Телевизионная система с компрессией цифровых сигналов изображения Советский патент 1983 года по МПК H04N7/18 H04N1/40 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов изображений.

Известно устройство для компрессии дискретизированного сигнала изображения линейным ортогональным преобразованием матрицей Уолша-Пэли, реализующее быстрое преобразование Пэли передающая часть которого содержит последовательно соединенные телевизионную камеру, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), входные регистры сумматоры и вычитающие схемы, блок управления и выходные регистры, а приемная часть содержит последовательно соединенные входные регистры, сумматоры и вычитающие схемы, делители на целое число, выходные регистры, цифро-аналоговый преобразователь, видеоконтрольный блок и блок управле-. ния. С выходных регистров передающей части коэффициенты преобразования через линию связи поступают в приемную часть устройства, где происходит обратное преобразование С О .

Недостатком известного устройства является сложность технической реализации, низкая скорост ь обработки информации и большие габариты.

Известно также устройство для сокращения избыточности цифровых сигналов изображений, содержащее последовательно соединенные АЦП, первый .вход которого подключен к выходу телевизионной камеры, сумматор, делитель и выходной регистр, выход которого подключен к линии связи, вторые входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления, блок задержки, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход с пятым выходом блока управления, а выход - с третьим входом сумматора, и переключатель режимов работы, вход которого подключен к шестому выходу блока управления, а выход - к третьему входу делителя С 2 .

Недостатком известного устройства является низкое качество изображения при восстановлении изображения в приемной 4actM.

Наиболее близкой к предложенной по техническому решению является телевизионная система с компрессией цифровых сигналов изображения, передающая часть которой содержит последовательно включенные АЦП, соединенный первым входом с выходом передающей телевизионной камеры, сумматор, делитель и выходной регистр, выход которого подключен к линии связи, вторые входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления , блок задержки, первый вход которого подключен к выходу сумматора, второй вход - к пятому выходу блка управления, а выход - к третьему входу сумматора, и переключатель режимов работы, вход которого соединен с шестым выходом блока управления, а выход - с третьим входом делителяГЗ

Приемная часть содержит последовательно включенные входной регистр, соединенный первым входом с линией связи, а вторым входом - с первым выходом блока управления, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и видеоконтрольный блок (ВКУ), вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления , и переключатель режимов работы, вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход - к третьему входу ЦАП 2 .

Известная система реализует модифицированное линейное преобразование Пэли и обеспечивает увеличение быстродействия и упрощение схемы устройства при таком же качестве восстановленного изображения, какое было при обработке с помощью устройства 13 реализующего быстрое преобразование Пэли (быстрое преобразование Уолша),

С помощью этой системы сложная задача вычисления N|2 коэффициентов заменяется вычислением среднеарифметических значений двух соседних дискретных элементов, а вычисление N J4 коэффициентов - вычислением среднеарифметических значений четырех соседних дискретных элементов и т.д., в общем случае вычисление N/2 коэффициентов заменяется вычислением среднеарифметических значений 2(,2, ..., п) соседних дискретных элементов изображения.

Для большинства изображений качество преобразованного изображения заметно ухудшается при коэффициентах сокращения избыточности больше двух. Поэтому передающая и приемная части устройства в основном должны работать в режиме, соответствующем коэффициенту сокращения избыточности равному двум. Недостатком известной системы является то, что сигнал изображения, обработанный с помощью, вышеуказанных устройств, после восстановления характеризуется заметной ступенчатой структурой и размытостью на границах сравнительно резких наклонных перепадов яркости, а на границах сравнительно резких вертикальных перепадов яркости - только размытостью границ. Такие искажения заметны даже при коэффициента сокращения избыточности равном двум. Целью изобретения является повышение качества воспроизводимого изоб ражения путем уменьшения размытости границ крупнь х деталей изображения и заметности ступенчатой структуры,. Поставленная цель достигается тем что в телевизионную систему с компрессией цифровых сигналов изображений, содержащую в передающей части последовательно соединенные ЦАП, пер вь1й вход которого подключен к выход передающей телевизионной камеры, сум матор, делитель и выходной регистр, выход которого подключен к входу линии связи, тактовые входы которых подключены соответственно к первому, второму, трр.тьему и четвёртому выходам блока управления, блок задержки, пер вый вход которого соединен с выходом сумматора, тактовый вход - с пятым выходом блока управления, а выход вторым входом сумматора, и переключа тель режимов работы, вход которого подключен к шестому выходу блока управления , а выход - к управляющему входу делителя, а в приемной части последовательно соединенные входной регистр, вход которого подключен к в ходу линии связи, ЦАП и ВКУ, тактовы входы которых подключены соответстве но к первому, второму, и третьему вы ходам блока управления, и переключатель режимов работы, вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а выход - с управляющим входом ЦАП, в приемную часть между вторым выходом входного регистра и разрешающим входом ЦАП введены после довательно соединенные блок памяти, блок вычисления среднеарифметических значений и блок сравнения, тактовые входы которых подключены соответственно к пятому, шестому и седьмому 1 2 выходам блока управления, при этом второй выход блока памяти соединен с вторым входом блока сравнения. На фиг.1 представлена структурная электрическая схема телевизионной системы; на фиг.2 ,- исходные а и (5 изображения и получающиеся на выходе передающей части te и г). Передающая часть предложенной телевизионной системы содержит передающую телевизионную камеру , АЦП 2 сумматор 3, блок управления , делитель 5, блок задержки 6, выходной регистр 7 и переключатель 8 работы. Приемная чаЬть содержит входной регистр 9, ЦАП 10, ВКУ 11, блок управления 12, переключатель 13 режимов работы, блок памяти Ц, блок 15 числения среднеарифметических значений и блок сравнения 16. Телевизионная система с компрессией цифровых сигналов изображений работает следующим образом. Аналоговый сигнал с передающей телевизионной камеры 1 поступает на вход АЦП 2, где происходит дискретизация во времени и квантование уровней шестиразрядным кодом. Выходной дискретизированный шестиразрядный цифровой сигнал поступает на первый вход сумматора 3 где он складывается с предыдущим дискретизированным значением сигнала, поступающим с задержкой на второй вход сумматора 3 с блока задержки 6. Таким образом можно найти сумму N дискретных значений исходного сигнала. В делителе 5 в соответствии с положением переключателя 8 режимов работы происходит деление на целое число: либо на два, если в сумматоре 3 складываются два дискретных значения .исходного сигнала, либо на четыре, если складываются четыре значения и т.д., в общем случае на N, если складываются N дискретных значений. Результаты деления поступают через выходной регистр 7 в линию связи и далее на приемную часть устройства. Приемная часть предложенного устройства работает в режиме, соответствующем коэффициенту компрессии (сокращения избыточности) равному двум,-следующим образом (в других режимах работы восстановление контуров не производится и поэтому в этих режимах приемная чдсть работает так же, как в известном устройстве). При описании-работы приемной част предложенного устройства в режиме, соответствующем коэффициенту сокращения избыточности равному двум, при няты дополнительные обозначения: I, II, III и т.д. - средние значения двух соседних элементов изображения. I - . Обработанная с помощью передающей части системы по модифицированному алгоритму линейного преобразования последовательность цифрового потока, соответствующая среднему значению двух соседних дискретных элементов изображения, с линии связи поступает на входной регистр 9- С второго выхода входного регистра 9.цифровой поток, соответствующий четырем (или шести) соседним элементам (трем соседним средним значениям), переписывается в блок памяти I. С первого выхода блока памяти 1 цифровые значения первого и четвертого элементов (I и Ml средних) переписываются в блок 15 вычисления среднеарифметичес ких значений, с выхода которого результат вычисления подается на первы вход блока сравнения 16, на второй вход которого в этот же момент вре/ени с второго выхода блока памяти 14 поступают цифровые значения второго и третьего элементов (II среднего). В блоке сравнения 16 происходит срав нение среднеарифметического значения первого и четвертого элементов (I и III средних) со значениями второго и третьего элементов (II среднего). Если блок сравнения 16 установит, что среднеарифметическое значение первого и четвертого элементов (I и III средних) и значение второго и третьего элементов (II среднего) равны, то выдается сигнал Сравнение (логическая единица) и в ЦАП 2 на месте второ го элемента (М среднего} повторяется значение первого (предыдущего) элемента (I среднего), а на месте третьего элемента (II среднего) - значение четвертого (последующего) эпемента (III среднего). Если блок сравнения 16 установит, что среднеарифметическое значение первого и четвертого элементов (1 и ill средних) отличается от значения Ьторого и третьего элементов (11 среднего), то-выдается сигнал Несравнение (логический нуль) и е ЦАП 2 как первый, так и второй, третий и четвертый элементы (I, II и III средние) сохраняют свои значения, т.е. записываются в такой же последовательности, как поступили на вход входного регистра 1. С выхода ЦАП 2 восстановленный аналоговый сигнал подается на вход ВКУ 11. Переключатель 13 режимов работы при этом работает в таком режиме, который- соответствует коэффициенту сокращения избыточности равному двум. Блок управления 12 управляет работой приемной части устройства, в том числе осуществляет синхронизацикэ ВКУ 1 1 . В других режимах работы устройства, которые могут быть использованы сравнительно редко, дополнительная обработка в приемной части не проводится и в таких случаях с первого выхода вх-одного регистра 9 кодовые комбинации ёз дополнительной обработки поступают на первый вход цифро-аналогового преобразователя tO. Как видно, из вышеизложенного, для дополнительной обработки необходим интервал времени, равный длительности трех последующих (соседних) средних значений, поэтому во входном регистре 1 предусмотрена задержка подачи в цифро-аналоговый преобразователь 2 цифрового потока на время равное длительности трех coce/tHHx средних значений. Входной регистр 1 включает в себя 3 группы триггеров (6 триггеров в одной группе-, которые предназначены для записи трех соседних шестиразрядных средних значений. Так как на вход входного регистра 1 разряды поступают последовательно, необходим еще один дополнительный триггер для предварительной записи первого разряда каждого среднего значения (каждой шестиразрядной кодовой комбинации). Алгоритм работы предложенного устройства, который диктуется алгоритмом модифицированного линейного преобразования, поясняется фиг.2. Пусть имеются два фрагмента исходого сигнала изображения с резким наклонным (фиг.2а) и вертикальным (фиг.26) перепадом яркости. Ступенчаая структура в исходном фрагменте наклонным перепадом яркости (фиг.2а) бусловлена строчным разложением игнала изображения. Результаты пребразования этих фрагментов в переающей части представлены на фиг.2 (а и г) . На фиг.2 в вертикальном, направлении обозначены номера строк N1-N10 а в горизонтальном направлении - номера элементов изображения на определенном, обозначенном соответствующим индексом, участке строки. Каждый участок состоит из двух элементов (К и С., К и С и т.д., в общем случае С), которые подвергаются преобразованию (усредняются) на передающей части устройства. Причем одному участку соответствует среднее значение двух соседних элементов дискретизированного изображения, а индексы отдельных элементов указывают на номера средних значений. Как видно из фиг.2 ( в и г) на наклонном фрагменте подчеркивается (укрупняется, увеличивается) ступенчатая структура и в некоторых местах заметна размытость границы, а на вертикальном фрагменте по всему перепаду заметна размытость границы. Наклонный фрагмент имеет такой угол наклона, что после преобразования в передающей части размытыми оказываются перепады только на четных номерах строк (фиг.2в). Так как в исходном наклонном фрагменте (фиг.2а) элементы Су, и Kj., а также элементы С(4.1И э четных строках вблизи перепада яркости имеют одинаковые значения яркости, после преобразования элементы . и С. К 2.и С, т.е II среднее на второй строке, К и С, т.е. Ill среднее на четвертой строке и т.д./Нринимают среднеарифметическое значёние. Элемент Су,С, т.е. 1 среднее на второй строке, С., т.е. tl среднее на четвертой, и т.д. в ре.ультате:преобразования не изменяется, так как усредняетсяс предыдущим, |равным ему по значению, элементом К, (К на второй, строке,. К2 на четвертой ит. д.). Аналогично элемент K (К на второй строке, четвертой и т.д.) в результате преобразования сохраняет свое.значение, так как усредняется с последующим, равным ему по значению, элементов (С второй строке, С л на четвертой строке и т.д.). Таким образом, среднеарифметическое значение элементов К (К и Cj на второй строке, Кд и Cj на четвертой и т.д.) и среднеарифметическое значение элементов Су, и К (С) и К-, т.е. I и HI средних на второй строке, К4:, т.е. tl и IV средних на четвертой строке и .) равны друг другу. Это позволяет применить дополнительную обработку с целью восстановления исходной структуры данного фрагмента. Такой же подход к обработке справедлив и для вертикального перепада яркости (фиг.26), для которого размытость заметна на вдех строках. Для приведенного фрагмента в результате преобразования размытыми окажутся элементы К и С на всех строках фрагмента. Устройство обеспечивает восстановление исходной структуры На перепадах яркости с любым углом наклона.. Рассмотрим процесс восстановления исходной структуры для второй строки изображения. Для устранения размытости, которая имеет место на элементах С и с появлением которой связано укрупнение ступенчатой структуры, в блоке памяти приемной части устройства запоминаются значения элементов С (I среднее) К, 0,2(11 среднее) и К (III среднее). После этого в блоке 15 вычисления среднеарифметического значения вычисляется среднеарифметическое значение элементов С и К.(первого и четвертого. Т.е. I и III средних которое в схеме сравнения сравнивается со значениями элементов С. (второго и третьего элементов, т.е. 11 среднего). Так как они равны друг другу, элемент К2(второй) получает значение элемента С(первого, т.е. 1 среднего), элемент С,2(третий) значение элемента К (четвертого, т.е. I I I среднего) и таким образом восстанавливаются их истинные значения. Аналогичную процедуру для этих элементов осуществляет устройство и на третьей, четвертой и т.д. строках, но так как вблизи перепадов такие равенства не имеют места, устройство не вносит никаких изменений. Все вышеуказанное справедливо для любого виде перепада: как с темного к яркому, так и наоборот. Ширина каждой из двух частей перепада при этом не дожна быть меньше, чем три элемента; В противном случае исходная структура не восстанавливается. Таким образом, с помощью предлоенной телевизиокТной системы возмож51035832 10

но значительно улучшить качество при дифицированному линейному преобрази

нятого изображения, обработанного с целью сокращения избыtoчнoctи по мованию. При этом габариты устройства увеличиваются незначительно.

с8юи

Ki CjKiCfK CsKitCitKsCsKKCsKyff

iC2K3(3KaCif KsCsK6CsK707