ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ОСНОВЫ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

1 Цель работы

Исследование влияния изменения частоты дискретизации и разрядно-

сти квантования на качество воспроизводимого изображения.

2 Замечания по выполнению работы.

Лабораторная работа выполняется с использованием программного па-

кета VCDemo, позволяющего моделировать практически все операции циф-

рового представления изображений, а также основные методы сжатия изо-

бражений, как неподвижных, так и подвижных.

В данной работе используются только два раздела программы– иссле-

дование влияния снижения частоты дискретизации(субдискретизации) и

разрядности квантования на качество воспроизводимого изображения.

Программный пакет (за исключением симулятораMPEG) работает с любыми изображения bmp-формата, однако они воспроизводятся в черно-

белом виде. Кроме того, некоторые разделы программы обрабатывают толь-

ко изображения квадратного формата размерностью 2n x 2n.

В ходе работы каждый пункт следует выполнять для нескольких типов изображений, отличающихся друг от друга сюжетом и структурой. Изобра-

жения могут быть как испытательными, так и реальными.

3 Выполнение работы

3.1 Исследование влияния уменьшения частоты дискретизации на каче-

ство воспроизводимого изображения.

3.1.1 Открыть любой файлbmp-формата из папки“Images” пакета

VCDemo.

3.1.2 На панели управления включить режим исследования субдискре-

тизации (кнопка “SS”).

3.1.3 В появившемся окне “Subsampling” в подменю “Factor” отметить функцию «субдискретизация» (“Apple Subsampling”) и выбрать степень

уменьшения частоты дискретизации (“Set subsamplig factor”). Также целесо-

образно включить режим восстановления размера преобразованного изобра-

жения (Blow-up Subsampling Image). Процесс преобразования изображения запускается кнопкой “Apply”.

3.1.4 Изменяя степень уменьшения частоты дискретизации в пределах

2 – 16 раз, пронаблюдать за изменением изображения и спектра его про-

странственных частот.

3.1.5 В подменю “Filter” включить режим предварительной фильтрации

(ограничения полосы частот входного сигнала значениемfД/2) “Apply Prefiltering”). Устанавливая различный порядок фильтра, проследить его влияние на качество преобразованного изображения. Проделать этот эксперимент для различных значений параметра субдискретизации. Результаты свести в таб-

лицу.

Тип	Краткая характеристика (сюжет,		Параметр	Порядок	Субъективное
(назва-	особенности, размер	преобла-	субдискре-	фильтра	качество	-изо
ние)	дающих деталей – мелкие, сред-		тизации		бражения	по 5-
изобра-	ние, крупные – в горизонтальном				бальной шкале
жения	и вертикальном направлении).
				нет
			2
				5-13
				17-21
				нет
			4
				5-13
				17-21
				нет
			8
				5-13
				17-21
				нет
			16
				5-13
				17-21

3.1.6 Повторить п.п. 3.1.4 – 3.1.5 для различных типов изображений,

сделать выводы о допустимой степени снижения частоты дискертизации для заданного субъективного качества изображения. Обязательно выполнить этот пункт для изображения Zone 256b, обратить внимание на возникновение му-

ар-эффекта.

3.2 Исследование влияния разрядности квантования на качество вос-

производимого изображения.

3.2.1 Открыть любой файлbmp-формата из папки“Images” пакета

VCDemo.

3.2.2 На панели управления включить режим исследования влияния разрядности квантования на характеристики изображения (кнопка “PCM”).

3.1.3 В появившемся окне“РСМ” установить параметры квантования

“Set PCM parameters”. В подменю “Set PCM bitrate” установить разрядность квантования “Bitrate” 7 бит/отсчет. Сравнить исходное (8-битное) и преобра-

зованное изображения. Последовательно уменьшая разрядность квантования до 1 бит/отсчет, проследить изменение субъективного качества изображения.

Отметить, на каких участках изображения шумы квантования заметны боль-

ше всего. Пояснить, почему. Результаты исследований свести в таблицу.

Тип (на-	Краткая характеристика (сюжет,		Разряд-	Отношение	Субъективное
звание)	особенности, размер	преобла-	ность кван-	сигнал/шум	качество	изо-
изобра-	дающих деталей – мелкие, сред-		тования		бражения по 5-
жения	ние, крупные – в горизонтальном				бальной шкале
	и вертикальном направлении).
			7
			6
			5
			4
			3
			2
			1

3.1.4 В подменю “Dithering” включить режим добавления к преобра-

зуемому изображению шума “Apply Dither”. Устанавливая различный размах шума (“Set Dithering Stepsize”), проследить за изменением субъективного ка-

чества изображения и его объективных параметров– среднеквадратической ошибки (Mean square errors), невзвешенного (Signal-to-noise rate) и взвешен-

ного (PSNR) отношения сигнал/шум. Результаты исследования свести в таб-

лицу.

Тип (на-	Разряд-		Размах шума	Отношение	Отношение	Субъективное
звание)	ность кван-			сигнал/шум	сигнал/шум	качество	изо-
изобра-	тования			невзвешен-	взвешенное	бражения по 5-
жения				ное		бальной шкале
			нет
	7
		0,75
			1,0…1,5
			нет
	6		0,75
			1,0…1,5
			нет
	5
		0,75
			1,0…1,5
			нет
	3
		0,75
			1,0…1,5
			нет
	2
		0,75
			1,0…1,5
	1	1,0

3.1.5 В подменю “Errors” включить имитацию ошибок в канале связи

“Simulate channel errors”. Устанавливая различные значения вероятности ошибок, проследить их влияние на качество изображения, ОСШ и СКО при различных разрядностях квантования, а также при наличии шума на изобра-

жении. Результаты свести в таблицу.

Тип (на-	Коэф-	Разряд-	Размах	Отношение	Отношение	Субъективное
звание)	фициент	ность	шума	сигнал/	сигнал/шум	качество	изобра-
изобра-	ошибок	кванто-		шум	пиковое	жения	по 5-
жения		вания				бальной шкале
	5*10-2		нет
		7
			0,75
			1,0…1,5
			нет
		5
			0,75
			1,0…1,5
			нет
		3
			0,75
			1,0…1,5

Тип (на-	Коэф-	Разряд-	Размах	Отношение	Отношение	Субъективное
звание)	фициент	ность	шума	сигнал/	сигнал/шум	качество	изобра-
изобра-	ошибок	кванто-		шум	пиковое	жения	по 5-
жения		вания				бальной шкале
	10-3		нет
		7
			0,75
			1,0…1,5
			нет
		5
			0,75
			1,0…1,5
			нет
		3
			0,75
			1,0…1,5
	10-4		нет
		7
			0,75
			1,0…1,5
			нет
		5
			0,75
			1,0…1,5
			нет
		3
			0,75
			1,0…1,5

4 Содержание отчета

Титульный лист.

Цель работы.

Результаты исследований п. 3.

Вывод.