DE2835434C2 - Verfahren zur Übertragung von Bildsignalen über schmalbandige !bertragungskanäle - Google Patents

Abstract

Die abgetasteten analog/digital gewandelten Bildsignale werden blockweise zusammengefasst und einer Transformationscodierung, insbesondere einer Cosinustransformation unterzogen und die Spektralkoeffizienten zeitlich nacheinander zum Empfaenger uebertragen. Erfindungsgemaess wird staendig eine Ruecktransformation durchgefuehrt und das rekonstruierte Bild waehrend seiner Aufbauphase staendig dargestellt, so dass fruehzeitig eine Information ueber das zu empfangende Bild vorliegt. Durch dieses Verfahren lassen sich auch ueber schmalbandige Uebertragungskanaele bewegte Bilder mit gewuenschter Schaerfe in auswaehlbaren Teilbereichen uebertragen. Es wird der Vorteil erreicht, dass der Empfaenger in kuerzester Zeit ein zwar gering aufgeloestes Bild uebertragen bekommt, das jedoch schon wesentliche Merkmale des Gesamtbildes erkennen laesst. Bei einer Datenrate von einigen kbit/s wird eine so schnelle Aufeinanderfolge der gering aufgeloesten Bilder moeglich, dass Bewegungsablaeufe erkennbar werden. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Uebertragung der Spektralkoeffizienten gegen Uebertragungsfehler relativ unempfindlich ist. Diese Art der Bilduebertragung duerfte auch fuer viele Notdienste wie z.B. Polizei, Feuerwehr interessant sein, insbesondere da es dadurch moeglich wird, bestimmte Teile des Bildes, beispielsweise den mittleren Bereich schneller aufbauen zu lassen als die uebrigen. ...U.S.W

Description

tralkoeffizienten am Empfangsort entsprechend ihrer Ordnung gespeichert werden. Das Bild gewinnt dann während der Zeit zunehmend an Schärfe und Detailreichtum und der Betrachter ist in der Lage, rechtzeitig zu erkennen, ob das gewünschte Bild übertragen wird s und kann die Übertragung dann abbrechen lassen, wenn seine Information über das Bild bereits ausreicht

Es ist für natürliche Bilder typisch, daß bei der Transformation der Bildsignale ein Teil der Spektralkoeffizienten Null oder so klein sind, daß deren Übertragung nicht erforderlich ist. Es ist dann von Vorteil, wenn die Reihenfolge der zeitlichen Übertragung der Spektralkoeffizienten von der Größe des Betrages der verschiedenen Spektralkoeffizienten gesteuert wird und durch eine Adreßcodierung dem Empfänger die Ordnung des übertragenen Spektralkoeffizienten mitgeteilt wird. . Hierdurch wird erreicht, daß markante Bildstrukturen möglichst schnell übertragen werden.

Die Transformation der digital gewandelten Abtastwerte eines vollständigen Bildes in Spektralkoeffizienten ist u. U. sehr aufwendig, so daß dies nur mit teueren Rechnern und unerwünschter Verarbeitungszeit möglich ist Es ist dann zweckmäßig, das Bild in Teübilder zu zerlegen und die Transformation der Abtastwerte der Bildsignale der Teübilder blockweise durchzuführen. Allein die Übertragung der Spektralkoeffizienten erster Ordnung der Teübilder, die den Gleichstrommittelwert der Teübilder kennzeichnen, gibt dem empfangsseitigen Betrachter bereits einen groben Überblick über das zu erwartende Bild, so daß auf diese Art und Weise mit weniger Rechneraufwand und kürzerer Verarbeitungszeit eine schnelle Bildübertragung möglich wird. Diese Art der Bildübertragung dürfte auch für viele Notdienste wie z. B. Polizei, Feuerwehr interessant sein, insbesondere da es dadurch möglich wird, bestimmte Teile des Bildes, beispielsweise den mittleren Bereich schneller aufbauen zu lassen als die übrigen.

Es ist dann von Vorteil, die Menge der Spektralkoeffizienten je Teilbild entsprechend der Leistung (Varianz) der Spektralkoeffizienten im Teilbild vorzunehmen und die ausgewählten Spektralkoeffizienten mit ihren Adressen zu übertragen. Durch den Wegfall für das aufzubauende Bild unwichtiger Spektralkoeffizienten läßt sich auch dadurch eine schnellere Bildübertragung erzielen.

Ebenfalls interessant für Notdienste dürfte es sein, zwischen Sender und Empfänger einen Rückkanal vorzusehen, so daß der Betrachter die Auswahl der Spektralkoeffizienten selbst steuern kann. Auf diese Weise ist es möglich, den jeweils für den Betrachter interessierenden Bildbereich in gewünschter Schärfe aufbauen zu lassen, was in sehr kurzer Übertragungszeit auch über schmalbandige Übertragungskanäle wie z. B. Telefonkanäle möglich ist.

Die Erfindung wird nun anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung zur erfindungsgemäßen Übertragung von Bildsignalen unter Verwendung einsr Transformationscodierung.

Die beispielsweise von einer Fernsehkamera abgegebenen Signale werden zunächst in an sich bekannter Weise abgetastet. Die Abtastwerte sind in der Figur mit X (k, 1, m) bezeichnet und können quantisiert oder auch bereits digitalisiert vorliegen. Die Indizes Ar, /, m der Abtastwerte bedeuten k = Bildpunktnummer, / = Zeilennummerund/n = Bildnummer.

Liegen die Daten z. B. in digitaler Form vor, werden in einem Rechner 1 die Abtastwerte einer 2dimensionalen Transformation unterzogen, wobei sich die eine Dimension der Transformation auf die Zeile und die zweite Dimension auf die Spalte eines Bildes bezieht. Die vom Rechner ermittelten Spektralkoeffizienten Y(u, v, m) werden nun einem Quantisierer 2 zugeführt und anschließend einem Codierer 3, der eine Adreßcodierung durchführt

Wie bereits oben beschrieben, ist bei der Transformation der Bildsignale ein Teil der Spektralkoeffizienten Null oder so klein, daß deren Übertragung nicht erforderlich ist Zur Datenreduktion ist daher die Auswahlsteuerung 4 am Ausgang des Rechners angeschlossen, welche die Größe des Betrages der Spektralkoeffizienten überwacht und nur bei Überschreiten eines vorgegebenen Betrages den Quantisierer 2 veranlaßt, einen quantisierten Spektralkoeffizienten an den Codierer 3 abzugeben und ebenfalls durch ein Steuerzeichen den Codierer 3 veranlaßt, beispielsweise den von ihm ermittelten Abstand zweier aufeinanderfolgender Spektralkoeffizienten als Adresse mit über acr 3bertragungskanai 5 zu übertragen.

Im Falle einer Zerlegung des Bildes in Teilbilder und der blockweisen Transformation der Teübilder ermittelt die Auswahlsteuerung die Leistung der Spektralkoeffizienten τη den Teilbildern und entscheidet, wie viele und welche Koeffizienten in den jeweiligen Teilbüdern übertragen werden.

Empfangsseitig sorgt nun der Decodierer 6 mit seinem Speicher dafür, daß die einlaufenden Spektralkoeffizienten in der richtigen zeitlichen Reihenfolge als Spektralkoeffizienten Y(u, v, m)der Einrichtung 7, beispielsweise einem empfangsseitigen Rechner zur inversen 2dimensionalen Transformation übergeben werden.

Im Laufe der Dauer der Bildübertragung wird der Speicher mit den übertragenen Spektralkoeffizienten gefüllt, wobei das wäedergegebene Bild infolge der ständigen Rücktransformation an Qualität zunimmt.

Nach der Rücktransformation durch den RecL-ner 7 entsteht ein weitgehend den Abtastwerten X (k, I, m) entsprechendes Signal ~X (k, I, m), das im Falle quantisierier Abtastwerte über einen D/A-Wandler und Tiefpaß der empfangsseitigen Bildwiedergabeeinrichtung zugeführt werden kann.

Es zeigt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders gute Ergebnisse liefert, wenn als 2dimensionale Transformation die Cosinustransformation verwendet wird, die beispielsweise in IEEE Trans, on Comm, Vol. 25, No. 11, Nov. 1977, S. 1329-1339 beschrieben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 transformation, die Cosinustransformation und die Patentansprüche: SIanttransformation. Letztere ist beispielsweise in IEEE Trans, on Communications, (August 1974), No. 8,

1. Verfahren zur Übertragung von Bildsignalen S. 1075—1093 beschrieben.

über schmalbandige Übertragungskanäle unter Ver- 5 Allen Transformationen gemeinsam ist, daß die den

Wendung einer Transformationscodierung, bei der Grauwerten des Bildes entsprechenden analogen Bildsi-

Abtastwerte der Bildsignale in Spektralkoeffizienten gnale abgetastet werden, die Abtastwerte einer Analog/

gewandelt werden und die Spektralkoeffizienten in Digital-Wandlung unterzogen werden und jeweils eine

einer vorgegebenen Reihenfolge zum Empfänger vorgebbare Anzahl von digital gewandelten Abt&stwer-

übertragen werden, dadurch gekennzeich- 10 ten, beispielsweise die eines gesamten Bildes oder Teil-

n e t, daß empfangsseitig die übertragenen Spek- bildes, als Datenblock betrachtet, mittels eines Rechners

tralkoeffizienten entsprechend ihrer Ordnung ge- entsprechend den Regeln der gewählten Transforma-

speichert werden und ständig unter Verwendung der tion transformiert werden. Da in der Regel die Bildsi-

bereits gespeicherten Spektralkoeffizienten eine gnale schneller anfallen als der Rechner die Transforma-

Rücktransformation durchgeführt wird, und 15 tion ausführen kann, werden für die Dauer der Transfor-

daß das gesamte Bild während seiner Aufbauphase mation die Bildsignale jeweils gespeichert Die bei der

ständig dargestellt wird. Transformation entstehenden Spektralkoeffizienten, die

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- vom Rechner als Codeworte jeweils parallel aasgegezeichnet, daß zunächst der Spektralkoeffizient nied- ben werden, werden seriell mit einer dem schmalbandirigster Ordnung, dann der nächsthöheren Ordnung 20 gen Übertragungskanal angepaßten Geschwindigkeit und sofort übertragen werden. übertragen und zwar m der Reihenfolge der Ordnung

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der Koeffizienten und empfangsseitig durch eine Rückzeichnet, daß die Reihenfolge der zeitlichen Über- transformation in das ursprüngliche Bildsignal zurücktragung der Spektralkoeffizienten von der Größe verwandelt Diese Rücktransformation wird jedoch in des Betrages der verschiedenen Spektralkoeffizien- 25 der Regel erst dann durchgeführt, wenn sämtliche Koeften gesteuert wird und durch esne Adreßcodierung fizienten eines Bildes auf der Empfangsseite empfangen dem Empfänger die Ordnung des übertragenen worden sind. Das hat den Nachteil, daß bei einem Über-Spektralkoeffizienten mitgeteilt wird. tragungskanal mit geringer Bitrate zv/ischen zwei über-

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- tragenen Bildern jeweils ein Abstand von mehreren Sekennzeichnet, daß das Bild in Teilbilder zerlegt wird 30 künden liegt und die Übertragung bewegter Bilder und die Transformation der Abtastwerte der Bildsi- praktisch unmöglich ist

gnale der Teilbilder blockweise durchgeführt wird. Aus der DE-OS 24 60 654 ist ein Verfahren und eine

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zeichnet, daß je Teilbild eise ur-ierschiedliche An- genannten Art bekannt, bei dem die Transformation zahl von Spektralkoeffizienteh ausgewählt und 35 und Übertragung der Spektralkoeffizienten teilbildweiübertragen wird. se erfolgt. Empfangsseitig wird jedes der Teübüder in

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- seine ursprüngliche Form zurückgewandelt. Das betrefzeichnet, daß die Menge der zu übertragenden fende Teilbild kann dann bereits auf einem Bildschirm Spektralkoeffizienten je Teilbild entsprechend der dargestellt werden. Das ursprüngliche Bild wird auf der Leistung der Spektralkoeffizienten im Teilbild ge- 40 Empfangsseite durch Aneinanderreihen der Teilbilder wählt wird. streifenförmig aufgebaut.

7. Verfahren nach Anspruch 5, für den Fall, daß Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand zwischen Sender und Empfänger ein Rückkanal vor- der Technik zu verbessern, so daß empfangsseitig schon gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- möglichst bald ein Bild empfangen werden kann, die wahl der Spektralkoeffizienten je Teilbild empfangs- 45 Bildübertragung nicht langer dauert als unbedingt notseitig steuerbar ist. wendig und die Bildübertragung möglichst gut an die

Wünsche des empfangsseitigen Bildbetrachters ange-

paßt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein-

50 gangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst,

von Bildsignalen über schmalbandige Übertragungska- Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der

näle unter Verwendung einer Transformationscodie- Vorteil erreicht, daß der Empfänger in kürzester Zeit

rung, bei der Abtastwerte des Bildsignals blockweise in ein zwar gering aufgelöstes Bild übertragen bekommt,

Spektralkoeffizienten gewandelt werden und die Spek- 55 das jedoch schon wesentliche Merkmale des Gesamtbil-

tralkoeffizienten zeitlich nacheinander zum Empfänger des erkennen läßt. Bei einer Datenrate von einigen

übertragen werden. kBit/s wird eine so schnelle Aufeinanderfolge der gering

Ein bekanntes Verfahren, die Bandbreite von Bildsi- aufgelösten Bilder möglich, daß Bewegungsabläufe er-

gnalen zu reduzieren, ist die Transformationscodierung, kennbar werden. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil,

wie sie beispielsweise in Proceedings of the IEEE, 60 daß die Übertragung der Spektralkoeffizienten gegen-

VoI. 60, No. 7, (Juli 1972), S. 809—820 beschrieben ist. über Übertragungsfehler relativ unempfindlich ist.

Dabei wird jeweils eine vorgegebene Anzahl von Bild- Einen in der Regel den Anforderungen des empfangs-

punkten, die mehr oder weniger durch die Eigenschaf- seitigen Betrachters befriedigenden Bildaufbau erhält

ten der Bildsignale voneinander statistisch abhängig man, wenn zunächst der Spektralkoeffizient niedrigster

sind, in eine, in der Regel kleinere Anzahl nahezu unab· 65 Ordnung, d. h. der Gleichstrommittelwert, dann der

hängiger Koeffizienten umgewandelt. Transformatio- nächsthöheren Ordnung und sofort übertragen werden,

nen, welche die statistischen Eigenschaften von Bildsi- Um eine ständige Rücktransformation und Darstellung

gnalen besonders gut berücksichtigen, sind die Fourier- zu ermöglichen, müssen die bereits übertragenen Spek-