FI72843C - Faergkoderingsfoerfarande foer digitala videobildoeverfoeringsanordningar. - Google Patents

Description

72843

VSRINKOODAUSMENETELMÄ DIGITAALISIA VIDEOKUVANSIIRTOLAITTEI-TA VARTEN

Keksinnön kohteena on värinkoodausmenetelmä digitaalisia 5 videokuvansiirtoi ai11eita varten.

Digitaalinen mustavalkoisen videokuvan siirtolaite koostuu tyypillisesti lähet yspäässä videon analogia-digitaalimuun-timesta, kuvamuistista ja linjalähettimestä sekä vastaanot-10 topäässä vastaavasti 1 injavastaano11imesta, kuvamuistista ja digitaali-analogiamuuntimesta. Lähetettävä mustavalkoinen videokuva (yksi TV-kenttä tai TV-kuva) siepataan lähettimen kuvamuistiin ja lähetetään tiedonsiirtolinjan sallimalla nopeudella vastaanottimeen, jonka kuvamuistiin em. 15 kuva syntyy ja voidaan sieltä jatkuvasta näyttää.

Kapeakaistaisessa tiedonsiirtokanavassa toimiva elävän kuvan siirtolaite toimii periaatteessa edelläkuvatulla tavalla, mutta kuvia pyritään siirtämään sekunnissa niin monta 20 (esim. 12,5 kpl/s), että elävyys säilyy. Tähän voidaan päästä lähettämällä perättäisistä kuvista vain ne kohdat, jotka ovat muuttuneet ja lisäksi koodaamalla nämä muuttuneet alueeet jollakin videonkompressiomenete 1 mä 11ä, joka edelleen vähentää lähetettävän datan määrää. Eräs tällainen 25 videonkompressiomenetelmä on esitetty suomalaisessa patentissa n:o 70 662 (patenttihakemuksessa n:o 844970).

Värillisen videokuvan siirtoon voidaan käyttää edellä esitettyjä periaatteita. Värikuvan siirrossa on kuitenkin 30 siirrettävä yhden valoisuus- tai luminanssikomponentin sijasta kolme eri komponenttia, joiden avulla voidaan rekonstruoida kuvan kirkkaus, värikylläisyys ja värisävy. Nämä komponentit voivat olla TV-jarjestelmän perusvärikompo-nentit punainen R, vihreä G ja sininen B tai näistä johde-35 tut komponentit kuten esim. valoisuus Y ja R-Y sekä B-Y.

2 72843

Suoraviivaisesti toteutettuna värillisen videokuvan siirto vaatii seka ]Shettimeen ett§ vastaanottimeen kuvamuistin kullekin siirrettävälle komponentille. Lisäksi elävän kuvan siirtolaitteessa, jotka toimivat kapeakaistaisessa tiedon-5 siirtokanavassa, saatetaan tarvita kolme erillistä muuttuneiden kuva-alueiden tunnistuspiiriä.

Keksinnön tarkoituksena on parantaa edellä esitettyjä vä-rinkoodausmenetelmiä mm. siten, että sekä lähetin- että 10 vastaanotin]aitteisto säilyvät yksinkertaisina. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa .

15 Keksinnön mukaisen menetelmän avulla voidaan mustavalkoisen videokuvan siirtolaite täydentää värillisen kuvan siirto-laitteeksi kuvamuistikapasiteettia lisäämättä tai siirto-laitteen perusrakennetta muuttamatta. Edelleen elävän kuvan siirtolaitteessa muuttuneiden kuva-alueiden tunnistuspiiriä 20 ei tarvitse muuttaa, vaan keksinnön mukaisessa menetelmässä muuttuneiden kuva-alueiden ilmaisu tapahtuu olemassa olevalla tunnistuspiiril1ä kaikista perusväreistä.

Seuraavassa keksintöä selitetään oheisten videokuvan siir-25 toisitte iden lohkokaaviopiirustusten avulla, joissa kuvio 1 esittää lähetintä ja kuvio 2 vastaanotinta.

Standardi TV-videosignaali tuodaan esim. videokameralta tu-loliitännän A kautta värikooderi11 e ja analogia/digitaali-30 (A/D)-muuntimel1 e 1, jossa kuvasignaali värikoodataan kek sinnön mukaisella menetelmällä, joka selostetaan myöhemmin, ja digitoidaan. Digitoitu kuvasignaali luetaan kuvamuistiin 2 ja tästä edelleen mahdollisen kompressiolaitteen 3 kautta kooderille 4 ja 1ähtöliitännän B kautta siirtotielle. Mikä-35 li tiedonsiirtokanavan kaistaleveys on riittävä, kompres-siolaitetta 3 ei tarvita.

11 72843

Vastaanottimen tuloliitannan C kautta vastaanotettu signaali dekoodataan dekooderissa 5, mahdollinen kompressio puretaan dekompressorissa 6 ja kuvasignaali talletetaan kuva-muistiin 7. Täältä kuvasignaali syötetään digitaali/analo-5 gia (D/A-)muuntimen ja väridekooderin 8 kautta lähtöliitän-tään D, johon on esim. liitetty värimonitori, jonka kuvapinnalla vastaanotettu kuva on nähtävissä. Väridekooderissa värikoodatusta kuvasignaalista rekonstruoidaan alkuperäistä kuvasignaalia vastaava signaali.

10

Digitaalinen TV-kuva koostuu n:stä juovasta, joista kukin on jaettu m osaan eli n x m näytepisteen ( n ja m kokonaislukuja) muodostamasta rasterista. Merkitään mustavalkoisen kuvan luminanssinäytepisteitä seuraavasti: 15

Juova 1 Y^2 Yi3 Y14 ···

Juova 2 Y21 Y22 ^23 Y24 ···

Juova 3 ...

• · · 20 Keksinnön mukaisessa värinkoodausmenetelmässä näytepisteitten luminanssiarvot Y^j korvataan kuvapistettä vastaavien värikomponenttien R^j-, Gj_j- Ja ^ij -arvojen summalla P^j seuraavan kaavan mukaisesti: 25 (1) Pij = (1±(-1)J) Rij/2 + (lT(-l)j)Gij/2 - (-1)J·k ·Bij jossa P^j s kuvapisteen ij summa-arvo R^j = kuvapisteen ij punaista signaalia vastaava arvo

Gij s kuvapisteen ij vihreätä signaalia vastaava arvo 30 Bij r kuvapisteen ij sinistä signaalia vastaava arvo j s kuvapisteen juovansuuntäinen indeksi i = kuvapisteen pystysuuntainen indeksi k = kerroin, 0 < k < 1; 35 merkinnät ± ja tarkoittavat, että etumerkki vaihtuu juo-vittain siten, että ylempi etumerkki on voimassa, kun i on parillinen ja alempi, kun i on pariton. Etumerkit voivat olla myös päinvastoin.

4 72843

YhtSlo (1) johtaa seuraavaan naytearvorasteriin: j = 1 j = 2 j = 3 j = 4 3 Juova 1 R-j-j-kB-ii G-]2 + kBl2 R13 — !<Βί3 Gi4+kB-|4 ...

Juova 2 G2i-kB2i ^22 + ^22 ^23~^®23 P24 + *<B24 ···

Juova 3 ^31*^031 ^32 + ^®32 ^33~'<^33 G34+kB34 ...

10 • · ·

Vastaanottimessa kullekin kuvapistee 11 e ij lasketaan väri- Λ A Λ komponenttien Rjj, Gjj, B^j likiarvot Rjj, Gij, Bij vas-15 taanotettujen P^j arvojen perusteella esim. seuraavasti:

Rij = ( P i j + P (i + 1) (j + 1} )/2 , j = 1,3,5...") fi = 1,3,5...

Pij = (p(i + l)j + Pi(j + 1) ^2, j = 2,4,6...J

20 (2)

Rij = (P(i+l)j+ Bi(j + 1) ^2, j = i = 2,4,6...

Rij = (Pij + P(i+1) f j + 1))/2,j = 2,4,6...^ 25

Gij = ^p(i + l)j + Pi (j + 1) )/2,j = 1,3,5...^| >i = 1,3,5...

Gij = (Pij +P(i+1) (j + 1) )/2,j = 2,4,6 . . .J

(3) 30 Gij = (Pij + P (i + 1 ) C j + 1) )/2 ’ J = 1*3*5...| f i = 2,4,6...

Gij = (P(i + l)j + Pi(j + 1) )/2,j = 2,4,6...J

33 Bij = (P(i+1) (j + 1)- Pij)/2k,j = 1,3,5...

(4) Λ

Bij = (P(i + 1)j -Pi(j + 1))/2k, j = 2,4,6...

Il 5 72843

Kaavojen (2), (3) ja (4) perusteella saadaan: R^ = ((R^-kBi^ ) + (R22+k^22 ))/2r(Ri«|+R22)/2 + k(B22-Bii ) / 2 (5)

A

5 B i2s (( R22+kÖ22 ) + ) )/2=(R22"*‘R13 )/2-»-k(B22~®13 )/2 jne.

Λ G'i'i = ((G2'|-kB2i) + (Gi2+kB12))/2=(G21 + Gi2)/2+k(B'|2'B2l/2 10 (6) Λ g12=---- jne.

Λ 15 B^i=((R22+kB22)-(Rl1~kB-]i ) )/2k=(B-]'|-+-B22 )/2-»-(R22 — ^11 ) / 2 k (7) Λ B ί 2 = · · ♦ jne.

20 Jälkimmäisissä kaavoissa (5), (6), (7) ensimmäinen termi edustaa suodatettua väriarvoa ja jälkimmäinen termi edustaa rekonstruktiovirhettä.

25 Voidaan huomata, että tasaisilla värialueilla rekonstruktioon ei tule virhettä. Sensijaan ääriviiva-alueilla rekonstruktioon syntyy virhettä. Pahin virhe syntyy siitä, että B:n informaatiota siirtyy R:n ja G:n arvoihin ja päinvastoin. B;n informaation siirtyminen R:n ja G:n arvoihin 30 voidaan minimoida pitämällä kertoimen k arvo pienenä. R:n ja G:n informaation siirtyminen B:hen ei ole niinkään vaarallista, koska ihmissilmä on epäherkka sinisen tarkalle arvolle. Lisäksi esim. ihonväreissä B on likimain nolla. Nyt siis kutakin luminanssinäytepistettä vastaa näytearvo, 35 joka sisältää joko R- ja R-informaatiota tai G- ja B-infor-maat iota.

6 72843

Elävän kuvan siirtoon käytetyissä videonkompressio]aitteis-sa muuttuneiden kuva-aJueiden tunnistuspairi toimii taval-lisimmin siten, että se laskee suureen 5 (8) S |Yijk>~Yijk*-1 | ij jossa kuva-alue koostuu i x j näytepisteestä, jossa Yijk» on uuden kuvan 1 uminanssinay te ja Yj.j(k>-1) on edellisen 10 kuvan vastaava 1uminanssinäyte ja jossa i, j ja k' ovat kokonaislukuja 1, 2, 3,... Mikäli summa S ylittää tietyn arvon, katsotaan kuva-alue, jonka yli summa on laskettu, muuttuneeksi.

15 Havaitaan, että keksinnön mukaisessa menetelmässä, kun lu-minanssiarvot Yijk* Ja Yij(k*-1) on korvattu edellä esitetyllä tavalla lasketuilla arvoilla Pijk* Ja Pij (k>-1) > summaan S tulevat vaikuttamaan kaikkien värikomponenttien R, G ja B arvot ja muutoksen ilmaisu tapahtuu kaikista vä-20 reistä.

Edellä keksinnön mukaista värinkoodausmenete1 mää on selostettu vastaanoton osalta vain yhteen edulliseen rekonstruk-tiotapaan viittaamalla, jossa kullekin kuvapisteel 1 e ij

AA A

25 lasketaan värikomponenttien likiarvot Rij, Gij ja Bij neljän lähetetyn kuvapisteen summa-arvon Pij, P (i+1)j* pi(j + 1) ja P(i+1)Cj+1)avu]la kaavojen (2), (3) ja (4) mukaisesti.

On selvää, että tietyn värikomponentin likiarvot voidaan laskea vastaanotossa myös muulla tavoin vastaavan lähetetyn 30 kuvapisteen summa-arvon Pij ja sen läheisten kuvapisteiden summa-arvojen avulla, joko käyttäen neljää tai useampaa ku-vapistettä.

II

35

Claims (3)

7 72843

1. Värinkoodausmenetelmä digitaalista videokuvansiirtolai-tetta varten, t u n n e t t u siitä, että siirrettävän 5. x m kuvapisteen muodostaman rasterin kullekin kuvapis-teelle ij lasketaan summa-arvo Pjj kyseisen kuvapisteen pe-rusväriarvoista Rij, G^j ja B^j seuraavan kaavan mukaisesti : 10. j[ j = (1±. (-l)J) Rij/2 + (1T (-1 )J ) G j / 2 + (-1) J - k · Β± j ja jotka summa-arvot P i j lähetetään vastaanottimeen ja jossa kaavassa Pij = kuvapisteen ij summa-arvo, 15 j = kuvapisteen juovansuuntainen indeksi = l,2,3. . . m i = kuvapisteen pystysuuntainen indeksi=l,2,3...n k = kerroin, 0 «*· k <. 1; n,m = kokonaislukuja; ja jossa etumerkit db ja ψ tarkoittavat, että etumerkki vaihtuu 20 juovittain siten, että ylempi etumerkki pätee, kun i on parillinen ja alempi, kun i on pariton, ja jotka etumerkit voivat olla myös päinvastaiset.

2. Fargkodningsförfarande enligt patentkravet 1, k ä n - n e t e c k n a t därav, att i mottagaren för var och en Λ Λ Λ bildpunkt ij uträknas närmevärden Rij, Gij och Bij för färgkomponenterna Rjj, Gij och Bij med hjälp av motsvarande 30 översända summavärde Pij för bildpunkten och summavärdena för närä denna liggande bildpunkter.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen värinkoodausmenetelmä, 25 t u n n e t t u siitä vastaanottimessa kullekin kuvapis- teelle ij lasketaan vär ikomponent t i en R i f, G; j ja Bj,· liki- /\ Λ A J J J arvot Rij» Gij ja Bij vastaavan lähetetyn kuvapisteen summa-arvon Pij ja sen läheisten kuvapisteiden summa-arvojen avulle. 30 . 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen värinkoodausmenetelmä, t u n n e t t u siitä, että vastaanottimessa kullekin ku-vapisteelle ij lasketaan värikomponenttien Rii, G i : ja B; i Λ Λ Λ J J J likiarvot Rij, Gij ja Bij vastaanotettujen P ^ j arvojen pe-35 rusteella seuraavasti: 72843 Rij = (Pij + P U+1*) (j + 1) )/2’ j = 1,3,5...1 Vi ~ 1*3*5··· Rij = (p(i+l)j + Pi (j + 1) )/2’ j = 2»4»6-‘J 5 Rij = (P£i+1)j+ pi(j + 1) )/2’ j = 1*3»5···] • i — 2*4*6··· Rij = (pij + PCi+1> c j+1) )/2’ j = 2’4’6·* v

10 Gij = (P(i+I)j + pi(j + 1) )/Z’ J = r i = 1 , 3,5 . . . Gij = (Pij +P(i + 1) (j + 1) )/2’ J = 2>4»6*·0 Gij = (Pij + P(i+D ( j+O)/2’ J = 1»3’5*'·)

15 I1 2*4»6··' Gij = (P (i+1) j + Pi(j+1) )/2’ j = 2’4’6*-'J Bij = (P (i+1) (j+1)- pij)/2k» J = 1»3»5·*· 20 Bij = (P(i+1)j -Pi(j+1))/2k’ j = 2»4’6·*· 25 I! 9 72843 Färgkodningsförfarande för digital videobildöverförings-anordning, kännetecknat därav, att för var och 5 en bildpunkt ij i det raster som bildas av de n x m bild-punkter som skali överföras uträknas ett summavärde P i j av grundfärgvärdena R^j, Gij och B^j för ifrägavarande bildpunkt enligt följande formel:

10 Pij = (1* (-l)J) Rij/2 + (1* (-1)J)Gij/2 + (-l)J-k-Bij och vilka summavärden P ^ j sänds tili mottagaren och i vilken formel

15 Pjj = summavärde för bildpunkten ij, j = index = 1, 2, 3,...m i Iinjeriktningen för bildpunkten, i = vertikalt index = 1, 2, 3,...n för bildpukten, k = koefficient, O^k^l, 20 n,m = heltal, och där förtecknen ±, och ^ avser, att förtecknet växlar linje-vis sa, att det Övre förtecknet gäller da i är j ämn t och det undre dä i ar ojämnt, och vilka förtecken även kan vara de motsatta. 25

3. Färgkodningsförfarande enligt patentkravet 2, kännetecknat därav, att i mottagaren för var och en λ λ Λ 35 bildpunkt ij uträknas närmevärden Rij, Gij och Bij för