Внутрикадровое уменьшение избыточной видеоинформа­ции

Внутрикадровое сокращение избыточной информации основано на дискретном косинусном преобразовании (ДКП), который базиру­ется на преобразовании, предложенном французским математиком Ж.Фурье. Согласно нему, любую периодическую последователь­ность импульсов можно представить в виде алгебраической суммы простейших синусоидальных колебаний с кратным частотами и убывающими амплитудами. Точное приближение к исходной форме импульса дает практически всегда бесконечный ряд частот, крат­ных основной.

Совокупность целого ряда убывающих колебаний разных частот образует спектр исходного (в данном случае прямоугольного) им­пульса.

Передать все составляющие его колебания не просто, так как для этого требуется очень широкая частотная полоса канала связи. И чем короче импульс, т.е. чем мельче деталь изображения, тем более широкой необходима частотная полоса. При ее недостаточ­ной ширине фазы колебаний с высшими частотами (гармоники) бу­дут изменяться, и колебания будут ослабляться по амплитуде, что приведет к потере качества изображения.

Непериодические импульсы могут быть также представлены ал­гебраической суммой бесконечно убывающих синусоидальных ко­лебаний с возрастающими частотами ряда 1, 3, 5, до f = 1/т (где т -длительность импульса) и убывающими амплитудами. При прове­дении анализа сигнала (в данном случае яркостного) исходят из того, что телевизионное изображение состоит из простейших элементов, так называемых пикселей.

Пиксель – это миниатюрный элемент изображения (picture element) из большого массива графической информации. Пиксель не­сет сведения о яркости (или о цвете) элементарного участка изо­бражения.

Каждый пиксель может принимать от 0 до 255 (от 0 до 1023 при 10-битовом слове) значений уровней, яркость которых (пикселей) можно условно представить разными амплитудами, но одинаковой длительности (рисунок 11.20). Дискретизация через равные временные промежутки телевизионной строки, а для зрителя пиксель является пространственным элементом, формирующим изображение.

Рисунок 11.20 - Дискретное представление яркостной полосы пикселями и их числовыми значениями

Пиксель как сигнал можно анализировать, если перевести его из амплитудно-временного представления в амплитудно-частотное, т.е. получить его частотный спектр. В спектре наглядно видны колебания, расположенные в низ­кочастотной области, несущие основную энергию и формирующие амплитуду импульса-пикселя, а также колебания менее значимые, находящиеся в высокочастотной области спектра, формирующие крутизну фронта и спада, определяющие ширину частотной полосы, занимаемую пикселем (рисунок 11.21).

В большинстве случаев колебания в крайне правой высокочастот­ной области спектра значительной роли для пикселя, как составляю­щего элемента видеосигнала, не имеют. То есть передаются только те коэффициенты, которые превышают пороговую величину, а остальные считаются нулевыми. Введение порога, строго говоря, приводит к потерям информации и, соответственно, к снижению качества изображения, однако при оптимальном выборе величины порога такое ухудшение окажется практически незаметным.

На рисунке 11.21 выделены колебания с менее значимыми частотами и амплитудами, которые можно удалить, что приведет к некоторому снижению четкости и контрастности видеоизображения, с одной стороны, но с другой, даст возможность:

§ значительно сузить частотную полосу, занимаемую видеосиг­налом;

§ уменьшить необходимый объем памяти для запоминания значений оставшихся амплитуд и частот.

На этом построено уменьшение видеоинформации при внутрикадровом сжатии цифровых данных на основе ДКП.

Основная цель внутрикадрового сжатия цифровой информации на основе ДКП заключается в сужении частотной полосы, занимае­мой видеосигналом, путем заранее определяемых амплитудно-частотных потерь некоторых высокочастотных колебаний его со­ставляющих, но без заметных для глаза снижений четкости и кон­трастности изображения.

Рисунок 11.21 - Частотный спектр пикселя – элемента яркости

Дата добавления: 2014-01-07