Приемники тввч с низким разрешением

 

Приемник сжатых цифровых видеосигналов телевидения высокой четкости с блочным кодированием, со значительной экономией в аппаратных средствах приемника, прореживает (304, 310, 311) данные в каждом блоке для получения изображений с разрешающей способностью, характерной для системы NTSC. 2 с. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к приемникам телевидения высокой четкости и, в частности, к телевизионным приемникам, которые принимают сигналы телевидения высокой четкости, но имеют уменьшенную стоимость и по качеству сравнимы с приемниками системы NTSC.

Системы, предложенные для будущей системы телевидения высокой четкости Соединенных Штатов Америки, оценка которых проводится в настоящее время, являются, главным образом, цифровыми и обеспечивают изображения со сравнительно высоким разрешением. Поскольку сигналы являются цифровыми и из-за сравнительно высокого разрешения, приемники, разработанные для обработки таких сигналов, будут требовать значительного количества аппаратных средств современного уровня, включая значительные объемы видеопамяти (телевизионных запоминающих устройств с произвольной выборкой). До тех пор, пока техника не достигнет достаточного уровня развития, что может потребовать от десяти до пятнадцати лет, эти аппаратные средства будут делать приемники телевидения высокой четкости дорогими, возможно настолько, что это помешает семьям среднего класса купить более одного приемника в каждый дом. Однако большинство семей среднего класса привыкли иметь в своих домах несколько приемников. Таким образом, в ближайший период будет существовать потребность в приемниках телевидения высокой четкости с более низкой стоимостью.

Согласно изобретению, приемник сигналов телевидения высокой четкости с более низкой стоимостью можно реализовать, пожертвовав в некоторой степени четкостью изображения. Такие приемники будут сохранять преимущества перед приемниками системы NTSC в том, что не будут иметь таких обычных недостатков системы NTSC, как перекрестные искажения яркости и цветности и, являясь цифровыми, будут совместимы с другой цифровой аппаратурой, такой как домашние компьютеры.

Типичный сигнал телевидения высокой четкости может представлять изображения в виде 1050 строк с 1440 элементами изображения на каждой строке. Типичный приемник телевидения высокой четкости может требовать, например, четыре блока видеопамяти для обработки декодируемого сигнала и дополнительные запоминающие устройства для буферизации нескольких полей сжатых данных. Если использовать 8-разрядные отсчеты, то четыре блока видеопамяти потребуют 48,38 Мбит памяти с очень высоким быстродействием. Напротив, если сигналы телевидения высокой четкости декодируются с получением обычного разрешения NTSC в 525 строк с 910 элементами изображения на строке, то необходимо только 15,29 Мбит видеопамяти меньшего быстродействия, или приблизительно одна треть объема, требуемого для изображения с высоким разрешением. Снижение требований к объему памяти и ее быстродействию может дать в результате значительную экономию в стоимости для приемника с пониженной разрешающей способностью.

Согласно данному изобретению предлагается устройство для приема сигнала телевидения высокой четкости, имеющего сравнительно высокое разрешение, причем с целью сокращения объема аппаратных средств, необходимых для воспроизведения изображения, это устройство использует лишь часть содержащейся в сигнале информации для формирования сигнала изображения с более низким разрешением.

На фиг. 1 приведено графическое представление сигнала с иерархической структурой, используемое для описания изобретения; на фиг.2 - блок-схема типичного телевизионного приемника, предназначенного для обработки сжатых цифровых телевизионных сигналов; на фиг.3 - блок-схема устройства декомпрессии, которое может быть включено в блок 14, показанный на фиг.2 в составе приемника телевидения высокой четкости; на фиг.4, 5, 7 и 8 - блок-схемы различных форм осуществления схемы декомпрессии согласно изобретению; на фиг.6 графически представлена типичная структура дискретизации, обеспечиваемая показанным на фиг.5 интерполятором 319; на фиг.9 - типичные альтернативные функции маскировки, которые могут быть реализованы в показанном на фиг.8 блоке 308; на фиг. 10 - дополнительный элемент 301; фиг.11 представляет собой блок-схему алгоритма работы части устройства, показанной на фиг.7.

Ниже изобретение поясняется в применении к сжатому цифровому телевизионному сигналу в формате, предложенном Консорциумом по усовершенствованным телевизионным системам (фирмы NBC, Thomson Consumer Electronics, North American Philips Corporation и SRI/DSRC). Этот формат аналогичен стандарту, предложенному Группой экспертов по кодированию движущихся изображений (MPEG) и подробно изложенному в документе "International Organization for Standartization", ISO-IEC JT(1/SC2/WG1). Coding of Moving Pictures and Associated Audio, MPEG 90/176 Rev. 2, Dec. 18, 1990. Этот сигнал имеет иерархическую многоуровневую структуру и его форма показана на фиг.1. Следует учитывать, что изобретение не ограничивается использованием такого сигнала, а применимо по крайней мере к сигналам, имеющим сходные форматы.

На фиг. 1 графически представлена общая форма телевизионного сигнала, сжатого по стандарту MPEG. Сигнал располагается в виде последовательных групп изображений GOPi, каждая из которых содержит сжатые данные из одинакового числа кадров изображения. Группы изображений показаны в верхнем ряду прямоугольников, обозначенном L1. Каждая группа изображений (L22) содержит заголовок, за которым следуют сегменты данных изображений (P1-Pn). Заголовок группы изображений содержит данные, касающиеся размера изображения по горизонтали и вертикали, формата кадра, частоты полей/кадров, скорости передачи в битах и т.п.

Данные изображения (L3) для соответствующих полей/кадров, содержат заголовок изображения, за которым следуют данные вырезки (L4). Соответствующие вырезки, GOBi, содержат в своем составе видеоинформацию для смежных областей изображения, например, каждая вырезка может содержать данные, представляющие 16 следующих по порядку строк изображения. Заголовок изображения содержит номер поля/кадра и тип кода изображения. Каждая вырезка (L4) состоит из заголовка, идентифицирующего ее положение в изображении, и следующего за этим заголовком множества макроблоков данных MBi. Заголовок вырезки может также содержать номер группы и параметр квантования.

Макроблоки содержат представляющие изображение данные для участков вырезки. Типичный макроблок в формате MPEG представляет область изображения, охватывающую матрицу из 16х16 элементов изображения. Фактически макроблок содержит 6 блоков, из которых четыре несут информацию о яркости, а два - информацию о цветности. Каждый из четырех блоков яркости представляет матрицу из 8х8 элементов изображения или одну четверть матрицы из 16х16 элементов изображения. Блоки содержат коэффициенты дискретного косинусного преобразования, образованные из соответствующих матриц элементов изображения. Например, каждый блок яркости, образованный из матрицы, состоящей из 8х8 элементов изображения, может содержать до 8х8, т.е. 64 коэффициента дискретного косинусного преобразования. Один из коэффициентов (DC) передает информацию о постоянной составляющей или средней яркости, а каждый из остальных коэффициентов (AC) передает информацию, связанную с различными спектрами пространственных частот изображения. Коэффициенты располагаются в определенном порядке: первым располагается коэффициент (DC) постоянной составляющей, а остальные коэффициенты - в порядке их спектральной важности. Многие изображения могут содержать мало деталей, в результате чего значения многих коэффициентов дискретного косинусного преобразования получаются нулевыми. В иерархии коэффициентов в соответствующих блоках все коэффициенты с нулевым значением, следующие за последним коэффициентом с ненулевым значением, удаляются из данных блока и после последнего коэффициента с ненулевым значением вводится код конца блока (EOB). Кроме того, коэффициенты с нулевым значением, располагающиеся до последнего коэффициента с ненулевым значением, кодируются по методу кодирования длин серий. Следовательно, в блоке данных может быть менее 64-х коэффициентов.

Каждый макроблок MBi (L5) содержит заголовок, за которым следуют векторы движения и кодированные коэффициенты. Заголовки МВi содержат адрес макроблока, вид макроблока и параметр квантования. Кодированные коэффициенты показаны на уровне L6. Большая часть данных, включая коэффициенты дискретного косинусного преобразования и данные заголовка, кодируются с переменной длиной слова. Кроме того, некоторые данные, такие как коэффициенты дискретного косинусного преобразования, соответствующие постоянной составляющей, и векторы движения, кодируются методом дифференциальной импульсно-кодовой модуляции.

Показанные на фиг.1 данные обычно подвергаются перемежению, чтобы уменьшить воздействие ошибок в блоке, и переформатируются в транспортные пакеты с фиксированным числом байтов для облегчения синхронизации в приемнике. Кроме того, транспортные пакеты для защиты от ошибок кодируются, например, кодером Рида-Соломона, и к ним добавляются биты контроля четности.

На фиг.2 показана общая структура приемника телевидения высокой четкости. Радиосигналы вещательного телевидения высокой четкости принимаются антенной 9 и подаются на тюнер-демодулятор 10. Выходной сигнал тюнера-демодулятора представляет собой цифровой поток двоичных символов, который подается на устройство 11 прямого исправления ошибок и устранения перемежения. Устройство 11 прямого исправления ошибок и устранения перемежения содержит схему исправления ошибок, например, для кода Рида- Соломона, предназначенную для обнаружения и исправления ошибок, появляющихся в процессе передачи сигнала, и устройство для выполнения операции, обратной перемежению данных. Данные с исправленными ошибками и устраненным перемежением подаются на блок 12, который осуществляет разборку формата пакета, используемого для передачи, и размещает данные в обычной последовательности, показанной на фиг.1. Функции исправления ошибок, устранения перемежения и разборки пакетов могут осуществляться в другой последовательности, обратной последовательности выполняемых в передатчике обратных функций.

Данные с измененным форматом подаются на декодер 13 с переменной длиной слова, где декодируются данные, кодированные с переменной длиной слова, а также декодируются все данные, кодированные по методу кодирования длин серий. Декодированные данные поступают на декомпрессор 14, который преобразует сжатые видеоданные в данные элементов растра и подает данные элементов изображения в блок 15 видеопамяти (телевизионное запоминающее устройство с произвольной выборкой), помещенные в запоминающее устройство данные элементов изображения затем подаются на устройство воспроизведения изображения, видеомагнитофон или на другую аппаратуру 16, использующую видеосигнал.

На фиг. 3 приведен пример устройства декомпрессии, пригодного для обработки видеоданных в формате, подобном МРЕ5. Показанное на фиг.3 устройство аналогично многим известным видеодекодерам с предсказанием и компенсацией движения и не требует подробного описания. В устройстве, показанном на фиг. 3, данные, полученные с помощью декодера 300 с переменной длиной слова, подаются на контроллер 302 декомпрессии. В контроллер встроены декодеры 306А и 306В дифференциальной импульсно- кодовой модуляции. Контроллер 302 выделяет из сжатых видеоданных данные заголовка, чтобы запрограммировать последовательность операций по декомпрессии. Обычно контроллер представляет собой конечный автомат, запрограммированный для выполнения некоторых специальных программ, зависящих от некоторых переменных, которые входят в состав данных заголовка.

Контроллер 302 пропускает данные коэффициентов через декодер 306А дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, который пропускает соответствующие кодовые слова без изменений или, если необходимо, декодирует их. Данные векторов движения пропускаются через декодер 306В дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, где эти векторы декодируются. Декодированные векторы движения подаются на предсказатель 304 с компенсацией движения, а коэффициенты - в блок 310 обратного дискретного косинусного преобразования. Блок 310, реагируя на блоки коэффициентов, образует матрицы 8х8 с информацией об элементах изображения, которые подаются в заданном порядке на сумматор 312. Выводимые из сумматора 312 данные соответствуют декомпрессированным значениям элементов изображения. Эти значения вводятся в блок 318 памяти дисплея (телевизионного запоминающего устройства с произвольной выборкой), из которого они могут подаваться на дисплей. Значения, выводимые из сумматора 312, подаются также на пару буферных запоминающих устройств (телевизионных запоминающих устройств с произвольной выборкой) 314 и 316. Каждое из буферных запоминающих устройств имеет емкость, достаточную для хранения одного кадра изображения. Запоминающие устройства 314 и 316 подключены к предсказателю 304. Реагируя на векторы движения, предсказатель 304 считывает из одного или из обоих запоминающих устройств 314 и 316 блоки элементов изображения размером 8х8 и подает их на сумматор 312.

Обычно в системе, подобной MPEG, данные, представляющие заранее определенные кадры, кодируются способом внутрикадрового кодирования, а данные, представляющие остальные кадры, - способом межкадрового кодирования. Данные, представляющие кадры, кодированные внутрикадровым способом, образуются разбиением значений элементов изображения на соответствующие блоки размером 8х8 и дискретным косинусным преобразованием данных изображения. С другой стороны, данные, представляющие кадры, кодированные межкадровым способом, образуются путем предсказания кадров изображения по предшествующим или последующим, или по тем и другим кадрам, определения разностей (остатков) между предсказанными и действительными кадрами и осуществления дискретного косинусного преобразования блоков размером 8х8, состоящих из остатков. Таким образом, коэффициенты дискретного косинусного преобразования при внутрикадровом кодировании представляют данные изображения, а коэффициенты дискретного косинусного преобразования при межкадровом кодировании представляют данные разности кадров. Для кадров, кодируемых внутрикадровым способом, векторы движения не образуются. Векторы движения для кадров, кодированных межкадровым способом, представляют собой кодовые слова, идентифицирующие блоки из 8х8 элементов изображения в кадрах, из которых формируются предсказанные кадры, причем эти блоки наиболее точно соответствуют текущему обрабатываемому блоку в кадре, кодируемом в данный момент. Более подробное объяснение процесса кодирования/декодирования, подобного MPEG, см. в патенте США N 5122875.

В устройстве, показанном на фиг.3, при обработке кадров "I", кодированных внутрикадровым способом, предсказатель 304 переводится в режим подачи нулевых значений на сумматор 312. Данные, полученные в результате обработки с использованием обратного дискретного косинусного преобразования, обеспечиваемой блоком 310 обратного дискретного косинусного преобразования, соответствуют блокам значений элементов изображения. Эти значения без изменений пропускаются сумматором 312 и вводятся в блок 318 памяти для визуализации, а также в одно из запоминающих устройств 314 или 316 для использования при предсказании последующих кадров. Непосредственно после того, как будет декодирован кадр "I", из декодера с переменной длиной слова предоставляется кадр "P", кодированный межкадровым способом и соответствующий кадру, находящемуся через заданное число кадров после кадра "I". Этот кадр "P" был предсказан в кодере по предшествующему кадру "I". Поэтому коэффициенты дискретного косинусного преобразования для кадра "P" представляют остатки, которые при прибавлении к значениям элементов изображения декодированного кадра "I" будут образовывать значения элементов изображения для текущего кадра "P". При декодировании этого кадра "P" блок 310 обратного дискретного косинусного преобразования подает значения остатков на сумматор 312, а предсказатель 304, реагируя на векторы движения, считывает соответствующие блоки значений элементов изображения кадра "I" из запоминающего устройства с произвольной выборкой и подает их в соответствующем порядке на сумматор 312. Суммы, выдаваемые сумматором, представляют собой значения элементов изображения для этого кадра "P". Эти значения элементов изображения загружаются в блок 318 памяти дисплея и в то из запоминающих устройств 314 или 316, которое не хранит декодированные значения элементов изображения кадра "I".

Вслед за декодированием кадра "P" предоставляются кодированные кадры (кадры "В"), которые обычно расположены в промежутке между кадрами "I" и "P". Эти кадры кодированы межкадровым способом и поэтому декодируются аналогично кадру "P". Однако декодированные данные кадра "B" не хранятся в запоминающих устройствах 314 и 316, так как эти данные кадра "B" не используются для предсказания других кадров.

Фиг. 4 иллюстрирует одну из форм осуществления изобретения. На ней в упрощенном виде показана часть устройства, приведенного на фиг.3, а блоки на фиг. 4, обозначенные теми же позициями, что и на фиг.3, представляют собой такие же блоки. На фиг.4 между блоком 310 обратного дискретного косинусного преобразования и сумматором 312 введен двумерный прореживатель (дециматор) 311. Прореживатель 311 содержит устройство субдискретизации для исключения, например, каждой второй строки значений и каждого второго значения (значений элементов изображения или остатков элементов изображения) в оставшихся строках матриц элементов изображения, формируемых блоком обратного дискретного косинусного преобразования, для сокращения в четыре раза числа отсчетов элементов изображения. Субдискретизация может быть приспособлена для исключения элементов изображения, находящихся на одной вертикальной линии, или в шахматном порядке, чтобы обеспечить более высокое эффективное разрешение для уменьшенного количества данных. Прореживатель может содержать также фильтр нижних частот для предотвращения наложения спектров в процессе субдискретизации. Могут быть применены и другие форматы субдискретизации. Однако если субдискретизация выполняется простым отбрасыванием значений элементов изображения, то тогда коэффициенты субдискретизации ограничиваются степенями числа 2. Напротив, если субдискретизация выполняется путем интерполяции, может быть предоставлен широкий выбор коэффициентов прореживания (децимации).

Поскольку количество данных уменьшилось в четыре раза, емкость буфера или телевизионного запоминающего устройства с произвольной выборкой уменьшается в четыре раза по сравнению с устройством, показанным на фиг. 3. Телевизионное запоминающее устройство 315 с произвольной выборкой, показанное на фиг. 4, в общем случае является разновидностью запоминающих устройств 314 и 316, показанных на фиг.3. Однако заметим, что и на фиг. 3 два запоминающих устройства 314 и 316 могут быть реализованы как в виде одного блока памяти, так и в виде нескольких блоков памяти.

Подобным образом снижаются и требования к быстродействию схем, следующих за прореживателем 311. Предсказатель 304' отличается от предсказателя 304 на фиг. 3 тем, что, реагируя на векторы движения, он считывает матрицы значений элементов изображения размером, например, 4х4, а не матрицы размером 8х8. Дополнительное отличие заключается в структуре адресации. Номинально предсказатель формирует адреса или по меньшей мере начальные адреса для считывания матриц элементов изображения, идентифицируемых векторами движения. Видеопамять уменьшенного объема не будет иметь адресуемых ячеек (и поэтому адресов), соответствующих всем возможным адресам, представляемым векторами движения. Однако это затруднение может быть преодолено путем формирования адресов в предсказателе так же, как и для структуры памяти большего объема, но с использованием только старших битов сформированных адресов. Прореживание с коэффициентом 2 как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях влечет за собой подачу на адресные шины видеопамяти всех битов значений вертикального и горизонтального адресов, за исключением младшего бита. В виде альтернативы перед подачей на предсказатель векторы движения могут быть усечены с помощью блока 307 усечения, как показано на фиг.4.

На фиг.5 показана еще одна форма осуществления изобретения, которая обеспечивает получение улучшенных изображений по сравнению с показанной на фиг. 4 формой осуществления изобретения. Улучшение достигается благодаря преимуществу применения полных векторов движения, а не усеченных векторов движения или усекаемых адресов памяти, воздействующих на запоминающее устройство 315. На фиг. 5 между запоминающим устройством 315 и предсказателем 304" введен интерполятор 319. Кроме того, между предсказателем 304" и сумматором 312 введен двумерный прореживатель 313, подобный прореживателю 311. Интерполятор 319 принимает блоки данных из запоминающего устройства 315 и образует блоки размером 8х8, которые подаются на предсказатель. Предсказатель подает блоки данных размером 8х8 на прореживатель 313, который субдискретизирует данные, преобразуя их снова в блоки данных размером 4х4 в соответствии с форматом данных, поступающих на сумматор от прореживателя 311.

Чтобы понять, как этот процесс улучшает точность восстановления изображения, обратимся к фиг.5 и 6. На фиг.6 показан алгоритм работы интерполятора 319. Для этого иллюстративного алгоритма предполагается, что из запоминающего устройства 315 считываются блоки данных размером 5х5, а не блоки размером 4х4. Блок данных размером 4х4, который был бы считан с помощью усеченного адреса, располагается в верхнем левом углу блока размером 5х5, который считывается из запоминающего устройства. Считанный из запоминающего устройства блок данных размером 5х5 представлен на фиг.6 незакрашенными кружками. Черные ромбы представляют собой интерполированные значения. Интерполированные значения могут вычисляться любым из известных способов двумерной интерполяции. Например, интерполированные значения в строках с четной нумерацией R0, R2, R6 и R8 могут быть образованы усреднением двух значений, между которыми располагаются интерполируемые значения. Интерполированные значения в строках с нечетной нумерацией могут быть вычислены усреднением значений, находящихся выше и ниже соответствующих интерполируемых значений. Показанная на фиг.6 матрица значений состоит из 9 строк и 9 столбцов. Интерполятор подает на предсказатель 304 матрицу из 8 строк и 8 столбцов. Следовательно, имеется возможность выбора данных. В этом примере выбор определяется младшим битом адреса начальной точки, образованного предсказателем для считывания блока данных из запоминающего устройства 315. Если младший бит вертикального адреса является четным числом или логическим нулем, то матрица, выдаваемая интерполятором, содержит строки R0 - R7. Если младший бит вертикального адреса является нечетным или логической единицей, то выходной сигнал матрицы содержит строки R1 - R8. Аналогично, если младший бит горизонтального адреса или адреса столбца является четным (нечетным), матрица, выдаваемая интерполятором, содержит столбцы C0 - C7 (C1 - C8). В прореженной области выбор чередующихся матриц, которые смещены одна относительно другой на строку и/или столбец, обеспечивает улучшение (по сравнению с субдискретизированными изображениями) точности восстановленного изображения с пониженной разрешающей способностью на величину половины элемента изображения.

В качестве интерполятора 319 могут быть использованы и другие устройства интерполяции, которые будут определять размер (например, 4х4, 5х5, 6х6) матриц, считываемых из запоминающего устройства 315.

Показанная на фиг. 5 форма осуществления изобретения обладает такими преимуществами, как уменьшенный объем памяти, несколько улучшенное разрешение и пониженные требования к быстродействию элементов схемы, следующих за прореживателем 311.

Фиг. 7 иллюстрирует еще одну форму осуществления изобретения, которая сходна с показанной на фиг.5 формой осуществления тем, что обеспечивает улучшение разрешающей способности, равное половине элемента изображения. Показанное на фиг.7 устройство содержит прореживатель 311, включенный между выходом сумматора 312 и входами блоков памяти. Это устраняет необходимость в прореживателе между предсказателем 304 и сумматором 312 и поэтому требует несколько меньшего объема аппаратных средств, чем устройство, показанное на фиг. 5. Однако в этой форме осуществления изобретения сумматору необходимо выполнять 8х8 или 64 суммирования на блок, а не 4х4 или 16 суммирований на блок. Остальная часть схемы работает таким же образом, как и показанная на фиг.5.

Разновидность показанной на фиг. 7 схемы может быть реализована при подключении запоминающего устройства 315 непосредственно к предсказателю 304" и включении интерполятора 319 между предсказателем 304" и сумматором 312.

Фиг. 8 служит для пояснения предпочтительной формы осуществления изобретения, которая обеспечивает не только уменьшение объема запоминающих устройств, но и уменьшение сложности блока 320 обратного дискретного косинусного преобразования. В устройстве, показанном на фиг.8, прореживание матрицы элементов изображения осуществляется непосредственно в блоке 320, т.е. блок обратного дискретного косинусного преобразования подает на сумматор 312 прореженные блоки значений элементов изображения, в результате этого остальная схема реализуется и работает аналогично устройству, показанному на фиг. 5. Данные, подаваемые в блок 320 обратного дискретного косинусного преобразования являются последовательностью коэффициентов, которые представляют спектры пространственных частот областей изображения, представленных матрицами из 8х8 элементов изображения. В данном примере соответствующие спектры частот для соответствующих областей изображения представлены коэффициентами, число которых, в зависимости от содержания изображения, может составлять до 64. Если число коэффициентов, подаваемых в блок обратного дискретного косинусного преобразования, уменьшается, то вместе с ним снижается пространственное разрешение областей изображения, представленных матрицами элементов изображения на выходе блока обратного дискретного косинусного преобразования. Так как пространственное разрешение понижается, области изображения могут быть представлены меньшим числом элементов изображения без дополнительного ухудшения качества изображения. Если область изображения может быть представлена меньшим числом элементов изображения, то блок обратного дискретного косинусного преобразования может быть построен для вычисления меньшего количества выходных значений.

Предположим, что показанное на фиг.8 устройство предназначено для получения изображений, соответствующих прореживанию переданной информации с коэффициентом 2 в вертикальном и горизонтальном направлениях, и что блок 320 обратного дискретного косинусного преобразования приспособлен для вычисления матриц размером 4х4 выходных значений из матриц размером 4х4 поступающих на вход коэффициентов. Это приводит к значительной экономии аппаратных средств в блоке обратного дискретного косинусного преобразования, а также к снижению необходимой скорости работы этого блока. В блок 320 обратного дискретного косинусного преобразования подаются матрицы из 4х4 коэффициентов, выделенные из матриц из 8х8 переданных коэффициентов. Это выделение матриц, состоящих из 4х4 коэффициентов, выполняет показанный на фиг.8 блок 308 маскировки коэффициентов. Блок 308 изображен в виде квадрата с матрицей из 8х8 точек. Каждая из точек представляет собой коэффициент. Точки в заштрихованной части квадрата служат для обозначения коэффициентов, которые отбрасываются или не подаются в блок обратного дискретного косинусного преобразования. Значимость каждого из коэффициентов для восстановления изображения известна априорно. Следовательно, разработчик может выбрать для обработки те коэффициенты, которые, как он считает, будут наиболее полезны для восстановления изображения. В номинальном формате сигнала MPEG коэффициенты расположены в порядке возрастания по частотным спектрам, а по отношению к показанной матрице - по зигзагообразной схеме. Поэтому в простейшем случае необходимо лишь выделить первые 16 коэффициентов, передаваемых для каждой области изображения.

Прореживание в устройстве, показанном на фиг.8, эффективно осуществляется в частотной области, следовательно в тракте обработки не нужны фильтры, устраняющие эффекты спектрального наложения, за исключением прореживателя 313, в котором они могут быть желательны.

Функция маскировки может выполняться в контроллере 302 декомпрессии (фиг. 3), что показано на фиг.10 дополнительным элементом 301. Заметим, что элемент 301 может быть отдельным аппаратным устройством, или же его функции могут быть запрограммированы в контроллере 302. Ниже процесс маскировки поясняется с помощью показанной на фиг.11 блок-схемы алгоритма.

Функция маскировки представляет собой функцию контроля за имеющимися данными и выделения их заданной части. Если данные представлены в формате MPEG, то они разделяются по иерархическим уровням, как показано на фиг.1. Эти данные содержат данные заголовков вплоть до уровня блоков. Все данные заголовков необходимы контроллеру декомпрессии, и поэтому элемент 301 переводится в режим пропускания данных заголовков. На уровне блоков данные содержат коэффициенты дискретного косинусного преобразования или коды конца блока (EOB). В зависимости от содержания изображения, каждый блок может содержать от 1 до 64 коэффициентов с последним коэффициентом, не равным нулю, за которым следует код конца блока EOB. Если блок содержит более 16 коэффициентов, элемент 301 пропускает первые 16 коэффициентов, затем - код EOB конца блока и отбрасывает все последующие коэффициенты, входящие в состав блока. Конец блока распознается по появлению специального кода EOB конца блока. В этой точке начинаются данные для следующего блока, выделяются его первые 16 коэффициентов и т.д.

В соответствии с фиг.11 данные от декодера 300 принимаются (80) и проверяются (81). Если данные являются данными заголовка, они пропускаются на контроллер 302, а значение подсчета (84) устанавливается равным нулю. Если данные не являются данными заголовка, они проверяются (83), с тем чтобы определить, являются ли они данными коэффициентов. Если они не являются данными коэффициентов (например, они могут быть данными вектора движения и т.п.), то они пропускаются на контроллер 302. Если они являются данными коэффициентов, то значение подсчета увеличивается (84). Значение подсчета проверяется и проверяются (85) данные, чтобы определить, являются ли они кодом конца блока. Если значение подсчета больше, чем N (в данном примере N=16), данные отбрасываются (86), пока не появится код конца блока, который тоже отбрасывается, поскольку представляет собой излишние данные. Если значение подсчета меньше, чем N, данные проверяются (88), чтобы определить, являются ли они кодом конца блока. Если они не являются кодом конца блока, то они пропускаются (87) на контроллер и проверяется (81) следующее слово данных. Если они являются кодом конца блока (EOB), указывающим, что все остальные коэффициенты в блоке имеют нулевые значения, код конца блока пропускается на контроллер 302, а подсчет устанавливается равным нулю (89) с целью подготовки к началу данных следующего очередного блока. Если на шаге 85 значение подсчета равно N, то слово данных, заставившее значение подсчета увеличиться до N, заменяется кодом конца блока.

На фиг.9,a,b,c показаны возможные альтернативные функции маскировки для коэффициентов. Функция маскировки, показанная на фиг.9,c, приводит к тому, что пространственная частотная характеристика по вертикали и горизонтали будет различной. Такая функция маскировки может быть применена в случае, когда изображение, например, с форматом 4:3 преобразуется в изображение с форматом 16:9.

В описании изобретения используется коэффициент прореживания, равный двум, по вертикали и по горизонтали, однако изобретение не ограничивается коэффициентами, равными двум. В общем случае могут использоваться любые коэффициенты прореживания от 1 до 8, хотя два крайних значения имеют незначительную практическую ценность.

Формула изобретения

1. Устройство для декомпрессии видеоданных, сжатых путем цифрового преобразования и размещенных в блоках, представляющих соответствующие области изображения следующих один за другим кадров с первым пространственным разрешением, каждый из которых состоит из множества отдельных областей изображения, отличающееся тем, что содержит блок памяти предсказателя для хранения декомпрессированных видеоданных, средства декомпрессии соответствующих блоков данных, включающие в себя средства обратного преобразования и выполненные с возможностью получения декомпрессированного видеосигнала, представляющего соответствующие области изображения с вторым пространственным разрешением, более низким, чем первое пространственное разрешение, а также средства подачи декомпрессированного видеосигнала в блок памяти.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сжатые видеоданные размещены в блоках кодовых слов, представляющих M x M элементов изображения, а средства декомпрессии выполнены с возможностью формирования блоков из N x N элементов изображения, представляющих области изображения, где M и N - целые числа, причем M больше, чем N.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что блоки сжатых видеоданных состоят из коэффициентов, образованных преобразованием матриц из M x M значений элементов изображения, а средства декомпрессии содержат средства обратного преобразования матриц, состоящих из N x N коэффициентов преобразования, и средства, реагирующие на указанные коэффициенты, образованные преобразованием матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, для формирования матриц, состоящих из N x N коэффициентов, и подачи их на указанные средства обратного преобразования для выполнения обратных преобразований для соответствующих областей изображения, где M и N - целые числа, причем M больше, чем N.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что блоки сжатых видеоданных состоят из коэффициентов, образованных дискретным косинусным преобразованием матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, а средства декомпрессии содержат средства обратного дискретного косинусного преобразования матриц, состоящих из N x N коэффицентов дискретного косинусного преобразования, и средства, реагирующие на указанные коэффициенты, образованные дискретным косинусным преобразованием матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, для формирования матриц, состоящих из N x N коэффициентов, и подачи их на указанные средства обратного дискретного косинусного преобразования для выполнения обратных дискретных косинусных преобразований для соответствующих областей изображения, где M и N - целые числа, причем M больше, чем N.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что дополнительно содержит сумматор, первый вход которого подключен к средствам обратного преобразования и выход которого подключен к блоку памяти, и предсказатель видеосигнала с компенсацией движения, включенные между блоком памяти и вторым входом сумматора.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит интерполятор, включенный между блоком памяти и предсказателем видеосигнала с компенсацией движения, для формирования матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, из матриц, состоящих из N x N значений элементов изображения, считываемых из блока памяти, и прореживатель, включенный между предсказателем видеосигнала с компенсацией движения и вторым входом сумматора, для формирования матриц, состоящих из N x N значений элементов изображения, из матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, получаемых от предсказателя видеосигнала с компенсацией движения.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что сжатые видеоданные содержат векторы движения, которые поступают на предсказатель видеосигнала с компенсацией движения и задают его режим так, что он формирует адреса для считывания из блока памяти соответствующих матриц значений элементов изображения, причем младший бит этих адресов подается для управления интерполятором.

8. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что средства декомпрессии соответствующих блоков данных содержат первый прореживатель, имеющий вход для приема блоков сжатых видеоданных, для формирования матриц, состоящих из N x N значений сжатого видеосигнала, из матриц, состоящих из M x M значений сжатого видеосигнала, сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого прореживателя и выход которого подключен к блоку памяти, интерполятор, вход которого подключен к блоку памяти, для формирования матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, из матриц, состоящих из N x N значений элементов изображения, считываемых из блока памяти, предсказатель видеосигнала с компенсацией движения, вход которого подключен к выходу интерполятора, и второй прореживатель, включенный между предсказателем видеосигнала с компенсацией движения и вторым входом сумматора, для формирования матриц, состоящих из N x N значений элементов изображения, из матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, поступающих от предсказателя видеосигнала с компенсацией движения.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что сжатые видеоданные содержат векторы движения, которые поступают на предсказатель видеосигнала с компенсацией движения и задают его режим так, что он формирует адреса для считывания из блока памяти соответствующих матриц значений элементов изображения, причем младший бит этих адресов подается для управления интерполятором.

10. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что средства декомпрессии соответствующих блоков видеоданных содержат сумматор, имеющий первый вход для приема блоков сжатых видеоданных, прореживатель, вход которого соединен с выходом сумматора и выход соединен с входом блока памяти, для формирования матриц, состоящих из N x N значений, из матриц, состоящих из M x M значений, поступающих из сумматора, интерполятор, вход которого подключен к блоку памяти, для формирования матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, из матриц, состоящих из N x N значений элементов изображения, считываемых из блока памяти, и предсказатель видеосигнала с компенсацией движения, вход которого подключен к выходу интерполятора и выход которого подключен к второму входу сумматора.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что сжатые видеоданные содержат векторы движения, которые поступают на предсказатель видеосигнала с компенсацией движения и задают его режим так, что он формирует адреса для считывания из блока памяти соответствующих матриц значений элементов изображения, причем младший бит этих адресов подается для управления интерполятором.

12. Устройство по п.п.1 или 2, отличающееся тем, что средства декомпрессии соответствующих блоков видеоданных содержат сумматор, имеющий первый вход для приема блоков сжатых видеоданных, прореживатель, вход которого соединен с выходом сумматора и выход которого соединен с входом блока памяти, для формирования матриц, состоящих из N x N значений из матриц, состоящих из M x M значений, поступающих из сумматора, предсказатель видеосигнала с компенсацией движения, вход которого подключен к блоку памяти, и интерполятор, вход которого подключен к выходу предсказателя видеосигнала с компенсацией движения и выход которого подключен к второму входу сумматора, для формирования матриц, состоящих из M x M значений элементов изображения, из матриц, состоящих из N x N значений элементов изображения, формируемых предсказателем видеосигнала с компенсацией движения.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что сжатые видеоданные содержат векторы движения, которые поступают на предсказатель видеосигнала с компенсацией движения и задают его режим так, что он формирует адреса для считывания из блока памяти соответствующих матриц значений элементов изображения, причем младший бит этих адресов подается для управления интерполятором.

14. Устройство для декомпрессии видеоданных, размещенных в блоках, представляющих соответствующие области изображения следующих один за другим кадров с первым пространственным разрешением и включающих в себя матрицы из M x N коэффициентов преобразования, представляющие матрицы из M x N значений элементов изображения, и векторы движения, имеющие пространственное разрешение, по меньшей мере равное первому пространственному разрешению элементов изображения, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью получения декомпрессированного видеосигнала, представляющего соответствующие области изображения с вторым пространственным разрешением, более низким, чем первое пространственное разрешение, и содержит источник блоков матриц из M x N коэффициентов преобразования, средства, включающие средства обратного преобразования и реагирующие на указанные блоки из M x N коэффициентов преобразования для формирования соответствующих матриц из S x R значений, где M, N, S, R - целые числа, причем M x N > S x R, средства, включающие предсказатель с компенсацией движения, реагирующие на указанные матрицы из S x R значений и на указанные векторы движения для формирования матриц из S x R значений элементов изображения, представляющих соответствующие области изображения с вторым пространственным разрешением, причем предсказатель с компенсацией движения содержит средства по существу для согласования пространственных разрешений векторов движения и матриц из S x R значений, и блок памяти для хранения соответствующих матриц из S x R значений элементов изображения.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что средства, включающие предсказатель с компенсацией движения, дополнительно содержат сумматор, первый вход которого подключен к средствам обратного преобразования, второй вход которого подключен к выходу предсказателя с компенсацией движения и выход которого подключен к блоку памяти.

16. Устройство по любому из пп. 14 или 15, отличающееся тем, что средства, включающие предсказатель с компенсацией движения, дополнительно содержит интерполятор, связанный с предсказателем, для формирования матриц, состоящих из M x N значений элементов изображения, из матриц, состоящих из S x R значений элементов изображения, считываемых из блока памяти.

17. Устройство по любому из пп.14 - 16, отличающееся тем, что средства, включающие предсказатель с компенсацией движения, дополнительно содержат прореживатель, включенный между предсказателем с компенсацией движения и вторым входом сумматора для формирования матриц из S x R значений элементов изображения и подачи их на сумматор.

18. Устройство по любому из пп. 14 - 17, отличающееся тем, что на предсказатель с компенсацией движения подаются векторы движения, которые задают его режим так, что он формирует адреса для считывания из блока памяти соответствующих матриц значений элементов изображения, причем младший бит этих адресов подается для управления интерполятором.

19. Устройство по любому из пп.14 - 18, отличающееся тем, что средства, включающие в себя средства обратного преобразования, дополнительно содержат средства маскировки, подключенные к источнику блоков матриц из M x N коэффициентов преобразования для предоставления средствам обратного преобразования только S x R коэффициентов, причем средства обратного преобразования выполнены с возможностью обработки S x R коэффициентов для получения S x R преобразованных значений.

20. Устройство по любому из пп.14 - 18, отличающееся тем, что средства, включающее в себя средства обратного преобразования, дополнительно содержат средства подачи блоков матриц из M x N коэффициентов преобразования в средства обратного преобразования, подключенные к источнику блоков матриц из M x N коэффициентов, причем средства обратного преобразования формируют матрицы из M x N преобразованных значений для соответствующих блоков из M x N коэффициентов, и прореживатель, подключенный к средствам обратного преобразования для прореживания матриц из M x N преобразованных значений с получением матриц из S x R значений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11