PL170173B1

PL170173B1 - rozdzielczosci obrazu PL PL PL PL

Info

Publication number: PL170173B1
Application number: PL93304806A
Authority: PL
Inventors: Sheau-Bao Nmn Ng
Original assignee: Rca Thomson Licensing Corp
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1993-01-13
Publication date: 1996-10-31
Also published as: HUT70722A; CZ195494A3; KR100266238B1; DK0627153T3; CA2130479A1; MY109154A; MX9300930A; TW243576B; CN1076824A; HU9402383D0; JP3793225B2; ES2130252T3; KR950700668A; RU2106759C1; AU3434293A; CZ282863B6; EP0627153B1; DE69324134T2; CA2130479C; US5262854A

Abstract

1. Urzadzenie odbiorcze sygnalów wizyjnych te- lewizji wysokiej jakosci o stosunkowo malej rozdzielczo- sci obrazu, zawierajace uklad strojenia do odbioru cyfrowych, poddanych kompresji transformatowej da- nych sygnalu wizyjnego, wystepujacych w blokach reprezentujacych poszczególne obszary obrazu o pier- wszej rozdzielczosci, uklad przetwarzania sygnalów do- laczony do ukladu strojenia i uklad obrazowania dolaczony do ukladu przetwarzania sygnalów, zna- m ienny tym, ze uklad przetwarzania sygnalów zawiera pamiec obrazu (315) o dostepie bezposrednim, której wejscie jest dolaczone do inwersyjnego ukladu (310), (320) wspólczynników transform aty poprzez uklad dzie- sietny dla pam ietania sygnalów wizyjnych poddanych dekompresji, reprezentujacych obszary obrazu o roz- dzielczosci mniejszej niz odebrana, wyjscie pamieci ob- razu (315) o dostepie bezposrednim jest dolaczone do pierwszego wejscia ukladu prognozowania (304', 304"), którego drugie wejscie jest dolaczone do wyjscia sygna- lów wizyjnych i wyjscie jest dolaczone takze do inwer- syjnego u k la d u (3 0 1 , 3 2 0 ) w spólczynników transform aty poprzez uklad dziesietny (311). przy czym in wersyjny uklad (310, 320) wspólczynników transfor- m aty je st sprzezony poprzez uklad prognozowania (304', 304") z pamiecia obrazu (315) o dostepie bezpo- srednim dolaczona takze do wyjscia obrazowania. FIG. 4 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie odbiorcze sygnałów wizyjnych telewizji wysokiej jakości o stosunkowo małej rozdzielczości obrazu, które ma jakość współmierną z urządzeniami odbiorczymi systemu NTSC.

Znane urządzenia odbiorcze sygnałów wizyjnych telewizji wysokiej jakości czyli systemu HDTV są zwykle cyfrowe i dostarczają obrazy o stosunkowo dużej rozdzielczości. Urządzenia te wymagają znacznego oprzyrządowania, w tym dużej ilości pamięci obrazu o dostępie bezpośrednim czyli pamięci typu VRAM, co powoduje ich złożoność.

Znana jest możliwość dostarczania prostszą drogą sygnałów telewizji wysokiej jakości, lecz kosztem pogorszenia rozdzielczości odtwarzanego obrazu. Takie odbiorniki są nadal korzystniejsze od odbiorników systemu NTSC, ponieważ nie mają zwykłych wad tego systemu, takich jak przenikanie sygnałów monochromatycznych i przenikanie sygnałów luminancji, a będąc cyfrowymi są kompatybilne z innymi urządzeniami cyfrowymi, takimi jak komputery domowe.

Standardowy sygnał telewizji wysokiej jakości odtwarza obrazy o 1050 liniach i 1440 pikselach na linię. Standardowy odbiornik telewizji wysokiej jakości wymaga zastosowania na przykład czterech pamięci obrazu typu RAM czyli VRAM do przetwarzania dekodowanego sygnału oraz pamięci do buforowania kilku pól danych poddanych kompresji. Przy rozważaniu próbek ośmiobitowych, cztery takie pamięci obrazu typu RAM wymagają zastosowania bardzo szybkiej pamięci o szybkości przesyłania 48,38 Mbitów na sekundę. Natomiast gdy sygnał telewizji wysokiej jakości jest dekodowany do normalnej rozdzielczości systemu NTSC równej 525 linii z 910 pikselami na linię, wymagane jest zastosowanie stosunkowo wolnej pamięci obrazu typu RAM o szybkości przesyłania 15,29 Mbitów na sekundę, czyli około trzykrotnie wolniejszej od pamięci wymaganej przez obraz o dużej rozdzielczości.

Znane jest z europejskiego opisu patentowego nr 0 460 928 urządzenie przetwarzające sygnały wizyjne, zawierające interpolator do interpolacji punktu nie próbkowanego z punktów pola próbkowanych dla przywracania pasma sygnału telewizji wysokiej jakości poddanego kompresji w wyniku podpróbkowania, pierwszy element opóźniający do opóźniania interpolowanego sygnału o okres jednego pola, drugi element opóźniający do opóźniania sygnału pierwszego elementu opóźniającego o okres jednego pola, selektor wartości średniej do selekcji sygnału o wartości średniej z sygnałów w trzech sąsiednich polach z wejścia i wyjścia dwóch elementów opóźniających oraz sumator do uśredniania sygnału wyjściowego pierwszego elementu opóźniającego i sygnału wyjściowego selektora wartości średniej. W stopniu wejściowym interpolatora jest umieszczony układ przetwarzania linii wybierania z sygnału telewizji wysokiej jakości na standardowy sygnał telewizyjny wybierania kolejnoliniowego. W stopniu wyjściowym sumatora jest umieszczony natomiast układ przetwarzania linii wybierania ze standardowego sygnału telewizyjnego wybierania kolejnoliniowego na standardowy sygnał telewizyjny wybierania międzyliniowego.

Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 991 010 dwustanowy filtr interpolacji obrazu pracujący w pierwszym stanie pamiętania współczynników interpolacji i w drugim stanie przekształcania standardów telewizyjnych z szybkością pikseli. Filtr ten służy do przetwarzania wejściowej sekwencji cyfrowych sygnałów obrazu w wyjściową sekwencję cyfrowych sygnałów interpolowanych zgodnie z algorytmem obliczeniowym dostarczanym w wielu połączonych ze sobą stopniach obliczeniowych połączonych równolegle z jego wyjściami w celu sumowania i tworzenia sekwencji wyjściowej sygnałów cyfrowych. Co najmniej jeden ze stopni obliczeniowych zawiera pamięć współczynników o dostępie bezpośrednim, mającą wejście do szeregowego pamiętania współczynników interpolacji i szybkie wyjście równoległe, oba sterowane przez linie adresów. Stopień obliczeniowy zawiera także

170 173 układ mnożący reagujący na sygnał wyjściowy pamięci współczynników i na wejściową sekwencję cyfrowych sygnałów obrazu dla wytwarzania iloczynu cyfrowego sygnału wejściowego i zapamiętanego współczynnika interpolacji. Stopień obliczeniowy zawiera ponadto generator adresów do dostarczania sekwencji adresów wprowadzających zespół współczynników interpolacji do pamięci współczynników o dostępie bezpośrednim, przy czym generator adresów reaguje na włączający sygnał wejściowy dla rozpoczęcia tej sekwencji i wytwarzania włączającego sygnału wyjściowego na końcu sekwencji. Stopień obliczeniowy zawiera multiplekser do selektywnego kierowania albo sekwencji adresów wprowadzających albo sekwencji adresów odczytu na linie adresów pamięci współczynników o dostępie bezpośrednim oraz układ przełączania multipleksera dla zapewniania wybranego spośród dwóch stanów pracy pamięci współczynników. W pierwszym stanie zespół współczynników interpolacji jest wprowadzany na wejście szeregowo i zapamiętywany w pamięci przez sterowanie adresami wprowadzającymi, a w drugim stanie zapamiętane współczynniki są adresowane przez sterowanie adresami odczytu i kierowane na wyjście do układu mnożącego z szybkością sekwencyjną, z którą sygnały obrazu są dostarczane do układu mnożącego. Skutkiem tego w pierwszym stanie szereg połączonych ze sobą stopni obliczeniowych jest wprowadzanych szeregowo, a w drugim stanie szereg połączonych ze sobą stopni obliczeniowych jest równocześnie adresowanych tak, że wybrane współczynniki interpolacji są dostarczane do kolejnych sygnałów cyfrowych.

Znane są z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 049 993 sposób i urządzenie do wstępnego przetwarzania formatu sygnałów wizyjnych. Przedstawione urządzenie do przemiany pomiędzy sekwencją międzyliniowych sygnałów wizyjnych o dużej rozdzielczości, określających dwa pola na ramkę, a sekwencją kolejnoliniowych sygnałów wizyjnych o małej rozdzielczości, zawiera filtr liniowy do filtrowania sekwencji międzyliniowej dla utworzenia pierwszej pośredniej sekwencji kolejnoliniowej oraz filtr nieliniowy do filtrowania tej pierwszej pośredniej sekwencji kolejnoliniowej dla utworzenia drugiej pośredniej sekwencji kolejnoliniowej oraz układ do realizacji przejścia na system dziesiętny drugiej pośredniej sekwencji kolejnoliniowej dla utworzenia sekwencji kolejnoliniowej o małej rozdzielczości.

W urządzeniach odbiorczych tego typu można wykorzystywać poddane kompresji cyfrowe sygnały telewizyjne o postaci przedstawionej przez Advanced Television Research Consortium (Konsorcjum Zaawansowanych Badań Telewizyjnych) (NBC, Thomson Consumer Electronics, North American Philips Corporation and SRI/DSRC), które są podobne do sygnałów w standardzie przedstawionym przez Motion Picture Experts Group, czyli w standardzie MPEG przedstawionym szczegółowo w dokumencie International Organization for Standardization (Międzynarodowa Organizacja Normalizacji), ISO-IET JT (1/SC2AVG1), Kodowanie obrazów filmowych i związanej z nimi fonii, MPEG 90/176 Przeg. 2, 18 grudzień 1990. Proces kodowania/dekodowania w standardzie MPEG jest przedstawiony szczegółowo w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 122 875.

W urządzeniu według wynalazku układ przetwarzania sygnałów zawiera pamięć obrazu o dostępie bezpośrednim, której wejście jest dołączone do inwersyjnego układu współczynników transformaty poprzez układ dziesiętny dla pamiętania sygnałów wizyjnych poddanych dekompresji, reprezentujących obszary obrazu o rozdzielczości mniejszej niż odebrana. Wyjście pamięci obrazu o dostępie bezpośrednim jest dołączone do pierwszego wejścia układu prognozowania, którego drugie wejście jest dołączone do wyjścia sygnałów wizyjnych i wyjście jest dołączone także do inwersyjnego układu współczynników transformaty poprzez układ dziesiętny. Inwersyjny układ współczynników transformaty jest sprzężony poprzez układ prognozowania z pamięcią obrazu o dostępie bezpośrednim dołączoną także do wyjścia obrazowania.

Korzystnie inwersyjny układ współczynników transformaty zawiera wbudowany układ dziesiętny.

Inwersyjny układ współczynników transformaty ma wejście bloków słów kodów przedstawiających M razy M pikseli oraz wyjście bloków N razy N pikseli odpowiadających danym obszarom obrazu, gdzie M i N są liczbami całkowitymi i M jest większe niż N.

Urządzenie zawiera układ maskujący współczynniki dołączony do inwersyjnego układu współczynników transformaty z macierzy M razy M w macierz N razy N.

170 173

Korzystnie inwersyjny układ współczynników transformaty stanowi inwersyjny układ współczynników DTC dyskretnej transformaty cosinus.

Pomiędzy wyjście inwersyjne układu współczynników transformaty i wyjście układu prognozowania z kompensacją ruchu są włączone dwa wejścia sumatora, którego wyjście jest dołączone do węzła łączącego wejście pamięci obrazu o dostępie bezpośrednim z wyjściem obrazowania.

Korzystnie pomiędzy pamięć obrazu o dostępie bezpośrednim i układ prognozowania z kompensacją ruchu jest włączony interpolator macierzy M razy M pikseli z macierzy N razy N pikseli, a pomiędzy układ prognozowania z kompensacją ruchu i drugą końcówkę wejściową sumatora jest włączony układ dziesiętny dla wytwarzania macierzy N razy N pikseli z macierzy M razy M pikseli.

W korzystnym przykładzie wykonania urządzenie zawiera pierwszy układ dziesiętny, którego końcówka wejściowa jest dołączona do wyjścia bloków poddanych kompresji danych wizyjnych i końcówka wyjściowa macierzy N razy N otrzymanej z macierzy M razy M jest dołączona do pierwszej końcówki wejściowej sumatora, którego druga końcówka wejściowa jest dołączona do układu prognozowania i końcówka wyjściowa jest dołączona do pamięci obrazu o dostępie bezpośrednim, której końcówka wyjściowa jest dołączona do interpolatora, którego końcówka wyjściowa macierzy M razy M otrzymanej z macierzy N razy N jest dołączona do końcówki wejściowej układu prognozowania z kompensacją ruchu, którego końcówka wyjściowa jest dołączona do drugiego układu dziesiętnego włączonego pomiędzy układ prognozowania z kompensacją ruchu sygnału i drugą końcówkę wejściową sumatora dla wytwarzania macierzy N razy N otrzymanej z macierzy M razy M.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie urządzenia odbiorczego sygnałów wizyjnych telewizji wysokiej jakości, wykorzystującego tylko część danych w sygnale o dużej rozdzielczości do odtwarzania obrazu o mniejszej rozdzielczości w celu ograniczenia wymaganego oprzyrządowania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia poglądowo sygnały wykorzystywane w urządzeniu odbiorczym według wynalazku, fig. 2 - standardowe urządzenie odbiorcze telewizyjne do przetwarzania poddanych kompresji cyfrowych sygnałów telewizyjnych, w schemacie blokowym, fig. 3 - dekompresor urządzenia odbiorczego z fig. 2, fig. 4 - drugi przykład wykonania dekompresora, fig. 5 - trzeci przykład wykonania dekompresora, fig. 6 - przedstawienie poglądowe formatu próbki dostarczanej przez interpolator z fig. 5, fig. 7 - czwarty przykład wykonania dekompresora, fig. 8 piąty przykład wykonania dekompresora, fig. 8A, 8B i 8C - funkcje układów maskujących stosowanych w układzie z fig. 8, fig. 9 - budowę układu maskującego z fig. 8 i fig. 10 - schemat działań dla części dekompresora z fig. 7.

Figura 1 przedstawia poglądowo poddany kompresji sygnał telewizyjny wykorzystywany w urządzeniu odbiorczym według wynalazku.

Wynalazek zostanie opisany dla standardu poddanego kompresji cyfrowego sygnału telewizyjnego o postaci przedstawionej przez Advanced Television Research Consortium, który jest podobny do standardu przedstawionego przez Motion Picture Experts Group, czyli standardu MPEG.

Na fig. 1 sygnał jest przedstawiony hierarchicznie i występuje w kolejnych grupach obrazów GOP, z których każda zawiera poddane kompresji dane dla podobnej liczby ramek obrazów. Grupy obrazów GOP są zaznaczone w gómym rzędzie L1. Każda grupa obrazów GOP zawiera nagłówek, po którym następują segmenty P danych obrazu, co pokazano w rzędzie L2. Nagłówek zawiera dane związane z wymiarem poziomym i pionowym obrazu, współczynnikiem kształtu obrazu, szybkością pola/ramki, szybkością przesyłania danych i tak dalej.

Dane obrazu, pokazane w rzędzie L3 w grupach bloków GOB, odpowiadające poszczególnym polom/ramkom obrazu, zawierają nagłówek obrazu, po którym następują dane wycinkowe w makroblokach MB pokazanych w rzędzie L4. Grupy bloków GOB zawierają informację obrazu dla ciągłych obszarów obrazu, na przykład każda grupa bloków GOB danych obrazu zawiera dane przedstawiające 16 kolejnych linii poziomych obrazu. Nagłówek obrazu zawiera liczbę pól/ramek i rodzaj kodu obrazu. Każda grupa bloków GOB danych obrazu, pokazana w

170 173 rzędzie L4, zawiera nagłówek identyfikujący jej położenie na obrazie, po którym następuje wiele makrobloków MB danych. Nagłówek może także zawierać liczbę grup i parametr kwantowania.

Makrobloki MB zawierają dane przedstawiające obraz dla części wycinka. Typowy makroblok MB w standardzie MPEG określa obszar obrazu pokrywający macierz 16 razy 16 pikseli. Makroblok MB jest w rzeczywistości złożony z 6 bloków, z których cztery przenoszą informację luminancji i dwa przenoszą informacje chrominancji. Każdy z czterech bloków luminancji przedstawia macierz 8 razy 8 pikseli lub jedną czwartą macierzy 16 razy 16. Każdy z bloków chrominancji jest macierzą 8 razy 8, przedstawiającą całą macierz 16 razy 16 pikseli. Poszczególne bloki zawierają współczynniki dyskretnej transformaty cosinus, czyli współczynniki DCT wytwarzane przez poszczególne macierze danych pikseli. Na przykład każdy blok luminancji, wytwarzany przez macierz 8 razy 8 pikseli, może zawierać współczynniki DCT w ilości 8 razy 8 czyli 64. Jeden współczynnik przenosi informację o jaskrawości a każdy z pozostałych współczynników przenosi informację związaną z innym widmem częstotliwości obrazu. Współczynniki są uporządkowane w określonej kolejności, ze współczynnikiem jaskrawości pierwszym i pozostałymi współczynnikami w kolejności zależnej od ważności widma. Wiele obrazów może zawierać mało szczegółów, co powoduje, że wiele współczynników DCT ma wartość zero. W hierarchi współczynników w poszczególnych blokach wszystkie współczynniki o wartości zero, następujące po ostatnim współczynniku o wartości różnej od zera, są kasowane z danych bloku i kod końca bloku EOB, pokazany w rzędach L6, jest wprowadzany po ostatnim współczynniku o wartości różnej od zera. Poza tym współczynniki o wartości zero, występujące przed ostatnim współczynnikiem o wartości różnej od zera, są kodowane grupowo. Zatem może być mniej niż 64 współczynników w bloku danych.

Każdy makroblok MB pokazany w rzędzie L5 zawiera nagłówek, po którym następują wektory ruchu MV i kodowane współczynniki AC. Nagłówki makrobloków MB zawierają adres makrobloku, rodzaj makrobloku i parametr kwantowania. Kodowane współczynniki AC są przedstawione w rzędach L6. Wiele danych, w tym współczynniki DCT dyskretnej transformaty cosinus i dane nagłówków, są kodowane ze zmienną długością. Poza tym pewne dane, takie jak współczynniki DCT i wektory ruchu MV są kodowane przy pomocy różnicowej modulacji impulsowo-kodowej DPCM.

Dane pokazane na fig. 1 są zwykle dobierane w celu zmniejszenia wpływu błędów bloków i wprowadzane do przesyłanych pakietów danych o stałej liczbie bajtów dla ułatwienia synchronizacji w urządzeniu odbiorczym. Poza tym pakiety danych są przesyłane z kodowaniem błędów, na przykład przy pomocy kodera Reeda-Solomana, są do nich dołączane bity kontroli parzystości.

Figura 2 przedstawia podstawowe układy urządzenia odbiorczego telewizji wysokiej jakości czyli systemu HDTV. Sygnały emitowanego programu są odbierane przez antenę 9 i dostarczane do układu strojenia-demodulatora 10. Na wyjściu układu strojenia-demodulatora 10 występują dane cyfrowe, które są dostarczane do układu korektora błędu i przetasowania 11. Układ korektora błędu i przetasowania 11 zawiera na przykład korektor błędu Reeda-Solomana do detekcji i korekcji błędów danych powstających podczas przesyłania sygnałów i układ zapewniający odwrotne przetasowanie danych. Przetasowane dane ze skorygowanym błędem są'dostarczane do układu 12 rozkładu pakietu, który ustawia dane w sekwencji przedstawionej na fig. 1. Funkcje korekcji błędu, przetasowania i rozkładu pakietu mogą występować w różnej sekwencji, która ma odwrotną kolejność niż funkcje realizowane w nadajniku.

Sformatowane dane są dostarczane do dekodera 13 o zmiennej długości, w którym są dekodowane dane kodowane ze zmienną długością i są dekodowane wszystkie dane kodowane grupowo. Dekodowane dane są dostarczane do dekompresora 14, który transformuje poddane kompresji dane obrazu w dane pikseli osnowy obrazu telewizyjnego i dostarcza dane pikseli do pamięci obrazu 15 o dostępie bezpośrednim czyli pamięci VRAM. Dane pikseli z pamięci obrazu 15 są następnie dostarczane do układu obrazowanWrejestracji 16, magnetowidu lub innego układu wykorzystującego sygnał wizyjny.

Figura 3 przedstawia przykładowy dekompresor dla urządzenia odbiorczego z fig. 2, przystosowany do przetwarzania danych wizyjnych w standardzie MPEG. Układ z fig. 3 jest podobny do znanych dekoderów wizyjnych prognozowania z kompensacją ruchu. Wejściowe

170 173 dane wizyjne są dostarczane do dekodera 300, na którego wyjściu występują dane o zmiennej długości doprowadzane z kolei do sterownika 302 dekompresji. Do sterowanika 302 są wprowadzone inwersyjne kodery 306A i 306B różnicowej modulacji impulsowo-kodowej. Sterownik 302 odejmuje dane nagłówka od poddanych kompresji danych wizyjnych w celu programowania ich sekwencji dekompresji. Zwykle sterownik 302 jest układem stanów programowanym dla wykonania szczególnych standardowych programów podlegających pewnym zmiennym, które są włączone w dane nagłówka.

Sterownik 302 kieruje dane współczynników przez inwersyjny koder 306A, w którym właściwe słowa kodu są przepuszczane bez zmian lub dekodowane zgodnie z wymaganiem. Dane wektorów ruchu są kierowane przez inwersyjny koder 306B, w którym wektory są dekodowane. Dekodowane dane wektorów ruchu są doprowadzane do układu prognozowania 304 z kompensacją ruchu, a współczynniki są doprowadzane do inwersyjnego układu 310 współczynników dyskretnej transformaty cosinus, czyli współczynników DCT. Inwersyjny układ 310 współczynników reaguje na bloki współczynników i wytwarza macierze 8 razy 8 informacji pikseli, które są dostarczane w określonym porządku do sumatora 312. Dane wyjściowe sumatora 312 odpowiadają wartościom pikseli poddanych dekompresji. Te wartości pikseli są wprowadzane do pamięci obrazu 318, skąd są dostarczane do układu wyświetlania. Dane wyjściowe sumatora 312 są również dostarczane do pary pamięci buforowych 314 i 316. Każda z pamięci buforowych 314 i 316 ma wystarczającą pojemność do pamiętania jednej ramki obrazu danych pikseli. Pamięci buforowe 314 i 316 są dołączone do układu prognozowania 304. Układ prognozowania 304 reaguje na wektory ruchu i odbiera właściwe bloki 8 razy 8 danych pikseli z pamięci buforowej 314 lub 316 lub obu oraz dostarcza je do sumatora 312.

Zwykle w standardzie MPEG dane reprezentujące określone ramki są kodowane wewnątrzramkowo i dane reprezentujące pozostałe ramki są kodowane międzyramkowo. Dane reprezentujące ramki kodowane wewnątrzramkowo są wytwarzane przez segmentowanie wartości pikseli na poszczególne bloki 8 razy 8 i dokonanie dyskretnej transformaty cosinus DCT na danych pikseli. Odmiennie dane reprezentujące ramki kodowane międzyramkowo są wytwarzane przez prognozowanie ramek obrazu z poprzednich ramek, następnych ramek lub obu, określenie różnic pomiędzy ramkami prognozowanymi i rzeczywistymi oraz dokonanie dyskretnej transformaty cosinus DCT w blokach 8 razy 8 danych resztowych. Tak więc współczynniki wewnątrzramkowe reprezentują dane obrazu, a współczynniki międzyramkowe reprezentują dane różnic ramek. Dla ramek kodowanych wewnątrzramkowo nie są wytwarzane żadne dane wektorów ruchu. Dane wektorów ruchu dla ramek kodowanych międzyramkowo stanowią słowa kodu, które identyfikują bloki 8 razy 8 pikseli w ramkach, z których są wytwarzane prognozowane ramki i które to bloki są najdokładniej dopasowane do bloku obecnie przetwarzanego w ramce obecnie kodowanej.

Wówczas gdy ramki kodowane wewnątrzramkowo są przetwarzane, układ prognozowania 304 z fig. 3 jest wprowadzany w stan, w którym dostarcza wartości równe zeru do sumatora 312. Odwrotnie przetworzone dane, dostarczane przez inwersyjny układ 310 współczynników, odpowiadają blokom wartości pikseli. Te wartości są przepuszczane bez zmiany przez sumator 312 i są wprowadzane do pamięci obrazu 318 w celu zobrazowania oraz są wprowadzane do jednej z pamięci buforowych 314 lub 316 w celu użycia przy prognozowaniu kolejnych ramek. Bezpośrednio po dekodowaniu ramki kodowanej wewnątrzramkowo jest otrzymywana z dekodera 300 o zmiennej długości ramka kodowana międzyramkowo, odpowiadająca ramce występującej po określonej liczbie ramek po pierwszej ramce kodowanej wewnątrzramkowo. Ta ramka kodowana międzyramkowo jest prognozowana w koderze na podstawie poprzedniej ramki kodowanej wewnątrzramkowo. Współczynniki DCT ramki kodowanej międzyramkowo przedstawiają wartości resztowe, które po dodaniu do wartości pikseli dekodowanej ramki kodowanej wewnątrzramkowo wytwarzała wartości pikseli dla bieżącej ramki kodowanej międzyramkowo. Przy dekodowaniu tej ramki kodowanej międzyramkowo inwersyjny układ 310 współczynników dostarcza dekodowane wartości resztowe do sumatora 312, a układ prognozowania 304, reagujący na dane wektory ruchu, odbiera odpowiednie bloki wartości pikseli ramki kodowanej wewnątrzramkowo z pamięci buforowej 314, 316 i dostarcza je we właściwym porządku do sumatora 312. Sumy dostarczane przez sumator są wartościami pikseli dla danej

170 173 ramki kodowanej międzyramkowo. Te wartości pikseli są wprowadzane do pamięci obrazu 318 i do tej pamięci buforowej 3141 ub 316, która nie; p£ir^iiit^ dekodowanych wartości pikseli ramki kodowanej wewnątrzkomórkowo.

Po dekodowaniu ramki dekodowanej międzyramkowo, dostarczane są kodowane ramki, które normalnie występują bezpośrednio po opisanych poprzednio ramkach i które były kodowane międzyramkowo, a więc są dekodowane podobnie do ramki kodowanej międzyramkowo. Jednak dekodowane dane tych ramek nie są pamiętane w pamięciach buforowych 314 i 316, ponieważ nie są stosowane do prognozowania innych ramek.

Figura 4 przedstawia część urządzenia z fig. 3 w skróconej postaci i elementy z fig. 4 oznaczone tymi samymi numerami, jak elementy z fig. 3, które odpowiadają tym elementom. Na fig. 4 pomiędzy inwersyjny układ 310 współczynników i sumator 312 został wstawiony dwuwymiarowy układ dziesiętny 311. Układ dziesiętny 311 zawiera obwód podpróbkowania do eliminacji na przykład każdego innego rzędu wartości i każdej innej wartości, czyli wartości pikseli lub pozostałości pikseli w innych rzędach macierzy pikseli, zapewnianych przez inwersyjny układ 310 współczynników, dla zmniejszenia punktów danych pikseli przez współczynnik 4. Podpróbkowanie może być zastosowane do eiimmacjt ustawionych pionowo danych pikselt lub zgodnie z formatem kwinkunksa w celu zapewnienia większej rozdzielczości skutecznej w redukowanych danych. Układ dziesiętny 311 może także zawierać filtr dolnoprzepustowy dla wykluczenia zakłóceń obrazowania linii w procesie podpróbkowania. Można wykorzystać także inne formaty podpróbkowania. Jednak jeżeli podpróbkowanie jest dokonywane po prostu przez zmniejszenie wartości pikseli, wówczas współczynniki podpróbkowania są ograniczone do potęgi dwóch. Odmiennie, jeżeli podpróbkowanie jest dokonywane przez interpolację, można zastosować szeroki dobór współczynników dziesiętnych.

Jeżeli dane zostały zredukowane przez współczynnik 4, pojemność pamięci buforowej lub pamięci obrazu o dostępie bezpośrednim jest zmniejszona przez współczynnik 4 względem urządzenia z fig. 3. Pamięć obrazu 315 o dostępie bezpośrednim z fig. 4 zastępuje pamięci buforowe 314 i 316 z fig. 3. Te dwie pamięci buforowe 314 i 316 można zrealizować przez pojedynczy element pamięciowy lub wiele elementów pamięciowych.

Wymagania co do szybkości układu następującego po układzie dziesiętnych 311 są podobnie ograniczone. Układ prognozowania 304' różni się od układu prognozowania 304 z fig. 3 przez to, że reagując na wektory ruchu odbiera on na przykład macierze 4 razy 4 wartości pikseli z pamięci zamiast macierzy 8 razy 8. Następna różnica polega na strukturze adresowania. Zwykle układ prognozowania wytwarza adresy lub przynajmniej adresy początkowe dla udostępnienia macierzy pikseli zidentyfikowanych przez wektory ruchu. Pamięć obrazu o dostępie bezpośrednim i o zmniejszonej wielkości nie ma komórek adresowych, a zatem adresów, odpowiadających wszystkim możliwym adresom reprezentowanym przez wektory ruchu. Można to jednak pokonać przez wytworzenie adresów w układzie prognozowania tak, jak dla większej struktury pamięciowej, przy czym stosując tylko bardziej znaczące bity wytwarzanych adresów. W przypadku, gdy dane przechodzą w dane dziesiętne przy użyciu współczynnika dwa w obu kierunkach, poziomym i pionowym, powoduje to użycie ich wszystkich, przy czym bit najmniej znaczący adresu pionowego i poziomego nadaje wartość adresowi szyn pamięci obrazu o dostępie bezpośrednim. Odmiennie wektory ruchu mogą być obcięte przed dostarczeniem ich do układu prognozowania 304', jak to oznaczono przez element obcinający 307.

Figura 5 przedstawia następny przykład wykonania dekompresora, w którym są wytwarzane obrazy poprawione względem przykładu wykonania dekompresora z fig. 4. Uzyskuje się poprawę, ponieważ korzystne jest użycie całkowitych wektorów ruchu, a nie obciętych wektorów ruchu lub oddziaływania obcinających adresów pamięciowych dla pamięci obrazu 315 o dostępie bezpośrednim. Na fig. 5 pomiędzy pamięcią obrazu 315 o dostępie bezpośrednim i układem prognozowania 304 jest wprowadzony interpolator 319. Poza tym pomiędzy układem prognozowania 304 i sumatorem 312 jest wprowadzony dwuwymiarowy układ dziesiętny 313, podobny do układu dziesiętnego 311. Interpolator 319 odbiera bloki danych z pamięci obrazu 315 i wytwarza bloki 8 razy 8, które są doprowadzane do układu prognozowania 304. Układ prognozowania 304 doprowadza bloki 8 razy 8 danych do układu dziesiętnego 313, który

170 173 podpróbkuje dane z powrotem do bloków 4 razy 4 danych zgodnie z formatem danych dostarczanym do sumatora 312 z układu dziesiętnego 311.

Proces ten poprawia dokładność odtwarzania obrazu, co zostanie objaśnione w oparciu o fig. 5 i 6.

Figura 6 przedstawia algorytm realizowany przez interpolator 319. Dla tego przykładowego algorytmu zakłada się, że bloki 5 razy 5 danych są odbierane z pamięci obrazu 315 o dostępie bezpośrednim zamiast bloków 4 razy 4. Blok 4 razy 4 danych, który odbierałby obcięty adres, jest zawarty w górnym lewym narożu bloku 5 razy 5, który jest odbierany z pamięci obrazu. Odbierany z pamięci blok 5 razy 5 danych jest przedstawiony na fig. 6 jako okręgi. Czarne romby oznaczają wartości interpolowane. Interpolowane wartości mogą być wytwarzane dowolną znaną techniką interpolacji dwuwymiarowej. Na przykład interpolowane wartości w numerowanych parzyście rzędach R0, R2, R4, R6 i R8 mogą być wytwarzane przez uśrednianie dwóch wartości, pomiędzy którymi są umieszczone interpolowane wartości. Interpolowane wartości w numerowanych nieparzyście rzędach R1, R3, R5 i R7 mogą być wytwarzane przez uśrednianie wartości powyżej i poniżej poszczególnych wartości interpolowanych. Macierz wartości pokazana na fig. 6 składa się z 9 rzędów i 9 kolumn. Interpolator 319 dostarcza macierz 8 rzędów i 8 kolumn do układu prognozowania 304. Istnieje więc możliwość doboru danych. W tym przykładzie dobór jest określony przez bit najmniej znaczący adresu punktu początkowego, wytwarzanego przez układ prognozowania 304 dla udostępnienia bloku danych z pamięci obrazu 315 o dostępie bezpośrednim. Jeżeli bit najmniej znaczący adresu pionowego jest parzysty lub równy logicznemu zeru, macierz na wyj ściu interpolatora 319 zawiera rzędy R0-R7. Jeżeli bit najmniej znaczący adresu pionowego jest nieparzysty lub równy logicznej jedynce, macierz na wyjściu zawiera rzędy R1-R8. Podobnie, jeżeli bit najmniej znaczący adresu poziomego lub kolumny adresowanej jest parzysty lub nieparzysty, macierz na wyjściu zawiera kolumny C0-C7 lub C1-C8. W obszarze dziesiętnym dobór naprzemiennych macierzy, które są przemieszczane względem siebie o rząd i/lub kolumnę, zapewnia poprawę o połowę piksela, względem podpróbkowanych obrazów, dokładności odtwarzanego obrazu o zmniejszonej rozdzielczości.

Odmiennie interpolator 319 może być wykorzystany do określenia wymiaru na przykład 4x4, 5x5, 6x6 macierzy odbieranych z pamięci obrazu 315 o dostępie bezpośrednim.

Przykład wykonania z fig. 5 ma zalety zredukowanej pamięci, nieznacznie zwiększoną rozdzielczość i zmniejszone wymagania co do szybkości obliczeniowej dla elementów układowych następujących po układzie dziesiętnym 311.

Figura 7 przedstawia następny przykład wykonania dekompresora, który jest podobny do przykładu wykonania z fig. 5 przez to, że zapewnia poprawę rozdzielczości równą połowie piksela. Dekompresor z fig. 7 ma układ dziesiętny 311 uruchamiany dla połączenia wyjścia sumatora 312 i wejść pamięci obrazu 315 i 318' o dostępie bezpośrednim. Eliminuje to konieczność zastosowania układu dziesiętnego pomiędzy układem prognozowania 304 i sumatorem 312, a więc zmniejsza oprzyrządowanie w porównaniu z fig. 5. Jednak w tym przykładzie wykonania sumator 312 musi dokonywać 8 razy 8 czyli 64 sumowań na blok, a nie 4 razy 4 czyli 16 sumowań na blok. Pozostała część układu działa w taki sam sposób, jak układ z fig. 5.

Odmianę układu z fig. 7 można zrealizować przez połączenie pamięci obrazu 315 bezpoś rednio z układem prognozowania 304 i wprowadzenie interpolatora 319 pomiędzy układ prognozowania 304 i sumator 312.

Figura 8 przedstawia korzystny przykład wykonania dekompresora, który nie tylko realizuje zmniejszenie wielkości pamięci obrazu, lecz także zmniejsza złożoność inwersyjnego układu 320 współczynników DCT dyskretnej transformaty cosinus. W układzie na fig. 8 przejście na system dziesiętny macierzy pikseli jest realizowane bezpośrednio w inwersyjnym układzie 320 współczynników. Oznacza to, że układ ten dostarcza bloki dziesiętne wartości pikseli do sumatora 312, a w wyniku pozostała część układu ma budowę i działa podobnie do układu z fig. 5. Dane dostarczane do inwersyjnego układu 320 współczynników stanowią sekwencję współczynników reprezentujących widmo częstotliwości dla obszarów obrazu przedstawianych przez macierze 8 razy 8 pikseli. W tym przykładzie poszczególne widma częstotliwości dla poszczególnych obszarów obrazu są reprezentowane przez do 64 współczyn10

170 173 ników, zależnie od treści obrazu. Jeżeli liczba współczynników dostarczanych do inwersyjnego układu 320 współczynników jest zmniejszona, rozdzielczość obszarów obrazu reprezentowanych przez macierze pikseli na wyjściu tego układu jest także zmniejszona. Ponieważ rozdzielczość jest zmniejszona, obszary obrazu mogą być przedstawione przez mniejszą liczbę pikseli bez dalszego oddziaływania na jakość obrazu. Jeżeli obszar obrazu może być przedstawiony przez mniejszą ilość pikseli, inwersyjny układ współczynników można przystosować do obliczenia mniejszej ilości wartości wyjściowych.

Zakładając, że układ z fig. 8 ma dostarczać obrazy odpowiadające systemowi dziesiętnemu, przez współczynnik dwa w obu kierunkach, pionowym i poziomym, przesyłanej informacji, inwersyjny układ 320 współczynników jest przystosowany do obliczania macierzy 4 razy 4 wartości wyjściowych macierzy 8 razy 8 współczynników wejściowych. To daje znaczne oszczędności oprzyrządowania inwersyjnego układu 320 współczynników, jak również zmniejszenie wymaganej szybkości jego działania. Inwersyjny układ 320 współczynników jest zasilany w macierze 4 razy 4 współczynników wybranych z macierzy 8 razy 8 transmitowanych współczynników. Ten dobór macierzy 4 razy 4 współczynników jest osiągany przy pomocy układu maskującego 308 współczynniki, pokazanego na fig. 8. Układ maskujący 308 jest przedstawiony jako blok z macierzą o 8 razy 8 punktach. Każdy z punktów przedstawia współczynnik. Zacieniona część punktów oznacza współczynniki, które są odrzucane lub nie są dostarczane do inwersyjnego układu 320 współczynników. Znaczenie każdego ze współczynników dla odtwarzania obrazu jest znane, więc można dowolnie wybierać w celu przetwarzania te współczynniki, które uważa się za najbardziej korzystne. W zwykłym sygnale systemu MPEG współczynniki występują w narastającym porządku widma częstotliwości i względem przedstawionej macierzy występują w układzie zygzakowatym. Wobec tego w najprostszym przypadku należy wybrać tylko pierwszych 16 współczynników transmitowanych dla każdego obszaru obrazu.

Wprowadzenie systemu dziesiętnego w układzie z fig. 8 jest realizowane skutecznie w zakresie częstotliwości, więc zastosowanie filtrów korygujących zakłócenia obrazowania niejest wymagane w układzie przetwarzania, oprócz wymaganego ewentualnie w układzie dziesiętnym 313.

Funkcję maskowania zrealizuje się na przykład w sterowniku 302 dekompresji z fig. 3, co oznaczono przez dodany obwód 301 selekcji danych na fig. 9. Obwód 301 selekcji danych może być elementem oprzyrządowania lub jego funkcja może być zaprogramowana w sterowniku 302.

Figura 10 przedstawia sieć działań wyjaśniającą proces maskowania:.

Funkcja maskowania polega na kontroli dostępnych danych i selekcji określonej ich części. Zakładając, że dane są w systemie MPEG, są one uporządkowane warstwowo, jak to oznaczono na fig. 1. Te dane zawierają dane nagłówka sprowadzone do poziomu bloku. Wszystkie dane nagłówka są wymagane przez sterownik 302 dekompresji, a zatem obwód 301 selekcji danych jest wprowadzany w stan przepuszczania wszystkich danych nagłówka. Na poziomie bloku dane zawierają współczynniki DCT dyskretnej transformaty cosinus lub kody końca bloku EOB. Zależnie od treści obrazu, każdy blok może zawierać od jednego do 64 współczynników, przy czym po ostatnim współczynniku, różnym od zera następuje kod końca bloku eOb. Jeżeli blok zawiera więcej niż 16 współczynników, obwód 301 selekcji danych przepuszcza pierwszych 16 współczynników, następnie kod końca bloku EOB i odrzuca następne współczynniki zawarte w bloku. Koniec bloku jest rozpoznawany przy wystąpieniu początkowego kodu końca bloku EOB. W tym punkcie rozpoczynają się dane dla następnego, kolejnego bloku i zostaje wybranych pierwszych 16 współczynników.

Według fig. 10 dane z dekodera 300 są odbierane z kroku 80 i badane w kroku 81. Jeżeli dane są danymi nagłówka, są one przepuszczane do sterownika 302 i zliczanie w kroku 84 jest przedstawione na zero. Jeżeli dane nie są danymi nagłówka, są one badane w kroku 83 w celu określenia, czy są one danymi współczynników. Jeżeli to nie są dane współczynników, na przykład są to dane wektora ruchu, są one przepuszczane do sterownika 302. Jeżeli są to dane współczynników, wartość zliczania jest powiększona przyrostowo w kroku 84. Wartość zliczania jest badana i dane są badane w kroku 85 w celu określenia, czy to jest kod końca bloku EOB. Jeżeli wartość zliczania jest większa niż N, w tym przykładzie N=16, dane są odrzucane w kroku

170 173 aż do pojawienia się kodu końca bloku EOB, który jest także odrzucany, ponieważ stanowi dane nadmiarowe. Jeżeli wartość zliczenia jest mniejsza niż N, dane są badane w kroku 88 w celu określenia, czy jest to kod końca bloku EOB. Jeżeli to nie jest kod końca bloku EOB, są one przepuszczane w kroku 87 do sterownika 302 i następnie słowo danych jest badane w kroku 81. Jeżeli to jest kod końca bloku EOB, wskazując, że wszystkie pozostałe współczynniki w bloku mają wartość zero, kod końca bloku EOB jest przepuszczany do sterownika 302 i zliczenie jest przestawiane na zero w kroku 89 przy przygotowywaniu początku danych dla następnego, kolejnego bloku danych. Jeżeli w kroku 85 wartość zliczenia jest równa N, słowo danych, powodujące przyrost zliczenia do N, jest zastępowane przez kod końca bloku EOB.

Figury 8A, 8B i 8C pokazują możliwe, odmienne funkcje maskowania dla danych współczynników. Funkcja maskowania z fig. 8C daje odpowiedź częstotliwościową różną w kierunkach pionowym i poziomym. Taka funkcja maskowania może być wykorzystywana w przypadku, w którym obraz na przykład 4 razy 3 ma być przetwarzany w obraz 16 razy 9.

Powyżej stosowano współczynnik dziesiętny równy 2 w kierunkach poziomym i pionowym, jednak zwykle można stosować dowolny współczynnik dziesiętny od jedności do ośmiu, chociaż te dwie wartości skrajne znajdują małe zastosowanie.

170 173

	CO	C1	C2	C3	C4	C5	C6	C7	C8
RO	0	♦	O	♦	O	♦	O	♦	O
R1	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦
R2	O	♦	o	♦	O	♦	O	♦	o
R3	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦
R4	0	♦	0	♦	o	♦	o	♦	o
R5	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦
R6	o	♦	o	♦	0	♦	o	♦	0
R7	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦	♦
R8	0	♦	o	♦	0	♦	o	♦	o

FIG. 6

170 173

FIG. 8

170 173

MASKOWANE WYJŚCIE DANYCH

FIG. 8A

MASKOWANF WYJŚCIE DANYCH

I WSPOŁCZ.

FIG. 8B

MASKOWANE WYJŚCIE DANYCH

» WSPÓŁCZ.

FIG. 8C

306A

X.

wspOłcz. MV t ł

3068

IDPCM

Λ

302

IDPCM

STEROWANIE DEKOMP.

€=

SETEKCJA

DANYCH

DEKODER O ZMIENNEJ DŁUGO SCI'

CB

301

300

FIG. 9

170 173

FSB. 10

PRZEP.		ZEROW.
DANYCH		LICZ.

170 173

FIG. 1

L1

L2

L3

L4

L5

L6

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie odbiorcze sygnałów wizyjnych telewizji wysokiej jakości o stosunkowo malej rozdzielczości obrazu, zawierające układ strojenia do odbioru cyfrowych, poddanych kompresji transformatowej danych sygnału wizyjnego, występujących w blokach reprezentujących poszczególne obszary obrazu o pierwszej rozdzielczości, układ przetwarzania sygnałów dołączony do układu strojenia i układ obrazowania dołączony do układu przetwarzania sygnałów, znamienny tym, że układ przetwarzania sygnałów zawiera pamięć obrazu (315) o dostępie bezpośrednim, której wejście jest dołączone do inwersyjnego układu (310), (320) współczynników transformaty poprzez układ dziesiętny dla pamiętania sygnałów wizyjnych poddanych dekompresji, reprezentujących obszary obrazu o rozdzielczości mniejszej niż odebrana, wyjście pamięci obrazu (315) o dostępie bezpośrednim jest dołączone do pierwszego wejścia układu prognozowania (304’, 304), którego drugie wejście jest dołączone do wyjścia sygnałów wizyjnych i wyjście jest dołączone także do inwersyjnego układu (301, 320) współczynników transformaty poprzez układ dziesiętny (311), przy czym inwersyjny układ (310,320) współczynników transformaty jest sprzężony poprzez układ prognozowania (304’, 304) z pamięcią obrazu (315) o dostępie bezpośrednim dołączoną także do wyjścia obrazowania.
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że inwersyjny układ (320) współczynników transformaty zawiera wbudowany układ dziesiętny.
3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że inwersyjny układ (310, 320) współczynników transformaty ma wejście bloków słów kodów przedstawiających M razy M pikseli oraz wyjście bloków N razy N pikseli odpowiadających danym obszarom obrazu, gdzie M i N są liczbami całkowitymi i M jest większe niż N.
4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że zawiera układ maskujący (308) współczynniki dołączony do inwersyjnego układu (310, 320) współczynników transformaty z macierzy M razy M w macierz N razy N.
5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że inwersyjny układ (320) współczynników transformaty stanowi inwersyjny układ współczynników DTC dyskretnej transformaty cosinus.
6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że pomiędzy wyjście inwersyjne układu (310,320) współczynników transformaty i wyjście układu prognozowania (304) z kompensacją ruchu są włączone dwa wejścia sumatora (312), którego wyjście jest dołączone do węzła łączącego wejście pamięci obrazu (315) o dostępie bezpośrednim z wyjściem obrazowania.
7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że pomiędzy pamięć obrazu (315) o dostępie bezpośrednim i układ prognozowania (304) z kompensacją ruchu jest włączony interpolator (319) macierzy M razy M pikseli z macierzy N razy N pikseli, a pomiędzy układ prognozowania (304) z kompensacją ruchu i drugą końcówkę wejściową sumatora (312) jest włączony układ dziesiętny (313) dla wytwarzania macierzy N razy N pikseli z macierzy M razy M pikseli.
8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera pierwszy układ dziesiętny (311), którego końcówka wejściowa jest dołączona do wyjścia bloków poddanych kompresji danych wizyjnych i końcówka wyjściowa macierzy N razy N otrzymanej z macierzy M razy M jest dołączona do pierwszej końcówki wejściowej sumatora (312), którego druga końcówka wejściowa jest dołączona do układu prognozowania (304) i końcówka wyjściowa jest dołączona do pamięci obrazu (315) o dostępie bezpośrednim, której końcówka wyjściowa jest dołączona do interpolatora (319), którego końcówka wyjściowa macierzy M razy M otrzymanej z macierzy N razy N jest dołączona do końcówki wejściowej układu prognozowania (304) z kompensacją ruchu, którego końcówka wyjściowa jest dołączona do drugiego układu dziesiętnego (313)

170 173 włączonego pomiędzy układ prognozowania (304) z kompensacją ruchu sygnału i drugą końcówkę wejściową sumatora (312) dla wytwarzania macierzy N razy N otrzymanej z macierzy M razy M.