Джакония В.Е. Телевидение (4-е изд., 2007) (1143033), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Эта задача решается в процессе квантования коэффициентов, полученных после ДКП. Установлено, что глаз более чувствителен к ошибкам передачи яркости и цветности на больших площадях, в то время как при передаче контуров и мелких деталей остаются незамеченными более серьезные ошибки. Отсюда вытекает возможность определенного огрубления значений коэффициентов ДКП, отвечающих за передачу мелких деталей и контуров, без возникновения заметных для глаза искажениИ в изображении. С этоИ целью производят процедуру квантования коэффициентов ДКП блока на разное число уровней: коэффициенты, расположенные в левом верхнем углу блока, квантуются на максимально большое число уровней (особенно это касается коэффициента Г~в ор отвечающего за среднюю яркость блока); остальные коэффициенты передаются с меньшеИ точностью, а значит, квантуются на меньшее число уровнеИ. Для тех зке из них, что располагаются в правом ниекнем углу, шкала квантования может содержать всего несколько уровнеИ.
Практическая реализация процесса квантования достигается поэлементным делением л~атрицы коэффициентов ДКП па матрицу квантования. В приемном устройстве, прежде чем осуществить обратное дискретно-косинусное преобразование для восстановления исходного изображения, матрица Д11П умнов ается на матрицу квантования Эта операция называется деквантоеониехь Очевидно, что после деквантования возвратиться к исходному, пеквантованному блоку ДКП уже нельзя. Ошибки, возникающие от округления квантуемых величин, и связанные с ними искажения в изображении необратимы.
Отсюда вытекает необходимость отыскания таких матриц квантования, которые ие приводили бы и визуально заметным искансениям 100 с1АСТЫ. Физические основы телевидения Рнс. 5.10. Значения коэффициентов ДКП, полученные делением матрицы рис. 5.8,о ка матрицу квантования рис. 5.9 Рнс. 5.9. Матрица взвешенного квантования коэффициентов ДКП На рис. 5.9 приведена матрица квантования, используемая стандартом МРЕС. Учитывая, что значения большинства коэффициентов ДКП в блоке весьма малы, деление их на числа, характеризуемые почти двумя порядками, приводит или к обнулению многих коэффициентов, или к сильному их уменьшению (рис.
5.10). Это в свою очередь позволит при передаче проквантованных значений коэффициентов ДКП по каналу связи значительно уменьшить скорость цифрового потока. 5.2.3. Кодирование коэффициентов днскретно-косинусного преобразования Следующим шагом после квантования коэффициентов ДКП является преобразование матрицы этих коэффициентов в одномерную последовательность.
Именно здесь окончательно реализуется процесс устранения избыточности, подготовка к которому проводилась на рассмотренных выше этапах ДКП и взвешенного квантования. Данное преобразование предусматривает объединение коэффициентов матрицы в определенные группы и применение затем так называемого энтропийного кодирования. Алгоритм группирования (упорядочивания) коэффициентов ДКП существенно влияет на эффективность компрессии. Он заключается в том, что в процессе сканирования преобразуемой во временную последовательность чисел матрицы нулевые коэффициенты объединяются в максимально длинные серии. Тогда их описание мо>гсет сводиться к лаконичной записи длины серии и ее местополоясения в лаатрице.
Одним из вариантов такого алгоритма группировапия является зигзагообразное сканирование, при котором преобразование начинается с левого верхнего угла матрицы и заканчивается я ее праволт нижнем углу (рис. 5.11). Поскольку именно в правом нижнем углу сосредоточено большинство нулевых коэффициентов, такой порядок сканирования обеспечивает формирование наиболее ГЛАВА В. Основы цифрового телевидения Рис. 5.11. Зигзаг-сканирование коэффици- ентов ДКП длинных сериИ нулей, а следовательно, ги самую компактную форму их передачи. Полученная в результате сканирования последовательность чисел подвергается упомянутому выше энтропийному кодированию или кодированию с переменной длиной слова.
Наиболее употребимым из энтропиИных кодов является код Хаффмана. Он основывается на том, что коды символов, обладающих большей вероятностью, описываются меньшим числом бит, чем коды символов с меньшей вероятностью. Как было показано, после взвешенного квантования матрицы ДКП в последнеИ преобладают числа с малыми амплитудами, и их целесообразно кодировать короткими словами.
Большие амплитуды, характерные для левого верхнего угла матрицы, по сравнению с другими значениями коэффициентов встречаются реже, и им молсно приписать символы с большим числом разрядов. Эффективность энтропийного кода Хаффмана повышается также за счет того, что не требуется разделителеИ между символами. И хотя последние имеют различную битовую длину, они декодируются единственныли образолс 5.2.4. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ), представляющая собой еще один из методов эффективного кодирования цифрового телевизионного сигнала, в основном применяется при сокращении его временной избыточности.
Как известно, в большинстве случаев содержание двух соседних во времени телевизионных кадров мало отличается друг от друга. Отличие заключается только в положении отдельных подвижных фрагментов изображения. В основном >ке в этих кадрах содержится очень много одинаковых обла- стеИ, информацию о которых многократно передавать нецелесообразно. Моакно ограничиться передачей значениИ только одного кадра, а содержавие последующих, используя статистические законы, предсказать, т.е. вычислить на приемном конце системы.
Однако как бы пи были близки по содержанию соседние кадры, как бы ии был совершенен их статистический анализ, предсказание 1О2 с1АСТЫ. Физические основы телевидения а„— ан а — з. ан Предсказатель аа б) а) Рис. 5.12. Структура системы ДИКМ; а — кодер, б — декодер;а„ вЂ” текущее значение сигнала: а„ вЂ” предсказанное значение сигнала,(а„ вЂ” о ) — сигнал ошибки может нести в себе ошибку. Эта ошибка для калсдого элемента изображения обязательно учитывается и корректируется. Только при этом условии па цриемноле конце системы воссоздается изображение, соответствующее оригиналу.
Отсюда вытекает следующий принцип кодирования сигнала с предсказанием: передача в каждом отсчете кодированной разности между текущим истинным значением сигнала и предсказанным. Эту разность называют ошибкой предсказания. Чем точнее сделано предсказание, тем меньший объем данных будет содерхсаться в подлежащем передаче разностном сигнале.
Логично ожидать, что этот объем будет меньше, чем в полном отсчете. Чтобы сформировать необходимый для передачи сигнал ошибки предсказания, на передающем конце системы устанавливается устройство предсказания и вычитающий каскад (рис. 5.12). На приемном конце системы исходный сигнал восстанавливается сложением предсказанного и принятого сигнала ошибки предсказания.
Устройства предсказания на обоих концах системы для правильного восстановления в приемнике исходных значений сигнала должны быть одинаковыми. Предсказание, применяемое в системе, может быть организовано различными способами и с разной степенью сложности. Однако вполне хорошие результаты по глубине достигаемой компрессии реализуются весьма простым способом, когда в качестве сигнала предсказания используются значения предыдущего кадра. Статистические исследования показали, что свойства телевизионпог.о изображения, обусловленные межкадровыми связями, в целом аналогичны пространственным свойствам в неподвижном изображении.
А коэффициенты корреляции в соседних кадрах получаются згтчгтсгуго даже большими, чем для соседних пикселей в одном кадра (16~. Отсгода следует вывод о целесообразности обработки разно< тпого сигнала ДИКМ рассмотренными ранее способами для внутрикадровой обработки, к каковым относятся ДКП, взвешенное квантование н энтропийное кодирование. В этом случае структура системы Д1ЛКМ приобретает вид рис. 5.13 и работает следующим образом. Для первого кадра из последовательности кадров, подле>наших преобразованию, предсказание не может быть выполнено из-за отсутствия каких-либо априорны:с сведений (отсутствия предшествующих 104 ау АСТЫ. Физические основы телевидения тель, таким образом, представляет собой задер.кку на время кадра отсчетов, воспроизводимых на приемном конце системы. Первый кадр рассмотренной преобразу.емой последовательности кадров называется опорным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
