 |
Современное развитие информационных мультимедийных систем в жизни общества
|
|
|
|
Разработка алгоритмов и соответствующей аппаратуры цифрового сжатия различных видов информации для их передачи по каналам связи как альтернативы аналоговым системам проводится уже более 20 лет практически во всех развитых странах мира. Был получен ряд важных результатов как в плане разработки алгоритмов сжатия, включая стандарты JPEG (JPEG-2000), MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4(видео), Н.261, Н.263, Н-264 и др. для статических и динамических изображений различного разрешения, Layer-2, Layer-3, AC-3, MPEG-4(аудио), G.729, G.728, G.723-1 и др. для звуковой информации и речи, так и в плане создания действующих комплексов [3].
Особое значение приобрело создание новых систем распределения цифрового телевидения и, в частности, многопрограммного цифрового ТВ вещания в Европе - система DVB, к целесообразности внедрения которой присоединилась Россия (Распоряжение Правительства Российской Федерации от 25.05.04 №706-р «О внедрении в Российской Федерации европейской системы цифрового телевизионного вещания DVB») и которая охватывает спутниковые (DVB-S), кабельные (DVB-C), наземные (DVB-T) средства передачи. В стандарте реализован принцип использования при различных способах передачи одинаковых методов кодирования сигналов (MPEG-2), мультиплексирования, системы коррекции ошибок на первом этапе передачи, что обеспечивает максимальную совместимость разных систем. Международными стандартами охвачены также такие системы распределения телевизионных программ, как MMDS, LMDS, MVDS. В первой из них стандарт практически аналогичен стандарту DVB-T, а во второй и третьей - DVB-S. Однако в системах LMDS, MVDS не требуется использование помехоустойчивого кодирования [16].
Следует заметить, что общий объем стандартов, разработанных международными организациями (ITU, ETSI, CINELEC и др.), составляет около 20.000 страниц текстов на английском языке, существенная часть из них недоступна российским специалистам по причине отсутствия средств на их приобретение. Эти стандарты постоянно изменяются по мере совершенствования систем обработки и передачи информации.
|
|
|
Канал связи может рассматриваться как "контейнер данных", обеспечивающий передачу различных сигналов: информационных сообщений, одной или более ТВ программ, данных по запросу пользователя. Плотность заполнения "контейнера" данными зависит от обеспечиваемой скорости передачи.
При рациональном мультиплексировании система позволяет оператору потока данных в несколько раз увеличить число программ и дополнительных услуг, предлагаемых зрителям, без использования дополнительного частотного ресурса.
Важнейшим вопросом является разработка отечественных стандартов формирования, передачи и приема цифровой информации с учетом особенностей построения мультимедийных систем в России.
Новые стандарты должны разрабатываться с перспективой, а не фиксировать и, тем более закреплять нашу техническую отсталость. Они должны стимулировать разработчиков и производителей передовой технологической базы мультимедийных систем.
Поскольку имеющиеся стандарты определяют лишь цифровой поток кодируемых данных и не регламентируют принципы его формирования, имеется возможность более эффективной обработки сигналов в рамках этих стандартов.
Несмотря на наличие значительного количество публикаций в мире по тематике сжатия видеоинформации, практически все эти публикации содержат лишь самое общее описание методов сжатия без раскрытия наиболее существенных деталей используемых алгоритмов.
Информации же о конкретной совокупности операций, составляющих суть этих алгоритмов, в силу действия законов по интеллектуальной собственности невозможно обнаружить не только в открытых публикациях, но и в конкретных материалах фирм-разработчиков.
|
|
|
В связи с этим важнейшей задачей проведения фундаментальных работ в России по данной тематике являлась задача полного овладения теорией и математическими методами обработки информации, используя имеющиеся зарубежные материалы в качестве информации, задающей общее направление работ. А далее с учетом полученного опыта по освоению стандартных алгоритмов разработать более эффективные системы.
В рамках проведенных в НИИР исследований предложены и реализованы весьма эффективные алгоритмы обработки видеоинформации, получен ряд российских патентов. Накопленный теоретический багаж позволил перейти к его практической реализации.
В частности, в НИИР создана система компьютерной телеконференцсвязи/видеотелефонии VPHONE, предназначеная для проведения телеконференций между стационарным узлом и удаленными стационарными или мобильными терминалами, а также между удаленными терминалами в режиме точка-точка в пределах территории, охваченной каналами связи системы.
Система является программно-аппаратным комплексом, позволяющим в реальном масштабе времени осуществлять видео и аудио связь между пользователями по каналам связи от 32 до 2048 Кбит/с. Благодаря использованию новых оригинальных алгоритмов быстрого кодирования, защищенных российскими патентами, удалось создать высококачественные системы компьютерной телеконференцсвязи при весьма эффективном сжатии видео и аудиоинформации и с использованием каналов заданной пропускной способности. В созданной реализации используются все заложенные в международных стандартах возможности видео и аудио компрессии, включая реальную компенсацию движения между соседними кадрами динамического изображения.
Рабочая станция системы выполнена в виде персонального компьютера, к которому подключены видеокамера, телевизионный и/или компьютерный мониторы, источник звукового сигнала и устройство его усиления. На компьютер установлен программно-аппаратный комплекс VPHONE, обеспечивающий обработку, кодирование и полнодуплексную передачу видеоизображения и звука [3].
|
|
|
Система может использовать различные каналы связи: спутниковые, радиорелейные, Internet, стандартные коммутируемые телефонные линии, и другие.
Для работы системы необходимо использование соответствующего приемо-передающего оборудования, поддерживающего протоколы компьютерной передачи данных и обеспечивающего заданную пропускную способность (32-2048 кбит/с) в полнодуплексном режиме. Данное оборудование подключается к персональному компьютеру МПАК через соответствующий интерфейс.
Основой успешного использования системы является ее относительная в сравнении с традиционными телевизионными средствами дешевизна; арендные платежи за каналы связи составляют лишь десятые доли тех затрат, к которым “привыкло” телевизионное вещание в процессе проведения телемостов.
Экспериментальные исследования разработанных в НИИР программных кодеков MPEG-4 показали их высокую эффективность – качество воспроизведения изображений CIF – формата (352•288 пикселов) соответствует качеству домашнего видеомагнитофона (VHS) при цифровом потоке 384-512 кбит/сек [16].
Стандарт кодирования стереозвуковой информации АС3 обеспечивает DVD качество воспроизведения при цифровом потоке порядка 128 кбит/сек. и качество FM трансляции даже при потоке 96 кбит/сек [3].
Таким образом, в цифровом потоке до 512 кбит/сек. возможно передать видеоинформационную программу со стереозвуковым сопровождением, либо 3-4 программы стереовещания высокого качества.
Один из разрабатываемых в НИИР проектов предусматривает разработку системы информационного видеовещания и звукового стереовещания при допустимости пониженной динамики подвижных изображений и расположении приемника в движущемся транспорте в городских условиях с плотной застройкой, многолучевостью и отсутствием прямой видимости антенны передатчика, а также в районах со сложным рельефом, в горной местности и в густых лесных массивах, где в указанных условиях с использованием известных на сегодня систем невозможно обеспечить удовлетворительного качества приема [3].
|
|
|
Отличительная особенность этой системы заключается в том, что на передаче сигнал кодируется со сжатием изображения и звука, позволяющим передавать информацию в узкополосном, в частности 250кГц, мобильном городском канале.
Предлагается использовать для целей мобильного видеоинформационного стереовещания диапазон частот 66 – 74 МГц, в котором в настоящее время реализуется устаревшая сист ема ОВЧ ЧМ вещания России. В этом диапазоне может быть размещено до 32 каналов такого вещания и использованы имеющиеся в эксплуатации передающие средства.
Реализация данной системы позволяет создать аудио-видео информационные сети как для индивидуального, так и для корпоративного использования (милиция, городской транспорт, медицинские службы и др.).
При внедрении систем цифрового телевидения важное внимание необходимо уделить разработке рекомендаций по повышению качества ТВ вещания.
В НИИР разработан также высокоинтеллектуальный программный кодер MPEG-2/MPEG-4 на базе использования современных стандартных компьютеров. Качество кодирования изображений при этом выше, чем у аппаратных средств, а себестоимость его производства – существенно ниже. В связи с предстоящим широким внедрением в России DVB-системы производство таких кодирующих систем является рациональным [16].
Единственной при этом проблемой является разработка и производство блоков ввода/вывода информации.
Внедрение цифрового телевидения предполагает, в общем случае, замену парка передающих и приемных средств, хотя существуют и варианты использования имеющегося аналогового оборудования. Отечественные производители должны своевременно освоить технологию производства такого оборудования и создать аппаратуру, конкурентоспособную на мировом рынке.
Серьезной проблемой при внедрении мультимедийных систем в России является подготовка специалистов данного профиля. Отечественная литература, посвященная изложению современных способов цифровой обработки мультимедийной информации, практически отсутствует, эта важнейшая область не отражена в ныне существующих программах обучения специалистов. Функцией обучения специалистов теории и практике мультимедийных систем, помимо создания представления о весьма сложных преобразованиях сигналов в процессе сокращения объема информации, должно стать привлечение молодых специалистов России к исследованиям еще не решенных проблем в этой перспективной области.
Методы формирования и передачи мультимедийной информации вызывают повышенный интерес ученых и специалистов, работающих в различных областях, таких как, связь и системы управления, радиотехника и электроника, акустика, радиовещание и телевидение, измерительная техника и др. Ежегодно во всем мире проводятся десятки международных научно-технических конференций и семинаров, посвященных решению актуальных проблем. Постоянно растет число предприятий, организаций и научных Центров, использующих в своих разработках мультимедийные методы и соответствующие технологии.
|
|
|
Хотелось бы надеяться, что начавшееся широкое внедрение в практику мультимедийных систем – от видеотелефонии до телевидения высокой четкости - послужит началом реализации планов обучения специалистов данного профиля.
В России и странах СНГ сложилась крайне тяжелая ситуация, вызванная повсеместным недостатком, а часто и отсутствием измерительной аппаратуры, необходимой для разработки, настройки и поддержания технических характеристик систем передачи информации в состоянии, обеспечивающем их качественное функционирование.
Особые проблемы возникают в связи с началом широкого внедрения систем и аппаратуры цифровой обработки и передачи компрессированных сигналов по каналам связи. Разрабатываемые системы требуют создания соответствующих контрольных и измерительных средств. С внедрением мультимедийных систем потребность в использовании измерительной аппаратуры будет возрастать, поскольку требуется создание принципиально новых способов и средств контроля и измерений. При этом необходимо, чтобы эти средства были совместимы и с традиционными аналоговыми системами.
Метрологическая безопасность России – залог создания высококачественной мультимедийной аппаратуры и ее эффективного использования. Начало в разработке принципиально новых приборов на базе использования персональных компьютеров было положено при создании в НИИР видеоанализаторов серии ВК и аудиоанализатора АК-1, обеспечивающих как генерацию стандартных и новых измерительных сигналов, испытательных эталонов, так и анализ их искажений, осциллографический, спектральный и векторный анализ сигналов и их составляющих [17]. К числу новых разработок следует отнести Комплекс измерительный телевизионный КИ-ТВ, Комплекс измерений и контроля телевизионных радиоцентров и систем кабельного телевидения «Тестер-Э», Анализатор транспортных MPEG-потоков и др. [2].
Большое внимание в мире уделяется созданию мультимедийных пользовательских систем, объединяющих возможности компьютерных средств и возможности приема цифрового телевидения и проигрывания оптических видеодисков.
Не вдаваясь в детали ведущихся дискуссий на тему, что должно лежать в основе подобных мультимедийных систем – компьютер или телевизор, можно предположить, что наиболее оптимальным решением для подобной системы является интегрированная компьютерная платформа, обладающая гибкостью компьютерного программирования и необходимыми функциями цифрового телевизора. Кроме того, платформа должна обеспечить эффективную интеграцию глобальных и локальных компьютерных сетей и телевизионных коммуникаций.
Создание подобной компьютерной платформы позволит эффективно соединить два на первый взгляд независимых процесса – переход к цифровому телевещанию и развитие информатизации общества. Более того, определенный шаг в развитии одного из процессов способен стимулировать рост другого.
|
|
|
