Джакония В.Е. Телевидение (4-е изд., 2007) (1143033), страница 25

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

Текст из файла (страница 25)

Из пего устранена только пространственная избыточность. По сравпени!о с ним последующие кадры компрессированы значительно сильнее. 14ак следствие, они менее помехоустойчивы. Для поддержания необходимой помехоустойчивости системы и сведения к минимуму возможных сбоев в ее работе в последовательность разностных сигналов ДИКМ периодически врезаются опорные кадры. Их периодичность в стандарте МРЕС составляет около 0,5 с. Разностный сигнал и сигнал опорного кадра после ДКП кванту- ется по разным алгоритмам. Если для опорного кадра используется рассмотренная в п. 5.2.2 матрица квантования для внутрикадрового кодирования (см. рис, 5.9), то для разностного сигнала применяется другая, более однородная матрица. Это объясняется тем, что разностный сигнал в основном несет информацию о небольших изменениях в отдельных фрагментах изображения (в процессе их перемещения). И высокие частоты 1коэффициенты ДКП правого нижнего угла), ответственные за детализацию изображения, столь же важны, как и низкие.

Конкретный вид матрицы в зависимости от сюжета может меняться, но по умолчанию используется однородная матрица квантования с постоянным значением 16 для всех частот, включая нулевую )17). 5.2.5. Компенсация движения в динамических изображениях Из принципа работы ДИКМ следует, что чем ближе по содержанию соседние кадры, тем меньше в разностном сигнале информации, а значит, тем эффективнее компрессия.

Всякое изменение положения отдельных фрагментов изображения в результате их собственного движения или перемещения передающей ТВ камеры снижает эффективность кодирования. Сохранить эффективность работы ДИКМ можно соответствующим анализом характера движения. Целью анализа является возможность установления соответствия между предыдущим по времени блоком изображения и блоком в текущем кадре, смещенным в пространстве на координаты Ья, Лу. Под соответствием понимается достижение максимально точного равенства яркостей пикселей' некоторого блока в текущем кадре яркостям пикселей блока, найденного в предшествующем кадре: (5 У) 5(зьдз,у.~-ау,с-ьа!) 5(з,уп) ! Ппксел — ашлаязычлый синоним терпела езлемепте, полу !пеший сейча!. широкое распространение а технической .пктературс (особе~по е области пкфроаой обработка пзображепяй) В дальнейшем изложении могут кспользопаться оба варианта ГЛАВА З. Основы цифрового телевидения 105 где Ь вЂ” - яркость пнкселей, Л1 — время мел ду' сравниваемыми кадрами.

Разницу в координатах (йх, Лу) этих двух блоков называют вектором движевия. Нахождение вектора движения, другими словами, есть определение нового положения подвижного фрагмента изображения. Под компенсаьиеб движения понимается использование в ка ць стве предсказания блока из предшествующего (или последующего) кадра, но при этом смещенного в плоскости изображения на величину вектора движения.

Такое предсказание позволяет значительно уменьшить ошибку предсказания по сравнению с обычной ДИКМ. Это иллюстрируется рис. 5.14, где представлена последовательность из трех кадров изображения с перемещающимся серым квадратом на фоне гладкого белого фона (рис. 5.14,а). Первый кадр 6| в этой последовательности является опорным. Как отмечалось, предсказание для него не делается (сигнал предсказания равен нулю для всего изображения), и он подвергается только внутрикадровой компрессии.

Предсказанием для второго кадра Ьз является реконструируемый по алгоритму ДКП и взвешенного квантования первый кадр Ьы Ошибка предсказания для второго кадра в обычной ДИКМ равна Ьз — Ьы для третьего кадра — соответственно Ьз — Ьз и т.д. Для простоты следует пренебречь небольшой разницей между истинными значениями отсчетов Ьы Ьз, Ьз,... и их реконструируемыми значениями Ьы Ьз, Ьз, .... Тогда ошибки предсказания для обычной ДИКМ будут иметь вид рис. 5.14,б, где черный фон соответствует нулевым значениям, а серый — остальному множеству отсчетов. Если бы в предложенном примере движение отсутствовало, то ошибка предсказания для второго и последующих кадров равнялась бы нулю для всего изображения.

Именно такого результата для данного примера с движущимся фрагментом изображения, а не статическим удается добиться в ДИКМ с компенсацией движения. В этом случае предсказание для первого (опорного) кадра, как и при обычной ДИКМ, равно нулю, а для второго и последующих кадров соответственно — 6|(х+гзхы у+Луг), Ьг(я+ Ьхз, у+Ьуз). Здесь Гзхы а уы сзхз, 1уув и т.д, — изменение координат движущегося фрагмента (векторы движения) в последовательности кадров (рис. 5.14,в). В результате ошибка предсказания для приведенного примера с подвижным фрагментом изображения в ДИКМ с компенсацией движения обращается в нуль для всего множества отсчетов изобрюкения (рис. 5.14ее), что иллюстрирует более эффективную компрессию. При реализации компрессии с компенсацией движения сигнал ~апибки предсказания должен дополняться передачей данных о векгорах движения.

Последние, так же как и коэффициенты ДКП, коми рггтируются использованием кодов перемеяной длины. Лбголютпое равенство в (5.7) может быть достигнуто только при ЧАСТЫ. Физические основы телевидения а) 6, 6г — бг ЬИх+йю,у-~-йуг) Ьг(х+гтхг,у+Гауз) в) ьг(х+охг,у+ггуг) — Ьг ьг(х+охг,у+луг) — ьз г) Рнс. 5.14.

Сравнение обычной ДИКМ и ДИКМ с компенсацией движения; а — исходная последовательность изображении; б — ошибка предсказания при обычнои ДИКМ, а — предсказание с учетом вектора движения; г — ошибка пред- сказания с компенсацией движения выполнении следующих условий (151: движение объекта в изображении исчерпывается только плоскопараллельным перемещением, его яркость постоянна, градиент яркости фона равен нулю, и все объекты в блоке движутся с постоянной скоростью. Именно этим условиям отвечает пример изобрюкения, приведенный на рис. 5.14, и соответственно предельно дости кимый результат компрессии (сигнал ошибки в системе с компенсацией движения равен нулю) Нарушение пе- ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения 167 речисленных выше условий уменьшает эффективность компрессии.

К возможным факторам, влияющим на эффективность кодирования, следует отнести и осложнения глобального порядка, когда происходит резкое изменение сюжета (например, при коммутации одновременно работающих камер). При этом изменения в изображении охватывают все пространство в кадре, и блоков, соответствующих друг другу с удовлетворительной точностью, в смежных кадрах не существует. Эффективность компрессии в таких экстремальных случаях мо кет снижаться настолько, что целесообразно отказываться от процедуры ДИКМ, и для таких нзобрвлсениИ данные передавать толысо на основе внутрикадровоИ компрессии. Решение о замене способа кодирования дол.кно приниматься в кодере автоматически, путем оперативного анализа возмонсных результатов компрессии.

Самым трудоемким при реализации алгоритма компенсации движения является согласование блоков, т.е. нахождение блоков в разных кадрах, наилучшим образом соответствующих условию (5.7). Для этого текущий блок сравнивается со всеми блоками предыдущего кадра в пределах некотороИ области поиска: ~128 шагов (пикселей) при точности определения вектора движения в один пиксель или ~64 шага при точности 1/2 пикселя.

Стандарт пе ограничивает методы согласования, но наиболее точным принято считать так называемыИ полный поиск (!и!! зеагс1г), которыИ сводится к расчету ошибки предсказания для всех возможных векторов и определению положения (т.е. нахождения Ьк и Ьу) блока с минимальной ошибкоИ (например, по среднеквадратическому отклонению для всех отсчетов блока). Существуют и другие методы, отличающиеся большей скоростью определения векторов движения, но несколько меньшей точностью. К ним, в частности, относятся логарифмический н телескопический методы [16, 17). На рис.

5.15 приведена структурная схема эффективного кодирования, в котором сочетаются методы внутрикадровоИ и межкадровоИ компрессии с компенсациеИ движения. Эта схема в значительной степени упрощена, отражая последовательность выполнения только самых основных преобразованиИ. От структурноИ схемы обыч- ноИ ДИКМ она отличается, во-первых, наличием устройства, производящего оценку движения и определяющего вектора движения подвижных фрагментов. Во-вторых, предсказатель в этоИ системе — не просто память для хранения предшествующих кадров, как это было в обычноИ ДИКМ рис. 5.13. Это — устройство, которое при с)юрмпровании предсказания отыскивает из всего массива данных, находящихся в его памяти, блок, согласованпыИ с блоком текущего кадра.

Для этого в предсказатель заводятся данные о векторах движения. Последние, как уже отмечалось, подвергаются энтропиИ- шуму кодированию и мультиплексируются в общнИ цифровоИ поток ьо-н!п)гициептами Д!'П. 108 хзАСТЫ. Физические основы телевидения В цн а) одинный овод ок б) Рис. 5.15. Структурная схема эффективного кодирования на основе ДИКМ с компенсацией движения: а — кодер; б — декодер Кроме того, в устройствах компрессии, предназначенных для работы в системах распределения сигналов телевизионного вещания, требуется включение буферной памяти. Ее необходимость объясняется следующими обстоятельствами.

В зависимости от детальности движения и характера передаваемого движения в существенной степени мо'кет меняться скорость цифрового потока па выходе блока кодирования с переменной длиной. При возрастании в изображении уровня высокочастотных компонентов, при быстро меняющихся сюжетах скорость потока данных на выходе компрессора возрастает. Это возрастание мо'кет приводить к превышению возможностей канала передачи по его пропускной способности. Ограничение скорости кодированного цифрового потока осуществляется реализацией обратной связи, в которую вгапочена буферная память и квантователь.

ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения В буферную память записываются цифровые данные с переменной в зависимости от сюжета скоростью. Считывание из нее производится с фиксированноИ скоростью, согласованноИ с пропускной' способностью канала. При возмолкном переполнении буфера квантователь с помощью обратной связи переводится в режим квантования с меньшим числом уровнеИ (меняется матрица квантования). 1лак следствие, уменьшаются по амплитуде квантованные значения отсчетов, возрастает число их нулевых зна щниИ, и скорость цифрового потока после энтропийного кодирования уменьшается, В результате благодаря действию обратноИ связи степень заполнения буферной памяти в среднем поддерживается постоянной.

Характеристики

Список файлов книги