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Bildübertrazungsanlage
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(Zusatz zu Patentanmeldungen P 25 41 688.0 und P 25 43 057.3) Die
Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungsanlage für in pulscodemodulierter Form
vorliegende bewegte Bilder mit einem ersten Umsetzer zur Umsetzung der pulscodemodulierten
Signale in differenzpulscodemodulierte Signale (DPCM-Coder), mit einem zweiten Umsetzer
zur Umsetzung der differenzpulscodemodulierten Signale konstanter Wortlänge in differenzpulscodemodulierte
Signale variabler Wortlänge (VWL-Coder), mit einem sendeseitigen Pufferspeicher,
mit einem Übertragungskanal, mit einem empfangsseitigen Pufferspeicher, mit einem
dritten Umsetzer zur Umsetzung der differenzpulscodemodulierten Signale variabler
Wortlänge in differenzpulscodemodulierte Signale konstanter Wortlänge (VWL-Decoder)
und mit einem Empfangsfilter, bei der ferner der DPCM-Coder eine erste Subtrahierschaltung,
deren Pluseingang mit dem DPCM-Codereingang und deren Ausgang mit dem Eingang einer
ersten Verzögerungsschaltung verbunden ist, eine zweite Subtrahierschaltung, deren
Pluseingang mit dem Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung und deren Ausgang mit
dem Eingang einer Quantisierschaltung verbunden ist, einen Schätzwertbildner, dessen
Eingang mit dem Ausgang der Quantisierschaltung und dem DPCM-Coderausgang und dessen
Ausgang mit dem Minuseingang der zweiten Subtrahierschaltung verbunden ist, eine
erste Addierschaltung, deren erster EIngang mit dem Ausgang der Quantisierschaltung
und deren zweiter Eingang mit dem Minuseingang
der zweiten Subtrahierschaltung
verbunden ist, eine zweite Addierschaltung deren erster Eingang mit dem Ausgang
der ersten Addierschaltung und derenlAusgang über eine zweite Verzögerungsschaltung
einerseits mit dem Minuseingang der ersten Subtrahierschaltung und andererseits
über eine dritte Verzögerungsschaltung mit dem zweiten Eingang der zweiten Addierschaltung
verbunden ist, wenigstens ein Transversalfilter mit annähernd rotationssymmetrischem
Tiefpaßcharakter, dessen Eingang mit dem Ausgang der ersten Subtrahierschaltung
verbunden ist, und einen ersten Umschalter enthält, dessen erster Eingang mit dem
Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung verbunden ist, und dessen weitere Eingänge
jeweils mit dem Ausgang eines Transversalfilters verbunden sind, und die schließlich
einen sendeseitigen Pufferspeicher mit wenigstens einem Ausgang für ein Pufferspeicher-Füllungsgradsignal
und eine erste Umschaltersteuerung enthält, deren wenigstens einer Eingang mit dem
wenigstens einem Ausgang für Pufferspeicher-Füllungsgradsignale des sendeseitigen
Pufferspeichers und deren erster Ausgang mit dem Steuereingang des Umschalters verbunden
ist.
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Bei einer derartigen Bildübertragungsanlage, wie sie in den Hauptpatentanmeldungen
P 25 41 688.0 und P 25 43 057.3 näher beschrieben ist, kann der Überlauf des sendeseitigen
Pufferspeichers bei heftigen Bewegungen von aufgenommenen Objekten nur mit sichtbaren
Verfälschungen des wiedergegebenen Bildes verhindert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Verfälschungen des wiedergegebenen
Bildes zu mindern.
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Ausgehend von einer Ubertragungsanlage der einleitend geschilderten
Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein sendeseitiger Pufferspeicher
vorgesehen ist, der einen zusätzlichen Ausgang für einen Pufferspeicher-Füllungsgradsignal
aufweist, das einen höheren Füllungsgrad als das
wenigstens eine
andere Pufferspeicher-FUllungsgradsignal signalisiert, daß eine erste Umschaltersteuerung
mit einem zweiten Ausgang vorgesehen ist, daß ein zweiter Umschalter für eine horizontale
Unterabtastung vorgesehen ist, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Quantisierers,
dessen zweiter Eingang mit einer Quelle für einen Amplitudenwert Null, dessen Ausgang
mit dem ersten Eingang der ersten Addierschaltung bzw. mit dem Eingang des VWL-Coders
und dessen Steuereingang mit dem Ausgang einer zweiten Umschaltersteuerung verbunden
ist, deren Eingang wiederum mit dem zweiten Ausgang der sendeseitigen ersten Umschaltersteuerung
verbunden ist, daß ein Schätzwertbildner vorgesehen ist, der nur am ersten Eingang
des zweiten Umschalters anliegenden Werte verarbeitet und einen mit dem zweiten
Ausgang der ersten Umschaltersteuerung verbundenen Steuereingang aufweist, daß eine
Interpolationseinrichtung vorgesehen ist, die einen ersten mit dem zweiten Ausgang
der sendeseitigen Umschaltersteuerung verbundenen ersten Steuereingang und einen
mit dem Ausgang eines mit seinem Eingang an den Ausgang der ersten Addierschaltung
angeschlossenen Nulldetektors verbunden zweiten Steuereingang aufweist, daß eine
Kompressionseinrichtung vorgesehen ist, die zwischen dem Ausgang des VWL-Coders
und dem Eingang des sendeseitigen Pufferspeichers angeordnet ist und einen mit dem
zweiten Ausgang der sendeseitigen Umschaltersteuerung verbundenen Steuereingang
aufweist, daß ein empfangsseitiger Pufferspeicher vorgesehen ist, der einen zusätzlichen
Ausgang für ein Pufferspeicher-Füllungsgradsignal aufweist, daß dem Pufferspeicher-Füllungsgradsignal
am zusätzlichen Ausgang des sendeseitigen Pufferspeichers um einen durch die Signallaufzeit
zwischen dem Eingang des sendeseitigen Pufferspeichers und dem Ausgang des empfangsseitigen
Pufferspeichers gegebenen Wert nachfolgt, daß eine Dekompressionseinrichtung mit
einem Steuereingang vorgesehen ist, die zwischen dem Ausgang des VWL-Decoders und
dem Eingang eines Empfangsfilters mit einem Steuereingang vorgesehen ist, und daß
eine dritte Umschaltersteuerung vorgesehen ist, deren Eingang mit dem zusätzlichen
Ausgang des empfangs-
seitigen Pufferspeichers und deren Ausgang
mit den Steuereingängen der Dekompressionseinrichtung und des Empfangsfilters verbunden
sind.
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In dieser Ubertragungsanlage wird im Falle eines drohenden Pufferspeicherüberlaufs
ein Zusatzmodus vorgesehen. Dieser besteht aus einer horizontalen Unterabtastung
1:2, bei der in geänderten Bildbereichen nur jeder zweite Abtastwert verarbeitet,
bzw. übertragen wird, urid einer linearen Interpolation der nicht übertragenen,
aber geänderten Bildpunktamplituden aus ihren jeweils benachbarten Bildpunktamplituden,und
wird erst in Verbindung mit der Tiefpaßfilterung stärkster Wirkung eingeschaltet,
so daß nur sehr geringe subjektiv wahrnehmbare Verfälschungen eintreten. Bei Unterabtastung
wird der Bitfluß des DPCM-Codierers annähernd halbiert. Die in den Hauptpatentanmeldungen
beschriebenen Maßnahmen zur Verhinderung des Pufferspeicheruberlaufs bei kritischen
Fällen bewirken bereits sichtbare Bildverfälschungen. Durch die Unterabtastung und
Interplation werden diese Maßnahmen erst bei extrem kritischen Situationen erforderlich,
so daß auch bei den erstgenannten kritischen Fällen im allgemeinen gute Bildqualität
gewährleistet ist.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn als VWL-Codierer ein kombinierter Cluster-
und Huffmancodierer vorgesehen ist, dessen Steuerausgang bei Weglassung des Nulldetektors
mit dem zweiten Steuereingang der Interpolationseinrichtung verbunden ist.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn ein der Signalisierung des Unterabtastmodus
dienender Kennzeichengenerator vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem zweiten Ausgang
der sendeseitigen Umschaltesteuerung und dessen Ausgang mit dem Steuereingang einer
Kennzeicheneinfügungseinrichtung verbunden ist, die zwischen dem Ausgang der Kompressionseinrichtung
und dem Eingang des sendeseitigen Pufferspeichers angeordnet ist, und daß eine Kennzeichenerkennungseinrichtung
vorgesehen ist, die zwischen dem Ausgang des empfangsseitigen Pufferspeichers und
dem Eingang
des VWL-Decoders angeordnet ist, und deren Steuerausgang
anstelle des zusätzlichen Ausgangs des empfangsseitigen Pufferspeichers mit dem
Eingang der empfangsseitigen Umschaltersteuerung verbunden ist.
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Ein vorteilhafter Schätzwertbildner ist dadurch gekennzeichnet, daß
eine dritte Addierschaltung, deren erster Eingang mit dem Eingang des Schätzwertbildners
und deren Ausgang mit dem ersten Eingang einer vierten Addierschaltung verbunden
sind, ein dritter Umschalter, dessen erster Eingang mit dem Ausgang der dritten
Addierschaltung, dessen zweiter Eingang mit einer zweiten Quelle für einen Amplitudenwert
Null und dessen Steuereingang mit dem Steuerausgang einer vierten Umschaltesteuerung
verbunden sind, ein vierter Umschalter, dessen erster Eingang mit dem Ausgang der
vierten Addierschaltung, dessen zweiter Eingang mit der zweiten Quelle und dessen
Steuereingang mit dem Steuerausgang der vierten Umschaltersteuerung verbunden sind,
eine Reihenschaltung aus einer vierten Verzögerungsschaltung der Verzögerungszeit
zweier Abtastintervalle und einer ersten Bewertungsschaltung, deren Eingang mit
dem Ausgang des dritten Umschalters und deren Ausgang mit dem zweiten Eingang der
dritten Addierschaltung und dem ersten Eingang einer fünften Addierschaltung verbunden
sind, und eine Reihenschaltung aus einer fünften Verzögerungsschaltung der Verzögerungszeit
einer Zeilendauer und einer zweiten Bewertungsschaltung vorgesehen sind, deren Eingang
mit dem Ausgang des vierten Umschalters und deren Ausgang mit dem zweiten Eingang
der vierten und fünften Addierstufe verbunden sind, deren Ausgang den Ausgang des
Schätzwertbildners bildet.
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Eine vorteilhafte Variante des Schätzwertbildners ist dadurch gekennzeichnet,
daß eine sechste Verzögerungsschaltung einer Verzögerungszeit seines Abtastintervalls
vorgesehen ist, deren Eingang mit dem Ausgang der dritten Addierschaltung verbunden
ist, daß ein fünfter Umschalter vorgesehen ist, dessen erster Eingang mit dem Ausgang
der vierten Verzögerungsschaltung,
dessen zweiter Eingang mit dem
Ausgang der sechsten Verzögerungsschaltung, dessen Ausgang mit dem Eingang der ersten
Bewertungsschaltung und dessen Steuereingang mit dem Ausgang einer fünften Umschaltersteuerung
verbunden sind, deren Eingang wiederum mit dem ersten Ausgang der ersten Umschaltersteuerung
verbunden ist.
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Eine vorteilhafte Interpolationseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß eine sechste Addierschaltung, deren erster Eingang über eine dritte Bewertungsschaltung
und deren zweiter Eingang über eine vierte Bewertungsschaltung und eine sechste
und siebente Verzögerungsschaltung der Verzögerungszeit eines Abtastintervalls mit
dem Eingang der Interpolationseinrichtung und deren Ausgang mit dem ersten Eingang
eines fünften Umschalters verbunden sind, dessen zweiter Eingang mit dem Verbindungspunkt
der sechsten und siebenten Verzögerungsschaltung verbunden sind, ein UND-Gatter,
dessen Ausgang mit dem Steuereingang des fünften Umschalters, dessen erster Eingang
über eine achte Verzögerungsschaltung der Verzögerungszeit eines Abtastintervalls
mit dem ersten Steuereingang der Interpolationseinrichtung verbunden sind, und ein
ODER-Gatter vorgesehen sind, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters
und dessen erster Eingang unmittelbar und dessen zweiter Eingang über eine achte
Verzögerungsschaltung der Verzögerungszeit zweier Abtastintervalle mit dem zweiten
Steuereingang der Interpolationseinrichtung verbunden sind.
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Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Ubertragungsanlage nach der Hauptanmeldung P 25
41 688.0, Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ubertragungsanlage, Fig. 3 zeigt einen
steuerbaren Schätzwertbildner, Fig. 4 zeigt ein Bildpunkt-Unterabtastraster, Fig.
5 zeigt eine Interpolationseinrichtung und
Fig. 6 zeigt ein Verarbeitungsschema
dieser Interpolationseinrichtung.
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Die Übertragungsanlage nach Fig. 1 enthält einen Eingang 1, einen
DPCM-Coder 2, einen VWL-Coder 3, einen sendeseitigen Pufferspeicher 4, einen Übertragungskanal
5, einen empfangsseitigen Pufferspeicher 6, einen VWL-Decoder 7, ein Empfangsfilter
8 und einen Ausgang 9.
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Der DPCM-Coder 2 enthält eine Subtrahierschaltung 10, eine Verzögerungsschaltung
11, zwei Transversalfilter 12 und 12 mit annähernd rotationssymmetrischem Tiefpaßcharakter,
einen Umschalter 13, eine Subtrahierschaltung 14, eine Quantisierschaltung 15, einen
Schätzwertbildner 16 mit einer Addierschaltung'23 und mit einer Verzögerungsschaltung
22, Addierschaltungen 17 und 18 sowie Verzögerungsschaltungen 19 und 20.
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Der sendeseitige Pufferspeicher 4 erhält einen Ausgang a, der bei
einem gewissen Pufferspeicher-Füllungsgrad ein Signal abgibt. Ein weiterer Ausgang
b deute' an, daß der sendeseitige Pufferspeicher 4 weitere Ausgänge aufweisen kann,
die bei der Verwendung weiterer Transversalfilter 12' weitere Pufferspeicher-Füllungsgrade
signalisieren können.
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Schließlich ist noch eine Umschaltersteuerung 21 vorgesehen, die den
Umschalter 13 in Abhängigkeit vom Pufferspeicher-Füllungsgrad des sendeseitigen
Pufferspeichers 4 steuert.
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Zur Erklärung der Funktionsweise werden die Verzögerungsglieder 11
und 20 durch Kurzschlüsse ersetzt, da diese lediglich zur Anpassung an die Laufzeit
der Transversalfilter 12, 12' dienen, welche zwischen dem Ausgang der Subtrahierschaltung
10 und dem Eingang der Subtrahierschaltung 14 in Abhängigkeit von gewissen noch
zu erläuternden Steuerkriterien eingefügt werden sollen. Voraussetzung für diese
Vereinfachungen ist dann, daß für das Verzögerungsglied 19 eine Verzögerungszeit
von einer
Bilddauer und für die eingefügten Transversalfilter 12,
12' eine - physikalisch zwar nicht mögliche - Laufzeit von Null angenommen werden.
Diese Transversalfilter 12, 12' sollen nämlich eine möglichst rotationssymmetrische
Impulsantwort aufweisen, also auch zukünftige Bildpunkte zur Bildung der Impulsantwort
heranziehen.
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Die am Eingang 1 anliegenden Abtastproben der Bildamplituden in Form
von PCM-Codewörtern werden durch die jeweils um genau eine Bilddauer zurückliegenden
vorausgeschätzt. Der daraus resultierende Schätzfehler erster Art wird durch die
Subtrahierschaltung 10 gebildet, und zwar als Differenz zwischen den codierten Amplituden
des aktuellen Bildes und den am Ausgang des Verzögerungsglieds 19 anstehenden des
vorangegangenen Bildes.
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Dieser Schätzfehler, auch Bild-Bild-Diferenz genannt, bildet das Eingangssignal
eines Intraframecodierers (Innerbildcodierers), bestehend aus der Subtrahierschaltung
14, der Quantisierschaltung 15 und dem Schätzwertbildner 16 mit dem Eingang 25 und
dem Ausgang 26. Der über den Umschalter 13, I geleitete erste Schätzfehler wird
nun seinerseits vorausgeschätzt, und zwar mit den am Ausgang 26 des Schätzwertbildners
16 anstehenden Schätzwerten. Der sich daraus ergebende Schätzfehler zweiter Art
-als Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 14 - wird einer im allgemeinen nicht
gleichförmigen Quantisierung in der Quantisierschaltung 15 unterworfen. Dieser quantisierte
Schätzfehler 25 wird einerseits zum Empfänger übertragen und andererseits als Eingangsgröße
für den Schätzwertbildner 16 herangezogen.
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Ferner wird aus diesem und dem Ausgangssignal 26 des Schätzwertbildners
16 mit Hilfe der Addierschaltung 17 der Schätzfehler erster Art zurückgewonnen,
allerdings gestört durch ein durch den Quantisierungsvorgang hervorgerufenes Quantisierungsgeräusch.
(Dieses Signal 27 steht je nach Schätzwertbildner unter Umständen auch direkt in
diesem zur Verfügung, so daß die Addierschaltung 17 entfällt). Die am Ausgang der
Verzögerungsschaltung 19 anliegenden und zur Schätzung der aktuellen Bildamplituden
dienenden Bildamplituden des vorangegangenen Bildes
werden nun
mit dem bis auf die Quantisierungsfehler rekonstruierten Schätzfehler erster Art
korrigiert derart, daß am Ausgang der Addierschaltung 18 die aktuellen Bildamplituden
ebenfalls bis auf die Quantisierungsfehler wiedergewonnen werden und zur Schätzung
derjenigen des folgenden Bildes verwendet werden können. Durch Vergrößerung der
Signallaufzeit durch den DPCM-Coder um die Laufzeiten der Transversalfilter kann
das zwecks besserer Beschreibung vereinfachte Schaltbild mit Hilfe elementarer Umformungen
wieder in das in Fig. 1 gezeigte umgeformt werden.
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Wie erwähnt, bildet der quantisierte Schätzfehler zweiter Art das
Ausgangssignal des DPCM-Coders 2. Da die Häufigkeit des Auftretens der Codewörter,
welche die zu übertragenen quantisierten Schätzfehler repräsentieren, im großen
Maße von dem jeweiligen Codewort abhängt, ist es gegenüber einer Übertragung mit
konstanter Codewortlänge möglich, den zu übertragenen Bitfluß durch eine Codierung
mit variabler Wortlänge zu reduzieren.
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Dies besorgt der VWL-Coder 3, der jedoch einen nicht kontinuierlichen
Bitfluß erzeugt, so daß der Pufferspeicher 4 zur Glättung, das heißt zur Umwandlung
des nicht kontinuierlichen in einen kontinuierlichen, zur Übertragung über einen
Kanal 5 geeigneten Bitfluß eingesetzt werden muß.
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Der empfangsseitige Pufferspeicher und VWL-Decoder liefern auf der
Empfangs seite bei ungestörter Übertragung ein dem Signal 25 identisches, nur durch
die Übertragungszeit verzögertes Signal für das Empfangsfilter 8.
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Das Schaltbild des Empfangsfilters kann aus der reziproken Übertragungsfunktion
des Sendefilters, das heißt des linearisierten Ersatzschaltbildes des DPCM-Coders
2 bei der Schalterstellung 13 I ermittelt werden, z.B. mit Hilfe der Algebra der
Blockschaltbilder.
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Die Größe des zu übertragenden Bitflusses hängt davon ab,
in
welchem Maße Quantisierungsrauschen bei bewegten und unbewegten Bildern zugelassen
werden kann, und in welchem Maße die Bildszene sich ändert. Außerdem müssen noch
hier nicht gezeigte Maßnahmen vorgesehen sein, welche für den Fall des drohenden
Pufferspeicherüberlaufs den Bitfluß des DPCM-Coders reduzieren, was mit zusätzlichen
Verfälschungen des zu übertragenen Bildsignals verbunden ist. Dieser Fall ist grundsätzlich
nicht zu vermeiden, da jede Codierung mit variabler Codewortlänge nur an eine mittlere
Signalstatistik angepaßt werden kann und da, sobald die tatsächlich vorliegende
gegenüber dieser in ungünstiger Weise während einer längeren Dauer abweicht, jeder
Pufferspeicher wegen seiner begrenzten Kapazität überläuft.
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Diese Maßnahmen zielen nun darauf ab, für diesen Fall des einsetzenden
Überlaufs den Bitfluß des DPCM-Coders 2 in einer Weise zu reduzieren, die subjektiv
vom menschlichen Auge nicht oder nur geringfügig als Störung auf der Empfangsseite
wahrgenommen wird. Da Verfälschungen im ruhenden Bildhintergrund sehr viel leichter
als in bewegten Bildteilen bemerkt werden, dürfen diese Maßnahmen im wesentlichen
nur in letzteren eine Reduzierung des momentanen Bitflusses bewirken. Diese Reduzierung
wird erreicht durch eine günstige Beeinflussung der momentanen Signalstatistik in
Richtung auf die mittlere Signalstatistik, die der VWL-Codierung zugrundegelegt
wurde, und zwar durch eine geeignete, sich auf die Helligkeitsverteilungen in der
Bildebene beziehende (räumliche) Filterung der Bild-Bild-Differenz.
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Die räumliche Filterung hat eine Tiefpaßcharakteristik, welche bewirkt,
daß die räumliche Korrelation in den bewegten Bildteilen erhöht wird, der Quantisierer
somit schwächer ausgesteuert wird und die großen Schätzfehler, die aufgrund der
mittleren Signalstatistik auch mit längeren Codewörtern übertragen werden, weniger
häufig gesendet werden müsse.
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Die räumliche Filterung wird durch das Transversalfilter 12 mit annähernd
rotationssymmetrischer Impulsantwort bewirkt.
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Dieses wird eingeschaltet, wenn der sendeseitige Pufferspei-
cher
4 über seinem Ausgang a ein Pufferspeicher-FUllungsgradsignal abgibt und die Umschaltersteuerung
21 den Umschalter 13 auf den Eingang II steuert.
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Bei einer anderen Variante sind am Pufferspeicher 4 zwei Ausgänge
a und b für Pufferspeicher-Füllungsgradsignale angegeben, die nicht nur signalisieren,
wenn eine Schwelle erreicht ist sondern auch anzeigen von welcher Seite. Das Transversalfilter
12 wird dann eingeschaltet, wenn die Schwelle höheren Füllungsgrades erreicht ist,
und wird dann abgeschaltet, wenn die Schwelle niedrigeren Füllungsgrades erreicht
ist.
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Um die mit der Einschaltung der Transversalfilter verbundenen Verfälschungen
möglichst wenig wahrnehmbar zu machen, ist es vorteilhaft, das "Maß" der Tiefpaßfilterung
in Abhängigkeit vom Pufferspeicher-Füllungsgrad zu steuern, derart, daß mit zunehmendem
Pufferstand das "Maß" der Tiefpaßfilterung zunimmt. Dies kann durch entsprechende
Umschaltung des Umschalters 13 auf weitere Transversalfilter 12' erreicht werden.
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Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Übertragungsanlage
nach Fig. 1. Deren DPCM-Coder 2' unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 durch einen
zweiten Umschalter 28, eine Quelle 29 für einen Amplitudenwert 0, eine zweite Umschaltersteuerung
30, einen steuerbaren Schätzwertbildner 16', eine Interpolationseinrichtung 31,
einen Nulldetektor 32 und eine abgeänderte erste Umschaltersteuerung 21'. Weiter
ist eine Kompressionseinrichtung 33 und eine Dekompressionseinrichtung 34 vorgesehen.
Ein sendeseitiger Pufferspeicher 4' enthält einen zusätzlichen Ausgang c für ein
Pufferspeicher-Füllungsgradsignal, das einen höheren Füllungsgrad als das wenigstens
eine andere Pufferspeicher-Füllungsgradsignal signalisiert. Ein empfangsseitiger
Pufferspeicher 6' weist einen zusätzlichen Ausgang c' für ein Pufferspeicher-Füllungsgradsignal
auf, das dem Purferspeicher-FUllungsgradsignal am zusätzlichen Ausgang c des sendeseitigen
Pufferspeichers 4' um einen durch die Signal-
laufzeit zwischen
dem Eingang des sendeseitigen Pufferspeichers 4' und dem Ausgang des empfangsseitigen
Pufferspeichers 6' gegebenen Wert nachfolgt. Schließlich ist noch eine empfangsseitige
Umschaltersteuerung 35 vorgesehen.
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Bei einer zweiten Variante ist eine KennzeicheneinfUgungseinrichtung
37, ihre Steuereinrichtung 36 und eine Kennzeichenerkennungseinrichtung 38 vorgesehen.
Ein der Erklärung dienender Schalter 40 vermag vom Betrieb einer Variante auf den
Betrieb der anderen Variante umzuschalten.
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Bei einer dritten Variante dient das Clustersignal des kombinierten
Cluster- und Huffman-Codierers (VWL-Codierer 3') als Steuerausgang, der bei Weglassung
des Nulldetektors 32 durch Umschaltung eines der Erklärung dienenden Schalters 39
mit dem zweiten Steuereingang der Interpolationseinrichtung 30 verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Weiterbildung der Codiersysteme nach den Hauptanmeldungen
besteht darin, daß ein Unterabtastmodus vorgesehen ist, bei dem nur jedes zweite
vom DPCM-Coder 2' abgegebene Codewort übertragen wird. Dieser Modus besteht aus
einer horizontalen Unterabtastung im Verhältnis 1:2 und einer linearen Interpolation
der nicht übertragenen, aber geänderten Bildpunktamplituden aus den beiden in der
gleichen Zeile unmittelbar benachbarten Bildpunktamplituden.
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Wenn trotz der stärksten räumlichen Tiefpaßfilterung der Bild zu Bild
Differenz, deren Einschaltung am Ausgang b des sendeseitigen Pufferspeichers 4'
signalisisrt wurde, der Pufferstand weiterhin ansteigt, wird durch ein Signal am
Ausgang c über die erweiterte Umschaltersteuerung 21' der Unterabtastmodus eingeschaltet,
welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß am Ausgang des DPCM-Codierers 2' nicht mehr
ständig eine binäre Null liegt, sondern vielmehr binäre Nullen und Einsen sich im
Takt der am Eingang 1 einlaufenden Codewörter abwechseln. Eine binäre eins
kennzeichnet
solche quantisierten Prädiktionsfehler am Ausgang des Quantisierers 15, die nicht
übertragen werden sollen.
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Diese Prädiktionsfehler werden mit Hilfe des Schalters 28 und der
Quelle 29 auf Null gesetzt. Das gleiche geschieht mit den zum selben Zeitpunkt in
den Speicher des Schätzwertbildners 16 eingelesenen Werten.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einer. zweidimensionalen
Schätzwertbildner 16' mit diesen Möglichkeiten. Die Anordnung ist aus einem Schätzwertbildner
abgeleitet, der in der Zeitschrift "NTZ" (1974) 6, Seiten 243 bis 249 diskutiert
wurde.
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Der Schätzwertbildner enthält Bewertungsschaltungen 41 und 43, Summierer
45, 46 und 47, Verzögerungsschaltungen 42 und 44 mit einer Verzögerungszeit von
zwei Abtastintervallen bzw. von einer Zeilendauer, Umschalter 48 und 49 und eine
Quelle 50 für einen Amplitudenwert Null. Die Umschaltersteuerungen 21' und 51 sorgen
mit Hilfe der Umschalter 48, 49 dafür, daß jeweils jeder zweite in die Verzögerungsschaltungen
42 und 44 eingelesener Wert null ist.
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Bei nicht eingeschalteter Unterabtastung lassen sich die Prädiktionswerte
am Ausgang des beschriebenen Schätzwertbildners verbessern, wenn die unmittelbare
benachbarte Bildpunktamplitude in der Zeile verwendet wird, wie es in den Hauptanmeldungen
beschrieben wurde. Dazu ist eine zusätzliche Umschaltersteuerung 64, ein Umschalter
63 und eine Verzögerungsschaltung 59 mit einer Verzögerungszeit von einem Abtastintervall
erforderlich.
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Bei eingeschalteter Unterabtastung liest der Schalter 63 in Schaltstellung
I und bei nicht eingeschalteter Unterabtastung in Schaltstellung II.
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Der Schätzwertbildner 16' und das verwendete Unterabtast-Raster müssen
so aufeinander abgestimmt sein, daß alle zur Schätzwertbildung herangezogenen Bildpunkte
im Unterabtast-Raster liegen.
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Ein vorteilhaftes auf den in Fig. 3 gezeigten Schätzwertbildner 16
abgestimmtes Unterabtast-Raster zeigt Fig. 4. Es wird
sowohl auf
der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite verwendet. Dabei bedeuten die weißen
Bildpunkte, daß diese auf jeden Fall übertragen werden, also niemals durch interpolierte
Werte ersetzt werden. Schwarze Bildpunkte die im bewegten, d.h.
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sich zeitlich ändernden Bildbereichen oder in derem Randbereich liegen,
werden durch Interpolationswerte substituiert. Die Binärzeichen des Signals u spiegeln
das Unterabtast-Raster wieder. Bei nicht eingeschaltetem Unterabtastmodus wird eine
binäre Null von der Umschaltersteuerung 21' gesendet, so daß weder eine Unterabtastung
noch eine Interpolation erfolgt.
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Die erwähnte Interpolation muß sowohl auf der Empfangs seite als auch
auf der Sendeseite durchgeführt werden, da nach Abschaltung der Unterabtastung in
den Bildspeichern einander identische Bilder gespeichert sein müssen. Dies wäre
nicht der Fall, wenn die Interpolation nur auf der Empfangsseite geschehen wUrde.
In Fig. 2 wird die sendeseitige Interpolation, welche mit der empfangsseitigen identisch
ist, mit Hilfe der Interpolationseinrichtung 31 durchgeführt. Dies wird einerseits
durch das Unterabtastsignal u und andererseits durch das Signal vom Nulldetektor
32 gesteuert. Letzteres zeigt durch eine binäre Null an, daß am Punkt 27 ein Amplitudenwert
Null liegt. Die Interpolationseinrichtung 31 verarbeitet die durch das Ausgangssignal
des Summierers 17 nicht vollständig korrigierten Bildpunktamplituden des vergangenen
Bildes am Ausgang des Summierers 18 derart, daß in bewegten Bildbereichen die im
Unterabtastraster liegenden Bildpunkte durch eine lineare Interpolation aus den
in der gleichen Zeile benachbarten Bildpunktamplituden gewonnen werden.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Interpolationseinrichtung
31 und Fig. 6 das zugehörige Verarbeitungsschema, welches sich hinsichtlich geringer
Bildqualitätseinbußen als günstig erwies.
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Die Anordnung nach Fig. 5 enthält eine Summierschaltung 54, Bewertungsschaltungen
52 und 53, Verzögerungsschaltungen
55 bis 59 mit einer Verzögerungsszeit
eines Abtastintervalls, ein ODER-Gatter 60,ein UND;Gatter 61, sowie einen Umschalter
62.
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X bedeutet das Eingangssignal, Y das Ausgangssignal und s das Steuersignal
für den Umschalter 62. Die Indizes +1 und +2 zeigen jeweils eine Verzögerung von
einem bzw. zwei Abtastintervallen an.
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Bei nicht eingeschalteter Unterabtastung hat das Steuersignal u (Fig.
2) den binären Wert Null. Das Signal Y (Fig. 5) entspricht dabei dem um ein Abtastintervall
verzögerten Signal X (Fig. 5).
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Bei Unterabtastung weist das Signal u die in Fig. 6 gezeigte Form
auf. Jeweils beim binären Wert Eins ist eine Interpolation möglich. Während einer
Bildveränderung weist das Signal u die in Fig. 6 gezeigte Form auf. Jeweils beim
binären Wert Eins ist eine Interpolation möglich.Während einer Bildveränderung weist
das Signal d (Fig. 2) einen binären Wert Eins auf soweit das Signal u gleichzeitig
einen binären Wert Null hat. In Fig. 6 sind weiter die logische Funktion der Gatter
60 und 61 dargestellt, die die Stellung des Schalters 62 bestimmen. Aus Fig. 6 unten
sind die aus der Schalterstellung resultierenden Werte des Signals Y zu entnehmen.
In der untersten Zeile der Fig. 6 sind A-E und M-P wiederholte Bildpunkte. G', I'
und K' sind als geändert erkannte und korrigierte Amplitudenwerte. E+G'/2, G'+I'/2,
I'+K' und K'+M sind interpolierte Amplitudenwerte.
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2 2 Die am Ausgang des Umschalters 28 in Fig. 2 anstehenden Signal.
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weisen bei eingeschalteter Unterabtastung eine genau bekannte Redundanz
auf, da jeder zweite Wert sicher Null ist. Die Eliminierung dieser Redundanz wird
mit der Kompressionseinrichtung 33 in Fig. 2 derart durchgeführt, daß das Einlesen
der obengenannten Nullwerte in den sendeseitigen Pufferspeicher 4' verhindert wird,
und zwar immer dann, wenn am Steuerausgang u der Umschaltersteuerung 21' eine binäre
Eins anliegt.
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Die Umschaltersteuerung 35 erhält entsprechend der sendeseitigen Umschaltersteuerung
21' durch ein Signal am Ausgang c' des
empfangsseitigen Pufferspeichers
6' den Befehl für die Ein-oder Ausschaltung der Unterabtastung.
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Auf der Empfangsseite wird das Steuersignal u durch die Umschaltersteuerung
35 zurückgewonnen, so daß mit Hilfe einer Dekompressionsschaltung 34 die nicht übertragenen
Nullwerte wieder in den Datenstrom am Ausgang des empfangsseitigen Pufferspeichers
6' eingefügt werden können.
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Der durch die Umschaltersteuerung 64 gegebenenfalls vorgenommene Eingriff
muß im Empfangsfilter 8' entsprechend berücksichtigt werden.
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Als Variante ist noch eine andere Möglichkeit für die Übertragung
der Information über die Unterabtastung angedeutet, und zwar durch die Übertragung
eines gesonderten Kennzeichens für die Unterabtastung. Dies wird durch die Kennzeicheneinfügeschaltung
37 am Sender und durch eine Kennzeichenerkennungsschaltung 38 auf der Empfangsseite
bewerkstelligt. Dieses Kennzeichen kann beispielsweise ein zusätzliches Bit im Zeilensynchronwort
sein.
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Besteht der VWL-Coder 3' aus einem kombinierten Cluster- und Huffman-Coder,
wie er beispielsweise in der Zeitschrift "Internationale Elektronische Rundschau"
(1973) 1, Seiten 2 bis 7 vorgeschlagen wurde, so steht in diesem allgemein ein Signal
zur Verfügung, welches annähernd dem Ausgangssignal des Nulldetektors 32 entspricht,
so daß dieser dann wegfallen kann.
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Es sind grundsätzlich zwei Arten der Filterung zu unterscheiden, wie
bei dem älteren Vorschlag (P . ... ...) erläutert wurde. Bei einer Tiefpaßfilterung
erster Art bleibt die wirksame Koeffizientensumme eins. Dies bedeutet, daß Flächen
konstanter Helligkeit unverändert übertragen werden. Bei Tiefpaßfilterungen zweiter
Art ist die Koeffizientensumme kleiner als eins. Dadurch entsteht eine zusätzliche
zeitliche Filterung
des übertragenen Bildsignals,also auch eine
Beeinflussung Flächen konstanter Helligkeit.
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Ein vorteilhafter Algorithmus für die Steuerung der Filterung und
der Unterabtastung ist folgender. Ausgehend von einem Modus, bei dem weder gefiltert
noch unterabgetastet wird, wird bei ansteigendem Pufferstand des sendeseitigen Pufferspeichers
4' die Tiefpaßfilterung erster Art zunehmend verstärkt. Wenn nach einem Einschalten
der stärksten Tiefpaßfilterung beispielsweise einer Koeffizientenkombination 4 .
1/8 + 1/2 nach Fig. 3 der Hauptanmeldung P 25 41 688.0 der Pufferstand weiterhin
ansteigt, so wird zusätzlich zu dieser Tiefpaßfilterung die Unterabtastung eingeschaltet,
welche den Bitfluß des DPCM-Coders 2' annähernd halbiert. Wenn auch dieser Modus
ein weiteres Ansteigen des Pufferstandes nicht verhindert, so wird die Tiefpaßfilterung
zweiter Art schrittweise derart verstärkt, daß ein Überlauf des Pufferspeichers
4 verhindert wird.
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Da die Unterabtastung und Interpolation nur während starker Bewegung
der Bildszene und bei räumlicher Tiefpaßfilterung erster Art wirksam ist, wird eine
Bildqualitätseinbuße weitgehend verhindert. Die Tiefpaßfilterung zweiter Art verursacht
jedoch Effekte, die denen einer trägen Vidikonkamera ähnlich sind.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können in gleicher Weise in der Anlage
nach Fig. 1 der Hauptpatentanmeldung P 25 43 057.3 vorgenommen werden.
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6 Patentansprüche 6 Figuren
L e e r s e i t e