Кодер телевизионного сигнала Советский патент 1990 года по МПК H03M3/00 H03M7/30 H04N7/12 

П 01 Го п LI oj о ij

Изобретение относится к технике связи и вычислительной технике. Его использование позволяет повысить информативность за счет исключения структурной избыточности кодируемого сигнала. Кодер содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блок 2 памяти, блок 3 умножения, сумматоры 4, 6, блок 5 инвертирования, сумматор 7 модулей, квантователь 8, дешифратор 9, блок 10 коммутации и блок 11 кодирования. Благодаря введению преобразователей 12 - 14 кодов обеспечивается полное исключение структурной избыточности для групп из 2^.2 элементов кодируемого изображения. 2 табл., 4 ил.

Матрица (I) знаков соответствует 55наклонным контурам, а матрицы (XIV) и

группам с а 0, матрицы (II) и (III)(XV) принадлежат наклонным одноэлегоризонтальным, матрицы (IV) и (V) -ментным линиям. Вероятности горизонвертикальным, матрицы (VI) - (XIII) -тальных и вертикальных контуров при(IV)

(V)

1 Н1 Ч

О 1J О OJ

(IX)

(X)

-1 01 Го 11

LO ij 1 о

(XIV)

(XV)

мерно одинаковы и существенно превышают вероятность наклонных контуров и наклонных линий. Эксперименты показывают, что исключение наклонных контуров и линий путем обнуления кода а для этих групп практически не приводит к ухудшению качества кодированных изображений

В последние годы для улучшения качества изображений широко используют- |Ся так называемые FIR-фильтры, в которых ограничивается полоса пространственных частот в диагональном направлении. Это возможно из-за того, что зрение человека является анизотропным оно менее остро в диагональном направлении. Исключение с 6 по 14 структуры S по сути также является анизотропной фильтрацией (FIR-фильтрацией) ТВ-изображений„

В выходном восьмиразрядном кодовом слове 56 кодовых комбинаций отводятся на кодирование групп с аа О,

т.во на а - с 1 по 56-ю. Комбинации с 57-й по 106-ю отводятся на группы с матрицей (II) знаков, с 107-й по 156-ю - с S матрицей (III), с 157-й по 206-ю - с S матрицей (IV) и с 207-й по 256-ю с матрицей (V) знакбв номер, т.е. на каждый контур из четырех возможных типов отводится по 50 кодовых комбинаций.

Для того, чтобы предотвратить появление ложных контуров на монохромных изображениях, обычно требуется 50 и более уровней квантования х {. Из-за значительной межэлементной корреляции статистика а( близка к статистике х-, поэтому оказывается, что для а , также достаточно 50 уровней нелинейного квантования

Для каждого из четырех передаваемых контуров число единиц кода S равно 2, т0е. р 2. И для каждого контура возможные значения аг лежат в пределах треугольника допустимых кодовых комбинаций (фиг. 2)„

Для каждого ат значение аг лежит в пределах (0, (п-р)-а,) при а ,6128 или (0, (255 - а,)-р) при а, 128. В предлагаемом кодере реализовано совместное кодирование а 1 и аа: для каждого контура значения а, и &г выбираются из треугольника допустимых значений.

Если для групп с а г 0 на а , отводится 56 кодовых .комбинаций, то при а л 0 на две переменные а1 и а л отводится 50 кодовых комбинаций. Таким

9990

10

5

образом, для групп с а2 ф 0 и вертикальным или горизонтальным контуром число комбинаций уменьшается. Это оказывается возможным из-за маскирующих свойств контуров. Эксперименты показывают, что сжатие потока видео- данных в четыре раза по изложенному алгоритму практически не приводит к ухудшению качества изображений.

Блок 2 памяти может быть выполнен (фиго 3) на буферном регистре 15, адресном счетчике 16Л оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 17 и регистре 18 сдвига.

Блок 3 служит для умножения каждого элемента х

на величину - и мо- п

жет быть реализован как на ППЗУ, так и на буферных регистрах и сумматорах.

Сумматор 7 модулей осуществляет вычисление

1 S7 х;

а.

0

5

i

а также матрицы S знаков каждой из п сумм вида d; х. - а1.

Квантователь 8 содержит (фиг. 4) преобразователь 19 кодов и первый 20 и второй 21 блоки задержки, первые 22 и вторые 23 входы и первые-третьи выходы 24-26.

Блок 11 кодирования служит для преобразования параллельного кода в последовательный .

На первые входы дешифратора 9 поступает код S (4 разряда), на вторые - код аг (3 разряда), а считывается один разрядо Этот разряд равен нулю, когда код аг равен 000 или когда на входе блока 9 присутствует одна из 12 кодовых комбинаций S 0000, 0001, 0010, 0100, 0101, 0111, 1000, 1010, 1011, 1101, 1110, 1111.

Если на управляющий вход блока 1,0 коммутации подается ноль, то к выходам блока 10 подключается код с выходов второго преобразователя 13 кодов.

Третий преобразователь 14 кодов выполнен в соответствии с табл. 1 (на 0 ППЗУ).

В табл. 1 выходной код определен только для четырех из 16 кодовых комбинаций входного кода. Эти четыре ко- довые комбинации соответствуют двум горизонтальным и двум вертикальным кодируемым контурам. В определении других двенадцати кодовых слов нет необходимости, так как для других

5

0

5

структур S, соответствующих наклонным контурам и линиям, код а обнуляется и к выходу блока 10 подключено кодовое слово с выходов второго преобразователя 13. В данном преобразователе содержатся кодовые комбинации, соответствующие равнояркостным кодируемым группам. Кодовые комбинации,соответствующие группам с вертикальным или горизонтальным контуром, хранятся в преобразователе 12 кодов, который может быть выполнен на ППЗУ по таблице., перекодирования, приведенной-в табл.2.

На вход преобразователя 13 посту- 1 пает семиразрядный код а (128 кодовых комбинаций)3 а считывается восьмиразрядный код В. При этом на выходе преобразователя 13 могут быть только 56 кодовых комбинаций из 256 воз- 2 можных . комбинации, соответствующие числам от 0 до 55 включительно, т.е. от (00000000) до (00110111). Значения а и В связаны следующей функциональной зависимостью:

при

419;

+20, при а 19,

где Јх - целая часть числа х,

т,е, алгоритм нелинейного квантования

а представляет собой грубую аппроксимацию логарифмической функции: наиболее точно восстанавливаются малые значения а,

V

При этом для а1 $ 19

/ровни квантования а, и В совпадают, а при а 7 19 каждые три соседних

представляютВыбор логарифмической функуровня квантования -я одним

ции целесообразен, поскольку согласуется с классическим психофизическим законом Вебера-Фехнера

50

На вход первого преобразователя 12 поступают четыре старших разряда а, три старших разряда аг и два разряда е выхода преобразователя 14 - итого девять разрядов. Девятиразрядный код преобразуется в восьмиразрядный. При этом на выходе преобразователя 12 могут быть только 200 комбинаций из 256 возможных: комбинации, соответствующие числам от 56 до 255 включитель- но, т.е. от (OOJ11000) до (11111111) . 55 В табл. 2 для S 007 (с выходов преобразователя 14) приведены возможные пары значений а1 и аг по входу

45

и пятьдесят (i 1,50) кодовых комбинаций по выходу, которые соответствуют числам F(i) от 56 до 105. Для S 01 и i-й пары (а1,я2) на выходе преобразователя 12 формируется комбинация, соответствующая числу V (i)- F(i) + 50, для § - 10 - F(i) - F(i) + 100 и для S С11 - F Ш F(i) + 150. В преобразователе 19 кодов квантователя 8 производится грубое равномерное квантование восьмиразрядного кода &i в трехразрядньй а

по правилу а

Г 1 I 32 J50

0

5

55 Кодер ТВ-сигнала изображения работает следующим образом. В АЦП 1 аналоговый сигнал монохромного изображения подвергается дискретизации с частотой Јт 12 МГц и квантованию на 256 уровней. Восьмиразрядные элементы х. цифрового ТВ- сигнала с выходов АЦП 1 поступают в блок 2 памяти. Имеющийся в этом блоке 2 регистр 15 необходим для выравнивания разрядов с выхода АЦП 1. В блоке 2 производится задержка ТВ-сигнала на поле, при этом в ОЗУ 11 запоминаются нечетные поля. Элементы чет- (ных полей минуют ОЗУ 11 и подаются на

гшрвые информационные входы регистра 18, на вторые информационные входы которого подаются элементы нечетного (Поля с выходов ОЗУ 17. В регистре 18 производится формирование кодируемой группы из четырех элементов х ., х.

,. -Ј., х г прихз x,j, причем элементы х., надлежат строке нечетного поля, а элементы х3, х4 - соответствующей строке четного поля0 Все четыре элементы х. с выхода блока 2 в блок ра 6.

В блоке 3 каждый элемент х умно- 45 жается на 1/4 и результат каждого ум i - .w«. .w ви НОСТуПсИОТ

3 и на вторые входы суммато

ножения подается в сумматор 4, где

4- j производится вычисление а 2. (г х ).

1 4 i

Семиразрядный код а, (без младшего разряда) подается в блок 5 инвертирования и в квантователь 8. После инвертирования код а, поступает в сумматор 6, где осуществляется вычисление четырех разностей (х .-а ,) , которые передаются в сумматор 1 модулей, где производится вычисление

1г -

Iх-,

и формирование матрицы знаков S из знаков разностей (х а,)« В квантователь 8 поступает на входы 23 семиразрядный код а.., а на входы 22-четырехразрядный S и восьмиразрядный а . Коэффициент аг в квантователе 8 подвергается равномерному грубому квантова- нию по правилу а2 fa2/32 i а переменные а. и S задерживаются на время квантования а,. Разрядность а

т.е. информативной В кодере за счет векторного квантования а, а2, S удается полностью исключить структурную избыточность переменных a., a-, S. Благодаря этому четырехкратное сжатие потока видеоданных получено для размера группы 2x2, для которого сведены к минимуму потери качества кодированных изображений

10

И

Формула изобретения Кодер телевизионного сигнала, соЗ.Л i aOЈS/l llSV. -U «-4. - } 1.

S на выходах квантователя 8 равны 7, 3 и 4 соответственно. Коды а4 и S поступают с выходов 26 и 24 квантователя 8 в дешифратор 9, сигнал на выходе ко- держащий аналого-цифровой преобразсв торого равен единице, когда 0 и S равна одной из четырех комбинаций: 0011, 0110, 1001, 1100. Этот сигнал является управляющим для блоков 10 коммутации, на одни входы которого 20 подается восьмиразрядный код с выходов преобразователя 13, а на другие - восьмиразрядный код с выходов преобразователя 12. В преобразователе 13

тель, вход которого является входом кодера, первый сумматор, первые выходы которого череч блок инвертирование соединены с соответствующими первыми входами второго сумматора, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора модулей, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами квантователя, выходы

осуществляется грубое нелинейное кван-25 аналого-цифрового преобразователя

тование а1 для групп с аг 0, по закону s

11

при а 19;

+20 при а 19

0 отводится 56 ко

На а1 при а г довых комбинаций, В восьмиразрядном итоговом кодовом слове им соответст- вуют комбинации с (00000000) по

(00110111). Комбинация из этого множества подключается к выходам блока 10, если управляющий сигнал равен нулю. В преобразователе 12 хранятся ко- довые комбинации с (00111000) по (11111111), соответствующие кодируемым группам с а 2 0 и вертикальным или горизонтальным контурам. На каждый из четырех возможных контуров (но мера их задаются с помощью преобразователя 14) отводится 50 кодовых комбинаций, которые формируются в соответствии с табл. 2 о

Полученное итоговое слово кодируе- мой группы с выходов блока 10 в параллельном коде подается на входы блока 11 кодирования, где сворачивается в последовательный код и поступает в цифровой канал связи..

Каждая из 256 комбинаций, отводимой на группу, является разрешенной,

990Ю

т.е. информативной В кодере за счет векторного квантования а, а2, S удается полностью исключить структурную избыточность переменных a., a-, S. Благодаря этому четырехкратное сжатие потока видеоданных получено для размера группы 2x2, для которого сведены к минимуму потери качества кодированных изображений

10

Формула изобретения Кодер телевизионного сигнала, содержащий аналого-цифровой преобразсв

держащий аналого-цифровой преобразсв

тель, вход которого является входом кодера, первый сумматор, первые выходы которого череч блок инвертирование соединены с соответствующими первыми входами второго сумматора, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора модулей, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами квантователя, выходы

0

5

0 5

0 5

подключены к входам блока памяти, выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами второго сумматора и входами блока умножения, выходы которого додключены к соответствующим входам первого сумматора, вторые выходы которого соединены с соответствующими вторыми входами квантователя, первые выходы которого подключены к первым входам дешифратора, выход которого соединен с управляющим входом блока коммутации, выходы которого подключены к соответствующим входам блока кодирования, выход которого является выходом кодера, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности за счеУ исключения структурной избыточности кодируемого сигнала, в кодер введены первый - третий преобразователи кодов, вторые выходы квантователя соединены с первыми входами первого и входами второго преобразователей кодов, выходы которых подключены к первым и вторым информационным входам блока коммутации, третьи выходы квантователя соединены с вторыми входами дешифратора и первого преобразователя кодов, входы и выходы третьего преобразователя кодов подключены соответственно к первым выходам квантователя и третьим входам первого преобразователя кодов.

11

156999012

Таблица 1

56

33

Таблица 2

88

,3 156999014

Продолжение табл. 2

Примечание. Если кодовая комбинация на выходе блока 12 отводится

на несколько кодируемых пар (а,,а2), то в колонках ач и аг приведены значения at и а2, которые приписываются декодируемой группе с этой комбинацией.

°ima

255 Фиг.З