21.5.2. ПЕРЕДАЧА С ПЕРЕМЕЖЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

Основной вариант перемежения с коэффициентом 2:1 может быть применен не только к строкам (как в вещательном телевидении), но и к произвольно разграниченным по вертикали и горизонтали фрагментам изображения [30, 31]. С самой общей точки зрения перемежение состоит в том, что кадр разбивается на несколько последовательно передаваемых полей, каждое из которых содержит определенный набор элементов изображения. Обычно поля формируются так, чтобы они не перекрывали друг друга. Сокращение полосы частот обеспечивается тем, что на передачу каждого поля отводится такой же промежуток времени, какой обычная телевизионная система затрачивает на кадр. Если, например, кадр разбивается на 16 неперекрывающихся полей, то эквивалентная частота кадров уменьшится в 16 раз и коэффициент сжатия спектра составит 16:1. По сообщению Дейча [30], система с коэффициентом перемежения 16:1, действующая к тому же при малой частоте кадров и пониженном разрешении, способна вести передачу по каналу с полосой частот всего лишь 10 кГц.

Рис. 21.5.3 дает представление о рисунках перемежения для ряда систем с перемежением элементов. Для сравнения приведены также рисунки поля в телевизионных системах без перемежения, с перемежением строк и с вертикальным перемежением. Следует отметить, что перемежение элементов, как правило, не стоит сочетать с перемежением строк в связи с проблемами разрыва изображения и сползания строк, о которых говорилось выше.

Рис. 21.5.3. Способы перемежения при передаче изображений

Для каждой из систем, представленных на рис. 21.5.3, сокращение полосы частот относительно системы без перемежения указано для фиксированной скорости развертки, измеряемой числом  пройденных в единицу времени элементов кадра. Перемежение элементов с коэффициентом 2:1 дает единственные возможные варианты рисунка первого поля и рисунка следующего поля. Положение меняется при перемежении более высокого порядка. Коэффициенты перемежения 4:1, 8:1, 16:1 и т. д. предоставляют большой выбор вариантов при составлении рисунка отдельных полей и последовательности их воспроизведения. От того, как произведен этот выбор, зависит степень проявления специфических визуальных эффектов, связанных с перемежением.

При перемежении элементов наблюдаются оптические иллюзии двух типов — наложение узора и скольжение элементов. Наложение узора проявляется в виде ложной текстуры изображения, зависящей от рисунка перемежения. Узор появляется в тех случаях, когда вместе с элементами очередного поля воспроизводятся повторно не все элементы других полей. Иллюзия сползания или скольжения объясняется стробоскопическими эффектами при последовательном воспроизведении полей; элементы изображения как бы бегут при этом по экрану. Продуманный рисунок полей и удачное их последовательное расположение могут свести проявление обоих эффектов к минимуму. С точки зрения практического удобства желательно, чтобы отдельные поля до некоторой степени повторяли друг друга по своей структуре, а последовательность полей также можно было периодически повторять в процессе передачи. Обычно при этих условиях еще большее внимание следует уделять эффектам наложения узора и скольжения элементов.

Рассмотрим в качестве примера кодирующую систему с перемежением элементов, где каждый кадр разделяется на 16 неперекрывающихся полей. Рисунок перемежения повторяется в каждом из блоков размером 16x16 элементов. На рис. 21.5.4 в пределах одного блока показан ряд расположений элементов поля для системы с коэффициентом перемежения 16:1. Первые два рисунка перемежения построены с помощью таблицы случайных чисел при тех, однако, условиях, что поле включает первый элемент каждого блока, и любой столбец и любая строка поля в пределах блока содержат ровно один элемент. Далее приведена серия базовых рисунков перемежения, формирование которых сводится к простым операциям счета импульсов в процессе передачи. Счет строк и счет столбцов ведется следующим образом: единичное приращение номера строки вызывают, например, в зависимости от выбранного коэффициента пересчета каждый второй или каждый третий импульс, поступивший в счетчик столбцов. Содержимое счетчика строк определяет вертикальную координату элемента поля; при единичном увеличении этой координаты содержимое счетчика столбцов поступает в регистр горизонтальной координаты элемента. После достижения последней строки или последнего столбца блока в результате переполнения соответствующего счетчика происходит его сброс, и счет начинается заново. В том случае, когда очередной элемент поля оказывается в столбце или в строке, где уже имеется другой элемент, содержимое счетчика столбцов увеличивается дополнительно на единицу. Такие случаи отмечены на рис. 21.5.4 знаком . Наиболее благоприятное впечатление оставляет узор, получаемый при выборе для коэффициента пересчета значения 6. Элементы поля располагаются при этом равномерно и в меньшей степени вызывают ощущение регулярной линейчатой структуры.

Рис. 21.5.4. Варианты рисунка поля в пределах блока размером 16х16 при перемежении элементов.

Каждый базовый рисунок можно многими способами дополнить неперекрывающимися последующими полями. Наиболее простой подход состоит, однако, в том, чтобы получать дальнейшие поля в результате применения к базовому рисунку операций сдвига. С этой точки зрения любой узор на рис. 21.5.4 можно рассматривать как таблицу для формирования последовательных полей: данному номеру поля ставится в соответствие некоторый сдвиг по вертикали. Можно одновременно варьировать сдвиг по горизонтали, определяющий положение начального элемента базового рисунка. Для формирования последовательности полей счетчики строк и столбцов могут включать в общий счет также импульсы полей с тем или иным коэффициентом пересчета. Понятно, что малые значения коэффициентов пересчета дадут не самый лучший результат. Кроме того, для максимального подавления эффекта наложения узора следует избегать одинаковых коэффициентов пересчета при формировании базового рисунка и последовательности воспроизведения полей. Если инерция зрения, послесвечение люминофора или память какого-либо накопителя данных не обеспечивают в достаточной мере запоминания полей, то при наблюдении неподвижных сцен разрешающая способность снижается в том же отношении, какое принято в качестве коэффициента перемежения. В малокадровых телевизионных системах введение устройства запоминания полей становится необходимостью, поскольку инерция зрения и послесвечение люминофора приемной трубки уже не могут помочь в повышении разрешения. При наличии в приемнике запоминающих устройств все принятые ранее поля, не обновленные к данному моменту вновь поступающими полями, могут многократно извлекаться из памяти и воспроизводиться на дисплее с достаточно высокой частотой. Таким образом, располагая памятью, вмещающей полный комплект полей, можно полностью сохранить разрешение при воспроизведении неподвижных сцен. Однако такая память приводит к нежелательному размазыванию движущихся объектов. Этот эффект проявляется тем сильнее, чем больше полей содержится в запоминающем устройстве и, следовательно, чем выше разрешение для неподвижных сцен. Подбирая число запоминаемых полей, можно установить некоторый компромисс в отношении качества воспроизведения подвижных и неподвижных участков сцены. Другие компромиссные решения приходится принимать в связи с тем, что при увеличении объема памяти сильнее проявляется эффект наложения узора, в то время как эффект скольжения элементов ослабляется. Наконец, еще одну проблему при выборе параметров системы составляет снижение заметности хаотического фона, возникающего в том случае, когда при каждом акте воспроизведения полей на дисплее обновляются за счет памяти не все элементы изображения. Если на месте таких элементов воспроизводится уровень белого или уровень черного, то это воспринимается как дополнительная помеха на изображении. Подводя итог, следует заключить, что метод перемежения элементов может служить достаточно простым средством сокращения частот в тех практических случаях, когда подвижность передаваемых сцен относительно невелика и при воспроизведении движущихся объектов допускается определенная степень пространственного размазывания.