Способ кодирования и декодирования сигналов

Изобретение относится к области передачи изображений и сигналов в технике связи и может быть использовано для одновременной передачи и приема N цифровых сигналов в технике связи. Технический результат - обеспечение передачи одного или совместной передачи нескольких N синхронных аналоговых ТВ сигналов многоградационных изображений или иных цифровых сигналов в М - раз меньшей частотной полосе одного аналогового сигнала, преобразованного в цифровую форму, достигается тем, что используется способ кодирования и декодирования сигналов, предусматривающий на передающей стороне объединение N синхронных цифровых сигналов в один многоуровневый результирующий сигнал S, р-кратное преобразование исходного многоуровневого результирующего сигнала S в новый многоуровневый результирующий сигнал Sp путем выполнения аналогово-цифровых и цифроаналогового преобразований сигналов в отдельных последовательно соединенных звеньях обработки сигналов. На приемной стороне осуществляются обратные операции над сигналами по сравнению с передающей стороной. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области передачи изображений и сигналов в системах связи. Оно может быть использовано для одновременной передачи и приема в меньшей частотной полосе одного аналогового сигнала, преобразованного в цифровую форму, N синхронных аналоговых телевизионных сигналов многоградационных изображений, формируемых, например, с помощью ТВ-камер или других источников сигналов черно-белых, цветных, спектрозональных, объемных, или иных многоградационных изображений, а также для совместной передачи N цифровых сигналов в системах связи, одновременной записи и консервации N синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений или иных сигналов, и может найти применение в системах видеонаблюдения, видеосвязи, видео "по требованию", при трансляции программ телевидения, в мультимедийных системах передачи видеоинформации, в системах передачи данных телеметрии, при передаче сигналов телевидения высокой четкости, спектрозонального телевидения, в ТВ системах дистанционного зондирования поверхности Земли и в других системах, при совместной передаче N сигналов в системах связи.

Скорость передачи ТВ сигнала в цифровой форме равна произведению частоты дискретизации fd и числа двоичных символов в одном дискретном отсчете:

где k - число двоичных символов в кодовой комбинации одного отсчета.

С другой стороны известно, что должно выполняться условие, при котором fd≥2fв, где fв - верхняя граничная частота ТВ сигнала, значение которой в первом приближении может быть представлено в виде

где к - формат кадра, Z - число строк разложения, к·Z2 - общее число элементов разложения в ТВ изображении, n - число передаваемых кадров в сек.

Согласно табл.1 рассмотрим, для примера, основные виды источников ТВ сигналов, у которых первичные сигналы формируются в аналоговом виде.

Таблица 1
Источники ТВ сигналовКоличество первичных аналоговых сигналов (N)Наименование аналоговых сигналовБазовая скорость передачи цифрового ТВ сигнала без сжатия (С)
Черно-белая ТВ камера1яркостной сигнал ЕY108 Мбит/с
Цветная ТВ камерапо классической схеме - 3Сигналы цветности ER, EG, ЕB216 Мбит/с
Черно-белая камера объемного телевидения2яркостной сигнал EY для правой и левой стереопары216 Мбит/с
Цветная камера объемного телевидения4 или 6яркостной сигнал ЕY правой стереопары, сигналы цветности ER, EG, ЕB левой стереопары, или сигналы цветности для правой и левой стереопары326 Мбит/с

436 Мбит/с
Спектрозональная ТВ камера2≤N≤Dзональные сигналы ЕΔλiот 216 Мбит/с до N×108 Мбит/с
Цветная камера ТВ высокой четкости (ТВЧ)по классической схеме - 3сигналы цветности ER, EG, ЕB1 Гбит/с

Для решения тех или иных задач передачи видеоинформации могут быть использованы отдельные источники ТВ сигналов, приведенные в табл.1, или совместно несколько таких источников. Общее количество первичных аналоговых сигналов при этом может быть равным N, что естественно приведет к необходимости увеличения пропускной способности каналов связи при одновременной передаче всех сигналов.

Как видно из табл.1, для рассмотренных источников ТВ сигналов, представленных в цифровой форме, актуальны способы, позволяющие уменьшить полосу частот передаваемых радиосигналов, и особенно при передаче сигналов ТВЧ с высоким разрешением изображений или при передаче большого числа сигналов спектрозонального телевидения в задачах дистанционного зондирования поверхности Земли и других планет. Такая же задача возникает в системах связи при совместной передаче большого числа сигналов, когда в качестве источников информации используются любые другие известные датчики сигналов, формирующие аналоговые сигналы или цифровые сигналы, представленные в двоичном коде и требующие одновременной их передачи в меньшей частотной полосе пропускания канала связи.

Известны системы и способы передачи телевизионных сигналов многоградационных изображений (US 6727935, H04N 7/14, 27.04.2004, DE 10249221, H04N 7/14, 06.05.2004, СА 2455501, H04N 7/14, 2003, WO 2004030374, H04N 7/14, 08.04.2004). Однако указанные способы предполагают наличие широкополосного канала передачи.

Известны основные принципы построения систем цифрового телевидения и обработки сигналов, например компонентное цифровое кодирование на основе аналогового мультиплексирования сигналов, а также гибридного мультиплексирования составляющих сигналов или компонентное цифровое кодирование на основе их цифрового мультиплексирования (см. Птачек М. Цифровое телевидение: Теория и техника / Пер. с чеш. Под ред. Л.С.Виленчика. - М.: Радио и связь, 1990. - 528 с).

Известны также способы формирования, обработки и передачи цифровых ТВ сигналов, которые нашли отражение во множестве отечественных и зарубежных публикациях, например, некоторые из них: см. Новаковский С.В., Котельников А.В. Новые системы телевидения. Цифровые методы обработки видеосигналов. - М.: Радио и связь, 1992. - 88 с., Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений / Под ред. Ю.Б.Зубарева и В.П.Дворковича. - М.: Международный Центр научной и технической информации, 1997. - 212 с., Цифровое телевидение / Под ред. Н.С.Мамаева. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 180 с., Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений. Изд-во ФАН АН РУз. Ташкент, 1987 - 108 с. Распознавание оптических изображений. / Под общ. ред. Ю.С.Сагдуллаева, В.С.Титова, Ташкент, 2000 - 315 с., а также Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: Учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 224 с.: ил.). В последней работе, на стр.35, представлен вариант структурной схемы формирователя цифрового телевизионного сигнала в соответствии с Рекомендацией ITU-R ВТ 601.

Известны принципы построения систем ТВЧ и методы уплотнения сигналов, а также методы уменьшения требуемой полосы частот радиоканала для сигналов ТВЧ (см. Телевидение: Учебник для вузов / В.Е.Джакония, А.А.Гоголь, Я.В.Друзин и др.; Под ред. В.Е.Джаконии. - М.: Радио и связь, 2000, 640 с.: ил.)

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по совокупности признаков и операций над сигналами принят способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных изображений (заявка в Патентное ведомство РФ от 11 июня 2004 года за №2004117747, положительное решение от 30 мая 2005 года), включающий на передающей стороне операции обработки и преобразования N синхронных аналоговых ТВ сигналов в N синхронных цифровых ТВ сигналов путем их аналого-цифрового преобразования, формирования цифровых сигналов синхронизации, передачу сигнала по каналу связи, а на приемной стороне осуществляются обратные операции над сигналами по сравнению с передающей стороной, в котором после формирования цифровых сигналов синхронизации осуществляют их объединение в один многоуровневый результирующий сигнал S путем цифроаналогового преобразования N синхронных цифровых сигналов, далее многоуровневый результирующий сигнал S суммируют с сигналом синхронизации, усиливают его и передают по каналу связи, а на приемной стороне снова усиливают многоуровневый результирующий сигнал S, выделяют из него сигналы синхронизации, формируют тактовые и управляющие импульсы, далее выполняют операцию аналого-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала S и формируют N синхронных цифровых ТВ сигналов в последовательном коде, после чего выполняют обратные передающей стороне операции над сигналами, а именно, каждый цифровой сигнал, представленный в последовательном коде, преобразуют в параллельный n-разрядный двоичный код, затем осуществляют формирование N исходных аналоговых синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений путем их цифроаналогового преобразования.

Данный способ обеспечивает совместную передачу N синхронных аналоговых ТВ сигналов в частотной полосе одного аналогового сигнала, представленного в цифровой форме. Вместе с тем, предлагаемая схема обработки аналоговых сигналов и принятая последовательность операций над сигналами не позволяет обеспечить передачу одного или совместную передачу N синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений в М-раз меньшей полосе частот, отводимой для передачи одного аналогового сигнала, преобразованного в цифровую форму. Это ограничивает применение данного способа для совместной передачи N сигналов по каналам связи с меньшей пропускной способностью.

Технический результат - обеспечение передачи одного или совместной передачи нескольких N синхронных аналоговых ТВ сигналов многоградационных изображений или иных цифровых сигналов в М-раз меньшей частотной полосе одного аналогового сигнала, преобразованного в цифровую форму.

Технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного способа передачи синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений, включающего на передающей стороне операции обработки и преобразования N синхронных аналоговых ТВ сигналов в N синхронных цифровых ТВ сигналов путем аналогово-цифрового преобразования, их объединение в один многоуровневый результирующий сигнал S путем цифроаналогового преобразования N синхронных цифровых сигналов, представленных в последовательном коде, формирования цифровых сигналов синхронизации, суммирования многоуровневого результирующего сигнала S с сигналом синхронизации, его усиления и передачи по каналу связи, а на приемной стороне выполнение обратных операций над сигналами, включающих формирования сигналов синхронизации, тактовых и управляющих импульсов, аналого-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала S с формированием N синхронных цифровых ТВ сигналов в последовательном коде, преобразовании их в параллельный n-разрядный двоичный код, формирование N исходных аналоговых синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений путем цифроаналогового преобразования, на передающей стороне вводится операция преобразования исходного многоуровневого результирующего сигнала S в новый многоуровневый результирующий сигнал Sp путем введения последовательных р-звеньев М - аналого-цифровых преобразований сигнала S, формирования цифровых сигналов в двоичном коде, осуществления цифроаналогового преобразования сигналов в каждом звене и формирования новых многоуровневых результирующих сигналов S1, S2, ... Sp, для чего вводится операция преобразования исходного многоуровневого результирующего сигнала S в цифровую форму путем первых m1 - аналого-цифровых преобразований сигнала S с использованием задержки отсчета сигнала на элемент изображения Δtэ для второго и каждого последующего аналого-цифрового преобразования сигналов, равного времени (m1-1)·Δtэ, затем сигналы, полученные с помощью m1 - аналого-цифровых преобразований, представленные в N-разрядном параллельном двоичном коде, объединяют в многоуровневый результирующий сигнал S1 путем первого цифро-аналогового преобразования сигналов, причем до выполнения операции объединения сигналов осуществляют задержку сигналов на величину, равную времени (m1-1)·Δtэ, начиная для группы сигналов первого и до их последнего аналого-цифрового преобразования для выполнения операции их одновременного цифроаналогового преобразования, далее, в зависимости от достижения требуемой величины М осуществляют вышеприведенные операции над сигналами для вновь сформированного многоуровневого результирующего сигнала S1, преобразуют его в цифровую форму используя вторые m2 - аналого-цифровые преобразования и получают сигналы, представленные в m1·m2·N - разрядном параллельном двоичном коде, которые объединяют в многоуровневый результирующий сигнал S2 путем второго цифроаналогового преобразования сигналов, причем до выполнения операции объединения сигналов, снова осуществляют задержку сигналов на величину, равную времени (m2-1)·Δtэ, начиная для группы сигналов первого и до их последнего аналого-цифрового преобразования, затем осуществляют идентичные р-кратные операции над сигналами до формирования конечного многоуровневого результирующего сигнала Sp, а на приемной стороне выполняют операции над сигналами, обратные передающей стороне, а именно, после аналого-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала Sp получают N·M сигналов, далее осуществляют М цифроаналоговых преобразований, затем из М сигналов путем их суммирования формируют многоуровневый результирующий сигнал Sp-1, далее выполняют идентичные операции над сигналом Sp-1 и получают сигнал Sp-2, далее Sр-3, ..., Sp-(p-1), до получения первичного многоуровневого результирующего сигнала S.

Введение на передающей стороне ТВ системы для исходного многоуровневого результирующего сигнала S, объединяющего N-аналоговых синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений или иных сигналов М - аналого-цифровых преобразований со смещением отсчета сигнала на элемент изображения для отдельного аналого-цифрового преобразования сигналов в каждой группе mj - аналого-цифровых преобразований, а на приемной стороне выполнение обратных операций позволяет использовать частоту дискретизации сигнала для каждого отдельного звена аналого-цифрового преобразования, равной величине fd/mj, что приводит, в соответствии с формулой (1) к уменьшению полосы частот в М-раз, необходимой для передачи N исходных сигналов, представленных в виде многоуровневого результирующего сигнала Sp.

Величина М=(m1·m2·...·mj·...·ms) равна произведению отдельных звеньев аналого-цифровых преобразований многоуровневого результирующего сигнала Sj, получаемого после предыдущих цифроаналоговых преобразований и характеризует общее число возможных аналого-цифровых преобразований многоуровневого результирующего сигнала Sp. Каждая из величин m1, m2, ... mj, ... ms может иметь свое значение в интервале чисел 2, 3 ...≤mj<Z2, где Z2 - общее число элементов в телевизионном изображении. Кратность преобразования р исходного многоуровневого результирующего сигнала S в новый многоуровневый результирующий сигнал Sp удовлетворяет значениям чисел 1, 2, 3≤...≤р≤...<В. При кратности преобразования р=1, общее число аналого-цифровых преобразований определяется использованием одного звена обработки сигналов и составляет величину М=m1, которая может быть равной 2, 3, 4, 5, ...<Z2. При р=2, соответственно, общее число аналого-цифровых преобразований в двух звеньях обработки сигналов составит величину М=m1·m2 и может быть равным 4, 6, 8, ...<Z2 и т.д. При этом применение многозвенной схемы обработки сигналов позволяет уменьшить общее число используемых аналого-цифровых преобразователей в каждом отдельном звене.

Использование известных операций обработки цифровых ТВ сигналов в предложенной новой последовательности и их применение в данном способе являются существенными и обеспечивают достижение поставленной цели.

Технический результат достигается за счет введения на передающей стороне операций обработки исходного многоуровневого результирующего сигнала S на основе его р-кратных последовательных М - аналого-цифровых преобразований сигналов с уменьшенной частотой дискретизации по сравнению с исходными цифровыми сигналами и цифроаналоговых преобразований сигналов с формированием нового многоуровневого результирующего сигнала Sp для последующей передачи его по каналу связи или записи.

Для достижения указанного результата предлагается способ кодирования и декодирования сигналов, включающий на передающей стороне операции обработки и преобразования N-синхронных аналоговых телевизионных или иных сигналов путем их аналого-цифрового преобразования в N-синхронных цифровых сигналов, представленных в параллельном n-разрядном двоичном коде, преобразование сигналов параллельного кода в последовательный n-разрядный двоичный код, где N-синхронные цифровые сигналы объединяются в один многоуровневый результирующий сигнал S путем цифроаналогового преобразования, формирование цифровых сигналов синхронизации, причем на передающей стороне до осуществления операции суммирования многоуровневого результирующего сигнала S с сигналом синхронизации осуществляют р-кратное преобразование исходного многоуровневого результирующего сигнала S в новый многоуровневый результирующий сигнал Sp путем выполнения аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразований сигналов в отдельных последовательно соединенных звеньях обработки сигналов, для чего исходный многоуровневый результирующий сигнал S преобразуют в цифровую форму путем первых m1 - аналого-цифровых преобразований сигнала S, причем тактовые импульсы, определяющие частоту дискретизации многоуровневого результирующего сигнала S, S1, ... Sj, ... Sp, в зависимости от числа mj - аналого-цифровых преобразований в каждом отдельном звене, имеют свое значение частоты следования тактовых импульсов fd/mj и времени их поступления на каждый аналого-цифровой преобразователь, для чего используют задержку отсчета сигнала на элемент изображения Δtэ для второго и каждого последующего аналого-цифрового преобразования, равного времени (m1-1)·Δtэ, затем m1·N - цифровых сигналов, представленных в двоичном коде, объединяют в новый многоуровневый результирующий сигнал S1 путем первого цифро-аналогового преобразования сигналов, причем, до выполнения операции объединения цифровых сигналов осуществляют обратную задержку сигналов на величину, равную времени (m1-1)·Δtэ, начиная от цифровых сигналов первого и каждого последующего аналого-цифрового преобразования сигналов и до последнего аналого-цифрового преобразования с целью их одновременного объединения, начиная с первого цифроаналогового преобразования и осуществляя формирование многоуровневого результирующего сигнала S1, далее проводят идентичные операции над сигналами для многоуровневого результирующего сигнала S1, преобразуя его в цифровую форму и используя второе звено m2 - аналого-цифровых преобразований с использованием задержки отсчета сигнала на элемент изображения Δtэ для второго и каждого последующего аналого-цифрового преобразования, равного времени (m2-1)·Δtэ, затем m1·m2·N - цифровых сигналов, представленных в двоичном коде, объединяют в новый многоуровневый результирующий сигнал S2 путем второго цифроаналогового преобразования сигналов, причем начиная для цифровых сигналов первого и каждого последующего аналого-цифрового преобразования сигналов и до последнего аналого-цифрового преобразования вводится обратная задержка сигналов на величину, равную времени (m2-1)·Δtэ, с целью их одновременного объединения, путем второго цифроаналогового преобразования и формирования многоуровневого результирующего сигнала S2, далее на передающей стороне идентично формируют сигналы S3...Sj, ... и последний сигнал Sp, после чего осуществляется суммирование многоуровневого результирующего сигнала Sp с сигналом синхронизации, далее осуществляется его усиление и передача по каналу связи, а на приемной стороне выполняются обратные операции над сигналами, которые включают усиление многоуровневого результирующего сигнала Sp, выделение из него сигналов синхронизации и формирования тактовых и управляющих импульсов, выполнение операции аналого-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала Sp с получением N·М - цифровых сигналов в двоичном коде, далее осуществляют ms - цифроаналоговых преобразований (N·M)/ms - цифровых сигналов, причем до выполнения операций цифроаналоговых преобразований сигналов осуществляют обратную задержку цифровых сигналов на величину, равную времени (ms-1)·Δtэ, начиная с группы (N·М)/ms - цифровых сигналов, подаваемых для последнего и до первого цифроаналогового преобразования сигналов, затем на основе полученных сигналов путем их суммирования формируют многоуровневый результирующий сигнал Sp-1, далее выполняют идентичные операции над сигналом Sp-1 и получают сигналы Sp-2, далее Sp-3, ... Sp-(p-1), и исходный многоуровневый результирующий сигнала S, потом выполняют операцию аналого-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала S и формируют N синхронных цифровых сигналов в последовательном n-разрядном двоичном коде, после чего выполняют обратные передающей стороне операции над сигналами, а именно, каждый цифровой сигнал, представленный в последовательном коде, преобразуют в параллельный n-разрядный двоичный код, затем путем их цифроаналогового преобразования осуществляют формирование N исходных синхронных аналоговых телевизионных или иных сигналов.

Система кодирования и декодирования сигналов, реализующая предлагаемый способ для передачи ТВ сигналов многоградационных изображений (или иных сигналов), содержит на передающей стороне (фиг.1) N источников синхронных телевизионных сигналов 1, синхрогенератор 2, N-аналого-цифровых преобразователей 3 и N-преобразователей параллельного кода в последовательный 4 по каждому источнику телевизионных сигналов, цифроаналоговый преобразователь 5, последовательно включенные р-звенья аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования многоуровневого результирующего сигнала S для получения сигнала Sp 6, каждое звено из которых содержит включенных параллельно по входу mj - аналого-цифровых преобразователей (АЦП)) 7, (mj-1) линий задержки сигналов 8 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, формирователь сигналов синхронизации 10, сумматор 11, усилитель 12, а на приемной стороне (фиг.2) усилитель 14, селектор синхронизирующих сигналов 15, генератор тактовых импульсов 16, последовательно включенные р-звенья аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования многоуровневого результирующего сигнала Sp для получения исходного сигнала S, каждое звено из которых содержит аналого-цифровой преобразователь 18, (mj-1) линий задержки сигналов 19, mj - цифроаналоговых преобразователей 20, сумматор сигналов 21, аналого-цифровой преобразователь 22, N преобразователей сигналов последовательного кода в параллельный 23, N цифроаналоговых преобразователей 24, формирователь строчных и кадровых импульсов или иных синхронизирующих импульсов 25, N видеоконтрольных блоков или иных блоков отображения и регистрации информации 26, а также канал связи 13.

Система кодирования и декодирования сигналов, применительно к передаче ТВ сигналов многоградационных изображений, работает следующим образом. Синхрогенератор 2 формирует необходимые синхронизирующие импульсы для синхронной работы N источников ТВ сигналов 1, а также формирует необходимые тактовые импульсы для работы N - аналого-цифровых преобразователей 3 и N-преобразователей кода 4 по каждому источнику ТВ сигнала, на выходах которых образуются цифровые сигналы, представленные в последовательном n-разрядном двоичном коде. Данные сигналы (в виде логического "0" или "1") поступают на входы 1, ... j, ... N цифроаналогового преобразователя 5, который на выходе формирует соответствующий сигнал с уровнем, в зависимости от значений сигнала на его N входах, а именно многоуровневый результирующий сигнал S. Рассмотрим случай, когда число источников ТВ сигнала равно N=3. В этом случае на выходе цифроаналогового преобразователя 5 будет сформировано 2N значений выходного сигнала, которые характеризуют собой многоуровневый результирующий сигнал S. Полоса частот, необходимая для передачи N аналоговых сигналов в цифровой форме, определяется произведением частоты дискретизации fd аналогового сигнала и числа двоичных символов в одном дискретном отсчете k.

Возможные сочетания сигналов на входе ЦАП 5Уровни сигнала на выходе ЦАП 5
000U1
100U2
010U3
110U4
001U5
101U6
011U7
111U8

Пусть необходимое значение частоты дискретизации исходного многоуровневого результирующего сигнала S для его преобразования в цифровую форму составляет величину fd=1/T0, как показано на фиг.3а. При использовании первого звена (фиг.1, блок 6.1) обработки входного многоуровневого результирующего сигнала S и числа используемых аналого-цифровых преобразований, например, равных m1=2, значение частоты дискретизации для первого аналого-цифрового преобразования будет равным fd/2=1/T1 (фиг.3б), поскольку T1=2T0, а для второго аналого-цифрового преобразования значение частоты дискретизации будет таким же, но с задержкой тактирующего импульса на время, равное t3=T0 (фиг.3в). Таким образом, при использовании одного звена обработки сигналов с двумя аналого-цифровыми преобразованиями входного многоуровневого результирующего сигнала S можно обеспечить снижение частоты дискретизации в два раза и, соответственно, уменьшить требуемую полосу частот канала в два раза, необходимой для одновременной передачи N исходных сигналов, объединенных в новый многоуровневый результирующий сигнал S1. В общем случае, при использовании одного звена обработки сигналов, когда кратность преобразования сигналов равна р=1, достигаемый выигрыш в уменьшении необходимой полосы частот для передачи нового многоуровневого результирующего сигнала S1 составит величину m1 и может быть равным 2, 3, 4 ...<Z2. При использовании последующего 6.j звена обработки сигнала (фиг.1) осуществляются идентичные операции для преобразования предыдущего многоуровневого результирующего сигнала Sj-1 в последующий Sj сигнал. Необходимость добавления последующих звеньев обработки сигналов может быть вызвана потребностью в достижении больших значений уменьшения требуемой полосы частот. Использование многократных последовательных звеньев обработки сигналов, где р>1, более эффективно, так как при этом можно уменьшить необходимое число аналого-цифровых преобразований сигналов. Так, например, пусть требуется достичь уменьшения необходимой полосы частот для передачи N исходных сигналов в 100 раз. В этом случае, при р=1, необходимо осуществить 100 аналого-цифровых преобразований сигналов, при р=2, можно использовать в первом звене m1=10, во втором звене m2=10 аналого-цифровых преобразований сигналов, что потребует использование 20 АЦП, при р=3, соответственно m1=5, m2=5 и m3=4, требуется всего 14 АЦП. Для последнего случая, общее сокращение необходимой полосы частот составит величину, равную произведению преобразований в отдельных звеньях обработки сигналов, а именно М=m1·m2·m3=5×5×4=100. Таким образом, использование на передающей стороне р - последовательно включенных звеньев обработки сигналов, включающих m1+m2+m3+...+ms аналого-цифровых преобразований, позволяет уменьшить частоту дискретизации сигнала в fd/M раз. Синхрогенератор 2 формирует также необходимые специальные тактовые импульсы для работы аналого-цифровых преобразователей 3, 7 и преобразователей кода 4. Для звеньев обработки сигналов 6.1, ... 6.j, ... 6.p, тактовые импульсы, определяющие частоту дискретизации многоуровневого результирующего сигнала S, S1, ... Sj, ... Sp, в зависимости от числа mj - аналого-цифровых преобразований в каждом отдельном звене, имеют свои значения частоты следования тактовых импульсов и времени их поступления на каждый АЦП 7. Для этого в синхрогенераторе 2 формируются группы импульсов с одинаковой частотой следования и определенной задержкой во времени, а именно с задержкой отсчета сигнала на элемент изображения Δtэ для второго и каждого последующего аналого-цифрового преобразования, равного времени (mj-1)·Δtэ. Для одновременного поступления цифровых сигналов с выходов АЦП 7, каждого звена 6.1, ... 6.j, ... 6.p, на соответствующие входы ЦАП 9, для формирования многоуровневого результирующего сигнала S1, ... Sj, ... Sp, между ними включены линии задержки сигналов 8, причем в зависимости от числа mj - аналого-цифровых преобразований в каждом звене, до выполнения операции объединения цифровых сигналов осуществляют обратную задержку сигналов (по сравнению с сигналами, формируемыми в синхрогенераторе 2) на величину, равную времени (mj-1)·Δtэ, начиная для цифровых сигналов, поступающих с выхода первого и каждого последующего АЦП 7 и до последнего АЦП, и тем самым обеспечивают их выравнивание во времени. В результате выполнения этих операций на выходах ЦАП 9 формируются новые многоуровневые результирующие сигналы S1, ... Sj, ... Sp. С выхода последнего ЦАП 9р сигнал Sp поступает на первый вход сумматора 11, на второй вход которого поступают сигналы синхронизации, сформированные в блоке 10, на основе сигналов, поступающих с синхрогенератора 2. С выхода сумматора 11 многоуровневый результирующий сигнал вместе с сигналами синхронизации поступает на усилитель 12 и далее в линию (канал) связи 13. Многоуровневый результирующий сигнал Sp с выхода линии связи 13 (фиг.2) после соответствующего усиления во втором усилителе 14 поступает на вход селектора синхронизирующих сигналов 15, а также на вход аналого-цифрового преобразователя 18р первого звена 17р аналого-цифрового и цифроаналоговых преобразований многоуровневого результирующего сигнала Sp на приемной стороне. На выходе АЦП 18р формируются N·M - цифровых сигналов в двоичном коде, отдельные группы (N·M)/ms - цифровых сигналов поступают на входы ms - цифроаналоговых преобразований сигналов 20, причем до выполнения операций цифроаналоговых преобразований сигналов осуществляется задержка каждой группы (N·M)/ms - цифровых сигналов с помощью линий задержек 19 на величину, равную времени (ms-1)·Δtэ, начиная с сигналов, поступающих на последний ЦАП 20ms и так до первого ЦАП 201. На выходах ms - цифроаналоговых преобразователей 20 формируются ms - отдельные многоуровневые сигналы, которые после объединения во времени на элементе 21р на его выходе образуют многоуровневый результирующий сигнал Sp-1. Далее сигнал Sp-1 поступает на следующее звено обработки сигналов 17p-1, где, выполняя идентичные операции над сигналом Sp-1, получают сигналы Sp-2, далее идентично на выходах последующих звеньев обработки сигналов формируются сигналы Sp-3, ..., Sp-(p-1) и на выходе последнего звена 171 формируется исходный многоуровневый результирующий сигнала S. Данный сигнал поступает на вход АЦП 22, в котором многоуровневый результирующий сигнал S преобразуется в N цифровых сигналов, представленных в последовательном n-разрядном двоичном коде. Для рассмотренного выше примера, когда число исходных сигналов равно N=3.

Уровни сигнала на входе АЦП 22Сигналы на выходе АЦП 22
U1000
U2100
U3010
U4110
U5001
U6101
U7011
U8111

Сигналы с выхода АЦП 22 поступают на входы преобразователей последовательного кода в параллельный 231, ... 23j, ... 23N, выходные сигналы с преобразователей поступают на соответствующие входы ЦАП 241, ... 24j, ... 24N, на выходе которых формируются исходные N аналоговые синхронные ТВ сигналы многоградационных изображений, которые далее подаются на информационные входы видеоконтрольных блоков 261, ... 26j, ... 26N. Сигнал с выхода селектора синхронизирующих сигналов 15 поступает на вход генератора тактовых импульсов 16. Генератор формирует необходимые тактовые и управляющие импульсы с заданной частотой следования, которые поступают на второй вход аналогово-цифрового преобразователя 18p, ... 18j, ... 181, а также на 22, на второй вход преобразователей последовательного кода в паралельный 231, ... 23j, ... 23N, a также сигнал со второго выхода селектора 15 поступает на вход формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов 25, с выхода которого синхроимпульсы поступают на второй и третий вход видеоконтрольных блоков 261, ... 26j, ... 26N.

В представленной схеме системы кодирования и декодирования сигналов при передаче исходных ТВ сигналов, когда величина N≤3, на передающей стороне (фиг.1) можно исключить операцию преобразования сигналов параллельного n-разрядного двоичного кода в последовательный n-разрядный двоичный код, осуществляемую с помощью преобразователя 4, а формирование исходного многоуровневого результирующего сигнала S осуществить путем цифроаналогового преобразования цифровых сигналов, представленных в параллельном n-разрядном двоичном коде, а на приемной стороне (фиг.2) соответственно исключить операцию преобразования сигналов, представленных в последовательном коде в n-разрядный параллельный код с помощью преобразователя 23, при этом верхняя граничная частота в спектре многоуровневого результирующего сигнала S для N исходных сигналов будет удовлетворять условию fв≤fd/2, а для вновь сформированного результирующего сигнала Sp условию

fв≤fd/2·M, где М≥2.

Исключение вышеназванных операций требует условие, что при передаче ТВ сигналов число входов цифроаналогового преобразователя 5 (фиг.1) должно быть равно величине w=N·k, где N число исходных ТВ аналоговых сигналов, k - число двоичных символов в кодовой комбинации одного отсчета при преобразовании аналогового ТВ сигнала в цифровую форму. В качестве источников сигналов по каждому входу АЦП 5 для их объединения в один многоуровневый результирующий сигнал S могут также выступать любые другие (не телевизионные) синхронные цифровые сигналы, представленные в двоичном коде. В данном случае, если один двухуровневый цифровой сигнал требует для своей передачи канал связи с полосой пропускания равной Δf, то использование рассмотренного метода кодирования и объединения сигналов позволяет одновременно передать w - сигналов в частотной полосе Δf/М и тем самым снизить требования к пропускной способности канала связи.

Принцип действия и подробное описание работы отдельных узлов и блоков данной системы, связанных с получением и обработкой ТВ сигналов, преобразованием сигналов в цифровую форму, синхронизации и развертки, передачи и отображения видеоинформации можно найти в соответствующих разделах книги: Телевидение: Учебник для вузов / В.Е.Джакония, А.А.Гоголь, Я.В.Друзин и др.; Под ред. В.Е.Джаконии. - М.: Радио и связь, 2000, 640 с.: ил.

1. Способ кодирования и декодирования сигналов, включающий на передающей стороне операции обработки и преобразования N синхронных аналоговых телевизионных сигналов в N синхронных цифровых телевизионных сигналов, путем их аналого-цифрового преобразования, формирования цифровых сигналов синхронизации, объединение N синхронных цифровых сигналов в один многоуровневый результирующий сигнал S путем их цифроаналогового преобразования, суммирование многоуровневого результирующего сигнала S с сигналом синхронизации, усиления его и передачи по каналу связи, а на приемной стороне, включающей усиление многоуровневого результирующего сигнала S, выделения из него сигналов синхронизации и формирования тактовых и управляющих импульсов, выполнение операции аналогово-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала S и формирования N синхронных цифровых ТВ сигналов в последовательном коде, преобразование их в параллельный n-разрядный двоичный код и осуществление формирования N исходных аналоговых синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений путем цифроаналогового преобразования, отличающийся тем, что на передающей стороне до осуществления операции суммирования многоуровневого результирующего сигнала S с сигналом синхронизации, осуществляют р-кратное преобразование исходного многоуровневого результирующего сигнала S в новый многоуровневый результирующий сигнал Sp путем выполнения аналогово-цифровых и цифроаналогового преобразований сигналов в отдельных последовательно соединенных звеньях обработки сигналов, для чего исходный многоуровневый результирующий сигнала S преобразуют в цифровую форму, путем первых m1 - аналого-цифровых преобразований сигнала S, причем тактовые импульсы, определяющие частоту дискретизации многоуровневого результирующего сигнала S, S1, ..., Sj, ..., Sp, в зависимости от числа mj - аналого-цифровых преобразований в каждом отдельном звене, имеют значение частоты следования тактовых импульсов fd/mj и времени их поступления на каждый аналого-цифровой преобразователь, для чего при формировании тактовых импульсов используют задержку отсчета сигнала на элемент изображения Δtэ для второго и каждого последующего аналого-цифрового преобразования, равного времени (m1-1)·Δtэ, затем m1·N - цифровых сигналов, представленных в двоичном коде, объединяют в новый многоуровневый результирующий сигнал S1 путем первого цифроаналогового преобразования сигналов, причем до выполнения операции объединения цифровых сигналов, осуществляют задержку сигналов на величину, равную времени (m1-1)·Δtэ, начиная для цифровых сигналов первого и каждого последующего аналого-цифрового преобразования сигналов и до последнего аналого-цифрового преобразования с целью их одновременного объединения путем первого цифроаналогового преобразования и формирования многоуровневого результирующего сигнала S1, далее проводят идентичные операции над сигналами для многоуровневого результирующего сигнала S1, преобразуют его в цифровую форму, используя второе звено m2 - аналого-цифровых преобразований с использованием задержки отсчета сигнала на элемент изображения Δtэ для второго и каждого последующего аналого-цифрового преобразования, равного времени (m2-1)·Δtэ, затем m1·m2·N - цифровых сигналов, представленных в двоичном коде, объединяют в новый многоуровневый результирующий сигнал S2 путем второго цифроаналогового преобразования сигналов, причем начиная с цифровых сигналов первого и каждого последующего аналого-цифрового преобразования сигналов и до последнего аналого-цифрового преобразования вводится обратная задержка сигналов на величину равную времени (m2-1)·Δtэ, с целью их одновременного объединения путем второго цифроаналогового преобразования и формирования многоуровневого результирующего сигнала S2, далее на передающей стороне, по мере необходимости, идентично формируют сигналы S3,..., Sj,... и Sp, после чего осуществляют суммирование многоуровневого результирующего сигнала Sp с сигналом синхронизации, усиливают его и передают по каналу связи, а на приемной стороне снова усиливают многоуровневый результирующий сигнал Sp, далее из него выделяют сигналы синхронизации и формируют тактовые и управляющие импульсы, потом выполняют операцию аналого-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала Sp и формируют N·M - цифровых сигналов в двоичном коде, после чего осуществляют ms - цифроаналоговых преобразований сигналов для отдельных групп (N·M)/ms - цифровых сигналов, причем, до выполнения операций цифроаналоговых преобразований сигналов, осуществляют задержку каждой группы (N·M)/ms - цифровых сигналов на величину, равную времени (ms-1)·Δtэ, начиная с последнего и до первого цифроаналогового преобразования сигналов, затем после ms - цифроаналоговых преобразований сигналов формируют ms - отдельных многоуровневых сигналов, объединяют их во времени и формируют многоуровневый результирующий сигнал Sp-1, далее выполняют идентичные операции над сигналом Sp-1 и получают сигнал Sp-2, далее Sp-3, ..., Sp-(p-1) и формируют исходный многоуровневый результирующий сигнал S.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на передающей стороне при формировании многоуровневого результирующего сигнала S, осуществляется объединение N синхронных цифровых телевизионных или иных цифровых сигналов, при этом общее число аналого-цифровых преобразований для формирования нового многоуровневого результирующего сигнала Sp в цифровой форме равно величине M=(m1·m2·...·mj·...·...·ms), где каждая из величин m1, m2, ..., mj, ..., ms может принимать свое значение в интервале значений 2, 3 ...≤mj<Z2, где Z2 - общее число элементов в телевизионном изображении, а кратность р преобразования исходного многоуровневого результирующего сигнала S в новый многоуровневый результирующий сигнал Sp может составлять величину равную 1, 2, 3 ...≤р<В.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при передаче ТВ сигналов, когда их исходное число N≤3, а также при передаче других отдельных синхронных цифровых сигналов, представленных в двоичном коде, на передающей стороне может быть исключена операция преобразования сигналов параллельного n-разрядного двоичного кода в последовательный n-разрядный двоичный код, а формирование исходного многоуровневого результирующего сигнала S осуществляют путем цифроаналогового преобразования цифровых сигналов, представленных в параллельном двоичном коде, а на приемной стороне соответственно исключают операцию преобразования сигналов, представленных в последовательном коде в n-разрядный параллельный код, при этом верхняя граничная частота в спектре многоуровневого результирующего сигнала S для N исходных сигналов будет удовлетворять условию fв≤fd/2, а для вновь сформированного многоуровневого результирующего сигнала Sp условию fв≤fd/2·M, где М≥2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сетям передачи данных и может быть использовано для передачи и получения аудио- и видеосигналов. .

Изобретение относится к области передачи изображений и может быть использовано для одновременной передачи и приема в частотной полосе одного цифрового телевизионного сигнала изображения, N синхронных телевизионных (ТВ) сигналов многоградационных изображений, формируемых, например, с помощью ТВ-камер или других источников сигналов черно-белых, цветных, спектрозональных, объемных или иных многоградационных изображений, а также может быть использовано для одновременной записи и консервации N синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений, и найти применение в системах видеонаблюдения, ТВ системах дистанционного зондирования поверхности Земли и мультимедийных системах передачи видеоинформации.

Изобретение относится к связи, обеспечивающей передачу как аудио-, так и видеосигналов. .

Изобретение относится к способу и устройству для проведения телевизионной игровой программы. .

Изобретение относится к области видеотехники, в частности к способу и системе, согласно которым передача данных производится по телекоммуникационной сети, которая по меньшей мере частично состоит из сети мобильной радиосвязи.

Изобретение относится к области образования, аудиовизуальным системам, системам связи и к компьютерным сетям. .

Изобретение относится к передаче и представлению видеоданных. .

Изобретение относится к сжатию изображения для снижения требований к ширине полосы цифрового видеодекодера. .

Изобретение относится к объединению сети Интернет с телефонными системами. .

Изобретение относится к технике связи, а конкретнее к способу и системе осуществления многоточечных видео/аудиоконференций при использовании транспортных протоколов стэка TCP/IP в схеме звезда (точка-многоточка) в широковещательных (бродкастных) сетях

Изобретение относится к системам и способам передачи аудиовизуальной информации и данных

Изобретение относится к способам обеспечения интерактивного обмена информацией между телезрителем и цифровой телевизионной системой при просмотре интерактивных телевизионных программ

Изобретение относится к области телевизионного межсетевого протокола индустрии телекоммуникаций и, главным образом, относится к технологии интерфейсной адаптации телевизионного межсетевого протокола

Изобретение относится к обеспечению серверного центра для размещения потокового интерактивного видео с малой задержкой. Техническим результатом является обеспечение рекурсивного восстановления потокового видео на сервере службы хостинга, за счет чего пользователи видеоигр-боевиков или приложений получают восприятие мгновенное ответной реакции в игре. Машинно-реализуемый способ удаленного размещения потокового интерактивного видео включает в себя исполнение видеоигр-боевиков или приложений на одном или более серверах центра службы хостинга, посредством чего формируются выводы видео. Способ также содержит сжатие выводов видео, посредством чего формируется сжатое потоковое интерактивное видео. Далее согласно способу осуществляется передача сжатого потокового интерактивного видео одному или более пользователям, воспроизводящим или использующим видеоигры-боевики или приложения на одном или более соответствующих клиентских устройствах, находящихся на удаленном расстоянии от центра службы хостинга. При этом сжатое потоковое интерактивное видео сжимается с временем передачи сигнала туда и обратно равным приблизительно 90 мс в наихудшем случае, когда удаленное расстояние равно 1500 миль или менее, так что каждый из одного или более пользователей имеют восприятие, что видеоигры-боевики или приложения отвечают мгновенно. 6 з.п. ф-лы, 40 ил.

Изобретение относится к устройству и способу обработки информации, которые имеют функцию видеотелефона. Техническим результатом является обеспечение регистрации изображения в адресной книге путем сохранения видеоизображения, передаваемого от принимающей стороны во время вызова, используя функции видеотелефона, и путем регистрации после окончания вызова изображения в информации адресной книги, используя сохраненное видеоизображение. Указанный технический результат достигается тем, что предложено устройство обработки информации, включающее в себя блок записи информации принимающей стороны, который записывает информацию принимающей стороны, блок записи изображения, который записывает изображение принимающей стороны, снятое принимающей стороной во время вызова, блок выделения изображения, который выделяет изображение в заданной момент времени из изображений, записанных на блоке записи изображения, и блок регистрации, который, после окончания вызова, ассоциирует изображение, выделенное блоком выделения изображения, с информацией принимающей стороны и регистрирует это ассоциированное изображение в блоке записи информации принимающей стороны. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области мультимедийного сетевого телевещания. Технический результат заключается в упрощении планирования передачи мультимедийного потока. Технический результат достигается за счет создания мультимедийных служб, обеспечивающих: создание канала сигнализации между первым узлом и вторым узлом и согласование мультимедиа вторым узлом с первым узлом через канал сигнализации для установления медиа-канала для передачи потока мультимедийных служб и завершения создания мультимедийных служб во втором узле. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх