Šifra zvaná MPEG
10. 9. 2008
Stručně objasníme principy kódování digitálního signálu MPEG 2, MPEG 4 a H 264 pro vysílání v PALu i v High Definition. Dotkneme se kompatibility přijímačů pro jednotlivé normy kódování i otázek kolem morálního stárnutí přijímačů a set-top-boxů.
Usedáte do pohodlné sedačky multikina anebo doma ke svému televizoru a necháváte se vtáhnout do děje filmu nebo třeba sportovního zápasu. Opravdu jen techničtí náruživci a fajnšmekři odolají aspoň občas tomuto pokušení a analyzují dokonalou anebo někdy méně dokonalou kvalitu obrazu těch letitých zobrazovacích prostředků, jakými film a ještě o pár let mladší televize už bezpochyby jsou.
Televizní obraz se na obrazovce objevuje postupně: bod po bodu, řádek po řádku. Obraz dnešního analogového vysílání v systému PAL má tedy celkem téměř 415 000 bodů. Pro přenos takového obrazu spolu se zvukem a navíc teletextem je potřeba přenosový kanál, široký 8 Megahertzů. To v případě staré známé – analogové televize.
Nové, digitální vysílání umožnilo, že stejnou přenosovou cestou se namísto jediného analogového kanálu dají přenést současně čtyři až pět kanálů digitálních. To je multiplex. Jak se to vůbec podařilo? Díky postupu, zvanému komprese digitálního obrazu. Co to znamená?
Aby naše oko vnímalo plynulý pohyb, potřebujeme zachytit a reprodukovat každou sekundu 25 obrázku. V televizní kameře tak každou sekundu vzniká 270 miliónů bitů. Pro přenos vzduchem od vysílače k našim přijímačům je to však příliš mnoho. Proto musí nastoupit komprese dat. Ta umožní, aby se jejich množství téměř čtyřicetkrát snížilo.
Celý obraz se rozdělí na mnoho menších částí – bloků. Pomocí bleskových výpočtů se vyhodnocují změny mezi předchozími a následujícími snímky. Přenášejí se jen podstatné změny. Ty menší se dopočítávají a oblasti beze změn se prostě přebírají z předchozího snímku. Kompresí dat prochází také zvuková část signálu.
Existuje více způsobů komprese dat. I laici je většinou znají pod zkratkou MPEG – podle Komise odborníků v obrazové technice. U pozemního digitálního vysílání se už řadu let používá formát MPEG-2. Ten dokáže pracovat s proměnlivým tokem dat. Reaguje tak na změny mezi klidnými delšími záběry a následující rychlou honičkou nebo sportovní zápasem. MPEG-2 se využívá i při kódování záznamu na discích DVD.
Stále častěji se v poslední době používá mladší formát – MPEG-4. Jeho zdokonalená verze známá jako H 264, dokáže obraz komprimovat o 50 % účinněji než starší MPEG dvojka. Do jediného multiplexu se tak vtěsná šest až osm televizních kanálů se standardním rozlišením – tedy 576 řádků, jaké má třeba analogový PAL. MPEG čtyřka dává lepší obraz. Používá filtry, které účinně potlačují kostičkování mezi bloky uvnitř obrazu, jak se někdy projevují u MPEG dvojky.
V Evropě se MPEG-4 pro pozemní vysílání DVB-T ve standardním rozlišení používá jen zřídka. Spíše v zemích, které s digitalizací začaly později, jako je Norsko, Slovinsko, Pobaltské státy nebo například placené kanály ve Francii. U nás se MPEG-4 používá v sítích IPTV – tedy při přenosu po telefonních linkách nebo po internetu. Komprese pomocí MPEG čtyřky je však nezbytná při nástupu televize s vysokým rozlišením. Víc než dva milióny bodů obrazu v HDTV vyžadují datový tok asi 15 megabitů za sekundu. To umožňuje vysílání z družic. Připravovaná nová verze pozemního vysílání - DVB-T 2 pak umožní vysílat v jediném multiplexu až tři kanály ve vysokém rozlišení.
Nové typy set-top-boxů na našem trhu už pracují s kompresí MPEG-4. Přesto se nemusíte obávat, dovedou zpracovat i signál dnešního digitálního vysílání ve formátu MPEG-2. Naopak některé starší modely, pracující s kompresí MPEG-2, je možno rozšířit o dekodér na MPEG čtyřku. Také integrované televizory pro digitální příjem pracují standardně s MPEG dvojkou. Pro příjem televizního vysílání v MPEG čtyřce se dají rozšířit pomocí přídavné karty.
Autor: Vladimír Kunz