Система передачи телевизионногосигнала

 

О П И С А Н И Е () 794774

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (á1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.01.79 (21) 2704955/18-09 (51) М. Кл.з

Н 04 N 7/18 с присоединением заявки № ——

Государственный комитет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 07.01.81. Бюллетень ¹ 1

Дата опубликования описания 07.01.81 по делам изобретений и открытий (53) УД1 621.397 (088.8) (72) Авторы изобретения В. Н. Меренков, Г. О, Николаев и Н. H. Шостацкий (71) Заявитель

3:-"1 Г =. $l gjgЯ yg (54) СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ

ТЕЛ ЕВ ИЗИОН НОГО .СИГНАЛА

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

Известна система псредачи телевизионного сигнала, в которой на передающей стороне входной видеосигнал подан на первый вход вычитающего устройства, а на второй вход его подан видеосигнал, задержанный в петле обратной связи, охватывающей квантующее устройство по уровню, соединенное по входу с выходом вычитающего устройства. С выхода квантующего устройства по уровню сигнал подан на передающее устройство и через преобразователь кода на первый вход сумматора, выход которого соединен с его вторым входом и вторым входом вычитающего устройства через последовательно включенные схему задержки, например на период дискретизации, и умножитель, на приемной стороне сигнал с выхода приемного устройства через преобразователь кода подан на один из входов сумматора, а другой его вход соединен через умножитель и схему задержки, включенные последовательно, с выходом сумматора. 3а счет включения в петлю обратной связи на передающей стороне и приемной стороне умножителя, коэффициент умножения кото2 рого выбирают меньшс единицы, распространение искажения на соседние элементы изображения приобретает затухающий характер fl).

5 Однако в такой системе передачи телевизионного сигнала умножение задержанного в петле обратной связи цифрового сигнала на весовой коэффициент эффективно до некоторого предела, так как при

10 уменьшении этого коэффициента протяженность искажений, вызванных помехой, убывает медленно, а одноврсменно растет уровень гранулярного шума, который достигает уровня пороговой заметности при

15 весовом коэффициенте, равном 0,875. Поэтому данная система не позволяет эффективно устранить искажения, вызванные ошибкой элемента изображения большой величины и ухудшает качество изображе2р ния даже при отсутствии ошибок, возникающих в канале связи.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости системы.

Для этого система передачи телевизион25 ного сигнала с помощью дифференциальной импульсно-кодовой модуляции содержит на передающей стороне вычитающее устройство, выход которого соединен с входом квантующего устройства, к выходу козо торого подключен вход преобразователя

794774

1О

Дд

3О

„c

6О

65 кодов, прп этом lIn первый вход вычпгаю. щего устройства подключеkl выход приемника изображения, а второй вход вычигающего устройства соединен с первым входом сумматора и с выходом умножителя, вход умножителя через схему задержки подключен к выходу сумматора, коммутатор каналов, схему запрета и формирователь управляющих импульсов, причем первый вход коммутатора каналов соединен с первым входом сумматора, второй вход коммутатора подключен к выходу квантующего устройства, а выход коммутатора каналов подключен к входу псредающего устройства, первый вход схемы запрета подключен к выходу преобразователя кодов, второй вход схемы запрета подключен к выходу формирователя управляющих импульсов, а выход схемы запрета соединен с вторым входом сумматора, второй вход схемы запрета соединен с третьим входом коммутатора каналов, а на приемной стороне — сумматор, к выходу которого через схему задержки подключен вход умножителя, и преобразователь кода, вход которого соединен с выходом приемного устройства, схему обнаружения ошибок, первый и второй коммутаторы каналов, сдвиговый регистр, схему запрета, формирователь управляющих импульсов и формирователь длительности импульсов коммутации, причем первый вход схемы обнаружения ошибок соединен с выходом приемного устройства, а другой ее вход подключен к выходу умножителя и к первому входу первого коммутатора каналов, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен через схему запрета с выходом преобразователя кодов, а выход сумматора подключен к входу сдвигового регистра, первый выход которого соединен с первым входом второго коммутатора каналов, второй выход сдвигового регистра соединен с вторым входом первого коммутатора каналов, тре тий выход сдвигового регистра соединен с вторым входом второго коммутатора ка. налов, на третий вход которого подключен выход формирователя длительности импульсов коммутации, выход формирователя управляющих импульсов соединен с вторым входом схемы запрета, третьим входом схемы обнаружения ошибок и с вторым входом формирователя длительности импульсов коммутации, первый вход формирователя длительности импульсов коммутации соединен с выходом схемы обнаружения ошибок и с третьим входом первого коммутатора каналов.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема системы передачи телевизионного сигнала; на фиг. 2 — пример расположения контрольных отсчетов.

Система содержит на передающей стороне вычитающсс устройство 1, квантующс< устройство 2, преобразователь 3 ко дов, схему 4 запрета, формирователь 5 управляющих импульсов, сумматор Г>, схему 7 задержки, умножитель 8, коммутатор 9 каналов, на приемной стороне — преобразователь 10 кода, схему 11 запрета, сумматор 12, первый коммутатор 13 каналов, умножитель 14, схему 15 задержки, схему

16 обнаружения ошибок, формирователь 17 управляющих импульсов, формирователь

18 длительности импульсов коммутации, сдвиговый рсгистр 19, второй коммутатор 20 каналов.

Система работает следующим образом.

На псрвый вход устройства 1 подается входной видеосигнал, представленный, например параллельным восьмиразрядным двоичным кодом. В устройстве 1 из входного сигнала вычитается задсржанное в петле обратной связи; например на период дискретизации (что соответствует одному элементу изображения), значение видеосигнала. Полученное в устройстве 1 разностное значение двух соседних отсчетов квантуется в устройстве 2 по нелинейной шкале, что позволяет, учитывая свойства зрсния, значительно сократить число уровней квантования. Так, например, при 256 уровнях квантования входного видеосигнала достаточно 16 уровней при нелинейном квантовании разностного сигнала. Квантованное на 16 уровней значение разностного сигнала в устройстве 2 преобразуется в четырехразрядный код Грея для передачи по каналу связи.

Для выполнения арифметических операций в петле обратной связи в преобра. зователе 3 код Грея преобразуется в восьмиразрядный двоичный код. В сумматоре 6 происходит сложение текущего разностного значения и значения предыдущего отсчета, полученного после задержки в схеме 7.

На приемной стороне в сумматоре 12 происходит аналогичная операция. Г1ринятый разностный сигнал в коде Грея преобразуется в преобразоватслс 10 в восьмиразрядный двоичный код, который суммируется в сумматоре 12 со значением предыдущего отсчета видеосигнала, полученного с помощью схемы 15.

Вследствие того, что в системе с дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией по каналу связи передается разностный сигнал, ошибка в одном элементе изображения, возникающая из-за помех или искажений, будет распространяться при восстановлении видеосигнала на приемной стороне на соседние с ним элементы изображения, образуя на изображении, так называемые треки ошибки.

Для уменьшения протяженности этих треков ошибки в петлю обратной связи на передающей и приемной сторонах вводятся идентичныс умножители 8 и 14 соответ65 ственно. Коэффициент умножения выбирается меньше единицы и в этом случае искажения (треки ошибок) приобретают затухающий характер с максимумом в месте появления канальной ошибки. Г1омеха затухает быстрее при уменьшении коэффициента умножения. Однако при меньших значениях коэффициента передачи петли обратной связи растут искажения видеосигнала. При коэффициенте умножения, равном 0,94 — 0,97 (при практической реали;зации, например 31/32), нет заметного воздействия на качество восстановленного изображения, но при этом устраняются только ошибки, возникающие в младших разрядах восстановленного видеосигнала.

Искажения, имеющие большие значения яркости и соответствующие ошибки в старших разрядах восстановленного видеосигнала, подавляются неэффективно. Для устранения такого рода искажений в предлагаемой системе используется фактор сильной корреляционной связи соседних элементов изображения. Для этого каждая строка разбивается на блоки, содержащие определенное количество элементов изображения. Последний элемент каждого блока являстся контрольным. Расположения контрольных отсчетов, а следовательно, и блоков меняются от строки к строке и от кадра к кадру, например фиг. 2, где в качестве примера показан фрагмент телевизионного кадра с контрольными отсчетами при частоте дискретизации видеосиг нала, равной 12,5 МГц, периоде строчной развертки 64 мкс и числе элементов в блоке, равным 11. Цифры обозначают номера полей. Контрольные отсчеты перемежаются от строки к строке и от поля к полю так, что их фаза совпадает только через каждые 11 кадров.

Количество в блоке должно выбираться таким, чтобы это значение и число элементов в строке (в данном примере) оно составляет величину, равную 800) не имели общих множителей. Тогда будет выполняться условие: перемеживание контрольных точек и фазы их будут совпадать через столько кадров, сколько элементов содержит блок. Число элементов в блоке так же, как и закон их перемежения устанавливается выбором коэффициента деления делителя частоты, входящего в состав формирователей 5 и 17 на вход которых подаются прямоугольные импульсы с частотой отсчетов (частота дискретизации).

В контрольных точках разностное значение видеосигнала не передается, а вместо него с помощью коммутатора 9 посылается значение видеосигнала предыдущего отсчета, представленное четырьмя старшими разрядами.

На приемной стороне в схеме 16 происходит сравнение в моменты, соответствующие контрольным точкам, принятого ви5

10 г фо

89

60i деосигнала и видеосигнала, восстановленного и задержанного в петлс обратной связи на период дискретизации, представленного четырьмя старшими разрядами. Сравнения этп значений в остальные моменты времени не происходит, что обеспечивается подачей на стробирующий вход схсмы

16 импульсов соответствующей длительности с формирователя 17. Так как в контрольной точке передается значение предыдущего отсчета, то в случас отсутствия ошибок при передачс данного блока, эти сравниваемые сигналы равны и на выходе схемы 16 сигнал отсутствует. Если же в одном или нескольких элементах данного блока произошла ошибка, то опа будет воздействовать на все последующие элементы блока, расположенныс до контрольного отсчета. Поэтому в результате сравнения неправильно восстановленного значения видеосигнала, полученного на выходе петли обратной связи с значением контрольного отсчета, на выходе схемы 16 появляется сигнал ошибки, который переключает коммутатор 13. В этом случае для усграпения распространения искажений на элементы изображения, следуемые за данным блоком, при их восстановлении вместо ошибочного значения в петлю обратной связи представляется значение элемента изображения соседнего с последним элементом oJIoKB и расположенным HB предыдущей строке, которое подается на вход коммутатора 13 с регистра 19, имеющего задержку относительного входа, равную числу элементов изображения в строке.

Сигнал ошибки после формирования его длительности, равной величине блока, с помощью формирователя 18, переключает коммутатор 20. При этом через коммутатор 20 на выход системы вместо искаженного помехой блока элементов изображения поступают с выхода регистра 19 элементы, соседние с данным блоком и расположенные на предыдущей строке. В этом случае задержка сигнала на выходе регистра 19 относительно его первого отвода равна числу элементов изображения в строке.

Так как в моменты времени, соответствующие контрольным отсчетам, передаются четыре старших разряда значения предыдущего отсчета видеосигнала, на одном из входов сумматоров 6 и 12, расположенных на передающей и приемной сторонах соответственно, включаются идентичные схемы 4 и 11, которые в указанные выше моменты времени, сигнал разности приравнивают к нулю. Это соответствует тому, что на восстановленном изображении значение яркости в точке контрольного отсчета приравнивается к яркости предыдущего отсчета. Но так как контрольный отсчет не стабилизирован в данной точке (положение его меняется от строки к

794774

7 строке и от «адра «« 1ëðó), и также, учитывая сильную корреляционную связь между соседними элементами изображе ния, такое повторение яркостn цсзамс l нo для наблюдателя.

Использование предлагаемой системы

Нс приводит к заметному ухудшению качества изображения, так «ак расположение контрольных отсчетов в телевизионном кадре согласовано со свойствами зрения, а замещение ис«ажснпых помехой блоков выполнено с учстом сущсствующих силных корреляционных связей между соседними элементами изооражения.

Формула изобретения

Система псрсдачи тслсвизионного сигнала с помощью дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, содержащая на передающей стороне вычитающее устройство, выход которого соединен с входом квантующего устройства, к выходу которого подключен вход преобразователя кодов, при этом па первый вход вычитающсго устройства подключен выход приемника изображения, а второй вход вычитающего устройства соединен с первым входом сумматора и с выходом умножителя, вход умножителя через схему задержки подключен к выходу сумматора, а на приемной стороне — сумматор, к выходу которого через схему задержки подключсн вход умножителя, и преобразователь кода, вход которого соединен с выходом приемного устройства, отл и ч ающаяся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости системы, на передающей стороне введены коммутатор каналов, схема запрета и формирователь управляющих импульсов, причем первый вход коммутатора каналов соединен с первым входом сумматора, второй вход коммутатора подключен к выходу квантующего устройства, а выход коммутатора каналов подключен к входу переда5 о

ili5 а0

4.0

45 ющсго устройства, первый вход схемы запрета подключен к выходу преобразователя кодов, второй вход схемы запрета подключен к выходу формирователя управляющих импульсов, а выход схемы запрета соединен с вторым входом сумматора, причем второй вход схемы запрета соединен с третьим входом коммутатора каналов, на приемной стороне введены схема обнаружения ошибок, первый и второй коммутаторы каналов, сдвиговый регистр, схема запрета, формирователь управляющих импульсов и формирователь длительности импульсов коммутации, причем первый вход схемы обнаружения ошибок соединен с выходом приемного устройства, а другой сс вход подключен к выходу умножителя и к первому входу первого коммутатора каналов, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен через схему запрета с выходом преобразователя кодов, а выход сумматора подключен к входу сдвигового регистра, первый выход которого соединен с первым входом второго коммутатора каналов, второй выход сдвигового регистра соединен с вторым входом первого коммутатора каналов, третий выход сдвигового регистра соединен с вторым входом второго коммутатора каналов, на третий вход которого подключен выход формирователя длительности импульсов коммутации, выход формирователя управляющих импульсов соединен с вторым входом схемы запрета, третьим входом схемы обнаружения ошибок и с вторым входом формирователя длительности импульсов коммутации, первый вход формирователя длительности импульсов коммутации соединен с выходом схемы обнаружения ошибок и с третьим входом первого коммутатора каналов.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Proceedings of IEE. Vol. 124, Ко 9, 1977, рр. 737 — 742 (прототип).

794774

Риг. Г

Составитель И. Белякова

Техред И. Пенчко

1зсдактор Г. Петрова

Заказ 8674

Корректор Л. Куклина

Подписное

Изд. № 101 Тираж 712

BI-IИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлпсполкома