D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B. Digital Video Broadcast.

155
D.V.B. D.V.B. Casema in het digitale tijdperk

Transcript of D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B. Digital Video Broadcast.

Page 1: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

D.V.B.D.V.B.

Casema in het digitale tijdperk

Page 2: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

D.V.B.

Digital Video Broadcast

Page 3: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

D.V.B.

Relevante standaarden: JPEG MPEG ITU 601

Page 4: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Waarom Digital Video Broadcast

DVB: Meerdere televisie kanalen via 1

trans- missiekanaal van 8 Mhz Maakt de flexibele keuze van beeld

en geluidskwaliteit mogelijk Maakt op economisch

verantwoorde manier HDTV mogelijk

Page 5: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Waarom Digital Video Broadcast

Pay per view wordt mogelijk door de goede versleuteling

Digitale transmissie via SDH is eenvoudig

Integratie met PC (internet) wordt mogelijk

Kan als basis dienen voor digitale radio

Page 6: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Digitalisering via PCM

Bij Puls Code Modulatie herkennen we de volgende drie fasen:

Bemonstering Kwantificering Codering

Page 7: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Digitale Transmissie

Basis principes: Nyquist sampling stelling: het

analoge signaal moet bemonsterd worden met twee keer de hoogste frequentie component

Het aantal bits per sample bepaalt de kwantificering fout. (Kwantificering ruis)

Page 8: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje??????

Wat is de bitsnelheid van een gedigitaliseerd TV kanaal met:

Een bandbreedte van 6 Mhz Dat wordt gecodeerd met een 12

bits code

Page 9: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord

Er zijn minimaal 12 miljoen samples per seconde nodig

12.000.000 maal 12 bits geeft: 144 Mbit/s

Page 10: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Kwantificering Ruis

Voor video signalen geldt dat: Sv/nq = aantal bits (6 db) +10,8 db

Hierbij geldt: Sv/nq = top-top signaal tov

kwantificering ruis Aantal bits = aantal bits per

monster

Page 11: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Kwantificering Ruis

Voor audio signalen geldt dat Sa/nq=aantal bits (6db) + 1,8 db

Hierbij geldt dat: Sa/nq= effectieve waarde van het

signaal t.ov. de kwantficering ruis Aantal bits = aantal bits per

monster

Page 12: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje??????

? Bereken de signaal/ kwantificering ruis bij

? een videosignaal dat met? 8 bits wordt gecodeerd.

Page 13: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord

Sv/Nq = 8 bit * 6 dB +10,8 dB =

58,8 dB

Page 14: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

ITU 601

Standaard voor digitale video Geschikt voor NTSC, SECAM en PAL Toepassing: Studio’s

Page 15: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

ITU 601

Soort Signaal Bemonsterfreq Aantal Bits Bit/s per signaal Bit/s totaal Format

R 13,5 8 108

G 13,5 8 108

B 13,5 8 108 324 4:4:4

Y 13,5 8 108

Cb 6,75 8 54

Cr 6,75 8 54 216 4:2:2

Page 16: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Digitale transmissie van Audio

Standaard Bemonstfreq Ho Mono Ho stereo ToepassingenDSR 32 kHz 512 1024 DigitalSatelliteRadioCD 44,1 kHz 706 1412 Audio-CDAES/EBU 48 kHz 768 1536 Studio techniek

Page 17: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Internationale standaards Beeldcodering

Standaard Toepassing BitrateJPEG Fotografie Niet vastgelegdH261 ISDN, Videoconferenctie N*64kMPEG-1 CD-ROM, multimedia Tot 1,5 Mbit/sMPEG-2 Televisie, studiotoepasingen Tot 15 Mbit/s

Page 18: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

JPEG

Joint Photographic Expert Group Standaard voor digitale codering

van foto’s

Page 19: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Reductie bij JPEG

8 bij 8 beeldpunten

DiscreteCosinusTransfer

Kwanti-ficering

Reductie

Page 20: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Reductie bij JPEG

8 bij 8 beeldpunten

InverseDiscreteCosinusTransform

InverseKwanti-ficering

InverseReductie

Page 21: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Discrete Cosinus Transformatie

Is heel simpel:

G(fx,fy) = 1/4 C(fx)C(fy)g(x,y)((2x+1)fxmaal cos((2y+1)fy

Snap je wel.

Page 22: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Fourier transformatie

Een niet sinus vormig signaal kan worden omgezet in :

Een grondgolf met een bepaalde amplitude

Hogere harmonischen met een bepaalde amplitude.

Page 23: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Discrete Cosinus Transformatie

Plaatje van 8 x 8 beeldpunten wordt omgezet:

64 coëfficiënten die de grote (amplitude) van het signaal bij een bepaalde frequentie voorstellen.

deze coëfficiënten worden in een matrix van 8 bij 8 geplaatst.

Page 24: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Discrete Cosinus Transformatie

Deze coëfficiënten worden omgezet in een digitale code.

Page 25: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

van analoog naar digitaal

bemonsteren kwantificeren coderen

Page 26: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Voordelen DCT

Er zijn minder coëfficiënten dan beeldpunten.

Elke coëfficiënt kan met minder bits gecodeerd worden dan een beeldpunt.

Page 27: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Minder kwantificering niveaus

Met behulp van een testpanel zijn voor elke coëfficiënt de kwantificering niveaus vast gelegd

Hierbij is gezocht naar de kleinst herken-bare afwijking

Dit is de gebruikte kwantificeringsstap

Page 28: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Minder kwantificerings niveaus

Hogere frequenties, grotere kwantificering niveaus.

Het oog is ongevoelig voor snelle veranderingen met een fijne resolutie

Het aantal kwantificering niveaus neemt af

Er zijn minder bits voor de codering nodig

Page 29: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Kwantificering tabel

Bepaalt voor elke freqenctie het aantal kwantiseringsstappen.

Page 30: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

kwantificering tabel

16 11 10 16 24 40 51 6112 12 14 19 26 58 60 5514 13 16 24 40 57 69 5614 17 22 29 51 87 80 6218 22 37 56 68 109 103 7724 35 55 64 81 104 113 9249 64 78 87 103 121 120 10172 92 95 98 100 103 103 99

FxFy

Page 31: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Voorbeeld

Voor de grondfrequentie is het aantal stappen 2E11. (2048)

in de tabel staat voor de grondfrequentie 16

het aantal stappen vermindert dan met een factor 16

dat worden er 128.

Page 32: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje

Hoeveel kwantificering niveaus zijn er nodig voor de hoogste frequentie ????

Page 33: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord

In de tabel staat 99 Het aantal stappen neemt met een

factor 99 af Dat worden van er 2048/99 = 21

Page 34: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje????

Hoeveel bits zijn er nodig voor het coderen van 128 resp.. 21 niveaus ?????

Page 35: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord.

2log 128 =7bits 2log 21 = 5bits

Voor “gewone kwantificering” zouden 8 bits per monster nodig zijn

Page 36: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Minder coëfficiënten.

De meeste “ frequenties” hebben een coëfficiënt die gelijk is aan nul

Die hoeven dus niet overgestuurd te worden

Page 37: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Bemonsterings waarden

139 144 149 153 155 155 155 155144 151 153 156 159 156 156 156150 155 160 163 158 156 156 156159 161 162 160 160 159 159 159159 160 161 162 162 155 155 155161 161 161 161 160 157 157 157162 162 161 163 162 157 157 157162 162 161 161 163 158 158 158

8 BEELDPUNTEN8

Amplitude van het signaal op dit punt

Page 38: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

DCT coëfficiënten

235,6 -1,0 -12,1 -5,2 2,1 -1,7 -2,7 -1,3-22,6 -17,5 -6,2 -3,2 -2,9 -0,1 0,4 -1,2-10,9 -9,3 -1,6 1,5 -0,2 -0,9 -0,6 -0,1 -7,1 -1,9 0,2 1,5 0,9 -0,1 0,0 0,3 -0,6 -0,8 1,5 1,6 -0,1 -0,7 0,6 1,3 -1,8 -0,2 1,6 -0,3 -0,8 1,5 1,0 -1,0 -1,3 -0,4 -0,3 -1,5 -0,5 1,7 1,1 -0,8

-2,6 1,6 -3,8 -1,8 1,9 1,2 -0,6 -0,4

Het niveau bij een bepaalde frequentie

Deze frequenties zijn relevant

Page 39: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Kwantificering tabel

16 11 10 16 24 40 51 6112 12 14 19 26 58 60 5514 13 16 24 40 57 69 5614 17 22 29 51 87 80 6218 22 37 56 68 109 103 7724 35 55 64 81 104 113 9249 64 78 87 103 121 120 10172 92 95 98 100 103 103 99

FxFy

Reductiefactor voor het aantal kwantificering stappen

Page 40: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Na kwantificering

15 -1-2 -1-1 -1

De groene waarden zijn nul

Kwantificering niveau

Page 41: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Het versturen van Het versturen van JPEG filesJPEG files

Redunctie Reductie

Page 42: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Redudantiereductie

• Redudatie betekend “ woordovertolligheid”

• Dat is overbodige of dubbele informatie.

• Deze informatie kan verwijderd wordenzonder dat de boodschap veranderd.

Page 43: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Redudantie Reductie

Redudantie Reductie betekend “woordovertolligheid”

Page 44: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Van tabel naar datastroom

0 1 2 3 4 5 6 7

01234567

Voor verzending worden degekwantificerde beeldpuntenkruiselings uitgelezen.

Page 45: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Van tabel naar datastroom

0 1 2 3 4 5 6 7

01234567

DC AC01 AC10 AC20 AC11 AC02 AC03

Page 46: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Van tabel naar datastroom

5 0 0 -2 0 -1 0 0 0 0 -1

Huffman TabelHuffman

Tabel

+

DC component

DCvorig blok

10110110111

Page 47: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Behandeling van de DC waarde

De DC coëfficiënt heeft de grootste energie inhoud

Is zelden nul De waarde van de DC coëfficiënt

wordt vergeleken met die van het vorige blok.

Het verschil wordt naar de Huffman coder gestuurd

Page 48: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Behandeling van de AC waarden

De coefficenten worden zo verstuurd dat :

De eerste coëfficiënt een bepaalde waarde heeft

De volgende coëfficiënten een waarde gelijk nul hebben

Page 49: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Voorbeeld

0,0,-2,0,-1,0,0,0,0,-1,0,-1 Wordt 0,0,-2/0,-1/0,0,0,0,-1/0,-1 0,0,2 wordt (2,-2) 0,-1 wordt (1,-1) 0,0,0,0,-1 wordt (4,-1) 0,-1 wordt (1,-1)

Page 50: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Huffman Code

Veel voorkomende bit combinaties zijn met weinig bits gecodeerd

Weinig voorkomende bit combinaties zijn met veel bits gecodeerd

Een voorbeeld is Morse Code

Page 51: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Het versturen van informatie

Kenmerkend voor JPEG is dat de kwantificering tabel wordt meegestuurd

De reductie bedraagt een factor 8 Het ontvangen beeld is subjectief

gelijk aan het origineel

Page 52: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Bijzondere Bijzondere toepassingen van toepassingen van

JPEGJPEG

Page 53: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Verzendmogelijkheden

Sequentiële Codering Progressieve Codering Successieve Codering Verliesvrije Codering

Page 54: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Sequentiële Codering

Hierbij worden de bits een voor een overgestuurd.

Nadeel: het beeld wordt bij de ontvanger van links boven naar rechts beneden opgebouwd.

Bij een langzame “internet”verbinding ziet de ontvanger pas laat dat hij dit beeld niet wil hebben.

Page 55: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Progressieve Codering

Hierbij worden het eerst de DC coëfficiënten verstuurd.

De ontvanger heeft nu een “ruwe” indruk van het beeld. (helderheid en kleur)

Vervolgens worden de verfijningen in de vorm van de AC coëfficiënten verstuurd.

Page 56: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Successieve Codering

Hierbij worden ook eerst de DC coef-ficenten van de blokken overgestuurd.

Vervolgens komen eerst de MSB’s van de AC coefficenten aan de beurt tot dat LSB zijn verstuurd.

Ook hier wordt de belangrijkste infomatie het eerst verstuurd.

Page 57: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Successieve Codering

De ontvanger kan dan voordat alle informatie is verstuurd, de ontvangst onderbreken.

Page 58: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Verliesvrije overdracht

voor bepaalde toepassingen : rontgen foto’s etc is elke afronding een potentiele botbreuk.

Daar wordt bij deze modus de DCT transformatie over geslagen.

Wel wordt gebruik gemaakt van Prediktion.

Page 59: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Prediktion.

het voorspellen van de waarde van een bepaald beeldpunt.

origineel voorspelling redudantiereductie

Page 60: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Prediktion.

C B

A X

Page 61: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Mogelijke voorspellingen

Keuze mogelijkheid Voorspelling0 geen1 A2 B3 C4 A+B+C5 A+((B-C) /2)6 B+((A-C)/2)7 (A+B)/2

Page 62: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Nadelen JPEG

Het gebruik van JPEG voor bewegende beelden “Motion JPEG” is niet gestandaardiseerd

De beeld opbouw van JPEG is afgestemd op gebruik in de computerwereld

De beeldopbouw van JPEG komt niet overeen met ITU 601

Page 63: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Nadelen JPEG

“Motion JPEG” bestaat een reeks foto’s die worden verstuurd

Redudantie in op volgende beelden wordt niet benut

Page 64: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEGMPEG

Moving Pictures Experts Group

Page 65: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG

Moving Pictures Experts Group Doelstelling: het ontwikkelen van een

Algoritme voor de codering van bewegende beelden

Diverse standaarden. MPEG 1, MPEG 2

Page 66: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Diverse standaarden.

MPEG 1, Computer & Multi Media MPEG 2, Televisie techniek MPEG 3, is vervallen. (MPEG 2) MPEG 4, is in ontwikkeling

Page 67: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2

Digitaal transport van Televisie signalen

Diverse kwaliteitsklassen Pal kwaliteit - 6 MHz. Visuele transparantie - 9 MHz Meerdere programma’s kunnen

worden gemultiplexed tot 1 Bitstroom

Page 68: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2

Regelt de Digitale Codering van TV beelden

Maakt gebruik van de redundantie in op- eenvolgende beelden

De foutcontrole/correctie en modulatie op het transport kanaal vallen buiten MPEG

Page 69: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

DVB

Maakt gebruik van MPEG 2 Standaardiseert de modulatie en

fout- correctie op het transportkanaal

Page 70: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Blokschema MPEG coder

+

+

Datastroom

et uitgangssignaal wordtvertraagd en vergelekenmet het ingangssignaal

Page 71: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje?????

Op welke waarde moet ingesteld worden?

Page 72: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord

Het is mogelijk om een vertraging van een beeldpunt, een lijn of een beeld in te stellen.

Bij MPEG wordt de redundantie binnen een beeld al verminderd door DCT

Daarom wordt de vertraging ingesteld op een beeld

Page 73: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Blokschema MPEG coder

BeeldgroepenSortering

Bewegingschatting

+ DCT QRedreduckt

INV Q

INV DCT

Mux

Sturing

Buffer

beeld- geheugen

+Decoder

Coder

erugkoppeling

Page 74: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Blokschema MPEG coder

De terugkoppeling bestaat uit een complete decoder

Het coderproces werkt hierdoor compleet verliesvrij

Het beeldgeheugen zorgt voor de tijd vertraging

Het buffer aan de uitgang zorgt voor een constante bistroom op de verbinding

Page 75: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Blokschema MPEG coder

De bewegingsvoorspelling zoekt naar zo groot mogelijke overeenkomst tussen op- eenvolgende beelden

De berekende bewegingsfactoren worden overgestuurd.

Page 76: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Blokschema MPEG decoder

BeeldgroepenSortering

Bewegingschatting

INV DCTINVDEMUXBuffer QInversRedReduct

Page 77: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Blokschema Encoder

Het ingangsbuffer zet de constante bitstroom om in een variable bitrate

DEMUX maakt een scheiding tussen nuttige informatie en aanvullende info

Aanvullende info bevat de berekende bewegingsvectoren en gebruikte kwantiseringstappen

Page 78: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Prijzen.

De encoder is zoals uit de blokschema’s blijkt veel complexer dan de decoder

Dat geldt met name voor de bewegings-voorspelling.

De encoder is ook veel duurder dan de decoder:fl 10.000,- om fl 500,-

Page 79: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

De BewegingsDe Bewegingsvoorspellingvoorspelling

Datareductie bij bewegende beelden

Page 80: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

De bewegingsvoorspelling

Beeld 1 Beeld 2

Page 81: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Macroblokken

Macro blokken zijn blokken van 16 bij 16 beeldpunten.

Zij komen overeen met 2 bij 2 DCT blokken.

16

116

1 2

3 4

1

Page 82: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

De Bewegingsvoorspelling

Door beeld 2 te vergelijken met beeld 1 wordt duidelijk welke macroblokken zijn verschoven

Door middel van een vector kan de aard en grootte van de verplaatsing worden weergegeven

De vector is voor Luminantie als Chrominatie het zelfde

Page 83: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Macroblok structuren

1 2

3 4 5 6

16 BP8 BP

16 BP

8 BP

Y Cb Cr

Macroblok 4:2:0

Page 84: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Macroblok structuren

1 2

3 4

5

16 BP8 BP

16 BP

8 BP

Y Cb Cr

Macroblok 4:2:2

7

6

8

Page 85: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Macroblok structuren

1 2

3 4

5

16 BP8 BP

16 BP

8 BP

Y Cb Cr

Macroblok 4:4:4

9

7 11

6 10

8 12

Page 86: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraag????

Voor wat voor toepassing zou kunnen worden volstaan met een Macroblok 4.0.0?

Page 87: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Grapje.

Zwart/Wit

Page 88: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Algoritmen

Blockmatching Full Search Blockmatching Hierarische Algoritmen

Doel : optimale prijs/kwaliteit verhouding

Page 89: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Kwaliteit

Hardware moet betaalbaar blijven Kwaliteit : Snelle beeldwisselingen

goed overbrengen Economische eisen: beperken van

het zoekgebied

Page 90: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Bidirectionele Voorspelling

Beeld 1 Beeld 2 Beeld 3

Voorspelling voor beeld 2 f(A,B) = 1/2 A + 1/2 B

AB

Page 91: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Bidirectionele Voorspelling

Voorspelling op basis van het vorig en het volgende beeld

Efficiënte Coderings Methode Helft van de Datarate nodig t.o.v.

Unidirectionele voorspelling Encoder wordt gecompliceerder

Page 92: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Keuze mogelijkheid

Op eenvolgende beelden: Bidirektionele voorspelling

Montage overgang: Unidirectionele voorspelling

“Snelle Beeldwisselingen”: Geen voorspelling

Page 93: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

BitratebegrenzerBitratebegrenzer

Aanpassen van de bitrate aan de transmissieweg

Page 94: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Bitratecontroller

Zorgt voor een Constante Bitrate Transmissieweg wordt zo optimaal

benut Regeling door de kwantificerings-

schakeling

Page 95: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Snelle Beeldwisselingen

Snelle beeldwisselingen Veel gedetailleerde informatie Prediction werkt niet goed Buffer loopt vol

Page 96: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Snelle Beeldwissellingen

Om het Buffer te ontlasten: Kwantificeringsstappen groter Minder bits Slechtere beeldkwaliteit

Page 97: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Maximale kwantificering groote

Maximale kwantificeringsinstelling Qf= 31

Bij een verdere beperking van datastroom door:

Versturen van macroblokken, die met nul worden gecodeerd

Er wordt als het ware een blok over- sprongen

Page 98: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Eenvoudige beelden

Qf wordt verlaagd tot Qf =1 Daarna worden macroblokken

gevuld met stuffingbits

Page 99: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Soorten beeldenSoorten beelden

I, P en B beelden

Page 100: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Soorten beelden

Intraframe beelden I Frames Prediction beelden P Frames Bidirectionele beelden B

Frames

Page 101: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

I Frames

Volledige beelden zonder bewegings vectoren

Om de ontvanger de kans te geven om te zappen dient regelmatig een volledig beeld verstuurd te worden

Page 102: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje????

In een DVB gecodeerd Tv signaal is 1 op de 12 beelden een volledig beeld (I frame)

Hoe lang moet een ontvanger maximaal wachten voor met decoderen begonnen kan worden.

Page 103: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord

Een Beeldbuis kan 25 beelden (50 *1/2) per seconde weergeven

Het duurt daarom maximaal 12/25 = 1/2sec voor dat een decoder een I frame ontvangt

Page 104: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

P beelden

Unidirectioneel Prediction Deze beelden zijn gebaseerd op

verander-ingen ten opzichte van voorafgaande I of P beelden

Page 105: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

B beelden

Bidirectionele Prediction Deze beelden zijn gebaseerd op

verander-ingen t.o.v. voorafgaande en volgende I en P beelden

B Beelden zijn het effectiefst gecodeerd

Page 106: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Volgorde van de beelden

Bij het bekijken van het programma worden:

In meerderheid B beelden overgestuurd

Dat is het effectiefst

Page 107: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje?????

Indien er alleen maar B beelden overge-stuurd worden wat zou dat betekenen voor de kwaliteit van de verbinding?

de BER is bijvoorbeeld 1E-12

Page 108: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord

De beeld informatie verslechterd alleen maar

Wordt niet ververst door I en P beelden

Uiteindelijk onherkenbare beelden

Page 109: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Gebruik van de verschillende beelden

I frames en P frames vormen de basis waarmee B beelden berekend kunnen worden

Zij worden op regelmatige afstanden tussen de B beelden geplaatst

Page 110: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Frames in kijkvolgorde

I frame

B frame

P frame

Page 111: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Beeldsortering

Door de beeldsortering worden: I beelden eerst verstuurd. Daarna de vectoren waarmee de P

beelden berekend kunnen worden (op basis van de I beelden)

Daarna de vectoren waarmee de B beelden berekend kunnen worden (op basis van de I en P beelden

Page 112: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Volgorde van de beelden

Bij Transmissie worden: I beelden het eerst verstuurd P beelden daarna Tenslotte de B beelden die op de I

en P beelden gebaseerd zijn

Page 113: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Frames in transmissievolgorde

I frame

B frame

P frame

Page 114: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Volgorde van de beelden

Deze zogenaamde “Group of Pictures” bepaalt:

De kwaliteit van het beeld De complexiteit van de Encoder

Page 115: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Encoder

· Heeft vier beeldgeheugen’s nodig

Page 116: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Encoder

Voor het bewaren van het I beeld Voor het bewaren van het P beeld Voor bewaren van twee B beelden

Page 117: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje??????

Waarom zijn er twee beeldgeheugens voor de B beelden nodig?

Page 118: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord

De B beelden moeten bewaard worden tot dat het P beeld gedecodeerd is

De B beelden zijn immers gebaseerd op het P en het I beeld

Het P beeld moet bewaard worden om de B beelden te kunnen coderen

Page 119: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Vraagje????

Hoeveel geheugens heeft de decoder nodig?

Page 120: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Antwoord

Twee Een voor de I beelden en een voor

de P beelden De B Beelden kunnen meteen na

de decodering weergegeven worden

Tijdens de decodering moet het B beeld opgeslagen worden

Page 121: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG-1MPEG-1

Page 122: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Bemonsteringsstructuur

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X

X X

ITU 601 Source input format MPEG 1

Luinatiebemonsteringpunten

Chrominatiebemonsteringspunten

Page 123: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Blokschema MPEG codering

Voorbewerking

MPEG 1coder kanaal

ITU 601

MPEG 1SIF

ITU 601

MPEG 1coder

Voorbewerking

SIF

Page 124: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Voorbewerking bij MPEG 1

720

576

ITU BT 601

720

288

352 bij 288

4 4

Tweede deelbeeld verwijderen

Horizontale reductie

Page 125: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Voorbewerking bij MPEG 1

720

576

ITU BT 601

720

288

352 bij 288

4 4

Tweede deelbeeldtoevoegen

Horizontalereductie ongdaanmaken

Page 126: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2MPEG 2

Moving Pictures Experts Group

Page 127: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2 4:2:0

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

Progressieve bemonstering

X

X

X

X

Volledig Beeld

X

X

X

X

1. Halve Beeld

2.Halve Beeld

Page 128: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2 4:2:2

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X

X X

X X

X X

X X

Progressieve bemonstering

Volledig beeld

1 Halve beeld

2 Halve beeld

Page 129: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2 4:4:4

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X

X X

X X

X X

X

Progressieve bemonstering

Volledig beeld

1 Halve beeld

2 Halve beeld

Page 130: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Opdeling van een Macroblok

16

816

8

Page 131: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2 Levels En Profiles

Levels/Profiles Simple Profile Main Profile SNR Scalable Spatial Scalable High ProfileHigh Level 1920 x 1152 P

80 Mbit/s1920 x 1152 P

High1440Level 1440 x 1152 P 60 Mbit/s

1440 x 1552 P60(40,15) Mbit/s

1440 x 1152 P 80(60,20)Mbit/s

Main Level 720 x 576 P15 Mbit/s

720 x 576 P 15 Mbit/s

720 x 576 P4(3) Mbit/s

720 x 576 P20(15,4) Mbit/s

Low Level 352 x 288 P 352 x 288 P

Page 132: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Simple profile - er zijn geen B beelden toegestaan

Voordeel: decoder en encoder kunnen simpler uitgevoerd zijn

Nadeel: beperkte reductie

MPEG 2 Levels en Profiles

Page 133: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Main profiel B beelden zijn wel toegestaan Chrominatie verhouding 4:2:0 Geen scalability

MPEG 2 Levels En Profiles

Page 134: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Zorgt voor een goed beeld bij (wat) grotere BER waarden

Het beeld bevat dan wel ruis

MPEG 2 SNR Scalabilitaty

Page 135: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Digitale signalen kunnen ontvangen worden of niet

Kleine BER wel ontvangst Grote BER geen ontvangst

MPEG 2 SNR Scalabilitaty

Page 136: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2 SNR Scalabilitaty

DCT Q

Redunctie-Reduction

RedunctieReduction

MSB’s

LSB’s

Base Layer

Enhancement layer

Page 137: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

De MS bits zijn voorzien van foutcorrectie

De LS bits niet Bij bitfouten blijven de MS bits

intact Onder de LS bit ontstaan fouten Dit uit zich als ruis

MPEG 2 SNR Scalabilitaty

Page 138: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

MPEG 2 Spatial Scalability

Zorgt voor verminderde resolutie bij grote BER

Maakt HDTV mogelijk bij beperkte Bitrate

Page 139: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Wat wordt bij DVB gebruikt?

Main Level - 720x576 Pixels Main Profil - Geen Scalable Profile 4:2:0 Dit wordt Main Profile at Main Level

genoemd (MP@ML)

Page 140: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Digital Video Digital Video BroadcastingBroadcasting

Casema Consulting juni 1999

Page 141: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Agenda

Wat is DVB Plannen van Casema Opbouw Centraal Ontvangstation Opbouw Lokaal Centra Transport Beheer

Page 142: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Wat is DVB

Memorandum of Understanding Verzameling bestaande en nieuwe

standaarden video compressie (MPEG-2) audio compressie (MPEG-2) transmissie over kabel, satelliet, aardse

zenders etc. Service Informatie

Grotere capaciteit netwerk Nieuwe mogelijkheden

Electronische Programma Gids (EPG) Software (OpenTV)

Page 143: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Service Informatie (SI)

Verplichte tabellen Network Information Table (NIT)

frequentie, symbolrate, modulatiesoort van de DVB kanalen

Service Description Table (SDT) namen van de zenders (b.v. Nederland1, RTL4)

Event Information Table, Present/Following (EIT) overzicht van huidige en eerstvolgende programma’s

Optionele tabellen Bouquet Association Table (BAT)

bundeling van kanalen per programmasoort of aanbieder Event Information Table, Schedule (EIT)

overzicht van programma’s in verdere toekomst

Page 144: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

OpenTV

Besturingssysteem van decoder Doel vergelijkbaar met Windows’95 of

Java Applicaties kunnen via de kabel worden

gedownload in decoder in RAM: voor eenmalig gebruik (b.v.

meedoen met quiz) in FLASH-EPROM: voor langdurig gebruik

(b.v. EPG)

Page 145: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Electronische Programma Gids Vereenvoudigt keuze uit honderden

programma’s Software in de decoder (evt. onder OpenTV),

bepaalt presentatievorm keuzemogelijkheden

Gebaseerd op Service Informatie, aangevuld met uitgebreide programma informatie plaatjes

Belangrijk: verzamelen van alle gegevens bijhouden/wijzigen van EPG

Page 146: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Conditional Access

Individueel regelen van toegang tot programma abonnement PayPerView Impulse PayPerView

Scrambling: het onherkenbaar maken van informatie DVB Common Scrambling Algoritme

Encryptie: het versleutelen van informatie Verschillende systemen: Viaccess,

Mediaguard, Irdeto, ...

Page 147: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Verschillende Conditional Access systemen?

Transcontrol / Transscrambling: In ontvangstation alle programma’s voorzien van één CA systeem

Common Interface: verschillende CA systemen in één decoder

Simulcrypt: één programma kan met verschillende decoders worden gedecodeerd

Page 148: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Plannen van Casema

Commerciële start met DVB 1 oktober 1999

Omzet bestaande PayPerView naar DVB Uitbreiding aanbod

NVOD IPPV(pre-booked) pluspakketten

Gebruik van Eurobox

Page 149: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Eurobox

Kabeldecoder gespecificeerd door Casema, Deutsche Telekom, Telia en Mediakabel

Lagere decoderprijs door grotere markt door “standaard decoder”

Viaccess OpenTV

Page 150: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Eén centraal ontvangstation voor DVB systeemEén centraal ontvangstation voor DVB systeemsamenstellen pakkettensamenstellen pakkettenconditional accessconditional accessOpenTV flowcasterOpenTV flowcasterEPG/SI samenstellingEPG/SI samenstellingProgramma levering aan andere kabelnettenProgramma levering aan andere kabelnetten

Negen lokaal centraNegen lokaal centraOmzetting van SDH naar QAMOmzetting van SDH naar QAMToevoegen lokale programmeringToevoegen lokale programmeringLocal ad insertion Local ad insertion EPG/SI samenstelling/aanpassingEPG/SI samenstelling/aanpassing

DVB systeemDVB systeem

Page 151: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Systeem overzichtSysteem overzichtMediakabel

Lokaal Centrum

Netwerk 1 Netwerk 2

SDH netwerk

NMC

Playout

EPG redaktie/OpenTV appl.

CHE

Page 152: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Centraal ontvangstationCentraal ontvangstation

SAS SI/EPG OpenTV

DVB-G.703

SDH(naar LC)

SDH(van PlC)

MultiplexerScrambler/transcontrol

G.703-DVB

Systemcontroller

SDH(naar NMC)

QPSK-DVB

MPEGencoder

Video

Audio

Page 153: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Lokaal centrum fase 1Lokaal centrum fase 1

G.703 -DVB

SDH(van CHE)

Cable network

Cable network

64 QAMmodulator

64 QAMmodulator

Page 154: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Transport

Aanvoer playout naar centraal ontvangstation

Distributie van centraal ontvangstation naar lokaal centra

Distributie van centraal ontvangstation naar andere kabelexploitanten

Via SDH netwerk G.703 155 Mbit/s Proprietary systeem!

Page 155: D.V.B. Casema in het digitale tijdperk D.V.B.  Digital  Video  Broadcast.

Beheer

Technische configuratie van encoders en multiplexers

Bewaking van apparatuur Omschakelen van programma’s Scrambling besturen Invoeren en bijwerken van Service

Informatie Invoeren en bijwerken van EPG gegevens