Кодер видеосигнала

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Использование изобретения позволяет повысить точность кодирования благодаря тому, что для квантования первого элемента трансформанты Адамара (для группы из четырех элементов кодируемого видиосигнала) используется более эффективная стратегия, нежели в прототипе. 1 ил.

СОВХОЗ СОБГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ СKVIX

РЕСПУБЛИК 0 1667256 А2 (1! )1 Н 03 М 3/04, 7/30 Н 04 N 7/12

I ОСУДАР С ПЕ ННЫ И КОМИ! F Т

НО изОБРе Г ниям vl О! к Рь тиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычислительнои технике и технике связи. Использование изобретения позволяет повысить точность кодирования благодаря тому, что для квантования первого элемента трансформанты Адамара (для группы из четырех элементов кодируемого видеосигнала) используется более эффективная стратегия, чем в прототипе. 1 ил, На входы блока 1 временных задержек поступает видеосигнал в цифровом виде (дискрегизированный и ква тотлнный на 64 уровня). В блоке 1 временных зздерже ° ссуществляется преобразование четырех по следовательно поступающих на вход отсчегов а0, a!, а и аз видеосигнала в параллельный четырехэлементный сигнал. Группа иэ четырех элементов изображения подвергается быстрому преобразованию

Адамара и в результате формируются элементы трансформанты Адамара:

Г, b, =а„+а!

bI =- ao — aI, Ь =а,+a> !, ba =ао — al

+а +а+а",. — аа. а2 аз — az + аз

Таким образом, на кодирование bl необходимо затратить 8 бит, причем один из разрядов Ь! является знаковым. Сжатие потока видеоданных в 1,5 раза в рассматриваК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1506554 (21) 4713475/24 (22) 03.07.89 (46) 30.07.91. Ьюл. N. 28 (72) С.А.Куликов и Н.Д,Семенов (53) 621.397 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Nã 1506554, кл, Н 03 М 7/30, 1987. (54) КОДЕР ВИДЕОСИГНАЛА

ИзобреTc .ние относится K вычи лительнои гехнике и технике связи, касается усовершенствования кодера пг, ав!.св. Ф 1506554 и может бы(ь использовано в ци (новых телевизионных системах со сжатием видеоданнl-lx.

Цель изобретения — повышение точно(: cvI кодирования

На чертеже приведена блок-схема кодерэ

Кодер содержит блок 1 временных задержек, первый-че..вертый блоки 2-5 сум.!ирования, первый-десятый блоки 6--15 вычитан..я, первый-шестои коммутаторы

16- 21, блок 2? сравнения кодов, блок 23 инвертирования, первый-(естой блоки 24- 29 деления, первыи и второй блоки 30, 31 вьi числения модулей, c xðî(енератор 32 преобразователь 33 параллельного кода в последовательный и элемент ИСКЛЮЧАК1

ЩЕЕ ИЛИ 34. На чертеже обозначень также информационныи вход 35 и вход 36 опорного кода

Принцип раб;:ты кодера заключается ь следующем

Так как 0:-а, 63 (i = О, 1 то иэ (1) следует, что 0 <Ьо а 126 -Ь, =126,где!= 1.2,3.

0.1

1 о, (с, i4

jM (л (1) О ( ( р . 2. 3), /у р

252, 1667256

1 A — (Ьо+ Ь1+ Ь2+ Ьз), 4 до= (2) л л — (Ьо Ь1+ Ь2- b3), 4 а1=

1 — (Ьо+ b1- Ьг- b3), а2=

" 1 аз= — (Ьо- ь - Ьг+ ьз), 4 при Ь < 126, 20 или

-Ьо Ib2 + ЬЗ (3) при 126< Ьо < 252.

А =

bp — Ib2 — Ьз при Ьо 126:

252 — bp — lb2 + Ьз при 126 < bp < 252; в Ьо + 1ьг + Ьз! при Ьо 126: — 252 + bp + lb2 — ЬЗ пРи 126 < bp 5 252; емом кодере получено семираэрядным кодированием Ьо и трехразрядным кодированием Ь1, Ьг, ЬЗ.

На приемной стороне элементы а декодируемой группы восстанавливаются по правилу: где Ь| — элементы трансформанты после огрубления.

Шесть передаваемых разрядов bp являются старшими разрядами восьмиразрядного кода Ьо, Один иэ трех передаваемых разрядов bt является знаковым. Два других разряда вычисляются по адаптивной процедуре.

Адаптация заключается в выборе передаваемого значения bt»(h = 2, 3) в эависимоКвантование Ь1 производится на интервале (О, А), если Ь1 = О, и на интервале (8, О) в случае Ь1< О. Значения границ А и В формируются соответственно на втором и третьем коммутаторах 17, 18, а выбор интервала квантования (О, А) или (B, О) осуществляется с помощью четвертого коммутатора

19, на управляющий вход которого подается знаковый разряд b1.

Таким образом, в кодере реализовано двухэтапное адаптивное квантование высокочастотных элементов трансформанты: на первом этапе квантуются b2 и Ьз в зависимости от Ьо, на втоРом — Ь1 в зависимости от

bo, Ьг и Ьз. Такое высокоадаптивное кодирование позволяет сохранять большую часть малоконтрастных переходов, особенно при малых и больших значениях b,.

Значения А и В могут иметь одинаковый знак. Например, для кодируемой группы ао=- 40. а1 =- 5,аг= 5, аз = 5 элементы сти от значения Ьо для каждого кодируемогс квартета элементов ао, а1, а2 и аз. В основу адаптивного кодирования положена зависимость границ (верхней и нижней) изменения b)(J = 1, 2, 3) от bo . если bp 126, ((252 — b 1 если Ь, > 126.

10 Адаптация же Ь1 заключается в выборе передаваемого значения b1 в зависимости от значениЯ Ьо, Ьг и Ьз ДлЯ кажДой коДиРУемой группы. Значение b1 выбирается на следующих интервалах

Ь + )Ьг 4 Ьз bi Ьо lb2 — baal — 252 1 Ьо 4 ьг baal =. Ь1 < 252—

Для каждой кодируемой группы в кодере вычисляются верхняя (А) и нижняя (В) границы квантования Ь1: тРансфоРманты Равны. bp= 55, Ь1 = 35, Ьг=- 35 и Ьз = 35, при этом 15< Ь1< 55. Таким образом, поскольку Ь1> О, то в рассматриваемом кодере b1 будет квантоваться на интервале (О, 55). На самом же деле интервал квантования Ь1 меньше и равен (15, 55).

Можно показать, что при одинаковых знаках А и D интервал квантования Ь1 меньше величины А и равен (А — В) при Ь1 о О, а при

Ь1< О меньше величины !81 и равен ( — А).

Следовательно, в рассматриваемом устройстве возможно повышение точности преобразования b1(при одинаковых знаках А и В) и, как следствие, улучшение качества кодированных изображений. Это достигается благодаря тому, что на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34 подаются знаковые разряды

А и 8. При совпадении разрядов сигнал на выходе элемента будет равен нулю. Затем производится вычитание В из А, причем разность снимается беэ трех младших разрядов. В результате формируется код

1667256

10

20

55 (А — B) — — —, который подается на информз

8 ционные входы шестого коммутатора 21, на вторые информационные входы которого

А В поступает код — или — с выхода четверто4 4 го коммутатора 19. Шестой коммутатор 21 управляется сигналом с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34. Если сигнал на выходе этого элемента равен О, то к выходу коммутатора 21 подключается код (А — В1 — . Далее производится вычисле8 ние кода разности (Ь1 — В), который поступает на информационные входы пятого комму4эгора 20, на другие информационные входы которого передается код b) с выхода третьего блока 8 вычитания. Пятый коммутатор 20, как и шестой, управляется сигналом с выхода элемента 31. В случае равенства нулю этого сигнала к выходу пятого коммутатора 20 подключается код (b i — В).

Когда значения А и В имеют разные знаки, кодер реализует такое же квантование Ьн как и в прототипе, т.е, при Ь1 0 производится квантование на интервале (О, A), когда же h < О, то выбор уровня квантования осуществляется на интервале (8,0), В случае равенства знаков А и В в кодере осуществляется иной алгоритм квантования h) — на интервале (А B). Этот интепвзп вернее его длина, определяется нз десятом блоке 15 вычитания и снимается с этого блока восьмая часть этого интервала. Причем (А — В1 снимается модуль числа - — — - . т.р. nо

8 выходу десятого блока 15 включено ППЗУ которое переводит дополнительныи кгд (А — В 1 — в прямой. когда А - 0 и В < О. В

8 девятом блоке 14 вычитания производится вычитание нижней границе В из bt. С выхода этого блока также снимается модуль разности Ь1 — В. т.е. по выходу блока ставится

ППЗУ, переводящее дополнительный код разности в прямои при b i< О. При равенстве знаков А и В с помощью че гвертого блока 27 деления определяется. сколько раз укладыА — B вается (— -- — ()b -В(, и трехразрядный

8 код передается в канзлсвяэи. Таким образом, в случае равенства знаков А и В, в отличие от прототипа, призводится б ззнаковое квантование Ь, Если в прототипе один из разрядов -h>> отводился на знак Ьь э оставшиеся два разряда (т.е. 4 уровня)— собственно на квантование hl, то в данном устройстве при равных знаках А и В нэ квантование отводится 8 уровней, 3а счет этого, а также уменьшения интервала квантования

bi возврастает точнос4ь преобразования и, как следствие, точность кодированных изображений.

Кодер видеосигнала работает следующим образом.

На вход 35 блока 1 временных задержек поступает видеосигнал в цифровом виде, дискретизированный и квэнтованный на 64 уровня, В блоке 1 формируется кодируемая группа из 4 элементов: ao, a>, a2 и аз. На выходах первого и второго блоков 2, 3 суммирования формируются (а„4 а2) и (аз+ а1).

Нэ выходах блоков 6 и 7 вычитания формируются разности (а, — — ) и (a> — аз). На выходе блока 4 форминуется первый элемент трансформанты Ь,, нз выходе блока

8 — втрой элемент Ьь на входе блока 5— элемент b2 и нз выходе блока 9 — элемент трзнсформанты h:i. В блоке 22 сравнения кодов производится сравнение значения bp каждой кодируемой группы с опорныл1 кодом числа 126, поступающим на входы 36 блока 22. Если Ь -. 126, сигнал на выходе блока 22 равен "1". B блоке 23 код элемента

Ьо инвертируется и на выходы блока 23 поступает код числа (255-Ь„), так как при шестирззрядных кодируемых элел1ентах з, код hp — восьмиразрядный. В выражении (2) Ь!,4;„; = (252 — Ь,), если b,-.- 12б. С цепью упрощения в кодере вместо вычисления разности (252 hp) реализовано вычис.— ление (255 — bp) простым инвертировэниел1

Ь,, что не приводит к ошибочному восст»нпвлению элементов трансформэнты. На упрзвляющии вход коммутатора 16 поступаеI сигнал с выхода блока 22 сравнения кодов, нэ информационные входы — cl гналы

h и Ь, т.е. (255 — Ь„). Если управляющий сигнал равен "1", то к выходу блок 16 подключается bp — 255 — h;. В блоке 24 деления производится деление bp (или bp) на 4". Результат деления С подается на вход делителя блоков 25 и 26 деления. В блоке 25 деления производится деление модуля bp на С, и частному от деления присваивается знак h2. Таким образом, в блоках 25, 26 по входам hg u Ьз соответственно стоят блоки 30. 31 вычисления модулей (b и Ьз .

Трехразрядный код частного <Ь > от деления (один разряд — знаковый) передается на преобразователь 33.

Например, если bp = 70 и Ь = 54, то

C= (70/4) — 17 и = (Ь2/С) = 3. Код <Ь2> равен 011 (первый разряд Π— знаковый), На приемной гтороне элемент трансформанты восстанавливается по правилу л

Ь2 — Ь >.С = 3 17 — 51.

1667256

Ib2 Ьз!=

Ьо !Ьг — Ьз I = Ь 2(д1 аз при 0 < bp < 126, 252 — bp — !Ьг + Ьз I = 252 — Ьо — 2!ао — аг при Ьо > 126 .

4 2

bo )ai — a;;

Ль = — "„=

252 — Ьо

4 при 0 C Ьо C 126, ао — аг

- при bo > 126 Ьо !а — аг!

Л, == ! 252 — Ьо !а1— при 0 с Ь, с 126, аз! при 126 c bp <252, 4 2

Аналогичным образом вычисляется Ьз.

В блоках 30 и 31 вычисления модуля формируются (а1 — аз! и !ap — аг! соответственноо.

Необходимость вычисления данных модулей поясняют следующие расчеты:

= !а,+ a> — аг -- аз — ао+ а1+ аг-аз!=

= 2!а1 — аз!.

Для каждой группы вычисляется

Значение 2 определяется с ! as — аз помощью блока 28 деления, а значение (ао — аг

2 — !- — с помощью облока 29 деления.

На блок 10 вычитания поступает bp без двух младших разрядов (т.е. деление на "4") с ! а1 — аз выхода блока 4 и -- — — . В результате

Ь, lai — аз определяется

4 2

Одно иэ двух значений Ль с выхода коммутатора 17 и одно иэ двух значений Ь„с выхода коммутатора 18 поступают на входы коммутатора 19, который управляется старшими (знаковыми) разрядами Ьь Если

bt> О, то к выходам блока 19 подключается

Ль. В блоке 15 производи1ся вычисление

А — B — — — 1, а в блоке 14 — вычисление моду8 ля разности (b — В). На входы элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34 подаются знаковые разряды А и В. Сигнал с выхода элемента 34 является управляющим для коммутаторов 20 и 21, Если h» 0 и знаки А и В равны, то к выходу коммутатора 21 подключаются код!

Ьг +, Ьз!= 2!а — аг!.

Таким образом, для вычисления !Ьг-Ьa! и !Ьг Ьз! нет необходимости в дополнительных вычитателе и сумматоре, поскольку

5 значение (ai — аз) и (ао — аг) определяются с помощью блоков 7 и 6 вычитания соотвегствен но.

Пятый и шестой блоки 28. 29 деления, с пятого по восьмой блоки 10-13 вычитания и

10 с второго по четвертый коммутаторы 17-19 предназначены для вычисления границ изменения b как функции от Ь, Ьг и Ьз. Верхняя граница А изменения b> равна

Другое значение Ль (для Ьо > 126) вычисляется с помощью блока 12 вычитания, на вход которого поступает инверсное значение bp также беэ младших разрядов. Обэ значения А поступают на коммутатор 17, который управляется сигналом с выхода блока 22 сравнения кодов. Если этот сигнал равен 1 (т.е. Ьо> 126), то к выходам комму татора 17 подключается сигнал с выхода блока 1 вычитания.

Аналогично вычисляется

А — В1 !, к выходу коммутатора 20—

8 код !Ь вЂ” В! и в блоке 27 производится деле(А — В1 ние !Ь1 — В! íà - — . Если же Ь» О.

8 но знаки А и В не равны, то в блоке 27 осуществляется деление bi на Ль. Результат деления <Ь1> поступает в блок ЗЗ, на выходе которого для каждого кодируемого блока иэ четырех шестирээрядных элементов формируется шестиразрядное кодовое слово, т,е. осуществляется 1,5-кратное сжатие потока.

Такое же сжатие достигается и при использовании кодера-прототипа. Но в данном кодере точность преобразования выше

1667256

10 за счет использования более эффективной стратегии квантования b>.

Рассмотрим пример для группы ао=- 40, а1=-а2 = аз=5.

B кодере-прототипе квантования Ь1 5 производится на интервале (О, 55). Опреде55 ляется С =()= 13, вычисляется

bl

С 10 код

1 огрубленного значения bi по правилу

b1= <Ь1> С = 2 13 =26.

В рассмотренном же кодере, поскольку

А = 55 и В = 15 имеют равные знаки, то

55 — 15 определяется С =(8

) = 5, вычисля20 ется <Ь1>= () — (Ь1 — В 35 15

С 5

)=4. В канал отправляется код <Ь1> = 010. при этом первый разряд не является знаковым. В декодере восстановление 6i производится 25 следующим образом;

Ь! =B+ С

В рассмотренном примере ошибка 35 восстановления Ь1 (т.е. )bi — 8 1) для рассмотренного кодера равна нулю. в то

Если А и В меньше нуля, то восстанов- 30 ление bt осуществляется по правилу время как для кодера-прототипа она равна (35 — 26) = 9. Можно показать. что в общем случае при переходе от шкалы (О, А) к шкале (А — В,А) приА >О, В> Оиот шкалы(В,О) к шкале (А, А — В) в случае А< О и В< О ошибка восстановления Ь1 уменьшается. Как следствие, увеличивается точность преобразования видеосигнала и повышается качество кодированных изображений.

Формула изобретения

Кодер видеосигнала по авт.св.

N 1506554. отличающийся тем, что, с целью повышения точности кодирования, в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, девятый и десятый блоки вычитания, а между выходом третьего блока вычитания и входом делимого четвертого блока деления и между выходом четвертого коммутатора и входом делителя четвертого блока деления введены соответственно пятый и шестой коммутаторы. первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ обьединен с первыми входами девятого и десятого блоков вычитания и подключен к выходу третьего коммутатора, второй вход элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ обьединен с вторым входом десятого блока вычитания и подключен к выходу второго коммутатора, второй вход девятого блока вычитания подключен к выходу третьего блока вычить ия, выходы девятого и десятого блоков вычитания соединены с вторыми информационными входами соотвеетственно пятого и шестого коммутаторов, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к управляющим входам пятого и шестого коммутаторов.

1667256

Составитель О.Ревинский

Редактор А.Маковская Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Т.Палий

Заказ 2534 Тираж 467 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5

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