FI75709C - Transmission av televisionsignal. - Google Patents

Description

1 75709

Televisiosignaalin siirto. - Transmission av televisionsignal.

Tämä keksintö liittyy koodaus- ja dekoodauslaitteeseen käytettäväksi televisiosignaalin siirtojärjestelmissä, joissa signaali siirretään käyttäen ehdollista korvaustekniikkaa suhteellisen kapeakaistaisen siirtokanavan käytön mahdollistamiseksi .

Aikaisemmin on esitetty ehdotelmia ja koejärjestelmiä televisio-signaalien siirtämiseksi kapeakaistaisia kanavia pitkin ja eräässä tällaisessa ehdotelmassa on käytetty ehdollisesti korvaavaa kooderia, jossa vain kuvan muuttuviin osiin liittyvä data lähetetään ja vastaanottimessa oleva dekooderi käyttää tätä dataa muuttamaan kuvan muistiin tallennettua esitystä muutosten toistamiseksi. Käytännössä data ja muistiin tallennettu esitys ovat digitaalisessa muodossa ja käytetty siirtonopeus on vakio-suuruinen, mikä merkitsee sitä, että muutosdatan generointino-peutta on rajoitettava, kun kuvassa tapahtuu suuria muutoksia, ja että differentiaalisen kuvaelementtidatan sijasta voidaan siirtää absoluuttista dataa, kun kuva on muuttumaton, mahdollisen kasaantuneen virheen korjaamiseksi. Tällainen järjestelmä on esitetty julkaisuissa T S Duffv ja R C Nicol "A Codec for Visual Teleconferencing", Communications 82 IEE (UK) Conference Publication No 209 (Appendix) , (April 1982) , s. 12-16 ja M D Carr, J P Temime; C S K Clapp ja J C Jolivet "Practical Problems of Implementing a Conditional Replenishment Video Codec over an Erroc-Prone Channel", "IEE Int. Conf. Digital Image Processing", York^ UK, July 1982 (Appendix of Proceedings) . Lisäksi voidaan mainita rinnakkaiset EP-patenttihakemus No. 83304259/ US-patentti no. 4609941.

Tällaisissa järjestelmissä on aikaisemmin käytetty synkronista toimintaa - ts. videokenttätaajuus koodauspäässä ja dekooderin lähdössä ovat samoja. Asynkronisen toiminnan aikaansaaminen olisi toivottavaa esimerkiksi jotta videolähtö voitaisiin synk- 2 75709 ronoida dekooderissa paikallisiin videolähteisiin. Myös toiminta erilaisia standardeja käyttävien järjestelmien välillä olisi toivottavaa. Esimerkiksi Euroopassa yleisimmin käytetyissä televisiostandardeissa (esim. järjestelmä I) on 625 lomitettua juovaa kuvaa kohti ja 50 Hz kenttätaajuus. Amerikan Yhdysvalloissa ja useissa muissa maissa käytetyssä televisiostandardissa (järjestelmä M) on 525 lomitettua juovaa kuvaa kohti ja 60 Hz kenttätaajuus. On ilmeistä, että jomman kumman edellä mainitun standardin mukaisesti kehitettyä televisiosignaalia voidaan käyttää toisen standardin mukaisesti toimivassa laitteessa vain toiselle standardille muuntamisen jälkeen ja tällaisen muunnoksen suorittamiseen on aikaisemmin käytetty erimuotoisia laitteita. Nämä laitteet ovat monimutkaisia ja kalliita.

Asynkronisen toiminnan mahdollisuutta on kosketeltu lyhyesti edellä mainitussa Duffy & Nicol-julkaisussa ja myös kompatiibe-liin standardien väliseen toimintaan on viitattu. Keinoja, joilla tällainen toiminta voidaan saavuttaa, ei kuitenkaan ole aikaisemmin esitetty.

Esillä olevan keksinnön eräs muoto kohdistuu koodauslaittee-seen televisiosignaaleja varten, jossa laitteessa on koodaus-elimet, joihin sisältyy kuvamuisti ja elimet lähetettäviä peräkkäisiä kuvia edustavien videosignaalien vertaamiseksi kuvamuistiin tallennettuihin aikaisempien kuvien esityksiin kuvan elementtien muutoksiin liittyvän datan kehittämiseksi, ja puskurielimet tämä datan vastaanottamiseksi nopeudella, jolla sitä kehitetään, ja sen syöttämiseksi lähtöön säännöllisellä nopeudella, johon laitteeseen on järjestetty elimet keskeyttämään vertailuprosessi sellaisin väliajoin, että keskimääräinen kuvanvaihtumistaajuus, jolla tätä dataa kehitetään, on epätahdissa lähetettävää kuvaa edustavan videosignaalin kuvanvaihtumistaajuuden kanssa ja tätä alempi.

It 3 75709

Koodattavan kuvan data voi muodostua informaatiosta, joka koskee kuvan muutoksia aikaisemmin koodattuun kuvaan verrattuna yhdistettynä osoiteinformaatioon, tai se voi muodostua koodista, joka osoittaa, että mitään muutoksia ei ole tapahtunut. Datan "kuvanvaihtotaajuus" vastaa siten tietyssä ajassa näin koodattujen kuvien lukumäärää ja se on erotettava hetkellisestä kuvanvaihtumistaajuudesta ja datansiirtonopeudesta. Kuten seu-raavasta selityksestä ilmenee selvemmin, jos tulevaa videosignaalia, jossa on 30 kuvaa sekunnissa, käsitellään koodaamalla aina viisi kuvaa ja jättämällä kuudes huomioonottamatta, tällöin kehitetyn datan kuvanvaihtumistaajuus on 25 kuvaa sekunnissa, vaikka hetkellinen kuvanvaihtumistaajuus on 30 5/6 sekunnin aikana ja 0 1/6 sekunnin aikana. Datansiirtonopeus on yksinkertaisesti kehitetyn informaation määrä ja se ilmoitetaan bitteinä sekunnissa.

Keksinnön toinen muoto kohdistuu dekoodauslaitteeseen koodattuja televisiosignaaleja varten, johon laitteeseen sisältyy puskurielimet vastaanottamaan säännöllisellä datanopeudella koodatun televisiokuvan muutoksiin liittyvää dataa ja dekoo-dauselimet, joihin sisältyy kuvamuisti, ja ohjauselimet, joita puskurielimien vastaanottama data, joka edustaa kuvasisällön muutoksia peräkkäisten kuvien osalta, ohjaa kuvamuistin päivittämiseksi ja jotka on järjestetty lukemaan dataa kuva-muistista videosignaalin kehittämiseksi, kuvanvaihtumistaajuuden, jolla kuvat luetaan muistista videosignaalin kehittämiseksi ollessa epätahdissa vastaanotetun datan keskimääräisen kuvanvaihtumistaajuuden kanssa ja tätä suurempi, ja oh-jauselimien ollessa järjestetyt toteuttamaan mainittu päivitys pikaisella kuvanvaihtumistaajuudella, joka on yhtä suuri kuin kuvanvaihtumistaajuus, jolla dataa luetaan kuvamuistista videosignaalin tuottamiseksi, ja keskeyttämään päivitysprosessi sellaisin väliajoin, että keskimääräinen datan lukuno-peus puskurimuistista on yhtäsuuri kuin puskurimuistin keskimääräinen datan vastaanottonopeus.

75709

Dekooderissa, jossa suoritetaan (esimerkiksi) 50 Hz/ 60 Hz-muunnos tämä merkitsee sitä, että päivityssilmukka toimii kent-tätaajuudella 60 Hz ja päivitystä ei suoriteta yhdessä kuvassa tai yhdessä kentässä kuudesta, kun puskuria täytetään uudelleen, mistä seuraa yhden kentän tai kuvan toistaminen. 60 Hz/ 50 Hz-muunnoksen tapauksessa päivityssilmukka toimisi kooderis-sa kenttätaajuudella 60 Hz ja pysähtyisi yhden kuvan tai kentän ajaksi kuudesta aiheuttaen yhden kentän tai kuvan väliinjättämisen. Kummassakin tapauksessa puskurin tehtävänä on absorboida alemman nopeuden kuvien tai kenttien ja keskeytetyn ylemmän nopeuden kuvien tai kenttien välinen ero. Liikkeen toistoon tulee tiettyä nykivyyttä joka 1/10 sekunti tai 1/5 sekunti riippuen siitä suoritetaanko kentän tai kuvan toistaminen tai väliinjät-täminen (tämä ei. luonnollisesti ole yhtä näkyvää, kun kuvan-vaihtumistaajuksien erot ovat pienempiä). Koska nykiminen on vähäisempää, jos kenttä toistetaan tai jätetään väliin, näin saataisiin edullinen tulos, mutta menettely aiheuttaisi lisä-vaikeutena sen tilanteen korjaamisen, että väliinjättämisen tai toiston esiintyessä kaksi paritonta tai parillista kenttää asettuisi peräkkäin ja parittomien ja parillisten kenttien sekvenssi kääntyisi seuraavaan väliinjättämiseen tai toistamiseen asti. Lomituksesta johtuvan juovien siirtymän korjaamiseksi tarvittaisiin vertikaalinen asentokorjaus ja jonkinlaisia väri-virheitä voisi mahdollisesti esiintyä, mikäli U ja v siqnaalit siirretään vuorottaisilla juovilla.

Mainittu nykivyys voidaan poistaa liikkuvien reunojen vähäisen hämärtymisen kustannuksella käyttämällä ajallista interpolointia, eli interpoloimalla kahden peräkkäisen tulevan kuvan vastaavien kuvaelementtien luminanssi- (ja värikkyys-) arvojen välillä käyttäen arvosuhteita, jotka riippuvat lähtevän kuvan

(I

5 75709 ajankohdasta verrattuna kahden peräkkäisen tulevan kuvan ajankohtiin. Interpoloinnin suorittamisessa käytettävät kertoimet voidaan tallentaa lukumuistiin ja lukea sieltä tarvittaessa. Mahdolliset pienet poikkeamat yksinkertaisesta numeerisesta suhteesta, kuten 5:6, joita voi esiintyä ja jotka muuten edellyttäisivät erittäin monien interpolointivakioiden käyttämistä, voidaan ottaa huomioon yhden interpolointivaiheen jaksottaisella toistamisella tai väliinjättämisellä. Tällainen poikkeama esiintyy N.T.S.C. väritelevisiosignaalilla, joka käyttää 59,94 Hz kenttätaajuutta eurooppalaisen standardin käyttäessä kenttä-taajuutta 50 Hz.

Kuvan juovaluvun muuttamiseksi voidaan käyttää paikkainterpo-lointia juovien erilaisten sijaintien korjaamiseksi kyseessä olevissa kahdessa kuvassa ja juovien kestoaikaerot korjataan käyttämällä puskurimuistia, johon juovaa edustava data kirjoitetaan tulonopeudella ja josta se luetaan lähtönopeudella. Paikkainterpolointi voidaan suorittaa poikittaissuotimen avulla. Jos kuvan juovalukua on lisättävä paljon, esim. 50 % tai enemmän, kyseessä olevan kentän datan lisäksi voidaan käyttää myös lomitetun juovakentän dataa.

Seuraavassa selitetään esimerkkinä eräitä keksinnön suoritusmuotoja oheiseen piirustukseen liittyen, jossa:

Kuvio 1 on kaavio ehdollisesti korvaavasta kooderista;

Kuvio 2 on ehdollisesti korvaavan dekooderin lohkokaavio;

Kuvio 3 on kaavio, joka esittää erästä mahdollista muunnosvaiheiden jonoa, joka voi esiintyä siirrettäessä 525-juovaista kuvaa, jonka kenttätaajuus on 60 Hz, vastaanottimeen, joka muodostaa 625-juovaisen kuvan, jonka kenttätaajuus on 50 Hz;

Kuvio 4 on lohkokaavio keksinnön mukaisen kooderin eräässä muo dossa käytetystä esisuotimesta, johon sisältyy sekä paikka- et tä aikainterpolointi; 6 75709

Kuvio 5 on kaavio, jota käytetään aikainterpolaation käyttöä selitettäessä? ja

Kuvio 6 esittää ehdollisesti korvaavan dekooderin erästä muotoa yhdistettynä jälkisuotimeen, jolla suoritetaan sekä aika- että paikkainterpolointi;

Kuvio 7 on kaavio, jota käytetään kuvion 6 toimintaa selitettäessä;

Kuvio 8 esittää kuvainformaation mahdollista järjestelyä 312,5-juovaisessa kuvassa.

Kuviot 1 ja 2 esittävät edellä mainituissa julkaisuissa käsitellyn tyyppisen ehdollisesti korvaavan videodatan siirtojärjestelmän komponentteja, joka järjestelmä saa televisiosignaalin lähettimeen (kuvio 1) ja toistaa televisiosignaalin vastaan-ottimessa (kuvio 2) ehdollisesti korvaavaa koodausta käyttäen. Lähetettävä televisiosignaali vastaanotetaan linjan 1 kautta ja syötetään analogia-digitaalimuuntimen (ei esitetty) kautta esi-suodinyksikölle 2. Muunnin ottaa näytteitä 256 elementistä kullakin juovalla luminanssiarvojen Y muodostamiseksi ja 52 elementistä kullakin juovalla U ja V värisignaaliarvojen muodostamiseksi. Ehdollisesti korvaavassa koodauksessa on edullista käyttää PCM-koodattua dataa, koska tällaisen datan muodostaman kuvan tallentaminen on helpompaa kuin analogiamuodossa olevan kuvadatan. Esisuotimessa 2 suoritetun paikka/aikasuodatuksen jälkeen digitaalinen data syötetään ehdollisesti korvaavaan kooderiin, joka on osoitettu yleisesti viitenumerolla 3, ja tämä kooderin käsittelemä data siirretään videomultipleksikoode-rin 4 ja puskurimuistin 5 kautta lähetinkooderille 6, missä da- 7 75709 taan yhdistetään äänidata, faksimiledata ja muu mahdollinen siirrettäväksi haluttu data kaikkien datojen ollessa digitaalisessa muodossa. Siirtotien datansiirtonopeus voi olla tyypillisesti 1,5-2 Mbit/s ja datan vastaanottaa siirtodekooderi 7, jossa ääni-, faksimile- ja muu data erotetaan videodatasta, joka syötetään puskurimuistin 8 kautta videomultipleksidekoode-rille 9. Ehdollisesti korvaava dekooderi 10 vastaanottaa video-datan, muodostaa uudelleen siirretyn kuvan ja siirtää sen jäl-kisuotimen 11 ja digitaali-analoqiamuuntimen (ei esitetty) kautta tavanomaisen televisiosignaalin kehittämiseksi.

Ehdollisesti korvaavaan kooderiin 3 sisältyy kuvamuisti 20, jolloin ehdollisesti korvaavan koodauksen toteuttaa differentiaalinen PCM-kooderi 21, joka vertaa tulevaa kuvaa kuvamuistiin 20 tallennettuun kuvaan ja kehittää eroja edustavan lähdön, joka syötetään videomultipleksikooderille 4.

Videomultipleksikooderi 4 muuntaa ehdollisesti korvaavalta koo-derilta tulevan lähtödatan pituudeltaan vaihteleviksi koodatuiksi datasanoiksi alentaen siten edelleen tehollista datan-siirtonopeutta. Hetkellinen datansiirtonopeus kooderin lähdössä ei ole vakio, koska se vaihtelee siirretyssä kuvassa olevasta liikkeen määrästä riippuen ja puskuri 5 huolehtii datansiirto-nopeuden tasoittamisesta standardisuuruisen 2 Mbit/s datasiirtonopeuden aikaansaamiseksi. Laitteessa on liikeilmaisin 22. DPCM-kynnyksien muuttamiseksi suuren liikkeen määrän esiintyessä puskurimuistin 5 ylivuodon estämiseksi.

Dekooderissa puskurimuisti 8 vastaanottaa datan siirtodekoode-rilta 7 ja syöttää sen (videomultipleksidekooderin 9 kautta) ehdollisesti korvaavalle dekooderille 10 samalla epäsäännöllisellä nopeudella, jolla ehdollisesti korvaava kooderi 3 on kehittänyt datan. On selvää, että järjestelmän toiminta on oleellisesti synkronista - jokainen tulovideon kenttä aiheuttaa lähetettyä dataa (joka voi olla todellista kuvanmuutosinformaa- 3 75709 tiota tai ilmoitus, että kenttä ei ole muuttunut edellisestä kentästä) lähettimen lähtöön: tämä vuorostaan aiheuttaa (puskuri- ja siirtoviiveiden jälkeen) kentän lukemisen ehdollisesti korvaavaan dekooderiin 10 osana sisältyvästä kuvamuistista. Tämä ei pidä paikkaansa osakenttänäytteenottoa käytettäessä mutta lopputulos on sama eli tulo- ja lähtökenttätaajuudet ovat samoja.

Seuraavassa selitetään esillä olevan keksinnön tiettyä suoritusmuotoa, joka muodostaa koodekin (KOOderi-DEKooderi), joka kykenee vastaanottamaan tulosignaalina televisiosignaalin, jossa on 525 juovaa ja jonka kenttätaajuus on 60 Hz (järjestelmä M), ja kehittämään siitä ehdollisesti korvatun signaalin, jossa on 312,5 juovaa ja jonka kenttätaajuus on 50 Hz, lähetettäväksi etäällä olevalle koodekille, joka on konstruoitu vastaanottamaan tällaisen signaalin ja kehittämään siitä televisiosignaalin, jossa on 625 juovaa ja 50 Hz kenttätaajuus (järjestelmä I). Ensiksi mainittu koodek on myös järjestetty vastaanottamaan etäällä olevalta koodekilta ehdollisesti korvatun videodatalä-hetyksen, jossa on 312,5 juovaa ja jonka kenttätaajuus on 50 Hz, ja muodostamaan siitä televisiosignaalin, jossa on 525 juovaa ja jonka kenttätaajuus on 60 Hz. Tähän erityiseen selitettävään koodekiin sisältyy siten kaksi muunninpiiriryhmää, toinen lä-hettimessä ja toinen vastaanottimessa. Tällaisen koodekin tehtävänä on muodostaa amerikkalaisen standardin mukaisen ehdollisesti korvatun videodatan siirtojärjestelmän ja eurooppalaisen standardin mukaisen järjestelmän välille yhteys, jossa eurooppalaisen standardin mukaisiin koodekeihin ei tarvitse tehdä muutoksia. On ilmeistä, että lähetettävälle signaalille on valittu "312,5-juovainen" standardi, koska se voidaan kehittää helposti interpoloimalla 625-juovaisesta signaalista. Ilmaisua "312,5-juovainen" käytetään mukavuussyistä, itse asiassa järjestelmän I signaali sisältää vain 572 aktiivista juovaa. Koska muut juovat (kenttäsammutuksen aikana) eivät sisällä kuvainfor-maatiota, järjestelmä siirtää itse asiassa dataa vain 286 juo- 11 75709 9 van osalta (143 kenttää kohti).

Kuviossa 3 on esitetty mahdollinen vaiheiden järjestys siirrettäessä televisiosignaalia järjestelmän M mukaisesta standardi-signaalista järjestelmän I mukaiseksi standardisignaaliksi. Käytännössä NTSC standardin järjestelmän M signaalissa ei käytetä 60 Hz kenttätaajuutta vaan taajuutta 59.94 Hz ja myöhemmin esitetään menetelmä, jolla otetaan huomioon tämä signaalien ku-vanvaihtotaajuuksien välisen riippuvuuden poikkeama yksinkertaisesta numeerisesta suhteesta. Kuten kuviossa 1 on esitetty nuolilla, muunnos eurooppalaisen standardin mukaisesta järjestelmästä amerikkalaisen standardin mukaiseen järjestelmään samaa ehdollisesti korvaavaa siirtoa käyttäen voi tapahtua samojen neljän vaiheen mukaisesti mutta käänteisessä järjestyksessä .

Yksityiskohtia, jotka liittyvät ehdollisesti korvaavan datan todelliseen muodostamiseen televisiosignaaleista tai televisio-signaalien kehittämiseen ehdollisesti korvaavasta datasta, ei esitetä, koska ne ovat yleisesti tunnettua tekniikkaa ja voidaan toteuttaa millä tahansa sopivalla tavalla.

Tarkastellaan aluksi kooderin toimintaa 525/60 tulon tapauksessa. Kooderin yleislohkokaavio on jo esitetty kuviossa 1. Kenttä-taajuuden muuttamiseksi arvosta 60 Hz arvoon 50 Hz tavanomaisen ehdollisesti korvaavan kooderin 3 kuvamuistia muutetaan kuitenkin seuraavalla tavalla.

Kuvamuistin 20 ja kooderin 21 muodostamaa silmukkaa käytetään kenttätaajuudella 60 Hz tahdistuksen säilyttämiseksi, mutta kooderille 4 syötetyn lähtevän datan kenttätaajuuden alentamiseksi arvoon 50 Hz kuvamuisti pysäytetään yhden kuvan ajaksi kuudesta, niin että kooderille 22 syötetyn datan keskimääräinen nopeus alenee arvoon 50 kenttää/s. Eli esisuotimelta 2 tulevassa videossa jätetään yksi kuva kuudesta huomioonottamatta ja 10 7 5 7 0 9 siirtämättä muistiin 20. Tänä aikana DPCM-kooderi ei kehitä lähtöä. Tuloksena on siten epäsäännöllinen lähtödatan siirtonopeus. Kuten muistetaan, tavanomaiseen kooderiin sisältyy puskurimuisti datansiirtonopeuden tasoittamiseksi, koska lähetettävässä kuvassa olevan liikkeen määrä vaikuttaa huomattavasti vi-deodatan generointinopeuteen ehdollisesti korvaavaa kooderia käytettäessä. Puskurimuistien toiminnan yksityiskohtia datano-peuksien tasoituksessa ei kuitenkaan selitetä yksityiskohtaisesti, koska se on jo selitetty edellä mainituissa patenttihakemuksissa.

Viiden kuvan aikana kuudesta, joita ei ole jätetty huomioonottamatta, puskuri pyrkii täyttymään nopeammin kuin mitä kuvassa oleva liike edellyttäisi ja se tyhientyy jälleen, kun koodausprosessi keskeytetään. Muistin 20 tehtävänä on tällöin myös ottaa huomioon ehdollisesti korvaavan kooderin ajoittaisesta toiminnasta johtuva datanopeuden vaihtelu. Puskurin on siten oltava suurempi kuin tarvittaisiin (muuten samanlaisessa tapauksessa) 50 Hz tulon 50 Hz lähdöksi muuntavassa kooderissa. Tällaisessa yksinkertaisessa järjestelmässä vastaanottimen toistaman kuvan liike on hieman nykivää, koska tällaisesta liikkeestä 2/3 olisi neljässä lähetetyssä kuvassa ja 1/3 liikkeestä olisi yhdessä lähetetyssä kuvassa.

Tätä nykivyyttä voitaisiin pienentää siten, että toistetaan tai jätetään pois jaksollisesti yhden kuvan sijasta yksi kenttä, mistä olisi seurauksena nykimisen suuruuden puolittuminen ja sen taajuuden kaksinkertaistuminen. Tästä seuraisi kuitenkin parittomien ja parillisten kenttien järjestyksen vaihtuminen ja tämä edellyttäisi jonkinlaisten välineiden käyttämistä siirtämään juovia juovien paikkojen korjaamiseksi kuvassa kentän toistamisen tai väliinjättämisen tapahtuessa.

Nykivyyttä voitaisiin pienentää liikkuvien reunojen lievän epä-tarkentumisen kustannuksella käyttämällä aikainterpoloinniksi li 75709 kutsuttua menettelyä, jolla tarkoitetaan sitä, että kooderi 3 ei koodaa kuvaelementtien luminanssin muutoksia todellisiin arvoihinsa vaan johonkin välillä olevaan arvoon riippuen kyseisen kuvan ajoituksesta kuvamuistin 20 ohjauksen toistaman tai pois-jättämän kuvan esiintymishetken suhteen. Tätä interpolointia kuvaelementtien kirkkauksien välillä muutetaan aikaisemman kuvan kirkkaudesta kohti jälkimmäisen kuvan kirkkautta tai päinvastoin sen mukaan kuin toistettu kuva tai poisjätetty kuva on ajoitettu esiintymään, niin että tosiasiallinen muutos kuvaelementin kirkkaudessa tapahtuu tasaisesti jakautuneina portaina huolimatta kuvan toistamisesta tai poisjättämisestä.

Laitteet, joilla edellä kuvattu ajallinen interpolointi aikaansaadaan, selitetään kuvion 4 avulla, joka on keksinnön tässä suoritusmuodossa käytetyn esisuotimen (joka korvaa kuvion 1 elementin 2) lohkokaavio. Kuvion 4 piiriin sisältyy yhden kuvan viive ‘30, jota käytetään esisuotimen osana ja tämän viiveen 30 tulo ja lähtö syötetään molemmat interpolaattorille 31, joka kehittää lähtöönsä 32 viiveeseen tulevan arvon ja siitä lähtevän arvon välillä olevan arvon riippuen sille tulon 33 kautta syötetystä ohjaussignaalista. On pidettävä mielessä, että data on digitaalisessa muodossa ja interpolaattori 31 on siten digitaalinen piiri, joka suorittaa vaaditun interpoloidun digitaalisen arvon kehittämisen. Kuvio 5 esittää graafisessa muodossa interpolaattorin 31 suorittaman interpoloinnin luonteen, jota muutetaan etenevästi viiveen 30 tuloarvosta sen lähtöarvoa kohti tai päinvastoin riippuen kuvan ajoituksesta toistetun tai poisjätetyn kuvan ajoituksen suhteen.

Kuten aikaisemmin on mainittu, ajallisen interpoloinnin inter-polointikertoimien kehittämisessä syntyy ongelmia, kun kuvan-vaihtumistaajuudet eivät riipu toisistaan yksinkertaisen numeerisen riippuvuuden mukaisesti. Tällainen tilanne esiintyy järjestelmän M NTSC-väritelevisiosign^alin tapauksessa, jossa kenttätaajuus on 59,94 Hz eurooppalaisen PAL-signaalin kenttä- i2 75709 » fr taajuuden ollessa 50 Hz. Jos ajallinen interpolointi suoritettaisiin täsmällisesti jokaiselle kuvalle, olisi tallennettava 1000 kerrointa ja vaikka tämä olisi mahdollista ilman liian suurta laitteistoa, oleellisesti samaan tulokseen voidaan päästä käyttämällä paljon pienempää määrää kertoimia, jotka kukin toistetaan useissa kuvioissa. Kertoimet tallennetaan ja yksi interpolointi toistettaisiin joka 200 kuvan päästä interpolointien sekvenssin ja kuvien välisen tahdistuksen palauttamiseksi.

Kuvion 4 eslsuodin suorittaa myös juovastandardin muunnoksen ja aikaansaa epälineaariset ajalliset siirto-ominaisuudet. Tuleva televisiosignaali syötetään digitaaliseen muotoon muuntamisen jälkeen poikittaissuotimelle 34, joka muodostuu neljästä sarjassa olevasta juovaviiveestä ja viidestä kertojasta, jotka kertovat datan arvoilla kl, k2, k3, k4 ja vastaavasti k5 ja syöttävät saadut tulot yhteiseen lähtöön 35. Lähtö 35 on kytketty kolme rekisteriä sisältävään puskuriin 36 ja tästä puskurista signaali syötetään vähennyslaskupiirille 37. Piirin 37 toisena tulona on kuvaviiveen 30 lähtö ja erotuslähtö syötetään kertojalle 38, jolla on epälineaarinen ominaiskäyrä. Kertojan 38 lähtö syötetään summainpiirille 39, jossa muunnettu erotus piiristä 37 yhdistetään takaisin kuvaviiveen 30 lähtöön.

Kertojalla 38 on sellainen ominaiskäyrä, että erotuksen pienet arvot suhteellisesti pienenevät mutta suuremmat erotuksen arvot siirtyvät eteenpäin muuttumattomina. On ilmeistä, että kuvaviiveen 30 ja piirien 37, 38 ja 39 muodostama piiri vaikuttaa siten, että se pienentää suhteellisesti pieniä erotuksia, niin että esimerkiksi kohina pienenee ja siten, että suuremmat erotukset eivät pienene. Pienen mutta kasvavan muutoksen esiintyessä sitä ei siten aluksi rekisteröitäisi viiveen 30 kuvamuistiin mutta sen kasvettua huomattavaan arvoon se syötettäisiin täydellisenä ja tallennettaisiin viiveeseen 30.

Il 13 75709

Kuvion 4 piirin ensimmäinen osa liittyy tulevan televisio-signaalin käsittelemiseen tulevan televisiosignaalin kuvan juovaluvun ja ehdollisesti korvaavan kooderin käyttämän juovaluvun välisen eron huomioonottamiseksi. Käsiteltävänä olevassa esimerkissä tulevassa signaalissa on 525 juovaa kuvaa kohti ja ehdollisesti korvaavassa kooderissa käytetään 312,5 juovaa kuvaa kohti. Kukin puskurin 36 kolmesta rekisteristä on järjestetty tallentamaan tulevan kuvan yhden juovan nopeudella, jolla se vastaanotetaan ja juovat luetaan rekistereistä huomattavasti alhaisemmalla nopeudella, jota 312,5 juovan kuva edellyttää. Siten jokainen juova luetaan puskurin 36 rekisteristä ajassa 107 yus, kun taas se syötetään rekisteriin ajassa 64 /js. Poikit-taissuotimen 34 tarkoituksena on kompensoida se tosiasia, että juovan geometrinen asema 312,5-juovaisessa kuvassa ei aina vastaa täsmälleen juovan asemaa 525-juovaisessa kuvassa ja kertojan kertoimet kl - k5 on valittu muodostamaan kuvaelementtien luminanssien korjatut arvot tämän juovien geometrisen aseman muutoksen mukaisesti. Arvojen kl - k5 ohjaus voitaisiin toteuttaa käyttämällä ei esitettyyn lukumuistiin tallennettuja arvoja. Tulevan 625-juovaisen televisiosignaalin tapauksessa kertoimien kl - k5 arvot ovat helposti laskettavissa ja ne on esitetty kuvioon 4 sisältyvässä taulukossa.

Kuviossa 6 on esitetty koodekin dekooderin osa, jossa tuleva ehdollisesti korvaava data syötetään kohdassa 40 puskuriin 8 ja sieltä DPCM prediktorille 42, joka toteuttaa ehdollisesti korvaavan datan dekoodauksen. Kaksi sarjaankytkettyä kenttämuistia 42 ja 44 muodostavat kuvamuistin yhdelle kuvalle ja muistin 44 lähtöön on kytketty kolmas kenttämuisti 45. Kertojat 46, 47, 48 ja 49 on kytketty kenttämuistien 43 ja 44 tuloihin ja vastaavasti kenttämuistin 45 lähtöön. Kertojien 46 ja 48 lähdöt on kytketty summainpiirin 50 kautta puskurimuistin 51 tuloon. Kertojien 47 ja 49 lähdöt on kytketty summainpiirin 52 kautta puskurimuistin 53 tuloon. Puskurimuistien 51 ja 53 lähdöt syötetään poikittaissuotimelle 55 ja puskurille 56, joka antaa läh- 14 75709 töönsä 57 PCM-televisiosignaalin. Selitettävässä keksinnön esimerkissä ehdollisesti korvaava data perustuu standardiin, jossa on 312,5 juovainen kuva ja jonka kenttätaajuus on 50 Hz, ja suotimen 54 lähtönä on 525-juovainen kuva kenttätaajuuden ollessa 60 Hz. Ohjausyksikkö 58 kehittää arvot K, L, 1-K ja 1-L kertojille 46-49 lukumuistiin tallennetuista arvoista.

Prediktorin 42 ja muistien 43 ja 44 muodostama silmukka kierrättää tallennettua kuvaa kenttätaajuudella 60 Hz (ts. 30 kuvaa sekunnissa). Tuleva data perustuu kenttätaajuuteen 50 Hz ja puskuria 41 ohjataan aikaansaamaan dekooderisilmukassa kiertävän kuvan kuvaelementtien ehdollisen korvaamisen viidelle peräkkäiselle kuvalle ja tämän jälkeen sallimaan kuvan täydentämättä jättämisen yhden kuvajakson ajaksi. Puskuria 41 täytetään luonnollisesti jatkuvasti uudelleen ehdollisesti korvaavalla datalla. Tällä tavoin 50 Hz dataa käytetään päivittämään 60 Hz taajuudella vaihtuvaa kuvaa. Samoin kuin kooderin tapauksessa puskurin koossa on otettu huomioon tämä ajoittainen toiminta sekä kuvan liikesisällön vaihteluista johtuvien epäsäännöllisyyksien tasoittaminen.

Kuvassa on vain 312,5 lomitettua juovaa ja jos lähtökentän 262,5 lomitetun juovan kehittämiseen käytettäisiin vain yhden kentän juovia kuvatarkkuus pienenisi huomattavasti. Tämän välttämiseksi kuvion 6 piirissä käytetään 525-juovaisen kuvan kummankin kentän juovien kehittämisessä 312,5-juovaisen kuvan molempien kenttien juovia. Lisäksi käytetään ajallista interpolointia nykimisen välttämiseksi, jota muuten esiintyisi johtuen muutoksen puuttumisesta yhdessä kentässä kuudesta, kuten edellä on selitetty. Ajallisen interpoloinnin suorittavat kertojat 46 ja 48 ja summainpiiri 50 312,5-juovaisen kuvan toiselle kentälle ja kertojat 47 ja 49 yhdessä summainpiirin 52 kanssa kuvan toiselle kentälle. Ohjausyksikkö 58 kehittää kertojien 46-49 vaaditun ajallisen interpoloinnin suorittamiseksi tarvitsemat arvot. K:n ja L:n arvot eivät ole yhtäsuuria kuten voisi

II

is 75709 olettaa, koska kyseisten kenttien ajat eroavat toisistaan, koska ne ovat lomitettuja ja siten eri vaiheissa interpolointi-jaksojaan.

Kuvion 7 tarkastelu auttanee selventämään piirin tämän osan suorittamia toimintoja. Pystyviiva A edustaa aikaisemman kentän esiintymishetkeä ja viiva B myöhemmän kentän esiintymishetkeä, käytännössä kenttä luonnollisesti ulottuu tietyn ajanjakson yli ja viivat osoittavat vastaavia kohtia kentissä. Katkoviivat C ja D edustavat viivojen A ja B edustamia kenttiä välittömästi edeltävien lomitettujen kenttien esiintymisaikoja. Viiva E edustaa 60 Hz kentän vastaavaa aikaa ja välittömästi voidaan havaita, että viivan E ajallinen suhde viivoihin C ja D eroaa sen ajallisesta suhteesta viivoihin A ja B.

Summainpiirien 50 ja 52 lähdöt vastaavat nopeudella 30 kuvaa sekunnissa vaihtuvan 312,5-juovaisen kuvan juovia ja siten jokainen juova kestää 107 yus. Taajuudella 60 Hz vaihtuvan 525-juovaisen kuvan juova kestää 64 yus. Puskurien 51 ja 53 tehtävänä on vastaanottaa juovat 107 yus aikana ja lähettää ne 53,5 ^as aikana poikittaissuotimelle 54.

Juovia otetaan vuorotellen puskureista 51, 53, tämä on esitetty kaaviollisesti kytkimenä 54, joka kääntyy 53,5 us välein. Tämän kytkimen lähdössä on todellisuudessa 625 juovaa kuvaa kohti (312,5 kenttää kohti). Suodin 55 muodostaa juovainterpolaatto-rin, joka on analoginen kooderissa käytetylle, kertojia K1 ja K5 ohjataan lukumuistiin tallennettujen arvojen perusteella kentän aikana muuttuvasti siten, että 312,5-juovainen lähtö sisältää tarvittavat 262,5 juovaa oikein interpoloituina niiden aseman mukaan halutussa lähdössä. Lähtöpuskuri 56 jättää jakson isesti huomioonottamatta ylimääräiset juovat ja ajoittaa halutut juovat uudelleen kestoltaan oikeaan pituuteen 64^is.

ie 75709 PCM-televisiosignaalilähtö muunnetaan normaaliksi analogia-signaaliksi digitaali-analogiamuuntimellä perustana 256 kuva-elementtiä juovaa kohti.

Edellä olevassa selityksessä on tarkasteltu kooderia, joka muuntaa 525/60-signaalit ehdollisesti korvaaviksi 312,5/50-signaaleiksi, mitä seuraa muunnoksen takaisin 525/60-signaa-leiksi suorittava dekooderi. Ei kuitenkaan ole välttämätöntä, että tulevan kenttätaajuuden on oltava sama kuin lähtevän kent-tätaajuuden tai että jomman kumman ja lähetetyn taajuuden välillä olisi oltava yksinkertainen riippuvuus (itse asiassa jo aikaisemmin on mainittu kenttätaajuus 59,94 Hz £29,97 kuvaa/sj). Kuten on havaittu, koodausprosessiin sisältyy "kuvan väliin-jättäminen" (yhden kuudesta yksinkertaisessa 30/25 muunnoksessa: 29,97/25 muunnoksessa väliinjättäminen jätetään suorittamatta likimain kerran 1000 kuvan aikana) ja järjestelmä voidaan siten sovittaa mihin tahansa lähetetyn kuvanvaihtumistaajuuden suuruiseen tai sitä suurempaan kuvanvaihtumistaajuuteen. Vastaavasti dekooderissa edellytetään, että kierrättävän kuvamuistin päivitysnopeus on pienempi tai yhtäsuuri kuin nopeus, jolla kuvia kierrätetään, eli lähtövideon nopeus.

Järjestelmän M asynkronisessa "standardia muuttamattomassa” käsittelyssä voitaisiin siten valita lähetetyksi kuvanvaihtu-mistaajuudeksi 29,67 kuvaa/s. Tällöin voitaisiin käyttää tuloa, jossa on (nimellisesti) 30 tai 29,97 kuvaa/s, mikäli tulo pysyy 1 % päässä nimellistaajuudestaan. Synkronisiin järjestelmiin verrattuna tämä järjestely on erityisen käyttökelpoinen epästabiilien videolähteiden, kuten videonauhureiden tapauksessa. Vastaavasti kooderin lähtö voitaisiin lukita paikalliseen tah-distussignaalilähteeseen (edellyttäen jälleen, että se ei alita yli 1 prosentilla nimellisarvoa 29,97). Kuten on ilmeistä, vastaavanlaisia lukuja voitaisiin käyttää toimittaessa nimellisellä taajuudella 25 kuvaa/s eli kahta standardia käyttäen. Ehdotetun järjestelmän toisena etuna on, että koska kuvamuistit lä- 17 75709 hettimessä ja vastaanottimessa toimivat riippumattomien kellojen ohjaamina, kellotaajuuden korjausinformaatiota ei tarvitse lähettää kuten on tehtävä johdannossa mainituissa julkaisuissa selitetyissä järjestelmissä.

Edellä kuvioihin 4 ja 6 liittyen selitettyihin 25/30 kuvaa/s järjestelmiin sisältyy kuvainterpolointi liikkeen nykivyyden välttämiseksi, jota muussa tapauksessa ei esiintyisi. "Standardia muuttamattomissa" järjestelmissä taajuus, jolla kenttiä jätetään pois tai toistetaan, on alhainen ja interpolointi voitaisiin haluttaessa jättää pois aiheuttamatta huomattavia vääristymiä havaittuun liikkeeseen.

Hakijan edellä mainitussa aikaisemmassa patenttihakemuksessa käytetään puskurimuistin ohjausinformaation siirtoa tarkan pus-kuritahdistuksen varmistamiseksi, etenkin lähetysvirheiden esiintyessä. Edellä selitetyissä järjestelmissä, joissa videon kenttätaajuudet siirtotien molemmissa päissä ovat asynkronisia, tämä ei ole tarpeellista. Vastaanottimessa dekoodaussilmukka toimii .paikallisesti määrätyllä kenttätaajuudella ja koska tämä ei ole koskaan pienempi kuin tulevan datan kenttätaajuus, vaikeuksia ei esiinny. Lähetyspäässä riittää, kun (samoin kuin edellä mainitussa patenttihakemuksessa) varmistetaan, että nopeus, jolla dataa kehitetään, ei ole sellainen, että asianomainen puskuri vuotaa yli (tai tyhjenee). Tämä pätee yhteyden päissä käytetyistä kenttätaajuuksista riippumatta.

Jos sen sijaan edellä selitetyn tyyppisen kooderin sisältävä koodek halutaan liittää sellaiseen koodekiin, joka sisältää "tavanomaisen" dekooderin, viimeksi mainittu tarvitsee informaatiota kooderin puskurin tilasta BE (t) sen tarkastamiseksi onko dekooderin puskurin tila Bq (t) seuraavan riippuvuuden mukainen: BE(t-dt) + BD(t) - Vr4 t 18 75709 (missä VR on siirtotien kapasiteetti ja Δ t on datan kooderin puskurimuistiin tulon ja dekooderin puskurimuistista poistumisen välinen aika). Mukautuvaa toimintaa haluttaessa kooderin on siten annettava tämä informaatio. Kooderin puskurimuistin todellista tilaa vääristää kuitenkin koodaussilmukan ajoittainen toiminta, niin että arvo Bg(t), joka olisi lähetettävä ei ole todellinen puskurimuistin tila, vaan laskettu arvo siitä, mikä puskurin tila olisi ollut, jos todellisuudessa koodattu kenttä-määrä olisi koodattu vakiotaajuudella. Käänteisessä suunnassa "asynkroninen" dekooderi luonnollisesti jättää yksinkertaisesti huomiotta "synkronisen" kooderin lähettämän kooderin puskurin informaation.

Jos koodekit on kytketty väritelevisiojärjestelmiin, joina voi olla NTSC, PAL tai SECAM, tämän muotoinen koodaus ei sovellu käytettäväksi ehdollisen korvaamisen yhteydessä ja kuviossa 8 on esitetty eräs televisiokoodausmuoto, jota voitaisiin käyttää. Kuvaan sisältyy 312,5 lomitettua juovaa ja selitettävässä esimerkissä on käytetty kenttätaajuutta 50 Hz. Kunkin kentän juovista kuvainformaatiota varten käytetään 143 juovaa, jolloin jokaisessa kentässä jää 13,25 juovaa juovasammutukseen. Jokaisessa juovassa on 256 luminanssidatan elementtiä, jotka on johdettu televisiojärjestelmän Y-signaalista ja 52 väridatan elementtiä, jotka on johdettu U ja V signaaleista. O ja V informaatio sisältyy kuvan vuorotteleviin juoviin.

Il

Claims (7)

19 75709

1. Koodauslaite televisiosignaaleja varten, jossa laitteessa on koodauselimet (3), joihin sisältyy kuvamuisti (20) ja elimet (21) lähetettäviä peräkkäisiä kuvia edustavien videosignaalien vertaamiseksi kuvamuistiin tallennettuihin aikaisempien kuvien esityksiin kuvan elementtien muutoksiin liittyvän datan kehittämiseksi, ja puskurielimet (5) tämä datan vastaanottamiseksi nopeudella, jolla sitä kehitetään, ja sen syöttämiseksi lähtöön säännöllisellä nopeudella, tunnettu siitä, että on järjestetty elimet (21) keskeyttämään vertailuprosessi sellaisin väliajoin, että keskimääräinen kuvanvaihtumistaajuus, jolla tätä dataa kehitetään, on epätahdissa lähetettävää kuvaa edustavan videosignaalin kuvanvaihtumistaajuuden kanssa ja tätä alempi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koodauslaite, tunnettu siitä, että koodauselimiä edeltävistä kuvainterpolointielimistä (30,31), jotka on järjestetty in-terpoloimaan kunkin kuvaelementin peräkkäisissä kuvissa saamien arvojen välillä interpoloinnin muuttuessa etenevästi koodaustoiminnan keskeyttämisestä toiseen, niin että koodauksen keskeyttäminen ei aiheuta oleellista epäjatkuvuutta koodatun datan sekvenssin edustamaan liikkeeseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen koodauslaitteisto, tunnettu siitä, että suurempi kuvanvaihtumistaajuus on 30 kuvaa sekunnissa ja alempi kuvanvaihtumistaajuus on 25 kuvaa sekunnissa.

4. Dekoodauslaite koodattuja televisiosignaaleja varten, johon laitteeseen sisältyy puskurielimet (8) vastaanottamaan säännöllisellä datanopeudella koodatun televisiokuvan muutoksiin liittyvää dataa ja dekoodauselimet (10), joihin sisältyy kuvamuisti (43,44), ja ohjauselimet (42), joita puskurieli-mien vastaanottama data, joka edustaa kuvasisällön muutoksia 20 7 5 7 0 9 peräkkäisten kuvien osalta, ohjaa kuvamuistin päivittämiseksi ja jotka on järjestetty lukemaan dataa kuvamuistista videosignaalin kehittämiseksi, tunnettu siitä, että ku-vanvaihtumistaajuus, jolla kuvat luetaan muistista videosignaalin kehittämiseksi on epätahdissa vastaanotetun datan keskimääräisen kuvanvaihtumistaajuuden kanssa ja tätä suurempi, ja että ohjauselimet (42) on järjestetty toteuttamaan mainittu päivitys pikaisella kuvanvaihtumistaajuudella, joka on yhtä suuri kuin kuvanvaihtumistaajuus, jolla dataa luetaan kuvamuistista videosignaalin tuottamiseksi, ja keskeyttämään päivitysprosessi sellaisin väliajoin, että keskimääräinen datan lukunopeus puskurimuistista on yhtäsuuri kuin puskuri-muistin keskimääräinen datan vastaanottonopeus.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen dekoodauslaite, tunnettu dekoodauselimiä seuraavista kuvainterpoloin-tielimistä (43-52, 58), jotka on järjestetty interpoloimaan kunkin kuvaelementin peräkkäisissä kuvissa saamien arvojen välillä interpoloinnin muuttuessa etenevästi koodaustoimin-nan keskeytyksestä toiseen, niin että päivityksen keskeytys ei aiheuta oleellista epäjatkuvuutta videosignaalin edusta- ; maan liikkeeseen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen dekoodauslaite, tunnettu siitä, että kuvamuisti (43,44) muodostaa in-terpolointielinten muistielimet (43,44,45) tai niiden osan.

7. Patenttivaatimuksen 4, 5 tai 6 mukainen dekoodauslaite, tunnettu siitä, että korkeampi kuvanvaihtumistaajuus on 30 kuvaa sekunnissa ja alempi kuvanvaihtumistaajuus on 25 kuvaa sekunnissa. Il 75709 * ] 21