Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК H04N7/12 

последовательность). Затем для каждого блока определяют разность между исходными отсчетами в блоке и их сглаженными значениями и передают знаки этих разностей (II последовательность). Далее определяют усредненные по блоку оценки амплитуды разностей и передают; их значения (II последовательность). На приемной стороне осуществляются обратные операции. Реализуется способ устройстИзобретение относится к технике телевидения, к методам эффективного кодирования телевизионного сигнала для передачи по каналу связи или для записи, позволяющих уменьшить число бит (двоичных разрядов) на зле- мент изображения.

Цель изобретения - уменьшение ошибок кодирования.

На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема первого варианта устройства, реализующего способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала , на фиг, 2 - то же второго варианта устройства, реализующего способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала} на , 3 г диаграммы, иллюстрир ую- щие способ кодирования И декодирования телевизионного сигналаJ на фиг,4 импульсная характеристика фильтра нижних частот, реализующего сглаживание отсчетов сигналаj на фиг, 5 - диаграмма, иллюстрирующая интерполяцию отсчетов на приемной стороне.

Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала осуществляется следующим образом,

В первом варианте на передающей стороне массив исходных отсчетов сглаживают путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания по горизонтали и вертикали соответственно в ш и п раз меньше но- минальных граничных частот горизонтальных и вертикальных составлягацих массива исходных отсчетов. Массив отсчетов распределяют по двумерным

вом, содержатцим «а передающей стороне ФНЧ 1„ дискретизатор 2, блок задержки 3, вычитающий блок 4, компаратор 5, вычислитель 6, мультиплексор 7, буферные накопители 8 и 9, а на приемной стороне - демультиплек- сор 10, ФНЧ 11, вычислитель 12, блок 13 , вьтолняющий операцию ИСКЛЮ- ЧАЩЕЕ ИЛИ , блоки задержкки 14 - и 15 , сумматор 16. 2 с, п. ф-лы, 5 нл.

блокам размером m отсчетов по горизонтали и п отсчетов по вертикали,

В каждом блоке из сглаженных отсчетов выделяют опорный отсчет и передают его значение. Для каждого блока находят значения сигнала разностей между исходными отсчетами в блоке и их сглаженными значениями. Формируют и передают знаки указанных

разностей, по которым находят усредненные (по блоку) оценки амплитуды разностей и передают их значения. На приемной стороне сглаживают переданные опорные отсчеты путем

двумерной фильтрации нижних частот с такими же полосами пропускания, что .и при сглаживании исходных отсчетов на п€ редающей стороне,

Дгш каждого блока по знакам разностей и усредненным оценкам амплитуды разностей восстанавливают зна- чения сигналов разностей. Восстанавливают массив отсчетов сигнала, суммируя в каждом блоке сглаженные зна. чения отсчетов с восстановленными I значениями сигнала разностей.

Во втором варианте на передающей стороне выделенные опорные отсчеты

подвергают дополнительной фильтрации с такими же полосами пропускания,что и при фильтрации исходных отсчетов. После этого находят значение сигнала разностей .сщя каждого блока между исходными отсчетами в блоке и отсчетами, полученными при дополнительной фильтрации. Все остальные операции на передающей и приемной сторонах выполняют в той же последо3

вательности, что и для первого варианта,

В качестве примера рассмотрим одномерный вариант с блоками размером 4x1. На диаграмме (фиг, 3q) исходная последовательность отсчетов 1, последовательность сглаженных отсчетов - П, полученных путем фильтрации нижних частот с полосой пропускания в четыре раза меньшей, чем номинальная граничная частота горизонтальных составляющих массива исходных отсчетов, В сглаженной посне- довательности полностью отсутствуют какие-либо признаки блочной стр ук- туры. Пунктирными вертикаль ными линиями здесь показаны границы блоков, Кроме того, зачерненными кружками .показаны передаваемые опорные отсчеты.

При дополнительной фильтрации опорных отсчетов получается последовательность отсчетов, аналогичная показанной на диаграмме (фиг. За) кружками.

На диаграмме (фиг. 3) показаны значения сигнала разностей между исходными отсчетами и сглаженными значениями отсчетов; на диаграмме (фиг. 3&) - знаки разностей в бло- Kaxj на диаграмме (ф1№, 32) - усредненные оценки амплитуд разностей в блокахi на дааграмме (фиг. За) показано, как на приемной стороне из опорных отсчетов с помощью фильтра-, ции нижних частот с такой же полосой пропускания, что .и на передающей стороне, получают сглаженные отсчеты,

Полученная таким образом огибающая отсчетов аналогична огибакицей, получаемой на передшощей стороне. Процедура сглаживания отсчетов с пот мощью фильтрации может быть выполнена с любой заданной степенью точ- ности, если реа/шзующий ее фильтр будет приближаться к идеальному фильтру нижних частот, поскольку при этом все с большей точностью будут выполняться условия теоремы Котель- никова дая последовательности отсчетов.

При восстановлении отсчетов сигнала путем суммирования сглаженных отсчетов с усредненными оценкани разностей амплитуд с учетом знаков этих разностей блочная структура не возникает.

2398УА 4

На фиг. 4 представлена импульсная характери стика фильтра нижних частот, реализующего сглаживание по горизонтали для кодирования с бло- 5 ками р азмером 4-1 путем операции свертки с последовательностью исходных отсчетов. В данном.случае импульсная характеристика фильтра представляет собой дискретную функцию 10 с огибающей в виде главного положи- , тельного лепестка функции

15

20

5

0

5

0

5

0

. -Mt , 7t - 4Т 4Т

где Т - шаг исходных отсчетов.

При необходимости обеспечить лучшее приближение к идеальному фильтру требуется увеличить длительность импульсной характеристики. Практически точность приближения ограничивается только допустшв 1м объектом вычислений при фильтрации. Однако из анализа процессов, происходящих при кодировании в спектральной об- - ласти, вытекает, что фильтрация с представленной на фиг. 3 импульсной характеристикой достаточна для полного устранения блочной структуры.

На фиг, 5 показано, как на приемной стороне может быть выполнено сглаживание опорных отсчетов с помощью линейной интерполяции, которая реализуется известными приемами и обеспечивает первое приближение к требуемой фильтрации. Здесь отсчеты № 1 и 4 - опорные, а № 2 и 3 - интерполируемые. При необходимости увеличить точность обеспечиваемой в этом случае (фильтрации линейная интерполяция может быть заменена параболической или более высокого порядка интерполяцией. Такая же интерполяция может быть использована для повторенной фильтрации опорных отсчетов на передающей стороне согласно второму варианту выполнения способа.

По первому варианту (фиг, 1) устройство содержит на передающей стороне фильтр нижних частей (ФНЧ) 1., дискретизатор 2, блок 3 задержки, вычитающий блок 4, компаратор 5, вычислитель 6, мультиплексор 7, первый буферный накопитель 8, второй буферный накопитель 9, на приемной стороне - демультиплексор 10, ФНЧ 11, вычислитель 12, блок 13, первый блок

14 аадержки, второй блок 15 задержки

сумматор 16. .

На вход устройства поступает последовательность исходных отсчетов сигнала. Затем отсчеты подвергаются фильтрации в ФНЧ 1. В дискретйзаторе 2 из сглаженной последовательности отсчетов выбираются более редкие опорные отсчеты. Исходная последовательность отсчетов через блок 3 за- держки поступает на один вход вычитающего блока 4, на второй вход которого поступает сглаженная последовательность отсчетов. На выхйде вычитающего блока 4 образуются раз- ности между исходными и сглаженныь и отсчетами. Блок 3 задержки служит для компенсации задержки отсчетов в ФНЧ 1. С помощью компаратора 5 из полученных разностей образуются зна- ки разностей. В вычислителе 6 обра- .зуются усредненные оценки разностей для каждого блока, В качестве таких оценок могут быть использованы средние или среднеквадратичнЬ1е значе- ния амплитуды разностей в блоках, либо другие подобные величины.

Опорные отсчеты,, знаки разностей и усредненные оценки разностей по- ступают на входы мультиплексора 7 для фop в poвaния передаваемого сигнала. Перед этим опорные отсчеты пропускают через первый.буферный накопитель 8, а знаки - через второй буферный накопитель 9.

При приеме уплотненные во времени коды передаваемых сигналов посту- пают на демультиплексор 10, который распределяет сигналы по трем направлениям Опорные отсчеты поступают на вход фильтра 11 нижних частот. Усредненные оценки разностей поступают на вычислитель 12 - вычислитель значений модулей разностей. В простейшем случае значение модуля разности может быть равно передаваемой усредненной оценке разностей; при этом вычислитель не производит никаких операций. В блоке 13, который выполняет операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, из модулей разностей и знаков разностей поступающих на второй вход блока 13 через первый блок задерзкки 14, восстанавливаются разности между исходными и сглаженными отсчетами, Восста новленные разности проходят через второй блок 15 задержки, и в сумматоре 16 суммируются со сглаженными

j Ш 15 i 20 25

0 5

5

отсчетами, поступающими с выхода ФНЧ 1I. На выходе устройства образу-, ются восстановленные отсчеты сигнала.

По второму варианту (фиг. 2) устройство содержит на передающей стороне ФНЧ 7j дискретизатор 18, дополнительный ФНЧ 19, первый буферный накопитель 20, блок 21 задержки, вычитающий блок 22, компаратор 23, вычислитель 24, второй буферный накопитель 25, мультиплексор 26, на приемной стороне - демультиплексор 27, ФНЧ 28, вычислитель 29, блок 30. первый блок 31 задержки, второй блок 32 задержки, сумматор 33,

На вход устройства поступает последовательность исходных отсчетов сигнала. Затем отсчеты подвергаются .фильтрации .в ФНЧ 17, в дискретйзаторе 18 из сглаженной последовательности отсчетов выбираются более редкие опорные отсчеты. Исходная последовательность отсчетов через блок 21 задержки поступает на один вход вычи- тающег:о блока 22, на второй вход которого поступает последовательность отсчетов после дополнительной рации дополнительным ФНЧ 19, и при этом заранее учитываются .искажения, вносимые неидеальным ФНЧ 28 на приемной стороне. На выходе вычитающего блока 22 образуются разности между исходными и сглаженными отсчетами. Блок 21 задержки компенсирует задержки отсчетов в ФНЧ 17. Компаратор 23 из полученных разностей образует знаки разностей. Вычислитель 24 усредняет оценки разностей для каждого блока. Затем опорные отсчеты, знаки разностей и усредненные оценки .амплитуд поступают на мультиплексор 26 для передачи сформированных последовательностей отсчетов. При этом опорные отсчеты проходят через первый буферный накопитель 20, а знаки разностей - через второй буферный

накопитель 25. I

На приемной стороне уплотненные

по времени коддз передаваемых сигналов пос7 упают на демультиплексор 27, который распределяет сигналы по трем направлениям. Опорные отсчеты поступают на вход ФНЧ 28, усредненные оценки разностей - на вычислитель 29, который вычисляет значение модулей разностей, В блоке 30 осуществляется операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ над модулями разностей и знаками разностей.

ри этом знак разностей проходит чеез первый блок 31 задержки, восстаавливаются разности между исходными сглаженными отсчетами и проходят ерез второй блок 32 задержки, и в сумматоре 33 суммируются со сглажеными отсчетами с выхода ФНЧ 28, на выходе устройства образуются восстановленные отсчеты Сигнала,

ормула изобретения

I. Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала, заключающийся в передаче трех последовательностей отсчетов, первая из которых сформирована путем предварительной обработки исходных отсчетов,

включающей распределение отсчетов по блокам с горизонтальным размером m и вертикальным размером п, и вьоде- ления onopHbix отсчетов из предварительно обработанных исходных отсчетов, вторая последовательность отсчетов - путем вычитания предварительно обработанных отсчетов из исходных отсчетов и последующего формирования сигнала полярности разностей предварительно обработанных и исходных отсчетов, третья последовательность отсчетов - путем формирования усредненных по блокам значений сигнала разностей предварительно обработанных и исходнь1х отсчетов, и в приеме трех последовательностей отсчетов с последующим восстановлением значений сигнала разностей предварительно обработанных и исходных отсчетов и суммированием восстановленных разностей с предварительно обработанными опорными отсчетами, отличающийся тем, что, с целью уменьщения ошибок кодирования при передаче предварительная обработка исходных отсчетов осуществляется до распределения отсчетов по блокам -путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами; пропускания в ш и п раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных сое- т вляющих телевизионного изображения, и при приеме предварительная обработка осуществляется путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания з m и п раз меньшими номинальных граничных ча39894 8

Стот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих телевизионного изображения. .

5 2. Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала, за- ключаюш 1йся в передаче трех последовательностей отсчетов, первая из- которых сформирована путем предваtO рительной обработки исходных отсчетов, включающей распределение отсчетов по блокам с горизонтальным размером m и вертикальным размером п, и выделения опорных отсчетов из пред15 варительно обработанных исходныхотсчетов, вторая последовательность- путем формирования сигнала разностей с последующим формированием сигнала полярности разностей, третья

20 последовательность отсчетов - путем формирования усредненных по блокам значений сигнала разностей, и в приеме трех последовательностей отсчетов с последующим восстановлением

25 значений сигнала разностей и суммированием восстановленных значений сигнала разностей с предварительно - обработанными опорными отсчетами, отличающийся тем, что,

30 с целью уменьшения ошибок кодирования, при передаче предварительная обработка исходных отсчетов осуществляется до распределения отсчетов по блокам путем двумерной филь,г трации нижних частот с полосами пропускания в m и п раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих телевизионного изобрадп жения, после выделения опорных отсчетов осуществляется дополнительная двумерная фильтрация нижних частот с полосами пропускания в m и п раз меньшими номинальных граничных чадс стот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих .телевизи- . онного изображения-, формирование сигнала разностей осуществляется путем вычитания дополнительно профиль,„ трованных опорных отсчетов, и при приеме предварительная обработка осуществляется путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания в.т и п раз меньшими номинальных граничнъ х частот соответственно

55

горизонтальных и вертикальных составляющих телевизионного изображения.

Изобретение относится к технике телевидения и обеспечивает уменьшение ошибок квантования. В первом варианте на передающей стороне массив исходных отсчетов сглаживают путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания в m и п раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих телевизионного изображения. Массив отсчетов распределяют по двумерньи блокам размером m отсчетов по горизонтали и п отсчетов по вертикали. В каждом блоке выделяют опрриый отсчет и передают ei o зна чение (I I (Л Вю ЧЛ-КЕ Выяо8 Г| DU Вияо9 C. Фмг.

LiH

И

I IГ т I

Блокнч г 3 ff - Б

Фиг.3

Jll -SX. L 0 L jr sr IT 2 г I I I г г 2.

«Рмг./

Г 2 J Ч t И отсчета 8 лаке .S

Редактор А.Сабо Закаэ 34 и/58

Составитель Т.Афанасьева

Техред О.СОПКОКорректор В.Бутяга

Тираж 624Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Прои эводс твенно

-пш йгр Ф теское предвриятие, г. Ужгород.ул. Проектная,.4