CC BY
53
Огляди
IEEE Journal of Solid-State Circuits.-1998.-V.33.- №°.2.-P.179-194.
6. Post J.E. Waveform Symmetry Properties and Phase Noise in Oscillators / J.R.Linscott, M.H.Oslick // Electron. Letters.-1998.- V.34.- N°.16.-P.1547-1548.
7. Choi J. Design of Push-Push and Triple-Push Oscillators for Reducing 1/f Noise Up-conversion /A.Mortazawi // IEEE MMT Transactions.-2005.-V.53.-N°.11.-P.3407-3413.
8. Zhang G. A Novel Technique for HEMT Tripler Design /D.Pollard, M.Snowden //IEEE MTT-S Int. Microwave Sym.Digest .- 1996.-P.663-665.
9. Boudiaf A. A High Efficiency and Low-Phase-Noise 38-GHz pHEMT MMIC Tripler / D.Bachelet, C.Rumelhard // IEEE MMT Transactions.-2000.-V.48.-N°.12.-P.2546-2553.
10. Danesh M. Gruson F., Abele P., Schumacher H. Differential VCO and Frequency Tripler using SiGe HBTs for 24 GHz ISM Band//IEEE RFIC Symp.-2000.- P.277-280.
11. Yen S. An N-harmonic Oscillator using an N-Push Coupled Oscillator Array with Voltage-Clambing Circuits // IEEE MTT-S Int. Microwave Sym.Digest - 2003.-P. 1175-1179.
12. York R.A. Injection- and Phase-Locking Techniques for Beam Control/T.Itoh // IEEE MMT Transactions.-1998.-V.46.-№.11.-P.1920-1929.
13. Chen C. Ring-Based Triple-Push VCOs with Wide Continuous Tuning Ranges /C.Li, B.Huang, K.Lin, H.Tsao, H.Wang//IEEE MMT Trans. -2009.-V.57.-№.9. -P.2173-2182.
14. Winch R.G. Oscillators - K-band VCOs Build with Bipolaris //MicroWaves.-1977.-V.16.-№. 11.-P.62-67.
15. Kotserzhinsky B.O., Omelianenko M.U., Tsvelykh I.S. A Low Phase Noise Microstrip Push-Push Oscillator with Third Harmonic Output //Inter.Conference on Antenna
Theory and Techniques. - 6-9 Oct. 2009, Lviv, Ukraine. - P.337-339.______________________
Коцержинський Б.О.Потроювання частоти у транзисторних НВЧ генераторах.
Розглянутий стан розробки потроювачів частоти. Показано, що створення генерато-рів-потроювачів частоти знаходиться ще у стадії наукових досліджень. Фірмами випускаються пристрої за схемою: генератор, буфер, підсилювач-потроювач.
Ключові слова: потроювач частоти, triple-push, генератор.________________________________
Коцержинский Б.А. Утроение частоты в транзисторних СВЧ генераторах Рассмотрено состояние разработок утроителей частоты. Показано, что создание гене-раторов-утроителей частоти еще находится в стадии научных исследований. Фирмами выпускаються устройства по схеме: генератор, буфер, усилитель-утроитель.
Ключевые слова: утроитель частоты, triple-push , генератор.______________________________
Kotserzhinsky B.A. Microwave transistor oscillator frequency tripling. The frequency tripler state of the art is consided. The oscillator-frequency tripler design is now at the state of scientific research. Microwave companies release the devices of the such structure: oscillator, buffer, amplifier-tripler.
Key words: _ frequency tripler, triple-push, oscillator._________________________________
УДК621.372.061
ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ОСНОВНИХ СТАНДАРТІВ ВІДЕО ДЛЯ ПЕРЕДАЧІ ПО 4G-MEPE^AM
Парфенова А.О., Макаренко А.Ю., Могильний С.Б.
Нові технології та цільові орієнтири 4G-мереж активно обговорюють на різноманітних форумах та конференціях. Системи 4G надаватимуть мультимедійні послуги у широкому діапазоні параметрів: 2 Мбіт/с для рухомих об’єктів; 10-20 Мбіт/с для сотових мереж; 20-40 Мбіт/с для бездротових локальних мереж WLAN. Планується, що одною з головних особливостей стане гнучке управління якістю зв’язку QoS, що дозволить застосування
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№40
171
Огляди
стандартів відео MPEG-4 и H.264/AVC у різних мультимедійних режимах. В цілому, розвиток 4G-мереж можна охарактеризувати як спробу досягнення принципово нових якостей: загальна IP-зв’язаність, повна мульти-медійність, можливість регулювання параметрів QoS в залежності від потреб.
При переході до систем 4G має бути досягнутий новий рівень продуктивності (підвищення швидкості передачі, ємності каналу та економічності трафіку у 5-10 разів) порівняно з SG-системами. Одним з методів підвищення ефективності майбутніх систем є нові стандарти (СТ) кодування та компресіі даних. А так як переважну більшість складатиме мультимедійна інформація, то слід говорити і про нові СТ відео.
Короткий огляд існуючих стандартів відео
Цифровий потік, включаючи відео, аудіо та меню, досягає 9,8 - 10 Мбіт/с., у якому відео складає основну його частину (біля 4 Мбіт/с.). Виникає необхідність узгодження цифрових потоків з пропускною здатністю каналів передачі. Це призводить до необхідності використання ефективних алгоритмів компресії цифрових потоків відео. На сьогодні відомими специфікаціями алгоритмів є MPEG-1, MPEG-2 та MPEG-4.
СТ ISO-1172 (MPEG-1), прийнятий в 1992 р., обмежується четверттю телевізійного кадру (352х288), низькою швидкістю цифрового потоку (до 1,5 Мбіт/с.) і тому забезпечує невисоку якість зображення при передачі. Однак запропоновані у ньому алгоритми компресії, правила опису та формування потоку даних більш потужні та універсальні, ніж використовує даний СТ.
В 1995 році прийнято СТ ISO-13818 (MPEG-2) для повноцінного телевізійного кадру (720х526), який містить кілька рівнів та профілів. СТ передбачає часову компенсацію руху між суміжними кадрами та наявність: опорних зображень I (Intra); зображень з передбаченням вперед P (Predictive); зображень з передбаченням як вперед так і назад B (Bidirectional) .
Уся часова послідовність зображень розбивається на групи GOP (Group Of Pictures). Кожна з цих груп починається з опорного зображення типу In-tra, та з певною періодичністю містить зображення з передбаченням вперед P (Predictive). Такі групи мають вигляд дробу М/N, де М-загальне число зображень у групі між опорними зображеннями, а N-інтервал між Predictive зображеннями. Основний алгоритм MPEG-2 використовує для компресії відео структуру GOP15/3: IBBPBBPBBPBBPBB. У такій групі кожне зображення типу Bi-directional відновлюються по оточуючим його Predictive зображенням. У свою чергу кожне зображення типу Predictive відновлюється по попередньому Р- зображенню або по попередньому I-зображенню. I- зображення відновлюються незалежно від інших.
Для формування низьких потоків при кодуванні відео служать профілі СТ MPEG-4 Visual та Н.264 (який також називають AVC - Advanced Video Coding). Кожний з двох СТ регламентує роботу декодера, та залишає сво-
172
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№40
Огляди
боду розробникам у створенні кодера - СТ визначають лише вихідні дані, які мають бути на виході кодера, але самого кодера не описують. Метод декодування описано у кожному стандарті. MPEG-4 Visual та Н.264 мають спільні та, водночас, суттєво різні рекомендації. Обидва призначені для компресії відеоінформації, але СТ MPEG-4 Visual має багатоцільове використання, а СТ Н.264 націлено на ефективність та надійність алгоритмів компресії.
Стандарт MPEG-4 Visual
СТ MPEG-4 Visual (Part 2 ISO/IEC 14496, «кодування аудіовізуальних об’єктів») описує широкий клас функцій для кодування певних додатків та представлення візуальної інформації. Тому, MPEG-4 Visual забезпечує високу пристосованість своїх технічних інструментів та ресурсів кодування і дає можливість працювати з різними видами відеоданих. Розв’язання великої кількості задач MPEG-4 Visual забезпечує шляхом набору інструментів кодування, організованих у профілі. СТ дає змогу обробляти рухомі зображення, відео об’єкти, двомірні та тримірні сіткові об’єкти, анімовані обличчя та фігури людей, статичні текстури.
Кодек для MPEG-4: у основі MPEG-4 Visual лежить простий механізм відеокодування, у якому використовуються: розбиття зображення на окремі блоки, що містять 16х16 пікселів; компенсація руху блоку кодується за допомогою різниці між вектором та його прогнозом; дискретне косинус-перетворення DCT; квантуванням коефіцієнтів, отриманих при DCT; ент-ропійним кодуванням квантованих коефіцієнтів DCT. Розробка алгоритмів та методів оцінки руху (вибору «найкращого» вектора руху) СТ не розглядається, а повністю покладається на розробників кодерів.
Стандарт H.264/AVC
СТ ITU-T H.264/MPEG-4 Part 10 AVC (скорочено - H.264/AVC) є новою перспективною технологією кодування та компресії аудіо-візуальної інформації. Ефективність компресії СТ H.264/AVC вища, ніж у СТ MPEG-2 при однаковому візуальному сприйнятті. СТ H.264/AVC розроблено незалежним від транспортного рівня систем передачі, що використовуються. Тому доставка інформації може здійснюватись по будь-яким системам передачі та мовлення, включаючи: системи з IP-протоколами (у тому числі для потокової доставки), транспортні потоки систем мовлення у СТ MPEG-2, а також специфічні формати файлів H.264/AVC для їх збереження та обробки на серверах. Даний СТ має більш вузькі межі застосування. Основна увага в Н.264 сконцентрована на ефективності компресії зображення. Цей СТ створений для більш вузького кола задач, з метою істотного збільшення ефективності алгоритмів кодування та підвищення завадостійкості при передачі відео. Основними ознаками СТ є: ефективність компресії (значне покращення компресії у порівнянні з усіма попередніми СТ); ефективність передачі даних (з великою кількість вбудованих деталей, які спрямовані на підтримку надійної передачі по мережам); сфокусованість на популярних додатках відеокомпресії. СТ Н.264
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" 173
Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№40
Огляди
створений для підтримки потокового широкомовного відео високої якості та для зберігання відеоданих. Кодек для Н.264 передбачає використання як просторового так і часового прогнозування (з оцінкою руху), включає 2-D перетворення, квантування, компресію, сканування (переорганізація) та статистичне кодування.
В H.264 дозволено представляти блоки (Inter- або Intra-кадри) відносно як попередніх так і наступних блоків. В Inter-кадрах це називають оцінкою руху і вона відноситься до блоків в інших кадрах. Ефективна компресія відбувається саме тут, так як різниці між схожими блоками відповідає менша ентропія, ніж в абсолютних значеннях цих блоків. СТ Н.264 має підвищену завадостійкість (див. рис.1).
Порівняльна характеристика стандартів наведена в таблиці (в табл. прийняті скорочення: код.- кодування; арифм.- арифметичне; реж.- режим; конт.- контекстне; мод.-моделювання, спост.- спостереження; ко-еф.- коефіцієнти; зобр.- зображення; еф.- ефективно; викор.- використовувати).
Рис. 1. Відношення С/Ш в порівнянні зі швидкістю передачі даних для різних стандартів.
174
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№40
Огляди
Таблиця
Параметр Вимоги у СТ MPEG-4 Visual Вимоги у СТ AVC/ H.264
Прогнозу- вання Жорстка залежність між порядком слідування зобр. при визначенні компенсації руху і порядком слідування зобр. при відтворенні. Кільк. посилань на інші кадри <2 (у випадку B-кадрів) Жорсткої залежності немає. Дозволяє використовувати у якості опорнихдов раніше стиснуті зобр. Можна викор. до 32 посилань на інші кадри
Компенсація руху Вектор руху блоку код. за допомогою різниць, на основі раніше закодованих Передбачає гнучку підтримку компенсації руху. У процесі оцінки можливий вибір опорних
векторів сусідніх блоків: прогноз век- зобр. з інших кадрів, за рахунок чого зростає
тора; визначення різниці між вектором та його прогнозом, код. і передача. еф. компресії.
Точність Підтримує вектори компенсації руху з точністю у півпікселя. Підтримує вектори компенсації руху з точністю до четверті пікселя (Qpel), що забезпечує високу точність відтворення при малому русі об’єктів .
2D перетворення Використовується двомірне DCT , яке виконується на блоках (8 х 8) кожного компонента зобр. Отриманий набір ко-еф. описує зміст просторових частот у представленні даного блоку. Використовується цілочисленне косинус-перетворення (Integer DCT). Таке перетворення легше, з точки зору розрахунків, і забезпечує відсутність втрати даних.
Продовження таблиці
Параметр Вимоги у СТ MPEG-4 Visual Вимоги у СТ AVC/ H.264
Кодування Блок коеф. проходимо в діагональному та зигзагоподібному напрямках. Список отриманих значень підлягає подальшому ентропійному код., використовуючи код змінної довжини (VLC). Можливі два режими статистичного код.: конт.-залежне адаптивне кодування (CAVLC) та конт.-незалежне адаптивне бінарне арифм. код. (CABAC). Реж. CAVLC - базовий. Використовує алгоритм код. зі змінною довжиною код. слова. Режим CABAC регламентує вибір моделі відповідно до групи попередніх спост.: конт. мод. - бінаризація, з визначенням двійкових значень на основі деревовидної структури, подібної коду VLC - кожний елемент кодують механізмом адаптивного двійкового арифм. код. за допомогою ймовірнісних оцінок.
Основні недоліки Низька еф. алгоритмів компресії Кодеки для H.264 є більш вимогливі до ресурсів. Складність розрахунків ст.
Висновки
Стандарту MPEG-4 притаманні
- переваги: багатофункціональність додатків; розроблені раніше програмні продукти на MPEG-4 Visual для мобільних систем вже набули широкого поширення; безперервне вдосконалення профілів, деякі з яких оп-тимізовані для потоків 64 Кбіт/с;
- недоліки: недостатня ефективність алгоритмів компресії, а звідси і низька якість передачі відео для деяких прикладних задач, низька завадоза-хищеність, при високих швидкостях передачі (види компресії типу MPEG-4 залишаються лише там, де вимоги до частоти кадрів не перевищують 4 кадр/с).
Стандарту Н.264 притаманні
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№40
175
Огляди
- переваги: висока ефективності компресії; висока завадозахищеність при передачі по мережі; висока якість зображення при частоті кадрів ~ 30 кадр/с; можливості щодо зменшення розміру відеофайлів без помітного погіршення якості зображення; вища продуктивність та можливість використання низьких бітових швидкостей;
- недоліки: вузька спрямованість прикладних задач, жорсткі вимоги до апаратних ресурсів, складність розрахунків, необхідність вдосконалення камер, та високопродуктивних станцій моніторингу.
В нових розробках при виборі обладнання рекомендується надавати перевагу продуктам, що підтримують обидва стандарти для забезпечення гнучкості майбутніх систем.
Література:
1. 4G Wireless Video Communications /Haohong Wang, Lisimachos Kondi, Ajay Luth-ra, Song Ci., - John Wiley & Sons Ltd., 2009, 412 pages
2. Video Demystified Fourth Edition /Keith Jack., - Newnes , 2005, 953 pages.
3. Сэломон Д. Сжатие данных, изображений и звука М.: - Техносфера, 2004. - 368с.
4. Ричардсон Я. Видеокодирование. Н.264 и MPEG-4 — стандарты нового поколения. М.: - Техносфера, 2005. - 368 с.
5. RAO K.R., YIP P.: 'Discrete cosine transform: algorithms, advantages, applications' (Academic Press, 1990).
6. ISO/IEC 13818: 'Generic coding of moving pictures and associated audio (MPEG-2)'.
7. ISO/IEC 11172: 'Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5 Mbit/s'.
8. Young Kyun Kim, Ramjee P. 4G Roadmap and Emerging Communication Technologies (Universal Personal Communications) // Academic Press, 2006.
Парфенова А.О., Макаренко А.Ю., Могильний С.Б. Порівняльний аналіз основних стандартів відео для передачі по 4G-мережам. У статті виконано огляд та аналіз основних стандартів відео, які можуть бути використані для передачі мультимедійної інформації по 4G-мережам; також наведені порівняння основних параметрів, які впливають на показники ефективності стандартів.
Ключові слова: стандарти відео, 4G-мережі, компресія відео._____________________
Парфенова А.А., Макаренко А.Ю., Могильний С.Б. Сравнительный анализ основных стандартов видео для передачи по 4G-сетям. В данной статье выполнен обзор и анализ основных стандартов видео, которые могут использоваться для передачи мультимедийной информации по 4G-сетям; также приведено сравнение основных параметров, которые влияют на показатели эффективности стандарта.
_____Ключевые слова: стандарты видео, 4G-сети, сжатие видео._____________________
Parfenova A., Makarenko A., Mogilnuy S. The comparative analysis of the basic standards of video for transmition on 4G-networks. In this article review and the analysis of the basic standards of video which can be used for transmission of the multimedia information on 4G-networks are executed; also comparison of key parameters which influence on efficiency of the standard is resulted.
_____Key words: standards of video, 4G-networks, transmission of the multimedia._
176
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-№40
