Джакония В.Е., Гоголь А.А., Друзин Я.В. Телевидение (4-е издание, 2007) (1143036), страница 25
Текст из файла (страница 25)
108 гтАС'ГЫ. Физические основы телевидения В цн одинный овой ок Рис. 5.15. Структурная схема эффективного кодирования на основе ДИКМ с компенсацией движения: а — кодер; 6 — 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 может меняться скорость цифрового потока на 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 может приводить к превышению возможностей капала передачи по его пропускной способности. Ограничение скорости кодированного цифрового потока осуществляется реализацией обратной связи, в которую включена 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, согласованной с пропускноИ способностью канала. При возможном переполнении буфера квантователь с помощью обратноИ связи переводится в режим квантования с меньшим числом уровнеИ (меняется матрица квантования). Как следствие, уменьшаются по амплитуде квантованные значения отсчетов, возрастает число их нулевых значениИ, и скорость цифрового потока после энтропиИного кодирования уменьшается. В результате благодаря действию обратной связи степень заполнения буферной памяти в среднем поддерживается постоянной. Конечно, изменение масштаба квантования в зависимости от содержания изобралкения отражается на качестве воспроизводимого изображения.
В частности, изменяется уровень шумов квантования. 5.2.6. Типы изображений При межкадровом кодировании, основанном на временнбй избы- точности, возможны различные способы предсказания. В зависимо- сти от этого изображения в своей временной последовательности под- разделяются на следующие типы: ° 1 (1п$га) — изобрюкепия, играющие роль опорных при восстановленин других изобрюкений. Предсказание для них не форлгируется; ° Р (ргейслеб) — изображення, кодируеллые с предсказанием на основе предыдущего 1 или Р изображения; е В (Ыйгесбопа!у ргейслед) — изображения, кодируемые путем двунаправленного предсказания на основе предыдущего и последующего изображениИ типа 1 или Р, Изображения объединяются в группы (СОР— Огопр о1 Рлс1агез), представляющие собой повторяемые серии из последовательности изобрюкений.
Типичной является группа, содержащая двенадцать изображений (рис. 5.16). Буквами на рисунке обозначается их тип, а цифрами О, 1, 2,... — порядок поступления этих изображений на вход компрессора: (1о, Вы Вз, Рз, В4, Вл., Рв, Вг, Вв Рз, Вло, Вы) %~, Вгз, Вы, ), .... Порядок их обработки и передачи несколько отличается: 1в, Рз, В,, Вю Рю Вю Вл: Рв Вг Вв 1ш, Вщ, Вы, Р1л" Начинается группа с изображения типа 1, которое кодируется ш зависимо от других и подвергается только внутрикадровой ком- прессии. Это изображение станет опорным для всех остальных один- п»дцатп изображениИ.
Затем кодируется и передается кадр Рю Оп подвергается процедуре ДИКМ с компенсацией движения н предска- ц1илн и на основе первого кадра 1о. Очевидно, что глубина компрес- ~ ин этого пзобра'кения больше, поскольку здесь сокращена и про- ~ транс гвенная, и временная избыточность. Затем кодируются кадры П, н Лз путем двуяаправлепного предсказания в виде полусуммы < м ашнных фрагментов в кадрах 1в и 1'з. Именно потому, что прн таАСТЬ Ь Физические основы телевидения сор Рнс. б.тб. Группа из двенадцати изображений ( — изображения с внутрикадровым кодированием; Р— изображения с предсказанием по предыдущему ! или д изображению;  — изображения с предсказанием по предыдущему и последующему Г или Р изображениям их декодировании на приемном конце системы потребуются кадры 1д и Рь изменен порядок их передачи: кадры Хд и Рз передаются раньше, чем Ва и В . Изображения типа В компрессированы наиболее глубоко. Если Р кадры требуют для своей передачи в три раза меньше битов, чем 1 кадры.
то в В изображениях число битов для большинства сюжетов в 2-5 раз меньше, чем в Р. Как следствие, страдает помехоустойчивость В кадров. Поэтому для защиты от возможных ошибок изображения В не используются для предсказания никаких других изображений. Дальнейший порядок кодирования и передачи изображений в группе аналогичен описанному выше: Рв предсказывается на основе Рз, 'Рд — на основе Рз, Ва, Вз — на основе Рз и Ре, Вт и Вв — на основе Рв и Рд и т.д. В заключение следует отметить, что к какому бы типу не относились изображения, передаваемые с предсказанием, внутри них могут находиться фрагменты, которые целесообразно кодировать по другому типу: например, в изображениях Р или В типа могут быть макроблоки 1 типа.
Решение о способе предсказания принимаются кодером в зависимости от содержания изобрыкения, влияющего на степень «экономии» в передаче данных различными способами. Если эта «экономия» оказывается незначительной, то предпочтение отдается более точному кодированию по алгоритму обработки 1 изображения [17, 18]. 5.3. Цифровая фильтрация телевизионного сигнала Одной из важных особенностей цифрового сигнала является возможность различных преобразований над ним, что позволяет во многих случаях улучшить качество изображения, обогатить технологию ТВ вещания. сделать более надежным и простым в эксплуатации оборудование.
Конечно, и в аналоговом телевидении, как будет видно из дальнейших разделов, осуществляется разнообразная обработка ГЛАВА Э. Основы цифрового телевидения Процессор Рис. 5.17. Структурная схема устройства цифровой обработки ТВ сигнала сигнала. Однако цифровые методы во многих случаях имеют преимущества в точности, простоте алгоритма преобразования, в компактности оборудования. Рассмотрим обобщенную структурную схему устройства обработки ТВ сигнала (рис. 5.17). В АЦП производятся известные операции дискретизации, квантования и кодирования.
Скорость цифрового потока ИКМ сигнала может быть весьма значительна, н для того, чтобы процессор, осуществляющий обработку сигнала, позволял работать в реальном масштабе времени, этот поток обычно распределяют на несколько параллельных каналов. В каждом из них тактовая частота пинте тактовой частоты преобразованного в АЦП сигнала в соответствии с числом каналов. Операция распараллеливания цифрового потока выполняется в демультиплексоре ДМ. Процессор состоит нз запоминающего устройства ЗУ, арифметического устройства АУ и устройства управления УУ, согласующего работу составных частей процессора. Арифметическое устройство, управляясь по заданной программе УУ, реализует совместно с ЗУ заданный алгоритм обработки, другими словами, выполняет цифровую фильтрацию сигнала. Совокупность ЗУ и УУ обеспечивает требуемые временные преобразования сигнала.
Эти преобразования связаны с требованием согласования во времени поступающего входного сигнала с процессом обработки, с необходимостью устранения временных искажений во входном сигнале, с разнообразными задачами, возникающими при создании спецэффектов, синхронизации источников сигнала и пр. Сигналы, снимаемые с параллельных каналов процессора, объединяются в один цифровой поток в мультиплексоре М. При необходимости обратного преобразования цифрового сигнала в аналоговый после мультиплексора включают цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
Как таковая, цифровая фильтрация осуществляется в устройстве, объединяющем в себе функции памяти отдельных отсчетов сигнала и логических элементов, в которых выполняются арифметические операции над этими отсчетами. Эту совокупность устройств называгот цифровыми фильтрами.
Сама же фильтрация сводится к преобразованию последовательности отсчетов входного сигнала г„, им я,..,, к,„ в последовательность отсчетов выходного снгнаш уо, у,, у;, , у„, в соответствии с выбранным алгоритмом цре- ~~61нгговапня 112 ЧАСТЫ. Физические основы телевидения а! Рис. 5.18. Цифровые фильтры: а — нерекурсивный; б — рекурсивный От аналоговой фильтрации цифровая фильтрация сигнала отличается лишь способом физической реализации. К достоинствам цифровой фильтрации относятся: высокая временная и температурная стабильность характеристик, простота перестройки фильтра изменениел1 частоты дискретизации, возможность повторения фильтра с идентичными параметрами.
Однако не во всех случаях техническая реализация цифровых фильтров проще аналоговых: кроме того, цифровая фильтрация может сопровождаться проявлением в изображении шумов квантования. Различают рекурсивные (с обратной связью) и нерекурсивпые (без обратной связи) цифровые фильтры. При нерекурсивной фильтрации (рис.
5.18,а) выходной сигнал в любой момент определяется как сумма взвешенных предшествуюпгих значений входного сигнала хо гй — 1: х1 — 2 "и;=сох,+а1х, г-рагх; — г+ ..+о„ьх1 где ао, пм сг,...., ан, — коэффициенты передачи. Более сложную структуру имеет рекурсивпьп1 фильтр (рнс. 5.18,5). В псм выходной сигнал является функцией предшествующих значений как входного, так и выходного сигнала: р, = исх1 + агх, 1 + .
+ п„,х, „, + Ьгу, г + бгрл г + ... + 5„у, „,. ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения Символ = ' обозначает оператор задержки сигнала на один период дискретизации. Процесс фильтрации сводится к операциям умноекения и ело кения, выполняемым с задержанными отсчетами сигнала с помощью АУ н ЗУ. По заданной программе арифметическое устройство умноясает отсчеты сигнала ~а весовые коэффициенты н суммирует их.
Запоминающее устройство используется для хранения отсчетов сигналов., весовых коэффициентов, интервалов временного сдвига, а также команд программы обработки, управляющих АУ и ЗУ Цифровая фильтрация во многих случаях помогает улучшить исходные параметры искаженного ТВ нзобра кения, избирательно подавляет шумовые составляющие в сигнале, эффективно корректирует апертурные искажения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
