NL8801154A

NL8801154A - Televisie-overdrachtsysteem met overdracht van basisbeeldgewichtsfaktoren.

Info

Publication number: NL8801154A
Application number: NL8801154A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1988-05-03
Filing date: 1988-05-03
Publication date: 1989-12-01
Also published as: JPH01318378A; EP0340853A1; US4953018A

Description

PHN 12.554 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Televisie-overdrachtsysteem met overdracht van basisbeeldgewrchts-faktoren.

k. Achtergrond van de uitvinding A(1) Gebied van de uitvinding 5 De uitvinding heeft in zijn algemeenheid betrekking op een televisie-overdrachtsysteem voor overdracht van televisiebeelden in een digitaal formaat van een kodeerstation naar een dekodeerstation via een of ander transmissiemedium.

Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op 10 een televisie-overdrachtsysteem waarin het kodeerstation is voorzien van een beeldtransformatieschakeling voor het uitvoeren van een voorwaartse transformatie ter opwekking van zogenaamde basisbeeld gewichtsfaktoren en waarin het dekodeerstation is voorzien van een gewichtsfaktor-transformatieschakeling voor het uitvoeren van een inverse transformatie.

15 Een dergelijk televisiesysteem kan deel uitmaken van een televisie-omroepsysteem, in welk geval het kodeerstation deel uitmaakt van de televisie-omroepzender en elke TV-ontvanger van een dekodeerstation is voorzien. Het overdrachtsmedium is in dit geval de ether.

20 Ook kan een dergelijk systeem deel uitmaken van een videorecorder, in welk geval de videoband het overdrachtsmedium is.

A(2) Beschrijving van de stand van de techniek 25 Bij beeldkodering is het gebruikelijk een beeld op te vatten als een array van E1 x ^ beeldelementen die elk een bepaalde luminantie en eventueel kleur hebben. In het hiernavolgende zal worden verondersteld dat het beeld alleen grijstonen bevat en de luminantie van een beeldelement zal worden aangeduid met de beeldelementwaarde. Bij 30 het digitaliseren van zo'n beeld wordt aan elk beeldelement een getal (in binaire vorm) toegekend. Dit getal kan aangeven de beeldelementwaarde zelf, of bijvoorbeeld het verschil tussen de ,8801154

V

PHN 12.554 2 beeldelementwaarden van twee aan elkaar aansluitende beeldelementen. In het eerste geval spreekt men wel van een digitaal beeld in kanonieke vorm, of kortweg een kanoniek beeld.

Wordt voor het representeren van de beeldelementwaarde 5 van een kanoniek beeld 8 bits gebruikt, dan betekent dit dat een gangbaar kanoniek beeld van 576 x 720 beeldelementen voor zijn

C

representatie circa 3 x 10 bits vereist, wat bij overdracht van 25 r beelden per seconde leidt tot een bitrate van circa 75 x 1Q bits/seconde. Dit is in het algemeen ontoelaatbaar hoog. Het doel van 10 het kodeerstation is nu om dit kanonieke beeld om te zetten in een niet-kanoniek beeld dat met aanzienlijk minder bits kan worden gerepresenteerd.

Voor genoemde omzetting zijn verschillende methoden bekend, bijvoorbeeld de hierboven reeds aangegeven methode waarbij aan 15 elk beeldelement een getal wordt toegekend dat het verschil aangeeft tussen de beeldelementwaarden van twee aan elkaar aansluitende beeldelementen. Deze methode staat bekend onder de naam Differentiële Pulscode Modulatie, afgekort DPCM. Een andere methode is het kanonieke beeld te onderwerpen aan een voorwaartse beeldtransformatie. Daartoe 20 wordt het beeld opgedeeld in deelbeelden van elk N-jX^ beeldelementen die elk worden beschouwd als een som van onderling orthogonale basisbeelden Bq r, elk eveneens van bij N2 beeldelementen en elk met zijn eigen gewichtsfaktor Y(BM .J . Als 411 gevolg van de korrelatie tussen de beeldelementen van een deelbeeld is 25 de informatie gekoncentreerd in een beperkt aantal basisbeelden. Alleen de daarbij behorende gewichtsfaktoren zijn van belang en de andere gewichtsfaktoren kunnen worden verwaarloosd.

Om de gewichtsfaktoren te bepalen, wordt in de praktijk N.j meestal gelijk genomen aan N2 en wordt een deelbeeld mathematisch 30 beschouwd als een NxN matrix X en worden de gewichtsfaktoren eveneens gerangschikt volgens een NxN matrix die met Y zal worden aangeduid. Verder wordt een orthogonale NxN transformatiematrix A gedefinieerd die verband houdt met de gekozen verzameling basisbeelden Brt Meer in het bijzonder geldt dat: ^ ..... ®q,r ~ *q ^r

Hierin stelt Aq een NxN matrix voor waarin elke kolom gelijk is aan de q-de kolom van de transformatiematrix A en stelt A" een matrix .8801154 r PHN 12.554 3 voor waarvan elke rij gelijk is aan de r-de rij van de matrix A. De bedoelde gewichtsfaktoren volgen nu uit de matrixvermenigvuldiging

(2) ..... Y = AT X A

In deze uitdrukking stelt A de getransponeerde matrix van A voor.

5 Voor meer informatie omtrent het bovenstaande zij verwezen naar referentie 1.

Het aantal gewichtsfaktoren dat moet worden overgedragen, blijkt nauw samen te hangen met de opbouw van de gekozen basisbeelden en daarmee samenhangend met de gekozen transformatiematrix A. In dit 10 verband blijkt de Karhunen-Loeve transformatiematrix (zie bijvoorbeeld referentie 2, pagina's 259-264) optimaal te zijn. Hij is echter moeilijk te implementeren. Tegenwoordig wordt de discrete cosinus transformatie, afgekort DCT, algemeen als het beste alternatief beschouwd (zie referentie 2).

15 In de praktijk blijkt dat het aantal gewichtsfaktoren dat voor overdracht in aanmerking komt, van deelbeeld tot deelbeeld zeer sterk kan verschillen. Om een selektie te kunnen maken, moeten altijd alle coëfficiënten worden berekend.

20 B. Doelstelling en samenvatting van de uitvinding

De uitvinding beoogt een televisie-overdrachtsysteem aan te geven van de bovenomschreven soort waarin alleen die coëfficiënten worden bepaald die voor overdracht in aanmerking 25 komen.

Overeenkomstig de uitvinding is daartoe - de beeldtransformatieschakeling voor het uitvoeren van de voorwaartse transformatie ingericht voor het: i) vermenigvuldigen van elk deelbeeld met een referentiebeeld dat 30 voor verschillende beeldelementen verschillende waarden heeft, waardoor telkens een produktdeelbeeld wordt verkregen; ii) voor het vermenigvuldigen van elk produktdeelbeeld met een aantal kernbeelden ter opwekking van een met het aantal kernbeelden overeenkomend aantal blokken produktelementwaarden, 35 waarbij elk kernbeeld gelijk is aan het produkt van het referentiebeeld met een basisbeeld uit een verzameling van basisbeelden die elk worden gevormd door een orthogonaal .8801154

Claims

1. Televisie-overdrachtsysteem voor overdracht van een door een digitaal beeldsignaal gerepresenteerd beeld van een kodeerstation naar een dekodeerstation, waarbij het kodeerstation is ingericht voor het opdelen van het beeld in deelbeelden van elk N-jX^ 5 beeldelementen, voor het uitvoeren van een voorwaartse transformatie ter opwekking van basisbeeldgewichtsfaktoren, en waarbij het dekodeerstation is ingericht voor het uitvoeren van een inverse transformatie ter opwekking van een lokaal deelbeeld bestaande uit beeldelementen, met het kenmerk, dat 10 - ten behoeve van de voorwaartse transformatie i) elk deelbeeld wordt vermenigvuldigd met een referentiebeeld dat voor verschillende beeldelementen verschillende waarden heeft, waardoor telkens een produktdeelbeeld wordt verkregen; ii) elk produktdeelbeeld wordt vermenigvuldigd met een aantal 15 kernbeelden ter opwekking van met het aantal kernbeelden overeenkomend aantal blokken produktelementwaarden, waarbij elk kernbeeld gelijk is aan het produkt van het referentiebeeld met een basisbeeld uit een verzameling van basisbeelden die elk worden gevormd door een orthogonaal polynoom behorende bij het 20 kwadraat van het referentiebeeld; iii) alle produktelementwaarden van een blok bij elkaar worden opgeteld ter opwekking van een gewichtsfaktor; - ten behoeve van de inverse transformatie; iv) elke gewichtsfaktor wordt vermenigvuldigd met een kernbeeld ter 25 opwekking van een aantal hulpdeelbeelden; v) de aldus verkregen hulpdeelbeelden bij elkaar worden opgeteld.

2. Kodeerstation geschikt voor toepassing in een televisie-overdrachtsysteem volgens conclusie 1 voor overdracht van een door een digitaal beeldsignaal gerepresenteerd beeld naar een dekodeerstation en 30 dat is ingericht voor het opdelen van het beeld in deelbeelden van elk N^xN2 beeldelementen, voor het uitvoeren van een voorwaartse transformatie voor het omzetten van elk deelbeeld in basisbeeldgewichtsfaktoren, met het kenmerk, dat ten behoeve van de voorwaartse transformatie 35 i) elk deelbeeld wordt vermenigvuldigd met een referentiebeeld dat voor verschillende beeldelementen verschillende waarden heeft, waardoor telkens een produktdeelbeeld wordt verkregen; 8801154 PHN 12.554 13 ii) elk produktdeelbeeld wordt vermenigvuldigd met een aantal kernbeelden ter opwekking van met het aantal kernbeelden overeenkomend aantal blokken produktelementwaarden, waarbij elk kernbeeld gelijk is aan het produkt van het referentiebeeld met 5 een basisbeeld uit een verzameling van basisbeelden die elk worden gevormd door een orthogonaal polynoom behorende bij het kwadraat van het referentiebeeld; iii) alle produktelementwaarden van een blok bij elkaar worden opgeteld ter opwekking van een gewichtsfaktor;

3. Kodeerstation volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat van het referentiebeeld de beeldelementwaarden van de verschillende beeldelementen worden beschreven door een Gauss-funktie en dat de beeldelementwaarden van de verschillende beeldelementen van elk van de basisbeelden worden beschreven door een diskreet bandbegrensd Hermite- 15 polynoom.

4. Kodeerstation volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat van het referentiebeeld de beeldelementwaarden van de verschillende beeldelementen worden beschreven door de wortel uit de binominaal-coëfficiënten en dat de beeldelementwaarden van de verschillende 20 beeldelementen van elk van de basisbeelden worden beschreven door een Krawtchouk polynoom.

5. Dekodeerstation geschikt voor toepassing in een televisie-overdrachtsysteem volgens conclusie 1, en geschikt voor ontvangst van gewichtsfaktoren die worden opgewekt door een kodeerstation volgens een 25 van de conclusies 2, 3, of 4, waarbij dit dekodeerstation is ingericht voor het uitvoeren van een inverse transformatie ter omzetting van gewichtsfaktoren in een lokaal deelbeeld bestaande uit NfX^ beeldelementen, met het kenmerk, dat ten behoeve van de inverse transformatie. 30 i) elke gewichtsfaktor wordt vermenigvuldigd met een kernbeeld ter opwekking van een aantal hulpdeelbeelden; ii) de aldus verkregen hulpdeelbeelden bij elkaar worden opgeteld.

6. Dekodeerstation volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat elk kernbeeld gelijk is aan het produkt van een referentiebeeld en een 35 basisbeeld uit een verzameling van basisbeelden die elk worden gevormd door een orthogonaal polynoom behorende bij het kwadraat van het referentiebeeld. .8801154 PHN 12.554 14

7. Dekodeerstation volgens conclusie 5 en 6, met het kenmerk, dat ten behoeve van de inverse transformatie elk hülpdeelbeeld verder wordt gedeeld door een correctiebeeld dat gelijk is aan de mathematische som van verschoven versies van het referentiebeeld.

8. Dekodeerstation volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat van het referentiebeeld de beeldelementwaarden van de verschillende beeldelementen worden beschreven door een Gauss-funktie en dat de beeldelementwaarden van de verschillende beeldelementen van elk van de basisbeelden worden beschreven door een diskreet bandbegrensd Hermite-10 polynoom.

9. Dekodeerstation volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat van het referentiebeeld de beeldelementwaarden van de verschillende beeldelementen worden beschreven door de wortel uit de binominaal-coëfficiënten en dat de beeldelementwaarden van de verschillende 15 beeldelementen van elk van de basisbeelden worden beschreven door een Krawtchouk polynoom. „ 880 1154