Джакония В.Е., Гоголь А.А., Друзин Я.В. Телевидение (4-е издание, 2007) (1143036), страница 23
Текст из файла (страница 23)
которые пе приводили бы к визуально заметным искюкениям 100 ЧАСТЫ. Физические основы телевидения Рис. 5.10. Значения коэффициентов ДКП, полученные делением матрицы рис. 5.8,о на матрицу квантования рис. 5.9 Рнс. 5.9. Матрица взвешенного квантования коэффициентов ДКП 5.2.3. Кодирование коэффициентов днскретно-косннусного 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 может сводиться к лаконичной записи длины серии и ее местоположения в лгатрице. Одним из вариантов такого алгоритма группировапия является зигзагообразное сканирование, прн котором преобразовшгие начинается с левого верхнего угла матрицы и заканчивается к се правом нияснем углу (рис. 5.11). Поскольку именно в правом нижнем углу сосредоточено большинство нулевых коэффициентов, ттмсой порядок сканирования обеспечивает формирование наиболее На рис.
5.9 приведена матрица квантования, используемая стандартом МРЕО. 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.
ГЛАВА В. Основы цифрового телевидения Рнс. 5.11. Зигзаг-сканирование коэффици- ентов ДКП длинных серий нулей, а следовательно, и 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 энтропийных кодов является код Хаффмана. Он основывается на том, что коды символов, обладающих большей вероятностью, описываются меньшим числом бнт, чем коды символов с меньшей вероятностью. Как было показано, после взвешенного квантования матрицы ДКП в последней преобладают числа с малыми амплитудами, н нх целесообразно кодировать короткими словами. Большие амплитуды, характерные для левого верхнего угла матрицы, по сравнению с другими значениями коэффициентов встречаются реже, и им можно приписать символы с большим числом разрядов.
Эффективность энтропийного кода Хаффмана повышается также за счет того, что не требуется разделителей между символами. И хотя последние имеют различную битовую длину, они декоднруются единственным образом. 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 временноИ избыточности. Как известно, в болыпинстве случаев содержание двух соседних во времени телевизионных кадров мало отличается друг от друга.
Отличие заключается только в положении отдельных подвижных фрагментов изображения. В основном же в этих кадрах содержится очень много одинаковых областей, информацию о которых многократно передавать нецелесообразно. Можно ограничиться передачей значениИ только одного кадра, а содержание последующих, используя статистические законы, предгказать, т.е. вычислить на приемном конце системы.
Однако как бы ни были близки по содержанию соседние кадры., кнк бы нн был совершенен нх статистический анализ, предсказание 1О2 с1АСТЫ. Физические основы телевидения ин — ан а а„ н Предсказатель ан б) а) Рнс. 5.12. Структура системы ДИКМ; а — кодер, б — декодер;ан — текущее значение сигнала: ан — предсказанное знзченне сигнала;(а„ вЂ” о ) — сигнал ошибки может нести в себе ошибку.
Эта ошибка для каждого элемента изображения обязательно учитывается и корректируется. Только при этом условии па приемном 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 предскдзанил. Чем> точнее сделано предсказание, тем меньший объем данных будет содержаться 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, мохсет 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 телевизиопног.о изображения, обусловленные межкадровыми связями, в целом аналогичны пространственным свойствам в неподвихсном изобрь>кснпи. А коэффициенты корреляции в соседних кадрах получаются зачастую даже большими, чем для соседних пикселей в одном кадре (16). Отсюда следует вывод о целесообразности обработки разпостпого сигнала ДИКМ рассмотренными ранее способами для внутрнкадрош>й обработки, к каковым относятся ДКП, взвешенное квантование и энтропийное кодирование.
В этом случае структура системы ДИ1'М приобретает вид рис. 5.13 и работает следующим образом. Для первого кадра из последовательности кадров, подле>кащих преобразованию, предсказание не может быть выполнено из-за отсутствия каких-либо априорных сведений (отсутствия предшествующих ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения Входной цифровой поток ат Компрессированный цифровой поток Рис. 5.13. Структура ДИКМ, совмещенная с процедурами ДКП и квантова- ния: а — кодер; б — декодер ему кадров).
Поэтому предсказанные значения отсчетов для первого кадра можно приравнять нулю, и тогда сигнал ошибки предсказания будет представлять собой непосредственно отсчеты этого первого кадра. Следующее за вычитающим каскадом устройство осуществляет ДКП отсчетов первого кадра, т,е. выявляет в нем пространственную избыточность.
Дальнейшие процедуры над коэффициентами ДКП описаны в предыдущих разделах (взвешенное квантование и энтропийное кодирование). Компрессированный цифровой поток через соответствующие устройства передачи направляется в приемное устройство (декодер), где осуществляются обратные операции. Второй и последующие кадры передаются по алгоритму ДИКМ. Для этого в кодере формируется сигнал предсказания. В качестве него мохсно использовать отсчеты предыдущего кадра. Однако следует отметить, что истинные значения предыдущего кадра, полученные в кодере, например, задержкой на время кадра, не пригодны в качестве предсказания.
Дело в том, что предыдущий кадр, используемый в качестве предсказания в декодере, отличается от своего истинного значения, так как в процессе перечисленных выше преобразований он реконструируется в декодере с определенной погрешностью. А поскольку предсказываемые значения на обоих концах системы должны быть одинаковы, то формирование предсказания в кодере проводится по тому же алгоритму, что и в декодере. С этой целью в петлю обратной связи кодера, где формируется предсказание, включается деквантователь и процессор обратного преобразования Фурье. Энтропийное кодирование в общем случае не вносит ошибок, а зна- пгг, н< влияет нп формирование сигнала предсказания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
