Tremblement: Dither : bruit visuel dans la vision par ordinateur

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce que le tramage

Le tramage est une forme de bruit appliquée intentionnellement et utilisée pour randomiser les erreurs de quantification, empêchant ainsi les motifs à grande échelle tels que les bandes de couleurs dans les images. Le dithering est couramment utilisé dans le traitement des données audio et vidéo numériques et constitue souvent l'une des dernières étapes du mastering audio sur un CD.

Comment vous en bénéficierez

(I) Informations et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Dither

Chapitre 2 : Convertisseur analogique-numérique

Chapitre 3 : Plage dynamique

Chapitre 4 : Rapport signal/bruit

Chapitre 5 : Demi-teintes

Chapitre 6 : Comparaison de l'enregistrement analogique et numérique

Chapitre 7 : Artefact de compression

Chapitre 8 : Échantillonnage (traitement du signal)

Chapitre 9 : Quantification (traitement du signal)

Chapitre 10 : Niveaux de gris

(II) Répondre aux principales questions du public sur le tramage.

(III) Exemples concrets d'utilisation du tramage dans de nombreux domaines.

À qui s'adresse ce livre

Les professionnels, les étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs, les passionnés, les amateurs et ceux qui souhaitent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type de Dither.

 

 

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 5 mai 2024

Aperçu du livre

Dither

Tramage : bruit visuel dans la vision par ordinateur

Fouad Sabry est l'ancien responsable régional du développement commercial pour les applications chez Hewlett Packard pour l'Europe du Sud, le Moyen-Orient et l'Afrique. Fouad est titulaire d'un baccalauréat ès sciences des systèmes informatiques et du contrôle automatique, d'une double maîtrise, d'une maîtrise en administration des affaires et d'une maîtrise en gestion des technologies de l'information, de l'Université de Melbourne en Australie. Fouad a plus de 25 ans d'expérience dans les technologies de l'information et de la communication, travaillant dans des entreprises locales, régionales et internationales, telles que Vodafone et des machines professionnelles internationales. Actuellement, Fouad est un entrepreneur, auteur, futuriste, axé sur les technologies émergentes et les solutions industrielles, et fondateur de l'initiative One Billion Knowledge.

Un milliard de connaissances

Dither

Tramage : bruit visuel dans la vision par ordinateur

Fouad Sabry

Copyright

Dither © 2024 de Fouad Sabry. Tous droits réservés.

Aucune partie de ce livre ne peut être reproduite sous quelque forme que ce soit ou par quelque moyen électronique ou mécanique que ce soit, y compris les systèmes de stockage et de récupération d'informations, sans l'autorisation écrite de l'auteur. La seule exception est celle d'un critique, qui peut citer de courts extraits dans une critique.

Couverture dessinée par Fouad Sabry.

Bien que toutes les précautions aient été prises dans la préparation de ce livre, les auteurs et les éditeurs n'assument aucune responsabilité pour les erreurs ou omissions, ou pour les dommages résultant de l'utilisation des informations contenues dans le présent document.

Table des matières

Chapitre 1 : Tramage

Chapitre 2 : Convertisseur analogique-numérique

Chapitre 3 : Plage dynamique

Chapitre 4 : Rapport signal/bruit

Chapitre 5 : Demi-teinte

Chapitre 6 : Comparaison de l'enregistrement analogique et numérique

Chapitre 7 : Artefact de compression

Chapitre 8 : Echantillonnage (traitement du signal)

Chapitre 9 : Quantification (traitement du signal)

Chapitre 10 : Niveaux de gris

Appendice

À propos de l'auteur

Chapitre 1 : Tramage

Le tramage est un type de bruit délibéré utilisé pour randomiser l'erreur de quantification, empêchant ainsi les motifs à grande échelle tels que les bandes de couleur sur les photographies. Le tramage est couramment utilisé dans le traitement des données audio et vidéo numériques, et constitue souvent l'une des dernières étapes du mastering audio d'un CD.

Généralement, le tramage est utilisé pour transformer une image en niveaux de gris en noir et blanc de sorte que la densité des points noirs dans l'image résultante se rapproche du niveau de gris moyen de l'image d'origine.

… L'une des premières [applications] de la tramage a eu lieu pendant la Seconde Guerre mondiale.

Les bombardiers utilisaient des ordinateurs mécaniques pour la navigation et le calcul de la trajectoire des bombes.

Curieusement, ces ordinateurs (boîtes contenant des centaines d'engrenages et de rouages) fonctionnaient plus précisément à bord de l'avion, et moins solidement établis.

Les ingénieurs ont remarqué que les vibrations de l'avion minimisaient l'erreur causée par les pièces mobiles collantes.

Au lieu de se déplacer par à-coups rapides, vous devez vous déplacer en douceur, Ils se sont déplacés avec une plus grande cohérence.

Des moteurs vibrants miniatures ont été inclus dans les ordinateurs, le terme « dither » est dérivé du verbe moyen anglais « didderen », qui signifie « secouer ». Aujourd'hui, lorsqu'un compteur mécanique est utilisé pour améliorer sa précision, vous utilisez le tramage, les dictionnaires modernes définissent le tramage comme un état d'esprit profondément anxieux, confus ou agité.

En quantités minuscules, Dither rend effectivement un système numérique plus analogique dans le sens positif du terme.

— Ken Pohlmann, Principes de l'audio numérique

Peu de temps après la Seconde Guerre mondiale, le terme dither a été publié dans la littérature sur le calcul analogique et l'armement hydraulique.

Le tramage est appliqué dans de nombreux domaines, notamment le traitement et l'analyse numériques. Ces applications comprennent l'audio numérique, la vidéo numérique, la photographie numérique, la sismologie, les radars et les systèmes de prévision météorologique qui nécessitent un traitement numérique du signal.

La quantification produit l'erreur. Si cette inexactitude est associée au signal, le résultat peut être cyclique ou prévisible. Dans certains domaines, en particulier ceux dans lesquels le récepteur est sensible à de telles distorsions, les erreurs cycliques entraînent des artefacts indésirables. L'introduction d'un tramage dans ces zones transforme l'erreur en bruit aléatoire. L'industrie de l'audio en est une excellente illustration. L'oreille humaine agit de la même manière qu'une transformée de Fourier en ce sens qu'elle détecte des fréquences distinctes.

Dans un système analogique, le signal est continu, alors que dans un système numérique PCM, l'amplitude du signal est limitée à l'un des ensembles fixes de valeurs ou de nombres. Cette méthode est connue sous le nom de quantification. Chaque valeur codée est une étape discrète ; Si un signal est quantifié sans tramage, il y aura une distorsion de quantification associée au signal d'entrée d'origine... Afin d'éviter cela, le signal est « tertiblé », une procédure qui élimine mathématiquement les harmoniques et autres distorsions hautement indésirables et les remplace par un niveau de bruit constant et fixe.

Au cours du processus de production, un plus grand nombre de bits sont souvent utilisés pour représenter chaque échantillon ; Celle-ci doit être réduite à 16 bits afin de créer un disque compact.

Il existe de nombreuses façons d'y parvenir. On peut, par exemple, jeter les bits supplémentaires ; C'est ce qu'on appelle la troncature. De plus, on peut arrondir les bits excédentaires à la valeur la plus proche. Chacune de ces stratégies, cependant, produit des failles prévisibles et calculables. Le tramage remplace ces imprécisions par un niveau de bruit continu et fixe.

Exemples d'exemples audio de troncature 6 bits

Sinusoïde 16 bits

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réduit à six bits

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réduit à 6 bits

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Prenons, par exemple, une forme d'onde avec les valeurs suivantes :

1 2 3 4 5 6 7 8

Si la forme d'onde est diminuée de 20 %, les valeurs suivantes sont obtenues :

0.8 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4

Si ces valeurs sont raccourcies, les données résultantes sont les suivantes :

0 1 2 3 4 4 5 6

Si ces valeurs sont arrondies à la place, les données suivantes sont obtenues :

1 2 2 3 4 5 6 6

La technique consistant à diminuer l'amplitude de n'importe quelle forme d'onde d'origine de 20 % entraîne des erreurs cohérentes. Considérons une onde sinusoïdale qui, pour une partie, répond aux paramètres susmentionnés. Comme le montre l'exemple ci-dessus, chaque fois que la valeur de l'onde sinusoïdale atteignait 3,2, le résultat raccourci était erroné de 0,2. Chaque fois que la valeur de l'onde sinusoïdale atteignait 4,0, il n'y avait pas d'erreur car le résultat raccourci était décalé de 0,0, comme illustré précédemment. Tout au long du cycle de l'onde sinusoïdale, l'amplitude de l'erreur varie régulièrement et à plusieurs reprises. Cette erreur se révèle spécifiquement être une distorsion. Ce que l'oreille perçoit comme une distorsion, ce sont les informations supplémentaires à des fréquences discrètes résultant d'une erreur de quantification récurrente.

Une approche possible consisterait à arrondir le nombre à deux chiffres (par exemple, 4,8) dans l'une ou l'autre direction. Il peut être arrondi à cinq une fois, puis à quatre la suivante. Cela donnerait une moyenne à long terme de 4,5 plutôt que de 4, ce qui rapprocherait la valeur de sa valeur réelle au fil du temps. Cependant, cela entraîne toujours une erreur déterminable (bien que plus complexe). Chaque fois que la valeur 4,8 est rencontrée, le résultat est une erreur de 0,2 %, et les autres fois, l'erreur est de 0,8. Il en résulte toujours une erreur quantifiée et répétée.

Une autre option serait d'arrondir 4,8 de sorte que quatre fois sur cinq, il soit arrondi à 5 et la cinquième fois à 4. À long terme, cela représenterait en moyenne exactement 4,8. Malheureusement, il en résulte toujours des défauts récurrents et prévisibles, et ces défauts continuent de se manifester sous forme de distorsion audible.

Il en résulte la solution du tramage. Au lieu d'arrondir vers le haut ou vers le bas de manière prévisible et répétitive, il est possible d'arrondir vers le haut ou vers le bas de manière aléatoire. Si une série de nombres aléatoires compris entre 0,0 et 0,9 (par exemple, 0,6, 0,1, 0,3, 0,6, 0,9, etc.) est créée et ajoutée à 4,8, deux fois sur dix le résultat sera tronqué à 4 (si 0,0 ou 0,1 sont ajoutés à 4,8), et huit fois sur dix, le résultat sera tronqué à 5. Chaque condition a une probabilité de 20 % d'être arrondie à 4 et une probabilité de 80 % d'être arrondie à 5. La moyenne à long terme de ces résultats est de 4,8, et leur erreur de quantification est du bruit aléatoire. Ce bruit est moins désagréable pour l'oreille que la distorsion mesurable produite par d'autres solutions.

Avant la quantification ou la re-quantification, le tramage est introduit pour découpler le bruit de quantification du signal d'entrée et empêcher le comportement non linéaire (distorsion).