6.4. КВАНТОВАНИЕ ОДНОЦВЕТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙВ системах передачи одноцветных изображений с применением импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) каждый отсчет квантуется (обычно на основе линейной шкалы), и ему ставится в соответствие двоичная кодовая комбинация. Как правило, применяют равномерный код, и поэтому число уровней квантования светлоты выбирают из условия
где В системах с ИКМ можно сократить цифровой поток простым уменьшением числа разрядов в кодовых комбинациях. Если имеется аналитическая мера качества изображений, передаваемых с помощью такой системы, то величина Предположим, что отсчеты на выходе датчика видеосигнала пропорциональны яркостям элементов изображения. Возникают вопросы: следует ли квантовать непосредственно сигнал яркости изображения или же некоторую функцию от него и какой должна быть характеристика квантователя — линейной или нелинейной? Последний вопрос скорее относится к практической реализации системы. Любую нелинейную характеристику квантователя можно получить, осуществляя нелинейное преобразование квантуемого сигнала, равномерное квантование и обратное нелинейное преобразование квантованного сигнала, как показано на схеме рис. 6.1.3. В связи с этим здесь будет рассматриваться только равномерное квантование отсчетов, которые предварительно могут быть подвергнуты нелинейному преобразованию. Известно большое число экспериментальных работ по определению количества (и расположения) уровней квантования, необходимого для сведения к минимуму эффекта ложных контуров [11—14]. Гудолл [11] одним из первых проводил опыты с цифровым телевидением и пришел к выводу, что для получения хорошего качества необходимо квантовать яркостное изображение на 64 уровня (6 разрядов), а при 32 уровнях (5 разрядах) ложные контуры не слишком заметны. Аналогичные результаты получили и другие исследователи. В большинстве работ в той или иной мере затрагиваются вопросы о линейности характеристик системы воспроизведения изображений и ее калибровке. Сигналы телевизионной камеры и видеомонитора, как правило, нелинейно связаны с интенсивностью света. Фотоматериалы, применяемые для регистрации изображений, также имеют существенно нелинейные характеристики. Отметим, наконец, что любые шумы, создаваемые камерой или монитором, скрадывают ложные контуры. На рис. 6.4.1 и 6.4.2 представлены фотографии, квантованные с разным числом уровней. На рис. 6.4.1 приведены изображения, полученные равномерным квантованием яркости при числе уровней от 2 до 64 (1÷6 двоичных разрядов). В темных частях изображения заметны ложные контуры, когда число разрядов не превышает пяти. На рис. 6.4.2 показаны результаты машинного моделирования процесса равномерного квантования оптической плотности изображения. В этом эксперименте величины . Величина
которые описывают изображения с квантованной яркостью. Сравнение рис. 6.4.1 и 6.4.2 показывает, что при равномерном плотностном квантовании (рис. 6.4.2) эффект появления ложных контуров выражен не столь заметно, как при равномерном яркостном квантовании (рис. 6.4.1). Рис. 6.4.1. Пример равномерного квантования яркости изображения. Рис. 6.4.2. Пример равномерного квантования оптической плотности изображения. В гл. 19 рассматриваются методы цифрового кодирования изображений, предназначенные для подавления ложных контуров, появляющихся при недостаточном числе уровней квантования.
|