СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ СТАНДАРТНОЙ И ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ Российский патент 2015 года по МПК H04N5/335 H04N11/24 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области систем цветного телевидения с высокой разрешающей способностью и может быть использовано в системах вещательного и прикладного телевидения при формировании цветовых составляющих сигналов изображений стандартной и высокой четкости. Изобретение может найти применение в системах вещательного и прикладного телевидения, например в видеосвязи, в мультимедийных системах передачи видеоинформации, системах спектрозонального и стереотелевидения, при кинопроизводстве, формировании программ телевидения, в телевизионных (ТВ) системах дистанционного зондирования поверхности Земли и в других системах формирования и передачи видеоинформационных сигналов со стандартной, повышенной или высокой четкостью изображений.

Уровень техники

Как известно, формирование цветовых составляющих сигналов ТВ-изображений стандартной и высокой четкости в настоящее время чаще всего осуществляют с использованием фоточувствительных матриц ПЗС (ФМПЗС). Однако совершенствование подобных преобразователей "свет-сигнал" фактически достигло своего предела, что обусловлено существенными ограничениями, свойственными данной технологии:

низкий процент выхода годных приборов с увеличением числа и плотности светочувствительных элементов в пространстве данной матрицы ПЗС;

потери части зарядов дискретных пакетов при их переносе (неэффективность переноса зарядовых пакетов), которая возрастает с увеличением числа светочувствительных элементов, распределенных во внутрикадровом пространстве ФМПЗС, и соответственно числа и скорости переносов при фиксированной (стандартной) длительности отдельного кадра телевизионного сигнала;

трудности реализации произвольного и непосредственного координатного доступа к пикселям заданных фрагментов внутрикадровой структуры сигнала ТВ-изображения;

относительно низкая степень интеграции (~10⁶ элементов на одном кристалле);

используемая многоуровневая технология не обеспечивает возможности совмещения на одном кристалле ПЗС и транзисторных схем обработки сформированных ТВ-сигналов;

высокое энергопотребление, отличающееся, чаще всего, по уровню напряжения питания для генератора (интегральная схема) необходимых сигналов управления.

В некоторой мере указанные выше недостатки в настоящее время преодолеваются в фототранзисторных матрицах на основе технологии КМОП (ФМКМОП), имеющих чаще всего организацию с произвольным координатным доступом и высокую степень интеграции (>10⁹ элементов на одном кристалле - very large scale integration (VLSI)). Ha этом же кристалле решается задача аналого-цифрового преобразования (АЦП) в цифровой вид (8, 10 и более разрядов двоичного кода) пикселей и задачи цифровой обработки ТВ-сигнала изображений при их формировании.

Использование относительно высокой частоты дискретизации (≥13,5 МГц) уже сформированного ТВ-сигнала может при этом обусловить потребление интегральной схемой АЦП (ИС АЦП) относительно большой мощности, что приводит к увеличению температуры кристалла и соответствующему увеличению уровня шумов, вносимых в процессе формирования сигнала телевизионного изображения. Поэтому АЦП осуществляют в ФМКМОП отдельными столбцами пикселей. Цифровые потоки от каждой схемы АЦП при этом поступают на мультиплексор, формирующий общий телевизионный сигнал в цифровом виде. Такое решение позволило резко снизить частоту АЦП и, следовательно, уменьшить рассеиваемую на кристалле мощность с соответствующим снижением уровня вносимых шумов. Некоторые разработчики в еще большей степени снижают частоту преобразования вплоть до установки схем АЦП, в структуре ФМКМОП на каждый пиксель телевизионного сигнала. Однако в данном случае имеет место увеличение доли площади кристалла, расходуемой на реализацию числа всех необходимых схем АЦП, что снижает, естественно, его совокупную площадь, расходуемую на реализацию необходимого числа светочувствительных элементов.

При формировании сигналов ТВ-изображений с использованием ФМКМОП имеется также возможность преобразования параметров и обработки считанных сигналов с доступом к заданным совокупностям пикселей в процессе формирования соответствующего выходного цифрового сигнала ТВ-изображения.

Рассмотренные выше фоточувствительные матрицы (матричные преобразователи "свет-сигнал" (МПСС)) обеспечили возможность формирования цветовых составляющих сигналов изображений с использованием массива светочувствительных элементов одной ФМПЗС (ФМКМОП) и дискретных (мозаичного типа) световых фильтров (светофильтров). Работы по созданию таких камер были развернуты с конца 70-х годов (Пригожий Г.Я. Матричные формирователи видеосигнала на приборах с зарядовой связью для одноматричных цветных телевизионных камер // Обзоры по электронной технике. Сер. Полупроводниковые приборы. - 1986. - Вып.4 (1186. - С.60; Кузнецов Ю.А., Шилин В.А. Микросхемотехника на приборах с зарядовой связью // Радио и связь. - 1988. - 160 с.)). В настоящее время активно выпускаются малогабаритные одноматричные ТВ-камеры с нанесением дискретных светофильтров непосредственно на светочувствительные элементы. Такие камеры активно используются для решения прикладных задач (видеоконтроль охраняемых объектов, производственных процессов, космическое телевидение и др.).

Основным недостатком одноматричных камер цветного телевидения является низкая разрешающая способность и(или) невысокое качество цветопередачи сформированными сигналами изображений. По указанным параметрам одноматричные камеры существенно уступают камерам с большим числом светочувствительных матриц.

В известных методах формирования сигналов изображений стандартной и высокой четкости, используемых в одноматричных устройствах, переданные с преобразователя свет-сигнал кодированные отсчеты разных цветовых составляющих разделяют при приеме на последовательности кодированных отсчетов каждого из основных цветов. В пределах области каждой из полученных цветовых составляющих производится восстановление недостающих значений цветовых составляющих каждого элемента изображения.

Одним из вариантов такого восстановления является восстановление по формуле ряда Тейлора [1]:

$${\xi }_i\left(t\right)={\displaystyle \sum _{k=0}^c\frac{{\xi }^k\left(t_0\right)}{k!}\ast }{\left(t-t_0\right)}^k+R_c\left(t\right)\left[1\right]$$

где $${\xi }_{{}_i}^k\left(t_0\right)$$ - значение функции ТВ-сигнала и производных функции в точке t=t₀;

$$R_c\left(t\right)={\xi }_{{}_i}^{k+1}\ast \frac{\left(t_c\right)}{\left(k+1\right)!}\ast {\left(t-t_0\right)}^{k+1}-остаточныйчленформулырядаТейлора\left[2\right]$$

(t_c лежит в интервале t₀-t).

Необходимые составляющие формулы ряда Тейлора находят по переданным группам элементов ТВ-сигнала в пределах кадров.

В результате этого восстановления в каждом элементе изображения формируется необходимое для формирования полноценного изображения количество значений разных цветовых составляющих.

Однако такие методы вносят существенные искажения в структуру изображений из-за ошибок интерполяции, неизбежно возникающих при восстановлении недостающих значений цветовых составляющих.

Известно решение, обеспечивающее увеличение разрешающей способности, качества цветопередачи и сужение полосы частот при формировании выходного ТВ-сигнала цветных изображений в одноматричных телевизионных камерах на ФМПЗС (авт. свид. 1211892 СССР от 15.02.1986, кл. H04N 11/00, 9/04. «Способ формирования телевизионного сигнала цветного изображения и устройство для его реализации»). Здесь исходный световой поток разделяют при проецировании на составляющие основных цветов. Каждую из разделенных составляющих светового потока предварительно дискретизируют в плоскости, ортогональной оси проецирования, на идентичные по форме ячейки пропускания светового потока. Затем каждую из составляющих светового потока дополнительно дискретизируют в пределах и за пределами полученных ячеек пропускания на соответствующие группы смежных элементов дискретизации светового потока. При этом общее число элементов дискретизации каждой из составляющих светового потока в ячейках пропускания и прерывания устанавливают в n раз большим числа светочувствительных элементов соответствующих МПСС. Число же элементов дискретизации в участках пропускания устанавливают равным числу светочувствительных элементов соответствующего МПСС. Ячейки пропускания составляющей светового потока последовательно чередуют в полосах, расположенных на плоскости дискретизации вдоль фиксированных параллельных линий, соединяющих центры смежных элементов составляющих светового потока. Ячейки пропускания каждой из составляющих светового потока смещают в четных (нечетных) полосах чередования вдоль соответствующих полос на интервал, кратный половине диаметра элемента дискретизации соответствующей составляющей светового потока.

Относительные в плоскости дискретизации координаты ячеек пропускания цветовых составляющих светового потока периодически изменяют во времени с частотой изменений относительных координат. При этом частоту изменений относительных координат выбирают по величине, равной результату от деления частоты последовательных считываний сигналов смежных кадров в датчиках ТВ-сигналов на целое число. Ячейки пропускания каждой составляющей светового потока периодически возвращают в положение с исходными относительными координатами, а частоту возвращения ячеек в положение с исходными относительными координатами устанавливают по величине, равной результату от деления частоты изменения относительных координат на целое число. Причем ячейки пропускания фиксируют в каждом из положений с различными относительными координатами в течение интервала времени, кратного длительности кадра, а в каждый текущий момент времени равномерно распределяют и проецируют на светочувствительные элементы соответствующей МПСС лишь группы элементов дискретизации каждой составляющей светового потока, совпадающие с положением ячеек пропускания. Соответственно этому периодически считывают с ФМПЗС преобразованные сигналы кадров с уменьшенным числом элементов, а считывание сигналов, соответствующих одним и тем же координатам ячеек пропускания, реализуют группами смежных во времени кадров.

Считанные ТВ-сигналы последовательных кадров кодируют и передают по каналу связи кодированными импульсами (отсчетами, пикселями), каждый из которых соответствует отдельным элементам дискретизации соответствующей составляющей светового потока.

Переданные кодированные отсчеты разделяют при приеме на последовательности кодированных отсчетов каждого из основных цветов. Каждый из разделенных сигналов представляет собой результат преобразования при передаче дискретизированных по группам элементов составляющих основных цветов в сигнал, соответствующий равномерному в пространстве МПСС распределению элементов групп при проецировании.

Разделенные сигналы подвергают при приеме обратному преобразованию к виду, соответствующему исходному, по группам, распределению дискретизированных элементов составляющих основных цветов. Одновременно восстанавливают и отсутствующие элементы сигналов изображений, попавшие при проецировании соответствующих составляющих основных цветов за пределы ячеек пропускания. Для этого разделенные отсчеты параллельно задерживают в последовательности кадров на целое число интервалов времени, кратных по длительности половине периода следования кадров в формируемых ТВ-сигналах основных цветов. Незадержанные и полученные задержанные в последовательности кадров отсчеты параллельно задерживают в пределах строк на целое число интервалов времени, кратных по длительностям половине периода следования смежных элементов в формируемых ТВ-сигналах основных цветов.

Задержкой многократно совмещают во времени все отсчеты смежных групп, которые совместно используются при дальнейшем восстановлении отсутствующих отсчетов в пределах кадра и в последовательности кадров.

Восстановление одних и тех же отсчетов ТВ-сигнала, соответствующих отсутствующим между переданными группами элементам сигналов изображений, реализуют независимо в пределах и в последовательности кадров с применением специальных многочленов, обеспечивающих регенерацию отсутствующих отрезков функции по ее переданным значениям (участкам).

В результате проведенного восстановления имеют несколько восстановленных промежуточных значений амплитуды одних и тех же отсчетов, соответствующих каждому отсутствующему элементу ТВ-сигнала. Значительная скважность передачи групп отсчетов при этом сопровождается увеличением погрешности восстановления. Соответственно, отдельное значение амплитуды отсчета как результата промежуточного восстановления данного элемента сигнала изображения может превысить максимально возможную амплитуду ТВ-сигнала или стать меньше минимально возможной амплитуды. Устранение подобного типа искажений достигают введением соответствующего амплитудного ограничения восстановленных ТВ-сигналов. Уменьшение погрешности восстановления достигается также путем весового усреднения независимо полученных промежуточных значений ТВ-сигнала, соответствующих одному и тому же отсутствующему элементу ТВ-сигнала, за счет изменения коэффициентов весового усреднения. При этом учитывается тот факт, что погрешность восстановления растет с увеличением амплитуды производных в формуле ряда Тейлора и с увеличением расстояния (вдоль направления восстановления) между восстанавливаемыми и опорными (переданными) отсчетами. Поэтому общую сумму весовых коэффициентов при выполнении каждого из суммирований устанавливают равной единице, а отношение между величинами весовых коэффициентов устанавливают обратно пропорциональным протяженности интервалов в пределах кадра и последовательности кадров между опорными и отсутствующими (восстанавливаемыми) отсчетами. Кроме того, относительные величины весовых коэффициентов суммирований изменяют обратно пропорционально изменениям модуля амплитуды сигналов огибающих, соответствующим первым и более высоким по порядку составляющим формулы ряда Тейлора. Восстановленные в пределах сигнала кадра группы элементов ТВ-сигнала суммируют с опорными группами элементов. Аналогичное суммирование реализуют и в последовательности кадров. При этом получают две независимо восстановленные последовательности одних и тех же элементов ТВ-сигнала, которые подвергают аналогичным раздельному амплитудному ограничению и весовому усреднению. Полученный общий сигнал последовательности элементов ограничивают по минимальному и максимальному уровням амплитуд и демодулируют. Демодулированные (в аналоговом виде) или цифровые сигналы каждой из составляющих и используют для формирования сигналов основных цветов.

Формирование сигналов от слабоизменяющихся (малоподвижных) и быстроизменяющихся (подвижных) во времени объектов осуществляют с фиксированными по диапазону величин коэффициентами весового суммирования восстановленных в пределах сигнала кадра и сигнала последовательности кадров кодированных отсчетов ТВ-сигналов.

Недостатком рассмотренного способа является необходимость формирования цветовых составляющих сигналов телевизионных (ТВ) изображений с увеличенной, по отношению к стандартной, частотой кадров. При этом снижается время накопления потенциального рельефа при формировании телевизионных сигналов отдельных кадров и, следовательно, снижается потенциально достижимое соотношение сигнал/шум. Другим недостатком является необходимость периодического изменения во времени (микросмещений) относительных в плоскости дискретизации координат ячеек пропускания цветовых составляющих светового потока с частотами, кратными частоте кадров, что усложняет практическую реализацию устройств, разрабатываемых в соответствии с данным способом.

В некоторой степени подобными по технической сущности рассмотренному выше и предлагаемому изобретению являются варианты способа интерполяции значений уровней отсутствующих пикселей по известным значением уровней соседних пикселей (патент № US 7,551,214 от 23.06.2009, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/335 (2006.01), H04N 9/04 (2006.01), H04N 9/83 (2006.01), H04N 9/00 (2006.01). «Pixel interpolation method»).

Первый из предложенных здесь вариантов основан на вводе и запоминании распределенных по направлениям в пределах данного пространства совокупностей реальных пикселей сигналов составляющих цветных изображений, отражающих значения уровней пикселей, смежных по заданным направлениям и координатам в пространстве интерполируемым пикселям, каждый из сигналов соответствующих цветовых составляющих, нахождении коэффициента корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей отдельной составляющей в каждом из 4-х направлений в пространстве, при этом 2-е из указанных направлений перпендикулярно первому, третье направление отличается от первого и второго, а четвертое перпендикулярно третьему, на интерполяционном вычислении значения одного и того же отсутствующего пикселя отдельной цветовой составляющей по двум взаимно перпендикулярным направлениям с использованием значений уровня реальных, соседних в пространстве пикселей данной составляющей, между которыми находится отсутствующий пиксель по каждому из указанных направлений.

Другими отличительными признаками данного варианта решения являются также то, что

- вводимые пиксельные данные предопределенного цветового пространства соответствуют значениям цветовых составляющих этих пикселей, получаемых путем фильтрации этого цветового пространства по методу Байера;

- первым выбирается одно из двух направлений - вертикальное или горизонтальное, а третье направление должно находиться под углом 45 градусов относительно к вертикальному направлению;

- в случае, если распределенные в пространстве пиксельные данные представляют собой R, G, B цветовые составляющие, то коэффициенты корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей сигналов цветовых составляющих находят для сигнала G составляющей;

- в случае, если распределенные в пространстве пиксельные данные сигналов цветных изображений содержат яркостные составляющие, то коэффициенты корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей сигналов составляющих находят для сигнала яркостной составляющей;

- значение коэффициента корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей сигналов составляющих по первому выбранному для интерполяции направлению обозначается как С1, значение коэффициента корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей сигналов составляющих по второму выбранному для интерполяции направлению обозначается как С2, а коэффициенты пропорциональности, используемые при реализации интерполяции для каждого из выбранных направлении, принимают значения, равные $$\frac{C1}{C1+C2}$$ и $$\frac{C2}{C1+C2}$$ ;

- значение уровня искомого пикселя, полученное в результате его интерполяции по первому направлению, обозначается как Р1, значение искомого пикселя, полученное в результате его интерполяции по второму направлению, обозначается как Р2, а результирующее значение P_r искомого пикселя задается выражением:

$$P_r=P2\ast \frac{C1}{C1+C2}+P1\ast \frac{C2}{C1+C2}\left[3\right]$$

Несколько отличается от рассмотренного выше варианта второй вариант способа интерполяции значений уровней отсутствующих пикселей по известным значениям уровней соседних пикселей (патент № US 7,551,214 от 07.06.2007, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/335 (2006.01), H04N 9/04 (2006.01), H04N 9/83 (2006.01), H04N 9/00 (2006.01). «Pixel interpolation method»), основанный на вводе и запоминании распределенных по направлениям в пределах данного пространства совокупностей реальных пикселей сигналов составляющих цветных изображений, отражающих значения уровней пикселей, смежных по заданным направлениям и координатам в пространстве интерполируемым пикселям, каждый из сигналов соответствующих цветовых составляющих, нахождении коэффициента корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей отдельной составляющей в каждом из 4-х направлений в пространстве таких, что второе направление перпендикулярно первому, третье отличается от первого и второго, а четвертое перпендикулярно третьему, использовании значений смежных отсутствующему пикселей и последующей реализации интерполяции значения отсутствующего пикселя в двух взаимно перпендикулярных из указанных направлений, при этом значение интерполированного пикселя должно быть пропорционально отношению значений коэффициентов корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей по этим взаимно перпендикулярным направлениям.

Другими отличительными признаками второго варианта решения являются также то, что

- реализация интерполяции пикселя производится в направлении, имеющем наибольший коэффициент корреляционных связей из двух направлений, входящих в пару направлений с наибольшей разностью значений соответствующих каждому из направлений коэффициентов корреляционных связей;

- реализация интерполяции производится по двум направлениям, включающим направление с наибольшей разностью значений соответствующих каждому из направлений коэффициентов корреляционных связей, и каждому из этих направлений назначаются соответствующие весовые коэффициенты пропорциональности, зависящие от величины коэффициентов корреляционных связей в этих направлениях.

Третий вариант данного способа интерполяции значений уровней отсутствующих пикселей по известным значением уровней соседних пикселей (патент № US 7,551,214 от 07.06.2007, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/335 (2006.01), H04N 9/04 (2006.01), H04N 9/83 (2006.01), H04N 9/00 (2006.01). «Pixel interpolation method»), основанный на вводе и запоминании распределенных по направлениям в пределах данного пространства совокупностей реальных пикселей сигналов составляющих цветных изображений, отражающих значения уровней пикселей, смежных по заданным направлениям и координатам в пространстве интерполируемым пикселям, каждый из сигналов соответствующих цветовых составляющих, нахождении коэффициента корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных интерполируемому пикселю пикселей отдельной цветовой составляющей в первом направлении, втором направлении, перпендикулярном первому, в третьем направлении, не совпадающем с первым и вторым, и в четвертом направлении, перпендикулярном третьему, из 4-х не совпадающих направлений в пространстве, отличающийся тем, что с целью увеличения точности находят коэффициенты корреляционных связей между уровнями двух ближайших, из смежных, интерполируемому пикселю, пикселей данной цветовой составляющей по каждому отдельному, из четырех, направлений в пространстве вокруг местоположения интерполируемого пикселя, используют четыре значения коэффициентов корреляционных связей, и выполняют вычисление значения уровня отсутствующего пикселя с использованием хотя бы одного направления интерполяции, совпадающего с направлением, входящим в пару направлений с наибольшей разностью коэффициентов корреляционных связей, причем первую пару составляют первое и второе направление, а вторую пару составляют третье и четвертое направление.

Четвертый вариант известного способа интерполяции значений уровней отсутствующих пикселей по известным значениям уровней соседних пикселей (патент № US 7,551,214 от 07.06.2007, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/335 (2006.01), H04N 9/04 (2006.01), H04N 9/83 (2006.01), H04N 9/00 (2006.01). «Pixel interpolation method») отличается от первого, второго и третьего вариантов тем, что значения коэффициентов корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей сигналов составляющих по направлениям интерполяции обозначаются С1-С4 соответственно их направлениям, и реализацию интерполяции значения отсутствующего пикселя осуществляют по четырем направлениям с использованием следующих коэффициентов пропорциональности: $$\frac{C2+C3+C4}{C1+C2+C3+C4}$$ $$\frac{C1+C3+C4}{C1+C2+C3+C4}$$ $$\frac{C1+C2+C4}{C1+C2+C3+C4}$$ $$\frac{C1+C2+C3}{C1+C2+C3+C4}$$

Пятый вариант представленного способа интерполяции значений уровней отсутствующих пикселей по известным значениям уровней соседних пикселей (патент № US 7,551,214 от 07.06.2007, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/335 (2006.01), H04N 9/04 (2006.01), H04N 9/83 (2006.01), H04N 9/00 (2006.01). «Pixel interpolation method») отличается от первого, второго и третьего вариантов тем, что реализация интерполяции уровня отсутствующего пикселя производится по 4-м направлениям обратно пропорционально значениям коэффициентов корреляционных связей каждого из этих направлений.

Другим отличительным признаком пятого варианта решения является также то, что первый коэффициент пропорциональности представляется в виде коэффициента корреляционной связи по второму направлению интерполяции отсутствующего пикселя, деленного на сумму коэффициентов корреляционной связи по первому и второму направлениям интерполяции, второй коэффициент пропорциональности представляется в виде коэффициента корреляционной связи по первому направлению интерполяции отсутствующего пикселя, деленного на сумму коэффициентов корреляционной связи по первому и второму направлениям интерполяции, третий коэффициент пропорциональности представляется в виде коэффициента корреляционной связи по четвертому направлению, деленного на сумму коэффициентов корреляционной связи по четвертому и третьему направлениям интерполяции, четвертый коэффициент пропорциональности представляется в виде коэффициента корреляционной связи по третьему направлению, деленного на сумму коэффициентов корреляционной связи по четвертому и третьему направлениям интерполяции.

Шестой вариант способа интерполяции значений уровней отсутствующих пикселей по известным значениям уровней соседних пикселей (патент № US 7,551,214 от 07.06.2007, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/335 (2006.01), H04N 9/04 (2006.01), H04N 9/83 (2006.01), H04N 9/00 (2006.01). «Pixel interpolation method») основан на вводе и запоминании распределенных по направлениям в пределах данного пространства совокупностей реальных пикселей сигналов составляющих цветных изображений, отражающих значения уровней пикселей, смежных по заданным направлениям и координатам в пространстве интерполируемым пикселям, каждый из сигналов соответствующих цветовых составляющих, нахождении коэффициента корреляционных связей между уровнями каждых двух из смежных пикселей отдельной составляющей в каждом из 4-х направлений в пространстве таких, что второе направление перпендикулярно первому, третье отличается от первого и второго, а четвертое перпендикулярно третьему, нахождении первой разницы между коэффициентами корреляционных связей в первом и втором направлениях и второй разницы между коэффициентами корреляционных связей в третьем и четвертом направлении, определении первого и второго коэффициентов пропорциональности с использованием первого и второго коэффициентов корреляционных связей, определении третьего и четвертого коэффициентов пропорциональности с использованием третьего и четвертого коэффициентов корреляционных связей, перемножении первого и второго коэффициента пропорциональности на первую разницу между коэффициентами корреляционных связей, перемножении третьего и четвертого коэффициента пропорциональности на вторую разницу между коэффициентами корреляционных связей и на последующей реализации интерполяции значений пикселя по 4-м направлениям, причем по каждому направлению интерполяция проводится с учетом перемноженных коэффициентов пропорциональности.

Недостатком рассмотренного способа интерполяции значений уровней отсутствующих пикселей по известным значениям уровней соседних пикселей (патент № US 7,551,214 от 07.06.2007, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/335 (2006.01), H04N 9/04 (2006.01), H04N 9/83 (2006.01), H04N 9/00 (2006.01). «Pixel interpolation method») являются потери четкости сигналов изображений интерполированных цветовых составляющих.

Специфика практической реализации устройства и блоков параллельной интерполяции отсутствующих пикселей сигналов телевизионных изображений подробно представлена в работе, посвященной преобразованию чересстрочной развертки в построчную (патент РФ №2,454,822 от 27.06.2012, кл. H04N 7/01. «Способ преобразования сигнала телевизионного изображения и устройство для его осуществления»).

Близкими по технической сущности являются также метод и устройство интерполяции пикселей цветовых составляющих сигнала изображения (патент № US 7,206,021 от 21.08.2003, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/228 (2006.01), H04N 1/46 (2006.01), H04N 9/32 (2006.01), Apr.17, 2007. «Hybrid pixel interpolating apparatus and hybrid pixel interpolating method»), основанные на использовании n-го числа вариантов параллельной, в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства, интерполяции отсутствующих пикселей отдельной из цветовых составляющих, на вычислении для каждой из указанных цветовых составляющих пикселей сигнала изображения с учетом результатов предварительно выполненной оценки статистических параметров (таких как общая сумма, среднее значение, дисперсия или стандартное отклонение яркости, оттенка, насыщенности и др.) в области 3×3 или 5×5 пикселей, в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства, данной цветовой составляющей, окружающих отсутствующие пиксели, значений весовых коэффициентов, определяющих вклад каждого из параллельно полученных при реализации указанных вариантов осуществления интерполяции отсутствующего пикселя пикселей в общий, соответствующий конечному результату интерполяции, пиксель, умножении каждого из параллельно полученных при реализации указанных вариантов осуществления интерполяции пикселей на соответствующие весовые коэффициенты и суммировании умноженных пикселей с получением указанного общего, соответствующего конечному результату интерполяции, пикселя.

Наиболее близким по технической сущности аналогом заявленного изобретения по совокупности признаков и операций над сигналом изображений приняты метод и устройство интерполяции пикселей цветовых составляющих сигнала изображения (патент № US 7,206,021 от 21.08.2003, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/228 (2006.01), H04N 1/46 (2006.01), H04N 9/32 (2006.01). «Hybrid pixel interpolating apparatus and hybrid pixel interpolating method»), основанные на использовании n-го числа вариантов параллельной интерполяции отсутствующих пикселей отдельной из цветовых составляющих, на вычислении для каждой из указанных цветовых составляющих пикселей сигнала изображения с учетом результатов предварительно выполненной оценки статистических параметров (таких как общая сумма, среднее значение, дисперсия или стандартное отклонение яркости, оттенка, насыщенности и др.) в области 3×3 или 5×5 пикселей данной цветовой составляющей, окружающих отсутствующие ее пиксели, значений весовых коэффициентов, определяющих вклад каждого из параллельно полученных при реализации указанных вариантов осуществления интерполяции отсутствующего пикселя пикселей в общий, соответствующий конечному результату интерполяции, пиксель, умножении каждого из параллельно полученных при реализации указанных вариантов осуществления интерполяции пикселей на соответствующие весовые коэффициенты и суммировании умноженных пикселей с получением указанного общего, соответствующего конечному результату интерполяции, пикселя.

Соответствующее данному методу устройство содержит первый регистр (блок памяти), подключенный ко входу устройства, блок вычисления весовых коэффициентов, входы которого соединены с выходами блока памяти и первыми выходами каждого из блоков параллельной интерполяции 41,42…4n, блок смешения, при этом вторые выходы D_I1, D_I2…D_In блоков параллельной интерполяции 41,42…4n пикселей цветовых составляющих соединены в блоке смешения с сигнальными входами блоков взвешивания 61,62…6n полученных в блоках параллельной интерполяции пикселей, управляющие входы блоков взвешивания 61,62…6n соединены с соответствующими выходами блока вычисления весовых коэффициентов, выходы каждого из блоков взвешивания 61,62…6n соединены с отдельным из входов первого блока суммирования, выход которого подключен к выходу устройства Dc.

Первый регистр может состоять в данном случае из регистров сдвига, или модулей памяти, которые последовательно задерживают информацию пикселей заданного числа цветовых составляющих двумерной области изображения размерами 3 на 3 или 5 на 5 пикселей. В первом регистре пиксель с цветовой составляющей, как у центрального пикселя, считается текущим и отличается от других пикселей. Блоки интерполяции 41,42,…,4n-1,4n разными вариантами осуществляют интерполяцию пикселей недостающих (по отношению к текущему) пикселей других цветовых составляющих, используя при этом пиксели, выводимые с первого регистра памяти и подвергнутые определенной выборке.

В блоке вычисления весовых коэффициентов для каждого пикселя производится расчет весовых коэффициентов α₁α₂, …, α_n-1, α_n, которые назначаются соответствующим им блокам взвешивания, в которых присваивают вес пикселям, поступающим с первого регистра памяти, или пикселям D_P1, D_P2, …, D_Pn, параллельно полученным в блоках интерполяции 41-4n. Весовые коэффициенты являются значениями, показывающими относительный вклад каждого параллельно интерполированного пикселя в общее (конечное) интерполированное значение пикселя. Сумма коэффициентов взвешивания α₁+α₂+…+α_n-1+α_n имеет постоянное значение.

Далее в блоках 61-6n блока смешения производится взвешивание (перемножение) значений пикселей D_I1-D_In, полученных в блоках параллельной интерполяции 41-41n, на соответствующие им коэффициенты взвешивания α₁ α₀, …, α_n-1, α_n с блока вычисления весовых коэффициентов, а в первом сумматоре производится суммирование всех данных, выводимых с блоков 61-6n. С выхода первого блока суммирования результирующее интерполированное значение пикселя Dc поступает на выход устройства.

В описанном выше устройстве интерполяции разнородных пикселей с блоков интерполяции пикселей 41-4n получают интерполированные значения пикселей сигналов цветовых составляющих D_I1-D_In, которые взвешиваются в соответствии с индивидуальными весовыми коэффициентами α₁-α_n, заданными блоком вычисления весовых коэффициентов. Расчет этих весовых коэффициентов (α₁-α_n) производится с учетом указанных выше статистических стоимостей. Предполагается, что в зависимости от характеристик изображения блоки интерполяции 41-4n будут взаимно компенсировать сопутствующие отдельному варианту интерполяции искажения результирующего пикселя.

В решении (патент № US 7,206,021 от 21.08.2003, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/228 (2006.01), H04N 1/46 (2006.01), H04N 9/32 (2006.01). «Hybrid pixel interpolating apparatus and hybrid pixel interpolating method») рассмотрены также частные варианты реализации (на основе уже рассмотренного выше устройства) двух устройств интерполяции разнородных пикселей, содержащих дополнительный вход St (режим съемки) и второй регистр, и реализации соответствующих блоков вычисления весовых коэффициентов, интерполяции и смешения для случаев формирования в пределах светочувствительной поверхности матричного преобразователя "свет-сигнал" дискретных пикселей, соответствующих трем и четырем цветовым составляющим.

Вариант блока 41 с тремя цветовыми составляющими включает в себя первый, второй и третий блоки усреднения, первый и второй блоки деления и первый и второй блоки перемножения. При этом первые, вторые и третьи независимые выходы первого регистра соединены со входами каждого из указанных блоков усреднения, выход первого из которых параллельно соединен со вторыми входами первого и второго блоков деления, выход второго из которых соединен с первым входом первого блока деления, выход третьего из которых соединен с первым входом второго блока деления, выходы блоков деления соединены с управляющими входами блоков перемножения, сигнальные входы которых параллельно подключены к четвертому выходу первого регистра, выходы блоков перемножения соединены в блоке смешения с раздельными, первым и вторым, сигнальными входами первого блока взвешивания, третий из входов которого параллельно подключен к четвертому выходу первого регистра, к входу блока вычисления весовых коэффициентов и к сигнальным входам первого и второго блоков перемножения, пятые выходы первого регистра соединены со входами второго блока интерполяции, выходы которого соединены в блоке смешения с сигнальными входами блока взвешивания.

Средние значения (статистические стоимости) AV1, AV2, и AV3 получают в блоках усреднения путем раздельного усреднения значений соответствующих пикселей (R, G и В) для каждой цветовой составляющей внутри заданной (выбранной) области (3×3 или 5×5) смежных пикселей. В первом блоке усреднения вычисляется среднее значение пикселей AV1 цветовой компоненты, цвет которых одинаков с цветом текущего (реального присутствующего, а не интерполированного) пикселя, например данной компоненты В. Следовательно, среднее значение AV1 есть среднее арифметическое значений всех реальных пикселей В компоненты в пределах заданной области их распределения. В других блоках усреднения аналогичным образом производится расчет (с использованием реальных присутствующих) пикселей сигналов средних значений AV2 и AV3 в отношении цветовых компонент, отсутствующих в текущем пикселе Рс. В выбранном примере такими компонентами будут R и G составляющие.

На блоки деления поступают пиксели сигналов средних значений AV1-AV3. Здесь вычисляют отношения AV1/AV2 и AV1/AV3, сигналы, определяющие значения которых поступают на управляющие входы блоков перемножения. В блоках перемножения производится перемножение данных, поступивших с блоков деления соответственно на значение текущего пикселя Рс, и выводимые значения Sc принимаются как значения отсутствующих в данном пикселе цветовых составляющих.

Значения смежных пикселей, окружающих текущий пиксель Рс, используются для расчета весовых коэффициентов (AV1/AV2 и AV3/AV1), но не используются в методе интерполяции пикселей цветовых составляющих. Пиксели отсутствующих составляющих получают за счет умножения реального (присутствующего) пикселя данной цветовой составляющей на полученные отношения.

Недостатком осуществляемого в данном случае варианта интерполяции, в блоке 41, является усиление влияния шумов при низком отношении сигнала к составляющим шума. В таких случаях, когда пиксели сигналов цветовых составляющих имеют низкие значения и подвержены существенному воздействию шумов, весовой коэффициент сигнала от блока интерполяции 41 должен быть как можно меньшим. К тому же в области черного и белого могут искажаться цвета или на границах цветовых переходов может возникать обесцвечивание. Для того чтобы точно вычислить отсутствующие цветовые компоненты при помощи вычисления пикселей сигналов средних значений AV1-AV3 в локальной области, необходимо точно знать уровень сигнала каждой цветовой составляющей. Однако, при большой девиации цвета, средний уровень сигнала определенной составляющей существенно не возрастает, что вызывает обесцвечивание и приводит к ухудшению качества цветопередачи.

В блок интерполяции пикселей 42 из первого регистра поступают значения пикселей сигналов цветовых составляющих, соответствующих заданной локальной области. С их использованием осуществляется второй, сопутствующий первому, вариант интерполяции пикселей, отражающих недостающие цветовые компоненты текущего пикселя. Полученные значения пикселей сигналов всех цветовых составляющих поступают в блоке смешения на сигнальный вход второго блока взвешивания.

Для оценки весовых коэффициентов для каждого блока интерполяции используются сигналы средних значений AV1-AV3, поступающих с блоков усреднения.

Соответствующий вариант блока вычисления весовых коэффициентов с тремя цветовыми составляющими содержит первый блок преобразования, блок сортировки, третий блок деления, второй блок преобразования, второй блок суммирования, блок вычитания, второй регистр, первый и второй блоки селекции. При этом четвертый выход первого регистра, сигнальные входы первого и второго блоков умножения, первого блока интерполяции и третий сигнальный вход первого блока умножения (в блоке смешения) параллельно подключены ко входу первого блока преобразования, выход которого соединен с первым входом второго блока суммирования, выход первого блока усреднения и вторые входы первого и второго блоков деления (в первом блоке интерполяции) параллельно подключены к первому входу блока сортировки, выход второго блока усреднения и первый вход первого блока деления (в первом блоке интерполяции) параллельно соединены со вторым входом блока сортировки, третий вход которого параллельно соединен с выходом третьего блока усреднения и первым входом второго блока деления (первого блока интерполяции), первый и второй выходы блока сортировки соединены со вторым и первым входом блока деления, выход которого соединен со вторым входом второго блока суммирования, вход St выбора режима съемки устройства подключен ко входу второго регистра, выход которого параллельно подключен к управляющим входам первого и второго блоков селекции, выход второго блока суммирования параллельно соединен с первым сигнальным входом первого блока селекции, со вторым сигнальным входом второго блока селекции и со входом блока вычитания, выход которого параллельно соединен со вторым сигнальным входом первого блока селекции и с первым сигнальным входом второго блока селекции, выход первого блока селекции подключен к управляющему входу первого блока взвешивания, с управляющим входом второго из которых соединен выход второго блока селекции.

В блоке преобразования производится преобразование значения текущего пикселя Рс, поступившего с первого регистра в соответствии с заданной таблицей функцией, форма которой позволяет снизить влияние шумов в областях исходных данных изображения с низким уровнем яркости. Полученный результат поступает на первый вход блока сложения.

В блоке сортировки распределяются в порядке возрастания или убывания средние значения пикселей цветовых составляющих AV1, AV2 и AV3, поступающих с упомянутых выше блоков усреднения. В блоке деления производится расчет степени девиации, которая равна отношению (Mn/Мах) минимального среднего значения, из числа средних значений каждой цветовой составляющей AV1, AV2, AV3, к максимальному. Вычисление минимального и максимального значений с последующим вычислением их отношения позволяет избежать искажений, возникающих при равенстве указанных значений нулю.

Во втором блоке преобразования уровни входного сигнала, поступившего с блока деления, определяют значение дроби (Mn/Мх). Данное отношение отражает степень девиации цвета в заданной области распределения пикселей цветовых составляющих. На выходе блока преобразования значения сигнала преобразуются в соответствии с заданной таблицей функцией. Хранящийся в блоках преобразования архив уровней входных сигналов позволяет определить или вычислить соответствующие выходные значения уровней. Значения уровней на выходе блока преобразования становятся меньше при возрастании девиации цвета и увеличиваются при уменьшении девиации цвета. Полученный в результате преобразования сигнал поступает с выхода блока преобразования на второй вход блока суммирования.

В блоке суммирования складываются значения, выводимые с блоков преобразования. Полученный сигнал, определяющий значение внутреннего коэффициента (µ), поступает на вход блока вычитания, а также на первый вход («0») селектора и на второй вход («1») селектора. В блоке вычитания реализуют вычитание сигнала, определяющего значение коэффициента из его возможного максимального значения. При этом на выход блока вычитания и, следовательно, на второй вход «1» селектора и на первый вход («0») селектора поступают уровни сигнала, определяющие значения коэффициента как (1-µ).

На выходы селекторов поступают значения с выходов «0» либо «1» в зависимости от значения логического сигнала селекции St от второго регистра («0» или «1»). Сигналы, полученные при этом на выходах селекторов, определяют величины весовых коэффициентов и, следовательно, определяют вклад пикселей цветовых составляющих, полученных в блоках интерполяции, в уровни сигналов результирующих интерполированных пикселей трех цветовых составляющих, поступающих на выходы данного варианта устройства интерполяции разнородных пикселей.

Частный вариант устройства интерполяции разнородных пикселей четырех цветовых составляющих по решению (патент № US 7,206,021 от 21.08.2003, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/228 (2006.01), H04N 1/46 (2006.01), H04N 9/32 (2006.01). «Hybrid pixel interpolating apparatus and hybrid pixel interpolating method») существенно не отличается по принципу построения и функционирования от вышерассмотренного варианта устройства для трех цветовых составляющих. Отличия в данном случае не касаются принципов построения и функционирования устройств (конкретных блоков) и определяются лишь возрастанием до четырех числа совокупностей реальных пикселей сигналов составляющих цветных изображений, распределенных по направлениям в пределах пространства светочувствительной матрицы и отражающих значения уровней реальных пикселей, смежных по заданным направлениям и координатам в пространстве интерполируемым пикселям, каждый из сигналов цветовых составляющих.

Недостатками рассмотренного решения (патент № US 7,206,021 от 21.08.2003, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/228 (2006.01), H04N 1/46 (2006.01), H04N 9/32 (2006.01). «Hybrid pixel interpolating apparatus and hybrid pixel interpolating method»), таким образом, являются линейные искажения пространственной структуры изображений, которые проявляются потерями четкости сигналов изображений интерполированных цветовых составляющих, и нелинейные искажения изображений, которые проявляются при передаче видеоинформационных фрагментов в виде возникновения биений пространственной структуры изображений со структурой распределения пикселей цветовых составляющих, ухудшения цветопередачи и обесцвечивания резких цветовых переходов при низком отношении сигнала к шуму и при большой девиации цвета.

Сущность изобретения

Задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является улучшение качества изображений, увеличение четкости изображений, уменьшение нелинейных, муарового типа, искажений и сохранение цветности при низком отношении сигнал к шуму и значительной девиации цвета за счет повышения качества восстановления отсутствующих значений цветовых составляющих.

Решение поставленной задачи в способе формирования сигналов изображений в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости достигается тем, что исходный видеосигнал, состоящий из последовательных во времени сигналов телевизионных кадров, содержащих совместное распределение заданного числа n (n=3, 4…) сигналов независимых цветовых составляющих с исходными, минимальными по величине, по направлениям внутрикадрового пространства периодами следования смежных, в пределах сигналов отдельных строк и по межстрочным направлениям, исходных пикселей не одноименных цветовых составляющих, разделяют, в пределах сигналов строк и по межстрочным направлениям, на отдельные, в пределах сигналов строк и по межстрочным направлениям, группы исходных пикселей одноименных цветовых составляющих, запоминают и совмещают во времени группы исходных пикселей разделенных сигналов цветовых составляющих, смежные, в пределах сигналов отдельных строк и по межстрочным направлениям, отсутствующим, по отношению к варианту совместного распределения, пикселям, каждой из цветовых составляющих, осуществляют, с использованием указанных групп исходных пикселей, интерполяционное восстановление значений уровня отсутствующих пикселей цветовых составляющих в каждом элементе изображения, при этом вычисляют по каждому из используемых направлений интерполяции изменения уровня сигналов разности смежных пикселей сигналов цветовых составляющих, конкретизируют значения уровней сигналов разности в точках с координатами, в пределах отдельных и смежных строк, совпадающих с координатами предшествующего и последующего, по отношению к местоположению отсутствующего, пикселей, осуществляют, в соответствии с изменениями уровня сигналов разности, независимые предсказания уровня двух промежуточных пикселей по каждому из направлений, координаты первого из которых находятся в интервале между предшествующим и интерполируемым пикселем, координаты второго из которых находятся между последующим и интерполируемым пикселем, изменяют интервал от предшествующего и последующего пикселей до первого и второго предсказанных промежуточных пикселей обратно пропорционально изменениям абсолютного значения уровней сигнала разности в точках с координатами предшествующего и последующего пикселей, реализуют, с использованием полученных уровней указанных двух промежуточных пикселей, интерполяцию отсутствующего пикселя в сокращенном по протяженности интервале, реализуют выбранное число независимых вариантов указанной параллельной интерполяции по независимым направлениям в пределах внутрикадрового пространства, обеспечивающих параллельные независимые восстановления уровня каждого из отсутствующих, по отношения к варианту следования с исходным периодом, пикселей отдельной цветовой составляющей, вычисляют для восстанавливаемых пикселей каждой из цветовой составляющих сигнала изображения значения весовых коэффициентов корреляционных связей, определяющих, с учетом результатов предварительно выполненной оценки, степень необходимого вклада каждого отдельного из параллельно полученных, с использованием независимых вариантов интерполяции по пространственному направлению, значений уровня одного и того же отсутствующего пикселя, в итоговый его уровень, соответствующий конечному результату процесса восстановления, умножают каждый из параллельно полученных с использованием указанных вариантов осуществления интерполяции по пространственному направлению уровней отдельных из отсутствующих пикселей на соответствующие им весовые коэффициенты, суммируют умноженные уровни пикселей с восстановлением соответствующих итоговому результату интерполяции уровней каждого из отсутствующих, по отношению к исходному периоду следования, пикселей сигналов цветовых составляющих, вводят с соответствующим совмещением по координатам в пределах внутрикадрового пространства в разделенные и независимые последовательности исходных пикселей сигналов отдельных цветовых составляющих восстановленные, отсутствующие, пиксели с получением преобразованных, периодического вида, последовательностей пикселей указанных разделенных сигналов цветовых составляющих с исходным, минимальным по величине и фиксированным, периодом следования смежных пикселей в пределах сигналов отдельных строк и по межстрочным направлениям, распределяют, по группам или попарно, указанные восстановленные, совпадающие по положению в пределах отдельных и совокупности смежных строк внутрикадрового пространства, пиксели последовательностей сигналов цветовых составляющих, восстанавливают на основе интерполяции и экстраполяции и по аналогии с внутрикадровым восстановлением, в соответствии с координатами местоположения распределенных сигналов цветовых составляющих в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления, по значениям уровней последовательностей пикселей сигналов цветовых составляющих каждой из групп (пар), значение уровня пикселя сигнала другой, не вошедшей в эту группу, промежуточной, по координатам в пределах цветового направления, цветовой составляющей, восстанавливают краевые, по координатам в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления, пиксели сигналов цветовых составляющих на основе экстраполяции и весового суммирования пикселей сигналов предшествующих или последующих, по положению соответствующих координат в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления, сигналов цветовых составляющих, при этом вычисляют абсолютное значение разности уровней пикселей двух предшествующих, с наиболее близкими и более дальними, по отношению к восстанавливаемому сигналу цветовой составляющей, координатами, или последующих, с наиболее близкими и более дальними, по отношению к восстанавливаемому сигналу цветовой составляющей, получают экстраполированное значение пикселей сигнала составляющей в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления с промежуточными координатами между восстанавливаемым и ближайшим из сигналов цветовых составляющих, уменьшают протяженность первого интервала между координатами сигнала ближайшей цветовой составляющей и промежуточной с возрастанием абсолютного значения уровня сигнала разности и выходом уровня ближайшего по координатам в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления из сигналов цветовых составляющих за пределы установленного диапазона значений, устанавливают весовые коэффициенты для уровней промежуточного и экстраполированного значения сигналов цветовых составляющих в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления во втором интервале между положениями промежуточной и восстанавливаемой цветовой составляющей, снижают в этом, втором, интервале значение относительной величины весового коэффициента для экстраполированного значения с возрастанием абсолютного значения уровня сигнала разности, умножают значения уровней промежуточного и экстраполированного во втором интервале значений на весовые коэффициенты и суммируют с получением уровня восстановленных пикселей, ограничивают значения уровней тех восстановленных пикселей сигналов цветовых составляющих, которые превышают по уровню максимально допустимое значение, совмещают во времени и суммируют в пределах внутрикадрового пространства разделенную совокупность исходных пикселей каждой из цветовых составляющих с полученными восстановленными по цветовому направлению одноименными последовательностями отсутствующих пикселей с формированием восстановленных независимых периодических последовательностей пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих с заданным, по отдельному из направлений внутрикадрового пространства, минимальным периодом их следования, осуществляют расчет весовых коэффициентов, соответствующих вариантам вычисления значений отсутствующих пикселей данной цветовой составляющей на основе внутрикадровой интерполяции и получения значения отсутствующих пикселей цветовой составляющей на основе интерполяции или экстраполяции по цветовому направлению, умножают параллельно восстановленные по цветовому и внутрикадровому направлению значения одной и той же отсутствующей цветовой составляющей на соответствующие расчетные весовые коэффициенты, суммируют полученные после умножения на весовые коэффициенты значения уровней параллельно восстановленных пикселей для итогового вычисления результирующего значений отсутствующих пикселей каждой цветовой составляющей и по внутрикадровому и по цветовому направлениям, осуществляют низкочастотную фильтрацию полученных пикселей сигналов цветовых составляющих в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства, сокращают протяженность области пропускания составляющих спектра сигналов изображений при осуществлении указанной фильтрации под углами сорок пять и сто тридцать пять градусов в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства.

Использование предлагаемого способа формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости позволяет улучшить качество восстановления отсутствующих значений пикселей сигналов цветовых составляющих, увеличить четкость изображений, уменьшить нелинейные, муарового типа, искажения и сохранить цветность при низком отношении сигнала к шуму и значительной девиации цвета.

Особенность подхода к такому принципу формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости базируется на использовании корреляционных связей пикселей цветовых составляющих сигналов изображения, соответствующих каждому отдельному элементу внутрикадровой структуры сигнала изображений, что обеспечивает улучшение общего качества формирования сигналов телевизионных изображений.

Использование известных операций формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости, наряду с новым предложенным методом в новой предложенной последовательности, и их применение в данном способе являются существенными и обеспечивают достижение поставленной цели.

Решение поставленной задачи позволяет улучшить качество формируемых изображений, увеличить их четкость, уменьшить нелинейные искажения, сохранить цветность при низком отношении сигнала к шуму и значительной девиации цвета.

Краткое описание чертежей

Сущность предлагаемого устройства и способа поясняется следующими фигурами.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости.

На фиг.2 иллюстрационно показаны принципы интерполяции недостающих значений пикселей СЦС:

на фиг.2,а) показаны способы интерполяции неизвестных значений уровня пикселя СЦС в пределах внутрикадрового пространства по независимым направлениям;

на фиг.2,б) показаны способы интерполяции отсутствующих значений уровня пикселей СЦС по цветовому направлению.

На фиг.3 иллюстрационно показаны принципы восстановления неизвестных значений уровня пикселей СЦС по цветовому направлению:

на фиг.3,а показан вариант восстановления красной R_IC составляющей пикселя при условии, что изначально известно значение синей В составляющей;

на фиг.3,б показан вариант восстановления красной R_IC составляющей пикселя при условии, что изначально известно значение зеленой G составляющей;

на фиг.3,в показан вариант восстановления синей B_IC составляющей пикселя при условии, что изначально известно значение красной R составляющей;

на фиг.3,г показан вариант восстановления синей B_IC составляющей пикселя при условии, что изначально известно значение зеленой G составляющей;

на фиг.3,д показан вариант восстановления зеленой G_IC составляющей пикселя при условии, что изначально известно значение красной R составляющей;

на фиг.3,е показан вариант восстановления зеленой G_IC составляющей пикселя при условии, что изначально известно значение синей В составляющей.

На фиг.4 иллюстрационно показан принцип экстраполяционно-интерполяционного восстановления недостающих значений пикселей СЦС:

На фиг.4,а представлен вариант восстановления недостающих значений пикселей СЦС по пространственному направлению,

На фиг.4,б представлен вариант восстановления недостающих значений пикселей СЦС по межцветовому направлению для варианта с 4-мя цветовыми составляющими.

На фиг.5 представлен блок 3 формирования сигналов синхронизации и управления (БФССиУ).

На фиг.6 представлен блок 4 задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих (БЗРиР).

На фиг.7 представлен блок 5 многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей (БМВИ).

На фиг.8 представлен блок 6 внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей СЦС.

На фиг.9 представлен блок 7 межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих (БМПиИ).

На фиг.10 представлен блок 8 вычисления весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих (БВКВВ).

На фиг.11 представлен блок 9 оценки весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих (БВКМВ).

На фиг.12 представлен блок 10 относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления (БООВК).

На фиг.13 представлен блок 11 результирующего восстановления (БРВ).

На фиг.14 представлен блок 12 внутрикадровой низкочастотной фильтрации (БВНЧФ).

Раскрытие изобретения

Для повышения качества восстановления отсутствующих значений цветовых составляющих, увеличения четкости изображений, уменьшения нелинейных, муарового типа, искажений и сохранения цветности при низком отношении сигнала к шуму и значительной девиации цвета в устройство формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой (фиг.1) четкости по прототипу (патент № US 7,206,021 от 17.04.2007, кл. H04N 3/14 (2006.01), H04N 5/228 (2006.01), H04N 1/46 (2006.01), H04N 9/32 (2006.01). «Hybrid pixel interpolating apparatus and hybrid pixel interpolating method»), содержащее вход устройства 1, параллельно подключенные ко входу устройства блок 3 формирования сигналов управления, сформированные сигналы управления с выходов которого подключены к соответствующим другим независимым входам блоков устройства, и блок 4 задержки, разделения и распределения пикселей сигналов всех анализируемых цветовых составляющих, вход сигналов внешней синхронизации 2, который подключен к другому входу блока 3 формирования сигналов управления, блок 5 многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей, первые выходы 26 блока 4 задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих, которые подключены ко входам блока 5 многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, блок 8 вычисления весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления, первые входы которого подключены к первым выходам 27 блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих и вторые входы которого параллельно подключены ко входам 26 блока 5 многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, блок 6 внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, к независимым входам которого подключены вторые выходы 32 блока 5 многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, первые независимые выходы 34 блока 8 весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления и вторые выходы 23 блока 4 задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих, другие независимые входы которого подключены к выходам 17 блока 6 внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, введены блок 7 межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, входы которого подключены к третьим независимым выходам 25 блока 4 задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих, другие входы которого подключены к первым выходам 19 блока 7 межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей СЦС, блок 9 весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, первые, вторые и третьи входы которого соединены со вторыми 40 и 47 и третьими 46 выходами блока 7 межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей СЦС, блок 10 относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, первые независимые входы которого подключены к другим выходам 50 блока 8 весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих и вторые независимые входы которого соединены с выходами 54 блока 9 весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, блок 11 результирующего восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, при этом к выходам 60 блока 10 относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих подключены первые входы блока 11 результирующего восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, блок 12 внутрикадровой низкочастотной фильтрации, четвертые 21 и пятые 24 независимые выходы блока задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих, которые соединены со вторыми и третьими независимыми входами блока 11 результирующего восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, а выходы 63 блока 11 результирующего восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих подключены к входу блока 12 внутрикадровой низкочастотной фильтрации, ко второму входу которого подключен сигнал управления 67 и сигнальный выход 70 которого подключен к выходу 13 предложенного устройства.

Причем блок 3 формирования сигналов синхронизации и управления (БФССиУ) (фиг.5) содержит вход 1 исходного ТВ-сигнала совокупности, в пределах сигнала каждого кадра, пикселей не одноименных цветовых составляющих, селектор 14 сигнала синхронизации, вход которого подключен в БФССиУ к входу 1 исходного ТВ-сигнала совокупности, в пределах сигнала каждого кадра, пикселей не одноименных цветовых составляющих и на выход которого поступает сигнал синхронизации, логический формирователь 15 сигналов синхронизации и управления, первый вход которого соединен с выходом селектора 14 сигнала синхронизации, вход 2 сигнала внешней синхронизации (СВС), который подключен ко второму входу логического формирователя 15 сигналов синхронизации, выходы 16 логического формирователя сигналов синхронизации и управления подключены к соответствующим независимым выходам БФССиУ и обеспечивают необходимыми соответствующими сигналами все блоки устройства формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости в целом.

Блок 4 задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих (БЗРиР) (фиг.6) содержит вход 1 исходного ТВ-сигнала совмещенных пикселей не одноименных цветовых составляющих, последовательно и периодически, с фиксированным минимальным периодом, поступающих с преобразователя свет-сигнал, независимые входы 17 восстановленных, в интервалах отдельных и смежных строк сигналов ТВ-кадров, к минимальному периоду следования пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих и другие независимые входы 19 восстановленных в пределах отдельных и смежных строк и в пределах распределения цветовых составляющих пикселей сигналов к минимальному периоду следования сигналов каждой из цветовых составляющих, которые подключены к выходам соответствующих блоков 6 внутрикадрового восстановления и 7 межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих, блок 18 задержки входных пикселей сигналов цветовых составляющих на интервалы времени, кратные указанному фиксированному периоду следования совмещенных пикселей не одноименных цветовых составляющих в исходном ТВ-сигнале, первый вход которого подключен ко входу 1 исходного ТВ-сигнала совмещенных пикселей не одноименных цветовых составляющих, другие входы которого подключены к другим независимым входам 19 восстановленных к минимальному периоду следования, в интервалах отдельных и смежных строк сигналов ТВ-кадров и в пределах распределения цветовых составляющих, пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих и 17 восстановленных к минимальному периоду следования пикселей в интервалах отдельных и смежных строк сигналов ТВ-кадров, сигналов каждой из цветовых составляющих, блок 20 разделения с независимым выделением задержанных сигналов исходных пикселей каждой из цветовых составляющих, с выделением разнородно, в пределах отдельных и смежных строк, ориентированных по отношению к отсутствующему пикселю интерполируемых пар (интерполируемых конечных последовательностей) смежных отсутствующему, по положению, совпадающих во времени, пикселей исходного задержанного сигнала каждой из цветовых составляющих и с выделением восстановленных, в интервалах отдельных и смежных строк сигналов ТВ-кадров, пикселей сигналов разнородных цветовых составляющих для межцветового предсказания и межцветовой интерполяции, блок 22 адресного распределения и подключения выделенных пар и последовательностей пикселей к соответствующим первым и другим выходам БЗРиР.

Причем в блок 5 многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей (БМВИ) (фиг.7), содержащий независимые входы 26 разнородно, в пределах отдельных и смежных строк, ориентированных по отношению к отсутствующему пикселю интерполируемых пар (интерполируемых конечных последовательностей) смежных отсутствующему, по положению, совпадающих во времени, пикселей исходного задержанного сигнала каждой из цветовых составляющих, блок 31 весового суммирования, выходы которого подключены к первым выходам 32 блока БМВИ, введены блок 28 интерполяционной оценки изменений уровня пикселей сигнала разности смежных пикселей в пределах каждой из входных параллельно интерполируемых конечных последовательностей пикселей, входы которого параллельно подключены к входу 26 блока БМВИ, блок 29 оценки координат промежуточных пикселей выполнения интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих по значениям уровня указанных пикселей в смежных интервалах до и после отсутствующего (интерполируемого) пикселя, входы которого подключены к первым выходам блока интерполяционной оценки изменений уровня пикселей сигнала разности смежных пикселей в пределах каждой из входных интерполируемых конечных последовательностей, блок 30 вычисления уровня промежуточных пикселей сигналов цветовых составляющих по направлениям интерполяции, первые входы которого подключены к первым выходам блока оценки координат промежуточных пикселей и вторые входы которого параллельно подключены ко входу блока БМВИ, вторые и третьи выходы блока 28 интерполяционной оценки изменений уровня пикселей сигнала разности смежных пикселей в пределах каждой из входных параллельно интерполируемых конечных последовательностей пикселей, которые соответственно подключены к третьим входам блока 30 вычисления уровня промежуточных пикселей и вторым выходам 27 БМВИ, выходы блока 30 вычисления уровня промежуточных пикселей сигналов цветовых составляющих по направлениям интерполяции, которые подключены к входам блока весового суммирования, вторые входы которого подключены ко вторым выходам блока оценки координат промежуточных пикселей.

Блок 8 весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих (БВКВВ) (фиг.10) содержит независимые первые входы 26 разнородно, в пределах отдельных и смежных строк, ориентированных по отношению к отсутствующему пикселю интерполируемых пар (интерполируемых конечных последовательностей), смежных отсутствующему, по положению, совпадающих во времени, пикселей исходного задержанного сигнала каждой из цветовых составляющих и независимые вторые входы 27 сигналов интерполяционной оценки изменений уровня пикселей сигнала разности смежных пикселей в пределах каждой из входных интерполируемых конечных последовательностей пикселей, блок 48 преобразования уровня сигнала разности смежных пикселей с учетом относительного положения интерполируемого и интерполируемых пикселей в пределах соответствующих последовательностей каждого из направлений многократной, внутрикадровой, интерполяции отсутствующих пикселей сигналов независимых цветовых составляющих, входы которого соединены со вторыми входами БВКВВ, блок 49 относительной оценки весовых коэффициентов выполнения многократной интерполяции по каждому из направлений, первые входы которого соединены с выходами блока преобразования уровня сигнала разности смежных пикселей с учетом относительного положения интерполируемого и интерполируемых пикселей в пределах соответствующих последовательностей каждого из направлений многократной интерполяции отсутствующих пикселей сигналов независимых цветовых составляющих и вторые входы которого соединены с первыми входами БВКВВ, первые и вторые выходы блока оценки весовых коэффициентов выполнения многократной, внутрикадровой, интерполяции по каждому из направлений, которые подключены к первым 50 и вторым 34 выходам БВКВВ.

Блок 6 внутрикадрового восстановления (БВВ) (фиг.8) отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих содержит последовательно включенные блок 33 умножения и блок 35 суммирования, независимые входы 34 сигналов весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления, независимые входы 32 сигналов многократной, по различным направлениям, внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей, которые подключены к первым, сигнальным, входам блока 33 умножения, вторые, управляющие весом, входы которого соединены со входами 34 сигналов весовых коэффициентов, и независимые входы 23 задержанных сигналов исходных пикселей каждой из цветовых составляющих, которые соединены со вторыми, из независимых, входами, блока суммирования, независимые выходы, восстановленных, с фиксированным минимальным периодом следования пикселей, сигналов каждой из цветовых составляющих блока суммирования которого подключены к выходам 17 БВВ отсутствующих пикселей СЦС.

Блок 7 межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих (БМПиИ) (фиг.9) содержит независимые входы 25 совпадающих во времени входных пикселей всей совокупности, разделенных, восстановленных в пределах внутрикадрового пространства и исходных, сигналов задержанных цветовых составляющих, блок 36 распределения с получением из всей входной совокупности пикселей сигналов задержанных цветовых составляющих независимых сочетаний двух или более пикселей, исходного и восстановленного, в пределах внутрикадрового пространства, пикселя (восстановленных, в пределах внутрикадрового пространства пикселей) сигналов не одноименных цветовых составляющих, независимо подвергаемых последующим интерполяционному и экстраполяционному преобразованию, входы которого соединены со входами 25 БМПиИ, блок 42 суммирования с получением интерполированных, промежуточных, по положению анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения в пределах их полной совокупности, пикселей сигналов цветовых составляющих, входы которого соединены с выходами подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов цветовых составляющих, смежных, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения, каждой из промежуточных, интерполируемых, цветовых составляющих, блока 36 распределения, первый блок 37 межцветового вычитания подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов двух и более цветовых составляющих, смежных, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения, каждой из промежуточных, интерполируемых, цветовых составляющих, входы которого параллельно подключены к первым выходам подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов цветовых составляющих блока 36 распределения, блок 38 оценки сигналов первой межцветовой разности, полученных в первом блоке межцветового вычитания, первые входы которого подключены к первым выходам первого блока межцветового вычитания, вторые входы которого параллельно подключены к первым выходам подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов цветовых составляющих блока 36 распределения, блок 39 межцветовой интерполяции с учетом относительного положения пикселей интерполируемого и интерполируемых сигналов цветовых составляющих в диапазоне длин волн, первые входы которого подключены к выходам 38 блока оценки сигналов первой межцветовой разности, вторые входы которого параллельно подключены к первым выходам подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов цветовых составляющих блока 36 распределения, первые выходы блока 39 межцветовой интерполяции, которые подключены ко вторым входам блока суммирования, вторые выходы 40 блока 39 межцветовой интерполяции с учетом относительного положения пикселей интерполируемого и интерполируемых сигналов цветовых составляющих в диапазоне длин волн, второй блок 41 межцветового вычитания с вычислением уровня пикселей межцветовой разностей сигналов, двух и более, смежных цветовых составляющих, предшествующих или последующих, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения в пределах их полной совокупности, двум краевым, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения в пределах их полной совокупности, сигналам цветовых составляющих, входы которого соединены со вторыми выходами подвергаемых экстраполяционному преобразованию пикселей сигналов двух и более цветовых составляющих, предшествующих или последующих, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения, каждому из двух краевых, экстраполируемых, сигналов цветовых составляющих, блока 36 распределения, блок 43 оценки уровня сигнала второй межцветовой разности с учетом относительного положения в диапазоне длин волн исходного электромагнитного излучения предсказываемых пикселей сигналов цветовых составляющих по отношению к подвергаемых экстраполяционному преобразованию пикселям сигналов двух и более цветовых составляющих, предшествующих или последующих, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения, каждому из двух краевых, экстраполируемых, сигналов цветовых составляющих, входы которого подключены к выходам второго блока межцветового вычитания, блок 44 вычисления предсказанных значений пикселей сигналов экстраполируемых цветовых составляющих, первые входы которого параллельно подключены ко входам второго блока 41 межцветового вычитания, вторые входы которого подключены к первым выходам блока оценки уровня пикселей сигналов второй межцветовой разности, вторые выходы 47 блока 43 оценки уровня пикселей сигналов второй межцветовой разности, блок 45 формирования выходных СЦС межцветового восстановления, первые входы которого параллельно подключены к входам сигналов исходных задержанных цветовых составляющих блока БМПиИ, вторые входы которого соединены с выходами блока 42 суммирования, третьи входы которого подключены к выходам блока 44 вычисления предсказанных значений пикселей экстраполируемых цветовых составляющих, первые выходы 19, 46 БМПиИ, которые соединены с выходами блока 45 формирования выходных СЦС межцветового восстановления, вторые 40 и 47 выходы блока межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, которые соединены со вторыми выходами блоков оценки сигналов первой межцветовой разности и второй межцветовой разности.

Блок 9 весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих (БВКМВ) (фиг.11) содержит независимые первые входы 40 пикселей сигналов первой разности межцветовой интерполяции, независимые вторые входы 47 сигналов второй разности межцветового предсказания и третьи входы 46 пикселей межцветового восстановления сигналов цветовых составляющих, блок 51 распределения пикселей сигналов первой и второй межцветовых разностей по принадлежности к вариантам восстановления пикселей сигналов каждой отдельной из цветовых составляющих, входы которого соединены с независимыми первыми и вторыми входами БВКМВ, блок 52 умножения распределенных пикселей сигналов межцветовой разности на значения статических коэффициентов в зависимости от характеристик заметности при видеоконтроле искажений восстановления и относительного положения, в пределах контролируемого диапазона длин волн, конкретных восстанавливаемых сигналов цветовых составляющих, входы которого подключены к выходам блока 51 распределения пикселей сигналов первой и второй межцветовой разности по принадлежности к вариантам восстановления пикселей сигналов каждой отдельной из цветовых составляющих, блок 53 оценки весовых коэффициентов межцветовой интерполяции и межцветового предсказания, первые входы которого соединены с выходами блока 52 умножения распределенных пикселей сигналов межцветовой разности на значения статических коэффициентов, вторые входы блока оценки весовых коэффициентов межцветовой интерполяции и межцветового предсказания, которые соединены с третьими входами БВКМВ, выходы 54 БВКМВ, которые соединены с выходами блока 53 оценки весовых коэффициентов межцветовой интерполяции и межцветового предсказания.

Блок 10 относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления (БООВК) (фиг.12) содержит независимые первые входы 50 сигналов весовых коэффициентов выполнения многократной, внутрикадровой, интерполяции по каждому из направлений и независимые вторые входы 54 сигналов весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, блок 55 оценки коэффициента эффективности внутрикадрового восстановления, входы которого соединены с первыми входами 50 БООВК, блок 56 оценки коэффициента эффективности межцветового восстановления, входы которого соединены со вторыми входами 54 БООВК, блок 57 умножения сигнала коэффициента эффективности внутрикадрового восстановления на значения статических коэффициентов в зависимости от разности характеристик визуального восприятии пространственных и межцветовых искажений восстановления сигналов цветовых составляющих, входы которого соединены с выходами блока оценки коэффициента эффективности внутрикадрового восстановления, блок 58 попарного распределения сигналов коэффициентов эффективности внутрикадрового восстановления и сигналов коэффициентов эффективности межцветового восстановления пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих, первые входы которого соединены с выходами блока 57 умножения сигналов коэффициентов эффективности внутрикадрового восстановления на значения статических коэффициентов и вторые входы которого соединены с выходами блока 56 оценки коэффициента эффективности межцветового восстановления, блок 59 вычисления значений весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления, входы которого подключены к выходам блока попарного распределения сигналов коэффициентов эффективности внутрикадрового восстановления и сигналов коэффициентов эффективности межцветового восстановления пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих, выходы блока относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления, которые соединены с выходами 60 блока вычисления значений весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления.

Блок 11 результирующего восстановления (БРВ) (фиг.13) содержит независимые первые входы 21 восстановленных в пределах отдельных и смежных строк, с фиксированным минимальным периодом следования пикселей, сигналов каждой из цветовых составляющих, независимые вторые входы 24 восстановленных в пределах совокупности цветовых составляющих, с фиксированным минимальным периодом следования пикселей, сигналов каждой из цветовых составляющих, независимые третьи входы 60 сигналов значений весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления и сигналов значений весовых коэффициентов межцветового восстановления, блок 61 весового умножения, первые входы которого подключены к первым входам, независимые вторые входы которого подключены ко вторым входам и независимые третьи входы которого подключены к третьим входам БРВ, блок 62 суммирования, входы которого подключены к выходам блока 61 умножения, выходы 63 БРВ, которые подключены к выходам блока суммирования.

Блок 12 внутрикадровой низкочастотной фильтрации (БВФНЧ) (фиг.14) содержит независимые первые входы 63 восстановленных сигналов цветовых составляющих, второй вход сигнала управления 67, блок 64 многократной задержки и совмещения во времени пикселей группы смежных строк отдельных сигналов цветовых составляющих, независимые входы которого подключены к первым входам 63 восстановленных сигналов цветовых составляющих, блок 65 задержки и совмещения во времени пикселей в пределах каждой из совмещенных строк отдельных сигналов цветовых составляющих, независимые входы которого подключены к выходам блока 64 многократной задержки и совмещения во времени пикселей группы смежных строк отдельных сигналов цветовых составляющих, блок 68 установки веса и полярности каждого пикселя в пределах всей совокупности (матрицы) совмещенных пикселей отдельных из сигналов цветовых составляющих внутрикадрового пространства, первые входы которого подключены к выходам блока 65 задержки и совмещения во времени групп пикселей в пределах каждой из совмещенных строк отдельных сигналов цветовых составляющих, а второй вход подключен ко второму входу 67 сигнала управления БВФНЧ, блок 69 суммирования и нормирования пикселей сигналов каждой отдельной из цветовых составляющих, входы которого подключены к выходам блока 68 установки веса и полярности каждого пикселя в пределах всей совокупности (матрицы) совмещенных пикселей каждого из сигналов цветовых составляющих в пределах внутрикадрового пространства, выходы 70 блока 69 суммирования и нормирования пикселей сигналов каждой отдельной из цветовых составляющих, которые соединены с выходом 13 предложенного устройства.

Устройство формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости (фиг.1) работает следующим образом.

Выбранное распределение дискретных светофильтров светочувствительной поверхности матричного формирователя свет-сигнал определяет в пределах отдельных строк и последовательности строк исходных сигналов ТВ-кадров соответствующее распределение независимых пикселей сигналов основных цветов. Соответственно с выхода матричного преобразователя "свет-сигнал" на вход 1 предложенного устройства поступает исходный сигнал ТВ-изображения, отражающий фиксированное распределение пикселей сигналов каждого из основных цветов в пределах отдельных и смежных строк общего внутрикадрового пространства. Согласно такому распределению, максимальная частота следования во времени смежных пикселей определяется их общим числом в активной части строк растра сигнала ТВ-изображения. Вход устройства параллельно подключен к блоку 3 (фиг.5) формирования сигналов синхронизации и управления (БФССиУ) и блоку 4 (фиг.6) задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих (БЗРиР). Если на выходе матричного преобразователя "свет-сигнал" имеет место ТВ-сигнал совокупности пикселей цветовых составляющих стандартного вида, то в селекторе 14 сигнала синхронизации БФССиУ осуществляется выделение сигнала синхронизации. Другим вариантом является подключение внешнего соответствующего сигнала синхронизации строк и кадров (СВС) 2 к логическому формирователю сигналов синхронизации 15 БФССиУ. Сигналы синхронизации позволяют конкретизировать положение отдельных пикселей в последовательности строк сигнала кадра и с их использованием получают на выходах 16 формирователя 15 все необходимые сигналы управления работой блоков предложенного устройства.

В блоке задержки 18, включенном на входе БЗРиР (фиг.6), осуществляют многократную задержку и совмещение во времени заданного числа ТВ-сигналов строк (пикселей групп строк) кадра и групп пикселей в каждой из указанных сигналов строк. Соответственно в каждый момент времени на выходах блока задержки присутствует общая совокупность (матрица отсчетов) S=N×M совпадающих во времени пикселей исходных сигналов цветовых составляющих (СЦС), где N - число пикселей вдоль группы строк (горизонтальное направление) в пределах кадра, а М - межстрочное, т.е. вертикальное направление. На другие независимые входы 17 и 19 блока задержки 18 раздельно поступают с максимальной частотой следования во времени пиксели сигналов каждой из СЦС, восстановленные к такой частоте следования с использованием внутрикадрового (в пределах отдельных и смежных строк) и межцветового (в пределах анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения) восстановления. Пиксели указанных восстановленных, в пределах внутрикадрового пространства и межцветового направления СЦС, с эквивалентными координатами за счет компенсации относительной задержки совмещают в блоке 18 задержки во времени. Совокупность же S совмещенных во времени исходных СЦС поступает на вход блока 20 разделения, где осуществляется демультиплексирование СЦС с выделением независимых последовательностей пикселей, соответствующих отдельным СЦС. В результате имеет место прореживание каждой (исходной и задержанных) последовательности пикселей, соответствующей отдельной из совмещенных пикселей СЦС. На тех позициях в пределах внутрикадрового пространства совокупности общего числа пикселей исходных и задержанных СЦС, где находились пиксели, отличающиеся (по позиции в диапазоне длин волн электромагнитного излучения) от данной конкретной СЦС, возникают, за счет стробирования при демультиплексировании, фиксированные (чаще всего нулевые) значения уровня пикселя, т.е. отсутствует значение пикселя сигнала данной цветовой составляющей. При этом конкретные СЦС отличаются чаще всего по числу и характеру распределения отсутствующих пикселей в пределах отдельных и смежных строк сигналов ТВ-кадров. Чем больше чувствительность зрительного восприятия (с учетом функции видности глаза и, следовательно, длины волны электромагнитного излучения) к точности воспроизведения сигнала ТВ-изображения данной цветовой составляющей, тем меньше число отсутствующих пикселей содержится в структуре соответствующего сигнала отдельной составляющей после демультиплексирования.

Аналогичным образом в блоке задержки 18, как было отмечено выше, осуществляют совмещение во времени исходных задержанных пикселей каждой цветовой составляющей с эквивалентными координатами в пределах отдельных и смежных строк сигнала каждого ТВ-кадра (во внутрикадровом пространстве) с восстановленными, в пределах отдельных и смежных строк сигнала каждого ТВ-кадра, отсутствующими пикселями других цветовых составляющих, имеющих здесь те же самые координаты. Совмещенные во времени последовательности пикселей исходных задержанных СЦС поступают на вход блока 20 разделения, где осуществляется демультиплексирование СЦС с выделением независимых последовательностей пикселей, соответствующих межцветовому восстановлению отдельных СЦС. Кроме того, в блоке задержки совмещают во времени восстановленные по межцветовому и внутрикадровому направлениям СЦС для последующего результирующего восстановления. Таким образом, через блок 20 разделения на входы блока 22 адресного распределения и подключения поступают совмещенные во времени сигналы последовательностей пикселей СЦС для результирующего восстановления, многократной внутрикадровой интерполяции и восстановления, для межцветовой интерполяции, предсказания и восстановления, для внутрикадрового восстановления.

Поступающие на вход блока 22 (фиг.6) адресного распределения совмещенные во времени последовательности пикселей задержанных СЦС распределяются здесь по соответствующим выходам: 21 - СЦС внутрикадрового восстановления для результирующего восстановления, 23 - задержанные, совпадающие во времени, сигналы исходных пикселей каждой из цветовых составляющих для внутрикадрового восстановления, 24 - задержанные, восстановленные к минимальному периоду следования, в пределах отдельных и смежных строк и в пределах распределения цветовых составляющих по длинам волн, пиксели сигналов каждой из цветовых составляющих для результирующего восстановления, 25 - совпадающие во времени пиксели всей совокупности, разделенных, восстановленных в пределах внутрикадрового пространства и исходных, сигналов задержанных цветовых составляющих для межцветовой интерполяции и предсказания, 26 - задержанные, совпадающие во времени, сигналы исходных пикселей каждой из цветовых составляющих для многократной внутрикадровой интерполяции и восстановления.

При этом выход 26 задержанных, совпадающих во времени, исходных пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих параллельно подключен в блоке 5 (фиг.7) многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей каждого из СЦС предложенного устройства ко входам блока 28 интерполяционной оценки изменений уровня пикселей сигнала разности смежных пикселей в пределах каждой из входных параллельно интерполируемых конечных последовательностей пикселей, и ко входам блока 30 вычисления уровня промежуточных пикселей СЦС по направлениям интерполяции. Соответственно на входах указанных блоков 28 и 30 одновременно присутствуют совокупности пикселей каждой из разделенных СЦС, которые по своему местоположению в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства распределены в области внутрикадрового пространства, охватывающей точку локализации каждого отсутствующего (интерполируемого) пикселя сигнала данной цветовой составляющей. При этом два и более возможных значения уровня каждого отсутствующего пикселя (B_I,R_I,G_I) могут быть получены с использованием известных значений пикселей (B₀,R₀,G₀), расположенных по различным независимым в указанной области внутрикадрового пространства вариантам направлений (фиг.2а) восстановления, например интерполяции по горизонтальному и вертикальному направлениям. В результате обычно имеют несколько восстановленных значений амплитуды одного и того же отсутствующего пикселя, соответствующих данной СЦС. Причем погрешность интерполяции значения уровня пикселя по известным значениям уровней нескольких предшествующих и последующих, по отношению к его местоположению, пикселей по отдельным направлениям растет с увеличением амплитуды сигнала разности уровней пикселей, используемых для интерполяции отсутствующего пикселя.

Предложенный вариант блока 5 (фиг.7) многократной внутрикадровой интерполяции обеспечивает снижение погрешности восстановления СЦС по каждому из направлений за счет сопряжения экстраполяционного (дифференциальный) и интерполяционного (интегральный) вариантов при определении возможного уровня отсутствующего пикселя по каждому из направлений. В блоке 28 (фиг.7) при этом осуществляют по каждому из направлений оценку сигналов разности смежных, предшествующего и последующего, по отношению к отсутствующему, пикселей в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства. Полученные пиксели сигналов разности поступают на второй выход 27 блока 5. Здесь же осуществляется кроме того раздельная оценка изменений сигнала разности двух и более смежных пикселей, предшествующих и последующих по отношению к отсутствующему пикселю, с учетом координат местоположения в пределах отдельных и смежных строк. Наличие уровней ближайших по местоположению, предшествующего и последующего по отношению к отсутствующему, реальных пикселей и вычислительная конкретизация в блоке 28 изменений сигнала разности, в точках с эквивалентными этим реальным пикселям координатами, позволяют по каждому из направлений экстраполировать (предсказать) возможные изменения уровня пикселей в пределах каждого из двух следующих интервалов:

1) от местоположения предшествующего реального пикселя до отсутствующего;

2) от местоположения последующего реального пикселя до отсутствующего.

Если считать протяженность первого, из указанных, интервала Δх₁=τ_pr, второго - Δx₂=τ_ps, местоположение отсутствующего пикселя - при x=0, то экстраполяция в предшествующем интервале осуществляется в пределах - τ_pr<х≤0, а в последующем - в пределах τ_ps>х≥0. При этом в интервале от предшествующего до отсутствующего пикселя и в интервале от последующего до отсутствующего пикселя положение на оси абсцисс точек, до которых осуществляют экстраполяцию, определяется соответствующими значениями абсолютной величины сигнала разности R1 и R2 (см. фиг.4, а). Чем больше, например, оценка модуля сигнала разности между предшествующим и смежным ему пикселями в диапазоне значений - τ_pr≥x, тем меньше протяженность участка осуществления экстраполяции в интервале от предшествующего до отсутствующего пикселя. Аналогичным образом, чем больше оценка модуля сигнала разности между последующим и смежным ему пикселями в диапазоне значений τ_ps≤х, тем меньше протяженность участка осуществления экстраполяции в интервале от последующего до отсутствующего пикселя, и наоборот. Следовательно, с изменением реальных отношений оценки модулей сигналов разности изменяется отношение участков экстраполяции в первом (Δх₁=τ_pr) и втором участках (Δх₂=τ_ps) экстраполяции по каждому из направлений восстановления отсутствующего пикселя. С использованием подключенных сигналов разности в блоке 29 (фиг.7) оценки координат промежуточных пикселей для последующего выполнения интерполяции отсутствующих пикселей СЦС реализуется вычисление протяженности участков выполнения экстраполяции. Полученные значения протяженности участков выполнения экстраполяции, сигналы разности, значения уровней предшествующего и последующего пикселей и позволяют, с использованием экстраполяции, оценить в каждом конкретном случае уровни двух промежуточных пикселей, один из которых находится в первом (от местоположения предшествующего реального пикселя до отсутствующего), а второй - во втором (от местоположения последующего реального пикселя до отсутствующего) положениях. Необходимая оценка осуществляется в блоке 30 (фиг.7) вычисления уровня промежуточных пикселей сигналов цветовых составляющих по направлениям интерполяции. С другой стороны, полученные значения положения промежуточных пикселей на оси абсцисс позволяют вычислить весовые коэффициенты при реализации, например, последующей линейной, по каждому из направлений восстановления, интерполяции в блоке 31 весового суммирования. При этом асимметрия местоположения интерполируемого (отсутствующего) пикселя, по отношению к местоположению промежуточных пикселей, отражается в виде соответствующих изменений полученного в блоке 31 значения уровня последнего. На выходах 32 блока 5 формируются параллельно полученные по различным направлениям восстановления в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства значения уровня каждого из отсутствующих пикселей отдельных СЦС.

С выхода 27 блока 5 (фиг.7) сигналы разности пикселей, смежные по различным направлениям внутрикадрового пространства каждому отсутствующему пикселю разделенных СЦС, поступают в предложенном устройстве на блок 8 (фиг.10) вычисления весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления. Здесь, в блоке 48 преобразования уровня сигнала разности смежных пикселей, с учетом относительного положения интерполируемого и интерполируемых пикселей в пределах соответствующих последовательностей каждого из направлений многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов независимых цветовых составляющих, реализуют вычислительное формирование сигналов разности по каждому из направлений восстановления, обеспечивающее учет возможных изменений относительной протяженности интервалов между вычитаемыми пикселями при формировании сигнала разности пикселей в блоке 5. Полученные при этом сигналы разности отличаются от периодической частоты следования пикселей за счет интерполяционного восстановления промежуточных значений их уровней в пределах более протяженных интервалов внутрикадрового пространства. По существу изменения уровня сигналов разности смежных пикселей СЦС отражают изменения корреляционных связей по различным направлениям восстановления в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства. Соответственно преобразованные сигналы разности с эквивалентной и достаточно высокой пространственной частотой следования отсчетов позволяют определить значения уровней сигналов разности и, следовательно, изменения степени корреляционной связи в эквивалентных для всех направлений внутрикадрового пространства условиях при многократном восстановлении. Полученные в результате преобразования пиксели сигналов разности поступают на вторые входы блока 49 (фиг.10) относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления. На первые входы 26 блока 49 поступают также задержанные, совпадающие во времени, исходные пиксели сигналов каждой из цветовых составляющих, изменение уровня которых также учитывается при оценке весовых коэффициентов в блоке 49. Полученные сигналы весовых коэффициентов (выходы 34 и 50 блока 49) используются далее в блоке 6 (фиг.8) внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей и в блоке 10 (фиг.12) относительной оценки результирующих весовых коэффициентов. Кроме сигналов весовых коэффициентов (входы 34) на соответствующие входы блока 6 поступают задержанные, совпадающие во времени, сигналы исходных пикселей (входы 23) и параллельно полученные по различным направлениям восстановления в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства значения уровня каждого из отсутствующих пикселей СЦС (входы 32). В блоке 33 весового умножения, который входит в структуру блока 6, параллельно полученные по различным направлениям внутрикадрового пространства значения уровня отсутствующих пикселей СЦС умножают на соответствующие относительные весовые коэффициенты, сумма которых равна единице и значения которых возрастают, как было показано выше, для данного направления при относительном снижении уровня сигнала разности между пикселями, смежными отсутствующему. Нормированные по весу результаты восстановлений отсутствующих пикселей суммируют в блоке суммирования 35 (фиг.8) и объединяют с соответствующими задержанными исходными пикселями каждой из СЦС (вход 23) с получением общей восстановленной последовательности пикселей данной СЦС. Восстановленные в пределах отдельных и смежных сигналов строк в блоке 6 предложенного устройства к максимальной частоте следования смежных пикселей разделенные сигналы цветовых составляющих поступают на вход 17 блока задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих (БЗРиР) 4 (фиг.6). Поступающие на вход блока БЗРиР восстановленные в пределах внутрикадрового пространства и разделенные СЦС адресно распределяются здесь по соответствующим выходам. В частности, на входы 25 блока 7 (фиг.9) межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих (БМПиИ) поступают совпадающие во времени входные пиксели всей совокупности, разделенных, восстановленных в пределах внутрикадрового пространства и исходных, сигналов задержанных цветовых составляющих, обеспечивающих возможность осуществления вариантов экстраполяционного и интерполяционного формирований СЦС, которые реализуют с учетом относительного местоположения пикселей сигналов цветовых составляющих в пределах анализируемого, за счет формирования СЦС, диапазона длин волн исходного электромагнитного излучения. При этом в блоке распределения 36 (фиг.9) сигналов не одноименных цветовых составляющих для последующей межцветовой интерполяции и последующего межцветового предсказания осуществляют разделение входных СЦС с учетом специфики последующей их обработки. Отметим, что специфика межцветовой обработки в большой степени зависит от количества используемых при анализе входного электромагнитного излучения СЦС или сигналов спектрозональных составляющих. Минимальное число таких сигналов n=3. Рассмотрим простейший такой случай, когда все три сигнала цветовых составляющих находятся в эквивалентных условиях, и на входе блока 36 имеет место чередование, например, в пределах сигналов строк, соответствующих, исходных и восстановленных в пределах внутрикадрового пространства, пикселей каждой СЦС:

$$\begin{array}{ccc}{R}_{\left(n\right)}{R}_{\left(n+1\right)I}{R}_{\left(n+2\right)I}{R}_{\left(n+3\right)}{R}_{\left(n+4\right)I}{R}_{\left(n+5\right)I}{R}_{\left(n+6\right)}{R}_{\left(n+7\right)I}{R}_{\left(n+8\right)I}& {\lambda }_R& \\ G_{\left(n\right)I}{G}_{\left(n+1\right)I}{G}_{\left(n+2\right)}{G}_{\left(n+3\right)I}{G}_{\left(n+4\right)I}{G}_{\left(n+5\right)}{G}_{\left(n+6\right)I}{G}_{\left(n+7\right)I}{G}_{\left(n+8\right)}& {\lambda }_G& \\ B_{\left(n\right)I}{B}_{\left(n+1\right)}{B}_{\left(n+2\right)I}{B}_{\left(n+3\right)I}{B}_{\left(n+4\right)}{B}_{\left(n+5\right)I}{B}_{\left(n+6\right)I}{B}_{\left(n+7\right)}{G}_{\left(n+8\right)}& {\lambda }_B& \lambda \uparrow \to x\end{array}$$

Здесь R, G, В - обозначение исходных пикселей, (n+i) - обозначение позиции пикселя по оси 0х (или 0t), I - обозначение восстановленных в пределах внутрикадрового пространства пикселей. По оси длин волн 0λ составляющей R (красный цвет) соответствует наибольшая длина волны, составляющей В (синий цвет) - наименьшая, составляющей G (зеленый цвет) - промежуточная по величине длина волны. Соответственно по оси 0λ имеем три отсчета анализируемой функции, два из которых являются краевыми, а один промежуточный. Это и определяет алгоритм межцветового восстановления в данном частном случае. На позиции по оси θх-(n), например, присутствует по межцветовому направлению исходный пиксель R (фиг.3,г), который нет необходимости восстанавливать по данному направлению. С учетом местоположения восстанавливаемых пикселей по оси 0λ с использованием исходного пикселя R и восстановленного по внутрикадровому направлению пикселя B_I может быть восстановлен по межцветовому направлению промежуточный (по оси 0λ) пиксель G(n)_IC (фиг 2,б, 3,в, г) с применением линейной интерполяции. С этой целью в первом блоке 37 межцветового вычитания получают сигнал разности пикселей R и BI, т.е. Δ(n)_RBI=R_n-B_nI [4]. Далее в блоке 38 оценки сигналов первой межцветовой разности получают значение интерполирующего множителя в точке локализации на оси 0λ СЦС. Если, например, длина волны "синего" составляет величину λ_B=450·10^-9 м, "зеленого" λ_G=550·10^-9 м и "красного" -λ_R=620·10^-9 м, то в блоке 38 интерполяции пикселей сигналов межцветовой разности конкретизируют величину интерполирующего множителя $$\kappa =\frac{{\lambda }_G-{\lambda }_B}{{\lambda }_R-{\lambda }_B}\approx \mathrm{0,587}$$ [5] и в первом блоке 31 вычисления уровня сигнала межцветовой разности определяют величину Δ_0RBI=Δ_RBI·κ [6]. При алгебраическом сложении полученного значения Δ_0RBI, поступающего через блок межцветовой интерполяции 39, с BI в блоке 42 межцветового суммирования получают значение "зеленого" пикселя, восстановленного по цветовому направлению, т.е. G(n)IC. В блоке 42 реализуется также суммирование (мультиплексирование) восстановленных, с применением интерполяции по межцветовому направлению, пикселей "зеленого" и пикселей "зеленого", восстановленных с применением интерполяции по пространственному направлению. Соответственно получают полностью восстановленный по межцветовому направлению СЦС "зеленого".

На следующей позиции по оси 0х-(n+1) присутствует, по межцветовому направлению, исходный пиксель В, который нет необходимости восстанавливать по данному направлению. С использованием же исходного пикселя В и восстановленного по внутрикадровому направлению пикселя R_I (фиг.2,б, 3,а, е) может быть также, как показано выше, с применением линейной интерполяции восстановлен по межцветовому направлению пиксель G(n+1)_IC. На позиции по оси 0х-(n+2) присутствует исходный пиксель "зеленого" (фиг.3, б, д), который нет необходимости восстанавливать по межцветовому направлению. Позиция (n+3) по оси 0х фактически эквивалентна по осуществлению межцветового восстановления позиции (n), позиция (n+4)-позиции (n+1) и т.д. Соответственно процедура межцветового восстановления периодически повторяется через две позиции по оси 0х.

С увеличением же числа СЦС, используемых в пределах анализируемого диапазона по оси 0λ, по аналогии с предложенным и рассмотренным выше внутрикадровым восстановлением реализуется (сочетается) экстраполяционное и интерполяционное межцветовое восстановление. В таком случае, появляется возможность снижения протяженности по оси 0λ участка межцветовой интерполяции, которая реализуется в соответствующем блоке 39, за счет экстраполяционного (двустороннего или одностороннего) предсказания уровня пикселей дополнительных (дополнительного) СЦС. Если, например, по отношению к положению СЦС, восстанавливаемого по оси 0λ, имеет место наличие двух предшествующих и одного последующего СЦС (фиг.4,б), то используется одностороннее экстраполяционное предсказание пикселя дополнительного СЦС в промежутке между восстанавливаемым и ближайшим (по отношению к положению восстанавливаемого) предшествующим до положения восстанавливаемого пикселями. Уровень и положение пикселя дополнительного СЦС в данном промежутке (по оси 0λ) конкретизируются при этом с помощью значения уровня пикселя сигнала разности указанных двух предшествующих СЦС, полученного в блоке 37. Увеличением значения модуля полученного сигнала разности пикселей предшествующих СЦС определяет сокращение протяженности по оси 0λ участка от положения ближайшего предшествующего до экстраполированного дополнительного СЦС. Если обозначить r1 - уровень пикселя первого предшествующего по положению на оси 0λ восстанавливаемому СЦС, r2 - уровень пикселя более далекого (второго) предшествующего по положению на оси 0λ восстанавливаемому СЦС, rs - уровень пикселя последующего на оси 0λ после восстанавливаемого СЦС, Δ₁₂=(r1-r2) - уровень сигнала разности первого и второго предшествующих СЦС, γ₁₂ - интервал между первым и вторым предшествующими по оси 0λ восстанавливаемому СЦС, γ₀=(γ_d+γ_ν) - интервал на оси 0λ от ближайшего предшествующего до восстанавливаемого СЦС, γ₀₁ - интервал на оси 0λ от восстанавливаемого до последующего СЦС, γ_d - от ближайшего предшествующего до дополнительного, γ_ν - от дополнительного до восстанавливаемого СЦС. При установленном значении γ_d уровень rd пикселя дополнительного СЦС вычисляется в блоке 42, например, в соответствии с соотношением: [7]. Экстраполяция уровня дополнительного СЦС, отстоящего на оси 0λ от первого предшествующего на устанавливаемый интервал γ_d, выполняется при фиксированном значении γ₀. Соответственно, в каждом конкретном случае, в зависимости от значения модуля параметра χ, изменяется соотношение между γ_d и γ_ν. Учитывается также уровень ближайшего предшествующего СЦС (по отношению к восстанавливаемому СЦС). Чем больше параметр χ и указанный уровень, тем в большей степени относительно сокращается на оси 0λ интервал γ_d. В противном случае относительно сокращается интервал γ_ν.

Линейная интерполяция значения отсутствующего пикселя на основе полученного значения дополнительного СЦС и исходного значения последующего по положению на оси 0λ по отношению к восстанавливаемому СЦС осуществляется в интервале γ_I=γ_ν+γ₀₁. При этом получают значение уровня восстанавливаемого пикселя СЦС: $$r_{\nu }=\frac{r_s-r_d}{{\gamma }_I}\cdot {\gamma }_{\nu }+r_d={\chi }_I\cdot {\gamma }_{\nu }+r_d$$ [8]. При дальнейшем увеличении же числа СЦС, используемых в пределах анализируемого диапазона по оси 0λ, до, например, пяти, центральный по оси 0λ отсутствующий СЦС восстанавливается с применением двухстороннего экстраполяционного предсказания пикселей дополнительных СЦС, первый из которых получают в промежутке между положением ближайшего (по отношению к положению восстанавливаемого) предшествующего до положения восстанавливаемого СЦС, а второй - между положением ближайшего (по отношению к положению восстанавливаемого) последующего до положения восстанавливаемого СЦС. Полученные пиксели дополнительных СЦС, положение и уровень которых в пределах предшествующего и последующего, по отношению к восстанавливаемому СЦС, интервалов по оси 0λ определяются соответственно величинами параметров (χ) сигналов разности пикселей двух предшествующих и двух последующих СЦС и зависят от уровня пикселей ближайших на оси 0λ (по отношению к восстанавливаемому СЦС) СЦС, подвергаются интерполяции в блоке 39 межцветовой интерполяции. Здесь же формируют сигналы межцветовой разности дополнительных СЦС, которые поступают на второй выход 40 блока межцветовой интерполяции СЦС. Следует отметить, что в варианте межцветового предсказания в пределах анализируемого диапазона по оси 0λ, где используются всего три СЦС, сигнал межцветовой разности с выхода блока 38 оценки сигналов первой межцветовой разности непосредственно подключается ко второму выходу 40 блока 39. По существу процедура восстановления уровня краевых по оси 0λ, пикселей СЦС в данном сводится к экстраполяционному восстановлению их значений по значениям известных отсчетов, а центрального - к интерполяционному восстановлению. Полученные с применением экстраполяционного и интерполяционного межцветового восстановления пиксели отдельных СЦС объединяются с одноименными исходными пикселями в блоке 42 суммирования.

Экстраполяционное межцветовое предсказание значений краевых, в диапазоне распределения по оси 0λ СЦС, реализуется во втором блоке 41 межцветового вычитания подвергаемых экстраполяционному преобразованию пикселей сигналов двух и более СЦС, в блоке 43 вычисления уровня сигнала второй межцветовой разности и в блоке 44 межцветового вычисления предсказанных значений уровня пикселей СЦС. При этом во втором блоке 41 межцветового вычитания получают, например, согласно частному варианту чередования сигналов трех цветовых составляющих, представленному выше, на n-й позиции сигнал разности $${\Delta }_{\left(n\right)R{G}_I}=G_{\left(n\right)I}-R_{\left(n\right)}$$ , на (n+1)-й позиции - $${\Delta }_{\left(n+1\right)G_{I}B}=G_{\left(n+1\right)I}-B_{\left(n+1\right)}$$ , на (n+2)-й позиции - $${\Delta }_{\left(n+2\right)G{B}_I}=G_{\left(n+2\right)}-B_{\left(n+1\right)I}$$ и $${\Delta }_{\left(n+2\right)G{B}_I}=G_{\left(n+2\right)}-R_{\left(n+2\right)I}$$ , на (n+3)-й позиции - $${\Delta }_{\left(n+3\right)R{G}_I}=G_{\left(n+3\right)I}-R_{\left(n+3\right)}$$ и т.д. Соответственно на n-й позиции в данном частном случае имеет место по межцветовому направлению (ось 0λ) лишь межцветовое предсказание краевого, в диапазоне распределения СЦС по оси 0λ, пикселя В_(n)pm (исходный краевой пиксель R_(n) на данной позиции имеется), на (n+1)-й позиции - предсказание краевого пикселя R_(n+1)pm (исходный краевой пиксель В_(n+1) на данной позиции имеется), на (n+2)-й позиции - предсказание уже двух краевых пикселей R_(n+2)pm и B_(n+2)pm. На (n+3)-й позиции повторяется вариант предсказания по n-й позиции, на (n+4)-й вариант предсказания повторяет (n+1)-ю позицию и т.д. Если обозначить g_(n)I - значение уровня текущего пикселя ближайшего (первого) из последующих, "зеленого" по положению на оси 0λ по отношению к положению восстанавливаемого СЦС "синего", r_(n) - значение уровня пикселя более далекого (второго) последующего, "красного" по положению на оси 0λ по отношению к положению восстанавливаемого СЦС "синего", Δ_gr=g_(n)I-r_(n) - уровень пикселя сигнала разности первого и второго последующих СЦС, γ_gr - интервал между первым и вторым по положению на оси 0λ последующими, по отношению к восстанавливаемому СЦС, γ_gν=γ_ge+γ_eν - интервал на оси 0λ от ближайшего последующего до восстанавливаемого СЦС, γ_ge - интервал на оси 0λ от ближайшего последующего до дополнительного СЦС, значение пикселя которого получено экстраполяцией, γ_eν - от дополнительного до восстанавливаемого СЦС, экстраполяция уровня дополнительного СЦС, отстоящего на оси 0λ от первого последующего СЦС на интервал γ_ge, выполняется с адаптационным регулированием величины последнего. Конкретная величина протяженности интервала γ_ge варьируется в пределах 0≤γ_ge≤_gν. В связи с тем, что γ_gν=const, сопряженным образом по отношению γ_ge изменяется и значение интервала γ_eν=γ_gν-γ_ge в пределах γ_gν≥γ_eν≥0. Сигнал разности текущих пикселей получают во втором блоке 41 межцветового вычитания подвергаемых экстраполяционному преобразованию пикселей сигналов двух и более СЦС. В блоке 43 вычисления уровня сигнала второй межцветовой разности конкретизируют изменения значений уровня последней в пределах интервала γ_gν по оси 0λ. Необходимые значения сигнала разности в конечной точке интервала заданной протяженности γ_ig могут быть в рассматриваемом случае приближенно оценены с использованием соотношения [9]:

$${\Delta }_i=\frac{{\Delta }_{gr}}{{\gamma }_{gr}}\cdot {\gamma }_{ig}=\kappa \cdot {\gamma }_{ig}=\frac{g_{\left(n\right)I}-r_{\left(n\right)}}{{\gamma }_{gr}}\cdot {\gamma }_{ig}\left[9\right]$$

где 0≤γ_ig≤γ_gν.

Полученные в блоке 43 сигналы результата оценки параметров сигнала второй межцветовой разности поступают на первые и вторые (47) его выходы. При этом с первого из указанных выходов на входы блока 44 межцветового вычисления предсказанных значений уровня пикселей СЦС поступают результаты оценки параметра κ, определяющего возможную величину изменений значений уровня сигнала второй межцветовой разности в пределах интервала γ_gν по оси 0λ, и совпадающие во времени входные пиксели разделенных, восстановленных в пределах внутрикадрового пространства и исходных, сигналов задержанных цветовых составляющих, с использованием которых осуществляются предсказания пикселей краевых, в диапазоне распределения по оси 0λ, СЦС. Указанные сигналы позволяют оценить соотношение интервалов осуществления экстраполяции γ_ge и весовой оценки γ_eν при реализации межцветового предсказания пикселей краевых, в пределах распределения по оси 0λ, СЦС. С возрастанием, в частности, абсолютного значения параметра κ уменьшается относительная величина $$\left(\frac{{\gamma }_{ge}}{{\gamma }_{g\nu }}\right)$$ интервала γ_ge и, следовательно, возрастает величина $$\left(\frac{{\gamma }_{e\nu }}{{\gamma }_{g\nu }}\right)$$ , т.е. интервал γ_eν. Относительная величина интервала γ_ge также снижается и в том случае, когда значения уровня пикселя ближайшего по отношению к положению восстанавливаемого на оси 0λ СЦС превосходят максимально допустимых или снижается ниже минимально допустимых пороговых значений. На установленном интервале γ_ge осуществляется, как отмечено выше, конкретизация уровня пикселя промежуточного, по положению на оси 0λ между ближайшим и восстанавливаемым СЦС. Соответственно, вычисляется уровень сигнала разности Δ_ge=κ·γ_ge и конкретизируется уровень промежуточного (дополнительного) пикселя е_(n)p=g_(n)I+Δ_ge. Затем на интервале γ_eν реализуется весовое предсказание уровня пикселя восстанавливаемого по межцветовому направлению СЦС. Результат предсказания уровня пикселя восстанавливаемой СЦС определяется за счет весового суммирования результата "чистой" последующей экстраполяции и полученного уровня пикселя промежуточного СЦС. Если обозначить установленный весовой коэффициент вклада уровня пикселя промежуточной СЦС как α (0≤α≤1), то весовой коэффициент β результата экстраполяции на интервале γ_eν определяется разностью β=(1-α). Соответственно, уровень пикселя восстановленного СЦС отражается соотношением следующего вида [10]:

$$e_{\left(n\right)p}=\alpha \cdot (g_{\left(n\right)I}+{\Delta }_{ge})+\left(1-\alpha \right)\cdot \left[(g_{\left(n\right)I}+{\Delta }_{ge})+\frac{g_{\left(n\right)I}-r_{\left(n\right)}}{{\gamma }_{gr}}\cdot {\gamma }_{e\nu }\right]\left[10\right]$$

Установление величины весового коэффициента α осуществляется также с учетом параметра κ. С возрастанием, в частности, абсолютного значения данного параметра уменьшают значение коэффициента β в соотношении для е_(n)p.

На (n+1) позиции имеет место межцветовое предсказание краевого, в диапазоне распределения СЦС по оси 0λ, пикселя R(n+1)Pm (исходный краевой пиксель В_(n+1) на данной позиции имеется). По существу данный случай предсказания отличается от рассмотренного (позиция n) наличием пикселей двух предшествующих, по положению в диапазоне распределения по оси 0λ, восстанавливаемому СЦС, т.е. отличается лишь направлением реализации предсказания по оси 0λ. Для случая на позиции (n+2) характерно сочетание предсказаний и по последующим, и по предшествующим, по положению на оси 0λ, СЦС. На последующих позициях ситуация повторяется. К входам блока 45 формирования СЦС подключены восстановленные с применением межцветовой экстраполяции и интерполяции сигналы СЦС, имеющие промежуточное и краевое положения в диапазоне распределения по оси 0λ, поступающие с выходов блоков 42 суммирования и 44 межцветового вычисления предсказанных значений уровня пикселей СЦС. Первые же входы блока 45 формирования СЦС соединены с входными сигналами исходных задержанных цветовых составляющих блока межцветового предсказания и интерполяции пикселей СЦС. С использованием указанных сигналов в данном блоке реализуют объединение (например, за счет мультиплексирования) исходных и восстановленных по межцветовому направлению одноименных пикселей краевых по положению на оси 0λ СЦС и обеспечивают формирование независимых СЦС заданного вида, которые и поступают на выходы 46 блока 7 межцветового предсказания и интерполяции пикселей СЦС.

Блок 8 весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих (БВКВВ) предназначен для формирования сигналов, определяющих вес (вклад) каждого из вариантов полученного при реализации многократной интерполяции по различным направлениям внутрикадрового пространства уровня пикселя в результирующее его значение. Чем больше градиент изменения уровня СЦС в участке локализации интерполируемого по данному направлению интерполяции пикселя, тем выше вероятность возрастания ошибки интерполяции конкретной СЦС по данному направлению. В реальных условиях имеет место относительное изменение размеров интервалов в пределах внутрикадрового пространства между ближайшими, предшествующим и последующим, по отношению к положению интерполируемого, пикселями по различным направлениям интерполяции. Последнее может быть связано как с выбранной спецификой распределения пикселей отдельных СЦС в пределах внутрикадрового пространства, так и с параметрами структуры общей совокупности дискретных светочувствительных элементов в пределах соответствующей матрицы преобразователя "свет-сигнал". В связи с этим поступающие на вход 27 БВКВВ 8 сигналы разности смежных по независимым направлениям пикселей в блоке преобразования 48 подвергают амплитудной коррекции. Задачей указанной коррекции является учет изменений интервалов между смежными и интерполируемым пикселями, которые имеют место в условиях конкретной реализации многократной интерполяции в пределах внутрикадрового пространства одного и того же отсутствующего пикселя по совокупности независимых направлений. Преобразованные (нормированные) таким образом сигналы разности подвергают относительному сравнению в блоке 49 относительной оценки весовых коэффициентов выполнения многократной интерполяции по каждому из направлений. На другой (26) вход блока 49 поступают задержанные, совпадающие во времени, сигналы исходных пикселей каждой из цветовых составляющих. С использованием указанных входных сигналов в данном блоке формируют сигналы весовых коэффициентов κ_i по каждому из i направлений интерполяции, относительный уровень которых снижается с увеличением значения модуля сигнала разности по конкретному из направлений и с превышением допустимых пределов диапазона (выше максимального и ниже минимального) уровней смежных, интерполируемому, задержанных исходных пикселей СЦС. Следует также отметить, что обеспечивается выполнение условия $${\displaystyle \sum _{i=1}^n{\kappa }_i=1}$$ при интерполяции каждого пикселя конкретной СЦС.

Сигналы результатов оценки первой и второй межцветовой разности с выходов (40, 47) блока 7 межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих поступают в блоке 9 оценки весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих (БВКМВ) на входы блока 51 распределения пикселей сигналов первой и второй межцветовых разностей по принадлежности к вариантам восстановления пикселей сигналов каждой отдельной из цветовых составляющих. В данном блоке имеет место распределение полученных сигналов разности с учетом не только специфики восстановления, которая во много определяет возникающие ошибки предсказания уровней пикселей независимых СЦС, но и с учетом заметности последних при видеоконтроле. Далее, в блоке 52, реализуют умножение распределенных пикселей сигналов межцветовой разности на значения статических коэффициентов. При этом обеспечивается не только учет влияния на необходимую точность восстановления характеристик заметности (при видеоконтроле изображений) возникающих искажений восстановления, но и учитывается влияние относительного положения конкретных СЦС в пределах контролируемого диапазона длин волн электромагнитного излучения и влияние специфики используемых алгоритмов предсказания. Преобразованные таким образом по уровню сигналы разности поступают на блок 53 оценки весовых коэффициентов межцветовой интерполяции и межцветового предсказания, где осуществляется формирование сигналов весовых коэффициентов текущих межцветовых предсказаний каждого пикселя независимых СЦС. Сигналы, отражающие результаты оценки весовых коэффициентов, поступают на выход 54 БВКМВ 9.

Сформированные сигналы весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановлений поступают в блоке 10 относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления на первые и вторые входы (соответственно 50 и 54) блока 55 оценки коэффициента эффективности внутрикадрового восстановления и блока 56 оценки коэффициента эффективности межцветового восстановления. Эффективность восстановления по любому из направлений видеоинформационного пространства определяется, в первую очередь, степенью корреляции смежных независимых отсчетов соответствующего сигнала по конкретному направлению и, следовательно, их плотностью распределения в пределах каждого из направлений. Увеличение, например, числа пикселей на единицу угла поля зрения телевизионной камеры в ТВЧ существенно увеличивает степень внутрикадровой корреляции. Возрастание же числа цветовых составляющих, анализирующих видеоинформационный сигнал в фиксированном интервале длин волн электромагнитного излучения, отражается увеличением степени корреляции СЦС и, следовательно, увеличением эффективности восстановления по данному направлению. При этом плотность распределения отсчетов отдельных и смежных СЦС во внутрикадровом пространстве и в пределах диапазона длин волн (по оси 0λ) может быть существенно неравномерной. Учет влияния указанных факторов обеспечивается в предложенном устройстве за счет введения в его структуру указанных блоков 55 и 56. Преобразованный сигнал весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления с выходов блока 55 поступает на блок 57 умножения сигнала весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления на фиксированный множитель, обеспечивающий учет специфики характеристик относительной заметности пространственных и межцветовых искажений восстановления СЦС. Откорректированные указанным образом сигналы весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановлений каждого пикселя независимых СЦС поступают соответственно на первый и второй входы блока 58 попарного распределения восстановленных пикселей, отличающихся использованным при восстановлении направлением (межцветовое или внутрикадровое). На выходе данного блока получают соответствующие пары сигналов весовых коэффициентов. По значениям уровней последних в последующем блоке 59 вычисления сигнала значений весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления осуществляют относительную оценку и вычисление результирующих (нормированных) значений сигналов весовых коэффициентов, сумма которых имеет фиксированное значение (например, равное единице), а относительный вклад двух (внутрикадровой и межцветовой) составляющих может меняться при восстановлении отдельных пикселей каждого из СЦС.

На первые и вторые входы (21 и 24) блока весового умножения 61, входящего в структуру блока 11 результирующего восстановления (БРВ) предложенного устройства, раздельно поступают задержанные (совмещенные во времени) восстановленные к минимальному периоду следования в интервалах отдельных и смежных строк сигналов ТВ-кадров и восстановленные к минимальному периоду следования в пределах отдельных и смежных строк и в пределах распределения цветовых составляющих пиксели каждого из СЦС. На третий вход (60) поступают сигналы относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления. Полученные после весового умножения (восстановленные по внутрикадровому и межцветовому направлениям) СЦС суммируют в соответствующем блоке 62. На выходе 63 блока суммирования 62 формируют независимые СЦС, отражающие конечный результат процедуры восстановления. Каждый из выходных СЦС (выход 63 блока 62) поступают на отдельные блоки 12 внутрикадровой (пространственной) низкочастотной фильтрации. По существу данные блоки по структуре и принципу действия не отличаются от традиционных двумерных цифровых фильтров. С использованием блоков задержки 64 и 65 здесь формируют совмещенную во времени матрицу смежных, в пределах внутрикадрового пространства, пикселей. Каждый из совмещенных пикселей матрицы умножают на абсолютное значение заданного весового коэффициента с последующим установлением полярности (блок 68). Полученные значения всех пикселей подвергают суммированию (блок 69), результат которого приводят к заданной разрядности за счет деления (блок 69). С использованием сигналов управления (вход 67) в блоке 68 установки веса и полярности каждого пикселя при этом определяют вид двумерной импульсной характеристики цифрового фильтра низких частот таким образом, чтобы обеспечить более высокую степень подавления составляющих пространственного спектра выходного сигнала изображения под углом 45 градусов в пределах внутрикадрового пространства. Применение такой фильтрации обеспечивает, с учетом характеристик зрения человека, увеличение соотношения сигнал/шум и подавление погрешностей внутрикадрового восстановления. Указанный положительный результат достигается в данном случае без существенного ухудшения визуальной четкости при видеоконтроле соответствующих СЦС изображений.

Предлагаемые в данном изобретении способ и устройство формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости позволяют увеличить точность восстановления значений уровня отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих (СЦС) и за счет этого повысить четкость соответствующих сигналов изображений по пространственному и цветовому направлениям, уменьшить возникновение нелинейных искажений в структуре воспроизводимых сигналов телевизионных изображений. Реализация данного способа в предложенном устройстве позволяет увеличить продуктивность существующих одноматричных устройств формирования сигналов телевизионных изображений стандартной и высокой четкости, не требуя при этом дополнительных экономических и материальных затрат. С его помощью можно без дополнительных конструкторских и инженерных разработок повысить качество получаемых изображений в некоторых уже существующих и разрабатываемых устройствах. Данный способ может быть реализован как в виде программного обеспечения, так и в виде отдельной логической схемы и применен непосредственно в устройстве или при постобработке полученного сигнала.

Изобретение относится к области цветного телевидения с высокой разрешающей способностью. Техническим результатом является улучшение качества восстановления отсутствующих значений пикселей сигналов цветовых составляющих, увеличение четкости изображений, уменьшение искажений и сохранение цветности. Предложено в способе формирования сигналов изображения, помимо внутрикадровой интерполяции (экстраполяции), использовать интерполяцию (экстраполяцию) по направлению распределения цветовых составляющих, при которой вычисление значений уровней отсутствующих пикселей цветовых составляющих каждого отдельного элемента сигнала изображения с фиксированными координатами осуществляется на основе использования значения уровней других цветовых составляющих указанного пикселя. Полученные с помощью интерполяции недостающие дискретные значения одних и тех же по координатам цветовых составляющих подвергают суммированию для получения результирующего значения пикселя цветовой составляющей, предварительно произведя умножение этих значений на весовые коэффициенты. Для увеличения точности восстановления недостающих значений цветовых составляющих интерполяция как по пространственному, так и по межцветовому направлениям осуществляется с вычислением значений промежуточных пикселей, для получения которых используются значения исходных, соседних с восстанавливаемым, пикселей. Также производится вычисление межпиксельных разностей, показывающих вклад каждого из значений промежуточных пикселей в итоговое значение восстанавливаемого пикселя. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ формирования сигналов изображения в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости, включающий в себя разделение общей исходной сформированной совокупности пикселей сигналов цветовых составляющих, периодически следующих с заданным, по отдельному из направлений в пределах строк и последовательности строк внутрикадрового пространства, минимальным периодом, на независимые совокупности пикселей сигналов цветовых составляющих, восстановление периодического следования в пределах внутрикадрового пространства пикселей разделенных сигналов цветовых составляющих с исходным минимальным периодом, реализуемое на основе выбранного числа независимых вариантов параллельной интерполяции отсутствующих пикселей в пределах разделенных совокупностей с многократной вычислительной оценкой уровня каждого отдельного, из отсутствующих, пикселей разделенных сигналов цветовых составляющих на основе расчета весовых коэффициентов, соответствующих отдельному из вариантов направлений многократной вычислительной оценки уровня каждого отсутствующего пикселя разделенных сигналов цветовых составляющих, перемножение полученных при многократной оценке отдельных значений уровня отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих на расчетные весовые коэффициенты, найденные по соответствующим направлениям интерполяции и экстраполяции, с суммированием полученных перемножением значений уровней сигнала каждого отдельного, из отсутствующих, пикселя сигналов цветовых составляющих по выбранным независимым направлениям интерполяции для получении в результате суммирования значения результирующего уровня отсутствующих пикселей сигналов изображения цветовых составляющих при их восстановлении в пределах внутрикадрового пространства, формирование независимых совокупностей пикселей результирующего уровня каждой из цветовых составляющих, совпадающих по координатам локализации в пределах внутрикадрового пространства с отсутствующими пикселями данной составляющей, совмещение и суммирование в пределах внутрикадрового пространства разделенных совокупностей исходных пикселей каждой из цветовых составляющих с полученными совокупностями отсутствующих пикселей результирующего уровня каждой из цветовых составляющих с формированием восстановленных независимых периодических совокупностей пикселей сигналов отдельных цветовых составляющих с заданным, по отдельному из направлений внутрикадрового пространства, минимальным периодом их следования,
отличающийся тем, что перед параллельной интерполяцией отсутствующих пикселей вычисляют по каждому из используемых направлений интерполяции изменения уровня разности смежных пикселей сигналов цветовых составляющих, конкретизируют значения уровней сигналов разности в точках с координатами, в пределах отдельных и смежных строк, совпадающих с координатами предшествующего и последующего, по отношению к местоположению отсутствующего, пикселей, осуществляют, в соответствии с изменениями уровня сигналов разности, независимые предсказания уровня двух промежуточных пикселей по каждому из направлений, координаты первого из которых находятся в интервале от предшествующего до интерполируемого пикселей, координаты второго из которых находятся в интервале от последующего до интерполируемого пикселя, изменяют интервал от предшествующего и последующего пикселей до местоположения первого и второго предсказанных промежуточных пикселей обратно пропорциональным изменениям абсолютного значения уровня сигнала разности в точках с координатами предшествующего и последующего пикселей, реализуют, с использованием полученных уровней указанных двух промежуточных пикселей, интерполяцию отсутствующего пикселя в сокращенном по протяженности интервале, а после формирования восстановленных, в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства, независимых периодических последовательностей пикселей сигналов отдельных цветовых составляющих с заданным, по отдельному из направлений внутрикадрового пространства, минимальным периодом их следования распределяют, по группам или попарно, указанные восстановленные, совпадающие по положению в пределах отдельных и совокупности смежных строк внутрикадрового пространства, пиксели последовательностей сигналов цветовых составляющих, восстанавливают на основе интерполяции и экстраполяции и по аналогии с внутрикадровым восстановлением, в соответствии с координатами местоположения и изменениями уровня распределенных сигналов цветовых составляющих в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления, по значениям уровней последовательностей пикселей сигналов цветовых составляющих, каждой из групп (пар) значение уровней пикселей сигнала другой, не вошедшей в эту группу, промежуточной, по координатам в пределах цветового направления, цветовой составляющей, восстанавливают краевые, по координатам в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления, пиксели сигналов цветовых составляющих на основе экстраполяции и весового суммирования пикселей сигналов предшествующих или последующих, по положению соответствующих координат в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления, сигналов цветовых составляющих, при этом вычисляют абсолютное значение разности уровней пикселей двух предшествующих, с наиболее близкими и более дальними, по отношению к восстанавливаемому сигналу цветовой составляющей, координатами, или последующих, с наиболее близкими и более дальними, по отношению к восстанавливаемому сигналу цветовой составляющей координатами, получают, с использованием указанных сигналов разности, экстраполированное значение пикселей сигнала составляющей в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления с промежуточными координатами между восстанавливаемым и ближайшими из предшествующих и последующих сигналов цветовых составляющих, уменьшают протяженность первого интервала между координатами сигнала ближайшей цветовой составляющей и промежуточной с возрастанием абсолютного значения уровня сигнала разности, устанавливают весовые коэффициенты для полученных уровней промежуточного и экстраполированного значения сигналов цветовых составляющих в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления во втором интервале между положениями промежуточной и восстанавливаемой цветовой составляющей, снижают в этом, втором, интервале значение относительной величины весового коэффициента для экстраполированного значения с возрастанием абсолютного значения уровня сигнала разности и выходом значения уровня ближайшего по координатам в пределах анализируемого диапазона длин волн цветового направления из сигналов цветовых составляющих за пределы установленного диапазона значений, умножают значения уровней промежуточного и экстраполированного во втором интервале пикселей на весовые коэффициенты и суммируют с получением уровня восстановленных пикселей, ограничивают значения уровней тех восстановленных пикселей сигналов цветовых составляющих, которые превышают по уровню максимально допустимое значение, совмещают во времени и суммируют в пределах внутрикадрового пространства разделенную совокупность исходных пикселей каждой из цветовых составляющих с полученными восстановленными по цветовому направлению одноименными последовательностями отсутствующих пикселей с формированием восстановленных независимых периодических последовательностей пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих с заданным, по отдельному из направлений внутрикадрового пространства, минимальным периодом их следования, осуществляют расчет весовых коэффициентов, соответствующих вариантам вычисления значений отсутствующих пикселей данной цветовой составляющей на основе внутрикадровой интерполяции и на основе интерполяции или экстраполяции по цветовому направлению, умножают параллельно восстановленные по цветовому и внутрикадровому направлению значения одной и той же отсутствующей цветовой составляющей на соответствующие расчетные весовые коэффициенты, суммируют полученные после умножения на весовые коэффициенты значения уровней параллельно восстановленных пикселей для итогового вычисления результирующих значений отсутствующих пикселей каждой цветовой составляющей и по внутрикадровому и по цветовому направлениям, осуществляют низкочастотную фильтрацию полученных пикселей сигналов цветовых составляющих в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства, сокращают протяженность области пропускания составляющих спектра сигналов изображений при осуществлении указанной фильтрации под углами сорок пять и сто тридцать пять градусов в пределах отдельных и смежных строк внутрикадрового пространства.

2. Устройство формирования сигналов изображений в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости, содержащее вход устройства, параллельно подключенные ко входу устройства блок формирования сигналов управления, сформированные сигналы управления с выходов которого подключены к соответствующим другим независимым входам блоков устройства, и блок задержки, разделения и распределения пикселей сигналов всех анализируемых цветовых составляющих, вход сигналов внешней синхронизации, который подключен к другому входу блока формирования сигналов управления, блок многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей, первые выходы блока задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих, которые подключены к первым входам блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, блок вычисления весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления, первые входы которого подключены к первым выходам блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих и вторые входы которого параллельно подключены к первым входам блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, блок внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, к независимым входам которого подключены вторые выходы блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, первые независимые выходы блока весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления и вторые выходы блока задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих, другие независимые входы которого подключены к выходам блока внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих,
отличающееся тем, что в устройство введены блок межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, входы которого подключены к третьим независимым выходам блока задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих, а первые выходы которого подключены к третьим независимым входам блока задержки, разделения и распределения пикселей сигналов всех анализируемых цветовых составляющих, блок весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, первые вторые и третьи входы которого соединены с выходами блока межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, блок относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, первые независимые входы которого подключены ко вторым выходам блока весовых коэффициентов внутрикадрового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих и вторые независимые входы которого соединены с выходами блока весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, блок результирующего восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, при этом к выходам блока относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих подключены первые входы блока результирующего восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, блок внутрикадровой низкочастотной фильтрации, четвертые и пятые независимые выходы блока задержки, разделения и распределения пикселей сигналов цветовых составляющих, которые соединены со вторыми и третьими независимыми входами блока результирующего восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, а выходы блока результирующего восстановления отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих подключены ко входу блока внутрикадровой низкочастотной фильтрации, на второй вход которого подается отдельный сигнал управления и выход которого подключен к выходу предложенного устройства.

3. Устройство формирования сигналов изображений в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости по п.2, отличающееся тем, что включает в себя блок многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей, содержащий независимые входы разнородно, в пределах отдельных и смежных строк, ориентированных по отношению к отсутствующему пикселю интерполируемых пар (интерполируемых конечных последовательностей) смежных отсутствующему по положению, совпадающих во времени, пикселей исходного задержанного сигнала каждой из цветовых составляющих, блок весового суммирования, выходы которого подключены к первым выходам блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей, причем в него введены блок интерполяционной оценки изменений уровня пикселей сигнала разности смежных пикселей в пределах каждой из входных параллельно интерполируемых конечных последовательностей пикселей, входы которого параллельно подключены ко входу блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей, блок оценки координат промежуточных пикселей выполнения интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих по значениям уровня указанных пикселей в смежных интервалах до и после отсутствующего (интерполируемого) пикселя, входы которого подключены к первым выходам блока интерполяционной оценки изменений уровня пикселей сигнала разности смежных пикселей в пределах каждой из входных интерполируемых конечных последовательностей, блок вычисления уровня промежуточных пикселей сигналов цветовых составляющих по направлениям интерполяции, первые входы которого подключены к первым выходам блока оценки координат промежуточных пикселей и вторые входы которого параллельно подключены к входу блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей, вторые и третьи выходы блока интерполяционной оценки изменений уровня пикселей сигнала разности смежных пикселей в пределах каждой из входных параллельно интерполируемых конечных последовательностей пикселей, которые соответственно подключены к третьим входам блока вычисления промежуточных пикселей и вторым выходам блока многократной внутрикадровой интерполяции отсутствующих пикселей, выходы блока вычисления уровня промежуточных пикселей сигналов цветовых составляющих по направлениям интерполяции, которые подключены ко входам блока весового суммирования, вторые входы которого подключены ко вторым выходам блока оценки координат промежуточных пикселей.

4. Устройство формирования сигналов изображений в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости по п.2, отличающееся тем, что блок межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих содержит независимые входы совпадающих во времени входных пикселей всей совокупности, разделенных, восстановленных в пределах внутрикадрового пространства и исходных, сигналов задержанных цветовых составляющих, блок распределения с получением сочетаний двух или более пикселей, исходного и восстановленных, в пределах внутрикадрового пространства пикселей сигналов не одноименных цветовых составляющих, независимо подвергаемых последующим интерполяционному и экстраполяционному преобразованиям, входы которого соединены со входами блока межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, блок суммирования с получением интерполированных, промежуточных, по положению анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения в пределах их полной совокупности, пикселей сигналов цветовых составляющих, входы которого соединены с первыми выходами подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов цветовых составляющих блока распределения, первый блок межцветового вычитания подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов двух и более цветовых составляющих, входы которого параллельно подключены к первым выходам подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов цветовых составляющих блока распределения, блок оценки сигналов первой межцветовой разности, первые входы которого подключены к выходам первого блока межцветового вычитания, вторые входы которого параллельно подключены к первым выходам подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов цветовых составляющих блока распределения, блок межцветовой интерполяции сигналов цветовых составляющих в диапазоне длин волн, первые входы которого подключены к выходам блока оценки сигналов первой межцветовой разности, вторые входы которого параллельно подключены к первым выходам подвергаемых интерполяционному преобразованию пикселей сигналов цветовых составляющих блока распределения, первые выходы блока межцветовой интерполяции, которые подключены ко вторым входам первого блока суммирования, вторые выходы блока межцветовой интерполяции, второй блок межцветового вычитания с вычислением уровня пикселей межцветовой разности сигналов, двух и более, смежных цветовых составляющих, предшествующих или последующих, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения двум краевым, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения сигналам цветовых составляющих, входы которого соединены со вторыми выходами подвергаемых экстраполяционному преобразованию пикселей сигналов двух и более цветовых составляющих, предшествующих или последующих, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения, каждому из двух краевых, экстраполируемых, сигналов цветовых составляющих, блока распределения, блок оценки уровня пикселя сигнала второй межцветовой разности с учетом относительного положения в диапазоне длин волн исходного электромагнитного излучения предсказываемых пикселей сигналов цветовых составляющих по отношению к подвергаемым экстраполяционному преобразованию пикселям сигналов двух и более цветовых составляющих, предшествующих или последующих, по положению соответствующих анализируемых участков длин волн исходного электромагнитного излучения, каждому из двух краевых, экстраполируемых, сигналов цветовых составляющих, входы которого подключены к выходам второго блока межцветового вычитания, блок вычисления предсказанных значений пикселей сигналов экстраполируемых цветовых составляющих, первые входы которого параллельно подключены ко входам второго блока межцветового вычитания, вторые входы которого подключены к первым выходам блока оценки уровня пикселей сигналов второй межцветовой разности, вторые выходы блока оценки уровня пикселей сигналов второй межцветовой разности, блок формирования выходных СЦС межцветового восстановления, первые входы которого параллельно подключены к входам сигналов исходных задержанных цветовых составляющих блока межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, вторые входы которого соединены с выходами блока суммирования, третьи входы которого подключены к выходам блока вычисления предсказанных значений пикселей экстраполируемых цветовых составляющих, первые выходы блока межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, которые соединены с выходами блока формирования выходных сигналов цветовых составляющих межцветового восстановления, вторые выходы блока межцветового предсказания и интерполяции отсутствующих пикселей сигналов цветовых составляющих, которые соединены со вторыми выходами блоков оценки сигналов первой межцветовой разности и второй межцветовой разности.

5. Устройство формирования сигналов изображений в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости по п.2, отличающееся тем, что блок весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих содержит независимые первые входы пикселей сигналов первой разности межцветовой интерполяции, и независимые вторые входы сигналов второй разности межцветового предсказания, и третьи входы с пикселей межцветового восстановления сигналов цветовых составляющих, блок распределения пикселей сигналов первой и второй межцветовых разностей по принадлежности к вариантам восстановления пикселей сигналов каждой отдельной из цветовых составляющих, входы которого соединены с независимыми первыми и вторыми входами блока весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, блок умножения распределенных пикселей сигналов межцветовой разности на значения статических коэффициентов в зависимости от характеристик заметности при видеоконтроле искажений восстановления и относительного положения, в пределах контролируемого диапазона длин волн, конкретных восстанавливаемых сигналов цветовых составляющих, входы которого подключены к выходам блока распределения пикселей сигналов первой и второй межцветовой разности по принадлежности к вариантам восстановления пикселей сигналов каждой отдельной из цветовых составляющих, блок оценки весовых коэффициентов межцветовой интерполяции и межцветового предсказания, первые входы которых соединены с выходами блока умножения распределенных пикселей сигналов межцветовой разности на значения статических коэффициентов, вторые входы блока оценки весовых коэффициентов межцветовой интерполяции и межцветового предсказания, которые соединены с третьими входами блока весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, выходы блока весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, которые соединены с выходами блока оценки весовых коэффициентов межцветовой интерполяции и межцветового предсказания.

6. Устройство формирования сигналов изображений в системах цифрового телевидения стандартной и высокой четкости по п.2, отличающееся тем, что блок относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления содержит независимые первые входы сигналов весовых коэффициентов выполнения многократной, внутрикадровой, интерполяции по каждому из направлений и независимые вторые входы сигналов весовых коэффициентов межцветового восстановления пикселей сигналов цветовых составляющих, блок оценки коэффициента эффективности внутрикадрового восстановления, входы которого соединены с первыми входами блока относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления, блок оценки коэффициента эффективности межцветового восстановления, входы которого соединены со вторыми входами блока относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления, блок умножения сигнала коэффициента эффективности внутрикадрового восстановления на значения статических коэффициентов, входы которого соединены с выходами блока оценки коэффициента эффективности внутрикадрового восстановления, блок попарного распределения сигналов коэффициентов эффективности внутрикадрового восстановления и сигналов коэффициентов эффективности межцветового восстановления пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих, первые входы которого соединены с выходами блока умножения сигналов коэффициентов эффективности внутрикадрового восстановления на значения статических коэффициентов и вторые входы которого соединены с выходами блока оценки коэффициента эффективности межцветового восстановления, блок вычисления относительных значений весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления, входы которого подключены к выходам блока попарного распределения сигналов коэффициентов эффективности внутрикадрового восстановления и сигналов коэффициентов эффективности межцветового восстановления пикселей сигналов каждой из цветовых составляющих, выходы блока относительной оценки весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления, которые соединены с выходами блока вычисления значений весовых коэффициентов внутрикадрового и межцветового восстановления.