Устройство интерполирования сигналов телевизионного изображения Советский патент 1991 года по МПК H04N5/14 H04N7/12 

Изосис ерие uiHnc-ii i i s i мз.и Бчдсь зя ч может Ofctt i л )i n, о я/, ECCстанса зння стеч иг, и- NJ j ,c ний s устройства) магшт it ириеаи.,

Цель изобретении ynv4Uisi ьекачадва тепезиоио жого сшнгла повышения крутизны сигналов яршогмх перепадав

Нз фиг 1 преде тр/чпфиг электрическая схемаУСФОИСТЬЭ ингерголч- поззнмя сигналов -елеБ Ы снлюга чзсйры- 8нмя;насриг 2 -франке ,-отображаемого телевизионного изображения при козффь- масштабирования WI 4 ня фен структурная электр/ ч«с -зя cxar s всодногэ запоминающего блок.., и ч COHI - г i руг/гур на- электрическая L/ема эло Сг ли) еиной интерполяции, на фиг 5- гру «туркал зле к трическая схема блоч. к of рекцич нэфи( 6 - структурная электрическая сеем, бпоо управления.

Устройство т гешЮ ч.роранчп C TIM яоо елевизионного зображэния ( 1) содержит входной заног дающий блси 1, первый регистр 2, пеовый 3 м второй 4 бу ферные оперативнее за н ммиающие бло ч л, агорой 5, четвертый б пятый 7 ч тресни

8 рсГ ЛСТрЫ, бЛОК 9 ГШНЗ Н }« ИН рИОЛЯЦИ /1,

первый мультиплексор Ч торой 11 и рс тми 12 блоки зад8р с(м, 5ги с )3 эрресд, оторой мультиплексор К первом блок з задержки и блок 16 улргзж ния

Устройство рабог е s rt8fivtci JMP сэра оом

Иифросой eneflikiich - ь (, ос г raei ча входи дамнь ом юге ззпо Нсзи щего блока i На qH5r пр/зэеоеи отображав -юго W3o5p vei я Во ччодном зепомчкаюм ем 1 з тюи it ЕЮ гя го кн 17 20, d точки 21 2С tii--, -слкютс . Отру; туризм Б одной; блс ка привете id 3, S состав вчо/лпэг. 5лсчл I входят 2 и 25 гамя-м л сор 26 В схемы 24л -11 пап з к a naaei ся участок телевмзио-iHn п изображен л т прмчер центр sanwpjpae 1 мо уч ст опре делается сигналом ООЧДИРЗТЗ подаваемым на блос оупр; в/«йнч° Зэгсс осуществляете 1 поэ создп(, и ь га врем т чогда очередной кэдр мзоЬэз;чен /ii эзш/ t и оавтся в одну из схем 2 мгм 2С па ти, то на другой схеме ПЭМРТЧ информация СЧЕП ы заетси мере мулы пгексор 26 i р о буферный блок 3. Глыь ниние из и1 м 25 памяти ,nir (, скорое n, ob ратнс гропооциоиалм- ол ci каемок информаци/ 1зк 3(.ri/ дискретизации цмфроиз-fs (елевяччг -,ьпгс сигнала, приходящего нл j год у тгписгэл обозначить через 7fl, n стгкь увел/менир млч маси.таб чераз N го1 г|з пер юч- 1чи

. «и ) , ( t i h ламн,м

опре пи

,и(ЛИ f - i,

м

лч

j«Uhi i .31, Д «ЭЦЗ г G,iU ( lai.SJJfaD

подавгзел-м «I u блои 16 г заелеимр Выбор- ка знамен н « трочи последовательно записывается буферный или 3 на вреия Тст , равное а1 ;,ой час г.1 ,, pottii leneBwsHOd ного И1об г, оиия f,.,D 52 uc) Но фиг Ч приведен if irMetb огс5ог.;аемого .елеви- знойного / (горажешгя -рл коэффициенте масштаЬп,) ТЗНИР М 1 Во i- схемаг 24 и 25 nd( ir,iM ззписпБаются то I tw 17-20, а

т-ОЧКИ 2 -7 i aL iHCji;,fOfCP В 9 1ьвЙНОЙ

ин)ерполл i4 i и блоке 13 ,i 4 Внача ле чз fe.vi11 24 ыти 2 ь буферной елок 3 L п p/iOAOfi Кс М х Tg считываются 17 /1 18 одной cfoOKM После этого, е течеьме i-скольких телевизионных строк, кoличecrJC которых определяв-ся коэффч- циентом MO шгабирозы-и/ я t составляет величину М- считЬ|ВСпие «о схег, 24 или 2ь памяти не происходит во время М-й отображае.лой с роки С1юьваю1ся значе- ни foL6K с /icqyrouie1 (то1 и 19 и 9П) j Сччганные Чг е «ия зЈП1г,ыза в буферный 5полЗ Чдроире 1аьнэ ераз решстр значения пек. 17 и 13 предыдущей строки ззписыБс 7 ;я в , spiib iT; блок 4 Зъ,хоЈ буферного соед- нап с регигмро 6, & г- t , гоов 5 и 6 пидглю ены вхсдЈ| i з& j , TO-J / ч с С РСЗ/ГЬ aie этогс пси рослед вс ельнсг см/ччьан и из бу бери У оликигЗ s/i 4 з Dwi he гк 5-3 з. f, SHd н Р lO iff 1 //и С1.тае|Ствчощ 13 З -а-ен1 ч ч Ґ0 О) ,(0 , i Hnn) ль {1} ч т 1м-а/1ле; зи ь & i коацра а ни- тертотф &ного yL&c. г и,обрз Гн-а1(р чя jhe с I u n cr1 ( |,ов 6-8 &1 И TjlO/ ° Pi1 П| С i м pri г ЯЦИй

J , с i ., 4nj r(l; - jf )чен1 (, .очзк 2s 2o .(jOxoa/iv if к ел га s ек 1 T-7Q в 1Ч1лг-ленмг i , if 10 е 21-5 яэ -мг1Э5..с гелыо - ,я иг, схем 2 и 2ъ памяти e.L е. необхоримузг

, оче:с Тг1, pf счет зьс« еьи« 2 i э Фиг 2 ьгм етс ь блоке § i | .нт0ог,о/1я пии огькс orDf- ic д/з реапьный г к i a i т f о т п б р э ч з е f i о матриц1 rcoTB6T(irj п гоч е 2 Я a a-iT, 2} таки

j оБрагтч i фо пация р-s ройств, гчт;турге сгдег гой и М f гпо Q ч HI д.т знзче и я Af. i) в г . винч с сооп /эой гпучер- -ID r/t а/1-е i 1нrepi Оляц i

v i) - ox -i/n;f i-j « ; м и м h i j/,i

/i(oOX -)/i)l/(-iJ A(r. nil/- /flj

- ,c AfO 0) Ј(0 n) A(r 0) Afn 1; - ( чС

- ni расп лю еннь х Б j i ЛР vs i &Ds.

Ј «OfO 43, ЙТЗ

I, j - кординаты рассчитываемой точки относительно выбранного базиса, задаваемого точками А(0,0), A(0,n), A(n,0), А(п,п);

п - масштаб интерполируемого участка (п М).5

При вычислении А(, j) по формуле (1) достигается равномерное изменение значений яркости A(l,j) в пределах каждого из интерполируемых квадратов. Для реальных изображений такое равномерное измене- 10 ние плохо согласуется с математической моделью изображений, характерной особенностью которых является резкое изменение яркости на границе областей с примерно равномерной яркостью. Для того, 15 чтобы увеличить крутизну изменения яркости точек на границах разнояркостных областей, з следовательно, и приблизить получаемое изображение к реальной математической модели, в изобретение введен 20 блок 13 коррекции, на вход которого поступают значения A(I,J) с выхода блока линей- ной интерполяции. Функция, выполняемая блоком 13 коррекции, определяется следующим выражением:25 A (U)K(l,j)A(lJ)-A(x) + A(x), (2)

где

А(0, 0),если л/2, J n/2; А(0, n/2, j n/2; А(х) А(п, 0),если I n/2, j n/2; A(n, п),если I n/2, J n/2;

A(i,j) - значение яркости, полученное в результате вычислений по формуле (1);

K(i,J) - весовые коэффициенты, зависящие от расстояния между интерполируемой точкой A(l,j) и точкой А(х).

На вторые входы блока 13 коррекции поступает значение А(х) из регистров 5-7 или 8. Выбор необходимого значения А(х) из четырех значений, записанных в регистры 5-8, осуществляется мультиплексором 10 в соответствии с состоянием (3) и под воздействием сигналов управления, поступающим на мультиплексор 10 из блока 16 управления. Вычисленное в блоке 13 в соответствии с формулой (2) значение A1 (i,j) поступает на выход устройства через мультиплексор 14. В связи с тем, что согласно формулам (1)-{3) при интерполировании не всегда требуется вычислять значения А1 (,), на выход устройства через мультиплексор 14 могут поступать значения A(l,j) из блока 9 линейной интерполяции и значения А(0,0), А(0,п), A(n,0), A(n,n) из регистров 5-8. Для того, чтобы скорректировать задержки, которые возникают при кон&зйерных вычислениях в блоке 9 линейной интерполяции и блоке 13 коррекции, в устройство введены блоки 115

10 15 2025

30

35

40 4550 55 15 задержки. Эти блоки представляют собой последовательно соединенны регистры, информация в которых задерживается ,-:а столько же тактов за сколько пооисходит зычисление значений A(l.j) и A (l.j) в блоке 9 линейной интерполяции и блоке 13 коррекции,

Блок 9 линейной интерполяции (фиг. 4) выполняет вычисления A(l,j) согласно формуле (1) и в его состав входят схемы 27-34 умножения, конвейерные регистры 35-41 и сумматоры 42-44, При этом cve-мы умножения могут быть реализованы на основе быстродействующих постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) с временем выборки Т 100 не. На входы схем 27-34 умножения поступают значения А(0,0), A(0,n), A(n,0), A(n,n) из регистров 5-8 и значения /n, j/n, (), (1-j/n) из блока 16 управления. В схемах 27-34 умножения и в сумматорах 42-44 происходит вычисление значения A(i,j), а конвейерные регистры 35-41 необходимы для обеспечения работы блока 9 линейной интерполяции в реальном масштабе времени с периодом поступления информации, равным периоду дискретизации телевизионного сигнала Тд. Поэтому тактирование кокзейерных регистров 35-41 осуществляется сигналом СИ, приходящим из блока 16 управления и имеющим период, равный Тд.

Блок 13 коррекции (фиг. 5) выполняет вычисление значения A (i,J) согласно формуле (2) и в его состав входят сумматоры 45-47, конвейерные регистры 48-53 v мультиплексор 54. На входы блока 13 коррекции поступает значение A(t,J) из блока 9 линейной интерполяции и значение А(х) с выхода мультиплексора 10 через блок 11 задержки. Сумматор 45 выполняет функцию A(i,j) + А(х), но благодаря тому, что на регистр 49 с выходов сумматора 45 не подается младший разряд, на выходе регистра 49 формируется значение 0,5 A(i,j) + A(x). Аналогичным образом включены сумматоры 46 и 47. В результате на выходах регистров 51-53 формируются соответственно функции 0,75 A(i,j) + 0,25А(х); 0,5A(i,j) + 0,5А(х); 0,25a(i,j) + + 0,75А(х), Эти функции соответствуют формуле (2) с выбранными весовыми коэффициентами K(i,j).

Весовые козффициненты K(i,j) выбираются исходя из двух условий; по возможности максимально увеличить крутизну яркости перепада; не допустить распадения изображения на отдельные яркостные фрагменты.

Конвейерные регистры 48-53 обеспечивают возможность работы блока 13 коррекции в реальном масштабе времени. Для этого они тактируются сигналом СИ, равНЬ Ч nepl-ЮД1. ДМС феТМ; ЗЦ П TaKH::ili;.cr: -i;i;iго сигнала Jg и пржсдящ л из ояокгз .& управления, Мультиплексор, f;-4 необходимое значение; А (,j) :-:з выход бжжв 13 коррекций, Переклю епмв «у ультлП: е;;ео- ра 54 осуществляется под управлением сигналов, приходящих из блоки 16 управления, Блок 18 управления (фиг, &гсостоит из двух функциональны); узлов; - узл«; управления считыванием/записью «з схем 24 т 2EJ памяти м микропрограммного узла управления, Для управления аапмеыо в схеме 24 мш 25 памяти и блоке 16 управления предусмотрены счетчики точек 55 и строк 5(3, триггер 57, элемент ИЛИ 53, ПЗУ 59 записи ч; элементом И 60 на выходе. Управление уз- .лом записи осуществляется сигналами дискретизации СИ, приходящими на счетный) аход счетчика 55 точек. гасящими импульса- -ми строк, поступающей на счетный вход счетчика 56 строк м вход сброса счетчика 55 точек, гасящими импульсами первого и второго полей, поступающими на зходы установки и сброса триггера 57 v ВХОДУ элемента ИЛИ 58. Счетчики точек 55 и строк 56 и триггер 57 формируют адрес отобрана- емого элемента, ПЗУ 59 записи, а соответствии с кодом Координата центра. поступающего на адресные вход:: ПЗУ 59 займем, формирует бланк разрешения записи в схемы 24 и 25 панп-ти. Этот бланк разрешает прохождение сигналов записи через, логический элемент У 60. Адрес записываемого дискрета, еопроаохсдземый сигналов записи, поступает на с;семы 24 и 25 памяте через мультиплексоры 81 м 62, При чтение информации из схем 24 л 25 адреса на &тк блоки поступают также через мультиплекторы 51 и 62, но формьфозаина адресов происходит в счетчиках точек 83 и строе 64, Начальный адрес считывания поступает rS счетчик 63 точек из ПЗУ 65, a HS счетчик 64 строк - из ПЗУ 66. Начальной з-дрзс считывания определяется значением кода Масштаб, приходящим на адресные входы 113V 65 м 65. Для переключения мультиплексоров 61 и 52 используется сигнал с выхода триггера 67, разделяющего четные и нечетные кадры. Этот .«е сигнал с выхода триггера 67 -поступает на мультиплексор 26 (фиг. 3). Для управления счетчикам:- течек 63 t- строк 64 используются управляющие сигналь, поступающие из микропрограммного узла управления, в состав которого входит ПЗУ 68 микропрограмм с счетчикеми точек (39 и строк 70 на адресном ь ходе, и с конвейерным регистром 71 на выходе, а гакже счетчик 72 адреса. На адресные входы ПЗУ 88 микропрограмм, кроме данных с зыходоо счзтчикоа точек 68 и сгосж 7(Х поступзет коя

% Мйгн.ггаб и прийиак пйрвога/яторого полей С йих-иДй Трштврй Ь/, НачшН Кай VCT3- -.озка и нул-бвое со стол кие ,а 69 гочзк осуществляется в начё.е каждой строки га- сящьш импульсом строк, а затем сигналом сброса, приходящим из конвейерного регистра 71. На счетный вход счетчика 69 точеС поступают сигналы дискретизации СИ, а сброс происходитчерег каждые М точек, где Ы - равно мзсштабу отображаемого изображения. Начальная уетзнозка счетчика 70 строк осуществляется гасящими импульсами ползи вначале каждого паля или, зпос- левствми, сигнало « сброса приходяшим из конвейерного регистра 71 На счетный вход счетчмка 70 строк поступают гасящие импульсы строк, а сброс происходит через каждые М строк доя прогрессивной развертки. Черезстр.очная развертка учитывается признаком первого/второго поля, поступающим с выхода триггера 57 на адресные зходы ПЗУ 68 микропрограмм. Для каждого масштаба ПЗУ 68 микропрограмм формирует последсжзтзлы-юстм икрокоманд в пределах двух ц .-пслов: в ну т рек наго цикла, определяемого работой счетчика 69 точек, и внешнего цикла, определяемого работой счетчике /0 строк, Макрокоманда ПЗУ 68 микропрограмм черзз конвейерный регистр 71-поступает из блоки устройства и содержит следующее сигналы управления;

-сигнал выборки следующей точки. Этот сигнал поступает на счетный вход счетчика 63 точек, мзменкй адрес считываемого зна- чсн51я кз схем 24 у, 25 памяти, н& сброса счетчика 69 точек, для начала нового цикла и на регистр 2, в котором записываются данные, поступающие иг- схем 24 м 25 памяти, Период следования сигнала равен про- мзведению периода дискретизации на масштаб;

-сигнал выборки следующей строки. Этот сигнал поступает на счетный вход счет- чиха 64 строк, на вход сброса счетчика 70 строк и на вход начальной загрузки счетчика 63 точек. Период следования сигнала равен произведению периода следования гася- Щ-ЛУ, импульсов строк ка масштаб;

-сигналы управления блоками буфер- 0 х блоков 3 и 4, Это поле упоаалеШ Ш БКЛЮчзет в себя елз.сующме сигналы: сигна/f управления счетчиком 72 адреса, который фор мруэт адрес дпя буферных блоков 3 м 4. начальная установка счетчика 72 адреса 5 осуществляется гасящими импульса мм строк, поступающими яа вход сброса; форг

ь

М йрузотся сигнала запуск/чтения н- формации из буферных блоков 3 и 4, этм сигналы формируются в каждой М-й строке (где гЛ - ..LfTs6) с. периодом, разные произведен /ш периода дискретизации и на масштаб:

-сигнал ззгтс инфорняц и % регистре 5-8, этот сигнал форшфУстсп . каждой строке с периодом, равный произведению пе- риода дискретизации на масштаб;

-сигнал переключения мультиплексора 10. Значения строк ы точек изменяются в пределах квадратов, ограниченных значениями 17-20 (фиг. 2);

-сигнал переключения мультиплексора 14. Через выходной мультиплексор 14 на выход устройства информации гложет поступать или с выхода блоха S линейной интерполяции, или с выходи блока 13 коррекции, или с. выхода мультиплексора 10. С выхода мультиплексора 10 информация поступает когда адрес отображаемой точки соответствует одному из значений 17-19 или 20 (фиг.

2) и не требуется дополнительного вычиспе- имя. С выхода блока 9 линейной интерполяции.информация поступает в случае,, когда адрес отображаемого элемента соответствует единице для весовых коэффициентов (,), т.е. K(IJ) 1:

-сигналы переключения выходного мультиплексора 54 блока 13 коррекции. Переключение мультиплексора 54 осуществляется Е COOTBSTCT & AV( И С ЗЫбррОМ

необходимого весового коэффициента K(i,j) для каждого отображаемого элемента;

-коды значений l/n, j/n,.(1-i/n), (1-j/n), Эти коды поступают на схемы 27-34 ум ноже-- ния блока 3 линейной -интерполяции (фиг. 4). Последний сигнал, который поступает из блока 16.управления, - сигнал синхронизации СИ..Этот сигнал трансформируется с входз устройстаа и поступает на блок 9 линейной интерполяции, на блок 13 коррекции и на блоки 11, 12 и 15 задержки.

Таким образом, благодаря введению блока 13 коррекции при масштабировании стало возможным уменьшение размывания границ между областями изображе-. ния, имеющими различную яркость. Это достигается за счет притягивания с различными весовыми коэффициентами значения интерполируемой точки и значения близлежащей точки. и,з выборки. Однако распадения изображения на отдельные элементы при этом не происходит, так как коэффициент притягивания зависит от расстояния до интерполируемой точки от точек выборки.

Формула изобретенияУстройство интерполирования сигналов телевизионного изображения, содержащее входной запоминающий блок, вход которого является входом устройства, а информационный выход соединен с информзм -, ны.-- рда.-..-; ns.psarc (., Олокли- не: ::-К;п интерполяции, первы п и агорой бу- ф.. onepi BHtifi запомич -..-..- ,:: блокч,

И ТОООЙ НУЛ лТИПЛО -;СОЛ:т 0/;0я П- L i--i:f5 :-iil, О Т й Л Ч . , 0 Щ с t :; . .-.;, ТО, С

у.г;уч. качества тале м/юнного , путем повышения .т;::;ны лигнг- ;;;:;-.. гркостных перепадов, введены второй, третий, четвертый v. пятый регистры, пер- 2.М.7:. второй и третий блоки задержки и блок коргекции, причем информационный вы- первого-регистра подключен кмнфор- :л;:-н ;оннсму входу первого буферного .. c;-T;;-3TvieNoro запоминающего сыока, мн- .«.с о-г-г ционный выход которого соединен с :-н-:Фс:1:)мацмсжным входом второго регистра, i-rri-vop,рационный выход которого подклю- j-je:-- ;(. информационным входам второго бу- оперативного запоминающего бл: гя-. тгвтьего регистра, - перьям «нфор- Мй-;-u):-:Shi vi входам блока ли;;в ч- й рктерП0 :.г-цг.. , ПбрЗОГО МУЛЬТИПЛЙКСОрЭ. БТОрОЙ

инфосма и.онный вход блока линейной ин- тер :о;:Г Ц к соединен с вторым информационны,1- входом первого мультиплексора, с инфоркаи. онкым яходом пятого регистрам с информационным выходом четвертого регистра, информационный вход которого

ПОА ЛЧ ЧЗ:-: К /НсЬОрмаЦМСННОМу ВЫХОДУ ВТОпего буферного оперативного запоминаюLL.;-: - : ОЛОКЗ, ИНфОрМаЦИОННЫ /1. Ь ХОД ПЯТОГО vO: .:Ci;jS ГЮДКЛЮЧвН К ТрвТЬ, ИМфОрМЗЦИos;-;;::-; :-.:одгк бг,ок& нтзрполя- i;i.iy, : r;epi3oro мультиплексоре;, четвертые ;.-;:;л;;р:.-: ц;/;Онные входы к.г.ору,, г-.одкг1юче.- к 1:-;фпрмЈционному iifcixoflv третьего ре- гистоа, информационный si-,:ход блока л мейнойинтерполяции подключен к мн- фор зид-юнному входу первого блока задер- жки : к первому информационному входу. О/-О:::Е коррекции, информационный выход первого мультиплексора подключен к ин- формационному входу второго блока задержки, информационный выход которого подключен к второму информационному входу блока коррекции и к информэционно- № ЕХОП.У третьего блока задержки, иифор- г г: и. ионные выходы первого блока задержки, блока коррекции и третьего блока зздерхки подключены соответственно к первому, второму и третьему информационному входу второго мультиплексора, выход которого является выходом устройства, пер- зыя, второй, третий, четвертый, пятый и шестой «ходы блока управления являются соотвзтственно входами для гасящих импульсов первого поля, гасящих импульсов второго ноля, гасящих импульсов строк, синхронизирующих сигналов, кода команды Масштаб ы кода. команды Координата

центра, управляющий и адресный входы входного запоминающего блока подключены соответственно к первому управляюще- му и к первому адресному выходам блока управления, второй адресный выход которого подключен к адресным входам первого и второго буферных оперативных запоминающих блоков, выход данных блока управления подключен к входу данных блока линейной интерполяции, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый управляющие выходы блока управления подключены соответственно к

управляющему входу второго регистра, к управляющему входу первого оперативного запоминающего блока, к управляющему входу второго оперативного запоминающего блока, к управляющим входам второго, третьего, четвертого и пятого регистров, к управляющему входу первого мультиплексора, к управляющим входам блока линей- нор интерполяции, первого, второго и третьего блоков задержки и блока коррекции, к дополнительному управляющему входу блока коррекции и к управляющему входу второго мультиплексора.

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано для восстановления телевизионных изображений (ТИ) в устройствах масштабирования. Цель изобретения -улучшение качества телевизионного сигнала путем повышения крутизны сигналов яркостных перепадов, Устройство интерполирования сигналов ТИ содержит входной запоминающий блок 1, регистры 2, 5, 8, 6, 7, буферные оперативные запоминающие блоки 3, 4, блок 9 линейной интерполяции, мультиплексоры 10, 14, блоки 15, 11, 12 задержки, блок 13 коррекции, блок 16 управления, Благодаря введению блока 13 коррекции при масштабировании стало возможным уменьшение размывания границ между областями изображения, имеющими различную яркость. Это достигается за счет притягивания с различными весовыми коэффициентами значения интерполируемой точки к значению близлежащей точки из выборки Однако распадания изображения на отдельные элементы при этом не происходит, так как коэффициент притягивания зависит от расстояния до интерполируемой точки от точек выборки. 6 ил, (Л с Os Ю О ю со

17 21

X «

1

19

X

« © о

20 22 о X

№9

Фщ9.

17W

X X

Фиг.2

18

17 X

99

W X

17 X