Телевизионная система с компрессией цифровых сигналов изображения

Патент 1035832

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„10 5832

У 1) Н 04 М 7/18; H 94- 1/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

" «4 »

3. Разработка и исследование со" ставных методов цифрового кодирования телевизионных сигналов. Отчет.

It 79039711, ГССР, ГПИ им. В,И.Ленина, 1980, с.23-26, рис.9 (прототип). (21) . 3249463/18-09 (22) 12.02.81 (46) 15.08.83. Бюл. N 30 (72) Н.Г.Харатишвили, Д.М.Хунцария, И.М.Чхеидзе и Ю.Ш.Модебадзе (71) Ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени грузинский политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 621 397 3(088.8) (56) 1. "Зарубежная радиоэлектроника", 1972, It 7, с.27-35.

2. Авторское свидетельство СССР

11 684779, кл. Н 04 N 5/14; 1977,. (54){57) ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА С КОМПРЕССИЕЙ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ,. содержащая в передающей части последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь {АЦП), первый вход которого подключен к выходу передающей телевизионной камеры, сумматор, делитель и выходной регистр, выход которого подключен к входу линии связи, тактовые. входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления, блок задержки, пер.вый вход которого соединен с выходом сумматора, тактовый вход - с пятым выходом блока управления, а выходвЂ” с вторым входом сумматора, и переключатель режимов работы, вход которого подключен к шестому выходу блока управления, а выход - к управляющему входу делителя, а в приемной частипоследовательно соединенные входной регистр, вход которого подключен к выходу линии связи, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и видеоконтрольный блок (ВКУ), тактовые входы которых подключены соответственно -к первому, второму и третьему выходам блока управления, и переклю етель режимов работы, вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а выход - с управляющим входом ЦАП, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества воспроизводимого изображения путем уменьшения размытости границ крупных деталей иэображения и заметности ступенчатой структуры, в приемную часть между вторым выходом входного регистра и разрешающим входом ЦАП введены последовательно соединенные блок памяти, блок вычисления среднеарифметических значений и блок сравнения, тактовые входы которых подключены соответственно к пятому, шестому и седьмому выходам блока управления, при этом второй выход блока памяти соединен с вторым входом блока сравнения.

10358

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов изображений.

Известно устройство для компрессии 5 дискретизированного сигнала изображения линейным ортогональным преобразованием матрицей Уолша-Пэли, реализующее быстрое преобразование Пэли, передающая часть которого содержит 10 последовательно соединенные телевизионную камеру, аналого-цифровой пре" образователь (АЦП), входные регистры, сумматоры и вычитающие схемы, блок управления и выходные регистры, а 15 приемная часть содержит последовательно соединенные входные регистры, сумматоры и вычитающие схемы, делители на целое число, выходные регистры, цифро-аналоговый преобразователь, ви" 20 деоконтрольный блок и блок управле-, ния. С выходных регистров передающей части коэффициенты преобразования через линию связи поступают в приемную часть устройства, где происходит об- 25 ратное преобразование 1

Недостатком известного устройства является сложность технической реализации, низкая скорост,ь обработки информации и большие габариты. 30

Известно также устройство для сокращения избыточности цифровых сигналов изображений, содержащее последовательно соединенные АЦП, первый .вход которого подключен к выходу телевизионной камеры, сумматор, делитель и выходной регистр, выход которого подключен к линии связи, вторые входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвер- 40 тому выходам блока управления, блок задержки, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй входс пятым выходом блока управления, а выход - с третьим входом сумматора, 45 . и переключатель режимов работы, вход которого подключен к шестому выходу блока управления, а выход - к третьему входу делителя 1. 2 ) .

Недостатком известного устройства является низкое качество изображения при восстановлении иэображения в приемной части.

Наиболее близкой к предложенной по техническому решению является те- 55 левизионная система с компрессией цифровых сигналов изображения, передающая часть которой содержит после32 2 довательно включенные АЦП, соединенный первым входом с выходом передающей телевизионной камеры, сумматор,. делитель и выходной регистр, выход которого подключен к линии связи, вторые входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления, блок задержки, первый вход которого подключен к выходу сумматора, второй вход - к пятому выходу блока управления, а выход - к третьему входу сумматора, и переключатель режимов работы, вход которого соединен с шестым выходом блока управления, а выход - с третьим входом делителя 3).

Приемная часть содержит последовательно включенные входной регистр, соединенный первым входом с линией связи, а вторым входом - c первым выходом блока управления, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и видеоконтрольный блок (ВКУ), вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления, и переключатель режимов работы, вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход - к третьему входу ЦАП Г 2 ) .

Известная система реализует модифицированное линейное преобразование

Пэли и обеспечивает увеличение быстродействия и упрощение схемы устройства при таком же качестве восстанов" ленного изображения, какое было при обработке с помощью устройства 1 J, реализующего быстрое преобразование

Пали (быстрое преобразование Уолша), С помощью этой системы сложная задача вычисления М Я коэффициентов заменяется вычислением среднеарифме" тических значений двух соседних дискретных элементов, а вычисление N )4 коэффициентов вЂ” вычислением среднеарифметических значений четырех соседних дискретных элементов и т.д,, в общем случае вычисление М12" коэффициентов заменяется вычислением среднеарифметических значений 2 (1=1,2, и) соседних дискретных элементов изображения.

Для большинства изображений качество преобразованного изображения заметно ухудшается при коэффициентах сокращения избыточности больше двух.

Поэтому передающая и приемная части устройства в основном должны работать в режиме, соответствующем коэффициен3 10358 ту сокращения избыточности равному двум.

Недостатком известной системы является то, .что сигнал изображения, обработанный с помощью. вышеуказанных устройств, после восстановления характеризуется заметной ступенчатой структурой и размытостью на границах сравнительно резких наклонных перепадов яркости, а на границах сравни- 1О тельно резких вертикальных перепадов яркости - только размытостью границ.

Такие искажения заметны даже при коэффициенте сокращения избыточности равном двум. !5

Цел ью и зобре тени я является повышение качест ва вос прои зводимого изображения путем уменьшения размытости границ крупных деталей изображения и заметности ступенчатой структуры,. 20

Поставленная цель достигается тем, что в телевизионную систему с компрессией цифровых сигналов изображений, содержащую в передающей части последовательно соединенные ЦАП, первый вход которого подключен к выходу передающей телевизионной камеры, сумматор, делитель и выходной регистр, выход которого подключен к входу линии связи, тактовые входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам . блока управления, блок задержки, первый вход которого соединен" с выходом сумматора, тактовый вход - с пятым выходом блока управления, а выход - с вторым входом сумматора, и переключа. тель режимов работы, вход которого подключен к шестому выходу блока управления, а выход - к управляющему входу делителя, а в приемной частипоследовательно соединенные входной регистр, вход которого подключен к выходу линии связи, ЦАП и ВКУ, тактовые входы которых подключены соответственно к первому, второму, и третьему выходам блока управления, и переключатель режимов работы, вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а выход - с управляющим входом ЦАП, в приемную часть между вторым выходом входного регистра и разрешающим входом ЦАП введены последовательно соединенные блок памяти, блок вычисления среднеарифметических .SS значений и блок сравнения, тактовые входы которых подключены соответственно к пятому, шестому и седьмому

32 4 выходам блока управления, при этом второй выход блока памяти соединен с вторым входом блока сравнения.

На фиг.1 представлена структурная .электрическая схема телевизионной системы; на фиг.2 - исходные Q и Д изображения и получающиеся на выходе передающей части в и г).

Передающая часть предложенной телевизионной системы содержит передающую телевизионную камеру 1, АЦП 2, сумматор 3, блок управления 4, делитель 5, блок задержки 6, выходной регистр 7 и переключатель 8 режимов работы.

Приемная часть содержит входной регистр 9, ЦАП 10, ВКУ 11, блок управления 12, переключатель 13. режимов

В работы, блок памяти 14, блок 15 вычисления среднеарифметических значений и блок сравнения 16.

Телевизионная система с компресч сией цифровых сигналов изображении работает следующим образом.

Аналоговый сигнал с передающеи телевизионной камеры 1 поступает на вход АЦП 2, где происходит дискретизация во времени и квантование уровней шестиразрядным кодом. Выходной дискретизированный шестираэрядный цифровой сигнал поступает на первый вход сумматора 3, где он складывается с предыдущим дискретиэированным значением сигнала, поступающим с задержкой на второй вход сумматора 3 с блока задержки 6. Таким образом можно найти сумму Й дискретных значений исходного сигнала.

В делителе 5 в соответствии с положением переключателя 8 режимов работы происходит деление на целое число: либо на два, если в сумматоре 3 складываются два дискретных значения исходного сигнала, либо на четыре, если складываются четыре значения и т.д., в общем случае на й, если складываются N дискретных значений. Результаты деления поступают через выходной регистр 7 в линию связи и далее на приемную часть устройства.

Приемная часть предложенного устройства работает в режиме., соответствующем коэффициенту компрессии (сокра" щения .избыточности) равному двум, следующим образом (в других режимах работы восстановление контуров не производится и поэтому в этих режимах

) S 10358 приемная часть работает так же, как в известном устройстве) .

При описании. работы приемной части предложенного устройства в режиме, соответствующем коэффициенту сокращения избыточности равному двум, приняты дополнительные обозначения: 1, I!, II! и т,д. - средние значения двух соседних элементов изображения. ! ! о

Обработанная с помощью передающей части системы по модифицированному алгоритму линейного преобразования последовательность цифрового потока, соответствующая среднему значению двух соседних дискретных элементов изображения, с линии связи поступает на входной регистр 9. С второго выхода входного регистра 9 цифровой поток, соответствующий четырем (или шести) соседним элементам (трем соседним средним значениям), переписывается а блок памяти 14. С первого выхода блока памяти 14 цифровые значения первого и четвертого элементов (I и III средних) переписываются в блок 15 вычисления среднеарифметических значений, с выхода которого результат вычисления подается на первый вход блока сравнения 16, на второй вход которого в этот же момент вре,мени с второго выхода блока памяти 14 поступают цифровые значения второго и третьего элементов (!I среднего).

В блоке сравнения 16 происходит срав35 нение среднеарифметического значения первого и четвертого элементов (! и средних) со значениями второго и третьего элементов (Ii среднего), Если блок сравнения 16 установит, что среднеарифметическое значение первого и четвертого элементов (! и III средних) и значение второго и третьего элементов (I! среднего) равны, то выдается сигнал "Сравнение" (логичес"

45 кая единица) и в ЦАП 2 на месте второго элемента (Il среднего) повторяется значение первого (предыдущего) элемента (! среднего), а на месте третьего элемента (Il среднего) - значение четвертого (последующего) эпемента (Ill среднего). Бсли блок сравнения 16 установит, что среднеарифметическое значение первого и четверто" го элементов (l u Il! средних) отличается от значения второго и третьего 55 элементов (II среднего), то-выдается сигнал "Несравнение" (логический нуль) и в ЦАП 2 как первый, так и

32 6 второй, третий и четвертый элементы (1, II u III средние) сохраняют свои значения, т.е. записываются в такой же последовательности, как поступили на в..од входного регистра 1.

С выхода ЦАП 2 восстановленный аналоговый сигнал подается на вход

ВКУ 11. Переключатель 13 режимов работы при этом работает а таком режиме, который соответствует коэффициенту сокращения избыточности равному двум. Блок управления 12 управляет работой приемной части устройства, в том числе осуществляет синхронизацию

ВКУ 11.

В других режимах работы устройства, которые могут быть использованы сравнительно редко, дополнительная обработка в приемной части не проводится и в таких случаях с первого выхода входного регистра 9 кодовые комбинации без дополнительной обработки поступают на первый вход цифро-аналогового преобразователя IО.

Как видно, из вышеизложенного, для дополнительной обработки необходим интервал времени, равный длительности трех последующих (соседних) средних значений, поэтому во входном регистре 1 предусмотрена задержка подачи в цифро-аналоговый преобразователь 2 цифрового потока на время равное длиТельности трех соседних средних значений. Входной регистр 1 включает в себя 3 группы триггеров (6 триггеров в одной группе ), которые предназначены для записи трех соседних шестиразрядных средних значений, Так как на вход входного регистра 1 разряды посту" пают последовательно, необходим еще один дополнительный триггер для предварительной записи первого разряда каждого среднего значения (каждой шестиразрядной кодовой комбинации).

Алгоритм работы предложенного устройства, который диктуется алгоритмом модифицированного линейного преобразования, поясняется фиг.2.

Пусть имеются два фрагмента исходного сигнала изображения с резким наклонным (фиг.2а) и вертикальным (фиг.2б) перепадом яркости. Ступенчатая структура в исходном фрагменте с наклонным перепадом яркости (фиг.2а) обусловлена строчным разложением сигнала иэображения. Результаты преобразования этих фрагментов в передающей части представлены на фиг.2 (а и r) .

7 1035

На фиг.2 в вертикальною направлении обозначены номера строк N1-N10 а в горизонтальном направлении " номера элементов изображения .на опре" . деленном, обозначенном соответствующим индексом, участке строки. Каждый участок состоит из двух элементов (К и С, К и С и т.д., в общем случае !1> и С„), которые подвергаются преобразованию (усредняются) на пере- 10 дающей части устройства. Причем одному участку соответствует среднее зна" чение двух соседних элементов дискретизированного изображения, а индексы. отдельных элементов указывают на но- 15 мера средних значений.

Как видно из фиг.2 в и r ) на на» клонном фрагменте подчеркивается (ук- . рупняется, увеличивается) ступенчатая структура и в некоторых местах замет- 2р на размытость границы, а на верти" кальном фрагменте Ilo всему перепаду . заметна размытость границы.

Наклонный фрагмент имеет такой угол наклона, что после преобразова- 25 ния в передающей части размытыми ока" зываются перепады только на четных номерах строк (фиг.2в), Так как в исходном наклонном фрагменте (фиг.2а) элементы С> и К1,+1, а также элементы ЗО

Сд+1и К + на четных строках вблизи перепада яркости имеют одинаковые значения яркости, после преобразования элемент ы К и С +„ K и С2, т.е.

I I среднее на второй строке, К и С, т.е, III среднее на четвертой строке, и т.д. йринимают среднеарифметическое значение. Элемент С С„, т.е. I среднее на второй строке, С, т.е. 11 среднее на четвертой,и т.д ° в резуль- 4О тате:преобразования не изменяется, так- как усредняется с предыдущим,,равным ему по значению. элементом К, (К! на второй. строке, К> на четвертой и т, д.). .Аналогично элеме КИ+145 (К на второй строке, К+ на четвертой и т.д,) в результате преобразования сохраняет свое. значение, так как усредйяется с последующим, равным ему по значению, элементов Сg+ (С3 на второй строке, С+.на четвертой строке и т,д.).

Таким образом, среднеарифметическое значение элементов К и+ и Ся+ (К и С на второй строке, К> и С 55 на.четвертой и т.д.) и среднеарифметическое значение элементов С и и К „+ (С и К, т. е. I u I I I средних на

832 . 8 второй строке, С< и К, т.е. Il u !Ч средних на четвертой строке и т д.) равны друг другу. 3to позволяет применить дополнительную обработку с целью восстановления исходной структуры данного фрагмента.

Такой же подход к обработке справедлив и для вертикального перепада яркости (фиг.26), для которого размытость заметна на всех строках. Для приведенного фрагмента в результате преобразования размытыми окажутся элементы К и С, на всех строках фрагмента.

Устройство обеспечивает восстановление исходной структуры на перепадах яркости с любым углом наклона.

Рассмотрим процесс восстановления исходной структуры для второй строки иэображения.

Для устранения размытости, которая имеет место на элементах К и С 2 и с появлением которой связано укрупнение ступенчатой структуры, в блоке памяти приемной части устройства запоминаются значения элементов С (! среднее) К,, С (!! среднее) и К (!II среднее). После этого в блоке 15 вычисления среднеарифметического значения вычисляется среднеарифметическое значение элементов С< и К3(первого и четвертого, т.е..l и !I! средних которое в схеме сравнения сравнивается со значениями элементов К и,С (второго и третьего элементов, т.е.

II среднего), Так как они равны друг другу, элемент К (второй) получает значение элемента С„ (первого, т.е. 1 среднего), элемент С, (третий) значение элемента К> (четвертого, т.е, lIl среднего) и таким образом восстанавливаются их истинные значения.

Аналогичную процедуру для этих элементов осуществляет устройство и на третьей; четвертой и т.д. строках, но так как вблизи перепадов такие равенства не имеют места, устройство не вносит никаких изменений.

Все вышеуказанное справедливо для любого виде перепада: как с темного к яркому, так и наоборот. Ширина каждой из двух настей перепада при этом не дожив быть меньше, чем три weмента. В противном случае исходная структура не восстанавливается.

Таким образом, с помощью предложенной телевизиоНной системы возмож1035832

СУЗИ

2.1 но значительно улучшить качество при-. нятого изображения, обработанного с ! целью сокращения избыточности по модифицированному линейному преобраз, ванию. При этом габариты устройства увели.чиваются незначительно.

1035832

М5

Иб

N7 пв

é9

НТ

/Ц

ИЯ

670 k 2. 2

Составитель В.Максимова

Техред А.Бабинец Корректор А.Повх

Редактор С. Тимохина

Заказ 5857/61 . Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ЙПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4