Способ и устройство сжатия информации для декодирования, совместимого с семейством телевизионных сигналов с возрастающими разрешающими способностями

 

Использование: в системе передачи телевизионных изображений с высокой разрешающей способностью. Сущность изобретения: на уровне передающего кодирующего устройства осуществляются разделение пространственной частотной полосы передаваемого сигнала с наибольшей разрешающей способностью на смежные поддиапазоны (Sb1, Sb2, SB3a, SB4, SB5A, SB5B; SB1 - SB6), независимое кодирование (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) в каждом поддиапазоне передаваемого сигнала с наибольшей разрешающей способностью, мультиплексирование (1) поддиапазонов с разделением сигналов, кодированных в каждом поддиапазоне, на неимитируемые синхронизирующие блоки; а на уровне каждого приемного декодирующего устройства - декодирование (38 - 44) принятых сигналов, относящихся к каждому поддиапазону, рассматривая только те, которые необходимы для восстановления по меньшей мере одного члена семейства разрешения. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к способу и устройству сжатия информации для декодирования, совместимого с семейством телевизионных сигналов с возрастающими разрешающими способностями. Оно применяется, в частности в системах передачи и приема цифровых видеосигналов и в цифровых видеомагнитофонах.

Для сокращения потока информации в устройствах сжатия информации известно кодирование изображения, преобразованного в цифровую форму с использованием двуразмерного преобразования типа косинус, Фурье, Адамар, Хар, Кархунен-Леве. Кодирование преобразованной функцией позволяет обрабатывать статистические признаки источника изображений и психовизуальные свойства наблюдателей. Так как число проводимых операций для осуществления этих кодирований очень быстро увеличивается с увеличением размера изображений, то изображение подразделяется на фрагменты или блоки и преобразование осуществляется с каждым из элементов фрагмента. Это двуразмерное преобразование позволяет получать столько коэффициентов, сколько имеется элементов в каждом блоке изображений.

Сокращение потока достигается путем квантования коэффициентов и описания последовательности значений, полученных с помощью кода с переменной разрядностью. Так как при этой последней операции получают переменный поток, а телевизионный канал имеет постоянный поток, к выходу кодирующего устройства подсоединяется буферный накопитель для обеспечения регулирования потока информации, циркулирующего в кодирующем устройстве.

Декодирование заключается в декодировании принятых кодовых слов с переменной разрядностью для определения исходных коэффициентов двуразмерного преобразования, затем в восстановлении цифровых значений, представляющих каждый элемент изображения, придавая коэффициентам преобразования, соответствующим каждому блоку изображения, двуразмерное преобразование, обратное преобразованию, использованному для кодирования. Практически использующиеся преобразования являются преобразованиями, для которых имеются такие быстро выполнимые алгоритмы, как, например, алгоритмы кодирования преобразования косинус 2625635, описания которых можно найти в заявках на патент Франции N 2575351 или N 8718371, поданных на имя заявителя. В основном подобные системы могут применяться для изображений с заранее известной разрешающей способностью, определенной по числу строк и по числу точек на строку, как, например, разрешающая способность из 720 точек на 576 строк, определенная по рекомендации 661 CCIR. Однако наряду с этим типом разрешающей способности существуют другие типы разрешающих способностей таких, как разрешающие способности телевизионных систем с высокой разрешающей способностью CHATEL J. Compatible Hierarchy Studio standards. - Conf. SMPTE, Сан-Франциско, 1989, 1-3 февраля) и разрешающая способность, сокращенная до 288 строк из 360 точек для областей применения, требующих сокращенного качества изображения, типа видеотелефона. Это разнообразие разрешающих способностей приводит к разнообразию систем кодирования и декодирования, а также к сложностям управления связью спутниковых или радиоканалов, которые в некоторых случаях должны столько раз ретранслировать одни и те же аудиодисплейные программы, сколько имеется разных систем. Оно требует также усилий на уровне потребителей, которые, вероятно, будут вынуждены заменить их приемники для приема качества изображения, выдаваемого телевизионными системами с высоким разрешением.

Цель изобретения - устранение вышеуказанных недостатков.

Для этой цели предметом изобретения является способ сжатия информации, предназначенный для декодирования, совместимого с семейством телевизионных сигналов с возрастающей разрешающей способностью, причем эти сигналы передаются между по меньшей мере одним передающим кодирующим устройством и одним приемным декодирующим устройством, отличающийся тем, что он заключается в следующем: на уровне передающего кодирующего устройства осуществляется разделение пространственной полосы частот передаваемого сигнала с самой большой разрешающей способностью на смежные полосы, независимое кодирование сигнала каждой полосы, мультиплексирование подполос с разделением сигналов, кодированных в каждой подполосе, на синхронизационные неимитируемые блоки, а на уровне каждого приемного декодирующего устройства - декодирование принятых сигналов, относящихся к каждой подполосе, рассматривая только те, которые необходимы для восстановления по меньшей мере одного члена семейства разрешения.

Предметом изобретения является также устройство для осуществления вышеуказанного способа и использование устройства для передачи телевизионных изображений на видеомагнитофон.

Основные преимущества изобретения заключаются в том, что оно позволяет обеспечить одновременно восходящие и нисходящие совместимости между телевизионными системами с различными разрешающими способностями. Например, оно позволяет декодирующим устройствам для приемников телевизионных стандартов в 625 или 525 строк декодировать сигналы меньшего разрешения (сигналы видеотелефона) либо декодировать сигналы телевизионных стандартов высокого разрешения. Оно позволяет также обеспечить совместимость между телевизионными распределительными системами стандартов 625 или 525 строк и цифровыми видеомагнитофонами, которые требуют, чтобы для эффективного выполнения режимов быстрой подачи и особенно быстрого возврата, сжатие было нерекурсивным (т.е. кодирование одного изображения может осуществляться во внутрикадровом режиме без обращения к прошедшему кодированию).

На фиг.1 приведена схема, показывающая чередование спектральных зон, занятых различными известными телевизионными стандартами с различными разрешающими способностями; на фиг. 2-7 - примеры разложения одного стандартного изображения с высоким разрешением на другие фрагменты изображения с более слабыми разрешениями; на фиг.8 - способ выполнения кодирующего устройства согласно изобретения; на фиг.9 - способ передачи, осуществленный согласно изобретению, для передачи фрагментов изображений с различными разрешающими способностями; на фиг. 10 - способ декодирования согласно изобретения; на фиг. 11-13 - разложение сигнала высокого разрешения на несколько подполос, полученных согласно второму способу осуществления изобретения посредством ортогональных фильтров; на фиг.14 - иллюстрация способа выборки, осуществленного в изобретении для перехода от шахматной структуры изображения к ортогональной структуре изображения; на фиг.15 - выполнение декодирующего устройства, соответствующего разложениям фиг. 11-13; на фиг.16 - 18 - иллюстрация третьего варианта осуществления способа разделения спектров сигналов с высоким разрешением на подполосы с разделением на подблоки коэффициентов двуразмерного преобразования типа косинус.

В известных телевизионных системах (Wendland Schoeder M.M. On picture Quality of some Television signal Processing Technigues.- SMPTE, 1984 октябрь; CHATEL J. Toward a World Studio Standart for Higt Definition TV. - IBC, 1988 и Compatible Hierarchy of studio Standards. - Conf. SMPTE, Сан-Франциско, 1979, 1-3 февраля) телевизионный сигнал с высоким разрешением определяется тем, что он имеет в два раза больше строк и в два раза больше точек на строку, чем телевизионный сигнал уже имеющихся систем 625 или 525 строк. Этот сигнал высокого разрешения (НД), который известен еще под сокращением НДР от англосаксонского термина "Higt Definition Progessive", имеет определение, соответствующее 1920 точек на строку и 1152 строки, которые соответствуют двойной разрешающей способности телевизионной системы, известной под сокращением EDP от английского термина "Enhauced Definition Progressive", определением которой являются 576 строк из 960 точек. В промежуточном плане система HDQ, название которой является сокращением от термина "High Definition Qincunx", имеет 1152 строки из 960 точек, причем эти точки располагаются в шахматном порядке от строки к строке, как это описано и показано в статьях J. CHATEL. Существуют также другие системы с низшими разрешающими способностями, например, система, известная под обозначением EDQ, что является сокращением от английского термина "Enhauced Definition Quincuux", и система, известная под обозначением VT, что является сокращением от английского термина "Video Telephon". Система EDQ определяет изображение посредством 576 строк по 480 точек на строку, расположенных в шахматном порядке, а система VT определяет изображение посредством 288 строк из 480 точек.

Сравнительные пространственные разрешающие способности этих систем показаны в ортонормированной плоскости (фиг.1), где по оси абсцисс нанесены горизонтальные пространственные частоты изображения в циклах по ширине изображения, а по оси ординат - вертикальные пространственные частоты изображения, измеренные в циклах по высоте изображения. Здесь спектральные области, которые описаны ортогональными системами выборки сигналов HDP, EDP и VT, являются прямоугольниками, а области, описываемые системами в шахматном порядке HDQ и EDQ, являются ромбами. Эти области вкладываются друг в друга. Полосы пропускания систем HDP и HDQ ограничены 960 циклами на ширину изображения и 576 циклами на высоту изображения. Полосы пропускания систем HDQ и EDP ограничены 480 циклами на ширину изображения и 288 циклами на высоту изображения, а полоса пропускания системы VT ограничена 240 циклами на ширину изображения и 144 циклами на высоту изображения. В этом чередовании частоты отсечки, которые ограничивают каждую область горизонтально и вертикально, являются кратными двух частот отсечки систем VT (240 циклов на ширину изображения и 144 на высоту изображения).

На основании предыдущего уточнения, изобретение заключается в разделении изображения на подполосы частот посредством пространственных фильтров по известному методу кодирования под полосой с помощью ортогональных и диагональных фильтров, как описано, например, в статье M.M. Wendland Schroeder. Разделенные полосы либо представляют одну из разрешающих способностей сигнала, когда речь идет, например, о кодировании полосы VT, либо позволяют путем комбинации восстанавливать одну из указанных разрешающих способностей EDQ, EDP, HDQ или HDP.

Разделение на частотные полосы имеет место по принципу, поясненному далее со ссылкой на фиг. 2,а-7. Спектр сигнала HDP (фиг.2,а) соответствует структуре выборки, показанной на фиг.2,б. Последовательные выборочные значения на одной строке разделяются между собой расстоянием V/1920, а строки разделяются между собой расстоянием H/1152, при этом V и H представляют соответственно ширину и высоту изображения. Затем спектр сигнала HDR фильтруется диагональным фильтром, полосчатый спектр которого ограничивается ромбом (фиг.3,а). Это сигнал, который имеет ограниченную полосу пропускания, определен структурой в шахматном порядке типа структуры, показанной на фиг.3,а. Эта структура соответствует подвыборке на две ортогональные структуры по фиг. 2,б. Так как структура в шахматном порядке по фиг.3,б нелегко поддается кодированию типа преобразование косинус, она преобразуется в двойную ортогональную структуру, как это показано на фиг.6 и 7. Сигнал HDQ ромбовидного спектра и структуры в шахматном порядке сначала фильтруется по прямоугольному шаблону, вписанному в ромб, соответствующий сигналу EDR. Полученный сигнал может еще описываться ортогональной структурой, полученной подвыборкой структуры HDQ по фиг.3,в. На фиг.6 разность спектров HDQ и EDP является спектром, образующим частотную подполосу B4, и этот спектр имеет форму из четырех точек, не имеющих низких частот. В свою очередь этот спектр может выбираться из структуры, показанной на фиг.3,в что дает спектр по фиг.7.

Подобным же образом частотный поддиапазон S B5 сигнала HDP получают путем вычитания спектра, занятого сигналом HDQ, из спектра, занятого сигналом HDP. Этот поддиапазон S B5 может выбираться согласно структуре в шахматном порядке типа структуры, показанной на фиг. 3,б, для получения формы спектра в виде ромба. В свою очередь, этот спектр может разделяться, по вышеупомянутому способу, на два прямоугольных спектра, образующие поддиапазоны S B5a S B5b, показанные на фиг. 4 и 5.

Посредством диагональных или ортогональных фильтраций, выполнение которых известно специалисту, описанный способ позволяет разделять сигнал HDP, образованный из 1152 строк по 1920 точек на строку, на серию поддипазонов S B1, S B2, S B3a, SB3b, SB4, SB5a, SB5b, имеющих структуры прямоугольных спектров, описанных либо посредством 960 точек и 576 строк для полос SB5a, SB5b, SB4, либо посредством 480 точек и 288 строк для полос SB1, SB2, SB3a, SB3b.

Под изображения прямоугольных спектров могут кодироваться раздельно по методу сжатия посредством преобразования косинус или любого другого двуразмерного преобразования вышеуказанных типов. На фиг.8 показано кодирующее устройство, работающее по этому принципу.

Это кодирующее устройство структурно включает в себя мультиплексор 1 и элементарные кодирующие устройства, обозначенные позициями 2-8, с двуразмерными преобразованными функциями типа преобразованной функции косинус, в частности описанными, например, в вышеуказанных заявках на патент на имя заявителя. Мультиплексор 1 передает на схему интерфейса-канала 9 через буферные регистры 10 кодированные сигналы описанных различных поддиапазонов.

Сигнал VT получают путем последовательных фильтраций сигнала HDP через фильтры 11, 12, 13, 14, последовательно соединенные в указанном порядке.

Фильтр 11 имеет структуру диагонального фильтра. Он преобразует сигнал HDP в 144 МГц в сигнал HDQ структуры в шахматном порядке в 72 МГц.

Фильтр 12 имеет структуру ортогонального фильтра. Он преобразует сигнал HDQ в сигнал EDP ортогональной структуры в 36 МГц.

Фильтр 13 имеет структуру диагонального фильтра. Он преобразует сигнал HDP в сигнал HDQ диагональной структуры в 18 МГц.

Наконец, фильтр 14 имеет структуру ортогонального фильтра. Он преобразует сигнал EDQ в сигнал VT ортогональной структуры в 9 МГц.

Сигнал VT подается на вход кодирующего устройства 2. Сжатые сигналы подаются на вход (а) схемы мультиплексора 1.

Сигнал EDQ разлагается на свои два ортогональных компонента ортогональным фильтром 14 и схемой вычитания 15, которая вычитает компоненты спектра сигнала VT, поданные ортогональным фильтром 14, из всего ромбовидного спектра, представляющего полосу сигнала EDQ. Результат вычитания подается на вход кодирующего устройства 3. Сигналы, сжатые кодирующим устройством 3, подаются на один вход (в) мультиплексора 1. Сигнал EDQ, передаваемый мультиплексором 1, образован посредством наложения сигнала VT, подаваемого кодирующим устройством 2, и сигнала, подаваемого кодирующим устройством 3.

Сигнал EDP образован путем наложения сигнала EDQ с двумя ортогональными компонентами, полученными на соответствующих выходах кодирующих устройств 4 и 5. Сигналы с ортогональной спектральной структурой соответственно подаются на входы кодирующих устройств 4 и 5 посредством ортогонального фильтра 18 и схемы вычитания спектров 19 с последующими схемами выборки 21 и 22. Схема вычитания спектров 20 вычитает спектр ортогональной структуры, образующий сигнал EDP, из спектра ромбовидной структуры сигнала EDQ, подаваемого диагональным фильтром 13. Сигнал, поданный схемой вычитания 20, подается после выборки схемой 32 соответственно на вход ортогонального фильтра 18 и на первый вход схемы вычитания 19. Результат фильтрации, поданный ортогональным фильтром 18, подается на второй вход схемы вычитания 19 и после выборки схемой 21 - на вход кодирующего устройства 4.

Сигнал HDQ образован наложением на сигнал EDP сигнала с ортогональным структурным спектром, подаваемого кодирующим устройством 6. Сигнал, поданный на вход кодирующего устройства 6, получают путем фильтрации сигнала HDQ через ортогональный фильтр 12 и схему вычитания 23 с последующей схемой выборки 24.

Сигнал HDP образован путем наложения сигнала HDQ на два сигнала с ортогональным структурным спектром, подаваемые кодирующими устройствами 7 и 8. Эти сигналы получают после фильтрации сигнала HDR через диагональный фильтр 11, схему вычитания 25 схемы выборки 29, ортогональный фильтр 26, схему вычитания 27 и схему выборки 28 и 29. Схема вычитания 25 вычитает сигнал HDQ из сигнала HDP. Результат подается, после выборки схемой 29 на первый вход схемы вычитания 27 и на вход ортогонального фильтра 26. Сигнал, подаваемый фильтром 26, подается, с одной стороны, через схему выборки 28 на вход кодирующего устройства 7 и, с другой стороны, на вход схемы вычитания 27. Результат вычитания, осуществленного схемой вычитания 27, подается через схему выборки 29 на вход кодирующего устройства 8.

Кодирующее устройство (фиг.8) позволяет передавать в виде уплотнения различные фрагменты изображений, как показано на фиг.9. Так, например, для каждой зоны изображения, описанной определенной группой из N строк, например, восьми строк, полосы передачи SB1 сигнала VT существует N=8 строк в поддиапазонах SB2, SB3a, SB3b, необходимых для передачи сигналов EDQ и EDP, и 2N = 16 строк в поддиапазонах SB4, SB5a, SB5b, необходимых для передачи сигналов HDQ и HDP. Каждый поддиапазон разделяется известным способом схемой интерфейса-канала 9 на неимитируемые синхронизирующие сигналы SYN1-SYN5, т. е. такие, которые не могут имитироваться никакой логической связью других переданных кодов. Между этими синхронизирующими блоками описание поддиапазонов SB1-SB5b включается таким образом, что, декодируя информацию между синхронизирующими блоками SYN1 и SYN2, можно восстанавливать разрешающий сигнал VT, соответствующий поддиапазону SB1; декодируя до синхронизирующего блока 3, можно восстанавливать сигнал разрешения EDQ, образованный из наложения спектров SB1 и SB2, и т.д. Это расположение позволяет приемным декодирующим устройствам синхронизироваться на неимитируемые блоки SYN1 - SYN5 для отбора без какой-либо другой операции, сигналов, которые можно декодировать для восстановления видеосигнала какой-либо из вышеописанных разрешающих способностей.

Пример выполнения соответствующего совместимого декодирующего устройства показан на фиг.10. В этом примере сигналы, поступающие от канала передачи, подаются на вход 34 декодирующего устройства и проходят сначала через входной процессор 35, который обнаруживает синхронизирующие блоки SYN, для выделения информации, подлежащей декодированию вышеописанным способом. Сигналы, принадлежащие только к поддиапазонам, пригодным для разрешающей способности, санкционированной декодирующим устройством, передаются в буферный блок 36, затем декодируются декодирующим устройством, состоящим из семи элементарных декодеров с преобразованной функцией косинус, обозначенных позициями 38-44, и устройством компоновки поддиапазонов 45, показанным внутри замкнутой линии пунктиром, для переформовки сигнала согласно обратному процессу фильтрации/выборки, осуществляемому устройством кодирования (фиг.8).

Сигнал VT восстанавливается декодирующим устройством 38 из сигнала поддиапазона SB1.

Сигнал EDQ является результатом декодирования сигналов в поддиапазонах SB1 и SB2 декодирующими устройствами 38 и 39 и перегруппировки декодированных сигналов посредством элементов 46-50 устройства перегруппировки 45. Элементы 46-50 состоят из суммирующих схемы 46, первой и второй схемы выборки 47 и 48, первого 49 и второго ортогонального фильтра 50. Суммирующая схема 46 восстанавливает сигнал EDQ путем суммирования сигналов, подаваемых декодирующим устройствами 38 и 39 с формированием через первый и второй передискретизатор 47, 48 и фильтры 49, 50.

Эквивалентным образом сигналы поддиапазонов SB3a и SB3b подаются на суммирующую схему 51 с двумя входами после декодирования в декодирующих устройствах 40 и 41 с последующим преобразованием в схемах перевыборки 51 и 52 фильтрацией в ортогональных фильтрах 53 и 54. Далее сигналы, полученные на выходах суммирующих схем 51 и 46, подаются на два входа операндов суммирующей схемы 55 через, с одной стороны, схему передискретизации 56 и диагональный фильтр 57, и, с другой, схему передискретизации 58 и диагональную схему фильтрации 59. Сигнал EDP получают на выходе суммирующей схемы 55.

Аналогичным образом сигнал HDQ получают на выходе суммирующей схемы 60 путем суммирования сигнала EDP, сформированного схемой передискретизации 61 и ортогональным фильтром 62, с сигналом, декодированным в поддиапазоне SB4 декодирующим устройством 42 и сформированным схемой передискретизации 63 и ортогональным фильтром 64.

Сигнал HDP получают на выходе суммирующей схемы 65 путем суммирования после формирования схемой передискретизации 66 и диагональным фильтром 67 сигнала HDQ с сигналом, подаваемым суммирующей схемой 68 и сформированным схемой передискретизации 69 и диагональным фильтром 70. Суммирующая схема 68 осуществляет суммирование сигналов поддиапазонов SB5a и SB5b, декодированных декодирующими устройствами 43 и 44 после формирования, осуществленного схемами передискретизации 71 и 72 и ортогональными фильтрами 73 и 74.

Процесс рекомбинации, осуществляемый декодирующим устройством (фиг. 10), прямо противоположен процессу разложения на поддиапазоны, примененного на уровне кодирующего устройства (фиг. 8). Он просто заключается в передискретизации с последующей фильтрацией поддиапазонов перед их суммированием по известному принципу теории интерполяции. Посредством последовательных рекомбинаций двигатель декодирования (фиг. 10) позволяет в известных случаях восстанавливать до сигнала HDP также все описанные промежуточные уровни. В качестве примера двигатель декодирования, ограниченный разрешающей способностью EDP, не будет снабжен всеми функциями, представленными на фиг. 10, а только функциями, которые позволяют декодировать поддиапазоны SB1, SB2, SB3a и SB3b. Однако такое декодирующее устройство, хотя и принимающее сжатый сигнал более высокой разрешающей способности, сможет вследствие этого декодировать его и отобразить на экране разрешающей способности EDP. Это достигается благодаря входному процессору 35, который удерживает только сигналы, относящиеся к поддиапазонам SB1 - SB3b, и передает в накопитель 36, и только те, которые декодируются. Рекомбинация этих поддиапазонов образует сигнал EDP с разрешающей способностью меньше исходного сигнала, но который представляет низкие пространственные частоты одного и того же изображения.

Описанное устройство декодирования представляет еще интерес в том плане, что оно позволяет решать проблемы, связанные с выполнением функций ускоренной подачи и ускоренного возврата для видеомагнитофонов. Включение в состав декодирующего устройства может оказаться эффективным, в частности предполагая, что запись на магнитную ленту видеомагнитофона осуществляется таким образом, что два канала могут различаться, например, процессом чередования. Первый канал записывает сигнал таким, каким он контролируется при распределении, а второй канал предназначен для поиска изображений на ленте. Физически этот второй канал должен размещаться на ленте с возможностью доступа даже при быстром перематывании ленты. Размещенный на этом канале сигнал предпочтительно является сигналом с уменьшенной разрешающей способностью, например, с разрешающей способностью, равной разрешающей способности сигнала VT. Этот сигнал получают путем декодирования с последующим кодированием сигнала, имеющегося на входе видеомагнитофона, который кодируется по распределительному кодированию, описанному согласно изобретению. Это перекодирование представляет интерес в том, что оно является недорогим, так как требует только наличия двигателя декодирования и кодирования, соответствующего небольшой разрешающей способности. С другой стороны, преимущество этого кодирования заключается также в том, что не требуется использования временной рекурсивности и имеется фиксированный поток. Таким образом, одно изображение всегда представлено одним и тем же числом бит и занимает постоянное место на ленте, которое можно легко идентифицировать.

Далее опишем первый вариант выполнения изобретения со ссылкой на фиг. 11-15. В этом варианте используются только разделяемые ортогональные фильтры (т.е. фильтры, состоящие из вертикальных и горизонтальных фильтров). Согласно этому варианту разложение сигнала HDP имеет место таким образом, как это показано на фиг. 11 и 12, на несколько поддиапазонов, получаемых посредством ортогональных фильтров. Сначала сигнал HDP разлагается на сигнал EDP и под диапазоны SB5, SB6, SB7, соответствующие следующему: высокие вертикальные пространственные частоты/низкие горизонтальные частоты; низкие вертикальные частоты/высокие горизонтальные частоты.

Согласно этому принципу полоса EDP разделяется на один поддиапазон SB1 (сигнал VT) и поддиапазоны SB2, SB3 и SB4. Выполнение кодирующего устройства согласно этому способу показано на фиг. 13.

Это кодирующее устройство размещено вокруг мультиплексора 75, который передает на схему интерфейса-канала 76 посредством буферного регистра 77 кодированные сигналы, относящиеся к вышеописанным поддиапазонам.

Сигнал VT получают путем последовательных фильтраций сигнала HDP через горизонтальные и вертикальные фильтры 78-81, соответственно чередующиеся и последовательно размещенные в указанном порядке. Выход вертикального фильтра 81 соединен с входом кодирующего устройства 82, которое подает сигнал VT в поддиапазон SB1. В поддиапазон SB2 сигнал подается кодирующим устройством 83. Это кодирующее устройство имеет вход, соединенный с выходом схемы вычитания 84, два входа оперендов которой соответственно соединены с входом вертикального фильтра 81. Таким образом, схема вычитания 84 подает на вход кодирующего устройства 83 вертикальные компоненты спектра сигнала, который подается на вход вертикального фильтра 81, и определяющие поддиапазон SB2. Таким же образом вертикальные пространственные составляющие спектра сигнала EDP, подаваемого на вход горизонтального фильтра 80, получают на выходе схемы вычитания 85, соединенной своими двумя входами операндов соответственно с входом и с выходом горизонтального фильтра 80. Результат вычитания, осуществленного схемой вычитания 85, подается, с одной стороны, на вход вертикального фильтра 86 и, с другой, на первый вход операнда схемы вычитания 87, второй вход операнда которой соединен с выходом вертикального фильтра 86. Вертикальный фильтр 86 подает фильтрованные вертикальные составляющие сигнала, полученного на выходе схемы вычитания 85, на вход кодирующего устройства 88. Сигнал, кодированный на выходе кодирующего устройства 88, кодируется в поддиапазоне SB4. Сигнал, полученный на выходе схемы вычитания 87, подается на вход кодирующего устройства 89, а результат кодирования передается в поддиапазон SB3. Сигналы, переданные кодирующими устройствами 88 и 89, образуют вместе с сигналами, поданными кодирующими устройствами 82 и 83, сигнал EDP.

Сигнал, кодированный в поддиапазоне CB5, кодируется кодирующим устройством 90, которое кодирует сигналы, поданные схемой вычитания 91, два входа операндов которой соединены соответственно с входом и с выходом вертикального фильтра 79.

Сигнал, кодированный в поддиапазоне SB7, получают на выходе кодирующего устройства 92, вход которого соединен с выходом вертикального фильтра 93. Этот фильтр 93 имеет вход, соединенный с выходом схемы вычитания 94, два входа операндов которой соединены соответственно с входом и с выходом горизонтального фильтра 78, Сигналы, кодированные в полосе SB6, подаются кодирующим устройством 95, вход которого соединен с выходом схемы вычитания 96. Схема вычитания 96 имеет два входа операндов, соединенные соответственно с входом и с выходом вертикального фильтра 93.

Соединение поддиапазонов SB5 и SB7 с сигналом EDP, переданных в поддиапазоны SB1-SB4, позволяет получать вышеописанный сигнал HDQ. Подобным же образом соединение сигнала, переданного в поддиапазон SB6, с сигналом HDQ, переданным в соединение поддиапазонов SB1-SB7, позволяет восстанавливать сигнал HDP, как это показано на фиг. 12.

Однако этот вариант выполнения изобретения не позволяет, естественно, выявлять стандарты расположения в шахматном порядке HDQ и EDQ, так как не используются ни один диагональный фильтр, ни решетка прохождения выборки ортогональное расположение/расположение в шахматном порядке. Вследствие этого оно вполне не отвечает изыскиваемой совместимости ортогональных выборочных сигналов типа HDP, EDP, VT и выборочных сигналов согласно структуре порядка типа HDQ или EDQ. Тем не менее эта проблема может быть решена путем передискретизации посредством схем передискретизации 97 и 98, при этом сигналы представляются в виде расположения в шахматном порядке перед их подачей на вход кодирующего устройства (фиг. 13) согласно ортогональной решетке типа решетки, показанной на фиг. 14, с целью преобразования сигналов HDQ и EDQ соответственно в стандарты HDP и HDP. Схемы подвыборки, соответственно обозначенные позициями 98-110, размещаются на входе кодирующих устройств для возможности соединения поддиапазонов SB1-SB7.

Декодирующее устройство, соответствующее первому варианту выполнения изобретения, показано на фиг. 15. Это декодирующее устройство выполняет функции, обратные функциям кодирующего устройства (фиг. 13). Оно содержит комплект блоков декодирования, обозначенных соответственно позициями 111-117, для возможности декодирования сигналов, передаваемых в поддиапазоны SB1-SB7. Эти сигналы передаются на вход декодирующих устройств 111-117 подобно декодирующему устройству (фиг. 10), т.е. через схему уплотнения 118, буферный блок 119 и входной процессор 120. Эти сигналы, подаваемые каждым из декодирующих устройств, сначала передискретизируются устройствами передискритизации, соответственно обозначенными позициями 118a0-118g, для последующей вертикальной фильтрации вертикальными фильтрами, соответственно обозначенными позициями 119a-119g. Суммирующие схемы 120ab, 120 cd и 120fg соответственно осуществляют суммирование сигналов, подаваемых вертикальными фильтрами 119a, 119b, 119c, 119d, 119f, 119g. В свою очередь, сигналы, подаваемые этими суммирующими схемами, передискретизируются устройствами передискритизации, соответственно обозначенными позициями 121ab, 121cd и 121fg, затем горизонтально фильтруются горизонтальными фильтрами, соответственно обозначенными позициями 122ab, 122cd и 122fg. В этом случае сигналы, подаваемые горизонтальными фильтрами 122ab и 122cd, суммируются по суммирующей схеме 123, которая подает на своем выходе сигнал EDP. В свою очередь, этот сигнал EDP передискретизируется схемой передискретизации 124, затем вертикально фильтруется вертикальным фильтром 123 с целью суммирования посредством суммирующей схемы 126 к результату фильтрации осуществленной вертикальным фильтром 119e. Результат суммирования, осуществленного суммирующей схемой 126, передискретизируется схемой передискретизации 127, затем горизонтально фильтруется горизонтальным фильтром 128. Результат фильтрации, осуществленной горизонтальным фильтром 128, добавляется к результату фильтрации, подаваемой горизонтальным фильтром 122fg в суммирующую схему 129, для подачи сигнала HDP.

В способе выполнения (фиг. 15) совместимое декодирование сигналов VT или EDP не требует использования всего двигателя декодирования сигнала HDP. Сигнал HDQ может быть получен из сигнала HDP, однако нет необходимости в декодировании поддиапазона SB6, который представляет частоты, отсутствующие в спектре HDQ. Таким же образом сигнал EDQ может быть получен из сигнала EDP, причем сигнал, поступивший из поддиапазона SB3, не требует декодирования. Это приводит в случае декодирующего устройства HDQ соответственно EDQ к декодирующему устройству, которое является устройством типа HDP соответственно EDP, но свободного от декодирования, относящегося к поддиапазону SB6 соответственно SB3.

Вышеописанные способы выполнения изобретения не являются единственными. Второй вариант выполнения изобретения может еще заключаться в использовании другого метода для получения разделения сигнала высокого разрешения на поддиапазоны с различными разрешающими способностями, причем сохраняется вышеописанное уплотнение для формирования потоков битов. Как отмечено (ADANT J. M. и др. Block operation in gigital signal processing Vith appication to TV coding. -Signal Processing, 1987, с. 385-397), всегда можно считать, что полуполосовая фильтрация и уничтожение двуразмерного соотношения 2 достаточны для перехода от формата HDP к формату EDP и могут быть получены (фиг. 16). В случае систем сжатия изображений с использованием преобразования косинус это свойство позволяет легче получать нисходящую совместимость. Действительно, чтобы иметь несколько уровней совместимости, достаточно определить чередующиеся субблоки (фиг. 17).

Здесь достигается совместимость систем при небольшом изменении обычной развертки блоков коэффициентов преобразованных функций для извлечения сначала субблока самого малого размера, например 4·4 (8·8), и затем других блоков. Пример измененной развертки показан на фиг. 17.

В этом случае последовательная информация, которую получают после развертки, может интегрироваться в вышеописанную структуру при условии ограничения ортогональными форматами VT, EDP и HDP. Здесь поддиапазоны SB1-CB6 определяются разверткой коэффициентов преобразованной функции косинус следующим образом: SB1 коэф.1 - коэф.4 SB2+SB4+SB3 коэф.5 - коэф.16 SB5+SB7+SB6 коэф.17 - коэф.64 Перевод надписей на чертежах Фиг. 1: 1 - циклы/высота изображения; 2 - циклы/ширина изображения Фиг. 8: 1 - кодирующее устройство; 2 - ортогональный фильтр; 3 - диагональный фильтр; 4 - мультиплексор; 5 - буферный блок; 6 - интерфейс-канал Фиг. 10: 1 - ортогональный фильтр; 2 - передискретизатор; 3 - декодирующее устройство; 4 - диагональный фильтр; 5 - демультиплексор; 6 - буферный блок; 7 - входной процессор Фиг. 13: 1 - передискретизатор; 2 - вертикальный фильтр; 3 - кодирующее устройство; 4 - горизонтальный фильтр; 5 - мультиплексор; 6 - буферный блок; 7 - интерфейс-канал Фиг. 15: 1 - вертикальный фильтр; 2 - передискретизатор; 3 - декодирующее устройство; 4 - горизонтальный фильтр; 5 - демультиплексор; 6 - буферный блок; 7 - входной процессор
Фиг. 16: 1 - блок; 2 - субблока

Формула изобретения

1. Способ кодирования и декодирования семейств телевизионных сигналов с различными разрешающими способностями, при котором разделяют полосу пространственных частот передаваемого сигнала с самой высокой разрешающей способностью на смежные поддиапазоны посредством пространственных диагональных и/или ортогональных фильтров, отличающийся тем, что независимо кодируют сигналы каждого поддиапазона посредством двумерного преобразования типа косинус, осуществляют мультиплексирование сигналов поддиапазонов пространственных частот с разделением друг от друга кодированных сигналов отдельных поддиапазонов посредством неимитируемых блоков синхросигналов и декодируют принятые сигналы поддиапазонов с выделением их них сигналов, относящихся по меньшей мере к одному члену семейства телевизионных сигналов с различными разрешающими способностями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смежные поддиапазоны разделяют посредством чересстройчной развертки субблоков преобразования типа косинус, использованного для кодирования сигналов с самой высокой разрешающей способностью.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что кодируемый телевизионный сигнал является сигналом высокого разрешения, для которого число элементов изображения на строку равно 1920, а число строк равно 1152.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что семейство телевизионных сигналов с различными разрешающими способностями включает сигналы, разрешение которых определяется числом элементов изображения на строку 960 и числом строк 1152, сигналы, разрешение которых определяется числом элементов изображения на строку 960 и числом строк 576, сигналы, разрешение которых определяется числом элементов изображения на строку 480 и числом строк 576, и сигналы, разрешение которых определяется числом элементов изображения на строку 480 и числом строк 288.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что спектральные области, соответствующие сигналам с разрешением 1920 элементов · 1152 строк, 960 элементов · 576 строк и 480 элементов · 288 строк, имеют форму прямоугольников в прямоугольной системе координат, ось абсцисс которой соответствует пространственным частотам изображения по горизонтали, а ось ординат - пространственным частотам изображения по вертикали.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что спектральные области, соответствующие сигналы с разрешением 960 элементов · 1152 строк и 480 элементов · 576 строк, имеют форму ромбов в прямоугольной системе координат.

7. Устройство для кодирования семейств телевизионных сигналов с различными разрешающими способностями и со спектральными областями, имеющими форму прямоугольников или ромбов, содержащее средства фильтрации входного сигнала для выработки отфильтрованных сигналов, средства кодирования отфильтрованных сигналов и мультиплексор кодированных сигналов, отличающееся тем, что средства фильтрации содержат по меньшей мере один диагональный фильтр и один ортогональный фильтр, предназначенные для приема соответственно сигнала со спектром частот в форме прямоугольника и в форме ромба и имеющие спектральные характеристики, определяемые спектрами частот сигналов на их входах, причем вход и выход каждого из фильтров соединены соответственно с первым и вторым входом соответствующего блока вычитания, выход которого соединен с блоком выборки, а выход блока выборки соединен через средство кодирования с входом мультиплексора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18