Устройство для сжатия цифровых телевизионных сигналов Советский патент 1984 года по МПК H04L25/49 H04N7/18 

i1 Изобретение относится к системам передачи информации и может использоваться при передаче телевизионных изображений в замкнутых телевизионных системах, а также для телеграфнуй связи в ycTpoHctfeax с преобразованием кода внутри передатчика. Известно устройство для передачи цифровых сигналов, содержащее последовательно соединенные аналого-цифро вой преобразователь (АЦП) блок сравнения, блок выбора передаваемого сим вола и блок кодирования, блок управления памятью и регистр памяти, вклю ченные последовательно между выходом блока выбора передаваемого символа и вторым входом блока сравнения, а также блок определения уровня, выход которого соединен с вторым входом блока кодирования, причем выход АЦП соединен соответственно с вторым входом блока управления памятью и пе вым входом блока определения уровня, второй вход которого соединен с выхо дом блока выбора передаваемого симво ла. В устройстве блок сравнения определяет, в каком из разрядов кода про изошло изменение по сравнению с состоянием разрядов кода предыдущего отсчета и передает оту информацию на вход блока выбора передаваемого символа, который выбирает изменение в старшем разряде, несущее максималь ную информацию об изменении яркости телевизионного изображения. Номера разрядов, в которых произошли измене ния, кодируются блоком кодирования и передаются в канал связи. Блок управления памятью устанавливает тригг ры блока памяти в соответствии со следующим правилом: состояние триг гера старшего из изменившегося разря да изменится на противоположное, истинное состояние, а триггеры последующих младших разрядов кода будут переведены в состояние, противоположное новому состоянию триггера старщего из изменивщихся разрядов. В дальнейшем такая операция называет ся Алгоритм 1. В таком устройстве при восьмиразрядном исходном коде может быть достигнуто сжатие до 4 бит на отсчет. при этом один бит информации служит для передачи знака.прошедшего изменения, а 3 бита информации служат 92 для передачи информации о номерах изменившихся разрядов til. Недостатками устройства являются большое количество передаваемой информации - А бита на отсчет и потеря четкости восстанавливаемых изображений, обусловленная затягиванием фронтов при передаче больших перепадов сигнала. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для сжатия цифровых телевизионных сигналов, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок установки опорного уровня и формирователь кода синхронизации, последовательно включенные между входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блока кодирования, а также последовательно соединенные первый блок управления памятью, первьй вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем вьпсод блока установки опорного уровня соединен с входом сброса первого блока памяти. Устройство передает в канал связи сигнал, несущий информацию о номерах изменивщихся разрядов кода отсчета цифрового телевизионного сигнала по отношению к предыдущему отсчету. С учетом свойств наблюдателя и статистики сигналов телевизионных изображений такую информацию можно передавать в сокращенном алфавите, достигая сжатия информации. Цифровой телевизионный сигнал с выходов аналого-цифрового преобразователя поступает на блок сравнения, на вторые входы которого подан код предыдущего отсчета, обработанного по алгоритму 1. Результат сравнения подается в блок выбора передаваемого символа, который в соответствии с выбранным алгоритмом 1 выбирает изменение, подлежащее кодированию. При восьмиразрядном коде отсчета и трехбитном варианте сжатия выбирается старший из изменившихся разрядов, и в блоке кодирования этому 31 изменению присваивается соответствую щая трехразрядная кодовая комбинация. В этом устройстве достигнут более высокий коэффициент сжатия за счет исключения необходимости передачи знака происшедшего изменения символа разряда кода, поскольку в моменты прихода синхроимпульсов производится обнуление блока памяти, а все дальнейшие изменения символов разрядов кода передаются относительно моментов синхронизации L2. Недостатком устройства является потеря четкости восстанавливаемых изображений, свойственная обработке цифровых видеосигналов согласно алгоритма 1. В системах сжатия теле визионной информации к потере четкос ти приводит определенная обработка сигналов, проводимая на передающей стороне с целью сжатия. Алгоритм 1 ил.пюстрируется в таблице примером преобразования цифрового сигнала с уровня 8 на уровень 19. Как видно процесс перехода с уровня 8 на уровень 19 удлиняется до 3-х отсчетов, причем обработанному (сжатому) по алгоритму 1 сигналу присущи недоработка перепадов, апериодический характер приближения к истинному значению кода, что и приводит к ухуд шению четкости. Цель изобретения - повышение четкости восстанавливаемого изображения при сохранении заданного коэ(5)фициент сжатия, Указанная цель достигается тем, что в устройство для сжатия цифровы телевизионных сигналов, содержащее последовательно соединенные аналого цифровой преобразователь, вход кото рого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок установки опорного уровня и фо мирователь кода синхронизации, посл довательно включенные между входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блока кодирования, а также последовательно соединенные первый блок управления памятью, пер вый вход которого соединен с выходо блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем выход блока установки опорно уровня соединен с входом сброса пер 94 вого блока памяти, введены второй блок управления памятью, второй блок памяти и блок формирования предсказанного значения кода, включенные последовательно между выходом блока выбора передаваемого символа и вторым входом блока сравнения, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса второго блока памяти, второй выход второго блока памяти соединен с вторым входом второго блока управления памятью, выход блока формирования предсказанного значения кода соединен с вторыми входами первого и второго блоков памяти, а второй вход - с вторым выходом первого блока памяти. Введение второго блока управления, второго блока памяти, блока формирования предсказанного значения кода и соответствую дих связей позволяет повысить четкость восстанавливаемых изображений за счет ускорения пере-, дачи резких перепадов телевизионных сигналов. Положительный эффект достигается тем, что в качестве предсказанного значения кода i--ro отсчета сигнала для сравнения с кодом текущего (г+О-го отсчета сигнала выбирается среднее арифметическое двух кодов, полученных в результате одновременной обработки кода отсчета согласно алгоритмов 1 и 2. Суть алгоритма 2 заключается.в сл следующем. Во втором блоке памяти и втором блоке управления памятью осуществляется обработка цифровых сигналов по правилуз старший из изменившихся разрядов кода данного отсчета по отношению к предыдущему переводится в новое истинное значение, а разряды, младше старшего из изменившихся, переводятся в состояния, противоположные своим предыдущим, т.е. инвертируются. Действие алгорит. ма 2 при малых изменениях сигнала эквивалентно действию алгоритма 1. .При больших изменениях сигнала действие алгоритма 2 существенно отличается от алгоритма 1; поскольку; для алгоритма 2 характерна резкая передача больших изменений и в ряде случаев возникает ситуация, когда скачок, передаваемый за первый отсчет, превьш1ает истинное значение, а приближение к истинному значению носит колебательный характер. В таблице представлены алгоритмы..

Импульсно-кодовая

Алгоритм 1 модуляция

Алгоритм 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок установки опорного уровня и формирователь кода синхронизации, последовательно включенные между входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блока кодирования, а также последовательно соединенные первый блок управления памятью, первый вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса первого блока памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения четкости восстанавливаемого изображения при сохранении заданного коэффициента сжатия, в него введены второй блок управления памятью, второй блок памяти и блок формирования предсказанного значения кода, включенные последовательно между вьрсодом блока выбора передаваемого символа и вторым вхо(Л дом блока сравнения, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса второго блока памяти, второй выход второго в блока памяти соединен с вторым входом второго блока управления памятью, выход блока формирования предсказанэ vj ного значения кода соединен с вторыми входа ш первого и второго блоков :о ;о памяти, а вторсда вход - с вторым выходом первого блока памяти.

-10011 00100- -10000 -10010- 10011

8

19 Таким образом, если алгоритму 1 присущ апериодический характер приближения к истинному значению кода сигнала и отрицательная ошибка (недоработка перепадов), то алгоритму 2 - колебательный характер приближения и появление ошибок двух законов. На изображении, восстановленном после обработки по алгоритму 2, вследствие указанного эффекта заметны повторы Тсонтуров и искусственное подчеркивание контуров. Осуществляемая в предлагаемом устройстве обработка кодов согласно алгоритма .е. вычисление среднего арифметического кодов, полученных обработкой по алгоритмам 1 и 2, обеспечивает более высокое качество восстановления изображения. Лучше, чем при алгоритме 1, передаются резкие перепады сигнала, поскольку добавку создает обработанное по алгоритму 2 слагаемое. Вместе с тем значительно ослаблены выбросы, что обусловлено слагаемым, полученным по алгоритму 1, для которого характерна недоработка резких перепадо Указанные свойства позволяют повысить четкость восстанавливаемых изображений при сохранении остальных характеристик устройства. I На чертеже представлена структурная электрическая схема устройст для сжатия цифровых телевизионных сигналов. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, блок 2 сравнения, блок 3 выбора передаваемого символа, блок 4 кодирования первый блок 5 управления памятью, первьй блок 6 памяти, блок 7 уставов ки опорного уровня, формирователь 8кода синхронизации, второй блок 9управления памятью, второй блок

16 18

23 19

19 8

16 00100-10111-10000 --10011 iO памяти и блок 11 формирования предсказанного значения кода. Устройство работает следующим образом. Входной аналоговьй сигнал поступа ет одновременно на входы аналогоцифрового преобразователя 1 и блока 7 установки опорного уровня. Селектор блока 1 выделяет из аналогового телевизионного сигнала строчные и кадровые синхроимпульсы, которые используются для установки в нулевое состояние первого и второго 10 блоков памяти и для управления формирователем 8. Параллельный восьмиразрядный код с выходов АЦП 1 поступает на первые входы блока 2 сравнения, на вторые входы которого поступает с выхода блока 11 параллельный восьмиразрядный код предьщущего отсчета, обработанный согласно алгоритму 3. При несовпадении одноименных разрядов кодов на соответствующих выходах блока 2 появляются сигналы логические 1, причем в каждом изменившемся разряде сигналы появляются на одном из двух выходов в зависимости от того, какое произошло изменение в (1+1)-ом отсчете по отношению к обработанному ч.-ому отсчету: переход от О к 1 или от 1 к О. В блоке 3 выбора передаваемого символа выбираются сигналы, принадлежащие самому старшему из изменившихся разрядов, остальные сигналы запрещаются. Таким образом, на выходах блока 3 выбора передаваемого символа сигнал логическая 1 существует только на одном из выходов, соответствующих старшему из изменившихся разрядов кода. С выхода блока 3 сигналы поступают на первые входы блока 4 кодированных и на первые входы первого 5 и второго 9 блоков управления памятью. В первом блоке 5 управления памятью проводится подготовка к обработке кода отсчета хранящегося в первом блоке 6 памяти, по алгоритму 1. Для этого сигнал, соответствующий переходу данного разряда кода из О в 1, направляется на вход триггера данного разряда регистра первого бл ка 6 памяти и на Р, входы триггеров разрядов младше данного, если пришел сигнал перехода из 1 в О, то он направляется на (, вход данного разряда и S входы всех триггеров младших р.озрядов. Триггеры регистра первого блока 6 памяти, таким образом, устанавливаются в состояния, соответствующие обработке по алгоритму 1. Во втором бло ке 9 производится подготовка к обработке кода отсчета, хранящегося во втором блоке 10 памяти, по алгор му 2. Для этого сигнал, соответствую щий переходу данного разряда кода из О в 1, направляется на S вход триггера данного разряда регис ра второго блока 10 памяти, а сигнал соответствующий переходу из 1 в О - на Я. вход триггера данного разряда. Кроме того, любой из сигна лов изменения данного разряда кода направляется во втором блоке 9 упра ления памятью на С входы триггеров всех разрядов регистра второго блока 10 памяти, младше данного. Таким образом, производится обработка кода отсчета, хранящегося во втором блоке 10 памяти, согласно алгоритну 2, т.е. данный разряд принимает новое истинное значение, а все млад шие разряды кода инвертируются. Коды, полученные в первом 6 и втором 10 блоках памяти, подаются на входы блока 11. На девяти выходах, включая выход переноса в старший разряд, возникает код суммы код двух отсчетов. За код полусуммы принимается код, записанный в восьм старших разрядах, а младший разряд отбрасывается. Полученный код полусуммы переписывается в первый блок памяти и во второй блок 10 памяти. 11 8 что необходимо для подготовки к проведению обработки кодов в следующем отсчете цифрового телевизионного сигнала. Положительные импульсы с выхода блока 7 установки опорного уровня соответствуют логическим единицам и поступают на R. входы триггеров регистров первого 6 и второго 10 блоков памяти и переводят их в нулевое состояние в моменты появления строчных и кадровых синхроимпульсов. Сброс первого 6 и второго 10 блоков памяти в нулевое состояние в моменты гашения телевизионного сигнала как на передающей, так и на приемной сторонах цифровой телевизионной системы, позволяет однозначно описывать цифровые сигналы информацией о передаче изменений символов разрядов кода. Сигналы с выхода блока 7 поступают также на вход формирователя 8, который вырабатывает специальный код синхронизации Кодовая комбинация, не встречающаяся при передаче цифрового видеосигнала. Кодовая комбинация сихронизации заменяется с кодами цифрового сжатого видеосигнала в блоке 4 кодирования. Здесь на приходящий сигнал Унитарный код вырабатывается трехразрядный двоичный код, обозначающий изменение символа в определенном разряде кода. В блоке 4 кодирования может быть получен как параллельный, так и последовательный двоичный код для передачи в канал связи. Таким образом, введение новых блоков и связей, позволивших производить обработку цифровых видеосигналов по алгоритму 3 в предлагаемом устройстве обеспечивает повышение такого качественного показателя телевизионной системы, как четкость. Четкость восстанавливаемых изображений зависит от способности устройств, входящих в состав телевизионной системы, передавать мелкие детали изображений и резкие перепады яркости при прочих равных условиях. Осуществление в устройстве для сжатия обрабоки телевизионных сигналов цифровых сигналов по алгоритму 3 улучшает указанные характеристики.

о