Джакония В.Е. и др. Телевидение (2-е изд., 2002) (1143030), страница 22
Текст из файла (страница 22)
для всего изображения. Для деталей же изображения, содержащих резкие яркостные переходы и контуры, будут характерны (хотя и редкие в статистическом плане) всплески сигнала ошибки. При грубом квантованми они обусловят появление на изображении соответствующих искажений. Однако, как показывает эксперимент, этн искажения благодаря особенностям зрения оказываются малозаметными.
Известно, что зрительный аппарат хуже различает яркость мелких деталей„более того, физиологи обнаружили явлении, называемые латеральным (боковым) торможением, которые подавляют фоновую составляющую изображения и подчеркивают в нем контуры и мелкие детали, выделяя тем самым наиболее информативную его часть. На фоне этих "искажений", обусловливаемых алгоритмом работы зрительного аппарата, искажения из-за грубого квантования сигнала ошибки в области его больших значений становятся менее заметными. Сокращение числа уровней квантования сигнала ошибки оказывается допустимым, таким образом, м для деталей изображения, содержащих резкие переходы и контуры. Число уровней квантования сигнала ошибки для разных систем кодирования с предсказанием выбирается неодинаковым.
Но что важно: шкала квантования существенно нелинейна и несимметрична относительно нуля. Итак, принцип действия систем кодирования с предсказанием заключается в передаче вместо истинного значения сигнала закодированной разности истинного и предсказанного значений. В соответствии с этим принципом подобные системы кодирования получили еще одно название — системы с дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (ДИКМ). Простейшей из систем ДИКМ является система с дельта-модуляцией В этой системе сигнал ошибки квантуется всего иа два уровня, т.е. фиксируется только знак ошибки.
В качестве предсказателя при дельта-модуляции применнется интегратор, который линейно суммирует подаваемые на его входе частотой дискретизации сигналы ошибки ~6(рис.5. (О). Поскольку последние в течение интервала дискретизации постоянны, суммирование их во времени обусловит образование сигнала ступенчатой формы. Этот сигнал используется в качестве сигнала предсказания и(ь).
Вычтя его из исходного сигнала, получим гюсле сумматора разностный сигнал е(ь). Кваитователь ограничивает этот сигнал всего двумя уровнями. После преобразования полученного сигнала ошибки ~6 в двоичный код его можно передавать. На приемном конце системы двоичный код сначала превращается в биполярные отсчеты ~6, а в кодирующем устройстве, представляющем собой описанный выше интегратор, формируется сигнал и(г). Этот "нгнал и используется в качестве восстановленного, хотя он заметно от чичается от исходного сигнала.
На рис.5АО,б изображены сигналы, формируемые в системе с дельта-модуляцией. Участок А характеризуется передачей относительно резкого перепада яркости. Квантователь в этом случае выдает 9З г! Хрй1руннбнб чаарм и(ч Рнс. 5.1О. дельта-моаулямня: а — ем у каурках стека сменен; б — нерка ах ха алов лббуббчаннал Чахер луанхрчргьбцаа нтслрь а) сигнал ошибки 6 только одного знака.
Интегратор последовательно во времени нх суммирует, образуя напряжение ступенчато-пилообразной формы. Прн этом последнее "не успевает" за изменением исходного сигнала, поскольку скорость нарастания сигнала предсказания не может превзойтн некоторого значения, определяемого 6 и частотой дискретизации. В результате фронты всигнале предсказания затягиваются по отношению к возможным быстрым перепадам в исходном сигнале. На участке Б, где исходный сигнал имеет сравнительно медленные изменения, сигнал предсказания достигает примерного равенства с ним. Однако при этом значение сигнала предсказания непрерывно колеблется вокруг значения исходного сигнала.
Эти колебания происходят с амплитудой 6 и частотой дискретизации. Искажения, характеризующие затягивание фронтов в сигнале предсказания, получили название перегрузки ио крутизне. Второй вид искажений, обусловленный ступенчатостью формы сигнала, определяет гранулярный шум изображения. Для уменьшения этих искажений в системах с дельта-модуляцией приходится по сравнению с ИКМ значительно увеличивать частоту дискретизации, что снижает эффективность системы в целом. Поэтому дельта-модуляция применяется только в видеотелефонных системах. Снижения частоты дискретизации по сравнению с рассмотренным случаем удается добиться в системах ДИКМ с многоуровневым квантованием сигнала ошибки (рнс.б. ! ! ). На вход вычитающего устройст- Рнс.
5.11. Структурная схема снстемм с ДИКЭ! ва Х, поступают в анйлоговой форме исходный сигнал и(!) и его предсказанное значение и(!). Полученный сигнал ошибки г(!) квантуется на определенное число уровней (обычно не более )6) н преобразуется в двоичный код. Эти операции выполняются в АЦП, после чего передается закодированный сигнал ошибки е(!). Этот же сигнал в ЦАП подвергается обратному преобразованию в аналоговую форму и подается на сумматор Ха, в котором складываются ошибка и сигнал предсказания.
На выходе сумматора таким образом будет восстановлено исходное значение сигнала с погрешностью, определяемой ошибкой квантования (наличне ошибки квантования учтено в обозначениях е'(!) и и'(!) на рис.б.! )). По этому значению (а чаще по совокупности предыдущих значений отсчетов) в предсказателе формируется сигнал предсказания и(!) последующего отсчета, который подается на вычитающее устройство Хг На приемной стороне в декодирующем устройстве после цифроаналогового преобразования сигнал ошибки г'(!) поступает на декоднрующее устройство, состоящее из аналогичных передающему концу системы сумматора и предсказателя.
В целом методамн ДИКМ удается сократить число бнт иа один элемент до 3...5 по сравнению с 7...8 битами при использоваийИ-ИКМ. Устранение избыточности в системах с предсказанием не может не сказаться на их помехоустойчивости. Помеха, поразившая один из переданных отсчетов, явитсн причиной искажений не только этого отсчета, ион всех последующих, поскольку они вычислялись(предсказывались) по предыдущему значению. На изображении образуются характерные искажения — треки ошибок. Уменьшить эти кскажения можно более частой передачей "опорных" отсчетов, т.е. самих значений элементов изображения, а не их ошибок. В этом случае действие помехи на изображении прекращается с появлением ближайшего истинного значения сигнала.
Конечно, увеличение числа опорных значений в сигнале ДИКМ снижает эффективность кодирования. Повышает помехоустойчивость системы с предсказанием двумерное кодирование, при котором предсказание производится как по совокупности предшествующих элементов в строке, так и по значениям соответствующих элементов в предыдущих строках. В этоМ случае улучшается также качество воспроизведения вертикальных яркостных переходов. Групповое кодирование с преобразованием. Групповое кодирование с преобразованием предполагает передачу вместо канщого из дискретных отсчетов сигнала определенных линейных комбинаций из совокупности этих отсчетов.
При этом указанная замена производится внутри одного небольшого участка изображения, содержащего группу из ограниченного числа элементов. Для уяснения принципа кодирования с преобразованием рассмотрим фрагмент изображения, состоящий из пз дискретных элементов (рис5. ) 2а). Каждый из них характеризуется своей яркостью г.„.. Каждому из этих элементов соответствует в ТВ сигнале свой дискретный отсчет. Совокупность этих отсчетов можно представить как матрицу исходного распределения яркости Тт — Х, где составляющие матрицы Ь,.
И». Попробуем из сигнала,образованногоданной группойотсчетой, для сокращения цифрового потока изъять часть отсчетов или заменить их на очень грубо квантованные значения. Очевидно, такой способ сокращения объема передаваемой информации несостоятелен, так как изъятие из сигнала отдельных отсчетов соответствует изъятию из изображения отдельных элементов. На участках изображения, соответствующих нзъятым элементам, возникнут пропуски или заметные искажения при грубом квантовании. Попытка изъятия отдельных элементов из группы равноправных слагаемых изображения как с информационной, так и с энергетической точки зрения приведет к необратимой потере качества изображения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
