-
Verfahren un<l Schaltungen zum Codieren von Bildsignalen Beim Übertragen
von Bildern kanal nach einem bekannten Verfahren, der sogenannten Lauflängencodierung
(englisch Run-Length Coding, abgekürzt RLC), die erforderliche Frequenzbandbreite
beträchtlich herabgesetzt werden. Dieses Verfahren wurde beschrieben, u.a. von A.J.
Seyler unter dem Titel "The Coding of visual Signals to reduce Channel-Capacity
Requiremcnts" in der Zeitschrift Proc. IEE (GB), Part C, Juli 1962, S.676...684,
und gründe darauf, dass vielfach innerhalb einer Bildzeile jeweils eine Reihe von
Bildpunkten gleicher helligkeit oder Wertigkeit aufeinander folgen, und es werden
hierfür die abgetasteten Bildpunktwerte gespeichert und aus dem Speicherinhalt ein
die Länge einer Folge gleichwertiger Bildpunkte kennzeichnendes Signal gewonnen
und iibertragen. Das von Seyler beschriebene Verfahren berücksichtigt auch die Übertragung
von llalbtonbiLdern und sieht daher zusätzlich zum Längensignal die
Übertragung
eines weiteren, die Helligkeitsstufe der Bildpunkt te kennzeichnenden Signals vor.
Wegen der statistisch nachweisbaren grossen Wahrscheinlichkeit, dass benachbarte
Bildpunkte gleiche oder sehr ähnliche Helligkeitswerte haben, ergibt sich in vielen
Fällen die Möglichkeit, den Inhalt einer nehr oder weniger langen Folge von Bildpunkten
durch die Lauflängencodie rung mit wenigen Signalen und daher mit geringerer Frequenzbandbreite
zu übertragen.
-
Der Wirkungsgrad der Lauflängencodierung, d.h. der erreichbare Faktor
der Frequenzbandverringerung, wird umso grösser, Je mehr Bildpunkte gleicher Helligkeit
im Durchschnitt zeitlich unmittelbar aufeinander folgen und demnach die Lauflänge
größer wird, Die mittlere Lauflänge wird jedoch bei gleichem Bildinhalt auch grösser
mit kleiner werdender Anzahl der Quantisierungsatufen für die Helligkeit der Bildpunkte.
Daraus folgt ein hoher Wirkungsgrad der Lauflängencodierung, wenn nur zwei Iielligkeitsstufen,
z.B. schwarz und weiss, zu übertragen sind, wie dies z.B. der Fall ist, wenn das
zu übertragende Bild eine Strichzeichnung oder Schrift ist.
-
Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades allein durch Lauflängencodierung
ist nicht möglich. Die Gründe hierfür hat J.
-
Capon in einem Aufsatz mit dem Titel: "A probabilistic Model for
Runlength Coding of Pictures" in der Zeitschrift IRE Transactions on Information
Theory, Dezember 1959, S. 157 ... 163 aufgezeigt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben,
durch das die Laufltinge einer Reihe von Informationen gleicher Wertigkeit fiir
die Übertiagung über eine an ihrem Anfang mit einem Laufiängencodierer und an ihrem
Ende mit einem Lauflängendecodierer versehene Verbindung vergrössert wird gegenüber
der Lauflänge der abgetasteten Bildpunkte, und durch das ein Codiersystem geschaffen
wird, das den Wirkungsgrad der bekannten Lnuflangetlcodierullg erhöht.
-
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Ubertragen von punktweise in Zeilen
abgetasteten Strichbildern mit verringerter Übertragungsbandbreite unter Verwendung
eines sendeseitigen Lauflängencodierers uiid eines empfangsseitigen Lauflängendecodierers,
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastwert jedes Bildpunktes abhÄngig von den
Abtastwerten der zwei unmittelbar benachbarten, zeitlich friiher abgetasteten Bildpunkte
nach einer ersten Art umcodiert und das umcodierte Signal dem Lauflängencodierer
zugefiihrt, und dass das von Lauflängendecodierer für jeden Bildpunkt gelieferte
Signal abhängig von den aus den zeitlich früher empfangenen Signalen gewonnenen
Werten für die unmittelbar benachbarten Bildpunkte nach einer zweiten Art zu dem
dem ursprünglichen Abtastwert entsprechenden Wert umcodiert wird.
-
Das Verfahren und Schaltungen zum Durchführen des Verfahrens werden
nachstehend an llaxld von Zeichnungen erläutert. tiierzu zeigen die Fig. 1 eine
beliebige Gruppe von vier benachbarten ni l d pl k t e n ,
Fig.
2 das Schema eines Vergleiches der Werte dreier Bildpunkte uiid des Gewinnens eines
neuen Wertes für den zuletzt abgetasteten Bildpunkt beim llmcodieren auf der Sendeseite,
Fig. 3 eine Wahrheitstabelle für die Zusammenhnnge beim Umcodieren, Fig. 4a die
Abtastwerte einer Bildvorlage und Fig. 4b die umcodierten Werte derselben Vorlage,
Fig. 5 den Übersichtsstromlauf des sendeseitigen Umcodierers erster Art, Fig. 6
den Übersichtsstromlauf des empfangsseitigen Umcodierers zweiter Art, und Fig. 7
den Übersichtsstromlauf einer beispielhaften logischen Schaltung zur Verwendung
in den Umcodierern.
-
Zur näheren Erläuterurg des Verfahrens sollen vier Bildpunkte A, B,
C und D eines beliebigen Ausschnittes aus einem zu übertragenden Bild betrachtet
werden (Fig. 1). Diese vier Bildpunkte bilden die Ecken eines Rechteckes. Die Bildpunkte
A und B liegen unmittelbar nebeneinander und in einer ersten waagerechten Bildzeile,
die Bildpunkte C und D ebenfalls unmittelbar nebeneinander, der Punkt C senkrecht
unter dem Punkt A und der Punkt D senkrecht unter dem Punkt B in einer zweiten,
unmittelbar unterhalb der ersten liegenden Bildzeile. Das Abtasten der Bildpunkte
erfolgt von links nach rechts und von oben nach unten in der Reihenfolge A, B, und
nach einem zeitlichen Abstand C, D. Durch dns Abtasten wird
für
jeden dieser Bildpunkte einer von zwei möglichen, die Helligkeit des Bildpunktes
kennzeichnender Werte gewonnen.
-
Beim nachfolgenden Umcodieren des Wertes für den Punkt D bleibt der
Wert des Punktes A unberiicksichtigt. Massgebend fiir den umcodierten Wert D' anstelle
des fiir den Punkt D abgetasteten Wertes sind neben dem Wert D die Abtastwerte der
dem Punkt D unmittelbar benachbarten und früher abge tasteten Punkte B und C.
-
Während bei der bekannten Larlfl.illgencodierung das Codieren des
Wertes jedes abgetasteten Bildpunktes abhängig von dem oder den Werten der vorhergehentien
Dildpunkten derselben Zeile, nlso in einer eindimensionalen Abhängigkeit erfolgt,
wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren jeder Abtastwert abhängig vom Wert des
vorhergehenden Bildpunktes derselben Zeile und des in der vorhergehenden Zeile in
derselben Spalte liegenden Bildpunktes und damit in einer zweidimensionalen Abhängigkeit
umcodiert.
-
Das Vergleichen der Werte der drei Abtastpunkte erfolgt nach dem in
Fig. 2 dargestellten Schema. In einem ersten Vergleich der Werte für B und C wird
fastgestellt, ob diese untereinander gleich sind oder nicht. Sin<i die Werte
für B und C untereinander gleich, so werden in einem zweiten Vergleich der Wert
von B und C mit dem Wert von D verglichen. Sind alle drei Werte untereinander gleich,
so tritt anstelle des Abtastwertes D ohne Riicksicht auf dessen Wertigkeit ein umcodierter
Wert D' mit einer ersten Wertigkeit, beispielsweise
O. Ist dagegen
Jer Wert D von den Werten B und C verschieden, so tritt anstelle des Abtastwertcs
D, ebenfalla ohne Rücksicht auf dessen Wertigkeit ein umcodierter Wert D' mit einer
zweiten Wertigkeit, beispielsweise 1. Ergibt dagegen der erste Vergleich ungleiche
Werte für B und C, so ist der umcodierte Wert D' von der Wertigkeit des Abtastwertes
D abhangig, und es ergibt sich für das gewahlte Beispiel für einen Abtastwert D
= 0 der umcodierte Wert D' = O, bzw für den Abtastwert D = 1 der umcodierte Wert
D' = 1. Fig. 3 zeigt ergänzend hierzu die Zusammenhänge in Form einer Wahrheitstabelle.
Das Rückgewinnen der ursprünglichen Werte für die einzelnen Bildpunkte erfolgt grundsätzlich
in gleicher Weise. Es werden dabei lediglich im Schema nach Fig. 2 und in der Wahrheitstabelle
nach Fig. 3 der Bildpunkt D und dessen umcodierter Wert D' miteinander vertauscht.
Die Werte B und C sind die in gleicher Weise früher zurückgewonnenen ursprünglichen
Abtastwerte.
-
Das Ergebnis des erfindungsgemnssen Verfahrens wird am Beispiel eines
einfachen Bildes in Fig. 4 gezeigt. Fig. 4a zeigt die Abtastwerte 0 bzw. 1 eines
Kreuzes und, wenn wie meist üblich O für schwarz und 1 für weiss steht, eines weissen
Kreuzes auf schwarzem Grund. Es ist bei dem gewählten Beispiel leicht zu erkennen,
dass die Lauflängen für die Werte 0 und für die Werte 1 etwa gleich gross sind.
Daher ergibt sich bei der Übertragung des Bildes bei der Anwendung der bekannten
Lauflängencodierung nur eine verhältnismässig kleine Verringerung der dafür erforderlichen
Bandbreite. Im
selben Bild mit nach dem erfindungsgemässen Verfahren
u.codierten Werten, wie in Fig. b dargestellt, ist die mittlere Lauflänge der Werte
0 gegeniiber der mittleren Lauflänge der Werte 1 deutlich grösser, so dass bei der
anschliessenden Übertragung dieser Werte durch die Lauflängencodierung eine grössere
Verringerung der dafür erforderlichen Bandbreite erreicht wird.
-
Das Bild nach Fig. 4b ist etwa vergleichbar mit gewissen im Druckwegen
verwendete Schriftarten, bei denen an Stelle eines Zeichens nur die Schlag- und/oder
Eigenschatten des erhaben gedachten Zeichens wiedergegeben werden, und das erst
im Gehirn des Lesers zum vollständigen Zeichen ergänzt wird. Bei Zeichen dieser
Art ist der vergleichbare Vorteil eine Einsparung an Druckerschwärze Die Umcodier-Schaltungen
zum Durchführen des Verfahrens bestehen sowohl für die Sende- als auch fiir die
Empfangaseite aus je einer ersten Verzögerungsleitung V1 mit einer Verzögerungszeit,
die gleich ist der Laufzeit einer Bildzeile, einer zweiten Verzögerungsleitung V2
mit einer Verzögerungszeit, die gleich ist dem zeitlichen Unterschied zwischen dem
Abtasten zweier benachbarten Bildpunkte derselben Zeile und einer logischen Schaltung
L mit drei Eingangen und einem Ausgang.
-
In der Schaltung des sendeseitigen Umcodierers erster Art nach Fig.
5 ist der die Abtastwerte empfangende Eingang E verbunden erstens über die erste
Verzögerungsleitung V1 mit dem ersten Eingang El der logischen Schaltung L, zweitens
über
die zweite Verzögerungsleitung Y2 mit dem zweiten Eingang E2 der logischen Schaltung
L und drittens unmittelbar mit dem dritten Eingang E3 der logischen Schaltung L
Damit liegen an den drei Eingängen der logischen Schaltung L zu gleichen Zeitpunkten
sowohl der zu codierende Wert eines Bildpunktes als auch die Werte der benachbarten,
früher abgetasteten Bildpunkte Der Ausgang A der logischen Schaltung L und zugleich
des Umcodierers erster Art führt zum Eingang des Lauflngencodierers.
-
In der Schaltung des empfangsseitigen Umcodierers zweiter Art nach
Fig. 6 ist der die Ausgangssignale des Lauflängendecodierers empfangende Eingang
E unmittelbar verbunden mit dem dritten Eingang E3 der logischen Schaltung L und
der Ausgang A der logischen Schaltung L und des Umcodierers zweiter Art verbunden
erstens iiber die erste Verzögerungsleitung V1 mit dem ersten Eingang El und zweitens
über die zweite Verzögerungsleitung V2 mit dem zweiten Eingang E2 der logischen
Schaltung L. Damit liegen an den drei Eingängen'der logischen Schaltung L zu gleichen
Zeitpunkten sowohl der nach zweiter Art umzucodierende Wert für einen Bildpunkt
als auch die früher umcodierten Werte für die benachbarten Bildpunkte. Der Ausgang
A des Umcodierers zweiter Art führt weiter zu einer Bildempfangseinrichtung.
-
Die durch die Wahrheitstabelle Fig. 3 festgelegten Bedingungen für
die logische Schaltung L gelten sowohl fiir die logische Schaltung L im Umcodierer
erster Art (Fig. 5) als
auch für die logische Schaltung L im Umcodierer
zweiter Art (Fig. 6). Unterschiedlich sind nur die den Eingängen der logischen Schaltung
zugeführten uiid die ihrem Ausgang entnommenen Signale. Zur leichteren Übersicht
hat die Wahrheittabelle Fig. 3 drei Kopfzeilen. Davon enthält die erste Zeile die
Zeichenwerte für den Fall des Umcodierers erster Art, die zweite Zeile die Zeichenwerte
für den Fall des Umcodierers zweiter Art und die dritte Zeile die entsprechsnden
Eingänge bzw. den Ausgang der logischen Schaltung.
-
Der Aufbau der logischen Schaltung L ist durch die Wahrheitstabelle
hinreichend festgelegt. Gemäss den Regeln der Schaltalgebra sind eine Reihe von
aussen gleichwertiger, wenn auch im Aufwand unterschiedlicher Ausführungen möglich,
aus der Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel ausschliesslich mit NICHT-und UND-NICHT-Schaltungen
zeigt.
-
Die logische Schaltung L nach Fig. 7 besteht aus einer ersten1 einer
zweiten und einer dritten NICHT-Schaltung N1, N2 und N3 mit je einem Eingang, einer
ersten und einer zweiten UND-NICHT-Schaltung U1 und U2 mit je zwei Eingängen und
einer dritten und vierten UND-NICHT-Schaltung U3 und U4 mit je drei Eingängen. Der
erste Eingang El der logischen Schaltung ist verbunden erstens über die erste NICiZ-Schaltung
N1 mit dem zweiten Eingang der ersten UND-NICHT-Schaltung U1 und zweitens unmittelbar
mit dem ersten Eingang der dritten UND-NICHT-Schaltung U3. Der zweite Eingang E2
der logischen Schaltung ist verbunden erstens iiber die zweite NICHT-Schaltung N2
mit dem zweiten
Eingang der zweiten UND-NICHT-Schaltung U2 und
zweitens unmittelbar mit dem zweiten Eingang der dritten UND-NICHT-Schaltung U3.
Der dritte Eingang E3 der logischen Schaltung ist verbunden erstens mit dem ersten
Eingang der ersten UND-NICHT-Schaltung U1, zweitens mit dem ersten Eingang der zweiten
UND-NICHT-Schaltung U2 und drittens jiber die dritte NICHr-Schaltung N3 mit dem
dritten Eingang der dritten UND-NICHT-Schaltung U3. Die drei Ausgänge der ersten
bis dritten UND-NIClU-Schaltungen U1 ... U3 sind verbunden mit jeweils einem der
drei Eingänge der vierten UND-NICHT-Schaltung U4, deren Ausgang zugleich der Ausgang
A der logischen Schaltung L ist.