První
symbol obsahuje údaj o počtu
nul (délka běhu - Run
Length) a počtu bitů
potřebných pro kódování
koeficientu. Druhý symbol
vyjadřuje hodnotu
koeficientu v binární podobě.
Z důvodů dalšího snížení
redundance signálu se pro
kódování prvního symbolu
používá Huffmanův kód
(entropické kódování,
kódování s proměnnou
délkou slova VLC - Variable
Length Coding). Často se vyskytující symboly jsou kódovány krátkými slovy, zatímco
sporadicky se vyskytující symboly jsou naopak kódovány dlouhými slovy. Druhý symbol je
vyjádřen binárním kódem. Od jistého koeficientu, označovaného EOB (End of Block)
obsahuje sériový tok dat již pouze samé nuly. Stejnosměrný koeficient se může přenášet
samostatně nebo jako diference mezi hodnotou koeficientu současného a předchozího bloku.
Pro přenos signálu lze použít dva způsoby. Při sekvenčním módu se všechny
koeficienty jednoho bloku snímají postupně za sebou, a to se opakuje pro všechny bloky
obrazu. Doba přenosu celého obrazu je dlouhá. Mód progresivního kódování se používá při
prohlížení řady obrazů, kdy je vhodné pro hrubou orientaci zobrazit obraz bez podrobností.
Nejdříve se tedy přenášejí postupně ze všech bloků stejnosměrné koeficienty, poté první
střídavé koeficienty zase ze všech bloků, druhé koeficienty, atd. Obraz se postupně obohacuje
o podrobnosti (často užívaný způsob přenosu obrazů na síti Internet).
Popsané transformační kódování se používá u systémů JPEG (komprimační poměr 8
až 15) a MPEG. U
kódování pohyblivých obrazů se dosahuje další výrazné redukce redundance signálu v časové
oblasti využitím DPCM s podporou tzv. vektorů pohybu. Pro tyto operace se jasový signál
zpracovává v makroblocích. Jeden makroblok (16x16 vzorků) obsahuje čtyři jasové bloky a je
doplněn jedním blokem každého chrominančního signálu. Na výstupu součtového členu
v kodéru se vytváří rozdíly hodnot vzorků signálů právě kódovaného a předchozího
snímku. K dekodéru je přenášen pouze rozdílový signál. V případě, že dva po sobě jedoucí
snímky jsou identické (statická scéna), je diferenční signál nulový a nastává výrazné snížení
bitového toku signálu.
Plynulý sled snímků na vstupu kodéru je rozdělen na skupiny snímků GOP (Group of
Pictures), které se opakují obvykle po 12 snímcích (cca 0,5 s). Na začátku každé skupiny je
přenášen referenční snímek I (Intra frame), který se zpracovává bez predikce (bez DPCM),
pouze pomocí FDCT. Toto opatření umožňuje libovolný přístup k signálu (změna programu,
zapnutí TVP, atd.).
Ostatní snímky skupiny
mohou být snímky P
(Predict frame) nebo
snímky B (Bidirectional
frame). Při zpracování
snímku P se vytváří a
přenáší diference právě
kódovaného snímku P a
předchozího snímku I
nebo předchozího snímku
P. Touto dopřednou
jednosměrnou predikcí se
sníží přenosová rychlost
signálu asi dvakrát. Při
zpracování snímku B se
vytváří a přenáší
diference právě
kódovaného snímku B a
průměru vytvořeného
z minulého snímku (I
nebo P) a snímku (I nebo
P), který následuje po právě kódovaném snímku B. Obousměrnou predikcí se sníží přenosová
rychlost signálu až osminásobně. Poněvadž pro vytváření i rekonstrukci snímků B je třeba
znát snímky nejen předcházející, ale i následné, je nutné snímky před a po kódování vhodně
přemístit. Přenos rozdílových signálů se potom uskutečňuje v jiném sledu než odpovídá
sekvenci původních snímků.
Monday, August 11, 2008
Thursday, August 7, 2008
16
. ). 1 2 ( cos .
16
. ). 1 2 ( cos ). , ( ). ( ). (
4
1 ) , (
7
0
7
0
π π v y u x y x g v C u C v u G
y x
+ +
= ∑ ∑
= =
, (2.3)
16
. ). 1 2 ( cos .
16
. ). 1 2 ( cos ). , ( ). ( ). (
4
1 ) , (
7
0
7
0
π π v y u x v u G v C u C y x g
v u
+ +
= ∑ ∑
= =
, (2.4)
kde ) , ( y x g je diskrétní funkce v prostorové oblasti, ) , ( v u G je diskrétní funkce v kmitočtové
oblasti, y x, jsou souřadnice v prostorové oblasti, v u, jsou souřadnice v kmitočtové oblasti,
( ) ( ) 707 , 0 = = v C u C pro 0 = = v u , ( ) ( ) 1 = = v C u C pro u >0 , v >0 . Výsledky transformace
pro různě korelované vzorky signálu jsou nakresleny na obr. 2.10 a obr. 2.11. Čím více budou
parametry obrazových bodů navzájem závislé, tím menší bude počet koeficientů po
transformaci (i jejich velikost) a výsledná přenosová rychlost signálu se výrazně sníží [13].
Frekvenční koeficient v pozici (0,0) představuje stejnosměrnou složku (střední
hodnotu) transformovaného signálu. V ní je soustředěna téměř celá energie signálu bloku.
Směrem k pozici (8,8) se zvyšuje kmitočet frekvenčních koeficientů, avšak jejich velikost
(některé mohou být i záporné) se většinou zmenšuje. Velikost koeficientů se po transformaci
upravuje kvantováním, tj. dělí se čísly v tzv. kvantizační matici. Ta je na základě statistických
výsledků pozorování experimentálně zvolena tak, aby koeficienty vyšších kmitočtů byly více
zmenšeny než koeficienty nižších kmitočtů (irelevantní části signálu). Výsledek dělení se
zaokrouhluje na celé číslo, malé koeficienty se zanedbávají. Tato úprava signálu je ztrátová.
Kvantizační tabulky pro jasový a chrominanční signál jsou různé a jejich obsahem lze měnit
kvalitu rekonstruovaného obrazu resp. komprimační poměr.
28 Rádiové a mobilní komunikace
Matice frekvenčních
koeficientů (po kvantování)
se vyčítá podle úhlopříčky
(cik-cak) což s výhodou
odpovídá postupnému
zmenšování hodnot
koeficientů se zvětšujícím se
kmitočtem. Kódují se
skupiny skládající se
z nenulového koeficientu a
počtu předcházejících nul.
Skupina je charakterizována
dvěma symboly.
. ). 1 2 ( cos .
16
. ). 1 2 ( cos ). , ( ). ( ). (
4
1 ) , (
7
0
7
0
π π v y u x y x g v C u C v u G
y x
+ +
= ∑ ∑
= =
, (2.3)
16
. ). 1 2 ( cos .
16
. ). 1 2 ( cos ). , ( ). ( ). (
4
1 ) , (
7
0
7
0
π π v y u x v u G v C u C y x g
v u
+ +
= ∑ ∑
= =
, (2.4)
kde ) , ( y x g je diskrétní funkce v prostorové oblasti, ) , ( v u G je diskrétní funkce v kmitočtové
oblasti, y x, jsou souřadnice v prostorové oblasti, v u, jsou souřadnice v kmitočtové oblasti,
( ) ( ) 707 , 0 = = v C u C pro 0 = = v u , ( ) ( ) 1 = = v C u C pro u >0 , v >0 . Výsledky transformace
pro různě korelované vzorky signálu jsou nakresleny na obr. 2.10 a obr. 2.11. Čím více budou
parametry obrazových bodů navzájem závislé, tím menší bude počet koeficientů po
transformaci (i jejich velikost) a výsledná přenosová rychlost signálu se výrazně sníží [13].
Frekvenční koeficient v pozici (0,0) představuje stejnosměrnou složku (střední
hodnotu) transformovaného signálu. V ní je soustředěna téměř celá energie signálu bloku.
Směrem k pozici (8,8) se zvyšuje kmitočet frekvenčních koeficientů, avšak jejich velikost
(některé mohou být i záporné) se většinou zmenšuje. Velikost koeficientů se po transformaci
upravuje kvantováním, tj. dělí se čísly v tzv. kvantizační matici. Ta je na základě statistických
výsledků pozorování experimentálně zvolena tak, aby koeficienty vyšších kmitočtů byly více
zmenšeny než koeficienty nižších kmitočtů (irelevantní části signálu). Výsledek dělení se
zaokrouhluje na celé číslo, malé koeficienty se zanedbávají. Tato úprava signálu je ztrátová.
Kvantizační tabulky pro jasový a chrominanční signál jsou různé a jejich obsahem lze měnit
kvalitu rekonstruovaného obrazu resp. komprimační poměr.
28 Rádiové a mobilní komunikace
Matice frekvenčních
koeficientů (po kvantování)
se vyčítá podle úhlopříčky
(cik-cak) což s výhodou
odpovídá postupnému
zmenšování hodnot
koeficientů se zvětšujícím se
kmitočtem. Kódují se
skupiny skládající se
z nenulového koeficientu a
počtu předcházejících nul.
Skupina je charakterizována
dvěma symboly.
Friday, August 1, 2008
Zdrojové kódování obrazových signálů
Při snímání barevných obrazů v kvalitě odpovídající běžnému televiznímu vysílání se
vytváří analogový jasový signál s kmitočtovým rozsahem 0 až 6 MHz (norma CCIR-D,K) a
dva analogové chrominanční signály s kmitočtovými rozsahy 0 až 1,6 MHz. Při digitalizaci
těchto signálů pomocí PCM je podle doporučení ITU-R 601 vzorkovací kmitočet pro jasový
signál 13,5 MHz a pro chrominanční signály je vzorkovací kmitočet 6,75 MHz. Jednotlivé
vzorky jsou kvantovány 8 bity, tj. do 256 kvantovacích úrovní. Bitová rychlost jasového
signálu je s Mbit / 108 a každý chrominanční signál má bitovou rychlost s Mbit / 54 . Všechny
Rádiové a mobilní komunikace 27
tři signály jsou multiplexovány do jednoho výsledného toku, jehož přenosová rychlost je
s Mbit / 216 (108+54+54). Při redukci bitové toku signálů statických obrazů se nejčastěji
využívá metody transformačního kódování. U pohyblivých obrazů se navíc využívá při
redukci i tzv. vektorů pohybu a predikce snímků nebo půlsnímků.
Před transformací jsou jednotlivé matice obrazový bodů pro jasový a dva
chrominanční signály (u systému JPEG má jasová matice 720 sloupců a 576 řádků, obě
chrominanční matice mají počet řádků i sloupců poloviční) rozděleny na bloky, nejčastěji 8x8
bodů (celkem 64 obrazových bodů – pixelů, pelů). Rozměry bloků jsou stanoveny jako
kompromis mezi výslednou kvalitou rekonstruovaného obrazu a složitostí resp. dobou
výpočtu. Bloky jasového i chrominančních signálů se zpracovávají stejným způsobem avšak
odděleně. Jednotlivé vzorky bloku jsou reprezentovány koeficienty (hodnota jasu nebo
chrominance) v časové oblasti, které jsou transformací (tj. přepočítáním podle jistých
pravidel) transformovány na jiné koeficienty v kmitočtové oblasti. Původní vzájemná
závislost jednotlivých koeficientů (v důsledku korelace parametrů obrazových bodů) je
transformací odstraněna, přičemž počet nových koeficientů (nenulových) je menší než počet
koeficientů původních. Z několik možných transformací (např. Karhunen - Loeveho,
Walshova - Hadamardova, aj.) se jako kompromis mezi přijatelným výsledkem a složitostí
realizace nejčastěji používá dvourozměrná diskrétní kosinová transformace DCT (Discrete
Cosine Transform), kterou lze odvodit z diskrétní Fourierovy transformace vhodnou
substitucí. Pro blok 8x8 bodů platí pro přímou DCT (FDCT) a inverzní DCT (IDCT)
transformační vztahy
Při snímání barevných obrazů v kvalitě odpovídající běžnému televiznímu vysílání se
vytváří analogový jasový signál s kmitočtovým rozsahem 0 až 6 MHz (norma CCIR-D,K) a
dva analogové chrominanční signály s kmitočtovými rozsahy 0 až 1,6 MHz. Při digitalizaci
těchto signálů pomocí PCM je podle doporučení ITU-R 601 vzorkovací kmitočet pro jasový
signál 13,5 MHz a pro chrominanční signály je vzorkovací kmitočet 6,75 MHz. Jednotlivé
vzorky jsou kvantovány 8 bity, tj. do 256 kvantovacích úrovní. Bitová rychlost jasového
signálu je s Mbit / 108 a každý chrominanční signál má bitovou rychlost s Mbit / 54 . Všechny
Rádiové a mobilní komunikace 27
tři signály jsou multiplexovány do jednoho výsledného toku, jehož přenosová rychlost je
s Mbit / 216 (108+54+54). Při redukci bitové toku signálů statických obrazů se nejčastěji
využívá metody transformačního kódování. U pohyblivých obrazů se navíc využívá při
redukci i tzv. vektorů pohybu a predikce snímků nebo půlsnímků.
Před transformací jsou jednotlivé matice obrazový bodů pro jasový a dva
chrominanční signály (u systému JPEG má jasová matice 720 sloupců a 576 řádků, obě
chrominanční matice mají počet řádků i sloupců poloviční) rozděleny na bloky, nejčastěji 8x8
bodů (celkem 64 obrazových bodů – pixelů, pelů). Rozměry bloků jsou stanoveny jako
kompromis mezi výslednou kvalitou rekonstruovaného obrazu a složitostí resp. dobou
výpočtu. Bloky jasového i chrominančních signálů se zpracovávají stejným způsobem avšak
odděleně. Jednotlivé vzorky bloku jsou reprezentovány koeficienty (hodnota jasu nebo
chrominance) v časové oblasti, které jsou transformací (tj. přepočítáním podle jistých
pravidel) transformovány na jiné koeficienty v kmitočtové oblasti. Původní vzájemná
závislost jednotlivých koeficientů (v důsledku korelace parametrů obrazových bodů) je
transformací odstraněna, přičemž počet nových koeficientů (nenulových) je menší než počet
koeficientů původních. Z několik možných transformací (např. Karhunen - Loeveho,
Walshova - Hadamardova, aj.) se jako kompromis mezi přijatelným výsledkem a složitostí
realizace nejčastěji používá dvourozměrná diskrétní kosinová transformace DCT (Discrete
Cosine Transform), kterou lze odvodit z diskrétní Fourierovy transformace vhodnou
substitucí. Pro blok 8x8 bodů platí pro přímou DCT (FDCT) a inverzní DCT (IDCT)
transformační vztahy
Subscribe to:
Posts (Atom)
