Способ цифровой передачи и приема телевизионного сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК H04N7/18 

который поступают сигналы КГ 15, буферного запоминающего блока 17, кoм- мутатора 18, БВ 19, .преобразователя 20 кода, сумматора 21, 1Щ1 11 и экспандера 12. Синхрогенератор 3 на пеИзобретение относится к технике телевидения, а именно к. системам цифровой передачи, хранения и обработки телевизионных сигналов.

Цель изобретения - снижение скорости передачи цифрового сигнала.

Суищость предлагаемого способа поясняется фиг. 1-3.

На фиг.4 представлена структурная электрическая схема устройства для цифровой передачи и приема телевизионного сигнала.

Устройство для цифровой передачи и приема телевизионного сигнала содержит датчик 1 телевизионного сигнала, компандер-2, синхрогенератор

3,аналого-цифровой преобразователь

4,блок 5 кодирования, канал 6 связи, первый кодовый генератор 7, первый цифроаналоговый преобразователь 8,первый блок 9 вычитания, блок 10 декодирования, второй цифроаналоговый преобразователь 11, экспандер 12, кодовый умножитель 13, синхронизатор 14, второй кодовый генератор 15, первый сумматор 16, буфер ный запоминающий блок 17, коммутатор 18,- второй блок 19 вычитания, преобразователь 20 кода, второй сзтчматор 21.

Последовательность операций по способу поясняется на примере построчно передаваемого горизонтального перехода яркости, когда квантование элементов сигнала проводят в циклически повторяющейся через С-2 элемента и d-2 строки системе отсчета с пониженным в раз, с до 8 количеством уровней квантования, обновляемых со сдвигом на два шага квантования от элемента к элементу сигнала и сдвигом на один шаг - от строки к строке.

На фиг.1 изображен процесс преобразования не изменяющегося от строки к строке фрагмента телевизионного

редающей стороне, а синхронизатор на приемной стороне обеспечивают блоки устройства управляющими импульсами . 1 з.п. ф - лы , 4 ил.

сигнала, в соответствии с которым Нулевой элемент нулевой строки ком- пандированного телевизионного сигнала (зависимость 2) подвергают квантованию, в результате которого передают только единичные отсчеты 0,4,8 и т.д. уровней, обозначенные на фиг.1 зачерненными кружками, а единичные отсчеты 1,2,3,5,6,7 и т.д.

уровней, не отмеченные на фиг.1 из передачи исключают.

Следующий за нулевым элементом первьй элемент сигнала и первый элемент первой строки также подвергают

Уровневому квантованию, в результате которого передают соответственно только единичные 0,4,8 и т.д. (3,7, 11 и т.д.) уровни, а отсчеты 0,1,3,4 (0,1,2,4) уровней исключают.

В каждой последующей элементов (нулевого и первого: элементов первой строки цикла) процесс квантования повторяется, при этом в тече.ние каждого цикла первой строки сигнала передают единичные отсчеты элементов всех нечетных уровней квантования исходной системы отсчета n(j,k) в соответствии с фиг.1 единичные отсчеты элементов сигнала всех 32 уровней исходной системы п (j,k) переда- ют в течение цикла системы отсчета n (j,k) с пониженным количеством непрерывно обновляемых уровней кванто- .вания. В рассматриваемом примере этот цикл составляет 4 элемента, т.е. 2 элемента х 2 строки.

40

Все четные элементы сигнала являются нулевыми, а все нечетные - пер- вьми элементами цикла. Аналогично все четные строки сигнала являются нулевыми, а все нечетные - первыми строками цикла системы отсчета n (j, k).

Квантованные в системе отсчета с пониженным количеством непрерывно обновляемых уровней квантования элементы сигнала кодируют ,и передают по каналу связи. Полученные на приемной стороне после декодирования уровни единичных отсчетов элементов путем умножения в q раз и смещения на (fd+q), где ,1- (С-1) номер элемента, а ,1,2 (d-1) - номер строки, в цикле системы отсчета n (j,k) преобразуют к исходной системе от- счетных уровней n(j,k),

Малоуровневое квантование обеспечивает экономию в двоичном представ.- лении каждого элемента сигнала, благодаря чему достигается снижение скорости передачи кодированных сигналов по каналу связи. Однако такое кван- тование неизбежно приводит к недопустимым искажениям восстановленного на приемной стороне сигнала.

Эти искажения в. общем случае должны быть устранены с помощью дискретных многомерных пространственно-временных фильтров.

На фиг.2 показан пример осуществления взвещенного усреднения заполненных отсчетов элементов на примере восстановления исключенных из передачи отсчетов третьего элемента второй строки сигнала. Весовые коэффициенты усреднения, рассчитанные для этого случая, составляют,, например, 0,5; 0,5 и 0,25. При этом исключенный из передачи отсчет 19-го уровня восстанавливают суммированием с весами 0,5 единичных отсчетов 19-го уровня третьих элементов первой и третьей строк сигнала (фиг. 2а, б)

19,3,г

0,5 а,,,, +0,5 а„.3,3 1.

Исключенный из передачи отсчет 20-го уровня восстанавливают взвешенным суммированием единичных от- Iсчетов 20-го уровня второго и четвертого элементов второй строки сигнала (фиг. 2а, б)

0,5 а

го,г,2

+0,5 а,

20,l,Ч

1,

Исключенный из передачи отсчет . 21-го уровня восстанавливают суммированием с весами 0,25 отсчетов 21- го уровня. Вторых элементов первой и третьей строк сигнала (а, ,

0) и отсчетов 21-го уровня

а

21 7 3

четвертых элементов первой и третьей строк сигнала (фиг. 2а, б)

2,,3,7 а„,,,,+0,23 ,,,,,0, Максимальный преобразованный уровень принятых единичных отсчетов третьего элемента второй строки составляет f 18 (фиг.2).

Уточненное значение этого элемента 11олучают путем добавления к принятому и преобразованному значению увеличенной на единицу суммы восстановленных отсчетов

21

1-Л2

,3,2

+ 1,

35

5

которая представляет собой приведенную к единичным отсчетам апертуру

20 взвешивающего фильтра.(фиг. 26, в). В рассматриваемом примере уточненное значение третьего элемента второй строки 6j2 без учета знаков после запятой составляет

255,

Ч2 з5- Га|,з,2-1 18+3,.5.

1--19

Уточненные таким образом элементы сигнала подвергают цифроаналоговому

30 преобразованию и экспандированию (фиг.З зависимости 2 и 2 соответственно). Для сравнения на фиг.З показаны компандированный и экспанди- рованный сигналы датчика (зависимости 1 и 1 соответственно). Здесь же представлены подвергнутые цифроаналоговому преобразованию и экспандированию элементы сигнала, переданные при обычном 8-уровневом кванто40 вании с фиксированной шкалой отсчет- ных уровней (зависимости 3 и 3 соответственно) . В рассмотренном примере восстанавливается в 4 раза больше уровней квантования, единичные отсчеты которых по предлагаемому способу передают в течение цикла 2 элемента х 2 строки.

Устройство для цифровой передачи и приема телевизионного сигнала, ра0 ботает следующим образом.

С выхода датчика 1 телевизионного сигнала, ведомого синхрогенера- тором 3, телевизионный сигнал поступает на компандер 2, осуществляющий

5 сжатие его динамического диапазона. С выхода компандера 2 сигнал поступает на первый блок 9 вычитания и далее на аналого-цифровой преобразователь 4, который дискретизирует сигнал на элементы и квантует их на пониженное в q раз число уровней. Напряжение первого кодового генера- ; тора 7, ведомого импульсами тактовой строчной и кадровой частот синхро- генератора 3, поступает на первый циф- роаналоговый преобразователь 8, с выхода которого это напряжение в анало- говой форме подается на соответствующий вход первого блока 9 вычитания, циклически смещая компандированный телевизионный сигнал компандера 2 относительно фиксированной малоуров- невой шкалы квантования аналого- цифрового преобразователя 4 по заданному закону.

Квантованный сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 поступает на блок 5 кодирования, и получаемые на его выходе кодированные посылки подаются в канал 6 связи Аналого-цифровой преобразователь 4 и блок 5 кодирования на передающей сто роне системы управляются импульсами синхрогенератора 3.

Принятые по каналу 6 связи кодированные посылки поступают на вход блока 10 декодирования, с выхода которо го декодированные уровни единичных отсчетов элементов сигнала подаются на кодовый умножитель 13, осуществляющий умножение этих уровней в q раз, и далее - на первый вход перво- го сумматора 16, на второй вход которого подаются коды с выхода второго кодового генератора 15, управляемого регенерированными в блоке 10 декодирования импульсаЫи тактовой строчной и кадровой частот. Благодаря синхронной и синфазной работе идентичных первого кодового генератора 7 на передающей сто роне и второго кодового генератора 15 на прием- ной стороне устройства для цифровой передачи телевизионного сигнала уровни единичных отсчетов элементов на выходе первого сумматора 16 преобразуются к исходной системе отсчетных уровней n(j,k) (фиг.1).

Преобразованные уровни единичных отсчетов элементов сигнала с выхода

первого сумматора 16 подаются на вхо буферного запоминающего блока 17, ко торый запоминает их в непрерывно обновляемой матрице отсчетов. Максимальный преобразованный уровень

f. уточняемого j-ro элемента й строки сигнала с ( ) выхода буферного запоминающего блока 17 подается на вход второго блока 19 вычитания, а также на соответствующий вход второго сумматора 21. Остальные 2 у выходы буферного запоминающего блока 17 подключены к соответствующим 2f входам коммутатора 18, который в течение такта следования элементов сигнала поочередно подает их на соответствующий вход второго блока 19 вычитания, с выхода которого разности уровней уточняемого j-ro элемента к-и строки и соседних с ним (Jim) элементов (k+n) строк сигнала, отстоящих во времени на (t пТ t тТ ) , где Э - период следования элементов, а Т - период следования строк сигнала, поступают на информационный вход преобразователя 20 кода, который преобразует эти разности уровней в соответствующие сигналы коррекции, которые поступают на соответствующий вхо второго сумматора 21.

Буферный запоминающий блок 17, коммутатор 18, преобразователь 20 кода, второй сумматор 21, цифроана- логовый преобразователь 11 управляются синхронизатором 14, на вход ко-. торого подаются регенерированные в блоке 10 декодирования тактовые, строчные и кадровые импульсы.

Таким образом, уточнение принятых и преобразованных уровней происходит следующим образом.

На первом субтакте следования сигналов во второй сумматор к единичному уровню добавляется максимальный преобразованный уровень f. уточняеU

мого 1-го элемента к-и,строки, получаемого с 1( + 1 выхода буферного запоминающего блока 17. На каждом из последующих субтактах последовательно во времени в сумме во второй сумматор добавляются корректирующие сигналы из преобразователя 20 кода. Накопленный к концу такта уточненный уровень с выхода второго сумматора 21 подается на вход экспандера 12.

Формула изобретения

1. Способ цифровой передачи и приема телевизионного сигнала, заключающийся при передаче в формировании исходного телевизионного сигнала, ана

лого-цифровом преобразовании телевизионного сигнала, кодировании цифрового сигнала, при приеме - декодировании принятого сигнала, цифроанало- говом преобразовании декодированного сигнала и экспандировании преобразованного сигнала, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью снижения скорости передачи цифрового сиг- нала, при передаче аналого-цифровое преобразование осуществляют по кратным уровням квантования, смещенным на и g соответственно от элемента к элементу и от строки к строке, где ,4,... и ,1,,.., (с-1) соответственно количество и номера элементов в цикле смещения уровней, ,4, ... и ,1,... ,.(d-1) соответственно количество и номера строк в цикле смещения уровней, а при приеме после декодирования сигнала умножают декодированный сигнал q раз и смещают его на fd+j, запоминают смещенный сигнал и накапливают с весовыми коэффициентами запомненг ные сигналы.

2. Устройство для цифровой передачи и приема телевизионного сигнала, содержащее на передающей стороне последовательно соединенный датчик. телевизионного сигнала и дсомпандер, .синхрогенератор,. первый выход которого подключен к входу датчика телевизионного сигнала, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок кодирования, к вторым входам которых подключен первый выход синхрогенератора, выход блока кодирования подключен к кана- лу связи, а на приемной стороне

15

0

5 Ю

5

5

0

блок декодирования, вход которого подключен к выходу канала связи и последовательно соединенные первьм цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и экспандер, отличаю- щ е е с я тем, что на передающей стороне введены последовательно соединенные первьм кодовьш генератор, второй - цифроаналоговый преобразователь и первый блок вычитания, второй вход и выход которого соответственно подключены к выходу компандера и первому входу АЦП, а второй выход синхрогенератора подключен к входу первого кодового генератора, а на приемной стороне введены кодо- вьй з ножитель, синхронизатор и последовательно соединенные второй кодовый генератор, первый сумматор, буферньй запоминанщий блок, коммутатор, второй блок вычитания, .преобразователь кода и второй сумматор, выход которого подключен к первому входу первого ЦАП, к второму входу которого и к второму входу соответственно второго сумматора, преобразователя кода, буферного запоминающего блока и управляющему входу коммутатора подключены соответствующие выходы синхронизатора, к входу которого подключен второй выход блока декодирования, первьй и третий вько- ды которого соответственно подключены к входам кодового умножителя и второго кодового генератора, а соответствующий выход буферного запоминающего блока подключен соответствен- но к второму входу второго блока вычитания и третьему входу второго сумматора.

f(J,f)

J

Риг.г

Изобретение обеспечивает снижение скорости передачи цифрового сигнала. Способ отличается тем, что при передаче телевизионного сигнала аналого-цифровое преобразование осуществляется по кратным уровням квантования, смещенным на .d от элемента к элементу (с - количество, f - номер элементов в цикле смещения уровней) и на д. от строки к строке (d - количество, а - номера строк в цикле смещения уровней). При приеме декодированньй сигнал умножают q раз и смещают его на f d + о запоминают смещенный сигнал и накапливают запомненные сигналы с вес.коэф. JManoypoB-. навое квантование обеспечивает экономию в двоичном представлении каждого элемента сигнала. Искажения восстановленного на приемной стороне сигнала м.б. устранены с помощью дис - кретных многомерных пространственно- временных фильтров. В устройстве, реализующем способ, сигнал датчика 1 . телевизионного сигнала проходит через компандер 2, осуществляющий сжатие динамического диапазона, блок вычитания (БВ) 9, А1Щ 4 и блок кодирования 5 в канал связи 6. На другой вход БВ 9 подаются сигналы кодового генератора (КГ) 7, прошедшие через ДАЛ 8. На приемной стороне обратные преобразования осуществляются с помощью блока 10 декодирования, кодового умножителя 13, сумматора 16, на i (П С IND 4: 00 о

Составитель В.Лапшов Редактор М. Бандура Техред И.Гайдош

Заказ 4142/59. Тираж 624Подписное

ВНИИШ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

79 11 13 fS /7 J

Фае.З

Корректор И Муска