Система передачи телевизионного сигнала Советский патент 1984 года по МПК H04N7/18 

Изобретение относится к средства связи и может быть исполГззовано при построении цифровых телевизионных и видеотелефонных систем. Наиболее близкой по технической сути к предлагаемой является система передачи телевизионного сигнала, содержащая ,на передающей стороне последовательно соединенные блок вы читания, блок квантования, преобразователь кода, сумматор, первый бло задержки и умножитель, выход которо го соединен с первым входом блока вычитания и вторьм входом сумматора а на приемной стороне - преобразова тель кода и последовательно.соединенные сумматор, первый блок задерж ки и умножитель, выход которого сое динен с первым входом сумматора lj . Недостатком системы является воз никновение шумов перегрузки по кру.тизне при передаче высококонтрастны перепадов изображений, поскольку разностньш сигнал, полученный на выходе блока вычитания, превьшает динамический диапазон квантующей характеристики блока квантования и ограничивается, Шумы перегрузки по крутизне могут проявляться на изображении как линейные и нелинейные искажения и ухудшают качество восстановленного изображения. Устра нение шума перегрузки по крутизне путем увеличения уровней квантования неэффективно, так как при этом увеличивается линейная скорость передачи информации. Цель изобретения - уменьшение искажений при передаче высококонтрастных перепадов изображений. Поставленная цель достигается тем, что в систему передачи телевизионного сигнала, содержащую на передающей стороне последовательно соединенные блок вычитания, блок квантования, преобразователь кода, сумматор, первый блок задержки и умножитель, выход которого соединен с первым входом блока вычитания и вторым входом сумматора, а на приемной стороне система содержит преобразователь кода и последовательно соединенные сумматор, первый блок задержки и умножитель, выход которо соединен с первым входом сумматора, на передающей стороне введены после довательно соединенные блок обнаружения перегрузки по крутизне, формирователь управляющего сигнала и коммутатор, а также второй блок задержки , включенньй между входом блока обнаружения перегрузки по крутизне и вторым входом блока вычитания, и инвертор, включенный между выходом блока квантования и вторым входом коммутатора, причем выход блока квантования соединен с третьим входом коммутатора, а выход умножителя соединен с вторым входом формирователя управляющего сигнала, а на приемной стороне введены блок обнаружения перегрузки по крутизне, блок сумматоров и коммутатор, включенные последовательно между выходом преобразователя кода и вторым входом сумматора, а также второй блок задержки, включенный между выходом преобразователя кода и вторым входом коммутатора, и формирователь управляющего сигнала, включенньй между вторым выходом блока обнаружения перегрузки по крутизне и третьим входом коммутатора, причем выход формирователя управляющего сигнала соединен с вторым входом блока сумматоров. На фиг.1 представлена структурная электрическая схема передающей стороны системы передачи телевизионного сигнала, на фиг.2 - структурная электрическая схема приемной стороны системы передачи телевизионного сигнала, на фиг. 3 шкала квантования телевизионного сигнала, на фиг.4 - структурная электрическая схема блока обнаружения перегрузки по крутизне передающей стороны. Система содержит на передающей стороне второй блок 1 задержки, блок 2 вычитания, блок 3 квантования, преобразователь 4 кода, сумматор 5, первый блок 6 задержки,умножитель 7, блок 8 обнаружения перегруз ки по крутизне, формирователь 9 управляющего сигнала, коммутатор 10, инвертор 11, на приемной сторонепреобразователь 12 кода, второй блок 13 задержки, коммутатор 14, сумматор 15, первый блок 16 задержки, умножитель 17, блок 18 обнаружения перегрузки по крутизне, формирователь 19 управляющего сигнала, блок 20 сумматоров. Блок 8 обнаружения перегрузки по крутизне содержит резистор 21

сдвига, первый, второй и третий вычитатели 22-24 и разрешающий узел 25

Система передачи телевизионного сигнала работает следующим образом.

На первьй вход блока 2 вычитаимя через второй блок 1 задержки подается входной видеосигнал, представленньш, например, параллельным восьмиразрядным двоичным кодом (фиг.1). В блоке 2 из входного видео сигнала вычитается задержанное в петле обратной связи, например, на период дискретизации значение видеосигнала. Полученное разностное значение двух соседних отсчетов квантуется в блоке 3 по нелинейной шкале, что позволяет, учитывая свойства зрения, значительно сократить число уровней квантования. Так, например, при 256 уровнях квантования входного видеосигнала достаточно 16 уровней при нелинейном квантовании разностного сигнала. Квантованное значение разностного сигнала преобразуется для передачи по каналу связи блоком 3 в четырехразрядный код Грея, один разряд которого содержит информацию о знаке разностног сигнала.

Для выполнения арифметических операций в петле обратной связи в преобразователе 4 код Грея преобразуется в восьмиразрядньй двоичный код. В сумматоре 5 происходит сложение текущего разностного значения с предьщущим отсчетом, задержанным в первом блоке 6 задержки и умноженным в умножителе 7.

При отсутствии шумов перегрузки или при наличии нераспространяющихс шумов перегрузки сигнал формировате 9 позволяет коммутатору 10 пропускать на выход кодовые комбинации, поступающие с блока 3.

При наличии высококонтрастных перепадов изображения в блоке 8 происходит обнаружение перегрузки п крутизне и определение величины ожидаемого значения шума перегрузки. В блоке 8 анализируются истинные значения входного видеосигнала, а в полученных ошибках предсказания не будут учтены шумы квантования, вносимые нелинейной шкалой квантования блока 3 квантования. При правышении оигибкой предсказания,полученно 5 блоке 8,значения максимального уровня квантования блока 3 на величину, равную половине максимашьного шага квантования, и при распространнии шума перегрузки по крутизне на несколько отсчетов, в блоке 8 формируется сигнал о наличии и величине (в долях числа отсчетов) перегрузки по крутизне, который поступает в формирователь 9 управляющего сигнала.

В формирователь 9 поступает такж предсказанный сигнал с умножителя 7. Если с выхода блока 8 поступает сигнал о наличии и величине ожидаемой перегрузки по крутизне и одновременно предсказанный сигнал, поступающий с умножителя 7, удовлетворяет одному из двух условий

пр 5

Y

пр

N

где X

предсказанньй сигнал,пр

X максимальное значение rrioix входного видеосигнала, Yj - максимальньй уровень

квантования,

то формирователь 9 вьща.ет сигнал управления соответствующей длительности (в соответствии с величиной перегрузки в долях числа отсчетов) и коммутатор 10 пропускаетна выход передающей стороны системы инвертированные значения разностных сигналов, поступающих с инвертора 11. Очевидно, что первое из этих разностных сигналов будет соответствовать максимальному уровню квантования с положительным или с отрицательньш знаком в зависимости от знака перепада.

Второй блок 1 задержки задерживает входной сигнал с целью получения разностного сигнала после анализа истинных значений видеосигнала, т.е. после обнарзжения в блоке 8. Таким образом, при наличии перегрузки по крутизне в каАал связи передаются такие значения разностных сигналов, алгебраическая сумма которых с предсказанными значениями выходит за пределы динамического диапазона входного сигнала (при 256 уровнях квантования эта сумма будет или отрицательна или больше числа 255).

Это обстоятельство лежит в основ обнаружения на приемной стороне кодовых комбинаций, соответствующих перегрузке по крутизне.

Принятьй разностньй сигнал,представленньй в коде Грея, преобраэуется в преобразователе 12 в восьмиразрядный двоичны код и пос пает на блок 18 обнаружения перегр ки по крутизне (фиг.2). В блоке 18 сравниваются поступа щие кодовые комбинации разностного сигнала и предсказанные значения сигнала. Если алгебраические суммы этих значений выходят за пределы динамического диапазона входного сигнала, то блок 18 вьщает сигнал о наличии перегрузки. Величина перегрузки в долях числа отсчетов определяются путем анализа кодовых комбинаций, соотве ствующих перегрузке, т.е. анализируется число кодовых комбинаций, соответствующих максимальному уров квантования. По сигналу блока 18 в формирователе 19 управляющего , сигнала формируется сигнал управле определенной длительности. В этот мент в блок 20 сз мматоров поступают с первого выхода блока 18 и арифметически складываются декодированные значения кодовых комбинаций .разностного сигнала, соответствующих перегрузке (число этих значений определяется величиной перегрузки), далее добавляется си нал о знаке и пропускается на выход коммутатора 14 по сигналу формирователя 19. Управляющий сиг после этого приравнивает к нулю определенное число разностных сиг налов, число которых определяется соотношением , ндА Nnep-, где N„5- - величина перегрузки по крутизне в долях числа отсчетов, и определяется с помощью выражени бх ei.Bx- M д - значение входного видео сигнала. Следует отметить, что величину N следует округлить до ближайшего большего целого числа. Таким образом, в случае отсутствия перегрузки по крутизне сигн с выхода преобразователя 12 через второй блок 13 задержки, который осуществляет задержку входного си нала на величину, необходимую для анализа разностных сигналов, и коммутатор 14 поступает на вход сумматора 15, в котором он суммируется со значением предьщущего отсчета видеосигнала и далее через первый блок 16 задержки и умножитель 17 поступает-на выход системы. При наличии перегрузки по крутизне сигнал на второй вход сумматора 15 поступает через коммутатор 14 с выхода блока 20 сумматоров, в котором вьгаисляется значение входного сигнала, причем определенное число разностных сигналов приравнивается нулю. Работа блока 18 обнаружения перегрузки по крутизне определяется видом шкалы квантования (фиг.З) и алгоритмом предсказания. На вход регистра 21 сдвига (фиг.4) поступают истинные значения входного видеосигнала. Из-за того, что максимальная величина перегрузки при данной характеристике шкалы квантования равна трем, так как на основе вьфажения (2) получаем вх mav 255 3 отсчета ершах у и предсказание осуществляется по первому предьщущему элементу, происходит анализ четырех истинных знаЧений входного видеосигнала, следующих последовательно друг за другом (например, обозначим их как 1, 2, 3, 4 или 2, 3, 4, 5 и т.д.). На выходах вычитателей 22-24 получаются разностные значения между двумя соседними отсчетами, например, из второго вычитается первый, из третьего вычитается второй и т.д. Результаты вычитания поступают в разрешающий узел 25, где происходит сравнение абсолютных величин разностей, полученных вычитателями 22-24, с величиной,, равной сумме максимального уровня квантования и половине максимального шага квантования. Здесь же происходит обнаружение величины перегрузки. Пример. Допустим, что истинные значения входного видеосигнала в трех последовательных отсчетах равны О, 125, 125 соответственно. Тогда в вычитатепе 22 получается разность 125-0 125, а в вьгчитателе 23 - разность 125-125 0. Значения разностей 125 и О поступают в разрешающий узел 25. Так, как 9Ч-7Ч 125 93 + 103 7 и вторая разность райняется нулю (т.е. шум перегрузки распространяется на два отсчета), разрешающий узел 25 вьдает сигнал (например, 01) о наличии, распространении и величине (разной двум отсчетам) шума перегрузки, который поступает в формирователь 9. В формирователь 9 поступает также предсказанный сигнал (следует отметить, что истин ное значение входного видеосигнала О участвует в формировании предсказанного сигнала). Допустим Хдр . 2, так как X „р 2 - (Y 93), формирователь 9 ввдает сигнал управления коммутатором 10, который пропускает на выход системы инвертированные зн чения разностных комбинаций. Дпя примера получаются две разности (125-2)93, (125-93)39, где С) - квантованная величина со ответствующей разности. В канал св зи в этот момент посылаются кодовы комбинации, соответствующие () и (-39). На приемной стороне (фиг.2) изтого, что алгебраическая сумма 8 91 + (-93) 2 +-(-93) -91 выхоXдит за пределы динамического диапазона входного видеосигнала, происходит обнаружение кодовых комбинаций, соответствующих перегрузке. Так кик величина 93 повторяется один раз, формирователь 19 вьщает сигнал о наличии и величине перегрузки, равной двум отсчетам. В блоке 20 сумматоров суммируются величины (-93) и (-39)и получается: 93 + 39 132. На выход коммутатора 14 в этом случае пропускаются значения 132 и 0. В результате шум перегрузки,который равнялся бы 125-93 32, уменьшается до 132-125 7. Следует отметить, что шум такой величины на перепаде в 125 практически незаметен. Устранение шумов перегрузки в системе передачи телевизионного сигнала с помощью дифференциальной импульсно-кодовой модуляции дает возможность существенно повысить субъективное качество восстановленного изображения и улучшить объективные показатели такой системы при передаче испытательных сигналов. При этом система усложняется незначительно

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕВИ- , ЗИОННОГО СИГНАЛА, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные блок вычитания, блок квантования, преобразователь кода, сумматор, первый блок задержки и умножитель, вьпсод которого соединен с первым .входом блока вычитания и вторым входом сумматора, а на приемной стороне система содержит преобразователь кода и последовательно соединенные сумматор, первый блок задержки и умножитель, выход которого соединен с первым входом сумматора, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения искажений при передаче высококонтрастных перепадов изображений. I (тшя щ «Я2ЛЯ81Х1А на передающей стороне введены последовательно соединенные блок обнаружения перегрузки по крутизне, формирователь управляющего сигнала и коммутатор, а также второй блок задержки, включенный между входом блока обнаружения перегрузки по крутизне и вторым входом блока вычитания, и инвертор, включенный между выходом блока квантования и вторым входом коммутатора., причем выход блока квантования соединен с третьим входом коммутатора, а выход умножителя соединен с вторым входом формирователя управляющего сигнала, а на приемной стороне введены блок обнаружения перегрузки по крутизне, блок сумматоров и коммутатор,включенные последовательно между выходом преобразователя кода и вторым входом § сумматора, а также второй блок задержки, включенный между выходом преобразователя кода и вторым входом коммутатора, и формирователь управляющего сигнала, включенный между 4 вторым выходом блока обнаружения перео: грузки по крутизне и третьим входом со коммутатора, причем выход формирователя з равляющего сигнала соединен с вторым входом блока сумматоров.

Фиг1

.2.

Фиг.З

f f

i Ц t

2Z

23

f

24

fpuz.4