Структурная избыточность возникает при преобразовании изображения и телевизионный электрический видеосигнал, содержащий служебные сигналы синхронизации и импульсы гашения обратного хода лучей по строкам и подкадрам (полям). Форма и временное положение гасящих импульсов априорно из­вестны, поэтому их можно не передавать, а синтезировать на приемной стороне по сигналам синхронизации. Устранение гасящих импульсов из структуры циф­рового телевизионного сигнала позволяет снизить требуемую скорость передачи примерно на 25%.

Статистическая избыточность определяется свойствами исходного аналого-вого сигнала и способами его преобразования в цифровую форму. Этот вид из­быточности проявляется в наличии определенных корреляционных связей меж­ду выборками сигнала. В соответствии с теорией информации сигнал безызбыточен, если его выборки статистически независимы и распределены рав­новероятно. Целью алгоритмов уменьшения статистической избыточно­сти является достижение возможно меньшей скорости цифрового потока при обеспечении требуемой точности передачи исходного аналогового сигнала и при­емлемой сложности реализации.

К настоящему времени разработаны три международных стандарта цифровой передачи подвижных изображений, использующие сжатие цифрового телевизи­онного сигнала: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4.

MPEG-1 ориентирован в основном на системы записи на компакт-диски и низ­коскоростные каналы с пропускной способностью не более 1,5 Мбит/с. В стан­дарте используется развертка с разрешением В А раза меньшим, чем в вещатель­ном телевидении: 288 активных строк и 352 элемента в активной части строки. Это обеспечивает качество изображения, близкое по качеству к используемому в бытовой видеотехнике стандарту VHS (Video Home Systems).

MPEG-4 предназначен для использования в системах видеоконференцсвязи по цифровым телефонным каналам связи и в низкоскоростных системах муль­тимедиа. При этом кадр изображения содержит 144 активные строки и 176 эле­ментов в активной части строки (разрешение в 4 раза меньше, чем в MPEG-1).

Для систем телевизионного вещания, в том числе спутникового, разработан стандарт MPEG-2 (ISO/IEC 13818-2).

Устройства, осуществляющие сжатие и восстановление цифрового телевизи­онного сигнала, получили название кодеков {CODEC - COdcrDECoder}. Упро­щенная схема, поясняющая взаимосвязь используемых при кодировании проце­дур, приведена на рис. 2.1.3.1. Декодер выполняет обратное преобразование.

Входными для кодера являются сигналы цветности R, G и В, один или не­сколько сигналов звукового сопровождения, поток цифровых данных и сигнал синхронизации.

Сигналы цветности преобразовываются (матрицируются) в яркостный сиг­нал Y и цветоразностные сигналы U и V С этой целью входные аналоговые сиг­налы дискретизируются со стандартной частотой 13,5 МГц, а затем квантуются но уровню и подвергаются обработке в соответствии с соотношениями (2.1.3.1). Разрешение цветоразностиых сигналов снижается вдвое путем прореживания их выборок через одну и снижения тем самым частоты дискретизации каждого из них до 6,75 МГц. В результате мультиплексирования скорость результирующего цифрового потока достигает значения 216 Мбит/с.

На этапе предварительной обработки осуществляются преобразования, облег­чающие и упрощающие выполнение последующих процедур.

Основное сжатие достигается благодаря уменьшению статистической избыточно­сти ТВ-сигнала. Статистическая избыточность может быть в значительной степени уменьшена путем кодирования с предсказанием, суть которого состоит в том, что по каналу связи перелается не значение выборки сигнала, а лишь разность между его истинным значением и предсказанным тем или иным способом на основании обработки предшествующих (а возможно и последующих) выборок значением.