Основы телевидения и видеотехники (стр. 29 )

Пространственную избыточность в изображениях типа I устраняют на уровне блоков 8 ´ 8 элементов, используя дискретное косинусное преобразование, взвешенное квантование и энтропийное кодирование получаемых коэффициентов разложения в ряд.

Пространственную и временную избыточность в изображениях типа Р и В устраняют, используя межкадровое кодирование. Это позволяет сжать изображение дополнительно примерно в 3 раза по отношению к изображению типа I (для типичных сюжетов сжатие по отношению к изображениям типа I составляет в среднем 35% для изображений типа Р и 25% для изображений типа В).

В результате достигается общая (I→P, или I→B, или I→P→B) степень сжатия до 100 раз.

Недостатки стандартов MPEG:

1.  Большая степень сжатия достигается лишь для статических сюжетов. Для динамики реальное сжатие не превышает 15 раз.

2.  Алгоритм MPEG не применим для регистрации сигналов от нескольких источников с временным мультиплексированием, так как временная корреляция соседних кадров на выходе мультиплексора отсутствует.

3.  Возникают дополнительные ошибки округления из-за использования операций с плавающей запятой при вычислении коэффициентов разложения в ряд.

Кодирование на основе вейвлет-преобразования

Основные отличия вейвлет-преобразования от MPEG и JPEG:

1.  Форма базисных функций содержит не одну частоту, а спектр частот и задается на небольшом интервале.

2.  Базисные функции масштабируются кратно числу 2.

Поскольку ошибки округления при вычислениях вейвлет-коэф-фициентов отсутствуют, то соответственно уменьшается ошибка кодирования.

На вейвлет-кодировании основан стандарт JPEG-2000. При этом изображение так же, как и в JPEG, разбивается на прямоугольные блоки, однако дискретное косинусное преобразование заменяется на вейвлет-преобразование.

Преимущества JPEG-2000:

1.  Цифровой поток JPEG-2000 позволяет обращаться к отдельным блокам без полного декодирования всего изображения и реализовать переменную четкость по полю (например, для объекта и фона), что, в свою очередь, обеспечивает повышение степени сжатия.

2.  Использование кодов с самопроверкой и исправлением ошибок позволяет передавать видеоинформацию на длинные расстояния, а также по беспроводным сетям, характеризующимся низкой помехоустойчивостью.

Аппаратура с применением JPEG-компрессии, например цифровые видеорегистраторы, обеспечивает запись видеосюжетов при характеристиках, приведенных в табл. 19.1.

Таблица 19.1

Градации качества, степень сжатия и достигаемое разрешение

в аппаратуре с JPEG-компрессией изображений

Градации качества	Степень сжатия, раз	Разрешение, т. л.
SUPERIOR (очень высокое)	8	420
HIGH (высокое)	10	410
STANDART (обычное)	15	400
BASIC (базовое)	20	390
LOW (низкое)	25	380
LOWER (очень низкое)	30	370

17.2. Объемное и многоракурсное телевидение

Стереоэффект

Объемность предметов, их взаимное расположение по глубине пространства и рельефность воспринимаются в основном за счет бинокулярного зрения, при котором основную роль играет глазной базис b0 – расстояние между центрами зрачков глаз (в среднем 60-70мм). Радиус (дальность) стереоскопического зрения – r0 определяется, как , где δ = 10-20'' – порого глубинного зрения, а r0≈1км для невооруженных глаз.

Для увеличения радиуса (стереоэффекта) используют стереотрубы и бинокли. В них стереоэффект повышается из-за увеличения базиса наблюдения в раз, а также из-за уменьшения порога глубинного зрения в раз, где b – базис (расстояние между центрами объективов), а γ – угловое увеличение прибора (бинокля или стереотрубы). Тогда стереоскопический радиус с прибором определится, как , где – пластика бинокулярного прибора. Пластика показывает во сколько раз увеличивается объемность изображения при наблюдении с прибором по сравнению с непосредственным глазным наблюдением.

Для биноклей П≈12 при b = 2b0 и γ = 6, а для стереотруб пластика на порядок выше. Пластика является одной из основных характеристик и для стереотелевизионных систем (СТС). Кроме пластики СТС характеризуют глубиной зоны объемной передачи и детальностью воспроизводимого пространства по глубине.

Рассмотрим рис. 17.1. Оптические оси О1 и О2 проходят через центры Ол и Оп левого и правого объективов с фокусным расстоянием f1. В плоскости М на расстоянии l от объективов лежит предмет, изображение которого фиксируется в плоскости фотокатодов Ф1Ф2 точками n1 и n2., расстояние между которыми равно А. Из подобия треугольников n1Nn2 и ОлNОп следует, что

Таким образом, , а величина линейного параллакса, показывающего на сколько удаляются друг от друга левая и правая проекции точки по отношению к базису в стереосистеме, определяется выражением .

Рис. 17.1. К определению параллакса

Из полученного выше выражения следует, что:

1)  все точки, лежащие в одной плоскости имеют одинаковый линейный параллакс,

2)  для бесконечно удаленной плоскости линейный параллакс стремится к нулю,

3)  при заданном расстоянии l и фокусе объективов f1 линейный параллакс зависит только от базиса съемки b.

Если разбить все пространство от бесконечности до объективов параллельными плоскостями, то каждая из них будет характеризоваться своим значением pm. Число этих различаемых плоскостей (планов) будет характеризовать детальность воспроизводимого пространства по глубине. Глубина зоны будет определяться расстоянием l, при котором линейный параллакс не меньше заданного порогового значения. При этом необходимо учитывать линейное увеличение q телевизионной системы, определяемое как отношение стороны кадра на приемной и передающей стороне. Тогда линейный параллакс на экране приемника определится, как pk=qpm.

За счет пластики П телевизионная система может повышать стереоэффект по сравнению с непосредственным восприятием натуры. Определим это повышение, т. е. численное значение П. Параллактический угол α при непосредственном наблюдении точки N составит . Для определения порога глубинного зрительного восприятия (предельного параллактического угла) продифференцируем это выражение по l и получим , откуда .

Рассмотрим рис.17.2. Пусть плоскость экрана Э, на котором одновременно спроецировано левое и правое изображение, рассматривается через стереоскоп с базисом b0 и фокусным расстоянием f2. При этом точка N отображается точкой Nk в плоскости Mk объема пространства на кажущемся расстоянии L от линз стереоскопа.

Рис.17.2. К определению детальности СТС

Из подобия треугольников с общей вершиной Nk и основаниями b0 и Ak имеем . Отсюда , где – линейный параллакс приема. Тогда параллактический угол .

Для определения порога глубинного зрения системы dβ продифференцируем полученное выше выражение по l и получим , откуда . Таким образом, полная пластика СТС, определяемая отношением порога глубинного зрения системы к порогу глубинного зрения глаза, соответствует выражению , где ‒ удельная пластика системы, выражающаяся в изменении стереобазиса, а ‒ увеличение системы, определяемое оптикой передающей камеры и линз стереоскопа.

Детальность Q – число раздельно передаваемых системой планов можно определить, как , где βмакс – максимальный пороговый параллактический угол, который воспринимает наблюдатель без заметных искажений (двоение изображений), а βмин – минимальный пороговый параллактический угол. Величина βмакс и определяет глубину зрения СТС. Обычно βмакс = 60-70', а βмин ˂ δ, где δ≈20'' – порог стереоскопического зрения глаза.