Устройство для кодирования телевизионного сигнала

 

Изобретение относится к технике связи и вычислительной технике и является усовершенствованием изобретения по авторскому свидетельству N 1559409. Его использование в цифровых телевизионных системах позволяет повысить информативность за счет сокращения избыточности кодированного сигнала. Устройство содержит аналого - цифровой преобразователь 1, блок 2 памяти, блок 3 умножения, блоки 4, 5 суммирования, блок 6 инвертирования, сумматор 7 модулей, квантователь 8, буферные регистры 9 - 11, генератор 12 контрольных символов, дешифраторы 13, 14, блоки 15, 16 коммутации, блоки 18, 19 задержки, блок 20 кодирования и элемент 21 ЗАПРЕТ. Благодаря введению блока 17 коммутации в устройстве производится исключение матриц знаков диагональных контуров и линий. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1559409 (2 1) 471 31 1 8/24 (22) 03.07.89 (46) 07.07,91, Бюл. N 25 (72) С,А.Куликов и H,Ë,ÑåìåíoB (53) 621,397 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1559409, кл. Н 03 M 3/04, 1988, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ

ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к технике связи . и вычислительной технике и является усовершенствованием изобретения по авт. св, N. 1559409. Его использование в цифровых

„„, рЦ„„1662ОО1 А2 (я)5 Н 03 M 3/04, 7/30, Н 04 N 7/12 телевизионных системах позволяет повысить информативность за счет сокращения избыточности кодированного сигнала. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 памяти, блок 3 умножения, блоки 4, 5 суммирования, блок

6 инвертирования, сумматор 7 модулей, квантователь 8, буферные регистры 9 — 11, генератор 12 контрольных символов, дешифраторы 13, 14, блоки 15, 16 коммутации, блоки 18, 19 задержки, блок 20 кодирования= и злемент ЗАПРЕТ 21. Благодаря введению блока 17 коммутации в устройстве произво- дится исключение матриц знаков диагональных контуров и линий. 3 ил.

1662001

15

25 зом

Изобретение относится к технике. связи и вычислительной технике, может быть использовано при построении цифровых телевизионных систем с эффективным кодированием видеосигнала и является усовершенствованием устройства по авт. св. Мт 1559409.

Цель изобретения — повышение информативности за счет сокращения избыточности кодированного сигнала

На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 — блок памяти; на фиг.3 — квантователь, Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь {АЦП) 1, блок 2 памяти. блок 3 умножения, первый 4 и второй 5 блоки суммирования, блок 6 инвертирования, сумматор 7 модулей, квантователь 8, первый 9 — третий 11 буферные регистры, генератор 12 контрольных символов, первый

13 и второй 14 дешифраторы, первый 15— третий 17 блоки коммутации, первый 18 и второй 19 блоки задержки, блок 20 кодирования и элемент ЗАПРЕТ 21.

Устройство работает следующим обраВ АЦП 1 входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровой видеосигнал.

В блоке 2 памяти цифровой видеосигнал от одного поля запоминается, а затем из него последовательно считываются кодируемые группы размерностью 2х2 элемента. Для каждой кодируемой группы вычисляются три переменные — среднее значение яркости кодируемой группы

4 а1 =, х, где x> — элементы кодируемой

«=1 группы, полусумма модулей отклонений яркости элементов кодируемой группы от

4 средней яркости аг = —,, 1э1 — x;l,, а так =1 же бинарная матрица знаков отклонений S размерностью 2х2, в которой единицы соответствуют тем элементам х;, которые больше или равны а1, а нули — тем элементам х;, которые меньше а>. Вычисление а1 производится суммированием, результат которого снимается без двух младших разрядов. Вычисление аг аналогично вычислению а1 с той лишь разницей, что суммирование элементов x, производится с инверсным значением а1 и результат суммирования снимается без одного младшего разряда.

Вычисленные значения а| и аг квантуются в квантователе 8 с линейной шкалой квантования, причем нэ кодирование а1 отводится семь разрядов выходного кодового слова.

Поскольку все предметы на Земле находятся под воздействием земного притяжения, то в них горизонтальные и вертикальные линии (протяженности) преобладают над наклонными. Поэтому вероятность появления в естественных изображениях наклонных контуров меньше, чем вероятность появления горизонтальных или вертикальных. Как следствие, эволюционное развитие человеческого глаза привело к тому, что диагональное зрение менее остро, Значит, представление знаковой функции четырьмя разрядами является избыточным. Для группы 2х2 горизонтальные и вертикальные контуры представляются следующими конфигурациями матрицы знаковой функции

01 00 11

Поскольку таких конфигураций четыре, то их можно описать двумя разрядами вместо четырех, а на приемной стороне по двум принятым разрядам восстанавливать два других так, чтобы восстановленная матрица соответствовала горизонтальному или вертикальному контуру, Таким образом, четырехразрядная матрица знаков является избыточной. Следует также отметить, что переход от равнояркостного участка к контуру обладает маскирующим свойством, т.е. для человеческого глаза менее заметны неоднородности равнояркостного участка вблизи контура. Поэтому точное семиразрядное кодирование а 1 в случае à 1 = О, аг ф 0 я вля1 г ется избыточным и в данном случае можно более грубо кодировать а — пятью разря1 дами.

В данном устройстве матрица знаковой функции S = (J размерностью 2х2 печэз

S2S4 редается двумя разрядами. а именно, разрядами $1 и Зг. Разряды Яз и Я4 исключаются из передачи, На приемной стороне исключенные разряды восстанавливаются следую щим образом;

1,Oi) 0 1 0 10 ) 1 где,,,- восстановленные разряды матрицы знаковой функции.

Таким образом, видно, что все множество конфигураций матриц знаковой функции. соответствующих горизонтальным и вертикальным контурам, можно описать с помощью двух разрядов.

Таким образом, в устройстве производится исключение диагональных контуров и линий, т.е. матриц знаков:

1662001

10

30

50

О 1 1 0" 1

О О О О О 1 1 О

Все эти матрицы знаков представляютсА двумя относящимися к горизонтальным и вертикальным контурам. По этому принципу рассматриваемое устройство может быть отнесено к FIR-фильтрам. Отличие данного устройства от классического FIR-фильтра заключается в том, что в этом устройстве для части кодируемых групп сохраняются все ориентации контура. Такими группами с а2ФОявляются группы, прилегающие справа к равнояркостным группам с а2 = О. Часть разрядов (два бита) кодового слова группы с az = О отводится для полного восстановления ориентации контура в группе с а> Ф О.

При этом огрубление слова с а2 Ф О вЂ” исключение двух младших разрядов a> — не приводит к ухудшению качества изображений.

Это вызвано тем обстоятельством, что контуры обладают маскирующим свойством.

Вблизи контура глаз не замечает ошибок в восстановлении двух младших разрядов а1, группы с az = О. Такое адаптивное исключение двух разрядов S с однозначным их восстановлением для границ макрообразований позволяет более точно кодировать контура по сравнению с FIR-фильтром. Если для контурных участков качество изобра>кений на выходе FIR-фильтра и данного устройства примерно одинаково (за счет маскирующих свойств контуров), то кодирование наклонных контуров в рассматриваемом устройстве точнее, чем в FIR-фильтре.

Эти контура восстанавливаются без ошибок, в то время. как на выходе FIR-фильтра возможно появление зубчатой структуры на наклонных линиях и контурах.

Итак, в устройстве, кроме анизотропности зрения, использовано еще одно свойство зрения — высокий порог обнаружения шума вблизи контуров.

С учетом сказанного блок 2 памяти устройства может быть выполнен (фиг.2) на буферном регистре 22, счетчике 23 импульсов, узла 24 оперативной памяти и регистре 25 сдвига. На фиг,2 обозначены информационные входы 26, первый 27 и второй 28 тактовые входы, вход 29 синхронизации и управляющий вход 30.

Квантователь 8 (фиг.3) содержит преобразователь 31 кодов и блоки 32 и 33 задержки. На фиг.3 обозначены первые 34 и вторые 35 входы и первые 36 — третьи 38 выходы.

Блоки 18, 19, 32 и 33 задержки могут быть выполнены на буферных регистрах, Блок 20 кодирования представляет собой преобразователь параллельного кода в последовательный.

Управление блоками устройства осуществляет синхронизатор (не показан). Синхрогенератор формирует следующие частоты: тактовую h, частоту группы fT/4, канальную fK, частота полей 1п„сигналы Сз, И4 для управления памятью. Частота f, подается на блоки 1, 22, 23, 25 и 8 (в случае реализации блоков 32 и 33 на регистрах), 18 и 19. Частота fT/4 разводится на блоки 9-11, 25 и 20, а частота 4 — на блок 20. Частотой

f< сбрасывается в ноль счетчик 23 блока 1.

В преобразователе 31 производится грубое равномерное квантование восьмиразрядного кода аг в трехразрядный а2 по а2 правилу az = (— )„которое однозначно on32 ределяет таблицу перекодирования преобразователя. Генератор 12 контрольных символов может быть выполнен в виде семивходового сумматора 2 по модулю с двумя идентичными выходами.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговый телевизионный сигнал поступает на АЦП 1, в котором преобразуется в цифровой видеосигнал, В блоке 2 памяти, благодаря задержке цифрового сигнала на время одного поля, создается ряд цифровых сигналов, каждый из которых соответствует одному из элементов апертуры 2х2 элемента (т.е, группы соседних элементов изобра>кения). После умножения в блоке 3 на весовые коэффициенты в первом блоке 4 суммирования вычисляется среднее значение яркости по кодируемой группе (коэффициента а1). Во втором блоке 5 суммирования из значения яркости каждого элемента группы вычитается среднее значение а1 яркости по группе (т.е. блоки 5 и 6 функционально образуют вычитател ь).

В сумматоре 7 модулей производится сложение модулей разностей, полученных в блоке 6. С выходов квантователя 8 сигналы параметров кодирования поступают в буферные регистры 9-1.1.

Семиразрядный код а1с выходов первого буферного регистра 9 поступает на вход генератора 12 контрол ьн ых символов. Пять старших разрядов поступают на первый блок 18 задержки, а два младших разряда а1 поступают нг третий блок 17 коммутации.

Трехразрядный сигнал полусуммы модулей разности, т.е. коэффициент аг с выхода второго буферного регистра 10 подается на входы второго блока 19 задержки и первого дешифратора 13, 4вухразрядный сигнал ко1662001 да знаков разности Я, Sz (иначе называемый сигналом знаковой функции) с выходов третьего буферного регистра 11 поступает в первый блок 15 коммутации. На выходе первого дешифратора 13 формируется сигнал

"1", когда код az равен нулю, и "О" — a противном случае, Сигнал "1" с выхода дешифратора 13 подается на управляющий вход второго блока 16 коммутации и на вход элемента ЗАПРЕТ 21, В то время, когда производится анализ и коммутация двух. сигналов параметров 1-й группы (т,е. а 1. az u S ), на выходы второго дешифратора 14 поступает сигнал старших разрядов коэффициента а для (!+1)-й кодируемой группы, На выходе второго дешифратора 14 формируется сигнал "1", когда значение az = О, и сигнал

"О" в противном случае, Если значение а + О и az Ф О, то в этом случае управляющий сигнал на выходе первого дешифратора 13 — "О", на выходе второго дешифратора 14 — "О" и сигнал на выходе элемента ЗАПРЕТ 21 — "О", Состав кодового слова i-й группы соответствует общему случаю и двухразрядный сигнал знаковой функции S с выхода первого блока 15 коммутации через второй блок 16 коммутации подается на третьи входы блока 20 кодирования, Трехразрядный сигнал аг с

I выходов второго блока 19 задержки поступает на вторые входы блока 20 кодирования.

Пять старших разрядов кода а 1 с выхода

I первого блока 18 задержки подаются на первые входы блока 20 кодирования, а два младших разряда кода а 1 через третий блок

17 коммутации подаются на четвертые входы блока 20 кодирования.

Если значение а = 0 и а = О, в этом

i случае управляющий сигнал на выходе первого дешифратора 13 "1", на выход второго дешифратора 14 "1" и сигнал на выходе элемента ЗАПРЕТ 21 "О". Сигналом "1" с выхода первого дешифратора 13 первый блок 15 коммутации скоммутирует на входы второго блока 16 коммутации сигнал с выхода генератора 12 контрольных символов вместо сигнала знаковой функции. Через второй блок 16 коммутации сигнал контрольных символов поступит на.третьи входы блока

20, на первые и четвертые входы которого поступает код а1, а на вторые — код azl i-й кодируемой группы, как и в случае az 4

О и az Ф 0. Если же значение а = О, а значением 4Ф О, управляющий сигнал на выходе первого дешифратора 13 "1". на выходе второго дешифратора 14 "О" и сигнал на выходе элемента ЗАПРЕТ 21" 1".Ñèãíàëîì

"1" с выхода элемента ЗАПРЕТ 21 второй блок 16 скоммутирует на третьи входы блока

20 кодирования три младших разряда кода

az для (1+1)-й кодируемой группы вместо

ll старших разрядов а, т.е. в состав кодового

l слова i-й группы вводятся младшие разряды

10 параметра для (I+1)-й группы, Этим же сигналом третий блок 17 коммутации скоммутирует на четвертые входы блока 20 кодирования третий и четвертый разряды знаковой функции S, т.е. вместо двух

li

15 младших разрядов кода а < для i-й кодируе-. мой группы передаются два разряда знаковой функции S для (i+1)-й кодируемой группы, Т.е. для случая az = О и az О, что ! ll соответствует переходу от равнояркостного

20 участка к контуру иэображения, для (i+1)-й кодируемой группы а представляется семью разрядами, az — пятью разрядами и

ll

S — четырьмя разрядами, что позволяет точно кодировать контуры объектов, 25 При реализации рассмотренного варианта устройства, соответствующего случаю внутрикадрового кодирования групп 2х2 элемента, при котором число уровней квантования среднего значения яркости а> рав30 но 128 (семь разрядов) число уровней квантования полсуммы разности az равно 8 (три разряда), число знаков разности — два, расход цифрового потока на информацию об одном элементе составляет 3 бит/эле35 мент, По сравнению с известным устройством выигрыш в сжатии потока составляет

0,5 бит/элемент, при этом путем использования ограничений зрительного восприятия потери качества изображений сведены

40 к минимуму.

Формула изобретения

Устройство для кодирования телевизионного сигнала по авт. св. N 1559409, отл ичающееся тем.что,сцелью 45 повышения информативности засчетсокра. щения избыточности кодированного сигнала, в устройство введен третий блок коммутации, первые и вторые информационные входы, управляющий вход и выходы

50 которого подключены соответственно к третьим выходам квантователя, выходам первого буферного регистра, выход элемента ЗАПРЕТ и четвертым входам блока кодирования.

1662001

Составитель О. Ревинский

Редактор Н.Рогулич Техред М.Моргентал Корректор И. Муска

Заказ. 2136 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101