Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала (его варианты)

 

Изобретение относится к технике телевидения и обеспечивает уменьшение ошибок квантования. В первом варианте на передающей стороне массив исходных отсчетов сглаживают путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания в m и п раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих телевизионного изображения. Массив отсчетов распределяют по двумерньи блокам размером m отсчетов по горизонтали и п отсчетов по вертикали. В каждом блоке выделяют опрриый отсчет и передают ei o зна чение (I I (Л Вю ЧЛ-КЕ Выяо8 Г| DU Вияо9 C. Фмг.

СО1ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) 0!) (5D 4 Н 04 N 7 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3653722/24-09 (22) 23.09.83 (46) 23.06.86. Бюл. У 23 (72) E.З.Сорока (53) 621,397(088.8) (56) Алявдин М,С. и др. Исследование методов уменьшения заметности межблочной структуры при .групповом кодировании.. / Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1980, вып. 6, с. 61-70.

Митчелл О.Р, и др. Усеченное блочное кодирование многоуровневой гра" фики. ТКИЭР, 1980, т, 68, 1! 7, с. 129-135..

Сафдыко С.В. и др, Групповое кодирование ТВ изображений. — Техника кино и телевидения, 1977, У 9, с. 52"54. (54) СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА (ЕГО

ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к технике телевидения иобеспечивает уменьшение ошибок квантования. В первом варианте на передающей стороне массив исходных отсчетов сглаживают путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания в ш и п раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих. телевизионного изображения. Массив отсчетов распределяют по двумерным блокам размером m отсчетов по горизонтали и и отсчетов по вертикали °

В каждом блоке выделяют опррный отсчет и передают еi о значение (I

1239894 последовательность). Затем для каж- вом, содержащим на передающей стородого блока определяют разность меж- не ФНЧ 1,, дискретиэатор 2, блок ду исходными отсчетами в блоке и их задержки 3, вычитающий блок 4, комсглаженнымн значениями и передают паратор 5, вычислитель 6, мультиплекзнаки этих разностей (II последова- сор 7, буферные накопители 8 и 9, а тельность). Далее определяют усред- на приемной стороне — демультиплек" пенные по блоку оценки амплитуды сор 10, ФНЧ 11„вычислитель 2, блок разностей и передают их значения (Ш 13, выполняющий операцию ИСКЛ10последовательность). На приемной . ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блоки задержкки 14 стороне осуществляются обратные one- и 15, сумматор 16. 2 с. и. рации. Реализуется способ устройст- ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике телевидения, к методам эффективного кодирования телевизионного сигнала для передачи по каналу связи или для, записи, позволяющих уменьшить число бит (двоичных разрядов) на элемент изображения.

Цель изобретения †уменьшение ошибок кодирования, На фиг, 1 представлена .структурная электрическая схема первого варианта устройства, реализующего способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала на фиг. 2то же второго варианта устройства, реализующего способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала, на фиг, 3 -. диаграммы, иллюстрирующие способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала, на фиг.4. импульсная характеристика фильтра нижних частот, реализующего .сглажи" ванне отсчетов сигнала, на фиг. 5 " диаграмма, иллюстрирующая интерполя" цию отсчетов на приемной стороне, Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала осуществляется следующим образом.

В первом варианте на передающей стороне массив исходных отсчетов сглаживают путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропус" кания по горизонтали и вертикали соответственно в m и и раз меньше но- минальных граничных частот горизонтальных и вертикальных составляющих массива исходных отсчетов. Массив отсчетов распределяют по двумерным блокам размером m отсчетов по горизонтали и и отсчетов по вертикали, В каждом блоке иэ сглаженных отсчетов выделяют .опорный отсчет и пе5 редают его значение. Для каждого блока находят значения сигнала разностей между исходными отсчетами в блоке и их сглаженными значениями. Формируют и передают знаки укаэанных разностей, по которым находят усредненные (по блоку) оценки амплитуды разностей и передают их значения. На приемной стороне сглаживают переданные опорные отсчеты путем двумерной фильтрации нижних частот с такими же полосами пронускания, что ,и при сглаживании исходных отсчетов на передающей стороне, Для каждого блока по знакам раз2О ностей и усредненным оценкам амплитуды разностей восстанавливают зна" чения сигналов разностей, Восстанав« ливают массив отсчетов сигнала, суммируя в каждом блоке сглаженные эна>>, чения отсчетов с восстановленными, значениями сигнала разностей.

Во втором варианте на передающей стороне выделенные опорные отсчеты подвергают дополнительной фильтрации с такими же полосами пропускания,что и при фильтрации исходных отсчетов.

После этого находят значение сигнала разностей для каждого блока меж35 ду исходными отсчетами в блоке и отсчетами, полученными при дополнительной фильтрации. Все остальные операции на передающей и приемной сторонах выполняют в той же последо1239 вательности, что и для первого варианта.

В качестве примера рассмотрим одномерный вариант с блоками размером

4 к1. На диаграмме (фиг. Зд) исходная последовательность отсчетов 1, последовательность сглаженных отсчетов — ll полученных путем фильтрации нижних частот с полосой пропускания в четыре раза меньшей, чем 10 номинальная граничная частота горизонтальных составляющих массива исходных отсчетов. В сглаженной последовательности полностью отсутствуют какие-либо признаки блочной струк- 15 туры. Пунктирными вертикальными линиями здесь показаны границы блоков °

Кроме того, зачерненными кружками ,показаны передаваемые опорные отсчеты. 20

При дополнительной фильтрации опорных отсчетов получается последовательность отсчетов, аналогичная показанной на диаграмме (фиг. Зц) кружками. 25

4Т 4Т

По первому варианту (фиг. 1) устройство содержит на передающей стороне фильтр нижних частей (ФНЧ) l., дискретиэатор 2, блок Э задержки, вычитающий блок 4, компаратор 5, вычислитель 6, мультиплексор 7, первый буферный накопитель 8, второй буферный накопитель 9, на приемной стороне — демультиплексор 10, ФНЧ 11, вычислитель 12 блок 13, первый блок

На диаграмме (фиг. Зf) показаны значения сигнала разностей между исходными отсчетами и сглаженными значениями отсчетов, на диаграмме (фиг. 35) — знаки разностей в блоках; на диаграмме (фйг. 3Z) — усредненные оценки амплитуд разностей в блоках, на диаграмме (фиг, 30) показано, как на приемной стороне нэ 35 опорных отсчетов с помощью фильтра-. ции нижних частот с такой же полосой пропускания, что .и на передающей сто роне, получают сглаженные отсчеты.

Полученная таким образом огибаю- @О щая отсчетов аналогична огибающей, получаемой на передающей стороне.

Процедура сглаживания отсчетов с по-. мощью фильтрации может быть выполнена с любой заданной степенью точ- 45

s ности, если реализующий ее фильтр будет приближаться к идеальному фильтру нижних частот, поскольку при этом все с большей точностью будут выполняться условия теоремы Котель- 50 никова для последовательности отсчетов.

Нри восстановлении отсчетов сигнала путем суммирования сглаженных отсчетов с усредненными оценками 55 разностей амплитуд с учетом знаков этих разностей блочная структура не возникает, 894 4

На фиг, 4 представлена импульсная

I характеристика фильтра нижних ча1 стот, реализующего сглаживание по горизонтали для кодирования с блоками размером 4 1 путем операции свертки с последовательностью исход" ных отсчетов. В данном случае импульсная характеристика фильтра пред ставляет собой дискретную функцию с огибающей в виде главного положи" . тельного лепестка функции где Т вЂ” шаг исходных отсчетов, При необходимости обеспечить луч" шее приближение к идеальному фильтру требуется увеличить длительность импульсной характеристики. Практически точность приближения ограничивается только допустимым объектом вычислений при фильтрации, Однако из анализа процессов, происходящих при кодировании в спектральной об.ласти, вытекает, что фильтрация с представленной на фиг. Э импульсной характеристикой достаточна для полного устранения блочной структуры.

На фиг, 5 показано, как на прием" ной стороне может быть выполнено сглаживание опорных отсчетов с помощью линейной интерполяции, которая реализуется известными приемами и обеспечивает первое приближение к требуемой фильтрации. Здесь отсчеты

У 1 и 4 — опорные, а Ф 2 и 3 - интерполируемые. При необходимости увеличить точность обеспечиваемой в этом случае фильтрации линейная интерполяция может быть заменена параболической или более высокого по" рядка интерполяцией. Такая же интерполяция может быть использована для повторенной фильтрации опорных отсчетов на передающей стороне согласно второму варианту выполнения способа.

5 12398

14 задержки, второй блок 15 задержки сумматор 16, На вход устройства поступает последовательность исходных отсчетов сигнала, Затем отсчеты подвергаются фильтрации в ФНЧ 1, В дискретизаторе

2 иэ сглаженной последовательности

I отсчетов выбираются более редкие опорные отсчеты. Исходная последовательность отсчетов через блок 3 за- «О держки поступает на один вход вычитающего блока 4, на второй вход, которого поступает сглаженная последовательность отсчетов. На выхбде вычитающего блока 4 образуются раэ- 15 ности между исходными и сглаженными отсчетами. Блок 3 задержки служит для компенсации задержки отсчетов в ФНЧ 1, С помощью компаратора 5 иэ полученных разностей образуются зна- 20 ки разностей. В вычислителе 6 обра.зуются усредненные оценки разностей для каждого блока. В качестве таких оценок могут быть использованы средние или среднеквадратичные эначе- 25 ния амплитуды разностей в блоках, либо другие подобные величины.

Опорнь|е отсчеты, знаки разностей и усредненные оценки разностей по30 ступают на входы мультиплексора 7 для формирования передаваемого сигнала. Перед этим опорные отсчеты пропускают через первый. буферный накопитель 8, а знаки - через второй буферный накопитель 9.

При приеме уплотненные во време" ни коды передаваемых сигналов поступают на демультиплексор 10) который распределяет сигналы по трем направ-: лениям. Опорные отсчеты поступают на вход фильтра 11 нижних частот. Усредненные оценки разностей поступают иа вычислитель 12 — вычислитель значений модулей разностей. В простейшем случае значение модуля разности 45 может быть равно передаваемой усредненной оценке разностей; при этом вычислитель не производит никаких операций. В блоке 13, который выполняет операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, из 50 модулей разностей и знаков разностей, поступающих на второй вход блока 13 через первый блок задержки 14, восстанавливаются разности между исходными и сглаженными отсчетами. Восста-55 новленные разности проходят через второй блок 15 задержки, и в сумматоре 16 суммируются со сглаженными отсчетами, поступающими с выхода

ФНЧ 11. На выходе устройства образу-, ются восстановленные отсчеты сигнала.

По второму варианту (фиг, 2) устройство содержит на передающей стороне ФНЧ 17, дискретизатор 18, дополнительный ФНЧ 19, первый буферный накопитель 20, блок 21 задержки, вычитающий блок 22, компаратор

23, вычислитель 24, второй буферный накопитель 25, мультиплексор 26, на приемной стороне — демультиплексор

27, ФНЧ 28, вычислитель 29, блок 30. первый блок 31 задержки, второй блок

32 задержки, сумматор 33, На вход устройства поступает последовательность исходных отсчетов сигнала, Затем отсчеты подвергаются фильтрации в ФНЧ 17, в дискретиэаторе 18 из сглаженной последовательности отсчетов выбираются более редкие опорные отсчеты. Исходная последовательность отсчетов через блок 21 задержки поступает на один вход вычитающего блока 22, на второй вход которого поступает последовательность отсчетов после дополнительной фильт" рации дополнительным ФНЧ 19, и при этом заранее учитываются .искажения, вносимые неидеальным ФНЧ 28 на приемной стороне, На выходе вычитающего блока 22 образуются разности между исходными и сглаженными отсчетами, Блок 21 задержки компенсирует задержки отсчетов в ФНЧ 17. Компаратор 23 из полученных разностей образует знаки ра.эностей, Вычислитель 24 усредняет оценки разностей для каждого блока.. Затем опорные отсчеты, знаки разностей и усредненные оценки амплитуд поступают на мультиплексор

26 для передачи сформированных последовательностей отсчетов, При этом опорные отсчеты проходят через первый буферный накопитель 20, а знаки разностей — через второй буферный накопитель 25, !

На. приемной стороне уплотненные по времени коды передаваемых сигналов поступают. на демультиплексор 27, который распределяет сигналы по трем направлениям. Опорные отсчеты поступают на вход ФНЧ 28, усредненные оценки разностей — на вычислитель 29, который вычисляет значение модулей разностей. В блоке 30 осуществляется операция ИСКХПОЧА10ЩЕЕ ИЛИ над модулями разностей и знаками разностей, 1239894 при этом знак разностей проходит через первый блок 31 задержки, восстанавливаются разности между исходными и сглаженными отсчетами и проходят через второй блок 32 задержки, и в сумматоре 33 суммируются со сглаженными отсчетамй с выхода ФНЧ 28, на выходе устройства образуются восстановленные отсчеты сигнала.

Формула изобретения

1. Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала, заключающийся в передаче трех последо вательностей отсчетов, первая из ко торых сформирована путем предварительной обработки исходных отсчетов, .включающей распределение отсчетов по блокам с горизонтальным размером

m и вертикальным размерам и, и выделения огориых отсчетов из предварительно обработанных исходных отсчетов, вторая последовательность отсчетов — путем вычитания предварительно обработанных отсчетов иэ исходйых отсчетов и последующего формирования сигнала полярности разностей предварительно обработанных и исходных отсчетов, третья последовательность отсчетов — путем формирования усредненных по блокам значений сигнала разностей предварительно обработанных и исходных отсчетов, и в приеме трех последовательностей отсчетов с последующим восстановлением значений сигнала разностей предварительно обработанных и исходных отсчетов и суммированием восстановленных разностей с предварительно обработанными опорными отсчетами, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения ошибок кодирования, при передаче предварительная обработка исходных отсчетов осущест:вляется до распределения отсчетов по блокам путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания в m и и раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных соста вляющих телевизионного изображения, и при приеме предварительная обработка осуществляется путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания э m и и раэ меньшими номинальных граничных чаeòoò соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих телевизионного изображения.

5 2. Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала, э, ключающийся в передаче трех после— довательностей отсчетов, первая иэкоторых сформирована путем предва10 рительной обработки исходных отсчетов, включающей распределение отсчетов по блокам с горизонтальным размером m и вертикальным размером и, и выделения опорных отсчетов из пред15 варительно обработанных исходных отсчетов, вторая последовательностьпутем формирования сигнала разностей с последующим формированием сигнала полярности разностей, третья

20 последовательность отсчетов — путем формирования усредненных по блокам эначений сигнала разностей, и в приеме трех последовательностей отсчетов с последующим восстановлением

25 значений сигнала разностей и суммированием восстановленных значений сигнала разностей с предварительно . обработанными опорными отсчетами, отличающийся тем, что, 3О с целью уменьшения ошибок кодирования, при передаче предварительная обработка исходных отсчетов осуществляется до распределения отсчетов по блокам путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами про35 пускания в ш и п раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих телевиэионного изобра40 жения> после выделения:опорных отсчетов осуществляется дополнительная двумерная фильтрация нижних частот с.полосами пропускания в m и п раэ меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих,телевизи.онного изображения, формирование сигнала разностей осуществляется путем вычитания дополнительно профиль-. трованных опорных отсчетов, и при приеме предварительная обработка осуществляется путем двумерной фильтра" ции нижних частот с полосами пропускания B.m u tl раэ меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и эертикальных составляющих телевизионного иэображения.

1239894

1239894 «XE зт т 0 Г Я sr 7у

2 2 Г х х 2 я

Фиа O

1 2 и 0mcvemy 8 длоке

Физ.5

Составитель Т.Афанасьева

Редактор А.Сабо Техред О.Сопко Корректор В.Бутяга

Заказ 3411/58 Тирак б24 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская иаб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Увгород,ул, Проектная, 4