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 же в этих кадрах содержится очень много одинаковых областей, информацию о которых многократно передавать нецелесообразно. Можно ограничиться передачей значений только одного кадра, а содержание последующих, используя статистические законы, предсказать, т.е. вычислить на приемном конце системы.

Однако как бы ни были близки по содержанию соседние кадры, как бы ни был совершенен их статистический анализ, предсказание

102 ________ ____ ЧАСТЬ I. Физические основы телевидения

может нести в себе ошибку. Эта ошибка для каждого элемента изображения обязательно учитывается и корректируется. Только при этом условии на 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 предсказания. 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, 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 телевизионного изображения, обусловленные межкадровыми связями, в целом аналогичны пространственным свойствам в неподвижном изображении. А коэффициенты корреляции в соседних кадрах получаются зачастую даже большими, чем для соседних пикселей в одном кадре [16]. Отсюда следует вывод о целесообразности обработки разностного сигнала ДИКМ рассмотренными ранее способами для вну-трикадровой обработки, к каковым относятся ДКП, взвешенное квантование и энтропийное кодирование. В этом случае структура системы ДИКМ приобретает вид рис. 5.13 и работает следующим образом.

Для первого кадра из последовательности кадров, подлежащих преобразованию, предсказание не может быть выполнено из-за отсутствия каких-либо априорных сведений (отсутствия предшествующих

ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения__________ 10°

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 простран- • ственную 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 можно 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 значит, не влияет на формирование сигнала предсказания. Предсказа-

Дата добавления: 2015-11-26