3. 3. 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000Внутрикадровое кодирование.

3.1 Дискретное косинусное преобразование.

Цель внутрикадрового кодирования - сокращение пространственной избыточности в пределах кадра (или поля) телевизионного изображения. Эта избыточность вызвана сильными корреляционными связями между элементами изображения. Если найти соответствующее ортогональное преобразование, то можно преобразовать массив отсчетов изображения в матрицу коэффициентов, которые уже не будут коррелированы друг с другом. К этим некоррелированным коэффициентам можно применить энтропийное кодирование и добиться сокращения цифрового потока. Можно подобрать такое преобразование, что для типичных изображений большая часть коэффициентов матрицы будет иметь практически нулевые значения. Исключая эти нулевые коэффициенты, можно также сокращать цифровой поток. Среди возможных ортогональных преобразований наиболее широко используется дискретное косинусное преобразование (ДКП).

ДКП применяется к небольшим блокам элементов изображения, обычно 8x8. В результате вычисления ДКП находится матрица коэффициентов - амплитуд базисных косинусоидальных функций (волн) разных частот, из которых может быть сложен блок элементов изображения (рис.6,7). Для большинства блоков типичных изображений лишь малая часть коэффициентов имеет значительную величину. Если в пределах блока яркость изображения меняется мало, что будет происходить достаточно часто из-за высокой корреляции близких элементов изображения, то лишь постоянная составляющая и несколько низкочастотных базисных функций имеют значимые величины (постоянная составляющая располагается в блоке коэффициентов ДКП в левом верхнем углу). Примером может служить блок 1 (номера типичных блоков, для которых нарис.6 и 7 показаны результаты вычисления ДКП для яркостной компоненты изображения, отмечены на рис.4).

Блок изображения, в котором яркость меняется по горизонтали, может быть сложен из базисных косинусоидальных волн, "бегущих" в горизонтальном направлении. Амплитуды таких волн приведены в верхней строке матрицы ДКП, причем амплитуда самой высокочастотной горизонтальной волны располагается в правом верхнем углу. Этот случай иллюстрирует вычисление ДКП для блока 2 (рис. 4 и 7). Блок 3 складывается в основном из базовых косинусоидальных волн, яркость которых меняется только в вертикальном направлении. Коэффициенты, равные амплитудам этих волн, располагаются в левом столбце матрицы ДКП, причем амплитуда самой высокочастотной волны показана в левом нижнем углу. Лишь блок 4, в котором есть яркая точка блика на бусинке, складывается из косинусоидальных волн всех направлений: горизонтальных, вертикальных и диагональных (амплитуда самой высокочастотной диагональной волны указывается в правом нижнем углу матрицы ДКП).

Амплитуды высокочастотных составляющих для многих блоков изображения очень малы или равны нулю. Если передавать коэффициенты ДКП вместо значений яркости элементов изображения, то сокращение скорости передачи данных может быть достигнуто уже потому, что можно просто исключить нулевые коэффициенты. Ненулевые коэффициенты следует подвергнуть энтропийному кодированию. Данный способ сокращения избыточности видеосигнала основан на использовании статистических свойств изображения, при этом не возникает никаких искажений, кроме ошибок округления при вычислении ДКП. Чтобы пренебречь этими ошибками, коэффициенты ДКП вычисляются с большей точностью, чем значения яркости изображения. Если, например, элементы изображения задаются 8-битовыми словами, то ДКП дает массив 11-разрядных коэффициентов.