Кодер Уровня III использует усовершенствованный алгоритм кодирования с дополнительным ДКП. Структурная схема кодера показана на рис. 3.1.
Основной недостаток кодеров второго уровня - неэффективная обработка быстро изменяющихся переходов и скачков уровня звука - устраняется благодаря введению двух видов блоков ДКП - «длинного» с 18 отсчетами и «короткого» с 6 отсчетами.
Рисунок 3.1 Структурная схема звукового кодера третьего уровня
Выбор режима осуществляется адаптивно путем переключения оконных функций в каждой из 32 частотных полос. Длинные блоки обеспечивают лучшее частотное разрешение сигнала со стандартными характеристиками, в то время как короткие блоки улучшают обработку быстрых переходов. В одном кадре могут быть как длинные, так и короткие блоки, однако общее число коэффициентов ДКП не изменяется, так как вместо одного длинного передаются три коротких блока.
Для улучшения кодирования применяются также следующие усовершенствования:
1. Неравномерное квантование (квантователь возводит отсчеты в степень 3/4 перед квантованием для улучшения отношения сигнал-шум; соответственно, декодер возводит их в степень 4/3 для обратной линеаризации).
2. В отличие от кодеров первого и второго уровней, на третьем уровне масштабирующие множители присваиваются не каждой из 32 частотных полос БФ, а полосам масштабирования - участкам спектра, не связанным с этими полосами и примерно соответствующим критическим полосам.
4. Наличие «резервуара битов» - запаса, который кодер создает в периоды стационарного входного сигнала.
Улучшение частотного разрешения при введении дополнительного ДКП влечет за собой значительное ухудшение временного разрешения, проявляющееся в виде предэхо. В кодере имеются средства для борьбы с этим явлением. Во-первых, ПАМ модифицирована для обнаружения условий возникновения предэхо, во-вторых, имеется резервуар неиспользованных битов, из которого кодер может занять на короткое время необходимые ему биты для снижения шумов квантования, в-третьих, кодер может переключаться в режим коротких блоков.
Существенное отличие кодера третьего уровня от кодеров нижних уровней сложный адаптивный алгоритм распределения битов. Он включает две вложенные одна в другую итерационные петли: внутреннюю - петлю скорости потока, и внешнюю петлю управления шумами квантования. Расчет параметров кодирования начинается со значения масштабирующего множителя, равного 1. Если в первый момент скорость потока на выходе кодера Хаффмана превышает заданную, увеличивается шаг квантования до тех пор, пока скорость не войдет в заданные пределы. Далее рассчитывается шум квантования в данной частотной полосе и сравнивается с порогом маскирования, сообщенным психоакустической моделью. Масштабирующий множитель изменяется таким образом, чтобы сблизить эти значения. Однако новое значение масштабирующего множителя означает изменение шага квантования и, следовательно, скорости потока, а потому внутренняя петля должна каждый раз отрабатывать и вычислять новое значение коэффициента усиления и шага квантования. Если итерационный процесс во внутренней петле всегда сходится, то во внешней петле он может расходиться. Итерационный процесс заканчивается в одном из трех случаев:
1. Шумы квантования во всех полосах масштабирования не превышают допустимых.
2. Следующая итерация приведет к возрастанию усиления в одной из полос выше допустимого.
3. Следующая итерация требует увеличения усиления во всех полосах масштабирования.
В реальных кодерах накладывается еще и временное ограничение.
Кодер третьего уровня более полно обрабатывает стереосигнал в формате joint stereo. Если кодеры нижележащих уровней работают только в режиме кодирования по интенсивности, когда левый и правый каналы в полосах выше 2 кГц кодируются как один сигнал (но с независимыми масштабирующими множителями), кодер третьего уровня может работать и в режиме «сумма-разность», обеспечивая более высокую степень сжатия разностного канала.
Структура элементарных потоков звукоданных несколько различается для разных уровней. На рис. 3.2 показана последовательность звукоданных Уровня I. Пакет начинается с заголовка длиной 32 бита, имеющего одинаковую структуру для всех уровней, который включает синхрослово из 12 единиц и более десятка указателей и флагов. Флаг ID указывает принадлежность потока («1» - МРЕG-1, «0» - МРЕG-2), флаг уровня идентифицирует уровень кодирования («01» = 1, «10» = 2, «11» = 3), четырехбитовый указатель скорости потока ссылается на стандартизованную таблицу, где перечислены возможные скорости потока, табулированы также значения частоты дискретизации, которые сообщает соответствующий указатель (для МРЕG-1 только 48, 44,1 и 32 кГц), флаг режима определяет число каналов звука (не более двух для МРЕG-1).
Рисунок 3.2 Структура потока звукового кодера I и II уровней
Рисунок 3.3 Структура потока звукового кодера III уровня
Следующее поле после заголовка занимают коды распределения битов, затем в потоке передаются 32 масштабирующих множителя и 384 отсчета звукового кадра, группами по 32 отсчета (по одному отсчету из каждого поддиапазона). Замыкает пакет поле дополнительных данных переменной длины, используемое в стандарте МРЕG-2 для передачи многоканальных сигналов, отсчетов с пониженной частотой дискретизации и других данных, не совместимых с синтаксисом МРЕG-1.
Отличие формата Уровня II от Уровня I незначительно и заключается в передаче дополнительной информации о выборе шкалы квантования для каждой из 32 полос, т.к. не все масштабирующие множители могут передаваться в потоке. Более сложная структура пакета у кодера третьего уровня. Здесь для каждого звукового кадра передаются заголовок, дополнительная информация и основные данные, причем неиспользованная часть области основных данных предшествующих кадров (резервуар битов) может быть заимствована последующим кадром, испытывающим нехватку битов (рис. 3.3).
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Телевидение: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по направлению "Телекоммуникации", спец. "Радиосвязь, радиовещание и телевидение"/ ред. Джакония В.Е.. - 2-е изд.. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 639с.
2. Основы электроники, радиотехники и связи: учеб. пособие/ А.Д. Гуменюк [и др.]; под ред. Г.Д. Петрухина. - М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 480 с.
3. Мамчев Г.В. Основы радиосвязи и телевидения: учеб. пособие для студ. вузов/ Г.В. Мамчев. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 414 с.
4. Телекоммуникационные системы и сети: в 3-х т.: учеб. пособие для студ. вузов связи и колледжей. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Горячая линия - Телеком. - 2005. - Т.1: Крук Б.И. Современные технологии/ Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шу-валов. - 2005. - 647 с.
5. Телекоммуникационные системы и сети: учеб. пособие для студентов вузов связи и колледжей: в 3 т./ Г.П. Катунин, Г.В. Мамчев, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов. - 2-е изд., испр. и доп.. - М.: Горячая линия -Телеком. - 2004. Т. 2: Радиосвязь, радиовещание, телевидение. - 2004. - 672 с.
6. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника: научное издание/ Птачек М. - М.: Радио и связь, 1990. - 528с.
7. Амочаева Г.Г. Электронный конспект лекций.
Дополнительная
1. Андердал К. Цифровое видео для "чайников": пер. с англ./ К. Андердал. - 3-е изд. - М.: Вильямс: Диалектика, 2005. - 346 с.
2. Блейк Б. 50 эффективных приемов создания и обработки цифрового видео: научное издание/ Б. Блейк, Д. Сахлин. - М.: Вильямс: Диалектика, 2006. - 399 с.
4. Внедрение цифрового телерадиовещания: проблемы, ключевые факторы успеха: научное издание/ под ред.: Ш. Ж. Сеилова, Ш. Ж. Бутенко. - Астана: Елорда, 2009. - 359 с.
5. Гусятинский И. А. Радиосвязь и радиовещание: научное издание/ Гусятинский И.А., Пирогов А.А.. - М.: Сов. радио, 1974. - 174с.
