Кодер сигнала изображения

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи, использование его в цифровых телевизионных системах с датчиком изображений на приборах с зарядовой связью (F3C) позволяет повысить точность кодирования изображений за счет снижения уровня шума телевизионной передающей камеры. Кодер содержит телевизионную передающую камеру 1, аналого-цифровой преобразователь 2, буферный регистр 3, сумматор 5, преобразователь 9 кодов, блок 12 задержки , блок 13 вычитания и блок 15 формирования кода группы. Благодаря введению в кодер блока 4 умножителей, сумматоров 6, 7, коммутатора 8, преобразователя 10 кодов, счетчика 11 импульсов и блока 14 вычитания обеспечивается компенсация геометрического шума датчика на ПЗС с эффективным кодированием видеосигнала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО4

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЛ

К ASTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Уиг,7

ГОсудАРстВенный кОмитет пО изОБРетениям и ОТКРытиям пРи Гннт сссР (21) 4699056/24 (22) 11.04.89 (46) 23 04 91. Бюл. и 15 (72) С.А,Куликов и С.M.Кручинецкий (53) 621.397 ° 681,32(088,8) (56) Техника средств связи. Сер.

Техника телевидения, 1989, Р 1.

Авторское свидетельство СССР

1559412, кл. Н 03 M 7/30, 1988, Авторское свидетельство СССР

N 1518922, кл. Н 04 N 7/13, 1988. (54) К07ДР СИГНАЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи, использование его в цифровых телевизионных системах с датчиком изображений на приборах с зарядовой связью

„.Я0„„1644389 А 1 (51)5 H 03 M 7/30 13/ООУ H 04 N 7/13

2 (ПЗС) позволяет повысить точность кодирования иэображений за счет снижения уровня шума телевизионной передающей камеры. Кодер содержит телевизионную передающую камеру t, аналого-цифровой преобразователь 2, буферный регистр 3, сумматор 5, преобразователь 9 кодов, блок 12 задержки, блок 13 вычитания и блок 15 Формирования кода группы. Благодаря введению в кодер блока 4 умножителей, сумматоров 6, 7, коммутатора 8 преобразователя 10 кодов, счетчика 11 импульсов и блока 14 вычитания обеспечивается компенсация "геометрического" -шума датчика на ПЗС с эффектив- а ным кодированием видеосигнала, 1 з,п. ф-лы, 2 ил.

1644389

Изобретение относится к вычисли1 тельной технике и технике связи и может использоваться в цифровых телевизионных системах, в частности, в системах с датчиком изображений на приборах с зарядовой связью (ПЗС), Такие датчики могут вносить искажения в кодированное иэображение, при этом наибольший вклад вносит "геометричес- 10 кий" шум, вызванный неравномерностью чувствительности элементов ПЗС и артефактами фоточувствительной поверхности, Геометрический шум ПЗС появля- 15 ется на изображении в результате своеобразной "дискретной" неравномерности чувствительности элементов ПЗС и разного рода дефектов прибора - нестационарных центров генерации темно- 20 вых тонов, нарушения электродной структуры и т.д. Дефектные элементы на иэображениях проявляются в виде темных изолированных точек или малоразмерных областей. По воздействию на наблюдателя искажения, вызванные дефектными элементами прибора, можно сравнить с искажениями, вызванными импульсным шумом, например цифрового канала связи, но в отличие от импульсного шума, геометрический шум дает от кадра к кадру неизменные ис» кажения.

Цель изобретения - повышение точности кодирования изображений за счет 35 снижения уровня шума телевизионной передающей камеры.

На фиг, 1 приведена блок-схема кодера сигнала изображения; на фиг.2блок формирования кода группы. 40

Кодер сигнала изображения содержит телевизионную (ТВ) передающую камеру 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, буферный регистр

3, блок 4 умножителей, первый - тре- 45 тий сумматоры 5-7, коммутатор 8, первый и второй преобразователи 9 и 10.кодов, счетчик 11 импульсов, блок 12 задержки, первый и второй блоки 13 и 14 вычитания и блок 15 50 формирования кода группы, На фиг,1 обозначены первый - третий тактовые входы 16-18, вход 19 синхронизации и выход 20 кодера.

Блок 15 формирования кода группы 55 (фиг, 2) включает s себя коммутатор 21 и регистр 22 сдвига. На фиг,2 обозначены первые - пятые информаци- онные входы 23-27 и первый и второй тактовые входы 28 и 29 блока.

На вход 16 подается тактовый сигнал с частотой f на вход 17—

f»сигнал с частотой группы — . На

2 входе 18 присутствует частота f<, с которой кодируемые группы считываются в канал связи. На вход 19 приходят кадровые синхроимпульсы.

Блоки 3-5, 8-11 образуют узел компенсации "геометрического" шума, а блоки 6 и 7 и 12-15 составляют узел эффектного кодирования видеоданных, в котором алгоритм передачи выбирается на основании информации из узла компенсации шума. Компенсация, т.е. коррекция дефектного элемента Х„ производится путем интерполяции где Ь;»,Ь;,h < - коэффициенты интерполяции, записанные в преобразователь 9 кодов.

В узле компенсации используется скользящая апертура 3 к1 - (Х}, Х;, Х +,), в которой решение принимается

1+1 Ф относительно центрального элемента.

Коэффициенты интерполяции Ь;, Ь

Ь;, для каждого дефектного элемента

Х; определяются на основании априор-ной информации об изображениях. Если таковая отсутствует, или, что то же . самое, источник ТВ изображений является нестационарным, для всех дефектных элементов могут использоваться одинаковые коэффициенты интерполяции с точностью до коэффициентов относительной чувствительности элементов, например, hi- 0,25 М,, Ь =0 5 ° gi t где 0(,» О(;, 0(y - коэффициенты относительной чувствительности элементов Х;»,, Х,, Х,;,соответственно.

Выбор постоянных множителей в выражениях для Ь;, h, и h,, произво-, дится экспериментально, на основании характеристик обрабатываемых изображений.

Если источник ТВ изображений стационарен, для расчета коэффициентов

1 интерполяции могут быть использованы аналитические выражения для h . h, Ь + при условии минимизации дисперси оценки Х в зависимости от первых трех отсчетов корреляционной функции сигнала, дисперсии шума и коэффициен тов относительной чувствительности.

Кодер сигнала изображения работает следующим образом.

Сигнал с выхода TB передающей камеры 1 на ПЗС поступает в аналогоцифровой преобразователь 2, где подвергается дискретизации во времени, квантованию по уровню и кодированию, например, шестиразрядным кодом, с выхода АЦП 2 элементы оцифрованного изображения в параллельном коде передаются в регистр 3, состоящий из цепочки трех параллельных регистров.

Обозначим через Х,, Х,, Х, <коды элементов на выходах соответственно первого, второго и третьего параллельных регистров блока 3. Все элементы ТВ изображения могут быть пронумерованы и каждому элементу может быть поставлен в соответствие его

I номер-адрес. Когда во второй параллельный регистр блока 3 записывается

Х, и в течение такта частоты f там хранится, в течение этого же такта на выходе счетчика 11 находится код номера i ; При этом i изменяется от 1 до N, где N — число элементов в кадре. Счетчик 11 сбрасывается в ноль кадровым синхроимпульсом и с первого элемента первой строки каждого кадра начинает вести счет элементов. Код i является кодом адреса, который с выхода счетчика 11 подается на каждый из трех узлов памяти преобразователя 9 и на преобразователь 10 кодов. С первого, второго, третьего узлов памяти блока 9 считываются коэффициенты Ь;,, h; „

h 1соответственно.

Таким образом, для каждого элемента Х в преобразователе 9 записа4 ны и считываются три числа h;, h;, Ь,, пропорциональные коэффициентам

4 1 корреляции Х, с X Х и Х соответственно.

В блоке 4 умножителей на первом, втором, третьем умножителях соответственно вычисляются произведения

5 производится определение Х, =Х х т Ь, +Х h +Х Ь . Значение Х,пе-

1 1 ly< +1 l, редается на второй информационный

644389 6 вход коммутатора 8, на первый вход которого подается значение Х с вы4 хода второго параллельного регистра блока 3. Коммутатор 8 управляется сигналом с выхода преобразователя 10 кодов. В преобразователе 10 по адресам, соответствующим дефектным элементам ПЗС используемой камеры 1, записаны единицы. Номера дефектных элементов для каждого конкретного прибора определяются по результатам аттестации ПЗС, например, с помощью

ЗВМ снабженной прецизионным устройством ввода-вывода изображений. Если управляющий сигнал на входе коммутатора 8 равен единице, к его выходу

A подключается Х;, в противном случае—

Х, .

20 Таким образом, с помощью блоков 4, 5, 9 и 11 вычисляется оценка Х,, блок

10 для выработки решающего правила, а в блоке 8 производится замена Х, на Х когда Х приходится на дефект1 В I

25 ный элемент прибора. Иестиразрядный код с выхода коьжутатора 8 и одноразрядный с выхода блока 10 поступают в блок 12 задержки, с помощью которого формируется кодируемая группа из двух

3Q элементов Х и Х и код S= (S

Х, при S-- (100 дефект приходится на

Х и в случае S= C11 ) оба элемента (Х 1и Х являются дефектными.

B сумматоре 6 производится вычис2 ление = Х, =Х +Х, причем с выхода

i el

40 сумматора 6 снимается код сУммы беэ

1 младшего разряда, т.е, Х вЂ,0 Х;. ср 2.

В блоке 13 вычитания определяется код разности Д =(Х -Х ). При шести45 разрядных Х; код Q является семиразрядным: первый разряд Д вЂ” знаковый, С выхода блока 13 вычитания "снимается" только четыре старших разряда Ь, т,е. осуществляется грубое равномерное квантование Д . Значение Д с выхода блока 13 вычитания (т.е. код Д без трех младших разрядов) подается на вторые входы сумматора 7 и блока 14 вычитания и третьи входы 25 блока 15 формн» рования кода группы.

В сумматоре 7 производится сложение шестиразрядного кода Хс с четы, \ рехразрядным кодом Д, в котором три

1644389 младших разряда приравниваются к нулю. В результате формируется шестиразрядный код Х, пять старших разрядов которого йоступают на вторые входы 26 блока 15. В блоке 14 вычита- 5 ния формируется другое приближенное значение Х - значение Х . Если в сумматоре 7 оно формируется на основе

Х > и Д, то в блоке 14 вычитания вь числяется новое значение Х1 на основе

Х и на основе Д . Пятиразрядный код Х подается на четвертые входы 26 блока

15, на первые входы 23 которого поступает пятиразрядный код Х4 с первых l5 выходов блока 12. На пятые входы 27 блока 15 передается двухразрядный код S.

Таким образом, блок 15 формирования кода группы п инимает пятиразряд<\ ные коды X), X), четырехразрядный код Д и двухразрядйый код S. К выходам коммутатора 21, для которого управляющим сигналом служит S подключается

%,, если S 00 0 или S (11 О, под- 25 ключается Х, когда S= (10) и, пере дается Х в случае S= 01,> . Пятиразрядный код с выхода коммутатора 21 поступает в регистр 22, на вторые входы которого подключается четырехразрядный код Д. В параллельно-последовательном регистре 22 происходит сворачивание девятиразрядного параллельного кода в последовательный, который поразрядно считывается в цифровой канал связи с выхода 20. 35

Таким образом, в кодере каждой кодируемой группе из двух шестираз» рядных элементов ставится в соответствие девятиразрядное кодовое слово, т.е. осуществляется сжатие цифрового потока видеоданных. При этом осуществляется цифровая коррекция геометрического шума путем интерполяции дефектных элементов используемого прибора с зарядной связью в камере 1.

Коэффициенты интерполяции определяются предварительно, на основе вычисленной автокорреляционной функции сигнала для анализируемого класса изображений, Эти коэффициенты записы 50 ваются в преобразователь 9 кодов для каждoro элемента изображения. В узле сокращения избыточности, включающем блоки 6 и 7, 12-15, результаты интерполяции учитываются следующим образом.

-Если на кодируемую группу из двух элементов не приходятся дефектные элементы РЗС то в канал связи отЭ

/Ъ,ю << правляются Х и Д, причем Х вычисляется на основе Х и Д. В результате обеспечивается одинаковая ошибка кодирования Х1 и Х одинаковая из-за того, что грубо квантуется .

Если дефект приходится на Х, то в канал передаются X u Q . Прй этом будет нулевая ошибка кодирования Х< и двойная (в сравнении с вариантом л

Х и $ ) ошибка кодирования Х . Когда дефект попадает на Х, в канал отl л правляются Х1 и Д, причем Х =Х -Д, т,е. обеспечивается нулевая ошибка кодирования Х и двойная (в сравне» нии с вариантом Х и Д ) ошибка кодирования Х . В случае дефектности обоих элементов Х и Х<2 в канал перел даются Х и . Следовательно, в кодере осуществляется эффектное кодирование, адаптивное к результатам интерполяции, В случае, если интерполяция произведена, т,е. к выходу коммутатора 8 вместо Х, подключается вйосит ошибку в Х<, т.е. он не влия19 ет на качество интерполяции, достигнутое в узле коррекции "геометрического" шума ПЗС-датчика.

Такое сочетание эффектного кодирования с коррекцией геометрического шума обеспечивает сжатие цифрового потока видеоданных в 1,5 раза с высоким качеством кодированных изображений, Путем интерполяции дефектных элементов прибора происходит сглаживание геометрического шума, причем на сглаживание не влияет процедура сокращения избыточности видеоданных. ч

Формула изобретения

1. Кодер сигнала изображения, содержащий телевизионную передающую камеру, выход которой соединен с инфор» мационным входом аналого-цифрового преобразователя, буферный регистр, первый сумматор, первый преобразоватепь кодов, блок задержки, первые выходы которого соединены с первыми входами первого блока вычитания и первыми информационными входами блока формирования кода группы, выход которого является выходом кодера, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности кодирования изоб.ражений за счет снижения уровня шума телевизионной передающей камеры, в

9 16443 кодер введены блок умножителей, второй преобразователь кодов, счетчик импульсов, коммутатор, второй и третий сумматоры и второй блок вычитания, выходы аналого-цифрового преобразова5 теля подключены к информационным вхорам буферного регистра, тактовый вход которого объединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, первым тактовым входом блока задержки и счетным входом счетчика импульсов и является первым тактовым входом кодера, вход сброса счетчика импульсов является входом синхрониэа- 5 ции кодера, выходы буферного регистра подключены к первым инФормационным входам коммутатора и первым входам блока умножителей, выходы которого соединены с входами первого суммато- 20 ра, выходы которого подключены к вторым информационным входам коммутатора, выходы счетчика импульсов соединены с входами первого и второго преобразователей кодов, выходы первого 25 преобразователя кодов подключены к вторым входам блока умножителей, выходы коммутатора соединены с первыми информационными входами блока задержки, второй тактовый вход которого 30 объединен с первым тактовым входом блока формирования кода группы и является вторым тактовым входом кодера, выходы второго преобразователя кодов подключены к управляющим входам коммутатора и вторым информационным входам блока задержки, вторые выходы которого соединены с вторыми входами первого блока вычитания

89 1О и первыми входами второго блока вычитания и второго сумматора, вторые входы и выходы которого подключены соответственно к первым выходам блока задержки и первым входам третьего сумматора, выходы которого соединены с вторыми информационными входами блока Формирования кода группы, второй тактовый вход которого является третьим тактовым входа кодера, выходы первого блока вычитания подключены к третьим информационным входам блока формирования кода группы и вторым входам третьего сумматора и второго блока вычитания, выход которого и третьи выходы блока задержки соеди иены соответственно с четвертыми и пятыми информационными входами блока

Формирования кода группы, (2. Кодерпоп, 1, отличаюшийся тем, что блок формирования кода группы содержит коммутатор ,и регистр сдвига, вход разрешения записи и тактовый вход которого являются соответственно первым и вторым ,тактовыми входами блока, первые и Вто" рые информационные входы коммутатора являются одноименными входами блока, выходы коммутатора соединены с пер выми информационными входами регист» ра сдвига, вторые информационные входы которого, третьи информационные и управляющие входы коммутатора являются соответственно третьимипятыми информационнымн входами блока, вйход регистра сдвига является выходом блока.

1644389

Составитель О.Ревинский

Редактор А,Шандор Техред Л.Сердюковв Корректор Т.Палий

Заказ 1248 Тираж 469 Подписное

5НЯКПЯ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101