Практическая работа № 5

Тема 1. Основы цифрового преобразования

"Оцифровывание" — это способ представления существующего звукового или видеосигнала. На рисунке 1 показано, как в цифровой звукотехнике аналоговый сигнал представляется равномерно расположенными отсчетами, высоту которых описывает целое число, выраженное в двоичной форме. Для цифрового звукового сигнала, в зависимости от требуемого качества, требуется иметь частоту дискретизации от 32 до 48 кГц и разрядность отсчетов от 14 до 20 бит. Следовательно, цифровой поток источника может составит от пятисот тысяч до одного миллиона бит в секунду в расчете на одни звуковой канал.

Рис. 5. Оцифровка звука

На рис. 5 показано, как традиционная аналоговая телевизионная система разбивает временную ось на поля и кадры, а затем разбивает поля на строки. Обе эти операции являются процессами дискретизации, т.е. представляют какую-либо непрерывную величину посредством периодических дискретных измерении. В цифровой видеотехнике мы просто обобщаем процесс дискретизации на третье измерение, чтобы разбить строки изображения на отчеты трехмерного пространства, которые называются элементами изображения, или "пикселами'. Рисунок 2 иллюстрирует, как телевизионный кадр разбивается на элементы изображения. Типичный кадр стандарта 525/60 содержит приблизительно треть миллиона элементов. В компьютерной графике шаг элементов по горизонтали обычно такой же, как и но вертикали, что дает так называемый "квадратный элемент изображения". В вещательных телевизионных системах элементы изображения являются не совсем квадратными по причинам, которые поясняются ниже в данном разделе.

Рис. 6. Разбивка кадра на элементы изображения

После разбивки кадра на элементы изображения производится преобразование переменного значения каждого такого элемента в число. На рис. 6. показано, как одна строка аналогового видеосигнала преобразуется в цифровую. Горизонтальная ось представляет номер элемента изображения вдоль строки экрана. Вертикальная ось - напряжение видеосигнала. В результате видеосигнал представляется последовательностью целых чисел или, говоря иначе, потоком данных. В случае раздельных (компонентных) аналоговых видеосигналов в каждом канале надо одновременно передавать три компоненты. Для формирования трех потоков данных, представляющих компонентные сигналы RGВ или сигнал яркости совместно с цветоразностными сигналами, требуются три отдельных преобразователя. Совместное (композитное) кодирование видеосигналов можно трактовать как метод аналогового сжатия, поскольку оно позволяет передавать трехкомпонентные цветные изображения в полосе частот, отведенной для однокомпонентных черновых изображений. Хотя па практике и используются методы цифрового сжатия полных цветовых видеосигналов, они фактически представляют последовательное включение двух кодеров сжатия, что нельзя назвать хорошей идеей. Поэтому в системах совместного кодирования коэффициент сжатия неизбежно ограничен. Стандарт МРЕG разработан специально для раздельных (компонентных) сигналов и, по существу, представляет современный способ замены полных цветовых сигналов, которые в данной книге не рассматриваются.