Статистические и спектральные характеристики телевизионного видеосигнала. Виды избыточности телевизионного сигнала и принципы ее устранения

Избыточность телевизионного сигнала разделяется на структурную, статистическую и психофизиологическую.

Структурная избыточность связана с наличием в стандартном телевизионном сигнале гасящих импульсов, во время которых информация об изображении не передается. Структурная избыточность телевизионного сигнала может быть уменьшена путем передачи во время гасящих импульсов какой-либо другой полезной информации, например, сигналов звукового сопровождения. Однако большого выигрыша это не дает.

Статистическая избыточность вызывается наличием корреляционных связей между значениями сигнала в соседних элементах одной строки, в соседних строках и в соседних кадрах. Наглядно можно представить себе смысл статистической избыточности как повторяемость информации в следующих друг за другом кадрах. Один из наиболее известных методов сокращения статистической избыточности – кодирование с предсказанием или дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ). В ряде стандартов сжатия кодирование с предсказанием указано как один из основных инструментов устранения избыточности. При этом для большинства кадров передается не само изображение, а так называемая ошибка предсказания – разность действительного изображения данного кадра и предсказанного изображения этого же кадра, которое формируется по известным алгоритмам из изображений ранее переданных кадров. Так как большинство кадров телевизионного изображения в значительной степени повторяет предыдущие, ошибка предсказания содержит значительно меньший объем информации, чем действительное изображение.

Психофизиологическая, или перцептуальная, избыточность телевизионного сигнала определяется той информацией в нем, которая не воспринимается зрительным аппаратом человека и, следовательно, могла бы и не передаваться. Психофизиологическая избыточность может быть устранена за счет удаления из передаваемого сигнала информации, отсутствие которой существенно не влияет на восприятие изображения человеком. Мощным средством сокращения избыточности считается кодирование с преобразованием, при котором набор статистически зависимых отсчетов изображения во временной области преобразуется в набор независимых коэффициентов в спектральной области. Разложение производится по ортогональным базисным функциям, различным для разных преобразований. При удачном выборе вида преобразования энергия в спектральной области сосредоточивается вблизи низкочастотных компонентов спектра, а коэффициенты в высокочастотной области оказываются малыми или вообще нулевыми. К наиболее широко распространенным и глубоко исследованным преобразованиям относится, в частности, дискретно-косинусное преобразование (ДКП).

Дальнейшее сокращение избыточности получается благодаря переходу от поэлементного к групповому преобразованию, когда телевизионное изображение разбивается на отдельные участки и производится кодирование сразу группы элементов, составляющих участок. По принципу группового кодирования функционирует, например, ДКП. Применение совокупности различных способов сжатия информации, заключенной в телевизионном изображении, позволяет не только передавать цифровой сигнал, соответствующий телевизионному изображению стандартной четкости, по эфирным каналам системы телевизионного вещания, но и реализовать одновременную передачу по этим радиоканалам цифровых сигналов нескольких телевизионных программ, а также передавать сигналы усовершенствованных систем ТВЧ. Методы сжатия изображений можно разделить на два класса: методы сжатия без потерь информации и методы сжатия с частичной потерей информации. При сжатии без потерь после декомпрессии восстанавливается изображение, идентичное исходному. Возможности сжатия реальных цветных или полутоновых черно-белых изображений без потерь весьма ограничены. Гораздо большего эффекта позволяют достичь методы сжатия с частичной потерей информации, но без заметного ухудшения визуально-воспринимаемого качества декодированных изображений.