамма сиқиш нуқталаридан (мисол учун тўғри бурчакли блок) амалга оширилади, F_Orig ва F_comp даслабки ва сиқилган кадрнинг ёруғлиги ҳамда нуқтанинг координаси Р=(x y).

Мақсадига(нимага хизмат қилишига) кўра бўлинганда ҳаракатни компенсациялаш алгоритми иккита катта гуруҳга бўлинади:

1) Видеони сиқишда ишлатилувчи алгоритмлар;

2) Видеога ишлов беришда ишлатилувчи алгоритмлар (деинтерлейсинг, кадр частотасини ўзгартириш).

Ушбу алгоритмлар орасидаги фарқ, биринчи гуруҳ алгоритми дастлабки ва сиқилган кадрлар орасидаги пикселлар бўйича фарқни камайтиришга йўлланган,чунки видеонинг сиқиш даражаси шунга боғлиқ. Бунда улар учун ҳаракат тўғри аниқланганлигининг фарқи йўқ ёки кетма-кет икки кадрнинг ёруғлиги бўйича майдонлари оддий, бир бирига яқин бўлса кифоя.

Иккинчи гуруҳ алгоритмлари учун эса топилган ҳаракат параметрларининг ҳақиқийлиги жуда муҳим, чунки шу параметр асосида алгоритмнинг бошқа кўрсатгичлари созланади.

Кенг тарқалган, кўпинча қўлланиладиган ҳаракатни сиқиш усулларини кўриб чиқамиз.

 

Пиксель усули

 

Бу усул дастлабки видеобъект ҳаракатини компенциялаш усулидир. Ушбу усулда ҳар бир кадр пиксели учун алоҳида компенсация қилинади, яъни амалга оширилаётган ўзгартиришлар синфи-чизиқли силжитишлар дейилади. Одатда битта кадр учун сиқиш хатоликлари йиғиндиси минималлаштирилади (Sum of Absalube Differences, DFD).

,            (3.5)

 

Бунда F (p,n) – n- номерли кадрнинг p=(x,y) T нуқтадаги ёруғлиги ва d (p) =(d_x,dy)T – (x,y)Т нуқтанинг силжиш вектори. Келаётган кадр учун алгоритмнинг ишлаши натижасида янги пикселларнинг координатаси (ҳаракат вектори) аниқланади ва қўшни кадрлар орасидаги кадрлар аро фарқ қиймати кичиклаштирилади(минималлаштирилади).

Масалага ёндошиш қуйидагича амалга оширилади, яъни қўшни кадрлардаги ёруғлик пикселлари кадрдаги нуқталар холатини ифодаловчи чизиқли функция билан ёзилади. Аммо бу масалага ёндошиш нуқтанинг нисбатан кичик атрофида (майдонида) тўғри келади ва бу ўз навбатида ушбу усулни қўллаш жойларини камайтиради ҳамда кичик силжишларни аниқ баҳолашда ёрдам беради.

Излаш зонасини кенгайтиришда, ҳаракат ўнлаб пикселларни ташкил этганда, силжиш вектори интеракцион алгоритм ёрдамида топилади ва ҳар бир қадамда олдинги қадамда топилган қиймат аниқлаштирилади. Бу усул қатор камчиликларга эга:

·          Алгоритмнинг мураккаблиги, чунки ҳаракат ҳар бир пиксель учун алоҳида баҳоланади;

·          Метаахборот ҳажми жуда катта, чунки ҳар бир пиксель учун силжиш вектори қиймати иккита бутун сон сифатида берилади.

Шу сабаб ушбу усул алоҳида.якка тартибда қўлланилмайди.

 

Блокларни солиштириш усули

 

Бу усулда тасвир 8х8 ёки 16х16 пиксель ўлчамли тўғри бурчакли блокларга бўлакланади ва ҳаракатлар чизиқли силжишларда изланади. Бунда ҳар бир блокнинг силжиши икки ўлчовли вектор силжиши Х ва Y координатаси билан ифодаланади. Ушбу усул ишлаши учун кадрлар орсидаги интервалда объектлар холати кичик ўзгариши керак. Амалиётда бу шарт кўпчилик видео кетма кетликда бажарилади, объект холати тез ўзгарган тасвирлардан ташқари. Шу сабаб объектларни ҳаракатини, кўпинча, узлуксиз деб ҳисобласа бўлади.

Ушбу усулнинг ишлаш принципи қуйидагидек:(3.22-расм).

1.Келган кадр ўзаро кесишмайдиган, бир хил ўлчовли, В (х,у) блокларга бўлинади;

2. Ҳар бир В (х,у) блок учун олдинги кадрдаги катта бўлмаган силжиш атрофда “ўхшаш” В_рчек (х+у, у+v) блок изланади. “Ўхшашлик” танланган ўлчов SAD ёки SSD билан аниқланади.

3.Блокнинг янги координатларининг жойлашиш хатоликларни минимум қийматига эришишини келтирилган блок векторининг d= (u,v)^T силжиши белгилайди.

3.22-расм. Блокларни солиштириш алгоритмининг ишлаш схемаси

 

Хатони компенсациялаш функцияси сифатида кўпинча SAD блокни сиқиштириш қўлланилади:

 (3.6)

Ушбу холат процессорлар архитектурасида ҳисоблаш жараёни содда амалга оширилади.

Бундай усул ДКЎ ўлчамли сигнал матрицалари билан яхши мослашади ва MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4-10 оқимли сиқиш стандартларида кўп тарқалган. Аммо блокларнинг ҳамма жойлашиш позициялари, яъни аниқ жойларини топиш кўп ҳисоблаш вақти ва ресурсларни талаб қилади. Шу сабаб алгоритм ишлашини тезлатириш учун кўпинча излаш бутун майдон бўйлаб эмас,балки маълум аниқ шаблонлар орқали қидирилади.

Ортогонлар шаблонлар текширувлар сони минимал бўлишини таъминлайди, бу текширишлар 2 тадан (горизонтал ва вертикал) иборат ва ҳар бир қадам излашни икки мартага қисқартиради (3.23-расм).

Аммо, хатолик функциясини компенсациялаш монотон (қайтарилувчан) бўлмайди ва кўпинча локал минимумлардан ташкил топади ҳамда асосий минимумни излаб топишни қийинлаштиради. Шунинг учун кўпинча ҳар қадамда икки нуқтани текширувчи шаблонлар қўлланилади.

 

3.23-расм. Излашнинг ортогонал шаблони

 

Бу эса глобал (ҳақиқий) ўрнига локал (ёлғон) минимумни излаш эҳтимолини камайтиради. Тўғрибурчакли (3.24, а-расм) ва саккизта нуқтали (3.24, б -расм) шаблонлар кенг тарқалган шаблонлардир. Бунда саккизта нуқтали шаблонларнинг ҳамма қадамлари бир хил бўлиши ёки ҳар қадамда ўлчови икки мартадан кичрайиб бориши мумкин.

 

                                             а)                                            б)

3.24-расм. Тўғрибурчакли (а) ва саккизта нуқтали (б) излаш шаблонлари

 

Шаблонлаш усуллари қўлланилганда ишлаш тезлигининг юқори бўлиши таъминланади аммо улар жойларни аниқлашдаги аниқлиги етишмайди ва ҳақиқий минимум ўрнига ёлғон локал минимумни топади.

Ушбу усулнинг афзаллиги шундаки, унда ҳар бир блокнинг ҳаракат векторини излаш қўшни блоклардаги натижаларга боғлиқ эмаслиги.

 

Параметрик моделлар усули

 

Кадрдаги сюжетларнинг барча ўзгаришлари фақат узатувчи камера ҳаракати билан боғлиқ бўлганда ушбу усул яхши натижа беради.

Бундай ҳаракат қуйидаги тўрт параметрли модул билан изоҳланади:

 (3.7)

 

p₁(n) ва p₂(n) камеранинг параллел силжишини изоҳлайди ва р₃(n) ва p₄(n) камеранинг айланишини ёки узоқлаш-яқинлашишини белгилайди. Ушбу усулни умумий холатга бирлаштириш мумкин, бунда кадрда кўплаб бирига бирига боғлиқ бўлмаган ҳаракатлар мавжуд деб, кадр блокларга бўлинганда ушбу усул кадрнинг ҳар қандай блокига алоҳида қўлланлиши мумкин.

Ушбу усулни самарадорлигини ошириш учун, уни бошқа бир блокли усул билан бирга қўлламоқ лозим.

Тасвирнинг бирон бир майдондаги ҳаракатини назарий параметрли моделни ёзиш мумкин агар:

1)        Умумий майдондаги текис юза қисм маълум майдонга мос келса.

2)        Камерадан ҳар хил масофада узоқлашган объектларни битта майдонда жойлаштириш мумкин бўлса ва объектларни тасвирга олиш силжимайдиган камера орқали амалга оширилса.

Бошқа ҳолатларда объект тасвирининг “кадрларнинг силжиш ҳаракати” мураккаб бўлиши ифодалади. Параметрли моделлар бундай чегарани кенгайишига йўл қўймайди. Шунга сабаб бундай ҳолларда бир неча ҳаракатларнинг бирданига компенисацияланишини таъминловчи усуллар қўлланилади.

Объектга ёндошиш усули

 

Телевизион тасвирларни сиқишда шундай холатлар бўладики, унда тасвирни блокларга бўлган кўра, видео объект кадрини яхлитлигича, бутунлай ишлов бериш осонроқ бўлади. Бундай объекларни ажратиш усули – сегментация дейилади.

Телевизион тасвирни объект бўйича йўналтириб ифодалаш, алгоритм сигментациясини қўллаш соҳасига киради. Сигментациялашда тасвир майдонларида бир хил хоссали зоналар,ички текстуралар, ажратилади ва каналлардан уларнинг хоссаларигина жўнатилади. Бу ўз навбатида сиқиш коэффициенти даражасини ўстиради. Бундай усулда тасвирни сиқиш самарадорликни ошириш билан бирга тасвир сифатини йўқотмасликка олиб келади.

Тасвирни объект бўйича йўналтириб ифодалаш усули, MPEG-4 ҳаракатни аниқ компенсация қиладиган стандартида ишлатилади. Бунда тасвир аниқ ўлчамли блокларга бўлинмайди, балки хилма хил ихтиёрий ўлчами блокларга бўлинади.Улар бошқа усуллар қатори, сегментациялар усулидан фойдаланиб, тасвирнинг сюжетидан ажратилади.

Сигментация жараёни ҳаракат параметрларини излашга боғлиқ бўлмаслиги мумкин, аммо иккаласи ҳам бир якка жараён сифатида кетма-кет яқинлаштириб (итератив) аниқлантирилиши ҳам мумкин. Биринчи холатда сигментация асоси сифатида ёруғлик маълумоти ташкил қилса, иккинчи холатда, қайта аниқлаштирилган,сигментация ҳаракатлар параметрлари асосида топилади.

Баъзи вақтларда объектларни кадрларда сигментациялаш учун, вектор майдонини коррекция қилиш мақсадида, алоҳида блоклар векторлари силжишидан сўнггина қўлланилади.

3.25- расмда кўп кадрли ҳаракатни компенсациялаш объектига йўналтирилган холатдаги умумлашган схема келтирилган.

Фаолият ўтаётган кадрнинг хотира буферига жойланиши ва векторлар ҳаракатини олдиндан айтиб берувчи (башарот қилувчи) алгоритм орқали ишловчи кодекда аниқланган ҳаракат векторидан бошланади.

Агар ўтаётган кадр видеооқимдаги биринчи кадр бўлса, унда ҳаракат векторлари мавжуд эмас.

Шу маълумотлар асосида сегментлашган объектлар силжиши ҳақидаги ахборотлар қўшилади.

 

3.25- расм. Объектга йўналтирилган ҳаракатни компенсацияловчи умумлашган структура схемаси.

 

Тасвирни сегментлаш усули ёрдамида объектлар тасвирларидан ташқари улар атрофидаги фонлар (соялар) ҳам ифодаланиши мумкин.

Ушбу фон (соялар) майдонлари ҳам узатилиши лозим, чунки объектнинг ҳаракатланиши туфайли баъзи соялар майдонлари тўсилади ёки баъзи ёпиқ бундай майдонлар эса очилади. Унинг алгоритми 3.26-расмда келтирилганидек. Ана шу бўшлиқ зоналар фон майдонлари билан тўлдирилади ва улар объектнинг динамик контури билан узатилади.

 

3.26-расм. Ҳаракатланувчи объектнинг ва тасвир фонининг ўзаро солиштирма расмлари.

 

Кейинги икки кадрга ишлов бериш қадами асосий кадрни чиқиш оқими шакллантирувчисига тушиши ва сегментлаштирилган динамик объектнинг кадрдаги координаталарининг жойлашиши билан боғлиқ.

Шундай қилиб, ўзгармас фондаги тасвир ва ўзгарувчан форма ва рангга эга силжувчи объектларнинг охирги холати учун((1 объект), асосий кадрни тўлиқ узатиш шарт. Яна албатта қўшимча қўшни кадрдаги ажратилган динамик объектнинг координаталарининг кадрдаги жойлаши ҳақидаги ахборот ҳам узатилади. Иккинчи кадрнинг узатилмаган барча зоналари(майдонлари) стационар бўлиб, биринчи кадрдан нусха қилиб олиниши мумкин. Ўзгартириш талаб этиладиган зоналар спектрал ўзгартиришлар асосидан фойдаланиб сиқилади ва видео маълумотлар оқимида алоқа каналлари орқали декодерга жўнатилади. Қабул қилувчи томондаги декодерда асосий кадр ёрдамида стационар фон тикланади ва узатилган силжиш координатларидан фойдаланиб, сегментлаштирилган объект киритилади.Ушбу усулда ёндошиш катта сиқиш коэффициентига эришишни таъминласа, айни вақтда динамик объектларни сегментлашда содда алгоритмлардан фойдаланишга йўл очади.

3.27- расмда мисол сифатида кадрлар кетма-кетлигининг статистик ёки динамик объектини силжитилишининг устма уст тушиши туфайли фоннинг тикланиши кўрсатилган.

 

3.27-расм. Кадрлар кетма- кетлигида ҳаракатлануви объектнинг фонини тикланиши.

 

Шундай қилиб, ҳаракатни объектга йўналтирилган сижишларини компенсациялаш қуйидаги асосда олиб борилади:

1)       видеообъект сегментация қилинади;

2)       қўшни кадрларда объектлар изланади;

3)       асосий кадр узатилади,яна қўшни кадрлардаги статик(бир хил ўзгармас) участкалари ва кадрларда бўлаётган ўзгаришлар ҳақидаги маълумот декодерга узатилади.

4)       декодерлашда қўшни кадрлар асосий кадр ва ёрдамчи маълумотлардан фойдаланиб тикланади.

Бунда объектни сегментациялаш ёруғлик ёки ранг белгилари ҳамда блокларнинг бир хиллиги принципи асосида амалга оширилади ва улар умумлашиб, объектни ташкил этади.

Кадрдаги объектларни излаш ёки селекция қилишда кўплаб усуллар мавжуд ва қўлланилган алгоритмга қараб мураккаб ва тезкор бўлиши ҳамда контур чегараларининг аниқлиги белгиланган бўлишлари мумкин. Баъзи холатларда қўшимча сифатида кадрлар аро фарқдан ҳам фойдаланиш мумкин.

Рақамли оқим тизимида асосий (таянч) кадрлар ишлатилади ва спектрал ўзгартиришлардан фойдаланиб, уларнинг кадр ички статистик ортиқчаликлари йўқотилади. Оралиқ кадрлар эса узатилаётган кадрлардаги динамик объектларнинг жойлашиш координаталари ҳақидаги маълумотларни ва қўшимча ахбортларни ўз ичига олади.

Шундай қилиб, ўзгармас фондаги ҳақиқий тасвирларнинг исталган шаклдаги ва рангдаги ҳаракатланувчи динамик объектларини узатиш учун фақат асосий кадрни узатиб, қўшни кадрлар объектларининг ҳолатларини узатиш кифоя.

 Декодер эса кадрдаги объектнининг хотирадаги янги жойга тиклайди ва бунда объектларнинг кадрда силжиш координаталари жойлашишга асос бўлади.

Бундан ташқари бошқа усулларни ҳам қўллаш мумкин, масалан: камерани тасвирга олиш бурчагининг ўзгариши объектни шаклининг ўзгаришига боғлиқ бўлиши мумкинлигини кўрсатувчи параметрик усулдир. Яна кадрлар аро фарқлар, уч ўлчовли рекурсив излаш (объектни ва унинг блокларини излаш) ва ҳоказо усуллар мавжуд.

Шуни таъкидлаш кераки, тасвирни блоклар бўйича бўлаклашни қўлловчи, сюжет фрагметларининг ҳаракатланишини компенсациялашнинг барча усуллари, қўшимча метаахборотлар массивини шакллантиради ва уларга сиқилган асосий кадр ҳамда кадрлар аро фарқлар ҳақидаги маълумотларга қўшилади.

Яна қанчалик ҳаракат компенсацияси аниқ бўлса, шунчалик метамаълумотлар ҳажми ортади ва видеоқимни сиқиш коэффициенти қиймати камаяди. Шу сабабли қўлланилаётган хилма-хил ҳаракатни компенсациялаш усуллари шакллантирилаётган метамаълумотлар ҳажмини минималлаштириши лозим ва акс холда уларнинг хажмини ошиши ҳаракатланишни компенсациялаш усулларининг афзаллигини йўққа чиқариши мумкин.

 

8-мавзу: Овоз сигналларини сиқишнинг асосий принциплари. Овоз сигналларига психоакустик ишлов бериш усуллари.

 

Овоз сигналларини сиқишнинг хусусиятлари

 

Корреляция усуллари орқали яхши сиқиладиган, кўплаб бир хил пикселли ёруғлик участкалари мавжуд бўлган тасвир сигналларидан фарқли, овоз сигналлари саноқлари орасидаги корреляцион боғланиш кучсиз бўлгани сабаб, сиқиш коэффициенти кичик, одатда 2-4 марта бўлади. Овоз сигналлари кўпинча ҳар хил манбалардан тарқалувчи, бир бирига боғлиқ бўлмаган сигналлар йиғиндисидир (инсон овози, оркестр мусиқаси, кўча ёки шамол шовқинлари ва ҳ.к.). Бундан ташқари овоз сигналининг динамик диапазони кенглиги видеотасвирдан анча катта ва шу сабаб овоз сигналлари саноқларининг бир хил қийматлиги деярли учрамайди. Шу сабаб эшиттиришда овоз сигналларини сиқиш жараёни, инсоннинг эшитиш қобилияти хусусиятларини ҳисобга олган холда, психоакустик алмаштиришлар асосида амалга оширилади.

Ҳозирги вақтда овоз сигналларини сиқиш кодеклари мавжуд бўлиб, улар сигналларни тиклаш орқали ҳосил қилинган фонограммалар сифати, аудио оқимларни сиқиш коэффициенти ҳамда қўлланилган алгоримларнинг мураккаблиги ва тезкорликларига боғлиқ.

Амалиётда ушбу кодекларларнинг кўп қисми бир хил шаклланган ва улар спектриал ўзгартиришларига асосланган, Фурьенинг тезкор алмаштиришларига ёки такомиллаштирилган ДКЎларига (бир массивли маълумотларга ишлов бериш) мос равишда қўлланадилар. Баъзида спектриал коэффициентларни сиқишда статистик компрессорлардан (RLE ва Хаффман) фойдаланилади.

Бу кодекларнинг фарқи овоз сигналларига ишлов беришда психоакустик ўзгартиришлардан фойдаланишдир, аммо уларни яратишга катта маблағ сарфлашга тўғри келади.

Қанчалик психоакустик моделлар инсон эшитиш қобилиятига яқин бўлса, овоз сигналидан, сифатни йўқотмаган холда, шунча кўп ахборотни ташлаб юбориш мумкин бўлади.

Ҳозирги даврда овоз сигналларига ишлов бериш учун қатор психаокустик моделлар яратилган, улар MASCAM, MUSICAM, ATRAC, ASPEK ва бошқалар. Овозга психаокустик ишлов бериш турларини қараб чиқамиз.

 

Овоз сигналларига психоакустик ишлов бериш хусусиятлари

 

Психаокустик моделларнинг ишлаши инсоннинг эшитиш аппарати хусусиятларига асосланган бўлиб, энсиз полосали резонаторлар йиғиндисидан иборат дейиш мумкин. Улар овоз сигналларини маълум ташкил этувчиларини: овоз сатҳи (баландлиги), частотаси, вақти бўйича ўхшашлигини (маскировкасини) таъминлайдилар.

Сатҳ бўйича ўхшашлик (маскировка) овозни эшитиш чегараларининг нотекис тақсимланишига асосланган ва у 3.28-расмда келтирилган.

Инсон кўпроқ яхши эшитадиган овознинг частота оралиғи 2-4 кГцни ташкил этади ва бу оралиқда асосий сўзлар диапазони жойлашган. Бундан паст ва юқори частоталарда инсон қулоғининг эшитиш сезгирлиги камаяди.

 

3.28-расм. Жимжитликдаги эшитиш чегараси.

 

Шундай қилиб, овоз сигналининг чегараси 2-4кГцдан қанча юқори бўлса, шунча кўп ахборотни сифатга сезиларли таъсир қилмаган холда, кесиб ташлаш мумкин.

Одатда баланд овоздан кейин, паст овоз деярли эшитилмайди. Мисол учун: зарб бериб ҳосил қилинган барабаннинг овозидан кейин паст овоз эшитилмайди, чунки барабаннинг баланд овози паст овозни босиб ташлайди. Шунинг учун паст овоз сигналини олиб ташланса, ҳеч нима йўқотилмайди, чунки бу паст овозни барибир инсон эшитмайди.

 

Частотали маскировка -инсон овозни эшитиш тизими ҳар бир резонатори маълум ўтказиш полосасига эгалиги асос қилиб олинган.

Мисол учун 1000Гц частотада фарқлаш чегараси 30Гцни ташкил этади. Шу сабаб овоз сигналининг 1000 ва 1020 Гц частотали қийматлари мавжуд бўлса, улар орасидаги фарқ қулоққа сезилмайди. Бунда бемалол 1020 Гц ўрнига 1000 Гцни узатиш мумкин, яъни 1020Гцли сигнални ташлаб юбориш мумкин.

Бундан ташқари ҳар қандай эшитилаётган тон(овоз) бошқа овозлар эшитиш қабулини ўзгартиради. Бирор бир тонни қайта тикласак, унинг ёнидаги частотаталар эшитиш чегараси ўзгаради. Чунки тикланган тон(овоз)- маскировка қилувчи тон дейилади ва агар атрофдаги частоталар маскировка қилувчи тонга қанчалик яқин бўлса, тонларнинг эшитиш чегараси шунчалик кўтарилади.

Яъни паст овозларни эшитаётган вақтда яна кейинги паст овозни эшитишдан кўра, юқори частотали овозни эшитиш осонроқ ва яққолроқдир.

Мисол учун тон частотаси 1кГц ва таъсир этиш диапазони 60дБ бўлса, эшитиш қобиляти чегарасининг ўзгариши 3.29- расмдагидек бўлади.

3.29-расм. Частотаси 1кГц тоннинг таъсир этиш диапазони 60дБ бўлган холатда эшитиш қобилияти чегараси.

Одатда мусиқада хилма хил тонлардан ташкил топган ва шу сабаб маскировка тонлари бир нечта бўлишлари мумкин. Бирданига бир неча маскировка тонлари қўлланилса (частоталари 0,25, 1, 4, 8кГц ва худди 3.30- расмда кўрсатилгандек), бошқа сигналлар эшитиш чегараси кескин юқори кўтарилади.

3.30-расм. Бир неча маскировка тонлари (частоталар 0,25, 1, 4, 8 кГц)  таъсирида эшитиш чегарасининг ўзгариши

 

Келтирилган 3.30-расмдан кўриниб турибдики, юқори частоталар яхши маскировкаланган.

8 кГцли маскировка қилувчи тон тикланса, эшитиш чегараси 14 кГцгача кўтарилади. Сиқиш алгоритмлари бундай холатдан актив фойдаланиладилар. Сиқилганда,биринчи навбатда, юқори частоталарнинг сифати пасаяди, бу паст битрейтларда жуда яхши сезилади (битрейт – 1 секунддаги овозларни кодлаш учун керак бўладиган битлар сони).

Вақтли маскировка – бу инсон қулоғи жуда қисқа овоз сигналларини сезмаслигига асосланган. Бундан ташқари, маскировка тонининг кескин тўхтатилишидан кейин, қисқа вақтда ичида (частота ва амлитудасига қараб, бир неча миллисекунд) қулоқнинг эшитиш чегараси ўзгаради, лекин ўзгариш ночизиқли бўлади. 3.31-расмда вақтли маскировкага мос келувчи график келтирилган.

Частотали ва вақтли маскировкалар графикларида ўқлардан бирининг мос тушиши тасодифий эмас.

Икки графикни бирлаштириб, ҳажмли диаграммани қуриш мумкин, бу эса сигнални маскировкалашга асосланган, овознинг умумий сиқилишнинг самарадорлигини ифодаловчи графикка айланади (3.32-расм).

 

3.31-расм. Вақтли маскировка

 

3.32- расм. Овозни сиқилишининг умумий самарадорлиги.

Келтирилган графикдан кўриниб турибдики, овозни эшитиш юзаси остидаги майдон катта қисмни ташкил этади. Маскировкаланган тонларини йўқотиш катта сиқиш қийматини беради, аммо бу сезиларли сифат йўқотишига олиб келиши мумкин.

 

Рақамли аудиомаълумотларни сиқиш

 

Аналог овоз сигнали студия трактида рақамли шаклга аналог-рақам ўзгартириш (АРЎ) орқали амалга оширилади. (3.33-расм). Бу холда овоз сигналларини дастлабки квантлаш саноқлари ∆ А=16... 25 бит/саноқ ва дискретлаш частотаси ƒд = 44,1... 96кГцга тенг қилиб олинади. Студиянинг юқори сифатли каналларда ∆ А=16 бит/саноқ ва ƒд =48 кГц ҳамда овоз сигналлари частота диапазони ∆F=20... 20000 Гцга тенг қилиб олинади. Бундай рақамли канал динамик диапазони 54 дБ дан кам бўлмаслиги керак.

Агар ƒд=48кГц ва ∆ А=16 бит/саноқ бўлса, биттагина шундай сигнални узатишдаги рақамли оқимнинг тезлиги v = 48^*16=768кбит/с бўлади. Рақамли аудиомаълумотни сиқиш жараёни манбаанинг кодерида амалга оширилади (3.34-расм) ва уни тиклаш қабул қилиш томонида декодер томонидан ижро этилади в ҳамда РАЎ сўнг чиқишга берилади.

 

 

3.33-расм. Рақамли овоз сигналининг узатувчи ва қабул қилувчи томонларининг умумлашган схемаси.

 

Юқори сифатли овозни янграшини кўп каналли системалар 3/ 2, 5.1 ҳамда квадрофоник система “трапеция” таъминлайдилар. “Трапеция” тизими кўпинча юқори тиниқликдаги телевидениеда (HDTV) қўлланилади. У ерда иккита олдинги канал (чап ва ўнг) ва иккита орқа майдон канали ишлатилади. 3/2 системаси қўшимча олдиндаги марказий канални ва 5.1 система эса ўта паст частотали канални қўллайди. Аммо, юқори сифатли овоз сигналларини дастлабки рақамга айлантирилганда умумий рақамли оқим тезлиги катта бўлади.

3/2 формат учун талаб қилинадиган каналнинг ўтказиш қобиляти 3,840 Мбит/с бўлиши керак.

Инсон ўзининг сезги органлари ёрдамида ахборотнинг катта қийматларини қабул қилиш имкониятига эга. Аммо инсон ҳақиқатда онгли равишда бор-йўғи 100 бит/с ахборотни қабул қила олади. Шу сабаб аудиомаълумотларни ортиқчалиги ҳақида гапириш мумкин.

Овоз сигналини рақамга ўтказишдаги асосий муаммолардан бири бу статистик ва психофизик ортиқчаликларни қисқартиришдир. Бу қисқартиришлар кодлаштирилган рақамли оқим тезлигини мумкин қадар камайтиришга олиб келади ва улардаги шовқин ва бузилишлар қулоққа эшитилмайди.

Амалиётда маскировка ва қулоқнинг эшитиш қобилиятига асосланган овоз сигналини психофизик ортиқчалигини йўқотиш муҳим роль ўйнайди.

3.34-расмда сиқилган аудиомаълумотларни ҳосил қилувчи кодернинг умумлашган тузилиш схемаси келтирилган.

 Вақт-частотали тахлил, овоз (товуш) сигнали сегментацияси блокида дастлабки овоз сигнали S(n)- субполоса ташкил этувчиларга ажратилади ва вақт бўйича сегментацияланади. Субполоса ташкил этувчи– бу овоз сигнали частотасидан фильтр ёрдамида маълум кесиб олинган кичик частота оралиғи бўлиб, вақт чекланганлигидаги субполоса ёки ажратма дейилади. Кодлаштирилаётган ажратма узунлиги овоз сигналининг вақт функцияси формасига боғлиқ.

Амплитуда қийматларининг кескин ўзгаришлари мавжуд бўлмаса, узун ажратма деб аталадиган ва частота бўйича юқори ечимни (қийматни) таъминловчи тушунчасидан фойдаланилади. Агар сигнал амплитудаси кескин ўзгарса, кодланувчи ажратманинг вақт бўйича юқори (қиймати) ечими олинади.

3.34-расм. Аудио маълумотларни сиқувчи кодернинг умумий тузилиш схемаси.

Кодлаштирилаётган ажратманинг узунлигини ўзгартириш ҳақидаги қарор психоакустик тахлил блокида, сигналнинг психоакустик энтропия қийматини ҳисоблагандан сўнг, қабул қилинади.

Сегментация қилингандан сўнг субполосали сигналлар квантланади ва кейин кодланади. Аудиомаълумотларни сиқиш алгоритмларининг юқори самарадорлигини таъминлаш учун овоз сигналларининг саноқларининг ўзини эмас, балки такомиллаштирилган дискрет косинусоидал ўзгартиришлар (ТДКЎ) ёрдамида олинган коэффициентлар сиқилади.

Одатда рақамли аудиомаълумотларни сиқишда энтропия кодланиши қўлланилади ва бунда бир вақтда инсоннинг эшитиш хусусиятлари ҳамда овоз сигналининг статистик характеристикалари ҳисобга олинади. Аммо, эшитиш хусусиятларини ҳисобга оладиган, психоакустик ортиқчаликни йўқотиш жараёни асосий роль ўйнайди.

Психоакустик моделларда,овоз сигналини эшитиш қонунларини ҳисобга олган холда, жараён бажарилади ёки жараён психоакустик блокда тахлил қилинади. Бу ерда махсус жараён бўйича ҳар бир субполосаси (ажратма) сигнал учун мумкин бўлган квантлаш бузилишларининг (шовқинлари) қиймати ҳисобланади, яъни шу субполосадаги бузилишлар фойдали сигнал билан маскировкаланиш қиймати аниқланади.

Ана шу блок ҳақиқатдан ҳам рақамли маълумотларни сиқиш кодерининг самарадорлиги ва сифатини белгилайди.

Қанчалик психоакустик кодер модели такомиллашган бўлса, шунчалик кўп кераксиз маълумот ахборот оқимдан олиб ташланади ва эшитиш мумкин бўлган маълумот сезиларли ўзгармайди.

Кучлироқ сиқишни амалга ошириш учун ТДКЎ коэффицентлари квантланади, аммо бунда овозни эшитиш сифати ёмонлашади. Ўз навбатда бу қулоққа сезиларли таъсир қилмаслиги мумкин, чунки оддий эшитувчи 128 ёки 256 бит/с билан кодланган битрейт “МР 3” фонограммани фарқини сезмайди.

Битларни динамик тақсимлаш блоки, эшитишнинг психоакустик модели талабларига асосан, ТДКЎ коэффициентлариниг узатишдаги минимал битлар сонини аниқлайди, яъни минимал битлар узатилганганда эшитиш сезмайдиган квантлашнинг (чегара) бузилиш қийматларини белгилайди.

Овоз сигналларининг код сўзлари саноқлари ёки ТДКЎнинг мос коэффицентларидан (асосий аудио маълумотлар) ташқари, сиқилган сигналларни тўғри декодерлаш учун яна маълум қўшимча ахборот узатилади.

Рақамли оқим асосий ва қўшимча маълумотлар билан кодлаштирилгандан сўнг, яна улар форматлаштириладилар.

Бунда сигналнинг асосий муҳим қисми халақитбардош код (помехоустойчивое кодирование) (СRС) ёрдамида кодланади Шундай қилиб, танланган овоз сифатига қараб, кодернинг чиқишида сиқилган аудиомаълумотларнинг рақамли оқими 32.... 320 кбит/с оралиғида танланади.

 

8-семестр

 

9-мавзу: Статик тасвирларни сиқиш стандартлари JPEG, JPEG2000, MJPEG

 

Режа:

9.1. JPEG стандарти

9.2. JPEG 2000 стандарти

9.3.  Видеомаълумотларни сиқишнинг халқаро стандартлари хусусиятлари хамда уларнинг афзаллик ва камчиликлари.

 

Аввалги бобларда кўриб чиқилгандек, тасвир ва аудио маълумотлар ҳажмларини сиқиш учун ўзаро самарадорлиги билан фарқ қилувчи жуда кўп усуллар ва алгоритмлар мавжуд. Улар бир биридан қўллашдаги мураккаблиги, кодекларни таъминлашдаги аппарат ёки компьютерларга қўйиладиган талаблари ва сигналларга ишлов беришнинг тезлиги ҳамда қўлланилиш соҳалари билан фарқ қиладилар.

 Бунда ҳар бир сиқишда қўлланиладиган механизм (мисол учун: Фурье,ДКЎ, вейвлет, фракталлар асосидаги ва бошқалар) ўзи ишлаши учун қулай чиқувчи маълумотлар базасини (массивини) шакллантиради.

Дунёда кодекларни ишлаб чиқарувчи фирмалар жуда кўп ва улар ўзларига маъқул кодеклар чиқаришади ва шу сабаб рақамли телевизион программалар ва бошқа телевизион маълумотлар билан ўзаро алмашиш деярли мумкин эмас, чунки бир ишлаб чиқарувчининг кодеклари иккинчи ишлаб чиқарувчининг кодекларидан техник фарқ қилади ва бир бирини тушунмайдилар.

Шу сабаб рақамли аудио-видео маълумотларнинг кириш ва чиқиш ахборот тизим кўрсатгичлари, бир турдаги кодеклар учун, ягона бўлишлари таъминланиши керак. Шунинг учун бир типдаги кодеклар учун аудио-видео маълумотлар кириш ва чиқиш рақамли сигналлари тузилмаси бир хил бўлиши керак.

Бундай ягона таъминланиш амалга оширилса, телевизион дастурлар ва фильмларни, кодер ва декодерларни ким томонидан ишлаб чиқарилишидан қатъий назар, бемалол томоша қилиш имконияти яратилади. Қабул қилинган стандарт ва форматлар учун ишлаб чиқарувчилар ихтиёрий равишда тасвир ва овоз сигналларини ўзгартириш усуллари ва алгоритмларини қўллашлари мумкин, аммо чиқиш сигналлари бир хил қонун асосида тақсимланган, универсал бўлишлари таъминланиши шарт.

Бу худди сувнинг кран жўмраклари қандай катта ва мураккаб бўлмасин, уланиш охирги резбаси ҳаммаси бир хил бўлмоғи ва истаган хонодон чиқиш трубасига ўрнатиш мумкин бўлганидек холат билан ифодалаш мумкин.

Ҳозирги даврда тасвир ва овозни сиқишда қўлланиладиган қуйидаги стандартлар мавжуд:

JPEG ва JPEG-2000 силжимас тасвир (фотография) учун;

М JPEG ва М PEG стандартлар оиласи ҳаракатланувчан тасвирлар учун.

Термин JPEG қисқартирилган (joint photographic Experts Group) Бирлашган фотографик экспертлар гуруҳи бўлиб, сифатли ва энг кўп тарқалган статик(силжимас) тасвир стандарти мақомида дунёда кўп тарқалган ва барча ишлаётган программаларда қўлланилмоқда. JPEG файлларини кўриш учун WEB – браузер стандартларининг мавжуд бўлиши шарт. Браузерлар JPEG файлларини сиқишдан чиқаради, яъни декомпрессия қилади ва ҳамда мониторда кўрсатади.

MPEG қисқача эксперт гуруҳининг номи ISО (Moving Picturе Expert Group) бўлиб, гуруҳ видео ва аудио маълумотларни кодлаш ва сиқиш стандартлари билан шуғилланади. Гуруҳнинг ҳақиқий номи ISO/IEC JTCI SC29 WG11 дир. Кўпинча МPEG қисқартмаси ушбу гуруҳ томонидан ишлаб чиқилган стандартларга тегишли эканлигини билдиради. Ҳозирги кунда қуйидаги стандартлар мавжуд:

MPEG-1 видеофильмларни (VHS форматда 358*288 ҳажм билан) ва минимал тезлик оқими 1,5 Мбит/с бўлган овоз сигналларни СД-RОМ га ёзиш учун мўлжалланган. МPEG-1да видеомаълумотлар сифат кўрсатгичлари юқори бўлмаганлиги сабабли, бу формат ҳозирги даврда телевидениеда эмас, балки видео кузатув тизимларида қўлланилади.

МPEG-2 телеэшиттиришлар маълумотларини 3 дан 15 Мбит/с тезликда узатиш учун учун яратилган, аммо профессионал аппаратурада оқим тезлиги 50 Мбит/сгача бўлиши талаб этилади.

МPEG-2 стандарти телевидениенинг сунъий йўлдошлар ва ер усти қурилмаларида ҳамда катта ҳажмли видеоматериалларни архивлашда ишлатилади.

МPEG-3 юқори аниқликдаги телевидениенинг учун яратилган (High-Defenition Television, HDTV) ва оқим тезлиги 20-40 Мбит/с, аммо кейинчалик бу МPEG-2 стандарти ичига қўшилган ва ҳозирда алоҳида тилга олинмайди.

МPEG-4 кичик полосали Интернет каналининг оқим тезлиги 64 Кбит/секундгача бўлган мультимедия ахборотларини узатишга мўлжалланган ва телевизион формат ҳисобланмаган эди. Сўнгра стандарт телеэшиттириш сигналларини ва DVD видео фильмларни сиқиши учун 10та илова билан билан тўлдирилди. Бу стандарт оқим тезлиги 2,5 Мбит/с бўлган юқори сифатли рақамли тасвир сигналларини узатишда ва МPEG-2 билан бирга рақамли телевидениеда кенг қўлланилади.

Бугунги кунда МPEG-4 стандарт видео ахборотни сиқишда энг истиқболли алгоритм бўлиб қолмоқда.

Бу хилма хил мультимедия объектлари: аудио, видео, текст, синтезланган объектлар ўртасидаги ўзаро умумлашган боғланишни ифода этади дейиш мумкин.

МPEG-7 формат “Таркибини ифодаловчи мультимедия интерфейси” (Muftimedia Content Description Interface) деб номланади ва аудио – визуал маълумотларни мультимедиа майдонидаги асосий техналогияларни стандартлаштиришга бағишланган. Аудиовизуал маълумотлар МPEG-7 стандартида: статик тасвирни, графикани, 3D моделни, овозни, видео ва композит ахборотни ўз ичига олиб, мультимедиа майдонида қандай ўзаро бир бири билан боғлиқ бўлиши мумкинлигини ифодалайди. Маълум бир холатларда маълумотларга инсон юзининг ифодаси ва белгилари (кўз қорачиғи, бармоқ излари ва ҳ.к.)киритилиши мумкин.

Ҳозирги пайтда МPEG-7 стандарт янада такомиллаштирилиб, яратилиш арофасида.

МPEG-21 стандарт ҳам мультимедиа стандарти бўлиб, ўзаро маълумотлар алмашишда, сотишда, маълумотлардан фойдаланишга рухсат этишда ва бошқа рақамли объектларни манипуляцияларини таъминлаш технологияларида қўлланилади.

Бунда бажарилаётган операцияларнинг тиниқлиги ва максимал самарадорлиги таъминланиши кўзда тутилади.

Стандарт мультимедиа очиқ бозорида дистрибьютерлар ва сервис провайдерларга мўлжалланган. Ҳозирги пайтда стандарт МPEG-21 ҳам яратилиш арафасида. МPEG стандарти асосий характеристикалари 5.1-жадвалда берилган.

 

 4.1-жадвал

МPEG стандарти характеристикалари

 

JPEG стандарти

Ҳаракатсиз (силжимас) тасвирларни самарали сиқиш амалга оширувчи ва кўп тарқалган усулардан бири ISO Халқаро стандартлаштириш ташкилоти томонидан қабул қилинган JPEG (Joint Photographic Experts Group) стандартида ифода этилган. Ушбу стандарт ҳаракатсиз тасвирларнинг кетма-кетлигини ҳамда кодлаш ва декодлаш амаллари кўрсатгичларини белгилайди.

 JPEG ҳаракатсиз тасвирларни сиқишда йўқотишларга эга бўлган усул бўлиб, асосан тасвирларни турли хотира қурилмаларига ёзишда қўлланилади. Кўпгина мавжуд ярим тонли ва ранг тасвирлар учун бу усул ахборот ҳажмини, визуал сифатни сақлаб қолган ҳолда, 5...10 марта кичрайтиришга имконини беради. JPEG ёрқинлиги(ёруғлиги) икки хил бўлган тасвир, расм ва чизмаларни сиқишга мўлжалланмаган.

Ушбу JPEG стандарти қўлланганда, барча дастурларда бажарилувчи холатлардаги, минимал махсус талабларни белгилайди. JPEG стандарти  олим В.Чен томонидан  таклиф этилган ва тасвирнинг блокли тузилмаси асосида дискрет-косинус ўзгартиришга биноан ишлайди (3.2.1. бўлимда келтирилган каби).

ДКЎ асосида сиқиш усуллари табиатига кўра йўқотишлар билан кодлайди, бироқ маълумотларни минимал йўқотиш билан бирга сиқишнинг юқори босқичини таъминлайди. JPEG стандарти бўйича сиқиш жараёни қуйидаги босқичларни ўз ичига олади (4.1-расм):

·                     Тасвирни оптимал(мукаммал) рангли майдонга ўзгартириш;

·                     Пикселлар гуруҳларининг ранг ташкил этувчиларини умумийлаштириш ҳисобига субдискретизациялаш;

·                     Тасвир маълумотларининг ортиқчаликларини қисқартириш учун дискрет- косинус ўзгартиришни қўллаш;

·                     ДКЎ ҳар бир блоки коэффициентларини, инсон визуал қабул қилиш идрокини ҳисобга олиб, мукаммалаштирилган вазн функцияларини қўллаган ҳолда квантлаш;

·                     Ахборотнинг ортиқчалигини олиб ташлаш учун, Хаффман алгоритмини қўллаган ҳолда, натижавий коэффициентларни (тасвир маълумотларини) кодлаш.

JPEG стандарти кодекининг ишлашини 4.1.- расмда кўрсатилган ташкилий чизма асосида кўриб чиқамиз. Шу ўринда JPEG декодлаш амали тескари тартибда амалга оширилишини назарда тутиш лозим.

Бошланғич тасвирнинг пикселлар маълумотлари ранг фазоси(майдони) ўзгартириш блокига келиб тушади. Одатда JPEG алгоритми ҳар қандай рангли модель билан ишлайди, чунки унинг ҳар бир ташкил этувчисига алоҳида ишлов берилади. Бу JPEGнинг ҳар қандай рангли фазо моделидан (масалан, RGB, HSI ёки CMYК) мустақил бўлишини таъминлайди, бироқ ёруғлик/ранглилик (YUV ёки YCbCr) рангли фазода(майдонда) фойдаланилганда нисбатан юқори сиқиш кўрсатгичига эришилади. Y ташкил этувчи ёруғлик интенсивлигини ифодаласа, U ва V лар эса – ранглиликни (рангфарқ сигналларни) кўрсатади. Бу модель RGBга ўзгартирилиши мумкин ва ўзгартиришда тўйинганликни коррекция қилиш шарт эмас. Ярим тон тасвирлар учун (кул ранг мисолида) фақат ягона таркибий Y қўлланилади.

 

4.1-расм. JPEG стандарти бўйича тасвирларни кодлаш ва декодлаш ташкилий чизмаси

 

RGB ранг моделини YCbCr моделига ўзгариши қуйидаги муносабатлар ёрдамида амалга оширилади:

Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B;

Cb = - 0,1687 R - 0,3313 G + 0,5 B + 128;

Cr = 0,5 R - 0,4187 G - 0,0813 B + 128.

YCbCr моделини RGB ранг моделига қайта айлантирилиши эса қуйидаги муносабатлар билан амалга оширилади:

                                   R = Y + 1,402 (Cr-128);

                                   G = Y - 0,34414 (Cb-128) - 0,71414 (Cr-128);

                                   B = Y + 1,772 (Cb-128).

Сўнгра субдискретизация блокида рангфарқ ташкил этувчиларни ўзгартириш имкони мавжуд бўлади, яъни 4:4:4 форматдаги (YUV24) ёки 4:2:2 форматдаги (YUV16) модель (4.2 -расм). Бу ерда YUV- битта ёруғлик ва иккита рангфарқ ташкил этувчи. Бунда 4:2:2 модели кичик элементлар сони кўп бўлмаганда, ранглар биридан бирига текис ўтадиган реал тасвир сюжетларини сиқишда кам бузилишлар киритади. Компьютер графикасидаги сунъий тасвирларда кўп кичик деталлар тасвири мавжуд бўлиб, рангдан рангга ўзгариш тез амалга ошганда, 4:4:4 модулидан фойдаланган маъқул, аммо бунда рақамли оқимнинг тезлиги оширилиши керак.

4.2-расм YUV ранглар модели

 

Тўғри ДКЎ блокида уч ташкил этувчи тасвир сигнали қатлам бўйича блокларга тақсимланади (кўпинча 8х8 пиксель қийматли) ва улар устида ДКЎ амалга оширилади. Натижада ДКЎ коэффициентлари матрицаси олинади ва улар сигнал энергиясининг спектрал таркибий қисмлар бўйича тақсимланишини характерлайди. Бундай ҳолатда одатда, блокнинг асосий энергияси ДКЎ матрицаларининг чап юқори коэффициентларига жамланади ва бошқа коэффициентлар қийматлари эса 3.5.б- расмда кўрсатилганидек кичик ёки “0”га тенг бўлади.

Сўнгра кодлаш блокида видео маълумотлар ҳажмини қисқартириш мақсадида, ДКЎнинг ноль қийматли кетма-кетлик коэффициентлари, статистик компрессорлар серияси (RLE) ёрдамида, қайтарилишишига каррали қиймат билан алмаштирилади. RLE компрессоридан сўнг, чиқиш маълумотларини самарали пакетларга жойлаштириш учун, жадвалли Хаффман кодери қўлланилади ва кадрда учрайдиган код комбинациясининг қайтарилишига қараб, узатиш битлари мослашган холда қайта тақсимланиб чиқишга берилади. Демак бунда кўп учрайдиган код комбинациялари қисқа кодлар билан, кам учрайдиганлари узун кодлар билан узатилади.

 Компрессор сиқиш коэффициенти ошириш учун ДКЎ коэффициентлари матрицасини кескин-кесиксимон (зигзаг) кўринишдаги ўқиш қўлланилади, бу нолли коэффициентлар кетма кетлик занжири узунлигини оширади (3.5.б-расм). Ушбу босқичда сиқиш ҳеч қандай сифат ва ахборот йўқотишларисиз амалга оширилади, лекин тасвир сиқиш коэффициенти,тасвир сюжетига боғлиқ ҳолда, камроқ бўлади ва 10-20 мартадан ошмайди. Сиқиш коэффициентини бошқариш учун ДКЎ коэффициентлари матрицасини квантлаш матрицасига бўлиш операцияси ишлатилиб, олинган натижани яқин бутун сонгача (квантлаш қиймати) яхлитлаш амали қўлланилади. Квантлаш коэффициентлари матрицаси қиймати “фойдаланувчи” томонидан киритилади ва қийматлар “сифат” кўрсатгичларнинг талабларига боғлиқ. Агар сифат 100%га тенг қилиб ўрнатилса ва ДКЎ коэффициентлари қиймати ўзгартирилмаса, унда квантлаш матрицалари қиймати 1сонга тенг бўлади, яъни сиқиш йўқотишларсиз бажарилади дегани. Сифат кўрсатгичлари камайса, квантлаш матрицаси сон қийматлари ошади, бу эса нолли коэффициентлар кетма-кет занжирлари узунлигини ва мос холда тасвир сиқишни ошишига олиб келади. Бироқ бунда бўлиш натижаларини яхлитлаш ҳисобига ахборотни тикланмайдиган йўқотишлари ошиб кетади, натижада катта сиқиш коэффициентларида блок чегараларидаги ёруғликнинг текис ўзгариши бузилади ҳамда тикланган сигналда блок бўйича бузилишлар ортади (3.6-расм). Декодер тўғри ишлаши учун квантлаш матрицаси қийматлари сиқилган тасвир маълумотлари билан бирга узатилади.

Кодлаш блокидаги маълумотларга ишлов бериш тугатилгандан сўнг шаклланган JPEG маълумотлар оқими алоқа канали бўйлаб узатишга тайёр бўлади ёки уни турли ахборот ташувчиларда сақлаш имконияти пайдо бўлади.

Декодлаш ёки бошланғич тасвирни сиқилган маълумотлардан тиклаш жараёни худди шундай фақат тескари тартибда амалга оширилади.

JPEG стандарти одатда “Ўзгармас сифат” холатида ишлайди, яъни квантлаш матрицаси қийматлари бутун тасвир учун ягона бўлади, бу эса ахборот йўқотиш даражасини ўзгармаслигини таъминлайди. Бунда турли тасвирлар сиқиш коэффициентлари турлича бўлади, чунки у ишлов берилаётган тасвир тузилмасидан келиб чиқади.

JPEG стандартида кодлашнинг 4 та холати кўзда тутилади:

·           ДКЎ асосида кетма-кет (sequentional);

·           ДКЎ асосида прогрессив (progressive);

·           йўқотишларсиз (lossless);

·           иерархик (hierarchical).

Барча холатларда кодлашда энг йирик бирлик бошланғич тасвирни (image) сиқилишида бўлади. Кетма-кет ва прогрессив холатларда тасвир битта кадрга мос келади ва ушбу кадр тасвирнинг ўзи билан бир хил бўлади. Иерархик холатда тасвир бир неча кадрларга бўлинади.

Маълумотларни бўлишнинг кейинги босқичи -скан (scan) бўлиб, у тасвир ахборотининг бир қисмини ташкил этади. Сканларга бўлиш турли холатларда,турлича амалга оширилади. ДКЎ асосида тасвирни одатий сиқишда битта сканни ташкил этувчи тасвирнинг барча блоклари кетма-кет кодлаштирилади ёки декодлаштирилади.

Тасвир бир ёки бир неча таркибий қисмлардан (compo­nent) иборат бўлиши мумкин. Монохром яримтон (оқ-қора) тасвир битта компонентдан иборат бўлади. Рангли тасвир бир неча таркибий қисмлардан, масалан, ёруғлик Y ва иккита рангфарқ Cr ва С_В лардан иборат. Бир неча таркибий қисмлардан иборат тасвир учун кодлашнинг оралатиш билан (interleaving) ва оралатишсиз вариантлари мавжуд. Оралатишсиз кодлашда аввал биринчи сканни юзага келтирувчи ташкил этувчи кодланади, биринчи скан юзага келгандан кейин, иккинчи сканни юзага келтирувчи ташкил этувчи кодланади, иккинчи скан юзага келгандан кейин шундай тартибда давом этаверади. Оралатиш билан кодлашда барча таркибий қисм блоклари битта сканни юзага келтиради, кодланади ва чиқувчи оқимга блоклар навбат билан ёзилади. Масалан, 4:2:0 дискретизация форматида аввал Y нинг 2х2 матрицани ташкил этувчи 4 блоки, кейин уларга мос келувчи битта Сb блок, яна битта Сr блоки кодланади, ундан сўнг эса Y нинг кейинги 4 блоки кодланади ва ҳ.к.

Сиқишнинг прогрессив режими биттадан ортиқ скан бўлишини ва декодланадиган тасвирнинг тикланиш тартиби бошқача бўлишини тақозо этади. Биринчи сканнинг тасвирини таркибий қисмларини декодлаш бутун тасвирни бошланғич, нисбатан юқори бўлмаган сифат билан тиклашни амалга оширилишини таъминлаши керак. Ҳар кейинги сканнинг декодланиши тикланаётган тасвирнинг сифатини ортишига олиб келиши керак. Бундай вариант тасвирларнинг маълумотлар базаси, Интернетдан қидириш ва тез кўриш ҳамда бошқа холатларда қўлланилиши мумкин. Бундай мақсадда декодланаётган тасвирнинг сифатини секин аста кўтарилиб боришини таъминлаш учун қуйидаги икки усулдан фойдаланилади.

Биринчи усулда, жорий скандаги тасвирнинг ҳар бир блокининг, кескин-кескинсимон (зигзаг) ҳисоблашларидан олинган, кетма-кетли коэффициентлар диапазонининг фақат маълум белгиланганлари кодланади. Бу усул спектрал селекция деб номланади, чунки ҳар бир диапазон одатда 8х8 пикселли блок частота спектрини қуйи ёки юқори қисмини эгалловчи коэффициентлар, яъни спектрал диапазондан таркиб топган.

Иккинчи усулда эса, барча блок коэффициентларининг муҳим битлари тасвирнинг биринчи сканида кодланади. Ҳар кейинги скан ДКЎ коэффициентлари аниқлигини битта битга ошишини таъминлайди. Бу усул кетма-кет яқинлашиш деб номланади.

JPEG нинг ахборот йўқотишларисиз режими (Loseless JPEG) тасвирнинг қўшни элементларининг башорат қилиб топишдаги кодлашга асосланган. Бундай режимда барча амаллар тўғри ва тескари холатларда амалга оширилиши мумкин, бироқ эришиладиган сиқилиш катта эмас.

Иерархик режимда тасвир кадрлар кетма-кетлиги сифатида кодланади. Биринчи кадр таянч кадри ҳисобланади ва ҳар бир таянч кадр кетидан бир ёки бир неча кадрлар фарқини кўрсатувчи кетма-кетлик келиши мумкин ҳамда шундан сўнг яна таянч кадри келади. Маълумотлар чиқиш ҳажмини камайтириш мақсадида кадрлараро пикселлар қийматини ДКЎдан фойдаланилган холда маълумотларни йўқотишлар билан ёки йўқотишларсиз амалга оширилади, бу эса “сифат” кўрсаткичларига боғлиқ бўлади.

Иерархик режим ҳам прогрессив режим каби, тикланиш сифатини аста-секин ошиб боришини таъминлайди. Ҳар кейинги кадрни декодлаш борган сари сиқилмаган оригиналга яқин тасвирни беради. Прогрессив режимга нисбатан иерархик режим муҳим хусусиятга эга ва у қатор холатларда татбиқ этишда фойдали бўлиши мумкин. Кетма-кет келувчи кадрларнинг ҳар бир таркибий қисмлари тасвир аниқлигининг ўлчамини ошишига олиб келиши мумкин. Сиқишда дастлабки тасвирнинг аста секин оралиқ ўлчовлари камайтирилиши бажарилади, натижада икиламчи тасвир юзага келади ва унинг элементлар сони хам аста-секин камаяди.

Биринчи (таянч) тасвир кичик ўлчамга эга иккиламчи тасвирни кодлаш асосида олинади. Кейинги кадрлараро фарқнинг тянч тасвирини олишда биринчи кадрдаги элементлар сонини интерполяциясини ошириш орқали амалга ижро этилади. Ҳар кейинги кадрлараро фарқнинг тянч тасвирини олишда барча кодланган кадрлардан олинган тасвирдаги қўшимча элементларни интерполяциялаш йўли билан амалга оширилади.

JPEG формати турли маълумот ташувчиларда ва Интернет иловаларида кўп рангли, сифатли расмларни сақлашда кенг қўлланилади.

 

 

JPEG 2000 стандарти

 

JPEG 2000 стандарти JPEG каби, расмлар соҳаси экспертлари гуруҳи томонидан ишлаб чиқилган. JPEGнинг Халқаро стандарт сифатида шаклланиши 1992 йилда тугалланган. 1997 йилда нисбатан янги, кучли, мослашувчан стандарт яратиш кераклиги тушунилди ва амалий ишлардан сўнг у 2000 йилнинг қишига тайёр бўлди. JPEG 2000 алгоритмининг JPEG дан асосий фарқлари қуйидагилардир:

1. Сиқишнинг нисбатан юқори қиймати таъминланади ва тасвир сифати яхшиланади.
2. Алоҳида майдонлар учун юқори сифатли кодлашни қўлланилиши, яъни инсонга кўриш қобилияти орқали тасвирнинг қайси жойини камроқ сифат билан сиқиш мумкин, қайси жойини ўз ҳолича қолдириш кераклиги имконини бериш. Натижада бир ҳил субъектив тасвир сиқишида юқори сифатларга эришиш мумкин.
3. Алгоритм вейвлет ўзгартиришга асосланган. Алоқа тармоқларини юклашда, тасвирнинг аста-секин намоён бўлиши билан боғлиқ.
4. Хаффман кодери ўрнига нисбатан самаралироқ, битга йўналтирилган арифметик кодлашни қўллаш. Бу амал JPEG стандартида қўлланилиши мумкин бўлган, лекин у вақтда патент билан ҳимояланган эди. Кейинчалик асосий патент муддати тугаган ва шу сабаб уни JPEG2000 стандартида қўллаш мумкин бўлган.
5. Бир битли (2та рангли) тасвирларни сиқиш имконияти мавжудлиги.
6. Катта ўлчамдаги тасвирларни сиқиш.
7. Сиқилган тасвирни декомпрессиясиз қайта ишлаш имкониятининг мавжудлиги.

Юқорида айтилганидек, JPEG кодердан фарқли JPEG-2000 тасвирни майда квадрат блокларга бўлиниши талаб қилинмайди, чунки дискрет вейвлет ўзгартиришда қўлланиладиган алгоритм ҳар қайдай ўлчамдаги фрагмент учун ҳам ишлайди. Бироқ айрим ҳолларда, масалан, бутун тасвирни кодлашга хотира етмаса, уни бир-биридан мустақил равишда кодланадиган квадрат тайлларга бўлиш амалга оширилади (4.3-расм).

 

4.3-расм. Тасвирни тайлларга бўлишга мисол

 

Умуман олган, JPEG-2000 тузилмаси JPEGники билан айнан бир хил, бироқ баъзи фарқлари ҳам мавжуд. JPEG-2000 кодек блокларини 4.4-расмда келтирилган чизма бўйича вазифаларини кўриб чиқамиз.

Тасвирларга дастлабки ишлов беришда, зарур бўлса тасвир бир неча қисмларга (тайлларга) бўлиниши мумкин, улар эса ўз навбатида алоҳида сиқилади ва ишлов берилади ҳамда кодланади. Бунда тиклаш жараёнида бириктирилган блокларнинг бириктириш жойлардаги сезиларли чизиқларни пайдо бўлишини олдини олиш учун махсус чоралар кўрилади. Ундан сўнг тасвир пикселлари ёруғлик қийматидан кадрнинг ўрта қиймати олиб ташланади.

4.4-расм. JPEG-2000 стандарти бўйича тасвирни кодлаш ва декодлаш алгоритми тузилмаси

Бу биринчидан ёруғликнинг динамик диапазонини текислайди ва иккинчидан уларнинг максимал қийматини камайтиради. Бундай ёндошиш чиқиш оқимида битларни камайишига олиб келади ва видеомаълумотларни сиқиш коэффициентини оширади. Ундан сўнг тасвирни RGB майдонидан YUV майдонига ўтказиш амалга оширилади. Маълумотларни йўқотиш билан сиқишда бу ўзгартириш JPEG алгоритмига айнан ўхшайди. Йўқотишларсиз сиқишда майдон қуйидаги ифода ёрдамида берилади:

                                             (4.1)

Тескари ўтказиш қуйидагича:

                                                    (4.2)

Сўнгра дискрет вейвлет ўзгартириш (ДВЎ) амалга оширилади, у қабул қилинган коэффициентларга қараб маълумотни йўқотишлар билан ёки йўқотишларсиз ўзгартиради. Охирги ҳолда ДВЎнинг коэффициентларининг чиқиш қийматлари бутун сон қийматига эга бўлиши керак. Бунда стандартнинг биринчи қисмида иккита вейвлет фильтр белгиланган: йўқотишлар билан сиқиш учун Добеши фильтри, йўқотишларсиз сиқиш учун бутун сонли қийматга эга биортогонал фильтр. Стандартнинг иккинчи қисмида ҳар қандай фильтрдан фойдаланишга рухсат этилади.

Частота фильтрларидан фойдаланиш (4.5- расм) тасвир маълумотлар массивини иккита ПЧ ва ЮЧ ташкил этувчи массивларга бўлиш имконини беради. Тасвирлар икки ўлчамли массивдан иборат бўлгани учун тасвирларга аввал горизонтал сўнг вертикал ёки аксинча, ишлов берилади.

4.5-расм. Частота фильтрининг ишлаш чизмаси

 

ДВЎ битта босқичидан сўнг(вейвлет декомпозицияси) ишлов берилаётган тасвир ёки унинг тайли тўртта сегментга бўлинади (4.6, а-расм):

·             LL – қатор ва устунлар бўйича паст частоталар;

·             HL – қатор бўйича юқори ва устун бўйича паст частоталар;

·             LH – қатор бўйича паст ва устун бўйича юқори частоталар;

·             HH – қатор ва устунлар бўйича юқори частоталар.

 

а)                                                      б)

4.6-расм. Тасвирнинг бир каррали (а) ва икки каррали (б) вейвлет-декомпозицияси

 

Стандарт бўйича декомпозициялар сони 0 дан 32 гача бўлиши мумкин, бироқ амалиётда кўпинча 4 дан 8 гача ишлатилади. Ҳар бир кейинги декомпозицияда фақат паст частотали майдон (LL)га ишлов берилади, чунки одатда юқори частотали майдонда муҳим маълумотлар бўлмайди.

Сиқиш коэффициентини бошқариш учун ДКЎ коэффициентларини ўлик зонали ўзгармас квантлагичга бўлинади. Бўлиш коэффициенти 10 га тенг бўлган квантлагич иш принципи 4.7- расмда келтирилган. Бу ерда квантлагичнинг ўлик зонаси – бу иккита яхлитловчи диапазонга эга 2Δb, нолга яқин интервал бўлиб, у чиқишда ноллар миқдорини кўпайтиради. 4.7-расмдан кўриниб турибдики, ДВЎ коэффициентининг бошланғич қиймати -21,82га тенг, квантлагич қиймати 10 га бўлингандан ва яхлитлангандан сўнг -2 қиймати қолади.  -9,999…+9,999 интервалга тушган ДВЎ коэффициентларининг барча қийматлари 0 га айлантирилади, бу тасвирни сиқиш коэффициентини оширади.

4.7-расм. Квантлагич ишидан намуна

 

JPEG-2000 стандартида кўпгина ҳолатларда кодлаш доимий битрейт ёки сиқиш коэффициенти режимида амалга оширилади. Шу мақсадда сиқишни бошқарувчи блокдан фойдаланилади, у тасвирни сиқишда кодер сиқиш коэффициентини фойдаланувчи томонидан киритилган қийматга олиб келиш учун квантлагич параметрларини адаптив (мос равишда) ўзгартиради.

ДВЎ коэффициентларини квантлаш амалга оширилгандан сўнг уларни кодлаш амалга оширилади, бу жараён JPEG стандартига ўхшайди, фақат Хаффман алгоритми бўйича энтропик кодлаш ўрнига нисбатан самарали арифметик кодлаш амалга оширилади. Бунда олинган яхлитланган коэффициентлар кодлаши ҳар бир блокда алоҳида бажарилади. Бунинг учун кодлаш олдидан фрагментлар етарлича кичик блокларга шундай бўлинадики, (масалан, 32x32 ёки 64x64 ўлчамли), ҳар бир фрагментнинг барча блоклари алоҳида кодланадиган, бир хил катталикда бўлиши таъминланиши керак. Блокларга бўлиш, ҳалақитбардошликни ошириш мақсадида, ахборотни сиқишни янада мукаммалроқ қилиш учун амалга оширилади. Кодлаш алгоритми ҳар бир блок яхлитлаш коэффициентлари матрицасини, 4.8- расмда кўрсатилгандек, айланиб(юзани қоплаб) чиқади. Блоклар номинал баландлиги 4 бўлган блокларга бўлинади. Кейин полосалар тепадан пастга сканерланади(силжийди), ҳар бир полосанинг устунчалари эса чапдан ўнга йўналтириб ўтилади.

4.8-расм. Битлар текисликларида блокларни кодлаш тартиби.

 

Кодлаш жараёнида коэффициентлар блокда виртуал битлар текислиги кўринишида намоён бўлади. Шундай текисликлардан бири коэффициент белгиларини кўрсатади, қолган текисликлар коэффициентлар катталикларининг турли разрядларига (текисликдаги битни жойлашуви коэффициентни блокдаги жойлашувига мос бўлади) мос келади. Бунда биринчи бўлиб, коэффициентларнинг юқори разрядига мос келадиган текислик кодланади, кейин эса камайиш бўйича навбатдагиси ва ҳоказо.

Сиқилган тасвирларни декодлаш кодлашга тескари тартибда бажарилади ва жараён 4.4.-расмнинг пастки қисми бўйича амалга ошади. Бунда декодернинг тўғри ишлаши учун барча зарур кўрсатгичлар чиқувчи маълумотлар массиви сарлавҳасида сақланади.

JPEG-2000 стандартнинг муҳим афзаллиги, тасвирнинг алоҳида элементларига унинг намойишини тўлиқ декодламай туриб ҳам кира олиш имкониятидир. Бундай имконият биринчидан дастлабки тасвирни алоҳида тасвир сифатида кодланадиган, кесишмайдиган соҳаларга (тайлларга) бўлинишини таъминлаши бўлса, иккинчидан эса алоҳида тайл кодини қисмлар (қатлам) сифатида бериш ва ҳар бир қатлам код коэффициентлари йиғиндиси бўлиб, бирор бир тайлга мос келади. Қатламлар ўз навбатида декомпозициянинг турли босқичидаги блок коэффициентлари кодларидан иборат пакетларга бўлинади. Тасвирнинг бирор-бир майдонини декодлаш учун, у қандай тайлга тегишли экани ва шу тайлга тегишли қайси қатламлар тикланиши учун зарур блоклар коэффициент кодларига эга эканлигини аниқлаш кифоя. 4.9-расмда JPEG-2000 стандартининг чиқиш оқимини ташкил этиш тузилма чизмаси кўрсатилган. Аммо ҳақиқатда ҳам, маълумотларнинг бундай намойиши тасвирни сиқиш самарадорлигини пасайтиради.

 

4.9-расм. JPEG-2000 стандартида чиқиш кодининг ташкил этиш чизмаси.

 

Бироқ стандарт нафақат тасвирнинг маълум қисмини тез ажратиш ва таҳрирлаш имконини беради, балки тасвирнинг сиқиш самарадорлигини пасайишига ҳам йўл қўймайди. JPEG-2000 стандарти, JPEG стандартининг йўқотишлар билан сиқишдан тахминан икки баробар, йўқотишларсиз сиқишдан эса 5-20% самарали эканни тасдиқлаган.

 

10-мавзу: ТВ тасвир ва овозларни сиқиш стандартлари MPEG -1, MP-3, MPEG -2 ISO/IEC 13818-3 и 13818-7 AAC, MPEG -4 ISO/IEC 14496-3, Dolby AC -3 (A/52); Уларнинг қиёсий таҳлили ва қўлланилиш соҳалари.

 

Режа:

 

10.1. MPEG-1 стандартининг видео ташкил этувчиси

10.2. MPEG-2 телевидение эшиттириш стандарти

10.3. MPEG-4 мультимедиа стандарти

10.4. MPEG-7 ва MPEG-21 истиқболли мультимедиа стандартлари

 

MPEG-1 стандарти

 

MPEGнинг биринчи стандарти бўлган — MPEG-1 CD компакт дискларга “нормал” ёзиш тезлиги 1,4 Мбит/с бўлган видеофильмларни ёзиш учун ишлаб чиқилган. MPEG-1 стандарти video CD форматни таъминлашга, яъни VHS (уйдаги видео) кассеталаридаги видео билан рақобатлашадиган, ҳаваскор видео форматини қўллаб-қувватлайдиган, шунингдек, телевизион тасвирларни 1-3 Мбит/с тезлик билан узатадиган, нисбатан паст тезликдаги алоқа каналлари бўйлаб маълумотларни узатиш учун ўйлаб топилган.

Стандарт 3 қисмдан: видео,овоз, тизимлардан иборат.

 

MPEG-1 стандартининг видео қисми

 

Стандартни ишлаб чиқишда унинг қўлланиш соҳасини аниқлаб берувчи қуйидаги чекловлар қабул қилинган:

- тасвирнинг горизонтал ўлчами < 768 пиксель;

- тасвирнинг вертикал ўлчами < 576 сатр;

- макроблоклар сони < 396;

- кадрлар частотаси < 30 Гц;

- прогрессив (сатр бўйлаб) ёйиш;

- рақамли оқим тезлиги < 1,856 Мбит/с.

Айни вақтда, рақамли оқимнинг максимал тезлиги қаттиқ чегараланганлиги учун, MPEG-1нинг асосий видео формати бўлиб, Умумий Оралиқ Формат (Common Intermediate Format - CIF) ҳисобланади. Формат бир секундда 30 та кадрлар бўлганда, 352та сатр ва ҳар бир сатрда 240 нуқта ёки 25 та кадрлар бўлганда 288 та сатр ва ҳар бир сатрда 352та нуқта бўлишини ҳисобга олади. Бундай тасвир VHS форматидаги маиший видеоёзув сифатига яқинроқ бўлади ва эшиттириш стандартидаги телевизион тасвир сифатидан 4 марта кам бўлади. Бундан ташқари ушбу стандартда сатрлараро ёйиш имкони мавжуд эмас, шунинг учун ҳам MPEG-1 телевидениеда қўлланилмайди. Бироқ MPEG-1 стандартида рақамли (сиқишнинг) компрессиянинг башоратга, кадр ичи ва кадрлараро кодлашига, ҳаракат компенсациясига, ДКЎ, адаптив квантлаш ва энтропик кодлашга асосланган замонавий қурилмаларнинг кўп қисми ишлатилган.

MPEG-1 кадрлар кетма-кетлигига ишлов беришга йўналтирилган ва кичик вақт интервалларига бўлинган, реал тасвирларда мавжуд, ахборотнинг катта ортиқчалигидан (95 фоизгача ва ундан ортиқ) фойдаланиш учун ишлаб чиқилган. Дарҳақиқат, қўшни кадрлар орасидаги фон кам ўзгаради, барча ҳаракатлар эса тасвирнинг кичик фрагментлари ўрин алмашиши билан боғлиқ. Шунинг учун кадр ҳақидаги тўлиқ ахборотни узатиш зарурияти фақат сюжет ўзгаришида юзага келади, қолган вақтда эса янги объектларнинг пайдо бўлиши ёки эскиларининг йўқолиш ва тасвир элементларини ўрин алмашиш катталиги ва йўналишини характерловчи қайд қилинган маълумотлар билан чекланса бўлади. Бундай фарқлар аввалги ёки кейинги кадрларга нисбатан аниқланиши мумкин. Шундан келиб чиққан ҳолда MPEG-1 алгоритми қуйидаги 3 турдаги кадрлардан фойдаланади:

·      I (Intra) - "мустақил", бошқа видео кадрлар ва тасвир тузилмаси ҳақидаги маълумотлар билан боғлиқ бўлмаган холда,тасвир таянч кадрлари ахборотларини тўлиқ сақлайдиган кодлаш;

·      P (Predicted) – тўғридан-тўғри башорат кадрлари, аввалги I ёки P кадр билан солиштирганда тасвир тузилмаси ўзгарганлиги ҳақидаги ахборотни ташиш;

·      B (Bi-directional) - "икки томонлама башорат кадрлари", “олдинга” ва “орқага” башоратлари усули билан шаклланади, фақат аввалги ва кейинги тасвирнинг муҳим фарқлари ҳақидаги маълумотни сақлайди. В-кадрлардан фойдаланишнинг афзаллиги шундаки, саҳна объектлари ҳаракатида фондаги тасвирнинг ҳам ўзгариши ҳисобга олинади. Шунинг учун унинг етишмаётган қисмларини узатиш учун кейинги кадрларнинг маълумотларидан фойдаланиш қулай (4.10-расм). Кодер ҳам тўғри ҳам тескари башоратни ҳисобга олади ва декодерга энг кичик ҳажмдаги маълумотларни жўнатади.

MPEG-1 стандарти бўйича видеони сиқиш алгоритмининг ишлаш схемаси 4.12- расмда келтирилган. MPEG-1 да тасвирларга ишлов бериш JPEG стандарти билан бир хил, бироқ бунда ҳаракат компенсациясига асосланган кадрлараро ишлов бериш қўлланилади. Бунда MPEG-1 блокларининг ҳаракат вектори ҳақидаги метаахборотни қисқартириш учун 16х16 пикселли макроблокдан фойдаланилади ҳамда макроблоклар 4 та 8х8 ёруғлик саноғи ва биттадан C_R ва C_B саноқ блокларидан ташкил топади. (4.11-расм).

 

 

4.10-расм. Тасвирнинг бўлагини кечиккан кадрдан башорат қилиш.

 

Видеооқимнинг сиқилиши таянч (I) кадрларга ишлов беришдан бошланади, яъни декодернинг ишончли ишлаши учун таянч кадрлар ҳар 12, 15 ёки 30 кадрлардан сўнг, шунингдек, тасвир сюжетининг кескин ўзгаришида жойлаштирилади. Бундай ҳолда уларни кодлаш юқорида кўриб чиқилган JPEG стандартидаги сиқиш алгоритмига тўлиқ мос келади.

 

4.11-расм. 4:2:2 форматидаги макроблок таркиби

 

Агар башорат қилинган кадр таркибидаги макроблок (Р ёки В) кодланаётган бўлса, дастлаб қўшни кадрлардаги (I, P ёки B) видеообъект макроблоклар силжиши мумкинлиги баҳоланади. Агар макроблокларнинг янги коорднаталари топилса, мос жорий кадр пиксель қийматларидан олдинги кадрнинг кодлаштирлаётган макроблок пиксель қийматлари элементлар бўйича айрилади.

4.12-расм. MPEG-1 стандартида видеони сиқиш алгоритми.

 

Ундан кейин эса ушбу ажратилган пиксель қийматлари бўйича макроблоклардаги ДКЎ коэффициентлари ҳисобланадилар ва уларни квантлаш бажарилади. Р- ва В-кадрлардаги макроблоклар учун, сукут (индамасдан) билан қўлланиладиган,квантлаш жадвали ҳамма позицияда 16 сонидан иборат бўлади, лекин видеооқим сиқиш коэффициентини бошқариш учун кодер томонидан ўзгартирилиши мумкин. Таъкидлаш жоизки, мета маълумотлар массивини қисқартириш учун, блоклар ҳаракатини компенсациялашда фақат ёруғлик саноғи қўлланилади ва бунда олинган кўчиш векторлари рангфарқ сигналлар саноғи блоклари учун ҳам ишлатилади.

MPEG алгоритмларининг муҳим ҳусусияти шуки, кодланаётган кадрлар мустақил бўлмай қолади, чунки таянч кадрсиз Р- ва В-кадрларни тиклаб бўлмайди. Бундай ҳолда тез оқимли кодлаш учун кадрлар улар намойиш бўлиши керак бўлган (тикланиш) тартибда берилмайди (4.13- расм). Шунинг учун тўғри декодлаш учун кадрларни қуйидаги кетма-кетликда қайта гуруҳлаш жоиз бўлади: I – P – B –B –P –B –B –P ….

4.13-расм. I-, B- ва P-кадрларнинг намунавий кетма-кетлиги. P-кадр фақат олдин келаётган I- ёки P кадрга боғланиши мумкин, бу вақтда B-кадр ҳам олдинги ҳам кейинги келаётган I- ёки P-кадрларга боғланиши мумкин.

 

Шунингдек кодлаш алгоритмининг муҳим звеноси сифатида рақамли оқим чиқиш тезлигини ўзгармаслигини таъминлаш бўлиб қолмоқда. Манбаадан сигналлар саноғи ўзгармас тезлик билан келиб тушади, аммо квантлагич чиқишида битлар келиб тушиш тезлиги кенг чегараларда ўзгариши мумкин. У видеокадр тури (I-кадр Р- ва В-кадрларга нисбатан ёмон сиқилади) ва тасвир сюжетига (бир турдаги бўлакли яхлит кадр майда заррали, элементли кадрга нисбатан яхши сиқилади) боғлиқ бўлади. Шунинг учун чиқувчи оқим тезлигини бир хил қилиш учун кодер ва декодерда буфер хотира блоки қўлланилади. Буфер кодер томонидан ўзгарувчан тезлик билан тўлиши мумкин,чиқишда, алоқа канали томонида, маълумотни ўқиш эса ўзгармас битрейтли бўлади. Бундан ташқари, I-, Р- ва В-кадрлар орасида битларнинг тақсимланиши уларнинг ДКЎ коэффициентларини квантлаш параметрларини ўзгартириш ҳисобига амалга оширилади. Айрим кодерлар кодлашни “иккита ўтиш” билан амалга оширади, биринчи ўтишда видеокадрнинг мураккаблиги баҳоланади, ушбу баҳо асосида унга аниқ битлар ресурси ажратилади, иккинчи ўтишда эса ажратилган ресурсни ҳисобга олган ҳолда,саноқлар кодланади.

 

MPEG-1 стандартининг овозли қисми

 

1993 йил нашр этилган ISO/IEC 11172-3 MPEG-1 стандартининг алгоритми юқори сифатли стерео овозни кодлашга йўналтирилган ва кодлашнинг 3та босқичидан иборат:

 «Layer-1» (1–қатлам) профессионал овоз ёзиш учун бўлиб, студия сифатига эга ва унча мураккаб бўлмаган алгоритм ҳамда сиқишнинг катта бўлмаган коэффициенти билан характераланади. Асосий параметрлари: 15 кГцга тенг овоз сигнали частота полосасидаги рақамли оқимни узатиш тезлиги 192 кбит/с; компрессия коэффициенти 4 га тенг; ишлов беришдаги сигнал кечикиши (ушлаб қолиниш) 20 мсекундни ташкил қилади.

Сиқиш алгоритми — секин (асосан акустик модел ва коэффициентларни итератив кесишишини ҳисоблашлардаги хатога йўл қўйилиши сабабли). Декодерлаш алгоритми-тез (реал вақт даврида қўлланиши мумкин) амалга оширилади.

«Layer-2» (2–қатлам) истеъмол соҳаси (юқори сифатли радиоэшиттиришда ўрта мураккабликдаги сигналларни узатишда ва аудиомаълумотлар коэффициентларини ўртача компрессиялашда қўлланилади). Layer 2 тизим Layer 1га нисбатан учлик тароқсимон (гребенчатый) фильтр ва Фурье тез ўзгартириши амали киритилиши, шунингдек, кўпгина махсус аниқлантириш жадваллари қўлланиши билан фарқ қилади. Натижада сиқиш коэффициенти қиймати ошди, лекин овоз сигнали компрессияси тезлиги камайди, гарчи тескари ўзгартириш тезлиги секинлашмаган бўлса ҳам. Асосий параметрлари: 15 кГцга тенг овоз сигнали частота полосасидаги рақамли оқимнинг узатишдаги тезлиги 128 Кбит/с; компрессия коэффициенти 6 га тенг; сигнал кечикиши 40...50 мсекундни ташкил қилади.

 «Layer-3» (3–қатлам), нутқни ISDN тармоқларидаги кичик полосали каналларда, профессионал радиоэшиттиришда ва ўрта сифатли ҳамда кам ҳажмли хотирага эга ёзиш тизимларида узатиш учун фойдаланилади. Алгоритмнинг юқори мураккабликка эгалиги билан фарқланади ва қуйидаги параметрлар билан характерланади: 15 кГцга тенг частота полосасидаги рақамли оқимнинг узатишдаги тезлиги 64 Кбит/с; сигнал кечикиши 50 мсекундни ташкил қилади.

Модомики, ҳозирги вақтда MPEG-1 стандарти видеокузатув тизимларида чекли равишда бўлса хам қўлланар экан, фақат Layer-3 форматини кўриб чиқиш билан чекланамиз. Формат ҳозирги кунда компьютерларда мусиқани сақлаш ва аудиомаълумотларни эшитиш учун энг оммалашган формат ҳисобланади. Қисқартирилган вариантда уни «MP3» деб номлашади ва кенгайтмаси «.mp3».

Ҳозирги вақтда MP3, овозли ахборотни йўқотишлар билан кодлашнинг форматларидан, энг кенг тарқалгани ва оммабопи ҳисобланади. У файллар алмашинув тизимларида мусиқа асарларини баҳолаш учун кенг қўлланилади. Формат деярли барча оммабоп операцион тизимларда, мавжуд портатив аудио-плеерларда, шунингдек, замонавий мусиқа марказлари ва DVD-плеерларнинг барча моделларида қўлланади.

Аввалги қатламлардан фарқли Layer-3 да модификацияланган ДКЎ (МДКЎ) ишлатилган. Бу овоз сигналларини, сиқилмаган рақамли сигнал каби,сифатни сақлаб қолган ҳолда 6-8 баробар сиқиш имконини берди. Бунда сиқиш тезлиги Layer 2га нисбатан 24 баробарга ва маълумотларни пакетлаш тезлиги эса 8 марта камайган.

MP3 форматида йўқотишлар билан сиқиш алгоритми қўлланилади, у оригиналга яқин тикланишлар сифатини таъминлаш ва ёзувни, эшиттиришдаги зарур бўлган маълумотлар ҳажмини, сезиларли камайтириш учун ишлаб чиқилган. Бунда ўрта битрейт 128 кбит/с бўлганда тахминан 10 марта сиқиш таъминланади. Сиқиш омили овоз оқимининг кўпгина одамларнинг эшитиш қобилияти фарқламайдиган айрим қисмларининг ташлаб кетишга асосланган. Бу усул қабул қилишни (эшитишни) кодлаш дейилади. Бунда биринчи босқичда қисқа вақт оралиқлари учун кетма-кетлик кўринишида овоз диаграммаси тузилади, ундан сўнг инсон қулоғи фарқламайдиган маълумотлар ўчириб ташланади ва қолган маълумотлар жамланган кичик (компакт) ҳолда сақланади. Ушбу ёндашув расмларни JPEG форматида сиқишда қўлланиладиган сиқиш усулига ўхшайди.

4.14-расм. MP3 кодерининг умумий ташкилий чизмаси

 

4.14- расмда кўрсатилган кодекнинг умумлаштирилган ишлаш тузилмасини кўриб чиқамиз.

Частота дискретизацияси 48 кГц бўлган овоз сигналининг 16 разрядли кириш саноғи аудиокодек киришга келиб тушади ва бу ерда улар 32 субполосали ташкил этувчиларга бўлинади. Ишлов бериш овозли сигналнинг 1152 саноғига эга аудиокадрлар орқали амалга оширилади. Ҳар бир аудиокадр 24 мс давом этади. Барча 32 субполосаларнинг ўзгармас кенглиги F = f_д /(2n) га эга бўлади, бу ерда f_д — овоз сигналининг дискретизация частотаси, п — 750Гц тенг бўлган субполосалар сони.

Фильтрлашдан сўнг, ҳар бир субполосадаги овоз сигналлари саноқлари блокларга йиғилади, масштабланади(нормаллаштирилади) ва модификациялашган дискрет-косинус ўзгартириш (МДКЎ) билан ишлов берилади. Ушбу ўзгартириш натижасида сигнал вақт бирлигидан частота бирлигига ўтади. Натижада сигнал энергиясининг спектрал ташкил этувчилари бўйича тақсимланишини характерловчи МДКЎ коэффициентлари шакллантирилади. МДКЎ спектрининг хусусияти шуки, унинг асосий энергияси юқори бўлмаган паст частотали худудда гуруҳланади, қолган оралиқларда коэффициентлар кичик ёки 0 га тенг. Ундан сўнг ушбу коэффициентлар кодек сиқиш коэффициентини ошириш учун квантланади (маълум қийматларга бўлинадилар ва яқин сонгача яхлитланадилар) ва сўнгра кодланади. Ҳар бир субполосадаги масштаблашда 18та саноқдан овоз сигналининг максимал қийматлиги олинади ва у субполосали танловнинг масштабли коэффициенти SCF (Scale Factor) деб номланади. Кодекда 32 та масштабли коэффициент ишлатилади ва ҳар бири 36та саноқдан иборат овоз сигнали блоки яна ўз навбатида учта майда блокчаларга бўлинади ва улар гранула дейилади. 18та саноғи мавжуд ҳар бир гранулада саноқнинг максимал қиймати аниқланади ва унинг қиймати грануланинг масштабли коэффициенти SCF ҳисобланади. Кодекда ишлатиладиган субполосалар 32 та, шунинг учун Layer-2 да масштаб коэффициентлар SCF гранулаларнинг умумий миқдори 3 х 32 = 96га тенг бўлади. Ушбу коэффициентлар маълумотларнинг чиқиш массиви сақланадилар ва декодерга таблица шаклида берилади. Шунинг учун грануладаги саноқлар максимал қиймати SCF жадвалдаги қийматлар билан солиштирилади ва жадвалдаги кўп қийматлардан энг яқин катта қиймат танлаб олинади. Шу қиймат кейин грануланинг SCFси деб қабул қилинади.

Квантлаш ва кодлашни модификацияланган психоакустик модел (Psychoacoustic Model) назорат қилади. Ушбу квантлашнинг назоратини амалга ошириш учун маскировкалаш чегарасини (чегара қийматини) баҳолаш қўлланилади. Субполосалардаги битларни тақсимлаш барча субполосаларнинг сигнал/маска муносабати асосида ҳисобланади, бунда ушбу маска(шовқин) фойдали сигнал билан маскировкаланиш чегараси аниқланади. Сигналнинг максимал қиймати ва маскировканинг минимал чегараси кириш дискрет сигналини (FFN transform) Фурье тез ўзгартиришини (ФТЎ) қўллаб олинади.

Одатда кодеклар маълум рақамли оқим тезлигидаги (96Кбит/с, 128Кбит/с, 256Кбит/с ва ҳ.к.) маълумотларни кодлашни таъминлайди ва улар битрейтлар дейилади. Шунинг учун ҳар бир узатиш тезлиги(ёки гуруҳ тезлиги) учун ўзининг жадвали мавжуд ва уларда f_д қийматлари ва рақамли маълумотларнинг узатиш тезлиги v асосида квантлашнинг қийматлари аниқлаштирилади. Овоз сигнали саноқлари кодлаштириладиган субполосаларнинг максимал рақам номери n аниқлайди ва тизимнинг қабул қилувчи томонига узатилади.

Кўп ҳисоблашлар натижасида, “ бузилишларни назорати” блокининг чиқишида овозли кадр шакллантирилади ва дастлаб узун серияли статистик компрессор(RLE) ёрдамида сиқилади ҳамда Хаффман жадвали асосида энтропия кодерига асосан кайта кодланади. Энтропик кодлаш, овоз сигналининг хусусиятларини назарда тутади ва кўп такрорланувчи кодли комбинациялар қисқа кодли комбинациялар билан, кам учрайдиганлари эса узун комбинациялар билан узатилади. Кодлашнинг ушбу усули кодек сиқиш самарасини 20-25% оширади.

Сиқилган аудио маълумотларни декодлаш, психоакустикани ҳисобга олмаган холда, тескарисига, яъни тикланган субполоса таркибий қисмларининг йиғиндисини олиб амалга оширилади.

 

Телевидение эшиттириш стандарти- MPEG-2

 

MPEG-2 стандарти телевидение эшиттириш тизимлари учун махсус ишлаб чиқилган бўлиб, 10 та қисмдан иборат. Биринчи қисм 1994 йилда, охиргиси эса 1999 йилда тақдим этилган. MPEG-2 стандарти MPEG-1нинг анча яхшиланган ва такомиллааштирилиши янада мураккаблашган, тузилмасида рақамли оқимнинг I, P ва B кадрларидан фойдаланиладиган кўринишидир.

MPEG-2 стандарти рақамли йўлдош, кабель ва ер усти телевидениесида фаол қўлланилади.

MPEG-2нинг таркибий 10 қисмидан 3 та асосийларини ажратиб олиш мумкин: 13818-1 - тизимли, 13818-2 - Видео, 13818-3 - овозли.

Тизимли қисм- стандартнинг овоз, видео ва бошқа ахборотларни мультиплексирли (умумлаштирилган) кодлаш форматини ифодалайди, шунингдек, бир ёки бир неча маълумотлар оқимини сақлаш ёки узатишга яроқли битта ёки бир неча оқимларга бириктириш масалаларини хал этади.

Тизимли қисм- бешта асосий вазифаларни бажаради:

• Тикланиш вақтида бир неча сиқилган оқимлар синхронизациясини таъминлаш;
• Бир неча сиқилган оқимларни умумий оқимга бирлаштириш;
• Тикланиш бошланиши учун инициализациялаш (бошланғич кўрсатгичларни ўрнатиш);
• Буферга хизмат кўрсатиш;
• Вақт шкаласини(тизим вақтини) аниқлаш.

Видео қисм -стандартнинг юқори сифатли рақамли видео учун кодланган битли оқимини характерлайди. MPEG-2 формати MPEG-1нинг барча иш режимларини қўллаб- қувватлайди, яна қўшимча сатрлараро видеоформатни ва юқори аниқликдаги телевидение (ЮАТ) ҳамда стерео телевидениени қўллаш имкониятларига эга.

Товуш қисм- MPEG-2 стандартининг кўп каналли овозни кодланишини белгилайди. MPEG-2 бештагача тўлиқ кенг каналли полосаларни, унга қўшимча паст частотали канални ва 7 тагача кўп тилли комментатор (ёки таржимон) каналларини қўллаб қувватлайди. Ундан ташқари 64 Кбит/с узатиш тезлигида монофон ва стереофон овоз сигналларининг янграш сифатини яхшилаш учун дискретлаш частотасининг ярим қиймати (16; 22,05 ва 24 кГц) қўлланилиши мумкин.

           

MPEG-2 стандартида тасвирларга ишлов бериш

 

MPEG-2 стандарти телевизион сигнални ўзаро бир бирига мос, турли мураккабликдаги алгоритмлар билан рақамли сиқишнинг стандарт гуруҳчалари оиласини ифодалайди. Уларни мослигини татбиқ этиш учун профил (кўриниш) ва сатҳлар(қийматлар) қонунлари қўлланилади.

 Стандарт 5 та профилдан иборат:

·         оддий (simple) — видео оқимларни В-кадрларсиз сиқиш;

·         бош (main) — ишнинг барча босқичларини таъминлаш учун, лекин масштабланишсиз;

·         сигнал/шовқин (SNR scalable) муносабати бўйича масштабланиш;

·         худудий (фазовий) масштабланиш (spatiallyscalable);

·         профессионал (professional 4:2:2)- фазовий масштабланувчи ва сигнал/шовқин (SNR scalable) муносабати бўйича ифодаланиш.

Бунда MPEG-2 макроблок учун ДКЎнинг иккита типи: кадрли ва майдонли бўлинишни аниқлайди. Кадрли ДКЎ MPEG-1 билан бир хил ишлайди, бу ерда 16х16 пиксель ўлчамли ёруғлик саноғи блоки жойлашувига мос холда 8х8 пикселли 4 та блокка бўлинади.

Майдонли ДКЎ тепа томондаги иккита блок учун юқори майдоннинг 8 та қаторини, қуйи блоклар учун пастдаги майдоннинг 8 та қаторидан фойдаланилади, шу тахлит 4.15-расмда кўрсатилганидек макроблокнинг юқори ва пастки майдонлари ҳосил қилинади. Ушбу вазиятда рангфарқ блоклар фақат тепа томондаги майдонга тегишли ҳисобланади. Майдонли ДКЎ майдонлар орасидаги мавжуд фарқ қанча катта бўлса,самара шунча юқори бўлади ва мисол учун, вертикал бўйлаб ҳаракатланишда. Кадрли ДКЎ тасвирнинг майда деталларини яхшироқ узатиш имконини беради. Бунда иккала ўзгартириш тури ҳам битта видео кетма-кетликда қўлланилиши мумкин. Иккита кадр сифатида кодланувчи кадрлар ҳар доим майдонли ДКЎдан фойдаланадилар, кадрли кодлаш эса, макроблок бир босқичидан бошқасига ўтишни қўллаган холда, ДКЎнинг иккала кўринишидан ҳам фойдаланиш имконини беради.

Сатрлараро тасвирларга ишлов бериш башорат жараёнига ҳам сезиларли ўзгартиришлар киритади. Кадрли башорат худди MPEG-1даги каби жорий ва таянч кадрларда 16х16 пикселли макроблокларнинг энг мукаммал мосликлигини баҳолайди.

 

4.15-расм. Майдонли ДКЎда макроблок майдонларининг шаклланиши

 

Майдонли башорат аввалги иккита майдон ва жорий майдонлардан олинганлар ичидан 16х16 пикселли блоклар учун энг мосини (яхшисини) танлайди. ДКЎдаги каби майдонли кодлашда фақат майдонли башоратдан фойдаланиши мумкин, кадрли кодлашда эса имкониятлар кенг, чунки у ҳам кадрли ҳам майдонли башоратдан фойдаланиши мумкин. Охирги холатда макроблокнинг алоҳида юқори ва қуйи майдонлари мослиги таянч кадрнинг иккита майдонидан яхши натижани танлаган холда қидирилади.

Ҳаракат компенсациясининг юқори аниқлигини макроблокнинг иккита майдонга бўлиниши таъминлайди. Бунда 16х8 пиксель ўлчамли макроблок юқори ва қуйи майдонлари учун алоҳида иккита кўчиш вектори шаклланади, улар декодерга янада аниқроқ тасвирни тиклаш учун узатилади.

Шуни айтиб ўтиш жоизки, MPEG-2 стандарти видеосигнални сиқиш усулига регламент белгиламайди, балки кодланган видеосигнал битли оқими қандай кўринишда бўлиши кераклигини аниқлайди, шунинг учун аниқ алгоритмлар аппарат-дастурий таъминоти ишлаб чиқарувчиларининг тижорат сири ҳисобланади. Аммо видеооқимни сиқишнинг умумий принциплари (омиллари) 4.16-расмда кўрсатилган кетма-кет жараёнларни ўз ичига олади.

4.16-расм. MPEG-2 стандартида телевизион сигнални сиқиш усулининг умумий кўриниши

 

Дастлабки RGB видеосигналлар АРЎда аналог-рақамли ўзгартирилгандан кейин олдиндан ишлов бериш блокига келиб тушади, кейин бу ерда қуйидаги амаллар бажарилади:

·      RGB сигналлар ёруғлик Y ва рангфарқ U ва V сигналларига ўзгартирилади, шунингдек 4:4:4 рангли форматни 4:2:2 (рангфарқ компонентларни горизонтал қайта дискретлаш)га ёки 4:2:0 (рангфарқ компонентларни горизонтал ва вертикал қайта дискретлаш)га қайта кодлаш амали бажарилади;

·      Ортиқча ахборотни олдиндан ўчириб ташлаш, масалан: агар тасвир фони бир хил пикселлар гуруҳидан иборат бўлса, унда пиксель қийматини ва тасвирда уни қанча такрорлаш кераклигини йўллаш кифоя;

·      Тасвирнинг ҳар бирини 8х8 пикселли олтита блокдан иборат макроблоклар кетма-кетлигига бўлиш: 4таси 16х16 матрицани ташкил этувчи ёруғлик сигнали Y ва биттадан рангфарқ компонентлар U ва Vдан иборат;

·      Агар дастлабки тасвир қаторлараро майдон кўринишида узатилаётган бўлса, унда улар прогрессив ёйиш билан кадрга ўзгартирилиши мумкин. Агар ўлчам 16 пикселга карра бўлмаса, тасвирнинг макроблоклар бутун сонига яхлит бутун сонли қилиб бўлинишини таъминлаш учун тасвирнинг қаторлар ва устунларига ноль ёруғликда етишмаётган пикселлар қиймати(сони) қўшилади (4.17-расм).

 

4.17-расм. Тасвирни 16х16 пикселли блокларга бўлиш.

 

Сўнгра бўлинган тасвирнинг макроблоклари кадрлараро ортиқчаликни бартараф этиш учун олиб ташлагич блокининг биринчи киришига келиб тушади. Иккинчи киришга шу тасвир сюжетининг аввалги ёки кейинги кадрдан кўчирилган (силжиган) макроблоклари келиб тушади. Бунда макроблокнинг янги координаталари уларнинг кадрдан кадрга кутилаётган ҳаракати башорати асосида ҳисобланади, ундан кейин уларнинг кўчиши мумкин бўлган худуд кадрлараро фарқининг минимал қиймати бўйича аниқ жойлашувини белгилайди. Шу тахлит, макроблокларнинг қўшни пикселлари қийматининг айирмасини ҳисоблангандан сўнг уларнинг ахборотлашганлиги сезиларли пасаяди ёки умуман 0га тенг бўлиб қолади.

Кейин юқори айтилган MPEG-1 стандартидаги каби, олинган макроблоклар фарқлари кадрлараро статик ортиқчалигини бартараф этиш учун ДКЎ механизмидан фойдаланилади. ДКЎнинг тўғридан-тўғри олинган, сигнал энергиясини унинг гармоник таркибий қисмлари бўйлаб тақсимланишини характерловчи коэффициентлари, Хаффман жадвали асосидаги энтропик кодер ва узун сериялар статик компрессори ёрдамида адаптик квантланади ва кодланади.

Тикланган тасвирнинг сифатини баҳолаш ёки чиқиш оқимининг ўзгармас битрейтидаги холатда, квантлашни адаптив бошқариш учун кодерда сиқилган видео маълумотларни декодерлаш жараёни амалга оширилади. Бунинг учун деквантлаш ва тескари ДКЎ блоклари ишлатилади ва умумлаштирилади(йиғиндиси олинади) (4.16-расм). Умумлаштириш блокида видеомлумотлар ҳаракатини компенсациялаш башорат хатоликлари билан қўшиладилар ва шу орқали кадрнинг пиксель қийматлари тикланадилар. Сигнал ҳақида олинган маълумотлар ахборотларни кодлаш узелига юборилади,бу эса шаклланаётган сиқилган тасвир сифатини баҳолаш имконини беради.

Бундан ташқари MPEG-1дан фарқли равишда MPEG-2 стандарти қуйидагиларга имкон яратади:

·           MPEG-1даги каби фақат 8 битли эмас, балки 9 ёки 10 битли квантлашдан фойдаланиш;

·            Ички кадрли башорат билан кодланган макроблоклар йўқолишини бартараф этиш учун уларнинг маскировкалаш амалга оширилади, яъни йўқолган макроблок ўрнига параметрлари бўйича унга ўхшаши яқин макроблок қўйилади. Бунинг учун оқимда “қолдирилган макроблок”ни бошқарувчи код узатилади;

·            Ахборотини узатиш панорамалаш режими (pan&scan) кўзда тутилган,яъни у декодерга тасвирнинг қайси 16:9 форматли бўлагини 4:3 форматли экранда тасвирлаш кераклигини кўрсатади. Ахборот ҳар кадрда узатилади ва тасвирни пикселгача аниқликда силжитиш имконини беради.

 

MPEG-2 стандарт видеомаълумотлар оқими

 

MPEG-2 видеокодер чиқишидаги маълумотлар оқимининг соддалаштирилган тузилмаси 4.18-расмда кўрсатилган. Видеомаълумотлар оқимининг энг йирик бирлиги бўлиб видеокетма-кетлик (video sequence) ёки видеоқатор ҳисобланади. Видеокетма-кетлик тасвир гуруҳлари (GOP)нинг ихтиёрий сонидан иборат бўлиши мумкин, улар ўз навбатида I, P, В кадрлардан (кадрли кодлашда) ёки майдонлардан (майдонли кодлашда) иборат бўлади. Ҳар бир тасвир слайслардан иборат, уларнинг ҳар бири бир неча макроблоклардан ташкил топади.

Ҳар бир видеомаълумотлар оқими ташкилий бирлиги декодлаш жараёнида оқимдан керакли маълумотларни ажратиб олиш имконини берувчи мос бошланғич коддан бошланади.

Видеомаълумотларни узатиш доимо видеокетма-кетлик (ВК) сарлавҳасидан бошланади, унинг кетидан сарлавҳа кенгайтмалари келади. Маълумотлар оқимининг ушбу қисмларида қуйидаги маълумотлар узатилади:

·         тасвирнинг пикселлар миқдори билан ифодаланган баландлиги ва кенглиги;

·         тасвир формати (кенгликнинг баландликка нисбати);

·         кадрлар частотаси;

·         белгиланган видеомаълумотлар оқими битрейти;

·         видеомаълумотлар оқимидан квантлаш коэффициентлари матрицасини юклаб олиш зарурлиги белгилари;

·         сатрлараро ёйишнинг фойдаланилаётганлиги белгиси;

·         фойдаланилаётган дискретизациянинг формати (4:2:0, 4:2:2 ёки 4:4:4).

Кейинчалик фойдаланувчининг қўшимча маълумотлари ва кенгайтмалари узатилиши мумкин. Оқимнинг шу қисми бўлмаслиги мумкин, блокни айланиб ўтиши кўрсаткич билан келтирилган. Кенгайтмалар масштаблилик бор бўлган холлардагина мавжуд бўлади, у тўлиқ видеомаълумотлар оқимидан тасвирларни олиш имконини беради. Бундай вазиятда оқим иккита ёки ундан кўп қатламлар (layers)дан иборат бўлади. База қатлами тасвирнинг бир неча бошланғич параметрли сифат билан олиш имконини беради. Маълумотлар оқимининг қўшимча ёки яхшиловчи (enhancement) қатламлари тасвирнинг янада сифатлироқ қилиб олиш имконини беради. MPEG-2 стандарти видеомаълумотлар оқимини масштабли билан ёки масштабсиз ташкил этиш имкониятини кўзда тутади.

 

4.18-расм MPEG-2 видеодекодери чиқишидаги маълумотлар оқими тузилмаси.

 

Ҳар бир тасвирлар гуруҳи сарлавҳадан («GOP сарлавҳаси») бошланиши мумкин. Ушбу сарлавҳа видеокетма-кетликдаги тасвирларнинг биринчи гуруҳи учун мавжуд бўлиши шарт. Тасвирнинг бошқа гуруҳлари учун ушбу сарлавҳа бўлмаслиги мумкин (айланиб ўтиш кўрсатгич билан келтирилган), чунки гуруҳ боши доим биринчи кадр билан мос келади. Тасвирлар гуруҳи сарлавҳасида вақт белгиси ва ушбу гуруҳ тузилмаси ҳақида маълумотлар узатилади. Тасвирлар гуруҳи сарлавҳасидан сўнг фойдаланувчи маълумотлари узатилиши мумкин.

Ҳар бир кадр ва майдондан олдин тасвирнинг кетма-кетликдаги сарлавҳа номери, тасвир тури (I, P ёки В) ва бошқа маълумотлар келади. Сўнгра фойдаланувчи кенгайтмалари ва маълумотлари узатилиши мумкин. Ундан сўнг тасвирнинг ўзининг маълумотлари узатилади. Ҳар бир макроблок ичидаги маълумотлар берилган тартибда жойлашган бўлади. Макроблок сарлавҳаси башоратли кодлаш ҳақидаги маълумотлар ва векторли ҳаракатлар ҳамда бошқа маълумотлардан иборат бўлади.

Тасвир маълумотларини узатилгандан сўнг жорий гуруҳнинг бошқа тасвири (“тасвир сарлавҳаси” блоки кўрсаткичи) ёки кейинги тасвирлар гуруҳи (“GOP сарлавҳаси” блокига кўрсаткич) узатилиши бошланади. Агар видеокетма-кетликдаги охирги тасвир узатилган бўлса, унда кетма-кетлик тугаганлиги белгиси (“ВК тугади”) узатилади.

4.2-жадвалда кодлашнинг турли вариантлари учун битрейт максимал қийматлари берилган.

 

4.2-жадвал

MPEG-2 кодлаш вариантлари учун битрейт максимал қийматлари

Қийматлар	Профил
	Оддий (Simple)	Бош (Main)	С/Ш бўйича масштаблаш(SNR Scalable)	фазовий (Spati-ally Scalable)	Юқори (High)
Юқори 1920x1152	-	80 Мбит/с	-	-	100Мбит/с
High-1440 1440x1152	-	60 Мбит/с	-	60 Мбит/с	80 Мбит/с
Асосий 720x576	15 Мбит/с	15 Мбит/с	15 Мбит/с	-	20 Мбит/с
Паст 352x280	-	4 Мбит/с	4 Мбит/с	-	-

 

Видеоахборот декодери

 

Стандартдан келиб чиққан ҳолда декодерда (4.19-расм) ўзгарувчан узунликка эга кодларнинг декодланиши, деквантланиши, тескари ДКЎоперацияси, ҳаракат компенсацияси амалга оширилади ва кадрларнинг бошланғич кетма-кетлиги тикланади.

Декодер буферли хотира қурилмаси (БХҚ); демультиплексор (ДМп); ўзгарувчан узунликли кодли сўзларга эга кодлар декодери (ЎУСКД), шунингдек, деквантлагич (Кв^-1), хотира қурилмаси (ХҚ), тескари ДКЎ блоки ва кодер блокларига мос келувчи блоклардан ташкил топади. Такт частотаси 27 МГц декодланаётган оқимдаги маълумотлардан фойдаланиш асосида тикланади.

4.19-расм. MPEG-2 видеодекодери тузилмавий чизмаси

 

Хилма хил кадр декодерларида (I; P; B) тикланиш вақти оқимнинг тузилиш мураккаблигига боғлиқ ва шунинг учун декодер киришида 3-4 кадр сиғимли буфер хотира қурилмаси (БХҚ) қўйилади. Ушбу БХҚ ўзгармас маълумотлар узатиш тезлигини кадрларни декодлаш жараёни билан мослаштиради. Бунда маълумотлар БХҚдан вақт бўйича нотекис ўқилади. Рақамли оқимда хилма хил маълумотлар (видеомаълумотлар, блокларнинг ҳаракат векторлари,вақтнинг тузилмавий белгилари, овоз маълумотлари ва х.к.) узатилганлиги сабаб уларни тўғри декодлаш учун қайта ишлашнинг турли усуллари қўлланилади. Шунинг учун декодерда демультиплексор ишлатилади ва ва у пакетлаб жойлаштирилган видеомаълумотларни ЎУСКД орқали декванлавчига (Кв^-1) ўтказади. Тескари ДКЎ (ДКЎ^-1) чиқишида таянч кадрлар пикселлари шакллантириладилар ва улар коммутатор орқали (1 уланган холатда) чиқишга узатиладилар.

Рақамли оқимнинг каттагина қисмини, кадрнинг тўғри ва икки томонлама башорат қилинган, яъни жорий ва кейинги кадр пикселлари орасидаги кадрлараро фарқни кўрсатувчи блоклардан ташкил топади ҳамда улар видеооқимни асосий сиқилишини таъминлаганлар. Шу сабаб бундай тасвир кадрларини тиклаш учун дастлаб аввалги кадр блокларидан ва башоратдаги уларнинг ҳаракат векторларидан тасвирнинг кадрлараро фарқи шакллантирилади. Сўнгра сумматорда (қўшувчида) башорат чиқишидаги пикселлар қийматини тикланган аввалги кадрнинг хотира қурилмасида (ХҚ) сақланган қиймати билан қўшилиши натижасида башорат кадрларининг декодлашган тасвирлари шакллантириладилар. Улар коммутаторнинг 2 холатида чиқишга узатиладилар.

 Декодерни аппарат, дастурий ва аппарат-дастурий воситалар билан қўллаш кодерникига нисбатан анча осон, чунки декодер блокларнинг тайёр ҳаракат векторлари билан ишлайдилар. Кодерда эса блоклар ҳаракат векторларини излаш учун катта пиксель массивларига ишлов бериш керак бўлади ва бу ўз навбатида катта ҳажмли хисоблашлар ҳамда кўп вақт талаб этади.

 

MPEG-1,2 стандартларида тасвир бузилишлари ва видеооқимнинг мумкин бўлган сиқиш коэффициентлари

 

MPEG-1, 2 стандартида сиқишнинг етарлича катта қийматларида махсус бузилишлар юзага келади, уларни тасвирларнинг кодлаш усуллари билан аниқланадиган 2 гуруҳга бўлиш мумкин:

Ички кадрли кодлашда юзага келадиган бузилишлар:

1.         Блокли бузилишлар (блокинг-эффект) сиқишнинг катта коэффициентларида қуйидаги сабаб билан юзага келади: қўшни блоклар бир биридан мустақил холда кодланади ва декодланади, натижада блоклар чегарасидаги (орасидаги) ёруғлик пикселларининг равон тақсимлаш бузилади ва тасвир мозаик кўриниш олади.

2.          Тасвир чаплашиши (тушуниб бўлмаслиги). Тасвир сиқиш коэффициентининг катта қийматларида кузатилади. ДКЎнинг юқори частотали коэффициентларини чеклаш ёки нолга тенглашда юзага келади, натижада тасвирнинг майди деталлари чаплашиб кетади ёки умуман йўқолади.

3.     Тасвир ёруғлиги тез ўзгаргандаги қўшимча “соялар” (ҳошиялар) пайдо бўлиши. Ушбу эффект фазовий спектр юқори частота таркибий қисмларининг бутунлай йўқолиши ёки сезиларли бузилишлари билан боғлиқ.

4.          Рангларнинг чаплашиб кетиши. Сабаби чегараларда ҳошия пайдо бўлиш эффекти сабаби билан бир хил, фақат у тасвирнинг ёруғлик сигнали тез ўзгарган жойларида намоён бўлади.

5.          Поғона эффекти. Блок ичидаги тасвирларнинг қирраларини нотўғри узатиш ёки тиклаш натижасида юзага келади. Эффект тасвирни катталаштириш масштабида тиклаганда кўпроқ намоён бўлади.

Кадрлараро кодлашда юзага келадиган бузилишлар:

1.         Тасвирнинг ёлғон чегараларини юзага келиши, кадрлараро кодлашда видеосигналнинг ҳаракат компенсациясида пайдо бўлади.

2.         «Чивинлар» эффекти. Блокнинг ҳаракатланувчи объект ва фон орасидаги чегараларида рангли ёки ёруғлик флуктуацияси(бирор бир қонунга бўйсинмаган холда жуда тез ёрқин ўзгариш) сифатида намоён бўлади. Эффект мавжуд ва башорат қилинган кадрларнинг квантланиш параметрларининг кадрдан кадрга ўзгариши натижасида юзага келади.

3.         Стационар худуддаги “ донли” шовқин. Суст ҳаракат кузатиладиган ёки ҳаракатсиз худудларда ўзгарувчан товланувчи (рангли) пайдо бўлиш даври нисбатан кам шовқинлар сифатида намоён бўлади.

4.         Макроблокда унинг бошланғич ранглари ва уни атрофини ўраб турувчи худуддаги рангларга нисбатан нотўғри рангларнинг пайдо бўлиши.

5.         Ҳаракатланувчи объектлар ортидан изларнинг қолиши, уларнинг нисбатан узоқ сақланиши мумкинлиги.

 

601-Тавсияга асосан 4:2:2 дискретизацияда иккиламчи сигналларнинг узатиш тезлиги 216 Мбит/с бўлиши белгиланган. Телевизион эшиттиришда ишлатиладиган, 4:2:0 форматга ўтишда, иккилик сигналларнинг узатиш тезлиги 162 Мбит/сга қисқаради, шунга мос ҳолда видеооқимни сиқиш қийматини баҳолаш амалга оширилади. Бунда 720х576 пикселли шаклга эга, тикланган тасвирнинг студиядагидек сифатни олиш учун MPEG-2нинг асосий қиймат кодлашидан фойдаланилганда, рақамли оқим тезлиги 15 Мбит/с бўлишига эришилади ва сиқиш коэффициентининг қиймати 11 мартага етади. Бироқ техник адабиётларда ёзилишича, амалиётда қабул қилинган тасвирнинг студиядагидек сифатини олиш учун видеоахборотни узатиш тезлигини 9 Мбит/с гача сиқиш мумкин, яъни сиқиш коэффициенти 18 маротабани ташкил этади. PAL тизимидаги оддий тасвир билан таққосланадиган тасвир сифатини олиш учун тезлик 4...5 Мбит/с гача камайиши мумкин, яъни сиқиш коэффициенти 30...40 мартани ташкил этади.VHS стандартидаги видеоёзувларни намойиш қилишда, қабул қилинадиган тасвирга таққосланадиган, сифатни олиш 1,5 Мбит/с гача камайтиришга эришилади, яъни сиқиш 100 мартадан ҳам кўпроқ.

 

MPEG-2 стандартида овоз сигналларига ишлов бериш

 

MPEG-2 стандартида таркибий қисм сифатида овоз сигналларини сиқиш алгоритми киритилади, бунда худди MPEG-1 (1, 2 ва 3 босқичлар) стандартидаги каби товушни полосали кодлаш принципларидан (омилларидан) фойдаланилади. Бу ерда овозли сигналнинг бутун частота спектри полосали фильтр тўплами ёрдамида 32 та полосага бўлинади. Чиқиш сигналларининг кам спектрал энергияли полосаси мос равишда кичик амплитудаги эга бўлади ва шу боис нисбатан қисқа кодли сўзлар билан кодланиши мумкинлиги эвазига сиқиш коэффициенти таъминланади. Ундан ташқари, психоакустик деб номланувчи эффект қўлланилади, у кучсиз овозни яқин частотали кучли овоз билан маскировка қилишдан иборат. Квантлаш шовқинлари маскировка поғонасига мослашади ва каналда фақат фойдаланувчи томонидан қабул қилиниши мумкин бўлган эшиттириш овозлари узатилади. Ҳар бир полосадаги квантланиш ушбу полоса сигналининг энергиясини ўлчаш асосида (1-босқич) ёки ташқи спектрал тахлилдан фойдаланиш асосида (2-босқич) амалга оширилиши мумкин.

«Layer-1» (1-қатлам) – профессионал соҳада ҳамда хотираси етарли катта ҳажмга эга ёзиш тизимларида, овознинг жуда юқори сифатида, студия сифатларида ёзиш ва қайта ёзиш учун тавсия қилинади, аудиомаълумотларни унча катта бўлмаган сиқиш коэффициентига ва хотираси катта талаб қилинадиган қатламдир. Айнан шу қатлам қолган барча қатламларнинг бошланиши бўлган, айнан у “SONY” фирмасининг мини-дискларининг (MiniDisk - MD) сиқиш тизими асосини ташкил этади. Асосий параметрлари: 15 КГцга тенг овоз частотаси полосасидаги рақамли оқимни узатишдаги тезлиги 192 Кбит/с; сиқиш коэффициенти 4 га тенг; ишлов беришдаги сигнал кечикиши (ушлаб қолиниш) 20 мсни ташкил қилади.

Сиқиш алгоритми — секин (асосан акустик модель ва коэффициентларни тахминан яқинлик билан кесишишини ҳисоблашлардаги хатоларга йўл қўйилиши ҳисобига). Декодлаш алгоритми – тез (реал вақтга татбиқ қилиниши мумкин).

«Layer-2» (2–қатлам) истеъмол худуди (ўрта мураккабликдаги сигналларни радиоэшиттириши ва аудиомаълумотларни ўрта босқичда компрессиялашда қўлланилади). Layer 1 га нисбатан Layer 2 да тароқсимон учли (гребенчатый) фильтр ва Фурье тез ўзгартириш амали киритилади, шунингдек, кўпгина махсус жадваллар аниқлантирилади. Натижада сиқиш босқичи ошади, лекин овоз сигнали компрессияси тезлиги тушди, гарчи тескари ўзгартириш тезлиги секинлашмаса ҳам. Асосий параметрлари: 15 КГцга тенг овоз сигнали частота полосасидаги рақамли оқимнинг узатишдаги тезлиги 128 Кбит/с; сиқиш коэффициенти 6 га тенг; сигнал кечикиши 40...50 мсни ташкил қилади.

 «Layer-3» (3–қатлам), нутқни ISDN тармоқларидаги кичик полосали каналларда, профессионал соҳада (радиоэшиттиришда ва ўрта сифатли ҳамда кам хажмли хотирага эга ёзиш тизимларида) узатиш учун фойдаланилади. Алгоритмнинг юқори мураккабликка эгалиги билан фарқланади ва қуйидаги параметрлар билан характерланади: 15 КГцга тенг частота полосасидаги рақамли оқимни узатишдаги тезлиги 64 Кбит/с; сигнал кечикиши 50 мсни ташкил қилади.

4.20- расмда кўрсатилган тузилмавий схема асосида Layer-1 ва Layer-2 кодерларининг ишлаш омилларини кўриб чиқамиз.

Аудио сигналнинг кириш саноқлари кодер киришига узатилади ва рақамли фильтрлар банкига келиб тушади. Бу ерда бирламчи сигнал (f_д = 48 КГц, ΔА = 16 бит/саноқ, v = 768 кбит/с) 32 субполосали ташкил этувчиларга бўлинади. Аудиокадр 384 та (Layer-1 учун) ёки 1152 та (Layer-2 ва Layer -3) саноқ ажратмаларидан иборат овоз сигналини ҳосил қилади. Ҳар бир аудиокадрни узатиш вақти 8мс (Layer-1) ёки 24 мс (Layer-2 ва Layer-3) бўлади. Барча 32 субполосалар доимий кенглик
F = f_д /(2n) га тенг бўлади, бу ерда f_д — овоз сигналининг дискретизация частотаси, п — 750Гц тенг бўлган субполосалар сони.

Фильтрациядан сўнг ҳар бир субполосадаги овоз сигнали саноқлари блокларга йиғилади, сўнг масштабланади (нормаллаштирилади), квантланади ва кодланади. Layer-1даги масштаблашда, овоз сигналининг ҳар бир субполосадаги 12та саноқларининг максимал қийматлари олинади ва улар масштабли коэффициент SCF (Scale Factor) деб номланади. Layer-1 учун умумий 32 та масштаблаш коэффициентига мавжуд. Layer-2да овоз сигналининг ҳар бир блокидаги 36та саноқлари 3та кичик блокчаларга бўлинади ва улар юқорида қайд этилгандек гранула деб номланади. Ҳар бир гранулада овоз сигналининг 12та саноғи бўлади ва уларнинг максимал қиймати аниқланади ҳамда шу қиймат грануланинг масштабли коэффициенти SCF ҳисобланади. Ҳамма субполосалар 32 та, шунинг учун Layer-2 да SCFларнинг умумий миқдори 3 х 32 = 96га тенг бўлади. Декодерга узатиладиган SCF қийматлари стандарт жадвал кўринишида берилади. Шунинг учун грануладаги саноқлар максимал қиймати SCF жадвалидаги қийматлари тўплами билан солиштирилади. Жадвалдаги кўп қийматлардан энг яқини танлаб олинади.Ўша қиймат кейин SCF грануласи деб қабул қилинади.

1- ва 2- Layer учун овоз сигнали саноғини кодлаш қўлланилади, бунда кодлашининг ҳар бир субполосасида 384:32 = 12 га (Layer-1) ёки 1152:32 = 36 та (Layer-2) саноқларга эга бўламиз. Аудио маълумотларни кодлашда параллел қўшимча маълумотларни (AD – Ancillary Data) кодлаш амалга оширилади.

4.20-расм. ISO/IEC 11172-3 MPEG-2 стандартининг овозли кодери ташкилий чизмаси, Layer-1 ва Layer-2

Layer-3 (4.21-расм) Layer-1 ва Layer-2 га нисбатан сиқишнинг мураккаб тизими қўлланиши билан характерланади. 3-қатламда бошқа психоакустик моделнинг, яъни бошқача иккинчи нотекис квантлаш модели қўлланилади.

4.21-расм. ISO/IEC 11172-3 MPEG-2 стандартининг овозли кодери ташкилий чизмаси, Layer-3

Бундан ташқари Layer-3 да кодлашга овоз сигнали саноғининг ўзи эмас, балки МДКЎ (MDCT- Modified Discrete Cosine Transform) коэффициентларининг квантланган қийматлари ишлатилади, уларнинг сони ҳар бир кодлаш субполосасида 18 тани ташкил қилади. Коэффициентларни кодлаш учун Хаффман кодлари жадвалидан фойдаланилади. Бу овоз сигналининг статистик ҳоссасини ҳисобга оладиган энтропик кодлаш деб номланади.

Кўплаб ҳисоблашлар натижасида, “Рақамли оқимларни шакллантириш ва халақитбардош кодлаш” блоки (4.20 ва 4.21-расмлар) чиқишида аудиокадрлар кетма-кетлигини ифодаловчи овозли кадр шаклланади.

Аудиокадр — бу пакетланган оқимдаги маълум қийматли узунликлардаги ахборотлар жамламаси (пакети). Ҳар бир пакет умумий холда 4608 битга эга. У “синхронизация” сўзидан бошланади ва кейинги синхронизация сўзи олдидаги байт билан якунланади.

Ҳар бир аудиокадр 4 та мустақил қисмдан иборат:

1.             Сарлавҳа (Header). У ўзида аудиокадрнинг биринчи 32 та битида (4та байтида) мавжуд ахборотни ифода этади ва синхронизация қилиш ҳамда оқим декодланиши учун зарур маълумотни узатилишини таъминлайди.

2.             Error_check (хатоларни текшириш) — бу оқимнинг опционал (бўлакланган) қисми бўлиб, ортиқчаликни циклик текширишдан (Cyclical Redundancy Check, crc_cheek) иборат. У ўзида жуфт саноқлиликка текшириш учун 16 битли сўзни ифода этади ва кодланган оқимдаги хатоларни топишни таъминлайди

3.             Audio_data (аудиомаълумотлар) — овозли маълумот бўлиб, ўзида декодланиш учун зарур бўлган ахборот ва кодланган саноқларни сақлайди.

4.             Ancillary_data (қўшимча маълумотлар) ўзида фойдаланувчи томонидан қўшилиши мумкин бўлган битларни сақлайди. Фойдаланиладиган қўшимча битлар миқдори (no_of_ancillary_bits) кадрдаги битлар умумий миқдоридан айрилиб чиқарилиши керак. Кадр давом этиш вақти ўзгармас бўлганлиги боис, ушбу ҳисоблашлар аудио саноқларини кодлашга ва аудио сифатига таъсир қилиши мумкин.

Ундан ташқари, MPEG-2 стандарти 1997 йилда овозни кодлашнинг такомиллаштирилган тизими AAC (Advanced Audio Coding) билан тўлдирилган. У ISO/1EC 11172-3 ва 13818-3 стандартларининг Layer-3 сиқиш алгоритмини ишлаб чиқишда йиғилган тажрибага асосланган ва барча таниш овоз форматлари: моно, оддий стерео, Dolby тизимининг турли кўринишлари, беш каналли 5.1 овоз форматини қўллайди. Бироқ MPEG-1 декодерлари MPEG-2 ААС форматини тушунмайди, гарчи оддий MPEG-2нинг ISO/IEC 13818-3 стандартини қабул қилса хам. AAC формати MP3 форматининг келажакдаги ўрнини босишга қодир ворисидир. MP3 га нисбатан AACда сиқилишнинг самараси сезиларли оширилган, дискретизациялаш мумкин бўлган частоталар тўплами кенгайтирилган: 8, 11,025, 16, 22, 24, 32, 44,1, 48, 64, 88,2 ва 96 КГц. Замонавий кодер томонидан яратилган AAC файлнинг янграш сифати 128 Кбит/с битрейтда MP3 файлнинг 192 Кбит/сдаги сифати билан мос келади. Ундан ташқари AAC кўп каналли файллар яратиш имконини беради, бу эса уни фильмларнинг саундтрекларини сақлашга имкон яратади. Паст битрейтларда кодлаганда SBR (spectral band replication, частоталарни спектрал тиклаш) технологиясидан фойдаланиб AAC HE (high efficiency, юқори самарадорлик) файлларини яратиш имконини беради. Ундан ташқари AAC файллар (профил)ни яратишнинг 3 та режимига эга:

·       Main – асосий (ориқча хотира бўлмаганда ишлатилади);

·       Low Complexity (LC) – паст мураккаблик;

·      Scalable Sampling Rate (SSR) – масштабланадиган дискретизация, бунинг учун маълумотларни қабул қилиш тезлигининг ўзгаришига мослашган декодер талаб этилади.

Улардан энг машҳури LC бўлиб, унда овоз сигналлари сиқишининг нисбатан паст мураккаблиги ишлатилади, бу эса AAC LC файлларни AAC плеерлар ёрдамида тасвирлаш имконини беради (масалан: Apple iPod ёки Nokia телефонларида).

ААС кодерининг иш принципини 4.22-расмда кўрсатилган ташкилий чизма ёрдамида кўриб чиқамиз. MPEG-2 ААС да МДКЎ коэффициентлари кодланади, бироқ нотекис квантлашда сиқиш эгри чизиғи шакли бирмунча ўзгартирилган ва Хаффман кодларининг бошқача жадвали қўлланилган. Layer-3 даги каби квантлаш бузилишлари қийматини бошқариш иккита: ички ва ташқи итерацион (яқинлашиш) цикл ёрдамида амалга оширилади. Рақамли аудиомаълумотлар сиқиш алгоритмининг сифатини ошириш учун, ААС кодерда бузилишларни минималлаштириш махсус амалиётларидан фойдаланилади. Аниқроқ айтганда, квантлаш хатоликлари микротузилмаси ҳар бир субполоса ичидан минималлаштирилиши (TNS-Temporal Noise Shaping – деб номланувчи)техника билан бошқарилади. Субполосали сигналларни бирлаштиришда ва кодлашда(Coupling) аввалгидек M/S (моно/стерео) кодлаш режимида ишлай олиш имконияти яратилган. Алоҳида субполосаларда кодлашда L ва R стерео жуфтлик сигналлари эмас, балки уларнинг йиғиндиси М = (L + R) ва фарқи
S = (L - R) қўлланилади. Чизиқли башоратда фақат кўпканалли сигнал саноғи орасидаги корреляция(боғланиш) эмас, балки квантланиш шовқини спектрининг шакли ва унинг вақт бўйича ўзгариши ҳам ҳисобга олинади. ААС кодери психоакустик модели маскировкасининг глобал поғонасини(юқори чегарасини) ҳисоблашда қўшимча амалиётлар ва аниқлаштиришлар киритилади. Бироқ бу ерда ҳам Layer-3даги каби 2- модификацияланган психоакустик модел асос ҳисобланади.

ААС алгоритми овоз сигналини кодлашда нисбатан юқори сифатга эришишни таъминлайди, масалан, 5.1. форматидаги каби. Сиқиш ҳисобига юзага келган бузилишлар рақамли оқим йиғинди тезлиги 320...384 Кбит/с бўлгандаёқ, эшитиш сезгиси қийматининг қуйи поғонасидан пастда бўлади, яъни инсон сезмайдиган худудда. Тезлик 64 Кбит/с бўлганда 48 та асосоий канал, овозли эффектлар учун 16 та қуйи частотали канал, 16 та кўп тилли канал ва 16 маълумот каналидан фойдаланиш мумкин. 16та дастурни овозли элементлар ва бошқа маълумотлардан исталган миқдорда фойдаланиб ифодалаш мумкин.

Шундай қилиб, MPEG-2нинг овозли қисми, кўпканалли овозни кодлашни қўллаган ҳолда, қуйидаги форматларнинг ижросини

таъминлайди:

·         Беш каналли овозни;

·         Кенг экранли кинотеатрларда қўлланиладиган иккита қўшимча фронтал динамикага эга 7 каналли овозни;

·         Ушбу форматларнинг паст частотали каналлар билан кенгайтиришларини.

Овозли канал динамикларининг мос жойлашуви 4.3-жадвалда келтирилган.

 

4.22-расм. ISO/IEC 13818-7 стандартининг MPEG-2 АAC кодерининг ташкилий чизмаси ва унинг кўпканалли шакли

Кўп каналли овоз кўринишларидан бири, кўп тилли овоз ифодаси бўлиб, ҳар бир тил учун алоҳида рақамли узатиш оқими билан, ёки бир нечта (7тагача) 64Кбит/с тил каналларини 384 Кбит/с тезликдаги кўп каналли оқимга билан амалга ошириш мумкин. Шунингдек, қўшимча овоз каналларини инсонларнинг эшитиш ва кўриш қобилияти пасайганлар учун (биринчи ҳолатда саҳнанинг кўринишини тасвирлаш канали, иккинчи ҳолатда суҳбат текстларини, диалогларини алоҳида бериш канали) хам узатиш мумкин.

4.3-жадвал.

BS.775-Тавсиясидан келиб чиққан кўп каналли овозли тизимлар иерархияси.

Тизим	Каналлар	Белгиланиши	Динамикларнинг жойлашиши
Моно	M	1/0
Моно + моно	M	1/1
Икки каналли стерео	L/R	2/0
Икки каналли стерео + 1 атрофдаги	L/R/Ms	2/1
Икки каналли стерео + 2 атрофдаги	L/R/Ls/Rs	2/2
Учканалли стерео	L/C/R	3/0
Учканалли стерео + 1 атрофдаги	L/C/R/Ms	3/1
Учканалли стерео + 2 атрофдаги	L/C/R/Ls/Rs	3/2

 

Мураккаб кўп ташкил этувчили овоз сигналларни (квадрофония, Долби 5.1. ва ҳ.к.) кодлашда, MPEG-1 ва MPEG-2 стандартларининг декодерлари ўзаро мослашиб ишлашлари учун MPEG-2 кодерида дастлаб матрица ёрдамида MPEG-1 стереосигналига мос тушадиган комбинациялаштирилган стереосигнал шакллантирилади. Шундан сўнг MPEG-2 кўп каналли овоз сигналини тиклайдиган қўшимча сигналлар мажмуаси шакллантирилади.

Кодлаш жараёнида икки каналли сигнал MPEG-1 билан мос бўлган овоз тузилмасига қўйилади ва унга мос декодер билан декодланиши мумкин. Кодлашдан кейин қолган компонентлар рақамли оқимнинг бошқа ташкилий бирликларига ўтказилади ва фақат MPEG-2 декодери учун мавжуд бўлади.

 

MPEG-4 мультимедиа стандарти

 

MPEG-4 стандарти 90-йиллар бошида мультимедиали ахборотларни (овоз, кам кадрли телевидение, графика, матн ва бошқалар) Интернетнинг рақамли оқим тезлиги 64Кбит/с бўлган кичик полосали каналларида маълумот узатиш учун ишлаб чиқилган. Дастлаб, MPEG-4 яратилишиданоқ телевизион стандарт деб белгиланмаган ва 15 кадр/с даги CIF (352х288) форматнинг чорак қисмини ташкил этувчи, тасвирларга ишлов берган. Бироқ янги стандарт бу чекловдан жуда тез чиқиб кетган ва 1998 йилнинг октябрига келиб MPEG-4нинг биринчи варианти, 1999 йилнинг декабрида ISO/IEC 14496 халқаро стандартнинг махсус стандартини деб қабул қилинган иккинчи варианти пайдо бўлган.

Ҳозирги вақтда стандарт 22 қисмдан иборат ва унинг 10та қисми рақамли телевидение сигналларини кодлаш қоидаларини белгилайди. Ушбу қисм MPEG-4-10 ёки H.264 деб номланади.

Ўзининг аждодларидан фарқли равишда MPEG-4 фақатгина видео ёки аудиоахборотни сиқиш, сақлаш ва узатиш технологияси эмас. Ўз мақсадига кўра MPEG-4 – бу ахборотни тасвирлашнинг янги усул бўлиб, рақамли медиамаълумотларни учта йўналишда: интерфаол мультимедиа, график иловалар ва рақамли телевидениеларда объектга йўналтирилган тасвирланишидир. Агар MPEG-1 ва MPEG-2 стандартлари тайёр видеокадрлар билан ишлашни ифодаласа, MPEG-4 аслида объектга йўналтирилган муҳитни ташкил этиш қоидаларини белгилайди. У рақамли оқимлар, оддий маълумот массивлари билан эмас, балки медиа-объектлар билан ишлайди ва унга асос бўлиб, алоҳида объектлардан иборат натижавий овоз ва тасвирнинг реал вақт масштабида узатишда ва қабул нуқтасида шаклланишига хизмат қилади (4.23-расм).

 

4.23- расм. MPEG-4 саҳнасига мисол.

 

Ҳар қандай видео саҳна объектларига бўлинади ва алоҳида элементар оқим (ЭО) билан ифодаланади. Объектлар натурал- видеокамера ёки микрофондан ёзилган ва сунъий – компьютерда синтезланган бўлиши мумкин.

Бундай ёндашув бир қатор афзалликларга эга:

• Саҳнани ифодалаш учун битлар сони тежаб ишлатилади;
• Бўлакланган объектларни бошқа саҳналарда ишлатиш осон;
• Масштабланган объектларни тузиш содда;
• Фойдаланувчининг танланган объект билан ўзаро боғланиши учун кенг имкониятлар юзага келади. Масалан: объект ҳақида қўшимча маълумотларни киритиш, унинг параметрларини (рангини, матнини, янграш ёки тилнинг баландлиги) ўзгартириш, саҳнадан объектни олиб ташлаш, фойдаланувчи томонидан турли манбаалардан олинган ва кодек хотирасида сақланаётган янги объектлардан иборат янги саҳна яратиш.

MPEG-4 да саҳна ва унинг динамик ўзгаришини ифодалаш учун махсус ишлаб чиқилган иккилик тил BIFS (Binary Format for Scenes саҳналарни ифодалаш иккилик формати ва унинг дастурлаш тили C++ нинг кенгайтирилган варианти) қўлланилади. Саҳнани ифодалаш декодерга объектларни қачон ва қаерда намойиш этишни ва фойдаланувчи таъсирига қандай жавоб бериш кераклигини кўрсатади. Элементар оқимни саҳнадаги медиа-объектларга боғлаш учун объект дескрипторлари ишлатилади. Улар конкрет медиа-объектга боғланган элементлар оқими таркиби ва миқдори ҳақидаги ахборотни ташийди. Шунингдек дескрипторларнинг ўзи ҳам бир ёки бир неча элементлар оқимида ташилади, шунинг учун сеанс вақтида объектни ўчириш ёки қўшимча қилиш қийин эмас. Дескриптлар оқими тасаввур қилиш ресурлари оқими сифатида кўрилиши мумкин, саҳналар тасаввури эса саҳнадаги объектларни фазо-вақт бўйича кўчишини ўзгартиришга хизмат қилади. MPEG-4 саҳналарнинг ифодасини (тасаввурини) ва медиа-объект ҳақидаги маълумотларни ташийдиган оқимлар синтаксисини аниқ ифодалаш учун махсус таъсис этилган тилдан фойдаланади. BIFS вақт бўйича иккита саҳна модификацияси(кўриниш) протоколларидан фойдаланади: буйруқли (BIFS-Command) ва анимацион (BIFS-Anim).

BIFSнинг буйруқли оқимлари янги саҳнани юклаш, объектлар таркибини ўзгартириш ёки объектларни қўшиш ва ўчириш имконини беради BIFS-Anim анимацион оқимлари саҳна анимациялари жараёнини бошқаради, масалан: нигоҳ нуқтасининг ўзгартирилиш, кўчириб ўтказилиш, ўлчамни ўзгартириш ва шакллантириш, рангни ва ёритилганликни текис ўзгариши ва бошқалар.

Оқимлар синхронизацияси вақтга боғланиш билан амалга оширилади. MPEG нинг аввалги стандартлари каби вақт бўйича белгининг биттаси кодер ва декодер такт частотаси синхронизациясини таъминлайди, аудиовизуал маълумотларнинг функционал бирлигига боғланган бошқа турдаги белгилар,декодлаш вақтининг исталган талаб этилган қийматини беради (рухсатнома бирлиги учун) ёки таркибий шаклланиш тугалланганлигининг вақтидан иборат бўлади.

MPEG-4 да аудио-видео ахборотга ишлов беришнинг асосий босқичлари қуйидагилардир:

-     бошланғич расмнинг турли элементлар - “медиа-объектлар”га (media objects) бўлиниши;

-     ушбу объектларнинг ўзаро боғланиши ва тузилмасини ифодалаш, кейинчалик улар ягона видеоовозли саҳна объектини йиғиш имконини бериши;

-     охирги ахборот қабул қилгувчи учун саҳна интерактив ўзгартиришлар киритиш имкониятини яратилиши.

            Барча медиа-объектлар ягона иерархик тузилмага бириктирилишида мослашувчанлик босқичига эришиш учун қуйидагилар бўлиши лозим:

- ҳаракатсиз тасвирлар (масалан: фон);

-          натурал видео объектлар (масалан: инсон);

-          аудио объектлар (овозлар, инсон билан боғлиқ овоз);

-           саҳна билан боғлиқ матн;

-          саҳна ёзилаётганда бўлмаган сунъий объектлар, бироқ фойдаланувчига етқизилганда қўшилади (масалан: компьютер графикаси воситалари томонидан яратилган “сўзловчи инсон боши”);

-          сунъий объект билан боғланган ва овозга ўзгартириладиган матн.

       Маълумотларни ушбу усулда бериш саҳнада медиа объектларни нисбатан осон силжитишга имкон яратади. Бунда уларни кадр майдонининг барча қисмида силжитиш имконияти мавжуд,, яъни геометрик ўлчовини ва масштабини ўзгартириш, хилма хил кўринишда бериш.Бундан ташқари баъзи бир алоҳида видеообъектларнинг рангини ва матнларини ўзгартириш ҳамда улардан мураккаб композициялар йиғиш мумкин.

Техник томондан MPEG-4нинг характерлашда шуни таъкидлаш жоизки, бу стандарт MPEG-1 ва MPEG-2да қўлланиладиган тасвир пикселларини сиқиш ва кодлаш усулларининг бутун бир мажмуасидан иборат. MPEG-4 стандартида видеони сиқишдаги янгилик тасвирни квадрат блокларга бўлиш эмас балки уни эркин шаклдаги объектлар билан бўлиш амалиётига ўтилганлиги ҳисобланади. Мисол учун кадрда ҳаракатланаётган инсон, ҳаракатланмайдиган объект - орқа планга нисбатан, битта яхлит кўчиб ўтувчи алоҳида объект сифатида қабул қилинади ва ишлов берилади.

MPEG-4 да ҳаракатсиз тасвир ва текстларни кодлаш учун вейвлет-ўзгартириш асосидаги самарали алгоритм қўлланилади, у эркин шаклдаги объектларни кодлашни ва расм сифатини текис масштабланишини таъминлайди.

            Ундан ташқари, 38,4 Мбит/с гача, студия шароитида 1,2 Гбит/с гача бўлган юқори тезликдаги видео оқимларни яратиш имконияти кўзда тутилган.

 

MPEG-4-10 (Н.264) стандартида видео кодлаш

 

MPEG-4 да видео оқимга ишлов беришда барча видео текисликлар 4 та турга (YUV 4:2:0 модели) бўлинади:

I-текисликлар. Тез киришни таъминлаш учун бошқа текисликлардан мустақил равишда кодланади. Энг аввало, 16х16 пикселли макроблокка (I-макроблоклар) бўлиш амалга оширилади, улар яна ДКЎ учун 4 та 8х8 ли I-блокка бўлинади.

P-текисликлар аввал келган I- ёки P- текисликлардаги ахборотлардан фойдаланиб кодланади. Ушбу текисликлар ҳам 16х16 макроблокларга майдаланди, фақат улар ичида I-макроблоклар ва i-макроблоклар (I — intra, i — inter) бўлади. Inter-макроблоклар ҳаракатни компенсациялаш натижасида шаклланади, бу ерда аввалги I- ёки P-текисликлардан жорий inter-макроблокга максимал мос келувчи ва эркин жойлашган макроблок қидирилади. Агар у топилса унинг икки ташкил этувчилик ҳаракат вектори шаклланади ва оқимга қўйилади. Сўнгра жорий ва топилган макроблок/блоклар пикселлари бўйича айирма фарқи (башорат хатоси) ҳисоблаб чиқилади ва унга ДКЎ қўлланилади. Кадр чегарасига яқинидаги ҳаракат компенсациясини самарадорлигини ошириш учун, кадрнинг ҳар томондан битта кадр катталигига тўлдириш амалиёти бажарилади(худуд чегара пикселига яқин ранг билан тўлдирилади). Шундай қилиб, ҳар бир блок учун 1та ёки 4 та ҳаракат ветори қабул қилиниши мумкин, вариантлар ўртасидаги танлов эса макроблок қўшган хиссасининг камлиги ва унинг оқимдаги ҳаракат векторидан келиб чиқиб амалга оширилади. Шунингдек, стандарт ҳаракат компенсациясининг махсус тури –“қоплаш”(беркитиш) компенсациясини кўзда тутади: у фақат Y компонентали блоклар учун қўлланилади. Ушбу усулнинг фарқли хусусияти шундаки, айирма блокнинг аввалги I- ёки P-тексиликларда унга ўхшаш учта блокнинг ўлчовлари суперпозицияси бўйича ташкил этилишидадир, яъни битта ўхшаш блок билан чекланмайди. Шунга мувофиқ, учта ҳаракат вектори олинади: 1 таси жорий блок учун ва иккитаси ишлов берилаётган макроблокда жорий блокга қўшни бўлган блоклар учун.

B-текисликлар P-текисликлардан шу билан фарқланадики, унда кодлаш учун ҳаракатни компенциялашда нафақат аввалги, балки кейинги I- ва P- текисликлар ҳам қўлланилади. Ушбу текисликнинг ҳар бир макроблоки аввалги текислик макроблоки, кейинги текислик макроблоки ва ушбу макроблоклар суперпозицияси бўйича башорат қилинади.

S-текислик спрайтларга (MPEG-4 стандартида спрайт деб, видео кетма-кетликнинг аниқ интервали давомида кўриниб турадиган тасвир бўлаги аталади) алоқадор. Спрайт ролида кўпинча фон (ёки орқа план) бўлиши мумкин. Спрайтдан фойдаланиб декодлашда, кадр қисман спрайтнинг алоҳида худудларини декодланаётган кадрнинг у ёки бу худудидан,истиқболли ўзгартиришдан фойдаланган ҳолда, тикланиш амалга оширилади. Спрайт алоҳида сақланади ва I-текисликлардака кодланади. Спрайтлардан фойдаланишнинг хусусий ҳоли S-текислик (GMC — global motion compensation) ҳисобланади; бу ҳолатда спрайт сифатида аввалги I- ёки P-текисликлардан бири белгиланади.

MPEG-1 кадрлари каби навбат билан келувчи турли кўринишдаги текисликлар умумлаштирилган кодланувчи гуруҳларига бўлинади; гуруҳ бошида доим I-текислик бўлиши керак, кейин эса одатда B-текисликлар P- ва S-турдаги текисликлар билан навбатма -навбат келадилар.

            Юқорида кўрсатилганидек, MPEG-4 видеооқимларини юқори самарали сиқилиши учун саҳна объектларини ажратиб олишдан фойдаланилади, бироқ объектларни бир жинсли бўлмаган фонда ажратиб олиш етарлича мураккаб масала ва у кўплаб ҳисоблашлар талаб қилади. Шунинг учун MPEG-4-10 (H264) стандартида тасвирларни ўзгарувчан ўлчамли тўғри тўртбурчак блокларга бўлиш амалга оширилади, бу эса ҳаракат компенсацияси аниқлигини ошириш имконини беради.

MPEG-4 видео кодеки ҳаракатнинг блокли компенсациясида 16х16 пикселли блоклардан фойдаланади. Кодлашда видео кодек видеони intra тизими бўйича I-қатлам ва P-қатламларга бўлиб олади. Уларнинг асосий фарқи шундаки, I-қатлам шу кадр семпллар асосида кодланган макроблоклардан ташкил топган, Р-қатлам эса аввал ишлов берилган расмларда кодланган макроблоклардан иборатдир.

Қачонки Р-қатлам ичидаги битли оқимда тушириб қолдирилган макроблок сигнали юзага келса, унда ушбу макроблок учун кейинги маълумотлар битли оқимга узатилмайди. Декодер кадрни “бирламчи” расмлардан тиклайди ва барча ортиқча расмларни эътиборга олмайди. Бироқ, агар бирламчи расм, бузилган(шикастланган) бўлса, декодер шикастланган худудни декодланган маълумотларнинг ортиқча расмлари орқали тиклашга ҳаракат қилади.

Ҳар бир макроблок ёруғлик компоненти (16х16 ўлчамли) тўрт хил йўл билан (16x16, 16x8, 8х16 ёки 8х8) бўлиниши мумкин ёки 8х8 блоклар хам (8х8, 8х4, 4х8 ёки 4х4) 4.24-расмда кўрсатилгандек бўлинади.

Ҳар бир кичик ўлчам худуд макроблок бўлаги ҳисобланади. Макроблокларни блокларга, мос ҳолда уларни субблокларга бўлиниши ҳар бир макроблок майдонида комбинацияларнинг катта миқдорини олиш имконини беради. Макроблок ёки субблокнинг ҳар бир бўлаги учун алоҳида ҳаракат вектори белгиланиши керак. Ҳар бир вектор кодланади ва алоқа канали бўйлаб узатилади. Ундан ташқари, битли оқимда танланган бўлиш усулини кодлаш керак. Бўлиш бўлакларининг катта ўлчамидан(16х16,16х8,8х16) фойдаланиш, ҳаракат векторларини узатиш учун кам битлар талаб қилиниши англатади, лекин бу қолган блокларни майда деталли тасвирлар худудидаги ҳаракатланиш компенсациясининг катта хатоликларига олиб келади.

 

4.24-расм. Макроблокларни кичик ўлчамли блокларга бўлинишига мисол.

 

Бўлиш бўлакларининг кичик ўлчамидан(8х4,4х4 ва ҳ.к.) фойдаланиш, қолдиқ блокларни майда деталли тасвирлар худудидаги, ҳаракатланиш компенсациясидан сўнг, кам хатоликларига олиб келади, лекин бу ҳаракат векторлари ва бўлиш усуллари ҳақида узатилаётган ахборотнинг ҳажмининг ошиб кетишига олиб келади. Шундай қилиб, бўлиш ўлчамини танлаш видеотасвирнинг сиқиш қийматига катта таъсир қилади.

Одатда, маълумотлар хатоликлари ахборотларни сунъий

йўлдошдан қабул қилишда кўпроқ юзага келади. Об-ҳаво шароитлар ёки бошқа факторлар сабабли сигнал аниқ вақт оралиғида йўқолиб қолса, янги кадрнинг мавжуд блоклар бўлаклари узатилади, айрим блоклари, мавжудмаслари узатилмайди. Янги мавжуд блоклар координатага мувофиқ кўчиб ўтади, йўқларининг ўрнига эса аввалги кадр блоклари қўйилади.

Қаердаки, жорий кадр билан таянч кадр орасида катта фарқ бўлса(масалан саҳна тасвирлари ўзгарганда), шу ерда макроблокни ҳаракат компенсациясисиз кодлаш мумкин. Шундай қилиб, кодер ҳар бир макроблок учун intra ва inter режимлардан бирини танлайди.

            H.264 стандартидаги кодер ишини намоён қилувчи ташкилий чизма 4.25-расмда кўрсатилган ва у деярли MPEG-1, MPEG-2 кодекларидаги элементлардан иборат.

4.25-расм. MPEG-4 видеокодерининг умумлашган ташкилий чизмаси.

 

Ушбу кодер видеооқимга ишлов беришнинг иккита тармоғини ўз ичига олади:

• тўғридан-тўғри кодлаш канали, бу ерда маълумотларга ишлов бериш чапдан ўнгга амалга оширилади;
• видеотасвирни тиклаш канали, бу ерда маълумотларга ишлов бериш ўнгдан чапга амалга оширилади.

Кодер киришига F_n -кадри келиб тушади. Кадрга ишлов бериш бошланғич тасвирнинг 16х16 пиксель ўлчамли макроблоклари ёрдамида амага оширилади. Ҳар бир макроблокга икки режимда ишлов берилиши мумкин: Intra (ҳаракат компенсациясисиз) ёки Inter (ҳаракат компенсацияси билан). Ҳар қайси режимда P_n -макроблокининг башорати тикланган кадр асосида шаклланади.

Intra режимида башорат жорий N кадрнинг аввалдан кодланган ва тикланган (F’_n) ажратмалари (танланган қийматлари) асосида шаклланади.  Inter режимида башорат жорий кадрни аввалги (ёки кейинги) кадрлар билан солиштирганда содир бўлган ўзгаришларини ҳисобга олган ҳолда шаклланади. Башорат учун хизмат қиладиган кадрлар аввал кодланади ва кейин тикланади. Intra ёки Inter башоратни шаклланиш блокида, кодланаётган кадр туридан келиб чиққан ҳолда,мос келадиган усул танлови содир бўлади.

Олинган башорат Pn жорий макроблокдан айириб олиб ташланади. Натижада қолдиқ коэффициентлар D_n макроблоки ҳисобланади. Ушбу макроблок ўзгартиргичга келиб тушади, бу ерда тўғридан-тўғри ДКЎ асосида қолдиқ коэффициентларининг частотали ўзгартирилиши амалга ошади. Шундай қилиб алгоритмнинг ҳисоблашлардаги мураккаблиги сезиларли пасаяди, бироқ сиқиш жараёнида қўшимча хатоликлар юзага келади. Частотавий коэффициентлар квантланади(масштабланади), бу видеомаълумотларни йўқотишлар билан сиқишни бошқариш имконини беради. Ўзгартирилган ва квантланган коэффициентлар тўплами X_n маълумотларни тиклаш тескари канали учун бошланғич(дастлабки) маълумотлар бўладилар. Кодланган коэффициентлар, макроблокни тўғри декодланиши учун зарур қўшимча маълумот билан биргаликда, абстракт (мавхум) тармоқ босқичининг (NAL) маълумотлар битли оқимини (bitstream) ташкил этади.

Тиклаш каналида аввал тескари квантланади, кейин тескари частотали ўзгартириш амалга оширилади. Натижада тикланган, ўзаро айирма сифатида аниқланган, коэффициентлар D'_n олинадилар. Улар башоратланадиган кадр P_n билан қўшилади ва бу тикланган F'_n кадрни олиш имконини беради.

MPEG-4 да видеооқимни сиқиш самарадорлигини ошириш учун мураккаб шаклдаги видеообъектларни кодлашдан фойдаланилади. Мисол учун, видеообъект сифатида атрофдаги майдонлардан ранги ва ёруғлиги билан ажралиб турадиган тасвир олиниши мумкин. Ушбу майдон кўчиб ўтиши ёки шаклини ўзгартириши мумкин. Бундай ҳолда ҳаракат компенсацияси мавжуд башоратланган тасвирни ташкил этишда тўғри бурчакли макроблоклар эмас, балки шаклини ўзгартира оладиган ажратилган объектлар силжитилади. Бунда башорат хатоси сезиларли қисқаради ва навбатдаги кадрда башорат қилинган ва мавжуд тасвирлар орасидаги фарқни кўрсатувчи ахборот ҳажми сезиларли камаяди. Кодерда (4.25-расм) башоратлашнинг ушбу варианти шаклни кодлаш блокида бажарилади. Видеообъект шакли матрица билан ифодаланади. Альфа картадан фойдаланувчи бинар кодлашда видеообъект элементларига мос матрица элементлари бирга, видеообъектдан ташқаридаги тасвир элементларига мослари эса нолга тенглаштирилади. Градацион кодлашда матрица элементлари нисбатан катта қийматлар миқдорини қабул қилади, бу эса “шаффофлик” тушунчаси орқали объект таркибини ифодалаш имконини беради. Кўрсатилган матрицанинг элементлари аниқланади ва шакл кодерида кодланади, кейин мультиплексор орқали чиқувчи маълумотлар оқимига қўшилади.

Видеообъект шакли ҳақидаги маълумотлар оддий ҳаракат векторига нисбатан кўпроқ иккилик символларни эгаллашига қарамай, узатилаётган ахборотни ҳажмини кичрайтиришдаги афзаллик MPEG-1,2 ларга нисбатан анча сезиларлидир.

Ҳаракатсиз фон ва текстли чўзилган объектларнинг тасвирларини сиқишда вейвлет-ўзгартиришга асосланган фон ва текстура кодеридан фойдаланилади. Ушбу усул сиқишнинг юқори қийматларини ва фазовий майдон бўйича кўп босқичли масштаблиликни таъминлайди. Бунда тасвирнинг ўзгармайдиган ёки деярли ўзгармайдиган орқа плани спрайт (sprite) сифатида узатилиши мумкин. Спрайтнинг тўлиқ тасвири бир марта узатилади. Кейин фақатгина панорамаликни, яъни камерани орқа планга нисбатан кўчишини ифодалайдиган асосий ҳаракатнинг 8та параметри узатилади холос (4.26-расм).

 

.

4.26-расм. Панорамали тасвир: (а) – номаълум худудларни тўлдирмасдан; (б) – номаълум худудларни тўлдириб узатилган тасвирлар.

 

4.27-расм. MPEG-4 видеокадрини декодлаш

 

Берилаётган кадр чегараларида узилишлар бўлмаслиги учун текислаш алгоритмидан фойдаланилади. Панорамадаги номалум майдонларга фазовий тўлдириш алгоритми асосида қўшимчалар киритилади ва тўлдирилади. Ҳаракатни компенсациялашнинг ушбу усули нисбатан энг кўп фойдаланиладигани ҳисобланади, чунки ҳеч қайси тасвир саҳнаси ҳаракатисиз, абсолют статик фонга эга бўлмайди ва видеокамера силжишисиз амалга ошмайди. Шунинг учун ҳам ушбу услубни бошқалари ичида сиқишнинг энг муҳим ва яхши натижаларини берувчи усули сифатида ажратиб кўрсатиш мумкин.

Декодернинг ташкилий тузилмаси 4.27-расмда келтирилган. Сиқилган тасвирларни декодлаш амалга оширилганда кодерга нисбатан тескари амаллар бажарилади. Декодер сиқилган битлар оқимини қабул қилади ва маълумотларни декодлашни амалга оширади. Intra- ва Inter – башоротлар ташкил қилиш блокида, кадр тахлилига жавоб берадиган элементлар йўқ. Аниқ қайси режим ҳамда уни амалиётга татбиқ қилиш ҳақидаги ахборот битли оқим ичида узатилади.

 

MPEG-4 стандартида аудио кодлаш

 

Мультимедиа иловалари учун яратилган MPEG-4 стандарти, MPEG гуруҳи томонидан яратилган рақамли маълумотларни сиқишдаги алгоритмларини ишлаб чиқишда йиғилган тажрибалари умумлаштирилган. Бу ерда ААС алгоритмидан ташқари, юқори сифатли овоз сигналларининг рақамли маълумотларини сиқиш учун илк маротаба параметрик кодлашни қўллаш таклиф этилган, ҳамда реал овоз сигнали тонли ва шовқинсимон сигналлардан иборат модель сифатида тақдим этилади. Овоз сигналларини кодлашда ушбу сигнални ифодалайдиган қатор параметрлар аниқланади, кейин улар декодерга узатилади. Декодер эса ушбу параметрлар асосида синтезатор ёрдамида бошланғич овоз сигналини тиклайди. Овоз сигнали параметрлари қанча аниқ ифодаланса, унинг янграши шунча оригиналга(ҳақиқийсига) мос келади. 4.28 ва 4.29-расмларда параметрик кодлаш ва декодлашнинг соддалаштирилган чизмаси кўрсатилган. Параметрик кодернинг ишлаш омилини батафсилроқ кўриб чиқамиз.

Танлов (ажратма) сигнали S(n) анализ-синтез блокида тонал ва шовқинсимон ташкил этувчиларга бўлинади, сўнгра сигналнинг базавий параметрик модели учун сигналнинг жорий частотаси, фазаси ва тонал сигнал амплитудаси қийматлари ҳамда маълум частота полосасидаги шовқинсимон сигнал энергияси миқдори баҳоланади. Санаб ўтилган параметрлар қийматлари имкон борича минимал битлар миқдори билан квантланади ва кодланади. Бу миқдор психоакустик модел ёрдамида аниқланади, ундан сўнг алоқа каналлари бўйлаб декодерга узатилади.

 

4.28-расм. Овоз сигналини параметрик кодлаш кодерининг

соддалаштирилган чизмаси

 

Тизимнинг қабул қилиш томонида сигнал параметрлари асосида декодер тонал импульслар генератори ва шовқин генераторини бошқаради ҳамда натижада бошланғич сигналнинг синтези амалга оширилади. Бунда янгроқ овозлар синтези аниқ вақтда уланадиган, асосий тон генерациясини ташкиллаштирувчи, тонал импульслар генератори томонидан бажарилади. Сокин овозларни (жарангсиз) пайдо қилиш шовқин генератори томонидан шакллантирилади.

Сўнгги вақтгача параметрик моделлаштириш, нутқ сигналларининг рақамли маълумотларини сиқишда фақат вокодер (овоз кодлагич) тузилиши бўйича ишлатилган ва у мусиқий сигналлари моделларидан соддароқ бўлган. Бироқ сўнгги йилларда ҳисоблаш техникасини, математик моделлаштириш, психофизика ва электроника соҳасидаги муваффақиятлар шарофати билан параметрик моделлаштириш рақамли маълумотларни сиқишнинг катта қийматини таъминлаган ҳолда, юқори сифатли овозли сигнални кодлашда ҳам борган сари кўп ишлатилмоқда.

4.29-расм. Параметрик декодернинг ташкилий чизмаси

 

Кўрсатгичларни баҳолашнинг, мураккаб амалиётларга эгалиги ва татбиқ қилишда кўплаб ҳисоблашларнинг ижросини таъминлаш кераклиги, талаб қилинган параметрик кодлашда етарлича яхши янграш сифатини беради ҳамда рақамли оқим тезлигини 16...24 Кбит/с бўлишига имкон яратади.

ISO/IEC 14496-3 нинг MPEG-4 стандарти аудио кодлаш тузилмасини 4.30-расмда кўрсатилган умумлаштирилган чизма асосида кенгроқ кўриб чиқамиз.

Кодер сиқишнинг қуйидаги алгоритмларини ўз ичига олади:

·      мураккаб динамик ва вақт тузилмага эга бўлган, овоз сигналининг мусиқавий фрагментларини кодлашга мўлжалланган MPEG-4 AAC (Advanced Audio Coding) тизим;

·      MPEG-4 ААС+SBR (Spectral Band Replication, айнан «спектрал полосалардан нусха кўчириш») динамик ва вақт бўйича мураккаб тузилмага эга бўлган, овоз сигналининг мусиқавий фрагментларини кодлашда рақамли оқим тезлигини қўшимча пасайтириш имконини беради;

 

4.30-расм. ISO/IEC 14496-3 нинг MPEG-4 стандарти кодерининг умумлаштирилган ташкилий чизмаси

 

·      Нутқни кодлашга хизмат қилувчи MPEG-4 CELP (Code Excited Linear Prediction);

·      Мураккаб сигнални (нутқ+мусиқа) параметрик кодлашга, шунингдек, нисбатан мураккаб бўлмаган тузилмага эга овоз сигналларини мусиқавий фрагментларини кодлашга мўлжалланган MPEG-4 HVXC+HILN (Harmonic Vector Excitation плюс Harmonic and Individual Lines plus Noise).

Сиқиш алгоритми танлаш овоз сигналини ажратмасини дастлабки тахлил қилиш жараёнида автоматик амалга ошади.

Юқорида санаб ўтилган овоз сигналининг кодлаш усулларини нисбатан тўлиқроқ кўриб чиқамиз.

AAC Алгоритми (4.31-расм) Дастлаб ISO/IEC 13818-7нинг MPEG-2 стандарти доирасида ишлаб чиқилган ва кейинчалик MPEG-4 стандартига киритилган. У ISO/IEC11172-3 ва 13818-3 стандартларининг Layer 3 (MP3) компрессиялаш алгоритмини ишлаб чиқиш давомидаги тажрибага асосланади, ҳамда барча таниқли овоз форматларини қўллайди: моно (1/0), оддий стерео (2/0), Dolby тизимининг турли кўринишлари (Dolby Stereo 3/1; Dolby Surround 3/2; Dolby Pro Logic I ва II, 3/2) ва беш каналли Surround-формат 5.1.

 

4.31-расм. ААС кодерининг ташкилий чизмаси (MPEG-2 ISO/IEC 13818-7 ва MPEG-4 ISO/IEC 14496-3)

 

MPEG-4 ААС алгоритмида MPEG-2 ААС алгоритмига нисбатан, овоз сигналларининг дискретлаш частоталарининг кўп қийматлари қўлланган: 8, 11,025, 16, 22,05, 24, 32, 44,1, 48, 64, 88,2, 96 КГц, шунингдек, синусоидал “дераза ” функциялари ўрнига Кайзер-Бессел “дераза” функциялари қўлланган, у икки хил ўлчамдаги “деразага” эга: овоз сигналининг 2048 саноғидан иборат бўлган узун “дераза” ва овоз сигналининг 256 саноғидан иборат бўлган қисқа “дераза”. Бу эшитиш имкониятининг частота ва вақт бўйича Layer 3га нисбатан яхши мослашувини таъминлайди. Иккала ҳолатда ҳам овоз сигнали саноғи ажратмаларининг 50% қоплашдан фойдаланилади.

Layer 3 (МР-3) даги каби кодлашга семплларнинг ўзи эмас, балки МДКЎ коэффициентлари учрайди. Бироқ Layer 3 фарқли равишда, бу ерда нотекис квантлашда сиқиш қиялиги шакли ўзгарган, МДКЎ коэффициентларини кодлаш учун Хаффманнинг бошқа кодлари ишлатилган. Шунингдек квантлаш хатоликларини катталикларини бошқариш иккита итерацион цикл – ички ва ташқи цикллар ёрдамида амалга оширилади.

Ички циклда МДКЎ коэффициентларини квантлаш ва кодлаш амалга оширилади, ташқи циклда эса кодлашнинг ҳар бир субполосасидаги квантлаш хатоликларининг ҳақиқий катталикларини баҳолаш ва квантлаш хатоликларининг зарурий коррекцияси таъминланади. Агар бир ёки бир неча кодлаш субполосаларининг, психоакустик модель томонидан ҳисобланган, квантлаш бузилишларининг ҳақиқий қийматлари мумкин бўлган қийматлардан ошиб кетса, унда МДКЎ коэффициентларининг коррекциялаш амалиёти қуйидагича бажарилади: бошида бузилишлар олди режими ишга туширилади, агар бу иш ёрдам бермаса, психоакустик моделнинг талаблари бажарилмаётган кодлаш субполосасидаги МДКЎ коэффициентлари, коррекцияловчи кўпайтиргичга кўпайтирилади. Алгоритм уларнинг бошидаги кичик қийматдан бошлаб кетма-кет танлаб олинадиган бир неча қийматларига эга. Коррециялашнинг ҳар бир циклидан сўнг, МДКЎ коэффициентларининг квантлаш ва кодлашининг барча амалиётлари кичик циклда қайтадан бажарилади, худди шундай тартибда токи психоакустик модель талаблари бажарилмагунча давом эттирилади.

AAC алгоритмида рақамли аудио маълумотларни сиқиш

сифатини ошириш учун қуйидаги воситалар қўлланилади:

·        Квантлаш бузилишлар тузилмасини бошқаришнинг махсус амалиётлари (Temporal Noise Shaping (TNS) -деб номланувчи техника);

·        Субполосали сигналларни бирлаштирилиш амалиётлари ва уларни кодлашдаги ўзгартиришлар (Coupling);

·        Алоҳида субполосалардаги стерео сигналларга ишлов беришда стерео жуфтликнинг ўнг ёки чап сигналларини кодлаш эмас, балки уларнинг йиғиндиси ва фарқини кодлаш имконияти яратилган:

M =(L+R)/,            S = (L-R)/.

 

Таъкидлаш жоизки, чизиқли башоратда нафақат сигналлар саноқлари орасидаги корреляция, балки квантлаш шовқин спектрининг шакли ва унинг вақт бўйича ўзгариши ҳам ҳисобга олинади. Бунда МPEG-4 AAC кодери асосини Layer 3даги каби модификацияланган психоакустик 2 модели ташкил этади, бироқ маскировкалаш асосий поғонасини ҳисоблашда қўшимча амалиёт ва аниқликлар киритилган.

TNS технологияси рақамли фильтрларнинг асосида ААС алгоритмида амалиётга киритилган. Уларнинг ёрдами билан квантлаш бузилишлари энергияси сигналнинг фойдали сигнал энергияси юқори қийматли бўлган қисми саноқлари доирасида тақсимланади, бу эса квантлаш шовқинининг эшитишга таъсирининг пасайтириш имконини беради. Ушбу амалиёт бажарилган сўнг, фойдали сигналнинг эгувчилари ва квантлаш бузилишлари вақт ва частота худудида шакли бўйича яқин бўлиб қолади, бу эса аудио оқим сиқиш самарадорлигини сезиларли оширади. Шундай қилиб, эшитиб кўрилган тестлар ААС компрессиясининг алгоритми “шаффоф кодлаш”ни рақамли оқим тезлиги бир каналга 64 Кбит/с бўлганда таъминлаши белгиланган.

SBR Алгоритми (Spectral Band Replication - «спектрал полосаларни нусхалаш») – радиоэшиттириш ва телевидение овоз сигналларини,паст тезликга эга рақамли каналларда узатилгандаги, сифатни ошириш имкониятини беради.

Сиқишнинг катта коэффициентларида, овоз сигналлари спектридаги юқори частотали ташкил этувчиларини пасайтириш. унинг тембрининг бузилишларигаа олиб келади (4.32-расм). Натижада овоз сигналиниг янграш тембри жуда паст ва хира (жарангсиз) бўлиб қолади ҳамда овоз сигнали тушинарсиз бўлиб қолади. Ундан ташқари, бундай ҳолатларда ишлаб чиқарувчилар каналнинг талаб этилган ўтказиш қобилиятини ва радиоканал частотасининг оралиғини камайтириш учун овоз сигнал спектрини узатишда чеклашга мажбур бўладилар. Масалан, частота дискетизацияси 12 КГц бўлганда, Котельников теоремасига кўра кодланаётган овоз сигналининг юқори частотаси 6 КГцдан юқори бўлмаслиги керак. SBR усули тикланаётган овоз частоталарини полосасини юқорида кўрсатилган чегарадан каттароқ кенгайтириш имконини беради. Жараён қуйидагиларга асосланган, қабул қилиш томонида, сигнал спектрининг паст частотали ва юқори частотали ташкил этувчилари орасида боғланиш ҳисобига, узатиш томонидаги дастлабки овоз сигнали (4.32-расм) тахминан тикланади.

 

4.32-расм. Овоз сигналининг юқори частотали спектрини чеклаш

 

Қабул қилувчи тарафдаги декодерда спектрнинг паст частотали таркибий қисмларидан қисман нусха олинади ва улар юқори частота спектрига ўтказилади. Бунда овоз спектрининг юқори частотали ташкил этувчисининг эгувчиси, SBR декодердан кейин, дастлабки сигнал эгувчисидан сезиларли фарқ қилмаслиги керак. Бу SBR декодерга овоз сигнали спектрининг юқори частотали қисми эгувчисини шакллантиришни таъминловчи қўшимча ахборот узатилиши ҳисобига эришилади. Эгувчини узатиш учун тахминан 2 Кбит/с тезликка эга рақамли оқим талаб этилади. Жараёнда овоз сигнали спектрининг қайта тикланган юқори частотали қисмидаги шовқинсимон ва гармоник ташкил этувчилари орасидаги энергетик муносабатни сақлаш муҳим саналади. Шу сабабли декодернинг қабул қилувчи тарафида овоз сигнали юқори частота спектрининг қайта тикланган қисмини қўшимча шовқинсимон компонентлар билан тўлдирилади.

MPEG-4 ААС+SBR гибрид кодлаш алгоритми. Овоз сигнали тузилиши ва динамикаси бўйича мураккаб бўлган фрагментларни кодлашда ААС + SBR деб ифодаланадиган, яъни AAC ва SBR ларнинг биргаликда фойдаланиши кўзда тутилган кодлаш алгоритми қўлланилади. Бу овоз сигналининг кодлашдаги рақамли оқим тезлигини камайтириш имконини беради. Ушбу ҳолатда рақамли овоз сигналини кодлашнинг икки турдаги протоколи қўлланилиши мумкин: улар кодлаш усулларининг биргаликда ишлатилишини кўзда тутадиган SBR+MPEG-4 AAC ва SBR+MPEG-4 CELP. Бироқ рақамли телевидение эшиттириш тизимида ҳозирча фақат SBR+MPEG-4 AAC ишлатилмоқда.

SBR+MPEG-4 AAC протоколи бўйича декодлашда MPEG-4 AAC декодери(4.33-расм) чиқишидаги рақамли оқим 32та полосали таҳлилловчи фильтрлар жамламаси киришига келиб тушади. 32та полосанинг ҳар бирида овоз сигналининг 30 та саноғидан иборат гуруҳлар ҳосил бўлади. Натижада таҳлилловчи фильтрлар жамламаси чиқишида 960 та саноқдан иборат фрейм шаклланади. Ушбу фреймлар субполосали кодлашдаги юқори частотали ва паст частотали сигналларнинг вақт бўйича бир хил қийматини таъминлаш учун зарур бўлган кечикиш линияси блоки ва бошланғич сигнал юқори частотаси спектрал таркибий қисмини тиклаш блокига келиб тушади. Худди шу ерга SBR кодернинг рақамли оқимни қайта шакллантириш блокидан овоз сигналининг юқори частоталари ташкил этувчиларини тиклаш учун зарур маълумот келиб тушади. Тизим кодерида овоз сигнали эгувчиси ва шовқинсимон ташкил этувчилари саноқлари дельта-модуляциядан фойдаланган ҳолда квантланади ва кодланади. Бу ахборот Хаффман коди ёрдамида кодланади ва SBR декодерига узатилади. Хаффман декодери қабул қилинган кодли сўзларни овоз сигнали эгувчиси ва шовқинсимон ташкил этувчиларнинг квантланган саноқларига ўзгартиради.

Овоз сигнали спектри эгувчисини баҳолаш учун SBR кодерида овоз сигнали субполосанинг саноқларини адаптив гуруҳлаш амалга оширилади ва белгиланган ўлчовли қийматлардан бири учун битта эгувчи саноқ аниқланади. Кодлаш субполосалари чегараси ва ажратма узунлиги ҳақидаги ахборот, яъни ҳар бир аудиофрейм учун частота-вақт праметрлари SBR декодерига узатилади. Узунроқ ажратмалар овоз сигнали квазистационар фрагментлари учун, кичиклари эса тез ўзгарувчилар учун қўлланилади. Овоз сигнали шовқинсимон спектрал ташкил этувчиларини аниқловчи вақт ва частота параметрлари худди шу тартибда узатилади.

Қабул қилиш томонида Хаффман декодери чиқишидаги ва частота-вақт параметрларни бошқариш қурилмаси маълумотлари кучайтириш коэффициентларини ҳисоблаш блокига келиб тушади. Ушбу коэффициентлар овоз сигнали спектрининг юқори частотали бўлаги эгувчисини шакллантирадиган кучайтиришни созлаш блоки учун зарур.

Кучайтиришни созлаш блокида амалиётдан ўтган субполосали юқори частотали ва паст частотали саноқларни бирлаштириш 64 каналли синтезловчи фильтрлар жамламаси ёрдамида бажарилади.

Синтезловчи фильтр чиқишидаги аудиофрейм овоз сигнали 1920 саноғидан ташкил топади ва хусусан AAC ва SBR кодерларига тегишли бўлган икки қисмдан иборат (4.31-расм). SBR битлари унинг охирида жойлашган бўлади, бунда AAC ва SBRга тегишли қисмлардаги битларни ўқиш йўналиши ўзаро тескари бўлади, бу эса фреймнинг иккала қисмидаги бошланғич нуқталарни қидиришни енгиллаштиради.

Узатиш битрейти 20 Кбит/с га тенг ёки ундан катта бўлган овоз сигналлари учун SBR кодлаш усули, радиоканал частота полосасига сиғиши(жойлашиши) учун, албатта қўлланиши керак. Овоз сигналининг паст битрейтларида SBR кодери зарур холда ишлатилиши мумкин. Кодлашнинг ушбу услуби рақамли аудиомаълумотларни сиқишнинг анча самарали технологияси ҳисобланади. Бу юқори сифатли овоз сигналини (40....15000Гц) кодлашдаги рақамли оқим тезлигини пасайтириш имконини беради(битта каналга 22...24 Кбит/с тезлик) ва қуйидаги характеристикаларга эга:

·     Овоз сигнали битрейти ўзгариш диапазони - 2…72 Кбит/c;

·     Аудиофрейм давомийлилиги - 40 мс;

·     MPEG-4 AAC алгоритмидаги дискретизация частотаси– 24 КГц;

·     MPEG-4 SBR алгоритмидаги дискретизация частотаси– 48 КГц;

·     AAC алгоритмидан фойдалангандаги овоз частота диапазони - 0…6 кГц;

·     SBR алгоритмидан фойдалангандаги овоз частота диапазони -6…15,2КГц;

·     ААС алгоритмидан фойдалангандаги битрейт - 22…24Кбит/c;

·     SBR алгоритмидан фойдалангандаги битрейт – 2 Кбит/c.

 

4.33 – расм. MPEG-4 AAC+SBR аудиофреймидаги рақамли маълумотларни жойлашиши.

 

Шундай қилиб, MPEG-4 стандартида овозли ахборотларни кодлаш бир-биридан қўлланилаётган алгоритмлар мураккаблиги ва тезлиги, узатилаётган маълумотлар ҳажми ва тикланган фонограммалар янграш сифати билан фарқланадиган турли усуллар ёрдамида амалга оширилиши мумкин. Шунинг учун овоз сигналини кодлашда қўлланиладиган мехнаизмларнинг асосий хусусиятларини санаб ўтамиз:

1.         Юқори ва ўрта сифатлари таъминланган барча турдаги овозларни кодлаш ISO/IEC 13818-7 MPEG-2 стандартининг ААС алгоритми асосидаги усул билан бажарилади. Ушбу холатда овознинг 8 та каналигача узатиш иккилик сигналларнинг тезлиги битта каналга 16...64 Кбит/с бўлган қийматни сақлаган ҳолда таъминланади.

2.         Чиқувчи оқими тезлиги анча паст бўлган мусиқа ва бошқа овозлар учун TwinVQ (Transform-domain Weighted Interleave Vector Quantization – ўзгартириш худудидаги ўлчовли вектор орқали квантлашда оралатиш)ни қўллаш усули бўйича бажарилади. ААС усулидаги каби бу усулда ҳам частота диапазони кичик бўлакларга ажратилиши ва ҳар бир диапазонда МДКЎ бажарилиши билан ифодаланади. ААС дан TwinVQнинг фарқи, унда овоз сигналларининг спектрал таркибий қисмларини векторли квантлашда. Натижада иккилик символларнинг чиқувчи маълумотлар оқимидаги узатиш тезлиги 6 дан 24 Кбит/с гача етади.

3.         Юқори ва ўрта сифатли нутқни узатиш учун CELP (Code Excited Linear Predictive – қўзғалишларни чизиқли башорат билан кодлаш) кодлаш усулидан фойдаланилади, унда дискретизация частотаси 8КГц ёки 16 КГц бўлганда, узатиш тезлиги 6...24 Кбит/с бўлиши таъминланади.

4.         Нутқни параметрик кодлаш HVXC (Harmonic Vector eXitation Coding – қўзғалишларни гармоник векторлар билан кодлаш усули) Бу нутқни тушунарли сақлаб қолган холатда 2..4 Кбит/с тезликда, ҳаттоки частота дискретизацияси 8 кГц бўлганда 1,2 Кбит/с тезликда бўлганда хам сиқиш имконини беради.

5.         Узатишнинг энг паст кўрсаткичлари 0,2...1,2 Кбит/с сунъий нутқни синтезлашда эришилади. Бунинг учун MPEG-4 да матнни нутқга айлантирувчи интерфейс мавжуд бўлиб, у нутқни талаффуз қилиш хусусиятлари (урғу, давомийлик ва бошқалар) кўрсатмалари билан бирга фонлар (овозлар бирикмаси) кетма-кетлиги кўринишида узатиш имконини беради. Ушбу маълумотларга кўра декодерда юз тасвири анимацияси билан синхронланадиган (мос келадиган) нутқ синтезланади.

6.         Шунингдек мусиқа хам ифода кўринишида узатилиши ва декодерда синтезланиши мумкин. Мусиқий асбоблар янграшини ифодалаш учун MPEG-4да махсус тил SAOL (Structured Audio Orchestra Language – ташкиллаштирилган оркестр овози тили) ишлатилади. Ҳар бир асбоб, жорий мусиқа асбоб учун, махсус овоз ҳосил қилувчилар йиғиндиси, сигналга ишлов берадиган воситалар сифатида олинади. Ҳар бир мусиқий асбобларнинг ифодалари декодерга қабул қилинадиган маълумотлар оқимидан алоҳида юкланади ва ундан кейинги фойдаланишгача сақлаш мумкин. Хусусан мусиқани ифодалаш учун оркестр жамламаси узатилади, яъни турли асбобларга мос келадиган овозлар синтезини бажарадиган маълумот ва буйруқлар.

 

MPEG-7 ва MPEG-21 истиқболли мультимедиа стандартлари

 

1996 йилнинг октябрида MPEG гуруҳи MPEG-7 сиқиш форматини ишлаб чиқишга киришди, у аудио ва видеоахборотни ифодалашнинг универсал механизмини аниқлашга хизмат қилиши белгиланди. Ушбу формат “Мультимедиа материалларини ифодалаш интерфейси (Multimedia Content Description Interface)” деб ном олди. MPEG оиласининг аввалги сиқиш форматларидан фарқли MPEG-7 турли шаклдаги(шу жумладан аналог кўринишдаги) ахборотни ифодалайди ва маълумотларни узатиш муҳитига боғлиқ бўлмайди. Ўзининг авлодлари каби MPEG-7 сиқиш формати ҳам, битта ифода доирасида. масштабланаётган ахборотни ишлаб чиқаради.

MPEG-7 сиқиш формати аудио ва видео ахборотларни кўп сатҳли ифодалаш тузилмасини қўллайди. Энг юқори сатҳда файл таркиби, яъни яратувчининг исми, яратилган санси кабилар ёзиб қўйилади. MPEG-7 сиқиш форматининг кейинги сатҳида сиқилаётган аудио ва видеомаълумотнинг хусусиятлари кўрсатилади, масалан: ранги, текст матни, фони ва тезлиги ва ҳ.к.. Бунда MPEG-7 аудиовизуал материалларнинг қуйидагиларини ўз ичига олиши мумкин: статик тасвирлар, графика, 3D модель, овоз, товуш, видео ва композит маълумотлар ҳамда мультимедиа намойишида элементлар қандай бирикиши ҳақидаги ахборотларни. Махсус ҳолларда ушбу умумий маълумот турларига инсоннинг юз ифодаси ва шахсий характеристикалари ҳам киради. MPEG-7 ажралиб турадиган хусусиятларидан бири унинг сиқилаётган ахборот турини аниқлаш қобилиятидир. Агар у аудио ёки видео файл бўлса, аввал MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 алгоритмлари билан сиқилади ва сўнгра MPEG-7 ёрдамида ифодаланади. Сиқиш усулини танлашдаги бундай мослашувчанлик ахборот ҳажмини қисқартиради ва сиқиш жараёнини тезлаштиради. MPEG-7 сиқиш форматининг унинг авлодларидан асосий афзаллиги шундаки, у ахборотни ҳам умумий ҳам инсон томонидан қабул қилиши билан боғлиқ семантик белгилар асосида, автоматик ажратиш имконини берадиган ифодалаш чизмалари ва алоҳида тенги йўқ дескрипторлардан фойдаланади. Каталогга киритиш ва маълумотларни қидириш амалиёти сиқиш форматини кўриб чиқиш муҳитидан ташқари бўлади.

Алоҳида шуни айтиб ўтиш жоизки, MPEG-7 стандарти MPEG-4 стандартининг ўрнини босмайди, балки уни тўлдиради. Бунда MPEG-4 ахборотни намойиш этиш усулини, MPEG-7 эса уни таърифлаш усулини таъминлайди. Шундай қилиб, MPEG-7 ва MPEG-4нинг мукаммал боғланишини яратиш режалаштирилмоқда, айниқса MPEG-4 объектлари ишлатилаётган холатларда.

 

MPEG-7 стандарти қуйидаги қисмлардан иборат:

• MPEG-7нинг тизимли воситалари, улар MPEG-7 ифодаларини самарали узатишга ва ёзишга тайёрлашда ва материал ҳамда таърифлар орасида мослашувни (синхронизацияни) таъминлашда учун зарур. Ушбу тизимли воситалар шунингдек, интеллектуал мулкни қўриқлашга хам алоқадор.
• MPEG-7 аниқликларини таърифлаш тили, янги таърифлар чизмаларини ва янги дескрипторлар учун керак.
• Audio – дескрипторлар ва MPEG-7 таърифлаш схемалари, фақат аудиоматериални таърифлашга оид.
• Visual – дескрипторлар MPEG-7 таърифлаш схемалари, фақат визуал материални таърифлашга оид.
•  Multimedia Description Schemes – дескрипторлар ва таърифлаш схемалари, мультимедиани таърифлаш умумий характеристикаларига оид.
• Reference Software MPEG-7 –MPEG-7 стандартининг мос қисмларини дастурий татбиқ этиш.
• Conformance MPEG-7 –MPEG-7 амалий татбиқ этишнинг ишчи характеристикаларининг базавий омиллари ва тестлаш амалиётлари.

 

Бироқ ҳозирги кунда стандарт фақатгина ишлаб чиқиш босқичида турибди ва келажакда телевидение эшиттириш соҳасида кенг қўлланилади ва қидирув серверлари томонидан турли мультимедиа ахборотларини топишда фойдаланилади. Мультимедиа ахборотларни қидириш жараёни айниқса, катта ҳажмли қаттиқ дискларда ёзилган ахборотларнинг, катта ҳажмлари билан иш кўраётганда анча соддалашади.

 MPEG-21 — бу ҳам ишлаб чиқиш жараёнида турган янги стандартлардан бири бўлиб, унинг вазифаси рақамли объектлар билан алмашиниш, сотиш ва бошқа манипуляцияларда фойдаланувчиларни қўллаб қувватлаш технологиясини аниқлаш ҳисобланади. Шу билан бирга ушбу операцияларнинг максимал самарадорлиги ва шаффофлиги таъминланиши кутилмоқда. MPEG-21 дунёси Фойдаланувчилар (Users), ва улар муносабатга киришадиган Рақамли Элементлар (Digital Items) дан иборат. Рақамли элемент сифатида ҳар нарса бўлиши мумкин: мультимедиа таркибининг бир қисмидан бошлаб, тўлиқ видеоёзув коллекциясигача. MPEG-21 Фойдаланувчиси сифатида ҳар қандай шахс (ишлаб чиқарувчилардан бошлаб то сотувчи ва харидоргача) қатнашиши мумкин. Шуниси қизиқки, MPEG-21да ҳамма Фойдаланувчилар ўзаро тенг, чунки рақамли элементлар борасида уларнинг ўз хуқуқлари ва қизиқишлари бор, ушбу қизиқиш ва хуқуқларни эса улар ифодалаши керак. Тарқатилаётган ахборот ўз-ўзидан қимматлидир, ва албатта фойдаланувчи ундан фойдаланишда уни бошқаришни хоҳлайди. MPEG-21стандарти жиддий харакат кучи бўлиб, рақамли революция унинг мультимедиа ахборотини тарқатиш ва ишлаб чиқиш занжирида янги роль ўйнаш имкониятини беришидадир.

 

Овоз сигналларини сиқишнинг асосий алгоритмлари классификацияси

 

 

Ҳозирги пайтда овоз сигналини сиқишнинг кўплаб усуллари ишлаб чиқарилган ва уларнинг нисбатан устунлик ва камчиликлари мавжуддир. Қайси бири талаб этиладиган сифатни таъминласа, лекин кичик сиқиш қийматига эга, бошқаларининг сиқиш коэффициенти катта, аммо уни ўзлаштириш, турмушга тадбиқ этиш мураккаб алгоритмдан иборат, чунки компрессия ва декомпрессия тезлигига унинг таъсири кучлидир. Сиқиш форматларининг жуда кўплигига қарамай уларнинг кўпчилиги Фурьенинг тез алмаштиришларига ёки МДКЎга асосланади.

Кучсиз корреляцион боғланиш сабабли овозни сиқиш эффекти кичик ва у одатда 4 – 6 баробардан ортмайди.

Шу сабабли катта коэффицентли сиқишни таьминлаш учун ҳар хил ва жуда мураккаб овознинг эшитиш қобилиятига асосланган психоакустик моделлардан фойдаланилади, бу эса ўз навбатида мураккаб математика аппаратни ишлатишни талаб этади.

4.2-жадвалда кенг тарқалган овоз сигналини сиқишнинг асосий характеристикалари келтирилган.

4.2- жадвал

Юқори сифатли овоз сигнали сиқишнинг асосий усулларининг классификациялаш

 

Жадвалдан кўриниб турибдики, энг яхши сиқиш (22 маротаба) МPEG – 4 стандартида экан.

 

 

11-мавзу: Телевизион сигналларни шовқинбардошли кодлаш усуллари

 

Режа:

11.1. Оралатиш ва Скремблерлаш.

11.2.  Ҳалақитбардошли кодлаш.

11.3. Рид Соломон кодлаш алгоритми.

 

Оралатиш ва Скремблерлаш

 

Пакетли хатоликларни таьсирини самарали йўқотиш усулидан бири бу оралатиш ёки аралаштириш (инглизча – interleaving- ўзбекча – аралаштириш) дир. Маълумот алоқа канали орқали узатишдан олдин керакли тартибда жойлаштирилади, қабул томонда эса жой – жойига қўйилиб, тикланади ёки қайта оралатиш амалга оширилади. Бундай ҳолда пакетли хатолар, бўлакланган якка хатоларга айланади ва уларни осон аниқланиш имконияти яратилади ҳамда хатони аниқловчи кодлар ёрдамида тузатилади.

Оралатиш ва қайта оралатишлар 5.1- расмдан келтирилган. Дастлабки рақамли сигнал иккилик сўзларининг тўрт разрядли кетма – кет узатилувчи битларидир (5.1а-расм)

16 битдан иборат кесимда рақамли сигнал оралатилади. Сонлар бу кесимдаги битларнинг номерини кўрсатади. Оралатиш таьсирида битларнинг жойи ўзгаради (5.1б- расм). Маьлумот блокида юлдузчалар билан белгиланган нисбатан узун хатоликларни ҳосил қилувчи халақитлар, пакетли халақитлар пайдо бўлади. Қайта оралатиш натижасида хатоликлар ҳар хил иккилик сўзларга ўтиб кетади ва дастлабки сигнал тикланиш жараёнида пакетли хатоликлар йўқолади(5.1в -расм). Шундай қилиб айрим битларни эмас балки битлар гуруҳини ёки байтларни хам алмаштириш мумкин.

 

5.1- расм. Оралатиш ва қайта оралатиш

 

Рақамли телевидениенинг DVB стандартида оралатиш, Рид – Соломон (кейинги бўлимларида кенгроқ берилади)кодланишдан сўнг, транспорт оқими пакетлари доирасида амалга оширилади. Натижада пакетларнинг ҳажми 188 дан 204 байтгача катталашади. Ҳар бир пакет 17 байтдан иборат 12 гуруҳга бўлинади. Дастлаб ҳамма гуруҳнинг биринчи байтлари (1,18,..,171,188), сўнгра гуруҳларнинг иккинчи байтлари (2,19,...,172,189) ва ҳ.к. лар узатиладилар. Охирида гуруҳларнинг сўнги байтлари (17,34,...,187,204) узатилади. Шундай қилиб, оралатиш жараёнида,транспорт оқими пакети доирасида, ҳар хил байтлар 0 дан 176 позиция оралиғида аралашиб кетадилар.Энг асосийси қабул қилиш томонида ҳамма байтлар кетма кетлиги тикланади. Оралатиш узатилаётган сигналларни санкциясиз (рухсатсиз) киришдан сақлашда ишлатилиши қулай, чунки тиклаш ва дастлабки ҳолатга қайтариш ва ўрин алмаштириш қонунларини билган ҳолдагина амалга оширилиши мумкин.

Скремблерлаш. MPEG – 2 стандартида, маълумотларни рухсатсиз киришга ва олишга йўл қўймайдиган, ахборот оқимининг (видео, аудио ва бошқалар) характерини ўзгартирилишига скремблерлаш дейилади.

 Қайта скремблерлаш эса скремблерлашнинг тескарисидир, яъни қайта тиклаш операциясидир. Рақамли телевизион тизимларда скремблерлаш асосан рандомизация (тасодифийликни ташкиллаштириш) учун қўлланилади.

Рандомизация рақамли сигнални квазитасодифийга алмаштиришни амалга оширади ва иккита вазифани ечишга ёрдам беради:

1.         Узун ноллар ёки бирлар гуруҳларини, рақамли сигналлар таркибида кўплаб пайдо бўлувчи қийматлар фарқи шаклида ҳосил қилишдир, бу эса унинг таркибидан такт импульсларини ажратишни осонлаштиради (бу хосса ўз навбатида ўз ўзини синхронизация қилиш дейилади)

2.         Рандомизация радиосигнал узатилишида унинг энергетик сатҳини текислашни таьминлайди, чунки тасодифий шовқиннинг спектр бўйича қувват тақсимоти частота ўқи бўйлаб бир хил. Шунинг учун ҳам сигнални квазитасодифий сигналга ўтказиш спектрни текислашга ёрдам беради. Частота диапазонидаги спектрнинг бир хил қийматлилиги узатиш қурилмасининг самарадорлигини оширади ва рақамли телевидениенинг аналог телевизион тизимларга таъсирини, халақитларини камайтиради.

Скремблерлаш учун узатилаётган рақамли сигналга қўшимча “халақит берувчи” сигнал, яъни псевдотасодифий кетма-кетликдаги (ПТКК) сигнал қўшилади. Псевдотасодифий кетма-кетлик сигнали сифатида махсус генератор ишлаб чиқарадиган сигнал ишлатилади. Амалиётда рандомизациялаш модул 2 бўйича қўшиш амали орқали бажарилади, яъни рақамли маълумотлар оқими “ЁКИ ни йўқотувчи” манътиқий операциялар (ХОR) ва иккилик псевдотасодифий кетма – кетлик PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) ларнинг қўшилиши орқали амалга оширилади. Бу битлар кетма кетлиги, кўп томондан тасодифий сигналлар хусусиятига эга.

Ноллар ва бирлар ПТКК(псевдотасодифий кетма-кетлик)да хаотик ҳолатда жойлашгандек бўлсада, ҳақиқатда эса, ҳар бир ПТКК алгоритм асосида шаклланади ва улар унча кўп бўлмаган параметрлар билан ифодаланади.

Бунинг учун қабул қилиш томонига худди шундай ПТКК ни ҳосил қилувчи алгоритм узатилади, агар шундай қилинмаса қабул қилинган сигнални дескремблерлаш  мумкин эмас.

Халақитбардошли кодлаш

 

Юқорида айтилгандек, рақамли телевидениени транспорт оқимининг халақитбардошлигини оширадиган усул-оралатиш усулидир. Аммо бу усул рақамли оқимдаги иккилик символларининг якка хатоликларини аниқлай олмайди. Шу сабаб оралатишдан ташқари телевизион сигналларни узатилиш томонида махсус халақитбардошликни оширишга мўлжалланган маълумотни кодлаш усули ишлатилади. Бу эса ўз навбатида қабул қилиш томонида пайдо бўлган хатоларни аниқлашга ва уларни тўғирлашга ёрдам беради.

Халақитбардошлиликни ошириш учун қўлланиладиган кодлар коррекцияловчи кодлар ёки хатоларни тўғирловчи кодлар дейилади.

Қўлланилаётган хатоликни аниқлаш кодлари узатилишдаги хатоликларни комбинациясини топса, унда хато қабул қилинган тасвир элементлари ўрнига аввал қабул қилинган тасвир элементлари билан алмаштирилади. Бундай ҳолатда телевизор экранидаги бузилишлар таъсири анча камаяди. Бундай усулда хатони тўғирлаш маскировкалаш усули дейилади.

Мураккаблаштирилган коррекцияловчи кодлар ишлатилса, хатоларни нафақат аниқлайди, балки уларни тўғирлаш имконияти яратилади.Одатда коррекцияловчи кодлар асосан хатоларни кўпроқ аниқлайди, аммо камроқ уларни тўғирлаш имконига эга. Коррекцияловчи кодларнинг маьлум интервалдаги иккилик символлари кетма – кетлигидаги хатолар сонини тўғирлаш қобилияти, мисол учун бир комбинациядаги кодларни тўғирлаш-кодларниг тўғирлаш қобилияти дейилади.

Коррекцияловчи кодларнинг тузилишининг асосий омили шундаки, ҳар бир узатилаётган иккилик символли ахборотларнинг код комбинация k га қўшимча ориқча маълумотли p иккилик символлари киритилади. Натижада янги код комбинацияси пайдо бўлади ва унда иккилик символлари n = k +р. Бундай кодни (n, k) деб белгилаймиз.

Ахборот символларининг ташкил этувчиси код тезлиги нисбати бўлиб, у бундай ифодани ташкил қилади:

R=k/n = k/(k+p)                                                    (5.1)

 

Бундай кодларнинг қабул қилиши мумкин бўлган комбинациялар қиймати 2ⁿ га тенгдир. Улардан узатишга рухсат этилганлари 2^k код комбинациялари. Қолган 2 ⁿ -2 ^k код комбинациялари тақиқланганлардир, ана шундай тақиқланган кодларнинг биттасини қабул қилиш томонида пайдо бўлиши маълумотларнинг хато эканлигини билдиради.

 Коднинг аниқлаш ва тўғирлаш қобилиятини баҳолашда кодлар масофаси ёки Хемминг масофаси тушунчалари ишлатилади. {x_ij} ва {x_mj} код комбинациялари орасидаги масофа d_im, комбинациялар сонининг иккилик разрядлари фарқи сифатида келтирилади.

Мисол учун 0001 ва 0011 кодлар комбинациясидаги кодлар масофаси 1 ҳамда 0000 ва 1111 кодлар комбинациясидаги кодлар масофаси эса 4 га тенгдир.

 Агар рухсат этилган кодлар комбинацияси шундай танланган бўлсаки, исталган рухсат этилган код комбинацияларининг иккилик символлари ўзгариши тақиқланганларга айланса, бундай коррекцияловчи кодлар комбинацияси алоҳида комбинациялардаги якка хатолик кодларини аниқланишини таъминлайди. Бунда якка хато даслабки код комбинациясини ўзидан 1 орқадаги код комбинациясига ўтказади.

Шундай қилиб, якка хатоларни аниқлаш учун иккита рухсат этилган кодлар комбинациялари учун коррекцияловчи кодлар масофаси 2 дан кам бўлмаслиги лозим. Кодлар комбинациядаги r₁ хатони топмоқ учун иккита рухсат этилган кодлар комбинацияси орасидаги масофа d≥r₁ +1 тенгсизликни қониқтириши керак.

Оддий ва кенг тарқалган халақитбардошли кодлаш бу жуфтликка текширишдир. Текширишда ҳар бир код комбинациясига битта қўшимча иккилик символ Х_р назорат қилувчи ёки текширувчи бит киритилади. Бу бит 1га тенг, агар даслабки комбинациядаги бирлик йиғинди тоқ сонга тенг бўлса ва акс ҳолда эса 0га тенг.Ушбу қонуният қуйидагича ифодаланади:

 Х_P = X₁ÅX₂Å…ÅX_k,                                                           (5.2)

бу ерда Х₁... X_k, дастлабки код комбинациясининг иккилик символлари.

Агар тизимнинг қабул қилиш томонида кодли комбинациянинг иккилик символининг бири хато қабул қилинса, унда назорат битининг қиймати (5.2) ни қаноатлантирмайди. Бу мос тушмаслик махсус схема орқали аниқланади ва хатолик пайдо бўлганлигининг белгиси бўлади. Шундай қилиб жуфтликка текшириш якка хатоларни аниқлайди, лекин уларни тузатишга имкон яратмайди. Ушбу усул ҳисоблаш машиналарида ишлатилади, чунки уларда бирорта хам хатоли бит бўлмаслиги лозим.

Якка тартибдаги хатоларни йўқотиш учун, исталган ихтиёрий иккита рухсат этилган кодлар комбинацияси орасидаги коррекцияловчи код масофаси 3 дан кам бўлмаслиги лозим. Бу ҳолатда қабул қилинган тақиқланган код комбинацияси унга яқин бўлган рухсат этилган код комбинацияси билан алмаштирилади.

Бундай холатда якка хатоликлар, узатишдаги рухсат этилган код комбинацияси қабул қилинган тадқиқланган код комбинациядан 1 га фарқ қилади ва қолган рухсат этилган код комбинацияси 2 дан кам бўлмаган ҳолда фарқ қилади.

Бундай ҳолатда хато албатта тузатилади. Умумий ҳолатда код комбинациясидаги r₂ хатоликни коррекциялаш учун иккита исталган ихтиёрий рухсат этилган кодлар орасидаги кодлар масофаси d қуйидаги тенгсизликни d >2r₂ + 1 қаноатлантириши керак.

Рухсат этилган код комбинациялари масофасини ошириш учун узатилаётган код комбинацияларидаги назорат қилувчи символлар сони р ни ошириш керак. Бунда энг кичик кодлар орасидаги масофа қуйидагича аниқланади:

 d_min = p + 1 = n – k + 1,                                                    (5.3)

бу ерда

d_min -иккита рухсат этилган код комбинацияси орасидаги минимал код масофаси;

k- маълумот ташувчи иккилик символлар сони;

n-код комбинациядаги умумий символлар сони.

Шу билан бирга, текширувчи битлар сонини ошириш маълумотлар узатиш тезлигини кескин камайтирмаслиги (код тезлигига нисбатан) учун кодли комбинациядаги (5.1) ахборотлар символиларини k маротаба кўпайтирмоқ лозим.

Белгиланган n ва k ли кодларни шакллантиришда хилма хил усуллар мавжуд. Рақамли телевидение тизими учун пакетли хатоларни, бир неча қўшни иккилик символларини бузилишини коррекциялаш катта аҳамиятга эга. Бундан ташқари рақамли телевидениеда тизимга кодни танлашда оддий декодлаш усулини танлаш мақсадга мувофиқ, чунки декодер ҳар бир телевидение қабул қилгичида бўлмоғи лозим. Шу сабаб катта бўлмаган халақитбардош кодлар классификацияси 5.2 –расмда келтирилган.

Коррекцияловчи кодлар блокли ва йиғилувчи (узлуксиз) кодларга бўлинади. Блокли кодлар- k ахборот кодларидан ташкил топган, дастлабки код комбинациясини узатилаётган n>k символларидан ташкил топган код комбинациясига қайта кодлашга асосланган. Қўшимча p = n – k символлари дастлабки код комбинациясининг k символларига боғлиқ. Демак, кодлаш ва декодлаш доимо бир код комбинацияси (блоки) доирасида амалга оширилади.

Бунга қарама – қарши йиғилувчи кодларда, кодлаш ва декодлаш иккилик символлар кетма – кетлиги барчаси устидан доимо олиб борилади.

Блокли кодлар таркиби ажратилувчан ва ажратилмас бўладилар. Ажратилувчан кодларда ҳар бир код комбинациясида қайси бир символлар маълумот ташувчи ва қайси бирлари текширувчи бўлишлари кўрсатилади. Ажратилмасда эса бунда имконият йўқ.

Кейинги классификация поғонаси – тизимлик кодлардир. Уларнинг фарқи шундаки, текширувчи символлар ахборот символларидан, математик боғланишлар орқали, аниқ қоидалар асосида шакллантирилади.

 

5.2-расм. Коррекцияловчи кодлар классификацияси

Мисол учун ҳар бир текширувчи символ Х_рj ахборот символларининг чизиқли комбинацияси сифатида олинади:

 

Хpj = (b_1jx₁) Å (b_2jx₂) Å …Å (b_kjx_k)                                   (5.4)

 

бу ерда b_1j … b_kj – коэффициентлар, уларнинг қиймати 0 ёки 1;

J= 1,2,…n-k

 

Циклик кодлар – улар полиномлар қийматлари циклик силжитилган асосда шакллантирилади ва қуйидаги асосий хусусиятларни қамрайди.

Агар код комбинацияси а₀ а₁ а₂...а_n-1 рухсат этилган кодлар бўлса, унда циклик силжиш йўли билан олинган комбинация а_n-1 a_о a₁, … а_n-2 ҳам рухсат этилган кодлардир.

Полиномни ёзишда код сўзларини циклик силжитиш операцияси, шу полиномни, маълум кўпайтириш амалини бажарган холда, х (код комбинацияни ёзиш учун формал ўзгарувчан)га кўпайтиришни амалга оширилади.

Кодларни тузиш учун яратувчи полином тушунчаси киритилади, яъни қолдиқсиз иккиҳадга(1+ хⁿ) бўлинувчи х =(n – k) даражали полином тушинилади. Рухсат этилган код комбинациялари эса дастлабки код комбинацияларини ифодаловчи k-1 полиномни яратувчи полиномга кўпайтириш натижасида ҳосил қилинади.

Полином g(x) ни шакллантирувчи циклик код қуйидагича яратилади:

1.     Дастлаб g(x), xg(x), x² g(x),… x^{k-1 g (x)} полиномлари олинади.

2.     Бу полиномларга мос кодлар комбинацияси G матрича қатори сифатида ёзилади ва матрица шакллантирувчиси (яратувчиси) деб аталади.

3.     Коднинг рухсат этилган кодлар комбинацияси йиғиндиси яратилади.Унга ноль кодлар комбинацияси g(x), аввал келтирилган k кодлар комбинацияси xg(x), x² g(x),… x^{k-1 g (x)} ва уларнинг ҳар хил кўринишдаги комбинациялар йиғиндиси олинади. Йиғиш (суммалаштириш) разрядлар бўйича амалга оширилади ва ҳар бир разряд модуль 2 бўйича суммалаштирилади.Шундай йўл билан олинган рухсат этилган кодлар комбинациясининг умумий сони 2^k бўлиб^, ахборотлар кодлари разрядига тенгдир.

Декодлашида эса дастлаб тўғирловчи матрица шакллантирилади ва унинг ҳар бир қатори қабул қилинган кодлар комбинацияси а₀ а₁ а₂...а_n-1 ларга скаляр кўпайтирилади.

Бу операцияни қуйидаги ифода билан ёзиш мумкин:

Сj = (h_j1a₁) Å (h_j2 a₂) Å …Å (h_jna_n),                        (5.5)

бу ерда тўғирловчи матрица (n)нинг j – сатрининг(қаторининг) h_ji элементлари.

Олинган n – k сонлар С_j нинг тўғирловчи вектори ёки синдромини ҳосил қилади ва агар хатоликлар бўлмаса, барча С_j=0 бўлади. Агар ушбу код комбинацияси узатишда хатолик бўлган бўлса, унда С_j нинг айрим сонлари нолга тенг бўлмайди. Тўғирловчи векторнинг қайси бир элементи нолдан фарқли бўлса, қабул қилинган код комбинациясида қайси разрядларида хато борлиги аниқланади ва натижада бу хатолик тузатилади.

Циклик кодлардан фойдаланишнинг яна бир устунлиги кодлаш ва декодлаш қурилмаларининг, модуль 2 сумматори орқали ишлайдиган,тескари алоқали силжитувчи регистрлар кўринишида бўлишидир.

Ҳар хил турдаги циклик кодлар хилма хил кўринишдаги полиномлар томонидан шакллантирилади. Бунинг учун ривожланган математик теориялар мавжуд.

Кўплаб кенг тарқалган ва самарали циклик кодлар орасида Бозе – Чоудхури Хоквингем (БЧХ – бош ҳарфлари, инглиз тилида эса ВСН – Bose, Chfudhuri, Hockwinham) кодлари қўлланилади. Мисол учун: БЧХ(63,44) коди 44 ахборот ва 19 текширувчи кодлардан иборат. Бу БЧХ кодлари рақамли сунъий йўлдош радиоэшиттириш тизимларида қўлланилади ва ҳар бир 63символли блок учун 2 ёки 3 хатоликни тузатади, 4 ёки 5 хатоликларни эса аниқлайди. Бундай кодларнинг нисбий тезлиги R= 44/63 = 0,698.

БЧХ (ВСН) кодларидан бир тури Рид – Соломон(Reed-Solomon) кодларидир. Улар замонавий рақамли телевидение тизимларида халақитбардошликни оширишда қўлланадилар. Бу кодлар иккиликмас кодларга киради, чунки уларнинг символлари кўп разрядли иккилик сонлар, байтлар бўлишлари мумкин. Европанинг DVB рақамли телевидениесида Рид – Соломон коди ишлатилади ва (204, 188, 8) кўринишда ёзилади, бу ерда:

188 – MPEG – 2 транспорт оқими пакетидаги ахборот ташувчи байтлар сони;

204 – текширувчи символлар қўшилгандан сўнг пакетда пайдо бўлган байтлар сони;

8 –код комбинациялари орасидаги мумкин бўлган минимал код масофаси.

Шундай қилиб, код комбинацияси сифатида транспорт оқимининг бутун пакетлари, яъни ахборот ташувчи 188х8=1504 битлар ва уларга қўшимча 16х8=128 текширувчи битлар символлари олинади. Бундай коднинг нисбий тезлиги 0,92. Рид - Соломон коди ҳар бир транспорт пакетидаги хатолик билан қабул қилинган байтларнинг 8тагача хатоликларини самарали тўғирлашга имкон беради.

Рақамли телевизион эшиттиришларда қўлланадиган Рид – Соломон коди баъзида қисқартирилган номи билан ҳам юритилади. Гап шундаки, Рид – Соломон теориясидан келиб чиққан холда, агар код символи байт бўлса, унда кодли сўзнинг узунлиги 255 байтни (239 ахборот ташувчи ва 16 текширувчи) ташкил этиши лозим.

Аммо MPEG – 2 транспорт оқимининг пакети фақат 188 байтдан иборатдир. Шунинг учун пакет ўлчамини(байтларини) код параметрлари билан мослаштириш учун кодлашдан аввал ҳар бир транспорт пакетининг бошида 51та ноллик ахборот байтлар қўшилади, кодлашдан кейин эса қўшилган қўшимча нолли байтлар олиб ташланади.

Қабул қилгичда эса, 204 байтдан иборат, ҳар бир қабул қилинган транспорт оқими учун синдромлар (тўғирловчи векторлар) ҳисобланадилар ва иккита полиномлар топиладилар:

“Локатор” илдизи хатоларнинг жойлашишини кўрсатади ва “корректор” (evaluator) хатолар қийматларини беради. Бунда мумкин бўлса хатоликлар тузатилади.

Агар коррекция қилиш мумкин бўлмаса (мисол учун хато байтлар 8дан ортиқ), унда пакетдаги маълумотлар (ахборотлар) ўзгартирилмайди ва пакет эса махсус байроқча билан белгиланади (синхро байтдан кейинги биринчи бит), яъни хатони тузатиб бўлмайди деган маънода. Иккала холатда ҳам 16та ортиқча байтлар олиб ташланади ва декодлангач транспорт пакетининг узунлиги яна 188 байтга тенглашади.

Йиғилувчи кодлар замонавий рақамли телевидениеда қўлланадиган коррекцияловчи кодларнинг бошқа синфини ташкил қиладилар.Улар узлуксиз кирувчи иккилик символлар кетма – кетлиги чиқувчи иккилик символлар кетма – кетлигига айлантирилишига асосланган, бунда ҳар бир кирувчи кетма – кетликка биттадан кўп чиқувчи символлар тўғри келиши таъминланади. Йиғилувчи кодлар ишлатилгандаги узатилаётган иккилик символлар сонининг кўпайиши коднинг нисбий тезлиги билан характерланади, баъзида код тезлиги ҳам дейилади:

R=Q_кир/Q_чиқ = k/n,                 (5.6)

бу ерда- Q_кир ва Q_чиқ – кодернинг мос равишда иккилик символларининг кириш ва чиқишдаги узатиш тезлиги; k – кириш кетма – кетлигидаги битлар сони, n чиқиш кетма – кетлигидаги ўзгартирилган битлар сони.

Бундай ҳолда кодерларнинг ишлаши панжарасимон диаграмма билан изоҳланади, чунки кодловчи мосламадан олинган ўтиш тузилмаси панжарани ташкил этади. Шунинг учун ҳам бундай кодлар панжарасимон (trellis code)кодлар деб аталади. Йиғилувчи кодерни амалиётга тадбиқ этиш мисоли 5.3- расмда кўрсатилган.

Кодерда уч разрядли силжитувчи регистр мавжуд ва унинг киришига иккилик символлари кетма – кетлиги берилади. Бунда ҳар бир тактда регистрлар ячейкасидаги битлар бир разрядга ўнга силжийди, яъни навбатдаги кириш кетма-кетлигидаги бит чапдаги ячейканинг биринчисига ёзилади ва ўнг томондаги охирги ячейкадаги бит ташлаб юборилади. Разряд регистрларининг чиқиши модуль 2 сумматорларининг иккита чиқишларига уланган. Коммутатор (К) ёрдамида чиқишда иккилик символлари кетма-кетлиги шакллантирилади. Коммутатор ҳар бир киришдаги кетма –кетлиги тактлари учун аввал тепадаги сумматордан битни (нуқта – 1) узатади ва сўнгра пастки сумматордан битни (нуқта 2) узатади. Шундай қилиб, ҳар бир кириш кетма – кетлик бити учун иккита чиқувчи кетма кетлик бити пайдо қилинади ва коднинг нисбий тезлиги R=1/2 бўлади.

 

 

 

5.3-расм. Йиғилувчи кодернинг умумлашган ташкилий чизмаси.

 

Йиғилувчи кодларнинг муҳим бир кўрсатгичи кодли чекланишдир ва у К ифодаси билан белгиланади. Бу кўрсатгич силжитиш регистрида, k бит кодларнинг гуруҳлар сонини ифодалайди ва натижавий чиқиш кетма-кетлигини шакллантиришда иштирок этади. Келтирилган мисолда К = 3 га тенг.

Кодернинг ишлаши натижасида киришдаги ҳар бир иккилик символлари кетма-кетлиги чиқишда жуфт иккилик кетма кетлигига айлантирилади. Айлантирилишда кириш иккилик символлар ва айни вақтдаги кодловчи қурилмаларнинг холатлари ҳисобга олинади. Бундай ҳолатлар 4 та ташкил этади: 00;01;10;11.

Агар кириш кетма – кетлиги фақат ноллардан иборат бўлса, унда чиқиш кетма – кетлиги ҳам ноллардан иборат бўлади. Агар мисол учун кириш кетма – кетлигида биттагина бирлик бити бўлса ва қолганлари ноллардан иборат:... 001 000....бўлса, унда чиқиш кетма кетлиги қўйидаги кўринишда ифодаланади:

...00001101110000...

Бу кетма – кетлигида 5 та бирлар мавжуд, шунинг учун фақат ноль қийматлари учун кодлар масофаси 00 00 00 00 00 00, яъни 5га тенг. Шундай қилиб, хатоликлари бўлмаган, хилма хил кириш кетма – кетликлари билан чиқиш кетма-кетлитликлари орасидаги Хемминнинг масофаси 5 дан кам эмас. Бунда код тезлиги -R камайиши ва код чекланиши - К катталашиши билан чиқувчи кетма –кетликлар орасидаги масофаси ортади.

Йиғилувчи кодларни декодлаш учун Витерби алгоритми ишлатилади. Бу алгоритмда, декодлашга келувчи кетма – кетлик символлар учун ечимини топишдаги жуда кўплаб йўлларидан нисбатан қисқа йўлларни топишга имкон беради ва топилган йўлларнинг ҳақиқатга яқинлиги ҳамда символлар кетма- кетлигининг ҳақиқий қийматларини аниқлайди.

Шундай қилиб, рақамли телевидениеда DVB, маълумотларни сунъий йўлдошлар ва ердаги алоқа каналлари орқали узатишда йиғилувчи кодлашнинг қуйидаги кўрсатгичларга эга бўлганлари қўлланилади:

·         кодлаш чекланиши К= 7

·         коднинг нисбий тезлиги R = 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8

Бундан ташқари рақамли телевидение стандартларида каскадли кодлаш қўлланилади, чунки фойдаланилаётган алоқа каналларида, баъзида, хатоликлар такрорланиши шунчалик кўп бўладики, хатто Рид- Соломон коди ҳам талаб этиладиган халақитбардошликни таъминлай олмайди. Шунинг учун транспорт оқимининг пакетлари дастлаб, Рид – Соломон коди билан (ташқи кодлаш), сўнгра олинган иккиламчи символлар кетма – кетлиги йиғилувчи кодлар билан кодланадилар (ички кодлаш).

Бундай каскадли кодлаш рақамли телевизион сигналларни узатишда хатоликлардан самарали ҳимояланишни таъминлайди. Агар сигнал/ шовқин нисбати (қуввати бўйича) 3 дБ га тенг бўлса, панжарасимон декодернинг киришидаги нисбий хатоликлар қайтарилиши 10 ^-1... 10^-2 бўлса, ушбу декодернинг чиқишида 10^-4 гача камаяди ва Рид – Соломон декодера эса 10^-10,... 10^-11 гача янада камаяди.

 

 

12-мавзу: Рақамли телевидение сигналларини алоқа каналлари орқали узатиш.

 

Рақамли телевизион сигналларни алоқа каналлари тизими орқали узатишга бўлган талаблар

 

Рақамли телевизион сигналларни узатишдаги асосий талаблардан бири мавжуд аналог телевидение алоқа каналларидан фойдаланишни таъмилашдир.

Буни талабни бажармаслик жуда катта молиявий харажатларга олиб келади, чунки рақамли телевидение учун янги частота диапазонларини бириктириш, узатувчи ва қабул қилувчи қурилмаларни, антенналарни алмаштириш, кенг полосали узатгичлар ва телевидение қабул қилгичларни яратиш кераклигига олиб келар эди. Бу ерда аввал айтилгандек, МPEG – 2 кодерининг чиқишида максимал битрейт қиймат 15 Мбит/с етади.

 Сигналнинг амплитудаси икки қийматини қабул қилиши мумкин амплитуда манипуляцияси ҳосил қилинганда алоқа канали орқали узатишдаги самарадорлик 1 (бит/с) Гц бўлиши мумкин. Демак рақамли телевизион сигнални узатиш учун керак бўладиган частота полосаси 15 МГц бўлиши лозим, бу эса стандарт телевидение каналининг узатиш полосанинг сезиларли даражада кенгайтиришни талаб қилади. (Ўзбекистон ва МДХ давлатларида 8МГц, Европа, АҚШ,Японияда 6 МГц)

Шунинг учун ҳам рақамли телевизион сигналларини узатишда,яъни частоталар полосасидан самарали фойдаланишда, айниқса бир неча оддий аниқликдаги сигналларни битта каналда узатиш ёки юқори аниқликдаги телевизион сигналларни узатиш учун мураккаб модуляцияларни қўллашга тўғри келар эди.

Бундан ташқари аналог телевидениедаги оний қийматлари узатиладиган тўлиқ рангли телевизион сигнал (ТРТВС) ва овоз ташкил этувчисидан фарқли равишда рақамли телевидение тизимида, алоқа канали орқали, алоҳида телевизион программаларнинг(программа оқимлари) сиқилган рақамли оқимлари узатилади. Бунда программа оқими видео, аудио ва қўшимча ишчи ахборотлар сигналларини бирлаштирган якка транспорт оқимини ташкил этади.

МPEG – 2 нинг транспорт оқими 4та программа оқимини ўз ичига олади ва МPEG-4 транспорт оқими эса 8 – 12та программа оқимини олади.

Транспорт оқимининг халақитбардошлигини ошириш муҳим вазифа, чунки халақитлар аналог телевидение кўрсатиш сифатини ёмонлаштирса, рақамли ахборотнинг халақит сигналлари орқали бузилиши тасвир ва овозни жуда катта бузилишларига ёки телевизион ахборотларни умуман йўқолишига олиб келиши мумкин. Амалиётда бу кўрсатув кадрларининг “қотиб қолиши” ёки уларда мозаикали(чаплашиб кетган) кадр пайдо бўлишига олиб келади.

Шундай қилиб, рақамли телевизион каналларда, халақитбардошлик етарли даражада таъминланмаса, улар нормал фаолият кўрсатишлари мумкин эмас. Шунинг учун хатоликлар пайдо бўлиш сабабларини кўриб чиқамиз:

–           халақитлар -шовқинларнинг табиий ҳар хил турлари (иссиқлик шовқини, зарядлар ташувчиларнинг генерация – рекомбинациясини шовқини, касрий шовқини ва ҳ.к), улар асосан қабул қилгичларнинг кириш каскадларида намоён бўладилар;

–           индустриал ва атмосфера халақитлари (қисқа кўринишдаги, ёйсимон разрядланишлар -пайвандлаш аппаратларида, электр транспорти воситаларида, момақалдироқ вақтида);

–           интерферацион халақилар -қўшни худудларда худди шу частоталарда ишлайдиган радио узатгичлардан чиқувчи халақитлар;

–           кўп нурли радиотўлқинлардан ҳосил бўлувчи халақитлар-ернинг усти, қурилиш иморатлари,металл сатҳлардан ва ҳ.к. қайтган радиотўлқинлар.

Шундай қилиб, халақитлар бирламчи ва пакетли (гуруҳли) бўлишлари мумкин.

Бирламчи (якка) хатолар бир бирига боғлиқ эмас ва пакетли хатолар бирданига бир неча қўшни иккилик символларни бўлиши мумкин. Мисол учун: кўп узоқ давом этган импульс халақитлар тасвир сигналида кема кет келаётган бир неча иккилик символларни барчасини нолга ёки бирга айлантириши мумкин.

Халақитлардан сақланишнинг анъанавий усуллари: телевизион сигналларнинг узатгичлари қуввати ошириш, антенналарни айни холатга мос келувчи кўрсатгичларини таъминлаш, қабул қилгич қурилмаларида кичик шовқин чиқарувчи деталларни қўллаш, совитиш қурилмаларини ишлатиш (вентиляция қўллаш), қўшни худудларда частота тақсимланишини оптималлаштиришлардир

Рақамли сигналлар узатилганда эса, халақитларни камайтириш учун, халақитларнинг пайдо бўлишини аниқловчи ва уларни йўқотилишини амалга оширувчи махсус кодларнинг фойдаланиш мумкин.

Бундан ташқари танланган модуляция усули ҳам халақитларни камайтиришга йўналтирилган бўлиши лозим. Шунинг учун ҳам рақамли телевидениеда сигналларни узатиш усуллари аналог телевидениедан тубдан фарқ қилади.

 

Рақамли телевидениеда сигналларни узатишда қўлланиладиган модуляция усуллари

 

Рақамли телевизион сигналларни модуляциялашнинг асосий хусусиятларидан бири модуляцияланаётган ташувчи кўрсатгичларда бир неча дискрет қийматлар пайдо бўлиши мумкин. Бундай модуляциялаш манипуляция дейилади. Ташувчининг тебранишларининг кўрсатгичлари дискрет ва вақт бўйича ўзгаради. Маьлум вақт интервалида ушбу кўрсатгичлар ўзгармас бўлса, бу интервалли символ ёки канал символининг интервали дейилади.

Ҳар бир символ интервалида битта ёки бир неча канал символини пайдо қилувчи битлар узатилади.

 Бунда аналог телевидениеда ташувчининг модуляцияси телевизион сигнал дастурларини радиоканаллар орқали тарқатишга хизмат қилса, рақамли телевидениеда яна қўшимча транспорт оқимидаги рақамли символлар узатиш тезлигини мавжуд бўлан телевизион радиоканалларнинг ўтказиш қобилияти билан мослаштириш талаб этилади. лозим. Шундай қилиб, бир томондан алоқа полосасинингли частота каналидан самарали фойдаланиш талаби бўлса бошқа томондан халақитбардошликни етарли даражада аниқ таьминлашдир. Шу сабаб рақамли телевидениеда анча мурраккаб, кўп сатҳли модуляциялар қўлланилади.

 Частота полосасининг фойдаланиш самарадорлигини ошириш учун канал символларида, имкон борича, узатилаётган ахборотнинг кўпроқ битлари бўлиши лозим. Бунинг учун исталган вақтда алоқа каналида 2 та (0 ёки 1) эмас, имкони борича кўпроқ мумкин бўлган қийматлар бўлиши керак. Агар бир канал символларида 16 сатҳли кодлаш қўлланилса, бирданига 4 бит маълумот символини узатиш мумкин ва бу эса маълумотлар узатиш тезлигини 4 марта оширади. Бунда махсус манипуляция тури қўлланиши натижасида икки сатҳли рақамли сигнал кўп сатҳлига ёки квази узлуксизга айланади. Масалан: амплитуда манипуляциясида амплитуда қийматларига мос ташувчилар сони орқали эришилади. Частота манипуляциясида ташувчи частоталари мос бўлиши ва фаза манипуляциясида сигнал фазалари бўлиши орқали амалга оширилади.

 Демак, амплитуда манипуляцияси қўлланилганда,бунга эришиш учун, шунга яраша ташувчининг амплитуда қийматлари сони, частота манипуляциясида етарли бўлган частоталар сони(қиймати) ва фаза манипуляциясида эса сигналнинг фазаси қийматлари бўлиши таъминланади. Бундай холат эса тизимнинг халақитбардошлигини ёмонлашишига олиб келади, чунки қабул қилгич 2та сигнал қийматини эмас, балки кўпроқ сигнал қийматларини қабул қилишга мажбур бўлади.

Қабул қилинган сигналлар сатҳларини ишонарли фарқлаш учун алоқа каналида сигнал/ шовқин нисбати сатҳини кўтариш керак, яъни телевизион сигналларни узатгич қурилмаси қувватини кўтариш лозим. Бу алоқани ташкил этишнинг асосий назарий хусусиятларидан бири, яъни белгиланган, ўзгармас частоталар кенглигида каналнинг ўтказувчанлигини ошириш учун сигнал / шовқин нисбатини кўтариш кераклигидир.

Қуйида кўп тарқалган рақамли сигнални модуляциялашнинг усулларини кўриб чиқамиз:

Амплитуда манипуляцияси (АМн)- ташувчи сигнал амплитудасини сатҳ бўйича дискрет ўзгаришига айтилади. Оддийроқ ҳолда бир сатҳда (қийматда) сигнал ташувчиси мавжуд, бошқасида эса унинг йўқлигидир. Амплитуда манипуляциясининг узатиш қурилмаларидаги қувват қийматлари орасидаги кескин фарқнинг мавжудлиги.

Частотали манипуляция (ЧМн) - ташувчи сигнал частотасининг дискрет ўзгариши ва айни вақтда сигнал амплитудаси ўзгармас бўлиши.

Фазали манипуляция (ФМн) -ташувчи сигнал фазасининг дискрет ўзгариши. Оддий ҳолатга ташувчи икки фаза қийматга 0⁰ ва 180⁰ эга бўлади. Қабул қилгичда когерент детекторлаш, яъни узатувчи қурилма билан қабул қилгич фазалари синхронизацияланган ёки осонроқ холда синхронизацияланмаган когерентмас детекторлаш бўлиши мумуин.

Когерентмас детекторлашда кўпинча нисбий фаза манипуляцияси қўлланилади, бунда ҳар бир қабул қилинган ташувчи сигнал фазалари бошланғич абсолют фаза билан солиштирилади ва хулоса чиқарилади.

Частота полосасининг самарадорлигини ошириш учун алоқа каналида кўп позицияли фаза манипуляцияси қўлланилади.

5.4- расмда тўрт ва саккиз позицияли ФМн кўрсатилган.

Тўрт позицияли ФМн бирданига 2 та бит узатишга имкон беради ва бу частота полосани самарадорлигини 2 баробар оширишга хизмат қилади. Саккиз позицияли манипуляциядан фойдаланганда эса бирданига 3та символ қиймати узатилиши мумкин. Бунда ташувчи сигналнинг фазалари орасидаги силжишнинг дискрет қийматлари 45⁰ тенг. Бундай ҳолатда частота полосаси қўлланишининг самарадорлиги оддий икки позицияли ФМн га нисбатан 3 баробарга кўтарилади.

Узатилаётган кодлаш комбинациясини жойлаштириш учун Грей манипуляциясидан фойдаланилади, бунда қўшни позициялар битта битга фарқ қилиши белгиланган. Шу сабаб, халақитлар таьсирида фазанинг тўғри қиймати ўзгариб, ўрнига қўшниси аниқланса, демоделяция чиқишидаги иккилик символлари кетма кетлигида фақат битта хатолик мавжуд бўлади, бу ўз навбатида декодердаги корректорда тўғирланади.

 

            5.4-расм. Тўрт позицияли (а) ва саккиз позицияли (б) фазали манипуляция.

 

Фаза манипуляцияси DVB – S стандартида, сунъий йўлдошлардан рақамли телевидениени узатишда қўлланилади.

Яна бир модуляция, рақамли телевизион сигналларни узатишда кенг қўлланувчи тур - кўп позицияли квадратуравий амплитуда манипуляция (КАМн). Маълумки, квадратуравий амплитуда манипуляцияси бир вақтда икки сигналлар U_i (inphase) ва U_q (quadrature) билан ташувчи сигнал частотасида ω_0, иккита квадратли таркибий ташкил этувчилар билан модуляциялаш ва уларнинг йиғиндисига тенг сигнални олишдир.

u(t) = u_i(t) cos ω₀t + u_q(t) sin ω₀t                             (5.7)

Демодуляциялашда синхрон детекторлаш қўлланилади, яъни u_i (t) сигнални cos ω₀t ва u_q ни sin ω₀t га кўпайтириш ҳамда юқори частотали сигналларни паст частотали фильтрда камайтириш (йўқотиш) натижадаси u_i (t) ва u_q (t) сигналлар ажратилади.

Квадратуравий амплитуда модуляцияси частота полосасидан самарали фойдаланишни 2 баробарга оширишни таъминлайди, чунки бир ташувчи частотасида бир вақтда 2та сигнал узатилиш имкони мавжуд.

КАМн да ҳар бир квадратуравий ташувчи сигнал таркибидаги ташкил этувчи сигналлар қиймати дискрет ўзгаради. Қуйида 5.5- расмда, тўрт позицияли ва 16 позицияли КАМнлар келтирилган.

 Тўрт позицияли манипуляцияда ҳар бир квадратуравий ташкил этувчи иккита мумкин бўлган сатҳ қийматига эга бўлади. 5.5,а- расмда кўрсатилган холатда ҳар бир ташкил этувчиси маълум амплитуда сатҳ қиймати билан ёки мавжуд бўлиши ёки бўлмаслиги мумкин. 5.5,б- расмда эса ҳар бир ташкил этувчи фазаси мос бўлиши ва қиймати +0,5 ёки қарама қарши фазада ва қиймати – 0,5 га тенг бўлиши келтирилган.

Иккинчи вариант мухимроқ, чунки бунда ташувчи сигнал пик (энг баланд) қувват қийматининг ўрта қувват қийматига нисбати анча кичик.

Агар ҳар бир квадратуравий ташкил этувчи 4 та қийматга (сатҳга) эга бўлса, бу иккита битга мос келади ва унда 16 позицияли КАМни ҳосил қилади. Мумкин бўлган I ва Q сигналлар комбинацияси учун диаграмма 5.5в -расмда кўрсатилгандек бўлади. Бундай модуляциянинг қўлланилиши самарадорликни 4 баробарга оширишга имкон беради, чунки бир вақтда 4та бит узатилади. Код комбинацияларининг позициялар бўйича тақсимланиши (манипуляцион кодлаш) шундай амалга ошириладики, бунда қўшни позициядаги кодлар фақатгина битта битга фарқланадилар холос.

Ҳозирги вақтда рақамли телевидение тизимида 64 ёки 256 позицияли КАМнлар хам қўлланмоқдалар, улар қўлланилган бир вақтда 6 ёки 8 битлар узатилади.

5.5-расм. 4 позицияли (а,б) ва16 позицияли (в) квадратуравий манипуляция КАМн (QAM)

 

Амплитуда эмас, балки икки квадратуравий ташкил этувчилар фазалари дискрет модуляцияланганда квадратуравий фаза манипуляцияси (КФМн) ҳосил бўлади. Унда олинган сигнал қуйидаги кўринишда бўлади:

сos (ω₀ t + θ _i) + sin(ω₀ t + θ _Q) = A₀cos (ω₀t + θ ₀), (5.8)

 

            бу ерда θ _i, θ _Q квадратуравий ташкил этувчиларнинг фазалари.

            A₀, θ ₀ - натижавий сигнал амплитудаси ва фазаси.

   5.1 жадвалда квадратуравий ташкил этувчиларни икки қийматли сигналлар фазалари билан модуляциялангандаги натижавий сигнал фазаси қийматлари келтирилган.

 

5.1 жадвал

 

Иккала квадратуравий ташкил этувчилар фазаси алмашган вақтда, θ₀нинг фазаси 180⁰ га сакраб ўзгаради. Бу ўз навбатда КФМн сигнални частотага боғлиқ занжирлар орқали ўтишида паразит амплитуда модуляциясининг пайдо бўлишига олиб келади. Бундай керак бўлмаган эффектни йўқотиш учун силжиган квадратуравий фаза мануляцияси (СКФМн) қўлланилади. Унинг мақсади шундаки, иккала квадратуравий ташкил этувчилар фазалари хилма хил вақтда ўзгарадилар ва натижада умумий сигнал фазасининг 180⁰ ўзгаришига йўл қўйилмайди. Бундай усул билан модуляцияланган сигнални қабул қилиш тизими аналог сигналларни қабул қилишдан кескин фарқ қилади.

Бундай кўп позицияли ФМн,КАМн ва КФМн сигналларни қабул қилувчи қурилманинг ташкилий чизмаси 5.6-расмда келтирилган.

   Ушбу қабул қилгич киришига оралиқ частотадаги (ОЧ) узлуксиз сигнал берилади. Бу сигнал кучайтиришни автоматик бошқариш (КАБ) блокидан ўтади. Алоқа тизимларида энергетик самарадорликни ошириш учун баланс модуляцияси қўлланилади ва унда ўртадаги ташувчи сигнал олиб ташланади (сўндирилади). Аммо қабул томонда квадратуравий ташкил этувчи сигналларни олиш учун ташувчи сигнал тикланади.

5.6-расм. Квадратуравий амплитуда манипуляцияли қабул қилгичнинг ташкилий чизмаси

Бу амал ташувчини тиклаш блокида бажарилади ва бунинг учун таянч генераторга асосан частотани фазавий автосозлашдан (ЧФАС) фойдаланилади. Аммо бу жараён аналог PAL ёки NTSC тизимида ранг синхронизациясини ифодаловчи таянч сигнал узатилишидан мураккаброқ, чунки бу ҳолатда рақамли тизимларда таянч сигнали мавжуд эмас. Шу сабаб, ташувчини тиклаш учун мураккаб кўринишдаги ЧФАС “қарор бўйича тескари алоқалар” деган схемалар қўлланиладилар. Бундай қурилмаларда, қабул қилинган сигнал квадратуравий ташувчига кўпайтирилади ва квадратуравий ташувчилар кучланиш билан бошқариладиган созланувчи генератор орқали ҳосил қилинади. Сўнгра кўпайтма сигнал хатоликлар детекторига тушади ва у даврий равишда қабул қилинаётган символларнинг тўғрилиги ҳақидаги ахборот бўйича қарор қабул қилади.Агар хатолик аниқланса, детектор чиқишида бошқарувчи кучланиш шаклланади ҳамда у тескари боғланиш орқали кучланиш билан бошқариладиган генераторнинг частотаси ва фазасини созлайди ва символ хатоликлари йўқотилади. Шундай қилиб, ЧФАС тизими даврий равишда ташувчи генератор частота ва фазасини коррекциялайди (созлайди), яъни назорат каналида детекторланаётган символлар хатоликларини пайдо бўлишини йўқотади.

Бошқариладиган генератор частотасини созлашда, қабул қилинаётган сигнални детекторлашдаги хатоликларни йўқотиш мақсадида вақт бўйича ушлаб туриш (кечиктириш) бошқариш генераторининг созлаш вақтидан кўпроқ қилиб танланади.

Шундай қилиб, ташувчини тиклаш блокининг чиқишида биринчи квадратуравий ташкил этувчи cos(ω_нt + ф) шакллантирилади ва бу ерда ω_н – ташувчининг айланма(доиравий) частотаси, ҳамда ф – унинг фаза силжиши.

Фаза айлантиргич (ФВ90⁰) (фазани айлантириш) фазани 90⁰ га айлантиради ва шу сигналдан иккинчи квадратура компонентини sin(ω_н t + ф) ҳосил қилади.

Қабул қилинаётган сигналнинг квадратуравий ташкил этувчиларни ажратиш учун, сигнал импульслари М1 ва М4 кўпайтиргичларда квадратуравий ташкил этувчилар пакетлари билан кўпайтириладилар ва улар М2, М3 кўпайтиргичлардан келиб тушадилар.

Квадратуравий тебранишлар пакетларини шакллантириш М2 ва М3 кўпайтиргичларда амалга оширилади. М2 ва М3ларда сигнал импульсларининг квадратуравий тебранишлари ва сигнал импульсларини шакллантириш (СИШ) блоки сигналлари кўпайтириладилар. Такт синхронизацияси сигналлари орқали бошқариладиган СИШ импульслари қабул қилинаётган сигнални символлар интервали вақтида “ўлчаш” учун керак бўлади. Оддий холатда импульс сигналлари тўғри тўртбурчак шаклида бўлиши мумкин, аммо косинусоида ёки гауссоида бўлаклари шаклидаги импульсларни қўллаш яхши натижаларни беради.

Такт синхронизациясини таъминлаш учун, қабул қилинаётган иккилик символларини тўғри аниқлашда, ахборот символлари кетма-кетлигининг такт частотасини билиш керак.

Агар сигнал таркибида, такт синхронизациясини таъминловчи, ҳеч қандай қўшимча ташкил этувчилар бўлмаса, одатда бу холат кўп учрайди, унда такт синхронизацияси қабул қилинган сигналнинг ўзидан тикланади. Бунинг учун такт синхронизацияси блоки қўлланилади ва унинг ишлаши 2.4.2 параграфда (кема-кет уланишда) келтирилган.

М1 ва М4 кўпайтиргичлар чиқишларидан сигналлар паст частотали фильтр (ПЧФ) ва майдаловчи қурилмадан ўтиб, хал қилувчи қурилмага тушади. Майдаловчи қурилма блоклари такт импульслари таъсири вақти давомида қабул қилинаётган символлар қийматини эслаб қолишни амалга оширади. Майдаловчи қурилма блоклари символларни аниқлаш ишончлилигини кескин оширади, чунки қийматларни аниқлаш вақти символ интервалининг ўртасида қайд этиш белгиланган. Бу механизм ўтиш жараёнлари таъсирини ва коммутацион халақитларни йўқотади.

Хал этиш қурилмаси қабул қилинган квадратуравий ташкил этувчи символлар қийматларини,мумкин бўлган сигнал барча канал символларининг квадратуравий эталон кўрсатгичлари билан солиштиради ва эталонга яқин символ қиймати танланади. Шундан сўнг танланган символ қабул қилгич чиқишига узати-

лади.

Фазали ёки квадратуравий фаза манипуляциялик қабул қилиш худди 5.6-расмдаги каби бўлади, фақат улар учун КАБ блоки бўлиши шарт эмас.

Ифодаланган операциялар одатда рақамли кўринишда бажарилади, шу сабаб КАБ блокидан сўнг РАЎ бўлиши лозим. Замонавий рақамли сигналларни радио каналлардан узатиш усули ортоганал частотали мультиплексирлашдир. Бу инглиз тилидаги техник адабиётларда OFDM (Оrthogonal Frequency Division Multiplex) дейилади. Ҳақиқатда кўп ортогонал ташувчилик модуляциядир. OFDM қўлланилганда узатиш канали жуда кўп(юзлаб ёки минглаб) каналчаларга (канал остиларга) бўлинади ва бу эса асосий каналнинг частота спектридан тўлиқ фойдаланиш имконини беради. Бундан ташқари асосий канал спектрининг маълум қисмининг йўқотилиши узатилаётган маълумотни йўқолишига халақит қилмайди. OFDM модели сифатида бир хил қадамли,ўзаро каррали (f, 2f, 3f, 4f ва ҳ.к.) генераторлар мажмуаси хизмат қилиши мумкин. Бу усулнинг моҳияти 5.7- расмда изоҳланган.

Ҳар бир оқим ости маълумотлари ўз частоталарида узатилади, масалан:КАМн дан фойдаланилади. Шундай қилиб, битта телевидение эшиттириш каналида Nта кичик полосали канал ости маълумотлар пайдо бўлади. Ташувчи сигналлар сони DVB – T стандартида 6817 та (∆f = 1116 Гц) ёки 1705 (∆f =4464 Гц) бўлиши мумкин. Ташувчилар орасидаги частота интерваллари шундай танланадики, унда қўшни ташувчи тебранишлар, битта символни узатиш вақтида, ортогонал бўлиши таъминланади. Бошқача қилиб айтганда манипуляция такти давомидаги барча ташкил этувчилар йиғиндиси нолга тенг. Бу эса қўшни канал ости сигналлариниг ўзаро бир бирига таьсири бўлмаслигини амалга оширади.

OFDM ни модуляция ва демодуляция қилиш Фурье дискрет ўзгартириши (ФДЎ) ёрдамида бажарилади ва бу сигнални вақт бўйича тасвирлашдан частота бўйича тасвирлашга осон ўтишини таъминлайди. 5.8-расмда узатиш қурилмасида OFDM сигнални шакллантириш принципи келтирилган.

5.8-расм. ОFDM усулининг моҳияти

 

 

5.9-расм. OFDM сигналини ҳосил қилиш принципи.

 

Битли символлар оқими Х_n,k,кетма-кет-параллел ўзгартиргич силжитиш регистрида, модуляция қилинганда,улар параллел N-разрядли кодга (Х₀,Х₁,....Х_N-1) айлантириладилар ҳамда улар Фурьенинг тескари алмаштириши блокига тушадилар. Фурьенинг тескари алмаштириш блокида частотали компоненталардан сигналнинг вақт бўйича сатҳ қийматлари х₀,х₁....х_N-1 шакллантириладилар ва рақам-аналог ўзгартиришдан сўнг квазианалог сигнал бўладилар.Сўнгра олинган сигнал радиоузатиш қурилмаси модулятори ёрдамида телевидениенинг ишчи диапазонига кўтарилади ва кучайтирилиб эфирга узатилади.

OFDM сигнални демодуляция қилишда қабул қилгичда тескари амал бажарилади. Қабул қилгич қабул қилган OFDM квазианалог сигнал дастлаб оралиқ частотага келтирилади, сўнгра АРЎ ёрдамида N-разрядли параллел кодга х₀,х₁....х_N-1 айлантирилади. Сўнгра Фурьенинг тезкор тўғри алмаштириши блоки орқали квазианалог сигнал саноқлари қийматларидан модуляцион символларнинг спектриал коэффициентлари шакллантириладилар ҳамда улар кетма-кет кодга ўзгартирилгач декодлашнинг канал трактига тушадилар.

Ушбу узатиш усули қуйидаги афзалликларга эга:

v Алоқа каналида сигнал энергиясининг бутун частота полосаси бўйича текис тақсимланиши;

v Маълумотнинг жуда муҳим қисмини, қўшни каналлар орасидаги халақитликнинг энг кичик қийматини берувчи участкаларида узатиш мумкинлиги (синхронизация сигнали, ёруғлик сигналининг паст частотали ташкил этувчиси). Оддий телеэшиттиришнинг тасвир ва овозни ташувчи канал частота полосаларидан умуман фойдаланмаслиги.

v Ҳар бир канал остиларнинг кичик частота полосалиги туфайли, қабул қилиш томонида, кўп нур қайтишининг таъсирини камайтиради.

Замонавий шаҳарларда рақамли телеэшиттиришларни ташкилаштиришда радио тўлқинларни кўп нурли тарқалиши ва қайтиши катта қийинчиликларни келтириб чиқаради. OFDM қўлланилса, айрим символларни узатиш вақт интервали ошади ва уларнинг давом этиш вақти қайтган сигналлар кечикиш вақтидан катта бўлади ҳамда хатосиз қабул қилиш таъминланади.

Бундан ташқари қайтган сигналларнинг таьсирини йўқотиш учун қўшимча ҳимояловчи интерваллар киритилади. 5.10,а -расмда вақт кесмаларида,ташувчининг бирор бир модуляторига S1, S2, S3, ва х.к. узатилаётган маълумотларнинг оқим ости символлари келтирилган (қўлланилаётган ташувчиларнинг модуляция усулига асосан символдаги битлар сони хилма хил бўлиши мумкин). S2 символни узатишдан олдин ҳимояловчи интервал ∆1 (5.10 б- расм) шакллантирилади ва бу вақт ичида қабул қилиш қурилмасининг демодулятори киришида аввалги S1 символининг қайтган сигнали (5.10.в -расм) мавжуд бўлиши мумкин. Сўнгра Тр 2 интервали оралиғида S2 символи узатилади. Худди шундай ∆2 ҳимояловчи интервал S2 символидан олдин шакллантирилади ва ҳ.к..

Замонавий рақамли телевидениеда рақамли сигналларнинг халақитбардошлигини таъминлаш учун ташувчи модуляциясини халақитбардошли кодлаш билан бирга амалга ошириш мумкин. Бунда модуляциядан сўнг мумкин бўлган ташувчининг ҳолати узатиладиган символлар сонидан ортиқ бўлади, яъни халиқитбардошликни оширишга хизмат қиладиган қўшимча ортиқчалик киритилади. Бундай кодлаш билан бирлашган модуляция кодланган модуляция дейилади. (Coded Modulation). Халақитбардош кодланишни OFDM билан бирлаштирилиши эса COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) деб аталади.

 

5.10-расм. Ҳимоя интервалларининг шакллантирилиши

 

Шундай қилиб, рақамли телевидение сигналларини алоқа каналлари радиочастоталари орқали узатилганда икки поғонали халақитбардошли кодлаш ишлатилади. Ташқи деб ном олган биринчи поғонада Рид – Соломон кодлаш усули орқали рақамли маълумот кодланади ва ички деб ном олган иккинчи поғонада эса модуляция билан бирлаштирилган каналли кодлаш қўлланилади. Натижада талаб қилинган халақитбардошликка эришилади.

 

13-мавзу: Рақамли телеэшиттиришларни ташкил қилиш халқаро DVB стандарти оиласи.

 

Режа:

13.1. DVВ стандартларининг умумий концепциялари

13.2. Ер усти рақамли DVB – Т телеэшиттириш тизими

13.3. DVB-C рақамли кабель телевидение стандарти

13.4.  DVB-S рақамли сунъий йўлдош телевизон узатиш стандарти.

 

DVB стандартининг умумий қонуниятлари

 

Халқаро рақамли телеэшиттиришни ташкиллаштиришнинг Европадаги катта лойиҳаларидан бири Рақамли Видео эшиттириш- Digital Video Broadcasting (DVB) 1993 йили октябрь ойида бошланган. DVB Рroject -лойиҳасининг штаб – квартираси Швецариянинг Женева шаҳрида жойлашган. Халқаро гуруҳнинг DVB Project лойиҳаси асосида қуйидаги рақамли телевидение стандартларини қабул қилинган:

-          DVB – C (C – cable – кабель) рақамли кабелли телеэшиттириш;

-          DVB – S (Sattelrte – йўлдош) сунъий йўлдошли телеэшиттириш;

-          DVB – T (Terrestial – ер усти) ер усти телеэшиттиришлари.

Демак, DVB телеэшиттириш стандартлари рақамли телевидение қурилма ва жиҳозларини, элементлар базасини ҳамда дастурларини ягона, умумлашган талабларга хизмат қилишини таъминлашдир. Бу ягона талаблар бутун дунё мамлакатларида рақамли телевидениени, ягона, умумий кўрсатгичлар асосида, амалиётга киритилиш хусусиятини қўллашдир. Шуни айтмоқ жоизки, DVB стандарти МДХ давлатларида, шу жумладан Ўзбекистонда ҳам қабул қилинган.

 6.1- жадвал

DVB стандарти турларининг қўллаш соҳалари

Гуруҳ номи	Аҳамияти	Изоҳи	Модуляцияси
DVB - S	Сунъий йўлдошли телеэшиттириш	Компрессияланган (сиқилган) видео ва аудиони ҳамда йўлдош орқали қўшимча ахборотни узатиш	QPSK, 8 – PSK, 16 - QAM
DVB – S2	Сунъий йўлдошли теле эшиттириш иккинчи авлод	Худди DVB – S дагидек ва яна қўшимча турдаги модуляциядан фойдаланиш ва каналнинг узатиш қобиляти кенглиги бир неча бор катталаштириш	QPSK, 8 – PSK, 16 – QAM ёки 32 APSK
DVB - SН	Сунъий йўлдошли мобил теле эшиттириш	Сунъий йўлдошли/ ер усти эшиттиришларни мобил қабул қилиш. Сунъий йўлдошли ва ер усти тизимларини биргаликда қўллаш (қисқача гибрид тармоқлар)	QPSK,  8 – PSK, 16 - APSK
DVB - С	Кабелли теле эшиттириш	Компрессияланган(сиқилган) видео ва аудиони ва қўшимча ахборотни кабеллар орқали узатиш	16 – QAM, 32 – QAM,  64 – QAM, 128 – QAM ёки 256 – QAM
DVB – С2	Кабелли теле эшиттириш иккинчи авлоди	Рақамли кабелли телеэшиттириш “иккинчи авлоди”	QPSK, 16 – QAM, 64 – QAM, 256 – QAM, 1024 – QAM, 4096 - QAM
DVB - T	Ер усти эфир теле эшиттириши	Компрессияланган (сиқилган) видео ва аудио ва қўшимча ахборотни ер усти эфири орқали телеэшиттиришни узатиш(стандарт қабул)	16 – QAM ёки 64 – QAM (ёки QPSK) COFDM билан бирга
DVB – T2	Рақамли эфир теле эшиттиришнинг иккинчи авлоди	DVB – T каби, фақат модуляциянинг ва канални кодлашнинг янги режимларини қўллайди. Шу сабаб DVB – T га нисбатан каналнинг ўтказиш қобилятининг кенглиги 2 баробар ортади. Лекин бу стандарт DVB – Т билан бирга ишламайди	QPSK, 16 – QAM, 64 – QAM, 256 – QAM
DVB - H	Мобил теле эшиттириш	DVB –Т каби, фақат мобил қабул учун	OFDM
DVB – IPDC	Тармоқлараро IР протокол орқали маьлумотларни узатиш	DVB – H мобил телеэшиттиришни Интернет тармоғи орқали узатиш

 

Бугунги кунда ўз мақсадига қараб, DVBнинг кўплаб синфлари(гуруҳлари) мавжуд ва улар 6.1- жадвалда келтирилган.

 

 

DVB – Т ер усти рақамли телеэшиттириш тизими

 

Ер усти рақамли телеэшиттириштизимини яратиш анчагина муаммоли вазифадир, чунки шаҳарнинг мурракаб, ҳар хил кўринишдаги қурилишлари, бинолари радиотўлқинларни қайта -қайта қайтадиган тўлқинлар ҳосил бўлишига, яъни интерференцияга олиб келади. Шундай қилиб, қабул қилиш худудида электромагнит кучланиши доимо ўзгариши мумкин, хатто қабул қилиш нуқтаси тўғридан- тўғри кўриниб турганда хам, яъни “ўлик” худудлар пайдо бўлиши, натижада сигнал қабул қилинмаслиги мумкин. Бундан ташқари шаҳарларда саноат халақитлари, бошқа шу частоталарда ишлаётган қўшни худуддаги радиоузатгичлардан чиқаётган халақит ҳам етарлидир ҳамда улар билан албатта курашиш керак. Яна қўшимча ер усти рақамли телевидениеси мавжуд бўлган аналог телеэшиттриш тизимлари билан мослашиши даркор. Шу сабабли ер усти рақамли телевидениеси қуйидаги талабларни қониқтириши керак:

¾         халақитбардошликни юқори даражада таъминлаш;

¾         телевизион сигнални аниқ стандартларда, хизмат ахборотларини, телетекстларни сифатли узатиш ва маълумотларни рухсат этилмаган киришлардан ҳимоялаш;

¾         телевизион қабул қилиш қурилмаларини иложи борича арзонлаштириш мақсадида рақамли сунъий йўлдош, кабель телевидениеси қурилмалари билан мос келувчи универсал стандартни яратиш;

¾         кўтариб юрилувчи қабул қилгич қурилмалар ва хона антенналари ёрдамида сигнални қабул қилишни таъминлаш;

¾         битта частотали тармоқнинг ишлашини таъминлаш ва бошқалар.

Шу сабаб, DVB – T ни яратишдаги муҳим хусусиятлардан бири битта частотали ёки кўп частотали модуляцияни танлашдан иборат бўлди. Текширишлар шуни кўрсатдики, фақат OFDM аналог PAL ва SECAM тизимларидаги узатгичларга нисбатан халақитларга бардоши катта, айниқса бир частотали шароитда бу афзаллик юқори.

DVB – T стандартини яратишида тизимнинг қуйидаги асосий параметрларини танлаш кераклиги белгиланди:

¾    символга тўғри келувчи индивидуал ташувчилар сони;

¾    ҳимоя интервалининг кенглиги;

¾    ташувчиларнинг модуляциялаш турлари;

¾    синхронизациялаш усули.

Текшириш ва тахлиллар шуни кўрсатдики, бир частотали тармоқдаги, худудларда жойлашган узатгич қурилмалари орасидаги масофалар 60 км дан кам бўлмаган холатда,, телеэшиттиришни тарқатишда 6000 дан ортиқ ташувчи сигналлар керак. Бунда COFDMни таъминловчи микросхемалар ташувчилар сони 2ⁿ даражадасига тенг бўлганда ишлайдилар, шу сабаб унга яқин бўлган сон 8192 ёки (2¹³) танланади. Бу режим шартли равишда “8к” деб аталади.

1995 йилда электрон техникалари имконияти бундай катта сонли ташувчиларни таъминлай олмаган, шу сабаб DVB – T стандартни ўзлаштириш мақсадида 2048 ёки (2¹¹) сонли ташувчиларни берувчи режим қўлланилган ва бу режим “2к” дейилади. Шундай қилиб, стандарт ягона махсус режим “2к/8к” деб белгиланган. Ҳозир даврда қиймати арзон юқори частотали процессорларнинг яратилиши билан “8к” режими ҳам қўлланилмоқда.

DVB – T стандартида символларнинг актив қисми учун иккита вақт давомийлиги ишлатилади, яъни “2к” режим учун Т₁ = 224 мкс ва “8к” учун Т₂ = 896 мкс. Шуларга яраша ташувчилар орасидаги фарқ (қадамлар) “2к” режимида ∆f₁ = 1/T₁ = 1116 Гц ва“8к” режимида ∆f₂ = 1/T₂ = 446,4 Гц. Бунда ташувчилар сони N₁ = 1705 ва N₂ = 6817 ва умумий спектр кенглиги икки ҳолатда ҳам 7,61 МГц, демак уларни 8 МГц полосада етарлича частота интервалларида жойлаштириш мумкин.

Бундан ташқари DVB – T стандартида ҳар бир модуляция режими учун тўртта нисбий ҳимоялаш интерваллари қиймати кўзда тутилган ва улар актив символларнинг давомийлик вақти Т нинг 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 қисмини ташкил этадилар. 6.2 жадвалда баъзи асосий параметрларининг абсолют қийматлари келтирилган.

Келтирилган маьлумотлардан кўринадики, CОFDM ёрдамида рақамли телевизион сигнал узатилганда стандарт аналог телеэшиттириш радиоканалининг 8МГц частота полосасидан фойдаланиш мумкин ва бу ҳолда ўзаро икки яқин радиоканалларнинг халақит бермасликлари учун улар орасидаги ҳимоя фарқи 0,39 МГц ташкил этиши мумкин.

6.3-жадвалда COFDM ташувчиларининг радиоканалдаги, хилма хил усулларда модуляциялангандаги холатда, рухсат этилган сигнал/шовқин нисбатиниг минимал қиймати ва фойдали ахборотларни узатувчи иккилик символлари тезлиги келтирилган.

6.3-жадвалда келтирилган қийматларни солиштириб, иккилик символларини узатиш тезлигига асосан ташувчиларни модуляция усуллари ва ҳимоя интервалларини танлаб, телевизион дастурларнининг сони ҳамда талаб қилинган сифатини таъминлаш мумкин.

 6.2-жадвал

DVB – T стандартидаги COFDM модуляциянинг асосий параметрлари

Модуляция режими	8к				2к
Ишчи интервал давомийлиги Тр, мкс	896				224
Ташувчи частоталар оралиғи ∆/Гц	1116				4464
Ташувчилар сони	6817				1705
Частота полосаси кенглиги, МГц	7,61				7,61
Ҳимоя интервалининг нисбий давомийлиги	1/4	1/8	1/16	1/32	1/4	1/8	1/16	1/32
Ҳимоя интервалининг давомийлиги ∆,мкс	224	112	56	28	56	28	14	7
∆+Тр символнинг давомийлиги, мкс	1120	1008	952	924	280	252	238	231
Узатгичларнинг бир частотали тармоқдаги максимал оралиғи (км) d=c∆, c – ёруғлик тезлиги	67,2	33,6	16,8	8,4	16,8	8,4	4,2	2,1

 

Сигнал/шовқин нисбатининг қийматлари стационар ва мобил антенналар қўлланилганда олинган,яъни мобил холатда автомобиль аннтеннасидан фойдаланилган.

6.3- жадвалда келтирилган сонларни солиштириб, тикланган тасвир сифатини турли қийматларини таъминловчи, MPEG-2 сиқиш стандартини қўллаб,      иккилик символларни узатиш тезлигини ҳисобга олиб, ҳимоя интервалларини ва ташувчиларни модуляциялаш усулларини танлаш мумкин. Бу танлашда талаб этилган тасвир сифатини ва узатилаётган телевизион программалар сонини таъминлашни хам ҳисобга олмоқ керак.

 

6.3- жадвал

Хилма хил модуляция холатларида маълумотлар узатиш тезлиги

Модулация тури	Коднинг нисбат тезлиги	Сигнал/шовқин,дБ		Фойдали тезлик, Мбит/с
		Стационар антенна	Мобил антенна	1/4	1/8	1/16		1/32
4-ФМн	1/2	3,6	5,4	4,98	5,53		5,85	6,03
4-ФМн	2/3	5,7	8,4	6,64	7,37		7,81	8,04
4-ФМн	3/4	6,8	10,7	7,46	8,29		8,78	9,05
4-ФМн	5/6	8,0	13,1	8,29	9,22		9,76	10,05
4-ФМн	7/8	8,7	16,3	8,71	9,68		10,25	10,56
16 КАМн	1/2	9,6	11,2	9,95	11,06		11,71	12,06
16 КАМн	2/3	11,6	14,2	13,27	14,75		15,61	16,09
16 КАМн	3/4	13,0	16,7	14,93	16,59		17,56	18,10
16 КАМн	5/6	14,4	19,3	16,59	18,43		19,52	20,11
16 КАМн	7/8	15,0	22,8	17,42	19,35		20,49	21,11
64 КАМн	1/2	14,7	16,0	14,93	16,59		17,56	18,10
64 КАМн	2/3	17,1	19,3	19,91	22,12		23,42	24,13
64 КАМн	3/4	18,6	21,7	22,39	24,88		26,35	27,14
64 КАМн	5/6	20,0	25,3	24,8	27,65		29,27	30,16
64 КАМн	7/8	21,0	27,9	26,13	29,03		30,74	31,67

 

Жадвалдан кўриниб турибдики, рақамли телевидениени қабул қилишда сигнал/шовқин нисбати етарлича паст бўлиши мумкин, аммо аналог телевидениеда сифатли тасвирни олиш учун сигнал /шовқин нисбати 50 дБ дан кам бўлмаслиги керак.

 Битта частотали катта тармоқ талаб этилмайдиган ва кўп нурли тўлқин тарқалишининг таъсири бўлмаган холатларда, юқори тезликда маълумотларни узатишни таъминлайдиган қатор мумкин бўлган ҳимоя интерваллари кўзда тутилган(фойдали интервалнинг давомийлигини 1/4, 1/8, 1/16 ва 1/32 қисмидан олинади).

Хатони аниқловчи ва тузатувчи ички коднинг тезлиги қуйида келтирилган катталикларнинг бири бўлиши мумкин: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. DVB-T тизимида модуляцияловчи сигнални позицияларини 4 дан 64 гача ўзгариш мумкинли ҳам кўзда тутилган.

Турли мамлакатларда телевидениега канал частоталарининг тақсимланиши хилма хил ва мисол учун улар 8,7 ёки 6 МГц бўлиб, бир частота кенглигидан иккинчисига ўтиши осон амалга оширилиши керак.

Бу шарт DVB-T тизимида, сигналларга ишлов беришни таъминловчи жараёнларни сақлаган холда фақат такт частоталарини ўзгартириш ҳисобига амалга оширилади.

Яна шуни қайта таъкидлаш лозимки, DVB тизимида маълум вақтда, барча ташувчи частоталарда узатилаётган ахборот символлари йиғиндиси COFDM символи дейилади ва улар кадрларга бирлаштириладилар.

Ҳар бир кадр 68 COFDM символидан иборат ва 4 та кадр суперкадрни ташкил этади ҳамда бу MPEG-2 нинг транспорт пакетига тенг бутун сондан.

Ҳар бир COFDM символида 8к ва 2к модуляцияси учун мос равишда 769 ва 193 таянч ташувчилари ажратилади, улар қолган бошқа ташувчилардан фарқи ўлароқ 2,5дБ қуввати каттароқ холда узатилади.

Таянч ташувчиларнинг маълум қисми частота ўқида доимий жойлашадилар, бошқа таянч ташувчиларининг ҳолати COFDM боғлиқ холда, бир символидан бошқасига ўзгариб турадилар. Таянч сигналлари модулятор ва демодуляторларнинг такт частоталарини синхронизацизацияси, кадрлар синхронизацияси, канал холати назорати ва бошқа мақсадлар учун ишлатиладилар. Бунда кадр демодулятор синхронизациясини таъминловчи барча сигналларни ўз ичига олади. Шу сабаб қабул қилишнинг ушланиб қолиш вақт давомийлиги, мисол учун бир каналдан бошқа каналга ўтказилганда, битта кадр давом этиш вақтидан ошмайди.

 

DVB-T тизимининг узатиш қисмида сигналларга ишлов бериш

 

Турли ишлаб чиқарувчилар қурилмаларининг ишлашларини мослаштириш учун рақамли модуляцияланган радиосигналлар параметрларинининг стандартлари белгиланади. Рақамли ер усти телеэшиттириш тизимларининг узатиш қисмидаги сигнал ва маълумотларга ишлов бериш ташкилий чизмаси 6.1-расмда келтирилган.

DVB-T нинг фарқли хусусияти шундан иборатки, унда MPEG-2 маълумотлар траспорт пакетларини узатиш учун канални кодлаш тизими ва OFDM модуляциялаш усулини биргаликда уйғунлашган холда қўлланишидир.

Узатилаётган маълумот (тасвир сигналлари, овоз сигнали, графика ва бошқа хизмат маълумотлари) MPEG-2 MPEG-4 кодер стандартларида сиқиштирилади ва (ҳар бир кўриниш алоҳида) кодланади. Сўнгра мультиплексирлаш усули билан дастур оқими яратилади ва унга видеосигнал, овоз сигналлари ҳамда зарур ҳолатларда графика ахборотлари киритилади.

Кейин бир неча дастурлар оқимини бирлаштириш MPEG-2 нинг транспорт оқимини шакллантиради ва бу оқим ўз навбатида яна иккита ташкил этувчи транспорт оқимларига ажралади. Булардан биринчисига ишлов бериш халақитбардошликни оширади, иккинчиси эса – узатиш тезлигини оширишга хизмат қилади. Кодернинг чиқишида улар яна бирлаштириладилар. Олинган транспорт оқими пакетлари ҳар бир 188 байтли пакетларга ажратилади. Биринчи байт синхронизациялаш пакетидир ва иккиликдаги қиймати ҳар доим 01000111 ёки ўн олти разрдликдаги 47 га тенг. Пакетларни танишни соддалаштириш учун улар саккизта пакетдан иборат гуруҳларга бўлинадилар. Ҳар бир гуруҳнинг биринчи пакети синхронизацияловчи байти инвертирланган(тескарисига айлантирилган), яъни – 10 111 000 (В8Н).

 

 

6.1-расм. DVB-T тизимининг узатувчи қисмининг ташкилий чизмаси.

 

Бундан сўнг ахборотга ишлов бериш ОFDM (ортогонал частота мультиплексори) канали кодерида амалга оширилади. Сигнал аввал рандомизация боғламасидан ўтади ва у ерда квазитасодифий сигналга айлантирилади. Бунинг учун иккита иккилик, махсус генератор орқали ишлаб чиқарилган квазитасодифий рақамли сигнал,дастурий кетма кетлик асосида, модуль 2 бўйича қўшилади.

Бундай операция бирлик ва ноллик символлар кетма –кетлигини йўқотади ва сигнал спектрини текисланишини таъминлайди.

Рандомизацияга MPEG-2 транспорт пакетлари кетма кетлигини таъминловчи рақамли оқимларни мослаштириш оперцияси мос келади (6.2-расм). Давомийлиги 188 байтдан иборат пакетлар 8 та гуруҳ пакетларига бирлаштириладилар. Биринчи пакет гуруҳининг синхробайти инвертирланади ва 101110002= В816ни ҳосил қилинади.

Рандомизация модуль 2 бўйича қўшиш орқали амалга оширилади, яъни рақамли маълумотлар оқимидаги “ЁКИни йўқотувчилар”(ХОR) логик операциялари ва иккилик псевдотасодифий кетма кетликлари PRBS (Pzesudo Random Binary Sequcnce) қўшилади.

PRBS кетма-кетлик генератори 15 разряди регистрлар силжиши базасида қурилган ва тескари алоқа занжири билан боғланган (6.3-расм). Шакллантирилаётган кетма – кетликни тасодифийга ўхшашлиги ва қабул қилгичда узатилаётган маълумотни тиклаш учун ҳар бир 8-чи пакетнинг бошида PRBS генератори инициализация(қўшимча код билан текширилади) қилинади, шу мақсадда уни 100101010000000 сони билан юкланади. Инициализациядан сўнг псевдотасодифий кетма - кетликнинг PRBS биринчи бити, транспорт оқимининг дастлабки байтининг биринчи бити билан қўшилади.Транспорт оқимининг биринчи бити тескарисига айлантирилган синхронизация байтидан кейин келади.Транспорт пакетининг синхронизация байтлари радомизацияланмайдилар.Чунки PRBS генератори тузилиш схемасини мураккаблаштирмаслик учун, барча саккизта пакетлар давом этиш вақтида хам тўхтатилмайди. Аммо синхробайт интерваллари орасида псевдотасодифий кетма кетлик билан қўшилиш амалга оширилмайди, яъни қўшилиш учун рухсат этиш сигналларидан фойдаланилади ва синхро байтлар рандомизация қилинмайдилар. Шундай қилиб псевдотасодифий кетма-кетликнинг давомийлиги 1503 байтга тенг бўлади (187+188х7=1503)

 

6.2-расм. MPEG-2 нинг транспорт пакетларининг мослашуви.

 

 

 

6.3-расм.Маълумотларни рандомизатори

 

Узатилган маълумоти қабул қилиш томонида тиклаш ҳам худди шундай PRBS генератори ёрдамида бажарилади ва у мослаштирилган транспорт оқимининг ҳар бир 8 пакетидан ташкил топган гуруҳ бошида инициализация қилинади (гуруҳнинг бошланишини тескарисига айлантирилган пакет синхробайти кўрсатади).

6.4-расм. Ташқи Рид – Соломон RS(204,188) хотира коди билан маълумотларни хатолардан ҳимоялаш пакети ҳосил қилиш.

 

Ташқи кодлаш ва оралатиш. Ташқи кодлаш тизимида ҳамма 188 байт транспорт пакетини ҳимоялаш (синхробайтни ҳам қўшган холда) учун Рид-Соломон коди ишлатилади. Кодлаш жараёнида бу 188 байтга 16 та текширувчи байтлар ҳам (6.4-расм). қўшилади. Бу қабул тарафида декодлаш жараёнида, ҳар бир код сўзининг давомийлиги 204 байт бўлган холатда 8 хато байтларни тўғирлаш имконини беради.

Ташқи оралатиш. Хатоликлардан ҳимояланган пакетларда байтлар кетма кетлигининг тартибини ўзартириш йўли билан амалга оширилади.

Оралатиш алоқа каналидаги шовқин ва ҳалақитлар натижасида ҳосил бўлиши мумкин бўлган узун пакетли хатоликларни йўқотади. Бунга сабаб, маълумотларни тескари оралатишдан сўнг халақитлар таъсирида бузилган қўшни пакетлар қабул қилгичда ҳар хил код сўзлари ораларига тарқатилади. Шунинг учун ҳар бир код сўзи ичига пакет хатоликларининг кичик қисмигина тушади ва уни аниқлаш тизими осонгина топади ҳамда Рид –Соломон декодери хатоликни тўғирлайди.

DVB-T стандартида ҳалақитларлардан ҳимояланган 204 байтли блоклар ташқи оралатиш блокида 12та кетма-кет бўлакларга бўлинади.

6.5- расмда ташқи оралатгич ва деоралатгичнинг (қайта тиклагичнинг) тузилмавий схемаси келтирилган ва у 12та силжитиш регистрлари ҳамда коммутаторлар жуфтлигидан ташкил топган. Коммутаторлар жуфтлиги синхрон равишда, байтлар кетма –кетлиги частотаси бўйича, регистрларни кириш ва чиқиш оқимларига улайди.Силжитиш регистри 17 байт хотира сиғимига эга ва ҳар бир кейинги регистр аввалгисига нисбатан N=17 байт кўп маълумотни сақлайди.Оралатиш тармоқларидаги кечиктириш шундай танланганки, унда 12 уланишли коммутаторнинг барча холатларида, оралатгич ва деоралатгичнинг умумий кечикиши 12х17=204 байтга тенг бўлади. Бу маълумотлар пакетини Рид-Соломон кодерида кодлаштирилгандан кейинги ўзгартирилган код сўзи узунлиги билан мос тушишини таъминлайди.

Тўғри оралатиш бажарилганда ноль тармоқнинг биринчи регистри синхробайтни тўғридан –тўғри (кечиктирмасдан) узатилишини таъминлайди.Сўнгра кейинги навбатдаги байт келиши билан коммутаторлар даврий равишда кейинги регистрга уланадилар ҳамда 12-регистрдан сўнг дастлабки холатга,яъни нолинчи регистрга қайтади ва шу тариқа жараён қайта такрорланади. Қабул томонида,яъни деоралатишда барча операциялар тескари тартибда амалга оширилади (6.5-расм).

Шундай қилиб, чиқиш кетма-кетлигида ҳар бир блокнинг 17байти мавжуд бўлади. Масалан: 12 блокка ишлов беришдан кейинги 204 символдан ташкил топган чиқиш кетма-кетлиги қуйидаги кўринишга эга бўлади:

112	211	310	49	58	67	76	85	94	103	112	121
1312	1411	1510	169	178	187	196	205	214	223	232	241
2512	2611	2710	289	298	307	316	325	334	343	352	361
3712	3811	3910	409	418	427	436	445	454	463	472	481
4912	5011	5110	529	538	547	556	565	574	583	592	601
6112	6211	6310	649	658	667	676	685	694	703	712	721
7312	7411	7510	769	778	787	796	805	814	823	832	841
8512	8611	8710	889	898	907	916	925	934	943	952	961
9712	9811	9910	1009	1018	1027	1036	1045	1054	1063	1072	1081
10912	11011	11110	1129	1138	1147	1156	1165	1174	1183	1192	1201
12112	12211	12310	1249	1258	1267	1276	1285	1294	1303	1312	1321
13312	13411	13510	1369	1378	1387	1396	1405	1414	1423	1432	1441
14512	14611	14710	1489	1498	1507	1516	1525	1534	1543	1552	1561
15712	15811	15910	1609	1618	1627	1636	1645	1654	1663	1672	1681
16912	17011	17110	1729	1738	1747	1756	1765	1774	1783	1792	1801
18112	18211	18310	1849	1858	1867	1876	1885	1894	1903	1912	1921
19312	19411	19510	1969	1978	1987	1996	2005	2014	2023	2032	2041

 

бу ерда, пастки индекс блокка мос келишини кўрсатади.

Оралатиш блокларда (тўғри та тескари холатларда) синхробайтлар ўз ўрниларида қоладилар.

 

 

6.5-расм. Маълумотларни ташқи оралатиш

 

Ички кодлаш Байтларни оралатишдан кейинги канал кодерининг функционал блоки ички йиғувчи кодер ҳисобланади ва у бешта тезликка мўлжалланган: 1/2, 2/3, 3/4,5/6,ва 7/8.

 DVB-T эшиттириш тизимида ички кодлаш блок бўйича кодлашга асосланган.

Блокли кодланишда ахборот оқими символлари аниқ давомийлик вақтига эга блокларга бўлинадилар ва кодланиш жараёнида уларга маълум сон текшириш символлари хам қўшиладилар, ҳамда хар бир блок мустақил алоҳида кодланадилар.

Йиғувчи кодланишда ҳам маълумотлар оқими блокларга бўлинади, аммо уларнинг давомийлик вақти анча қисқа бўлиб, улар “информацион кадрлар символлари” деб аталадилар.Одатда кадр бир неча битдан иборат бўлади холос.

Ҳар бир информацион кадрга текширувчи символлар қўшиладилар, натижада код сўзи кадри ҳосил бўлади, лекин ҳар бир кадрни кодлаш аввалги информацион кадрларни ҳисобга олган холда бажарилади. Бу мақсад учун кодерда ҳар доим бир нечта информацион символли кадрлар сақланади. Улар навбатдаги кадр сўзни кодлаш учун керак бўладилар (йиғувчи кодланиш жараёнида ишлатиладиган информацион символлар сони кўпинча”код чекланиш давомийлиги” ҳам дейилади). Кадр код сўзини шакллантириш кейинги кадр информацион символларини киритиш билан амалга оширилади. Шудай қилиб кодлаш жараёнида кадрларнинг ўзаро кетма кет боғланиши таъминланади.

Юқорида айтилганидек, ички код тезлиги ёки битта код кадрида, информацион ички кадрдаги символлар сонининг умумий символларга нисбати алоқа каналлари орқали маълумотлар узатиш шартлари ва маълумотлар узатиш тезлигига қўйилган талаблар асосида ўзгариши мумкин. Код тезлиги қанчалик юқори бўлса, унинг ортиқчалиги шунчалик кам ва алоқа каналида хатоликни тўғирлаш қобилияти ҳам паст бўлади.

DVB-T тизимида ўзгарувчан тезликдаги ички кодлашни база кодлаш тезлиги 1/2 бўлган холатни қўллаш йўли билан бажарилади. Базавий кодернинг асосини иккита рақамли фильтрлар ташкил этадилар. Уларнинг чиқиш сигналлари Х ва Yлар модуль 2 бўйича сигналларини қўшиш йўли билан шакллантириладилар. Қўшувчиларга кечикишни таъминловчи силжитиш регистрларининг, яъни олтита триггернинг чиқишларидан сигналлар келиб тушадилар (6.6-расм.).

Кириш маълумотлари кетма – кет силжитиш регистрига киритилади ва фильтрлар чиқиш сигналларини кема кетлиги ўзгартирилгандан сўнг рақамли оқим ҳосил қилинади. Оқимда битлар кетма – кетлиги киришга нисбатан икки баробар кўп бўлади (бундай коднинг тезлиги 1/2_, шунинг учун ҳар бир кириш битига 2 та чиқиш бити тўғри келади).

Катта тезликда кодлаш режимларида яратилаётган (генерация қилинаётган) Х ва Y сигналларнинг маълум қисмигина узатиладилар (узатилаётган сигналлар ва уларнинг тартиби 6.6 в -расмда келтирилган).

Мисол учун, иккита кириш бити тезлиги 2/3 бўлганда учта чиқиш бити кетма –кетлига айлантирилади (Х1, Y1, Y2) ва Х2 ўчирилади, чунки Х:10,Y:11(6.6,в-расм). Ички код максимал тезлика эга бўлганда, яъни 7/8 га тенг бўлганда 7 та кириш битларига 8 та чиқиш битлари (X1, Y1, Y2 Y3, Y4, X5, Y6, Y7) тўғри келадилар, чунки Х:1000101, Y:1111010.

 

6.6-расм. Ички кодлаш (а- тезлиги r = ¹/₂ бўлган йиғиш коди,, б-ўчириш билан кодлаш, в – кодлаш жадвали)

 

Ички оралатиш ва модуляцияланган символларни шакллантириш DVB-T тизимида ташувчи тебранишларни модуляциялаш билан ўзаро кучли боғлиқ. Ички оралатиш маълумотларга ишлов бериш трактининг, иккита параллел кодлаш кичик системаларидан кейинги, умумий киришида жойлашган (6.1-расм). Ички оралатиш битлар оралатгичидан ва ундан кейин келувчи символлар оралатгичидан ташкил топади.Ички оралатишнинг тузилиши танланган иерархик режим ва модуляция схемасига боғлиқ ҳамда хилма хил ташувчи тебранишларни модуляцияловчи маълумотларни аралаштиришни аниқлаштиради. Бу жуда мураккаб жараён бўлиб, айни вақтда OFDM модуляция DVB-T тизимининг асосий принципини ташкил этади. Унинг биринчи босқичи кириш маълумотлар оқимини демультиплексирлашдир.Оралатишдан сўнг модуляцион символларни шакллантириш амалга оширилади.

Демультиплексирлаш. Рақамли телевидениеда айрим ташувчилар квадратура фаза манипуляцияси орқали модуляция қилинишлари (QPSR -Quaternary Phase Shift Keying) ёки квадратурали амплитуда модуляцияси (QAM-Quadrature Amplitude Modulation) орқали шаклланишлари мумкин.Бундай модуляция усулларида ташувчини модуляцияловчи сигналлар кўп сатҳли бўладилар ва кўп позицияли символлар кетма-кетлигини билан ифодаланидилар ва улар “модуляцияланувчилар” деб аталадилар.

QPSK усулида модуляцияловчи сигнали тўртта позициали символлар кетма кетлигидан иборат, улар алфавитдаги тўртта икки разрядли иккиламчи сўзлардан (00,01, 10, 11)ташкил топади ва улар модулланган тебранишлар фазасини аниқлайди. Бундай символлар кириш кетма-кетлиги битлар оқимини ажратиш ёки демультиплексирлашда иккита субоқимга ажратиш керак. Бунда ҳар бир субоқимда такт частотаси киришдагига нисбатан икки марта кичик бўлади. (6.7,а-расм). 16 позицияли квадратуравий амплитудали модуляция (16 QAM) учун модуляцияланган тебранишлар фаза ва амплитудасини аниқлаштирувчи, тўрт разрядли иккиламчи сўз кўринишдаги модуляцияловчи символларни шакллантириш лозим. Бу холатда кириш оқими(16 QAM холатида кириш оқими)тўртта субоқимга демультиплекцияланади (6.7, б-расм).

Шунга асосан, агар 64- QAM модулация қўлланилса, модуляцияловчи символлар олти разрядли сўзлар кўринишида бўладилар ва кириш оқими демультиплексирлашда олтита субоқимга бўлинади.

Шундай қилиб, маълумотлар кириш оқими демультиплексирланган V субоқимларга (QPSK учун V=2, 16- QAM учун V=4, 64-QAM учун V=6) ўтказилади. Битлар оқими х_о, х_1, х_2, х_3,....эса V разрядли сўзлар кетма кетлигига айлантириладилар (6.7-расм). QPSK қўлланилганда кетма кет келаётган иккита битлар(х_о ва х₁₎ параллел шаклдаги, икки разрядли в_о,о ва в_1,о битлардан таркиб топган, код символларига айлантириладилар. Кейинги битлар (х₂ ва х₃₎ ўз навбатида в_о,1 ва в_1,1 сўзларга (символларга) ўзгартириладилар ва ҳ.к.

 

 

6.7-расм. Ички оралатиш ва модуляцион символларни шакллантириш

(a-QPSK; б-16-QAM)

 

16-QAM модуляция қўлланилганида эса, қўйидаги кўринишдаги кириш кетма кетлик оқими битлари ўзгартирилиши бажарилади, яъни улар параллел шаклдаги 4 сўзларга (символларга) ўтказилади ёки х_о - в_о,о, х₁ – в_2,о, х₂- в_1,о х₃ - в_3,о ва ҳ,к.

Худди шундай 64-QAM қўлланилганда, 6 та разрядли параллел код ишлатилади ва бу эса алоқа канали орқали узатиладиган маълумотлар тезлигини 6 марта камайтириш имконини беради.

Битларни оралатиш субоқимнинг 126 битлар кетма кетлиги доирасида амалга ошириладиган блокли жараён (6.7-расм).Ҳар бир оралатгич блоклар ичида битларни ўрнини алмаштиради:

 Bi= (bi,0, bi,1, bi,2,……bi,125),

яъни 126 битларни алмаштириб, оралатиш блоки шакллантирилади:

 Ai=(ai,0, ai,1, ai,2,…….ai,125).

Битлар оралатилишида,субоқимда максимал бўлган, фақат фойдали маълумотларга ишлов берилади (QPSKда 2та, 16- QAMда 4та,, 64-QAMда 6та) Бунда ҳар бир модуляция турига оралатишлар ўз қоидалари асосида ижро этиладилар.Битларни ўрнини алмаштириш (w= 0,1,……,125) қонунига асосан чиқиш массивининг битлар индекси ҳисобланадилар ва ҳар бир субоқимнинг оралатгичи учун қуйидаги кўринишга эга бўлади:

 I₀: H_O (w) = w;

 I₁: H₁(w) = (w+63) mod 126;

 I_2: H₂(w) = (w+105) mod 126;

 I_3: H₃(w) = (w+42) mod 126;

 I_4: H₄(w) = (w+21) mod 126;

 I₅: H₅(w) = (w+84) mod 126;

бу ерда mod 126 берилган бутун сонли операция 126 модули бўйича бажарилаётганлигини билдиради.

Шундай қилиб, I₀: H_O (w) = w субоқим учун ўрин алмаштириш мавжуд эмас, 5-нчи субоқим оралатгичи учун I₄ ўрин алмаштириши I_4: H₄(w) = (w+21) mod 126 функцияси асосида амалга оширилади.Мисол учун, бешинчи оралатгичда (I₄) Ф блокнинг 120-нчи бити В блокнинг қуйидаги позициясидан олинади:

 

 H₄(w) = (w+21) mod 126= (120+21)mod126=141-126=15.

 

Битта оралатгични амалга ошириш учун 126 бит ҳажмдаги учта хотира худуди керак бўлади.Бунда биринчи худудда навбатдаги блок В шакллантирилади, ва икинчи худудда эса аввалги В блокдан А блок шакллантирилади ҳамда у ўз навбатида учинчи худуда жойлашилтирилган бўлади. Шундай қилиб, барча бит оралатгичларини татбиқ этиш учун талаб этиладиган, умумий хотира ҳажми 6х26х3=2268 (тахминан 284 байт).

OFDM маълумотларини рақамли символга айлантириш

учун оралатиш қурилмалари чиқишлари шундай бирлаштириладиларки, унда v битлардан ташкил топган ҳар бир бит (y’_w сўзи, бу ерда w=0,1,2,....125) ҳар бир қурилманинг чиқишидаги битта битни ўз ичига олади ва I₀ чиқишида катта битни беради, яъни:

y’_w =(а_{0, w}, а_{1, w}...,а _{v-1, w}).

Символ оралатгич блок ичида маълум қонун асосида сўзларнинг ўрнини алмаштиради:

Y’=(y’₀, y’₁, y’₂,… y’_Nmax-1),

 

Бунда 2к режимида битларни оралатиш жараёни 12 марта такрорланади, натижада маълумотларнинг рақамли символларининг 1512 (12х126 = 1512) тасидан ташкил топган пакет ҳосил бўлади ҳам у OFDM символи дейилади.

126 сўздан иборат 12 гуруҳ 1512 рақамли символдан ташкил топган Y’= (y’₀, y’₁, y’₂,… y’₁₅₁₁) векторни шакллантиради ва улар битта OFDM символи интервалида, 1512 та ташувчи тебранишларни модуляция қилишда ишлатиладилар. Бунда OFDM символи давомийлиги TS билан белгиланади.

8к режимида эса битларни оралатиш жараёни 48 марта такрорланади ва 6048 та (126х48 =6048) маълумотларнинг рақамли символларини беради ва улар 6048 ташувчиларни модуляция қилишда ишлатилади.

Бу эса Y’= (y’₀, y’₁, y’₂,… y’₆₀₄₇) векторни беради.

Модуляцион символларни шакллантириш. Маълумотлар рақамли символи у (у’ каби) v битлардан иборат:

y_q’=(у_o,q’, у_1,q’.... у_v-1,q’),

 бу ерда q’-символ оралатиш қурилмаси чиқишидаги символ номери.

Қўлланилаётган ташувчиларнинг модуляциясига қараб, y катталиклар модулацияланган сигналларни шакллантиришда фойдаланилади.

Модуляциялаш символлари z комплекс сонлар бўлиб, уларнинг ҳақиқий ва мавҳум қисмлари битлар y_u,q’ орқали ифодаланидилар. Модуляцион символлар ва y_u,q’ битлар мослиги яна бир марта 6.8-расмда намойиш этилган (QPSR ва бир турли 16-QAM модуляция). Ифодалаш Грей коди орқали амалга оширилади, шунинг учун қўшни горизонтал ва вертикал символлар фақат битта (кўпинча учрайдиган холат) битга фарқ қиладилар. Демак, демодуляция қилишда халақитлар ёки хатолик туфайли қўшни символ қабул қилинса, бу фақат битта символнинг хатолигига олиб келади. Оддий иккилик кодида бундай хатоликлар, демодуляция вақтида бир неча битлардаги хатоликларга олиб келиши мумкин эди.

DVB-T тизимида модуляцион символлар комплекс сонлардир. Мисол учун: QPSK ишлатилганда у_{o,q`</sub> =0 ва у<sub>1,q`} =0 бўлса, уларга z=1+j комплекс сон мос келади (6.8 –расмнинг чап томондаги диаграммаси ўнг юқори нуқтаси). Модуляцион символ комплекс сон қийматларининг ҳақиқий ва мавҳум қисмлари аниқ реал мазмунга эга ҳамда модуляцион тебранишларнинг квадратура Q, синфазали амплитуда I қийматлари 1 га тенг. Бу шуни билдирадики, модуляция жараёнида косинусоидал (синфаза) ва синусоидал (квадратура) ташкил этувчилар бир хил бирлик амплитудалар билан қўшиладилар. 6.8 –расмнинг чап томондаги диаграммаси ўнг пастки нуқтаси у_{o,q`</sub> =0 ва у<sub>1,q`} =-1. Унга z= 1- j комплекс модуляцион символ мос келади. Бу икки ташкил этувчиларнинг амплитудаларининг 1га тенг эканлигини кўрсатади, аммо синфаза ташкил этувчининг фазаси қарама қарши қийматга ўзгаришини билдиради, яъни 180 градусга силжишига мос келади.

Бунда бирлик амплитудали косинусоидал ва синусоидал функциялар йиғиндиси амплитудаси  (илдиз оси иккига) тенг гармоник косинусоидал тебранишни беради.Унинг бошланғич фазаси 45 градусга тенг (бу 6.8,а –расм келтирилган ўнг томон юқори нуқта координатаси векторига мос келади).

Ўнг томон паст нуқтасига фазаси минус 45 градусга тенг тебраниш вектори мос келади.

Шундай қилиб, ўнг томон юқори нуқтадан ўнг томон пастки нуқтага ўтилганда модуляцияланган тебранишлар амплитудаси ўзгармас қийматга эга ва фақат фазаси 90 градусга ўзгаради ҳамда бу QPSK модуляцияси (квадратура фаза манипуляцияси) усулининг мазмуни тушунтиради.

Квадратура амплитуда модуляциясида олинган модуляция тебранишларининг ҳам амплитудаси ҳам бошланғич фазаси ўзгарадилар.

Бир турдаги 16-QAM квадратура амплитуда модуляцияси қўлланганда битлар комбинацияси у_{0,q`</sub>=0, у<sub>1,q`=}0, у_{2,q`</sub>=1, у<sub>3q`}=0 бўлиб, диаграмамнинг 0010 нуқтасига мос келади ва комплекс модуляция символи z=1+3j (синфаза косинусоидал ташкил этувчи амплитудаси 1га тенг, квадратуравий синусоидал ташкил этувчи 3га тенг). Бу дегани модуляциялаш жараёнида тебранишларнинг амплитудаси √10(илдиз ости ўнга) ва бошланғич фазаси 60 градусга тенглигини билдиради.

Диаграмманинг 0111 нуқтаси учун у_{0,q`</sub>=O, у<sub>1,q`}=1, у_{2,q`</sub>=1 у<sub>3,q`}=1 битлар комбинациясини ифода этади ва комплекс модуляцияланган символни z= 1- j белгилайди, ҳамда модуляциялаш жараёнида тебранишларнинг амплитудаси  (илдиз ости иккига) ва бошланғич фазаси –минус 45 градус эканлигини кўрсатади.

 

6.8-расм. QPSK ва 16- QAM модуляциялари (z комплекс модуляцион символга мос у_{u, q`} битларни белгилайди)

 

Модуляциялаш жараёнида модуляцион символлар z қўлланилмайдилар, балки уларнинг нормаллаштирилган тахмини “с” ишлатилади.

Нормаллаштиришнинг асосий мақсади шунга йўналтирилганки, унда турли хил модуляция усулларида тебранишларнинг ўртача қуввати бир хил бўлиши таъминланади.

QPSK қўлланилгандаги нормаллаштирилган комплекс модуляцион символ с=z/ бир турдаги 16- QAM модуляциясида эса с=z/ бўлса, турли турдаги 64-QAM модуляция учун (параметри 4 тенг холатда) с=z/ бўлади.

Махсус процессорлар ёрдамида OFDM модуляторини мураккаб қурилмасини амалиётга татбиқ қилиш қийин вазифа ҳисобланади. OFDM тизимининг афзаллиги ташувчиларнинг жуда кўп миқдорда ишлатилишидир (масалан, бир неча минг ташувчилар), лекин бундай холда тўғридан тўғри OFDM сигналларини шакллантириш учун узатгичда минглаб генераторлар ва модуляторларни ҳамда қабул қилгичларда худди шундай миқдорда детекторларни қўллаш талаб қилинар ва уни амалга ошириш эса мушкул вазифа эди. Шунинг учун Фурьенинг тезкор тўғри ва тескари дискрет ўзгартиришлари асосида, жуда кўп ташувчиларни модуляциялаш ва демодуляциялаш алгоритмларининг махсус усуллари ишлаб чиқилган. Бунинг учун Фурьенинг юқори тезликда тўғри ва тескари ўзгартиришларини таъминловчи процессорлар яратилиб, катта интеграл схемалар кўринишида шакллантирилган. OFDM сигналларини шакллантиришнинг математик қурилмасига батафсил берилмаган холда, OFDM радиосигналларининг шакллантиришнинг тузилмавий схемасида 6.9- расмда келтирамиз.

Келтирилган схемадан кўриниб турибдики, OFDM рақамли шаклда тезкор Фурье тескари ўзгартирилиши асосида бажарилади ва ундан сўнг РАЎорқали модуляцион комплекс символларнинг мавҳум ва ҳақиқий қийматлари ўзгартириладилар. Ўзгартиришлар натижасида икки сатҳли (квазианалог сигнал) шакллантириладилар ва улар паст частотали фильтрлардан ўтиб, квадратуравий модуляторга тушадилар.

Модуляторда синфазали I ва квадратуравий Q тебранишлар, 47-480 МГц диапазондаги телевизион каналнинг танланган ташувчи частотасининг квадратуравий сигналига кўпайтириладилар.

Бунда косинусоидал тебраниш F₀ генератордан тўғридан-тўғри келиб тушади ва синусоидал тебранишлар эса сигнални 90 градусга силжитадиган фаза айлантиргич орқали келиб тушади. Сўнгра квадратуравий ташкил этувчилар йиғувчида (сумматорда) қўшиладилар ва қувват кучайтиргичлари орқали антеннага узатиладилар.

 

6.9-расм. OFDM радиосигналларининг яратилиши

                                                                                                                                

 

 DVBT тизимининг қабул қилиш қисмида сигналларга ишлов бериш

 

Қабул қилиш қурилмасида сигналларга ишлов бериш жараёни DVB-Т стандарти билан регламентланмаган ва очиқ қолган. Бу холат телевизор ишлаб чиқарувчилар орасидаги рақобатни кучайтиради ва юқори сифатли, айни вақтда арзон қурилмаларни яратишдаги интилишларни қуллаб-қувватлайди. DVB-T стандартига мувофиқ кодланган ва узатилаётган дастлабки аудио-видео ахборотларини тиклаш учун, декодлашда унинг барча сигналларини тескари ўзгартиришларини амалга ошириш зарур. Шунинг учун DVB-T тизимининг қабул қилиш қурилмасининг тузилмавий схемасининг намунавий варианти 6.10- расмда келтирилган.

Тюнер ёрдамида керакли частота канали ажратилади ва сигнал оралиқ частотага ўтказилади. Сўнгра оралиқ частотали сигнал кучайтиришни автоматик бошқарувчи (КАБ) қурилма ёрдамида бошқариладиган кучайтиргичдан ўтиб, AРЎ блокида рақамли шаклга ўзгартирилади. Бундан кейин квадратуравий демолдуляция бажарилади.

Натижада COFDM сигналининг хақиқий ва мавҳум қисмларига мос келувчи, квадратуравий ташкил этувчиларига ажратиладилар. Ундан сўнг олинган квадратуравий ташкил этувчилари учун Фурьенинг тўғри дискрет ўзгартиришлари амалга оширилади ва унинг натижасида COFDMнинг тўлиқ демодуляцияси бажарилади ҳамда COFDMнинг узатиладиган символлари шакллантирилади. Бунда ФТЎ блокидан олинган маълумотлар КАБ учун фойдаланилади ва синхронизация блокига тушади. Синхронизация блоки АРЎ учун ташувчи сигнал частотаси ва такт импульсларини тиклайди. Ундан ташқари канал характеристикаларини баҳолаш блокида қабул қилинган ташувчи сигналлар тахлил қилинади. Тахлил натижаларига кўра алоқа каналининг ўтказувчанлик функцияси баҳоланади ва каналларнинг тузатишлари (коррекцияси) амалга оширилади. Коррекция қилишда ҳар бир ташувчининг сигнали ушбу ташувчи учун аниқланган каналнинг ўтказувчанлик функциясига тескари қийматига кўпайтирилади.

Сўнгра ички тескари оралатиш блокида битларни символлар бўйича тескари жойлаштириш амалга оширилади. Натижада битлар кетма кетлиги олинади ва улар ички декодерлаш блокига келиб тушадилар ҳамда у ерда кодларни йиғиш декодерида хатолар тўғирланадилар (коррекция қилинадилар). Кейин MPEG-2 транспорт оқимининг тузилмавий маълумотларини тиклаш учун байтлар ташқи тескари ва Рид-Соломон декодерида хатоларининг коррекцияси амалга оширилади. Натижада транспорт пакетларининг давомийлиги (188 байтдан иборат) ва байтларнинг пакетларда келишининг кетма-кет келиш тартиби тикланадилар.

 

6.10- расм. DVB-T қабул қилгичда сигналлар ва маълумотларнинг ўзгартирилиши.

 

Сўнгра маълумотлар оқими маълумотларни дерондомизация қилиш учун дескремблерга келиб тушади ва дастлабки рақамли оқимнинг тузилиши тикланади. Рандомизация қўлланишида тикланиш сигнални псевдотасодифий кетма кетлик билан модуль 2 бўйича қайта қўшиш орқали амалга оширилади. Шундан сўнг тикланган MPEG-2/ MPEG-4 транспорт оқими демультиплексорга келиб тушади ва бу ерда танланган дастурига асосан транспорт оқимидан пакетлар ажратиб олинади ҳамда видео, овозли ташкил этувчи ва маълумотларнинг элементар оқимлари шакллантирилади. Дескремблер ва демультиплексор бошқарувини контроллер амалга оширади. Демультиплексор транспорт оқимидан дастур жадвалли пакетларни танлаб олади ва уларни контроллерга узатади. Контроллер транспорт оқимидаги дастур маълумотларини экранда акс этишини таъминлайди. Фойдаланучи буйруғига кўра дастурлардан бири танланади ва ушбу дастурга тегишли РID хақидаги маълумотлар, келгусида шу пакетларни танлаш учун демультиплексорга узатилади. Танланган дастурга қўшимча маълумотлар (суб титрлар ва ҳакозолар) демультиплексордан контроллерга келиб тушади ва контроллер уларни қўшимча ахборотларни намойиш қилиш блокига узатади.

Контроллер, шунингдек, фойдаланувчининг маблағи тўлаган пуллик дастурларга киришини таъминловчи воситаларни ўз ичига олувчи шартли кириш тизими (ШКТ) билан боғлиқ. Дастурларни дескремблерлашга оид маълумотлар транспорт оқими тегишли пакетларида узатилади. Бепул дастурларни ва умумий фойдаланиш маълумотларга эга пакетларни дескремблерлаш учун қўшимча маълумотлар талаб этилмайди.

Шундай қилиб, рақамли телевидение қабул қилгичида дастурни танлаш иккита этапда амалга оширилади. Аввал бир нечта дастурлардан иборат транспорт оқими узаталаётган телевидение эшиттириш канал танланади. Сўнгра худди шу транспорт оқимдаги дастурлардан бири танланади.

Видео ва овознинг элементлар оқимлари демультиплексордан MPEG-2нинг тегишли декодерларига келиб тушадилар. Видеодекодер чиқишларида 601- тавсияга мос рақамли шаклда ёруғлик ва рангфарқ сигналлар шаклланадилар. Бу сигналлар кейинчалик рақамли шаклда ёки РАҚ орқали телевизорнинг қуйи частотали киришларига узатиладилар.

Аудиодекодер чиқишларида аналог шаклдаги овоз шакллантирилади ва овозни эшиттириш блокларига тушади.

 

DVB-C рақамли кабель телевидение стандарти

 

 Кабел алоқа линиялари экранлаштирилган йўналтирувчи тизимлардан иборат бўлгани учун, улар орқали узатилган сигналлар атмосфера ва индустрия халақитлар таъсиридан ҳимоя қилинган. Ундан ташқари тизимда актив оралиқ кучайтиргичлардан фойдаланиш ҳисобига уларда сигнал/шовқин (30 дБдан кам эмас) нисбатининг етарлича юқори қийматларининг таъминланиши имконияти мавжуд. Шунинг учун халақитбардошлиликни таъминлаш нуқтаи назаридан, кабель телевизион тизими ер усти телеэшиттириш тизимларига нисбатан енгил шароитларда ишлайди. Шу сабаб оддий холатда рақамли кабель телевидениесида йиғиш коди ёрдамидаги ички кодлаш ишлатилмайди. Кабель телевизион эшиттиришнинг асосий мақсади мавжуд кабель тармоқларининг частота диапазони орқали телевизион дастурларнинг максимал сонини узатишни таъминлашдир.

Шу мақсадда, DVB-C стандартига мувофиқ кабелли тармоқларда OFDM ўрнига кўп позиционли квадратура амплитудали манипулятция (КАМн) ишлатилади ва унинг принциплари 5.4 бобда баён этилган. Ҳозирги вақтда 16-, 32-, 64 ва 256-позицияли КАМн лар қўлланилмоқда. Иккилик символлар узатиш тезлигининг КАМн позицияларидан боғлиқлиги 6.4-жадвалда келтирилган. Жадвалдан кўриниб турибдики, иккилик символларни тўла узатиш тезлиги (3-устунча) канал символларини узатиш тезлигини символдаги битлар сонига кўпайтириш орқали олинади ва кўпайтма, Рид-Соломон халақитбардошликни оширадиган кодлашда қўшимча киритилган байтлар ҳисобига, фойдали маълумотларни узатиш тезлигидан юқори бўлади.

6.4-жадвалнинг охирги устунчаларидаги маълумотларни, тасвир сифати қийматлари турлича бўлган телевизион дастурлар талабларига асосан, иккилик символларни узатиш тезлиги билан билан солиштириб, битта кабель телевидениеси каналида у ёки бу сифат билан нечта телевизион дастурни узатиш мумкинлигин баҳолаш мумкин(4.4 бобга қаранг).

DVB-C тизимининг узатувчи қисмининг умумлашган ташкилий чизмаси 6.11- расмда келтирилган. Рақамли кабель телевидениесининг узатиш қисмидаги DVB-Т тизимида аввал батафсил келтирилган операцияларнинг асосийлари амалга оширилади.

DVB-С стандартига мос равишда, транспорт оқимини шакллантиришда, бир неча элементар телевизион дастурлар оқими ва турли маълумотлар киритилади. Транспорт пакетлари 8 тадан бирлаштириладилар. Ҳар бир саккизталикнинг биринчи пакетида синхрогуруҳ инверторланади, яъни ўн олти разрядли сон 0х47 ўрнига 0хВ8 узатилади. Бу қабул қилгич томонида циклли синхронизацияни таъминлаш учун зарур.

 

6.4-жадвал

Модуляциянинг турли қийматларида маълумотларни узатиш тезликлари

Модуляция тури	Узатиш тезлиги Mсимвол/с	Узатишнинг тўлиқ тезлиги	Фойдали маълумотларни узатиш тезлиги Mбит/с
16-KAMн	6,89	27,56	25,2
32-KAMн	6,92	34,60	31,9
64-KAMн	6,84	41,04	38,9

 

Сўнгра узатилаётган дастурни рухсат этилмаган киришдан сақлаш учун скремблирлаш операцияси амалга оширилади ва алоқа канали полосасида сигнал қувватини бир текис тақсимланиши таъминланади. Скремблерлаш қабул қилгичда уларни танлашни таъминлаш учун транспорт пакетлари синхрогуруҳларига тегилмайди.

Сўнгра Рид-Соломон кодларини қўллаган холда халақитбардошли кодлаш амалга оширилади. Бунда транспорт пакетларининг давомийлиги 188 дан 204 гача ортади ҳамда пакет хатоликларидан маълумотларни ҳимоялаш учун байтлар оралатилади.

Кейинги қадам билан узатилувчи байтлар КАМн символларига айлантириладилар. Масалан, 64-позицион 64-КАМн дан фойдаланилганда ҳар бир 3та байт 4 олти битли символга айлантирилади ва ундан сўнг халақитбардошликни ошириш учун уларнинг икки катта битлари дифференциал кодлаши амалга оширилади.

DVB-Сдаги кейинги операция, символларни кучланиш импульсларига айлантириш бўлиб, бу импульслар I ва Q ташкил этувчиларнинг квадратура модуляторига бериладилар. Модуляцияланган сигнал спектри кенглигини чеклаш учун, импульсларнинг фронтлари ва кескин ўзгаришларини паст частотали фильтр ёрдамида текисланади.

 

6.11-расм. DVB-С тизимининг узатувчи қисмининг умумлаштирилган ташкилий чизмаси

 

Сўнгра квадратура модуляторида, оралиқ частотада, кўп сатҳли квадратуравий амплитуда модуляцияси амалга оширилади. Ундан кейин частота алмаштиргичи ёрдамида сигнал спектри талаб этиладиган телевизион каналга кўтарилади ва кабель тармоғининг тақсимловчи чиқиш кучайтиргичлари орқали сигналлар қабул қилувчи қурилмаларнинг киришларига келиб тушадилар.

Қабул қилгичда мос равишда тескари операциялар бажарилиши шарт. Кабель рақамли телевидениесининг қабул тракти тузилмавий схемаси 6.12- расмда келтирилган. Кабель линияларининг чиқишидан кириш сигнали,оддий телевизордаги каби, тюнерга келиб тушади ва керакли канал ажратилади ҳамда шу канал сигнали оралиқ частотага ўтказилади. Кейин эса частота ўзгартиргичда қўшимча частота қиймати камайтирилиши амалга оширилади. Бунинг учун КАМн демодуляторида тикланган ёки частота ўзгартириш блокидан олинган ташувчи частоталар ишлатилади. Частоталар камайтирилгандан сўнгги қийматлари, одатда 3....11 МГц ни ташкил этадилар.

Сўнгра сигнал, кучайтириш коэффициенти демодулятордан олинадиган КАБ сигнали билан аниқлаштириладиган, бошқарилувчи кучайтиргичдан ўтади. Сигнал баландлиги қиймати AРЎ кириш кучланишлари катталиклари билан мослашади.

16-КАМн, 32-КАМн ва 64-КАМн ларни қабул қилиш учун 8 та иккилик разрядига эга АРЎларнинг ўзи етарли. 256-КАМн ни қабул қилиш учун эса 9 та иккилик разрядли АРЎ бўлиши керак. Дискретлаш канал символлари частотаси билан, яъни 7МГц да амалга оширилади. Такт импульслари (ТИ) демодуляторда шаклланадилар.

 

 

6.12-расм. Кабелли рақамли телевидениенинг қабул қилиш трактининг ташкилий чизмаси

 

Демодуляторнинг ишлаш принципи 5.4 бобда келтирилган (5.6-расм). Демодуляторга келиб тушган рақамли сигнал ташкил этувчилари I ва Q бўлган квадратуравий сигналларга айлантириладилар ва улар орқали канал символлари тикланадилар. Сўнгра ушбу символлардан чиқиш маълумотлар оқимининг байтлари шаклланадилар. Масалан: 64-КАМн холатида 4 та олти битли канал символларидан 3 та чиқиш байтлари шаклланади. Демодуляторда ташувчи частота (оралиқ частотага ўтказилган) ва канал символларининг такт импульслари тикланадилар ҳамда улар демодуляторнинг ўзида ҳам ва ундан олдинги блокларда ҳам ишлатиладилар.

Ундан сўнг маълумотлар оқими хатоларни тўғирлаш блокига (хатолар корректорига) келиб тушади ҳамда унда Рид-Соломон кодини декодлаш ва деоралатиш амалга оширилади. Натижада транспорт пакетларининг давомийлиги (188 байтдан) ва пакетдаги байтларини кетма-кетлигининг бошланғич тартиби тикланади.

Сўнгра маълумотлар оқими дескремблерга тушади ва у ердан дескремблерланган транспорт оқими демультиплексорга (ДМП) боради, яъни бунда транспорт оқимидан танланган дастурга тегишли пакетлар ажратиб олинади ҳамда видео, овоз ва маълумотларнинг элементар оқимлари шаклланадилар. Сигналларни қайта ишлаш бўйича кейинги операциялар DVB-T тизими қабул қилувчи қурилмасидаги каби бўладилар.

 

DVB-S сунъий йўлдош рақамли телевизон узатиш стандарти

 

Сунъий йўлдош телеэшиттириш тизимлари кенг худудларнинг ҳар қайси нуқтасига юқори сифатли телевизион сигналларини етказишнинг энг тез, ишончли ва тежамкор усули ҳисобланади. Сунъий йўлдошнинг Ер орбитасининг белгиланган нуқтаси ушлаб турилиши, қуёш энергиясидан таъминот учун кенг фойдаланилиши, қурилмаларда энергияни оз миқдорда сарф қилиниши каби имкониятлари булардан ташқари узатилаётган сигналларнинг атмосфера ва географик жойлашувларга боғлиқ бўлмаслиги кенг доирада ривожланишига имкон яратди. Ҳозирги вақтда телерадиоэшиттириш сунъий йўлдошлари одатда экватор кенглигидаги геостационар орбитада (ГО) баландлиги 35786 км бўлган орбитада жойлашадилар. ГО да жойлашган сунъий йўлдош Ер билан бир хил тезликда айланади ва шу сабаб Ернинг белгиланган нуқтаси учун ҳаракатсиз бўлади дейиш мумкин. Геостационар сунъий йўлдошнинг эшиттиришларни қамраб олиш майдони Ер юзининг учдан бир қисмига тўғри келади. Айни вақтда замонавий техник воситалар Ер юзининг катта бўлмаган қисмини йўналтирилга кичик электромагнит нурлари ёрдами билан қоплаш имкониятларини берадилар. Ер юзаси билан сунъий йўлдош антенналари тарқатувчи конуссимон нурнинг кесишиш чизиқлари қамраб олиш зонасининг чегараларини белгилаб беради ва ердаги қабул қилиш антенналарининг турли диаметрларида амалга оширилади. Бунда антенна қамраб олиш зонасининг марказидан қанча узоқда жойлашган бўлса, унинг диаметри шунча катта бўлиши керак.

Телевизион эшиттиришнинг сунъий йўлдош каналлари учун саноат халақитлари ва бошқа узатувчи қурилмаларнинг шовқини қийматлари паст бўлиши характерли, чунки бундай каналларда ўткир(кичик аниқ) йўналтирилган антенналардан фойдаланилади. Рақамли сигналларни қабул қилишда хатоларни келтириб чиқарадиган асосий фактор бўлиб, узатувчи-қабул қилувчи қурилмалар орасидаги масофа катта бўлганлиги сабаб, қабул қилиш қурилмасининг киришидаги сигнал/шовқин нисбатнинг кичиклиги ҳисобланади. Сунъий йўлдош алоқа каналларнинг частота кенглиги ер усти ва кабель телевидениеси каналлариган нисбатан сезиларли даражада кенг.

6.5-жадвалда маълумотларни мумкин бўлган узатиш тезлиги ва канал символларини алоқа канали кенглигига боғлиқлиги келтирилган. Бунда фойдали маълумотларни узатиш тезлиги канални кодлаш параметрларига (охирги устунча) боғлиқ, чунки йиғувчи код ортиқчалиги кўпайганда халақитбардошлик ошади,лекин фойдали маълумотларни узатиш тезлиги камаяди.

DVB стандарти 11...12 ГГц частота диапазонида 27 MГцли частота кенглигига эга сунъий йўлдош телевидениесининг мавжуд каналларидан фойдаланишни кўзда тутади. Истиқболда сунъий йўлдош тизимларида 20.... 21 ГГц диапазондан фойдаланиш ва алоҳида каналларнинг частота полосалари кенгроқ бўлишлари назарда тутилмоқда.

 

6.5- жадвал

              Маълумотларни узатишнинг турли тезликлари

Канал кенглиги, MГц	Узатиш тезлиги Mсимв/с	Тўлиқ тузатиш тезлиги Mбит/с	Фойдали маълумотларни узатиш тезлиги Mбит/с
54	45	90	41,5... 72,6
36	30	60	27,7...48,4
33	27,5	55	25,3... 44,4
71	22,5	45	20,7... 36,3

           

Сунъий йўлдош телерадио эшиттириш тизимларида узатилаётган сигналларнинг қувватлари нисбатан кичик ва чегараланган бўлганлиги сабабли интерференцион халақитлар ва шовқинларнинг таъсирига сезувчанлик юқори ҳисобланади. Шунинг учун энергетик самарадор QPSK- квадратуравий фаза модуляцияси ва қисқартирилган RS коди ҳамда Витбери декодлаш алгоритмидан фойдаланувчи,йиғувчи код асосларидаги каскадли кодлашдан биргаликда фойдаланиш тизимнинг юқори халақитбардошлигини таъминлайди. Халақитбардошликни оширишда шовқин ва интерферацион халақитлар ҳамда сунъий йўлдошнинг борт ретрансляторларининг ночизиқли таъсирлари хам ҳисобга олиниши керак. Ички кодек учун, қуввати узатилиши ва спектрдан фойдаланиш орасидаги самарали муносабатга эришишни ҳисобга олган холда, 1/2-7/8 диапазондаги 5 та дискрет код қиймати тезлигидан бирини танлаш имконияти мавжуд.

Мослаштирилган фильтрлаш ва хатоларни тўғри-тўғри тўғрилаш қабул қилишнинг қийин шароитларида хам юқори сифатни таъминлашга имкон беради. Юқори сифат хатто ташувчи/шовқин ва ташувчи/интерференцион халақит нисбатлари чегара(бўсаға) қийматга яқин бўлганда хам сақланиб қолади. Бунда хатолик бир соатда биттадан ошмаслиги кафолатланади, бу эса қабул қилувчи декодерида, MPEG-2 демультиплексор киришида хатолар эквивалент эҳтимоллигига 10^-10…..10^-11 атрофида бўлади.

DVB-S тизими функционал блок бўлиб, MPEG-2 транспорт мультиплексори чиқишида телеэшиттириш рақамли сигнал программаларини йўлдошли канал характеристикалари билан мослаштириш амалга оширади. DVB-S тизимининг узатиш ва қабул қилиш қисмлари тузилмавий схемаси 6.13-расмда келтирилган.

 

6.13-расм. DVB-S тизимининг тузилмавий схемаси

 

Узатишда маълумотлар оқимининг каналга мослашиши учун қуйидаги алмаштиришлар амалга оширилади:

·      транспортли мультиплексорлаш ва сигнал энергетик спектрини текислаш учун рандомизациялаш;

·      Рид-Соломон коди ёрдамида ташқи кодлаш;

·       йиғувчи оралатиш;

·      чиқариб олинган(ажратилган) коддан фойдаланган ҳолда ички кодлаш;

·      частоталар полосаси асосида сигнални шакллантириш;

·       модуляция.

Узатишда транспортли маълумотлар оқими ва унинг тактлари тизимга интерфейс орқали келиб тушади. Интерфейсдан чиқувчи такт частотаси ва код тезлигини бошқарувчи ташқи сигнал барча зарур такт ва синхронизацияловчи частоталарни генерациялаш(пайдо қилиш) учун фойдаланилади. Такт сигналларининг узатилиши ва узатиш қурилмасининг синхронизацияси мос равишда бошқарув генераторлари ёрдамида амалга оширилади.

Интерфейс чиқишидан транспорт пакетлари синхробайт циклларини шакллантирувчи қурилма (бунинг учун,MPEG-2 стандарти бўйича, ҳар бир саккизинчи транспорт пакетининг синхробайти инверсия (тескарисига айлантириш) қилинади) орқали ўтади ва сигналнинг энергетик спектрини текисловчи рандомизаторда ишлов берилади.

Сўнгра рандомизацияланган маълумотлар пакетлари ташқи RS-кодерда кодланадилар, ташқи йиғувчи оралатиш қилинадилар ва ички кодлаш ҳамда модуляциялаш блокига келиб тушадилар. Ташқи RS- кодер ва ички йиғувчи кодерларнинг тузилмавий схемаси ва рандомизатор параметрлари DVB-Т тизимидаги шундай қурилмаларга айнан мосдир.

Ички кодлаш ва модуляциялаш блоки тузилмавий схемаси 6.14 -расмда келтирилган. Бунда кодлаш базаси тезлиги R=1/2 бўлган холатда, ички йиғиш кодерида кодлашдан кейин маълумот пакетлари перфараторга тушадилар ва коднинг тезлиги оширилиши талаб этилганда ортиқча текширувчи символлар олиб ташланади. Ички оралатгич мавжуд бўлмайди, чунки канал хатоликларининг статистик таркиби уни қўлланишини талаб этмайди. Сўнгра асосий частота полосасида сигнал спектри шакллантирилади ва уни QPSK-модуляторига узатиш амалга оширилади. Ундан кейин,сўнгги интерфейс ёрдамида, оралиқ 70/140 МГц частотада, сунъий йўлдош ер станцияси радиоканалини таъминловчи юқори частотали узатиш қурилмаси билан мослаштирилади.

6.14-расм. DVB-S тизимида модуляциялаш ва тизим ости кодлашнинг тузилмавий схемаси

 

DVB-Н рақамли мобиль телевизион эшиттириш стандарти

 

DVB-Н (Digital Video Braodcast Handheld, DVB “қўл бошқарувида, портатив”) бу 2004 йилнинг декабрида тасдиқланган мобиль телевидение стандарти. DVB-Н стандарти Телекоммуникацион стандартлар бўйича Европа Ассоциацияси (ETSI) томонидан мобиль қабул қилиш қурилмаларида (уяли телефонлар, автомобиль ёки поездларда ўрнатилган қабул қилиш қурилмаларида) телевизион программаларни ишончли қабул қилишга ўрнатилган талаблардир.

Мобиль телевидение тизимини яратишда қабул қилишнинг мобиль терминалларига қўйиладиган қуйидаги шартларни инобатга олиш зарур:

·           портатив терминалларнинг кичик габаритли антенналари сигналларни фақатгина бинодан ташқарида эмас, балки бетонли деворлар ортида хам қабул қилинишини таъминлаши керак ва бу эса телеэшиттириш сигналлар қувват оқимининг зичлигини (ҚОЗ) сезиларли даражада оширишни талаб этади.

·           автомобиль ёки бошқа ҳаракатланувчи транспортда ўрнатилган терминалларга сигналларни қабул қилишда, Допплер эффекти туфайли, узатилаётган импульслар сезиларли даражада бузилишларга олиб келиши мумкин;

·           мобиль терминалларнинг манбаалари энергия қуввати заҳираларининг чегараланганлиги;

Ана шу шартлардан келиб чиқиб, DVB-H тизимига қуйидаги талаблар қўйилади:

·           мобиль терминалларнинг аккумулятор батареяси токининг сарфланишини тежамкорлиги таъминлаш. Бу масала мобиль эшиттиришнинг концепциясини шакллантиришда асосийлардан ҳисобланарди;

·           ҳаракат давомида, айниқса катта тезликларда, ишончли мобиль қабул қилиш;

·           сигналларнинг кўп нурли тарқалишида, айниқса хона шароитида қабул қила олиш имкониятининг мавжудлиги;

·            аввал яратилган DVB-Т тармоқлари билан тўлиқ мослик;

·           мобиль қабул қилиш терминаллари имкониятлари билан мослашиш, яъни катта бўлмаган экранда тасвирнинг сифатининг юқори даражада бўлишини таъминлаш ва шунинг учун кичиклаштирилган аниқлик қобилиятида (320×420 пиксель) DVB-Т га нисбатан 10-15 марта кўпроқ теледастурлар узатишни таъминлаш.

Шунинг учун ўз поғонаси бўйича DVB-Н тизими DVB-Т га максимал яқинлашгандир. DVB-H қабул қилишнинг концептуал тузилиши 6.15-расмда келтирилган. DVB-Н қўшимчага эга,яъни 2к ва 8к модуляциялаш режимларига яна битта алоҳида 4к режимнинг қўшилганлигидир. Бу ўз навбатида, битта сота радиусида, қабул қилгич қурилмаси юқори тезликда ҳаракатланган холатда ҳам маълумот алмашишда қўшимча эркинликни таъминлайдиган режим қўшилганлигини билдиради. Агар COFDM модуляциялашда ортогонал ташувчиларнинг қанча кам миқдори иштирок этса, қўшни ташувчилар орасидаги частота интервали шунча катта бўлади ва албатта, терминал ҳаракат тезлиги хам юқори бўлади. Ҳаракат тезлигининг ортиши частоталарни Допплер эффекти туфайли силжишига олиб келади ва қабул қилиш аниқлиги бузилади. Бироқ, бошқа томондан ташувчилар қанча кам бўлса, ҳар бир COFDM символини узатиш учун ажратилган вақт даври шунга қисқа бўлади ва албатта ҳимоя интервали ҳам шунча қисқа бўлади. Ҳимоя интервалининг қисқариши эса, кўп нурли қабул қилишдаги халақитбардошликни пасайишига олиб келади ва сота радиусининг ишончли қийматини камайтиради. Асосан стационар қабул қилишга мўлжалланган DVB-Т тармоқлари учун, қамраб олиш зонасининг қиймати сезиларли даражада мухим омил бўлиб ҳисобланади. DVB-Н стандарти тармоқлари учун юқори тезликда қабул қилиш имкониятлари катта аҳамиятга эга ва қамраб олиш зонаси эса тюнер киришидаги сигналлар қиймати билан чегараланади. Шунинг сабаб мослашган вариантни танлаш имконини яратиш учун 4к модуляциялаш режими киритилган ва трансляцияни фақат DVB-Н қабул қилгичлари орқали амалга ошириш мумкин.

 

6.15. –расм. DVB-Н қабул қилгичнинг концептуал тузилмаси

 

Шундай қилиб, DVB-Н модуляциялашнинг 3 режимида ишлаши мумкин:

·      8к - турли катталикдаги (катта, ўрта ва кичик) битта частотали тармоқларда (SFN) ва Допплер частота силжишлари мавжуд бўлган юқори тезлик билан қабул қилишларда фойдаланиш учун,яъни қабул ҳаракатланиш давомида амалга оширилади.

·      4к - Допплер частота силжишларида сезиларли, кичик ва ўрта катталикдаги SFN тармоқлар учун. Жуда юқори тезликларда қабул қилишда ишлатилиши мумкин.

·      2к - кичик каттликдаги SFN тармоқлар учун. Ҳаракат давомидаги энг юқори тезликларда ҳам ишончли мобил сигнални қабул қилишни кафолатлайди (яъни частота бўйича жуда катта Допплер силжишларида).

Физикавий босқичдаги иккинчи тўлдирувчи бўлиб 4к ва 2к режимларида маълумотларни чуқур оралатиш имконияти ҳисобланади. DVB-Т каналли кодлаши бир COFDM символ ичида маълумотларни оралатишни назарда тутади. У асосан кўп нурли қабулдаги ташувчиларнинг селектив(алоҳида –алоҳида) қотиб қолишларида компенсация қилиш учун мўлжалланган. Айни вақтнинг ўзида мобил терминаллари, катта эҳтимоллик билан, кенг полосали импульс шовқинлар таъсири зонасида бўлиб қолишлари мумкин. Шунингдек, қабул қилиш жараёни ҳаракат тезлигида амалга оширилиши туфайли сигналнинг бузилишига олиб келадиган частотанинг Допплер силжиши пайдо бўлади. Шу сабабли COFDM(DAB, ISDB-T) базасидаги мобиль эшиттириш стандартларида, узоқ давом этувчи халақитларнинг асоратлари билан курашиш учун, каналли кодлаш циклига ўнлаб хаттоки юзлаб OFDM символларни қамраб олган, давомий маълумотлар сериясини оралатиш киритилади. Оралатишда иштирок этаётган маълумотлар кетма-кетлиги қанча узун бўлса, сўниш асоратлари билан курашиш шунчалик самарали бўлади. Бироқ DVB-Н учун қуйидаги сабабларга кўра бундай ёндашув тўғри келмайди:

· давомий кетма-кетликларни тиклаш узлуксиз қабулни талаб этади, яъни DVB-Н режимида,энергияни тежаш учун маълумотларни узатишда импульс режими қўлланилади;

· давомий кетма-кетликларни тиклаш учун, қабул қилгичларни қимматлашувига олиб келадиган,катта ҳажмдаги хотира зарур;

·  давомий кетма - кетликларнинг қўлланилиши DVB-Т билан мослашиш талабларига тескари бўлиб қолади.

Шунинг учун DVB-Н да ҳамма томонни қониқтирадиган ечим танланган. DVB-Т учун анча долзарб бўлган модуляциялаш 8к режими учун, DVB-Нда битта символ доирасида битларни оралатиш сақлаб қолинган. Ҳар бир COFDM символ маълумотларининг кам миқдорини олиб ўтадиган 2к ва 4к режимларида эса, опция сифатида ушбу мақсадлар учун ажратилган хотиранинг мумкин бўлган ҳажмларида вақтинчалик оралатиш имконияти киритилади. 4к режими учун оралатиш COFDMда иккита символли чуқурлик билан, 2к режим учун эса COFDM да тўртта символли чуқурлик билан амалга оширилади. Бироқ бу режимда ишлаганда DVB-Т ва DVB-Н трансляцияларини биргаликда узатиб бўлмайди. DVB-Т да қўлланиладиган ички ва ташқи каналли кодлашнинг қолган механизмлари ҳеч қандай ўзгаришларсиз DVB-Нга ўтказилган.

 Учинчи тўлдириш эса транспорт сигнализацияга тегишлидир(TPS-Transmission Parameter Signalling), бунга DVB-Н форматида узатиладиган хизматлар оқимига мавжуд индицираловчи (текширувчи) 2 та бит қўшилади, шунингдек амалга ошириладиган IP дейтаграммалар (маълумотлар пакетлари) базасига қўшимча ҳимоя кодлари киритилади.

Тўртинчи тўлдириш 5 МГц полосани шундай шарт билан ишлатиш мумкинлигини, яъни эшиттирилмайдиган диапазонда фойдаланиш имконияти яратилганда пайдо бўлади. У DVB-Т да фойдаланиладиган 6,7 ва 8 МГц ли полосаларга қўшилган. Уни АҚШда L-диапазони (1,670-1,675ГГц)да, DVB-Н тармоқларини шакллантиришда, қўллаш режалаштирилмоқда.

Электр энергия сарфини тежаш учун мобиль терминалларда вақтли зичлаштириш принципи қўлланилади, бунда фойдали маълумот жуда кичик вақт давомида юқори тезлик билан (масалан, 10Мбит/с) узатилади ёки қабул қилинади, яъни кутиш вақтига нисбатан жуда кичик оралиқ вақтда узатилади ёки қабул қилинади. DVB-Н телевидение хизматининг сифатли тасвирлари учун рақамли ахборот узатиш тезлиги 250 Кбит/с бўлиши етарлидир. Шундай қилиб қабул қилгичнинг иш вақти ва ўчирилиш вақти муносабати (10/0,25 = 40) ни ташкил этса, энергия тежамкорлиги тахминан 90% га тенг бўлади. DVB-Н тизимининг ютуқларидан бири телевидение эшиттиришлар учун кам қувватли узатгичлардан фойдаланишдир. Бунда кенг масштабли сигналлари қабул қилиш учун самарали ечим бўлиб, бир частотали тармоқ варианти ҳисобланади (6.16- расм). Ушбу тармоқда баланд таянч антенна ва ўта қувватли узатгичлардан фойдаланмасдан бир неча кам қувватли узатгичларни қўллаб, битта частотада ишлатиб, катта туманларда эшиттиришларни қамраб олиш мумкин. Бир частотали тармоқларнинг барча узатгичлари бир хил сигналларни узатадилар ва GPS сунъий йўлдошлар орқали олинадиган ниҳоятда аниқ вақт сигналлари ёрдамида аниқ синхронизация қилинадилар.

 

6.16-расм. DVB-Н бир частотали тармоқ варианти

 

Қамраб олиш зонасини кенгайтириш ва мураккаб шароитларда (бинолар ички қисмларида, автомобилларда) қабул сифатини ошириш учун қўшимча ретрансляторлар ишлатилишлари мумкин. Бундай турдаги тармоқ баъзида юқори зичликка эга бир частотали тармоқ деб ҳам номланадилар.

Агар DVB-Н сигналлар учун мультиплексирланган тўлиқ оқим заҳираланган бўлса, тармоқларни режалаштиришда кўп имкониятлар пайдо бўлишига олиб келади. Бундай тармоқ бир неча вилоятларнинг бир частотали тармоғидан иборат бўлса, уларнинг ҳар бирида шахсий частота белгилари қўлланишлари мумкин.

Ҳар бир вилоят учун SFNнинг максимал кодлаш тезлиги қиймати, тармоқнинг ҳимоя интервали ва географик жойлашишларга боғлиқ, одатда қамров ўнлаб километрларни ташкил етади. Агар SFNни бирор бир вилоятда қабул қилиши мураккаб ёки деярли мумкин бўлмаган жойларида, GPS ёрдамида синхронизацияланган бир неча қўшимча узатгичлар қўлланиши мумкин. Шуни қайд этиш керакки, DVB-Н тармоқда узатгич қувватлари ва антенналарнинг баландлиги одатий рақамли телеэшиттиришларнинг ер усти DVB-Т тармоқларига нисбатан кам бўлади. Шу сабаб мобиль терминал киришида сигналнинг нисбатан катта қийматини таъминлаш учун синхронизацияланган асосий узатгичларнинг сони кўп бўлиши керак. Бундай тармоқ юқори зичликка эга бир частотали тармоқ деб номланиши мумкин. Бундай тармоқнинг таннархи, анъанавий DVB-Т ер усти рақамли телевизион эшиттириш тармоғи нархидан қиммат бўлади, бироқ битта мультиплексирланган оқимда таклиф этилаётган хизматлар сони ҳам тахминан 10 баробар кўп бўлади.

DVB-Н тизими DVB-Т билан битта частота спектрида биргаликда ишни ташкил этиш имконини беради (6.17-расм).

 

6.17-расм DVB-Н билан DVB-Т тармоқларнинг биргаликда қўлланилиши

DVB-Т узатгичларининг тармоғи бир вақтда DVB-Н ва DVB-Т терминалларига хизмат кўрсатади. Бироқ бунда мавжуд DVB-Т тармоғи шундай лойиҳалаштирилган бўлиши керакки, токи бинолар ичидаги портатив қабул қилгичларда ҳам қабул таъминлансин,,яъни DVB-Т тармоғи хизмат кўрсатиш мақсадида биноларнинг ичида жойлаштирилган портатив қабул қилгичлар томонидан сигнал қабул қилиши учун етарли кучланиш майдонини ҳосил қилиши керак. DVB-Т узатгичлари учун ягона такомилаштириш ТРS (Transmission Protocol Specific-фойдаланаётган узатиш протоколи учун махсус ахборот),яъни ахборотга DVB-Н сигналларининг хизмат битлари ва сота идентификацияси (мослигининг) битлари (Cell ID) қўшиладилар.

Ҳақиқий бирга ишлаш шартлари мультиплексирланган оқим даражасида амалга оширилади. DVB-Н тизими DVB-Н хизмати ахборотларини узатишга мўлжалланган мультиплексорланган оқимини талаб этилган қисмларини танлашда хеч қандай чеклашлар қўймайди. IP маълумотларни кодлашда, MPE-FEC (Multiprotocol Packaging-Forward Error Correction) кўп протоколли пакетлашдаги хатоликларни тўғирлаш функциясини амалга оширишда, IP маълумотлар инкапсулятори (протоколлар келишувчиси) DVB-Н нинг тармоқдаги калит ташкил этувчиси ҳисобланади.

DVB-Т нинг иерархик модуляциялашини қўллаш тармоқнинг биргаликда ишлашининг бошқа имконияти ҳисобланади. Бу холда узатиш хизмати DVB-Н IP ва МРЕG-2 сигналлари транспорт оқимига мустақил холда, DVB-Т узатгичларининг бир бирига боғлиқ бўлмаган, ажратилган киришларига бериладилар. DVB-Н сигналларини узатиш учун рақамли телевидение дастурларининг оддий стационар узатишларига мўлжалланадиган кичик  кириш сигналига нисбатан бардошлилигини оширадиган юқори приоритетли холат қўлланилади.

 

 

14-мавзу: Рақамли ТВнинг Европа ва Америка стандартлари. Уларнинг техник параметрларини қиёсий таҳлили.

 

Режа:

14.1. Ер усти телевидение Америка стандарти ATSC

14.2. ISDB рақамли телевидение Япония стандарти

14.3. ATSC ва DVB рақамли телевидение тизимларини  солиштириш

 

Ер усти телевидениесининг ATSC Америка стандарти

 

АҚШ бошқа давлатлардан аввал эфир эшиттиришларини юқори аниқликдаги форматга ўтказиш режаларни билдирганлар. 20 асрнинг 80-йилларидаёқ истиқболли телевидение тизимлари бўйича Қўмита (ATSC-Advanced Television Systems Commitee) ташкил этилган ва NTSC аналог сигнал билан мос келадиган ҳамда, мавжуд эфирдаги частота полосасида ишлайдиган, юқори аниқликдаги тизимни ишлаб чиқиш бошланган. Юқори аниқликдаги телевидение соҳасидаги изланишлар Европада, Японияда ҳам олиб борилган, бироқ фақат АҚШ эфир эшиттиришлари учун мавжуд тизимга мослашадиган тизимни ишлаб чиқиш устида иш олиб борган. 1991 йилга келиб турли компаниялар томонидан олтита мослашган тизим тақдим этилди ва улардан тўрттаси тўлиқ рақамли бўлган. ATSC барча ишлаб чиқувчи компанияларга ўзларининг ҳаракатларини жамлаб барча лойиҳанинг энг яхши ечимларини ўзида мужассамлаштирилган ягона стандарт тузилишни таклиф этаган. 1995 йилда катта Альянс деб номланадиган Консорциум томонидан хизмат ахборотини ва субтитрларни, кўп каналли овозлар ташувчиси билан қўшилган юқори аниқликдаги бирлашган дастурни АҚШ да ажратилган ягона телевизион каналда, яъни 6 МГц полосада узатиш имконини берувчи тўлиқ рақамли стандарт лойиҳаси тақдим этилган.

Стандарт ишлаб чиқарувчилар ёйишнинг ягона формати бўйича келиша олмайдилар ва шу сабаб стандарт 4та форматда ҳам ишлай олади.

-юқори аниқликдаги телевидение формати HDTV-A(1280x720 пиксель ёйишли);

- юқори аниқликдаги телевидение формати HDTV-В (1290х1080 пиксель ёйишли);

 

-оддий аниқликдаги телевидение формати SDTV (704х480 пиксель ёйишли);

-компьютер формати VGA 640x480 (пиксель ёйишли).

ATSC тизими концепцияси модуллик принципи асосида яратилган. ITU 11/3 гуруҳи изланишлари таклифларига асосланган тузилмада учта тизим ости қисмларни ажратиш мумкин, улар: дастлабки маълумотни кодлаш, транспорт оқими шакллантириш ҳамда канални кодлаш ва модуляциялашлардир. Дастлабки маълумотни кодлашнинг мақсади телевизион тасвир ва овозни сиқишдир. ATSC нинг маълумотни кодлаш тизимида MPEG-2 оқимидан фойдаланилади ва овозни кодлашда АС-3, Dolby 5.1 стандарти қоидаси қўлланилади. Транспорт оқимининг шакллантиришда видео, овоз ва қўшимча маълумотларни пакетлаштириш учун MPEG-2 транспорт оқимининг синтаксиси қўлланилади. Шакллантирилаётган транспорт пакетларининг белгиланган давомийлиги 188 байт (улардан биринчиси синхронизациялаш байти хисобланади) бўлиб, телевизион эшиттириш сигналларини узатиш шартлари учун оптимал (мукаммал) ҳисобланадилар.

ATSC стандартида радиоканаллар бўйича рақамли сигналларни узатиш учун мавжуд тизимларида кенг қўлланиладиган амплитудавий модуляцияда битта ён томони ташкил этувчиси йўқотилиши (қисман олиб ташланган) каби ривожланган технология асосида, бир ён полосасини қисман олиб ташланган (Vеstigal Side-Band-VSB) кўп сатҳли рақамли модуляция усули қўлланилган.

VSB модуляциясида модуляцияловчи сигнал икки позияцияли ёки кўп позицияли бўлиши мумкин. 2-VSB деб белгиланувчи, икки позицияли кўп сатҳли узатишда (6.18- расм) модуляцияловчи сигнал узатиладиган маълумотлар сигнали билан мос тушади ва ҳар бир символ интервалида икки сатҳдан бирини қийматини қабул қилади (характерли қийматлар 0 га нисбатан симметрик, масалан +1 ва -1). Модуляция тизимини аниқ ва мукаммал танланганлиги туфайли маълумотларни узатишнинг солиштирма тезлиги 1,79 (бит/с)/Гц бўлади ва назарий чегара (2бит/с) га яқин бўлади. Кўп позицион узатишда характерловчи қийматлар нолга нисбатан симметрик жойлашади ва оралиқ шундай танланадики, унда улар орасидаги интервал бир хил бўлиши таъминланиши керак. Масалан 8-VSB тизимдаги (6.18-расм) 8 позицияли узатишда модуляцияловчи сигнал битта символ интервалида 8 та қийматни қабул қилиши мумкин (-7,-5,-3,-1,+1,+3,+5,+7). Бунда битта символ интервалида маълумотлар оқимининг 3 та иккилик разряди узатилади ва бу узатиш тезлигини 3 марта оширади. Шундай қилиб, 8-VSB тизимидаги 6 МГц полосада маълумотлар солиштирма тезлиги 3 марта оширилса, тизим 1,79х3х6=32,3 Мбит/с тезлик билан оқимни узатиши мумкин.

VSB тизими модуляцияловчи сигналнинг турли тузилмаларини ҳисобга олган бир неча вариантларда ишлаб чиқилган: 2-VSB, 4-VSB, 8-VSB, 8Т-VSB, 16-VSB. Модуляцияловчи сигнал сатҳлари сони 2 дан 16 гача ўзгариши мумкин, бунда символларнинг кетма-кетлигини частотасини сатҳлар сони логарифмига кўпайтирган холда ҳисобланадиган маълумотларни узатиш тезлиги ҳам мос равишда ўзгаради. Модуляцияловчи сигнал сатҳлар сони қанча кўп бўлса, шовқиндан ҳимояланганлик шунга паст бўлади. Бу қоидадан фақат 8-Т-VSB тизими холидир, унда шовқинга қарши курашиш мақсадида қўшимча кодлаш қўлланилади (Т ҳарфи- Trellis, ушбу кодлашнинг символ номи, яъни панжарали код). Бу коднинг тезлиги 2/3 га тенг, яъни ҳар 2та узатилаётган битга битта текширувчи бит қўшилади. Кодлаш шовқиндан ҳимояланганликни оширади, бироқ 8- VSB тизимига нисбатан маълумотлар узатиш тезлиги камаяди. 8Т-VSB тизимида бирлик вақт ичида узатилаётган фойдали маълумотлар умумий ҳажми, 4-VSB тизимдагидек бўлади. 8Т-VSB тизими нисбатан юқори даражали шовқинлар билан характерланувчи ер усти эшиттириши учун, 16-VSB эса рақамли кабель телевидение эшиттиришларига мўлжалланган.

 

6.18- расм. Икки позицияли кўп сатҳли модуляцияловчи VSB сигнал

 

Модуляциянинг кўрсатилган усуллари умумий тезлиги 19,39 Мбит/с бўлган маълумотлар оқимини ер усти телевизион эшиттириш шароитларида ва параллел худди шундай 2 та оқимларни кабель телевидение тармоқларида узатишни амалга оширишга имкон беради. Бундай тезлик битта 50 атрофидаги сиқиш коэффициентли MPEG-2 форматдаги HDTV дастурни узатиш учун етарли. Стандарт аниқликга эга сигналлардан фойдаланилганда эса, ATSC тизимида бир вақтда, 2-3 дастурни узатиш имконияти мавжуд.

6.19- расмда ATSC тизимининг узатиш қисми тузилмаси келтирилган, ATSC узатгичда сигналларни ва маълумотларни қайта ишлаш тракти асосий элементлари қуйидагилар: рандомизатор, Рид-Соломон кодери, оралатгич, Треллис кодери, мультиплексор, таянч-сигнал шакллантиргич, VSB-модулятор.

 

6.19-расм. ATSC тизимининг узатувчи қисми тузилиши.

ATSC тизими узатчиги киришига MPEG-2 технологияси бўйича шаклланган, сегментнинг биринчи байти махсус синхробайт ҳисобланган, 188 байтдан иборат сегментдан ташкил топган, рақамли маълумотлар транспорт оқими келиб тушади. ATSC кодлашда бу махсус синхробайт ўчирилади ва 187 байт сегмент маълумотларигина қайта ишланадилар. Ундан ташқари ATSC да маълумотларни ташкил этиш қўшимча поғонаси- иккита майдондан иборат кадр киритилган (ҳар бир майдон маълумотларнинг 312та ахборот сегментларини ўз ичига олади.)

Қўшимча равишда, кўп сатҳли модуляцияловчи сигналларни шакллантириш босқичида ҳар бир сегмент бошига сегментнинг махсус синхросигнали (СМС), ҳар бир майдон бошига эса майдон сихросигнали (МСС) ларни қўйиш амалга оширилади.

ATSC да рақамли маълумотларни қайта ишлашнинг биринчи этапида, аналог телеэшиттириш каналларида юзага келадиган шовқинларнинг қийматини камайтириш ва сигналнинг частота спектрини текис тақсимланишини шакллантириш учун ҳамда узатилаётган маълумотларга “тасодифийлик” ва “шовқинга хослик” хоссаларини ташкил этадиган рандолизация операцияси қўлланилади. Рандомизатор 9 та тескари алоқага эга бўлган 16 разрядли силжиш регистрига эга блокдир(6.20-расм). Байтлар келиб тушиш частотаси рандомизаторнинг такт частотаси ҳисобланади. Маълумотларнинг навбатдаги байти келиб тушганда,шу тушган байтлар битлари рандмизатор D0...D7 битлари билан модуль 2 бўйича қўшиладилар ва маълумотлар силжиш регистрида силжитиладилар. Модуль 2 бўйича қўшиш натижасида олинган байт, канал кодерида кейинги қайта ишлаш учун қўлланилади. Рандомизатор инициализацияси(текширилиши) синхросегмент майдоннинг биринчи байти орқали амалга оширилади. Бунда силжиш регистрига F180 сони ёзилади. Рандомизация бир неча мақсадларни кўзда тутади:

1)             Тарқатилаётган сигналнинг текис тақсимланган спектрини шакллантириш учун (шу муносабат билан рандомизацияни кўпинча қувватни тарқатиш алгоритми деб хам номланади);

2)             Кейинги тянч сигнални шакллантириш учун сигналдаги доимий ташкил этувчини йўқотиш;

3)             СМС ва МСС ларни ажратишни соддалаштириш.

 

6.20- расм. ATSC тизимининг рандомизатори

 

Қайта ишлашнинг кейинга босқичи бўлиб Рид-Соломон коди ёрдамида блокли кодлаш хисобланади, бу жараёнда маълумотларнинг 187 чиқиш байтининг ҳар бир сегментига, аниқ қоидалар бўйича шаклланадиган 20 текширув байтлари қўшилади. Қабул қилинган маълумотлар пакетига асосланган холда қўшимча текширув маълумотлар гуруҳини ташкил этиш учун Рид-Соломон кодери уларни математик битта блок деб кўради. Бу 20 та битлар Рид-Соломон жуфтлик коди саноғини ташкил этадилар. Қабул қилгич маълумотларнинг мумкин бўлган йўқотишларини аниқлаш учун қабул қилинган 187 байтдан иборат блок билан жуфт саноқларнинг 20 та байтини солиштиради. Агар хатоликлар аниқланса, ресивер хатонинг аниқ жойини белгилаш, бузилган битларни ўзгартириш ва бошланғич ахборотни тиклаш учун жуфт саноқ битларидан фойдаланади. Кодлашнинг бундай тизими ўта самарали ҳисобланади ва ҳар бир кодли сўзда 10 тагача хато байтларнинг, қаерга жойлашган бўлишидан қатъий назар, тўғрилаш имконини беради.

Кейинчалик ATSCда 52 та сегментдан иборат ички интерсегмент маълумотларини оралатиш амалга оширилади. Скремблер маълумотлар кетма-кетлиги тартибини алмаштиради ва MPEG-2 маълумотларини хотира буферлари ёрдамида вақт бўйича (тахминан 4,5 мс оралиғида) бўлинишини таъминлайди. Қайта ишлашнинг ушбу усули ўта кучли қувватли импульс шовқинларга қарши кураш учун мўлжалланган. Бундай кучли шовқинларнинг таъсири натижасида қабул қилишда кетма-кет келадиган байтлар хатоликларининг давомий сериялари(хатоликлар пакети) юзага келиши мумкин. Юқорида таъкидлаб ўтилганидек, Рид-Соломон(РС) коди учун импульс шовқинлар давомийлиги қуйидаги ифода билан баҳоланади:

 Т_рс= t*(1/R_c)*(2n) = 10*(1/10,762)*(2*2)= 3,71мкс,

бу ерда t-Рид –Соломон кодининг тўғирлаш қобиляти ва у 10га тенг;

R_c-символлар келиш кетма-кетлиги(частотаси);

n- модуляцион символга мос келувчи маълумот битлар сони (8VSB учун n=2).

 

Кўпинча амалиётда мавжуд бўлган холатда, яъни халақитлар қиймати 3,71 мксдан ошса, бошқача қилиб айтганда сегмент ичидаги хато байтлар сони Рид-Соломон кодининг тўғирлаш қобиятидандан каттароқ бўлса, сегмент хотоликлар билан қабул қилинади. Бундай холатларни йўқотиш учун маълумотларни ички интерсегментларида оралатиш (ўрнини алмаштириш) киритилади ва бу оралатиш В сегментдан ташкил топади. Қабулда қайта тиклашда (деоралатиш) операцияси бажарилиш босқичида, хатоликлар пакети юзага келиш холатида, қўшни хатолар байтларининг 52 байт узоқликда жойлашиши таъминланиб, хатоликлар пакети эса интерсегментга кирувчи барча 52 та маълумотлар сегменти бўйлаб тақсимланган бўлади. Бунда ҳар бир сегментга хатоликлар пакетининг кичик қисми тушадилар ҳамда улар Рид-Соломон кодлари билан осонгина тўғирланадилар, яъни хатоликлар пакети давомийлигининг 193 мкс дан ошмаган вақтда хеч қандай қўшимча текширувчи битлар киритмай хатоликларни аниқ тўғирлаш имкони мавжуд бўлади. ATSC интерсегменти 52 сегментдан иборат ва сегментнинг давом этиш вақти 77,3мкс бўлганда, халақитнинг таъсир этиш вақти чегараси тахминан 4мс гача кўтарилади.

6.21-расм. ATSC тизимининг узатиш сигнали тузилиши.

Йиғувчи кодлар гуруҳига тааллуқли треллис (панжарали)- кодлашнинг сўнгги босқичида, рақамли оқимнинг ҳар иккита бити, узатилаётган символ интервалида, модуляциялаш сигнали 8 сатҳнинг қайси бирини эгаллашини аниқлайдиган 3 та битга ўзгартириб, шакллантирилади. Панжарали кодлаш амалга ошириладиган,кодерда ҳар бир янги 2 разрядли сўз аввалги 2 разрядли сўзларнинг олдинги кетма кетлиги билан солиштирилади ва натижада аввалги 2 раздядли сўзга муносабатни ўзгартишни таъминловчи 3 разрядли иккилик код генерацияланади. Бу 3 разрядли кодлар бошланғич 2 разрядли сўзларни ўрнига алмашади ва эфирга 8 сатҳли символлар 8-VSB кўринишида узатилади (3бит= 2нинг 3 даражаси = 8 комбинация ёки сатҳ). Панжарали кодлаш кодерига келиб тушган ҳар 2 бит учун, чиқишда 3 та бит ҳосил бўлади. Шунинг учун 8 – VSB тизимидаги панжара кодери 2/3 разрядига эгадир.

 Қабул қилгичдаги панжарали кодлаш декодери 3 разрядли кодлардан фойдаланади ва маълумотлар оқимининг бошланғич кўринишидаги 2 разрядли сўзлар кетма кетлигини тиклайди. Шундай қилиб, панжарали кодлаш вақт бўйича бир сўздан иккинчи сўзга ўзгаришни кузатади.

Узатиш учун тўлиқ шаклланган сигнал: махсус таянч-сигналининг қўшилиши ва синхросигналлар жойлаштирилишлари мультиплексорда амалга оширилади: MPEG -2 стандарти учун синхробайт сигментлари ўрнига 4 та СМС элементи қўйилади (+5,-5,-5,+5) (6.21-расм). Бунда ҳар бир майдон бошланишида МССнинг иккита (-5,+5) элементи қўйилади. Синхросигнал кўрсатгичлари шундай танланадики, агар фойдали сигнал ва шовқин амплитудалари тенг бўлган холат мавжуд бўлганда ҳам, қабулда корреляцион усулларни қўллаб, фойдали сигнални ишончли ажратиб олиш имконини беради. Бундан ташқари МССда сервис ахборотини узатиш учун 100 га яқин қўшимча заҳира ва сигнализация холати учун узатиладиган (8VSB ва 16VSB) символлар ажратилган. МСС нинг охирги 12 символи олдинги сегментнинг охирги 12 сегментини қайта такрорлайди.

ATSC бошиданоқ, белгиланган халақитбардошлик билан, HDTV тизимидаги сигналларни узатишга мўлжалланган эди, аммо бундай сигнални узатиш частота кенглиги (полосаси) жуда катта бўлган ва у стандарт 6 МГцли каналда узатиш имкони бўлмаган.

Бироқ ушбу спектрнинг кўп қисмини, узатилаётган рақамли ахборот шикастламасдан, фильтрлаш имконияти мавжуд. Турли катталиклардаги ён ташкил этувчилари марказий спектрнинг кичиклаштирилган нусхаси ва қуйи ён полоса эса юқори полосанинг кўзгули акси ҳисобланадилар. Бу ўз навбатида бутун қуйи ён полосадан ва юқори ён полосанинг барча гармоникасидан фойдаланмаслик имконини беради. Найквист назариясига асосан, қолган сигналнинг (марказий спектрнинг юқори қисми) ярмиси кесилиши мумкин, яъни берилган частотада рақамли сигнал кетма кетлик маълумотларини узатиш учун частота полосаси кенглигининг ярмигина етарлидир. Сигнал спектрининг ён полосалари фильтрланиши Найквист фильтри ёрдамида амалга оширилади.

Найквист фильтридан сўнг, 8 – VSB сигнал анъанавий усулда метрли ёки дециметрли диапазонларнинг юқори частотали сигналларига айлантириладилар. 8 – VSB модуляторининг чиқиш сигнали DTV – телеузатгичга боради, у ерда канал полосасининг ичига тушадиган ва узатгич ночиқликлари туфайли чақариладиган ҳар қандай халақит берувчи сигналларни йўқ қилиш мақсадида фильтрация қилинади.

Қабул қилишда ATSC сигналларини декодлаш тавсифланган алгоритмлар кетма кетлигига тескари тартибда амалга оширилади ва декодер чиқишида MPEG -2 технологияси бўйича сиқилган стандарт рақамли маълумотлар оқимини шакллантириш таъминланади.

 

Рақамли телевидениенинг ISDB Япония стандарти

 

Хизматлар интеграциясига эга, ер усти ва кабель тизимлари учун умумий ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) рақамли эшиттириш концепцияси NНК (Япония) компанияси томонидан таклиф этилган.

Американинг ATSC тизими юқори аниқликдаги ер усти телевизион эшиттириш ва кабелли телевидениеси тармоқларида маълумотлар оқимини шакиллантириш ва узатиш мақсадида ишлаб чиқилган эди. Ҳозирда DVB рақамли телевидениенинг барча йўналишларида маълумотларни узатишга мўлжалланган, умумий ядро тизимига эга бир оилани ташкил этади, улар: сунъий йўлдош, кабель ва ер усти рақамли телевидение эшиттиришни ташкил этиш ва турли частота диапазонлари учун рақамли телевидение сигналлари тақсимоти тизимларидир. Япония ISDBнинг тизимининг мақсади телевидение эшиттиришлари учун турли хилдаги хизматларнинг интеграциясини таъминлашдир. Келажак телевизорини ишлаб чиқарувчи операторлардан қуйидагиларни: сунъий йўлдош, ер усти ва кабель телевидениелари сигналларини қабул қилиш, юқори аниқликдаги монитор, катта ҳажмли хотирага эга компьютер, аудио ва видео сигналларни қайта ишлаш, шунингдек, коммуникация тармоқлари интерфейсини мужассам этган интеграллашган қурилма бўлиши кераклигини таъминлаш таълаб этилмоқда. Шунинг учун ISDB стандарти ва юқори аниқликдаги рақамли телевидение, рақамли радио эшиттириш, шунингдек турли хилдаги комбинацияли ва матн билан, статик тасвир, графика ва бошқа маълумотлар билан хамоҳанг, (масалан: компьютер дастурлари) радио эшиттириш ва рақамли телевидение сигналларини узатиш учун қўлланилади.

ISDB ва DVB тизимларининг техник ишлашида жуда кўп умумийликлар мавжуд. Иккала тизимда ҳам,маълумотлар узатиш тезликлари диапазони чегараларига яқин қийматларга олиб келадиган, стандарт ва юқори частотали рақамли видеосигналларни сиқиш учун қўлланиладиган MPEG – 2 компрессияси тизими қўлланилади. ОFDM модуляцияси усулидан фойдаланиш ер усти эшиттиришлари учун радиотўлқинларни кўп нурли тарқалиш ва ҳаракатдаги қабул шароитларида узатиш самарадорлигини оширади. Шунингдек, дастурлар тарқатишнинг бир частотали тармоғини яратиш истаги маълумотларни кодлашда ва ташувчиларни модуляция қилишда ўхшаш тузилмалар ва омилларни танлашни талаб этади. Шунингдек (1\4, 1\8, 1\16, 1\32) ҳимоя интервали нисбий катталиклари мос келади ва мос режимлар учун абсолют қийматлари яқин ҳисобланадилар. Иккала тизимда ҳам Рид - Соломон коди ёрдамида ташқи кодлаш қўлланилади, бу жараёнда MPEG – 2 транспорт оқими пакетининг 188 байтига 16 та текширувчи байтлар қўшилиши натижасида 204 байт давомийлигидаги кодли сўз шакилланади. Ички код сифатида иккала тизимда ҳам 1\2, 2\3, 3\4, 5\6, 7\8 тезликдаги йиғувчи кодлаш схемаси қўлланилинади. Алоҳида ташувчиларни модуляциялаш усуллари: QPSK, 16 QAM, 64 QAM лар ҳам бир хил ҳисобланадилар. Бироқ ISDB – T тизимида, асосий маълумотларни олиб ўтадиган ташувчилар модуляцияси учун, узатишни шовқиндан ҳимояланишнинг юқори қийматига эришишга имкон берувчи DQPSK- дифференциал квадратуравий фаза манипуляцияси қўлланилади. Модуляциянинг бундай усулида модуляциялаш символлари худди QPSK холатидагидек икки разрядли иккилик сўзлардан шакилланади.

ISDB – T нинг DVB – T тизимидан принципиал фарқларига юқорида келтирилган BST – OFDM усули доирасидаги сегментлаштириш ва маълумотларни вақтли оралатиш кирадилар. Оралатиш – алоқа каналларидан юзага келадиган хатоларга қарши курашишда, самарани ошириш учун қўлланиладиган муҳим операциядир. DVB – T тизимида, кўп нурли тарқалиш ҳисобига, қабул қилинадиган радиосигнал спектри частота компонентлари босилишидан юзага келадиган, давомий пакетли хатоликларни катта бўлмаган ва хато фрагментлар занжирини осон тўғрилайдиган частотали оралатишдан фойдаланилади. Агар қабул қилиш шартлари жуда тез ўзгарса, масалан, қабул қилиш терминали юқори тезликда ҳаракатланса, частотали оралатиш етарлича бўлмайди. Вақт бўйича оралатиш эса, параметрлари тез ўзгарадиган ва частотали оралатиш ёрдамида кичик фрагментларга бўлинмайдиган катта хатолик пакетларини тўғирлаш имконини беради. Вақт бўйича оралатишдан фойдаланилганда, ISDB – T тизими телевидениеси ёки радио қабул қилгичлари, масалан, тез ҳаракатланаётган поезд ёки автомобилда жойлашган холатларда ҳам самарали қабулни таъминлаш имкониятига эга.

MPEG – 2 кириш траспорти оқимининг радиосигналга айлантирилиши: мультиплексирлаш, каналли кодлаш, модуляциялаш, шунингдек қабул қилгич функцияси ва узатиш конфигурациясини бошқаришларини ўз ичига олади (6.22 – расм). MPEG– 2 транспорт оқими демультиплексирланади ва қайта мультиплексирланади, бунда маълумотлар сегменти ташкил этилади. Каналли кодлашдан кейин маълумотлар сегментлари OFDM частота сегментларига шакллантириладилар, уларнинг ҳар бири канал частота полосасининг кенглигига боғлиқ бўлган тегишли частота полосасини эгаллайдилар (6 МГц полоса кенглиги эга канал учун 429 КГц, 7 МГц канал учун 500 КГц, 8 МГц канал учун 521 КГц). Шундай қилиб,12 та частота сегменти 5,6МГц; 6,5Мгц ёки 74 МГц га мувофиқ полосани эгаллайдилар.

Бир неча сегментлар, битта физик канал доирасида, манътиқий алоқа каналлари ҳосил қиладиган, қатлам деб номланадиган бир гуруҳга бирлашиши мумкин. Битта каналда бир вақтнинг ўзида 3 тагача қатлам узатилиши мумкин (6.23 – расм). Иерархик узатишга турли параметрли қатламларни узатиш орқали эришилади. Ташувчиларни модуляциялаш усули, ички код тезлиги ва вақт бўйича оралатиш интервалини ўзгартиришга рухсат этилади.

 

 

6.22 – расм. ISDB – T тизимнинг узатиш чизмаси

 

6.23 – расм. ISDB тизимида маълумотларни каналли кодлаш.

ISDB узатиш тизимининг асосий хусусияти шундаки, унда канални кодлаш ва модуляциялаш схемалари мослашувчан қўлланилган. ISDB системасини яратган тадқиқотчиларнинг изланишлари шуни кўрсатдики, агар сегментлар сони 13та бўлса, бу барча рақамли телеэшиттирилар тизимлари учун етарли бўлади.

OFDM частота сегметлари нафақат траспорт оқимини мультиплексирлаш натижасида олинган маълумотларни,балки таянч – сигналларни ҳам ўз ичига олади. ISDB тизимида узлуксиз таянч сигналлар (CP – Continual Pilot), тақсимланган таянч сигналлар (SP – Scattered Pilot) ҳамда мультиплексирлаш ва узатиш конфигурациясини бошқарувчи маълумотларни ўз ичига оладиган таянч – сигналлар (TMCC – Transnission and Multiplexing Configuration Control – Pilot) қўлланиладилар. Ҳар бир сегмент маълумотлари вақт давомида форматланади ва OFDM кадрларига бирлашадилар (Битта кадр маълумотлар ҳажми 204 та OFDM модуляцион символларига мос келади).

Иерархик узатишда мультиплекс кадри тушунчаси киритилади. Мультиплекс кадри давомийлиги OFDM кадри давомийлигига мос бўлади, бироқ мультиплекс кадрига кирадиган транспорт оқими пакетлари сони OFDM кадрида узатиладиган пакетлар сонидан кўпроқ бўлади. Орадаги фарқ OFDM модуляцияси жараёнида фойдаланилган Фурье тескари тез алмаштириши қийматига ва ҳимоя интервали катталигига боғлиқ бўлади. Фарқ MPEG – 2 траспорт оқимига киритилган “бўш” (NULL) пакетлар билан тўлдирилади ва аммо ишлов бериш жараёнида улар ташлаб юбориладилар.

OFDM кадр сегментини форматлаш вақт ва частота оралатишларидан кейин бажарилади. Дифференциал модуляциялаш (DQPSK) холатида фойдали маълумотларга узлуксиз таянч – сигнал CР ва когерент модуляциялаш (QPSK, 16 QAM, 64 QAM) холатида – тақсимланган таянч – сигнал SP қўшиладилар. Узлуксиз таянч– сигнал ҳар доим 0 рақамли ташувчи ёрдамида узатилади. Тақсимланган таянч сигналлар ҳар йигирманчи ташувчида ва ҳар тўртинчи OFDM символида ўтадилар. Кадр таркибида узлуксиз ва тақсимланган таянч – сигналлардан ташқари, ТМСС мультиплексирлаш ва узатиш конфигурациясини бошқариш сигналлари, шунингдек АС (Auxiliary Channel) қўшимча маълумотлари узатиладилар. АС ва ТМСС учун мўлжалланган ташувчилар жойлашуви ҳар бир режим учун махсус жадвал ёрдамида белгиланади. CР ва SP таянч сигналлари билан узатиладиган телевизион ёки радиодастур ҳақидаги ахборотларнинг маълумотларини, ТМСС бошқарув сигналлари ва АС қўшимча маълумотлари билан тўлдирилиши натижасида, ҳар бир сегментдаги ташувчилар миқдори 1 – режимда 96 тадан 108 тагача, 2 – режимда 192 тадан 216 тагача ва 3 – режимда 384 тадан 432 тагача ошади. Узатилаётган радиосигнал ташувчиларининг сегментлари жойлашуви, тизимнинг берилган режими талабига асосан, битта қадамда частота ўқида таъминланадилар. Сегментлар 6.24- расмда кўрсатилганидек рақамланадилар.

6.24-расм. Узатилаётган радиосигнал спектри (N_S-сегментлар миқдори)

 Маълумотларни узатишда иерархик принципни амалга ошириш ISDB-Т тизимининг хилма хил вариантлар шаклини амалга татбиқ қилишга имкон яратади. Масалан: бир сегмент радиопрограммаларни узатишга ёки кўтариб юриладиган ёки чўнтак қабул қилувчига ажратилиши мумкин. Бошқа ҳамма сегментлар эса, юқори аниқликдаги телевидение маълумотларига ажратилиши мумкин ва улар стационар ТВ қабул қилгичлари ёрдамида маълумотларни қабул қилишга имкон яратади. Шундай қилиб, маълумотларнинг битта қатламини қабул қилиш ва декодлаш парциал (алоҳида-алоҳида) қабул қилишни амалга оширишга имкон беради.Парциал қабул учун битта марказий сегмент ажратилган ва унинг номери 0 ҳамда спектрнинг марказий қисмида жойлашган. Бунда ички сегментлар дифференциал модуляциядан ва ташқилари когерентдан фойдаланиб узатиладилар. Спектрнинг юқори қисмига яна битта ташувчи қўшилади ва у узлуксиз таянч сигнални узатилишини таъминлайди.

Агар стационар қабул қилгич интеграллашган бўлса, унда у марказий сегментда узатиладиган ҳам телевидение дастурларини ҳам радиоэшиттиришни ҳам маълумотларни қабул қилиш мумкин. Бошқа вариантда икки гуруҳ сегментлари стандарт аниқликдаги телевидениенинг икки дастурини қабул қиладиган кичик(портатив) ёки катта бўлмаган экранли кўтариб юриладиган ва мисол учун автомобилларда, автобусларда ёки поездларда ишлатиладиган қабул қилгичларда қўлланиши мумкин. Яна бир тузилиш варианти бир неча радиоэшиттириш дастурларини ёки маълумотларини узатишдир. Шуни қайд этиш керакки, узатиш иерархияси фойдаланиши ёки фойдаланмаслигидан қатъий назар битта физик каналда MPEG-2нинг битта транспорт оқими маълумотлари узатилади.

BST-OFDM маълумотларни узатиш усули интеграция хизматига эга ер усти рақамли телевизион эшиттириш замонавий концепсиясига жавоб беради ва келажакда янги хизматларни киритиш учун кенг имкониятларни таъминлайди.

 

ATSC ва DVB рақамли TВ тизимларини солиштириш.

 

DVB-Т ва ATSC тизимлари уларда қўлланиладиган модуляция услублари билан фарқланадилар. ATSC тизимида битта ташувчи қўлланиладиган 8-VSB (8 сатҳли ён ташкил этувчиси қисман босилган) модуляциясидан фойдаланилади. DVB-Т тизимида эса радиоканалда тенг частота интервали билан жойлашган, ҳар бири рақамли модуляция қилинадиган, ташувчиларнинг кўп қийматларидан фойдаланишни кўзда тутадиган OFDM (частота зичлаштиришлари орқали ортогонал ташувчиларни мультиплексирлаш) модуляцияси қўлланилади. DVB-Т тизими ATSC тизимига нисбатан каналдаги “қотиб қолишларга “ анча юқори халақитбардошликни таъминлайди, бу эса ҳаракатланадиган ва кўчириб юриладиган телевизион қабул қилгичларда муҳимдир.

Ер усти рақамли телеэшиттириш тизими (DVB-Т)да, бир частотали тармоқларни яратиш имконини таъминлайдиган OFDM рақамли узатиш услуби танланган, бу эса телеэшиттириш спектри учун қўшимча юкланиш бўлган холатда муҳим аҳамият касб этади. Ундан ташқари, OFDM модуляцияси қўллаган холда сигналларни қабул қилиш айниқса, кўчириб юриладиган ва ҳаракатланадиган холатларда, аҳолининг зич жойлашган туманларига хос бўлган кўп нурли тарқалишларига анча бардошлидир. OFDM усулининг ютуғи шундаки,, аналог шовқинлар ва рақамли хизматлар ҳимоясини таъминлайдиган, масалан: тасвир ташувчи частоталар ва овоз бирлаштирилган каналдаги телевизион аналог сигналлари тарқалиш спектрининг маълум қисмини бостириш хусусиятига эгалигидир.

Радио спектрдан фойдаланиш самарадорлиги нуқтаи назаридан қараганда, ATSC ва DVB-Т тизимларининг асосий фарқи шундаки, ATSC каналда юқори аниқликдаги телевидениенинг (ЮАТ) битта дастурини узатишга мўлжалланган, DVB-Т тизими эса телевизион эшиттиришга ажратилган частота полосаларидан самарали (узатилаётган ахборот ҳажми нуқтаи назаридан) фойдаланиш имконини берадиган, стандарт телевизион каналларнинг кўп дастурли тўлдиришига мўлжалланган.

DVB-Т тизимининг асосий ютуғи шундаки, у бошқа тизимлар билан максимал даражада мослаштирилган (унификацияланган). DVB-Т ни ишлаб чиқишда шу оилага тегишли бошқа тизимлар (DVB-S, DVB-C) мослаштириш талаблари максимал даражада ҳисобга олинган. Хусусан, DVB- S да ҳам секремблерлаш, кодлаш ва оралатишнинг ягона схемалари ишлатилган. DVB-Т стандарти тизими турли иш режимлар ва фойдаланиш шартларига мослашиш имконини берувчи кўрсатгичлар йиғиндисига ҳам эга.

Рақамли телевидение тизимларида ер усти тармоқларининг 2 та тури мавжуд: бир частотали тармоқ (SFN,Single Frequency Network) ва кўп частотали тармоқ (MFN, Multi Frequency Network). SFN да барча узатгичлар битта частотада ишлайдилар. MFN да эса тармоқдаги ҳар бир узатгич учун индивидуал частоталар қўлланилади. Иккала стандарт ҳам MFN тармоқни қуриш имконини беради, бироқ фақат DVB-Т дагина SFN самарали ишлатилади. Шунинг билан бирга,мамлакатдаги ер усти рақамли телеэшиттиришнинг кенг қамровли татбиқ этишда, SFN га катта зарурат туғилмаслиги мумкин. Бир частотали тармоқда телевизион узатгичлар нисбатан бир биридан узоқ масофага жойлашадилар ва уларнинг сигналлари қабул қилинади. Бунда сигналлар орасидаги фарқ туфайли, эхо –қайтиш сигналларига ўхшаш сигналлар пайдо бўладилар ва уларнинг кечикиш вақти DVB-T ҳимоя интервалидан катта бўлиши мумкин.  Узатгичларнинг вақт бўйича синхронланмаганлиги туфайли, DVB-T қабул қилгичидаги узатиш сигналлар орасида символлараро интерференция мавжуд бўлади ва умуман худди эxо сигналлар каби кенг полосали шовқинга яқин бўладилар.

Шу билан бирга COFDM дан фойдаланган xолда синxрон SFN ташкил қилиш мумкин, бунда қўшни узатгичдан кечикиш қабул қилгич ҳимоя интервалидан оширмайдиган эxо – сигналнинг келиши кафолатланади. Ундан ташқари қабул қилгич, бу икки сигналдан қувват бўйича каттасини “танлаши” хам мумкин. DVB-Tда бундай тармоқ учун спецификация ишлаб чиқилган. Синхрон SFN тизимни таъминловчи DVB-T стандартда битта катта қувватли узатгич ўрнига бир неча кам қувватли узатгичлар гуруҳини қўллаш имконяти мавжуд, зеро бу худудни телевизион сигналлар билан етарлича бир текис қоплашни ва шу билан бирга худуднинг исталган нуқтасида ишончли қабулини таъминлайди. Катта масштабли синхрон SFN ни 8к режимида қуриш мумкин, бунда узатгичлар орасидаги масофа максимал бўлади ва Dt/Tu = 14 да 67 кмгача етиши мумкин. Бундай тармоқларни аҳолиси жуда зич бўлган мамлакатларда татбиқ этиш мақсадга мувофиқдир. 2к режимида эса телеузатгичлар бор йўғи 17км узоқликда жойлаштирилиб, кичик масштабли тармоқ қуриш мумкин. Иккала холатда ҳам бундай телеэшиттиришлар тармоғини қуриш сермеҳнат эканлигини ва телестудиядан то ер усти синхрон узатгичларигача сигнални узатиш учун юқори тезликка эга кабель тармоғини қуриш талаб қилишини ҳисобга олиш керак. Ундан ташқари бу узатгичлар аниқ частота синхронизацияни талаб қиладилар шунинг учун буни амалга оширишда сунъий йўлдош GPS-қабул қилгичлардан фойдаланилади. Бу холатда молиявий харажатлар янада ошади.

Ўтказилган изланишлар ва тажрибаларга мувофиқ, DVB-T стандарти телевизион ретрансляторлар қувватидан самарали фойдаланиши; юқори халақитбардошликка эгалиги; 300 км/с тезликка бўлган ҳаракатланувчи объектларда сигналларни қабул қилиш имконияти мавжудлиги, ҳамда рақамли сигнал узатиш тезлигини бошқариш вазифаларини ечиш мумкинлиги тасдиқланган.

Иш жараёнидан маълум бўлдики, ATSCда телеузатгичларнинг қуввати пасайиши ўрнига, уларни сезиларли даражада кўтариш кераклиги аниқланди. Бунинг сабаблардан бири ATSC стандарти шовқинлардан деярли ҳимоя қилинмаган. Стандартни ишлаб чиқарувчилар томонидан бу бандга эътибор бўлмаган ёки асосий эътибор сигналларни ер усти тизимида халақитбардошлик масаласи мавжуд бўлмаган, кабель тизимлари ёрдамида тарқатишга қаратилганлигидир. Ушбу сабаблар асосида айтиш мумкинки, ATSC стандарти сигналларини автомобиль ёки поездда ҳаракатланаётганда сифатли қабул қилиб бўлмайди.

Шундай қилиб, амалиётда ATSC стандарти DVB-T га деярли барча сифат параметр кўрсатгичлари бўйича ютқазади ва шунинг учун ҳам АҚШда ATSC ни келгусида татбиқ қилиш учун махсус DVD-T трансляциялар диапазони ажратилган. DVВ-T формати транспортда қабулга мўлжалланган узатишлар учун тавсия этилган деб белгиланган.

 

15-мавзу: Рақамли телевидениенинг иккинчи авлод стандартлари

 

Режа:

15.1. Йўлдош телевидениеси DVB-S2 стандарти.

15.2. Ер усти DVB-T2 телевидение стандарти.

 

Йўлдошли телевидениенинг DVB-S2 стандарти

 

Телевидение, интерфаол хизматлар, янгиликларни тўплаш ҳамда бошқа кенг полосали йўлдошли иловалар учун мўлжалланган DVB-S2 стандарти амалиётда қўлланилаётган DVB-S стандартининг тўлдирилган кўриниши ҳисобланади. Янги стандарт Европада рақамли телевидение стандартларини ишлаб чиқувчи DVB project (Digital video Brodcasting project) консорциуми томонидан ишлаб чиқилган.

DVB-S2 стандарти мавжуд DVB-S ва DVB-DSNG (Digital Satellite News Gathering-рақамли йўлдош видео журналистикаси) негизиларида яратилган. DSNG термини остида асосан телевизион маълумотларни воқеа жойларидан кўчма қурилмалар орқали узатиш тушунилади.

Янги DVB-S2 стандарти, мавжуд DVB-S стандартининг камчилиги (QPSK модуляцияси формати ҳисобига кичик оқим тезлиги) ва DVB-DSNG стандарти камчилигини (паст қийматли бузилишларни таъминлаш учун сунъий йўлдош узатгичларини кам қувват билан ишлашини амалга ошириш) бартараф этишга қаратилган. Янги стандартни яратишда асосий эътибор қуйидаги омилларга қаратилган:

1.                  DVB-S2 янги стандартининг яратишга сабаб сифатида юқори аниқликдаги телевидение (HDTV) хизматларининг кенг жорий этилиши бўлди. Ҳозирги куннинг ўзида стандарт рақамли каналларни трансляция қилишда ҳам частота ресурларининг етишмаётганлиги кузатилмоқда. Агар йўлдошли тизимларда HDTV узатиладиган бўлса, энг илғор компрессия усуллардан фойдаланилганда ҳам мавжуд частота ресурслари етарли эмаслиги аниқланган. Шундай экан HDTV нинг қўлланилишида янги канални кодлаш форматини яратиш ва частота ресурсидан самарали фойдаланишни ташкил қилиш талабларини юзага келтиради.

2.                  DVB-S2 стандартининг яратилиши Kа диапазонда сигналларни қабул қилишнинг қийинчиликларини бартараф этишга қаратилган, яъни бу диапазондаги сигналларни қабул қилишда об-ҳаво шароитлари катта аҳамиятга эга. Шунинг учун ҳам ушбу диапазонда телеузатиш учун С ва Ku диапазонга нисбатан юқори ҳалақитбардошлик талаб этилади.

3.                  Интерфаол белгиланган хизматли йўлдошли тизимларнинг пайдо бўлиши янги стандартнинг яратилишини асослаб берди. Интерфаол тармоқлар катта транспорт ресурсларини талаб қилади ва уларни ишлатишда аниқ манзил бўйича маълумот узатиш ресурси сарфларини такомиллаштириш мумкин. Аввалги стандартлар бундан афзалликларга эга эмас эдилар.

Шундай экан, DVB-S2 стандартидан қуйидагилар талаб қилинади:

-       транспорт каналидан фойдаланиш самарадорлигини ошириш, яъни мавжуд стандарт канал полосасида кўпроқ маълумот узатиш имкониятига эга бўлиш;

-       бир каналда узатилаётган турли маълумотларни узатишда алоҳида ёндошувни ташкил қилиш, яъни ҳар хил хизматлар учун канал параметрларини турлича танлаш;

-       аввалги мавжуд стандартлар билан мутаносиб ишлашини таъминлаш ва янги техника қурилмаларга ўтишда енгиллик яратишни таъминлаш.

Дастлабки иккита талабни бажариш ўзгача модуляция усулларидан ва самарали ҳимоя тизимларини кодлашдан фойдаланиш ҳамда модуляцияланган сигнал фронтларини тиклантиришга (қиррасини оширишга) мўлжалланган қўшимча коэффициентлар ҳисобига амалга оширилган. Канални шакллантиришда мослашувчанлик кодлаш ва модуляциялашнинг ўзгарувчан параметрини танлаш (VCM – variable coding and modulation) ва адаптив кодлаш ва модуляциялаш (ACM – adaptive coding and modulation) усулларидан фойдаланиш ҳисобига эришилган. VCM битта узатилаётган каналдаги ҳар хил хизматлар учун халақитлардан сақланиш сатҳини белгилайди, ACM эса хизматларни қабул қилишда,қўшимча равишда транспорт тармоғининг параметрларини мавжуд шароитлар учун мослаш имконини яратади. ACM режими тескари каналга эга тармоқлар учун мўлжалланган бўлиб, унда бош станцияга қабул нуқтасидаги қабул шартлари ҳақидаги маълумотларни юбориш назарда тутилган.

Натижада, универсал DVB-S2 стандарти яратилган бўлиб, унинг негизида стандарт ва юқори аниқликдаги телеканалларни узатиш имконияти мавжуд ҳамда интерфаол хизматлар, Интернет тармоғига уланиш ва қатор бошқа хизматлар ташкил этилган. DVB-S2 стандарти маълумот узатиш тармоқлари ҳамда IP магистралларини ташкил этиш учун ҳам қўлланилади.

Аммо DVB-S2 таркибига киритилган кўпгина самарали механизмлар аввалги эски стандартлар билан мос келмайди. Шу сабабдан ҳам, мавжуд стандартларнинг мослашувчанлигини таъминлаш учун ишлаб чиқарувчилар стандартга икки режимни киритишган. Биринчи режим – самарадорлиги паст бўлган бироқ икки стандартда ишловчи қурилмаларни қўлловчи режимдир. Иккинчи режим эса барча янги имкониятларни тўлиқ қўллайди, бироқ DVB-S стандартидаги қурилмаларни ишлатишга йўл қўймайди. Шунинг учун ҳам DVB-S2 стандартига дастлабки ўтиш даврида биринчи режимдан фойдаланиш назарда тутилган, иккинчи режим эса - тизим тўлиқ ишга тушгач қўлланилиши мумкин ва янги авлод тюнерларидан фойдаланишни талаб этади.

Янги DVB-S2 стандарти 4 турдаги модуляция усулларини қўллаш схемаларини назарда тутади(7.1-расм). Дастлабки икки, QPSK ва 8PSK модуляция турлари эшиттириш тармоқларида қўлланилади.Бу ерда транспондер узатгичлари тўйиниш режимига яқин холатда ишлайдилар ва ташувчини амплитуда бўйича модуляциялашга йўл қўймайди. Юқори тезликдаги модуляциялаш схемалари 16APSK ва 32APSK (APSK- амплитуда ва фаза модуляцияси) модуляция турлари профессионал тармоқларни ташкил қилишда қўлланилада ва паст қувватли ер усти узатигичлардан фойдаланиш имконини беради. Қувватнинг паст бўлиши борт ретрансляторлариниг ночиқли ишлашига олиб келмайди ва қабул тарафида сигнал фазасини катта аниқлик билан танлаш имкониятини берадиган профессионал конверторлар (LNB) ўрнатилишини таъминлайди. Бу модуляция усулини эшитттириш тизимида ҳам ишлатиш мумкин, бироқ канал ташкил этиш қурилмаси мураккаб қўринишдаги дастлабки бузилишларни амалга оширишни таъминлаши керак ҳамда қабул томонида сигнал/шовқин қиймати нисбатан юқори бўлиши лозим. Келтирлган 7.1с,d-расмлардан, сигнал диаграммаларидан, кўриниб турибдики, APSK символлари халқасимон жойлашгандирлар. Бундай вариант амплитуда символини узатишда халақитбардош бўлиб, ретранслятор қувватидан тўлиқроқ фойдаланиш имкониятини яратади. Бунда 32APSKда, ўз навбатида, QPSK га нисбатан умумий оқим тезлигини 2,5 баробар ошишига эришилади.

 

 

7.1-расм. Модуляцион характеристикаларнинг юлдузчали сигналлар тўплами

 

 APSK режими учун қабул томонда махсус дастлабки бузилиш киритилиши мумкин ва бунинг ҳисобига борт узатгичларининг максимал қувватини олиш имконияти пайдо бўлади. Бу режим, яъни тўла қувват(тўйиниш) режими 32 APSK учун муҳим кўрсатгичдир. Фақатгина, бу режимда ишлайдиган тизимда қабул қилувчи махсус кам шовқинли конверторлар (LNC) қўлланадилар ва уларнинг нархи маиший конверторларга нисбатан юқори бўлади.

DVB-S2 стандартида юқори тартибли модуляция усулларидан фойдаланишдан ташқари қўшимча иккита альфа яхлитлаш коэффициентлардан фойдаланиш ҳам назарда тутилган. DVB-S2 стандартида аввал ишлатиладиган яхлитлаш альфа=0,35 коэффициентига 0,25 ва 0,2 қийматли альфа коэффициентлар киритилганлар. Киритилган янги альфа коэффициентлар импульс фронти тиклигини кўтаради ва частота спектридан самарали фойдаланиш имкониятини беради. Иккинчи тарафдан, кичик альфа коэффициенти ночизиқли бузилишларни кучайтиради ва айниқса транспондерга битта ташувчи узатилганда сезиларли бўлади. Шунинг учун ҳам, узатишдаги барча параметрларни аниқлаштириб, альфа коэффициентни танлаш тавсия этилади.

DVB-S2 стандартидаги халақитбардош кодлаш учун DVB-S даги каби тўғри коррекцияланадиган икки сатҳли кодларни устма-уст туширишга(Forward Error Correction-FEC) асосланган ва маълумотларни оралатиш қўлланилади. Бироқ ички ва ташқи ҳимоя кодлар тизими DVB-S форматидан бошқача. DVB-S2 стандартида Боуз-Чоудхури-Хоквингем (ВСН) кодидан фойдаланилади, DVB-S да эса Рид-Соломон коди қўлланилган. Боуз-Чоудхури-Хоквингем коди кодлаш режимига боғлиқ холда, 8-12 та хатоликларни тузатиш имкониятини беради. Ички код сифатида, йиғиш коди ўрнига, жуфтликни кичик зичликда текширувчи коддан фойдаланилади (Low Density Parity Check Codes -LDPC). Тарқатиладиган қувват билан спектриал самарадорликни уйғунлаштиришга эришиш учун DVB-S2 стандартида,турли модуляциялар форматида (QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK), кодлаш тезликларининг кўп қийматларидан фойдаланилади (1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5,2/3, 3/4,4/5, 5/6, 8/9 ва 9/10). QPSK модуляциялашдаги қўлланиладиган 1/4,1/3, 2/5 каби кодлаш тезликлари, энг ёмон шароитларда, яъни сигнал сатҳи шовқиндан паст бўлган ҳолат учун фойдаланилади. QPSK ва 8PSK модуляция турларидан тўйиниш режими яқин холатда ишлайдиган борт узатгичлариди (транспондерларида) фойдаланилади. 32APSK модуляция тури транспондернинг чизиқли режимини ва катта сигнал/шовқин қийматини талаб қилади ҳамда профессионал иловалар учун ишлатилади, бироқ энг кенг полосани таъминлайди. 16APSK формат тури транспондернинг чизиқлилигига чегаралар бўлган холатда (махсус дастлабки бузиш схемалари қўлланилади) кўп иловалар бериши мумкин, шу жумладан телеэшиттиришларни ҳам киритиш мумкин. 16APSK ва 32APSK модуляция турлари ночизиқли транспондерда ишлашга мўлжаллангандирлар ҳамда уларнинг чизиқли каналдаги ишчи характеристикалари 16QAM ва 32QAM форматлари билан мослашганлар.

DVB-S2 тизими “транспондерда битта ташувчи” ёки “транспондерда кўп ташувчи”(частотавий мультиплексирлаш қўлланилади) режимларида ишлай олади. Битта ташувчи билан ишлашда символни узатиш тезлиги Rs, транспондернинг ўтказиш полоса оралиғига тенг (BW= Rs) бўлади. Агар ташувчилар кўп бўлса, Rs шу хизматга ажратилган частота диапазонига тенг бўлади. Кўрсатилаётган хизматларнинг максимал сонининг чекланиши транспондер полосаси, ҳар бир хизматга талаб этиладиган тезлик ва ўзаро ёнма ён ташувчиларнинг мумкин бўлган халақитлари қийматлари билан аниқланади.Ушбу стандартда иерархик модуляция усули қўлланилиши мумкин, яъни, иккита бир бирига боғлиқ бўлмаган каналлар учун турли приоритетга эга бўлган модуляциялар ишлатилади(НР –юқори приоритет, LP-паст приоритет) ва у 7.2-расмда келтирилган.

Иерархик модуляция DVB-S ва DVB-S2ларда иккита параллел каналларни, юқори (HP) ва паст приоритетлиларни (LP) қўллашни назарда тутади (7.2 –расм). LP- паст приоритетли иккинчи каналда фаза девиация қиймати нотекис 8PSK гача оширилади(7.3-расм). DVB-S2 оқимининг барча конфигурациялари орасидан фақат кадрнинг 64800(720слот х 90 бит) битли нормал конфигурациясидан фойдаланишга рухсат этилади. Бундан ташқари қабул қилгичнинг ишончли ишлаши учун,фойдаланувчи талабига асосан, девиация бурчаги Q ни танлашни ўзгартириш мумкин, чунки Qнинг катта қийматлари LP каналида тегишли сигнал/шовқин нисбатини яхшилайди, аммо НР каналида эса сигнал /шовқин нисбатини камайтиради.

 

 

7.2-расм. Икки каналли иерархик модуляциянинг ташкилий чизмаси

 

7.3-расм. Фазавий девиация қийматининг ўзгариши

 

DVB-S2 стандартининг хусусиятларидан бири шундаки, унда адаптив кодлаш ва модуляциялаш (АСМ) усулини қўллаш мумкин. Бундай ишлаш “нуқта-нуқта” режимида ишловчи иловалар учун мос келади(масалан,икки нуқтали илова,яъни битта адресга IP эшиттириш ёки рақамли йўлдош видео журналистикаси). АСМ режимининг моҳияти сигнал қабул қилиш шароитларидан (масалан: ёмғирли давр) келиб чиқади ва шунга асосан DVB-S2 модуляторининг ишлаш режими ўзгаради. Формат модуляциялаш ва ўзгарувчан кодлаш тезлиги ҳисобига абонентнинг сигнал /шовқин нисбати кўтарилади. Шундай қилиб АСМ режими, исталган об-ҳаво шароитида ҳам рақамли маълумотларнинг катта тезликда узатилишига имкон беради. Бу холатда сигнал/шовқин нисбатининг қиймати қабул томонида абонент томонидан танланади (7.4-расм). Қабул нуқтасида сигнал/шовқин плюс халақитларни (S/N+П) узлуксиз ўлчашлар ва натижаларни тескари канал ёрдамида ер усти узатиш станциясига юбориш билан белгиланади ва танланади. Бунда кодлаш параметрлари(кўрсатгичлари) кадрдан кадрга ўзгаришлари мумкин.

 

 

7.4-расм. Узатиш параметрларини адаптив ўзгартиришни ташкил қилиш схемаси

 

MPEG-2 ТS транспорт оқимини узатишгагина мўлжалланган DVB-S ва DVB-DSNG стандартларидан фарқли равишда, DVB-S2 стандарти нафақат MPEG-2 транспорт оқимини балки, исталган кўринишдаги ёки узуксиз пакетли маълумотларни ҳам узатиш имкониятига эга.

Юқорида айтиб ўтилганидек, DVB-S2 тизими бир вақтнинг ўзида эшиттириш хизматларининг бир нечта транспорт оқимларида узатишга қодир ва бунда ҳар хил оқимлардаги халақитбардошлик қийматларлари турлича бўлиши таъминланиши мумкин. Масалан, мультиплексирланган стандарт аниқликдаги телевидение ва кам ҳимояланган юқори аниқликдаги телевидение каналининг юқори халақитбардошлигини таъминланиши мумкин. 7.5-расмда узатиш томонидаги мультиплексирлашнинг намунавий схемаси кўрсатилган.

Ушбу конфигурацияда, CR=3/4 да 8PSK ва CR=2/3 да QPSK бўлганда фойдали сигнални 27,5 Мбод/с тезлик билан узатиш назарда тутилган. Бу холатда бод тезлиги фақат фойдали маълумотни узатишни ҳисобга олади ва ҳалақитбардошли қўшимча бит кодларини эса ҳисобга олмайди. Шу сабаб рақамли узатиш тизимларидаги бод тезлиги қўшимча маълумотли бит тезлигидан кичик бўлади. Сигналнинг бит тезлиги эса бу холатда SR=40 Мбит/с ни ташкил этади.

Бундай тезликдан 2 та HDTV дастурни ва SR=12 Мбит/с тезликда эса 2-3 та стандарт DTV дастурларни узатишда учун фойдаланиш мумкин.

 

 

7.5-расм. Теледастурларни мультиплексирлашнинг намунавий схемаси

Шуни таъкидлаш керакки, юқорида келтирилган схемалар ва модуляция усулларини қўллаш натижасида DVB-S2 стандарти DVB-S га нисбатан 25-30% га кўпроқ фойдали маълумотларни узатиши ёки шу спектр самарадорлиги сақланган холда, сигнал бўйича 2-2,5 дБ энергетик заҳирага эга бўлиш имконини беради.

 

Ер усти DVB-T2 телевидение стандарти

 

Аввалги бўлимда айтиб ўтилганидек, йўлдошли DVB-S2 стандарти аввалгисига нисбатан каналнинг ўтказиш қобилиятининг 30% гача ортишини таъминлайди. Шунинг учун ҳам юқори аниқликдаги телевидениени узатиш учун DVB-S2 стандартидан фойдаланиш мақсадга мувофиқ.

HDTV ни ер усти эшиттириш тизимларига татбиқ қилишда уларнинг нисбатан кенглиги кичик каналлари янада тезроқ банд этилади ва шунинг учун ҳам юқори аниқликдаги телевидение эшиттиришлари учун янги кенг полосали ва самарали стандартни яратишга эҳтиёж юзага келган.

2006 йил февраль ойида DVB консорциуми доирасида тадқиқот қўмитаси(Study Mission) ташкил қилинди ва қўмита хилма хил технологияларни ўрганиш билан шуғилланди. Ярим йилдан сўнг қўмитанинг иш фаолияти якунига етди ва DVB-T2 стандартини ишлаб чиқишга киришилди ва 2008 йил ноябрь ойида ушбу стандарт тасдиқланди ҳамда унга қуйидаги талаблар қўйилди:

-       DVB-T2 стандартидаги трансляция мавжуд хонаки ва уй антенналарига қабул қилиниши лозим ва янги тизимга ўтиш мавжуд тармоқнинг инфратузилмасини ўзгартирмаслиги керак.

-       DVB-T2 стационар ва портатив антенналарга бирдек қабул қилиниши лозим.

-       DVB-T2 стандартида аввалги DVB-T стандартига нисбатан камида 30% канал самарадорлигига эришиш лозим.

-       DVB-T2 стандарти бир частотали тизимнинг (SFN) ишлашини яхшилаши керак.

-       DVB-T2 стандарти ягона радиоканалда турли халақитбардошлик билан узатиладиган бир нечта алоҳида хизматларнинг кўрсатилишини қўллаши лозим. Масалан, 8 МГц кенгликдаги каналда узатилаётган хизматларнинг баъзилари фақат томда ўрнатилган йўналган антенналарга, баъзилари эса хонаки антенналарга қабул қилиниши керак.

-       DVB-T2 стандарти частоталардан ва частота полосасидан фойдаланиш самарадорлишги ошириши лозим.

DVB оиласига кирувчи стандартларни яратишда асосий талаб, уларнинг барчаси ўзаро мутаносиб бўлишини таъминлашдир. Масалан, DVB-T2 ва DVB-S2 стандартларида сигнални бир форматдан иккинчи форматга ўзгартиришда иложи борича соддалашган бўлишини таъминлаш керак.Демак, янги стандартларни яратишда иложи борича аввалги мавжуд механизмлардан фойдалани мақсадга мувофиқ. Бу талабни бажариш учун DVB-S2 стандартидаги иккита асосий технологиялар сақлаб қолинган.Улар:

1.    Транспорт оқимларининг тизимли архитектураси ва дастлаб маълумотларни паст частотали Bast Band (BB) пакетларга жойлаштириш (кейинги параграфда кўриб чиқилади).

2.    Паст зичликни жуфтликка текширишни таъминловчи (Low Density Parity Check Codes - LDPS), халақитдан ҳимояланган коддан фойдаланиш.

Алоқа каналининг максимал ўтказиш қобилиятини таъминлаш учун янги стандартда қатор янгиликлар қабул қилинганки, улар DVB-T2 стандартида каналнинг ўтказувчанлигини янгича кодлаш усуллари, ҳимоя интерваллари ўлчамини ўзгартириш, таянч сигналларининг режимларини ўзгартириш ҳисобига,кодлаш параметрларини мукаммаллаштиришга қаратилгандирлар.

Бунга эришиш учун халақитларга қарши кодлашнинг (FEC) янги схемалари ва Base Band (BB) кадр пакетлардан фойдаланилган. 7.6-расмда кўрсатилганидек узатилувчи маълумотлар BB пакетларга жойлаштирилади. Сўнгра худди DVB-S2 каби LDPS FEC назорат битлари ёрдамида ёпилади.Яна LDPS декодлашгандан кейинги хатоликларни тузатиш учун маълумотлар Боуз-Чоудхори-Хоквингем қисқа кодлари ёрдамида қўшимча равишда ҳимояланадилар.

 

7.6-расм. Паст частотали кадрнинг структураси (ВВ кадр)

 

Кадрнинг, халақитбардош кодлаш маълумотлари билан, тўлиқ давомийлиги 64800 битни ташкил қилади. Бу кадр DVB-T2 стандартида базавий блок ҳисобланади. Бунда T2 стандартида ҳимоялаш кодлариниг назорат битларининг кўлами 15-50% миқдорида ўзгариши мумкин. Бироқ, стандарт томонидан 16200 бит бўлган анча қисқа кадр ҳам қўлланилиши назарда тутилган. Бу кадр паст тезликдаги хизматларни қабул қилишдаги кечикишни камайтириш учун қўлланилиши мумкин.

ВВ блок ичида узатиладиган маълумотлар одатда, MPEG-2 форматидаги пакетлар оқими кетма-кетлиги ҳисобланадилар. Айни вақтда, BB-кадр майдони сигнализация сарлавҳаси GSE (Generic Stream Encapsulation –умумий оқим инкапуляцияси)янги DVB-протокол IP-пакетлари жойлашиши билан мос тушади.

LDPC асосидаги халақитдан ҳимояланганлик ишининг тест натижалари, Рид -Соломон кодлари ва йиғувчи кодлашни бирга қўллаш асосидаги DVB-T халақитбардош кодлашга нисбатан халақитлардан ҳимояланганликни сезиларли ошганини кўрсатди. Янги FEC ҳисобига сигнал/шовқин нисбати бўйича ютуқ, назорат символларнинг бир хил қисмлари учун, оддий хатолар қийматида, 3 дБгача бўлиши мумкин. Ушбу яхшиланиш канал ўтказувчанлик қобилиятини 30% га ошириш имконини беради.

Т2 ни ишлаб чиқишда бир ёки кўп ташувчили модуляцияларнинг бир неча вариантлари таққосланган. Натижада ҳимоя интервалига (ҲИ) га эга OFDM варианти танланган, у DVB-T да ишлатилаган, бунда ҳар бир символ бир вақтда фаза ва амплитуда бўйича модуляцияланадиган ортогонал ташувчиларнинг катта сони билан узатилади. DVB-Tда, хусусан, иккита режим - 2К ва 8К лар кўзда тутилган. Бу рақамлар сигнални кўп ташувчилар билан шакллантириш учун қўлланиладиган FFT (Фурье тез ўзгартириши) ўлчамини ифода этади. Маълумотларни узатиш учун қўлланиладиган ташувчиларнинг мавжуд амалиётдаги сони бир мунча кам. Сигналларни кўп тарқалиш оқибатидаги бузилишлардан(хатоликлардан) сақлаш учун (берилган символни узатишга хизмат қиладиган ҳар бир ташувчи учун) Т2 тизимда ҳар бир символ якунида ҳимоя интервалидан фойдаланилади ҳамда у 7.7-расмда келтирилган.

 

7.7-расм. Ҳимоя интервалларидан фойдаланиш

 

Ҳимоя интервалининг давомийлиги эфир тракти узунлиги ва узатиш тармоғининг бошқа параметрларидан келиб чиқиб танланади. Давомийроқ ҳимоя интерваллари бир частотали тармоқларда талаб қилинади, чунки бунда қўшни узатгичдаги сигналлар қабул қилгичга асосий сигналга нисбатан сезиларли кечикиб келиши мумкин. Ҳимоя интервали ўзида алоқа каналининг ўтказувчанлик қобилиятини пасайишига таъсир қилувчи устқурмани намоён қилади. DVB-T да ушбу устқурма узатилаётган маълумотлар ҳажмининг 25% ни эгаллаши мумкин. Ҳимоя интервалининг, умумий маълумотлар қисмидаги ҳажмини оширмасдан кўпайтириш имконига эришиш учун, Т2да иккита янги режимлар 16К ва 32К киритилган ва бу холат ортогонал ташувчиларнинг сонини мос равишда оширилишига олиб келинган. 7.8-расмда ташувчилар сони кўп бўлган режимга ўтиш кўрсатилган. Ушбу ҳолатда ҳимоя интервалининг абсолют ўлчамлари сақланиб қолинган, бироқ унинг умумий ҳажмдаги қисми қисқарган.

7.8-расм. Кўп сонли ташувчилар режимига ўтишнинг кўрсатилиши.

DVB-T2 да нисбатан узун символлардан фойдаланиш, умумий ҳажм символида, ҳимоя интервалининг сезиларли қисқаришига имкон беради. 32К режимидаги Т2 да ҳимоя интервалининг максимал давомийлиги ҳимоя интервалининг тўлиқ символлар давомийлигига, яъни 19/128 га тенг нисбатда эришилади. Ҳимоя интервалининг давомийлиги 500мкс бўлганда, йирик умумдавлат бир частотали тармоғини қуриш имконияти мавжуд.

Шундай қилиб, Т2 нисбатан кўп бўлган FFT ўлчамлари ва кенг ҳимоя интерваллари қийматларини беради. Хусусан:

·     FFT ўлчамлари: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K;

·     Ҳимоя интерваллар параметрлари: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4.

Юқорида айтиб ўтилганидек, OFDMда ҳар бир ташувчи ҳам фазада ҳам амплитуда бўйича модуляцияланадилар.Олий модуляциялаш стандарти DVB-T, 64 QAMда, битта символ билан бирданига 6 битни (битта ташувчининг модуляцияланган элементи билан) узатиш имконини беради.

Т2да олий модуляция 256 QAMгача кўтарилган, у битта символ билан 8 та бит узатиш имконини беради. Ушбу модуляция шовқин томонидан яратилган хатоликларга таъсирчан эканига қарамай, тест натижалари шуни кўрсатдики, LDPC FECдан фойдаланиш DVB-T га нисбатан, худди шундай шароитларда,канал самарадорликни 30% ошишини таъминлайди.

Т2 да яратилган янги режимлар - 16К ва 32К аввалги 2К режимга нисбатан полосадан ташқаридаги таркибий қисмларнинг кескин пасайтириш имконига эга. 7.9-расмда кўрсатилганидек, ушбу холат ташувчиларнинг,8МГц полосада,DVB-Т сигналларини стандарт спектрал маскага яқин жойлаштиришга имкон яратади. Ушбу кенгайтирилган полосалар яна 2%гача қўшимча маълумотларни узатиш имконини беради.

 

 

7.9-расм. 8 МГц канал учун DVB-T2 сигналлари назарий ночиқли спектрал қувватлари тақсимоти

 

OFDM тизимларида тақсимланган таянч-сигналлар ишлатиладилар. Улар маълум вақт ва ташувчилар бўйича тақсимланган модуляцияланган элементлар сифатида намоён бўладилар. Қабул қилгичга таянч-сигналлар модуляция параметрлари маълум ва қабул қилгич уларни канал ҳолатини баҳолашга ишлатиши мумкин. DVB-Tда ҳар ўн иккинчи модуляцияланган элемент таянч-сигнал бўлиб ҳисобланади, яъни уларнинг умумий маълумотлар ҳажмидаги қисми 8%ни ташкил қилади. Ушбу пропорция ҳимоя интервалларининг ҳар қандай вариантида ишлатиладиган ва ҳимоя интерваллари 1/4 бўлган сигналларни текислаш имконини берадиган, таянч-сигналларни жойлаштириш мумкин бўлиши керак. Бироқ кичик ҳимоя интерваллари учун 8% миқдордан кам таянч-сигналларни қўшиш ортиқчаликка олиб келади. Шунинг учун Т2да уларни жойлаштиришнинг 8 турли хил варианти мавжуд. Ҳимоя интервалиниг нисбий давомийлигининг ҳар бир вариантига таянч-сигналлар жойлашувининг бир неча варианти мос келади ва улар каналнинг жорий холатидан келиб чиқиб динамик танланади, бу эса уларнинг сонини мукаммаллаштириш имконини беради. 7.10-расмда таянч-сигналлар жойлашувининг мумкин бўлган икки варианти кўрсатилган. Таянч-сигналларнинг зичроқ жойлашуви қабул қилгич киришида сигнал/шовқин нисбатини талаб этилган қийматини пасайтиришга ва синхронизацияни яхшилашда ишлатилиши мумкин. Охирги ҳолатда таянч-сигналлар псевдотасодифий кетма-кетлик билан модуляцияланадилар.

 

7.10-расм. Таянч-сигналлар жойлашувининг вариантлари ва уларнинг умумий сигналдаги улушлари

 

Т2га бўлган тижорат талаблари турли хизматлар учун хилма хил қийматли халақитбардошликни таъминлашдан иборатдир. Бу турли модуляция схемалари ва халақитбардош кодлашдан фойдаланилганда таъминланиши мумкин. Т2да бунга OFDM-символларни кадр ичида гуруҳлаш билан эришилади, яъни ҳар бир хизмат кадрда аниқ слотни эгаллайдиган бутун блок билан узатилади. Ушбу омил 7.11-расмда келтирилган ва бу ерда турли ранг билан турли хизматга тегишли оқим фрагментлари ифодаланган.

Т2 да кадр боши қисқа OFDM-символ P1 билан белгиланади. Р1 худди 7.12-расмда кўрсатилгандек, қўшни ташувчиларнинг (частота бўйича силжиган) бош ва охирги символларини қайтарилишини кўрсатувчи 1K OFDM-символидан иборат. Бундай P1 символининг тузилиши бир томондан уни осон аниқланиши имконини беради, бошқа тарафдан символни асосий кадрнинг қандайдир фрагменти билан қўшилиш имконини таъқиқлайди.

 

 7.11-расм. Т2да кадрлар структураси

 

 

7.12-расм. DVB-T2 сигнализацияси Р1 символининг соддалаштирилган кўриниши

 

 Спектрни сканерлайдиган қидириш режимидаги Т2- ресивер томонидан, узатишни аниқланишининг ва содда, ишончли механизмини, яъни ресивер билан частотани тезкор ва 6 битли сигнализациясини ушлашни таъминлайди (масалан: Т2 кадрда FFT ўлчамини аниқлаш учун).

T2 кадрнинг стандарт давомийлиги —200 мс атрофида, кадр тузилиши ҳақидаги ахборотни узатилиши талаб қилувчи устқурма эса қоида бўйича 1%дан камроқни эгаллайди.

T2 каналли кодлаш тизимида оралатишнинг учта каскади ишлатилади. Бу эса бузилган элементларнинг пакетли хатоликлари, декодерда деоралатишдан кейин,LDPC FEC-кадр бўйлаб тарқатилишини деярли кафолатлайди ва якунда LDPC кодерга маълумотларни тиклаш имконини беради.

 

Ушбу каскадларни келтириб ўтамиз:

1.      Битли оралатгич: битларни FEC-блоки доирасида рандомизациялайди;

2.      Вақтли оралатгич: Т2 кадр доирасида FEC-блок маълумотлари символларини қайта тақсимлайди. Бу сигнални импульс шовқинга ва узатиш тракти характеристикаларининг ўзгаришига чидамликлигини оширади.

3.      Частотали оралатгич: у селектив “частота қотиш” эффектини сусайтириш мақсадида маълумотларни OFDM-символи доирасида рандомизациялайди.

 

Шунингдек, Т2 да халақитбардошликни ошириш учун, модуляцион юлдузча туркумни белгиланган айлана бурчакка буриш янги техникаси қўлланилган. Бундай буриш, эфирдаги одатий муаммолар мавжуд холатда, сигнал чидамликлигини сезиларли ошириши мумкин. Диаграммани аниқ белгиланган бурчакга буриш ҳисобига юлдузча туркумининг ҳар бир нуқтаси бошқа нуқталар томонидан такрорланмайдиган ўзига хос координатасига (u1 ва u2) эга бўладилар (7.13-расм).

                                                                                                

7.13-расм. QAM16да модуляцион юлдузчалар туркумларининг бурилиши

Нуқтанинг ҳар бир координатасига модуляторда алоҳида ишлов берилади ва улар бошқа символнинг u2 ва u1 билан аралаштирилиб, OFDM-сигналда бир-бирига боғлиқ бўлмаган холда узатиладилар (яъни, u2 ва u1лар турли OFDM-ташувчиларда ва хилма хил OFDM-символларда узатилиши мумкин).

Қабул қилгичда u2 ва u1 бирлаштириладилар ва айлана бўйлаб бурилган дастлабки юлдузча туркуми шакллантирилади. Шундай қилиб, агар битта ташувчи ёки символ интерференция натижасида йўқолиб қолса, унда бошқа координата ҳақидаги ахборот сақланиб қолади, бу эса символни тиклаш имконини беради, гарчи сигнал/шовқин нисбати кичик бўлса хам. Симметрик (бурилмаган) юлдузча туркумидан тақсимланган u2 ва u1 лардан фойдаланишнинг маъноси йўқ, чунки символ фақатгина иккита координата бирикмаси асосида танилиши мумкин. Уларнинг ҳар бири алоҳида эгизагига эга бўлади ва уларнинг бирикмасигина ўзига хос бўлади. Тест моделлаштириш натижалари ушбу техникадан фойдалангандаги сигнал /шовқин нисбати бўйича ютуқ 5дБгача етиши мумкинлигини тасдиқлаган.

Т2 стандарти Аламоут кодидан фойдаланиш ҳисобига иккита узатгичдан қабулни амалга ошириш имкониятини таъминлайди. Ресивер бирданига иккита узатгичнинг сигналини “қабул қилса”, масалан, бир частотали тармоқда йўналмаган антеннадан қабул қилиш ҳисобига, ундан фойдаланиш тизимнинг ишини сезиларли яхшилаши мумкин. Ушбу кодлаш таянч -сигнал формати шаклини ўзгартириш билан бирга амалга оширилса, иккита ҳар хил эфирдан келаётган каналлар сигналларини халақитсиз ажратиш ва алоҳида декодлаш имконини беради. Хусусан, агар антеннага фақат битта каналга рухсат бор бўлса, кодни қўйиш қабулни ёмонлаштирмайди. Дастлабки ҳисоблашлар ушбу техника кичик бир частотали тармоқларни қамраб олиш соҳасини 30% кенгайтириш имконини беришини кўрсатди.

Шуни алоҳида таъкидлаб ўтиш жоизки, DVB-T2 да қўшимча функциялар киритилиши ҳам белгиланганлар, уларнинг баъзилари ҳозирги кунда ишлатилмасада, келажакда ушбу тизим имкониятларидан кенг фойдалиш мумкин. Масалан: Т2да иккита қўшимча қурилма мавжуд бўлиб, уларни келажакда кадрни кенгайтиришда қўллаш мумкин. Бунда Т2 кадрининг тузилиши ҳали аниқланмаган турдаги сигналларга мўлжалланган мавжуд бўлмаган турдаги кадрларга сигнализацияни киритиш имкониятини кўзда тутади (7.14-расм).

 

7.14-расм. T2 кадрлар аро FEF майдонларининг киритилиши

 

Яъни, бу FEF (Future Extension Frames- Кадрларнинг Келгуси Кенгайиши) кадрларнинг мазмуний таркиби ҳали аниқланмаган. Т2 кўрсатгичларига мос сигнализациянинг киритилиши биринчи авлод ресиверлари учун FEF-фрагментларни таниб олиш ва уларга эътибор бермаслик имконини яратади. Бироқ ҳозирдан эгалланмаган ўринлар узатишнинг биринчи тизимларини келажакдагилари билан тескари алоқасини таъминлаши, уларда бу сигнализация таркиби янги маълумотлар ҳақидаги ахборотни ташишини белгилайди.

Шунингдек, Т2да частота-вақт сегментация кўзда тутилган бўлиб, улар келгусида слотларга (TFS — Time Frequency Slicing – частота кесиш вақти) частота-вақт бўйича бўлиш учун зарур. Гарчи асосий қабул қилишнинг хусусияти TFS дан фойдаланмай қўллашни назарда тутсада, сигнализацияларга киритилган белгилар, улар иккита тюнер билан жиҳозланган бўлғуси ресиверларнинг TFS-сигналлари билан ишлаш имконини беради. Бундай сигнал бир неча радио частота каналларни эгаллайди ва ҳар бир хизматнинг турли фрагментлари умумий ҳолда турли частоталарда узатиладилар. Ресивер каналдан каналга сакраб ўтиб, созланиб, қабул қилинаётган хизматга тегишли маълумотлар фрагментларини йиғиб олади. Бу битта радио частота каналига учун рухсат этилгандан кўра кенгроқ пакетларни шакллантириш имконини беради, бу эса ўз навбатида каналлар частоталарини режалаштиришдаги мослашувчанлигини ва статик мультиплексирлаш ҳисобига каналлар сонини ютиш имконини яратади.

Бунда Т2 тизимининг ўтказувчанлик қобилияти параметрларнинг белгиланган бутун кетма- кетлигини танлаш билан аниқланади. Бу мақсадда кўпгина опциялар кўриб чиқилган ва аниқ конфигурация билан қабул қигичлар махсус сигнализация ёрдамида хабардор қилинади. Параметрларни танлаш тизим иши мукаммаллаштиришни кўзда тутади, масалан, каналдан каналга ўтиш вақти билан хизмат ахборотининг қисмининг ўзаро мутоносиблиги ёки ўтказувчанлик қобилияти билан халақитларга чидамлилик орасидаги мослашувни қидириш.

Шакллантирувчи кўрсатгичларнинг кўп бўлиши бошқа тизимлар билан солиштиришни мураккаблаштиради. Масалан, Т2ни DVB-T билан солиштирсак, биринчи навбатда стандарт каналдаги худди шундай сигнални таъминловчи, бироқ Т2 да мураккаб шароитда қабулнинг катта халақитбардошлигини назарда тутадиган параметрлар олиниши мумкин. Бундай вариант DVB-Tга нисбатан Т2 каналининг юқори ўтказувчанлик қобилиятига мос келади. Бироқ нормал канал учун кўрсаткичлари пастроқ вариантни ҳам танлаш мумкин, аммо худди аввалгидек қабул қилиш мураккаб шароитларидаги каналлар учун юқорилари танланади. Бундай шароитда қабул қилиш қобилияти яна ҳам ошади.

Гаусс каналидаги бир хил турдаги тизим нисбий характеристикалари 7.1-жадвалда келтирилган.

Жадвалдан кўриниб турибдики, DVB-T инглизча вариантига нисбатан кутилаётган ўтказувчанлик қобилиятининг ўсиши 1,5 мартани ташкил қилади. Бу назарий баҳолашнинг натижалари, аммо мавжуд адабиётларда ушбу материалларини ифодалашдаги тажрибавий натижалар келтирилмаган.

Шундай қилиб, DVB-T2 янги стандартининг асосий ҳолатини тахлил қилишда, стандартга сигналларни эфирли узатиш хусусиятини назарда тутувчи янги самарали технологиялар киритилган деб хулоса чиқариш мумкин. Бундан ташқари, кадрларнинг хизмат-назорат устқурмаларини оптимизациялаш имконини берувчи асосий параметрлар сафи кенгайтирилган. Буларнинг барчаси умумий холда ўтказувчанлик қобилиятини сезиларли ошишига ва бир вақтнинг ўзида тизимнинг чидамлилигини оширишига олиб келиши кутилмоқда. Яъни, юқори аниқликдаги телеузатишлари учун мукаммал тармоқни қуриш имкони мавжудлиг ва таъкидланмоқда.

 

7.1-жадвал

DVB-T ва DVB-T2 тизимларининг айрим қиёсий характеристикалари

	DVB-T(инглиз варианти)	DVB-T2
Модуляция	64QAM	256 QAM
ФТЎ ўлчами	2К	32К
Ҳимоя интервали	1/32	1/128
FEC	2/3CC+RC (8%)	3/5LDPC+BCH (0,3%)
Тақсимланган ТС	8%	1%
Турғун ТС	2,6%	0,35%
Кадр сарлавҳаси	1%	0,7%
Полоса	нормал	кенгайтирилган
Ўтказувчанлик қобилияти	24,1 Мбит/с	35,9 Мбит/с

Бу ерда: ФТЎ – Фурье тез ўзгартириши; ТС- таянч-сигнал

 

16-мавзу: Рақамли телевидениенинг иккинчи авлод стандартларининг кабелли ва мобил телевидение турлари.

 

Режа:

16.1. DVB-С2 кабель телевидение стандарти

16.2. Мобиль телевидение стандарти DVB-SHнинг умумий характеристикаси

 

DVB-С2 кабель телевидение стандарти

 

Каналдаги халақитларнинг паст кўрсатгичи ва юқори ўтказувчанлик қобилияти ҳисобига замонавий кабелли телевизион тармоқлар ҳозирда ва келгусида айниқса, кенг полосали тескари алоқани шакллантирувчи телекоммуникацион хизматлар учун сифатли асосларни намоён қилмоқда. DVB-C стандартида рақамли телевидение тизимини MPEG-2 сиқилиши билан биргаликда жорий қилиниши тармоқда катта миқдордаги телевидение каналларини киритиш имконини яратди. Шу билан бирга DVB-C аналог телеэшиттириш билан бирга мавжуд бўлиши давом этмоқда, чунки ҳозиргача кўпгина кабель тармоқларида Интернет маълумотларини икки томонлама узатиш амалга оширилмоқда. Операторлар ўзларида анъанавий телеэшиттиришга қўшимча телефония ва Интернетга киришни таъминлайдиган мультисервис хизматлар пакетини шакллантирадилар. Бунда IP-трафик ҳажми сезиларли ўсмоқда ва бу ривожланиш келажакда ҳам сақланиб қолиш истиқболи кутилмоқда. Ундан ташқари, видеоматериаллар борган сари юқори аниқликдаги телевидение форматида тақдим қилинмоқда, бу эса стандарт аниқликдаги телевидениега нисбатан юқори ўтказувчанлик қобилиятини таъминлайдиган кенгроқ полосани талаб этади. Шу билан бирга, фойдаланилаётган тўғри канал спектри 800МГц қиймат билан чекланган. Шунинг учун юқори аниқликдаги телевидение стандартида оммавий узатишларни жорий қилишда, кўпгина кабель опрераторлари, спектр частоталари етишмаслиги муаммосига дуч келадилар. Ушбу муаммони ёки телевидение диапазони юқори частотасини кўтариш ёки тармоқдаги абонентлар сонини кам миқдорга эга сегментларга бўлиш билан бартараф этиш мумкин. Иккала ёндашув ҳам қўшимча қурилмаларни ҳам узатиш, ҳам қабул қисмларида фойдаланишни талаб қилади, бу ўз навбатида кўрсатилаётган хизмат ҳаққини ошишига олиб келади. Учинчи, истиқболли ёндашув – физик каналнинг спектрдан самарали фойдаланиш технологиясини қайта ташкил қилишдир. Бундай технология айнан яқиндагина қабул қилинган рақамли кабелли телевидение стандарти, иккинчи авлоди DVB-C2да ишлаб чиқилган. 

 

DVB-C2нинг умумий характеристикалари

 

DVB стандартлари иккинчи авлоди учта асосий транспорт муҳитга - DVB-S2 (йўлдош), DVB-T2 (эфир) ва DVB-C2 (кабель) хизмат кўрсатувчи учта асосий транспорт стандартларини ўз ичига оладилар. DVB-X2 стандартлар оиласини ишлаб чиқарувчилар турли муҳитга мўлжалланган стандарт ташкил этувчиларини максимал даражада бир шаклга келтиришга ҳаракат қилишган. Масалан, барча стандартларда ягона халақитбардошли кодлаш схемаси – хатоларни тўғридан-тўғри тўғирлаш (FEC — Forward Error Correction) қўлланилади. У ташқи кодли ҳимоя Боуз-Чоудхури-Хоквингем кодини (Bose-Bhaudhuri-Hocquenghem, BCH) қўллаган ва ички код ҳимоясини паст зичлик жуфтига текширувчи коддан (Low Density Parity Check Codes — LDPC) фойдаланган ҳолда кетма-кет қўйишни кўзда тутади. Ундан ташқари DVB-S2 ва DVB-C2 тизимлари кўрсатгичлари жуда яқин, бу эса йўлдош сигнал форматини кабель тармоқлари сигналларига ўтказишни осонлаштиради. 7.15-расмда DVB-C узатгичининг соддалашган ташкилий чизмаси келтирилган.

 

7.15-расм. DVB-C узатгичининг соддалаштирилган ташкилий чизмаси

DVB-S2 ва DVB-T2 даги каби янги кабель стандартида ҳам битта физик канал ичида бир неча транспорт каналларини ажратиб олиш кўзда тутилган. Улар PLP (Physical Layer Pipe - Трубанинг физик қатлами) номини олган. Бу манътиқий канал бўлиб, у MPEG-2 TS оддий оқимни ўтказиш ёки GSE (Generic Stream Encapsulation – ташкилий умумий оқим) IP протоколидан фойдаланган ҳолда узатиш учун қўлланилиши мумкин. Ҳар бир PLP ишлов беришнинг кириш блокидан ўтказилади, унинг кетидан халақитбардош кодлаш модули ва сўнгра QAM-символлар шакллантиргичига узатилади. Бир ёки бир неча PLP маълумотлар қатлами Data Slicesга (канал билан бир хил) ётқизилиши мумкин. Пакетли хатоликларга ёки кичик полосали халақитлар таъсирига чидамликликни ошириш учун ушбу қатламлар вақт ва частота бўйича оралатиладилар. Сўнгра улар барча қатламларни бирлаштирувчи ва таянч-сигнал, шунингдек, биринчи даража сигнализация сарлавҳасини қўшувчи кадр шакллантиргичига келиб тушадилар. Охирги босқичда шаклланган кадр OFDM-оқими генераторига келиб тушади. 

Бир неча PLP дан фойдаланиш битта физик каналда бир неча мустақил манътиқий каналларни узатиш имконини яратади. Ҳар бир PLP шундай манътиқий канални намоён қиладики, унда ёки MPEG-2 TS транспорт оқими пакетлари ёки GSE протоколидан фойдаланиб IP-пакетлар узатиладилар.

Қабул қилувчи томонда аниқ PLPни идентификациялаш имконини берувчи PLP Id- идентификатори, ҳар бир пакет олдидан узатиладиган сарлавҳанинг қисми ҳисобланади. Ушбу сарлавҳани декодлаб, PLP Id ажратиб олингандан кейин, қабул қилгич сарлавҳа кетидан келаётган пакетни декодлаш керакми ёки керак эмаслигин аниқлаб бериши мумкин. Талаб этилаётган PLP га тегишли бўлмаган пакетлар QAM-демодулятор ва халақитбардош кодлаш декодерига ўтказилмайдилар. Натижада қабул қилгич томонидан ишлов берилаётган оқим тезлиги, шунингдек, ушбу ишловга талаб этилаётган процессор қуввати сезиларли пасаяди. PLP дан фойдаланишнинг бошқа афзаллиги шундаки, унда турли оқимларни турли халақитбардошлик қийматида узатиш мумкин, масалан: модуляция схемаси ва халақитбардошли кодлаш режими ҳар бир PLP учун индивидуал танланиши мумкин. Яъни, ҳар бир хизмат учун ўзининг хизмат кўрсатиш сифати (Quality of Service- QoS) танланиши мумкин. Параметрларни индивидуал танлашнинг афзаллиги биринчи навбатда маълумотларни “нуқта-нуқта” режимида иккитомонлама узатилишида намоён бўлади. Улар бош станция ва аниқ абонент қурилмасини боғловчи каналлар характеристикасидан келиб чиқиб танланади, аниқроқ айтганда, алоқа линиясининг давомийлиги, тармоқ кучайтиргичлари сони ва уй ичи учун ажратилгани сифатларга боғлиқ бўлади.

Ушбу техника Интернетга мўлжалланган тармоққа DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications-маълумотларни коаксиал телевизион кабель орқали узатиш стандарти) кабель орқали кириш учун қўлланилиши мумкин. Ушбу холатда тўғри йўналишда узатишда DVB-C2 канали ишлатилади, қабул қилинаёттган сигнал сифати ҳақидаги ахборот эса кабель модем орқали тескари каналда узатилиши мумкин. Бу тармоқ спектрдан фойдаланиш самарадорлигини оширишга имкон беради.

Халақитбардош кодлаш ва модуляция. Қурилмани умумлаштириш учун DVB-C2 стандартида ҳам LDPC халақитбардош кодлаш амалга оширилади ва у аввалроқ DVB-T2 ва DVB-S2 стандартларига киритилган эди. Ушбу канал кодлари 20 асрнинг 60-йиллариданоқ маълум бўлганлар, бироқ унинг амалиётда қўлланилиши сўнгги йиллардагина, микропроцессор технологиялари ривожланганидан сўнг, амалиётга татбиқ қилиш мумкин бўлди. Улардан фойдаланиш афзаллиги қуйидагида ўз аксини топган. Ҳимоя коди нисбий тезлигига 9/10 бўлганда декодер томонидан, ҳаттоки хатоликлар зичлиги бир неча фоиз бўлганда ҳам, DVB-C2 оқими тикланиши мумкин. DVB-C да қўлланиладиган Рид-Соломон кодлари худди шундай тезликдаги оқимни квазихатоликсиз холатдаги хатоликлар зичлиги 2·10^-4 ошмагандагина тиклаши мумкин. LDPC-кодлашнинг самарадорлиги айниқса давомийлиги катта кетма-кетликларни кодлашда юқори бўлади. Чунки DVB-C2 стандартида LDPCга қўйиладиган сўзининг давомийлиги 64800 битни (DVB-C даги 1632 бит ёки 204 байт ўрнига) ташкил қилади. Яъни, кодланаётган сўз MPEG-2 TS транспорт пакети билан корреляцияланмаган (боғланмаган).

DVB-C2 да LDPC кодлашдан кейин жуда юқори нисбий тезликка (0,99 атрофида) эга ВСН кодини қўллаш кўзда тутилган. Ушбу код кам корреляциялаш қобилияти LDPC билан тўғрилаш сатҳини (поғонасини) пасайтириш учун киритилган. Тўғрилаш поғонаси LDPC ёки турбокодлар каби барча итератив (яқинлашиш) кодлаш схемаларида мавжуд. У декодлашдан кейин, FEC-декодер томонидан бажарилган кетма-кет итерациялар тўғрилашлари ёрдам бермайдиган, хатоликларнинг бир нечатасининг қолиб кетишида юзага келади.

Халақитбардош кодлашнинг самарадорилигининг сезиларли даражада ошириш учун модуляциянинг янада юқорироқ ўлчамли қийматларидан фойдаланиш керак. Агар DVB-C да максимал 256 QAM ни ишлатиш мумкин бўлса, DVB-C2 да қўшимча 1024 ва 4096 QAM бўлган қийматлардан фойдаланиш мумкин. Мумкин бўлган модуляция комбинациялари 7.2-жадвалда келтирилган. Келтирилган жадвалдан кўриниб турибдики, маълумотларни хатоликларсиз қабул қилиш учун зарур бўлган сигнал/шовқин нисбати 10дан 35 гача бўлган оралиқда ётади ва бунда модуляциялашнинг рухсат этилган спектри ва кодлаш схемалари, талаб этилаётан сигнал/шовқин нисбатининг 2дБ атрофидаги қадами билан танлаб олиш имконини беради.

DVB-C дан DVB-C2 нинг асосий фарқи шундаки, унда битта QAM-модуляцияланган ташувчиги ўрнига OFDMни қўлланилади, чунки OFDM турли кўринишдаги канал бузилишларига кўпроқ чидамлироқдир (масалан: кичик полосали халақитлар ёки кўп нурли аксланишларга). DVB оиласига келадиган бўлсак, OFDM бошида DVB-T биринчи авлоди эфир стандартида қўлланилди, кейин унинг имкониятларидан DVB-T2ни кенгайтирилишида ва такомиллаштирилишида қўлланилди. Янги эфир стандартида қўлланилган COFM-кўрсатгичлар тўплами кабель орқали узатишлар талабларига тўла мос келадилар, шунинг учун улар DVB-C2 га ҳам фойдаланилган. COFDM-параметрларининг умумийлиги кабель ва эфир стандарти қурилмалари функционал блокларининг кўпгина қисмларининг ўхшашликлари улар учун мужассамлаштирилган чиплар яратиш жараёнини арзонлаштирди.

 

7.2-жадвал

DVB-C2 тизимида хатосиз қабул қилиш учун рухсат этилган нисбий узатиш тезлиги, модуляцияси ва сигнал/шовқин қийматлари

FEC	16 QAM	64 QAM	256 QAM	1024 QAM	4096 QAM
2/3	-	13,5 дБ	-	-	-
3/4	-	-	20,0 дБ	24,8 дБ	-
4/5	10,7 дБ	16,1 дБ	-	-	-
5/6	-	-	22,0 дБ	27,2 дБ	32,4 дБ
9/10	12,8 дБ	18,5 дБ	24,0 дБ	29,5 дБ	35,0 дБ

 

Натижада DVB-C2 формати DVB-T2да ўзлаштирилган фойдали OFDM-символ давомийлиги 448 мкс бўлган ва ҳимоя интервалининг иккита кўриниши- 1/64 ва 1/128дан иборат 4К режимни қўллайди. Ундан ташқари, DVB-C2да иккала тизимда ҳам канал сифатини баҳолаш ягона блокини қўллаш имконини берувчи таянч-сигналларни тақсимотлаш схемасидан фойдаланилади.

Шу билан бирга, эфир стандартидан фарқли, DVB-C2 частота диапазонига қаттиқ боғланишга муҳтож эмас. Кабелли тармоқ ёпиқ экранлаштирилган муҳитни ифодалагани учун, уни спектрнинг частота тақсимланиш эфир режаси билан бошқариш зарурияти йўқ. Шунинг учун, кабелли тизимда канал полосасини ўз талабларидан келиб чиқиб, аста мослаштирса бўлади. Битта модуляцияланган ташувчи ўрнига OFDM ни қўллаш, айни шу имкониятни таъминловчи калит- фактор ҳисобланади. Канал кенглиги унга ажратилган OFDM –ташувчиларнинг аниқ сонига қараб белгиланади. Кириш фильтр характеристикаси ва тизим соатлари деярли ўзгармайди. Бундай ёндашув хизматларнинг кўпроқ миқдорини жойлаштириш учун узатилаётган сигнал полосасида кенгайтириш имконини яратади. Абонент қурилмасини мураккаблаштирмаслик ва қимматлаштирмаслик бундай каналларни сегментланган қабулини татбиқ этишни тақозо этади. Ушбу ёндашув эфир телевидениенинг япон тизими ISDB-Tда қўлланилади. Стандарт полоса ўтказиш қобилиятига эга қабул қилгич кенг пакетдан, айни дақиқада, қабул қилинаётган хизматни ташкил этувчи маълум қисмини ажратиб олиши мумкин, ушбу қисм томондан эгалланадиган полоса ҳеч қачон 8МГцдан ошмайди.

DVB-C2 кадрининг тузилиши 7.16-расмда кўрсатилган. C2нинг ҳар бир кадри бир ёки бир неча OFDM-символлардан иборат ва иккита асосий вазифани бажарувчи дастлабки қисмдан (преамбуладан) бошланади. Бир томондан у тузилманинг ўзини ва OFDM-сигнални вақт ва частота бўйича ишончли синхронизациясини таъминлайди. Шу мақсадда преамбулага таянч-сигналларнинг ўзига хос кетма-кетлиги киритилади ва улар преамбула символларининг ҳар олтинчи OFDM-ташувчисини модуляциялайди. Бошқа тарафдан преамбула ўзида маълумотлар оқимини декодлаш учун зарур бўлган фойдали ахборотдан иборат бўлган 1-қийматли (L1) сигнализациясини сақлайди. Преамбула цикл бўйича узатиладиган L1 сигнализация блокларидан иборат, улар кенг полосали каналнинг ҳар 7,61 МГц полосасида такрорланади. L1 блокларининг аниқ белгиланган жойлашуви ва уларнинг 7,61 МГц қадам билан такрорланиши ҳар қандай 8 МГц диапазонида кадрни созлашни таъминлайдиган қабул тюнерини ишлашини таъминлайди. 7.17-расмда келтирилганидек, сигналнинг частота бўйича намойишга ўтишда (яъни, Фурьенинг тўғридан-тўғр ва ўзгартиришидан кейин) қабул қилгич, у томонидан қабул қилинган ташувчиларни керакли тартибда жойлаштириш ва преамбуладаги ахборотни тиклаш имконига эга. Ҳаттоки, бир неча ташувчиларнинг йўқотилиши ҳам тизим ишига сезиларли таъсир кўрсатмайди, чунки сигнализация жуда халақитбардош режимда узатилади. L1сигнализация блокларидан фарқли равишда қатламлар частота диапазонига қаттиқ боғланмаслиги керак ва улар оқим ичида тамомила эркин жойлашишлари мумкин. Ягона талаб - ҳеч қайси қатлам кенглиги 7.61 МГцдан ошмаслиги керак. Айнан шунинг учун L1 сигнализациялари кирувчи оқимнинг ҳар қандай частота сегментига созлаш мумкин бўлиши керак.

Бундай схема ажратилаётган қатлам полосасини унда узатилаётган оқим тезлигига аниқ созлаш имконинин беради. Масалан, турли бит тезликдаги йўлдош оқимлари DVB-C2 оқимларига ортиқча битлар билан тўлдирмай ёки MPEG-2 TS транспорт оқимига қайта мультиплексирламасдан туриб ўтказилишлари мумкин. Қатлам токи OFDM-сигналнинг барча ташувчилари тўлмагунча шаклланишлари мумкин. Ҳар бир қатламни кенглиги ва жойлаштирилиши фреймдан-фреймга қараб ўзгариши мумкин, лекин бу қабул қилгични созлаш заруриятини талаб этмайди. Кадрда узатилаётган L1 блокдаги сигнализация фақатгина қатламнинг бошланғич ва охирги частоталаридан иборат бўлмайди, балки, ушбу қатламни қабул қилиш учун оптимал частота созлашларини ҳам ўзида мужассамлайди. Яъни, узатгич қатлам параметрларини кадрдан-кадрга қараб, унга берилган қабул полосаси доирасида, ўзгартириши мумкин.

 

7.16-расм. DVB-C2 кадр структураси

 

DVB-C2 ишлаб чиқишдан асосий мақсадларидан бири спектрдан фойдаланиш самарадорилигини оширишдир. Бу LDCP—кодлашда OFDM ни қўллаш ҳисобига ва QAM-модуляциянинг анча юқори сифатли бўлган схемаларидан фойдаланиш асосида эришилади. DVB-C стандартида унинг бир частотали модуляцияси билан узатилаётган сигналга шакл берувчи маскировкаловчи фильтр ишлатилади.

 

7.17-расм. DVB-C2 преамбуласининг структураси

 

7.18-расм. DVB-C ва DVB-C2 ларда спектрдан фойдаланиш чизмаси

 

Текисловчи фильтр таъсири натижасида, канал чегараларида қияликлар юзага келади (7.18-расм). DVB-Cда текислаш коэффициенти 0,15 бўлган фильтрлардан фойдаланилади ва ушбу катталикка спектрдан фойдаланиш самарадорлиги камаяди. Аслини олганда бундан кичик коэффициентли фильтрдан ҳам фойдаланиш мумкин, бироқ бу узатгич ва қабул қилгичларнинг созланишларнинг янада юқори аниқликда бўлишини талаб қилади.

Таъкидлаб ўтиш жоизки, текислаш эвазига йўқотилган спектр кенглиги канал абсолют кенглигига боғлиқ бўлмайди, яъни 16МГц канал учун текислаш спектр йўқотишлари худди шундай бўладилар. Лекин OFDM ҳолатида бундай эмас. Бу ерда йўқотишлар ҳимоя интервалини қўшиш, таянч-сигналлар ва спектр чегараларида ҳимоя полосасини киритиш билан боғлиқ бўладилар. Ҳимоя интервали 1/128, таянч-сигналлар жойлашув зичлиги 1/96 бўлган стандарт режимда, шу икки фактор билан боғланган йўқотишлар тахминан 2%ни ташкил этади. Чегаравий ҳимоя каналларига келадиган бўлсак, улар фақат қўшни каналлар орасидагина талаб этилади, аммо битта OFDM-оқими ичида эмас. 7.19-расмда кўриниб турганидек, чегаравий ҳимоя полосаси кенглиги OFDM-сигнал эгаллаб турган полосага деярли боғлиқ бўлмайди. DVB-C идеал сигналларининг 450МГц даги 7,61 кенгликда чегаравий частота спектрал зичлиги графикаси деярли бир-бири устига ётадилар. Яъни, иккала сигнал учун ҳам тахминан, 200кГц ли ҳимоя полосаси етарли бўлади. Шундай қилиб, полосани кенгайтириш спектр йўқотишларни сезиларли камайишини таъминлайди. Мисол учун, 32 МГц(6,4 МГц ли 5та қатламни узатиш учун) кенгликга эга DVB-C2 сигнали спектр йўқотишлари 3,25% ни ташкил қиласа, айни вақтда DVB-C да улар 15%ни ташкил қилади.

Шундай қилиб, спектр йўқотишлар, COFDM асосида LDPC-кодлаш мужассамлигида қўллаш ҳисобига, бўйича самарадорлик назарий чегарага яқин тизимни яратиш имконини берди.

7.3-жадвалда DVB-C ва DVB-C2 тизимларида ахборот битларининг мумкин бўлган узатиш тезликлари келтирилган. Аниқроқ таққослашлар учун иккала тизим учун ҳам 8МГц кенгликдаги канал кўриб чиқилмоқда. DVB-C2 ҳолатида оқим умумий кенглиги 32 МГц катталик билан белгиланган. DVB-C2 да юзага келган янги режимлар сигнал/шовқин нисбатини 35дБ бўлганда, тезликни 65% катталикка ошириш имконини беради ҳамда буни кўпгина замонавий кабель тармоқларида амалга ошириш мумкин.

 

 

7.19-расм. 480 МГц да сигнал кенглиги 7,61 МГц холатда 1/128 ҳимоя интервалига эга DVB-C2 сигналнинг спектрал зичлигининг тақсимланиши. Биринчи актив ташувчи ости 0 МГц нисбий частотада жойлашган.

 

7.3-жадвал.

Канал кенгилиги 8МГц бўлгандаги DVB-C ва DVB-C2 тизимлари учун мумкин бўлган ахборот битларининг узатиш тезлиги (DVB-C2 кўрсатгичлари: полоса кенглиги — 32 МГц, ҳимоя интервали —1/128, таянч-сигналлар зичлиги — 1/96).

-	16 QAM	64 QAM	256 QAM	1024 QAM	4096 QAM
DVB-C	25 Мбит/с	38,4 Мбит/с	51,2 Мбит/с	-	-
С2, 2/3	-	31,4 Мбит/с	-	-	-
С2, 3/4	-	-	47,1 Мбит/с	58,9 Мбит/с	-
С2, 4/5	25,1 Мбит/с	37,7 Мбит/с	-	-	-
С2, 5/6	-	-	52,4 Мбит/с	65,4 Мбит/с	78,6 Мбит/с
С2, 9/10	28,3 Мбит/с	41,4 Мбит/с	56,6 Мбит/с	70,7 Мбит/с	84,8 Мбит/с

Шундай қилиб, ишлаб чиқилган DVB-C2 стандарти спектрдан фойдаланиш самарадорлигини сезиларли ошириш имконини берди. Бу LDPC-кодлар базасида халақитбардош кодлашга асосланган юқори қийматли QAM (4096 QAMгача) –модуляция тизимини қўллаш ҳисобига эришилади. Бундан ташқари, OFDMдан фойдаланиш самарадорлик ва мослашувчанлик борасида қўшимча ютуқларга эришишни таъминлайди, шунингдек, DVB-T2/C2 тизимлари учун ягона қабул чипларини яратишни,яъни арзонлаштириш имконини беради. Стандартнинг ишчи имкониятлари назарий чегарага жуда яқин бўладилар. Бу эса унинг асосида стандарт ва юқори аниқликдаги телеэшиттиришни, шунингдек, Интернетга кириш ёки талаб қилинган бўйича видео кўринишидаги интерактив хизматларни ўзида мужассам этган иқтисодий самарадор тизимни яратиш имконини беради. У шунингдек, MPEG-2 TS транспорт пакетларисиз, GSE протоколидан фойдаланиб, узатишни таъминлайди, бу эса узатилаётган хизмат ахборотининг ҳажмини кичрайтириш имконини беради.

 

Мобиль  телевидение стандарти DVB-SHнинг умумий характеристикаси

 

 DVB-SH стандарти айнан мобиль ТВ тармоқларини яратиш учун ишлаб чиқилган, бироқ, DVB-T билан мослиги DVB-SHни ҳар қандай рақамли телевидениенинг DVB-T тизими билан ёки унинг ўрнига алоҳида ташкиллаштириш имконини беради.

DVB-x стандартлар оиласининг биринчи авлоди (кабель, ер усти ва йўлдош рақамли эшиттиришларига мосланган DVB-C, DVB-T ва DVB-S стандартлари) бир неча ўн йилликлар олдин аниқланган. Ушбу давр мобайнида иккинчи авлод стандартларини яратишга энг камида иккита муҳим шарт-шароитлар юзага келди. Биринчидан, абонентлар нисбатан кўп телевизион каналларни (шу қаторда юқори аниқликдаги HDTVни ҳам) қабул қилиш талаблари юзага келди, иккинчидан, операторлар рақамли эшиттириш тармоқларини шакллантиришда инвестицияларни қисқартириш зарурияти туғилди. 2007 йилда дунёга келган DVB-SH стандарти DVB-C2, DVB-T2 ва DVB-S2лар каби DVB-x оиласининг иккинчи авлодига тааллуқли бўлиб, у ҳам рақамли эшиттиришни сифатини ошириш ва инвестицияларни тежаш учун зарур бўлган барча хусусиятларга эга.

Гибрид стандартни ишлаб чиқишда қуйидаги шароитлар ҳисобга олинган. Йўлдош транспондердан сифатли қабул қилиш учун унинг тўғридан-тўғри кўринадиган зонада жойлашиши муҳим, шунинг учун бинолар ичида қабул қийинлашиши мумкин. Шуни инобатга олган ҳолда, ушбу камчиликни бартараф этиш учун аҳоли зич жойлашган худудларда қабул ер усти ретрансляцион станциялар томонидан амалга оширилади. Шу сабаб ер усти ёки йўлдош тармоқ орқали узатилаётган DVB-SH битлари шундай синхронизацияланиши керакки, бунда абонент терминали сигнали қаердан – ретрансляторданми ёки сунъий йўлдошданми қабул қилинаётганлиги билинмай қолсин. Ер усти ва йўлдош тармоқларни OFDM-модуляция режимида синхронизация қилинганда сигнал ҳам бино ичида, ҳам кўчада жойлашган ҳам мобиль, ҳам силжимайдиган терминалларга сифатли эшиттиришни таъминланади. Яъни шаҳар бинолари зич жойлашган худудларда абонентлар DVB-SH ёрдамида бирданига иккита тармоқдан – йўлдош ва ер усти тизимларидан сигнал қабул қилиши мумкин. Бу “сояли” экранланиш эффектидан қутилиш имконини беради, эффект фақат йўлдош тармоқдан фойдаланганда юзага келади, чунки йўлдош абонентга нисбатан вертикал бўлмаган ҳолда “нур сочади” ва барча иморатлар унинг сигналини ўтишига қайсидир даражада тўсқинлик қиладилар. Шу қаторда, шаҳардан ташқарида, яъни “сояли” экранланиш муаммоси бўлмаган жойларда фақат йўлдош алоқадан фойдаланиш мумкин. Ҳозирги вақтда DVB-SH-эшиттириш учун иккита сунъий йўлдош ишлатилмоқда: улардан бири Америка компанияси ICO Global Communicationsга, иккинчиси эса Европа оператори Solaris Mobile (Eutelsat ва SES Astra қўшма корхонаси). Европада DVB-SH гибрид стандарти билан Alcatel-Lucent тизим интегратори иштирокида Париж шаҳри қопланган, йўлдош тармоқдан сигнални бутун Франция бўйича қабул қилиш мумкин.

DVB-SH – гибрид тармоғининг иккинчи асосий хусусияти шундаки, у операторга битта частотада, битта MPEG-2 транспорт оқимида турли параметрларга эга телевизион контентнинг иккита кўринишига: мобиль ва силжимайдиган абонент мўлжалланган эшиттиришда MPEG-4нинг иккита оқимини узатиш имконини беради. Бунда силжимайдиган абонент учун контент ҳам стандарт форматдаги, ҳам HDTV форматдаги каналларни ўз ичига олиши мумкин. DVB-SH узатгичи томонидан 16QAM 2/3 модуляция режимида ҳосил бўладиган битта мультиплекснинг транспорт канали сиғими тахминан 14 Мбит/с ни ташкил қилади ва унга силжимайдиган абонент ҳам мобиль телеканалларнинг турли комбинациялари жойлашиши мумкин. Мисол учун, юқори аниқликдаги телевидениенинг ҳар бири 4,5 Мбит/с тезликдаги иккита канали, стандарт аниқликдаги телевидениенинг 1,5 Мбит/с даги иккита канали ва мобиль телевидениенинг (LDTV) 384 Кбит/с тезликдаги 5 та канали бўлишлари мумкин. Шундай қилиб, DVB-SH тармоғи ёрдамида оператор,частота ресурс чекланган шароитларда, битта узатгич асосида бирданига фойдаланувчиларнинг иккита сегментини узатишни таъминлаш мумкин. Бунда мобиль ва силжимас терминаллар фақат контентнинг ўзларига тегишли қисминигина кўрадилар. Дастлаб амалиётда DVB-SH воситасида гибрид рақамли телевидениенинг татбиқи CSTB 2010 кўргазмасида Alcatel-Lucent компанияси томонидан намойиш қилинган.

Шуни алоҳида таъкидлаш керакки, DVB-SH тармоқларини қуриш, топологияси ва қўлланиладиган частота ресурслари бўйича, улар мобиль алоқа тармоқлари каби амалга оширилади. Шунинг учун уларнинг ёйишда мавжуд мобиль алоқа тармоқлари инфраструктурасини қўллаш мумкин. DVB-T ёки DVB-H асосида ер усти телеэшиттириш тармоғида DVB-SHни ривожланишига келсак, у мавжуд узатгичларга DVB-SH модуляторларни қўшиш йўли билан амалга оширилади. DVB-SH- тармоққа уланиш учун абонентлар ўрнатилган,DVB-SHни қўллайдиган, махсус терминаллардан фойдаланишлари мумкин: мобиль телефонлар, мультимедиа гаджетлари, телевизион қўшимча мосламалари, USB-қабул қилгичлари. Ундан ташқари, DVB-SH-сигнални қабул қилиш учун турли телевизорлардан фойдаланиш мумкин, ҳаттоки аналог телевизорлардан ҳам, қўшимча DVB-SH-ресиверни ўрнатиш шарти билан.

Амалиётда DVB-SH DVB-T/T2 билан биргаликда қўлланилиши мумкин. Шаҳарларда юқори аниқликдаги телевизион сигнални (HDTV) қабул қилиш учун силжимас антенналар ва абонент ўзи билан олиб юрмайдиган стационар телевизорлардан фойдаланидилар. Шунинг учун шаҳар шароитида HDTV-эшиттиришлар учун юқори ўтказувчанлик қобилиятини таъминловчи DVB-T/T2 асосидаги тармоқлар анча самаралидир. DVB-SH биноларда ва мобил терминалларда стандарт аниқликдаги телевизион сигналларни халақитбардош қабулини таъминлашда қўшимча сифатида қўлланилиши мумкин. Шаҳардан ташқарида, яъни сигнални қабул қилиш сезиларли яхши шароитларда, DVB-SH эшиттиришнинг ҳар қандай кўриниши қўлланилиши мумкин, бунда DVB-T/T2га нисбатан анча катта ҳудудни қамрашда тармоқни ёйиш минимал харажатлар билан амалга оширилиши мумкин. DVB-SHнинг иқтисодий самарадорлиги ҳам ана шундадир. Шундай қилиб, DVB-SHни нафақат гибрид ва мобиль эшиттириш тармоқлари қуриш пойдевори сифатида, балки телевидениени рақамлаштириш доирасида DVB-T ёки DVB-T2 стандартлари асосидаги тармоқларни ёйишда самарали қўшимча сифатида қараш мумкин.

 

17-мавзу: Рақамли телевидениенинг қабул қилиш қурилмалари.

 

Режа:

17.1. Рақамли телеэшиттириш қабул қилиш қурилмаларининг блоклари ва асосий узеллари

17.2. Рақамли телеэшиттириш қабул қилиш қурилмаларининг элементлар базаси

 

2008 йилнинг охирларига келиб, Ўзбекистонда DVB-T стандартидан фойдаланиб, 41 ва 42 телевизион каналларга мўлжалланган ер усти эшиттиришларининг рақамли телевидениеси ишга туширилди. Рақамли телевидение эшиттиришлари MPEG-4 (H.264) сиқиш форматида амалга оширилмоқда. Тижорат татбиқ билан махсус ташкил этилган ташкилот "Uz Digital TV" шуғулланмоқда ва контент ҳимояси учун IRDETO 2 шартли кириш тизими танланган. Бу вазиятда рақамли телеэшиттириш сигналларини қабул қила олмайдиган аналог телевизорларнинг катта сонининг мавжудлиги муаммо бўлган.

Бу муаммо аста секин иккита усул билан ҳал этилган:

·      Телевизорга махсус қўшимча мосламани улаш билан, у рақамли телевидение сигналларини қабул қилиб, уларни аналог телеэшиттириш стандартига айлантириб, оддий телевизорларда намойиш этилишини таъминлаш;

·       Учинчи авлод телевизорларига махсус рақамли қўшимча платани улаш ва канал селекторларини мос равишда алмаштириш.

Махсус платадан фойдаланиш Россиянинг аналог-рақам (гибрид) TV/DVB-T концепцияси асосида ётади, телевизорлар ҳам аналог, ҳам рақамли телевидение дастурларини қабул қила оладилар. Бу айниқса янги телевизорларни ишлаб чиқишда қулай, чунки "digital TV Ready" телевизорлари оддий телевизорлар асосида ишлаб чиқилади. Уларнинг аналог қурилмаларида DVB-Tнинг қабул қилувчи платаларини улаш учун махсус тирқиш (аппаратли интерфейс) кўзда тутилган. Аналог каналлар селектори эса амплитуда –фаза характеристикаси талабларига мос махсус рақамли (digital tuner) тюнерларга алмаштирилади. Ундан ташқари телевизорнинг, "digital TV Ready" бошқарув процессорига махсус дастурий восита “қўшилади” ва дастур DVB-T платасини иш режимларини бошқаришда қўшимча имкониятлар яратади. Бу ҳолда "DVB-T Ready" кўринишидаги гибрид телевизорлар нархи оддий телевизордан деярли фарқ қилмайдилар. Рақамли плата гибрид телевизорнинг кўплаб имкониятларини таъминлайди ва замонавий телевизорлар кўпгина турларига мўлжалланган, бироқ уларни 1990 йилдан аввал чиққан телевизорларга ўрнатиб бўлмайди, бу эса ундан фойдаланишни чеклайди.

Махсус қўшимча қурилманинг қўлланиши, ҳар қандай телевизорда ҳеч қандай ўзгартиришсиз рақамли телевидение сигналларини қабул қилиш имконини беради, бу созланган қўшимча рақамли платалар қўлланишидан кўра умумийроқ қилади. Шунинг сабаб Ўзбекистонда абонентлар учун DVB-T/Т2 –қўшимча қурилмалар ишлаб чиқарилиши йўлга қўйилди.

Ҳозирги кунда, Ўзбекистонда "TELECOM INNOVATIONS” корхонаси томонидан қўшимча қурилма чиқарилмоқда ва тюнер модели ТЕ6010IR қуйида 8.1 –расмда келтирилган.Келажакда IV-2010IR тюнер модели ишлаб чиқиши режалаштирилган.

Ушбу қўшимча ТЕ6010IR қурилманинг асосий техник кўрсаткичлари 8.1-жадвалда келтирилган.

 

8.1-расм. DVB -T 1000 МР4 тюнерининг ташқи кўриниши

 

8.2-Расм TE-D-1001 тюнерининг ташқи кўриниши

 

 

 

8.3-расм. TE-6010IR абонент қабул қилгичи (олди, орқа, тепа ва ички кўринишлари)

8.1. жадвал

Тюнерларнинг асосий характеристикалари

Модель	1000 MP4	TE-D-1001
DVB-T сигналининг ишлаш частота диапазони, МГц	146-862	174 - 862
Кириш сигналининг сатҳи, дБ мВт	-87…-20	-87…-20
DVB-T стандартини тўлиқ амалга ошириш	бор	бор
Видеооқимни сиқиш стандартлари	MPEG-2 H.264 HP	MPEG-2 H.264/AVC
Полоса кенглиги, МГц	7, 8	7, 8
Форматларни амалга ошириш	4:3 ва 16:9	4:3 ва 16:9

 

8.2-жадвал.

ТЕ6010IR тюнернинг асосий техник характеристикалари

 

Қурилма	Кўрсатгичлар
Тюнер	Сигнални қабул қилиш стандарти	DVB -T, DVB -Т2
	Кириш сигнали частотаси	VHF 174-230 МГц UHF470-862 МГц
	Кириш сигнали қиймати	-77…-20 дБмВ
	Кириш сими(разъем)	IEC 169-2 Female
	Кириш қаршилиги	75 Ом
	Полоса кенглиги	7;8 МГц
Демодулятор	Модуляция	COFDM
	Ташувчилар модуляцияси	QPSK, QFM16, QAM64,QAM256
	Ҳимоя интервали	1/4,19/256,1/8,19/128,1/16,1/32,1/128
Видеодекодер	Транспорт оқими	MPEG-4 Part10(H.264), MPEG-2 ISO/IEC 13818
	Экран формати	4:3,16:9
	Видео формати	PAL, NTSC
	Видео мумкинлиги	720х576i, 720х480i, 720х576р,720х480р, 1280х720р, 1920х1080i,1920х1080р
Аудиодекодер	Стандарт	ISO/IEC 13818-3
	Овоз декодланиши	MPEG-1 ва MPEG-2 Layer I&II, Dolbe digital Audio (AC-3)
	Дискретлаш частотаси	32КГц, 44,1КГц, 48КГц

 

Қўшимча бошқа характеристикаларига қуйидагиларни киритиш мумкин:

Кўп тилли фойдаланиш интерфейси: ўзбекча(лотин ҳарфли);

 русча (кирилл ҳарфли).

Ота-она “қулфи” функцияси- Ёш бўйича чегаралаш

 “Дастур узатиш” функцияси-EPG

Логик режим “Logic Channel Number –LCN

Канални излаш режими –NIT

Оператор қўшимча иловалари ва сервис хизматларни таъминлашлар

 

 

Рақамли телеэшиттириш қабул қилувчи қурилмаларининг асосий узеллари ва блоклари

 

8.2-расмда DVB-T қабул қилгичининг умумлаштирилган ташкилий чизмаси кўрсатилган. DVB-T стандарти сигналлари ўтказиш полосаси 8 МГц ва тизим такт частотаси f_т, тахминан, 9,14 МГц га тенг бўлган метр ёки дециметр канналларида узатилади. Метрли тўлқин ёки дециметрли тўлқин диапазонларида частота полосаси 7 МГцга тенг бўлган мамлакатларда, сигналга худди шундай ишлов берилиши мумкин, фақат тизим такт частотаси 8 МГцгача пасайтирилади. Агар интерференция жараёнида аксланаётган сигналлар ҳисобига бир нечта ташувчи сигналлар қийматлари камайсалар, бу қабул қилинаётган тасвирнинг сифатини деярли бузмайди. Баъзида ретрансляция ўрнига битта дастурни битта канал бўйлаб бир неча узатгичлар орқали узатиш мумкин.

8.3-расмда DVB-T нинг анча аввалроқ чиққан қабул қилгичларининг ташкилий чизмаси келтирилган. Антеннадан келаётган сигнал дециметрли тўлқинларнинг каналлар селекторига (КС) келиб тушади. У тузилиши бўйича оддий телевизор селекторига жуда ўхшайди, бироқ нисбатан яхши кўрсатгичларга эга (масалан: TD1344 PHILIPS фирмаси селектори). Замонавий телевизорларда уни бошқариш учун частота синтези услуби қўлланилади. Селектор иккита симли рақамли I2C шинаси орқали телевизорни бошқариш процессори (ТБП) билан боғланган. Селектор чиқишида сигнал спектри ўртача частотага 36,125 МГцга айлантирилади (биринчи ўрта частота).

Зарурий танловни таъминлаш учун иккита кетма-кет уланган махсус акустик тўлқин ўзгартирувчи (АТЎ) фильтрларидан фойдаланилади. Масалан: INFINEON фирмасининг X7250d фильтрлари). Фильтрлар орасига уларнинг сўнишининг ўрнини тўлдирувчи кучайтиргич ўрнатилган.

 

8.4-расм. DVB-T сигналини декодлаш ташкилий чизмаси.

 

8.5-расм. DVB-T стандартидаги бир вариант қабул қилувчи қурилманинг ташкилий чизмаси

 

Фильтрациядан сўнг сигнал оралиқ кучайтиргич (ОрК) ва иккинчи аралаштиргичнинг микросхемасига ўтади. PHILIPS фирмаси бунинг учун TDA9829T микросхемасини ишлаб чиқарган. SIEMENS фирмаси эса худди шундай функцияларни бажарувчи TDA6190 микросхемасини ишлаб чиқарган. Микросхемаларда демодулятор, ташқи контурга эга кучланиш билан бошқариладиган генератор (КБГ) қўлланган бўлиб, у оддий ОрК даги каби оралиқ частотанинг иккиланган қийматига созланмаган, балки аралаштиргич режимида ишлаётган демодулятор чиқиши каналининг иккинчи оралиқ частотаси функциясини бажарувчи айирма 7,225 МГц частотага созланган. Бундай оралиқ частота сигналида ҳам юқори, ҳам қуйи ён полосалари, яъни рақамли сигналнинг тўлиқ спектри сақланиб қолади. Оралиқ частотани кучайтириш микросхемаси КБГ частотаси созлаш учун киришга эга, бу демодулятор микросхемаси чиқишларидан биридаги махсус бошқарувчи кучланиш томонидан таъминланади.

ОрК чиқишидан сигнал, аксланган канални пасайтирувчи,полоса фильтри ПФ1 орқали ўтиб, самарали саккиз разрядли АРЎга келиб тушади. АРЎ мустақил элемент ёки OFDM демодулятор микросхемаси таркибида бўлиши мумкин. АРЎ чиқишида кучайтиришни автоматик бошқариш (КАБ) каскади қўшилган ва у АРЎ характеристикаси бутун таркибини бир хил ишлатилишини таъминлайди. Қўшимча каскадга бошқарувчи сигнал амплитуда ўлчагичи (ИА) орқали кейинги рақамли узеллардан келиб тушади. АРЎ чиқишида иккинчи рақамли оралиқ фильтри (ПФ2) ўрнатилган ва у номинал ўтказиш полосадан ташқарида ётган сигнал ташкил этувчиларини йўқотади(фильтрлайди).

ПФ2 фильтр чиқишида I ва Q комплекс сигналларни шакллантиргич ўрнатилган. Бунинг учун намунавий сигналлар квадратуравий ташкил этувчиларидан фойдаланилади ва улар ишлов берилаётган рақамли сигналга кўпайтириладилар.

Намунавий сигнални синхронизацияси учун, TPS детектори томонидан ажратиладиган, узатиш параметрлари сигналидаги (УзПС) маълумотлар ишлатилади.

I ва Q сигналлари УзПС томонидан бошқариладиган ва 2к ва 8к режимларда сигнал ташкил этувчиларига ажратадиган фильтрлар орқали ўтади. Тезкор Фурье ўзгартириш (ТФЎ) звеносида Фурьенинг тез ўзгартириши таъминланади ва вақт бўйича ўзгаришдан частота бўйича ўзгариш таъминланади. Ўзгартиргич киришига саккиз разрядли I ва Q сигналлар келиб тушади, чиқишларда эса иккита 12 разрядли сигнал ажралади. Кейинги узелларда символларни тескари оралатиш (СТО) ва битларни тескари оралатиш (БТО) юз беради ва ундан сўнг Витерби декодерида(ВД) ички йиғувчи декодлаш амалга оширилади.

Бунда барча бешта кодга ишлов берилиш таъминланади, улар узатувчи томонидан (1/2, 2/3, 3/4, 5/6 ва 7/8) қўлланилишлари мумкин. Натижада битлардаги хатоликлар шундай тўғриланадики, уларнинг қиймати чегара миқдоридан ҳам камаяди. Сўнг БТО узелида байтларнинг ташқари тескари оралатилиши бажарилади, бунда кодердаги каби, узатиш занжирига кетма-кет ва даврий тарзда 12 та силжиш регистрлари қўшилади ҳамда улар сигнални 0дан то 204 битгача ушланиб қолинишини таъминлайди. Декодерда бу кодер ишига тескари тартибда бажарилади. Натижада байтлар кетма-кетлигининг навбати тикланади, хато байтлар эса вақт бўйича 100 такт интервал билан тарқалиши таъминланади. Шу кўринишда сигнал Рид-Соломон декодерига (РСД) келиб тушади. У бузилган байтларни, 16 текширувчи байтларига асосан, тезда тўғрилайди. СТО, БТО, ВД, ва РСД узеллари FEC (forward error correction — хатоларни олдиндан тўғрилаш) блоки деб номланади.

FEC блокидан ўтган сигнал иккилик псевдотасодифий кетма-кетлик билан дерандомизацияга (ДР) учрайди, буни олиш учун кодердаги каби генератор қўлланилади. Дерандомизациядан кейин барча синхробайтларнинг бир хил қутблилиги тикланадилар ва MPEG-2 транспорт оқими кўринишидаги ахборотлар пакетинининг кетма-кетлигини олинади. Транспорт оқимини демодуляциялаш кифоя.

Транспорт оқимини демодуляторлари DVB рақамли тизимининг уччаласи учун (DVB-T— ер усти, DVB-C — кабель ва DVB-S — йўлдош) бир хил бўлади. Шунинг учун декодернинг бу қисмидаги схемотехника сифатли ва мукаммал ишлаб чиқилган.

8.5-расмда келтирилган DVB-T қўшимча қурилманинг ташкилий чизмасидан кўриниб тураганидек, у ўрта интеграцияли чипларнинг кўп миқдоридан ташкил топган. Ҳозирги кунда махсус микропроцессорли катта интеграл микросхемалар ишлаб чиқилган бўлиб, улар DVB қабул қилгични бор йўғи бир неча микросхемада қуриш имконини беради.

 

Рақамли телеэшиттириш қабул қилувчи қурилмаларининг элемент базаси

 

Ҳозирги кунда жаҳон бозорида видео тасвирларни кодлаш ва декодлаш учун микропроцессорларини таклиф этаётган компаниялар сони жуда кўп. Бу рўйхатга Texas Instruments (АҚШ), STMicroelectronics (Франция, Италия), Broadcom Corporation (АҚШ), NXP (Голландия), Marvell (АҚШ)ларни ҳам киритиш мумкин.

Texas Instruments фирмасининг илғор ишланмаларидан бири бир кристалли махсус процессор TMS320AV7110 бўлиб, у DVB-T қўшимча қурилмаларида ва гибрид телевизорларда қўлланилади.

8.6-расмда замонавий TMS320AV7110- жуда катта интеграл схеманинг функционал тузилмаси келтирилган ва у битта микросхемада рақамли телевидение сигналларига дастурий-аппарат бўйича ишлов беришнинг барча компоненталарини жамлайди (System-On-Chip):

·         60 Мбит/с гача бўлган тезликдаги MPEG транспорт оқимини анализатори ва уни демультиплексирлаш ва дескремблерлаш имконияти;

·         видео ва аудио декодерлар блоки;

·         белги -ҳарфли ахборотларни дисплейга чиқаришга созланган блок;

·         RGB-чиқиши ва композит сигнал чиқишига эга PAL/NTSC кодер блоки;

·         16, 20 ёки 32 Мбайтли оператив хотира қурилмаси декодери контроллери;

·         умумий интерфейс учун 16/32 разрядли шина;

·         хотирага тўғридан-тўғри кириш имкониятига эга юқори тезликдаги интерфейслар блоки;

·         SMART-карта интерфейси;

·         марказий процессорнинг оператив хотира қурилмасини, ўзгармас хотира қурилмасини бошқарув шиналари ҳамда маълумотлари ва кириш-чиқиш интерфейсларини бошқариш блоки.

Бу функционал блокларнинг тўлиқ бўлмаган рўйхати, шунингдек, дастурий-математик таъминот созлаш воситаларининг мавжудлиги TMS320AV7110 маҳсулотнинг катта имкониятлари борлигини ифодалайди. Шу сабаб ушбу чип абонент қурилмаларини, гибрид ва рақамли телевизорларни ишлаб чиқаришда кенг қўлланилади ҳамда улар DVB-T, DVB-S, DVB-C стандартлари телевизион сигналларини қабул қилишини амалга оширадилар.

Рақамли телевидение тизимлари ривожлангани сари юқори аниқликдаги форматни қўллайдиган ва MPEG-4 стандарти сигналларини декодлайдиган қурилмаларга қизиқиш катта. Ҳозирги кунда кўпгина видео қўшимча мосламасини ишлаб чиқувчи компаниялар STMicroelectronics микропроцессорларини ишлатишади, чунки уларнинг маҳсулотлари нарх/сифат нисбати бўйича талабни қондирадилар. STMicroelectronics — Европа микроэлектроника компанияси бўлиб, ярим ўтказгичли электрон ва микроэлектрон компонентларни ишлаб чиқариш ва сотиш билан шуғулланадиган энг йирик компаниялардан бири ҳисобланади.

 

8.6-расм. TMS320AV7110 жуда катта ИС функционал схемаси

 

18-мавзу: Ўзбекистонда рақамли телевидениенинг холати

 

Режа:

18.1 Ривожлантириш истиқболлари ва тараққиёт даражаси.

18.2. Катта ва кичик ҳудудларда рақамли телевидение жорий қилиш тамоиллари.

 

Ўзбекистонда ер усти рақамли телевидениега ўтиш ва уни ривожлантириш учун қўшимча равишда UZDIGITAL ТV корхонаси ташкил этилган. Бу корхона жисмоний ва юридик шахслар учун рақамли телевидение хизматларини ташкил этишга мўлжалланган. Рақамли телевидениега ўтиш даври учун DVB-T/T2 (Digital Video Broadcasting-Terrestriai) ва видеотасвирларни сиқиш стандарти MPEG-4 (Н.264) қабул қилинди.

Ўзбекистон барча худудларини рақамли телевидение билан қамраб олиш масаласи асосий вазифалардан бири ҳисобланади. Ҳозирги кунда аҳолини 12 та миллий телеканал дастурлари билан таъминлаш қуйидаги телевизион каналларда амалга оширилмоқда:

-Андижан вилояти -27 ТВК;

-Бухоро вилояти- 47 ТВК;

-Самарқанд вилояти-42 ТВК;

-Хоразм вилояти - 40 ТВК;

-Жиззах вилояти - 45 ТВК;

-Фарғона вилояти - 40 ТВК;

-Қашқадарё вилояти -47 ТВК;

-Навоий вилояти -30ТВК;

-Сирдарё вилояти -32ТВК;

-Сурхандарё вилояти -47ТВК;

-Тошкент вилояти (Ангрен шаҳри-44ТВК, Бекобод шаҳри -27ТВК);

-Қорақалпоғистон Республикаси-46 ТВК;

-Тошкент шаҳри ва атрофи учун-29, 37,41,42 ТВК, яъни 535,25; 599,25; 631,25 ва 639,25 МГц частоталарга мос келувчи қўшимча 48 та рақамли(пуллик) теледастурлар узатилмоқда.

Аввал қайд этилганидек, рақамли телеканалларни қабул қилиш учун махсус Set-tob box (STB) қурилмасидан фойдаланилади. Фақат кодлаширилмаган каналларни қабул қиладиган (Free To Air FTA) ёки шартли рухсат этиш тизимини таъминлайдиган STBлар мавжуд.

Кодлаштирилган рақамли каналларга киришга рухсат этишни бошқариш учун UZDIGITAL ТV қуйидаги кўринишдаги қурилмалардан фойдаланади:

-Ичига DVB-T тюнери ўрнатилмаган телевизорлар учун TE -6010IR (9.1-расм) абонент қабул қилгичидан (тюнери);

 

9.1-расм. TE-6010IR рақамли ТВ тюнери.

 

- DVB-T/T2 стандартида ишлайдиган, пуллик кодланган телеканалларни кўриш имконини берадиган, ичига рақамли телевидение сигналларини қабул қилишни таъминловчи рақамли тюнер ўрнатилган ва махсус киришга (слотга) CITeleCARD эга бўлган ҳамда TeleCARDдан фойдаланувчи қурилмадан.

UZDIGITAL ТV фойдаладиган TeleCARD қуйида 9.2-расмда келтирилган.

9.2-расм. TeleCARD нинг ташқи кўриниши.

 

UZDIGITAL ТV тизимида TeleCARDдан фойдаланиш қуйидаги афзалликларни беради:

- телевизор ёнида алоҳида ТВ тюнернинг йўқлиги ва у билан боғлиқ уланувчи симларнинг мавжуд эмаслиги;

- тасвир сифатининг, ТВ тюнер қўлланилишига нисбатан, юқорилиги (телевизорда ичига ўрнатилган тюнердан фойдаланилганда, алоҳида ТВ тюнер қўлланилгандаги холатга нисбатан,телевизор киришида қўшимча рақамли сигнални аналог сигналга айлантириш жараёни мавжуд бўлмайди);

- рақамли каналларни бошқариш фақат телевизор пульти орқали бажарилиши;

- TeleCARD юқори аниқликдаги стандартни (HDTV) таъминлай олиши, чунки кўпгина ҳозирги замон ичига рақамли ТВ тюнер ўрнатилган телевизорлар Full HD ёки HD Ready.

Рақамли телевизион сигналларни қабул қилиш учун UZDIGITAL ТV икки турдаги дециметрли (ДМВ) антенналарни тавсия этади. Бири хона ичидаги ва иккинчиси ташқи логопериодик антенна. Ташқи логопериодик антеннанинг кўриниши 9.3-расмда келтирилган.

9.3-расм. Рақамли ТВ сигналларини қабул қилувчи логопериодик антеннанинг ташқи кўриниши

 

Кодлаштирилган(пуллик) рақамли каналга киришни таъминлаш учун шартли рухсат этиладиган тизимларнинг (Conditional Access System- CAS) хилма хил кўринишлари қўлланиладилар.Ҳозирги замон рақамли шартли рухсат этиш тизимлари тарихи аналог тизимлардан бошланган, яъни улар пуллик телеканалларни ҳимоя қилиш вазифасини бажариб, рухсат этилмаган каналларнинг очилишига йўл қўймаганлар. Бу тизимларда нисбатан оддий амалиёт қўлланилган ва узатилаётган тасвир қаторлари маълум алгоритм бўйича аралаштирилганлар. Ушбу усул “скремблерлаш” номини олган ва бундай аталиш ҳозирда ҳам қўлланилади. Рухсат этилганлар рўйхатига киритилган қабул қилгичларгина махсус қурилма ёки программа орқали телеканал тасвирларини кўрсатганлар. Аммо хатоликлар ва ишлатиладиган алгоритм камчиликлари ҳамда инсонларнинг рухсат этилмаган (пуллик) каналларга қизиқишининг катталиги, бу каналларга рухсатсиз киришни пайдо бўлишини таъминлади. Шартли рухсат этиш тизимларининг кейинги ривожланиши скрембле рлашнинг комбинациялаш усулларидан ва шифрлаш алгоритмларидан фойдаланиш бўлиб, улар телеканаллар ҳимояланишини оширилишига сабаб бўлган.

Телеэшиттиришларни рақамли форматга ўтказилиши, жумладан DVB стандартининг пайдо бўлиши ва ривожланиши, шартли рухсат этиш тизимларини ишлаб чиқарувчилар учун кенг имкониятлар яратди. Айни вақтда, шартли рухсат этиш тизимлари ҳал қилиши керак бўлган муаммолар сони ҳам ошди. Ишончлилик, масштабланишлик ва кам таннархлилик каби ананавий талаблардан ташқари универсаллик ва контекст боғлиқ бўлмаган талаблар қўйилди. Контекст боғлиқ бўлмаслик деганда хилма трафиклик кенг эшиттириш каналларида шартли рухсат этиш тизимларини қўллаш мумкинлиги тушунилади.

Умумий холатда, ҳозирги замон шартли рухсат этиш тизимлари программа- аппарат қурилмалари мажмуаси бўлиб, бир неча ўзаро боғланган кичик тизимларнинг йиғиндиси ҳисобланади.

UZDIGITAL ТV корхонаси рухсат этилмаган киришларга йўл қўймаслик учун Голландиянинг Irdeto Access B.V хусусий компаниясининг Irdeto номли тизимидан фойдаланади. Голландиянинг бу компанияси смарт-карталарни лойиҳалаштиради, пуллик телевидение учун шартли рухсат этиш программаларини ва бошқа микропроцессорларни ҳамда кенг рухсат этиладиган программа технолигияларини, контентга ишлов бериш ва тарқатиш қурилмаларини автоматлаштириш жиҳозларини ишлаб чиқаради. Irdeto технологияси мобиль коммуникация жиҳозларини ва рақамли телевидениенинг хилма хил стандартларида контентларни ҳимоялашда қўлланилади.

UZDIGITAL ТV корхонасида 2011 йил апрелдан 2014 йил сентябргача Irdeto шартли рухсат этиш тизимидан фойдаланилган ва у контентни смарт-карта орқали ҳимоялашга асосланган.

Cloakware ҳимояланиш технологиясининг ривожланиши ва Irdeto Cloaked CA ярим функционал, смарт картасиз шартли рухсат этиш тизимининг пайдо бўлиши билан 2014 йил октябрдан бошлаб UZDIGITAL ТV контентни ҳимоялашнинг янги ечимига - шартли рухсат этиш тизими Irdeto CAS 3(Irdeto Conditional Access System version 3) га ўтди.

Cloakware технологияси тизимнинг яхлит бутунлигини ва барча хизмат кўрсатиш жараёни давомида юқори хафвсизликни таъминлайди. Бундан ташқари ҳар бир дастурий фойлаланувчи алоҳида ажратилган калитларга уланган ва улар қабул қилиш қурилмасини яратишда, чипларга киритилади.

Янги тизим аввалги қўлланилган тизим билан тўлиқ мослашиб ишлай олади ва шу жумладан аввал ўрнатилган абонент карточкалари (смарт-карталар) ҳамда қабул қилгичлар ҳам.

Шартли рухсат этишни бошқариш UZDIGITAL ТVнинг биллинг маркази орқали амалга оширилади ва у абонент ҳисоб рақамидаги пул маблағини назорат қилади ҳамда шунга асосан хизмат кўрсатади.

DVB-T/T2 ер усти рақамли телеэшиттириш стандартидан фойдаланиш, тасвир ва овозни сифатли таъминлашидан ташқари, хилма хил интерактив хизматлар ташкиллаштирилишига ҳам имкон беради.

Ҳозирги даврда UZDIGITAL ТV абонентлари дастурлар узатишнинг электрон жадвали (EPG) фойдаланишлари мумкин. EPG қандай дастурлар қайси каналларда,қачон узатилиши ҳамда дастур ва фильмлар мазмунлари билан танишишга имкон яратади. EPG хизматлари учун тескари канал шарт эмас, чунки ахборотлар, шу жумладан дастур мазмунлари мунтазам узатилиб борилади. Бундан ташқари ҳозирги замон қабул қилгичлари қуйидаги функцияларга эга:

-“Вақт бўйича силжитиш” режими, яъни ташқи қаттиқ диск (USB 2.0) ёрдамида видеони ёзиш ва тасвирга қўйиш;

-Иккита канални бир вақтда ёзиш ва иккита канални “картина ичида картина” режимида (РIР) кўриш;

- USB 2.0 портидан фойдаланиш (МР 3 –плеер ва JPEG форматда тасвирни кўриш);

- Хилма хил мультимедиа форматларини қўллаш (шу жумладан, Xvid тасвирни қўйишда);

- Ethernet ни қўллаб қувватлаш;

- Юқори аниқликда экраннинг тўлиқ ранг билан тасвирланиши;

- Танланган каналларнинг рўйхатини шакллантириш;

- Танланган каналлар рўйхатини кенгайтириш, тезкор кўриб чиқиш,таъқиқлаш ҳамда каналларни силжитиш, ўзгартириш ва ўчиришни таъминлаш;

- Алфавит бўйича ажратиш функциясини амалга ошириш;

- Ота-оналарнинг (назорати) тизимга киришга (тизимга рухсат этилишни таъқиқлаш) таъқиқлари, яъни созланишни таъқиқлаш.

UZDIGITAL ТV корхонаси рақамли телевидениенинг жаҳондаги тараққиёти тажрибалари билан мунтазам танишади ва шу асосда уни Ўзбекистонда ривожланиши бўйича тегишли ишларни амалга оширмоқда. Ҳозирги кунда UZDIGITAL ТV томонидан амалга оширилаётган лойиҳалардан бири электрон телегазета Paper UZ хизматини ташкил қилиш бўлмоқда. Paper Uz ахборот янгиликлар хизмати абонент қурилмаларига, Интернет ёки бошқа маълумот узатиш каналларини қўлламасдан, эфир орқали маълумотларни етказишдир. Paper Uz сервис хизматлари томонидан бериладиган барча ахборотлар исталган сондаги синфларга бўлинадилар ва уларнинг номлари ва логотиплари ўзгартирилишлари мумкин. Синфлар исталган сондаги мақолаларга бўлинишлари мумкин ва ҳар бир мақола бир неча бетни ташкил қилиши мумкин.

Бу хизматнинг асосий афзалликларидан бири Интернет тармоғи бўлиши шарт эмаслигидир ва хизматни ташкил этиш учун қўшимча қурилмалар талаб этилмаслигидир.

Шундай қилиб, тизим мосланувчан бўлиб, унда ҳеч қандай абонентнинг қўшимча қурилмаларисиз хилма хил ахборотларни: янгиликлар, сўров маълумотлари, реклама ва шахсий эълонларни бериш мумкин.

Paper Uz сервис хизматидан фойдаланувчилар сонини ошириш мақсадида Smart TV иловаси ишлаб чиқилмоқда.

Бундан ташқари UZDIGITAL ТV корхонаси телеэшиттиришларга бағишланган илмий –тадқиқот ишларида ҳам фаол қатнашмоқда, жумладан Ўзбекистонда тарқатилаётган телерадио каналлар, дастурлар рейтингини аниқлаш, баҳолаш усуллари ва тартиблари ишлаб чиқилмоқда. Бу илмий- тадқиқот ишлари Ўзбекистондаги телерадио каналларининг бутунлай янги ва ўзига хос рейтингни аниқлашда асосий дастури амал бўлишига ишонч билдирилмоқда.

Умумлаштирилган ҳолда шуни айтиш мумкинки, Ўзбекистонда рақамли телевидениенинг ривожлантириши актив амалга оширилмоқда ва унга бир неча йўналишларда дастурлар қабул қилинган.

Ўзбекистон Республикаси ҳукумати томонидан томонидан қабул қилинган рақамли телевидениега босқичма босқич ўтиш прогаммаси фаол татбиқ этилмоқда ва тегишли амалий ишлар бажарилмоқда. DVB-T2 форматдаги узатиш қурилмалари ўрнатиш ва ишга тушириш туфайли 2015 йил охирига Ўзбекистон худудини 50 %  дан ортиғини рақамли телевидение билан қамрам олиш масаласи хал этилди. Босқичма босқич  DVB-T2 форматга ўтиш техник муаммоларни хал этишнинг янги поғонасига кўтарилишга ва фойдаланувчилар учун янада сифатли телеканаллар ташкиллаштириш ва уларнинг сонини кўпайишини таъминлайди.

IV. АМАЛИЙ МАШҒУЛОТ МАТЕРИАЛЛАРИ

 

1-амалий машғулот: Телевизион тасвир параметрлари

 

Топшириқ учун сизнинг вариантингиз учун 1-жадвалда келтирилган қуйидаги параметрлар зарур:

1.      Растрдаги сатрлар оптимал Z сонини аниқлаш;

2.      Вертикал бўйича экраннинг α кузатиш бурчагини аниқлаш;

3.      Ёйиш элементининг вертикал бўйича N_вер, горизонтал бўйича N_гор сонларини ва ёйиш элементларининг умумий N (деталлилик) сонини аниқлаш;

4.      Видеосигналнинг f_в максимал частотасини аниқлаш;

5.      Берилган α ва β учун f_в реал қийматни ҳисоблаш;

6.      Стандарт миллиметрли қоғозда берилган параметрларни ҳисоблаш услубини тушунтирувчи чизмани чизиш;

3-5 бўлимлар берилган Z қиймат учун ва сатрларнинг топилган оптимал Z' қиймати учун бажарилади.

Аниқлаш учун экранни оптимал кўриш масофасини (экрангача бўлган масофанинг унинг баландлигига нисбати) L/h=5, вертикал бўйича элементларнинг минимал рухсат этиш бурчаги δ=1 ҳисоблаш керак.

1-жадвал. № 1 аудитория топшириғи учун дастлабки берилганлар.

 

V1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
n	300	200	150	100	75	50	30	25	3	2,5
Z	249	405	525	1125	817	1875	1501	625	2249	3059
K	1,98	1,5	1,7	1,43	1,12	1	1,1	1,33	0,9	1,15
α	0,2	0,1	0,04	0,08	0,11	0,13	0,15	0,19	0,09	1,67
β	0,1	0,09	0,05	0,04	0,03	0,06	0,07	0,08	0,02	0,11

 

№ 1 аудитория топшириғини ечиш бўйича услубий кўрсатмалар

 

L/h=5 билган ҳолда растрдаги сатрларнинг оптимал сонини аниқлаймиз:

бу ерда      α – вертикал бўйича экранни максимал кузатиш бурчаги

                   δ – вертикал бўйича элементларнинг максимал рухсат этиш бурчаги.

Бундан α ни топиш мумкин:

Ва, демак, сатрларнинг оптимал сонини топиш мумкин:

Ёйиш элементларининг сони қуйидагига тенг бўлади:

,       ,        

Видеосигналнинг максимал частотаси қуйидагига тенг бўлади:

Видеосигнал максимал частотасининг реал қиймати қуйидагича аниқланади:

Катталикларнинг ўзаро алоқаси 1-расмда кўрсатилган.

Бу ерда: k = 4/3;         R=1.5

a = 12 мкс,   Н = 64 мкс,   j = 25H + a = 1612мкс=1,612мс,   υ = 20мс.

 

 

1-расм. № 1 аудитория топшириғига

 

 

 

2-амалий машғулот: Оптик сигнални видеосигналга ўзгартириш.

 

Тасвирда қора фонда кулранг ён сиртли учта оқ рақамларга эгамиз. Рақамлар вариант номерини билдиради. Агар вариант номери учта рақамдан кам бўлса, у ҳолда олдинга ноль қўшилади. Рақамлар кенглиги 5 та элементлардан, баландлиги эса 7 та элементлардан иборат. Ён қирралар кенглиги 1 та элементдан иборат. Ён сиртлар йўналишлари юқорига-ўнгга. Сизнинг вариантингиз учун қуйидагилар бажарилиўи керак:

1.      Стандарт миллиметрли қоғозда тасвирни чизиш;

2.      Чизилиши зарур бўлган уйта сатрлар осциллограммаларини жойлашиш ўрнини белгилаш;

3.      Учта ёйиш сатрларидан ҳар бири учун аппертуда бузилишлари ҳисобга олинган ПТВС, ПТВС ва видеосигнал тасвир сигналларининг осциллограммаларини чизиш;

4.      Сигналнинг барча ташкил этувчиларини сатхларини ва давомийликларини кўрсатиш.

2-жадвал. № 2 аудитория топшириғи учун датлабки берилганлар:

 

V1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
h1	0,6	0,3	0,2	0,85	0,23	0,5	0,48	0,86	0,37	0,58
h2	0,1	0,8	0,6	0,12	0,57	0,75	0,78	0,55	0,65	0,78
h3	0,82	0,52	0,84	0,62	0,85	0,25	0,16	0,27	0,88	0,31

 

№ 2 аудитория топшириғини ечиш бўйича услубий кўрсатмалар

 

Тасвирни қурилиш варианти 2-расмда, унинг тасвир сигнали эса 3-расмда келтирилган.

Видеосигнал осциллограммаси фақат ёруғлик-сигнал ўзгартиргичи сигналларидан иборат бўлиб, тасвир сигналига ўгирувчи импульслар, ПТВС га эга синхронловчи импульслар қўшилади. Аппертура бузилишларини ҳисобга олиш фронтларни текисроқ ўсиш ва камайишида аксланади. Сатрларни топишда ва осциллограммаларни қуришда ПТВС ташкил этувчиларини фоиз муносабатларини ҳисобга олиш керак бўлади: синхроимпульслар 43%, ўгирувчи импульслар 0%, қора сатх 7%, кулранг сатх 30%, оқ сатх эса 100%.

 

2-расм. № 2 аудитория топшириғига

 

 

 

 

 

 

 

 

3-амалий машғулот: СЕКАМ рангли телевидение тизими ва сигнални ўзгартириш.

 

Рангли телевидение уч компонентли тизими ташкил этувчилари қийматларини қуйидаги ранглар оқ, қора, кулранг, қизил, яшил ва кўк, қизил, яшил ва кўклар комбинацияси учун аниқлаш. Олинган маълумотларни жадвалга киритиш. Қуйидаги параметрлар аниқланади: қизил, яшил ва кўк сигналлари, ёрқинлик сигнали, қизил, яшил ва кўк ранг фарқ сигналларининг амплитуда қийматлари. Кулранг ва бирламчи ранглар қийматлари 3-жадвалда берилган.

3-жадвал. № 3 аудитория топшириғи учун дастлабки берилганлар.

 

V1	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Кулранг	0,6	0,3	0,2	0,85	0,23	0,5	0,48	0,86	0,37	0,58
Қизил	0,1	0,8	0,6	0,12	0,57	0,75	0,78	0,55	0,65	0,78
Яшил	0,82	0,52	0,84	0,62	0,85	0,25	0,16	0,27	0,88	0,31
Кўк	0,46	0,12	0,35	0,45	0,80	1,0	0,69	0,88	0,19	0,66

 

№ 3 аудитория топшириғини ечиш бўйича услубий кўрсатмалар

 

Ҳисобланган маълумотларни жадвалга киритиш зарур.

 

 

U_Y=0.3* U_R+0.59* U_G+0.11* U_B

 

Назорат топшириғи ва уни бажариш бўйича услубий кўрсатмалар

 

Тўртта назорат ишини бажариш талаб қилинади. Ҳар бир назорат иши ўз ичига битта топшириқни олади. № 1 назорат иши телевизион сигнални унинг тасвири бўйича олишга бағишланган. № 2 назорат иши оптик сигнални рақамли сигналга ўзгартиришга бағишланган. № 3 назорат топшириғи фаннинг турли бўлимлари бўйича назарий саволлардан иборат. № 4 назорат топшириғ рангли телевидениенинг СЕКАМ, ПАЛ ва НТСЦ тизимларига бағишланган.

Барча топшириқларга расмлар, схемалар, ифодалар ва ҳисоблашлар топшириқлари характерига боғлиқ ҳолда атрофлича жавоблар берилиши керак.

Ишларни бажариш учун топшириқларга вариант бўлиб талабалик гувохномасининг охирги иккита рақами хизмат қилади. Улар топшириқлар параметрларини топиш учун топшириқлар жадвалларига қўйилади. Охиридан олдинги рақам V1 белги, охирги рақам эса V2 белги билан белгиланади.

Назорат топшириқлари ўқув дафтарларида бажарилади. Улар тоза расмийлаштирилган, ҳар бир варақнинг бир томонига сиёх билан тушунарли ёзилиши керак. Ўқув варағининг иккинчи томони тўғирлашлар ва қўшимчалар киритиш учун мўлжалланган. Барча бетлар номерланади.

Барча схемалар ва графиклар чизмачилик ва стандартлар қоидаларига риоя қилган ҳолда бажарилади. Схемалар ва графикларни қаламда чизилишига рухсат берилади. Барча схемалар, графиклар ва жадваллар номерланишига эга бўлиши керак. Ҳисоблаш ифодалари харфли белгиланишларнинг тушунтиришли келтирилиши керак.

Ҳар бир топшириқнинг охирида фойдаланилган адабиётлар рўйхати келтирилади. Иш талаба томонидан сана кўрсатилган ҳолда имзоланади.

 

 

 

 

4-амалий машғулот: Рақамли телевизион тасвир сигналлари параметрларини тадқиқ қилиш.

 

Ишдан мақсад: Маълумот сиғими, унинг ишлаб чиқарувчанлиги, энтропия каби тушунчалар ўрганиш.

Масаланинг қўйилиши: Статик тасвир хусусиятларини баҳолаш, ундаги ортиқчаликни маълум бир алгоритм билан сиқиш математик моделини ишлаб чиқиш ва амалиётга тавсия қилиш.

Назарий маълумотлар. Маълумот назарияси - бу сигнал қайта ишлашлари оқибатида ҳосил бўладиган маълум бир қонуниятлар кетма кетлиги. Ушбу қонуниятлар турли алоқа каналларини баҳолаш ва маълумот манбаи ва қабул қилгувчиси орасидаги алоқани ўрнатишга хизмат қилади.  Маълумот узатувчи алоқа каналларини солиштиришда эса ушбу қонуниятларнинг миқдорий бирлиги 1927- йилда Хартли томонидан таклиф қилинган. Бу бирлик маълумот сиғими деб юритила бошланган ва қуйидаги тенглик ёрдамида аниқланган.

,   (1.1)

m – тизим турли ҳолатлари сони. Масалан m=2, a=2, C=1 бит/с, (1.2).

Маълумот сиғими маълумот манбаини тўлиқ таърифлай олмайди.  Мухими, вақт бирлиги ичида қанча миқдордаги маълумот ҳосил қилинаётганини билиш муҳим. Бунинг учун маълумот манбаининг ишлаб чиқарувчанлиги бирлиги кириталади. У R ҳарфи билан белгиланиб қуйидаги катталик ёрдамида аниқланади:

,   (1.3)

Т – маълумот манбаининг вақт бирлиги ичида ишлаб чиқариш учун кетадиган вақти.

Маълумот манбаининг ишлаб чиқарувчанлиги унинг унинг чегаравий имкониятини белгилайди. P{A} ҳолатдаги баъзи бир А ҳолатлар учун I маълумотлар миқдори  Шенноннинг қуйидаги тенглиги асосида аниқланади.

,   (1.4)

Логарифм олдидаги минус белгиси  ва маълумот миқдори доимо мусбат бўлишини таъминлайди 0 £ P{A} £ 1.

Битта посилкада келадиган ўртача маълумотлар миқдори хабарни кодлашдаги эффективлик ўлчови учун хизмат қилиши мумкин. Бу бирлик энтиропия дейилади ва математик кутилма сифатида аниқланади. P{A}=0 учун эхтимоллик 0 – Р_0, маълумотлар миқдори эса I=I_0, P{A}=1, ҳолат учун эса I=I_{1 ва} (1.4) га қуйидаги алмаштириш киритамиз:

,   (1.5)

Агар хабар 2тадан ортиқ ҳолатга эга бўлса, энтропия қуйидаги формула билан аниқланади:

,   (1.6)

i-ҳолатнинг  Pi – априорали эҳтимоллиги; m – умумий ҳолатларнинг сонли миқдори.

H ® Hmax бўлганда Pi = , бундай ҳолатда .

Канал ўтказа олиши мумкин бўлган  I  маълумотлар ҳажми (сиғими):

,   (1.7)

F – канал ўтказиш полосаси; Т – хабар узатилиш давомийлиги; Рс ва Рш – мос равишда сигнал ва шовқин қувватлари.

Формуладан шундай хулосага келинганки,  шовқинлар ўзида оқ шовқинга эга бўлади ва улар ҳам худди шундай статистик структурага эга бўлишади.

(1.1)-(1.7) формалалардан фойдаланиб, Хартли усулида келтирилганидек турли тасвирларни баҳолаймиз.

Энг содда бўлган оқ-қора тасвирни кўриб чиқамиз, ҳар бир элементнинг m ёритилганлик градациялари сони ўзига хос турдагиларини. Элементлар маълумот ҳажми (1.1) тенглик ёрдамида аниқланади:

,   (1.8)

Кадрнинг N  та элементларидан ташкил топган тасвир маълумотининг ҳажми эса қуйидагича:

,   (1.9)

q миқдордаги кадрлар кетма кетлигидан ташкил топган тасвир сиғими эса қуйидагича:

,   (1.10)

Шундай қилиб ,   (1.11) – ТВ тасвирдаги минимал миқдордаги маълумотлар миқдори.

Маълумотлар миқдорини аниқ билиш ТВ тизимни эффектив қуриш имкониятини тақдим этади, лекин бу етарли эмас, яъни берилаётган маълумот класси таркибида келувчи ўртача маълумотлар оқимини, яъни энтропияни билиш лозим. Маълумот назарияси бир ўлчамли сигналлар учун ишлаб чиқилган, ТВ сигнал эса бизга маълумки кўп ўлчамли ҳисобланади.

Ишни бажариш учун намуна

N=16´16=256, m=3, фрагменти учун оқ, кулранг ва қора ранглар. Бу ерда Сэ = log ₂ 3 = 1,58 бит,  Ск = 256´1,58 = 404 бит.

Тасвирни таърифлаш усуллари:

1-усул. Шартли равишда абонентларга узатилаётган сигнални элементларининг индексини ва рангини юборамиз ва уларни I_эл ва I_ранг деб белгилаб оламиз:

,   (1.12)

Iм – муҳитдаги жойлашган ўрни тўғрисида маълумот; Iё – ёритилган даражаси тўғрисида маълумот.

Ҳар қандай элементнинг жойлашган жойини кўрсатиш учун уни log ₂ N га тенг бўлган иккилик коди билан алмаштириш лозим.

,   (1.13)

Ёритилганлик элементларини кодлаш учун log₂m бирлигидан фойдаланамиз:

,   (1.14)

Шундай қилиб ,   (1.15)

Бизнинг мисол учун эса N=16´16, m=3, Irc = 256´8+256´1,58 = 2048+400 = 2440 бит.  Иккинчи тенглигимиз (1.15) да Ск = N´log ₂ m = 400 бит  эканлигини аниқлаш қийин эмас.

2 усул. Абонентга ранг миқдорини фақат тепа, паст ва ўнг, чап чегаравий миқдорларини жўнатамиз: Irc = Iя = N´log ₂ m = Cк = 256´1,58 = 404 бит. Натижада олдинги усулдан кўра 6 баробар кам миқдордаги қийматга эришамиз.

Бизга маълумки ҳар қандай алоқа канали таркибида шовқин ва халиқитлар мавжуд ва биз сигнал таркибига шовқин билан курашиш учун ортиқчалик маъмотини киритишга мажбурмиз. Бу ортиқча маълумотларни кўп миқдорда берилиши ҳам йўқолишларга олиб келиши мумкин. Шунинг учун ҳам ушбу миқдорни оптимал танлаш муҳим.

3 усул. 2 усул билан мутаносиб, фарқи шундаки узатилаётган хабар ишончлилигини ошириш учун ҳар бир сатр ва кадр охирига ортиқча ҳимоя сигнали киритилади. Ушбу усул билан замонавий телеэшиттиришлар ишлаб келмоқда.

Назорат саволлари

 

1.      Маълумот назарияси нима?

2.      Маълумот узатувчи алоқа каналларини солиштиришда эса ушбу қонуниятларнинг миқдорий бирлиги биринчи бўлиб ким таклиф қилган?

3.      Маълумот узатувчи алоқа каналларини солиштиришда эса ушбу қонуниятларнинг миқдорий бирлиги нима?

4.      Маълумот сиғими деб нимага айтлида?

5.      Маълумот сиғими қандай формула ёрдамида аниқланади?

6.      Маълумот манбаининг ишлаб чиқарувчанлиги  нима ва у қандай аниқланади?

7.      Энтиропия нима?

 

Тавсия қилинадиган адабиётлар

 

1“Digital Television. Satellite, Cable, Terrestrial, IPTV, Mobile TV in the DVB Framework Third Edition, by Hervé Benoit, printed at Focal Press Elsevier, USA 2013.

2.http://dspdav.nm.ru/

3. http://center.neic.nsk.su/

 

5- амалий машғулот: Тасвир сигналларини квантлаш.

 

Ишдан мақсад: Телевизион тасвир сигналларини рақамли ҳолатга ўтказилиш жараёнининг биринчи босқичи – квантлаш жараёнининг математик асосларини ўрганиш.

 

Масаланинг қўйилиши: квантлаш қадамини белгилаш тартиби ва квантлаш шовқинини пайдо бўлиш сабабларини тадқиқ қилиш.

 

Қисқача назарий маълумот. Видеомаълумотларни рақамли ҳолатга ўтказишда уларни қайта ишлаш жараёнининг биринчи босқичи сатҳ бўйича квантлаш дейилади. Бу жараён бир ўлчамли ва кўп ўлчамли сигналлар учун ҳам бир хил босқичда амалга оширилади.

Квантлаш жараёни сифатида сигналнинг динамик диапазонининг якунловчи дискрет даражаларга бўлинишига айтилади. Сатҳ бўйича квантлаш жараёни ортиқча маълумотларни олиб ташлаш  жараёнини намоён қилади. Унинг қўлланилишида нафақат технологик жиҳатлар балки баъзи бир психофизиологик сабаблар ҳам инобатга олинади. Булар:

1. видеомаълумотни узатиш ёки қайта ишлаш пайтида унинг таркибида шовқинларнинг борлиги унинг параметрларига таъсир қилади;
2. видеосигналларда  рухсат этилган даражали узлуксиз ҳолатларда қўлланиши ортиқча маълумотларни бартараф этади лекин квантланиш шовқинини ҳосил қилади.
3. видеомаълумот қабул қилувчиси чегаралган ёруғлик миқдори ва ранглилик даражасини сезиш қобилиятига эгалиги.

 

Ишни бажариш учун намуна

Видеомаълумотларни сатҳ бўйича квантланиши сигнални фазо ва вақт параметрларини ҳисобга олган ҳолда амалга оширилади.

Квантланиш даражасини белгилаш асосан узатилаётган рақамли сигнал  тезлигига қўйиладиган талабларни белгилашда юқори ўринга кўтарилади.

 

2.1.расм  Квантланиш характеристикаси.

 

Узлуксиз кирувчи катталикларни сатҳ бўйича квантланиши текис ёки нотекси тақсимланган SАi, Di даражадаги квантланиш характеристикалари билан белгиланади. Бир ўлчамли сигналнинг квантланиш характеристикаси 2.1 расмда келтирилган.

Квантлаш даражаларининг қўшни квадратлари орасидаги масофа квантлаш қадами дейилади, чегаралар орасидаги масофа эса квантланиш характеристикаси дейилади. Яъни квантланиш даражаси энг яқин интервалга яхлитланади. Кирувчи униполяр сигнал характеристикасини қуйидагича ёзиш мумкин:

,   (2.1)

бу ерда Екир, Ечиқ – кирувчи ва чиқувчи сигналлар; Аi (i = 1, 2, 3, …, n) – кирувчи сигналнинг квантланиш қадамлари; Di – кирувчи сигнал квантланиш чегаралари; 1{*} – қуйидаги шарт бажарилувчи “бир” функция:

.

Худди шу тарзда биполяр сигнал квантланиш характеристикасини ҳам ёзиш мумкин:

,   (2.2)

Квантланиш сатҳ ва чегараларининг нотекис тақсимланишида (2.2) ифода қуйидагича кўриниш олдади: 

,   (2.3), т.к. Аi = А = const, а Di = iD.

Кирувчи сигнал квантланиш чегараси ва чиқувчи сигнал квантланиш даражалари максимумларда қуйидаги тенгликлар ёрдамида аниқланади:

,   ,   (2.4)

бу ерда 2n – биполяр сигнал квантланиш даражаларининг умумий сони.

 

Квантланиш характеристикаси ўз ўрнида амплитуда характеристикасининг бир тури ҳам ҳисобланади  Ечик = F(Екир). Квантланиш характеристкасидан ташқари квантланиш жараёнида қўлланиладиган кучайтириш коэфффициенти тушунчаси ҳам мавжуд. Бу катталик қуйидаги ифода ёрдамида аниқланади:

,   (2.5)

 2.2. расм. Квантланиш жараёнидаги кучайтириш характеристикалари.

 

(2.3) формулани (2.5) ифодага қўйиб қуйидагича қилиб ёзиб олиш мумкин:

,   (2.6)

 ҳолатида квантланиш тенг тақсимланадиган бўлса Ечик = F(Екир) характеристикаси чизиқли кўриниш олади,  ҳолатининг нотекис тақсимланиш  ҳолатида эса ночизиқли  кўринишга ўтади.

Квантланиш характеристикаси ва кучайтириш коэффициентлари орасидаги боғлиқлик бу – электр занжирлар линиясидаги  фаза ва вақт характеристикалари орасидаги боғлиқлик теоремасини эслатади.

 

Квантланиш шовқини

Сигнални квантланиш даражаси ва чегараларини якуний ҳолатга келтиргач, қайта тикланувчи тасвирда канал шовқинлари таъсирида ночизиқли бузилишлар  характерига эга бўлган квантланиш шовқини ҳосил бўлади. Ушбу шовқин даражаси кирувчи сигнал фазовий ва вақт параметрларига узвий боғлиқ. Масалан, шовқиннинг юқори босқичларида ёруғлик сигналлари сакрашлар каби ўзгаради ва ортиқча контурлар пайдо бўлишига олиб келади.

Квантланиш шовқинини маълум чегаралдарда ўзгартириш мумкин. Ушбу шовқин даражасини пасайтириш учун қуйидаги босқичлардан фойдаланилади:

1. иложи борича квантлаш қадамини кўпроқ қилиб танлаш К = Кmax;
2. ушбу қадамларни ўзгарувчанлигин таъминлаш К = const;
3. қайта ишланаётган сигнал статистик характеристикаларини мос қайта ишлаш технологияси ёрдамида  қўллаш;
4. қўшимча ёрдамчи сигналлардан (тахминий, детерминланган ёки уларнинг аралашмаси) фойдаланиб шовқин сўндирувчи маска сигналларини қўллаш;
5. ТВ техникада – мос частота дискретизациясини мос ТВ сатр ёйиш  ва ташувчи сигналлар частоталаридан фойдаланиш.

,   (2.6)  р – fр.таш сигнали гармоникаси.

Частота дискретизацияси учун энг кўп қўлланиладиган бирлик р = 3, бу ҳолатда

fр.таш =4,21 (4,41) МГц, fдис = 3´4,21 (4,41) = 12,63 (13,23) МГц.

 

 

Назорат саволлари

1. Видеомаълумотларни рақамли ҳолатга ўтказишда уларни қайта ишлаш жараёнининг биринчи босқичи қандай босқич дейилади?
2. Квантлаш жараёни деб қандай жараёнга айтилади?
3. Квантлаш қадами деб қандай катталикка айтилади?
4. Квантланган сигнал маълум бир чегарада яхлитланади. Шу чегара қандай номланади?
5. Квантланиш шовқини нима ва у нима сабабдан пайдо бўлади?
6. Квантланиш шовқинини бартараф қилиш учун қандай ишлар амалга оширилади?

Адабиётлар ва интернет ресурслар

1“Digital Television. Satellite, Cable, Terrestrial, IPTV, Mobile TV in the DVB Framework Third Edition, by Hervé Benoit, printed at Focal Press Elsevier, USA 2013.

2.http://dspdav.nm.ru/

3.http://center.neic.nsk.su/

 

6-амалий машғулот: Сигналларни кодлаш.

 

Под кодированием источника сообщений понимается обработка видеоинформации только в сигнальной области. Она включает в себя нестандартные формы кодирования источника сигнала, которые основаны на более эффективном кодировании с помощью нестандартных способов сокращения различных видов избыточности сигнала. Его цель – выражение цифрового сигнала минимальным количеством двоичных символов в единицу времени с тем, чтобы сузить полосу пропускания канала, сократить время передачи или уменьшить среднюю мощность сигнала в канале.

Различают статистическую избыточность, избыточность по восприятию, структурную и спектральную избыточность. По теории вероятностей избыточность является следствием определенных корреляционных связей. Корреляция означает, что некоторый элемент изображения более или менее существенно зависит от соседей в пространстве и во времени.

1.                  Структурная избыточность – итог особенностей стандарта разложения или, по иному, преобразования изображения в ТВ сигнал. В нем, например, периодически передаются неизменные по форме элементы сигнала: гасящие импульсы строк и полей. В цифровом ТВ сигнале нет необходимости предавать эти импульсы по каналу связи, т.к. они могут быть восстановлены в декодере по опорным сигналам синхронизации. Устранение из состава цифрового ТВ сигнала гасящих импульсов строк и полей снижает скорость передачи видеоданных примерно на 23%.

2.                  Под статистической избыточностью понимают корреляционные связи между соседними (по вертикали и горизонтали) отсчетами ТВ сигнала. Сразу же надо подчеркнуть, что снижение избыточности в этом случае до определенных пределов обратимо, т.е. без потерь информации. Примером такого «беспроигрышного» кодирования служит предсказание на основе дискретно-косинусного преобразования (ДКП).

3.                  Спектральная избыточность проявляется как результат излишне высокой частоты дискретизации. В частности, принятая ортогональная структура дискретизации ТВ изображения в общем случае не является оптимальной в частотном пространстве. Используя интерполяцию и передискретизацию определенным образом выбранных групп отсчетов ТВ сигнала можно, в принципе, видоизменить спектральный состав и снизить частоту дискретизации. Такая обработка обычно необратима и, как правило, ведет к некоторому снижению качества восстановленного ТВ изображения.

4.                  Избыточность по восприятию связана с особенностями зрения человека. Например, цветовое разрешение нашего зрения ниже яркостного. Эта особенность учтена во всех стандартных аналоговых системах цветного кодирования. В NTSC, PAL,     SECAM цветовое разрешение существенно понижено по отношению к яркостному. То же самое зафиксировано в цифровом стандарте 4:2:2, где, по определению, две цветоразностные компоненты представлены таким же по объему информационным массивом, что и один яркостной сигнал. Учитывая эту особенность нашего зрения по восприятию мелких деталей цветного изображения, можно в несколько раз сократить полосу частот при передаче и кодировании сигналов цветности.

Если предположить наличие идеального канала передачи (не влияющего на поток сообщений), то кодирование источника сообщений вместе с соответствующим декодированием можно представить как процесс передачи сообщения через эквивалентный четырехполюсник (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Передача сообщения через эквивалентный четырехполюсник.

 

            Оптимальное использование рассматриваемого канала передачи сообщений соответствует случаю, когда эквивалентный четырехполюсник и зрительный анализатор наблюдателя характеризуются одинаковой пропускной способностью. Под пропускной способностью подразумевается количество информации, которое данный канал обрабатывает за единицу времени. Если пропускная способность эквивалентного четырехполюсника меньше, чем пропускная способность зрительного анализатора, то в сообщении, принятом получателем, возникают потери информации. Если пропускная способность эквивалентного четырехполюсника превышает пропускную способность зрительного анализатора, то четырехполюсник не оптимален. Таким образом, сокращение психофизиологической избыточности сообщения выполняется с целью оптимального согласования процесса кодирования источника с параметрами получателя сообщений с точки зрения пропускной способности.

            Условие оптимального согласования заключается в таком сокращении объема передаваемой в сообщении информации, при котором не проявится ухудшение качества сообщения при его получении. Возможность сокращения психофизиологической избыточности сообщения основано на предположении, что производительность источника сообщений превышает пропускную способность получателя сообщений. Это условие выполняется для видеоинформации. Более того, например, в современных телевизионных системах критерий качества задается для наиболее критичных изображений. Следствием этого является то, что пропускная способность телевизионного канала в среднем намного выше, чем того требует зрительный анализатор человека.

            Если для сокращения избыточности сообщения используются его статистические свойства, то говорят о сокращении статистической избыточной информации. Дискретный источник сообщений генерирует отдельные реализации сообщения как конечную последовательность элементов {Si}, выбираемых из конечного множества элементов {Xk}, k = 1, 2, 3, …, n, называемых алфавитом источника (рис. 3.2).

 

Рис. 3.2. Алфавит источника.

 

            Элементы последовательности, образуемые посредством выбора из алфавита источника, называются символами. В последовательности символов (реализации) элементы алфавита могут быть произвольным образом повторяться, так что один и тот же элемент алфавита различается только местом, которое он занимает в последовательности. Применительно к телевидению отдельные элементы алфавита источника представляют собой дискретные значения яркости, которые может принимать элемент изображения. Последовательность символов, таким образом, определяет дискретное во времени изменение видеоинформации.

            Статистическая избыточность источника сообщений определяется в общем случае соотношением:

,   (3.1)

т.е. разностью между максимальной энтропией источника Hmax, соответствующей алфавиту элементов источника с одинаковой вероятностью появления и статистически независимыми друг от друга символами, и энтропией источника Н, как правило, с различной вероятностью появления элементов алфавита и с различной статистической зависимостью между символами. Выражение для статистической избыточности определяет величину избыточной информации, которую можно устранить, исключив статистические взаимосвязи. Эта величина принципиально различна для источников сообщений различных типов и для источников с различными статистическими свойствами.

            При разработке системы компрессии (сжатия) изображений с использованием ДКП, следует учесть, что величина коэффициента сжатия (Ксж) зависит от значений битовых размеров коэффициента трансформант и границ зон с минимальным среднеарифметическим (СА) и среднеквадратическим отклонением (СКО). Это требует предварительного аналитического определения этих параметров с целью количественной оценки эффективности ВИС с использованием предложенных алгоритмов быстрого ДКП и отбора коэффициентов трансформант посредством компьютерного моделирования.

            Каждый блок, включающий в себя N´N отсчетов сигнала яркости Lm(k,l) подвергается двухмерному унитарному ДКП., в результате которого получаются блоки (матрицы) спектральных коэффициентов F(u,v) той же размерности, что и блоки изображения.

F(u,v) = Lm(k,l) ´ W(k,l,u,v),   (3.2)

где W(k,l,u,v) – ядро прямого преобразования; Lm(k,l) – отсчеты сигнала яркости; k и l – номера строки и столбца в блоке изображения; u и v номера строк и столбцов в блоке спектральных коэффициентов.

            Дисперсия F(u,v) в среднем убывает с увеличением номеров u и v. Для сокращения цифрового потока F(u,v) подвергается избирательному квантованию: коэффициенты, обладающие большой дисперсией, квантуют на больше число уровней, а малой дисперсией – на меньшее число уровней или отбрасывают. При избирательном квантовании используются два способа отбора коэффициентов – зональный и пороговый. В первом случае блоки F(u,v) разбиваются на зоны, а для каждой зоны назначают число уровней квантования L(u,v). Число разрядов двоичного кода, отводимое на передачу каждого из блоков F(u,v) зоны равно:

n(u,v) = log₂L(u,v),   (3.3)

Минимум дисперсии шума определяется по формуле:

,   (3.4)

где d ²(u,v) – дисперсия шума, возникающая при квантовании F(u,v).

Ограничение на общее число бит, затраченных на передачу блока, характеризуется значением:

= N² ´ n_g ,   (3.5)

Коэффициент сжатия системы компрессии с ДКП при зональном способе отбора коэффициентов трансформант без учета шумов квантования:

,   (3.6)

где N ² – число отсчетов фрагментов; n – битовый размер отсчетов (разрядность кода) исходного изображения; Vij – средний битовый размер коэффициента трансформант i-строки j-столбца фрагмента NxN.

Коэффициент сжатия K_23N  для N=16 и n=8, принятые с точки зрения получения наибольшего значения при простой аппаратурной реализации и программного обеспечения без учета шумов квантования согласно формуле (3.6) можно записать в виде:

,   (3.7)

Во втором случае из N ² спектральных коэффициентов каждого блока выбирают М наибольших, которые квантуют на одно и тоже число уровней L = 2 ´ n, где n – число разрядов кода, отводимое на передачу каждого из них.

M´(2´log ₂ N + n) = N²´n_g ,   (3.8)

Выбирая M и n, можно будет обеспечивать минимум отводимых разрядов.

            Принятые по каналу связи блоки спектральных коэффициентов F(u,v) подвергаются обратному унитарному преобразованию, в результате которого блок за блоком восстанавливается изображение.

Степень сжатия цифрового потока определяется при пороговом способе отбора коэффициентов трансформант из выражения:

,   (3.9)

где N – линейный размер блока преобразования, выраженный в числе отсчетов.

Выбор числа двоичных единиц, используемых для передачи каждого из спектральных коэффициентов матрицы, следует производить в соответствии со следующим правилом:

,   (3.10)

где Fn – порог, определяемый экспериментальным путем.

Немаловажным при нахождении величины К_2N при ДКП является знание величины порога ограничения Fn. Естественно, чтобы К_2N изменялось с изменением типа сюжетов необходимо изменить величину Fn. Такое возможно путем введения управляющих воздействий на различные параметры системы.

 

 

 

7-амалий машғулот: Дискрет Фурье алмаштириш.

 

Одним из наиболее распространенных средств обработки как одномерных, так и многомерных сигналов, в том числе и изображений, является ортогональное преобразование. Особенно велика роль ортогональных преобразований в решении задачи уменьшения скорости передачи символов в ЦТВ, и, следовательно, уменьшения полосы частот канала и объема памяти устройств для архивного хранения.

Сущность ортогональных преобразований заключается в представлении исходного сигнала в виде суммы ортогональных базисных функций. Функции X(t) и Y(t) называются ортогональными на отрезке (t₁, t₂), если их скалярное произведение равно нулю:

,   (4.1)

Это определение может быть распространено и на дискретные сигналы, представляемые последовательностями чисел. Дискретные сигналы X(n) и Y(n), имеющие по N отсчетов, называются ортогональными, если выполняется условие:

,   (4.2)

Одним из наиболее известных примеров применения ортогонального преобразования является разложение периодического сигнала X(t) в ряд Фурье:

,   (4.3)

где v₀ = 2×p / Т; Т – период повторения сигнала.

Действительные коэффициенты ряда Фурье a_k и b_k определяются соотношениями:

,   ,   ,   (4.4)

В комплексной форме разложение в ряд Фурье имеет вид:

,   (4.5)

где  - комплексная амплитуда гармоники.

Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) имеет вид:

, n = 0, 1, 2, …, N-1,   (4.6)

где коэффициент ДПФ X(k) определяется соотношением:

, k = 0, 1, 2, …, N-1,   (4.7)

Нахождение коэффициентов X(k) по формуле (4.7) обычно называют прямым преобразованием, а получение сигнала по этим коэффициентам в соответствии с формулой (4.6) – обратным ДПФ.

Чтобы иметь дело только с действительными числами обычно используют разложение с помощью дискретно-косинусного преобразования (ДКП), определяемого соотношением:

,   (4.8)

где коэффициенты ДКП определяются по формулам:

,   , k = 1, 2, …, N-1,   (4.9)

Нахождение C(k) по x(n) называют прямым ДКП, а представление сигнала x(n) по C(k) – обратным ДКП.

Ядро преобразований при переходе от ДПФ к ДКП определяется как:

, где W = exp,   (4.10)

Формула (4.10) отражает взаимосвязь между ядрами ДПФ и ДКП. Аналитическое выражение для ортогонального ДКП, отражающее взаимосвязь между ДКП и ДПФ можно записать в виде:

,   ,   (4.11)

где k’Î {1, 2, …, N}, A(i) = 0, i Î {1, 2, …, N-1}.

После проведения соответствующих математических преобразований выражение для ортогонального преобразования упрощается:

,   , k’Î {1, 2, …, N-1},   (4.12)

что соответствует записи без дополнительного условия A(i) = 0, i Î {N, N+1, …, 2N-1}.

Соотношения (4.11) и (4.12) описывают два равноценных способа определения одномерных коэффициентов F(0) и F(k) ДКП. В соответствии с (4.11) спектральные коэффициенты одномерного ДКП порядка N найдем исходя из N спектральных коэффициентов ДПФ порядка 2N. Из основной формулы преобразования с ядром [Fk] (4.12) получаем выражение спектральной матрицы столбца вектора:

[F] = [Fk]×[A],   (4.13)

где [Fk], [A] – матрицы – столбцы векторов Fk, и A соответственно строки матрицы преобразования исходного сигнала.

Существуют достаточные теоретические предпосылки для практической реализации способов построения алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ), отличающихся друг от друга числом операций умножения (ОУ), сложения (ОС) и вычитания (ОВ), и рассчитанных на выполнение различных задач. БПФ – один из алгоритмов для вычисления ДПФ, заключающийся в устранении избыточных операций (ИО). Ниже приводятся результаты аналитического представления разработанных алгоритмов быстрого дискретно-косинусного преобразования (БДКП) для порядка N = 4 и N = 8, и их сравнение с прямым преобразованием Фурье. Формулу одномерного ДКП можно записать следующим образом:

, (4.14)

где C(x) – нормирующий множитель, C(0) = , C(W) = 1 при W = 1, 2, 3, …, N-1.

Для случая ДКП порядка N = 4 и N = 8 она примет соответствующий вид:

,   ,   (4.15)

Используя формулу (4.15) определим выражение для расчета конкретно каждого из четырех и восьми косинусных коэффициентов соответственно:

F(0) = (A(0) + A(1) + A(2) + A(3))

F(1) = (0,923×А(0) + 0,382×А(1) – 0,3892×А(2) - 0,924×А(3))

F(2) = (A(0) - A(1) - A(2) + A(3))

F(3) = (0,923×А(0) - 0,382×А(1) + 0,3892×А(2) - 0,924×А(3))

 

8-амалий машғулот: Дискрет косинус алмаштириш.

 

На общий множитель 0,5 при вычислении каждого косинусного коэффициента можно при прямом преобразовании не умножать, учтя это при обратном косинусном преобразовании. Тогда разложение матрицы ДКП порядка N = 4  будет записано следующим образом:

,   (4.16)

Применим для (4.16) эффективный алгоритм расчета БДКП, основанный на прямом разложении ядра ДКП на произведение более простых матриц. Это можно осуществить следующим образом:

[F₄] = [B₄]×[E₄],   (4.17) где ,   (4.18)

При прямом преобразовании умножению сигнальной матрицы [A] слева на матрицу разложения [B₄] соответствует образованная пара значений сигнала (А(0)+А(3)), (А(1)+А(2)), (А(0)-А(3)), (А(1)-А(2)).

,   (4.19)

При последующем умножении слева полученного промежуточного результата на матрицу [B₄] находим результирующие спектральные коэффициенты F(x):

F(0) = (A(0) + A(3) + A(1) + A(2))

F(1) = [0,923×(А(0) - А(3)) + 0,382×(А(1) –А(2))]

F(2) = 0,707[(A(0) - A(3) - A(1) + A(2))]

F(3) = [0,382×(А(0) – A(3)) - 0,923×(А(1) + А(2))]

 

Сравнение количества необходимых операций, производимых согласно алгоритму БДКП, показывает, что этот алгоритм расчета отличается меньшим на единицу числом умножений. Проведя аналогичные расчеты и сравнение обратного четырех точечного косинусного преобразования, можно установить, что предлагаемый вариант, по сравнению с базовым, также обеспечивает уменьшение на единицу числа умножений. Аналогично произведем расчет коэффициентов трансформанты для N = 8.

F(0) = (A(0)+A(1)+A(2)+A(3)+А(4)+А(5)+А(6)+А(7))

F(1) = (0,981×А(0)+0,831×А(1)+0,555×А(2)+0,195×А(3)-0,195×А(4)-0,555×А(5)-0,831×А(6)-0,981×А(7))

F(2) = (0,923×А(0)+0,382×А(1)-0,382×А(2)-0,923×А(3)-0,923×А(4)-0,382×А(5)+0,382×А(6)-0,923×А(7))

F(3) = (0,831×А(0)-0,195×А(1)-0,981×А(2)-0,555×А(3)+0,555×А(4)-0,981×А(5)+0,195×А(6)-0,831×А(7))

F(4) = (0,707×А(0)-0,707×А(1)-0,707×А(2)+0,707×А(3)+0,707×А(4)-0,707×А(5)-0,707×А(6)+0,707×А(7))

F(5) = (0,555×А(0)-0,981×А(1)+0,195×А(2)+0,831×А(3)-0,831×А(4)-0,195×А(5)+0,981×А(6)-0,555×А(7))

F(6) = (0,382×А(0)-0,923×А(1)+0,923×А(2)-0,382×А(3)-0,382×А(4)+0,923×А(5)-0,923×А(6)-0,832×А(7))

F(7) = (0,195×А(0)-0,555×А(1)+0,831×А(2)-0,981×А(3)+0,981×А(4)-0,831×А(5)+0,555×А(6)-0,195×А(7))

Применение эффективного алгоритма БДКП, основанного на прямом разложении ядра ДКП на произведение более простых матриц для коэффициентов трансформанты F(x) позволяют выразить их следующими аналитическими выражениями:

F(0) = (A(0)+A(1)+A(2)+A(3)+А(4)+А(5)+А(6)+А(7))

F(1) = (0,981×(А(0)-А(7))+0,831×(А(1)-А(6))+0,195×(А(3)-А(4))+0,555×(А(2)-А(5)))

F(2) = (0,923×(А(0)-А(3)-А(4)-А(7))+0,382×(А(1)-А(2)-А(5)+А(6))

F(3) = (0,831×(А(0)-А(7))+0,195×(А(6)-А(1))+0,555×(А(4)-А(3))+0,981×(А(2)-А(5)))

F(4) = (А(0)-А(1)-А(2)+А(3)+А(4)-А(5)-А(6)+А(7))

F(5) = (0,555×(А(0)-А(7))+0,981×(А(6)-А(1))-0,195×(А(2)-А(5))+0,831×(А(3)-А(4)))

F(6) = (0,381×(А(0)-А(3)-А(4)+А(7))+0,923×(А(2)-А(1)+А(5)-А(6))

F(7) = (0,195×(А(0)-А(7))+0,831×(А(2)-А(5))+0,981×(А(4)-А(3))+0,555×(А(6)-А(1)))

Сравнивая алгоритмы вычисления F(x) на основе БДКП порядка N = 8, в обеих вариантах построения можно выявить общее количество арифметических операций сложения, умножения и вычитания. Здесь имеет место существенный выигрыш в количестве выполненных операции умножения, сложения, что снижает время вычисления коэффициентов почти в два раза. Данные вычисления сведены в таблицу:

Таблица 4.1. Данные вычисления коэффициентов трансформанты на основе предложенного алгоритма БДКП

Варианты алгоритмов вычисления коэффициентов	Наименование арифметических операций и их количество
	Сложение	Умножение	Вычитание	Общее число операций
Прямое вычисление коэффициентов быстрого косинусного преобразования Фурье	29	64	27	120
Быстрое косинусное преобразование Фурье с прямым разложением ядра ДКП на произведение простых матриц	24	26	29	79
Результаты сравнения	5	38	-2	41

 

Проведя аналогичные расчеты и сравнения для обратного восьмиточечного косинусного преобразования можно установить, что предлагаемый вариант по сравнению с базовым вариантом обеспечивает уменьшение 41 арифметических операций, в том числе 38 операций умножения и позволяет вдвое уменьшить время обработки цифрового ТВ сигнала. Следовательно, представляется возможность создать эффективные системы компрессии видеоданных со значительно простой аппаратурной реализацией и несложным программным обеспечением.

 

9-амалий машғулот: RGB – YUV ранг муҳитлари трансформацияси.

 

Ишдан мақсад. Турли ранг стандартларида (R, G, B) ҳамда, ёритилганлик ва рангфарқ  сигналларини (Y, U, V) 8x8 ўлчамдаги блокларда дискрет-косинус алмаштириш усулида қайта ишлаш жараёнини тадқиқ қилиш.

Масаланинг қўйилиши. Дискрет-косинус алмаштириш принципини ўрганиб чиқиш. Кодер сиқиш коеффициентининг ўзгаришини қайта тикланган тасвир сифатига таъсирини амалиётда синаб кўриш ва ўрганиб чиқиш.

Қисқача назарий маълумот. Замонавий телевизион тизимларда сигналларни сиқиш жуда муҳим аҳамиятга эга. Тасвир ва видео сигналларни сиқишнинг бир қанча усуллари мавжуд. Жорий амалиёт ишида ДКА усулида тасвир сиганлларига рақамли ишлов бериш алгоритмини таҳлил қиламиз. ДКА усули кам хатолик қилувчи ишлаш тезлиги бўйича юқори кўрсатгичга эгалиги билан ажралиб туради.

•      Y = 0.587G + 0.299R + 0.1145B

•      Cb= 0.564(B−Y)  ёки U=0.493(B−Y)

•      Cr=0.713(R –Y)  ёки V=0.877(R –Y)

 

Формулаларидан фойдаланиб исталган пиксел RGB бирлигини YUV ранг муҳитига Misrosoft  Excell дастури ёрдамида ўтказиш ва ДКЎ усулини тадқиқ қилувчи махсус дастур натижалари билан солиштириш.

Олинган натижаларни ҳисобот шаклида тайёрлаб тегишли хулосалар чиқариш.

10-амалий машғулот: Норекурсив ва рекурсив фильтрлар

 

Выделяют три основных группы частотных фильтров. Схематические частотные характеристики фильтров приведены на следующих рисунках 5.1. Между частотными интервалами пропускания и подавления сигнала существует зона, которая называется переходной.

1. ФНЧ - фильтры низких частот (пропускание низких, подавление высоких частот во входном сигнале) (рис. 5.1.1),

 

Рис. 5.1.1. Частотная характеристика ФНЧ.

 

2. ФВЧ - фильтры высоких частот (пропускание высоких, подавление низких частот) (рис. 5.1.2),

Рис. 5.1.2. Частотная характеристика ФВЧ.

 

3. ПФ - полосовые фильтры (пропускание определенных частот с подавлением остальных частот сигнала) (рис. 5.1.3).

 

Рис. 5.1.3. Частотная характеристика ПФ.

 

Среди последних в отдельную группу иногда выделяют РФ - режекторные фильтры, понимая под ними фильтры с подавлением узкой полосы частот во входном сигнале, и СФ – селекторные фильтры, обратные РФ.

В общем виде линейное разностное уравнение М-го порядка имеет вид:

, n ³ 0,   (5.1),

где {bi}, {ai} - коэффициенты, описывающие конкретную систему, причем a_M ¹ 0.

            Решение разностного уравнения можно произвести методом прямой подстановки, имея набор начальных условий и входную последовательность. Например, разностное уравнение следующего вида:

y(n) = x(n) – 3y(n-1), n ³ 0,   (5.2)

с начальным условием y(-1) = 0 и входной последовательностью:

x(n) = n² + n,   (5.3)

по методу прямой подстановки имеет решение:

y(0) = x(0) – 3y(-1) = 0; y(1) = x(1) – 3y(0) = 2; y(2) = x(2) – 3y(1) = 0;

y(3) = x(3) – 3y(2) = 12; y(4) = x(4) – 3y(3) = 16 и т.д.

            Для получения решения в явном виде можно использовать аналитический метод, основанный на получении двух решений разностного уравнения: однородного и частного. Однородное решение получается путем подстановки нулей вместо всех членов, содержащих элементы входной последовательности и определения при этом отклика системы. Частное решение получают, подбирая вид выходной последовательности при заданной входной. Для определения произвольных постоянных однородного решения используются начальные условия.

            В нерекурсивных цифровых фильтрах (НЦФ) текущее значение отклика y(n) зависит только от текущего значения и конечного числа предшествующих значений входной последовательности x(n). При этом длина импульсной характеристики фильтра (отклика на единичный отсчет) является конечной и определяется количеством звеньев задержки.

Практика проектирования НЦФ базируется, в основном, на синтезе фильтров низких частот. Все другие виды фильтров могут быть получены из фильтров низких частот соответствующим преобразованием. Так, например, фильтр высоких частот может быть получен инверсией фильтра низких частот  -  вычислением разности между исходным сигналом и результатом его фильтрации низкочастотным НЦФ. Применяется также способ получения фильтров высоких частот из низкочастотных фильтров путем реверса частоты в передаточной функции низкочастотного фильтра, т.е. заменой переменной w на переменную w' = p-w (при DТ = 1).

Полосовой фильтр может реализоваться последовательным применением ФНЧ и ФВЧ с соответствующим перекрытием частот пропускания. Полосовой режекторный фильтр также может быть получен методом инверсии полосового фильтра. Одночастотные режекторные фильтры обычно выполняются на основе простых рекурсивных цифровых фильтров, более эффективных для данных целей.

Идеальным полосовым фильтром называется фильтр, имеющий единичную амплитудно-частотную характеристику в полосе от определенной нижней частоты wн до определенной верхней частоты wв, и нулевой коэффициент передачи за пределами этой полосы (для цифровых фильтров - в главном частотном диапазоне).

            Наибольшее распространение имеет прямая структурная форма фильтра. Этой форме соответствует разностное уравнение:

y(n) = h(0)x(n) + h(1)x(n-1) + … + h(N-1)x(n-N+1),   (5.4)

Характеристикой фильтра является передаточная функция ,   (5.5)

На рис. 5.2 представлена структурная схема такой  нерекурсивной цепи со звеньями задержки z ^–1 (Т), масштабными множителями h (-0,8; 2; -1) и сумматором.

 

Рис. 5.2. Структурная схема нерекурсивной цепи.

 

            Найдем ее выходную последовательность и передаточную функцию. Выходная последовательность y(n) в соответствии с уравнением (5.4) имеет вид:

y(n) = h(0)x(n) + h(1)x(n-1) +  h(2)x(n-2) =

=  -0,8x(n) + 2x(n-1) – x(n-2),   (5.6)

Передаточную функцию цепи найдем, используя уравнение (5.5) или непосредственно по схеме:

H(z) = h(0) + h(1)z ^–1 + h(2)z ^–2 = -0,8 + 2z ^–1 – z ^–2,   (5.7)

При построении таких фильтров удобна последовательная форма. В этом случае Z – преобразование импульсной характеристики представляется в виде произведения Z – преобразования, соответствующего системе первого порядка:

, i = 1, 2, …,m,   (5.8)

или второго порядка:

, i = 1, 2, …,m,   (5.9)

Тогда передаточная функция имеет вид:

,   (5.10),

причем величина N_M  равна целой части выражения (N-1)/2.

Пусть {h(n)} – физически реализуемая последовательность конечной длины, заданной на интервале 0 ≤ n ≤ (N-1) с Z – преобразованием (5.5). Преобразование Фурье от {h(n)} составит:

,   (5.11)

и оно является периодическим по частоте с периодом  2p, т.е. при m = 0, ±1, ±2, ±3,… имеем:

,   (5.12)

В случае только действительной последовательности:

,   (5.13)

Знаки “±” необходимы, так как H(e^jw) = H*(e^jw), (5.14), где H*(e^jw) - действительная функция, принимающая положительные и отрицательные значения.

Требование линейности фазовой характеристики:

Q(w) = - aw;  -p ≤ w ≤ p,   (5.15),

где a - постоянный коэффициент, значение a определяется из уравнения:

,   (5.16),

удовлетворяющего следующим условиям:

a = (N-1) / 2, h(n) = h[(N-1)-n], 0 ≤ n ≤ (N-1),   (5.17)

Таким образом, при заданном значении коэффициента a импульсная характеристика должна обладать вполне определенной симметрией. Если N – нечетное число, то a - целое число и задержка в фильтре равна целому числу интервалов дискретизаций. Например, для N = 11, a = 5 и центр симметрии для h(n) приходится на пятый отсчет. Для четного N, например, N = 10, a = 4.5, а центр симметрии лежит между отсчетами.

В рекурсивном цифровом фильтре значение процесса на выходе определяется не только конечным числом значений входного процесса, но также и предшествующими величинами выходного процесса. На рис. 5.3 представлена структурная схема рекурсивного цифрового фильтра со звеньями задержки z ^-1, масштабными множителями h и сумматорами.

 

Рис. 5.3. Структурная схема рекурсивного цифрового фильтра.

 

В этом случае:

,   (5.18)

Рекурсивные фильтры имеют определенную "память" по значениям предыдущих отсчетов, которая, в пределе, может быть бесконечной. С учетом этого фактора рекурсивные фильтры получили название фильтров с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтров), в отличие от нерекурсивных фильтров, всегда имеющих конечную импульсную характеристику (КИХ-фильтры). Реакция рекурсивного фильтра на сигнал с учетом "памяти" исключает возможность создания фильтров с четным импульсным откликом, и частотные характеристики рекурсивных фильтров всегда являются комплексными.

Синтез рекурсивных фильтров, как и НЦФ, выполняется на базе фильтров низких частот (ФНЧ). Другие типы фильтров (ФВЧ - высоких частот, ПФ - полосовые, РФ - режекторные) образуются на основе ФНЧ путем частотного преобразования.

Фильтр использует М значений выходного процесса и только одно входного. В рекурсивном цифровом фильтре более общего вида число значений выходного процесса не меняется, а число значений входного процесса со звеньями задержки, масштабными множителями и сумматорами возрастает. Преобразование Фурье равенства (5.18) дает:

,   (5.19)

Причем сумма содержит многочлен по степеням комплексной экспоненты         exp(-j2pfkDT). Обозначая последнее выражение символом z, переходим к Z – преобразованию. Как следует из формулы (5.19), частотная характеристика рассматриваемого цифрового рекурсивного фильтра имеет вид:

,   (5.20)

Таким образом, изучение свойств частотной характеристики сводится к определению положения и характера полюсов в знаменателе выражения (5.20).

Простейший рекурсивный фильтр низких частот (ФНЧ) может быть задан следующим разностным уравнением:

y(n) = (1-a)x(n) + a.y(n-1),   (5.21)

Для расчета удобно использовать частотную характеристику, которая для рассматриваемого рекурсивного ФНЧ имеет вид:

,   (5.22)

с модулем: ,   (5.23)

и фазой: ,   (5.24),

где DТ – интервал между отсчетами.

Импульсная функция этого фильтра имеет вид:

,  (5.25)

В настоящее время существует достаточно большое количество видов рекурсивных частотных фильтров и их различных модификаций. Наиболее известный из них - фильтр Баттеруорта (рис.5.4). Он имеет монотонную гладкую АЧХ во всем частотном диапазоне. При том же порядке многочленов фильтров (равном количестве полюсов) большую крутизну обеспечивают фильтры Чебышева – прямой и инверсный, однако при этом в полосе пропускания (для инверсного – в полосе подавления) у фильтров Чебышева появляются равноволновые пульсации (с одинаковой амплитудой пульсаций). Еще более крутые срезы характеристик (при равноволновых пульсациях как в полосах пропускания, так и в полосе подавления) реализуются с использованием эллиптических функций.

Рис. 5.4. АЧХ фильтра Баттеруорта.

 

Одно из важнейших свойств рекурсивных фильтров - возможность получения узких переходных зон при конструировании частотных фильтров. Рекурсивная фильтрация требует более высокой точности вычислений по сравнению с нерекурсивной, т.к. использование предыдущих выходных отсчетов для текущих вычислений может приводить к накапливанию ошибок.

 

11-мавзу: Аналог рақамли ўзгартиргич параметрлари

 

Основными параметрами преобразования являются:

1.                  частота выборок или число отсчетов в единицу времени;

2.                  число уровней квантования (число разрядов кода на одну выборку).

Частота выборок определяется теоремой Котельникова (теоремой отсчетов), исходя из ширины спектра преобразуемого сигнала. Для телевизионного сигнала вещательного ТВ DF = 6 МГц, fвыб ³ 2×DF ³ 12 МГц.

            Значительно более сложно представляется выбор необходимого числа уровней квантования. Число уровней квантования определяет точность преобразователя, а в некоторой степени и его быстродействие, т.к. с увеличением числа уровней растет число разрядов кода на выборку, т.е. число операций, проводимых с сигналом за время одного преобразования. С этой точки зрения необходимо стремиться к уменьшению числа уровней квантования. Уменьшение числа уровней квантования применительно и для уменьшения требуемой пропускной способности канала связи.

            В то же время малое число уровней квантования приводит к появлению ложных контуров на восстановленных изображениях, когда наблюдатель начинает замечать различие в яркостях соседних уровней квантования. Появление ложных контуров снижает эстетическую ценность изображений, что не допустимо в вещательном ТВ.

            Теоретическое определение числа уровней квантования в соответствии с законом Вебера – Вехнера может быть сделано по формуле:

,   (6.1),

где Вmax и Bmin – максимальная и минимальная яркости экрана кинескопа; d - пороговый контраст (d = 0,015 ¸ 0,02).

При контрасте d = 0,02 и отношении яркостей экрана Вmax/Bmin = 100, теоретическое число уровней квантования m » 230.

            Таким образом, число разрядов при двоичном коде а = 2, практически выбирается порядка 7 ¸ 8. Скорость передачи полного цифрового сигнала цветного ТВ можно представить как:

,   (6.2),

где n₁, n₂, n₃ – разрядность кодов сигнала яркости (Uy), цветоразностных сигналов (Ub-y или Ur-y) и сигнала звука; fвя, fвц, fзв – верхние граничные частоты сигнала яркости, цветоразностных сигналов и сигнала звука.

1.                  При n₁ =  n₂ = n₃ = 8, fвя = 2×fвц = 6 МГц, fзв = 20 кГц,

Vп = 2×6×8×10⁶+2×(2×3×8×10⁶)+2×20×8×10³ = (96+96) ×10⁶+0,32×10⁶=192,32´10⁶ бит/с.

2.                  При n₃ = 16, Vзв = 0,64´10⁶ бит/с.

3.                  При n₃ = 24, Vзв = 0,96´10⁶ бит/с.

4.                  При n₃ = 32, Vзв = 1,28´10⁶ бит/с.

 

 

 

12-амалий машғулот: Узатилаётган частота полоса кенглиги ва символлар кетма-кетлигининг тезлигини ҳисоблаш.

 

При образовании цифрового сигнала ТВ программ композитным и компонентным кодированием цветного ТВ стандарта «SEKAM» и кодирования звукового сопровождения ТВ с последующей их транспортировки в едином цифровом потоке применяются два вида стыка: параллельный – для внутренней подачи цифровых сигналов в АСК ТЦ или с использованием способа солитонной оптоволоконной сети дальней связи; и последовательный – для трансляции сигналов программ ТВ в едином транспортном потоке. Поэтому важно знать ширину полосы передаваемых частот, пропускную способность высокочастотного тракта подачи в зависимости от используемого тракта и объема цифровых данных, подлежащих передаче. В каждом случае сигналы синхронизации передаются байтно, отдельно от информационных сигналов.

Пусть периодическая последовательность импульсов прямоугольной формы, передаваемых по каналам связи имеет вид (рис. 7.1):

 

Рис. 7.1. Форма сигнала несущей цифровой информации U{0;1}.

 

Из рисунка видно, что длительность посылок U{0} и U{1} и период тактирования связаны через выражение:

Т = 2´Ти ,   (7.1),

где Т – полный период для рассматриваемого случая передачи двоичных сигналов U{0;1}; Ти – длительность символов (элементарных посылок пикселей) U{0} или U{1}.

            Спектр такого сигнала содержит постоянную составляющую, основную гармонику и постоянно убывающие нечетные гармоники этой частоты, спектр его не ограничен (рис. 7.2):

 

Рис. 7.2. Спектр сигнала.

 

            Если ограничить полосу частот такого сигнала с помощью ФНЧ с достаточно крутым срезом АЧХ, форма импульсов будет искажена, т.к. часть частотных составляющих спектра окажется подавленной.

            Искажения проявятся в виде увеличения длительности нарастания и спада импульса и возникновения колебательного переходного процесса. Это будет причиной ограничения допустимой частоты передаваемого импульсного сигнала, т.е. ограничения скорости передачи двоичных символов по каналу связи.

            Длительность нарастания импульса tн связана с верхней граничной частотой ФНЧ fв соотношением:

tн = 1 / (2´fв) ,   (7.2)

 

            Если длительность входного импульса Ти < tн, то амплитуда импульса на выходе ФНЧ станет уменьшаться. Этот случай показан на рис. 7.3 штриховой линией:

 

Рис. 7.3. Уменьшение амплитуды импульса на выходе ФНЧ.

 

При достаточно малой длительности Ти их амплитуда на выходе канала связи сравнимой с уровнем помех, что приведет к ошибкам работы приемного устройства. Колебательные явления переходных процессов возникающих при передаче также ограничивают частоту передаваемых по каналу связи импульсов.

Если эта частота слишком велика, колебательный переходный процесс, созданный одним импульсом, будет накладываться на следующий импульс. Возникает помеха, называемая интерференционной, которая может привести к ошибкам приема. Изложенные причины приводят к известному еще с ранних работ по теории связи условию: по каналу связи с шириной полосы пропускания DF можно передавать в виде двухуровневых импульсов 2´DF бит информации за 1 сек., т.е. эффективность использования полосы частот канала связи составляет:

g = (2´DF) / DF = 2 (бит/с)/Гц ,   (7.3)

 

Следовательно, для передачи двоичных символов со скоростью 243 Мбит/с необходим канал связи с шириной полосы частот 121,5 МГц. Тогда как для стандарта формата 4:2:2 скорость передачи определяются как:

V_пс = f_дя´n_я + 2´f_дц´n_ц ,   (7.4)

           

При fдя = 13,5 МГц, fдц = fдя / 2 = 6,75 МГц, nя = nц = 8 (Рекомендация 601), скорость передачи Vпс = 216 Мбит/с, ширина полосы частот канала Df = 108 МГц. Аналогично можно определить для других стандартов формата цифрового ТВ вещания.

Ясно, что ни стандартный канал ТВ вещания, имеющий ШПП 8 МГц, ни спутниковый канал, имеющий ширину полосы 27 МГц, не пригодны для передачи цифрового ТВ сигнала. Это относится и к видеосвязи даже при пониженной частоте кадров, а для передачи ТВ сигналов ВЧ и ПЧ необходима еще более широкая полоса частот или сокращение информационной избыточности.

 

V. ЛАБОРАТОРИЯ МАШҒУЛОТ МАТЕРИАЛЛАРИ

1-лаборатория машғулоти: Дискрет косинус алмаштириши асосида видеомаълумотларни сиқишни тадқиқ қилиш.

 

Ишдан мақсад. Турли ранг стандартларида (R, G, B) ҳамда, ёритилганлик ва рангфарқ  сигналларини (Y, U, V) 8x8 ўлчамдаги блокларда дискрет-косинус алмаштириш усулида қайта ишлаш жараёнини тадқиқ қилиш.

Масаланинг қўйилиши. Дискрет-косинус алмаштириш принципини ўрганиб чиқиш. Кодер сиқиш коеффициентининг ўзгаришини қайта тикланган тасвир сифатига таъсирини амалиётда синаб кўриш ва ўрганиб чиқиш.

Қисқача назарий маълумот. Замонавий телевизион тизимларда сигналларни сиқиш жуда муҳим аҳамиятга эга. Тасвир ва видео сигналларни сиқишнинг бир қанча усуллари мавжуд. Жорий амалиёт ишида ДКА усулида тасвир сигналларига рақамли ишлов бериш алгоритмини таҳлил қиламиз. ДКА усули кам хатолик қилувчи ишлаш тезлиги бўйича юқори кўрсатгичга эгалиги билан ажралиб туради.

Тўғри ва тескари ДКА усуллари қуйидаги тенгликлар ёрдамида амалга оширилади (1, 2)

      (1)

        (2)

бу ерда:            график блокнинг u -вертикал v –горизонтал координаталари;

x – ички блок вертикал координатаси;

y -  ички блок горизонтал координатаси;

u,v = 0 учун C(u), C(v) = 1/Ö2 

            ва u,v ≠ 0 учун С(u), С(v) = 1   

 

Ушбу усул кадрни сигналли матрицалар деб аталувчи 64 (8х8) пиксел ўлчамдаги блокларга бўлишга асосланади. (1.расм).  Сўнгра ушбу сигналли матрицалар мос катталикдаги частотали матрицаларга айлантирилади ва икки ўлчамли матрица сифатида горизонтал ва вертикал йўналишлар бўйича кўриб чиқилади. Кейинги босқичда ушбу матрица алгоритм қўлланмасига киритилган махсус математик формула ёрдамида қайта ишланади. Натижада матрицанинг юқори-чап қисми элементлари юқори частотали ва қолган элементлари паст частотали элементларга айлантирилади (2 расм).

 

216	213	211	211	213	217	220	221
218	217	218	221	224	226	226	226
217	219	223	227	229	229	228	227
221	223	227	230	230	230	230	230
231	231	233	232	230	230	233	236
229	229	228	226	223	225	230	235
218	220	221	219	217	219	226	232
213	218	221	220	219	221	228	234

1.расм.  Бирламчи тасвир ёруғлик пикселлари сигналли матрицаси

 

 

1793	-22	6	-7	1	1	0	0
-12	0	-7	10	1	1	0	0
-35	-6	7	0	-1	-1	0	0
0	9	11	0	0	1	0	0
0	0	0	-1	0	0	0	0
-12	-1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	-1	0	0	0	1

2.расм. ДКА дан кейин қайта ишланган мартица коэффициентлари

 

ДКП спектрининг авфзаллиги шундан иборатки, спектр энергиясини асосий қисмини ташкил этувчи частота энергия маълум бир қисмга нолинчи частота атрофида йиғилади.

RLE ишининг эффективлигини ошириш учун зигзигсимон қайта ишлаш усули қўлланилади (расм 3), бу усул жуда катта сиқиш коеффициентини олиш имкониятини беради, лекин бу коэффициенти рухсат этилган миқдордан оширилиб юборилса тасвирда йўқолишлар пайдо бўлиши мумкин.

 

 

3.расм ДКПда коэффициентларини зигзагсимон ўқилиши

4.расм. ДКП усули асосида 75 марта сиқилган тасвир

 

 

Дастур қўлланмаси

Дастур макети иккита асосий панелдан ташкил топган:

- кўрсатиш панели

- бошқариш панели

 

Кўрсатиш панелида юкланган тасвир кўрсатиб турилади. Агар юкланадиган тасвир ўлчами панелга сиғмаса у чапдан ёки тепадан кесилади. Бошқариш панелида юкланган тасвирни қайта ишловчи жараённи бошқарувчи барча зарурий элементлар жойлаштирилади.

 

 

Бундан ташқари бошқарув панелида қайта ишланган тасвир пареметрларини ҳам кўриш мумкин.

 

Ишнинг бажарилиш тартиби

1.                  Лаборатория ишининг виртуал дастурини ишга туширинг.

2.                  «Загрузить» тугмасини босиб, синалувчи тасвирни юкланг.

3.                  Тасвир ҳосил бўлгач “кўрсатиш панелининг” исталган қисмига сичқончанинг чап тугмасини босинг. Ажратилган блок ўлчами 8x8.

4.                  Очилган ойнанинг «исходный массив» режимида бирламчи массивнинг параметрлари келтирилган.

5.                  «Вид компоненты» бўлимидаги барча (R,G,B, Y, U, V) компонент кетма-кет киритилиб, сигналли матрицалар ҳисоботлари бирма-бир олинади.

6.                  Очилган ойнанинг «массив после прямого ДКП» режимига ўтиб 5 пунктдаги амални кетма-кетликда бажаринг.

7.                   Очилган ойнанинг «массив после обратного ДКП»  режимига ўтиб 5 пунктдаги амални кетма-кетликда бажаринг.

8.                  Жорий ойнани ёпинг.

9.                  Дастур ойнасидаги «Матрица квантования»  қисмини босиб, пайдо бўлган ойнада унинг бирлигини «1» га тўғирланг ва қийматларни сақлаб ойнани ёпинг.

Сўнгра асосий панелдаги «Кодирование»  тугмасини босинг ва жараён тугагач бирламчи ва кодланган сигнал қийматларини ёзиб олинг.

Ушбу қийматларни панелда кўрсатиш ҳолатларини ўзгартириш учун «Исходное» ва «Преобразованное» тугмалари ёрдамида амалга ошириш мумкин. Ҳосил бўлган натижаларни солиштиринг.

 

Назорат саволлари

1.      Аналог тасвир рақамли ҳолатда қандай ифодаланади?

2.      Нима мақсадда тасвир 8x8 ўлчамли пиксел блокларига бўлинади?

3.      YUV муҳитидаги ранглардан фойдаланиш RGB муҳитидан кўра қандай афзалликлар тақдим қилади?

4.      Дискрет-косинус алмаштиришнинг вазифасини ва физик хусусиятларини тушунтиринг.

5.      ДКП алмаштиришда зигзагсимон усулнинг қўлланилишининг мақсадини тушунтиринг.

6.      Квантлаш матрицаси вазифасини тушунтиринг.

7.      Блокли бузилишлар пайдо бўлишининг сабаларини тушунтиринг.

 

 

2-лаборатория машғулоти: Дискрет косинус алмаштириши асосида видеомаълумотларни сиқишни тадқиқ қилиш дастури ёрдамида RGB-YUV трансформациясини ўрганиш

 

Ишдан мақсад. Турли ранг стандартларида (R, G, B) ҳамда, ёритилганлик ва рангфарқ  сигналларини (Y, U, V) 8x8 ўлчамдаги блокларда дискрет-косинус алмаштириш усулида қайта ишлаш жараёнини тадқиқ қилиш.

Масаланинг қўйилиши. Дискрет-косинус алмаштириш принципини ўрганиб чиқиш. Кодер сиқиш коеффициентининг ўзгаришини қайта тикланган тасвир сифатига таъсирини амалиётда синаб кўриш ва ўрганиб чиқиш.

Қисқача назарий маълумот. Замонавий телевизион тизимларда сигналларни сиқиш жуда муҳим аҳамиятга эга. Тасвир ва видео сигналларни сиқишнинг бир қанча усуллари мавжуд. Жорий амалиёт ишида ДКА усулида тасвир сиганлларига рақамли ишлов бериш алгоритмини таҳлил қиламиз. ДКА усули кам хатолик қилувчи ишлаш тезлиги бўйича юқори кўрсатгичга эгалиги билан ажралиб туради.

•      Y = 0.587G + 0.299R + 0.1145B

•      Cb= 0.564(B−Y)  ёки U=0.493(B−Y)

•      Cr=0.713(R –Y)  ёки V=0.877(R –Y)

 

R = Y + 1,402 (Cr-128);

G = Y - 0,34414 (U-128) - 0,71414 (V-128);                   (4)

B = Y + 1,772 (U-128).

 

 

Формулаларидан фойдаланиб исталган пиксел RGB бирлигини YUV ранг муҳитига Misrosoft  Excell дастури ёрдамида ўтказиш ва ДКЎ усулини тадқиқ қилувчи махсус дастур натижалари билан солиштириш.

Олинган натижаларни ҳисобот шаклида тайёрлаб тегишли хулосалар чиқариш.

 

Y =      0,299 R + 0,587 G + 0,114 B;                     

U = - 0,1687 R - 0,3313 G + 0.5 B + 128;

V =    0,5 R - 0,4187 G - 0,0813 B + 128

 

R = Y + 1,402 (V-128);

G = Y - 0,34414 (U-128) - 0,71414 (V-128);

B = Y + 1,772 (U-128).

 

Y (3, 4) = (0.257 * R (3, 4)) + (0.504 * G (3, 4)) + (0.098 * B (3, 4)) + 16 = (0.257 * 119) + (0.504 * 116) + (0.098 * 39) = 108

 

U (3, 4) = -(0.148 * R (3, 4)) - (0.291 * G (3, 4)) + (0.439 * B (3, 4)) + 128 =  -(0.148 * 119) - (0.291 * 116) + (0.439 * 39) + 128 = 88

 

V (3, 4) =  (0.439 * R (3, 4)) - (0.368 * G (3, 4)) - (0.071 * B (3, 4)) + 128 = (0.439 * 119) - (0.368 * 116) - (0.071 * 39) + 128 = 135

 

.

5 расм. JPEG сиқиш алгоритми.

 

 

3-лаборатория машғулот: Вейвлет алмаштириш дастури асосида видеомаълумотларнининг статик тасвирларини сиқишни тадқиқ қилиш.

 

1.Ишдан мақсад: Амалий ишни бажаришда Талаба қуйдагиларни ўзлаштириши керак :

– видеомаълумотлар ҳажмини сиқишда қўлланиладиган лифтинг вейвлет-фильтрлар  тузилиши ва иш режимини ўрганиш;

– статик тасвир видеомаълумотларини сиқиш даражасига тасвир структураси ва қўлланилаётган фильтр турининг таъсирини баҳолай олиш;

– сиқиш даражаси катталигига тасвирдаги йўқолишлар ва вейлвлет алмаштириш турларининг таъсири тўғрисида билимларга эга бўлиши.

 

2.Масаланинг қўйилиши: Топшириқлар

2.1. Турли жанр ва сюжетли 780х576 ўлчамдаги BMP форматли 3-4 та синов тасвирларини юкланг.

2.2.Танланган тасвирларни 5та вейвлет фильтрларидан  (Deslauriers-Dubuc(9,7); LeGall(5,3); Deslauriers-Dubuc(13,7), Haar, no shift per level; Daubechies(9,7)  ўтказиб қайта ишлаш, синов сифати 10.00 ҳолатида.

2.3. Олинган натижаларни жадвал шаклида ёзиб олинг.

2.4. Синов тасвирлари ҳажмининг қўлланилаётган вейвлет фильрларига боғлиқлик гистограммасини чизинг.

2.5. Олинган натижаларни таҳлил қилинг.

 

Қисқача назарий маълумот.

Вейвлет алмаштириш асосида маълумотлар ҳажмини сиқиш

Ушбу амалий ишдан мақсад вейвлет алмаштириш асосида телевизион сигналларни сиқиш усулини тадқиқ қилиш.  Амалиёт иши қўланмасида жами 4та иш кўзда тутилган бўлиб Талабалар учун батафсил йўриқнома сифатида берилган.

Вейвлет алмаштиришнинг умумий таҳлили

Рақамли телевидениеда тасвир сигналларига ишлов бериш усулларидан бири бўлган ВА усули охирги пайтларда кенг қўлланилиб келинмоқда. Технология алгоритми ўтган асрининг 80-йилларида Гроссман ва Морлелар томонидан яратилган. Ушбу технология яратилишига асосий сабаб ДКЎ ва Фурье алмаштириш усулларининг асосий  камчиликларидан бири бўлган қайта тикланган тасвирда пайдо бўладиган йўқотишларни олдини олиш бўлган. Бундан ташқари телевизион сигнал мураккаб шаклдаги импульслардан ташкил топган. Ушбу имульслар давомийлиги ва даражаси узатилаётган вақт бирлиги ичида узатилаётган сюжет таркибига қараб 300 мартагача ўзгариб туриши мумкин.  Бундай ҳолатлар учун гармоник функциялар пикселлари декорреляциясини қўллаш  етарлича самарадорликни бермайди ва сиқиш коэффициентининг юқори миқдорларида йўқотишларсиз сиқиш имкониятни бера олмайди. Айниқса сиқиш коэффициентининг паст чегараларида тасвир майда структуралар йиғиндиси сифатида намоён бўлиб қолади (расм 1б).

  

     а) Кск=25 марта                                                       б) Кск=3,5 марта

1.расм  ДКА асосида тасвирларни йўқотишларсиз сиқиш натижалари

3.расм.  Вейвлет алмаштиришнинг умумий струтура схемаси

 

Тасвир икки ўлчамли сигнал бўлганлиги туфайли уни ВА усулида қайта ишлаш икки босқичда амалга оширилади: аввал сатрлар, сўнгра устунлар қайта ишланади ёки тескариси.

Хаарнинг энг оддий ВА усули бўйича, 2та коэффициентлар паст ва юқори частотали фильтрлардан ўтиб, ПЧФ натижаларини икки қўшни нуқталар ўртача қиймати ва ЮЧФ қийматлари эса сонли дифференциаллик даражаларини намоён қилади. Натижада иккита A_[N/2] ва D_[N/2] массивлар ҳосил бўлади. Массивлар элементлари қуйидаги ифода ёрдамида аниқланади:

, , бу ерда .

ПЧ коэффициентлар аппрокцимакция A_[N/2] сигналлари, ЮЧ коэффициентлари эса детализация дейилади. Бундай ҳолатларда А ва D массивларига эга бўлгач S_[N] бирламчи сигнални қайта тиклаш мумкин (расм 4), A_[N/2] ва D_[N/2]  массивлар сонли қийматлари эса ёртилганлик нуқталари сифатида намоён бўлади.

4.расм Вейвлет- декомпозиция принципи

 

Вейвлет ўзгартириш принципини 5-расмда келтирилган мисолда, тасвир сигналини ўзгартиришда кўриш мумкин.

Фильтр бу кичкина “деразача ” шаклда бўлиб, у ерда ёруғлик ва ранглар пиксель қийматлари келтирилган вейвлет – функциянинг коэффициентларига кўпайтирилади ва кўпайтма қийматлар йиғиндиси олинади. Ундан сўнг “деразача” бошқа қийматни ҳисоблаш учун силжитилади. Видеомаълумотларни горизонтал йўналишда фильтрлаш оқибатида иккита маълумотлар массиви шакллантирилади: тасвирнинг асосий ахборотини ташувчи паст частотали ва башорат қилиш хатоликларини ўз ичига олган юқори частотали массивлар (6-расмга қаранг). Паст ва юқори частотали массивлар вертикал йўналишдан ўтгач яна улар қўшимча вертикал йўналишнинг паст ва юқори частотали массивларига бўлинадилар. Шундай қилиб, фильтрлашдан сўнг mxn ўлчамидаги битта тасвир ўрнига вейвлет ўзгартириш натижасида 4 марта кичиклаштирилган (m/2) x (n/2) ўлчамидаги тасвир пайдо бўлади (6 б-расм). Сиқиш самарадорлигини ошириш учун паст частотали тасвирни вейвлет ўзгартириши билан кўп марта ўзгартириш мумкин, яъни паст частотали қисмда 1 пиксель қолгунча. Амалиётда ўзгартиришлар 3-6 мартадан ошмайди. Вейвлет коэффициентларнинг паст ва юқори частотали массивларини икки карра ўзгартиришлардан кейинги олинган тасвир (6 б- расмда) да келтирилган.

 

5-расм. Даслабки тасвир ва сатрлар бўйича вейвлет – декомпозициясидан сўнг

 

Шундай қилиб, кўп маротаба вейвлет декомпозициялаш (ўзгартириш) натижасида, аппроксимациялаш массивида жуда кичик тасвир олинади (6-расмдаги тепа чап бурчакда) ва айни вақтда у кичик ҳажмли ахборотлар маълумотини ташкил этади. Массивнинг катта қисмини детализациялаштирган ноллар ёки кичик коэффициентлар ташкил этади (6-расмда нолга қиймати 128 бўлган кул ранг мос келади), улар статистик компрессорда яхши сиқилади ва катта сиқиш коэффициентига эришишга имкон беради.

                        а)                                                                           б)

6-расм. Тасвирнинг сатрлар ва устунлар бўйича вейвлет фильтрлари ёрдамида ўзгартириш ва икки марта ўзгартиришдан кейинги ҳолати.

 

Шундай йўл билан олинган вейвлет коэффициентлар қийматлари квантланади ва сиқишни бошқариш учун статистик компрессорлар ёрдамида сиқилади ҳамда шундан сўнг чиқиш оқимига ёзилади. Ҳозирги пайтда, аввал айтилганидек, тасвирларни сиқишда кенг қўлланиладиган вейвлет функциялар қуйидагилар: Коэн – Добеши – Фово (CDF22,CDF24,CDF97), Вилласенора – V610, Койфман – BCW3 ва TS2/6, MIT97 вейвлетлари.

 

3.Ишнинг бажарилиш тартиби

3.1.            Вейвлет видеокодек дастурини юкланг.

3.2.            «Загрузить набор входных изображений», тугмасини босиб танланган тасвир файлларидан бирини юкланг. Агар намойиш қилиш панелида тасвир олдиндан юкланган бўлса 3.3. пунктга ўтинг.

3.3.             Намойиш қилиш панелида тасвир пайдо бўлгач, уни рангфарқ бўйича қайта ишлаш турини танлаш, масалан, YUV 4:2:2 ва «Конвертировать» тугмасини босиш лозим. Сўнгра намойиш қилиш панелида RGB фоматига ўтказилган ва қайта ишланган тасвир ҳосил бўлади.

3.4.            «Кодер» вкладкасига ўтинг.

3.5.            «Качество» яъни сифат кўрсатгичини 10.00 қийматга созланг.

3.6.            «Дополнительно» тугмасини босиб, Intra вейвлет фильтр типини  Deslauriers-Dubuc (9,7) ҳолатга созлаб олинг, агар бунга эҳтиёж сезилса.

3.7.            Созламаларнинг қўшимча ойнисани (Дополнительно) ёпинг.

3.8.            «Начать кодирование» тугмасини босиб, кодлаш жараёнини бошланг.

3.9.            Кодлаш натижаларидан сиқиш коэффициенти ва ўртача коэффициентларни жадвалга ёзиб олинг.

3.10.         Намойиш қилиш панелида «Декодированные изображения» яъни декодерланган тасвир пункти активлашади. Бу пунктда қайта ишланган тасвир сифатини визуал солиштириш имконияти мавжуд.

3.11.        Созламалардан бошқа турдаги вейвлет фильтрларни танланг ва 3.6-3.10 пункларда келтирилган амалларни бажаринг.

3.12.        3.2-3.10 пунктларни барча синов тасвирлари учун қўлланг 

3.13.        Дастурни ёпинг.

 

4.        Ҳисобот таркиби.

4.1.             Ҳисобот таркибида кодлаш параметрлари, турли қийматлар қўлланилгандаги натижалар, бирликлар жадвал шаклида бўлиши керак.

4.2.            Чизиладиган гистограммалар хар бир синов тасвири учун алохида чизилиш лозим. 

4.3.            Олинган натижаларнинг қиёсий таҳлилини ўтказинг ва асосий хулосаларингизни ёзинг.

 

Назорат саволлари

 

1.      Вейвлет алмаштириш усули ким томонидан яратилган?

2.      Вейвлет алмаштириш усули нима учун хизмат қилади?

3.      ДКУ ва ВА усулларида тасвир сигналларини қайта ишлаш алгоритмлари фарқини санаб ўтинг?

4.      ВА усулида қандай турдаги филтрлар мавжуд?

5. Аппрокциямакция ва детализация тушунчаларига таъриф беринг?

 

Фойдаланилган адабиётлар

 

1.“Digital Television. Satellite, Cable, Terrestrial, IPTV, Mobile TV in the DVB Framework Third Edition, by Hervé Benoit, printed at Focal Press Elsevier, USA 2013.

2. Сжатие изображений в действии. Дж. Миано 2010

3. Интерактивное ТВ М.И. Кривошеев 2010. Москва

4-лаборатория машғулот:  Вейвлет алмаштириш чуқурлигини ўзгаришининг статик видеомаълумотлар сиқиш коэффициентига таъсирини ўрганиш.

 

1.Ишдан мақсад: Амалий ишини бажаришда Талаба қуйдагиларни ўзлаштириши керак :

– видеомаълумотлар ҳажмини сиқишда қўлланиладиган лифтинг вейвлет-фильтрлар  тузилиши ва иш режимини ўрганиш;

– декомпозиция цикллари сонининг ўзгариши статик видеомаълумотлар сиқиш коэффициентига таъсирини бахолай олиш;

– декомпозиция цикллари сонининг ўзгариши статик видеомаълумотлар сиқиш коэффициентига таъсирини ўрганиш тажрибасини ўтказиш бўйича билимларга эга бўлиши.

 

2.        Масаланинг қўйилиши: Топшириқлар

2.1.            Вейвлет алмаштиришида декомпозиция цикллари сонининг ўзгариши статик видеомаълумотлар сиқиш коэффициентига таъсирини ўрганиш тажрибасини сифат фактори бирлиги 10.00 қийматга тенг ҳолатда ўтказинг.

2.2.            Олинган натижаларни жадвал шаклида ёзиб олинг.

2.3.            Синов тасвирлари ҳажмининг вейвлет алмаштириши цикллари сонига боғлиқлик гистограммасини чизинг.

2.4.            Олинган натижаларни таҳлил қилинг.

 

Қисқача назарий маълумотлар бўйича 3-амалиётга қаранг.

 

3.Ишнинг бажарилиш тартиби

3.1.             Вейвлет видеокодек дастурини юкланг.

3.2. «Загрузить набор входных изображений», тугмасини босиб танланган тасвир файлларидан бирини юкланг. Агар намойиш қилиш панелида тасвир олдиндан юкланган бўлса 3.3. пунктга ўтинг.

3.3.  Намойиш қилиш панелида тасвир пайдо бўлгач, уни рангфарқ бўйича қайта ишлаш турини танлаш, масалан, YUV 4:2:2 ва «Конвертировать» тугмасини босиш лозим. Сўнгра намойиш қилиш панелида RGB форматига ўтказилган ва қайта ишланган тасвир ҳосил бўлади.

3.4. «Кодер» вкладкасига ўтинг.

3.5. «Качество» яъни сифат кўрсатгичини 10.00 қийматга созланг.

3.6.       «Дополнительно» тугмасини босинг ва «Глубина преобразования» яъни қайта ишлаш чуқурлиги қийматини 2 га тенг қилиб созланг.

3.7. Созламаларнинг қўшимча ойнасини (Дополнительно) ёпинг.

3.8. «Начать кодирование» тугмасини босиб, кодлаш жараёнини бошланг.

3.9. Натижаларни (сиқиш коэффициенти ва қайта ишлаш вақтини) жадвалга ёзиб олинг.

3.10. «Глубины  преобразования» қийматини 3; 4; 5; 6 қийматларига созлаб 3.6-3.9 пукнт амалларини бажаринг.

3.11. 3.2-3.10 пунктларни барча синов тасвирлари учун қўлланг.

3.12. Дастурни ёпинг.

 

4.    Ҳисобот таркиби.

4.1. Ҳисобот таркибида кодлаш параметрлари, турли қийматлар қўлланилгандаги натижалар, бирликлар жадвал шаклида бўлиши керак. Унда турли сюжет тасвирлари кодланишида вейвлет алмаштиришида декомпозиция цикллари сонининг ўзгариши 2 дан 6гача қийматлар оралиғи учун келтирилиши керак.

4.2. Вейвлет алмаштиришида декомпозиция цикллари сонининг ўзгариши ва сиқиш коэффициентлари ўртасидаги боғлиқлик гистограммаларини ҳар бир синов тасвирлари учун чизинг.

4.3. Олинган натижаларнинг қиёсий таҳлилини ўтказинг ва асосий хулосаларингизни ёзинг.

 

Назорат саволлари

 

1. Вейвет алмаштириш усулини ишлаш тартибини тушунтиринг.
2. Вейвет алмаштириш усулининг алгоритмини тушунтиринг.
3.  Декомпозиция цикллари сонининг ўзгариши статик видеомаълумотлар сиқиш коэффициентига таъсирини баҳоланг?

4.      ВА усулида қайта ишлаш чуқурлиги «Глубина преобразования» қиймати сиқиш коэффициентига қандай боғлиқ?

5.      Декомпазиция тушунчасига таъриф беринг?

 

Фойдаланилган адабиётлар

 

1.“Digital Television. Satellite, Cable, Terrestrial, IPTV, Mobile TV in the DVB Framework Third Edition, by Hervé Benoit, printed at Focal Press Elsevier, USA 2013.

2. Сжатие изображений в действии. Дж. Миано. 2010.

3. Интерактивное ТВ М.И. Кривошеев 2010. Москва.

5 – лаборатория машғулот: Квантлаш жараёнини видеомаълумотлар сиқиш қиймати ва статик тасвирлар сифатига боғлиқлигини тадқиқ қилиш.

 

1.Ишдан мақсад: Амалий ишини бажаришда Талаба қуйдагиларни ўзлаштириши керак :

– видеомаълумотлар ҳажмини сиқиш учун қўлланиладиган вейвлет квантлагич иш режимлари ва хусусиятларини ўрганиш;

– квантлагичда сифат факторининг ўзгариши статик тасвирларнинг сиқиш катталиги ва уларнинг сифатини ўзгаришига таъсирини бахолай олиш;

– квантлагичда сифат факторининг ўзгариши статик тасвирларнинг сиқиш катталиги ва қайта тикланган тасвирлар сифтини ўзгариши  тажрибаси бўйича  билимларга эга бўлиш.

 

2.        Масаланинг қўйилиши: Топшириқлар

2.1.             Квантлагичда сифат факторининг ўзгариши статик тасвирларнинг сиқиш катталиги ва уларнинг сифатини ўзгаришига таъсирини ўрганувчи тажрибани ўтказиш.

2.2.            Тажрибадан олинган сиқиш коэффициенти ва ўртача сифат катталикларини жадвал шаклида ёзиб олинг.

2.3.            Маълумотлар ҳажмини сиқиш коэффициенти ва синалувчи тасвирлар ўртача сифат кўрсатгичларининг сифат фактори ўзгаришига боғлиқлик гистограммаларини чизинг.

2.4.            Олинган натижаларни таҳлил қилинг.

 

Қисқача назарий маълумотлар бўйича 3-амалиётга қаранг.

 

3.                  Ишнинг бажарилиш тартиби

3.1.            Вейвлет видеокодек дастурини юкланг.

3.2.            «Загрузить набор входных изображений», тугмасини босиб танланган тасвир файлларидан бирини юкланг. Агар намойиш қилиш панелида тасвир олдиндан юкланган бўлса 3.3. пунктга ўтинг.

3.3.             Намойиш қилиш панелида тасвир пайдо бўлгач, уни рангфарқ бўйича қайта ишлаш турини танлаш, масалан, YUV 4:2:2 ва «Конвертировать» тугмасини босиш лозим. Сўнгра намойиш қилиш панелида RGB фоматига ўтказилган ва қайта ишланган тасвир ҳосил бўлади.

3.4.            «Кодер» вкладкасига ўтинг.

3.5.            «Качество» яъни сифат кўрсатгичини 9 қийматга созланг.

3.6.             «Начать кодирование» тугмасини босиб, кодлаш жараёнини бошланг.

3.7.            Натижаларни (сиқиш коэффициенти ва ўртача сифат) жадвалга ёзиб олинг.

3.8.            «Качество» қийматини 8; 7; 6; 5; 4; 3; 2 қийматларига созлаб тажрибани 3.5-3.7  пунктлар бўйича такрорланг.

3.9.            3.2-3.8 пунктларни барча синов тасвирлари учун қўлланг.

3.10.        Дастурни ёпинг.

 

4.                  Ҳисобот таркиби.

4.1.            Ҳисобот таркибида кодлаш параметрлари, турли қийматлар қўлланилгандаги натижалар, бирликлар жадвал шаклида бўлиши керак.

     4.2.  Чизиладиган гистограммалар ҳар бир синов тасвири учун алоҳида чизилиши лозим.

     4.3. Олинган натижаларнинг қиёсий тахлилини ўтказинг ва асосий хулосаларингизни ёзинг.

 

Назорат саволлари

 

1.       Ушбу амалиёт ишидан кўзланган мақсад нима?

2.      Сифат параметри ўзгаришининг қайта ишланаётган тасвир сиқиш коэффициентига таъсири қандай?

3.      Амалиёт иши дастурида тасвир сигналларини қандай турдаги рангфарқ стандартларида қайта ишлаш имконияти мавжуд?

4.      Амалиёт иши дастури қандай форматдаги рақамли тасвирларни қайта ишлаш қобилиятига эга?

5.      «Параметры кодирования» панелида қандай созламалар мавжуд?

 

Фойдаланилган адабиётлар

1.“Digital Television. Satellite, Cable, Terrestrial, IPTV, Mobile TV in the DVB Framework Third Edition, by Hervé Benoit, printed at Focal Press Elsevier, USA 2013.

2. Сжатие изображений в действии. Дж. Миано 2010.

3. Интерактивное ТВ М.И. Кривошеев 2010. Москва.

6 – Лаборатория машғулот: Тасвирлардаги кадрлараро ортиқчаликни маълумотлар видеооқимини сиқиш катталигига таъсирини ўрганиш.

 

1.Ишдан мақсад: Амалий ишини бажаришда Талаба қуйдагиларни ўзлаштириши керак :

– видеообъектлар ҳаракатини компенсациялаш асосида динамик тасвирларни қайта ишлаш усулларини ўрганиш;

– тасвирлардаги кадрлараро ортиқчаликни маълумотлар видеооқимини сиқиш катталигига таъсирини баҳолай олиш;

– тасвирлардаги кадрлараро ортиқчаликни маълумотлар видеооқимини сиқиш катталигига таъсирини бахолай олиш бўйича  билимларга эга бўлиш.

 

2.Масаланинг қўйилиши: Топшириқлар

2.1.            Турли синалувчи видеосюжетлардаги кадрлараро ортиқчаликни видеомаълумотлар ҳажмини сиқиш катталигига  ва ТВ тасвирларни декодерлашга таъсирини таҳлил қилиш.

2.2.            Сиқиш коэффициенти ва ўртача сифат катталиклари қийматларини жадвал шаклида ёзиб олинг.

2.3.             Маълумотлар ҳажмини сиқиш коэффициенти ва синалувчи тасвирлар ўртача сифат кўрсатгичларининг сифат фактори ўзгаришига боғлиқлик гистограммаларини чизинг.

2.4.            Олинган натижаларни таҳлил қилинг.

 

Қисқача назарий маълумотлар бўйича 3-амалиётга қаранг.

 

3.        Ишнинг бажарилиш тартиби

3.1.            Вейвлет видеокодек дастурини юкланг.

3.2.            «Загрузить набор входных изображений», тугмасини босиб танланган тасвир файлларидан бирини юкланг. Агар намойиш қилиш панелида тасвир олдиндан юкланган бўлса 3.3. пунктга ўтинг.

3.3.             Намойиш қилиш панелида тасвир пайдо бўлгач, уни рангфарқ бўйича қайта ишлаш турини танлаш, масалан, YUV 4:2:2 ва «Конвертировать» тугмасини босиш лозим. Сўнгра намойиш қилиш панелида RGB фоматига ўтказилган ва қайта ишланган тасвир ҳосил бўлади.

3.4.            «Кодер» вкладкасига ўтинг.

3.5.            «Качество» яъни сифат кўрсатгичини 10.00 қийматга созланг.

3.6.            «Начать кодирование» тугмасини босиб, кодлаш жараёнини бошланг.

3.7.            Натижаларни (сиқиш коэффициенти ва ўртача сифат) жадвалга ёзиб олинг.

3.8.            3.2-3.7 пунктларни барча синов тасвирлари учун қўлланг.

3.9.            Дастурни ёпинг.

 

 

 

4. Ҳисобот таркиби.

4.1. Ҳисобот таркибида кодлаш параметрлари, турли қийматлар қўлланилгандаги натижалар, бирликлар жадвал шаклида бўлиши керак.

4.2. Чизиладиган гистограммалар ҳар бир синов тасвири учун алоҳида чизилиш лозим.

4.3. Олинган натижаларнинг қиёсий таҳлилини ўтказинг ва асосий хулосаларингизни ёзинг.

 

Назорат саволлари

 

1.      Вейвлет алмаштириш дастури ташқи интерфейси нималардан иборат ва уларнинг функционал вазифаларини тушунтиринг.

2.       Сиқиш коэффициентини ҳисоблашнинг энг оддий усули нимадан иборат?

3.      Қайта ишланган тасвир ўртача сифати катталиги қандай бирлик билан ўлчанади?

4.      Вейлет алмаштириш ва Дискрет косинус усулларининг афзаллиги ва камчиликларини қиёсий таққосланг?

5.      Статик тасвир сигналларига қайта ишлов берувчи яна қандай турларини биласиз? Мисоллар келтиринг.

 

Фойдаланилган адабиётлар

 

1.“Digital Television. Satellite, Cable, Terrestrial, IPTV, Mobile TV in the DVB Framework Third Edition, by Hervé Benoit, printed at Focal Press Elsevier, USA 2013.

2. Сжатие изображений в действии. Дж. Миано 2010.

3. Интерактивное ТВ М.И. Кривошеев 2010. Москва.

 

7 – лаборатория машғулот: Ички ва ташқи тюнерларни ишлаш принципларини таҳлил қилиш. DVB-T тюнерларини таҳлил қилиш.

 

Рақамли приставкалар қуйидаги асосий элементлардан ташкил топган: рақамли сигналларни қабул қилгич ва қайта ишловчи моноплата; импульсли таъминот манбаи тармоқ платаси; қути; масофадан бошқариш инфрақизил нур (ИҚ)  блоки.

STB ўз архитектурасига контроллерни эслатиб (система платаси, марказий процессор, қаттиқ диск, ОХҚ, ДХҚ ва ҚДДХҚ) тюнер, демодулятор, демультиплексор ва дискрептор, каналли декодер ва физик интерфейслардан ташкил топган.

Рақамли приставка конструктив тугалланган қурилма бўлиб, у сигналларни қабул қилиш ва қайта ишлаш учун хизмат қилувчи таъминот манбаи, схема ва тугунлар тўпламидан иборат. Иш режимлари ИҚ-масофадан бошқариш қурилмалмаси ёки панел ташқи тугмаларидан бошқарилади. Аналог телевизорларга улаш SCART ёки RCA стандартлари орқали амалга оширилади.

STB асосий функциялари:

·                     бош станциядан турли кўринишдаги сигналларни қабул қилиш;

·                     кирувчи рақамли сигналларни декодерлаш;

·                     қабул қилинган маълумотларга рухсат тизимини (верификация) текшириш;

·                     ТВ экранига турли менюлар ва видео тасвирларни чиқариш;

·                     овоз учун чиқиш, масалан 5.1 форматида.

STB қурилмасини ишлаб чиқарувчилари томонидан тақдим этилган йўриқномада келтирилган ва унга энг аввало эътибор бериш лозим бўлган характеристикаларини чуқурроқ ўрганиб чиқамиз. Улар қуйидагилар:

·                     марказий  процессор;

·                     STB оператив хотира қурилмаси тури ва ҳажми;

·                     энергияга боғлиқ бўлмаган хотир қурилмаси ва ҳажми. Бундай хотирада (Flash-RAM) тизимининг намунавий юкланувчиси сақланади.;

·                     сигналнинг чиқарилиши ва тизимости тизим декодерланишининг имконияти;

·                     smart-cardни ўқувчи қурилманинг мавжудлиги.

Communicating Applications Specification (CAS) тизими билан интеграцияни амалга ошириш учун smart-cardни ўқувчи қурилманинг маълум бир тури керак бўлади. Карточкасиз тизимлар билан интеграциялаш учун эса процессор ва хотиранинг қўшимча ресурслари талаб қилинади.

Қабул қилгичлар асосан чет элда ишлаб чиқариладиган интеграл микросхемалар асосида йиғилади.

Ҳозирги кунда Россия федерациясининг бир қанча фирма ва институтлари аналог телевидение учун STBлар қўринишида DVB телевизион эшиттириш стандартининг рақамли сигналларини қабул қилгич декодерларини ишлаб чиқармоқда. Бунга мисол қилиб Москва телевидение илмий-текшириш институти-МТИТИ, “Модул” ва “НИИИТ” ООО ташкилотларини келтириш мумкин. Шу ўринда Ўзбекистон Республикасида ҳам STBлар “Telecom Innovation” қўшма корхонаси томонидан ишлаб чиқарилаётганини айтиб ўтишимиз жоиз. 

Жахон бозорларида кенг тарқалган STBларнинг асосий техник характеристикалари 1.1 жадвалда келтирилган.

Жадвалдан кўриниб турибдики асосий профил асосий даражасини MP@ML ва декодерлаш трактини MPEG-2/4 эгаллаган.

Приставкаларнинг ишлаб чиқарилиши-бу форматларни қурилмавий декодерлашни амалга оширувчи микросхемаларнинг пайдо бўлиши билан узвий боғлиқ. MPEG-4 ни декодерловчи чиплар яратилиши режалаштирилмоқда, улар билан бирга шу форматни декодерловчи приставкалар ҳам пайдо бўлиши кўзда тутилган. MPEG-4 ишлаб чиқарувчилар ва хизматларни тақдим қилувчилар учун технологиялар мажмуасини беради.

 MPEG-4 стандарти имкониятлари:

·                     MPEG-4 ишлаб чиқарувчиларга рақамли телевидение ва мультипликация, WWW ва унинг кенгайтмалари каби технологиялар учун энг яхши мослашувчан ва халақитбардош тасвир ва объектларни ярятиш имкониятини беради. Ушбу стандарт ишлаб чиқарувчиларга контентдан оқилона фойдаланиш, қароқчиликка қарши курашиш каби ҳозирда долзарб бўлган имкониятларни тақдим этади.

·                     Турли тармоқ провайдерлари MPEG-4 дан маълумотлар шаффофлигини таъминлаш учун фойдаланилади. Стандарт қайта ишлаш жараёнлари оқибатида исталган маълумотлар қайта ишлаши ва турли сигналлар гурухига ажратилиши мумкин. Бу сигналлар эса исталган турдаги тармоқда узатилиши мумкин.

MPEG-4 формати охирги фойдаланувчига ҳам қатор имкониятлар тақдим этади. Булар турли анимацияланган объектларга таъсир ва б.қ. бўлиши мумкин.

Юқоридагиларни ҳисобга олиб, рақамли телевидениенинг ривожланиши рақамли телевизорлар учун мос элементлар қурилмасини яратиш топшириғини қўяди деган хулосага келиши мумкин. Замонавий элементлар базасининг ривожланиш босқичлари, биринчидан, охирги қурилма барча функцияларини битта микросхемага жамлаш, иккинчидан, маълумотларни қайта ишлаш стандартлари ривожланиши ва ўзгаришига мос равишда қурилманинг дастурланувчанлик даражасини ошириш.

Ҳозирги кунда ишлаб чиқарилаётган крисстал асосли (КаТ) аудио ва виде маълумотларни декодерлаш тизими барча замонавий талабларга жавоб беради.

Жадвал 1.1.

STBнинг асосий характеристикалари.

 

КаТ дастурланаётган ва транспорт оқимини декодерлайди, бундан ташқари юқори сифатли телевидение стандартлари MPEG-2 MP@HL, MPEG-4-10/H.264, MP@L4.0 ва аудио стандартлари MPEG-1 LI, II, MP3, MPEG-2/4 AAC, AC-3, DTSни ҳам декодерлайди. Тизимда микросхемалар эсплутацияси жараёнида вужудга келадиган янги стандартлар ёки мавжуд стандартга кириталидиган ўзгаришларга мослашувчанликни ҳам таъминлайди. Крисстал асосга қурилган тизим кириш маълумотларини декодерлаш тизимини қўллайди ва smartcard интерфейсини ҳам ўқийди.

DVB-T рақамли приставкалари оддий  телевизион антенна ёрдамида ишлайди, ҳатто хона антеннаси ёрдамида ҳам сифатли қабул амалга оширилади, бундай шароитда қайтувчи сигналлар ва шовқинлар туфайли аналог сигналларни қабул қилиш иложсиз. Тадқиқотлар шуни кўрсатдики, кучли шовқинларни йўқотиш учун С/Ш муносабатларини 6-7 дБга ошириш лозим. Амалда эса бундай жараёнига ёки ТВ қабул қилгич узатгичнинг яқин зоналарида жойлашган бўлиши ёки йўналганлик диаграммаси тор бўлган антеннадан фойдаланиш орқали эришиш мумкин. Бу ҳолатда ҳам кутилган натижага эришиш қийин. Хон антеннасидан фойдаланиб кўпнурли сигнал қайтишларига қарши курашиш масаласида С/Ш муносабатларини ошириш фойдасиз. Юқори тезликликли HDTV-дастурлар сигналларини қабул қилишда хона антеннасидан фойдаланиш қийин ва бир қанча муаммоларни келтириб чиқаради. Сабаб сифатида бир қанча факторларни келтириш мумкин: маиший қурилмалардан ҳосил бўладиган импульсли халақитлар, инсон ёки жониворнинг хонад ўз жойини ўзгартиришидан ҳосил бўладиган динамик эхо сигналлар. “Сравнительная характеристика Европейского и Американского стандартов цифрового наземного телевидения” мақоласида [2] ушбу халақитлар иккала стандарлар сигналларига (DVB CODFM и ATSC) тескари пропорционал эканлиги айтиб ўтилади. 

 

 

STi7109 микропроцессорининг умумий характеристикаси ва иш алгоритми

 

STi7109 – декодерларнинг юқори сифатли рақамли чипларининг янги авлоди бўлиб, HD арзон тизимлари учун юқори самарадорликни таъминлайди, STBus архитектурага асосланган. Ушбу микропроцессор замонавий рақамли ер усти, йўлдош ва кабель, тизимлари шунингдек, DSL ва IP масалаларининг ечимидир.

STi7109 демультиплексори HD ва стандарт рақамли видео оқимларини кўп каналли аудио йўлакчалар бўйлаб қайта тиклайди.

Телевизор билан алоқа DAC аналог кириш орқали ёки кўчиришдан ҳимояланган DVI/HDMI рақамли киришдан амалга оширилади. Аудио чиқиш эса S/PDIF аралаш интерфейси орқали ёки интегралланган DAC стерео интерфейси орқали таъминланади.

Рақамли кўринишга айлантирилган аналог дастурлар намойиш учун STi7109 микропроцессори ёрдамида қайта форматлаштирилиш мумкин. Ушбу чип бир вақтнинг ўзида турли манбаалардан келаётган еттитагача оқимга ишлов бериш имкониятига эга.

STi7109 266 МГц частотада ишлайдиган ST40-202 марказий процессорига эга. Синхрон динамик хотира интерфейси ЗУПВ DDR1 янада сифатли ишлаш учун қўлланилади ва у VC-1/HD H.264 ўтказиш стандартида видеодекодерга зарур полоса бўйлаб ишлашга имкон беради. STi7109нинг умумлаштирилган ташкилий чизмаси 8.7-расмда келтирилган.

 

8.7-расм. STi7109 нинг умумлашган схемаси

 

Процессорда 64-QAM модуляциядан фойдаланилади, модуляцион символлар 6-разрядли сўзларни намоён қилади, шунинг учун кирувчи оқим олтита субоқимга демультиплексирланади.

Декодернинг базавий асосини тугалланган импульс характеристикага эга иккита рақамли фильтр ташкил этади, уларнинг чиқувчи сигналлари X ва Y лар, олтита триггер силжиш регистри кўринишидаги кечикиш линияларининг турли нуқталаридан олинган иккита сигналнинг модулини қўшиш натижасидаа шаклланади.

Кирувчи маълумотлар кетма-кет силжиш регистрига киритилади, фильтр чиқувчи сигналларидан эса, ўзгартиришдан кейин кетма-кет кўринишли рақамли оқим шаклланади, бу оқимда битлар киришдагидан кўра икки марта кўпроқ келадилар. STi7109нинг янада батафсилроқ ташкилий тузилмаси 8.8-расмда кўрсатилган.

В STi7109 да видеони декодлаш VC-1/H.264/MPEG-2 форматларида ёки рақамли видео интерфейс орқали олинган форматда бажарилади. Асосий процессор видео сигнални қабул қилади ва чизиқли-блокли айлантиришни, панорамалашни ва сканерлашни, шунингдек форматни вертикал ва горизонтал ўзгартиришни амалга оширади.

Қатор оралаб ёйишда ишлаш учун шунингдек, de-interlacer (DEI) режими мавжуд. Ёрдамчи процессор декодланган сигнални қабул қилади ва панорамалашни ва сканерлашни, вертикал синхронизацияни, форматни, ранглиликни ва тус ҳамда тўйинганликни горизонтал ўзгартиришини амалга оширади. Ушбу ёрдамчи процессор тасвирни чиқариш учун мўлжалланган.

Тасвирни чиқариш асосий интерфесларнинг ҳар қайсисида амалга оширилиши мумкин:

• асосий аналог чиқишда;

• DVI / HDMI чиқишда.

Ушбу чип қаторлар сони 525i, 525p, 750p, 1125i бўлганда стандарт ва юқори сифатли телевидениенинг турли кенгайтмаларида дисплейни қўллайди.

 

STi7109 микропроцессорининг камчилиги деб унда созланган демодуляторнинг йўқлигини ҳисоблаш мумкин.

 

 

8.8-расм. STi7109 микропроцессор функционал схемаси

 

 

 

Юқори частотали блок ва COFDM демодулятор

 

Демодулятор сифатида ZARLINK фирмасининг тугалланган қурилмаси кенг тарқалган ва у ўзида DVB-T қабул қилгичнинг (Samsung DTOS444PH241B) юқори частотали блокини ҳамда ZL10353 чипидаги COFDM демодуляторни алоҳида модуль кўринишида мужассамлаштирган (8.9-расм).

Ушбу блок қуйидагиларни ўрнатиш учун мўлжалланган:

·         DVB-T қўшимча мосламаси;

·         DVB-T телевизорлар;

·         DVB-T компьютер тюнерлари;

·         Шахсий компьютерга USB орқали тўғридан тўғри уланадиган DVB-T модули;

·         портатив DVB-T қабул қилгичлар.

 

8.9-расм. ZLE10517 тюнерининг ташқи кўриниши ва умумлашган ташкилий чизмаси

 

Дастурий таъминот Zarlink Semiconductor фирмаси томонидан таъминланади ва ҳар бир моделга хужжатлар тўплами ва тестлар натижаси илова қилинади. DVB-Tни қўлловчи ушбу модель юқори сифатли сигнални ва кам энергия сарфлашни таъминлайди.

            Ушбу қурилма қуйидаги техник характеристикага эга:

·         частота диапазони 174-862 МГЦ;

·         сигнала қиймати -3....-82 дБм;

·         каналлараро интерференции қиймати-3 дБ;

·         DVB-T учун 38 дБ каналдаги тасвирни ҳимояланганлик қиймати

·         Сигнал/шовқин нисбати 17,5 дБ

·         Таъминловчи кучланиш +5 талаб этилган қувватда ишчи режим учун 1 Вт ва кутиш режимида 0,7 Вт;

·         Каналга созлаш ва АКЎ иши I2C шинанинг кетма-кетли 2 ўтказувчан сим ҳисобига таъминланади.

 

STi7109 асосидаги DVB-T қўшимча мосламасининг база варианти

 

MPEG-4 кодлаш форматига эга DVB-T сигнал қабул қилувчи қурилмасининг базавий қисмининг ташкилий чизмаларидан бир варианти 8.10-расмда кўрсатилган ва у қуйидаги ташкил этувчиларга эга:

·      Радиоканалнинг юқори частотали блоки ва COFDM демодулятори ZARLINK фирмасининг DVB-T қабул қилгичида (Samsung DTOS444PH241B) юқори частотали блоки ва ZL10353 чипидаги COFDM демодулятори орқали мужассамланган. Ушбу блок иккита микропроцессордан иборат: Тюнер (қабул қилгич) ва оқим демодулятори. Антеннадан келаётган сигнал тюнер микропроцессорига келиб тушади, бу ерда у қайта ишланиб, демодуляторга узатилади, демодулятор ўз навбатида керакли символларни ажратиб олади ва уларни транспорт оқими демультиплексорига узатади.

·      Транспорт оқим демультиплексори ва MPEG декодери STi7109 чипида яратилган. Ушбу элемент 8 та дастурий оқимни танлаш ва зарур телевизион дастурга тақсимлашни, сиқилган маълумотларни декодлаш, тасвир сигналларини ҳамда овоз ташкил этувчиларни РАЎга ўзгартиришларни амалга оширади.

·      MPEG декодердан келиб тушадиган ахборотни вақтинчалик сақлаш учун ташқи оператив хотира қурилмасидан фойдаланилади. Динамик оператив хотира қурилмаси IS42S32200C1-7TL микросхема асосида қурилган. Динамик хотирага декодердан келаётган маълумотлар ўн олти разрядли маълумотлар шинаси орқали келиб тушади.

Бошқарув блокидан келиб тушаётган ахборотни микропроцессор томонидан қабул қилиниши учун схемага MM74HC4049 микросхемаси асосидаги бошқарув микроконтроллери зарур. У билан алоқа ўн олти разрядли кетма-кет порт орқали таъминланади. Ушбу микроконтроллер қўшимча мосламасининг иш режимларини бошқариш клавиатурасини ва бошқарув пульти томонидан қабул қилинаётган сигналларга ишлов беришдаги сканерлаш учун мўлжалланган.

 

 

8.10-расм. MPEG 4 стандарти DVB-T қабул қилувчи қурилмасининг соддалаштирилган шартли чизмаси

 

 

8 – лаборатория машғулот: LabView муҳитида телевизион узатгич чиқиш қувватини ўлчаш.

 

Ишдан мақсад:

Талабаларда LabView муҳитининг функционал имкониятлари тўғрисида билимларни шакллантириш ва уларнинг малакасини ошириш.

 

Масаланинг қўйилиши:

National Instruments LabView муҳити имкониятлари билан танишиш. Ушбу муҳитда махсус қурилмавий ва дастурий таъминот ёрдамида ТВ узатгич қувватини икки хил режимда ўлчаш тажрибасини ўтказиш.

 

Қисқача назарий маълумот.

 

Намунавий дастурнинг умумий қўлланмаси

Охирги йиллларда радиоэлектрон воситаларида аналог ва рақамли сигнал параметрларини таҳлил қилиш, улар устида турли техник тажрибалар ўтказиш, ЮЧ сигналларни қайта ишлаш, узатиш ва қабул қилиш технологиясини ўрганиш учун бир қатор виртуал дастурлар ишлаб чиқилмоқда. National Instruments фирмасининг LabView инструментал дастурлаш тили бу борада улкан тажрибалар олиб бормоқда. LabView муҳитининг бошқа муҳитлардан ёки дастурлардан фарқи шундаки, бу дастурда  радиоэлектрон воситаларга оид барча технологик жараёнлар устида олиб бориладиган тажрибалар 100 % реал муҳитини яратади. Бу эса ўз навбатида ишлаб чиқарувчилар ва илмий-тадқиқот ўтказувчилар учун бир қатор афзалликларни тақдим этади. Бунга мисол қилиб қуйидагиларни келтириш мумкин:

·           Тажрибалар ва илмий тадқиқотларни реал муҳитда амалга оширилиши ортиқча сарф харажатларни олдини олади;

·           Бундай жараён тадқиқотчи ёки талабанинг онгида реал муҳит тасаввурларини беради.

Амалий ишни икки хил режимда амалга ошириш мумкин. Биринчи усулда тизимда мавжуд ЮЧ генератори ёрдамида сигналларни шакллантириб реал вақт ТВ узатгич чиқиш қувватини ўлчаш имкониятини беради. Иккинчи ҳолатда эса “RF Components Testbench” стендида виртуал муҳит ёрдамида тегишли тадқиқотларни амалга ошириш мумкин.  Универсал дастур пакетига киритилган бир қанча элементлар банки Талабаларга мустақил равишда турли хил радиоэлектрон занжирларни лойиҳалаш ва тегишли изланиш ҳамда тажрибалар ўтказиш имкониятини тақдим этади. Қурилма таркибига киритилган генератор 2.7 ГГцдан 6.6 ГГц гача бўлган радиотўлқинларни шакллантириш ва узатиш қобилиятига эга.  Амалий ишдан кўзланган асосий мақсад Талабаларда LabView муҳитининг функционал имкониятлари тўғрисидаги билимларни шакллантириш ва уларнинг малакасини оширишдан иборат.

 

Дастурий ва қурилмавий таъминот.

Тизим қуйида келтирилган қурилмавий таъминотга (блоклар) эга::

·        ЮЧ сигналлари анализатори (RFSA 5661/63)

·        ЮЧ сигналлари генератори (RFSG 5671/73)

·        RFSA, RFSG  учун драйверлар.

·        NI Modulation Toolkit

·        NI Spectral Measurements Toolkit

·         “RF Components Test Bench” ўқув стенди

·        Дастурий таъминот, берилган қурилма фойдаланиш қўлланмаси ва видеокурси мавжуд бўлган компакт-диск.

 

Амалий ишни бажаришда тизимнинг уланиш схемаси

 

1.расм. Тизимнинг махсус кабель (а) ва антенна (б) ёрдамида уланиш схемаси.

 

 2.расм. “RF Components Test bench” стенди элементлари.

 

3 расм.  Амалий ишнинг бажарилишидаги тизим уланиш схемаси.

 

Дастурий таъминот қўлланмаси.

• Дастур томонидан яратилган ўқув курси интерфейси 4-расмда келтирилган.

 

 4 расм. Дастур интерфейси.

 

Сичқончанинг тугмаси ёрдамида амалий ишни қисқача қўлланмалари билан танишиш мумкин.

 

Ишни бажариш учун кўрсатма ва намуна.

1. Телевизион узатгичнинг чиқиш қувватини ўлчаш.

 Амалий ишни икки хил режимда амалга ошириш мумкин. Биринчи усулда тизимда мавжуд ЮЧ генератори ёрдамида сигналларни шакллантириб реал вақт ТВ узатгич чиқиш қувватини ўлчаш имкониятини беради. Иккинчи ҳолатда эса “RF Components Testbench” стендида виртуал муҳит ёрдамида тегишли тадқиқотларни амалга ошириш мумкин.  Универсал дастур пакетига киритилган бир қанча элементлар банки Талабаларга мустақил равишда турли хил радиоэлектрон занжирларни лойихалаш ва тегишли изланиш ҳамда тажрибалар ўтказиш имкониятини тақдим этади. Қурилма таркибига киритилган генератор 2.7 ГГцдан 6.6 ГГц гача бўлган радиотўлқинларни шакллантириш ва узатиш қобилиятига эга. 

а)

б)

5-pасм. Узатгич қувватини ўлчаш лабораторияси интерфейси.

Ҳар бир тестни бажаришдан олдин тегишли кўрсатма билан танишиш, белгиланган занжир бўйича уланишларни амалга ошириш, анализатор ва генератор қурилмасини танлаш ва “Запуск теста” тугмасини босиш лозим. Асосий ойнага қайтиш учун “Назад” гугмасини босиш зарур. (Расм 5, а).  Агар ташкил этилган занжирда ёки драйверда қандайдир камчиликларга йўл қўйилган бўлса, “Запуск теста” тугмаси босилгач тажриба амалга ошмайди ва 5б ойна ишламайди.

 “Автомасштаб” тугмасини босиб, спектограмма диапазонини автоматик созлаш мумкин.

 

“Телевизион узатгич чиқиш қувватини ўлчаш” тажрибасини амалга оширилишида бир қанча параметрларни аниқ белгилаб олиш лозим. Булар марказий таянч частотаси, ўлчов диапазони ва анализ (Span), полоса кенглиги (Resolution Bandwidth), ва анализаторда сигнал сўнишини (аттенюация) мос равишда ўзгартирадиган таянч қуввати қийматларидир (5, б расм).  Радиоэлектрон қурилмалар асосий компанентлари билан қурилма қўлланмасида берилган жадвалда танишиш мумкин.

 

Назорат саволлари

1. LabView муҳити нима ва у қандай имкониятларга эга?
2. LabView дастурининг интерфейси нималардан иборат?
3. ТВ узатгич чиқиш қувватини ўлчаш қандай режимларда амалга оширилади?
4. Тизим қурилмавий таъминоти  қандай блоклардан иборат?
5.  Генератор қандай ишчи диапазонда ишлайди?

 

Фойдаланилган адабиётлар

1. Тревис Дж. LabView для всех.
2. Солонина А.И. Алгоритмы и процессы цифровой обработки сигналов.
3. www.ni.com.

VI. КЕЙСЛАР БАНКИ

 

Телевизион тасвир ва овоз сигналларини сиқиш.

Берилган кейс-стадининг мақсади: Талабаларда рақамли телевидениеда қўлланиладиган сиқиш услублари бўйича билим ва кўникмаларни ривожлантириш, ўтилган мавзулар бўйича эгалланган билимларини текшириб кўришдан иборат.

Кутилаётган натижалар: Ўрганилаётган мавзу бўйича амалий кўникмаларга эга бўлади; сиқиш ва кодлаш турларини ўрганади ва таҳлил қилади; муаммоларни ечиш учун сиқиш алгоритмларининг қиёсий таҳлилини ўтказади; рақамли телевидениеда қўлланиладиган сиқиш алгоритмларининг асосларини ўрганади; ҳар бир фаолият тури бўйича тавсиялар ишлаб чиқиш кўникмалари шаклланади.

Кейс-стадини муваффақиятли бажариш учун Талаба қуйидаги билимларга эга бўлиши лозим:

Талаба билиши керак: олий математика, дискрет математика фанларидан чуқур билимларга; сиқиш алгоритмларининг  қиёсий таҳлили; рақамли телевидениеда қўлланиладиган сиқиш ва кодлаш алгоритмларини фарқи; амплитуда, фаза ва частота модуляция асослари.

Талаба амалга ошириши керак: мавзуни мустақил ўрганади; муаммонинг моҳиятини аниқлаштиради; ғояларни илгари суради; маълумотларни танқидий нуқтаи назардан кўриб чиқиб, мустақил қарор қабул қилишни ўрганади; ўз нуқтаи назарига эга бўлиб, мантиқий хулоса чиқаради; маълумотларни таққослайди, таҳлил қилади ва умумлаштиради;

Кейс-стадида реал вазият баён қилинган. Кейс-стадининг объекти – рақамли телевидениеда қўлланиладиган кодлик ортиқчалик,  элементлар аро ёки статистик ортиқчалик, психовизуал ортиқчалик, тузилмавий ортиқчалик, вақтли ёки кадрлараро ортиқчалик каби параметрларни ҳисобга олган ҳолда сиқиш алгоритмлари.

Кейс-стадида ишлатилган маълумотлар манбаи: рақамли телевидениеда юқори сифатли тасвир сигналларини эфирга узатишда вужудга келадиган муаммолар асосида олинган маълумотлар асосида ишлаб чиқилган.

Кейс-стадининг типологик хусусиятларига кўра характеристикаси: мазкур кейс-стади кабинетли кейс-стади тоифасига кириб, сюжетсиз ҳисобланади. Кейс-стади муаммоларни тақдим қилишга, уларни ҳал этишга ҳамда таҳлил қилишга қаратилган.

Бу ташкилий-институционал кейс-стади, таҳлилий ёзишма кўринишида тузилган.ф

У тузилмаланмаган, қисқа ҳажмдаги кейс-стади – технология ҳисобланади. Ўқув топшириғини тақдим этиш усули бўйича – кейс-стади топшириқ.

Дидактик мақсадларга кўра тренингли кейс-стади ҳисобланади, шунингдек бу кейс-стади амалий машғулоти давомида белгиланган мавзу бўйича олинган билимларни мустаҳкамлашга мўлжалланган. Ушбу кейс-стади ОТМ Талабалари учун “Рақамли телевидение” фанида фойдаланилиши мумкин.

 

 Кейс-стади: Телевизион сигналларнинг ортиқча маълумотининг турлари ва ортиқчаликни олиб ташлаш усуллари

Телевизион тасвирнинг таҳлили шуни кўрсатадики, улар катта ҳажмли ортиқча маълумотларга эга ва қуйидаги синфларга бўлиш мумкин:

1) Кодлик ортиқчалик;

2) Элементлараро ёки статистик ортиқчалик;

3) Психовизуал ортиқчалик;

4) Тузилмавий ортиқчалик;

5) Вақтли ёки кадрлараро ортиқчалик.

Тасвир маълумотини сиқишда битта турдаги ортиқчаликни олиб ташлашни ёки бир нечта турни бирданига қўллаш мумкин.

Кейсдаги асосий муаммо рақамли телевидениеда қўлланиладиган сиқиш услубларининг қўлланилиш соҳасига (IPTV, ур усти телевидениеси, интернет телевидение, мобил телевидение ва б.қ.) қараб энг мақбул (оптимал) вариантларини ишлаб чиқишга қаратилган.

Рақамли телевидениеда қўлланиладиган сиқиш услублари

Бу ҳолатда видеооқим тузилмаси ортиқчалиги йўқотилган таянч кадридан иборат бўлиб, қолганлари эса кадр ичидаги ўзининг ортиқчаликлари йўқотилган ва қўшимча битта ёки бир неча ортиқчаликни йўқотиш турлари қўлланилган ҳамда бир вақтда тасвир блокларининг ўзаро силжишлари ва кадрлар орасидаги фарқни кўрсатувчи маълумотлардан ташкил топади. Айтилган амаллар МPEG стандарти оиласига тегишли ва шунга ўхшаш кодекларда қўлланилади. Бугунги кунда эффективлиги хилма хил бўлган, видеомаълумотларни сиқишнинг кўплаб усул ва алгоритимлари ишлаб чиқилган ва улар турли сифат кўрсаткичларига, қўлланилган алгоритмлар мураккаблигига ҳамда тезкорлига боғлиқдир.

Шундай қилиб, тасвир сигналини шакллантириш ва ўзгартириш жараёнида қуйидаги йўналишларни келтириш мумкин:

·                    Спектр ўзгартиришлар асосида сиқиш;

·                    Фрактал сиқиш;

·                    Векторли квантлаш.

Ҳар бир кўрсатилган ҳолатлар ўзининг афзалликлари ва камчилигига эга, уларни кенгроқ кўриб чиқамиз.

Спектр ўзгартириш асосида тасвир сигналини сиқиш

Тасвир ва видео кетма-кетликни сиқишни, хар хил принциплар асосида, яратилган ва кўп тарқалган усул ортогонал ўзгартиришдир. Амалиётда кўпинча чизиқли ортогонал ўзгартириш усуллари қўлланилади. Шундан келиб чиқиб, қуйидаги ўзгартиришлар мақсадга мувофиқ ҳисобланади:

·                    Уолш - Адамар алмаштириши;

·                    Карунен – Лоэва алмаштириши;

·                    Дискрет косинус ўзгартириш (ДКЎ);

·                    Вейвлет ўзгартириш (ВЎ).

Бу келтирилган ўзгартиришларнинг ҳар бирининг қўлланиш соҳаси, афзалликлари ва камчиликлари мавжуд.

Масалан Адамар алмаштиришнинг афзаллиги унинг амалиётда осон қўлланиши ва ҳисоблашларнинг соддалиги. Бу алмаштириш ўзгармас-бўлакли функциялар учун, айниқса сигналнинг ўзгармас ташкил этувчисини ажратишда, яхши натижалар беради аммо реал тасвир сигналларида бундай сигналлар кам учрайди

Карунен – Лоэва алмаштиришининг асосий камчилиги ҳозирча унинг векторларини тез ҳисоблаш усули ишлаб чиқилмаган, шу сабаб бу усул фақат назарий ҳолатда мавжуд.

Шундай қилиб, юқорида санаб чиқилган ўзгартиришлардан амалиётда кўпроқ ДКЎ ва ВЎ лар ишлатилади ҳамда уларни батафсил кўриб чиқамиз.

Дискрет-косинус ўзгартириш асосида тасвирларни сиқиш. ДКЎ спектрининг хусусияти шундан иборатки, частота спектри энергиясининг асосий ташкил этувчилари ноль қийматли частота атрофида йиғилганлигидир.

Тасвирни вейвлет ўзгартириши асосида сиқиш. Фурье ва ДКЎ ларнинг асосий камчилиги уларнинг базавий гармоник ташкил этувчилари функция даврий бўлмаган ҳолатларда яхши ишламайди ва натижада фойдали маълумотнинг маълум қисмини тиклаш имконияти йўқотилади. Вейвлет ўзгартириш маълум функцияни вейвлет функцияли ташкил этувчилар кўринишида берилишидир ва вейвлет –бу кичик тўлқин ёки тўсатдан сакраш тўлқини.

Саволлар:

1. Сизнингча ушбу ҳолатда муаммо мавжудми ва агар бор бўлса у қандай муаммо?

2. Ушбу вазиятда муаммони қайд этувчи қандай исбот-далилларни келтира оласиз?

3. Ҳар бир сиқиш алгоритмини қўлланилиш соҳаларини аниқланг ва сабабини ажратиб кўрсатинг.

4. Муаллифнинг ечими сизни қониқтирадими?

5. Бундай вазиятда сиз муаммони қандай бартараф этган бўлар эдингиз?

 

Амалий вазиятни босқичма – босқич таҳлил қилиш ва ҳал этиш бўйича Талабага методик кўрсатмалар

Кейс-стадини ечиш бўйича индивидуал иш йўриқномаси

1. Аввало, кейс-стади билан танишинг. Муаммоли вазият ҳақида тушунча ҳосил қилиш учун бор бўлган бутун ахборотни диққат билан ўқиб чиқинг. Ўқиш пайтида вазиятни таҳлил қилишга ҳаракат қилинг.

2. Биринчи саволга жавоб беринг.

3. Маълумотларни яна бир маротаба диққат билан ўқиб чиқинг. Сиз учун муҳим бўлган сатрларни қуйидаги ҳарфлар ёрдамида белгиланг:

“Д” ҳарфи – муаммони тасдиқловчи далиллар,

“С” ҳарфи – муаммо сабабларини,

“О.О.Й.” ҳарфлари – муаммони олдини олиш йўллари.

4. Ушбу белгилар 2,3,4 саволларга ечим топишга ёрдам беради.

5. Яна бир бор саволларга жавоб беришга ҳаракат қилинг.

Гуруҳларда кейс-стадини ечиш бўйича йўриқнома.

1. Индивидуал ечилган кейс-стади вазиятлар билан танишиб чиқинг.

2. Гуруҳ сардорини танланг.

3. Ватман қоғозларда қуйидаги жадвални чизинг.

Муаммони таҳлил қилиш ва ечиш жадвали

 

Ишни якунлаб, тақдимотга тайёрланг.

Аудиториядан ташқари бажарилган иш учун баҳолаш мезонлари ва кўрсаткичлари

Талабалар рўйхати	Асосий муаммо ажратиб олиниб, тадқиқот объекти аниқланган макс. 6 б	Муаммоли вазиятнинг келиб чиқиш сабаби ва далиллари аниқ кўрсатилган макс. 4 б	Вазиятдан чиқиб кетиш ҳаракатлари аниқ кўрса- тилган макс. 10 б	Жами макс. 20 б

 

Аудиторияда бажарилган иш учун баҳолаш мезонлари ва кўрсаткичлари

Гуруҳлар рўйхати	Гуруҳ фаол   макс. 1 б	Маълумотлар кўргазмали тақдим этилди макс. 4 б	Жавоблар тўлиқ ва аниқ берилди   макс. 5 б	Жами   макс. 10 б
1.
2.

 

8-10 балл – “аъло”, 6-8 балл – “яхши”, 4-6 балл – “қониқарли”,              0-4 балл – “қониқарсиз”.

 

IV. Ўқитувчи томонидан кейс-стадини ечиш ва таҳлил қилиш варианти

Кейс-стадидаги асосий муаммо: Кейсдаги асосий муаммо рақамли телевидениеда қўлланиладиган сиқиш услубларининг қўлланилиш соҳасига қараб энг мақбул (оптимал) вариантларини ишлаб чиқишга қаратилган.

Муаммони тасдиқловчи далиллар: Муаммоли вазиятни таҳлил қилишга ҳаракат қиламиз. Қўлланилиш соҳасига кўра (IPTV, ер усти телевидениеси, интернет телевидение, мобил телевидение ва б.қ.) рақамли телевидениеда қўлланиладиган сиқиш алгоритмларини аниқлаймиз.

·                    Уолш - Адамар алмаштириши;

·                    Карунен – Лоэва алмаштириши;

·                    Дискрет косинус ўзгартириш (ДКЎ);

·                    Вейвлет ўзгартириш (ВЎ).

·                    Хаффман усули

Муаммоли вазиятнинг келиб чиқиш сабаблари: аналог телевизион сигнални рақамли шаклга ўзгартирилганда, чиқишдаги видео маълумотлар оқими 240 Мбит/с гача етиши мумкин ва бу бир соатда узатилаётган маълумотлар учун 108 Гбайтни ташкил этади. Бу ўз навбатида рақамли телевидение алоқа тармоғи учун 120МГцли ўтказиш полосаси бўлишини талаб этади ва бундай катта ҳажмли маълумотни 8МГцли стандарт телевизион каналдан узатиш мумкин эмас. Бундай катта ҳажмдаги рақамли маълумотларни ёзиш ва хотирада сақлашда, рақамли серверларни яратишда кўпгина қийинчиликларни келтириб чиқаради. Шу сабабли видеосигнал кўрсаткичларини мослаштириш ва алоқа каналларидан узатиш учун, телевизион тасвир маълумотларнинг ортиқчалигини ҳисобга олган ҳолда, сиқиш усулларидан фойдаланилади. Агар сиқиш қўлланилмаса ўрта ҳолдаги битта фильм юзлаб Гигабайтни эгаллайди.

Муаллиф ўз таклифида муаммони олдини олишда қуйидаги йўлларини кўрсатиб берган:

Тасвир сигналларини кодлаш деганда видеомаълумотларни фақат сигналли қисмини қайта ишлаш ҳисобланади. Жараён ўз ичига ноанъанавий математик қайта ишлаш усулларини олади Унинг мақсади канал кенглигини сиқиш ва узатиш вақтини қисқартириш ҳамда сигналнинг каналдаги ўртача қувватини пасайтириш мақсадида уни вақт бирлиги ичида иложи борича кам миқдордаги иккилик символлар билан ифодалаш.  Ҳар бир сиқиш алгоритми ўзининг параметрларига эга. Жумладан:

·        битта кадрни қайта ишлаш вақти;

·        сиқиш коэффициенти;

·        ахборот узатиш тезлиги;

·        ўртача сифат. дБ;

·        сиқилган файл ҳажми.

ТАТУ Телерадиоэшиттириш тизимлари кафедрасида мазкур муаммоли вазиятни ҳал қилиш чора тадбирлари сифатида махсус виртуал лаборатория ишлари яратилган. Яъни Талабаларга календар режа асосида ушбу лаборатория машғулотлари мунтазам равишда олиб борилмоқда.

Мазкур вазиятдан келиб чиқиб, олиб бориладиган мунтазам изланишлар ва тадқиқотлар натижаси ўлароқ тасвир сигналларини сиқишда Вейвлет ўзгартириш (ВЎ) усули энг оптимали эканлиги аниқланди.

	Дискрет косинус ўзгартириш (ДКЎ);	Вейвлет ўзгартириш (ВЎ).	Хаффман усули
Битта кадрни қайта ишлаш вақти [с];	0.23	0.09	0.18
сиқиш коэффициенти ;	12.3	25.5	18.4
ўртача сифат. дБ.	40.5	49.5	35.3
ахборот узатиш тезлиги [кбит/с]	4858.3	8484.5	7945.1
Сиқилган файл ҳажми [кбит]	547896	347536	478521

Вазиятдан чиқиб кетиш ҳаракатлари: Шу сабаб рақамли ТВда анча мураккаб кўп турдаги сиқиш алгоритмлари қўлланилади. Уларнинг самарадорлиги қўлланилиш соҳасига кўра аниқланади ва иложи борича борича узатилаётган ахборотда камроқ битлар бўлишига ҳаракат қилинади.

 

Якуний хулоса

Муаммонинг ечими: Агар тезлиги 56 Кбит/с модем ишлатилса, бир кунлик олинган видеотасвирни 8 йил давомида узатиш керак бўлади. Шу сабабли маълумотни узатиш тезлигини кўтариш учун рақамли видеотасвир доимо сиқилади.

 

Кейс-стади ўқитиш технологияси

Ўқув машғулотининг технологияси модели

Машғулот вақти-2 соат	Талабалар сони: 25 –30 та гача
Машғулот шакли ва тури	Амалий-билимларни мустаҳкамлаш ва кўникма ва малакаларни шакллантириш бўйича амалий машғулот
Ўқув машғулот режаси	1. Талабалар билимларини фаоллаштириш мақсадида блиц - сўров ўтказиш. 2.Кейс-стади мазмунига кириш. Муаммони ва уни ечиш вазифаларини аниқ ифода этиш. 3.Кейс-стадини гуруҳларда ечиш. 4. Натижалар тақдимоти ва муҳокамасини ўтказиш. 5.Якуний хулоса чиқариш. Эришилган ўқув натижаларига кўра Талабалар фаолиятини баҳолаш
Ўқув машғулотининг мақсади: Сиқиш алгоритмларининг қиёсий таҳлили асосида рақамли телевидение учун оптимал вариантларни танлай олиш кўникмаларини шакллантириш.
Педагогик вазифалар: - кейс-стади вазияти билан таништириш, муаммони ва уни ечиш вазифаларини ажратишни ўргатиш; - муаммони ечиш бўйича ҳаракатлар алгоритмини тушунтириш; - сиқиш алгоритмларини қиёсий таҳлил этишни тушунтириш. - рақамли телевидениеда энг оптимал вариантни танлашни ўргатиш - мантиқий хулоса чиқаришга кўмак бериш	Ўқув фаолиятининг натижалари: - кейс-стади мазмуни билан олдиндан танишиб чиқиб, ёзма тайёргарлик кўради; - вазиятга қараб муаммони ва уни ечиш бўйича вазифаларни таърифлайди; - муаммони ечиш бўйича аниқ вазиятларнинг кетма – кетлигини аниқлайди: - сиқиш алгоритм турларини ўрганади; - уларни қиёсий таҳлил қила олади; - рақамли телевидение учун модуляциянинг оптимал вариантини танлайди; - муаммоли вазифаларни ечишда назарий билимларини қўллайди; - муаммони аниқлаб, уни ҳал қилишда ечим топади; - якуний мантиқий хулосалар чиқаради.
Ўқитиш методлари	Кейс-стади, ақлий ҳужум, инсерт, мунозара, амалий усул
Ўқув фаолиятини ташкил этиш шакллари	Ўқув материали, Талабага услубий кўрсатмалар, тақдимот, флипчарт
Ўқитиш воситалари	Индивидуал, фронтал, жамоа, гуруҳларда ишлаш
Ўқитиш шароити	Гуруҳларда ишлашга мўлжалланган, аудитория
Қайтар алоқанинг йўл ва воситалари	Блиц-сўров, тақдимот, кузатув

1-илова

Блиц-сўров савол ва жавоблари

№	Савол	Жавоб
1.	Сиқиш турлари.....?	. Сиқиш асосан икки усулда амалга оширилади: – сифатни йўқотиб ва сифатини йўқотмасдан.
2.	Телевизион сигналларнинг ортиқча маълумотининг турларини келтириб ўтинг	1) Кодлик ортиқчалик; 2) Элементлараро ёки статистик ортиқчалик; 3) Психовизуал ортиқчалик; 4) Тузилмавий ортиқчалик; 5) Вақтли ёки кадрлараро ортиқчалик.
3.	Спектр ўзгартириш асосида тасвир сигналини сиқиш усулларини айтиб ўтинг ?	·                    Уолш - Адамар алмаштириши; ·                    Карунен – Лоэва алмаштириши; ·                    Дискрет косинус ўзгартириш (ДКЎ); ·                    Вейвлет ўзгартириши (ВЎ).
4.	Рақамли ТВ нинг стандартларини айтинг?	DVB – Европа стандарти ISDB – Япония стандарти ATSC –Америка стандарти

 

Қўшимча топширқлар муаммоли вазиятлар. (кейслар)

1.Берилган : HDTV сифтидаги видеоформат 1920*1080 ўлчамда. Кадр 4:2:0 форматида 30 кадр/сек узатилмоқда.

Савол: Бир секунддаги ахборот ҳажмини ҳисобланг?

Ечим: 1920*1080*30*8*1.5=746496000 бит/сек ≈ 750 Mbit/s

 

2. ТВ сигнал юқори стаҳ чегараси 6 МГц. Берилган сигнал квантланиш даражаси 256га тенг. Рақамли сигнал узатиш тезлиги ва канал минимал полоса кенглигини топинг.

Ечим 1:

1. Котельников шартига кўра  fд³2×Fмакс Þ fд³12 МГц,  fд = 13,5 МГц қилиб танлаб оламиз.

2. k = log ₂ m = log ₂ 256 = 8.

3. , fд – частота дискретизация формуласига асосан:

С = 13,5´8 = 108 Мбит/с топамиз.

4. , Fмакс – берилган сигналнинг максимал частотаси:

Dfц = 0,5´108 = 54 МГц. топамиз.

 

3. Рақамли тасвирни дискретлашда 4:2:2 стандарти қўлланилган. Рақамли тасвир сигналини узатишдаги суммар ахборот узатиш тезлигини ва канал минимал полоса кенглигини ҳисобланг. 8 ва 10 разрядли кодлаш тизимлари асосида.

 

Ечим:

1. 4:2:2 стандартида 4 коэффициенти 13,5 МГц частота дискретизациясига, 2 коэффициенти–6,75 МГц частота дискретизациясига тўғри келади.

2.  формуласидан фойдаланган ҳолда рақамли тасвир сигналини узатишдаги суммар ахборот узатиш тезлигини  ҳисоблаймиз:

k = 8 да, C = 13,5´8+6,75´8+6,75´8 = 216 Мбит/с.

k = 10да, C = 13,5´10+6,75´10+6,75´10 = 270 Мбит/с.

3.  формуласидан фойдаланиб канал минимал полоса кенглигини ҳисоблаймиз:

k = 8 да, Dfц = 0,5´216 = 108 МГц.

k = 10 да, Dfц = 0,5´270 = 135 МГц.

VII. МУСТАҚИЛ ТАЪЛИМ МАВЗУЛАРИ

 

Мустақил ишни ташкил этишнинг шакли ва мазмуни

 

Талаба мустақил ишни муайян фаннинг хусусиятларини ҳисобга олган ҳолда қуйидаги шакллардан фойдаланиб тайёрлаши тавсия этилади:

- меъёрий хужжатлардан, ўқув ва илмий адабиётлардан фойдаланиш асосида модул мавзуларини ўрганиш;

- тарқатма материаллар бўйича маърузалар қисмини ўзлаштириш;

- автоматлаштирилган ўргатувчи ва назорат қилувчи дастурлар билан ишлаш;

 - махсус адабиётлар бўйича модул бўлимлари ёки мавзулари устида ишлаш;

 -Талабанинг касбий фаолияти билан боғлиқ бўлган модул бўлимлари ва мавзуларни чуқур ўрганиш.

 

Тавсия этилаётган мустақил таълим мавзулари:

1. Ўзбекистон Республикасида рақамли овозли радиоэшиттиришни ташкиллаштириш масалалари ва вазифаларини тадқиқ қилиш.

2. Телевизион эшиттиришнинг интерактив тизимларини тадқиқ қилиш.

3. Рақамли телерадиоэшиттиришда кенг полосали алоқа тизимларидан фойдаланиш усуллари.

4. Миллий телевизион каналларда хизмат сифатларини таъминлаш усуллари.

5. Мобил алоқа тизимларида рақамли телевидение кўрсатувларини амалга ошириш.

6. Рақамли эшиттириш ТВ каналларининг сифатини баҳолаш ва ўлчашлар таҳлили.

7. Рақамли телевизион узаткичларнинг тузилиши.

8. Телевизион узатиш тизимларида динамик тасвир ва ҳаракатни компенсациялаш усуллари таҳлили.

9. Ер усти рақамли эшиттириш Европа стандартининг тизимлари ва тармоқларининг қурилиш принциплари.

10. Кенг полосали кабелли тармоқларда рақамли эшиттиришнинг интерактив тизимлари.

11. Ўзбекистон Республикасининг чекка ва тоғли ҳудудларида сунъий йўлдош тизимларидан фойдаланган ҳолда рақамли телевидениени ташкил қилиш.

12.National Instruments Labview муҳити  имкониятлари.

13. Ўзбекистон Республикасида рақамли телевидение жорий қилишда DVB-Т-2 стандартидан фойдаланиш.

14. Ўзбекистон Республикасида рақамли телевидение тармоқларининг бугунги кун ҳолати ва уни ривожлантириш истиқболлари.

15. Рақамли телевидение стандартлари ва видеосигналларни узатишда сиқиш форматларини таҳлил қилиш.

16. Йирик шаҳарда рақамли телеэшиттиришни сотали тамойил асосида ташкил қилиш.

17. DVB-Т рақамли телевидение қабул қилгичи параметрларини ўлчаш усуллари.

18. СмартТВ технологияси хусусиятларининг таҳлили.

19. IPTV мулти-сервис тармоғида маълумотларни узатиш мониторинги усуллари.

20. DVB-Н  мобил телевидения стандарти тизими учун сигналларни шакллантириш қурилмаси.

21. MPEG-4, MPEG -7 стандартида товуш ва тасвир сигналларини сиқиш.

22. UHDTV ўта юқори сифатли телевидение.

23. DVB 3D-TV  стандатидаги 3D телевидение.

24. H264 видеомаълумотларни сиқишнинг техник хусусиятлари.

25. Мобил алоқа тизими учун телевизион сигналларини шакллантириш.

VIII. ГЛОССАРИЙ

 

IX. АДАБИЁТЛАР РЎЙХАТИ

 

Махсус адабиётлар:

 

1. Digital Video and Audio Broadcasting Technology A Practical Engineering Guide  Third Edition, by Walter Fischer, printed at Springer Heidelberg Dordrecht Germeny 2014. Chapters 3, 4, 7, 22, 23, 35, 36, 37.
2. Satellite, Cable, Terrestrial, IPTV, Mobile TV in the DVB Framework Third Edition, by Hervé Benoit, printed at Focal Press Elsevier, USA 2013.
3. Тhree-dimensional Television. Capture, Transmission, Display.  H.M. Oractas, L.Onural (Eds) Springer USA 2014. Chapters 1, 3
4. “Рақамли телевидение”Х.С.Соатов таҳрири остида И.А.Гаврилов, Т.Г.Рахимов, А.Н.Пузий, Х.Х.Носиров, Ш.М.Кадиров. Тошкент 2016. 400 бет.

 

Интернет ресурслар:

 

1.      http://www.dvb.org

2.      http://www.atsc.org

3.      http://www.ieee.org

4.      http://www.opentv.com

5.      http://www.tuit.uz

6.      http://www.ni.com

7.      http://www.oculus-rift.com