DE2312526B2 - Nachrichtenuebertragungssystem fuer differenz-pulsmodulation fuer zeilenweise abgetastete bilder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachrichtenübertragungssystem für zeilenweise abgetastete Bilder mit Differenz-Pulsmodulation (DPCM), bei dem sendeseitig einem Analogsignal in äquidistanten Zeitabständen Amplitudenproben entnommen werden, bei dem von jeder Amplitudenprobe durch eine erste Subtrahierschaltung ein Schätzwert abgezogen wird, bei dem die den jeweiligen Schätzfehler ergebende Differenz in einem Quantisierer quantisiert wird, bei dem der Schätzwert für jede Amplitudenprobe in einem sendeseitigen Schätzwertbildner aus dem wenigstens einen, zeitlich vorhergegangenen quantisierten Schätzfehler abgeleitet wird, bei dem die quantisierten Schätzfehler vorzugsweise mittels Pulscodemodulation über einen Übertragungskanal übertragen werden, bei dem empfangsseitig in einer ersten Addierschaltung jedem quanlisierten Schätzfehler ein in einem empfangsseitigen Schätzwertbildner, aus dem wenigstens einen, zeitlich vorhergegangenen quantisieiten Schätzfehler abgeleiteter Schätzwert hinzugefügt wird, bei dem aus den wiedergewonnenen Amplitudenproben das Analogsignal zurückgewonnen wird, bei dem als empfangsseitiger Schätzwertbildner und als erste Addierschaltung zusammen ein erster Vierpol vorgesehen ist, der aus einer Kettenschaltung aus drei oder vier normierten rekursiven Filtern oder einer empfangsseitigen Schaltung besteht, die mit den Mitteln der Algebra der Block-Schaltbilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl und Bewertungsfaktoren der Abgriffe an Verzögerungsleitungen, in eine Kettenschaltung aus drei oder vier normierten rekursiven Filtern übergeführt wer-

Jen kann, bei dem als sendeseitiger Schätzwertbildner dem zweiten Eingang der ersten Addierschaltung 6

ein zweiter Vierpol vorgesehen ist, der aus einem dem verbunden ist

ersten gleichen Vierpol und einer zweiten Subtrahier- Der ungleichförmige Quantisierer setzt dem Bildschaltung derart zusammengeschaUet ist, daß der signal dort, wo es schlecht vorhergesagt wird, mehr quantisierte Schätzfehler sowohl dem Eingang des 5 Quantisiergeräusch zu als in treffender vorhcigesagdem ersten gleichen Vierpols als auch dem Minus- ten Bildteilen.

eingang der zweiten Subtrahierschaltung zugeführt In der Literaturstelle »Proc. IEEE«, 55 (1967) 3,

wird, daß der Ausgang des dem ersten gleichen Vier- S. 364 bis 379, ist die Dimensionierung eines DPCM-

pols mit dem Pluseingang der zweiten Subtrahier- Systems mit einem sehr einfachen Schätzwertbildner

schaltung verbunden ist und daß der Ausgang der io untersucht worden. Aus dieser Arbeit ist bekannt,

zweiten Subtrahierschaltung als Ausgang des zweiten daß die Quantisiererkennlinie einer DPCM mit die-

Vierpols dient, oder daß als sendeseitiger Schätzwert- sem einfachen Schätzwertbildner im Bereich betrags-

bildner eine sendeseitige Schaltung vorgesehen ist, mäßig kleiner Eingangssignale fein und im Bereich

die mit den Mitteln der Algebra der Blockschalt- berragsmäßig großer Eingangssignale gröber verteilte

bilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl und 15 Stufen haben sollte, da das Quantisiergeräusch dort,

Bewertungsfaktoren der Abgriffe an Verzögerungs- wo der Schätzfehler groß ist, vom Auge schwer er-

leitungen, in den zweiten Vierpol übergeiührt werden kennbar ist. Große Schätzfehler treten beim verwen-

kann, und bei dem normierte rekursive Filter mit deten Schätzwertbildner nur an Konturen auf, und

einer zweiten Addierschaltung vorgesehen sind, de- in der Nähe von Konturen wird das Quantisier-

ren einer Eingang mit dem Eingang des normierten ao geräusch vom menschlichen Auge geringer wahrge-

rekursiven Filters, deren Ausgang unmittelbar und nommen als in detailreichen Flächen. Dieser Effekt

deren anderer Eingang über eine Reihenschaltung aus wird Maskieningseffekt genannt. Der Gewinn der

einem Verzögerungsglied und einem Bewertungsglied DPCM liegt im Kompandergewinn des Quantisie-

mit dem Ausgang des normierten rekursiven Filters rers. In der Arbeit wurde auf S. 373 die Ansicht

verbunden sind. 35 vertreten, die Ausnutzung des Maskierungseffektes

Ein derartiges Übertragungssystem ist Gegenstand sei bei der DPCM nur in Verbindung mit dem ein-

des Hauptpatentes. fachen verwendeten Schätzwertbildner möglich, wenn

Ein normiertes rekursives Filter ist der Sonderfall an allen Bildpunkten die gleiche Quantisierkennlinie eines Verzweigungsnetzwerkes der ersten oder der verwendet werden soll. Die einfache Schätzwertzweiten kanonischen Form nach Schüssler, »Zur 30 berechnung bedingt, daß das Quantisiergeräusch an allgemeinen Theorie der Verzweigungsnetzwerke«, vertikalen Konturen im Bildinhalt relativ intensiv ist. Archiv der elektrischen Übertragung, 22 (1968), Andere Autoren versuchten, die Schätzwertberech-S. 361 bis 367, Bild 1 bzw. Bild 2, bei dem entspre- nung zu verbessern, indem sie Informationen aus chend dortigem Absatz 3, 1 die Teilsysteme 1/H(s) vorangegangenen Bildzeilen mitverwendeten. Die Verzögerungsglieder von der Länge einer Bildpunkt- 35 Schätzwertberechnung wird dadurch zweidimensioabstandsdauer sind und bei dem in der Darstellung nal. Dabei tritt das Problem auf, wie die zusätzliche nach Schüssler b_n = l, />,, υφ/ι = 0 sind. Die Information zum Schätzwert beitragen soll. Über Erfindung beschränkt sich auf solche normierte re- einen Weg zur Lösung dieses Problems ist im Hauptkursive Filter, bei denen zusätzlich in der Darstellung patent berichtet, der mit der gegenüber dem Hauptnach Schüssler alle c_v mit Ausnahme eines ein- 40 patent nach veröffentlichten Literaturstelle »IEEE zigen c, gleich Null sind. Eine solche Schaltung Transactions on Communications Technology«, wurde einleitend geschildert und wird in der noch COM-19 (1971) 6, S. 948 bis 956, übereinstimmt, einzuführenden F i g. 2 erläutert. Im folgenden ist dieser Weg beschrieben: Der sen-

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild des bekannten deseitige Schätzwertbildner 3 und der empfangsseitige

Übertragungssystems. Dieses enthält eine erste Sub- 45 Schätzwertbildner 5 sind nach der in der im Haupt-

trahierschaltung 1, einen Quantisierer 2, einen sende- patent genannten Literatur herrschenden Meinung

seitigen Schätzwertbildner 3, einen Übertragungs- dann optimal dimensioniert, wenn bei Vorhandensein

kanal 4, einen empfangsseitigen Schätzwertbildner S eines, den quantisierten Schätzfehler darstellenden

und eine erste Addierschaltung 6. Signals im Übertragungskanal 4 mit einer konstanten

Die sendeseitig einem Analogsignal in äquidistan- 50 Leistungsdichte im Frequenzbereich des Originalten Zeitabständen entnommenen Amplitudenproben signals sich als Ausgangssignal der ersten Addierwerden dem positiven Eingang der Subtrahierschal- schaltung 6 ein Signal mit einer Leistungsdichte im tung 1 zugeführt, während deren negativem Eingang Frequenzbereich des Originalsignals ergibt, deren freein Schätzwert zugeführt wird. Das Ausgangssignal quenzabhängiger Verlauf dem der im Normalfall zu der Subtrahierschaltung 1 ist der Schätzfehler, wel- 55 erwartenden Leistungsdichte des Bildsignals mögcher dem Quantisierer 2 zugeführt und durch ihn liehst gut angenähert ist. Diese Aussage ist gleichquantisiert wird. Das Ausgangssignal des Quanti- bedeutend mit der Aussage, daß sich als Ausgangssierers 2 ist der quantisierte Schätzfehler, welcher signal der ersten Addierschaltung 6 ein Bildsignal sowohl dem Übertragungskanal 4 als auch dem sen- mit einer solchen zweidimensionalen Autokorreladeseitigen Schätzwertbildner 3 zugeführt wird. Das 60 tionsfunktion ergeben soll, wie das im Normalfall Ausgangssignal des Schätzwertbildners 3 ist der zu erwartende originale Bildsignal eine hat. Diese BeSchätzwert, welcher wie bereits erwähnt, dem nega- dingung kann nur näherungsweise erfüllt werden, da tiven Eingang der Subtrahierschaltung 1 zugeführt einesteils das im Normalfall zu erwartende Originalwird, bild nicht bekannt ist und da anderenteils der Auf-

Das Ausgangssignal des Übertragungskanals 4 wird 65 wand für die Schätzwertbildner möglichst gering sein

sowohl dem ersten Eingang der ersten Addierschal- soll.

tung 6 als auch dem Eingang des empfangsseitigen Diese Dimensionierung mit Hilfe des Leistungs-

Schätzwertbildners S zugeführt, dessen Ausgang mit spektrums des Videosignals strebt eine Minimierung

5 6

des quadratischen Mittelwertes des Schätzfehlers an, beispielsweise beobachtet, daß bei einem Algorithmus da man sich davon ein niedriges Quantisiergeräusch vertikal, bei einem anderen diagonal verlaufende verspricht. Konturen stärker durch Quantisiergeräusch gestört

Im Hauptpatent ist ein günstiges Ausführungsbei- sind. In die Beurteilung der intuitiv gefundenen Algospiel für einen sendeseitigen und einen empfangs- 5 rithmen wurden die Auswirkung der Quantisiererseitigen Schätzwertbildner an Hand der dortigen Übersteuerung und die Maskierung des Geräusches Fig. 12 beschrieben. Die Dimensionierung mit Hilfe mit einbezogen und festgestellt, daß der Algorithmus des Leistungsspektrums ist, wie in der Beschreibung auf sie Einfluß hat.

zum Hauptpatent ausgeführt ist, dann besonders gün- In »The Bell System Technical Journal«, 51

stig, wenn die mit τ_ζ und x_A bezeichneten Verzöge- io (1972), S. 1495 bis 1516, wird über die Bemessung rungselemente eine Verzögerung von einer Zeilen- der Quantisiererkennlinie einer DPCM mit sehr eindauer bzw. von einem Abtastintervall haben. Die Be- fächern Schätzwertbildner mit besonderer Berückwertungsfaktoren müssen dabei a_z «0,75 und sichtigung des Maskierungseffektes berichtet. Auf Q^ä; 0,875 gewählt werden, wie sich aus einer Be- S. 1512 wird vorgeschlagen, die optimale Bemessung trachtung des Leistungsspektrums bzw. der Auto- 15 der Quantisierkennlinie der DPCM für jeden der in korrelaticnsfunktion des Videosignals ergibt. (Die im der Arbeit in »The Bell System Technical Journal«, Hauptpatent auf S. 24, Zeile 24 als Beispiel genann- 50 (1971), S. 1049 bis 1061, angeführten Schätzwertten Werte 0,96 und 0,94 wurden aus einem Leistungs- bildner in ähnlicher Weise zu ermitteln.
Spektrum für ein Bildsignal gewonnen, das nicht das Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Übertra-

im Normalfall zu erwartende originale Bildsignal ist 20 gungssystem für zeilenweise abgetastete Bilder mit und deshalb nicht dem dem dortigen siebenten Patent- Differenz-Pulsmodulation unter Verwendung von anspruch zugrunde liegenden Erfindungsgedanken Kettenschaltungen aus drei oder vier normierten reentspricht.) In eigenen Experimenten hat sich dieses kursiven Filtern mit Verzögerungsgliedern Bemes-Ausführungsbeispiel gut bewährt. sungsregeln für deren Verzögerungszeiten und Bein der bereits angeführten Literaturstelle »IEEE 25 Wertungsfaktoren festzulegen.

Trans.«, COM-19 (1971) 6, S. 948 bis 956, ist in Ausgehend von einem Übertragungssystem der einTabelle II ein »3 rd Order Pedictor« angegeben. Ein leitend geschilderten Art wird diese Aufgabe erfinmit dessen Hilfe realisierter Schätzwertbildner ist dungsgemäß dadurch gelöst, daß entweder bei einer zwar erheblich aufwendiger als der am Hauptpatent Kettenschaltung aus drei in beliebiger Reihenfolge an Hand der Fig. 12 dargestellte, gibt jedoch nur 30 angeordneten normierten rekursiven Filtern die Vergeringfügig unterschiedliche Schätzwerte ab. In dem zögerungszeiten der Verzögerungsglieder und die da-Aufsatz wird an Hand der F i g. 6 die Ansicht ver- zugehörigen Bewertungsfaktoren x_t der Bewertungstreten, daß ein Prädiktor mit höherer als dritter Ord- glieder die Dauer einer Zeile und den Faktor 0,5, nung gegenüber demjenigen dritter Ordnung keine die Dauer eines Bildpunktabstandes oder die Dauer signifikante Verbesserung beinhalten würde. Ahn- 35 einer Zeile minus zweier Bildpunktabstände und den liehe Ansicht ist in »The Bell System Technical Jour- Faktor 0,5 und die Dauer eines Bildpunktabstandes nal«, 45 (1966), S. 689 bis 722, vertreten. Aus der und den Faktor 0,875 betragen oder daß bei einer bisher veröffentlichten Literatur ist keine gegenteilige Kettenschaltung aus vier in beliebiger Reihenfolge Ansicht bekanntgeworden. · angeordneten normierten rekursiven Filtern die Ver-

An Ecken im Bildinhalt und an besonders kon- 40 zögerungszeiten τ, der Verzögerungsglieder und die trastreichen Konturen kann ein geringfügiges Über- dazugehörigen Bewertungsfaktoren α,- der Bewersteuerungsgeräusch zugelassen werden. Ein Über- tungsglieder die Dauer einer Zeile und den Faktor Steuerungsgeräusch ist Bestandteil des Quantisierge- 0,5, die Dauer einer Zeile minus zweier Bildpunkträusches und tritt dann auf, wenn an einem oder meh- abstände und den Faktor 0,5, die Dauer eines BiIdreren benachbarten Bildpunkten der Schätzfehler so 45 punktabstandes und den Faktor 0,5 und die Dauer groß ist, daß der Quantisierer amplitudenmäßig über- eines Bildpunktabstandes und den Faktor 0,875 besteuert wird. Wenn das Übersteuerungsgeräusch ge- tragen.

ring ist, führt es zu einer zulässigen geringfügigen Der Erfindung liegt die eigene Erkenntnis zu-

Verschleifung einer Kontur, wenn es hoch ist pflanzt gründe, daß durch Erweiterung des aus der Fig. 12 es sich räumlich zu benachbarten Bildpunkten hin 5° des Hauptpatentes bekannten Schätzwertbildners du fort und führt zum unzulässigen Ausreißen von Kan- räumliche Verteilung des Quantisiergeräusches inten oder zur unzulässigen Verformung von Konturen wiedergegebenen Bild derart beeinflußt werden kann im Bildinhalt daß es im menschlichen Auge besser maskiert wire

Die bekannte Theorie, die vom Leistungsspektrum und daß die Quantisierübersteuerung zu geringer© des Videosignals ausgeht, berücksichtigt die Aus- 55 Verformung von Konturen führt
Wirkungen der Quantisierungsübersteuerung und den Der Erfindung liegt ebenfalls die eigene Erkenntni

Maskierungseffekt nicht. zugrunde, daß der Maskierungseffekt am besten ge

In der bereits im Hauptpatent angeführten Arbeit nutzt ist, wenn der Schätzfehler in direkter Nähe voi in »The Bell System Technical Journal«, 50 (1971), Konturen gleichen Kontrastes möglichst unabhängi] S. 1049 bis 1061, sind einige zweidimensionale 60 von deren Neigungswinkel ist Wenn der Schätzfehle Schätzwertbildner mittels Rechnersimulation unter- in der Nähe von Konturen gleichen Kontrastes mi sucht worden, deren Algorithmen, ausgehend von bestimmten Neigungswinkeln geringer ist, ist dort de Überlegungen zu den Eigenschaften des Bildsignals, ungleichförmige Quantisierer weniger weit ausgesteu intuitiv gefunden wurden. In der Arbeit wird be- ert und deshalb das Quantisiergeräusch niedriger; je schrieben, daß das Quantisiergeräusch je nach Algo- 65 doch ist dann stets in der Nähe von Konturen glei rithmus nicht nur unterschiedlich in seiner Größe chen Kontrastes mit anderen Neigungswinkeln de sein kann, sondern auch im wiedergegebenen Bild an Schätzfehler größer und deshalb das Quantisiei unterschiedlichen Stellen relativ intensiv ist. Es wurde geräusch intensiver. Da die Bildqualität nach d<

Wiedergabe der am stärksten gestörten Konturen be- erfindungsgemäßen Bemessungsregeln wurden auf urteilt werden muß, ist ein Schätzwertbildner, der Grund der vorgenannten Erkenntnisse und Erfahrunan Konturen gleichen Kontrastes gleich starke gen zunächst durch Schätzung gewonnen und dann

Schätzfehler erzeugt, optimal. in subjektiven Tests präzisiert.

Der Erfindung liegt zusätzlich die eigene Erfahrung 5 Aus der vom Leistungsspektrum des Videosignals

zugrunde, daß das menschliche Auge das Quantisier- ausgehenden Theorie ergibt sich kein Hinweis auf

geräusch an Konturen, die parallel und senkrecht zu eine solche Bemessung, wie die Ergebnisse der be-

Fernsehzeilen verlaufen, besser erkennen kann als reits angeführten Arbeiten »The Bell System Tech-

an schräg verlaufenden Konturen. Dies fällt insbe- nical Journal«, 45 (1966), S. 689 bis 722, und »IEEE

sondere bei der Wiedergabe von lateinischen Schrift- »o Trans. COM«, 19 (1971) 6, S. 948 bis 956, zeigen,

zeichen auf, da bei diesen viele senkrechte und par- Offenbar bewährt sich diese theoretische Vorstellung

allele Konturen vorkommen und auf diese besonders nur bis zu einem Kompliziertheitsgrad, der bei den geachtet wird. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäßen Schätzwertbildnern überschritten

Schätzfehler an senkrechten und parallelen Konturen ist.

etwas geringer ist als an schräg verlaufenden Kon- 15 In der Arbeit in »The Bell System Technical Jour-

turen. nal«, 50 (1971), S. 1049 bis 1061, wurde zwar er-

Der Gewinn der DPCM ist bekanntlich der Korn- kannt, daß die räumliche Verteilung des Quantisierpandergewinn des Quantisierers, der wegen der gro- geräusches im wiedergegebenen Bild vom verwendeben Quantisierung entlang den Konturen mehr feine ten Schätzwertbildneralgorithmus abhängig ist. Es Stufen für die Quantisierung in detailarmen Bildteilen 20 wurde jedoch nicht erkannt, daß durch gezielte Vernutzen kann. änderung des Algorithmus die räumliche Verteilung

Bei den folgenden Erläuterungen wird vorausge- des Geräusches in einer gewünschten Weise beeinsetzt, daß es sich bei dem Bildsignal um ein Bild- flußt werden kann. Auch in »The Bell System Techsignal in einem Bildübertragungssystem mit Zeilen- nical Journal«, 51 (1972), S. 1495 bis 1516, wurde sprung handelt. 25 eine solche Möglichkeit nicht erkannt.

Bei der dreigliedrigen Kette erzeugt jedes Ketten- In den Arbeiten in »Proceedings IEEE«, 55 (1967), glied mit der Verzögerungszeit von einer Bildpunkt- S. 364 bis 379, »The Bell System Technical Journal«, abstandsdauer Autokorrelationen im wesentlichen in 50 (1971), S. 1049 bis 1061, und »The Bell System Zeilenrichtung im Bild. Das Kettenglied mit der Ver- Technical Journal«, 51 (1972), S. 1495 bis 1516, zögerungszeit von einer Zeilendauer erzeugt Auto- 30 wurde nicht erkannt, daß der Maskierungseffekt dann korrelationen im wesentlichen in einer Richtung, die besonders vorteilhaft genutzt wird, wenn der Schätzsenkrecht zur Zeilenrichtung geneigt ist, und das Ket- fehler an Konturen gleichen Kontrastes möglichst bei tenglied mit der Verzögerungszeit von einer Zeilen- allen Neigungswinkeln der Konturen gleich groß ist dauer minus zweier Bildpunktabstandsdauern im we- oder an senkrechten und parallelen Konturen etwas sentlichen in einer Richtung, die um etwa 135° gegen 35 geringer als an den restlichen,
die Zeilenrichtung geneigt ist. Auf diese Weise ent- Aus der Arbeit in »The Bell System Technical steht am Ausgang der ersten Addierschaltung 6 ein Journal«, 50 (1971), S. 1049 bis 1061, ist bekannt, Bildsignal, das in vielen in der Bildebene liegenden daß die Dimensionierung des Schätzwertbildners Ein-Richtungen korreliert ist. Eine zweidimensionale nuß darauf hat, in welchem Maße Kanten ausreißen Autokorrelationsfunktion im hier verwendeten Sinne 4° oder Konturen verformt werden,
ist definiert in »The Bell System Technical Journal«, Deshalb ist für die Qualität eines Schätzwertrech-1952, S. 751 bis 763, an Hand der Gleichung (2) auf ners nicht nur seine Fähigkeit, den Maskierungseffekt S. 754. auszunutzen, ausschlaggebend, sondern auch seine

Bei der viergliedrigen Kette erzeugt jedes Ketten- Fähigkeit, die Auswirkung einer Quantisierüber-

glied mit der Verzögerungszeit von einer Bildpunkt- 45 Steuerung zu begrenzen.

abstandsdauer Autokorrelationen im wesentlichen in Die Erfindung beruht zusätzlich auf der Erkennt-

Zeilenrichtung im Bild. Das Kettenglied mit der Ver- nis, daß die Verwendung eines Schätzwertbildners,

zögerungszeit von einer Zeilendauer erzeugt im we- der Informationen aus möglichst vielen räumlichen

sentlichen Korrelationen in einer Richtung, die zur Richtungen zur Berechnung des Schätzwertes ver-

Zeilenrichtung senkrecht verläuft. Das Kettenglied 50 wendet, zu geringer Fortpflanzung von Übersteue-

mit der Verzögerungszeit von einer Zeilendauer mi- rungsgeräusch führt; denn Übersteuerungsgeräuscfc

nus zwei Bildpunktabstandsdauern erzeugt im we- pflanzt sich dadurch fort, daß es im sendeseitigen

sentlichen Autokorrelationen in einer Richtung, die Schätzwertbildner bei der Berechnung der Schätz-

gegen die Zeilenrichtung um etwa 135° geneigt ist. werte unumgänglich mitverwendet wird. Wenn Infor-

Auf diese Weise entsteht am Ausgang der ersten 55 mationen aus vielen räumlichen Richtungen für die

Addierschaltung 6 ein Bildsignal, das in fast allen Schätzwertberechnung verwendet werden, hat da!

in der Bildebene liegenden Richtungen korreliert ist Übersteuerungsgeräusch bei der Berechnung wenij

Wenn die erfindungsgemäße dreigliedrige und vier- Gewicht, da es im Regelfall nicht in den Infonna·

gliedrige Kettenschaltung aus normierten rekursiven tionen aus allen Richtungen enthalten ist, sonden

Filtern räumliche Korrelationen in fast allen in der ⁶° meist nur aus der Richtung, in der bei einem benach

Bildebene liegenden Richtungen erzeugt, bedeutet barten Bildpunkt Übersteuerung aufgetreten ist.

das, daß der sendeseitige Schätzwertbildner Schätz- In zwei der drei erfindungsgemäßen Bemessungs

werte berechnet hat, indem er Bildpunktwerte von regeln für Schätzwertbildner sind in der Kettenschal

Bildpunkten verwendete, die in vielen Richtungen tung aus normierten rekursiven Filtern je unter an

dem vorherzuschätzenden Bildpunkt benachbart sind. 65 derem zwei Filter mit einem Verzögerungsglied mi

Dadurch wird erreicht, daß Schätzfehler an Konturen der Verzögerungszeit ein Abtastintervall vorgesehen

entsprechend den vorgenannten Erkenntnissen und Dadurch wird erreicht, daß die Information aus ho

Erfahrungen verteilt sind. Die besonders günstigen rizontaler Richtung bevorzugt für die Schätzwert

' 7* ^i^{mCh Wird der Um}" S £ⁱⁱS^l> ^aa* ^die informationen aus an-

deren Richtungen von Bildpunkten stammen, die infolge des Zeilensprungverfahrens vom vorherzu-

ÄS^!i ^tf^^d * * ^^

^{mierten rekursiven} Filter R 2 eine Bildpunktabstandsdauer bzw. eine Zeilendauer minus zwei Bildpunktabstandsdauern und der Faktor 0,5, in einem dritter normierten rekursiven Filter A3 eine Sen™ * Γ* *" ^FaktOr °'⁵' ^{in einem} vierten normStenri

Verzogerungseement mit Verzögerung um eine Zei- » eine Zeilendauer minu zweiS dpuikta stands lenlange verhältnismäßig aufwendig ist. Die Qualität dauern und der Faktor 0,5 und in efnem b des wiedergegebenen Bildes ist bei den drei Bemes- normierten rekursiven FiHerT? eine sungsregeln ebenfalls unterschiedlich, und zwar ist Standsdauer und der Faktor 0 5

dadurch, daß die Zielvorstellung für d* ,ä™lirhe

faktor 0,875 eine Schaltung zur Verschiebung um drei Binärstellen vorgesehen ist, deren den Eingang des Bewertungsgliedes bildender Eingang mit dem Pluseingang und deren Ausgang mit dem Minuseingang einer dritten Subtrahierschaltung verbunden ist, deren Ausgang den Ausgang des Bewertungsgliedes

In den erfindungsgemäßen Bemessungsregeln für Schätzwertbildner kommen als Bewertungsfaktoren die Zahlenwerte 0.5 und 0,875 vor. Dabei ist für die Güte der Schätzwertberechnung eine exakte Einhaitung dieser Werte nicht sehr bedeutend. Es können statt diesen Zahlenwerten auch etwas größere oder kleinere vorgesehen werden, ohne daß es großen Einflußauf die Qualität des wiedergegebenen Bildes hat.

Der besondere Vorteil dieser Zahlenwerte 0,5 und 0,875 liegt in ihrer einfachen Realisierbarkeit in binärer digitaler Rechenmaschinentechnik. In dem Buch »Digital Computer Design Fundamentals« von Yaohan Chu, McGraw-Hill, New York—San Francisco-Toronto-London, 1962, ist auf S. 12 und 13 in dem Abschnitt »Shifting Algorithm of Signed Binary Number« dargestellt, wie bei verschiedenen gebräuchlichen binären Zahlendarstellungen die Multiplikation eines Zahlenwertes mit Potenzen von «/t, aLo V₁, V,, V₈, V» usw., durch Verschiebung (binary shifting) um eine, zwei, drei, vier usw. Binärstellen ohne Bauelementaufwand möglich ist Der Bewertungsfaktor 0,5 ist auf diese Weise direkt realisierbar; der Faktor 0,875 ergibt sich, indem Vs von der zn bewertenden Größe subtrahiert wird.

In den folgenden Ausführungsbeispielen sind zwei empfangsseitige Schaltungen mit einer dreigliedrigen und einer viergliedrigen Kette gezeigt Zunächst zeigt Fig. 2 ein normiertes rekursives Filter R mit einem Füteremgange, einem Filterausgang a, einer zweiten Addierschaltung 7, einem Verzögerungsglied 8 und einem Bewertungsglied 9.

Die einzelnen it den Fig. 3 und 4 verwendeten normierten rekursiven Filter unterscheiden sich in der Verzögerungszeit r, des Verzögerungsgliedes 8 und dem Bewertungsfaktor «, des Bewertiingsgliedes9 oder beiden. Die Veizögerungszeit und dir Be-Wertungsfaktor sind im einzelnen in einem ersten norrnierten rekursiven Filter RI eine Bildpunktabstandsdauer und der Faktor 0,875, in einem zweiten norfen Eingang de? zweiSn A^H ⁸ IT, ^deDi^zweibündln fs? Addierschaltung 7 ver-

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Fig 4 zeigt ein δ,«<ήι, u · - , r. . fmdungseemaße emi ?T⁸ c^^Pi^el ^ ^{eme er}'

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^ ^Scha[^tungen Kettenschaltung

11 12

beispielsweise die Zahl der Verzögerungselemente Faktor 0,5, in dem vierten Filter F 4 eine Bildpunkt-

erhöht, diejenige der Bewertungsglieder jedoch bei- abstandsdauer und der Faktor 0,875, in dem fünften

behalten wird, um Rechenzeit einzusparen. Filter F 5 eine Zeilendauer und der Faktor 0,5, in

Für die Realisierung der empfangsseitigen Schal- dem sechsten Filter F 6 eine Zeilendauer minus zwei

tung kann man auch einen empfangsseitigen Schätz- 5 Billdpunktabstandsdauern und der Faktor 0,5 und in

wertbildner 5 explizit vorsehen und diesen entspre- dem siebenten Filter F 7 eine Bildpunktabstands-

<_hend F i g. 1 mit der ersten Addierschaltung 6 zu- dauer und der Faktor 0,5.

sammenschaltem. Es handelt sich dann auf der Emp- Die Wirkungsweise der Filter wird im folgenden fangsseite um Schaltungen, die mit den Mitteln der an Hand Fig. 7 erläutert. Der erste Eingang £1 des Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Verände- io Filters F ist mit dem ersten Eingang der zweiten rung der Anzahl und Bewertungsfaktoren der Bewer- Addierschaltung T verbunden. Der Ausgang der tungsglieder in eine Kettenschaltung aus drei oder zweiten Addierschaltung T ist sowohl mit dem Ausvier normierten rekursiven Filtern übergeführt gang A 1 des Filters F als auch mit dem zweiten Einwerden können. Der sendeseitige Schätzwertbildner 3 gang der dritten Addierschaltung 10 verbunden, de- und der empfangsseitige Schätzwertbildner 5 können 15 ren erster Eingang mit dem zweiten Eingang £2 des dann gleich aufgebaut sein. In den folgenden Aus- Filters F und deren Ausgang mit dem Eingang des führungsbeispielen ist dies angenommen. Die Algebra Verzögerungsgliedes 8' verbunden ist. Der Ausgang der Blockschaltbilder ist bei Merz »Grundkurs des Verzögerungsgliedes 8' ist mit dem Eingang des der Regelungstechnik«, 2. Auflage, Verlag Olden- Bewertungsgliedes 9' verbunden, dessen Ausgang mit bourg, München 1964, S. B/30 bis B/34, Abs. 4,5, 20 dem zweiten Eingang der zweiten Addierschaltung 7' erläutert. verbunden ist.

Fig. 5 zeigt das Wesentliche der Schätzwertbild- Die Filter Fl bis F7 gehen aus den normierten

ner 3 bzw. 5 mit einer dreigliedrigen Kette, und zwar rekursiven Filtern R1 bis R 7 durch Hinzufügen eines

im einzelnen ein erstes Filter Fl, ein zweites Filter zusätzlichen Einganges und einer Addierschaltung 10

F 2 und ein drittes Filter F 3. 25 hervor. Verzögerungszeit τ,- und Bewertungsfaktor a,-

Das Eingangssignal des Schätzwertbildners 3 bzw sind bei R_t und F₁- gleich.

5 wird über den Eingang £ jeweils dem zweiten Ein- F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bewer-

gang £21, £22, £23 des ersten Fl, des zweiten F 2 tungsgliedes mit Bewertungsfaktor 0,5 mit erster bis

und des dritten F3 Filters zugeführt. Der Ausgang zwölfter Eingangsklemme 30 bis 41 und erster bis

^ 11 des ersten Filters Fl ist mit dem ersten Ein- 30 zwölfter Ausgangsklemme 42 bis 53.

gang £12 des zweiten Filters F2 verbunden, dessen Die erste Eingangsklemme 30 ist mit der ersten 42

Ausgang A12 mit dem ersten Eingang £13 des und zweiten 43 Ausgangsklemme, die zweite Ein-

dritten Filters F 3, dessen Ausgang A 13 mit dem gangsklemme 31 mit der dritten Ausgangsklemme 44,

Ausgang A des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 identisch und so weiter, verbunden,

ist. 35 Die zwölfte Eingangsklemme 41 ist mit keiner an-

Fig. 6 zeigt das Wesentliche des Schätzwertbild- deren Klemme verbunden. Den Eingangsklemmen

ners 3 bzw. 5 mit einer viergliedrigen Kette, und zwar wird ein Zahlwert in binärer zwölfstelliger Zweier-

im einzelnen ein viertes Filtei F4, ein fünftes Filter Komplement-Darstellung zugeführt, und zwar der

F5, ein sechstes Filter F6 und ein siebentes Filter ersten Eingangsklemme 30 die höchstwertige, der

F 7. 40 zweiten 31 die zweithöchstwertige, und so weiter, und

Das Eingangssignal des Schätzwertbildners 3 bzw. der zwölften 41 die geringstwertige Binärstelle. Ent-

5 wird über den Eingang £' jeweils dem zweiten sprechend wird an den Ausgangsklemmen der mit

Eingang £24, £25, £26, £27 des vierten F4, dem Faktor 0,5 multiplizierte Zahlenwert in der glei-

fünften F 5, sechsten F 6 und siebenten F 7 Filters chen Darstellungsweise abgegeben, und zwar an der

zugeführt. Der Ausgang A 14 des vierten Filters F 4 45 ersten Ausgangsklemme 42 die höchstwertige, und

ist mit dem ersten Eingang £15 des fünften Filters der zweiten 43 die zweithöchstwertige, und so weiter

F 5 verbunden, dessen Ausgang A 15 mit dem ersten und der zwölften 53 die geringstwertige Binärstelle.

Eingang £16 des sechsten Filters F 6 verbunden ist, Die Wirkungsweise des Bewertungsgliedes nach

dessen Ausgang A16 wiederum mit dem ersten Ein- F i g. 8 ist folgende: Die höchstwertigen Binärstellen

gang £17 des siebenten Filters F 7 verbunden ist, 5° am Ausgang und am Eingang sind gleich. Jede wei-

und dessen Ausgang A 17 schließlich mit dem Aus- tere Binärstelle am Bewertungsgliedausgang ist gleich

gang<4' des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 identisch ist. der um einer höchstwertigen Binärstelle am Bewer-

Das Prinzipielle der Filter Fl bis F7 ist in Fig.7 tungsgliedeingang. Dadurch wird eine Binärstellengezeigt Die Darstellung enthält im einzelnen eine verschiebung um eine Binärstelle durchgeführt,
zweite Addierschaltung T, eine dritte Addierschal- 55 F i g. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bewertung 10, ein Verzögerungsglied 8' und ein Bewer- tungsgliedes mit dem Bewertungsfaktor 0,875 mit tungsglied 9'. einem Bewertungsgliedeingang 79, einem Bewertungs-

Der Unterschied zwischen den Filtern Fl bis F 7 gliedausgang 81, einer dritten Subtrahierschaltung 80

liegt in der Verzögerungszeit t,- des Verzögerungs- und einer Schaltung zur Binärstellenverschiebung um

gliedes 8' oder dem Bewertungsfaktor α,- des Bewer- 60 drei Binärstellen 78.

tungsgliedes 9' oder beiden. Die Verzögerungszeit Die Wirkungsweise des Bewertungsgliedes nach

des Verzögerungsgliedes 8' und der Bewertungs- F i g. 9 ist folgende:

faktor des Bewertungsgliedes 9' sind im einzelnen in Der Zahlenwert am Bewertungsgliedausgang 81 ist dem ersten Filter Fl eine Bildpunktabstandsdauer die Differenz aus dem Zahlenwert am Bewertungsund der Faktor 0,875, in dem zweiten Filter F2 eine 65 gliedeingang 79 und dem in der Schaltung zur Binär-Bildpunktabstandsdauer bzw. eine Zeilendauer minus stellenverschiebung um drei Binärstellen 78 mit ¹A zwei Bildpunktabstandsdauern und der Faktor 0,5, multiplizierten Zahlenwert am Bewertungsgliedein· in dem dritten Filter FZ eine Zeilendauer und der gang 79.

Fig. 10 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer Schaltung zur Binärstellenverschiebung um drei Binärstellen 78 mit dreizehnter bis vierundzwanzigster Eingangsklemme 54 bis 65 und dreizehnter bis vierundzwanzigster Ausgangsklemme 66 bis 77. Die dreizehnte Eingangsklemme 54 ist mit der dreizehnten bis sechzehnten 66 bis 69 Ausgangsklemme, die vierzehnte Eingangsklemme 55 mit der siebzehnten Ausgangsklemme 70, und so weiter, verbunden. D<e zweiundzwanzigste bis vierundzwanzigste Eingangsklemme 63 bis 65 ist mit keiner anderen Klemme verbunden. Die Zahlenwerte werden der Schaltung zugeführt und von ihr abgegeben entsprechend dem Bewertungsglied nach F i g. 8.

Die Wirkungsweise der Schaltung zur Binärstellenverschiebung um drei Binärstellen nach Fig. 10 ist folgende:

Die höchstwertige Binärstelle am Eingang und die

ersten vier höchstwertigen Binärstellen am Ausgang

sind gleich. Jede weitere Binärstelle am Ausgang der

Schaltung ist gleich der um drei Stellen höherwerti-

gen Binärstelle am Schaltungseingang. Dadurch wird

eine Binärstellenverschiebung um drei Binärstellen

ίο durchgeführt.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 8 und 10 verarbeiten Zahlenwerte, die mit zwölf Binärstellen dargestellt sind. Die Rundungsfehler sind bei dieser Binärstellenzahl erfahrungsgemäß ausreichend klein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Nachrichtenübertragungssystem für zeilenweise abgetastete Bilder mit Differenz-Pulsmodulation, bei dem sendeseitig einem Analogsignal in äquidistanten Zeitabständen AmplHudenproben entnommen werden, bei dem von jeder Amplitudenprobe durch eine erste Subtrahierschaltung ein Schätzwert abgezogen wird, bei dem die den jeweiligen Schätzfehler ergebende Differenz in einem Quantisierer quantisiert wird, bei dem der Schätzwert für jede Amplitudenprobe in einem sendeseitigen Schätzwertbildher aus dem wenigstens einen, zeitlich vorhergegangenen quantisierten Schätzfehler abgeleitet wird, bei dem die fluantisierten Schätzfehler vorzugsweise mittels Pulscodemodulation über einen Übertragungskanal übertragen werden, bei dem empfangsseitig In einer ersten Addierschaltung jedem Schätzfehler ein in einem empfangsseitigen Schätzwertbildner, aus dem wenigstens einen, zeitlich vorhergegangenen quantisierten Schätzfehler abgeleiteter Schätzwert hinzugefügt wird, bei dem aus den wiedergewonnenen Amplitudenproben das Analogsignal zurückgewonnen wird, bei dem als empfangsseitiger Schätzwertbildner und als erste Addierschaltung zusammen ein erster Vierpol vorgesehen ist, der aus einer Kettenschaltung aus drei oder vier normierten rekursiven Filtern oder einer empfangsseitigen Schaltung besteht, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl und Bewertungsfaktoren der Abgriffe an Verzögerungsleitungen, in eine Kettenschaltung aus drei oder vier normierten rekursiven Filtern übergeführt werden kann, bei dem als sendeseitiger Schätzwertbildner ein zweiter Vierpol vorgesehen ist, der aus einem dem ersten gleichen Vierpol und einer zweiten Subtrahierschaltung derart zusammengeschalte' ist, daß der quantisierte Schätzfehler sowohl dem Eingang des dem ersten gleichen Vierpols als auch dem Minuseingang der zweiten Subtrahierschaltung zugeführt wird, daß der Ausgang des dem ersten gleichen Vierpols mit dem Pluseingang der zweiten Subtrahierschaltung verbunden ist und daß der Ausgang der zweiten Subtrahierschaltung als Ausgang des zweiten Vierpols dient, oder daß als sendeseitiger Schätzwertbildner eine sendeseitige Schaltung vorgesehen ist, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl und Bewmungsfaktoren der Abgriffe an Verzögerungsleitungen, in den zweiten Vierpol übergeführt werden kann, und bei dem normierte rekursive Filter mit einer zweiten Addierschaltung vorgesehen sind, deren einer Eingang mit dem Eingang des normierten rekursiven Filters, deren Ausgang unmittelbar und deren anderer Eingang über eine Reihenschaltung aus einem Verzögerungsglied und einem Bewertungsglied mit dem Ausgang des normierten rekursiven Filters verbunden sind, nach Patent 21 35 139, dadurch gekennzeichnet, daß entweder bei einer Kettenschaltung aus drei in beliebiger Reihenfolge angeordneten normierten rekursiven Filtern (R 1, R 2, R 3) die Verzögerungszeiten (τ,·) der Verzögerungsglieder (9) und die dazugehö

rigen Bewertungsfaktoten (*,) der Bewertungsglieder (9) die Dauer einer Zeile und den Faktor 0,5, die Dauer eines Bildpunktabstandes oder die Dauer einer Zeile minus zweier Bildpunktabstände und den Faktor 0,5, und die Dauer eines Bildpunktabstandes und den Faktor 0,875 betragen oder daß bei einer Kettenschaltung aus vier in beliebiger Reihenfolge angeordneten normierten rekursiven Filtern (R4, RS, R6, R7) die Verzögerungszeiten (1,) der Verzögerungsglieder (8) und die dazugehörigen Bewertungsfaktoren (α,) der Bewertungsglieder (9) die Dauer einer Zeile und den Faktor 0,5, die Dauer einer Zeile minus zweier BikJpunktabstände und den Faktor 0,5, die Dauer eines Bildpunktabstands und den Faktor 0,5 und die Dauer eines Bildpunktabstandes und den Faktor 0,875 betragen.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewertungsglied n»it einem Bewertungsfaktor 0,5 eine Schaltung zur Verschiebung um eine Binärstelle vorgesehen ist.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewertungsglied mit einem Bewertungsfaktor 0,875 eine Schaltung zur Verschiebung um drei Binärstellen vorgesehen ist, deren den Eingang des Bewertungsgliedes bildender Eingang mit dem Pluseingang und deren Ausgang mit dem Minuseingang einer dritten Subtrahierschaltung verbunden ist, deren Ausgang den Ausgang des Bewertungsgliedes bildet.