5.5. Квантование и кодирование сигнала изображения
5.5. Квантование и кодирование сигнала изображения
Под квантованием понимают замену непрерывного интервала
значений тона, которые могут принимать отдельные элементы изображения, тем или
иным рядом дискретных значений - шкалой квантования.
Круглые элементы касаются здесь друг друга лишь в глубоких
тенях при относительной площади около 91%.Непрерывный диапазон напряжения
видеосигнала, полученного в ФЭП и являющегося, например, аналогом коэффициента
отражения, усредненного по площади считывающего пятна, в процессе
аналого-цифрового преобразования разбивают на дискретные уровни. Число дискрет
определяется размерностью шкалы квантования или разрядностью цифрового кода. Например,
в АЦП аппаратуры Магнаскен 640 аналоговый сигнал преобразовывался в 12-ти
разрядный двоичный код по шкале квантования имеющей 4096 уровней. На выходе
логарифмирующего блока формировали 8-ми раз-рядный (равноконтрастный) сигнал, имеющий
256 возможных значений, пропорциональных оптическим плотностям оригинала. Такой
запас по числу уровней на выходе логарифматора необходим для того, чтобы на
самых крутых (с большим градиентом) участках характеристики передачи амплитуды каждому
из выходных значений логарифматора соответствовало хотя бы одно входное
значение (см. рис. 5.13). Тогда все выходные значения оказываются информационно
значимыми. Многократный запас по шкале квантования по
Ошибки квантования непрерывной тоновой шкалы-оригинала
становятся заметнее по мере снижения разрядности ее цифрового представления в
иллюстрационном файле (а - г), а также в результате нелинейного преобразования
(д)отношению к 256-ти уровням восьмиразрядного сигнала, поступающего в
компьютер, предусматривается и в современных сканерах. АЦП каждого из цветоделительных
каналов может обеспечивать «глубину цвета» в 10, 12, 14 или даже16 разрядов
двоичного кода адекватную интервалу оптических плотностей считываемых
оригиналов и динамическому диапазону используемого фотоэлектрического
преобразователя.
Восьмиразрядная равноконтрастная шкала считается достаточной
как для телевизионных, так и для типографских систем. Заметные для наблюдателя т.
н. шумы квантования отсутствуют. В ином случае (см. рис. 5.14, б - г) они проявляются
на протяженных участках изображения в виде ложных контуров, проходящих
перпендикулярно направлению плавного изменения тона на оригинале.
Для подавления шумов квантования, сопутствовавших
шестиразрядному кодированию (64 уровня) в первых цифровых репросистемах,
использовалась т. н. межуровневая вобуляция, или диффузия ошибки квантования [5.10,
5.11]. Фоновые участки оригинала с плавным переходом с одного уровня
квантования на другой изображались смесью растровых точекдвух сосед-них
уровней. Сглаживая скачки тона на участках его плавного изменения, этот метод,
с другой стороны, препятствовал передаче рисунка, локальный контраст деталей
которого был близок к шагу квантования. Принцип диффузии ошибки был положен
позднее в основу целой категории рассматриваемых далее методов цифрового
растрирования изображений. Основное отличие этих методов состоит лишь в том,
что диффузия распространяется в них не на 1/64, а на 1/2 часть диапазона
полутонов. Так же как и пространственная дискретизация, квантование оптического
параметра по его уровню имеет место в полиграфической
системе как минимум два раза. Второй раз это связано с формированием растровых
точек из отдельных элементов (субэлементов, микроточек). Ниже будет показано,
что шкала второго квантования существенно нелинейна в отношении как воспроизводимых
коэффициентов отражения, так и оптических плотностей.
