Быков Р.Е. Теоретические основы телевидения (1998) (1142168), страница 36

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

Сигнал ошибки предсказания может принимать не только положительные, но ы отрицательные значения; следовательно, ов вмеег больший динамический диапазон. Вместе с тем изучениа статвствческвх улракгеристык сигналов изображения показывает, что если в первом приближении распределение вероятностей в исходном сигнале можно считать одюродвым, то условные распределенвя, характеризующие связи между соседнимн элементами иэображения, а следовательно, н распределения вероятностей рвзностного сигнала, весьма неравномерны. Особенно велика коррелщия между сигналами соседних элементов, что позволяет прн построении устройств предсказания использовать весовой коэффициент а, (соотношение (5.30)Ъ блвзивй Л х едюпще. В качестве предсказанного значения сигнала в~, следовательно, можно просто испольэовать свгнал, соответствующий предшествующему отсчету в; ь Устройство предсказания в этом случае представляет собой элемент задержки сигнала на период дискретизации Т„в сумматор Х, ва который для реализацан процедуры вычитания сигнал ц 1 подают в отрицательной полярности (рнс 5,9, а).

На выходе сумматора фармврустсз сигнал ошибки е а~=в,-в, ь Более сложные устройства предсказания, реа- Л т„ лнзующие вычисление в, в со- в) ответствни с (5.30), содержат ! и аналогичных УстРойств за- б б —. 0 гв держхн и перемножигели а,, а,, ..., а„, сипюлы с выходов которых поступают на сумматор / В ... вв -б .л Х„вычислзющии в„и сумматор Х„вычисляющий апыал ошибкй предсказания в; (рис. 5.9, 6). В теории пере- рве. зн Сгрувтурвнв свою устройств дачи сигналов устанавливается вривкавввю свюь коэффициента корреляции между отдельными отсчетами с величиной ошибки вычисаениз предсказанного апвала (16].

В цифровых системах связи сигнал ошибки в, подвергается операциям квантования, кодирования и передается по каналу связи. На приемной стороне вмеетоя аналогичный предсхазатель. Поскольку процедуры предсказания ва прию)(вой и передающей сторонах идентичны, предсказанные отсчеты в~ могут быль использованы для восстановления истинного значенвя сигнала изображения: для этого к вычисленным отсчетам в; добавлюот полученный по каналу связи Л сытная ошибки, т. е. в, +ее Рассмотренный вариант преобразования сыгналоа называют ди41бервнриавьной имнувьсна-кодовой модувяиией (ДИКМ). Известью большое число способов технвческой реалнзацви ТВС на базе ДИКМ (сигнал ошибки может формироватьсз в аналоговой форме с последующвм кодированием, можно вспользовать кодирование исходного аналогового сигнала с последуницнм формированием сигнала ошибки и др.).

В некоторых случаях оптвмвзвруют весовые хоэффициенты а„ав, ..., а, по коэффициентам корреляцив, определенным двя ковкрепуых классов изображений. При этом ошибка предсказаюю умеыъшается с увеличением числа отсчетов (элементов иэображения), по которым ведетсз предсказание. На этом основано построение адаптывных систем ДИКМ. Рассмотренные системы ДИКМ обеспечивают одинаковое с ИКМ качество нэобрюкевнз прв меньшем числе свмволов в ходовой комбинации.

При высокой частоте дискретизации число уровней квантования сигнала ошибки может быль существенно снижено, в пределе до двух. Такой способ кодироваввя ылзывают девьюамодувльввй (ДМ). В этом случае по каналу свюи передается ннформация люль о знаке ошибки. Квантованный сигнал ошибки имеет 1бу (+1 для ее>0, вид «,=1(е) Ьг, где едивичввя фувкцвя1(е,) =~ На -1 для ее<0. приемной егорове для формироввивя сигнала текущего элемента к эвачеивю предшествующего сигвала прибвлляетса или вычитается Ьв, обеспечввая уменьшение погрешвости между истинным звачевием сиппша и восстановленным (рис.

5.10, а). Таким образом, соседвие эначевия сигвалов иэображения различаютсв ва одвв шаг квантования. Дла формирования авалогового свгвала используется сглаживающий фильтр, ва выходе которого формируется сигнал у(г). Разиосп Х(1)-в(1) определяется ошибками квантования. Ве величина тем меньше, чем вьппе частота дискрепвэацви и чем меньше шаг Ьд Уменьшевие шага квантования ограничивается искажениями, возвикшощвми при быстрых измеиевиях слгвала взображевия (перегрузка по круппве). Как видно ю рвс. 5.10, б, при увеличении крутвзвы фронта сигвала сгупеичатав фушщия может ле успевать «отслежввать» иэмеиепва г(1).

Максвмальлое число порогов кваитовавил Ь может быль определено, если известны шаг кваитоваввя Рве. 5.10. Воеетииовеемп иве- »еле втм вееътв"мовглзвве е) мы Т и максимальпое звачевие крутизвы слгвала изображевия ~ — ~~ ИМе! Очевидно, должно вьшолшпьсл условие ~ — ~ х Т<а. Число поро!ке~ 1Мз1 гов квантования з.=г /а; следовательно, С<в ( ~ — ~ Т.

"(ИКак было отмечено вьппе, умевьшение числа ~орогов квавтовавия приводит к увеличению шумов квавтоваиия. Для оптимюации характеристик ДМ используют различные вариавты адапгвввых ДМ 121, 22). Для этого, например, проюводвт адапташпо по серии звяков приращеивв: если злак првращевий в течевие нескольких интервалов остается веюмеввым (это озпачает, что возникла перегрузка по крутизне сигнала), то амплитуда приращеввя удваиваспж (точка к, ва рис. 5.10, а).

Всли зто ве првводит к юмеиенвю знака ошибки, то амплитуда приращения удваивается еще раэ в т. д. При изменении злака ошибки размер приращевия умевьшается в два раза (точка кз). Различвые варианты ДМ нашли првме~евие в телевюиоввых системах првкладвого вазвачевив, например в ввдеотелефове. Исполыовавие статистических свойств изобрвжелвя позволяет осуществить более зффектвввые сысимы ва базе двумерного предскаэавия 1е21. С этой целью, используя алгоритм предсквзавия (5.30), можно осуществить выборку сигналов элементов юображевия, йредшествующих 1-му элемевту ве только в горизонтальном направлении (х), во и в вертикальном (р).

Для т-го элемента ва строке у алгоритм предскаэавия '(5.30) по четырем элементам (рис. 5.11) приобретает вид Л вц=ае цд ц+а+ц,в+ц ~+ац,зц, +а, ы,д ы о (5.31) ~Д ф у-1 Ш.ППЕШ: /' Ш:ПЕШ: е) Рио. 5.11. Предеказевие во еетмрем злемевтем юобраиеввк е — вктрочиое, 6- вермеер«там резееиевм Алгоритм (5.31) позволяет юмешпь весовые юзффвциевты в широких пределах, что приводит к реалюации различвых процедур предсквзавия. Простейшие процедуры реализуются при пре11- сказавви по одюму элементу, предшествующему по горизовтали (а, м=1; а ма,=ац,=а, м, =О), иви одному элемевту, предшествующему по вертикали (ац.з ее1; еь ьг — — 'ацц, =а;,„, =О).

Двумерное предскаэвиве может быть осуществлено по этим элементам, если в (5.31) весовые коэффициенты выбрать а; м=ац,=0,5; а ем ~ -— а,,~, =О. Используя ве только положвтельвые, ио в отрицательвые весовые коэффициевты, можно реализовать алгоритмы, адаптивные к локальвой структуре юображеиия. Например, если положить а, ы=1; ац,=1; ае,,~,=-1; ацц,—- О, то при передаче участков ровного фона происходит полная компенсагшя влияния ряда соседввх элемевтов. Возможвы в другие комбввации подбора весовых коэффвцвевтов.

Использование двумервого предсказания повышаетсубьектввиое 169 качество взображеши благодаря улучшению качества передачи горизонтально и взлловно ориентированных перепадов яркости. Практическая реализация алгоритмов двумерного предсказания принципиально не отличаетсз от рассмотренных выше вариантов построения предсказателей. Естественно, в этом случае в схемах появляются устройства задержки сигнала юображения на время передачи строки или нескольквх строк.

Напрвмер, для реалвзации алгоритма предсказаввя по двум соседввм элементам может использоватын схема, приведенная на рис. 5.9, б, с двумя элементами задержки: Т (задержка на время передачи одного элемента юобрюкення) н Т (задержка на время передачи строки); и, =аз=0,5. Систеыы 3ИКМ требуют особого внимания к вопросам помехоустойчнвост ~Вобычных системах ИКМ помехи поранзют элементы юображевня, передаваемые в отрезки времеви действия помехи. В системах с предсказанием действие помехи распространяется ва рзд цоследующнх элементов.

Напрвмер, прв одномерном предсказании цо одному элементу действие помехи приводит к ошибкам передачи сигналов всех цоследующнх элементов юображевия, вплоть до того момента, когда передается истинное значение сигнала. Это свюано с тем, что после воздействия помехи, например, в канале свюн она добавляепж ко всем последующим сигналам, что приводит з рассматриваемом случае к появлению помех ва взбраженни в виде горюовтальных полос. При нспользованви двумерных предсказателей помехи на юображешш могут иметь зид наклонных полос и т.

п. Такие помеха хорошо заметны глазом и существенно снижают качество телевизионного изображения. Известны различные методы снижения видности подобных помех: путем использования двумерных предсказателей со сложным управлением весовымв коэффициентами предсказаны; путем передачи опорных свгналов и др. При цифровой обработке в цередаче свгналов изображения необходвмо высокое бысгродействие элементов системы, в обычной ИКМ досппающее 100...140 Мбит]с. Свюить требуемое быстродействие удается за счет использования методов кодвровавия с преобразованием, идея которого возникла в конце 60-х годов (1О, 2 Ц. В системах кодараваивя с вреобразованием кодированию подвергаются не отсчеты сигнала юображеввя, как в рассмотренных выше случаях, а отсчеты коэффициентов его двумерного преобразования, например, преобразования Фурье, рассмотренного в й 3.2.

Пространственный спектр болыпинства изображений сосредоточен в его низкочастотной части. Следовательно, при кодировании это позволяет ограввчвтьса сравнительно небольшим количеством отсчетов значений пространственных частот и использовать достаточно грубое квантование отсчетов высокочастотных компонентов.

Целесообразность кодирования с преобразованием определлетсл тем, что пугем преобразования свгвал взображевия может быль праведен к виду, наиболее удобному с точки зрешш сокращения 170 взбыточноств вли уменьшения чувствительности к помехам канала связи, после прохождения через который кодированный сигнал преобразуется в всходвую форму. Прн выборе авда преобразоваюш у штьшают особенности зрения, т. е.

Характеристики

Список файлов книги