Компрессия

Резервы для уменьшения цифрового потока без ущерба качеству воспроизводимого изображения заключены в специфике ТВ сигнала, обладающего, как показывают исследования, значительной инфор­мационной избыточностью. Эту избыточность обычно разделяют на статистическую, физиологическую и структурную.

Статистическая избыточность определяется свойствами изо­бражения, которое не является в общем случае хаотическим рас­пределением яркости, а описывается законами, устанавливающими определенные связи (корреляцию) как между яркостями отдельных элементов, так и между их цветностями. Особенно велика корре­ляция между соседними (в пространстве и во времени) элементами изображения. Использование корреляционных связей позволяет не передавать многократно одни и те же данные и сокращать за счет этого объем сообщения. При этом устранение статистической избы­точности в ТВ сигнале может происходить без потери информации, и исходные данные будут полностью восстановлены.

Визуальная или физиологическая избыточность ТВ сигнала об­условливается ограниченностью возможностей зрительного аппара­та. Использовать физиологическую избыточность — значит, не пе­редавать в сигнале ту информацию, которая не будет воспринята на­шим зрением. Как следствие, устранение физиологической избыточ­ности связано с частичной потерей информации, но той информации, которая не воспринимается зрением, и ее потеря не повлияет на ви­зуальное качество изображения.

Структурная избыточность в соответствии с названием опре­деляется структурой видеосигнала: наличием в аналоговом телеви­зионном сигнале гасящих импульсов. В цифровом потоке соответ­ствующие им временные интервалы можно исключить или исполь­зовать для передачи другой информации, например звукового со­провождения.

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. Более подробно эти вопросы будут рассмотрены в следующих разделах этой главы.

В настоящее время существуют стандарты компрессии, которые определяют основные правила эффективного кодирования и декоди рования 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 Picture Experts Group (Группа экспертов по движущимся изображениям). Разработанные и разрабатываемые стандарты компрессии МРЕG не подвергают жесткой регламентации процедуры эффективного коди­рования, с тем чтобы оставить возможности для дальнейшего усовер­шенствования кодеров и декодеров. Стандартизованы только кодо­вое представление цифрового потока, сформированного устройством компрессии, и процесс декодирования. В Европе в качестве основно­го стандарта для цифрового телевизионного вещания приняты спе­цификации сжатия МРЕG-2, известные как стандарты «Main Profile at Main Level» (основной профиль при основном уровне), хотя раз­работаны и другие подмножества стандарта, отвечающие различным сферам применения и качеству изображений.

Эффективность компрессии, достигнутая к настоящему времени, очень велика. Так, для упомянутого основного уровня стандарта МРЕG-2 (разрешение 720x576 пикселей) требуется битовая скорость порядка 15 Мбит/с (против приведенного выше значения 270 Мбит/с некомпрессированного ИКМ сигнала).