DE2055234A1 - Verfahren und Schaltungen zum Codieren von Bildsignalen - Google Patents

Verfahren und Schaltungen zum Codieren von Bildsignalen

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DE2055234A1
DE2055234A1 DE19702055234 DE2055234A DE2055234A1 DE 2055234 A1 DE2055234 A1 DE 2055234A1 DE 19702055234 DE19702055234 DE 19702055234 DE 2055234 A DE2055234 A DE 2055234A DE 2055234 A1 DE2055234 A1 DE 2055234A1
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DE19702055234
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Piero Dr. 7911 Nersingen Zamperoni
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/41Bandwidth or redundancy reduction
    • H04N1/411Bandwidth or redundancy reduction for the transmission or storage or reproduction of two-tone pictures, e.g. black and white pictures
    • H04N1/413Systems or arrangements allowing the picture to be reproduced without loss or modification of picture-information
    • H04N1/417Systems or arrangements allowing the picture to be reproduced without loss or modification of picture-information using predictive or differential encoding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

  • 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.

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    1erfahren zum Übertragen von punktweise in Zeilen abgetasteten Strichbildern mit verringerter Übertragungsbandbreite unter Verwendung eines sendeseitigen Lauflängencodierers und eines empfangsseitigen Lauflängendecodierers, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastwert jedes Bildpunktes abhängig von den Abtastwerten der zwei unuittelbar benachbarten, zeitlich früher abgetasteten Bildpunkte nach einer ersten Art umcodiert und das umcodierte Signal dem Lauflängencodierer zugeführt, und dass das vom 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.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Sendeveite nach der ersten Art umcodierte Signal einen bestimmten ersten Wert annimmt, wenn entweder die Abtastwerte der früher abgetasteten Bildpunkte untereinander gleich, jedoch vom Abtastwert des zuletzt abgetasteten Bildpunktes verschieden sind, oder wenn die Abtastwerte der früher abgetasteten Bildpunkte untereinander verschieden sind und der Abtastwert des zuletzt abgetasteten Bildpunktes den bestimmten ersten Wert hat, und einen bestimmten zweiten Wert annimmt, wenn etktweder die Abtastwerte aller drei Bildpunkte untereinander gleich sind, oder wenn die Abtastwerte der früher abgetasteten Bildpunkte untereinander verschieden sind und der Abtastwert des zuletzt abgetasteten Bildpunktes den bestimmten zweiten Wert hat, und dass das auf der Empfangsseite nach der zweiten Art umcodierte Signal einen bestimmten ersten Wert annimmt, wenn die früher zurückgewonnenen Werte für die zwei dem Bildpunkt, dessen Wert wieder zu gewinnen ist, unmittelbar benachbarten Bildpunkte untereinander gleich, jedoch vom empfangenen, nicht umcodierten Signal verschieden sind, oder wenn die früher zurückgewonnenen Werte für die zwei dem Bildpunkt, dessen Wert wieder zu gewinnen ist, unmittelbar benachbarten Bildpunkte untereinander verschieden sind und der Wert des empfangenen nicht umcodierten Signals dem bestimmten ersten Wert entspricht, und einen bestimmten zweiten Wert annimmt, wenn entweder sowohl die früher zurückgewonnenen Werte für die zwei dem Bildpunkt, dessen Wert wieder zu gewinnen ist, unmittelbar benachbarten Bildpunkte als auch der Wert des empfangenen, nicht umcodierten Signals untereinander gleich sind, oder wenn die früher zurückgewonnenen Werte für die zwei dem Bildpunkt, dessen Wert wieder zu gewinnen ist, unmittelbar benachbarten Bildpunkte untereinander verschieden sind und der Wert des empfangenen, nicht umcodierten Signals dem bestimmten zweiten Wert entspricht.
  3. 3) Schaltung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sendeseitig dem Lauflängencodierer ein Umcodierer erster Art vorgeschaltet und empfangsseitig dem Lauflängendecodierer ein Umcodierer zweiter Art nachgeschaltet ist, dass jeder der Umcodierer besteht aus einer ersten Verzögerungsleitung (V1) mit einer der Laufzeit einer Bildzeile gleichen Verzögerungszeit, einer zweiten Verzögerungsleitung (V2) mit einer dem zeitlichen Unterschied zwischen dem Abtasten zweier benachbarten Bildpunkte derselben Zeile gleichen Verzögerungszeit und einer logischen Schaltung L mit drei Eingangen und einem Ausgang, dass der Eingang (E) des Umcodierers erster Art (Fig. 1) verbunden ist erstens über die erste Verzögerungsleitung (V1) mit dem ersten Eingang (El) der logischen Schaltung (L), zweitens über die zweite Verzögerungsleitung (V2) mit dem zweiten Eingang (E2) der logischen Schaltung (L) und drittens unmittelbar mit dem dritten Eingang (E3) der logischen Schaltung (L), dass der Eingang (E) des Umcodierers zweiter Art (Fig. 2) unmittelbar verbunden ist mit dem dritten Eingang (E3) der logischen Schaltung (L) und der Ausgang (A) des Umcodierers zweiter Art verbunden ist erstens über dieerste.Verzögerungsleitung (V1) mit dem ersten Eingang (El) und zweitens über die zweite Verzögerungsleitung (V2) mit den: zweiten Eingang (E2) der logischen Schaltung (L).
  4. 4) Schaltungsanordnung zum Durchführen der Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 unter Verwendung der Schaltungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Schaltung (1) ein logisches Signal eines ersten Wertes abgibt, wenn die Signale an ihrem ersten und zweiten Eingang (El, E2) untereinander gleich, jedoch verschieden vom Signal an ihrem dritten Eingang (E3) sind, oder wenn die Signale an ihrem ersten und zweiten Eingang (El, E2) untereinander verschieden sind und das Signal an ihrem dritten Eingang (E3) dem logischen Signal des ersten Wertes entspricht, und dass die logische Schaltung (L) ein logisches Signal eines zweiten Wertes abgibt, wenn die Signale an ihrem ersten und zweiten Eingang (El, E2) und an ihrem dritten Eingang (E3) gleich sind, oder wenn die Signale an ihrem ersten und zweiten Eingang (El, E2) untereinander verschieden sind und das Signal an ihrem dritten Eingang (E3) dem logischen Signal des zweiten Wertes entspricht.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2340250A1 (de) * 1972-08-18 1974-02-28 Ibm Verfahren zum codieren eines eine bestimmte redundanz aufweisenden nachrichtenstromes
DE2500055A1 (de) * 1974-01-04 1975-07-10 Cit Alcatel Faksimile-uebertragungssystem

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