Удаление пространственной избыточности на основе ДКП

Основное устройство кодирования видеоинформации — процессор дискретного косинусного преобразования (ДКП). Процессор ДКП получает кадры изображения I, P и В в виде потока блоков 8x8, организованных в макроблоки и вырезки, образующие один видеокадр. Блоки могут являться частью кадра яркости (Y) или кадра цветности (С_R и С_В). Данные, представляющие отсчеты в каждом блоке, поступают затем в процессор ДКП (рис. 5.22), который переводит их в матрицу коэффициентов 8x8, представляющих видеообраз блока. Перед ДКП каждое число в блоке 8x8 представляет значение соответствующего отсчета, т. е. яркость пиксела, представленного этим отсчетом (рис. 5.23).

Рис. 5.22. Удаление пространственной избыточности на основе ДКП

Рис. 5.23

Процессор ДКП проверяет пространственные частотные компоненты блока в целом и переводит матрицу временной области в матрицу частотной области. Эта операция связана с созданием нового набора коэффициентов в матрице 8 ´ 8, начиная с верхней левой ячейки, представляющей постоянную составляющую, т. е. составляющую с частотой 0 Гц. Коэффициент в этой ячейке представляет среднюю яркость блока. Каждая из остальных ячеек представляет составляющую блока с возрастающей частотой (рис. 5.24). Значения коэффициентов в других ячейках определяются количеством деталей изображения в блоке. Следовательно, блок, содержащий везде одинаковую яркость (или цвет), например представляющий участок чистого неба, будет иметь только постоянную составляющую; коэффициенты в других ячейках будут нулевыми. Блок, содержащий деталь изображения, будет иметь ненулевые коэффициенты в соответствующих ячейках. Грубая деталь изображения представляется малыми коэффициентами, и всего несколько ячеек будут содержать ненулевые коэффициенты; тонкая деталь изображения представляется коэффициентами большей величины, и много ячеек будут содержать ненулевые коэффициенты. Тонкие вертикальные детали изображения (высокая горизонтальная частота) представляются перемещением по горизонтали вправо, а тонкие горизонтальные детали (более высокая вертикальная частота) представляются движением по вертикали вниз, как показано на рис. 5.24. Самая тонкая деталь изображения, т. е. самая высокая видеочастота, представляется нижней правой ячейкой матрицы.

Как можно заметить на рис. 5.23, на котором представлена матрица ДКП типичного блока, наибольшие коэффициенты и, следовательно, большая часть энергии сосредоточены в верхнем левом углу и вблизи него; в нижнем правом квадранте очень мало коэффициентов значительной величины. Такое расположение коэффициентов не является неожиданным, поскольку маловероятно, что блок пикселов 8x8 передает сколько-нибудь тонкую деталь изображения. Коэффициенты ДКП округляются в сторону увеличения или уменьшения, чтобы получить меньший набор возможных величин, что приводит к сильно упрощенному набору коэффициентов (рис. 5.25).