ТЕЛЕВИДЕНИЕ Лабораторный практикум

"

+-+ ! -*

"#$%

Изучение принципа формирования пространственного спектра ТВ изображений с помощью дискретно-косинусного преобразования и влияния количества составляющих спектра на качество изображения, полученного в результате обратного дискретно-косинусного преобразования [1, с. 95–101].

& # $

Структурная схема работы приведена на рис. 15.1. Поступающее входное изображение в формирователе блоков делится на блоки размером 8×8 отсчетов. Дискретно-косинусное преобразование осуществляется поблочно. Результатом преобразования являются трансформанты. Перед выполнением обратного дискретно-косинусного преобразования блоков изображения в работе предусмотрена возможность изменения количества трансформант, присутствующих в блоках, т. е. осуществляется изменение пространственного спектра изображения путем отбрасывания некоторых пространственных частот.

. 15.1. #

Число трансформант меняется в пределах от 64 (не вносится изменение в пространственный спектр, присутствуют все пространственные частоты) до 1 (остается только трансформанта, характеризующая среднюю яркость в блоке – постоянная составляющая).

В процессе выполнения работы существует возможность наблюдения блоков трансформант (пространственного спектра), взятых из трех мест исследуемого изображения (рис. 15.2). Необходимо учесть, что при наблюдении указанных блоков уже произведена операция по изменению количества трансформант в изображении. Формируемое в работе разностное изображение позволяет наглядно оценить различие между входным и выходным изображениями.

. 15.2. , *

*

Вкачестве объективной меры различия между изображениями используется отношение сигнал/шум (SNR), дБ:

где Q – максимальное значение яркости; Iвх, Iвых – отсчеты яркостного сигнала входного и выходного изображений соответственно; Nx, Ny – размеры изображений (в отсчетах).

Работа рассмотренной схемы смоделирована программным способом с использованием системы Matlab. Входное изображение загружается из соответствующего файла. После окончания обработки на экран выводятся три изображения: входное, выходное и разностное. В отдельном окне в табличном виде выводится информация о пространственном спектре.

Порядок выполнения работы

Порядок действий определяется интерфейсом компьютерного лабораторного практикума и начинается с выбора данной лабораторной работы из общего списка, расположенного на левом мониторе, нажатием левой кнопкой мыши строки текста, содержащей ее номер и название.

После этого на левом мониторе в полноэкранном режиме открывается окно компьютерной программы «Исследование принципов дискретно-косинусного преобразования». В случае необходимости это окно можно свернуть или закрыть и впоследствии вызвать одноименной иконкой на «рабочем столе». Там находятся также иконки приложений, использование которых предполагается в процессе выполнения работы.

Правый монитор содержит текст методических указаний к выполнению работы в полноэкранном режиме. Кроме того, на правом мониторе могут быть отображены: окно «справки» к какой-либо из используемых программ, иной вспомогательный или справочный материал.

Расположение рабочих окон на обоих мониторах в процессе выполнения работы всегда определяется пользователем и может быть изменено известными приемами.

1.Ознакомиться со схемой лабораторной работы (рис. 15.1).

2.Загрузить систему Matlab, щелкнув соответствующую иконку на «рабочем столе» и файл с лабораторной работой. Изучить открывшийся листинг, опираясь на приведенные в нем

комментарии. Проверить правильность указанного пути в строке, где происходит загрузка тестового изображения (test1.bmp).

3. Снять зависимость SNR = f(d), где d – количество трансформант в пространственном спектре изображения, для этого:

а) установить d = 64 и нажать клавишу F5 для выполнения программы;

б) дождаться окончания процесса обработки. Об этом можно узнать по появлению в отдельных окнах трех изображений: входного (Originalpicture), выходного (Restoredpicture) и разностного (Differencepicture);

в) перейти в командное окно (CommandWindow) системы Matlab (рис. 15.3) и зафиксировать в протокол отображаемое значение SNR (в дБ). Величину отношения сигнал/шум можно также увидеть при наведении курсора в тексте программы на переменную SNR;

. 15.3. / Matlab: Workspace, –

CommandWindow

г) в окне рабочего пространства (Workspace) найти переменные spectr_1, spectr_2 и spectr_3 (рис. 15.3), представляющие собой массивы чисел – значения трансформант трех блоков входного изображения (рис. 15.2). Путем последовательного двойного нажатия каждой курсором вывести их в отдельное окно. Проанализировать характер распределения трансформант. Визуально сопоставить распределение трансформант с фрагментами тестового изображения, с помощью

которых получены блоки трансформант spectr_1, spectr_2 и spectr_3 (блоку трансформант spectr_1

соответствует блок изображения Block1 pict, spectr_2 – Block2 pict, spectr_3 – Block3 pict);

д) последовательно уменьшая до 1 (с произвольной дискретностью, как минимум, в 5 точках) количество трансформант d в изображении, убедиться в изменении SNR, фиксируя значение этой переменной в протоколе. Визуально проконтролировать изменения в блоках трансформант (переменные spectr_1, spectr_2, spectr_3);

е) построить график SNR = f(d).

Сделать вывод о качестве получаемого изображения при изменении количества трансформант в пространственном спектре этого изображения.

4. Построить график U = f(l), где U, l – значение и порядковый номер трансформанты при зигзагообразной развертке, для этого:

а) установить количество трансформант d = 64 и нажать клавишу выполнения программы F5;

б) вывести на экран любой из трех блоков трансформант (spectr_1, spectr_2, spectr_3);

в) убедиться, что концентрация значительных по величине трансформант приходится на левый верхний угол;

г) построить график U = f(l), используя зигзагообразную развертку (рис. 15.4).

. 15.4. ? " "

5. Уяснить взаимосвязь характера изображения и вида пространственного спектра, формируемого посредством дискретно-косинусного преобразования, для этого:

а) изменить в тексте программы имя тестового изображения на новое (test2.bmp), имеющее периодические структуры разной ориентации;

б) нажать клавишу выполнения программы F5;

в) после выполнения программы вывести на экран с помощью окна рабочего пространства (Workspace) три блока трансформант (spectr_1, spectr_2, spectr_3), записать их в протокол, а также зарисовать три фрагмента тестового изображения (Block1 pict, Block2 pict и Block3 pict), соответствующие записанным в протокол блокам трансформант.

Сделать вывод о взаимосвязи распределения трансформант и вида тестового изображения.

)

)

. 15.5. & * 1:– * 8×8, – &

)

)

. 15.6. & * 2:– * 8×8, – &

)

)

. 15.7. & * 3:– * 8×8, – &

Содержание отчета

1.Структурная схема работы.

2.Графики SNR = f(d) и U = f(l).

3.Выводы по пп. 3 и 5.

Контрольные вопросы

1.Каково назначение дискретно-косинусного преобразования при сжатии видеоинформации?

2.Как называются числа, полученные в результате дискретно-косинусного преобразования?

3.Сохраняется ли корреляция между числами, полученными в результате дискретно-косинусного преобразования?

4.Укажите характер распределения чисел, полученных после дискретно-косинусного преобразования блока «типичного» изображения.

5.Где находится в пространственном спектре, полученном в результате дискретно-косинусного преобразования, число, представляющее постоянную составляющую преобразованного блока?

6.Где находится в пространственном спектре, полученном в результате дискретно-косинусного преобразования, число, представляющее самую высокую пространственную частоту в преобразованном блоке?

7.Укажите результаты дискретно-косинусного преобразования блоков приведенных изображений (рис. 15.5, 15.6, 15.7).

Литература

1. Телевидение: учебник для вузов / Под ред. В.Е. Джаконии. – 4-е изд. – М. : Горячая линияТелеком, 2007. – 616 с.

16

+ + " 2 ! ! !

"#$%

Изучение принципов и последовательности обработки видеоинформации при внутрикадровом кодировании [1, c. 95–101].

& # $

Cтруктурная схема (рис. 16.1) отражает в упрощенном виде основные этапы внутрикадровой обработки видеоинформации, предусмотренные стандартами цифрового кодирования телевизионных изображений (MPEG-2, MPEG-4, H.261, Н.264).

Рис. 16.1. Структурная схема лабораторной работы

Часть схемы внутрикадрового кодера (формирователь блоков, дискретно косинусный преобразователь, спектральное взвешивание, развертка) и вспомогательная часть схемы, представляющая фрагмент внутрикадрового декодера и позволяющая наглядно увидеть влияние процесса кодирования на качество ТВ изображений, программно смоделированы.

В процессе изучения методов внутрикадровой обработки существует возможность модифицирования матрицы спектрального взвешивания, а также изменения коэффициента масштабирования от 1 до 31 при взвешивании, имитируя тем самым процесс регулировки буфером количества поступаемых данных.

Входное изображение загружается из соответствующего файла. После окончания обработки на экран выводятся два изображения – исходное и восстановленное (декодированное), позволяющие наглядно оценить возможные различия между ними.

В качестве объективной меры различия между изображениями используется отношение сигнал/шум (SNR), дБ:

где Q – максимальный уровень яркости; Iисх, Iдек – отсчеты яркостного сигнала исходного и декодированного изображений соответственно; Nx, Ny – размеры изображений.

'( )$# '

Порядок действий определяется интерфейсом компьютерного лабораторного практикума и начинается с выбора данной лабораторной работы из общего списка, расположенного на левом мониторе, нажатием левой кнопкой мыши строки текста, содержащей ее номер и название.

После этого на левом мониторе в полноэкранном режиме открывается окно компьютерной программы «Внутрикадровое кодирование цифрового ТВ сигнала». В случае необходимости это окно можно свернуть или закрыть и впоследствии вызвать одноименной иконкой на «рабочем столе». Там находятся также иконки приложений, использование которых предполагается в процессе выполнения работы.

Правый монитор содержит текст методических указаний к выполнению работы в полноэкранном режиме. Кроме того, на правом мониторе могут быть отображены: окно «справки» к какой-либо из используемых программ, иной вспомогательный или справочный материал.

Расположение рабочих окон на обоих мониторах в процессе выполнения работы всегда определяется пользователем и может быть изменено известными приемами.

1.Ознакомиться со схемой лабораторной работы (рис. 16.1).

2.Загрузить программу с лабораторной работой. В образовавшемся интерфейсе программы зайти в пункт меню Файл → Открыть и загрузить тестовый файл test1.bmp. Зайдя в пункт меню Файл → Информация о файле, записать высоту и ширину файла, в пикселях;

3.Снять зависимость SNR = f(k), где k – коэффициент масштабирования матрицы спектрального взвешивания, для этого:

а) установить «Стандарт MPEG-2» в поле выбора матрицы спектрального взвешивания и коэффициент масштабирования k = 1. Нажать кнопку «Выполнить»;

б) дождаться окончания процесса обработки. Об этом можно узнать по появлению в левом нижнем углу окна программы надписи «Готово»;

в) зафиксировать в протокол значение SNR, взятое из окна ОСШ;

г) последовательно изменяя коэффициент k (максимальное значение 31), повторить действия, указанные в пп. б и в.

Сделать вывод о качестве получаемого изображения при изменении коэффициента масштабирования k.

4. Определить количество информации, содержащейся в двух смежных блоках тестового изображения при различных развертках, для этого: