Informacije koje predstavljaju sadržaj jedne digitalizovane televizijske slike, obuhvataju veliku količinu podataka, koji moraju biti prvo sačuvani a zatim i preneti sa mesta predaje na mesto prijema. Da bi se to obavilo na zadovoljavajuci način potrebno je izvršiti kompresiju digitalizovane slike na predaji i njenu dekompresiju na prijemu. Zbog velike količine informacija koju daje digitalizovana slika sa jedne strane, i ograničenog propusnog opsega prenosnog kanala sa druge strane potrebno je izvršiti redukciju podataka koji će biti preneti i to na takav nacin da se što manje ugrozi kvalitet i sadržaj originalne informacije. Postupak kompresije sadržaja slike koji se obavlja prema odredenom standardu, omogućava takvo rešenje. Vrsta i nivo kompresije signala zavisi između ostalog, od nekoliko sledećih činilac:

– karakter prenošene informacije; da li je to pokretna ili statička slika,
– raspoloživa širina propusnog opsega kanala za prenos,
– subjektivna ocena kvaliteta prenete slike posle dekompresije,
– potreba da se uz video signal prenosi i komprimovan audio signal.

STANDARDI KOMPRESIJE SIGNALA

Krajem 90-tih godina pocelo se sa prenosom signala u digitalnom obliku, što je zahtevalo ustanovljenje odgovarajuceg formata za prenos digitalnih signala. U skladu sa međunarodnim preporukama koriste se sledeće učestanosti odmeravanja i to:13,5MHz za signal osvetljaja (Y), 6,75MHz za oba signala razlike boja. Koristeći 8-bita za kvantizaciju, dobija se količina informacija od 216Mbit/s, što je vrlo veliko čak i za satelitske kanale. Zbog toga su razvijene posebne tehnike za digitalizaciju i kompresiju digitalnih signala od strane posebne grupe stručnjaka pod nazivom MPEG. MPEG naziv standarda za kompresiju signala, potiče od naziva radne grupe MPEG (Moving Picture Experts Group).

MPEG eliminiše redudansu u okviru slike i između slika. Razvoj standarda MPEG odvija se u fazama. Razvoj MPEG-1 standarda (prva faza) započet je 1988. godine. Taj standard omogućava kompresiju video signala sa binarnim protokom oko 1,5Mb/s (VHS kvalitet). Standard je specificiran kao dokument ISO/IEC 11172. Razvoj MPEG-2 standarda (dokument ISO/IEC 13818) započet je u julu 1990. godine. Cilj je bio da se definiše standard za kodovanje audio-vizuelnih informacija koja daje profesionalni kvalitet sa binarnim protokom sve do 15Mb/s, a koji je zasnovan na CCIR 601 preporuci za digitalni televizijski standard. Postojala je namera da MPEG-3 bude namenjen televiziji visoke definicije (HDTV), ali je on uklopljen u MPEG-2. MPEG-4 je predviđen za veoma male bitske brzine (10-ak kb/s), za video-telefoniju i mobilne komunikacione uredaje.

Standard za kompresiju pokretnih slika MPEG-2 omogućava odgovarajući nivo kompresije, uz očuvanje kvaliteta prenete slike. Ukoliko je nivo kompresije dovoljno veliki, može se obezbediti da se prenese ne samo jedan već nekoliko digitalizovanih satelitskih kanala, u okviru raspoloživog propusnog opsega jednog satelitskog kanala. MPEG-2 standard definiše sintaksu i semantiku digitalnih nizova u kojima su digitalni video i audio podaci multipleksirani. Multipleksiranjem (MPEG-2 sistem) kombinuju se video i audio (AV) i kao takvi se mogu dodati u jedinstveni niz (TS – Transport Stream). U satelitskom prenosu koristi se QPSK modulacija.

Za digitalni video prenos DVB (Digital Video Broadcasting) u Evropi se koristi MPEG-2 format, pomoću koga se, uz korišćenje odgovarajuceg modema, pored praćenja programa mogu obezbediti i druge komunikativne usluge.

Jedna od specifičnosti standarda MPEG-2 je da se ne može izvršiti kompresija šuma. Kako je šum po sadržaju signal potpuno slučajnog karaktera, on se ne može komprimovati.
TEHNIKE DIGITALNE KOMPRESIJE
U svetu se intenzivno usavršava i uvodi tehnologija digitalne kompresije, koja omogućava ekonomičnije korišćenje resursa potrebnih za prenos signala i manje memorije za čuvanje komprinovanog signala. Pošto se signal prenosi bez redundanse, potreban je manji binarni protok tj. manja širina propusnog opsega. Kako je smanjen broj bita za prenos, raspoloživa snaga emitovanja signala raspoređena je na manji broj bita, pa svaki bit nosi više energije tako da je za, na primer, prijem satelitskog programa potrebna satelitska antena manjeg prečnika. Metode kompresije mogu se podeliti na osnovu dela slike koji se obrađuje, i to na metode kod kojih je obrada na nivou linije složenog video signala, dela površine poluslike (slike) ili cele slike (engl. Intraframe Coding) i niza susednih slika (engl. Interframe Coding).
Inter-frejm kodovanje
Inter-frejm obrada zasnovana je na predikciji amplitude elemenata slike iz predhodne slike. Emituje se razlika aktuelne vrednosti i predviđene vrednosti piksela. Za većinu slika vrednost razlike je mala jer postoji povezanost (zavisnost) između uzastopnih slika. Zato što je raspon vrednosti razlika mali, binarni protok se značajno smanjuje.

U koderu proces predikcije se izvodi tako što se slika podeli na nepreklapajuće blokove veličine 16x16 (ili 8x8) piksela, a zatim se takav jedan blok iz tekuće slike poredi sa svim 16x16 (ili 8x8) blokovima iz definisane oblasti pretraživanja predhodne slike. Ta oblast pretraživanja može da obuhvata celu sliku, a može da obuhvata samo susedne blokove što zavisi od vrste uređaja za kompresiju. Blok predhodne slike, koji po vrednosti amplituda najviše odgovara bloku tekuće slike, se izdvaja i oduzima od tekućeg bloka. U toku te operacije obavlja se i obrada nazvana kompenzacija pokreta, pri cemu se pod pokretom podrazumeva promena položaja bloka u dve uzastopne slike. Vrednost vektora, koji definiše promenu položaja tekućeg bloka u odnosu na blok koji najviše odgovara iz prethodne slike (slika 1.), se koduje i prenosi do dekodera.
{mosimage}  

Na slici 2. je prikazan blok-dijagram dela kodera koji omogućava predikciju i kompenzaciju pokreta. U fiksnoj memoriji čuva se predhodna slika, a u promenljivoj memoriji obavlja se poređenje blokova. U dekoderu se odvija isti proces predikcije. Kad se prenesena vrednost razlike doda predviđenoj vrednosti dobija se originalna amplituda piksela. Obrade se obavljaju za sve tri vrste signala Y, CR, CB (digitalizovani luminentni i hrominentni signali) nezavisno.
{mosimage}
Intra-frejm kodovanje
Na početku kodovanja fiksna memoraija se puni nulama. Tekuća slika se tada koduje bez predikcije i uspostavlja se referenca za dekoder. Uobičajeno je, s vremena na vreme, da se emituje samo intrakodovan frejm da bi se izbegla akumulacija greške u predikciji ili prenosu.
Diskretna kosinusna transformacija (DCT)
DCT (engl. Discrete Cosine Transform) transformacija konvertuje blok tipično dimenzija 8x8 piksela iz dvodimenzionalnog prostornog domena u dvodimenzionalni frekvencijski domen. Horizontalna frekvencija raste s leva na desno, a vertikalna od vrha ka dnu (gornji levi ugao – nulta frekvencija, a u donjem desnom uglu – najviša frekvencija). Tom transformacijom ne postiže se redukcija, ali su dobijeni frekvencijski koeficijenti mnogo podesniji za dalju redukciju jer blokovi, nad kojima je izvršena DCT transformacija, sadrže koeficijente sa malim rasponom vrednosti, tako da je za kodovanje potreban manji broj bita.

U MPEG koderu DCT transformacija se primenjuje uglavnom na slike koje su prošle inter-frejm obradu. Zato su amplitude pre DCT transformacija relativno male. Očekuje se da će amplitude DCT koeficijenata visokih učestanosti biti veće, jer visoke učestanosti predstavljaju razliku nastalu zbog netačnog preklapanja blokova pri poređenju. Pošto su vrednosti razlika male i bliske su nuli, nema jasno izražene jednosmerne komponente tj. amplitude koeficijenata niskih učestanosti su male. Ta konstatacija ne važi ako se DCT transformacija primenjuje na intra-frejm kodovanu sliku (bez predikcije i bez kompenzacije pokreta).