Кодер сигнала изображения Советский патент 1991 года по МПК H03M7/30 H03M13/00 H04N7/13 

9

t

С

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может использоваться в цифровых телевизионных системах, в частности, в системах с датчиком изображений на приборах с зарядовой связью (ПЗС). Такие датчики могут вносить искажения в кодированное изображение, при этом наибольший вклад вносит геометричес- кий шум, вызванный неравномерностью чувствительности элементов ПЗС и артефактами фоточувствительной поверхности.

Геометрический шум ПЗС появля ется на изображении в результате своеобразной дискретной неравномерности чувствительности элементов ПЗС и разного рода дефектов прибора - нестационарных центров генерации темно- вых тонов, нарушения электродной структуры и ТоД. Дефектные элементы на изображениях проявляются в виде темных изолированных точек или малоразмерных областей. По воздействию на наблюдателя искажения, вызванные дефектными элементами прибора, можно сравнить с искажениями, вызванными импульсным шумом, например цифро- вого канала связи, но в отличие от импульсного шума, геометрический шум дает от кадра к кадру неизменные искажения.

Цель изобретения - повышение точности кодирования изображений за счет снижения уровня шума телевизионной передающей камеры

На фиг„ 1 приведена блок-схема кодера сигнала изображения; на фиг.2 блок формирования кода группы„

Кодер сигнала изображения содержит телевизионную (ТВ) передающую камеру 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, буферный регистр 3, блок 4 умножителей, первый - тре- тий сумматоры 5-7, коммутатор 8, первый и второй преобразователи 9 и 10.кодов, счетчик 11 импульсов, блок 12 задержки, первый и второй блоки 13 и 14 вычитания и блок 15 формирования кода группы. На фиг,1 обозначены первый - третий тактовые входы 16-18, вход 19 синхронизации и выход 20 кодера.

Блок 15 формирования кода .группы (фиг. 2) включает в себя коммутатор 21 и регистр 22 сдвига. На фиг.2 обозначены первые - пятые информационные входы 23-27 и первый и второй тактовые входы 28 и 29 блока.

На вход 16 подается тактовый сигнал с частотой Јт, на вход 17 сигнал с ча стотой группы s- . На

входе 18 присутствует частота f,., с которой кодируемые группы считываются в канал связи. На вход 19 приходят кадровые синхроимпульсы

Блоки 3-5, 8-11 образуют узел компенсации геометрического шума, а блоки 6 и 7 и 12-15 составляют узел эффектного кодирования видеоданных, в котором алгоритм передачи выбирается на основании информации из узла компенсации шума. Компенсация, т„е коррекция дефектного элемента Х ,про- изводится путем интерполяции

Ј Ч«х« - ;х;+ь;4,х,чо

где h- ,hj h - коэффициенты интерполяции, записанные в преобразователь 9 кодов.

В узле компенсации используется скользящая апертура 3)4 - (Х., X,, Xjt), в которой решение принимается относительно центрального элемента

Коэффициенты интерполяции h , Ь , Ь, каждого дефектного элемента X; определяются на основании априор- ной информации об изображениях Если таковая отсутствует, или, что то же

самое, источник ТВ изображений являi

ется нестационарным, для всех дефектных элементов могут использоваться одинаковые коэффициенты интерполяции с точностью до коэффициентов относительной чувствительности элементов, например,

, 25-06;.,;

, ,25.X;t«;

где tf;, ,tfj, tfJ-H коэффициенты относительной чувствительности элементов X

xi x-i+i но.

1-1

соответственВыбор постоянных множителей в выражениях для , h,j и h 1 +, производится экспериментально, на основании характеристик обрабатываемых изображений.

Если источник ТВ изображений стационарен, для расчета Коэффициентов

интерполяции могут быть использованы аналитические выражения для h(, hj, Ь,при условии минимизации дисперси оценки Xj в зависимости от первых трех отсчетов корреляционной Функции сигнала, дисперсии шума и коэффициентов относительной чувствительности0

Кодер сигнала изображения работает следующим образом

Сигнал с выхода ТВ передающей камеры 1 на ПЗС поступает в аналого- цифровой преобразователь 2, где подвергается дискретизации во времени, квантованию по уровню и кодированию, например, шестиразрядным кодом, с выхода АЦП 2 элементы оцифрованного изображения в параллельном коде передаются в регистр 3, состоящий из цепочки трех параллельных регистров„ Обозначим через Х-(, X,, элементов на выходах соответственно первого, второго и третьего параллельных регистров блока 3„ Все элементы ТВ изображения могут быть пронумерованы и каждому элементу может быть поставлен в соответствие его номер-адрес Когда во второй параллельный регистр блока 3 записывается

X;

и в течение такта частоты fr там

хранится, в течение этого же такта на выходе счетчика 11 находится код номера i этого элементам При этом i изменяется от 1 до N, где N - число элементов в кадре„ Счетчик 11 сбрасывается в ноль кадровым синхроимпульсом и с первого элемента первой строки каждого кадра начинает вести счет элементов о Код i является кодом адреса, который с выхода счетчика 11 подается на каждый из трех узлов памяти преобразователя 9 и на преобразователь 10 кодов о С первого, второго, третьего узлов памяти блока 9 считываются коэффициенты h , h-, hJ+ соответственноо

Таким образом, для каждого элемента Х в преобразователе 9 записаны и считываются три числа h, H, h, h , пропорциональные коэффициентам корреляции X, с X,1 , X и Х-41 соответственно.

В блоке 4 умножителей на первом, втором, третьем умножителях соответственно вычисляются произведения

на X , когда X j при 25 ный элемент прибора код с выхода коммут рядный с выхода бло блок 12 задержки, с формируется кодируе 30 элементов Х4 и для управления комм при S 00 оба эл ны, при де Хл, при S i10 де X и в случае S «с 1 X i и Х2 являются де

В сумматоре 6 пр ление ,

I С

6 снимае

35

40 сумматора

младшего разряда, т

45

В блоке 13 вычит код разности Д (Х разрядных X | код Д рядным: первый разр С выхода блока 13 в ся только четыре с т„е. осуществляется 5® ное квантование Д „ блока 13 вычитания трех младших разрядо вторые входы суммато танйя и третьи входы

55 рования кода группы Xj., h;,, X;-h;, X;+,-h,4. В сумматоре ,

5 производится определение х

пц+Х, h;+Xj4..,.,. Значение X,- передается на второй информационный

В сумматоре 7 про ние шестиразрядного рехразрядным кодом Д

вход коммутатора 8, на первый вход которого подается значение Х4 с выхода второго параллельного регистра

,. блока 3. Коммутатор 8 управляется сигналом с выхода преобразователя 10 кодов. В преобразователе 10 по адресам, соответствующим дефектным элементам ПЗС используемой камеры 1, за0 писаны единицы. Номера дефектных элементов для каждого конкретного прибора определяются по результатам аттестации ПЗС, например, с помощью ЭВМ, снабженной прецизионным устрой-

5 ством ввода-вывода изображений. Если управляющий сигнал на входе коммутатора 8 равен единице, к его выходу подключается X , в противном случае Х1 0 Таким образом, с помощью блоков 4,

5, 9 и 11 вычисляется оценка X,, блок 10 для выработки решающего правила, а в блоке 8 производится замена X;

на X , когда X j приходится на дефект- 5 ный элемент прибора. Шестиразрядный код с выхода коммутатора 8 и одноразрядный с выхода блока 10 поступают в блок 12 задержки, с помощью которого формируется кодируемая группа из двух 0 элементов Х4 и код S для управления коммутатором 21 .Причем % при S 00 оба элемента бездефект- ны, при дефект приходится на Хл, при S i10 дефект приходится на X и в случае S «с 11 оба элемента X i и Х2 являются дефектными.

В сумматоре 6 производится вычисление , причем с выхода

I С

6 снимается код суммы без

2

5

0 сумматора

младшего разряда, т.е. X

Р

1-5-х- -} - хс

2Ј,

5

В блоке 13 вычитания определяется код разности Д (). При шестиразрядных X | код Д является семиразрядным: первый разряд Д - знаковый. С выхода блока 13 вычитания снимается только четыре старших разряда Д, т„е. осуществляется грубое равномер- ® ное квантование Д „ Значение Д с выхода блока 13 вычитания (т„е. код Д без трех младших разрядов) подается на вторые входы сумматора 7 и блока 14 вычи танйя и третьи входы 25 блока 15 формирования кода группы

В сумматоре 7 производится сложение шестиразрядного кода Хс« с четырехразрядным кодом Д, в котором три

младшиг разряда приравниваются к нулю. В результате формируется шести- разрядный код X , пять старших разрядов которого поступают на вторые входы 26 блока 15. В блоке 14 вычита- ния формируется другое приближенное значение Х - значение л(„ Если в сумматоре 7 оно формируется на основе ХСр и & , то в блоке 14 вычитания вы- числяется новое значение Х на основе Х и на основе д. Пятиразрядный код X подается на четвертые входы 26 блока 15, на первые входы 23 которого поступает пятиразрядный код Х с первых выходов блока 12„ На пятые входы 27 блока 15 передается двухразрядный код S.

Таким образом, блок 15 Формирования кода группы принимает пятиразряд/V.

ные коды Х, Xj, У , четьфехразрядный код и двухразрядный код S. К выходам коммутатора 21, для которого управляющим сигналом служит S, подключается X,, если S 00 или S 11 , под- ключается Х4, когда S.10 и дается Х в случае S 01 . Пятиразрядный код с выхода коммутатора 21 поступает в регистр 22, на вторые вхо

ды которого подключается четьфехразрядный код Д. В параллельно-последовательном регистре 22 происходит сворачивание девятиразрядного параллельного кода в последовательный, который поразрядно считывается в цифровой канал связи с выхода 20.

Таким образом, в кодере каждой кодируемой группе из двух шестиразрядных элементов ставится в соответствие девятиразрядное кодовое слово, т„е. осуществляется сжатие цифрового потока видеоданных. При этом осуществляется цифровая коррекция геометрического шума путем интерполяции дефектных элементов используемого прибора с зарядной связью в камере 1. Коэффициенты интерполяции определяются предварительно, на основе вычисленной автокорреляционной функции сигнала для анализируемого класса изображений. Эти коэффициенты записы- ваются в преобразователь 9 кодов для каждого элемента изображения. В узле сокращения избыточности, включающем блоки 6 и 7, 12-15, результаты интерполяции учитываются следующим обра- зом.

Если на кодируемую группу из двух элементов не приходятся дефектные.

..

5

0

5

0

0 5

элементы ГЭС, то в канал связи отл. л-л,

правляются X, и Д , причем X, вычисляется на основе X с. и Д. В резуль- ( тате обеспечивается одинаковая ошибка кодирования Х и Х- одинаковая из-за того, что грубо квантуется Д. Если дефект приходится на X., то в канал передаются Х и Д„ При этом будет нулевая ошибка кодирования Х Ј двойная (в сравнении с вариантом Х| и 4) ошибка кодирования Х. Когда дефект попадает на X,, в канал отправляются X. и Д , причем X Х,-й, тсе. обеспечивается нулевая ошибка кодирования двойная (в сравне нии с вариантом X ц и Д) ошибка кодирования Хяо В случае дефектности обоих элементов Х и Х в канал пере;- даются X и Д 0 Следовательно, в кодере осуществляется эффектное кодирование, адаптивное к результатам интерполяции. В случае, если интерполяция произведена, т.е0 к выходу коммутатора 8 вместо Х{ подключается , h«(+X;-n;+X h,, кодер не вносит ошибку в Х, т.е„ он не влияет на качество интерполяции, достигнутое в узле коррекции геометрического шума ПЗО-датчика.

Такое сочетание эффектного кодирования с.коррекцией геометрического шума обеспечивает сжатие цифрового потока видеоданных в 1,5 раза с высоким качеством кодированных изображений. Путем интерполяции дефектных элементов прибора происходит сглаживание геометрического шума, причем на сглаживание не влияет процедура

сокращения избыточности видеоданных.

о

Формула изобретения

1 о Кодер сигнала изображения, содержащий телевизионную передающую камеру, выход которой соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, буферный регистр, первый сумматор, первый преобразователь кодов, блок задержки, первые выходы которого соединены с первыми входами первого блока вычитания и первыми информационными входами блока формирования кода группы, выход которого является выходом кодера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности кодирования изображений за счет снижения уровня шума телевизионной передающей камеры, в

кодер введены блок умножителей, второй преобразователь кодов, счетчик импульсов, коммутатор, второй и трети сумматоры и второй блок вычитания, выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к информационным входам буферного регистра, тактовый вход которого объединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, первым тактовым входом блока задержки и счетным входом счетчика импульсов и является первым тактовым входом кодера, вход сброса счетчика импульсов является входом синхронизации кодера, выходы буферного регистра подключены к первым информационным входам коммутатора и первым входам блока умножителей, выходы которого соединены с входами первого сумматора, выходы которого подключены к вторым информационным входам коммутатора, выходы счетчика импульсов соединены с входами первого и второго преобразователей кодов, выходы первого преобразователя кодов подключены к вторым входам блока умножителей, выходы коммутатора соединены с первыми информационными входами блока задержки, второй тактовый вход которого объединен с первым тактовым входом блока формирования кода группы и является вторым тактовым входом кодера, выходы второго преобразователя кодов подключены к управляющим входам коммутатора и вторым информационным входам блока задержки, вторые выходы которого соединены с вторыми входами первого блока вычитания

и первыми входами второго блока вычитания и второго сумматора, вторые входы и выходы которого подключены соответственно к первым выходам блока задержки и первым входам третьего сумматора, выходы которого соединены с вторыми информационными входами блока Нормирования кода группы, втоРОЙ тактовый вход которого является третьим тактовым входа кодера, выходы первого блока вычитания подключены к третьим информационным входам блока формирования кода группы и вторым

входам третьего сумматора и второго блока вычитания, выход которого и третьи выходы блока задержки соединены соответственно с четвертыми и пятыми информационными входами блока

(Нормирования кода группы.

2. Кодер по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования кода группы содержит коммутатор и регистр сдвига, вход разрешения записи и тактовый вход которого чв- ляются соответственно первым и вторым ;тактовыми входами блока, первые и вто- рые информационные входы коммутатора

,являются одноименными входами блока, выходы коммутатора соединены с пер выми информационными входами регистра сдвига, вторые информационные входы которого, третьи информационные

и управляющие входы коммутатора являются соответственно третьими - пятыми информационными входами блока, выход регистра сдвига является выходом блока.

Фиг. I

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи, использование его в цифровых телевизионных системах с датчиком изображений на приборах с зарядовой связью (F3C) позволяет повысить точность кодирования изображений за счет снижения уровня шума телевизионной передающей камеры. Кодер содержит телевизионную передающую камеру 1, аналого-цифровой преобразователь 2, буферный регистр 3, сумматор 5, преобразователь 9 кодов, блок 12 задержки, блок 13 вычитания и блок 15 формирования кода группы. Благодаря введению в кодер блока 4 умножителей, сумматоров 6, 7, коммутатора 8, преобразователя 10 кодов, счетчика 11 импульсов и блока 14 вычитания обеспечивается компенсация геометрического шума датчика на ПЗС с эффективным кодированием видеосигнала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л