DE2416728C2

DE2416728C2 - Verfahren zur Übertragung von zweiwertigen Bildsignalen

Info

Publication number: DE2416728C2
Application number: DE19742416728
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Prof.Dr.-Ing. 3320 Salzgitter Musmann; Dieter Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Preuß
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1974-04-05
Filing date: 1974-04-05
Publication date: 1984-02-16
Also published as: DE2416728A1

Description

— daß ein zweites Unterraster die von dem ersten Unterraster nicht erfaßten Bildpunkte des Hauptrasters enthält,

— daß sowohl sende- als auch empfangsseitig von einer Entscheidungslogik (EL) geprüft wird, ob die Bildpunkte des zweiten Unterrasters relativ sicher aus den Bildpunkten des ersten Unterrasters rekonstruiert werden können,

— daß sendeseitig als relativ sicher rekonstruierbar erkannte Bildpunkte des zweiten Unterrasters nicht übertragen werden, Bildsignale von nicht sicher rekonstruierbar erkannten Bildpunkte des zweiten Unterrasters gespeichert und in der Zeilenlücke zwischen dem letzten Bildpunkt einer Zeile und dem ersten Bildpunkt der darauffolgenden Zeile übertragen werden,

— daß empfangsseitig die übertragenen Bildsignale der Bildpunkte des ersten Unterrasters in einem ersten seriellen Speicher mit Parallelabgriffen (SR 3) und Bildsignale der in den Zeilenlücken übertragenen Bildpunkte des zweiten Unterrasters in einem zweiten seriellen Speicher (PR) getrennt gespeichert werden,

— daß die relativ sicher rekonstruierbaren Bildpunkte des zweiten Unterrasters von einer Rekonstruktionslogik (RL) unter Verarbeitung der Bildsignale des ersten Speichers ermittelt werden,

— daß die Bildsignale nicht sicher rekonstruierbarer Bildpunkte des zweiten Unterrasters dem zweiten Speicher entnommen werden,

— und daß die Ausgabe der Bildpunkte von der Entscheidungslogik (EL) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur jeder zweite Bildpunkt nach Art eines Schachbrettmusters übertragen wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von zweiwertigen Bildsignalen, die durch zeilensequennelle Abtastung einer Vorlage in einem vorgegebenen Hauptraster gewonnen werden, bei dem durch periodisches Weglassen von Bildpunkten des Hauptrasters ein erstes Unterraster gebildet wird, bei dem Bildsignale für das erste Unterraster zeilensequentiell übertragen werden, bei dein die aus dem Hauptraster weggelassenen Bildpunkte empfangsseitig aus den übertragenen Bildsienalen rekonstruiert werden.

Bekannt sind verschiedene Verfahren der Lauflängen-Codierung (runlength coding), bei der abwechselnd die Länge schwarzer und weißer Zeilenabschnitte mit je einem Codewort codiert übertragen werden. Dabei entsteht tin zeitlich unregelmäßiger Datenfluß am Ausgang des Codierers, der seine Ursache darin hat, daß je nach dem Bildinhalt wenige oder viele schwarze Abschnitte in einer Zeile enthalten sein können. Dementsprechend werden in der codierten Form einmal wenige ίο und einmal viele Codeworte zur Darstellung einer Zeile benötigt Die Schwankungen des Datenflusses bereiten Schwierigkeiten, wenn das codierte Signal auf einer digitalen Obertragungsstrecke mit einer konstanten Bitrate übermittelt werden soll.

Dieses Problem ist bisher durch die Zwischenschaltung von Pufferspeichern am Eingang und Ausgang der Übertragungsstrecke oder durch die Steuerung von Abtast- und Aufzeichnungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Informationsmenge des codierten Signals gelöst worden. Beide Lösungsmöglichkeiten sind jedoch technich verhältnismäßig aufwendig.

Aus der Zeitschrift IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES, Nr. 6, Nov. 1970, S. 811-814 ist ein Verfahren zur effektiven Übertragung von Bildsignalen bekannt, bei dem z. B. jeder zweite Abtastwert nicht übertragen wird und auf der Empfangsseite die fehlenden Bildpunkte mit Hilfe einer kombinatorischen Geometrie rekonstruiert werden.

Aus der DE-OS 22 24 066 ist ein auf dem obengenannten Verfahren aufbauendes Verfahren bekannt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß nur die den Rasterpunkten eines unter Weglassung jeder zweiten Rasterzeile und -spalte des Hauptrasters gebildeten Unterrasters zugeordneten elektrischen Binärsignals übertragen werden, deren Binärzustand sich — abgesehen von der ersten Rasterzeile und -spalte des Unterrasters — jeweils nach dem Binärzustand wenigstens eines vorher entstandenen und dem Hauptraster zugeordneten elektrischen Binärsignals bestimmt, und daß die übertragenen elektrischen Binärsignale empfangsseitig verzögert und sowohl an den ihnen zugeordneten Rasterpunkten, als auch jeweils unmittelbar links, schräg links oben und oberhalb von diesen Rasterpunkten im Hauptraster in jeweils gleiche optische Binärssignale umgesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem mehr Übertragungszeit, Speicherkapazität oder Übertragungsbandbreite eingespart werden kann ohne die Bildqualität zu verschlechtern als es bisher möglich war. Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.

Das Übertragungssystem kann wahlweise zur Einsparung von Übertragungszeit, Speicherkapazität oder Übertragungsbandbreite eingesetzt werden. Es erzeugt eine konstante Ausgangsbitrate und ist deshalb besonders zum Anschluß an herkömmliche Faksimileübertragungsgeräte mit konstanter Abtast- und Aufzeichnungsgeschwindigkeit geeignet.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Übertragungsmuster für den Reduktionsfaktor 2,

F i g. 2 verschiedene Rekonstruktionsmuster für die Abtastung nach Fig. 1,

F i g. 3 Blockschaltbild eines Codierers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 Blockschaltbild eines Decodierers zur Durch-

fuhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 5 Beispiel eines Abtast- und Rekonstruktionsmusters für den Reduktionsfaktor 3,

F i g. 6 Blockschaltbild einer Rekonstruktionslogik,

F i g. 7 Blockschaltbild einer Entscheidungslogik. :

In F i g. 1 ist das Abtastmuster für einen Reduktionsfaktor von zwei dargestellt Hierzu wird auf der Sendeseite nur jeder zweite Bildpunkt einer Zeile nach Art, eines Schachbrettmusters übertragen. In Fig.2 sind verschiedene Rekonstruktionsmuster für die Abtastung gemäß F i g. 1 dargestellt Zur empfangsseitigen Rekoil· struktion der ausgelassenen Bildpunkte wird hier die statistische Abhängigkeit zwischen dem ausgelassenen Punkt P_x und den übertragenen benachbarten Bildpunkten P]... Pn benutzt, die in den bedingten Wahrscheinlichkeiten p(P_xl'Pi ...Pn) zum Ausdruck kommt Abhängig von den Nachbarpunkten Pi... Pn wird auf der Empfangsseite für den unbekannten Bildpunkt P_x immer der wahrscheinlichste Wert eingesetzt

Auf diese Weise werden die meisten ausgelassenen Bildpunkte richtig rekonstruiert Der Prozentsatz der falsch rekonstruierten Bildpunkte ist um so kleiner, je mehr Nachbarpunkte Pi... Pn zur Bestimmung von P_x herangezogen werden und je besser die Statistik, nach der die Rekonstruktion arbeitet an die Bildvorlage angepaßt ist. Je nach den vorwiegend zu übertragenden Bildvorlagen (Wetterkarten, Schreibmaschinenschrift usw.) wird dem Rekonstruktionsalgorithmus zweckmäßigerweise die aus typischen Bildvorlagen ermittelte Statistik zugrunde gelegt.

In Fig.2 sind Rekonstruktionsmuster für N^-A, N=8 und N= 12 als Beispie! angegeben.

Wenn die bedingte Wahrscheinlichkeitp(PJP\ ...Pn) dicht bei den Werten 0 oder 1 liegt, wird der Punkt P_x mit großer Sicherheit richtig rekonstruiert. Hat diese Wahrscheinlichkeit jedoch einen Wert in der Nähe von 0,5, so ist die Rekonstruktion von P_x unsicher.

Die Zahl der Rekonstruktionsfehler wird wesentlich verringert, wenn man in der Zeilenlücke erfindungsgemäß zusätzlich die Punkte P_x sendet, deren Rekonstruktion unsicher ist. Um zu entscheiden, welche P_x in der Zeilenlücke zusätzlich zu übertragen sind, muß der Sender ähnlich wie der Empfänger die Nachbarpunkte Pi... Pn prüfen. Nur beim Auftreten vorher vereinbarter kritischer Kombinationen Pi... Pn wird ein zusätzliches Bit in der Zeilenlücke übertragen.

Wenn der Empfänger auf eine der kritischen Kombinationen Pi... Pv trifft, rekonstruiert er de;i Bildpunkt P_x nicht aufgrund der bedingten Wahrscheinlichkeit p(P_xIP\... Pn), sondern entnimmt den richtigen Wert für P_x der zuletzt übertragenen Zeilenlücke.

Die Bits in der Zeilenlücke werden dabei vom Empfänger in der gleichen Reihenfolge wieder ausgelesen, wie sie vom Sender in der Zeilenlücke übertragen wurden.

Die Wirkungsweise des Verfahrens wird im folgenden an den Blockschaltbildern von Codierer und Decodierer erläutert. Dabei wird als Beispiel eines der Rekonstruktionsmuster nach F i g. 2 angenommen.

In Fig.3 ist das Blockschaltbild eines Codierers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Eingangsssignal x_e ist ein mit einem Bit je Bildpunkt quantisiertes und zeilenweise abgetastetes Faksimilesignal, z. B. weiß = 0 und schwarz= 1. Es wird dem Schieberegister SR 1 zugeführt, das soviel Stufen haben muß, daß es alle Bildpunkte zwischen P_x bis P_n aufnehmen kann. Es hat zusätzliche Ausgänge an denjenigen Stufen, in denen sich die für den zu rekonstruierenden Wert P_x erforderlichen Bildpunkte befinden. Das sind in diesem Beispiel die mit Pn und Pn-\ bezeichneten Ausgänge. Diese Ausgänge führen zu einer Entscheidungslogik EL

Der Ausgang des Schieberegisters SR 1 ist mit einem ersten Umschalter 51 verbunden, der drei Ausgänge 1, 2 und 3 aufweist

Der erste Ausgang des Umschalters 51 leitet die Bildpunkte zu einem zweiten Schieberegister SR 2, das ίο jeden zweiten Bildpunkt zwischen Pi und P,_i aufnehmen kann. In den Stufen, in denen sich die für den zu rekonstruierenden Bildpunkt P_x erforderlichen Bildpunkte Pi, P₂ bis Pt_] befinden, sind Abgriffe vorgesehen, die ebenfalls mit der Entscheidungslogik EL verbundensind.

Der Ausgang des zweiten Schieberegisters SR 2 führt zu einem ersten Eingang eines zweiten Umschalters 52, dessen Ausgang die Ausgangssignale x_a entnommen werden.

Während der zweite Ausgang des ersten Umschalters 51 nicht angeschlossen ist führt der dritte Ausgang dieses Umschalters zu einem Pufferregister PR.

An einer der letzten Stufen des Pufferregisters wird in bekannter Weise ein Überlaufsignal UeL abgenommen und ebenfalls der Entscheidungslogik EL zugeführt.

Der Ausgang des Pufferspeichers leitet die dort gespeicherten Bildpunkte an den zweiten Eingang des zweiten Umschalters 52.

Der Ausgang der Entscheidungslogik EL liefert ein Steuersignal sT zum Schalten des ersten Umschalters 51.

Das Schieberegister SR I enthält alle Bildpunkte zwischen P_x und Pn- Das Schieberegister SR 2 enthält jeden zweiten Bildpunkt zwischen Pi und P,_i-Während der Zeilenabtastung befindet sich der erste Umschalter 51 bei jedem zweiten Bildpunkt in Stellung 1. Dadurch wird jeder zweite Bildpunkt in das Schieberegister SR 2 geschrieben und später übertragen. Bei jedem zwischenliegenden Bildpunkt befindet sich der Schalter 51 in Stelldung 2 oder 3, je nachdem, ob der Bildpunkt P_x durch die Entscheidungslogik EL als »sicher rekonstruierbar« erkannt wurde oder nicht. Ist P_x sicher rekonstruierbar, so wird dieser Bildpunkt durch die Stellung des Umschalters in Stellung 3 ausgelassen und nicht übertragen.

Ist der Bildpunkt P_x nicht sicher rekonstruierbar, so wird dieser Bildpunkt durch die Stellung des Umschalters 51 in die Stellung 3 in das Pufferregister PR geschrieben. Er kann dadurch zusätzlich in der Zeilenlücke gesendet werden.

Das Überlaufsignal UeL erscheint, wenn das Pufferregister PR gefüllt ist und sperrt dann mittels der Entscheidungslogik das Einschreiben weiterer Bildpunkte in das Pufferregister.

Während der Zeilenabtastung befindet sich der Umschalter 52 ständig in Stellung 1, so daß jeder zweite Bildpunkt der Zeile übertragen wird.

Während der Zeilenlücke wird der Schalter 52 in Stellung 2 geschaltet und der Inhalt des Pufferspeichers übertragen.

In Fig.4 ist das Blockschaltbild eines Decodierers zur weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Eingangssignal des Decodierers ist das übertragene Ausgangssignal x„ des Codierers. Es wird einem eingangsseitigen Umschalters 53 mit zwei Stellungen 1 und 2 zugeführt. In der Stellung 1 gelangt das Eingangssignal zu einem Schieberegister SR 3 mit Ausgängen an denjenigen Stufen, in denen die

zur Rekonstruktion des Bildpunktes P_x erforderlichen Bildpunkte P\ bis P_n liegen. Diese Ausgänge sind mit einer empfangsseitigen Rekonstruktionslogik RL und einer empfangsseitigen Entscheidungslogik EL verbunden.

In der zweiten Stellung des Umschalters S3 gi langen die Eingangssignale X₃ in ein empfangsseitiges Pufferregister PR.

Der Ausgang des Pufferregisters ist mit einem zweiten Eingang und der Ausgang der Rekonstruktionslogik mit einem dritten Eingang eines ausgangsseitigen Umschalters S 4, an dessem Ausgang das vollständige Ausgangssignal Xc abgenommen wird, verbunden.

Der erste Eingang des Umschalters 4 ist mit derjenigen Stufe des Schieberegisters SR 3 verbunden, die dem Bildpunkt P_x-\, also dem linken Nachbarbildpunkt von P_x, zugeordnet ist. Der ausgangsseitige Umschalter 54 wird vom Steuersignal ST" der Entscheidungslogik geschaltet. Das Schieberegister SR 3 des Decodierers enthält jeden zweiten Bildpunkt zwischen P\ und P_n, das Pufferregister PR die in der letzten Zeilenlücke zusätzlich übertragenen Punkte P_x. Es hat ebenso viele Stufen wie das Pufferregister PR des Codierers.

Während des Zeilenhinlaufs befindet sich der eingangsseitige Umschalter 53 in der Stellung 1, so daß jeder zweite Originalbildpunkt in das Schieberegister SR 3 eingeschrieben wird.

Der ausgangsseitige Umschalter 54 ist bei jedem zweiten Bildpunkt in Stellung 1, so daß der linke Nachbarpunkt von P_x. also P,_i, an die Ausgangsleitung weitergegeben wird. Zwischen zwei übertragenen Bildpunkten befindet sich der ausgangsseitige Umschalter S 4 in Stellung 3, wenn der Bildpunkt P_x sicher rekonstruierbar war oder in Stellung 2, wenn der Bildpunkt P_x nicht sicher rekonstruierbar war.

Ist P_x sicher rekonstruierbar, so bestimmt die Rekonstruktionslogik RL den Wert von P_x. Ist jedoch P_x nicht sicher rekonstruierbar, so wird sein Wert dem Pufferregister PR entnommen.

Während der Zeilenlücke befindet sich der eingangsseitige Umschalter S3 in Stellung 2, so daß die zusätzlich übertragenen Bildpunkte P_x; die sendeseilig als nicht sicher rekonstruierbar erkannt wurden, in das Pufferregister P/feingeschrieben werden.

Zum besseren Verständnis sind in den Fig. 3 und 4 die unsicher rekonstruierbaren Bildpunkte als P, ₂ beTabelle 1

zeichnet und in F i g. 4 die sicher rekonstruierten Bildpunkte als P_x |.

Die Steuerung der Umschalter S2 ( Fig.3) und S3 (F i g. 4) erfolgt hier durch ein binäres Signal, das während der Zeilenabtastung z. B. den logischen Wert »1« und während der Zeilenlücke den Wert »0« annimmt.

D'ese Einrichtung wurde zum Schutz der Übersichtlichkeit in die F i g. 3 und 4 nicht mit eingezeichnet.

Das beschriebene Reduktionsverfahren ist nicht an die Übertragung der Bildpunkte gemäß Fig. 1 nach dem Schachbrettmuster und damit an den Reduktionsfaktor 2 gebunden. Mit einem anderen Übertragungsmuster und einem dazu passenden Rekonstruktionsmuster können auch höhere Reduktionsfaktoren erzielt werden.

In F i g. 5 ist beispielsweise für den Reduktionsfaktor 3 ein vorteilhaftes Übertragungs- und Rekonstruktionsmuster dargestellt. In dieser Darstellung sind die Punkte P\... Pb angegeben, mit denen jeweils die normalerweise nicht übertragenen Bildpunkte entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden können.

Die Größe des erzielbaren Reduktionsfaktors ist nicht durch das Verfahren begrenzt, sondern wird ausschließlich durch die Genauigkeitsanforderungen bestimmt, die an die Bildübertragung gestellt werden.

Für den Codierer und den Decodierer müssen gleichartig aufgebaute Entscheidungslogiken EL verwendet werden.

Die Bestimmung der logischen Funktionen in der Entscheidungslogik und der Rekonstruktionslogik aus den bedingten Wahrscheinlichkeiten p(P_xIP\... P_n) sei nun anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 und F i g. 2 unter Verwendung der in F i g. 2 gezeigten vier Bildpunkte P\... Pa erläutert. In Tabelle 1 sind hierzu als Beispiel die bedingten Wahrscheinlichkeiten p(P_x/ P\... P₄) und die logischen Symbole der Ausgangssignale P_x ι und ST; ermittelt an einer Wetterkarte, aufgelistet. Hierbei bedeuten:

P_n = 0 weißer Bildpunkt,
P_n = 1 schwarzer Bildpunkt,
P, ι Ausgangssignal der Rekonstruktionslogik

= rekonstruierter Wert für P_x,

ST Ausgangssignal der Entscheidungslogik, wobei ST=O sichere und ST= 1 unsichere Rekon

struktion bedeutet.

P(P_x = OZP₁.. Pa

P(P_x= \/Px.. P<

0	0	0	0	0,99997	0,00003	0	0
0	0	0	1	0.994	0,006	0	0
0	0	1	0	0,987 S	0,013	0	0
0	0	1	1	0,507	0,493	0	1
0	1	0	0	0,987	0,013	0	0
0	1	0	1	0,509	0,491	0	1
0	1	1	0	0,130	0,870	1	0
0	1	1	1	0,013	0,987	1	0
1	0	0	0	0,995	0,005	0	0
1	0	0	1	0,134	0,866	1	0
1	0	1	0	0,509	0,491	0	1
1	0	1	1	0,029	0,971	1	0
1	1	0	0	0.508	0,492	0	1
1	1	0	1	0,033	0,967	1	0
1	1	1	0	0,013	0,987	1	0
1	1	1	1	0,002	0,998	1	0

Aufgrund der in Tabelle 1 angegebenen Werte von Pi... Pa, und der sich daraus ergebenden Werte P_x ι und Sr ergeben sich die in den F i g. 6 und 7 dargestellten Schaltungen für die Schaltnetze RL und EL In F i g. 6 ist das Blockschaltbild der Rekonstruktionslogik angegeben. Die Bildpunktsignale P\ und Pa werden einer ersten U N D-Schaltung 61 und die Bildpunktsignale Pi und Pi einer zweiten UND-Schaltung 62 zugeführt. Die Ausgänge der beiden UND-Schaltungen sind mit den beiden Eingängen einer ODER-Schaltung 63 verbunden, deren Ausgangssignal das Signal für den rekonstruierten Bildpunkt P_x ι darstellt.

F i g. 7 zeigt das Blockschaltbild der Entscheidungslo-

gik EL. Hier werden die Bildpunktsignale P\ und P₄ einer ersten Antivalenzschaltung 71 und die Bildpunktsignale />2 und Pz einer zweiten Antivalenzschaltung 72 zugeführt. Die Ausgänge der Antivalenzschaltungen sind mit zwei Eingängen einer UND-Schaltung 73 verbunden, deren dritter Eingang negiert ist und dem gegebenenfalls das Überlaufsignal UeL des Pufferregisters zugeführt wird. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 73 ist das gewünschte Steuersignal ST.

Für andere Rekonstruktionsmuster ergeben sich andere Wahrscheinlichkeitstabellen und daraus, in analoger Weise abgeleitet, andere Schaltfunktionen P_x \ und 57:

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung von zweiwertigen Bildsignalen, die durch zeilensequentielie Abtastung einer Vorlage in einem vorgegebenen Hauptraster gewonnen werden,

bei dem durch periodisches Weglassen von Bildpunkten des Hauptrasters ein erstes Unterraster gebildet wird,

bei dem Bildsignale für das erste Unterraster zeilensequentiell übertragen werden,
bei dem die aus dem Hauptraster weggelassenen Bildpunkte empfangsseitig aus den übertragenen Bildsignalen rekonstruiert werden,
dadurchgekenr. zeichnet,