Улучшение отношения сигнал/шум при микшировании видео изображения, сжатого по стандарту MPEG2, страница 4

•          В случае применения ДКП к полю каждый блок состоит из одного поля, как показано на рис.1.3.9.

Рис.1.3.8. Структура макроблока яркостной компоненты при применении ДКП к кадру

Рис.1.3.9. Структура макроблока яркостной компоненты при применении ДКП к полю

Отсчеты исходного изображения принимают значения 0..255, а коэффициенты ДКП  - 0..2040 для DC-коэффициентов  и  -2048..2047 для АС-коэффициентов.

Прямое и обратное ДКП описываются уравнениями

(1.3.10)

 (1.3.11)

где v - горизонтальная координата графического блока, u - вертикальная, x - вертикальная координата внутри блока, а y - горизонтальная координата внутри блока, C(u), C(v) = 1/Ö2 для u,v = 0 и С(u), С(v) = 1 в противном случае. Два члена в квадратных скобках являются ядрами преобразования, показанными на рис.1.3.12, а p(x,y) представляют собой пикселы блока исходного изображения. Начало координат в обоих случаях в верхнем левом углу. Процесс кодирования сводится к разбиению изображения на блоки 8*8 пикселей и выполнению процедуры двумерного ДКП для каждого из этих блоков. Полученные коэффициенты преобразования дискретизируются. 64 числа, характеризующие уровень сигнала, превращаются в 64 коэффициента преобразования (амплитуды пространственных частот), которые хорошо поддаются процедуре сжатия. Квантователь округляет коэффициенты, эта процедура вносит некоторые ошибки, но обратное преобразование на принимающей стороне за счет усреднения частично устраняет вносимые искажения. На практике квантователь реализует несколько более сложный алгоритм.

Смысл применения ДКП заключается в способности этого преобразования выполнить перераспределение энергии исходного изображения. Так как изображения в среднем являются низкочастотными, то наибольшими получаются низкочастотные коэффициенты ДКП, а малыми высокочастотными коэффициентами можно пренебречь, обратив их в нуль. Эта пороговая обработка вносит искажения, но зато порождает длинные серии нулей, эффективно обрабатываемые кодером длин серий.

Перераспределение энергии приводит к тому, что для кодирования больших ДКП-коэффициентов 8 бит уже недостаточно: их динамический диапазон равен 4096. Чтобы избежать увеличения количества бит, отводимых на отсчет, выполняют предварительное квантование, заключающееся в делении всех коэффициентов на 8. Новый динамический диапазон коэффициентов ДКП составляет теперь 512.

Рис. 1.3.12. Графическое представление двумерного преобразования по формуле (1.3.10)

Эти коэффициенты ДКП квантуются равномерным квантователем. Шаг этого квантователя определяется матрицей квантования и может быть различен для разных коэффициентов внутри блока и для разных макроблоков. Элементы матрицы квантования имеют значения по умолчанию, а  могут быть изменены и переданы декодеру в составе битового потока. Могут быть также переданы не истинные значения шага, а его относительное значение по сравнению со значением предыдущего макроблока. При использовании схем 4:2:2 и 4:4:4 для кодирования яркостной и цветоразностной составляющих могут быть применены различные матрицы квантования.

На кодирование DC-коэффициентов выделяется 8-11 бит/коэффициент, квантованное значение АС-коэффициента определяется путем деления его истинного значения на 8,4,2,1 и округления до ближайшего целого. Обычно DC-коэффициент кодируется 10 битами на отсчет, так как уменьшение числа отводимых бит приводит к неравномерности яркости соседних блоков и появлению эффекта блочности на реконструированном изображении.  

Квантованные значения коэффициентов блока сканируются зигзагообразным способом. Таким образом получается последовательность коэффициентов, упорядоченных по частоте. Так как высокочастотных деталей в изображении обычно мало, то расположенные цугом высокочастотные коэффициенты оказываются равными нулю, что создает предпосылки для эффективной работы кодера длин серий.

Кодирование блоков выполняется не независимо. DC-коэффициент одного блока может служить для предсказания DC-коэффициента другого блока из следующего макроблока. Вначале каждого слоя, а также если предыдущий макроблок был пропущен, это опорное значение (DC-коэффициент) устанавливается в половину максимального значения, определяемого числом бит, отводимых на кодирование этого коэффициента.