Способ двумерной апертурной коррекции видеосигнала и устройство для его реализации

 

1. Способ двумерной апертурной коррекции видеосигнала| основанный . на формировании видеосигнгша строк с последующей дискретизацией видеосигнала каждой строки, преобразовании значений отсчета дискретизированного видеосигнала в цифровую форму, запоминании этой последовательности отсчетов и формировании откорректированных значений отсчетов видеосигнала отличающийся тем, что, с целью повьииения точности коррекции путем устранения шумов пространственной дискретизации видеосигнала, формирование видеосигнала строк осуществляют с частотой строчного разложения, вдвое превышающей стандартную дискре|тизацию видеосигнсша строк производят счастотой, вчетверо npeBtAianntefl стандартную , a формирование откорректиро ванных значений отсчетов видеосигнала осуществляют путем преобразования запомненной последовательности отсче (Л тов видеосигнала в последовательяоств отсчетов, выбранных через один отсчет вдоль строки и верез строку.

0% 01) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

NUW

РЕСПУБЛИК

ЫЯ) Н 04 Х 5 14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМКТЕТ СССР

re ДЕЛА@ SOa ЕТЕНi4й V CrWP A

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В

44

1 (21) 3277544/18- 09 (22) 17.04. 81 (46) 30 ° 03.83. Бюп. Ю 12 .(72) Н.Н. Красильников и О.И.Посохова (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения

° ° ° °

53) 621.688 (088. 8)

56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 594600, кл. Н 04 Х 5L14, 1978..

2. Отчет ЛИАП по НИР "Прогноз".

Гос. per. 1Ф VI428, гл. VI 28.10.76 (прототип). (54):СПОСОБ ДВУМЕРНОЙ АПЕРТУРНОЙ КОРРЕКЦИИ ВИДЕОСИГНАЛА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. (57) 1. Способ двумерной апертурной коррекции видеосигналами основанный . .на формировании видеосигнала строк с последующей дискретизацией видеосигнала каждой строки, преобразовании значений отсчета дискретизированного видеосигнала в цифровую форму, запоминании этой последовательности отсчетов и формировании откорректированных значений отсчетов видеосигналев отличающийся тем, что, с целью повыаения точности коррекции путем устранения шумов пространственной дискретизации видеосигнала, формирование видеосигнала строк осуществляют с частотой строчного разложения, вдвое превыаающей стандартную,дискретизацию видеосигнала строк производят с частотой, вчетверо превцыающей стандартную, а формирование откорректиро " ванных значений отсчетов видеосигнала осуществляют путем преобразования Я запомненной последовательности отсчетов видеосигнала в последовательности отсчетов, выбранных через один отсчет вдоль строки и через строку.

1008926

2. Устройство двумерной апертурной .коррекцйи видеосигнала, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом блока управления адресами, выходы которого соединены с соответствующими входами блона памяти, объединенными с входами блока храйения коэффициентов коррекции, при этом выходы блоков памяти и хранения коэффициентов коррекции подключены к арифметическому блоку, вьход которого является выхо-. дом устройства, а также временной дискретизажор, вход которого подключен

Изобретение относится к телевизионной технике и предназначено

) для повышения резкости границ между деталями изображения при цифровой передаче телевизионной информации.

Известен способ апертурной коррек- 5 ции, в котором предварительно определяют составляющие спектра Уолша корректируемого цифрового видеосигнала затем умножают спектральные компойенты на корректирующие коэффициен- о ты и выделяют скорректированный телевизионный сигнал в цйфровой форме обработки преобразованием Уолша.устройство., реализующее этот способ, . содержит первый регистр, генератор тактовых импульсов, электронные переключатели, генератор функции Уолша, элемент ИЛИ идентичных каналов, найример 4, каждый из которых состоит из датчика корректирующих чисел, последовательно соединенных реверсивного 20 счетчика и выходного регистра, умножителя и второго регистра, а также из последовательно соединенных выходного реверсивного счетчика и выходного регистра, при этом выход датчика 25 корректирующих чисел подключен к второму входу умножителя, а первый и второй выходы электронного переключателя подключены к первому и второму входам реверсивного счетчика, причем на вход генератора тактовых импульсов и на первый вход каждого электронного переключателя подается входной сигнал, а к второму входу кажpoI электроннОго переключателя подключены соответствующие выходы генератора Функций Уолша, а выход каждого из выходных регистров подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ, причем выход первого регистра подключен к первому входу каждого выходного 4О реверсивного счетчика, выход второго регистра подключен к первому входу к передающей телевизионной камере, а выход - к аналого-цифровому преобразователю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности коррекции путем устранения шумов .пространственной дискретизации, введен умножитель частоты на четыре, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход -.c тактовым входом временного дискретизатора и вторым входом блока управления адресами, при этом выход аналогоцифрового преобразователя соединен с информационным входом блока памяти. первого и второго выходных реверсив« ных счетчиков и второму входу третьего и четвертого выходных реверсивных счетчиков, выход третьего регистра подключен к,первому входу первого и четвертого выходных реверсивных счетчиков и к второму входу второго и третьего выходных реверсивных счетчиков, а также выход четвертого регист» ра подключен к первому входу первого и третьего выходных реверсивных счетчиков и к второму входу второго и четвертого выходных реверсивных счетчиков 1 .

При использовании вышеописанных способа и устройства для его осуществления можно обеспечить регулируемую апертурную коррекцию в желаемом участке частотного диапазона телевизионного видеосигнала в цифровой форме. Но. данный способ и реализующее его устройство характеризуются одно- мерностью проводимой апертурной кор" рекции и сложностью технической реализации. Это объясняется тем, что ни спосОбом,.ни реализующим его устройством; не предусмотрено хранение зна" чений видеосигнала, по крайней мере, нескольких строк изображения, поэтому возможняй оказывается коррекция только в направлении строки телевизионного растра.

Наиболее близким к предлагаемому является способ двумерной апертурной коррекции видеосигнала, реализуемый устройством апертурной коррекции видеосигнала, предназначенным для работы в цифровых системах передачи телевизионной информации. Согласно этому способу исходное оптическое изображение преобразовывают в видеосиг над, затем выделяют значения отсчетов видеосигнала путем его дискретизации с частотой, определяемой по.100892.6 теореме Котельникова, преобразовывают значения отсчетов видеосигналов в цифровую Форму, записывают их в оперативное запоминающее устройство, после чего значение отсчетов видеосигнала подвергают коррекции в горизонтальном направлении, а затем в верти- кальном направлении путем взвешенного суммирования значений отсчетов видеосигнала трех растровых элемен- тов — корректируемого и двух соседний 1О

Способ реализуется устройством, содержащим последовательно соединенные передающую телевивионную камеру, временной дискретиэатор, аналого-цифровой преобразователь и регистр сдвига, вы- 5 ходы которого соединены с соответствующими входами первого арифметического блока, выход которого соединен с информационным входом оперативного запоминающего устройства и с информа . ционным входом второго арифметического блока, оперативное запоминающее устройство, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления адресами, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом временного дискретизатора и входом блока управления адресами, блок хранения коэффициентов коррекции, вход которого подключен к выходу блока управления адресами, первый выход соединен с управляющим входом первог. арифметического блока, второй выход — с управляющим входом второго арифметического блока 2 ».

Недостатком известного способа и 35 устройства,,его реалнзукнщего, является невозможность достижения прямоугольной формы апертурно-частотной характеристики .телевизионной системы в рабочей полосе частот, т.е. с рез- 4О кнм спадом на частоте, равной половине частоты пространственной дискретизации видеосигнала, так как подробный математический анализ показывает, что при таком способе коррек-45 ции невовможнЬсподобрать коэффициенты коррекцни,так, чтобы обеспечить резкий спад апертурно-частотной характеристики на частоте, вдвое меньшей пространственной частоты дискретизации. Реализация известного способа дает воэможность получить спад характеристики только на частоте

+g/4, (с - номинальная частота пространственной дискретизации, т.е. частота, с которой синтезируется изображение на приемной стороне).

Когда форма апертурно-частотной характеристики телевизионной системы .отлична от требуемой, появляется на изображении IIPJMoB пространствен- 6О ная дискретизация.

Цель изобретения - повьзаение точности коррекции видеосигнала путем устранения шумов пространственной дискретизации эа счет обеспечения 65 прямоугольной Формы апертурно-частотной характеристики телевизионной системы в рабочей полосе частот,т.е. в полосе частот от нуля до половины частоты пространственной дискретизации. поставленная цель достигается тем, что в способе двумерной апертурной коррекций видеосигнала, основанном на формировании видеосигнала - строк с последующей дискретизацией видеосигнала каждой строки, преобразо- ,вании значений отсчета дискретизированного видеосигнала в цифровую форму, запоминании этой последовательности отсчетов и формировании,откорректированных значений отсчетов видеосигнала, формирование видеосигнала строк осуществляют с частотой строчного разложения, вдвое превышающей стандартную, дискретизацию видеосигнала строк производят с частотой, вчетверо.: превыаающей стандартную, а Формирование откорректированных значений отсчетов видеосигнала осуществляют путем преобразования запомненной последовательности отсчетов видеосигнала в последовательность отсчетов, выбранных через один отсчет вдоль строки и через строку.

В устройство двумерной апертурной коррекции видеосигнала, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом блока управления адресами, выходы которого соединены с соответствующими входами блока памяти, объединенными с входами блока хранения кобффициентов коррекции, при этом выходы блоков памяти и хранения коэффициентов коррекции подключены -к арифметическому блоку,выход которого является выходом устройства, а также временной дискретизатор, вход которого подключен K. передающей телевизионной камере, а выход - к аналого-цифровому.преобразователю; введен умножитель частоты на четыре, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход — с тактовым входом временного дискретизатора и вторым вхо дом блока управления адресами, при .этом выход аналогоюцифрового преобра:зователя соединен с информационным входом блока памяти.

При получении прямоугольной форма апертурно-частотной характеристики телевизионной системы -с резким спадом на частоте, равной половине час.тоты пространственной дискретизации, улучшается точность апертурной коррекции; а также устраняются шуви

-пространственной дискретизации, появ; ление которых связано с невыполнением условий теоремы Котельникова .. применительно к передаваемому изобра,жению. Математический анализ показывает, что пространственная апертурно1008926 частотная характеристика системы может быть сделана прямоугольной с резким спадом на частоте, равной 1/4 частоты пространственной дискретизации как по оси Х, так и по оси Y путем соответствующего подбора коэффициентов коррекции при взвешенном суммировании, в то время как невозможно сделать апертурно-частотную характеристику прямоугольной с резким спадом на частоте, равной 1/2 частоты пространственной дискретизации как по оси Х, так и по оси Y.

Поэтому для того, чтобы все-таки обеспечить спад апертурно-частотной характеристики телевизионной системы 15 на частоте, равной половине частоты пространственной дискретизации, предлагается при преобразовании оптического изображения в электрический сигнал частоту пространственной дискретизации увеличить вдвое по сравнению с номинальной как по оси Х, так и по оси Y. При этом подбором коэффициентов коррекции можно добиться резкого спада апертурно-частотной харак-25 теристики на частоте, равной 1/4 увеличенной частоты пространственной дискретизации, или на частоте, равной

1/2 номинальной частоты пространственной дискретизации.. А для того, чтобы не увеличивать полосу частот, занимаемых электрическим сигналом в канале связи, и соответственно синтезировать на приемной стороне изображение, состоящее иэ номинального (неувеличенного) числа растровых эле: 35 ментов, откорректированные значения отсчетов видеосигнала формируют из первоначальной последовательности отсчетов, выбирая их через один отсчет вдоль строки и через. строку, 4р

На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 управле- 45 ния адресами, передающую телевизионную камеру 3, временной дискретиэатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 памяти, блок 7 хранения коэффициентов коррекции, ариф- 5р метический блок 8 и умножитель 9 частоты на четыре.

В предлагаемом устройстве для увеличения вдвое частоты пространственной дискретизации в вертикальном направлении в два раза увеличивают частоту строчного разложения, для чего в передающей телевизионной камере предусматривается генератор строчной развертки, работающий на частоте, в два раза превышающей номинальную. 6О для увеличения в два раза частоты пространственной дискретизации в горизонтальном направлении частоту следования тактовых импульсов увеличивают в четыре раза, для чего в уст- 65 в ройство между генератором тактовых импульсов и временным дискретизатором ставится умножитель частоты.

Число .растровых элементов в растре после такой пространственной дискретизации получается в четыре раза больше . номинального. Следовательно емкость оперативного запоминающего устройства блока памяти также должна быть увеличена в четыре раза по сравнению с прототипом.

В арифметическом блоке производит-s определение откорректированных значений выбранных отсчетов видео- . сигнала по следующей формуле

4 + м— н

3. му м E í X. < 1 (1)

«н „й 3 31 я. аМ В,,„- значение видеосигнала растрового элемента, расположенного на

m-ой строке и с номером п вдоль строки (в растре с увеличенным числом растровых элементов); N — число растровых элементов вдаль строки (и в поперечном направлении), используемых при линейной обработке; N - число растровых элементов, составляющих массив, используемый при коррекции;

i j - текущие значения номера строки и номера элемента вдоль строки;

А„ > - -значение коэффициента коррекции для растрового элемента, расположенного в масвиве коррекции íà i-ой строке с j-ым номером вдоль; строки. Теоретические исследования показывают, что коэффициенты коррекции А > могут быть вычислены следующим сбрввсм (р Й 1 % 1 Е6 " » soxlscos в cos ы

sj ыв„ывв в " К (ив xo„1 do x ы где К (,Фу) — апертурно-частотная характеристика, которая подлежит коррекции; »- частота пространственной дискретизации в направлении оси

Х, т.е. вдоль строки; @ау - частота пространственной дискретизации в направлении оси Y т.е. частота строчного разложения;(Э - пространственная частота в направлении оси Х;

И у — пространственная частота в напРавлении оси Y.

Устройство работает следующим образом.

В передающей телевизионной камере

3 оптическое изображение, преобраэованное в потенциальный рельеф фотокатода, разлагается в телевизионный растр с числом строк, увеличенным в два раза по сравнение с номинальным.

3атем с выхода передающей телевизионной камеры 3 видеосигнал в аналоговой форме поступает на вход

1008926

Составитель A. Александров

Редактор Н. Ковалева Техред A.Бабинец Корректор А. Дзятко

Заказ 2361/69 Тираж 675 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП, "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 временного дискретизатора 4, действующего как электронный ключ, который . управляется короткими импульсами, поступающими с выхода генератора 1 тактовых импульсов. Импульсы следуют с частотой, задаваемой генератором 1 тактовых импульсов и равной номинальной частоте пространственной дискретизации, умноженной на 4 в умножителе

9 частоты. Таким образом, на выходе временного дискретизатора 4 имеем 10 дискретизированный сигнал с частотой пространственной дискретизации вдвое большей номинальной как по оси Х, так и по оси Y. Этот. сигнал поступает на вход аналого-цифрового преоб- 15 разователя 5, в котором он преобразуется в двоичйый код, исходя из выбранного числа уровней квантования.

Число уровней квантования выбирается таким, чтобы на изображении -не было 20 заметно ложных контуров. Хорошее качество изображения получается при квантовании на 256 уровней. Проквантованный сигнал подается в блок 6 памяти, в котором сигнал записывается в определенные ячейки памяти. Адресация осуществляется с помощью

:блока 2 управления адресами. Поскольку в блоке 6 памяти производится запись значений отсчетов всех растровых элементов, а также их считывание, а коррекции подлежат значения отсчетов, видеосигнала только растровых элементов, взятых через один вдоль строки и через строку, то на первый вход блока 2 управления адресами поступают импульсы с номинальной частотой, .а на второй вход — с частотой вчетверо большей. Блок 2 управления . адресами осуществляет также, и адресацию к ячейкам блока 7 хране= 40 ния коэффициентов коррекции. Значения отсчетов видеосигнала в цифровой форме, соответствующие определенным растровым элементам-,с выхода блока

6 памяти поступают в арифметический 45 блок 8, на управляющие входы которого одновременно поступают коэффициенты коррекции А;,соответствующие местоположению этих растровых элементов в массиве коррекции. В ариф.метическом блоке 8 значения отсчетов видеосигнала в цифровой форме умножается на соответствующие коэффициенты коррекции и затем суммируются в соответствии с формулой (1), 5 результате на выходе арифметического блока 8 получаем откорректированные значения отсчетов видеосигнала, составляющие растр с номинальным числом растровых элементов.

Предлагаемый способ позволяет простыми методами обеспечить прямоугольную форму апертурно-частотной характеристики с резким спадом на частоте, равной половине частоты пространственной дискретизации., тем самым он служит эффективным методом устранения шумов пространственной дискретизации, ухудшающих качество изображения.(шумы:пространственной дискретизации проявляются на изображении, например, в виде муар-эффекта).

При выполнении новых операций удается перейти к телевизионному изображению с увеличенным вчетверо по сравнению с номинальным количеством растровых элементов (в два раза увеличенным вдоль строк и два раэав поперечном направлении), т.е. в частоте пространственной дискретизации вдвое большей номинальной также в обоих направлениях, а затем, использовав преимущества, которые дают новые параметры в процессе линейной обработки с целью получения требуемой формы апертурно-частотнОй характеристики телевизионной системы, вернуться к номинальному числу растровых элементов, значения видеосигнала в которых и передавать по каналу связи.

Предлагаемое устройство, реализующее предлагаемый способ двумерной апертурной коррекции видеосигнала, устраняет недостатки прототипа, так как позволяет повысить точность апертурной коррекции путем обеспечения прямоугольной формы апертурно-частотной характериетики телевизионной системы в рабочей полосе частот с ,резким спадом на частоте, равной половине частоты пространствен ной дискретизации. Применение предлагаемого способа двумерной апер турной коррекции видеосигнала и устройства для его:, :.реализации обеспечивает повышение качества телевизионного изображения и устранение my» мов пространственной дискретизации видеосигнала.