DE2402513C2 - Method for compressing the message flow of binary-coded video signals - Google Patents

Method for compressing the message flow of binary-coded video signals

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DE2402513C2
DE2402513C2 DE2402513A DE2402513A DE2402513C2 DE 2402513 C2 DE2402513 C2 DE 2402513C2 DE 2402513 A DE2402513 A DE 2402513A DE 2402513 A DE2402513 A DE 2402513A DE 2402513 C2 DE2402513 C2 DE 2402513C2
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    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
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Description

4r>4 r >

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompression des Nachrichtenflusses binärcodierter Videosignale, bei dem sendeseitig die analogen, von einer Bildaufnahmeeinrichtung erzeugten Videosignale abgetastet, quantisiert und binärcodiert als Codewort der Länge η vt übertragen werden und empfangsseitig die Abtastwerte nach der Decodierung der übertragenen Codewärter in einer Bildwiedergabeeinheit in Helligkeitssignale zurückverwandelt werden, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. «The invention relates to a method for compressing the message flow of binary-coded video signals, in which the analog video signals generated by an image recording device are sampled, quantized and binary-coded transmitted as a code word of length η vt on the transmission side and the sampled values after decoding the transmitted code in an image display unit on the receiving side Brightness signals are converted back, according to the preamble of the claim. «

Die Übertragung analoger Videosignale erfordert eine Bandbreite von ca. 5 MHz. Für die Porträt-Bildübertragung beim Bildfernsprechen begnügt man sich mit einer Qualität, die eine Bandbreite von 1 MHz für die analogen Videosignale benötigtThe transmission of analog video signals requires a bandwidth of approx. 5 MHz. For portrait image transfer with video telephony one is content with a quality that a bandwidth of 1 MHz for the analog video signals required

Bei digitaler Nachrichtenübertragung entsteht kaum eine Verschlechterung der Bildqualität, wenn 7 bis 8 Bit pro Abtastwert aufgewendet werden. Dies bedeutet unter Berücksichtigung des Abtasttheorems BitratenIn the case of digital message transmission, there is hardly any deterioration in the image quality if 7 to 8 bits are expended per sample. Taking into account the sampling theorem, this means bit rates

70 Bit/s bei Fernsehqualität und70 bit / s for television quality and

14 Bit/s bei Porträt-Bildfernsprechqualität14 bit / s with portrait video quality

Eine Reduzierung des Nachrichtenflusses bei Bildübertragungen ist also aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert.A reduction in the message flow for image transmissions is therefore for economic reasons desirable.

Um den Nachrichtenfluß zu reduzieren, verwendet man statt einer Übertragung mit Puls-Code-Modulation (PCM-Übertragung) eine Übertragung mittels der Differenz-Puls-Code-Modulation (DPCM). Es genügen dann ca. 3 Bit pro Abtastwert (L Stenger, »Ein Verfahren zur effektiven Intraframe-DPCM-Codierung«, Mitteilung aus dem FTZ der Deutschen Bundespost, Darmstadt [1971]). Solche DPCM-Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß Übertragungsfehler infolge einer Fehlerfortpflanzung zu deutlich sichtbaren Bildstörungen in Gestak heller oder dunkler waagrechter Streifen führen.In order to reduce the flow of messages, pulse-code modulation is used instead of transmission (PCM transmission) a transmission using differential pulse code modulation (DPCM). It is enough then approx. 3 bits per sample (L Stenger, "A method for effective intraframe DPCM coding", Communication from the FTZ of the Deutsche Bundespost, Darmstadt [1971]). Such DPCM procedures however, have the disadvantage that transmission errors due to error propagation are too clearly visible Image disturbances in Gestak lead to lighter or darker horizontal stripes.

Zur Verringerung der Übertragungsfehlereinflüsse werden deshalb bei einigen Vorschlägen DPCM-Codierer benutzt, die beim Sender und Empfänger je einen »Integrator mit Leck« enthalten.In order to reduce the influences of transmission errors, DPCM coders are therefore used in some proposals used, which each contain an "integrator with a leak" at the transmitter and receiver.

Diese Maßnahme verringert zwar den Übertragungsfehlereinfluß, indem die Bildstörungen sich nicht mehr bis zum Zeilenende fortpflanzen, sondern im Verlauf von zehn bis dreißig Bildpunkten abgebaut werden. Jedoch entsteht in der Bildfläche eine mehr oder weniger deutlich sichtbare periodische Streifenstruktur parallel zu den Bildkonturen.This measure reduces the influence of transmission errors in that the image disturbances are no longer reflected continue to the end of the line, but are degraded in the course of ten to thirty pixels. However, a more or less clearly visible periodic stripe structure arises in the image area parallel to the image contours.

Einen völlig redundanzfreien Nachrichtenfluß erhält man nur durch eine Optimalcodierung (BSTJ, J. 27 [1948], S. 379-423 und S. 623-656). Diese Codierung ist aber technisch sehr aufwendig und setzt eine genaue Kenntnis der Quellenstatistik sowie eine stationäre Signalquelle voraus.A completely redundancy-free message flow can only be obtained through optimal coding (BSTJ, J. 27 [1948], pp. 379-423 and pp. 623-656). However, this coding is technically very complex and sets an exact one Knowledge of the source statistics and a stationary signal source.

Die bekannten Codierverfahren sind insbesondere bei der Übertragung von Videosignalen über relativ stark gestörte Übertragungskanäle mit Fehlerraten bis zu 10"3, wie sie beispielsweise in Ortsnetzleitungen auftreten, nahezu unbrauchbar.The known coding methods are almost unusable, particularly when transmitting video signals over relatively severely disturbed transmission channels with error rates of up to 10 -3 , as occur, for example, in local network lines.

Durch die amerikanische Patentschrift 30 71 727 ist ein System zur Bandbreitenreduzierung bekanntgeworden, wobei ein Videosignal viir eint PCM-Übertragung auf zweierlei Weise aufbereitet wird. Dabei wird unterschieden zwischen einem langsamen Modus und einem schnellen Modus. Beim langsamen Modus wird die volle Amplitude der Signalabtastprobe mit hochauflösender linearer Quantisierung und niedrigerer als normaler Abtastfrequenz übertragen. Der schnelle Modus schließt nichtlineare Differenzquantisierung und normale Abtastrate ein. Beim langsamen Modus wird beispielsweise jed<;r zweite Abtastwert in ein 8-Bit-Wort niedergelegt, während beim schnellen Modus die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastproben durch ein 4-Bit-Wort codiert wird. Beide Modi werden durch Kennzeichenbits identifiziert.A system for bandwidth reduction has become known through the American patent specification 30 71 727, whereby a video signal for a PCM transmission is processed in two ways. It will distinguished between a slow mode and a fast mode. In slow mode, the full amplitude of the signal sample with high resolution linear quantization and less than transmitted at normal sampling frequency. The fast mode includes nonlinear differential quantization and normal sampling rate. In the slow mode, for example, every second sample is converted into an 8-bit word while in fast mode the difference between two consecutive samples is encoded by a 4-bit word. Both modes are identified by flag bits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompression des Nachrichtenflusses der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die genannten Nachteile, insbesondere die Fehlerfortpflanzung bei Übertragung von Videosignalen auf relativ stark gestörten Übertragungskanälen, möglichst weitgehend vermieden werden und bei dem trotz hoher Datenstromreduzierung die hohe Bildschärfe des Originalbildes nahezu erhalten bleibtThe invention is based on the object of a method for compressing the message flow of the Specify the type mentioned at the beginning, in which the disadvantages mentioned, in particular the error propagation as far as possible when transmitting video signals on transmission channels with relatively strong interference can be avoided and in which, despite the high data flow reduction, the high image sharpness of the The original image is almost preserved

Die Lösung erfolgt mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln.The solution takes place with the means specified in the claim.

Das erfindungsgemäße PCM-Doppelmode-System hat den Vorteil, daß die Fehlerfortpflanziing sehr gering und auf 2 bis 3 Abtastwerte begrenzt ist Übertragungsfehler wirken sich dadurch für den BetrachterThe PCM double mode system according to the invention has the advantage that the error propagation is very low and transmission errors are limited to 2 to 3 sample values as a result for the viewer

wesentlich weniger störend aus als bei bekannten DPCM-Verfahren. Weiterhin kann durch vergleichsweise einfache Zusatzmaßnahmen eine wirkungsvolle nachträgliche Fehlerkorrektur erzielt werden. Bei ungestörtem Obertragungskanal ist die erreichbare ϊ Bildqualität für Codierungen, die eine Ausgangsdatenrate von vier und mehr Bit pro Bildpunkt haben einer DPCM-Codierung gleicher Bitrate etwa äquivalent, bei relativ stark gestörten Übertragungskanälen mit Fehlerraten bis ru 10-3 ist die Biidqualität wesentlich besser, insignificantly less disruptive than with known DPCM processes. Furthermore, an effective subsequent error correction can be achieved by means of comparatively simple additional measures. With an undisturbed Obertragungskanal the achievable ϊ image quality for codes which have an output data rate of four or more bits per pixel is approximately equivalent to a DPCM coding the same bit rate, at relatively high noise transmission channels with error rates up ru 10- 3, the Biidqualität is much better in

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigtThe invention will now be based on exemplary embodiments explained in more detail It shows

F i g. 1 analoges Videosignal mit Abtastwerten,F i g. 1 analog video signal with samples,

F i g. 2 Codewort detailreicher Bildteile,F i g. 2 code word rich in detail image parts,

F i g. 3 Codewort detailarmer Bildteile, ι sF i g. 3 Code word for low-detail image parts, ι s

F i g. 4 Blockschaltbild eines Codierers und Decodierers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 4 block diagram of an encoder and decoder for carrying out the method according to the invention,

Fig.5 Blockschaltbild eines Codierers mit einer Einrichtung zur analogen Ableitung des Entscheidungskriteriums gemäß der Erfindung.FIG. 5 is a block diagram of an encoder with a device for the analog derivation of the decision criterion according to the invention.

Das Prinzip des Codierverfahrens besteht darin, zur Einsparung von Bits der zu übertragendei; Codeworte einen Austausch zwischen kontrast- und flächenhafter Auflösung im dargestellten Bild vorzunehmen. In detailarmen Bildbereichen wird eine hohe Kontrastauflösung, aber eine herabgesetzte Abtastfrequenz benutzt, in detailreichen Bildteilen dagegen eine hohe Abtastfrequenz und eine verringerte IContrastauflösung.The principle of the coding process is to use the Saving of bits of the data to be transmitted; Codewords an exchange between contrasting and two-dimensional Resolution in the displayed image. In image areas with little detail, a high contrast resolution, however, a reduced sampling frequency is used, whereas a high sampling frequency is used in detailed image parts and decreased contrast resolution.

Das Abtasttheorem schreibt vor, daß die Abtastfre- so quenz mindestens doppelt so hoch wie die höchste im Signal auftretende Frequenz gewählt werden muß. Für 5-MHz-Breitband-FernsehsignaIe ist also eine Abtastrate von 10 MHz erforderlich. Diese hohe Abtastfrequenz muß jedoch nicht in der gesamten Bildfläche diese J5 maximale Rate aufweisen. Es muß lediglich gewährleistet werden, daß die Abtastrate für die jeweilige im Videosignal enthaltene höchste Frequenz ausreichend ist.The sampling theorem dictates that the Abtastfre- at least twice as high as the highest occurring in the signal frequency must be chosen frequency. For 5 MHz broadband television signals, a sampling rate of 10 MHz is required. However, this high sampling frequency does not have to have this J5 maximum rate over the entire image area. It only has to be ensured that the sampling rate is sufficient for the respective highest frequency contained in the video signal.

Die Erfahrung zeigt, daß eine Verringerung der Übertragungsbandbreite auf die Hälfte in detailarmen Bereichen keine wahrnehmbare Bildbeeinträchtigung verursacht. In solchen Bildbereichen genügt zur Vermeidung von Kontureffekten eine Kontrastauflösung von 128 Quantisierungsstufen. a Experience shows that reducing the transmission bandwidth by half does not cause any perceptible impairment of the image in areas with little detail. In such image areas, a contrast resolution of 128 quantization levels is sufficient to avoid contour effects. a

In Bildbereichen mit großem Detailreichturrs und großen Kontrastunterschieden isi dagegen eine Verminderung der Stufenzahl auf sechzehn bzw. acht Quantisierungsstufen zulässig.On the other hand, there is a reduction in image areas with a high level of detail and large differences in contrast the number of stages to sixteen or eight quantization stages are permitted.

In detailreichen Bildteilen muß jedoch die volle Abtastfrequenz benutzt werden.However, the full sampling frequency must be used in detailed image parts.

Dem detailarmen oder detailreichen Bildbereich entsprecnend werden hier zwei PCM-Moden verwendet. Der momentan verwendete Modus des Senders wird dem Empfänger mit dem entsprechenden Codewort mitgeteilt.Two PCM modes are used here, depending on the low-detail or high-detail image area. The currently used mode of the transmitter is sent to the receiver with the corresponding code word communicated.

In Fig. 1 ist ein Analogsignal VS mit vier Abtastwerten a\ bis at in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt Die Abtastwerte a\ bis äs repräsentieren einen detailreichen Bildteil, die Abtastwerte a? bis &t *><> einen detaüarmen Bildteil.1 shows an analog signal VS with four sample values a \ to at as a function of time t . The sample values a \ to äs represent an image part rich in detail, the sample values a? to & t *><> a low-detail part of the image.

Im folgenden wird ein Beispiel für einen Coder beschrieben, der eine Datenrate von 5 Bit je Abtastwert erzeugt Vorschlagsgemäß werden hier zwei 5-Bit-Worte durch ein 10-Bit-Wort ersetzt f>5The following describes an example of a coder that has a data rate of 5 bits per sample According to the proposal, two 5-bit words are replaced by a 10-bit word f> 5

ΙΟ-Bit-Worte gestatten es, 1024 verschiedene Codeworte zu vereinbaren. In diesem Beispiel werden davot, 900 Worte für die übertragung der Abtastwerte aus detailreichen Bildteilen benutzt, die übrigen 124 werden für detailarme Bildbereiche verwendet.ΙΟ-bit words allow 1024 different code words to agree. In this example, 900 words are used to transmit the sample values detailed parts of the picture are used, the remaining 124 are used used for image areas with little detail.

In den detailreichen Bildbereichen wird jeder der beiden Abtastwerte in 30 Pegelstufen quantisiert. Geht man von einem 246stufigen Bezugssignal aus, so entsprechen hier die Pegelstufen 0, 1, 2, 3, ... 30 den Repräsentativwerten 4, 12, 20, 28 bis 244. Jeder Repräsentativwert umfaßt von dem 246stufigen Bezugssignal einen Amplitudenbereich von 8 Stufen. Die Stufenhöhe beträgt somit 3,2% des Aussteuerbereiches.In the detailed image areas, each of the two samples is quantized in 30 level steps. Goes if you start from a 246-step reference signal, the level steps 0, 1, 2, 3, ... 30 correspond to the Representative values 4, 12, 20, 28 to 244. Each representative value of the 246-step reference signal comprises an amplitude range of 8 steps. the The step height is therefore 3.2% of the dynamic range.

In den detailarmen Bildbereichen wird jeweils nur jeder zweite Abtastwert übertragen. Die Stufenzahl beträgt 124, die Stufenhöhe beträgt jeweils zwei Stufen von dem 246stufigen Bezugssignal. Die niedrigste Amplitude beträgt 0, die höchste umfaßt 246 Stufen.In the image areas with little detail, only every second sample is transmitted. The number of stages is 124, the step height is two steps from the 246 step reference signal. The lowest Amplitude is 0, the highest has 246 levels.

Ein besonders einfaches und vorteilhaftes Verfahren besteht darin, den 10-Bit-Übertragungs-Code entsprechend dem nachstehend beschriebenen Schema zu bilden:A particularly simple and advantageous method is to use the 10-bit transmission code accordingly to form the following scheme:

In Fig. 2 ist ein Übertragungscodewort CW\ für detailreiche Bildteile schemaiisch gezeigt. Die Stellen äcr Wertigkeiten 21 bis 27 v/erden d:;rt vereinfacht mit b bis h bezeichnet. Die Pegelstufen 0 bis 29 werden als 5-Bit-Codeworte dargestellt. Die Codeworte 11110 und 11111 bleiben hierbei unbenutzt Beide 5-Bit-Codeworte werden anschließend gemäß Tabelle 1 zu einem 10-Bit-Übertragungscodewort zusammengesetzt. Das erste 5-Bit-Wort belegt die Plätze 1 bis 5 nach fallender Stellenwertigkeit, das zweite 5-Bit-Wort belegt die Plätze 6 bis 10, ebenfalls nach Fallen der Stellenwertigkeit. Die Tabelle 1 zeigt diese Zuordnung.In Fig. 2, a transmission code word CW \ for detailed image parts is shown schematically. The digits acr valencies 2 1 to 2 7 v / earth d:; rt are simply referred to as b to h . The level levels 0 to 29 are represented as 5-bit code words. The code words 11110 and 11111 remain unused in this case. Both 5-bit code words are then combined according to Table 1 to form a 10-bit transmission code word. The first 5-bit word occupies places 1 to 5 in order of decreasing significance, the second 5-bit word occupies places 6 to 10, also in order of significance fall. Table 1 shows this assignment.

TabelleTabel

Plätze I 2Places I 2

Wert 27 2ft 25 24 23 27 2* 25 24 2! Value 2 7 2 ft 2 5 2 4 2 3 2 7 2 * 2 5 2 4 2 !

5-Bit-Wort A des 5-Bit-Wort B des
Abtastwertes a] Abtastwertes ai
5-bit word A of the 5-bit word B of the
Sample a] sample ai

Der Empfänger ergänzt in diesem Fall die nicht übertragenen Ziffern derart, daß in den Stellen 22,2' und 2° die Ziffern 1.0 bzw. 0 stehen.In this case, the recipient completes the digits not transmitted in such a way that the digits 1.0 and 0 are in the digits 2, 2 , 2 'and 2 °.

In F i g. 3 sind die Übertragungscodeworte CWi und CW3 für detailarme Bildbereiche schematisch gezeigt.In Fig. 3, the transmission code words CWi and CW 3 for low-detail image areas are shown schematically.

Die Pegelstufen 0, 2, 4, 6 ... bis 126 werden durch das 10-Bit-Übertragungscodewort CW2 gemäß Tabelle 2 darstellt (7-Bit-Wort Cz. B. des Abtastwertes a4).The level steps 0, 2, 4, 6 ... 126 to be in accordance with the 10-bit transmission codeword CW 2 Table 2 represents (7-bit word Cz. Of the sample B. a 4).

Tabelle 2Table 2

PlätzePlaces

3 456789 103 456789 10

Wert 1 1 1 I 22 2' I"1 2* 2J 21 Value 1 1 1 I 2 2 2 'I " 1 2 * 2 J 2 1

Die Plätze 1 bis 4 sind fest mit 1 belegt, die Plätze 5 bis 10 enthalten die Wertigkeiten 21 bis 2* des Abtastwertes α*. Places 1 to 4 are permanently assigned 1, places 5 to 10 contain the values 2 1 to 2 * of the sample value α *.

Die Pegelstufen 128, 130, 132 ... bis 246 werden durch das 10-Bit Übertragungscodewort ΓΗΊ gemäß Tabelle 3 festgelegt (7-Bit-Wort Dv.. B. des Abtastwertes a4).The level steps 128, 130, 132 ... to 246 are determined by the 10-bit transmission code word ΓΗΊ according to Table 3 (7-bit word Dv .. B. of the sample a 4 ).

Tabelle 3Table 3

Pliit/cPliit / c

I 2 .1 \ 5 6 7 8 ') KlI 2 .1 \ 5 6 7 8 ') Cl

Wert 2" T 24 2' 2: Value 2 " T 2 4 2 '2 :

I 21 I 2 1

Das Muster 1111 an den Plätzen 6 bis 9 bedeutet, daß die Steile 2' den Wert 1 hat.The pattern 1111 in positions 6 to 9 means that the steep 2 'has the value 1.

Die Zuordnungsvorschriften des Ausführungsbeispiels sind dann stets eindeutig, wenn gewährleistet ist, daß das Eingangs-S-Bit-PCM-Codewort nur 246 Stufen aufweist. Die Bitfolge 1111 an den Plätzen I bis 4 oder 6 prüfen, ob das Signal eine vorgegebene positive oder negative Schwelle überschreitet. Der ermittelte Zustand ist jeweils für zwei Abtastwerte gültig. Deshalb wird das folgende I-Bit-Register 8. das die Information der Entscheidung beinhaltet, nur mit der halben Abtastfrequenz fi = 0,5 · f\ getaktet.The assignment rules of the exemplary embodiment are always unambiguous if it is guaranteed that the input S-bit PCM code word has only 246 levels. The bit sequence 1111 at positions I to 4 or 6 check whether the signal exceeds a specified positive or negative threshold. The determined state is valid for two sampled values. For this reason, the following I-bit register 8, which contains the information about the decision, is only clocked at half the sampling frequency fi = 0.5 · f \.

Der Codewandler 9, dem das unverzögerte Signal des Abtastwertes a\ am Eingang zugeführt wird, bildet Codewörter der Ges'alt CW, (Fig. 3a) und CW, (Fig. 3b). Er codiert jeden zweiten Abtastwert und bildet die für diesen Zweck vorgesehenen Ausgangscodeworte. Dem behandelten Alisführungsbeispiel entsprechend wird jeweils eines von 120 Codeworten gebildet, von denen jedes einer der 120 Amplitudenstufen der Stufenhöhe 2/256 entspricht.The code converter 9, to which the undelayed signal of the sample a \ is fed at the input, forms code words of the type CW, (FIG. 3a) and CW, (FIG. 3b). It codes every second sample and forms the output code words intended for this purpose. In accordance with the discussed example, one of 120 code words is formed, each of which corresponds to one of the 120 amplitude levels of the level 2/256.

Einem Codewandler 10 werden die unverzögerten Signale des Abtastwertes u\ und die einfach verzögerten Signale der Abtastwert a? zugeführt. Dieser Codewandler tO codiert jeden Abtastwert. Die beiden 8-Bit-Ab-The undelayed signals of the sample u \ and the simply delayed signals of the sample a? fed. This code converter t0 encodes each sample. The two 8-bit output

10-Bit-Wort dem detailarmen Bildbereich angehört. Fehlt die 1111-Gruppe. so kennzeichnet dies, daß das übertragene lOBit-Codewort zwei Abtastwerte aus dem detailreichen Bildteil enthält.10-bit word belongs to the image area with little detail. The 1111 group is missing. so this indicates that the transmitted lOBit code word contains two samples from the detailed image part.

In detailarnien Bildteilen wird nur jeder zweite Abtastwert gesendet. Die ausgelassenen Abtastwertc werden jedoch empfangsseitig aus den Abtastwerten der Nachbarbildpunkte interpoliert und an den Plätzen der fehlenden Abtastwerte wieder eingefügt.In detailed parts of the picture only every second one is Sample sent. The omitted sample values, however, are derived from the sample values at the receiving end the neighboring pixels are interpolated and reinserted at the locations of the missing samples.

Der Codierer kann grundsätzlich in vielen Versionen realisiert werden. Im folgenden sollen zwei Anordnungen zu den genannten Beispielen beschrieben werden, von denen die erste von 8-Bit-PCM-Signalen, die zweite von Analog-Signalen ausgeht.The encoder can basically be implemented in many versions. The following are two arrangements to the examples mentioned are described, of which the first of 8-bit PCM signals, the second is based on analog signals.

F i g. 4 zeigt in der oberen Hälfte einen Codierer für 8-Bit-PCM-Signale und in der unteren Hälfte einen Decodierer zur Wiedergewinnung sendeseitig codierter PCM-Signale.F i g. 4 shows an encoder for 8-bit PCM signals in the upper half and one in the lower half Decoder for the recovery of PCM signals coded at the transmission end.

Das 8-Bit-PCM-Videosignal wird zunächst von einem 8-Bit-Schieberegister 1 zwischengespeichert. Der nachfolgende Begrenzer 2 reduziert den Aussteuerbereich in diesem Beispiel von 256 auf 246 Quantisierungsstufen. Das bedeutet, daß von den insgesamt 256 Graustufen eines Fernsehbildes die letzten 10 hellen Graustufen unterdrückt werden. Selbstverständlich kann auch das analoge Videosignal so bemessen werden, daß nach der Analog/Digital-Wandlung lediglich maximal 246 Quantisierungsstufen auftreten können, wodurch der nachgeschaltete Begrenzer entfallen kann.The 8-bit PCM video signal is initially taken from a 8-bit shift register 1 buffered. The following limiter 2 reduces the dynamic range in in this example from 256 to 246 quantization levels. This means that of the total of 256 gray levels in a television picture, the last 10 light gray levels be suppressed. Of course, the analog video signal can also be dimensioned so that after the Analog / digital conversion can only occur a maximum of 246 quantization levels, whereby the downstream Limiter can be omitted.

Die nun folgenden Schieberegister 3 und 4 verzögern das begrenzte 8-Bit-SignaI um je ein Abtastintervall der Dauer IIU, wobei 1 die übliche Abtastfrequenz ist.The shift registers 3 and 4 that now follow delay the limited 8-bit signal by a sampling interval of duration I IU, 1 being the usual sampling frequency.

Anschließend wird das unverzögerte Signal des Abtastwertes und das doppelt verzögerte Signal des Abtastwertes af im Interpolator 5 addiert und mit dem Faktor 0.5 multipliziert. Dieses Vorgehen entspricht einer Mittelwertbildung zwischen den Abtastwerien a. und 3s. Dieser so gebildete Mittelwert wird nun vom einfach verzögerten Signal a? in einem Addierer 6. dessen einer Eingang invertiert ist. subtrahiert. Das Differenzsignal wird als Maß für den Detailreichtum benutzt.Then the undelayed signal of the sample a · and the doubly delayed signal of the sample a f are added in the interpolator 5 and multiplied by a factor of 0.5. This procedure corresponds to a mean value formation between the samples a. and 3s. This mean value formed in this way is now derived from the simply delayed signal a? in an adder 6. one input of which is inverted. subtracted. The difference signal is used as a measure of the richness of detail.

Ist das Differer.zsignal klein, so wird die feine Quantisierung mit 120 Stufen gewählt, im andern Fall die 30stufige Codierung.If the differential signal is small, the fine one becomes Quantization with 120 levels selected, otherwise the 30-level coding.

Die Entscheidung über den zu wählenden Arbeitsmodus wird in der Schweiiwertstufe 7 gefäiit. Sie besieht beispielsweise aus zwei Komperatoren. die jeweils quantisiert, wobei jede Stufenhöhe 8/256 beträgt. Die binären Werte dieser Abtastwerte werden zu einem Codeworl der Gestalt CW\ (Fig. 2) zusammengesetzt.The decision about the working mode to be selected is made in welding level 7. For example, it consists of two comparators. each quantized, each step height being 8/256. The binary values of these samples are combined to form a code word of the form CW \ (FIG. 2).

Der Aufwand für den Codewandler 10. der die beiden binärcodierten Abtastwertc a\ und a> zu einem Codewort zusammenfaßt, ist sehr gering, da es sich bei dieser Zusammensetzung um eine einfache Bitstellenverschiebung handelt.The effort for the code converter 10, which combines the two binary-coded samples c a \ and a> to form a code word, is very low, since this combination involves a simple bit position shift.

Ein τ jm I-Bit-Register 8 gesteuerter Umschalter Il wählt je nach Arbeitsmodus die Ausgänge der vorgesehenen Codewandler 9 und 10 an. Die an den Ausgang des Codierers gelieferten Codeworte werden mit der Abtastfrequenz h = 0,5 ■ f\ gesendet.A switch II controlled τ jm I-bit register 8 selects the outputs of the provided code converters 9 and 10 depending on the operating mode. The code words delivered to the output of the encoder are sent with the sampling frequency h = 0.5 · f \ .

Der in Fig.4, untere Hälfte, gezeigte Decodierer übernimmt die übertragenen Codeworte in ein Speicherregister, beispielsweise einem Schieberegister 20 und führt sie dem Codewandler 21 zu. Dieser wandelt die Codeworte ihrer Bedeutung entsprechend in 8-Bit-PCM-Codeworte um. Die Codeworte sind durch das vorhandene oder fehlende 1111-Bitmuster stets eindeutig decodierbar. Außerdem steuert der Codewandler 21 auch den Modenauswahlschalter22 an.The decoder shown in FIG. 4, lower half accepts the transmitted code words in a storage register, for example a shift register 20 and feeds them to the code converter 21. This converts the code words according to their meaning into 8-bit PCM codewords. The code words are always due to the presence or absence of the 1111 bit pattern uniquely decodable. In addition, the code converter 21 also controls the mode selection switch 22.

Für den Interpolationsmodus zur Verarbeitung der feinquantisierten Abtastwerte, beispielsweise a*. werden die Schalterstellung q. für die Verarbeitung der grobquantisierten Abtastwerte die Stellung ρ des Modenauswahlschalters 22 eingestellt.For the interpolation mode for processing the finely quantized sample values, for example a *. switch position q. the position ρ of the mode selection switch 22 is set for processing the coarse quantized samples.

Der Codewandler 21 hat drei Ausgänge, nämlich r. s und ι. Am Ausgang r sind die ersten 5 Bits eines Codewortes abnehmbar, am Ausgang s die restlichen 5 Bits eines Codewortes. Durch den Umschalter 23 lassen sich die Ausgänge r und s des Codewandlers 1." mit einem ersten Kontakt ρ des Modenauswahlschalters 23 verbinden.The code converter 21 has three outputs, namely r. s and ι. The first 5 bits of a code word can be removed from output r, the remaining 5 bits of a code word from output s. The outputs r and s of the code converter 1 ″ can be connected to a first contact ρ of the mode selection switch 23 by means of the switch 23.

Der Ausgang t des Codewandlers 21 gibt die Codewörter zum einen an einen ersten Eingang eines Interpolators 24, zum anderen an den einen Umschaltkontakt u eines Umschalters 25. Der andere Umschaltkontakt ν des Umschalters 25 ist mit dem Ausgang des Interpolators 24 verbunden, der ein um den Faktor 1/2 vermindertes Summensignal seiner Eingangssignale liefert. Der zweite Eingang des Interpolators wird von einem Schieberegister 26 gespeist, dessen Inhalt vom gemeinsamen Umschaltkontakt des Modenauswahlschalters 22 abgenommen wird. Dieser Umschaltkontakt des Schalters 22 ist außerdem mit einem Schieberegister 27 verbunden, dessen ö-Bit-PCM-Codeworte an seinem Ausgang den 8-Bit-PCM-CodewortenThe output t of the code converter 21 is the code words on the one hand to a first input of an interpolator 24, on the other hand to a changeover contact u of a changeover switch 25. The other changeover contact ν of the changeover switch 25 is connected to the output of the interpolator 24, which is a Provides a factor of 1/2 reduced sum signal of its input signals. The second input of the interpolator is fed by a shift register 26, the content of which is taken from the common changeover contact of the mode selection switch 22. This changeover contact of the switch 22 is also connected to a shift register 27, the δ-bit PCM code words of which are the 8-bit PCM code words at its output

am Eingang des Codierers entsprechen und die zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise über einen Digital/Analog-Wandler, in Videosignale zur anschließenden Bildwiedergabe zurückverwandelt werden können. at the input of the encoder and correspond to further processing, for example via a Digital / analog converter that can be converted back into video signals for subsequent image reproduction.

Die Umschalter 23 und 25 werden beide im Takte der Abtastfrequenz fj = /i/2 umgeschaltet. Ebenso wird das Schieberegister 26 mit dem Takt /j getaktet, jedoch das Schieberegister 27 mit dem ursprünglichen Abtasttakt f\. Diese Taktimpulse werden sendeseitig und empfangsseitig durch hier zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nicht gezeichnete Steuereinheiten erzeugt, deren Arbeitsweise nicht Gegenstand der Erfindung ist und daher nicht näher beschrieben werden, zumal es sich hier um übliche, in der Codier- und Decodiertechnik übliche Steuereinrichtungen handelt. Daher wird sich hier lediglich auf die Steuerfunktion der Steuereinheit beschränkt.The changeover switches 23 and 25 are both switched at the rate of the sampling frequency fj = / i / 2. The shift register 26 is also clocked with the clock / j, but the shift register 27 with the original sampling clock f \. These clock pulses are generated on the transmit side and on the receive side by control units, not shown here to improve clarity, the mode of operation of which is not the subject of the invention and is therefore not described in more detail, especially since these are conventional control devices used in coding and decoding technology. Therefore, it is limited here only to the control function of the control unit.

Der Interpolator 24 errechnet jeweils die ausgelassenen, dem feinquantisierten Abtastwert vorausgegangenen Abtastwerte durch Mittelwertbildung der Nachbarabtastwerte, also beispielsweise a\ in F i g. 1 aus ai und a<.The interpolator 24 calculates the omitted sample values preceding the finely quantized sample value by averaging the neighboring sample values, for example a \ in FIG. 1 from ai and a <.

Das Ausgangssignal des Modenauswahlschalters 22 wird in dem 8-Bit-Schieberegister 27 zwischengespeichert, um die Umschaltstörungen der Schalter 22,23 und 25 zu eliminieren. Er dient also, wie die Schieberegister 1 und 20 lediglich der Signalverbesserungen.The output signal of the mode selection switch 22 is temporarily stored in the 8-bit shift register 27, in order to eliminate the switching interference of switches 22, 23 and 25. It is used like the shift register 1 and 20 of the signal enhancements only.

F i g. 5 zeigt eine analoge Version der sendeseitigen Signalinterpolation. Bei dieser Version wird die Entscheidung über den zu wählenden Arbeitsmodus vom analogen Videosignal abgeleitet. Zu diesem Zweck wird das Signal zunächst mit zwei Laufzeitgliedern 30 und 31 um je ein Abtastintervall der Dauer \/f, verzögert.F i g. 5 shows an analog version of the signal interpolation on the transmit side. In this version, the decision about the working mode to be selected is derived from the analog video signal. For this purpose, the signal is first delayed with two delay elements 30 and 31, each by a sampling interval of duration \ / f.

Der Eingang des Laufzeitgliedes 30 und der Ausgang des Laufzeitgliedes 31 sind jeweils mit einem der beiden Eingänge eines interpolators 32 verbunden, der das halbe Summensignal dem ersten Eingang eines Differenzverstärkers 33 zuführt Der Ausgang des Laufzeitgliedes 30 ist mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden.The input of the delay element 30 and the output of the delay element 31 are each connected to one of the two Inputs of an interpolator 32 connected, which half the sum signal to the first input of a differential amplifier The output of the delay element 30 is connected to the other input of the differential amplifier tied together.

Das Differenzsignal gelangt zu einer symmetrischenThe difference signal arrives at a symmetrical one

Schwellenschaltung 34, die nur bei Überschreiten einer vorgegebenen positiven oder negativen Schwelle ein Signal der einen Art, das beispielsweise einer 1Threshold circuit 34, which only when a predetermined positive or negative threshold is exceeded Signal of one kind, for example a 1

"> entspricht, an ein nachfolgendes I -Bit-Register 8 abgibt."> corresponds to a subsequent I -bit register 8.

Der am Ausgang des Laufzeitgliedes 31 geschalteteThe switched at the output of the delay element 31

Analog/Digital-Wandler 35 speist die bereits aus F i g. 3 bekannten Codewandler 9 und 10, deren Funktion, ebenso wie die des I-Bit-Registers 8 und desAnalog / digital converter 35 feeds the already shown in FIG. 3 known code converters 9 and 10, their function, as well as that of the I-bit register 8 and des

ι« Schieberegisters 11 die gleichen wie in F i g. 4 sind.The shift register 11 is the same as in FIG. 4 are.

Da die Funktion des Codierers in F i g. 5 demjenigen der in F i g. 4 gezeigten entspricht, erübrigt sich hier eine weitere Funktionsbeschreibung der F i g. 5.
Um zu vermeiden, daß hochfrequente Bildstrukturen
Since the function of the encoder in FIG. 5 that of the one shown in FIG. 4, a further functional description of FIG. 4 is superfluous here. 5.
To avoid high-frequency image structures

i> geringer Amplitude unter Umständen bei der Codierung verlorengehen, wenn die Differenz zwischen dem interpolierten Wert und dem exakten Wert kleiner als der Modus-Umschalt-Schwellwert ist, wird eine Preemphasis dem Codierer vorgeschaltet und dem Empfängeri> low amplitude under certain circumstances during coding will be lost if the difference between the interpolated value and the exact value is less than is the mode switching threshold, a pre-emphasis becomes upstream of the encoder and the receiver

>n eine diese Preemphasis kompensierende Deemphasis nachgeschaltet.> n a deemphasis that compensates for this pre-emphasis downstream.

Es ist zweckmäßig, die Preemphasis so zu wählen, daß die Spektralanteile der Videosignale in der Nähe der oberen Grenzfrequenz um 6 bis 9 dB angehobenIt is advisable to select the pre-emphasis so that the spectral components of the video signals in the vicinity of the upper limit frequency are increased by 6 to 9 dB

2Ί werden. Besonders günstig ist es, als Preemphasis phasenlineare Schaltungen zu verwenden, damit bei steilen Sprüngen im Videosignal ein symmetrisches2Ί become. It is particularly cheap as a pre-emphasis to use phase-linear circuits, so that a symmetrical one in the event of steep jumps in the video signal

Überschwingen erzielt wird.Overshoot is achieved.

Zur Verbesserung der Bildschärfe werden in Fernseh-To improve the sharpness of the picture,

jn kameras häufig »Apertur-Entzerrer« verwendet Sie stellen bereits die gewünschte Preemphasis dar. Sie sind auch unter dem Namen »Cosinus«-Entzerrer bekannt. Für das erfindungsgemäße Verfahren muß also nur die Einstellung des Kamera-Apertur-Entzerrers so verän-She often uses "aperture equalizers" in cameras already represent the desired pre-emphasis. They are also known as "cosine" equalizers. For the method according to the invention, only the setting of the camera aperture equalizer has to be changed in this way.

3") dert werden, daß die beschriebene Anhebung der hochfrequenten Signalanteile in der gewünschten Weise erfolgt.3 ") change that the described increase in the high-frequency signal components takes place in the desired manner.

Die empfängerseitige Deemphasis kann mit sehr geringem Aufwand, beispielsweise durch ein Tiefpaß-Filter mit zusätzlichen Deemphasis-Eigenschaften, realisiert werden.The receiver-side de-emphasis can be done with very little effort, for example by means of a low-pass filter with additional de-emphasis properties.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Kompression des Nachrichtenflusses binärcodierter Videosignale, bei dem sendeseitig die analogen, von einer Bildaufnahmeeinrichtung > erzeugten Videosignale abgetastet, quantisiert und binärcodiert als Codeworte der Länge η übertragen werden und empfangsseitig die Abtastwerte nach der Decodierung der übertragenen Codewörter in einer Bildwiedergabeeinheit in Helligkeitssignale in zurückverwandelt werden, wobei sendeseitig durch Vergleich benachbarter Abtastwerte der Detailreichtum des zu übertragenden Bildteiles bestimmt und hieraus ein Kriterium abgeleitet wird, wobei nach Maßgabe des Kriteriums für detailreiche ι. Bildteile eine erste Abtastfrequenz benutzt und eine grobe Quantisierung angewendet wird und für detailarme Bildteile eine zweite Abtastfrequenz benutzt und eine feine Quantisierung angewendet wird, so daß in einem Codewort der Länge η nur jeweils ein Abtastwert und ein vom Kriterium abgeleitetes Kennzeichen übertragen werden kann und wobei empfangsseitig der feinquantisierte Abtastwert mit der zweiten Abtastfrequenz zurückverwandelt wird und fehlende, zwischen zwei r> übertragenen feinquantisierten Abtastwerten liegende Werte durch Interpolation benachbarter übertragener feinquantisierter Abtastwerte abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig vor dem Vergleich benachbarter Abtast- «ι werte die Amplituden im Bereich der hohen Videofrequjnzen angehoben und empfangsseitig nach der Decodierung zi!r Kompensation der sendeseitigen Frequenzanhebung abgesenkt werden und daß sendeseitig die grobe Quantisierung linear r> so erfolgt, daß mindestens zwei benachbarte Abtastwerte in einem einzigen Codewort der Länge η übertragbar sind und daß empfangsseitig bei fehlendem Kennzeichen die beiden grob quantisierten Abtastwerte mit der ersten Abtastfrequenz zurückverwandelt werden.Method for compressing the message flow of binary-coded video signals, in which on the transmitting side the analog video signals generated by an image recording device are sampled, quantized and transmitted in binary coded form as code words of length η and, on the receiving side, the sampled values are converted back into brightness signals in a picture display unit after decoding the transmitted code words , whereby the richness of detail of the image part to be transmitted is determined on the transmission side by comparing neighboring sampled values and a criterion is derived therefrom, whereby according to the criterion for detailed ι. Image parts a first sampling frequency is used and a coarse quantization is used and a second sampling frequency is used for low-detail image parts and a fine quantization is applied, so that only one sample and one characteristic derived from the criterion can be transmitted in a code word of length η and with the receiving end the finely quantized sample is converted back with the second sampling frequency and missing values lying between two transmitted finely quantized samples are derived by interpolation of neighboring transmitted finely quantized samples, characterized in that on the transmitting side before the comparison of neighboring samples, the amplitudes in the range of the high Videofrequjnzen raised and on the receiving side after decoding zi! r compensation of the frequency increase on the transmitter side and that the rough quantization is linear r> on the transmitter side in such a way that at least two adjacent sample values can be transmitted in a single code word of length η and that on the receiver side, if the identifier is missing, the two roughly quantized sample values are converted back with the first sample frequency .
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