Kompresja

Oznacza zapis danych binarnych stosowany w systemach transmitujących bardzo duże zbiory informacji multimedialnych, o rozmiarach setek MB. W kompresji danych cyfrowych wykorzy- stuje się fakt powtarzania wielu elementów w ciągu informacyjnym. Powszechnie stosowanym sposobem kompresji danych to redukcja długości pliku za pomocą metody statystycznej. Operacja kompresji rozpoczyna się od fazy analizy zawartości pliku danych. Sprawdzana jest obecność powtórzeń tego samego znaku (bajtu) po to, aby go zastąpić w pliku wynikowym liczbą powtó- rzeń i znacznikiem jego występowania. Ten sposób kompresji daje zadawalające wyniki dla danych typu tekstowego. Kompresja grafiki, dźwięku czy obrazów wideo jest realizowana w odmienny sposób.

Dane binarne reprezentujące dźwięk, czy grafikę można poddać kompresji bezstratnej lub kompresji stratnej. W przypadku danych tekstowych (pliki tekstowe, bazy danych, dane sterujące) wymagana jest kompresja bezstratna, aby możliwe było jednoznaczne odtworzenie przesłanej informacji. Dla dźwięku lub obrazu graficznego dopuszcza się możliwość wystąpienia strat informacji po dekompresji - bez istotnego wpływu na czytelność odebranych danych. Co więcej opracowano szereg metod na szybkie odtworzenie jakości obrazu lub dźwięku po stronie odbioru. Dzięki kompresji danych cyfrowych niejednokrotnie staje się możliwe przeniesienie wiele z usług szerokopasmowych do sfery usług wąskopasmowych, o przepływności danych poniżej 2 Mb/s.

Kompresja JPEG

Opracowana przez Joint Photographic Expert Group - dla kompresji skanowanych zdjęć koloro- wych oraz pojedynczych klatek filmowych i wideo. W standardowym wydaniu jest to technika kompresji stratnej co oznacza, że po dekompresji otrzymujemy obraz gorszej jakości. JPEG uzyskuje maksymalny stopień kompresji równy 20 : 1, przy niezauważalnej stratności jakości obrazu. Przy stopniu kompresji 2 do 3 odzysk obrazu jest prawie stu procentowy, to znaczy jest to kompresja bezstratna. Przy stopniu kompresji 8 - 20 występuje strata jakości wizualnie nie zauważalna. Kompresja 64 krotna JPEG daje widoczną stratność jakości kopii, natomiast przy kompresji 200 krotnej przekazujemy obraz ledwo rozróżnialny.

Kompresja MPEG

Jest techniką kompresji opracowaną przez Motion Picture Expert Group, dla obrazów ruchomych (jak wideo i film) oraz dla plików opisujących metodę kompresji. W systemie MPEG następuje porównanie każdego obrazu następnego z poprzednim w sekwencji obrazów. Jeśli cały obraz lub jego część nie uległa zmianie następuje rejestracja stopnia zmiany. MPEG jest metodą kompresji stratnej w której po dekompresji otrzymujemy obraz gorszej jakości. Uzysk kompresji odpowiada relacji ciągu danych przesłanych w formie obrazu nieskompresowanego z szybkością 9MB/s, który po kompresji można przekazać w tym samym czasie z szybkością 2 Mb/s, tj jeszcze w paśmie transmisji wąskopasmowej. Maksymalny stopień kompresji MPEG wynosi 200 : 1, wtedy obraz po dekompresji jest ledwie rozróżnialny.

MPEG 1 - jest standardem kompresji obrazu dla systemów transmisji o przepływności do 2 Mb/s. W standardzie kompresji wykorzystano algorytmy transformacji z kompensacją ruchu. MPEG1 audio i MPEG1 wideo z multipleksacją dźwięku i obrazu stosowane są do zapisu sygnałów cyfrowych na płytach wideofonicznych z szybkościami strumienia danych cyfrowych od 1, 5- 2Mb/s.

MPEG 2 - jest standardem kompresji sygnałów wizji, dla telewizji cyfrowej, o jakości przewyż- szającej dotychczasowe systemy telewizyjne (PAL, NTCS, SECAM). Standardowy system kompresji został uzupełniony o mechanizmy kodowania obiektów przemieszczających się względem nieruchomego tła. System MPEG2 określa ponadto przedziały przepływności kanału niezbędne dla przesłania sygnałów wizji o określonej rozdzielczości jak:

- 1-2 Mb/s, dla rozdzielczości 352x288 punktów - LDTV (Low Definition TV),
- 4-5 Mb/s, dla rozdzielczości 720x576 - SDTV (Standard Definition TV),
- 8-10 Mb/s, dla rozdzielczości 960x576 - EDTV (Enhnced Definition TV),
- 20-30 Mb/s, dla rozdzielczości 1920x1152 - HDTV High Definition TV).

Kompresja fraktalna

Polega na wyszukaniu w obrazie powtarzających się elementów. Plik skompresowany zapisuje położenie i wielkość tego elementu. Program dekompresji odtwarza z tych elementów zakodowa- ny fraktalowo obraz.

Kompresja AVI (Audio-Video Interleave)

Jest techniką kompresji zastosowaną przez firmę Microsoft do zapisu danych graficznych na nośnikach CD-ROM.

Transmisja dźwięku

Transmisja dźwięku odgrywa szczególną role w systemach wideokonferencyjnych. Współczesne środki techniczne zapewniają doskonałą jakość przesyłanego dźwięku, kodowanego cyfrowo, o przepływności 64 kb/s. Stosowanie zaawansowanych systemów kompresji dźwięku pozwala uzyskać te same efekty przy przepływnościach kanałów transmisyjnych rzędu 8 kb/s. Ma to istotne znaczenie jeśli zważymy jak dużą objętość mają graficzne formy danych. Niewykorzystane pasma (przepustowości) transmisyjne pierwotnie rezerwowane dźwięku, możemy wykorzystać dla zwiększenia przepustowości kanałów transmisyjnych dla danych obrazowych. Wyposażenie systemu teletransmisji w przetworniki dźwięku (mikrofon i głośnik) niesie za sobą szkodliwe sygnały zakłócające: szumy linii transmisyjnych i echa generowane pomiędzy obydwoma prze- twornikami, po obu stronach linii transmisyjnych. W celu zapewnienia wysokiej wierności sygnałom akustycznym stosujemy dwie metody korekcyjne: redukcję szumów i kompensację echa. Metoda redukcji szumów wykorzystuje rozpoznawanie stanów nieaktywnych transmisji sygnałów mowy i detekcji, za pomocą procesorów sygnałowych, obecnych w tych stanach szumów. Metoda kompensacji echa polega na rozpoznaniu odbić sygnałów generowanych między głośnikiem i mikrofonem odbiorcy. Wyeliminowanie echa przed jego przetworzeniem i przesłaniem ma istotne znaczenie dla dynamiki sygnału dźwiękowego przekazywanego przez łącze teletransmisyjne.

Transmisja wideo obrazu

Wysoko wydajne techniki kompresji umożliwiają obniżenie wymagań do przepływności kanałów teletransmisyjnych dla przesyłu obrazów ruchomych. Można przyjąć, że zmniejszenie wymagań dla przepływności mediów transmisyjnych jest podstawową przyczyną wzrostu zainteresowania usługami multimedialnymi. W zakresie transmisji obrazu możemy mówić o dwóch klasach rozwiązań (standardy H320 i H261):

- wideotelefony i wideokonferencje, obejmujące dwustronną wymianę wideo informacji,

- wideodystrybucja obrazu ze zwrotnym (interaktywnym) oddziaływaniem.

Pierwsze systemy wideotelefoniczne dla dwustronnej komunikacji audio-wideo, wymagały łączy teletransmisyjnych o przepływności 2 Mb/s. Rozwój technologii specjalizowanych układów elektronicznych (ASIC) wyposażyły rynek w układy umożliwiające kompresję układową sygnału wizyjnego o rozdzielczości 176x144 punktów (format Q- CIF), powtarzanego z częstością 30 ramek/s. Jeśłi zmniejszymy liczbę powtórzeń ramek na sekundę do 20, oznacza to zwiększenie rozdzielczości 352x288 punktów - dla kompresji formatu CIF. Zastosowanie układowej kompre- sji MPEG 2 gwarantuje uzyskanie wysokiej jakości usług wideokonferencynych za pośrednictwem systemów ISDN, o przepływności 384 kb/s w jednym kanale transmisyjnym. Produkowane są już układy elektroniczne umożliwiające wytwarzanie kart komunikacyjnych dla PC wideokonferencji, wielostanowiskowych.

Systemy wideokonferencyjne są wykorzystywane do przekazywania następujących rodzajów informacji:

- przygotowanych uprzednio sekwencji wideo (np. dla celów szkoleniowych),

- jednokierunkowa emisja sekwencji wideo,

- interaktywne wideokonferencje na żywo,

- prowadzenie zdalnych konsultacji medycznych,

- prowadzenie zdalnych konsultacji przy produkcji lub serwisie unikalnych przyrządów. - kształcenie na odległość,

- uzgadnianie i wymiana dokumentów.

W zakresie usług wideodystrybucji mówi się głównie o użytkownikach domowych, korzystających z dostępu do zdalnych wideoserwerów, za pomocą naziemnych łącz kablowych i radiowych oraz łącz satelitarnych.

W dużych centrach dystrybucyjnych zainstalowane są elementy multimedialnej rozrywki, telewizja, radio, bazy informacyjne na tematy kultury i regionów, wykazy ważniejszych punktów handlowych, oferty handlowe i rekreacyjne, połączenia komunikacyjne, informacje o ważnych ludziach, plany i programy imprez handlowych i naukowych, itp.

Abnonencka Sieć Światłowodowa - Określane jest w ten sposób światłowodowe medium transmisyjne obsługujące system ISDN. Łącza światłowodowe przekazują informację między odległymi węzłami sieci publicznej.

ATM - (Asynchronous Transfer Mode), jest to szeregowa asynchroniczna transmisja danych multimedialnych: wideo, dźwięk i plik komputerowy. ATM korzysta z łącz telekomunikacji cyfrowej szerokopasmowej B-ISDN.

AVI - Metoda kompresji obrazów wideo na płytach CD, opracowana przez firmę Microsoft. Mozę być również stosowana do kompresji innych obrazów graficznych.

B-ISDN - Jest to szerokopasmowa (Broad Band) ISDN, oparta na synchro nicznym systemie transmisji światłowodowej (europejski SDH i amerykański SONET) lub szybkiej technologii transmisji asynchronicznej ATM. BISDN umożliwia transmisję informacji w różnych postaciach: pliki komputerowe, głos, dźwięk o poziomie jakości CD, wideo obraz, obraz telewizyjny o wysokiej rozdzielczości.

Datagram - Jest to forma przesyłu wiadomości w postaci dużych bloków danych, dzielonych na numerowane pakiety. Są one przesyłane poprzez sieć telekomunikacyjną bezpołączeniowo. Usługi transmisji datagramowej nie gwarantują doręczenia przesyłki do adresata.

HDLC - Jest to protokół komunikacyjny stosowanym w transmisji danych między lokalnymi i odległymi stacjami sieci komputerowych. Ramka HDLC opisuje zasady kodowania danych dla systemu transmisji bitowo-zorientowanej w połączeniach punkt-punkt (point to point).

Hipermedia - Określa aplikację opartą głównie na obrazie wideo z pełną ruchomą formą wizyjną (co najmniej 20 klatek na sekundę), z animowaną grafiką komputerową wraz z dźwiękiem.

Hipertext - Jest to narzędzie przygotowania aplikacji oparte na tekście i hipertekście w którym obraz graficzny jest traktowany jako uzupełnienie zwykłego tekstu. W oprogramowaniach hipertekstowych przyjęto za standard zasadę niesekwencyjnego, głównie skojarzeniowego) sposobu przeglądania informacji, według zadanych metod. Podstawowym oprogramowaniem hipertekstowym jest hipercard, dla komputerów Apple.

HUB - Jest urządzenie rozwidlającym przewody wyjściowe z serwera do stacji roboczych. HUB pasywny jest prostym rozwidlaczem linii bez wzmacniania sygnałów. HUB aktywny (wzmacniający) posiada wzmacniacze sygnałów. Hub aktywny zwany jest często koncentratorem linii.

HUB PRZEŁĄCZAJĄCY - Jest to urządzenie inteligentne spełniające funkcje HUB'a aktywnego oraz funkcje przełącznika. Funkcja przełącznika jest związa na z możliwością grupowania w segmenty komputerów podłączonych do niego.

ISDN - Jest to teletransmisyjny System Cyfrowy z integracją Usług (Integrated Service Digital Network), zapewniający realizację wielu usług telekominikacyjnych w jednolitym standardzie cyfrowym. System oparto o metody przetwarzania sygnałów zapisanych cyfrowo i komutowanych kanałach komunikacyjnych. System ISDN jest siecią telekomunikacyjną połączeniową, wykorzy- stywaną do realizacji usług w lokalnych centralach telefonicznych lub w sieciach komputerowych korzystających z publicznej sieci telefonicznej. Przyłącza pierwotne mogą obsługiwać większe systemy telefoniczne lub sieci komputerowe o dużym obciążeniu.

JPEG - Jest to technika kompresji obrazów statycznych w szczególności skanowanych zdjęć kolorowych oraz pojedynczych klatek wideo. Jest to technika kompresji stratnej co oznacza, że po dekompresji otrzymujemy obraz gorszej jakości. Przy 20 krotnej kompresji JPEG uzyskujemy niezauważalny stopień stratności obrazu. Przy kompresji 200 krotnej przekazujemy obraz ledwo rozróżnialny.

Kanał transmisyjny - Jest to fizyczna linia transmisyjna w przypadku transmisji wąskopasmowej (transmisji w paśmie podstawowym). Dla systemów transmisji szerokopasmowej, z czasowym udostępnianiem łącza fizycznego wielu abonentom (komutacją kanału fizycznego), jest nim wydzielona część kanału fizycznego, która wynika z przy działu czasu transmisji lub wydzielenia przepustowości łącza fizycznego dla jednego abonenta.

Komutacja - Jest to przełączanie punktów komunikacyjnych, najczęściej na wejsciach lub wyjściach linii transmisyjnych. W wyniku przyłą czenia abonenta do lini przekazywana jest informacja w całości lub jej wydzielona część. W teletransmisji danych mówimy zazwyczaj o przełączaniu ramek lub przełączaniu komórek.

Komórka danych - Jest to krótki ciąg danych, stanowiący część składową zbioru transmitowanych danych. Podstawowym przykładem jest komórka w systemie ATM, składająca się z 53 oktetów binarnych.

Kompresja - Oznacza zapis danych binarnych wykorzystujący fakt powtarzania się wielu elementów w ciągu informacyjnym. Powszechnie stoso- wanym sposobem kompresji danych to redukcja długości pliku za pomocą metody statystycznej. Sprawdzana jest obecność powtórzeń tego samego znaku (bajtu) po to, aby go zastąpić w pliku wynikowym liczbą powtórzeń i znacznikiem jego występowania. Dane binarne reprezentujące dźwięk, czy grafikę można poddać kompresji bezstratnej lub kompresji stratnej. Dla dźwięku lub obrazu graficznego dopuszcza się możliwość wystąpienia strat informacji po dekompresji. Dzięki kompresji danych cyfrowych niejednokrotnie staje się możliwe przeniesienie wiele z usług szerokopasmowych do sfery usług wąskopasmo wych, o przepływności danych poniżej 2 Mb/s.

Komutacja - Jest to inaczej operacja przełączanie kanałów, najczęściej odno szące się do systemów transmisji szerokopasmowej, z czasowym udostępnianiem łącza fizycznego wielu abonentom,

Koncentracja informacji - Jest to operacja gromadzenia danych w buforach pamięci w celu ich przygotowania do transmisji. Przygotowanie danych polega na zapisie zgodnym z protokołem transmisyjnym. Urządzenie wykonujące te operacje nazywane jest koncentratorem informacji, lub prościej - koncentratorem.

Koncentrator - Pod tym pojęciem rozumie się urządzenia koncentrującym: linie, informację lub kanały. Mimo pewnego podobieństwa zadań są to urządzenia funkcjonujące w zasadniczo różny sposób.

Koncentracja lini, oznacza fizyczne rozwidlenie linii. Tego typu urządzenie jest znane również pod nazwą Hub. Stoso- wanie w tym pojęcie terminu koncentrator nie jest wskaza- ne.

Koncentracja informacji, jest operacją wykonywaną za pomocą inteligentnego urządzenia teletransmizyjnego. Dane są gromadzone w buforach pamięci przed ich skierowniem do linii transmisyjnej. W koncentratorze informacji mają miejsce operacje przetwarzania danych do formatu zgodne go z wyjściowym systemem transmisji. Mogą ponadto być rozpoznawane adresy grup komputerów - segmenty sieci komputerowej do których należy adresat danych. Termin koncentrator jest zatem tradycyjnie kojarzony z urządzeniem do koncentracji informacji.

Koncentrator kanałów jest pojęciem telekomunikacyjnym, rzadko pojawiającym się w terminologii informatycznej. Jest to transkoder informacji wielobitowej (słowo równoległe) na informację wielobitową (słowo równoległe) zapisywaną mniejszą liczbą bitów.

Linia prywatna - Jest linią teletransmisyjną wykonaną i eksploatowaną przez jednego lub grupę użytkowników.

Linia publiczna - Jest linią teletransmisyjną ogólnego użytku, którą mogą się łączyć przypadkowi abonenci (gdy łącze jest wolne). Przykładem łącz publicznych może być sieć telefoniczna Telekomunikacji Polskiej.

Łącza dzierżawione - Jest to linia teletransmisyjna wypożyczona przez pojedynczego lub grupę użytkowników od przedsiębiorstwa usług telekomunikacyjnych (np. TP SA) dla realizacji zadań telekomunikacyjnych na za- sadzie wyłączności użytkowania.

Medium transmisyjne - Pojęcie medium transmisyjne jest używane w ogólnym znaczeniu linii telekomunikacyjnej. Np. medium przewodowe, medium bezprzewodowe. Mówiąc dostęp do medium transmisyjnego rozumiemy ogół operacji związanych z badaniem zajętości linii oraz uruchomienia transmisji danych.

MPEG - Jest techniką kompresji, dla obrazów ruchomych (jak wideo i film) oraz dla plików opisujących metodę kompresji. W systemie MPEG następuje porównanie każdego obrazu następnego z poprzednim w sekwencji obrazów. Jeśli cały obraz lub jego część nie uległa zmianie następuje rejestracja stopnia zmiany. MPEG jest metodą kompresji stratnej. Maksymalny stopień kompresji MPEG wynosi 200, wtedy obraz po dekompresji jest ledwie rozróżnialny.

Multimedia - Pod pojęciem multimediów informacyjnych definiowane są łączne (jednoczesne) oddziaływania na wszystkie zmysły człowie ka, tj. wzrok, słuch, dotyk, smak i węch, za pomocą tych samych środków technicznych.

PAD - Jest urządzeniem teletranamisyjnym instalowanym na wlocie i wylocie linii komunikacyjnych odległych sieci komputerowych, korzystających z linii publicznych (standard X. 25). Należy on do grupy koncentratorów informacji (czasem koncentratorów informacji i kanałów).

Pakiet danych - Pod pojęciem pakietu danych rozumie się duży zbiór informacji binarnej będący elementem składowym wiadomości. Pakiet jest transmitowany w jednym połączeniu (Packet Switched Telefon Network). Przesyłanie pakietów jest terminem występującym na ogół w rozległych sieciach komputerowych wykorzystujących łącza publiczne.

Protokół transmisji - Umowa obowiązująca między nadawcą i odbiorcą informacji co do formatu transmitowanych danych nazywana jest protokołem transmisji.

Przepustowość kanału - Jest to wtórna definicja szybkości transmisji odnoszona do parametrów łącza. mówimy o szybkości przekazywania danych np. 10 Mb/s, lub o przepustowości kanału lub łącza - 10 Mb/s.

PSTN - Publiczna Przełączana Sieć Telefoniczna. Termin odnoszący się do serwisu telekomunikacyjnego w ogólnym tego słowa znacze niu, ale jest również używany w znaczeniu teleinformatycznym. Występuje on bardzo często razem z terminem ISDN - Sieć Cyfrowa z Integracją Usług.

Ramka - Jest określeniem na format transmitowanych danych. Do ramki przekazywane są dane uzupełniane danymi dodatkowymi jak adresy odbiornika i nadajnika, pola diagnostyki dla procesu trans- misji, znaki początku i końca ramki, znaki sterujące, itp.

Sieć lokalna - LAN, lokalna sieć komputerowa (Local Area Network), zawierająca komputery połączone własnymi (prywatnymi) niekomutowa- nymi liniami transmisyjnymi. Komputer nadający dane przekazuje je do bufora karty komunikacyjnej, która pakietuje dane i analizu je stan zajętości liniii, w końcu przesyła dane na linię transmisyjną.

Sieć rozległa - Jest złożonym organizmem odległych sieci lokalnych. Z uwagi na sposób komunikowania się odległych węzłów sieciowych, wzoro- wany na sieciach telekomunikacyjnych mówimy również o sie- ciach teleinformatycznych. Różnice między sieciami lokalnymi a rozległymi znajdujemy w odmiennie realizowanych połączeniach fizycznych oraz w odmiennej topologii i metodach dostępu do zasobów sieci. Systemy transmisji danych między stacjami odle- głymi winny, oprócz dużej szybkości przekazywania danych, umożliwić przesył trzech różnych rodzajów informacji - obrazu analogowego (video grafiki), sygnałów audio (dźwięku) i kompu- terowych plików danych. Każdy z wymienionych rodzajów infor- macji (multimedialnej) podlega innej formie obróbki, za pomocą kodowanie i kompresji, przed jej przesłaniem. Istotnym proble- mem transmisji informacji multimedialnej staje się również po- trzeba synchronizacji tych trzech mediów informacyjnych o za- sadniczo różnej długości.

Szybkie PSTN - Jest to unowocześniona wersja sieci PSTN, wykorzystująca szybkie techniki transmisyjne, najczęściej ATM. Cechą charakterys- tyczną szybkiego PSTN jest kontrola jakości transmisji w pośrednich węzłach komunikacyjnych (przełączania).

Teletransmisja - Jest to przekazywanie danych na odległość (tele - zdane, odległe),

Telekomunikacja - Jest dziedziną zastosowań technik teletransmisyjnych, do przekazywania wiadomości.

Transmisja połączeniowa - Przekazywanie danych między abonentami kojarzy się zazwyczaj z wybraniem adresu odbiorcy a następnie przesłaniem przygowanej dla niego wiadomości. Taka zasada jest równiez realizowana w rozległych sieciach komputerowych.

Transmisja bezpołączeniowa - Jest sposób przekazywania wiadomości, które nie muszą być kwitowane na bieżąco. Pakiety (bloki) danych są przekazywane do najbliższego lub niezajętego węzła sieciowego, który kontynułuje trasmisję danych do następnego węzła sieciowego w chwili zwolnienia linii transmisyjnej.

Transmisja datagramowa - Przekazywanie dużych zbiorów danych (długich wiadomości) odbywa się mniejszymi blokami (pakietami), które mogą wędro- wać do odbiornika różnymi drogami. Ponieważ istnieje możliwość dotarcia pakietów do punktu odbioru w kolejności innej niż zostały nadane, wprowadzono ich numerację. Oznakowany pakiet nazwano datagramem a transmisję pakietów oznakowanych, transmisją datagramową. Cechy pakietów umożliwiają ich poskładanie we właściwym porządku, aby ponownie utworzyły wiadomość.

X. 25 - Jest zapisem (specyfikacją) objaśniającą reguły transmisji danych w sieciach publicznych.