DE2354088C3 - übertragungssystem für Bilder mit Differenz-Pulsmodulation - Google Patents

Description

⁸AIs sendeseitiger Schätzwertbildner dient ein zweiter Vierpc 1 der aus einem dem ersten gleichen Vierpol und ein-r zweiten Subtrahierschaltung derart zusammengeschaltet ist daß der quantisierte Schätzfehler 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.

Als sendeseitiger Schätzwertbildner kann auch eine sendeseitige Schaltung vorgesehen sein, die mit den Mitteln der Algebra der Blockschaltbilder, jedoch ohne

,0 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

4S 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 Verzogerungszeiten der Verzögerungsglieder die Dauer einer Zeile plus eines Bildabstandes, die Dauer einer Zeile minus eines Bildpunktabstandes und die Dauer zweier Bildpunktab-

<j5 stände.

Ein derartiges Übertragungssystem ist Gegenstand dem obigen Patent 22 39 673.

Aufgabe der Erfindung ist es. für ein derartiges

Übertragungssystem die Bewertungsfaktoren der Be-

wcrtiingsglieder in den normierten rekursiven I iltern

anzugeben. Ausgehend von einem Uberiragungssvstem Uc; einleitend geschilderten Art wird diese Aufgabe erfiiultingsgemäß dadurch gelost, daß die Bewertungs faktoren der Bewertung'.glieder. die den Vcrzogemngs gliedern mit den Verzogerungszeiien de- Dauer einer /eile plus eines Bildabstands und der Dauer einer Zeile minus eines Bildpunktabstandes zugeordnet sind. <>.ϊ

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betragen und daß der Bewertungsfaktor des Bewer· üingsgliedes. das dem Verzögerungsglied mit der Verzögerungszeit der Dauer zweier Bildpunktabstände aigeordnet ist, 0.75 beträgt.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild des bekannten Übertragungssysiems. 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.

Die sendeseitig einem Analogsignal in qäuidistanten Zeitabs'inden entnommenen Amplitudenproben werden dem positiven Eingang der Subtrahierschaltung 1 zugeführt, während deren negativem Eingang ein Schätzwert zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Subtrahierschiltung 1 ist der Schätzfehler, welcher dem Quantisierer 2 zugeführt und durch ihn quantisiert wird. Das Ausgangssignal des Quantisierers 2 ist der «juantisierte Schätzfehler, welcher sowohl dem Übertragungskanal 4 als auch dem sendese^;'igen Schätzwertfcildner 3 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Schätzwertbildners 3 ist der Schätzwert, welcher, wie fcereits, erwähnt, dem negativen Eingang der Subtrahier- $chaltung 1 zugeführt wird.

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

Der sendeseitige Schätzwertbildner 3 und der empfangsseitige Schätzwertbildner 5 sind dann optimal dimensioniert, wenn bei Vorhandensein eines den t]uantisierten Schätzfehler darstellenden Signales im Übertragungskanal 4 mit einer konstanten Leistungsdichte im F-equenzbereieh des Originalsignales sich als 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 Autokorrelationsfunktion ergeben soll, wie das im Normalfall 2u erwartende originale Bildsignal eine hat. Diese Bedingung l.ann 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 Schät/fehler grob quantisiert werden. So treten in der Nähe von Konturen betrapsmäßig größere Quantisierungsfehler auf als in detaillosen Flächen Da das menschliche Auge die durch Quantisiergeräusch erzeugten Bildverfälschungen
Konturen weniger gut wahrnehmen kann als
detaillosen Flächen, kann durch Dimensionienmg des Schatzwertbildners entsprechend den genannten Vor Stellungen die räumliche lntensitätsverteilung des

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an in Quantisiergerausches im Bild derart 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 Zeiiensprung handelt.

Das Kettenglied mit der Verzögerungszeit von zwei Büdpunktabstandsdauern 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 Bildpunktabstandsdauer 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 e des normierten rekursiven Filters 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 Bewertungsfaktor des Bewertungsgliedes 9 oder in beiden. Die Verzögerungszeit und der Bewertungsfaktor betragen in einem ersten normierten rekursiven Filter R1 zwei Büdpunktabstandsdauern 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 R 3 eine Zeilendauer plus eine Bilpunktabstandsdauer und 0,5.

Zu dem dem Eingang e des normierten rekursiven Filters R zugeführten Signal wird in der zweiten Addierschaltung 7 ein mu dem Faktor x, bewertetes, um r, verzögertes, an der Ausgangsklemme ;i des normierten rekursiven I liters R anliegendes Signal addiert. Dadurch entsteht eine 1 ilterwirkung, die von der Wahl der Werte y und r,abhängt.

l· i g. 3 zeigt ein Allsführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße empfangsseitige Schaltung, die aus der ersten <\ddierschaltung 6 und dem empfangsseitigen

Schätzwertbildner 5 zusammengenommen besteht (erster Vierpol). Die Anordnung enthält einen Eingang e'. einen Ausgang a', und die Kettenschaltung aus einem ersten Rl₁ zweiten R 2 und dritten R 3 normierten rekursiven Filter. Der Eingang e' ist mit dem Eingang el des ersten normierten rekursiven Filters R 1. dessen Ausgang al mit dem Eingang e2 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 Rl bis R 3 erhält das verarbeitete Signal Autokorrelationen in jeweils einer Richtung, die gegen die Zeilenrichtung um Null bzw. bO bzw. 120 Grad geneigt ist. In der Zusammenschaltung entsprechend Fig 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 jmpfangsseitige 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 Ausfiihrungsbeispielen der Erfindung ist ein sendeseitiger Schätzwertbildner 3 zu der erfindungsgemäßen empfangsseitigen Schaltung mit dreigliedriger Kettenschaltung gezeigt.

\ ür die Realisierung der empfangsseitigen Schaltung kann man auch einen empfangsseitigen Schätzwertbildner 5 esplizit vorsehen und diesen entsprechend F i g. 1 mn 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 Bewertmgsfaktoren 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.

F 1 g 4 zeigt Schätzwertbildner 3 bzw. 5 mit einer dreigliedrigen Kette, bestehend aus einem ersten Filter F !.einem zweiten Filter F2und einem dritten Filter 3.

Das Eingangssignal des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 wird über den Eingang F jeweils dem zweiten Eingang E 21. F 22. if 23 des ersten Fi. des zweiten F2 und des dritten F3 Filters zugeführt Der Ausgang A 1 des ersten Filters Fl ist mit dem ersten Eingang E12 des zweiten Filters Fl verbunden, dessen Ausgang .4 2 mit dem ersten Eingang £13 des dritten Fillers F3, dessen Ausgang A 3 mit dem Ausgang A des Schätzwertbildners 3 bzw. 5 identisch ist. Der erste Eingang £"11 des ersten Filters Fl ist nicht verwendet.

Das Prinzipielle der Filter FI bis F3 ist in Fig. 5 gezeigt. Die Darstellung enthält im einzelnen eine zweite Addierschaltung 7', eine dritte Addierschaltung 10, ein Verzögerungsglied 8' und ein Bewertungsglied 9'.

Der Unterschied zwischen den Filtern Fl bis F3 liegt in der Verzögerungszeit r, des Verzögerungsgliedes 8' oder dem Bewertungsfaktor \,des Bewertungsgliedes 9 oder beiden. Die Verzögerungszeit des Verzögerungs gliedes 8' und der Bewertungsfaktor des Bewertungsgliedes 9' sind im einzelnen in dem ersten Filter F1 zwei Bildpunktabstandsdauern und 0.75. in dem zweiten Filier F2 eine Zeilendauer minus eine Bildpunktabstandsdauer und 0,5. in dem dritten Filter F3 eine Zeilendauer plus eine Bildpunktabstandsdauer und 0.5.

Der erste Eingang Ein 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 Addierschaltung 10 verbunden, deren erster Eingang mit dem zweiicn Eingang E 2n 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 Addierschaltung T des Filters Fn verbunden ist.

Die Filter Fl bis /'3 gehen aus den normierten rekursiven Filtern Rl bis R 3 durch Hinzufügen eines zusätzlichen Einganges E2nund einer Addierschaltung 10 hervor. Verzögerungszeit r, und Bewertungsfaktor \, sind bei R, und F, gleich.

Zu dem dem ersten Eingang Ein des Filters Fn zugeführten Signal wird in der zweiten Addicrschaltung 7' eine mit dem Faktor λ, bewertete, um die Verzögerungszeit r, verzögerte Summe aus dem an der Ausgangsklemme An des Filters Fn anliegenden Ausgangssignal und dem dem zweiten Eingang E 2 des Fn zugeführten Signal gebildet und der Ausgangsklem me .4 π des Filters Fn zugeführt.

ledern der Filter Fl bis F3 wird über seine beiden Eingänge Ein und E2n arithmetisch zusammengenommen das gleiche Signal zugeführt, wie jedem Eingang der entsprechenden normierten rekursiven Filter R 1 bis R3 in der Anordnung nach Fig. 3, wenn man gleiche F-ingangssignale an den Eingangsklemmen E" und c' ir Fig. 4 bzw. Fig. 3 annimmt. Dieses Eingangssignal is im echten Betriebsfall der quantisierte Schälzfehler. Λτ den Ausgängen An der Filter Fl bis F3 liegt dam jeweils das gleiche Signal wie an den Ausgängen de entsprechenden normierten rekursiven Filter R1 bi R3 in Fig. 3. jedoch abzüglich des an der Eingangs klemme F anliegenden Eingangssignales, welches in echten Betnebsfall der quantisierte Schätzfehler ist.

Am Ausgang a' der Schaltung nach Fig. 3 liegt da wiedergewonnene Signal; entsprechend liegt am Aus gang A' der Schaltung nach Fig.4 die Differenz au dem decodierten wiedergewonnen Signal und der quantisierten Schätzfehlcr an. Dies ist der Schätzwert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Übertragungssystem für zeilenweise abgetastete Bilder mit Differenz-Pulsmodulation, bei dem als 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 Bewertungsfaktoren von Bewertungsgliedern, in eine Kettenschaltung aus drei 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 zusammengeschaltet ist, daß der quantisierte Schätzfehler sowohl dem Eingang des dem ersten gleichen Vierpols als auch dem Minus-Eingang der /weilen 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 übergeführt werden kann, bei dem ferner normierte rekursive Filter mit einer zweiten Addierschallung 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 beiragen, nach Patent 22 39 673, 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 Bewertungsfaktor des Bewertungsgliedes, das dem Verzögerungsglied mit der Verzögerungszeit der Dauer zweier Bildpunktabstände zugeordnet ist, 0,75 beträgt.

   Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem für zeilenweise abgetastete Bilder mit Differenz-Pulsmodulation, bei dem sendeseitig einem Analogsignal in äquidistanten Zeitabständen Amplitudenproben entnommen werden, bei dem von jeder Amplitudenprobe durch eine erste Substrahierschaltung ein Schatzwert ■ibeezoeen wird, bei dem die den jeweiligen Schäizfehl-r er«ebende Differenz in einem Quantisierer quantidert wird bei dem der Schätzwert für jede Amplituden-Lobe mit einem sendeseitigen Schätzwertbildner aus , dem wenigstens einen, zeitlich vorhergegangenen cuantisierten Schätzfehier abgeleitet wird, be, dem die auantisierten Schätzfehler vorzugsweise mittel·. Pulscodemodulation über einen Ubertragungskanal übertragen werden, bei dem empiangsseitig in einer ersten ,o Addierschaltung jedem Schätzfehler ein in einem empfangsseitigen Schätzwertbildner aus dem wenigstens einen zeitlich vorhergegangenen quantisierten Schätzfehler abgeleiteter Schätzwert hinzugefugt wird und bei dem aus den wiedergewonnenen Amplitudenis proben das Analogsignal zurückgewonnen wird

   Bei diesem System ist als empfangsseitiger Schatzwertbildner 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 Beweitungsgliedcrn. in eine Kettenschaltung aus dre. no-mierten rekursiven Filtern übergeführt werden