В большинстве случаев, зная распределение яркостных и цвето- разностных данных одного кадра, можно с высокой вероятностью предсказать их распределение в ближайшем соседнем кадре.

Если изображения соседних кадров очень похожи, то передавать по каналу связи всю информацию, содержащуюся в каждом отдельном кадре, нет необходимости. Объем цифрового потока можно уменьшить и передавать данные только одного кадра, предварительно подвергнув его изображение ДКП, получив так называемый опорный кадр. После этого, сравнивая соседний кадр с опорным, передается только разностная информация, указывающая на то, чем соседний текущий кадр отличается от опорного. Опорный кадр эпизодически заменяется через определенное количество промежуточных кадров новым в соответствии со сменой деталей сюжета.

Обычно передается несколько десятков ключевых кадров в минуту. Ключевой кадр может быть подвергнут внутрикадровому кодированию.

Дискретное косинусное преобразование

Внутрикадровое сокращение избыточной информации основано на дискретном косинусном преобразовании (ДКП), который базируется на преобразовании, предложенном французским математиком Ж. Фурье. Согласно нему, любую периодическую последовательность импульсов можно представить в виде алгебраической суммы простейших синусоидальных колебаний с кратным частотами и убывающими амплитудами. Точное приближение к исходной форме импульса дает практически всегда бесконечный ряд частот, кратных основной.

Совокупность целого ряда убывающих колебаний разных частот образует спектр исходного (в данном случае прямоугольного) импульса.

Передать все составляющие его колебания не просто, так как для этого требуется очень широкая частотная полоса канала связи. И чем короче импульс, т. е. чем мельче деталь изображения, тем более широкой необходима частотная полоса. При недостаточной ширине полосы фазы колебаний с высшими частотами (гармоники) будут изменяться, и колебания будут ослабляться по амплитуде, что приведет к потере качества изображения.

Пиксель как сигнал можно анализировать, если перевести его из амплитудно-временного представления в амплитудно-частотное, т. е. получить его частотный спектр. В спектре наглядно видны колебания, расположенные в низкочастотной области, несущие основную энергию и формирующие амплитуду импульса-пикселя, а также колебания менее значимые, находящиеся в высокочастотной области спектра, формирующие крутизну фронта и спада, определяющие ширину частотной полосы, занимаемую пикселем (рис. 2).

Рисунок 2 - Частотный спектр пикселя - элемента яркости

В большинстве случаев колебания в крайне правой высокочастотной области спектра значительной роли для пикселя, как составляющего элемента видеосигнала, не имеют. То есть передаются только те коэффициенты, которые превышают пороговую величину, а остальные считаются нулевыми. Введение порога, строго говоря, приводит к потерям информации и, соответственно, к снижению качества изображения, однако при оптимальном выборе величины порога такое ухудшение окажется практически незаметным.

На рис. 2 выделены колебания с менее значимыми частотами и амплитудами, которые можно удалить, что приведет к некоторому снижению четкости и контрастности видеоизображения, с одной стороны, но с другой, даст возможность: значительно сузить частотную полосу, занимаемую видеосигналом и уменьшить необходимый объем памяти для запоминания значений оставшихся амплитуд и частот.

На этом построено уменьшение видеоинформации при внутрикадровом сжатии цифровых данных на основе ДКП.

Основная цель внутрикадрового сжатия цифровой информации на основе ДКП заключается в сужении частотной полосы, занимаемой видеосигналом, путем заранее определяемых амплитудно-частотных потерь некоторых высокочастотных колебаний его составляющих, но без заметных для глаза снижений четкости и контрастности изображения.