SU1662001A2 - Устройство дл кодировани телевизионного сигнала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике св зи и вычислительной технике и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по авторскому свидетельству N 1559409. Его использование в цифровых телевизионных системах позвол ет повысить информативность за счет сокращени  избыточности кодированного сигнала. Устройство содержит аналого - цифровой преобразователь 1, блок 2 пам ти, блок 3 умножени , блоки 4, 5 суммировани , блок 6 инвертировани , сумматор 7 модулей, квантователь 8, буферные регистры 9 - 11, генератор 12 контрольных символов, дешифраторы 13, 14, блоки 15, 16 коммутации, блоки 18, 19 задержки, блок 20 кодировани  и элемент 21 ЗАПРЕТ. Благодар  введению блока 17 коммутации в устройстве производитс  исключение матриц знаков диагональных контуров и линий. 3 ил.

Description

Изобретение относится к технике, связи и вычислительной технике, может · быть использовано при построении цифровых телевизионных систем с эффективным кодированием видеосигнала и 5 является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1559409.

Цель изобретения - повышение информативности за счет сокращения избыточности кодированного сигнала. 10

На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - блок памяти; на фиг.З - квантователь.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, блок 2 памяти, 15 блок 3 умножения, первый 4 и второй 5 блоки суммирования, блок 6 инвертирования, сумматор 7 модулей, квантователь 8, первый 9 - третий 11 буферные регистры, генератор 12 контрольных символов, первый 20 13 и второй 14 дешифраторы, первый 15 третий 17 блоки коммутации, первый 18 и второй 19 блоки задержки, блок 20 кодирования и элемент ЗАПРЕТ 21.

Устройство работает следующим обра- 25 зом.

В АЦП 1 входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровой видеосигнал. В блоке 2 памяти цифровой видеосигнал от одного поля запоминается, а затем из 30 него последовательно считываются кодируемые группы размерностью 2x2 элемента. Для каждой кодируемой группы вычисляются три переменные - среднее значение яркости кодируемой группы 4 ai = ^χι , ^гДе ^Х1~ элементы кодируемой группы, полусумма модулей отклонений яркости элементов кодируемой группы от средней яркости аг = η Σ I а 1 - х it,, а так2 же бинарная матрица знаков отклонений S размерностью 2x2, в которой единицы соответствуют тем элементам х;, которые боль- 85 ше или равны а 1, а нули - тем элементам х;, которые меньше ai. Вычисление ai производится суммированием, результат которого снимается без двух младших разрядов. Вычисление аг аналогично вычислению ai с 50 той лишь разницей, что суммирование элементов х'| производится с инверсным значением ai и результат суммирования снимается без одного младшего разряда.

Вычисленные значения ai и аг кванту- 55 ются в квантователе 8 с линейной шкалой квантования, причем на кодирование ai отводится семь разрядов выходного кодового слова.

Поскольку все предметы на Земле находятся под воздействием земного притяжения, то в них горизонтальные и вертикальные линии (протяженности) преобладают над наклонными. Поэтому вероятность появления в естественных изображениях наклонных контуров меньше, чем вероятность появления горизонтальных или вертикальных. Как следствие, эволюционное развитие человеческого глаза привело к тому, что диагональное зрение менее остро. Значит, представление знаковой функции четырьмя разрядами является избыточным. Для группы 2x2 горизонтальные и вертикальные контуры представляются следующими конфигурациями матрицы знаковой функции Ί01. Γ01Ί . Г 111 · ί⁰⁰1 дог . . loi J · loo J' tn J.

Поскольку таких конфигураций четыре, то их можно описать двумя разрядами вместо четырех, а на приемной стороне по двум принятым разрядам восстанавливать два других так, чтобы восстановленная матрица соответствовала горизонтальному или вертикальному контуру, Таким образом, четырехразрядная матрица знаков является избыточной. Следует также отметить, что переход от равнояркостного участка к контуру обладает маскирующим свойством, т.е.

для человеческого глаза менее заметны нео днородности равнояркостного участка вблизи контура. Поэтому точное семиразрядное кодирование а¹1 в случае а²1 = 0.а2¹¹#:0 явля ется избыточным и в данном случае можно более грубо кодировать а? - пятью разрядами.

В данном устройстве матрица знаковой S1S3 функции S = [ - ] размерностью 2x2 пе редается двумя разрядами, а именно, разрядами Si и S2. Разряды S3 и S4 исключаются из передачи. На приемной стороне исключенные разряды восстанавливаются следующим образом: и Го; .Го .

[1 (Ojj'lo ФГ

где^г восстановленные разряды матрицы знаковой функции.

Таким образом, видно, что все множество конфигураций матриц знаковой функции, соответствующих горизонтальным и вертикальным контурам, можно описать с помощью двух разрядов.

Таким образом, в устройстве производится исключение диагональных контуров и линйй, т.е. матриц знаков:

и η и τι Γί οι Го il Го ol |оol

11’1.1 01'[1 1? [1 11 41 01’ to11’

Го il Γί ol p ol Гоf [о о? [о οι’lo 1J'L1о.·

Все эти матрицы знаков представляются двумя относящимися к горизонтальным и вертикальным контурам. По этому принципу рассматриваемое устройство может быть отнесено к FIR-фильтрам. Отличие данного устройства от классического FIR-фильтра заключается в том, что в этом устройстве для части кодируемых групп сохраняются все ориентации контура. Такими группами с аг*0являются группы, прилегающие справа к равнояркостным группам с аг = 0. Часть разрядов (два бита) кодового слова группы с аг = 0 отводится для полного восстановления ориентации контура в группе с аг 0. При этом огрубление слова с аг * 0 - исключение двух младших разрядов ai - не приводит к ухудшению качества изображений. Это вызвано тем обстоятельством, что контуры обладают маскирующим свойством. Вблизи контура глаз не замечает ошибок в восстановлении двух младших разрядов aι, группы с аг = 0. Такое адаптивное исключение двух разрядов S с однозначным их восстановлением для границ макрообразований позволяет более точно кодировать контура по сравнению с FIR-фильтром. Если для контурных участков качество изображений на выходе FIR-фильтра и данного устройства примерно одинаково (за счет маскирующих свойств контуров), то кодирование наклонных контуров в рассматриваемом устройстве точнее, чем в FIR-фильтре. Эти контура восстанавливаются без ошибок, в то время, как на выходе FIR-фильтра возможно появление зубчатой структуры на наклонных линиях и контурах.

Итак, в устройстве, кроме анизотропности зрения, использовано еще одно свойство зрения - высокий порог обнаружения шума вблизи контуров.

С учетом сказанного блок 2 памяти устройства может быть выполнен (фиг.2) на буферном регистре 22, счетчике 23 импульсов, узла 24 оперативной памяти и регистре 25 сдвига. На фиг.2 обозначены информационные входы 26, первый 27 и второй 28 тактовые входы, вход 29 синхронизации и управляющий вход 30.

Квантователь 8 (фиг.З) содержит преобразователь 31 кодов и блоки 32 и 33 задержки. На фиг.З обозначены первые 34 и вторые 35 входы и первые 36 - третьи 38 выходы.

Блоки 18, 19, 32 и 33 задержки могут быть выполнены на буферных регистрах.

Блок 20 кодирования представляет собой преобразователь параллельного кода в последовательный.

Управление блоками устройства осуществляет синхронизатор (не показан). Синхрогенератор формирует следующие частоты: тактовую f_T, частоту группы f_T/4. канальную f*. частота полей fn,, сигналы Cs, W_e для управления памятью. Частота f_T подается на блоки 1. 22, 23, 25 и 8 (в случае реализации блоков 32 и 33 на регистрах), 18 и 19. Частота f_T/4 разводится на блоки 9-11, 25 и 20, а частота f_K - на блок 20. Частотой f_n сбрасывается в ноль счетчик 23 блока 1.

В преобразователе 31 производится грубое равномерное квантование восьмиразрядного кода аг в трехразрядный аг по правилу 32 = [ 22 J” ^κθ^τ°Ρ°θ однозначно определяет таблицу перекодирования преобразователя. Генератор 12 контрольных символов может быть выполнен в виде семивходового сумматора 2 по модулю с двумя идентичными выходами.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговый телевизионный сигнал поступает на АЦП 1, в котором преобразуется в цифровой видеосигнал. В блоке 2 памяти, благодаря задержке .цифрового сигнала на время одного поля, создается ряд цифровых сигналов, каждый из которых соответствует одному из элементов апертуры 2x2 элемента (т.е. группы соседних элементов изображения). После умножения в блоке 3 на весовые коэффициенты в первом блоке 4 суммирования вычисляется среднее значение яркости по кодируемой группе (коэффициента ai). Во втором блоке 5 суммирования из значения яркости каждого элемента группы вычитается среднее значение ai яркости по группе (т.е. блоки 5 и 6 функционально образуют вычитатель).

В· сумматоре 7 модулей производится сложение модулей разностей, полученных в блоке 6. С выходов квантователя 8 сигналы параметров кодирования поступают в буферные регистры 9-1.1.

Семиразрядный код ai с выходов первого буферного регистра 9 поступает на вход генератора 12 контрольных символов. Пять старших разрядов поступают на первый блок 18 задержки, а два мдадших разряда а 1 поступают на третий блок 17 коммутации. Трехразрядный сигнал полусуммы модулей разности, т.е. коэффициент а₂ с выхода второго буферного регистра 10 подается на входы второго блока 19 задержки и первого дешифратора 13. Двухразрядный сигнал ко7 да знаков разности Si, S2 (иначе называемый сигналом знаковой функции) с выходов третьего буферного регистра 11 поступает в первый блок 15 коммутации. На выходе первого дешифратора 13 формируется сигнал 1, когда код аг равен нулю, и 0 - в противном случае. Сигнал 1 с выхода дешифратора 13 подается на управляющий вход второго блока 16 коммутации и на вход элемента ЗАПРЕТ 21. В то время, когда производится анализ и коммутация двух сигналов параметров l-й группы (т.е. a'i. аг' и S¹), на выходы второго дешифратора 14 поступает сигнал старших разрядов коэффициента аг для (1+1)-й кодируемой группы. На выходе второго дешифратора 14 формируется сигнал 1, когда значение аг .= 0, и сигнал 0 в противном случае. Если значение аг '* 0 и аг 0, то в этом случае управляющий сигнал на выходё первого дешифратора 13 - 0, на выходе второго дешифратора 14 - 0 и сигнал на выходе элемента ЗАПРЕТ 21 - 0. Состав кодового слова i-й группы соответствует общему случаю и двухразрядный сигнал знаковой функции S* с выхода первого блока 15 коммутации через второй блок 16 коммутации подается на третьи входы блока 20 кодирования, Трехразрядный сигнал аг¹ с выходов второго блока 19 задержки поступает на вторые входы блока 20 кодирования. Пять старших разрядов кода а'; с выхода первого блока 18 задержки подаются на первые входы блока 20 кодирования, а два младших разряда кода а' 1 через третий блок 17 коммутации подаются на четвертые входы блока 20 кодирования.

Если значение аг¹ = 0 и аг = 0. в этом случае управляющий сигнал на выходе первого дешифратора 13 Г, на выход второго дешифратора 14 1 и сигнал на выходе элемента ЗАПРЕТ 21 0. Сигналом 1 с выхода первого дешифратора 13 первый блок 15 коммутации скоммутирует на входы второго блока 16 коммутации сигнал с выхода генератора 12 контрольных символов вместо сигнала знаковой функции. Через второй блок 16 коммутации сигнал контрольных символов поступит на третьи входы блока 20, на первые и четвертые входы которого поступает код ai', а на вторые - код аг' i-й кодируемой группы, как и в случае аг' 0 и аг Ψ 0. Если же значение аг' = 0, а значениеаг'^ 0, управляющий сигнал на выходе первого дешифратора 13 1, на выходе второго дешифратора 14 0 и сигнал на выходе элемента ЗАПРЕТ 211 Сигналом 1 с выхода элемента ЗАПРЕТ 21 второй блок 16 скоммутирует на третьи входы блока 20 кодирования три младших разряда кода аг для (1+1)-й кодируемой группы вместо старших разрядов ai', т.е. в состав кодового слова i-й группы вводятся младшие разряды параметра для (1+1)-й группы. Этим же сигналом третий блок 17 коммутации скоммутирует на четвертые входы блока 20 кодирования третий и четвертый разряды знаковой функции S, т.е. вместо двух младших разрядов кода a'i для I-й кодируемой группы передаются два разряда знаковой функции S^fl для 0+1)-й кодируемой группы, Т.е. для случая аг¹ = 0 и аг¹¹t 0, что соответствует переходу от равнояркостного участка к контуру изображения, для 0+1)-й кодируемой группы ai представляется семью разрядами, аг¹¹ - пятью разрядами и S¹— четырьмя разрядами, что позволяет точно кодировать контуры объектов.

При реализации рассмотренного варианта устройства, соответствующего случаю внутрикадрового кодирования групп 2x2 элемента, при котором число уровней квантования среднего значения яркости ai равно 128 (семь разрядов) число уровней квантования полсуммы разности аг равно 8 (три разряда), число знаков разности - два, расход цифрового потока на информацию об одном элементе составляет 3 бит/элемент. По сравнению с известным устройством выигрыш в сжатии потока составляет 0,5 бит/элемент, при этом путем использования ограничений зрительного восприятия потери качества изображений сведены к минимуму.

Claims (1)

1. Формула изобретения Устройство для кодирования телевизионного > сигнала по авт. св. № 1559409, отл ичающееся тем. что, с целью повышения информативности за счет сокращения избыточности кодированного сигнала, в устройство введен третий блок коммутации, первые и вторые информационные входы, управляющий вход и выходы которого подключены соответственно к третьим выходам квантователя, выходам первого буферного регистра, выход элемента ЗАПРЕТ и четвертым входам блока кодирования.