Выбор числа уровней квантования

Разрядность АЦП определяется как в = log₂ N. Значение в округляется до целого числа.

По существу при АЦП реализуют ступенчатую аппроксимацию сигнала изображения. При этом имеет место ступенчатое отражение и слабых и резких, в пространстве кадра, изменений, например, яркости в структуре изображений.

В первом случае протяженность в пространстве кадра смежных ступеней аппроксимации возрастает. Улучшаются, соответственно, условия для относительного восприятия зрительной системой наблюдателя разности в уровнях и конфигурации границы (так называемых «ложных оконтуриваний») между указанными смежными ступенями аппроксимации, что связано с увеличением пороговой чувствительности зрительной системы при визуальном относительном контроле смежных полей большой протяженности. При этом глаз человека воспринимает границы перепадов уровня ~ в 1÷0,5%. Следовательно, надежное подавление заметности элементов ступенчатой аппроксимации возможно лишь при выборе относительного уровня ступеней (уровня квантования) ~ в 0,5÷0,25%. Согласно последнему, число уровней квантования должно быть выбрано в диапазоне ~200÷400. Отсюда число разрядов в ≥8 и, следовательно, число уровней квантования N ≥ 255. Соответственно для передачи используются двоичные числа в диапазоне от 00000000 до 11111111.

Согласно рекомендации МККР, уровню черного ТВС яркости при этом соответствует 16 (двоичное число – 00010000). Оставшиеся свободными участки полной шкалы квантования обеспечивают резерв защиты от перегрузок при изменениях (колебаниях) уровня ТВС яркости (по отношению к номинальному) на входе АЦП. При этом из-за большей заметности нелинейных искажений на белом по отношению к области черного резерв по защите уровня белого больше, чем резерв по защите уровня черного.

В отличие от ТВС яркости цветоразностные сигналы Е′_R-Y и Е′ _B-Y являются симметричными по отношению к нулевому уровню, но имеют разную амплитуду (±0,701 и ±0,886 соответственно). Перед АЦП эти сигналы подвергают компрессии (размах и того и другого сигналов приводят к эквивалентному значению ±0,5) и преобразуют к однополярному виду за счет введения соответствующей постоянной составляющей. Резерв при АЦП этих сигналов по 16 уровней квантования сверху и снизу. Следовательно, нулю каждого цветоразностного ТВС соответствует 128 уровней квантования, максимальной амплитуде – 240, минимальной – 16 [7].

Выбор числа уровней квантования ТВЧ сигнала основан на субъективном восприятии изображения человеческим глазом. Еще несколько лет назад вполне достаточным казалось использовать 256 уровней для квантования телевизионного видеосигнала. Сейчас считается нормой квантовать видеосигнал на 1024 уровня. Длина кодового слова - 10 двоичных разрядов - битов (в первоначальном варианте - 8 битов), что и позволяет перенумеровать 1024 уровня квантования. Однако числа 0..3 и 1020..1023 резервируются для цифровых синхронизирующих сигналов. Для квантования яркостного сигнала выделяется 877 уровней (значение черного в видеосигнале соответствует уровню квантования 64, а номинальное значение белого - уровню 940).