Лекция 5. Внутрикадровое кодирование телевизионного сигнала

Импульсно-кодовой модуляции,как уже мы отмечали, в телевидении присуща значительная избыточность в передаваемой информации. Информационная избыточность заключена в специфике ТВ сигнала. Эту избыточность подразделяют на статистическую, психофизиологическую и структурную.

Уменьшение цифрового потока ТВ сигнала за счет сокращения статистической и физиологической избыточности в изображении осуществляется в телевидении применением более эффективных методов кодирования по сравнению с ИКМ. При большом их многообразии наиболее широко распространены следующие виды эффективного кодирования: кодирование с предсказанием, кодирование с линейным ортогональным преобразованием, взвешенное квантование, энтропийное кодирование или кодирование с переменной длиной. Перечисленные виды кодирования могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом, давая в последнем случае значительно больший эффект при компрессии цифровых сигналов.

В настоящее время существуют стандарты компрессии, которые определяют основные правила эффективного кодирования и декодирования цифровых потоков, как изображений, так и связанного с ними звукового сопровождения. Эти стандарты получили общее наименование MPEG, представляющее собой аббревиатуру от названия, разрабатывавшего их международного комитета — Moving Pictures Experts Group (Группа экспертов по движущимся изображениям).

Избыточность информации в потоке цифровых данных объясняется, прежде всего, спецификой ТВ изображения. Известно, что, несмотря на равновероятность любых из возможных значений яркости (цветности) для одного элемента изображения, содержание соседствующих с пим элементов мало отличается или не отличается вовсе. При поэлементной передаче яркости и цветности методом ИКМ в канал посылается одна и та же или мало отличающаяся по содержанию информация. Подобную избыточность информации в сигнале называют пространственной или внутрикадровой.

Значительная избыточность содержится и в передаче смежных во времени кадров изображения, в которых, несмотря на движение отдельных фрагментов, существенную роль играют общие для них неподвижный фон или задний план. Такого рода избыточность называют временной или межкадровой. И пространственная, и временная избыточность обусловлены статистическими свойствами телевизионного изображения.

Устранение избыточности информации в цифровом сигнале, в конечном счете, должно выразиться в уменьшении числа отсчетов сигнала и (или) уменьшении разрядности их двоичных кодовых символов. Реализация таких процедур напрямую с ИКМ сигналом недопустима, так как изъятие из сигнала отдельных отсчетов или замена их значений на более грубо проквантованные соответствует изъятию в воспроизводимом изображении соответствующих элементов ил и их искаженному представлению. Попытка изъятия отдельных элементов из группы равноправных слагаемых изображения, как с информационной, так и с энергетической точки зрения приводит к необратимой потере качества изображения.

Решение задачи по устранению избыточности информации в цифровом сигнале возможно только путем его предварительной обработки, которая должна перераспределить вклад отдельных отсчетов преобразованного сигнала в общее содержание изображения. Перераспределив, таким образом, функциональную значимость между отдельными отсчетами, можно будет выделить «главные» отсчеты, несущие основной объем информации, обеспечив им наилучшие условия передачи, а на остальных отсчетах «сэкономить», не передавая их или передавая с минимальным числом градаций.

К настоящему времени предложено сравнительно много методов обработки сигнала с таким подходом.