Аналого-цифровое преобразование видеосигналов

Итак, для преобразования любого аналогового сигнала (звука, изображения) в цифровую форму необходимо выполнить три основные операции: дискретизацию, квантование и кодирование.

Дискретизация – представление непрерывного аналогового сигнала последовательностью его значений (отсчетов). Эти отсчеты берутся в моменты времени, отделенные друг от друга интервалом, который называется интервалом дискретизации. Величину, обратную интервалу между отсчетами, называют частотой дискретизации.

На рис. 7.2. показаны исходный аналоговый сигнал и его дискретизированная версия. Картинки, приведенные под временными

диаграммами, получены в предположении, что сигналы являются

 

видеосигналами одной строки, одинаковыми для всего телевизионного растра.

Рис. 7.2. Процесс дискретизации аналогового сигнала

Понятно, что чем меньше интервал дискретизации и, соответственно, выше частота дискретизации, тем меньше различия между исходным сигналом и его дискретизированной копией. Ступенчатая структура дискретизированного сигнала может быть сглажена с помощью фильтра нижних частот. Таким образом и осуществляется восстановление аналогового сигнала из дискретизированного. Но восстановление будет точным только в том случае, если частота дискретизации по крайней мере в 2 раза

превышает ширину полосы частот исходного аналогового сигнала (это условие определяется известной теоремой Котельникова). Если это условие не выполняется, то дискретизация сопровождается необратимыми искажениями.

2. Квантование представляет собой замену текущей величины отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин

– уровней квантования. Другими словами, квантование – это округление величины отсчета. Уровни квантования делят весь диапазон возможного

изменения значений сигнала на конечное число интервалов – шагов квантования. Расположение уровней квантования обусловлено шкалой

квантования. Используются как равномерные, так и неравномерные шкалы.

На рис. 7.3 показаны исходный аналоговый сигнал и его квантованная версия, полученная с использованием равномерной шкалы

 

квантования, а также соответствующие сигналам изображения.

Рис. 7.3. Процесс квантования

Искажения сигнала, возникающие в процессе квантования, называют шумом квантования. При аппаратной оценке шума вычисляют разность между исходным сигналом и его квантованной копией, а в качестве объективных показателей шума принимают, например, среднеквадратичное значение этой разности. Временная диаграмма и изображение шума квантования также показаны на рис. 7.3 (изображение шума квантования показано на сером фоне). В отличие от флуктуационных шумов шум квантования коррелирован с сигналом, поэтому шум квантования не может быть устранен последующей

фильтрацией. Шум квантования убывает с увеличением числа уровней квантования.

3. Цифровое кодирование. Квантованный сигнал, в отличие от исходного (аналогового), может принимать только конечное число

значений. Это позволяет представить его в пределах каждого интервала дискретизации числом, равным порядковому номеру уровня квантования.

В свою очередь это число можно выразить комбинацией некоторых знаков или символов. Совокупность знаков (символов) и система правил,

при помощи которых данные представляются в виде набора символов,

называют кодом. Конечная последовательность кодовых символов называется кодовым словом. Квантованный сигнал можно преобразовать

в последовательность кодовых слов. Эта операция и называется

кодированием. Каждое кодовое слово передается в пределах одного интервала дискретизации. Для кодирования сигналов звука и изображения широко применяют двоичный код.

Кодовые слова можно передавать в параллельной или последовательной формах (рис. 7.4). Для передачи в параллельной форме

надо использовать n линий связи (в примере, показанном на рисунке n =

 

4). Символы кодового слова одновременно передаются по линиям в пределах интервала дискретизации.

Рис. 7.4. Аналого-цифровое преобразование

Дата добавления: 2014-12-10