Способ формирования цифрового телевизионного сигнала

 

О Il C A Н И И (и) 902321

ИЗОБРЕТЕНИЯ

COIO3 COBOTcNNR

СОциалистичвсиик

Ресттубяни

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 19. 10. 78 (21) 2678016/18-09 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30. 01.82 ° бктллетеиь М 4

Дата опубликования описания 02. 02. 82 (53)М. Кл.

Н 04 и 7/12 . ЬеудвретвеювФ квинтет

CCCP ав лелем вэебретенкй в етерытвй (5З) УЛК621. З97 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. Н. Курилов, Г. И. Родов и A. П, Тк (71) Заявитель

Иинский радиотехнический институт (54) СПОСОБ ФОРИИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО

ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

Изобретение относится к телевизионной технике (цифровое кодирование телевизионного сигнала) и может использоваться в системах прикладного и вещательного телевидения, когда необходимо сократить избыточность цифрового телевизионного сигнала при качестве передачи изображения, удовлетворяющем стандарту вещательного телевидения.

Известен способ сокращения избыточности цифрового телевизионного сигнала, в котором иэображение разбивается на блоки элементов (БЭ) и для каждого БЭ определяется средний уровень, затем каждая полученная таким образом величина сравнивается со своим предсказанным значением и результат сравнения подается на вход порогового устройства. Если результат срав20 нения превышает установленныи порог, то в канал поступает код, несущий информацию о номере обрабатываемого БЭ и об уровнях самих элементов t 1 ).

Однако известный способ обладаеЗ недостатками. Во-первых, в случае ошибки (например, из-за влияния помех в канале связи) при приеме кодовой группы, несущей информацию о среднем уровне БЭ, эта ошибка распростра няется на весь БЭ; во-вторых, простое пороговое обнаружение разницы между уровнем передаваемого элемента. и средним уровнем БЭ обладает малой помехоустойчивостью, а также приводит к потере малоконтрастных элементов, т.е. к ухудшению четкости и резкости.

Известен также способ сокращения избыточности телевизионного сигнала, в котором совместно с линейной импульсно-кодовой модуляцией (ИКИ) при менена двухрежимная дифференциальная

ИКИ. Принцип двухрежимного устройства заключается в передаче границ, т.е. больших скачков напряжения, путем дифференциальной ИКИ с более высокой точноСтью, чем при передаче малых из". менений (2 g.

90232

Однако данный способ обладает теми недостатками, что возникновение даже одной ошибки в тракте передачи приводит к полному искажению принимаемой информации, а также повышается за- S метность шумов квантования, что ведет к ухудшению четкости изображения.

Известен также способ формирования цифрового телевизионного сигнала, заключающийся в аналого-цифровом преобразовании видеосигнала, форми/ ро вани и си мволов при знаков постоянной или меняющейся яркости и преобразовании полученных кодовых комбинаций соответственно по первому или второму 1 режиму преобразования (3).

Однако известный способ форми рова- ния цифрового телевизионного сигнала обладает низкой степенью сокращения избыточности видеосигнала. 20

Цепь изобретения — увеличение степени сокращения избыточности видеосигнала.

Указанная цель достигается тем, 25 что в способе формирования цифрового

- телевизионного сигнала, заключающемся в аналого-цифровом преобразовании видеоси гнала, форми ровании символов признаков постоянной или меняющейся

30 яркости, и преобразовании полученных кодовых комбинаций соответственно по первому или второму режиму преобразования, на участках изменяющейся яркости дополни тельно форми руютс я символы признаков фронтов, видеоимпупьсов минимальной длительности и групповых структур, и вводится, соответственно, третий режим преобразования, причем в первом режиме, соответствующем символу признака участка с по40 стоянной яркостью, преобразование кодовых комбинаций осуществляется так, что иэ трех следующих друг за другом восьмиразрядных кодовых комбинаций п-1, и и n+1 передают информацию толь4э ко об одной из них путем формирования новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей один разряд признака режима преобразования и семь разрядов и-1-ой кодовой комбинации, 0 во втором режиме преобразования, соответствующем символу признака фронтов и видеоимпульсов минимальной дли" тельности, из трех восьмиразрядных кодовых комбинаций k 1, k и k+1 пере-Б дают информацию только о двух из них путем формирования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содер1 4 жащеи два разряда признака режима преобразования и по три старших разряда из каждой кодовой комбинации k и k+1, в третьем режиме преобразования, соответствующем символу признака групповых структур, передают информацию о каждой иэ трех исходных кодовых комбинаций m-1, m и m+1 путем формирования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей два разряда признака режима преобразования и по два старших разряда из каждой исходной кодовой комбинации m 1, m и в+1.

На фиг. 1 приведены структуры кодовых групп, соответствующие различным участкам детальности изображения и поясняющие принцип формирования цифрового телевизионного сигнала.

Способ осуществляется следующим образом.

Аналоговый телевизионный сигнал дискретизируют с частотой fA не менее, чем вдвое превышающей высшую частоту F сигнала, например, с fA =2FB

Затем подвергают квантованию по уровню, например íà N = 256 уровней, и кодированию, т.е, осуществляют аналого-цифровое преобразование телевизионного сигнала, в результате которого аналоговый сигнал преобразуется в последовательность кодовых групп.

П ри этом скорость передачи информации (тактовая частота) при кодировании натуральным двоичным кодом будет равна (Мбит/с)

I = fA1oqN=fAlng<2 =mf>=8fA96, (1) где m - число разрядов в кодовой группе равное 8 при t4= 256.

На фиг. 1а отсчеты в аналоговом сигнале следуют с периодом TA = 1/fA.

Для удобства отсчеты, соответствующие одиночным видеоимпупьсам и фронтам минимальной длительности, обозначены 1.-1, k и k+1, соответствующие групповым структурам m-1, m и m+1„ и соответствующие плавным переходам и участкам постоянной яркости п-l, л и и+1. После аналого-цифрового преобразования каждый отсчет представляют для нашего примера в виде восьмираэряд. ной кодовой группы.

Дальнейшую обработку полученного цифрового телевизионного сигнала с целью сокращения избыточности производят с учетом следующих особенностей.

902321

Для неискаженной передачи участков изображения постоянной яркости и плавных переходов требуется 7-8 разрядов двоичного кода на отсчет (7 бит/отсчет);

Для мелких деталей и резких яркостных переходов протяженностью 3-4 элемента разложения достаточно 3-4 разряда на отсчет (3-4 бит/отсчет).

Для групповых структур - 2-3 раэ" 10 ряда на отсчет (2-3 бит/отсчет).

При этом частота дискретизации должна не менее, чем вдвое превышать высшую частоту РВ сигнала при переда" че видеоимпульсов, фронтов минималь- IS ной длительности и групповых структур, в то время как при передаче участков постоянной яркости и плавных переходов частота дискретизации может быть снижена в 2...3 раза без 2о

Ущерба для качества изображения.

На основании изложенного, цифровой телевизионный сигнал с объемом, определяемым выражением (1), в предлагаемом способе коммутируют в цифро- 25 вой сигнал с меньшим в три раза объ емом.

С этой мелью в аналоговом или цийг ровом телевизионном сигнале производят помехоустойчивое обнаружение оди-зв ночных видеоимпульсов и фронтов минимальной длительности, а также групповых структур. Полученная информация используется для сокращения избыточности цифрового телевизионного

C сигнала. Для этого в случае обнаружения в сигнале указанных участков три следующих друг за другом кодовых группы комйутируют в одну кодовую группу следующим образом.

В случае обнаружения фронтов и видеоимпульсов минимальной длительности (режим ФИД) три кодовых группы

k-1, k и k+1 коммутируют в одну ко45 довую группу (фиг. 1 б), которую формируют из .двух заполняемых. "единицами" разрядов признака и трех старших информационных разрядов из каждой кодовой группы k и k+1.

В случае обнаружения групповых структур (режим ГС) три кодовых группы m- l, m и m+1 коммути руют в однукодовую группу (фиг. 1 в), которую формируют из двух заполняемых "единицей" и "нулем" разрядов признака и двух старших информационных разрядов иэ кодовых групп m-1, m и m+1.

Во всех остальных случаях, т.е. соответствующих плавным переходам и участкам постоянной яркости (режим

ПП) три кодовых группы n-l, n и n+1 коммутируют в одну кодовую группу (фиг. 1 I ), которую формируют иэ заполняемого "нулем" разряд признака и семи информационных разрядов из и-1-ой I(opo80H группы.

Поскольку во всех режимах коммутации цифрового сигнала три кодовых группы коммутируют в одну, то частота следования сформированных кодовых групп (т.е. после коммутации) будет в 3 раза меньше частоты Сд. Следовательно, скорость передачи информа. ции будет одинаковой в трех режимах и равной (Ибит/c), в — * = 32 (2)

1. 8

3 3 * где m — - общее число разрядов в кодовой группе после коммутации и равное: для первого режима йчпф@(ш +п +а +ш„)=3+3+0+2 =8, для второго реиима

m=m (m<+n<+m>+m>) = 2+2+2+2 =8, для третьего режима

m =(m<+m<+m +m<) = 7+0+0+1 - 8

Где m m g и л g числО разрядов ° 1(Ото» рое берут соответственно иэ первой,второй и третьей кодовой групп для формирования одной кодо-j вой группы;

m - число разрядов приH знака для передачи сигналов смены режимов коммутации.

Таким образом, в любом из трех режимов коммутации требуемая скорость передачи информации (избыточность) уменьшается в 3 раза по сравнению со скоростью не коммутированного цифрового сигнала - выражение (I).

Отсчеты в сигнале, информация о которых передается по предлагаемому способу, на фиг. 1 а изображены сплошными линиями.

На фиг. 2 изображен один из возможных вариантов структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ формирования цифрового телевизионного сигнала.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, коммутатор 2, формирователь 3 разрядов, обнаружитель 4 групповых структур, эле-, 902321

55 мент ИЛИ 5, обнаружитель 6 видеоимпульсов минимальной длительности,обнаружитель 7 фронтов минимальной длительности.

Устройство работает следующим об- 5 разом.

АЦП 1 преобразует входной видеосигнал в 7...8 разрядный код с частотой дискретизации, равной удвоенной граничной частоте спектра видеосигнала, коммутатор 2 включает один из трех

Ф режимов кодирования. Коммутатор 2 упра вл яет ся сиг налами псмехоустойчи во-го обнаружения (групповых структур) либо видеоимпульсов или фронтов мини- 5 мальной длительности, которые формируются на выходах обнаружителей 4, б и 7. Для передачи информации о применяемом режиме кодирования в цифровой код вводится избыточность, напри-20 мер для кодовых групп, соответствующих видеоимпульсам и фронтам минимальной длительности, - в виде двух дополнительных разрядов, заполняемых

"единицами" (фиг. 1 б), для кодовых групп, соответствующих групповым структурам, - "единицей" и "нулем" (фиг. 1 в); для кодовых групп, соответствующих участкам постоянной яркости и плавным переходам, - в виде 30 одного разряда, эаполняембго "нулем" (фиг. 1 г). Такая структура кода позволяет йолучить равномерный поток информации при передаче иэображения произвольной детальности. 35

Использование предлагаемого способа формирования цифрового телевизионного сигнала позволяет в три раза уменьшить избыточность передаваемогс

1цифрового телевизионного сигнала пр4 достаточно простой реализации, а также обеспечивает высокое качество передаваемого изображения благодаря помехоустойчивому обнаружению в теле45 визионном сигнале одиночных видеоимпульсов, фронтов минимальной длительности и групповых структур.

Формула изобретения

Способ формирования цифрового телевизионного сигнала, заключающийся в аналого-цифровом преобразовании видеосигнала, формировании символов признаков постоянной или меняющейся яркости, и преобразовании полученных кодовых комбинаций соответственно по первому или второму режиму преобразования, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени сок ращени я и збыточности видеосигнала, на участках изменяющейся яркости дополнительно формируются символы признаков фронтов, видеоимпульсов минимальной длительности и групповых структур, и вводится, соответственно, третий режим преобразования, причем в первом режиме, соответствующем символу признака участка с постоянной яркостью, преобразование кодовых комбинаций осуществляется так, что из трех следующих друг за другом восьмиразрядных кодовых комбинаций п-l, и и n+1 передают информацию только об одной иэ них путем формирования новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей один разряд признака режима преобразования и семь разрядов и- l-ой кодовой комбинации, во втором режиме преобразования, соответствующем символу признака фронтов и видеоимпульсов минимальной длительности, из трех восьмиразрядных кодовых комбинаций k-l, k и k+1 передают информацию только о двух из них путем форми рования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинаций, содержащей два разряда признака режима преобрао зования и по три старших разряда из каждой кодовой комбинации k и k+1, в третьем режиме преобразования, соответствующем символу признака групповых структур, передают информацию о каждой из трех исходных кодовых комбинаций m-l, m и m+1 путем формирования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей два разряда признака режима преобразования и по два старших разряда иэ каждой исходной кодовой комбинации m-l, и и m+1.

Источни ки и нформации, 11ринятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии и 52-20091, кл 97 (5) A 11 (H 04 N 7/12) 1977

2. Адаптивное двухрежимное кодйрующее и декодирующее устройство для телевизионных сигналов. - "1ЕЕЕ Trans.

Commun. Techol". 1977, 19, N 16, Part l°, 933-.9443. The 0ual Иоде PCHa simple intraframe codlïg method и1th low sensitivity to йгапяп1ssion errors.

° "Acta Electronica", 1976, 19, 4, р.294-298 (прототип).

ИИОИПИИП

902321

Жуу ко3иро5арию рронеоВ. и Оибе инпфкоб линииолмои

Юмееености т f Я Nti) Сост авитель Л. Казакова

Редактор В. Пилипенко Техред М. Рейвес ° Корректор А. Дзятко

Заказ 12441/74 Тираж 684 Подпи сное

ВНИИ ПИ Государст венного коми тета СССР по аелам изобоетений и откпытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Ьфрюй Ямрорпцционные юрмал@ рюрлоы гсямм лЫиюЬием pynnolk структур

Ôè. t

Ф-r вt tюеюе

Ю ционныс

Р

Рврооы

Яжи ко3цраВания уиастло8 тсто1мной орлости