Читайте также:
|
тования для восьми- и десятиразрядной шкалы. В восьмиразрядной шкале сигналу отводится 220 уровней квантования (с 16-го, соответствующего уровню черного, по 235-й, соответствующий белому). В десятиразрядной шкале яркостный сигнал квантуется на 877 уровней (64-й соответствует уровню черного, а 940-й — уровню белого). Из неиспользуемых уровней одна часть резервируется для цифровых синхронизирующих сигналов, другая — представляет собой рабочий запас на возможные в процессе преобразования аналогового сигнала превышения им допустимого диапазона значений. Подобные случаи для аналоговой техники весьма вероятны, а связанные с этим перегрузки аналогово-цифровых преобразователей приводили бы к заметным неустранимым искажениям в изображении.
Рассмотрим теперь факторы, определяющие выбор частоты дискретизации. Дискретизация — первая операция из всего комплекса преобразований аналогового сигнала в цифровой. Исходный сигнал u(t) после дискретизации можно представить в виде суммы:
где 6 — дельта-функция; Г — период дискретизации. Если (5.4) подвергнуть преобразованию Фурье, то
где 5(/) и 5(/д) — спектры исходной и дискретизированной функций соответственно [15].
Из (5.5) следует, что спектр дискретизированного сигнала представляет собой сумму исходного спектра (п = 0) и «побочных» или дополнительных спектров того же вида, но сдвинутых один относительно другого на /д, 2/д,...и т.д. (рис. 5.3). Из рисунка видно, что с помощью идеального фильтра нижних частот (ФНЧ) с частотой среза /фнч можно выделить спектр исходного сигнала, если выполняются условия:
1)fд³2fгр; 2)fгр£fФНЧ£fд - fгр
Если же частота отсчетов выбрана из условия /д < 2/гр, то после дискретизации побочные спектры будут перекрывать основной (рис. 5.4), и восстановить исходный сигнал без помех невозможно.
Таким образом, при полосе частот яркостного сигнала, равной 6 МГц, частота дискретизации должна быть выбрана не менее 12 МГц. Учитывая невозможность создания фильтра нижних частот с прямоугольной АЧХ, эта цифра должна быть несколько увеличена.
На выбор частоты дискретизации влияют также следующие обстоятельства. Изображение, подвергнутое кодированию, представляет собой совокупность отсчетов (пикселей), структура которых за-
(ошибок квантования), возникающих из-за за-
90 ЧАСТЬ I. Физические основы телевидения
висит от частоты дискретизации. Лучшие результаты достигаются при фиксированной относительно телевизионного растра структуре отсчетов, расположенных в узлах прямоугольной решетки — так называемая ортогональная структура дискретизации (рис. 5.5). Для этого необходимо, чтобы частота дискретизации была кратной частоте строк. Кроме того, желательно удовлетворение этому требованию одновременно для двух мировых стандартов разложения: 625/50 и 525/60. Одним из вариантов, отвечающих этим условиям, является частота 13,5 МГц. В этом случае видимая часть строки изображения для обоих стандартов состоит из 720 пикселей, что примерно соответствует разрешению аналогового вещательного телевидения. Для более высокого формата разрешения частота дискретизации должна быть пропорционально увеличена.
Приняв во внимание параметры квантования и дискретизации аналогового телевизионного сигнала, оценим скорость цифрового потока яркостного сигнала для k = 10 и /д = 13,5 МГц:
А если учесть, что кроме сигнала яркости должна быть передана информация о цвете, то общий цифровой поток, формируемый по методу ИКМ, удвоится и будет равен 270 Мбит/с. Столь высоким быстродействием должны обладать как устройства преобразования ТВ сигнала, так и каналы связи. Очевидно, нельзя считать экономически целесообразной передачу такого большого цифрового потока по каналам связи. Важной задачей для построения более экономичных ТВ систем является сжатие или компрессия ТВ сообщения.
ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения 91
5.1.2. Компрессия
Резервы для уменьшения цифрового потока без ущерба качеству воспроизводимого изображения заключены в специфике ТВ сигнала, обладающего, как показывают исследования, значительной информационной избыточностью. Эту избыточность обычно разделяют на статистическую, физиологическую и структурную.
Статистическая избыточность определяется свойствами изображения, которое не является в общем случае хаотическим распределением яркости, а описывается законами, устанавливающими определенные связи (корреляцию) как между яркостями отдельных элементов, так и между их цветностями. Особенно велика корреляция между соседними (в пространстве и во времени) элементами изображения. Использование корреляционных связей позволяет не передавать многократно одни и те же данные и сокращать за счет этого объем сообщения. При этом устранение статистической избыточности в ТВ сигнале может происходить без потери информации, и исходные данные будут полностью восстановлены.
Визуальная или физиологическая избыточность ТВ сигнала обусловливается ограниченностью возможностей зрительного аппарата. Использовать физиологическую избыточность — значит, не передавать в сигнале ту информацию, которая не будет воспринята нашим зрением. Как следствие, устранение физиологической избыточности связано с частичной потерей информации, но той информации, которая не воспринимается зрением, и ее потеря не повлияет на визуальное качество изображения.
Структурная избыточность в соответствии с названием определяется структурой видеосигнала: наличием в аналоговом телевизионном сигнале гасящих импульсов. В цифровом потоке соответствующие им временные интервалы можно исключить или использовать для передачи другой информации, например звукового сопровождения.
Уменьшение цифрового потока ТВ сигнала за счет сокращения статистической и физиологической избыточности в изображении осуществляется в телевидении применением более эффективных методов кодирования по сравнению с ИКМ. При большом их многообразии наиболее широко распространены следующие виды эффективного кодирования: кодирование с предсказанием, кодирование с линейным ортогональным преобразованием, взвешенное квантование, энтропийное кодирование или кодирование с переменной длиной. Перечисленные виды кодирования могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом, давая в последнем случае значительно больший эффект. Более подробно эти вопросы будут рассмотрены в следующих разделах этой главы.
В настоящее время существуют стандарты компрессии, которые определяют основные правила эффективного кодирования и декоди-
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 87 | Нарушение авторских прав