|
Квантование телевизионного сигнала (часть 2) |
Выше было рассмотрено влияние шумов квантования на качество изображения в условиях, когда собственные шумы в аналоговом сигнале невелики. Когда же они превышают шаг квантования, искажения квантования проявляются уже не как ложные контуры, а как шумы, равномерно распределенные по спектру. Флуктуационные помехи исходного сигнала как бы подчеркиваются, изображение в целом начинает казаться более зашумленным.
Недостаточное число уровней квантования особенно неприятно сказывается на цветных изображениях. Шумы квантования проявляются в виде цветных узоров, особенно заметных на таких сюжетах, как лицо крупным планом, на плавных перепадах яркости и т.д.
Сократить цифровой поток телевизионного сигнала можно путем применения нелинейной шкалы квантования. Как известно, по закону Вебера-Фехнера ощущение приращения яркости от L1 до L2 пропорционально логарифму отношения L2 к L1. Поэтому шкала, в которой шаги квантования увеличиваются от нижней части к верхней, более соответствует природе зрения. Эксперимент подтверждает, что применение логарифмической шкалы квантования позволяет уменьшить число уровней квантования вдвое по сравнению с линейной шкалой без ущерба качеству изображения, т.е. уменьшить на один разряд кодовую группу при ИКМ. Иными словами, квантование на 27 уровней по логарифмическому закону дает изображение того же качества, что и квантование на 28 уровней при равномерной шкале. Равномерная шкала оказывается более избыточной относительно логарифмической.
Сокращения цифрового потока можно достичь, используя и другие особенности зрения. При оценке необходимого числа уровней квантования сигнала яркости в расчет принималось значение порогового контраста δ = 0,02... 0,05. Однако эти данные справедливы только для крупных деталей. В общем случае пороговый контраст существенно зависит от размера наблюдаемого объекта. Для объектов, угловые размеры которых примерно несколько минут, пороговый контраст возрастает в десятки раз и приближается к единице; маленькое пятно становится заметным, когда его яркость превышает фон на величину, сравнимую с яркостью самого фона. Это означает, что небольшие детали в изображении, места резких перепадов яркости можно квантовать на значительно меньшее число уровней, чем крупные участки изображения с постоянной или плавно меняющейся яркостью.
В этой особенности зрительного восприятия, как и в факторе наличия сильных корреляционных связей между элементами изображения, кроется большой резерв по сокращению числа уровней квантования, реализация которых, однако, методами ИКМ невозможна. Должны быть применены более эффективные приемы кодирования сигнала, рассматриваемые в одной из последующих статей.
|
