DE2354088B2 - Uebertragungssystem fuer bilder mit differenz-pulsmodulation - Google Patents

Description

betragen und daß der Bewertungsfaktor des Bewe.-lungsgliedes, das dem Verzögerungsglied mit der Verzögerungszeit der Dauer zweier Bildpunktabstände zugeordnet ist, 0,7 5 beträgt.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des bekannten Übertragungssystems. Dieses enthält eine erste Subtrahierschaltung 1, einen Quantisierer 2, einen sendeseitigen Schätzwertbildner 3. einen Übertragungskanal 4. einen empfangsseitigen Schätzwertbildner 5 und eine erste Addierschaltung 6. _!0

Die sendeseitig einem Analogsignal in qäuidistanten Zeitabständen entnommenen Amplitudenproben werden dem positiven Eingang der Subtrahierschaliung 1 zugeführt, während deren negativem Eingang ein Schätzwert zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 1 ist der Schätzfehler, welcher dem Quantisierer 2 zugeführt und durch ihn quantisiert wird Das Ausgangssignal des Quantisierers 2 ist der quantisierte Schätzfehler, welcher sowohl dem Übertragungskanal 4 als auch dem sendeseitigen Schätzwertbildner 3 zugeführt wird. Das Ausgangssigna! dci Schätzwertbildners 3 ist der Schätzwert, welcher, wie bereits erwähnt, dem negativen Eingang der Subtrahierschaltung 1 zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des Übertragungskanales 4 wird sowohl dem ersten Eingang der ersten Addierschaltung 6 als auch dem Eingang des empfangsseitigen Schätzwertbildners 5 zugeführt, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der ersten Addierschaitung 6 verbunden ist.

Der sendeseitige Schätzwertbildner 3 und der empfangsseitige Schätzwertbildner 5 sind dann optimal dimensioniert, wenn bei Vorhandensein eines den quantisierten Schätzfehler darstellenden Signales im Übertragungskanal 4 mit einer konstanten Leistungsdichte im Frequenzbereich des Originaisignales sich dh Ausgangssignal der ersten Addierschaltung 6 ein Signal mit einer Leistungsdichte im Frequenzbereich des Originalsignales ergibt, deren frequenzabhängiger Verlauf der im Normalfall zu erwartenden Leistungsdichte des Bildsignales möglichst gut angenähert ist. Diese Aussage ist gleichbedeutend mit der Aussage, daß sich als Ausgangssignal der ersten Addierschaltung 6 ein Bildsignal mit einer solchen zweidimensionalen Autokorrelationslunktion ergeben soll, wie das im Normalfall zu erwartende originale Bildsignal eine hat. Diese Bedingung kann nur näherungsweise erfüllt werden, da einesteils das im Normalfall zu erwartende Originalbild nicht bekannt ist und da andernteils der Aufwand für die Schätzwertbildner möglichst gering sein soll. In eigenen Experimenten hat sich gezeigt, daß als im Normalfall vorliegendes Bild ein detailreiches Bild anzunehmen ist.

Bei einer Dimensionierung des Schätzwertbildners entsprechend diesen Vorstellungen hat der Schätzfehler nur entlang den Konturen des Bildinhaltes große Beträge, während die Schätzfehler, die an den Bildpunkten in detaillosen Flächen auftreten, klein sind. Der Quantisierer 2 ist im Regelfall ungleichförmig derart, daß betragsmäßig kleine Schätzfehler fein und betragsmäßig große Schätzfehler grob quantisiert werden. So treten in der Nähe von Konturen betragsmäßig größere Quantisierungsfehler auf als in detaillosen Flächen. Da das menschliche Auge die durch Quantisiergeräusch erzeugten Bildverfälschungen an Konturen weniger gut wahrnehmen kann als in detaillosen Flächen, kann durch Dimensionierung des Schätzwertbildners entsprechend den genannten Vordie räumliche Intensitätsverteilung des Quantisiergeräusches im Bild deren beeinflußt werden, daß die Bildverfälschung überall im Bild vom Auge gleich stark empfunden wird. Dadurch können Quantisierungsstufen eingespart werden. Näheres ist im Tagungsband der NTG-Fachtagung »Signalverarbeitung«, 6. bis 8. April 1973, Erlangen, S. 417 bis 424 erläutert.

Bei den folgenden Erläuterungen wird vorausgesetzt, daß es sich bei dem Bildsignal um ein solches in einem Bildübertragungssystem mit Zeilensprung handelt.

Das Kettenglied mit der Verzögerungszeit von zwei Bildpunktabstandsdauern erzeugt Autokorrelationen im wesentlichen in Zeilenrichtung im Bild, das Kettenglied mit der Verzögerungszeit von einer Zeilendauer plus einer Bildpunktabstandsdauer realisiert Autokorrelationen im wesentlichen in einer Richtung, die um etwa 60 Grad gegen die Zeilenrichtung geneigt ist, und das Kettenglied mit der Verzögerungszeit von einer Zeilendauer minus einer Bildpunktabstandsdauer bewirkt Autokorrelationen im wesentlichen in einer Richtung, die um etwa 120 Grad gegen die Zeilenrichtung geneigt ist. Auf diese Weise entsteht am Ausgang der ersten Addierschaltung 6 ein Bildsignal, das in allen in der Bildebene liegenden Richtungen korreliert ist. Eine zweidimensionale Autokorrelationsfunktion im hier verwendeten Sinne ist in »The Bell System Technical Journal«, 1952, S. 751 bis 763. an Hand der Gleichung (2) auf S. 754 definiert.

Ein besonderer Vorteil dieser dreigliedrigen Kettenschaltung besteht darin, daß dann, wenn gleichzeitig die Zeilendauer ein ungeradzahliges Vielfaches einer Bildpunktabsiandsdauer ist, auf das über den Übertragungskanal 4 übertragene Signal in einfacher Weise das punktverschachtelte Bildwiederholverfahren nach einem älteren Vorschlag angewendet werden kann.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer empfangsseitigen Schaltung mit einer dreigliedrigen Kettenschaltung. Die Anordnung enthält ein normiertes rekursives Filter R, eine zweite Addierschaltung 7, ein Verzögerungsglied 8, und ein Bewertungsglied 9.

Der Eingang edes normierten rekursiven Fihers R ist mit dem ersten Eingang der zweiten Addierschaltung 7 verbunden, deren Ausgang sowohl mit dem Ausgang a des normierten rekursiven Filters R als auch über das Verzögerungsglied 8 und das Bewertungsglied 9 mit dem zweiten Eingang der zweiten Addierschaltung 7 verbunden ist.

Die einzelnen verwendeten normierten rekursiven Filter unterscheiden sich in der Verzögerungszeit τ,des Verzögerungsgliedes 8 und dem ßewertungsfaktor des Bewertungsgliedes 9 oder in beiden. Die Verzögerungszeit und der Bewertungsfaktor betragen in einem ersten normierten rekursiven Filter R1 zwei Bildpunktabstandsdauern und 0,75, in einem zweiten normierten rekursiven Filter R 2 eine Zeilendauer minus eine Bildpunktabstandsdauer und 0,5, und in einem dritten normierten rekursiven Filter R3 eine Zeilendauer plus eine Bilpunktabstandsdauer und 0,5.

Zu dem dem Eingang e des normierten rekursiven Filters R 2:ugeführten Signal wird in der zweiten Addierschaitung 7 ein mit dem Faktor λ, bewertetes, um π verzögertes, an der Ausgangsklemme a des normierten rekursiven Filters R anliegendes Signal addiert. Dadurch entsteht eine Filterwirkung, die von der Wahl der Werte x, und r,abhängt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße empfangsseitige Schaltung, die aus der ersten Addierschaltung 6 und dem einpfangsseitigen

Schätzwertbildner 5 zusammengenommen besteht (erster Vierpol). Die Anordnung enthält einen Eingang c', einen Ausgang a', und die Kettenschaltung aus einem ersten Al, zweiten R 2 und dritten R3 normierten rekursiven Filter. Der Eingang e' ist mit dem Eingang el des ersten normierten rekursiven Filters Ri, dessen Ausgang al mit dem Eingang el des zweiten normierten rekursiven Filters R 2. dessen Ausgang a 2 mit dem Eingang e3 des dritten normierten rekursiven Filters R 3 und dessen Ausgang a 3 mit dem Ausgang a' der empfangsseitigen Schaltung (erster Vierpol) verbunden.

In jedem der drei in Kette geschalteten normierten rekursiven Filter Ri bis R 3 erhält das verarbeitete Signal Autokorrelationen in jeweils einer Richtung, die gegen die Zeilenrichtung um Null bzw. 60 bzw. 120 Grad geneigt ist. In der Zusammenschaltung entsprechend F i g. 3 enthält das durch den Ausgang a' tretende Ausgangssignal starke Autokorrelationen im Bereich von 0 Grad bis etwa 120 Grad, wenn das durch den Eingang e' tretende Eingangssignal keine oder nur schwache Autokorreltionen aufweist. Die Bewertungsfaktoren der Bewertungsglieder wurden derart bestimmt, daß die Quantisierungsfehler des Quantisierers 2 im echten Betriebsfall möglichst wenig im wiedergegebenen Bild sichtbar sind.

Bei der praktischen Realisierung des Systems können der empfangsseitige Schätzwertbildner 5 und die erste Addierschaltung 6 zusammengenommen wie die beschriebene Kettenschaltung realisiert werden. In der obengenannten Patentanmeldung ist abgehandelt, wie man andere günstige Realisierungsmöglichkeiten findet. In den folgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein sendeseitiger Schätzwertbildner 3 zu der erfindungsgemäßen empfangsseitigen Schaltung mit dreigliedriger Kettenschaltung gezeigt.

Für die Realisierung der empfangsseitigen Schaltung kann man auch einen empfangsseitigen Schätzwertbildner 5 explizit vorsehen und diesen entsprechend F i g. 1 mit der ersten Addierschaltung 6 zusammenschalten. Es handelt sich dann auf der Empfangsseite um Schaltungen, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl und Bewertungsfaktoren von Bewertungsgliedern in eine Kettenschaltung aus drei normierten rekursiven Filtern übergeführt werden können. Der sendeseitige Schätzwertbildner 3 und der empfangsseitige Schätzwertbildner 5 können dann gleich aufgebaut sein. In den folgenden Ausführungsbeispielen ist dies angenommen. Die Algebra der Blockschaltbilder ist bei Merz »Grundkurs der Regelungstechnik«, 2. Auflage, Verlag Oldenbourg, München 1964, S. B/30 bis B/34. Abs. 4,5. erläutert.

Fig.4 zeigt Schätzwertbildner 3 bzw. 5 mit einer dreigliedrigen Kette, bestehend aus einem ersten Filter Fl, einem zweiten Filter F2 und einem dritten Filter 3.

Das Eingangssignal des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 wird über den Eingang E jeweils dem zweiten Eingang £21, £22, £23 des ersten Fl. des zweiten F2 und des dritten F3 Filters zugeführt. Der Ausgang A 1 des ersten Filters Fl ist mit dem ersten Eingang £12 des zweiten Filters F2 verbunden, dessen Ausgang A 2 mit dem ersten Eingang £13 des dritten Filters F3. dessen Ausgang A 3 mit dem Ausgang A des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 identisch ist. Der erste Eingang £ 11 des ersten Filters F1 ist nicht verwendet. Das Prinzipielle der Filter Fl bis F3 ist in F i g. ·> gezeigt. Die Darstellung enthält im einzelnen eine zweite Addierschaltung 7', eine dritte Addierschahung 10. ein Verzögerungsglied 8' und ein Bewertungsglied 9'. Der Unterschied zwischen den Filtern Fl bis F3 liegt ίο in der Verzögerungszeit r, des Verzögerungsgliedes 8' oder dem Bewertungsfaktor «/des Bewertungsgliedes 9 oder beiden. Die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 8' und der Bewertung:;faktor des Bewertungsgliedes 9' sind im einzelnen in dem ersten Filter F1 zwei Bildpunktabstandsdauern und 0,75, in ilem zweiten Filter F2 eine Zeilendauer minus eine Bildpunktabstandsdauer und 0,5, in dem dritten Filter F3 eine Zeilendauer plus eine Bildpunklabstandsdauer und 0.5.

Der erste Eingang £ln des Filters Fn ist mit dem ersten Eingang der zweiten Addierschaltung 7' verbunden. Der Ausgang der zweiten Addierschaltung 7' ist sowohl mit dem Ausgang An des Filters Fn als auch mit dem zweiten Eingang der dritten Addierschahung lü verbunden, deren erster Eingang mit dem zweiten Eingang E2n des Filters Fn und deren Ausgang mit dem Eingang des Verzögerungsgliedes 8' verbunden ist. Der Ausgang des Verzögerungsgliedes 8' ist mit dem Eingang des Bewertungsgliedes 9' verbunden, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der zweiten Addierschahung T des Filters Fn verbunden ist.

Die Filter Fl bis F3 gehen aus den normierten

rekursiven Filtern Ri bis R 3 durch Hinzufügen eines zusätzlichen Einganges £2n und einer Addierschahung 10 hervor. Verzögerungszeit τ/und Bewertungsfaktor \_:

sind bei/?, und F, gleich.

Zu dem dem ersten Eingang Ein des Filters f-'n zugeführten Signal wird in der zweiten Addierschaltung T eine mit dem Faktor x, bewertete, um die Verzögerungszeit r, verzögerte Summe aus dem an der Ausgangsklemme An des Filters Fn anliegenden Ausgangssignal und dem dem zweiten Eingang £2 des Fn zugeführten Signal gebildet und der Ausgangsklemme Andes Filters Fnzugeführt.

Jedem der Filter Fl bis F3 wird über seine beiden Eingänge £ In und £2/7 arithmetisch zusammengenommen das gleiche Signal zugeführt, wie jedem Eingang der entsprechenden normierten rekursiven Filter R 1 bi; Λ3 in der Anordnung nach Fig. 3, wenn man gleicht Eingangssignale an den Eingangsklemmen £ und e' ir F i g. 4 bzw. F i g. 3 annimmt. Dieses Eingangssignal is im echten Betriebsfall der quantisierte Schätzfehler. Ai den Ausgängen An der Filter Fl bis F3 liegt dam jeweils das gleiche Signal wie an den Ausgängen de entsprechenden normierten rekursiven Filter R 1 bi R 3 in F i g. 3, jedoch abzüglich des an der Eingangs klemme £ anliegenden Eingangssignales, welches ir echten Betriebsfall der quantisierte Schätzfehler ist.

Am Ausgang a' der Schaltung nach F i g. 3 liegt da

wiedergewonnene Signal; entsprechend liegt am Au; gang A' der Schaltung nach F i g. 4 die Differenz ai dem decodierten wiedergewonnen Signal und dei quantisierten Schätzfehler an. Dies ist der Schätzwert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Übertragungssystem für zeilenweise abgetastete Bilder mit Differenz-Pulsmodulation, bei dem nk empfangsseitiger Schätzwertbildner und als erste Addierschaltung, in der jedem übertragenen quantisierten Schätzfehler ein Schätzwert hinzugefügt wird, zusammen ein erster Vierpol vorgesehen ist, der aus einer Kettenschaltung aus drei normierten rekursiven Filtern oder einer empfangsseitigen Schaltung besteht, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl und Bewertungsfaktore.i von Bewertungsgliedern, in eine Kettenschaltung aus drei normier- ten 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 zusammengeschaltet ist, daß der quantisierte Schäizfehler sowohl dem Eingang des dem ersten gleichen Vierpols als auch dem Minus-Eingang der zweiten Subtrahierschaltung zugeführt wird, daß der Ausgang des dem ersten gleichen Vierpols mit dem Plus-Eingang 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 Bewertungsfaktoren von Bewertungsgliedern, in den zweiten Vierpol überge führt werden kann, bei dem ferner normierte rekursive Filter mit einer zweiten Addierschaltung vorgesehen sind, deren einer Eingang mit dem Filtereingang und deren Ausgang zum einen mit dem Filterausgang und zum anderen über eine Reihenschaltung aus einem Verzögerungsglied und einem Bewertungsglied mit deren anderem Eingang verbunden sind, und bei dem schließlich bei in beliebiger Reihenfolge angeordneten normierten rekursiven Filtern die Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder die Dauer einer Zeile plus eines Bildpunktabstands, die Dauer einer Zeile minus eines Bildpunktabstands und die Dauer zweier Bildpunktabstände betragen, nach Patentanmeldung 22 39 673.2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsfaktoren der Bewertungsglieder, die den Verzögerungsgliedern mit den Verzögerungszeiten der Dauer einer Zeile plus eines Bildpunktabstands und der Dauer einer Zeile minus eines Bildpunktabstands zugeordnet sind, 0,5 betragen und daß der Bewertungbfaktor des Bewertungsgliedes, das dem Verzögerungsglied mit der Verzögerungszeit der Dauer zweier Bildpunktabstände zugeordnet ist, 0,75 beträgt.

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   Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem für zeilenweise abgetastete Bilder mit Differer.z-Pulsmodulation, bei dem sendeseitig einem Analogsignal in äquidistanten Zeitabständen Amplitudenproben entnommen werden, bei dem von jeder Amplitudenprobe rlnrrh eine erste Substrahierschaltung ein Schätzwert abgezogen wird, bei dem die den jeweiligen Schätzfehler ergebende Differenz in einem Quantisierer quantisiert wird, bei dem der Schätzwert für jede Ampütudenprobe mit 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 Schätzfehler ein in einem empfangsseitigen Schätzwertbildner aus dem wenigstens einen, zeitlich vorhergegangenen quantisierten Schätzfehler abgeleiteter Schätzwert hinzugefügt wird und bei dem aus den wiedergewonnenen Amplitudenproben das Analogsignal zurückgewonnen wird.

   Bei diesem System ist als empfangsseitiger Schätzwertbildner und als erste Addierschaltung zusammen ein erster Vierpol vorgesehen, der aus einer Kettenschaltung aus drei normierten rekursiven Filtern oder einer empfangsseitigen Schaltung besteht, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl und Bewertungsfaktoren von Bewertungsgliedern, in eine Kettenschaltung aus drei normierten rekursiven Filtern übergeführt werden kann.

   Als sendeseitiger Schätzwertbildner dient ein zweiter Vierpol, der aus einem dem ersten gleichen Vierpol und einer zweiten Subtrahierschaltung derart zusammengeschaltet ist, daß der quantisierte Schätzfehler sowohl dem Eingang des dem ersten gleichen Vierpols als auch dem Minus-Eingang der zweiten Subtrahierschahung zugeführt wird, daß der Ausgang des dem ersten gleichen Vierpols mit dem Plus-Eingang der zweiten Subtrahierschaltung verbunden ist und daß der Ausgang der zweiten Subtrahierschaltung als Ausgang des zweiten Vierpols dient.

   Als sendeseitiger Schätzwertbildner kann auch eine sendeseitige Schaltung vorgesehen sein, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne Veränderung der Anzahl oder Bewertungsfaktoren von Bewertungsgliedern in den zweiten Vierpol übergeführt werden kann.

   Bei dem System sind normierte rekursive Filter mit einer zweiten Addierschaltung vorgesehen, deren einer Eingang mit dem Filtereingang und deren Ausgang zum einen mit dem Filterausgang und zum anderen über eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Verzögerungsglied und einem Bewertungsglied, mit deren anderem Eingang verbunden sind.

   Bei in beliebiger Reihenfolge angeordneten normierten rekursiven Filtern betragen die Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder die Dauer einer Zeile plus eines Bildabstandes, die Dauer einer Zeile minus eines Bildpunktabstandes und die Dauer zweier Bildpunktabstände.

   Ein derartiges Übertragungssystem ist Gegenstand der obigen Patentanmeldung P 22 39 673.2.

   Aufgabe der Erfindung ist es, für ein derartiges Übertragungssystem die Bewertungsfaktoren der Bewertungsglieder in den normierten rekursiven Filtern anzugeben.

   Ausgehend von einem Übertragungssystem der einleitend geschilderten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bewertungsfaktoren der Bewertungsglieder, die den Verzögerungsgliedern mit den Verzögerungszeiten der Dauer einer Zeile plus eines Bildabstands und der Dauer einer Zeile minus eines Bildpunktabstandes zugeordnet sind, 0,5