Система передачи телевизионного сигнала

 

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕВИ- , ЗИОННОГО СИГНАЛА, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные блок вычитания, блок квантования, преобразователь кода, сумматор, первый блок задержки и умножитель, вьпсод которого соединен с первым .входом блока вычитания и вторым входом сумматора, а на приемной стороне система содержит преобразователь кода и последовательно соединенные сумматор, первый блок задержки и умножитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения искажений при передаче высококонтрастных перепадов изображений. I (тшя щ «Я2ЛЯ81Х1А на передающей стороне введены последовательно соединенные блок обнаружения перегрузки по крутизне, формирователь управляющего сигнала и коммутатор, а также второй блок задержки, включенный между входом блока обнаружения перегрузки по крутизне и вторым входом блока вычитания , и инвертор, включенный между выходом блока квантования и вторым входом коммутатора., причем выход блока квантования соединен с третьим входом коммутатора, а выход умножителя соединен с вторым входом формирователя управляющего сигнала, а на приемной стороне введены блок обнаружения перегрузки по крутизне, блок сумматоров и коммутатор,включенные последовательно между выходом преобразователя кода и вторым входом § сумматора, а также второй блок задержки , включенный между выходом преобразователя кода и вторым входом коммутатора, и формирователь управляющего сигнала, включенный между 4 вторым выходом блока обнаружения перео: грузки по крутизне и третьим входом со коммутатора, причем выход формирователя з равляющего сигнала соединен с вторым входом блока сумматоров.

1104691

Изобретение относится к средствам связи и может быть использовано при построении цифровых телевизионных и видеотелефонных систем.

Наиболее близкой по технической 5 сути к предлагаемой является система передачи телевизионного сигнала, содержащая,на передающей стороне последовательно соединенные блок вычитания, блок квантования, преобра10 зователь кода, сумматор, первый блок задержки и умножитель, выход которого соединен с первым входом блока вычитания и вторым входом сумматора, а на приемной стороне — преобразователь кода и последовательно.соединенные сумматор, первый блок задержки и умножитель, выход которого соединен с первым входом сумматора (11 .

Недостатком системы является возникновение шумов перегрузки по крутизне при передаче высококонтрастных перепадов изображений, поскольку разностный сигнал, полученный на выходе блока вычитания, превышает динамический диапазон квантующей характеристики блока квантования и ограничивается. Шумы перегрузки по крутизне могут проявляться на иэображении как линейные и нелиней- 30 ные искажения и ухудшают качество восстановленного изображения. Устранение шума перегрузки по крутизне путем увеличения уровней квантования неэффективно, так как при этом увеличивается линейная скорость передачи информации.

Цель изобретения — уменьшение искажений при передаче высококонтрастных перепадов изображений. 40

Поставленная цель достигается тем, что в систему передачи телевизионного сигнала, содержащую на передающей стороне последовательно соединенные блок вычитания, блок 45 квантования, преобразователь кода, сумматор, первый блок задержки и умножитель, выход которого соединен с первым входом блока вычитания и вторым входом сумматора, а на при- 50 емной стороне система содержит преобразователь кода и последовательно соединенные сумматор, первый блок задержки и умножитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, 55 на передающей стороне введены последовательно соединенные блок обнаружения перегрузки по крутизне, формирователь управляющего сигнала и коммутатор, а также второй блок задержки, включенный между входом блока обнаружения перегрузки по крутизне и вторым входом блока вычитания, и инвертор, включенный между выходом блока квантования и вторым входом коммутатора, причем выход блока квантования соединен с третьим входом коммутатора, а выход умножителя соединен с вторым входом формирователя управляющего сигнала, а на приемной стороне введены блок обнаружения перегрузки по крутизне, блок сумматоров и коммутатор, включенные последовательно между выходом преобразователя кода и вторым входом сумматора, а также второй блок задержки, включенный между выходом преобразователя кода и вторым входом коммутатора, и формирователь управляющего сигнала, включенный между вторым выходом блока обнаружения перегрузки по крутизне и третьим входом коммутатора, причем выход формирователя управляющего сигнала соединен с вторым входом блока сумматоров.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема передающей стороны системы передачи телевизионного сигнала, на фиг.2 — структурная электрическая схема приемной стороны системы передачи телевизионного сигнала, на фиг. 3шкала квантования телевизионного сигнала, на фиг.4 — структурная электрическая схема блока обнаружения перегрузки по крутизне передающей стороны.

Система содержит на передающей стороне второй блок 1 задержки, блок 2 вычитания, блок 3 квантования, преобразователь 4 кода, сумматор 5, первый блок 6 задержки, умножитель 7, блок 8 обнаружения перегруз ки по крутизне, формирователь 9 управляющего сигнала, коммутатор 10, инвертор 11, на приемной сторонепреобразователь 12 кода, второй блок

13 задержки, коммутатор 14, сумматор 15, первый блок 16 задержки, умножитель 17, блок 18 обнаружения перегрузки по крутизне, формирователь

19 управляющего сигнала, блок 20 сумматоров.

Блок 8 обнаружения перегрузки по крутизне содержит резистор 21

1104691

30 сдвига, первый, второй и третий вычитатели 22-24 и разрешающий узел 25.

Система передачи телевизионного сигнала работает следующим образом.

На первый вход блока 2 вычитания через второй блок 1 задержки подается входной видеосигнал, представленный, например, параллельным восьмиразрядным двоичным кодом (фиг.1). В блоке 2 из входного видео- 10 сигнала вычитается задержанное в петле обратной связи, например, на период дискретизации значение видеосигнала. Полученное разностное значение двух соседних отсчетов 15 квантуется в блоке 3 по нелинейной шкале, что позволяет, учитывая свойства зрения, значительно сократить число уровней квантования. Так, например, при 256 уровнях квантования 20 входного видеосигнала достаточно 16 уровней при нелинейном квантовании разностного сигнала. Квантованное значение разностного сигнала преобразуется для передачи по каналу связи блоком 3 в четырехразрядный код Грея, один разряд которого содержит информацию о знаке разностного сигнала.

В

Для выполнения арифметических операций в петле обратной связи в преобразователе 4 код Грея преобразуется в восьмиразрядный двоичный код. В сумматоре 5 происходит сложение текущего разностного значе- З5 ния с предыдущим отсчетом, задержанным в первом блоке 6 задержки и умноженным в умножителе 7.

При отсутствии шумов перегрузки или при наличии нераспространяющихся 40 шумов перегрузки сигнал формирователя

9 позволяет коммутатору 10 пропускать на выход кодовые комбинации, поступающие с блока 3.

При наличии высококонтрастных 45 перепадов изображения в блоке 8 происходит обнаружение перегрузки по крутизне и определение величины ожидаемого значения шума перегрузки.

В блоке 8 анализируются истинные значения входного видеосигнала, а в полученных ошибках предсказания не будут учтены шумы квантования, вносимые нелинейной шкалой квантования блока 3 квантования. При превы- у шении ошибкой предсказания, полученной з блоке 8,значения максимального уровня квантования блока 3 на величину, равную. половине максимального шага квантования, и при распространении шума перегрузки по крутизне на несколько отсчетов, в блоке 8 формируется сигнал о наличии и величине (в долях числа отсчетов) перегрузки по крутизне, который поступает в формирователь 9 управляющего сигнала.

В формирователь 9 поступает также предсказанный сигнал с умножителя

7. Если с выхода блока 8 поступает сигнал о наличии и величине ожидаемой перегрузки по крутизне и одновременно предсказанный сигнал, поступающий с умножителя 7, удовлетворяет одному из двух условий

Х CУ Х >Х пр ц i "nP "трах и 7 где Х„ — предсказанный сигнал,.

Х „ — максимальное значение входного видеосигнала, Y> — максимальный уровень квантования, то формирователь 9 выдает сигнал управления соответствующей длительности (в соответствии с величиной перегрузки в долях числа отсчетов) и коммутатор 10 пропускает на выход передающей стороны системы инвертированные значения разностных сигналов, поступающих с инвертора 1!.

Очевидно, что первое из этих разностных сигналов будет соответствовать максимальному уровню квантования с положительным или с отрицательным знаком в зависимости от знака перепада.

Второй блок 1 задержки задерживает входной сигнал с целью получения разностного сигнала после анализа истинных значений видеосигнала, т.е. после обнаружения в блоке 8. Таким образом, при наличии перегрузки по крутизне в ка*ал связи передаются такие значения разностных сигналов, алгебраическая сумма которых с предсказанными значениями выходит за пределы динамического диапазона входного сигнала (при 256 уровнях квантования эта сумма будет или отрицательна или больше числа 255).

Это обстоятельство лежит в основе обнаружения на приемной стороне кодовых комбинаций, соответствующих перегрузке по крутизне.

Принятый разностный сигнал, представленный в коде Грея, преобра1104691!

10 где N — величина перегрузки по 40 пер крутизне в долях числа отсчетов, и определяется с помощью выражения

XВх — 1 вх - (и

45 где Х℠— значение входного видеосигнала.

Следует отметить, что величину я„ следует округлить до ближайшего большего целого числа. 50

Таким образом, в случае отсутствия перегрузки по крутизне сигнал с выхода преобразователя 12 через второй блок 13 задержки, который осуществляет задержку входного сигнала на величину, необходимую для анализа разностных сигналов, и коммутатор 14 поступает на вход эуется в преобразователе 12 в восьмиразрядный двоичными код и поступает на блок 18 обнаружения перегрузки по крутизне (фиг.2).

В блоке 18 сравниваются поступающие кодовые комбинации раэностного сигнала и предсказанные значения сигнала. Если алгебраические суммы этих значений выходят за пределы динамического диапазона входного сигнала, то блок 18 выдает сигнал о наличии перегрузки.

Величина перегрузки в долях числа отсчетов определяются путем анализа кодовых комбинаций, соответствующих перегрузке, т.е. анализируется число кодовых комбинаций, соответствующих максимальному уровню квантования. По сигналу блока 18 в формирователе 19 управляющего сигнала формируется сигнал управления определенной длительности. В этот момент в блок 20 сумматоров поступают с первого выхода блока 18 и арифметически складываются декодированные значения кодовых комбинаций .разностного сигнала, соответствующих перегрузке (число этих значений определяется величиной перегрузки), далее добавляется сиг- ЗО нал о знаке и пропускается на выход коммутатора 14 по сигналу формирователя 19. Управляющий сигнал после этого приравнивает к нулю определенное число разностных сигналов, число которых определяется соотношением, сумматора 15, в котором он суммируется со значением предыдущего отсчета видеосигнала и далее через первый блок 16 задержки и умножитель 17 поступает. на выход системы.

При наличии перегрузки по крутизне сигнал на второй вход сумматора

15 поступает через коммутатор 14 с выхода блока 20 сумматоров, в котором вычисляется значение входного сигнала, причем определенное число разностных сигналов приравнивается нулю, Работа блока 18 обнаружения перегрузки по крутизне определяется видом шкалы квантования (фиг.3) и алгоритмом предсказания, На вход регистра 21 сдвига (фиг.4) поступают истинные значения входного видеосигнала. Иэ-за того, что максимальная величина перегрузки при данной характеристике шкалы квантования равна трем, так как на основе выражения (2) получаем

"» пах 255

"pep аах = 93 = 3 отсчета ч„ и предсказание осуществляется по первому предыдущему элементу, происходит анализ четырех истинных зна,чений входного видеосигнала, следующих последовательно друг за другом (например, обозначим их как 1, 2, 3, 4 или 2, 3, 4, 5 и т.д.). На выходах вычитателей 22-24 получаются раэностные значения между двумя соседними отсчетами, например, из второго вычитается первый, из третьего вычитается второй и т.д. Результаты вычитания поступают в разрешающий узел 25, где происходит сравнение абсолютных величин разностей, полученных вычитателями 22-24, с величиной,. равной сумме максимального уровня квантования и половине максимального шага квантования. Здесь же происходит обнаружение величины перегрузки.

Пример. Допустим, что истинные значения входного видеосигнала в трех последовательных отсчетах равны О, 125, 125 соответственно.

Тогда в вычитателе 22 получается разность 125-0=125, а в вычитателе

23 — разность 125-125=0. Значения разностей 125 и 0 поступают в разрешающий узел 25. Так, как

125 > 93+ = 103

1104691 и вторая разность равняется нулю (т.е. шум перегрузки распространяется на два отсчета), разрешающий узел 25 выдает сигнал (например, Of) о наличии, распространении и величине (разной двум отсчетам) шума перегрузки, который поступает в формирователь 9. В формирователь

9 поступает также предсказанный сигнал (следует отметить, что истин. ное значение входного видеосигнала

0 участвует в формировании предсказанного сигнала). Допустим Х„ . 2, так как Х „ = 2 с (Y< = 93), формирователь 9 выдает сигнал управления коммутатором 10, который пропускает на выход системы инвертированные зна чения разностных комбинаций. Для примера получаются две разности

4 (125-2)=93, л (125-93)=39, где () — квантованная величина соответствующей разности. В канал связи в этот момент посылаются кодовые комбинации, соответствующие (" 93) и (39).

На приемной стороне (фиг.2) из-за того, что алгебраическая сумма

Х + (-93) = 2 +. (-93) = -91 выхоrip дит за пределы динамического диапазона входного видеосигнала, происходит обнаружение кодовых комбина5 ций, соответствующих перегрузке.

Так как величина 93 повторяется один раз, формирователь 19 выдает сигнал о наличии и величине перегрузки, равной двум отсчетам. В блоке 20 сумматоров суммируются величины (-93) и (- 39) и получается: 93 + 39 = 132.

На выход коммутатора 14 в этом случае пропускаются значения 132

fS и О. В результате шум перегрузки,который равнялся бы 125-93=32, уменьшается до 132-125=7. Следует отме тить, что шум такой величины на перепаде в 125 практически незаметен.

Устранение шумов перегрузки в системе передачи телевизионного сигнала с помощью дифференциальной импульсно-кодовой модуляции дает воэможность существенно повысить субъективное качество восстановленного изображения и улучшить объективные показатели такой системы при передаче испытательных сигналов. При этом система усложняется незначительно.

1104691! 104691

Составитель Н. Сорокопуд

Техред Т.Маточка Корректор С. Черни

Редактор Е. Лушникова

Заказ 5323/44

Тираж 635, 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