DE1963540A1

DE1963540A1 - Einrichtung zur Verringerung der Redundanz eines Videosignals

Info

Publication number: DE1963540A1
Application number: DE19691963540
Authority: DE
Inventors: Mounts Frank William
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-12-23
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1970-07-16
Also published as: US3580999A; BE742374A; SE362770B; FR2026884A1; JPS4843045B1; GB1228290A; FR2026884B1

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated P. W. Mounts - 8

Einrichtung zur Verringerung der Redundanz eines Videosignals

Bei Einrichtungen zur Redundanzverringerung von Videosignalen [van. denen ein Beispiel in der älteren deutschen Patentanmeldung P 19 39 108.3 beschrieben ist) wird die Anzahl der von A einem Videosignal zu einer entfernten Empfangss teile zu übertragenden Abtastwerten üblicherweise dadurch verringert, daß nur diejenigen Abtastwerte übertragen werden, welche eine Videoamplitudenänderung eines Bildelementes oder räumlichen E'unktes ine inem Bild von einem Video rahmen zum nächsten darstellen. Bei dieser Art von Einrichtungen wird ein vollständiger Rahmen von Videoabtastwerten in einem Raliimenspeicher gespeichert, und jeder in ue Abtastwert des Videosignals wird mit demjenigen Abtastwert im Rahmenspeicher verglichen, welcher die gleiche zeitliche Lage in einem Videorahmen hat. Stellt man fest, daß der deue Abtastwert von dem gespeicherten Abtastwrert um mehr als ein Schwellwert abweicht, so wird der neue Abtastwert zur Empfangsstelle übertrageb. Erhöht man den Srhu ellwert, so werden weniger Abtastwerte für eine vorgegebene, sich bewegende Szene übertragen. Es besteht aber eine obere Grenze für den Srhweilwert, da ein sub-

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jektiv störender Effekt auftritt, wenn der Schwellwert vergrößert wird. Dem Betrachter erscheint dieser Effekt als dem Bild überlagertes Rauschen, das den Eindruck vermittelt, als ob die Szene durch ein verschmutztes Fenster betrachtet wird. Man hat festgestellt, daß dieser störende Effekt in dunkleren Bereichen ^ies Bildes stärker sichtbar ist als in den hellen Bereichen. Die dunkleren Bereiche bestimmen also die obere Grenze des benutzbaren Schwellwertes.

Wenn die euen Abtastwerte mit konstanter Frequenz über eine Übertragungsstrecke gegeben werden sollen, wird jeder neue Abtastwert, der- einen so bedeutsamen Unterschied darstellt, daß seine Übertragung gerechtfertigt ist, in einem Pufferspeicher· aufgenommen, da die zu übertragenden Abtastwerte im

Jiial
Noriall natürlich in willkürlichen Abständen auftreten. Um ein Überlaufen und Ausleeren (underflow) des Pufferspeichers zu vermeiden, macht man den Schwellwert abhängig von der Anzahl der bereits gespeicherten Abtastwerte, so daß mit steigender Anzahl von Abtastwerten der Schwellwert größer wird;"'wodurch 'die Anzahl der dem Videosignal entnommenen und zur Empfangs stelle übertragenen Abtastwerte kleiner wir'd^;. ä Seibat bei diesen variablen Schwellwerk bestimmen jedoch die dunkleren Bereiche des Bildes sowohl die Schwellwertfunktion als auch die Größe des Pufferspeichers aufgrund der bei zu

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hohem Schwellwert auftretenden störenden Effekte.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dieses Problem zu lösen. Sie geht dazu aus von einer Einrichtung zur Verringerung der Redundanz eines Videosignals und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmenspeicher zur Aufnahme eines Rahmens von Video-Abtastwerten und eine Schaltung vorgesehen sind, die feststellt, ob ein neuer Video-Abtastwert von dem ihm entsprechenden Abtastwert eines vorhergehenden, im Rahmenspeicher gespeicherten Rahmens um einen Schwellwert oder mehr abweicht und eine Übertragung rechtfertigt, und daß die Einrichtung so ausgelegt ist, daß im Betrieb der Schwellwert für einen neuen, große Helligkeit darstellenden Abtastwert größer als für einen neuen, kleine Helligkeit darstellenden Abtastwert ist. Für Video-Abtastwerte, die großer Helligkeit entsprechen, wird also der Schwellwert größer gemacht, so daß Abtastwerte heller Bereiche größere Änderungen zeigen müssen, bevor ihre Übertragung in Betracht gezogen wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Feststellschaltung einen ersten Subtraktor aufweist, der ein erstes, die Differenz zwischen dem neuen und dem ihm entsprechenden Abtastwert darstellendes Signal liefert, sowie

eine Schaltung, die das erste Signal mit einem Betrag bewertet, der entsprechend der Helligkeit des neuen Äbtastwertes ansteigt·

Die Bewertungsschaltung kann eine Helligkeitsbewertungsschaltung aufweisen, die ein Ausgangs signal liefert, das eine monoton ansteigende Funktion der durch den neuen Abtastwert dargestellten Helligkeit ist, sowie einen zweiten Subtraktor, der ein zweites, die Differenz zwischen dem Aus gangs signal der Helligkeitsbewertungsschaltung und dem ersten Signal darstellendes Signal liefert.

Zusätzlich sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß ein Pufferspeicher vorhanden ist, der eine Übertragung rechtfertigende Abtastwerte speichert, sowie eine Schaltung, die den Schwellwert mit größerwerdende Anzahl von im Pufferspeicher gespeicherten Abtastwerten erhöht.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Verringerung der Redundanz eines Videosignals ist weiterhin gekennzeichnet durch einen Rahmenspeicher zur Aufnahme eines Rahmens von Video-Abtastwerten, einen ersten Subtraktor zur Lieferung eines ersten Signals, das die Differenz zwischen einem neuen Video-Abtastwert und dem ihm entsprechenden Abtastwert eines vorhergehenden, im Rahmenspeicher gespeicherten

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Rahmens darstellt, eine Helligkeitsbewertungsschaltung zur Lieferung eines Ausgangs signals, das eine monoton ansteigende Funktion der durch den neuen Abtastwert dargestellten Helligkeit ist, einen zweiten Subtraktor zur Lieferung eines zweiten Signals, das die Differenz zwischen dem Aus gangs signal der Helligkeitsbewertungsschaltung und dem ersten Signal darstellt, eine Steuerschaltung, die ein Erregungssignal nur dann % liefert, wenn das zweite Signak einen Schwellwert übersteigt, einen Pufferspeicher, der in Abhängigkeit von dem Erregungssignal den neuen Abtastwert zur Übertragung speichert, einen in Abhängigkeit von dem Erregungssignal betätigbaren Sxhalter, der den neuen Abtastwert als Ersatz des ihm entsprechenden Abtastwertes in den Rahmenspeicher gibt, und einen Zähler, der ein die Anzahl von im Pufferspeicher befindlichen Abtastwerten darstellendes Signal liefert, wobei die Steuerschaltung Λ unter Ansprechen auf dieses Signal den Schwellwert mit größer werdender Anzahl von im Pufferspeicher befindlichen Abtastwerten erhöht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für eine Redundanzverringerungseinrichtung nach der Erfindung;
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Fig. 2 eine grafische Darstellung für die Eingangs-Ausgangs be Ziehung der in Fig. 1 als Block gezeigten Helligkeitsbewertungsschaltung.

GemäQ Fig. 1 liefert eine Kamera 1O₄ die eine Aufnahmeröhre, beispielsweise ein Vidikon enthält, ein Videosignal über eine Leitung 11 an einen Analog-Digitalwandler 12« der aufgrund eines Betätigungsimpulses auf einer Leitung 14 die Amplitude des Videosignals abtastet und auf einer Sammelleitung 15 ein Digitalwort liefert, dessen Wert die Amplitude für jede Abtastung wiedergibt. Der Begriff "Sammelleitung¹¹ soll mehrere parallele Übertragungswege bezeichnen, von denen jeder ein anderes Bit des über die Sammelleitung übertragenen Digitalwortes führt.

Es wird angenommen, daß alle Digitalwörter, die einen vollständigen Rahmen von Video-Signalabtastwerten darstellen, vorher in einen Rahmenspeicher 19 eingeschrieben worden sind. Wie später noch erläutert werden wird, findet dieses Einschreiben eines vollständigen Rahmens von Videosignal-Abtastwerten statt, nachdem deri erste Rahmen am Ausgang der Kamera 10 aufgetreten ist. Eine Subtraktor-Schaltung 18 bestimmt den Absolutbetrag der Differenz zwischen dem Digi-

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talwort auf der Sammelleitung 15 und einem Digitalwort vom Hahmenspeicher 19, wobei das letztgenannte Wort die gleiche Bildelementstelle im Video rahmen wie das Digitalwort auf der Sammelleitung 15 betrifft. Ein Digitalwort, das den Absolutbetrag der auf diese Weise in der Sub traktor-Schaltung gewonnenen Differenz darstellt, wird Über eine Sammelleitung

20 an einen Eingang (x) einer Subtraktorschaltung 21 ange- ^

koppelt·

Die Sammelleitung 15 ist außerdem mit dem Eingang einer Helligkeitsbewertungsschaltung 22 verbunden. Wie bereits erläutert, ist der Wert jedes Digitalwortes auf der Sammelleitung 15 ein Maß für die durch das Videosignal auf der Leitung 11 dargestellte Helligkeit. Zur Erläuterung sei angenommen« daß Video-Abtastwerte, die zu einem Digitalwort mit

großem Wert auf der Sammelleitung 15 führen, hoher Hellig- ™

keit entsprechen. Die Erfindung ist natürlich auf keine Weise abhflngig von dieser Beziehung und läßt sich in gleicher Weise anwenden, wenn Digitalwörter mit großem Wert kleine Helligkeit oder einen dunklen Bereich de* Bildes darstellen. Die Eingangs-Aue gangs be Ziehung der Helligkeitsbewertungsschaltung 22 ist durch die Kurve in Fig. 2 angegeben. Die Abszisse gibt den Wert des Digitalwortes auf der Sammelleitung 15 an und ist bezeichnet mit der Amplitude des Videosignals am 009829/1397

Analog-Digital wandler 15. Entsprechend dieser Annahme werden also die kleinsten Abszissenwerte durch einen Video-Abtastwert eines schwarzen Bereiches der durch die Kamera aufgenommenen Szene erzeugt, während die größten Abzissenwerte durch einen Video-Abtastwert eines weißen Bereiches der Szene erzeugt werden. Die Ordinate in Fig. 2 gibt den Wert des Digitalwortes an, das durch die Bewertungsschaltung 22 an ihrem Ausgang auf das Digital wort auf der Sammelleitung 15 hin erzeugt wird, und wie dargestellt, eine monoton ansteigende Funktion des Helligkeitswertes für das Video-Eingangssignal ist. D. h., ein Abtastwert von einem hellen Bereich des Bildes führt zu einem größeren Aus gangs signal der Schaltung 22 als ein Abtastwert von einem dunklen Bereich des Bildes.

Der andere Eingang (y) der Subtraktor-Schaltung 21 ist mit dem Ausgang der Helligkeits be wertungs schaltung 22 verbunden. Die Subtraktor-Schaltung 21 erzeugt also an ihrem Ausgang ein modifiziertes Differenz-Digitalwort, dessen Wert gleich dem Wert der von der Subtraktor-Schaltung 18 gelieferten Digerenz abzüglich des Wertes des durch die Helligkeitsbewertungsschaltung 22 erzeugten Digitalwortes ist. Für eine von der Subtraktor-Schaltung 18 gelieferte Differenz, die von einem Abtastwert in einem Bereich kleiner Helligkeit oder einem nahezu schwarzen Bereich stammt, bleibt der Wert der

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von der Schaltung 18 gelieferten Differenz unverändert, da entsprechend Fig. 2 das Aus gangs signal der Bewertungssxhaltung 22 gleich Null ist. Eine von der Subtraktor-Schaltung 18 gelieferte Differenz, die von einem Abtastwert in einem Bereich großer Helligkeit oder einem nahezu weißen Bereich stammt, wird dagegen so geändert, daß ihr Wert sich um den maximalen Betrag verringert, da das Aus gangs signal der Bewertungsschaltung 22 für diesen Abtastwert ein Maximum ist. Es wird also der Wert der von der Subtraktor-Schaltung 18 gelieferten Differenz durch die Helligkeitsbewertungsschaltung und die Subtraktor-Schaltung 21 ihrer Helligkeit nach bewertet.

Das modifizierte oder helligkeitsbewertete Differenzsignal am Ausgang der Subtraktor-Schaltung 21 wird an den Eingang einer Negativ-Überlast-Schaltung 23 gegeben. In gewissen Fällen

kann der Wert der von der Subtraktor-Schaltung 18 gelieferten ™

Differenz kleiner als der Wert den Aus gangs signals der Bfelligkeitsbewertungsschaltung 22 sein, so daß die Subtraktor-Schaltung 21 ein negatives Differenzwort an ihrem Ausgang erzeugt. Die Negativ- Überlast-Schaltung 23 ist so ausgelegt, daß sie bei einem negativen Digitalwort an ihrem Eingang ein Null entsprechendes Digitalwort an ihrem Ausgang erzeugt.

Für den Wert Null und alle positiven Werte des Digitalwortes

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an ihrem Eingang läßt jedoch die Schaltung 23 das Digitalwort ohne irgendeine Wertänderung zu ihrem Ausgang durch.

Das helligkeitsbe wertete Digitalwort am Ausgang der Schaltung wird über eine Sammelleitung 24 zu einem Eingang einer logischen Steuerschaltung 25 geführt. Wenn diese Differenz auf der Sammelleitung 24 eine bedeutsame Änderung darstellt, d»h,, daß die Differenz nach Feststellung durch die logische Steuerschaltung 25 einen Schwellwert übersteigt« so liefert die Schaltung 25 ein Betätigungs signal über eine Leitung 26 zum Schreibeingang eines Pufferspeichers 28, an den Vorwärts-Eingang eines Vorwärts-Rückwärtszählers 27 und an den Betätigungeeingang eines einpoligen Schalters 29 mit zwei Stellungen angeschaltet ist. Dessen Betätigung bewirkt, daß der Eingang des Rahmenspeichers 19 direkt mit der vom Analog-Digitalwandler

12 kommenden Sammelleitung 15 verbunden ist. Im Ergebnis bewirkt ein Erregungs signal auf der Leitung 26, daß das Digital·* wort auf der Sammelleitung 15, welches die bedeutsame, zum Erregungs signal führende Änderung darstellt, in den Puffer·* speicher 28 und außerdem anstelle des ihm entsprechenden, vorher gespeicherten Wortes in den Rahmenspeicher 19 eingeschrieben wird.

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Die Feststellung der Steuerschaltung 25, ob das Differenzwort auf der Sammelleitung 24 eine bedeutsame Änderung darstellt oder nicht, (d.h. eine Änderung, die den Schwell wert übersteigt,) ist eine Funktion der Anzahl von Wörtern im Pufferspeicher Jedesmal dann, wenn ein Erregungssignal auf der Leitung 26 erscheint und ein Digitalwort auf der Sammelleitung 15 in den Pufferspeicher 28 eingeschrieben wird, wird der Vorwärts-Eingang eines Vorwärts-Rückwärts Zählers 27 erregt und dessen Zählwert um eins erhöht. Der Rückwärts-Eingang des Zählers 27 ist mit dem Leseeingang des Pufferspeichers 28 verbunden, der durch einen Impuls auf einer von einer digitalen Übertragungseinrichtung 31 kommenden Leitung 30 erregt wird. Folglich entspricht der Wert des Digitalwortes am Ausgang des Zählers 27 der Anzahl von Abtastwerten im Pufferspeicher 28 und wird an einen Eingang der logischen Steuerschaltung 25 über eine Sammelleitung 32 angekoppelt.

Allgemein muß, je mehr Abtastwerte im Pufferspeicher 28 gespeichert sind, um so größer die Differenz auf der Sammelleitung 24 sein, bevor die logische Steuerschaltung 25 ein Erregungssignal auf der Leitung 26 erzeugt. Auf diese Weise wird ein Überlaufen des Pufferspeichers 28 vermieden. Wenn weniger als eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten im Pufferspeicher 28 sind, liefert die Schaltung 25 ein Er regungs signal auf

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der Leitung 26, obwohl das die helligkeitsbewertete Differenz

darstellende Digitalwort auf der Sammelleintung 24 Null ist , d.h., obwohl keine bedeutsame Änderung angezeigt wird. Auf diese Weise wird eine Entleerung des Pufferspeichers verhindert.

Ein Adressen- und Synchronisationsgenerator 13 liefert neben dem oben erwähnten Erregungsimpuls auf der Leitung 14 mit jedem solchem Impuls ein Digitalwort auf einer Sammelleitung 17, das die Adresse oder den Raumpunkt des Digitalwortes auf der Sammelleitung 15 innerhalb des Video rahmens angibt» Zur Aufrechterhaltung der Synchronisation, d.h. zur Sicherstellung, daß jedes Digitalwort auf der Sammelleitung 17 immer dem gleichen räumlichen Punkt oder Bildelement innerhalb des Videorahmens entspricht, werden Synchronisationssignale auf einer Leitung 16 vom Adressen- und Synchronisationsgenerator 13 zur Kamera 10 gegeben. Diese Synchronisation kann auch von der Kamera 10 statt vom Generator 13 ausgehen.

Das durch den Generator 13 auf der Sammelleitung 17 gelieferte Adressenwort wird zum Pufferspeicher 28 zusammen mit dem ihm entsprechenden Digitalwort von der Sammelleitung 15 jedesmal dann gegeben, wenn der Schreibeingang des Pufferspeichers 28 erregt wird. Diese Digitalwörter bilden zusammen einen vollständigen Abtastwert oder ein adressiertes Digitalwort im

Pufferspeicher 28. . ,. « q η

ORIGINAL INSPECTED

Man erkennt, daß Abtastwerte in Abhängigkeit von der Art der betrachteten Szene mit willkürlicher Folge in den Pufferspeicher 28 eingeschrieben werden. Die Digital-Übertragungseinrichtung 31 ließt die Abtastwerte oder adressierten Digitalwärter mit konstanter Frequenz aus dem Pufferspeicher 28 aus, in dem sie Betätigungsimpulse an den Leseeingang des Pufferspeichers 28 über die Leitung 30 anlegt. Die auf diese Weise über eine Sammelleitung 33 an den Eingang der Einrichtung 31 gekoppelten adressierten Digitalwörter werden von der Einrichtung 31 in einen seriellen Bit-Strom zwecks Übertragung Über einen Übertragungskanal zu einer Bnpfangsstelle (nicht gezeigt) umgewandelt. Die Übertragungs-Bitfrequenz in der Einrichtung 31 wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Impulse bestimmt, die vom Adressen- und Synchronisations generator 13 auf einer Leitung 34 geliefert werden,

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Claims

PATENANSPRUCHE

(l/ Einrichtung zur Verringerung der Redundanz eines Viedeosignals,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmenspeicher (19) zur Aufnahme eines Rahmens von Video-Abtastwerten und eine Schal·' tung (18, 21, 22, 25) vorgesehen sind, die feststellt, ob ein neuer Video-Abtastwert von dem ihm entsprechenden Abtastwert eines vorhergehenden, im Rahmenspeicher (19) gespeicherten Rahmens um einen Schwellwert oder mehr abweicht und eine Übertragung rechtfertigt,

und daß die Einrichtung so ausgelegt ist, daß im Betrieb der Schwellwert für einen neuen, große Helligkeit darstellenden Abtastwert größer als für einen neuen, kleine Helligkeit darstellenden Abtastwert ist. -

2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Feststellschaltung einen ersten Subtraktor (18) aufweist, der ein erstes, die Differenz zwischen dem neuen und dem entsprechenden Abtastwert darstellendes Signal liefert, sowie eine Schaltung (21, 22} zur Bewertung des ersten Signais mit einem Betrag, der entsprechend der Helligkeit des neuen Abtastwertes ansteigt.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Bewertung des ersten Signals eine Helligkeitsbewertungsschaltung (22) enthält, die ein Ausgangssignal liefert, welche eine monoton ansteigende Funktion der durch den neuen Abtastwert dargestellten Helligkeitist und einen zweiten Subtraktor (21) der ein zweites Signal liefert, das die Differenz zwischen dem Aus gangs signal der Helligkeitsbewertungsschaltung (22) und dem ersten Signal darstellt.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pufferspeicher (28) vorgesehen ist, der eine Übertragung rechtfertigende Abtastwerte speichert sowie eine Schaltung (25, 27), die den Schwellwert mit größer werdender Anzahl von im Pufferspeicher (28)- gespeicherten Abtastwerten erhöht.

5. Einrichtung zur Verringerung der Redundanz eines Videosignals, gekennzeichnet durch einen Rahmenspeicher (19) zur Speicherung eines Rahmens von Video-Abtastwerten, einen ersten Subtraktor (18) zur Lieferung eines ersten Signals, das die Differenz zwischen einem neuen Video-Abtastwert und dem ihm entsprechenden Abtastwert eines vorhergehenden, im Rahmenspeicher (19) gespeicherten Rahmens darstellt,

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ORIGINAL INSPECTED

eine Helligkeitsbewertungsschaltung (22), die ein Ausgangesignal liefert, das eine monoton ansteigende Funktion der durch den neuen Abtastwert dargestellten Helligkeit ist, einen zweiten Sub traktor (21), der ein zweites Signal liefert, das die Differenz zwischen dem Aus gangs signal der Helligkeitsbewertungsdchaltung (22) und dem ersten Signal darstellt, eine Steuerschaltung (25), die ein Erregurtgssignal nur dann liefert, wenn das zweite Signal einen Schwellwert übersteigt, einen Pufferspeicher (28), der in Abhängigkeit von dem Erregungesignal den neuen Abtastwert zur Übertragung speichert, einen Schalter (29), der in Abhängigkeit von dem Erregungssignal betätigbar ist und den neuen Abtastwert in den Rahmenspeicher (19) gibt, um dort den entsprechenden Abtastwert zu ersetzen,

und einen Zähler (27), der ein die Anzahl von im Pufferspeicher (28) enthaltenen Abtastwerten darstellendes Signal liefert, wobei die Steuerschaltung (25) auf dieses Signal hin den Schwellwert mit größerwerdender Anzahl von Abtastwerten im Pufferspeicher (28) erhöht.

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