|
Квантование телевизионного сигнала (часть 1) |
Полученные после дискретизации исходного сигнала u(t) отсчеты u(nT) могут принимать произвольные значения в пределах своего динамического диапазона. Как следует из определения, в результате операции квантования должна быть произведена замена всех возможных значений и(пТ) рядом разрешенных значений, названных уровнями квантования (см. рис. 5.1,6). По своему смыслу операция квантования, таким образом, обязательно предполагает появление ошибки между истинным значением сигнала и(t) и его квантованным приближением uкв(nT). Эта ошибка А = и(пТ) — uкв(nT) называется ошибкой квантования. Ошибка А в существенной степени зависит от того, до какого из двух ближайших уровней квантования (верхнего или нижнего) округляется истинное значение сигнала. Устройство квантования сделает выбор между этими двумя уровнями путем сравнения истинного значения квантуемого сигнала с выбранными порогами квантования. Если истинное значение меньше некоторого уровня, называемого порогом квантования, то оно округляется до ближайшего уровня квантования, расположенного ниже данного порога (см.рис.5.1,в). Таким образом, от того, как расположены пороги квантования внутри шкалы квантования, образованной ее уровнями, будет зависеть максимальная ошибка квантования. Например, если пороги квантования совместить с уровнями квантования, то ошибка квантования может быть равна разности между двумя этими уровнями, т.е. шагу квантования. Нетрудно доказать, что среднеквадратическая ошибка квантования будет минимальна, если пороги квантования располагаются посередине между уровнями квантования.
Ошибки квантования, называемые также шумами квантования, на изображении могут проявляться по-разному, в зависимости от свойства кодируемого сигнала. Если собственные шумы аналогового сигнала невелики по сравнению с шагом квантования, то шумы квантования проявляются на изображении в виде ложных контуров. Такие искажения хорошо заметны при "грубом" квантовании, когда число уровней квантования недостаточно. В этом случает плавные яркостные переходы превращаются в ступенчатые и качество изображения ухудшается. Наиболее заметны ложные контуры на изображениях с крупными планами. Этот эффект усугубляется на подвижных изображениях.
Эксперименты показывают, что ложные контуры перестают восприниматься, если число уровней квантования превышает 100...200, т.е. шум квантования не превышает 0,5... 1 % размаха сигнала. Эти данные хорошо согласуются с понятиями о контрастной чувствительности зрения, рассмотренными в предыдущих статьях, и выбором разрядности кодовой комбинации для передачи цифрового сигнала. Действительно, семи- или восьмиразрядному коду соответствует квантование на 128 или 256 уровней соответственно, что превышает полученный экспериментальным путем необходимый минимум числа градаций, при котором отсутствуют ложные контуры в изображении.
|
