Устройство для сжатия цифровых телевизионных сигналов

Устройство для сжатия цифровых телевизионных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства , блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок установки опорного уровня и формирователь кода синхронизации , последовательно включенные между входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блока кодирования, а также последовательно соединенные первый блок управления памятью, первый вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса первого блока памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения четкости восстанавливаемого изображения при сохранении заданного коэффициента сжатия , в него введены второй блок управления памятью, второй блок памяти и блок формирования предсказанного значения кода, включенные последовательно между вьрсодом блока выбора передаваемого символа и вторым вхо (Л дом блока сравнения, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса второго блока памяти, второй выход второго в блока памяти соединен с вторым входом второго блока управления памятью, выход блока формирования предсказанэ vj ного значения кода соединен с вторыми входа ш первого и второго блоков :о ;о памяти, а вторсда вход - с вторым выходом первого блока памяти.

СОКИ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

6% 01) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3534206/18-09 (22) 06. 01 ° 83 (46) 07. 08. 84. Бюл. И 29 (72) А.С. Горшков, Ю. Г. Игнатьев, Б.Н.Селезнев, В.Я.Сорин и В.Я.Инырин (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (53) 621.397.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 543192, кл. Н 04 (25/49, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9582588, кл. Н 04 N 7/ 18, 1976. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ

ЦИФРОВЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок устансвки опорного уровня и формирователь кода синхронизации, последовательно включенные между входом аналого-цифрового преобразователя H вторым входом блока кодирования, а также последовательно соединенные первый блок управления памятью, первый вход которого соеэЮ Н 04 1 25/49; Н 04 N 7/18 дннен с выходом блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти,. первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса первого блока памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения четкости восстанавливаемого иэображения при сохранении заданного коэффициента сжатия, в него введены второй блок управления памятью, второй блок памяти и блок формирования предсказанного значения кода, включенные последовательно между выходом блока выбора Я передаваемого символа и вторым входом блока сравнения, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса второго блока памяти, второй выход второго блока памяти соединен с вторым входом второго блока управления памятью, выход блока формирования предсказанного значения кода соединен с вторыми входами первого и второго блоков памяти, а второй вход — с вторым выходом первого блока памяти.

1107319

Изобретение относится к системам передачи информации и может использоваться при передаче телевизионных иэображений в замкнутых телевизионных системах, а также для телеграфной связи в устройствах с преобразованием кода внутри передатчика.

Известно устройство для перепачи цифровых сигналов, содержащее лоследовательно соединенные аналого-цифра- 10 вой преобразователь (АЦП), блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок управления памятью и регистр памяти, включенные последовательно между выходом 15 блока выбора передаваемого символа и вторым входом блока сравнения, а также блок определения уровня, выход которого соединен с вторым входом блока кодирования, причем выход 20

АЦП соединен соответственно с вторым входам блока управления памятью и первым входом блока определения уровня, второй вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемого симво- 25 ла.

В устройстве блок сравнения определяет, в каком из разрядов кода произошло изменение по сравнению с состоянием разрядов кода предыдущего

30 отсчета и передает зту информацию на вход блока выбора передаваемого символа, который выбирает изменение в старшем разряде, несущее максимальную информацию об изменении яркости З5 телевизионного изображения. Номера разрядов, в которых произошли изменения, кодируются блоком кодирования и передаются в канал связи. Блок управления памятью устанавливает тригге ры блока памяти в соответствии со следующим правилом: состояние триггера старшего из изменившегося разряда изменится на противоположное, истинное состояние, а триггеры последующих младших разрядов кода будут переведены в состояние, противоположное новому состоянию триггера старшего из изменившихся разрядов.

В дальнейшем такая операция называет-50 ся Алгоритм 1.

В таком устройстве при восьмираэрядном исходном коде может быть достигнуто сжатие до 4 бит на отсчет, при этом один бит информации служит для передачи знака. прошедшего изменения, а 3 бита информации служат для передачи информации о номерах изменившихся разрядов |.11.

Недостатками устройства являются большое количество передаваемой информации — 4 бита на отсчет и потеря четкости восстанавливаемых иэображений, обусловленная затягиванием фронтов при передаче больших перепадов сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для сжатия цифровых телевизионных сигналов, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой пре. образователь, вход которого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок установки опорного уровня и формирователь кода синхронизации, последовательно включенные между входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блока кодирования, а также последовательно соединенные первый блок управления памятью, первый вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса первого блока памяти.

Устройство передает в канал связи сигнал, несущий информацию о номерах изменившихся разрядов кода отсчета цифрового телевизионного сигнала по отношению к предыдущему отсчету. С учетом свойств наблюдателя и статистики сигналов телевизионных иэображений такую информацию можно передавать в сокращенном алфавите, достигая сжатия информации. Цифровой телевизионный сигнал с выходов аналого-цифрового преобразователя поступает на блок сравнения, на вторые входы которого подан код предыдущего отсчета, обработанного по алгоритму 1. Результат сравнения подается в блок выбора передаваемого символа, который в соответствии с выбранным алгоритмом

1 выбирает изменение, подлежащее кодированию. При восьмиразрядном коде отсчета и трехбитном варианте сжатия выбирается старший из изменившихся разрядов, и в блоке кодирования этому

11ОЗЗ

55 изменению присваивается соответствующая трехразрядная кодовая комбинация. В этом устройстве достигнут более высокий коэффициент сжатия за счет исключения необходимости передачи знака происшедшего изменения символа разряда кода, поскольку в моменты прихода синхроимпульсов производится обнуление блока памяти, а все дальнейшие изменения символов разрядов кода передаются относительно моментов синхронизации 2).

Недостатком устройства является потеря четкости восстанавливаемых изображений, свойственная обработке цифровых видеосигналов согласно алгоритма 1. В системах сжатия телевизионной информации к потере четкос Ъ ти приводит определенная обработка сигналов, проводимая на передающей стороне с целью сжатия. Алгоритм

1 иллюстрируется в таблице примером преобразования цифрового сигнала с уровня 8 на уровень 19. Как видно, процесс перехода с уровня 8 на уровень 19 удлиняется до 3-х отсчетов, причем обработанному (сжатому) по алгоритму 1 сигналу присущи "недоработка" перепадов, апериодический характер приближения к истинному

30 значению кода, что и приводит к ухудшению четкости.

Цель изобретения — повышение четкости восстанавливаемого изображения при сохранении заданного коэффициента сжатия.

35 указанная цель достигается тем, .что в устройство для сжатия цифровых телевизионных сигналов, содержащее последовательно соединенные аналого- 40 цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок установки опорного уровня и фор 45 мирователь кода синхронизации, после довательно включенные между входом аналого"цифрового преобразователя и вторым входом блока кодирования, а также последовательно соединенные 50 первый блок управления памятью, первый вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса пер19 ф вого блока памяти, введены второй блок управления памятью, второй блок памяти и блок формирования предсказанного значения кода, включенные последовательно между выходом блока выбора передаваемого символа и вторым входом блока сравнения, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса второго блока памяти, второй выход второго блока памяти соединен с вторым входом второго блока управления памятью, выход блока формирования предсказанного значения кода соединен с вто.рыми входами первого и второго блоков памяти, а второй вход — с вторым выходом первого блока памяти.

Введение второго блока управления, второго блока памяти, блока формирова. ния предсказанного значения кода и соответствующих связей позволяет повысить четкость восстанавливаемых изображений за счет ускорения передачи резких перепадов телевизионных сигналов. Положительный эффект достигается тем, что в качестI ве предсказанного значения кода i -ro отсчета сигнала для сравнения с кодом текущего (ъ+1)-го отсчета сигнала выбирается среднее арифметическое двух кодов, полученных в результате одновременной обработки кода отсчета согласно алгоритмов 1 и 2.

Суть алгоритма 2 заключается. в сл следующем. Во втором блоке памяти и втором блоке управления памятью осуществляется обработка цифровых сигналов по правилу! старший из изменившихся разрядов кода данного отсчета по отношению к предыдущему переводится в новое истинное значение, а разряды, младше старшего из изменившихся, переводятся в состояния, противоположные своим предыдущим, т.е. инвертируются. Действие алгорит. ма 2 при малых изменениях сигйала эк" вивалентно действию алгоритма 1. .При больших изменениях сигнала действие алгоритма 2 существенно отличается от алгоритма 1; поскольку! для алгоритма 2 характерна резкая передача больших изменений и в ряде случаев возникает ситуация, когда скачок, передаваемый за первый отсчет, превышает истинное значение, а приближение к истинному значению носит колебательный характер.

B таблице представлены алгоритмы..

1107319

Импульсно-кодовая модуляция

Алгоритм 1

Алгоритм 2

01000 10011

00100 10000 10010 10011 00100 — 10111 10000

1001 1

16 18

19 8

16

Таким образом, если алгоритму

1 присущ апериодический характер приближения к истинному значению кода сигнала и отрицательная ошибка (" недоработка" перепадов), то алго- 20 ритму 2 — колебательный характер приближения и появление ошибок двух законов. На изображении, восстановленном после обработки по алгоритму

2, вследствие указанного эффекта 75 заметны повторы Контуров и искусственное подчеркивание контуров..

Осуществляемая в предлагаемом устройстве обработка кодов согласно алгоритма 3, т.е. вычисление средне-, зб го арифметического кодов, полученных обработкой по алгоритмам 1 и 2, обеспечивает более высокое качество восстановления изображения. Лучше, чем при алгоритме 1, передаются резкие перепады сигнала, поскольку

"добавку" создает обработанное по алгоритму 2 слагаемое. Вместе с тем значительно ослаблены выбросы, что обусловлено слагаемым, полученным 4О по алгоритму 1, для которого характерна "недоработка" резких перепадов.

Укаэанные свойства позволяют повысить четкость восстанавливаемых изображений при сохранении осталь- 45 ных характеристик устройства.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для сжатия цифровых телевизионных сигналов.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, блок

2 сравнения, блок 3 выбора передаt ваемого символа, блок 4 кодирования, первый блок 5 управления памятью, первый блок 6 памяти, блок 7 установ..

55 ки опорного уровня, формирователь

8 кода синхронизации, второй блок

9 управления памятью, второй блок

1О памяти и блок 11 формирования предсказанного значения кода.

Устройство работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал поступа ет одновременно на входы аналого1 цифрового преобразователя 1 и блока

7 установки опорного уровня.

Селектор блока 1 выделяет иэ аналогового телевизионного сигнала строчные и кадровые синхроимпульсы, которые используются для установки в нулевое состояние первого и второго 10 блоков памяти.н для управления формирователем 8. Параллельный восьмиразрядный код с выходов АЦП 1 поступает на первые входы блока 2 сравнения, на вторые входы которого поступает с выхода блока 11 параллельный восьмиразрядный код предыдущего отсчета, обработанный согласно алгоритму 3. При несовпадении одноименных разрядов кодов на соответствующих выходах блока 2 появляются сигналы— логические "1", причем в каждом изменившемся разряде сигналы появляются на одном иэ двух выходов в зави" симости от того, какое произошло изменение в (1+1)-ом отсчете по отношению к обработанному i-ому отсчету: переход от "0" к "1" или от " 1" к "0". В блоке 3 выбора передаваемого символа выбираются сигналы, принадлежащие самому старшему из изменившихся разрядов, остальные сигналы запрещаются. Таким образом, на выходах блока 3 выбора передаваемого символа сигнал логическая "1" существует только на одном иэ выходов, соответствующих старшему иэ изменившихся разрядов кода. С выхода блока

3 сигналы поступают на первые входы блока 4 кодированных и на первые вхо1107319 ды первого 5 и второго 9 блоков управления памятью. В первом блоке

5 управления памятью проводится подготовка к обработке кода отсчета, хранящегося в первом блоке G памяти, по алгоритму 1. Для этого сигнал, соответствующий переходу данного разряда кода из "0" в "1", направляется на $ вход триггера !

О данного разряда регистра первого бло ка 6 памяти и на Р. входы триггеров разрядов младше данного, если пришел сигнал перехода из "1" в "0", то н о направляется на вход данного разряда и 3 входы всех триггеров младших р: =,ðÿäîâ. Триггеры регистра первого блока 6 памяти, таким образом, устанавливаются в состояния, соответствующие обра- 20 ботке по алгоритму 1. Во втором блоке 9 производится подготовка к обработке кода отсчета, хранящегося во втором блоке 10 памяти, по алгоритм му 2. Для этого сигнал, соответствую- щий переходу данного разряда кода из "0" в " 1", направляется на 5 вход триггера данного разряда регистра второго блока 10 памяти, а сигнал, соответствующий переходу из "1" в

"0" — на вход триггера данного разряда. Кроме того, любой из сигналов изменения данного разряда кода направляется во втором блоке 9 управления памятью на С входы триггеров з5 всех разрядов регистра второго блока 10 памяти, младше данного. Таким образом, производится обработка кода отсчета, хранящегося во втором блоке 10 памяти, согласно алгорит- 40 му 2, т.е. данный разряд принимает новое истинное значение, а все младшие разряды кода инвертируются. Ко.ды, полученные в первом 6 и . втором 10 блоках памяти, подаются 45 на входы блока 11. На девяти выходах, включая выход переноса в старший разряд, возникает код суммы кодов двух отсчетов. За код полусуммы принимается код, записанный в восьми б старших разрядах, а младший разряд отбрасывается. Полученный код полусуммы переписывается в первый блок 6 памяти и во второй блок 10 памяти, что необходимо для подготовки к ïðîведению обработки кодов в следующем отсчете цифрового телевизионного сигнала. Положительные импульсы с выхода блока 7 установки опорного уровня соответствуют логическим единицам и поступают на входы триггеров регистров первого 6 и второго 10 блоков памяти и переводят их в нулевое состояние в моменты появления строчных и кадровых синхронмпульсов.

Сброс первого 6 и второго 1О блоков памяти в нулевое состояние в моменты гашения телевизионного сигнала как на передающей, так и на приемной сторонах цифровой телевизионной системы, позволяет однозначно описывать цифровые сигналы информацией о передаче изменений символов разрядов кода. Сигналы с выхода блока 7 поступают также на вход формирователя 8, который вырабатывает специальный код синхронизации "Кодовая комбинация", не встречающаяся при передаче цифрового видеосигнала.

Ф

Кодовая комбинация" сихронизации . заменяется с кодами цифрового сжатого видеосигнала в блоке 4 кодирования. Здесь на приходящий сигнал

"Унитарный код" вырабатывается трехразрядный двоичный код, обозначающий изменение символа в определенном разряде кода. В блоке 4 кодирования может быть получен как парал лельный, так и последовательный двоичный код для передачи в канал связи.

Таким образом, введение новых блоков и связей, позволивших производить обработку цифровых видеосигналов по алгоритму 3 в предлагаемом устройстве обеспечивает повышение такого качественного показателя телевизионной системы, как четкость.

Четкость восстанавливаемых изображений зависит от способности устройств, входящих в состав телевизионной систе мы, передавать мелкие детали изображений и резкие перепады яркости при прочих равных условиях. Осуществление в устройстве для сжатия обрабоки телевизионных сигналов цифровых сигналов по алгоритму 3 улучшает укаэанные характеристики.

1107319

Составитель Н.Сорокопуд

Редактор Е.Лушникова Техред C,Ëåãåýà Корректор E.Ëóøíèêîâà

Заказ 5778/44 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. ПроеvTfiа», 4