Быков Р.Е. Теоретические основы телевидения (1998) (1142168), страница 35
Текст из файла (страница 35)
е. отлвчев от г (в). К юявлепию ложных хомпопевтов, естесгвевво, приводит в неверный выбор рабочей полосы фильтра. Наряду с дискретизацией сигналов вэображеывя во времеви в процессе формпроваввя цифрового сигнала изображеиия используется дюкреткзацвя спгвала по амплитуде, влв кваннюванив по уровню. При этом жсь двыамичеси!й диапазон взмевеввя выходного сигнала взображевия разбивается иа конечное число уровней — уровней квавтоваввя — так, что все возможвые звачевия входного свгвала (от 0 до в ) представлшотся ковечвым числом двскретвых эвачеввй (г~!, в„атд ..., в~,) в диапазоые от 0 до вв (рис 5 7, а).
Такое представление свгвала юображепвя возможио правде всего в связи с тем, что получатели видеоиыфорыщви (зрительный анализатор, измерительный прибор и др.) обладают ограввчеввой коптраствой чувстшпельыостью (см. $ 2.3), в то же время квавтовавве позволяет уменьшить влияние помех в тракте передачи и преобраэоваикя впдеоввформацви.
Рассмотрим основы процедуры квавтоваввя свгвала иэображения '1211 Освовпой характеристикой преобразователя аналогового сигнала в квавтовавпый по уровню явлжтся характеристика квантовавия г Дг„) с равномерным (рве. 5.7, а) влв ыеравиомервьпг (рис. 5.7, 6) квавтовавыем. Характеристика может быть рассчитала для упайолярюго (рпв 5.7, а) илв бвполярпого (рвс. 5.7, б) свгвалов. Ввдво, что каждому определевыоыу интервалу входыого спгвала соотжтствует фпксвровавпое злаченые выходного.
Иптервал мелщу соседввми уроввямв квавговаввя называют !нагом «ванвоваиия а, а пвтервалы между соседвпмв порогамп кваытовапм— аивервавом кванннманая Ат. При равномерном распределении уровней ы порогов квавтоаавия 5ьвкя одв !22 в !в) л) Рвс. 5.7.
Хараатарисдлаи алавтолатвлва слтавлов юобрлзсака б Р. е. Быков 1б1 (рнс. 5.7, а) харакгернстнку квантования уввполярного свгнала можно представить в виде г =а',~ 1(г -Щ, (5.25) 5 ! где едввнчлая фуншпш 1( ) = ~ 10 для ( 1<0, (1 для Я>0.
для неравномерного квантования выражение (5.25) приобретает следу5оп1750 форму: Ю з =',~„ф1(г„-ЬВ). 5 ! Иногда используют понятне о козффнцненте усиленна авантователи свгнала Д=г /з, Нетрудно видеть, что звачешю Д завнснт от велвчнвы входного свппша н изменяется в пределах внтервала квантования. Прв уаелвченвн числа уровней квантоваяня харжтернстши равномерного квантовавня првблииается к линейной амплнтудной харахтернстнке, юзффнцвент усвлелвя стремятся к постоянной велвчвне, определяемой углом наклона амплитудной характернстнкв.
Хлрытернстш5а нелннейного квантователя прн увелнченнн уровней квантования прнблнжаетса к нелннейной амплитудной хараатервстнке с козффвпвентом усвлеввя преобразователя, завясящвм от амплнтуды входного снгнала. Выбор числа уровней квавтовавня прв обработке сигнала, предназначенного для формвровавня нзображення (вещательное телевядевне), должен провзводнться с учетом контрастной чувсгвител5 ностн зрения (см. 8 2.2), т. е. с учетом соотношевня (2.3) в кривой рнс. 25. Естественно, что при этом долины быль упены спепнфнка мспронзведенвя телевизионного взображення, харапер передачи н обработкн сигнала в телеввзионном тракте. При каавтошшнв снгналов пвепюго телеввденвя учитываются цветовые нскажешш, возникающие в связн с квантованием сигналов в особенностями аоспроязведения н воспрнятвя цветных взображеннй (14).
Вследствие представлення сигнала изображения конечным числом уровней квавтовання в восстановленном изображении возннкают шумы кваеиоваиия. Особенностью шумов квантовання является то, что онн возлагают ош5овременно с сигналом. По природе возникновения шумы квантования обусловлены невзбенлым различием между исходным н каантовалнь5м свгналамн. Поэтому онн существенно зависят от вида характернствкн квантователя. Шум квантования на изображении проявляепи по-разному н завнсвт от характера передаваемого сюжета. В мелках деталях взображенвя шум квантования проявляется в форме случайного шумового компонента яркости.
В нязкочастотной области помехи квавгователя проявляют5ж и виде ловжых контуров (плавные взменения яркостн 142 1~ )5 К=1 — яд Введем вероатность Р,(г)= ( р(г)бза5р(з)йи,. ь-а5 С учетом (5.27) н (5.28) 1 Кх=- ,'1 (Ьз,)зР,(г). 12, При равномерном распределевнв уровней квавтованвя 1 Кз=-(Ьз)!. * а (5.27) (5.28) (5.29) преобразуются в скачкообразные), заметность которых уменьшается прн увеличении чвска уровней квавтоваввя. Для уменьшешш заметности шумов квантования наряду с увеш1- ченнем чнсла уровней квантования нспользуют неравномерное квантование, учатывают статнствческве характернствкв класса передаваемых взображенвй, особенности зрвтельного воспрнатля ломех квантошшня в др. Зтв вопросы, так же как подходы к опенке шума квантования, широко освещены в литературе (1О, 12).
Прв равномерном квантовании н достаточно большом числе уровней квантовання плотносп вероатвостн обрабатываемого сигнала можно считать постоянной. Все амплитуды з попадающие в внтеРвал квантованнн ЬЯ т. е. Дла котоРых х, ь5<г„<г,+аь бУДУт заменены амплитудой з, нлв г, (будем считать 9ш1).
Ошибка каавтовання в этом случае Д<)бг,Д. Если в хачестве меры шума квантования взять среднекаадратнческое значение снгнала, то можно определить ошибку квантования: %+5!5 ()5(( где р(з) — шютность вероятвостн снпиыа д для анализируемого случаи, т. е. для рассматрвваемого интервала, р(з) =р(г,). Следовательно, ~,,л (л5,)5 ((,, ) = 1 (Д.)з, (.,)бй.= —, (.,). (5.2б) — ь~л 12 Суммарное значенве шума квантования определяется суммой значений в отдельных ввтервалах квантования; следовательно, с учетом (5.2б) Вели число уровней квавтоваввя и, то при равномерном распределении вероятности р(з) = 1/(и Ьа), а мощносп сигнала Ю аМ3 У,= 1 згр(з)ба= — ) згбэ= — нг(бз)г.
вла еалг 12 С учетом цалученного соотношения и с учетом шумов квантования (5.29) Ц =ьг-Ц= — (лг-1)(ла)г. 12 Отношение сигнал/шум для квантаваниого сюзгала ар )в )у вг Учитывая, что обычно в»1, имеем Ч' кевг. Для умеыьшевия заметности наума квантования, как было отмечена, используют неравномерное кваытоваыие с помощью неравномерной характеристики квантования или используют равномерную характеристику квантования, но сигнал предварвтелыю преобразуют путем нелвневного амплитудного преобразования. Для этого используют компрессор, имеющий амплвтудную характеристику передачи с у <1. Дла устранения нелинейных искажений в выходном юображениы в паследующвх трактах обработки н передачи сигнала изображения используют обратное нелинейное преобразованые с помощью экспандера. Подобные преобразования ввдеасигнала называют компандированием.
В современной аппаратуре чаще используют коаиовдвроаонве в цифровой форме, т. е. непосредственное неравномерное квантование. Заметим, что уровень квантования внутри интервала квантования может быль выбран и ве в центре интервала Ьз . Можно показать, чта длв минимизации шума квантования, если пороги выбраны достаточно блюко друг от друга, т. е. плотность вероятности р (а) в пределах интервала квантования можно считать постоянной, уровень квантования ыеабхадвмо располагать в центре каждого интервала. При равномерном квантовании, саедовательво, характеристика, указанная на рис.
5.7, о, оптимальна. При неравномерном распределении вероятности р(а) квантуемаго сигнала задача миниьшзации шума кваитоваывя приводит к более славным характерыстыкам квантомния. Одна из таких харакгеристик для так называемого квантователя Макса приведена на рис. 5.7, 6. Известны н другие подходы к ьшнимюациы искажений, возникающих в процессе квантования сигналов юабражения. Как видно ю вышеизложенного, квантование па уровню представляет сабоы нелинейный процесс.
Следовательно, это преобразование связана с изменениями частотного состава сигнала ызабражения. Известны различные подходы к описанию частотных преаб- 1 ц а цноровои кодировании сигналов нзоврикыныя Квавтованные сигналы изображ нию в виде, например, последова бивацвй. Такое преобразование н дулвввей (ИКМ). Кодирование в этом случае чаще всего представляется в виде записы номера уроии квантования, соответствующего значенюо сигнала изображения, в двоичной системе очна.
ловля. Вся процедура преобразования сигнала юображевив а(г), а) включающая дискретвзацвю, квантование в представление в виде последовательности двоичных вмпульсов (кодврование), иллю. стрируется рвс. 5.3. Использомние васьмнразрядного кодиромвм в рассмотренном варианте обсспечнвает кодирование сигнала с 256 уровнями квантованвя (2а=256). Полученный таким образом сигнал поступает в цифровые устройства обработки, устройства ввдеозаписи вли цифровой канал смзи. После передачи цифрового сигнала по каналу связи ов ва приемной стороне с помощью цифроаналогового ения подвергаются кодировательвоспг и-вчвых кодовых комазывается вмвулмэао-кодовой мо- г а о / ! е 11ПМ ! Х ( д) о Рве.
5.И дасареавааввв свгвии исирамии (а) еко ааавтоаавве (е) в аохаромвве (е) разоввный в процехе квавтоваши, однако в общем случае анализ частотных преобразований сигнала оказывается сложыым (2Ц. Как видно нз юложенного, процедура квантования выполняется последовательно, т. е. южное значение видеосигнала квантуется независима от остальных отсчетов. Вместе с тем ошибки, внасвмые при квантовании, мовжо уменьшить, если квантование производить относительно группы отсчетов (векторное квантование). При совместном квантовании группы ю и отсчетов квантованию подлежит вектор в в-мерном пространстве.
В этом случае стовт задача не только выбора числа ячеек квантования, но и вх формы. Поиск способа квантования, при котором миывмюируется средиеквадратическая ошибка квавтованиаь привел к появлению блочного квантования. Более сложные алгоритмы используются при квантовании сигналов цветных нзображенив [4, 101. преобразователя (ЦЛП) восстававлвметсз, т.
е. приобретает аналоговую форму. В состав ЦАП входат декодврующее устройство, преобразующее кодовую комбинацию в квавтовавную последовательность импульсов, ввтегратор и сглаживающий фильтр, восстанавливающий аналоговый свгнал изобракевяя. При использовании ИКМ в каналах свюи досппжтся высоказ помехоустойчивость, однако при этом существенно расширяется спектр сигнала по сравненвю со спектром исходного сипюла иэображения. Спецификой свгнала изображения явлзетсз наличие статистическвх, в частыости коррелзпионных, связей между свгвалами соседних элементов изображения. Использование зтвх связей позволяет повыапь эффективность функционирования каналов связи за счет применения более рацыоналъньп способов кодирования. Одним вз вих является кодирование с нрвдсказанием ~221.
Этот способ кодированвз основан иа том, что значительная часп информации об очередном (ф отсчете свгвала в, содержится в предшествующих отсчетах, т. е. в;=,у(л ъ в, ь в, „..., в;,). Навболее часто используются методы линейного предсказании. В этом случае сигнал ~-го оусчета (элемента) опредевжтся как ц = ~, а;-ьв~-в, Л (5.30) в! где н — полное число отсчетов, предшествующих рму, включаемых в процедуру предсказания; а, в — соответствующие весовые коэффициенты. Л Разность между истинным в, и предсказаывьпа в, значениями Л сигналов называют ошибкой нрвдскауанил е,=ц-в; .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
