SAYISAL TELEVİZYONDA RESİM KALİTESİ

 

MPEG (Moving Picture Expert Group) sesle birlikte resim sinyallerinin digital sıkıştırılması için standart belirleme amacıyla ISO/IEC içinde bir alt çalışma grubu olarak 1988’de çalışmaya başlamıştır.

 

MPEG’in ilk projesi MPEG-1 (ISO/IEC 11172) 1993’de yayınlanmıştır. MPEG-1 birleşik audio ve video’yu sıkıştırma, kodlama ve multiplex sistemini tarif eden bir standartdır. Bu standart VHS kalitesinde 1.5 Mb/s’e kadar videoyu ve 192 kb/s’e kadar stereo audioyu saklamak için kullanılır.

 

1995’de MPEG-2 standardının (ISO/IEC 13818) son hali yayınlanmıştır. MPEG-2 standardı, 3-15 Mb/s’de SDTV ve 15-30 Mb/s arasındaki bit hızlarında da HDTV’yi kodlama yeteneğine sahiptir. MPEG-1’in stereo audio kalitesini, multi-channel surround sound kalitesine çıkartmıştır.

 

MPEG-2 çeşitli uygulamaları destekleyen özel bir kodlama sistemidir. Bir çok uygulama için geliştirilmiş farklı algoritmalar bu standardın içine entegre edilmiştir. MPEG-2 decoder’larına tüm standartların özelliklerini uygulamak gereksiz şekilde komplex ve band genişliğinde de israftır. Bundan dolayı, Profiles ve Levels diye bilinen standardın alt kümeleri tanımlanmıştır. Profiles fonksiyonu (alt kümeyi), Levels çözünürlüğü (resmin büyüklüğünü ve bit hızını) tarif eder. DTTB, SDTV (Standart Tanımlı TV Servisleri) için Main Profiles/Main Levels, HDTV (Yüksek Tanımlı TV Servisleri) için Main Profiles/High Levels kullanır. MPEG-2 Profiles ve Levels aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PAL, SECAM ve NTSC’ye denk bir kalitedeki SDTV (720*576) yaklaşık 5Mb/s’lik Main Profiles/Main Levels kodlamayla elde edilir.  Stüdyo kalitesindeki EDTV için yeterli olacak bir kalite 9-10 Mb/s’lik aralıkta elde edilir. (ITU-R BT. 1208-1)

 

          ITU-R BT.1203’deki 50 Hz sistemindeki resim format örnekleri:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          625/50 Hz sisteminde bir TV resminin aktif bölgesi, 25 Hz çerçeve oranı için 576 satırdır.

 

          Herbir satır 720 pixeldir.Y, U ve V pixelin herbiri için 8 bit kullanılarak sıkıştırılmamış bit hızı;

 

          4:2:2 için 720*576*25*8 + 360*576*25*(8+8) = 166 Mb/s

 

          4:2:0 için 720*576*25*8 + 360*288*25*(8+8) = 124 Mb/s’dir.

 

          ITU-R BT.601-5’e göre parlaklık (Luminance) örnekleme frekansı band genişliğiyle ilgili olarak 13.5 MHz, renk fark sinyallerinin (Cr, Cb) örnekleme frekansı ise 6.75 MHz dir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            x : sadece Y

 

            Ä : Y, Cr, Cb

 

           4:2:2 : Parlaklık sinyali her pixelde örneklenir. Cr ve Cb iki renk fark sinyali ise her iki pixelde bir örneklenir.

 

           4:2:0 : Parlaklık sinyali her pixelde örneklenir. Cr ve Cb iki renk fark sinyali ise yatayda her iki pixelde dikeyde de her iki satırda bir örneklenir.

 

 

 

         Çeşitli MPEG-2 uygulamaları vardır. MPEG-2 4:2:0, düşük renk çözünürlüğü yüzünden prodüksiyon için uygun değildir. Fakat 4:2:2, I-freym yapısı özelliğinden dolayı sınırlı uygulamalarda kullanılır. İletim için çok düşük data oranlarında yüksek kalite gerekir. Bundan dolayı uzun GOPs(resim grupları), IPB, 4-8 Mb/s, 4:2:0 mükemmeldir.

 

DVB ve diğer uygulamalar için video data hızının azaltılma örneği şekil olarak aşağıda gösterilmektedir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Videoda sıkıştırmanın mantığı, yüksek frekanslardaki renk değişikliklerini gözün çözümleme yeteneğinin az olmasına dayanır. Bundan dolayı herbir freym (resim çerçevesi) ve freymler arasında bir çok fazlalıklar vardır.

 

Audio sıkıştırma ise insan kulağının duyma özelliği kullanılarak duyulamayan sesin iletilmemesi mantığına dayanır.

 

3 tip MPEG-2 freymi vardır. Sıkıştırma boyunca bu freymlerin farklı kombinizasyonu kullanılır.

 

            I-Freym (Intra Freym) : Bu freym videonun tam bir freymini oluşturmak için gereken bütün bilgiyi içerir. Bu M-JPEG veya DV freym gibidir. I freym kullanarak kodlanan video tekrar sinyale dönüştürülmeden anahtarlama ve cut edit yapılabilir. Kodlama açısından daha az verimlidir.

 

           P-Freym(Predictive): Freym geçmiş referans resimden hareket tahmini kullanarak kodlanır. Gerçek ve tahmin edilen resimler arasındaki farkı içerir. I-freymden daha iyi verim sağlar.

 

           B-Freym (Bi-directional Predictive) : Freym  hem  geçmiş  hem  de  gelecek  resimden hareket tahmini kullanarak kodlanır. Gerçek ve tahmin edilen resimler arasındaki farkı içerir. Geçmiş ve gelecek freymlerin ortalaması değildir. En iyi kodlama verimi sağlar.

 

 MPEG-2 Streamleri de sadece I, I ve P, I ve B veya I, P ve B freymler kullanılarak kodlanabilir. I-freymler herzaman gereklidir. Ve GOP’ın ilk freymidir. Resim grubu bütün I- freymlerin bir uzunluğuna veya daha fazla bir uzunluğa sahip olabilir. GOP ne kadar büyük olursa sıkıştırarak kodlama o kadar iyi olur.

 

DVB-T uygulamalarında İngiltere Ülke içerisinde MFN uygulayacağını belirterek, DVB-T paremetrelerini aşağıdaki gibi belirlemiştir.

 

             Taşıyıcı modu : 2 k

 

             Modülasyon tipi: 64 QAM

 

             Kodlama oranı: 2/3

 

             Güvenlik aralığı: 1/32 (7 µs)

 

 

Bu seçilen parametrelerle bir kanaldan 24.13 Mb/s’lik veri gönderilmektedir. Herbir TV servisinin video ve audiosu için 5.5 Mb/s, teletext ve diğer veriler (DVB altyazısı gibi) içinde 0.3 Mb/s kullanmakta ve dolayısıyla bir kanaldan 4 TV yayını yapılabilmektedir. Bu kapasite içerisinden yaklaşık 1 Mb/s’de (4*5.8 = 23.2 Mb/s olduğundan) çeşitli veri hizmetleri için kullanılacaktır.

 

           İspanya ise Ülke içerisinde SFN uygulayacağını belirterek, DVB-T paremetrelerini aşağıdaki gibi belirlemiştir.

 

           Taşıyıcı modu : 8 k

 

           Modülasyon tipi: 64 QAM

 

           Kodlama oranı: 2/3

 

           Güvenlik aralığı: 1/4 (224 µs)

 

Burada güvenlik aralığının en yüksek değerinin seçilmesi İspanyanın Coğrafik yapısı ve oluşturacağı ulusal SFN ‘den dolayıdır.

 

Bu seçilen parametrelerle bir kanaldan 19.91 Mb/s’lik veri gönderilebilmektedir.

 

 

Yararlanılan Kaynaklar:

Dökümanlar:

TR 101 190 V1.1.1, “Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for DVB terrestrial services; Transmission aspects”, Aralık 1997.

ETR 154,  “Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for the use of MPEG-2 Systems, Video and Audio in satellite, cable and terrestrial broadcasting applications”, Eylül 1997.

RTÜK

key@key.com.tr