Двумерный адаптивный восстанавливающий фильтр Советский патент 1992 года по МПК H04N5/14 

Изобретение относится к средствам связи, может быть использовано при построении цифровых телевизионных и видеотелевизионных систем, касается вопросов повышения качества воспроизведенного изображения цифровых телевизионных систем, построенных на базе систем импульсно-кодовой модуляции или дифференциальной импульбно-кодоеой модуляции с использованием эффективных структур дискретизации, в частности шахматной структуры дискретизации в поле, и является дополнительным к основному авт.св. № 1438023.

Цель изобретения - повышение точности фильтрации.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема двумерного адаптивного восстанавливающего фильтра; на фиг.2 - структура расположения отсчетов в поле; на фиг.З - фрагменты изображения; на фиг.4 - алгоритм работы адаптивного восстанавливающего фильтра.

Двумерный адаптивн ый восстанавливающий фильтр содержит многоотводную линию 1 задержки, первый, второй и третий сумматоры 2-4, первый и второй блоки 5 и

6вычитания, первый и второй компараторы

7и 8, формирователь 9 порога, первый и второй мультиплексоры 10 и 11, коммутатор 12, четвертый, пятый, шестой и седьмой сумматоры 13-16, элемент 14 17, первый формирователь 18 сигнала управления, третий блок 19 вычитания, третий компаратор 20, второй формирователь 21 сигнзла управления.

Двумерный адаптивный восстанавливающий фильтр работает следующим образом.

Предварительно рассмотрим вопрос структуры расположения отсчетов, поскольку она является основной функционирования предложенного фильтра.

На фиг.2.1 представлена ортогональная структура дискретизации, т.е. ортогональной расположение отсчетов (на фиг.2.1 и далее показаны строки только одного поля). Для наглядности здесь допущено, что одна строка содержит 10 элементов, т.е. (для случая, например, когда частота дискретизации fg8 мГц элементов).

На фиг.2.2 показана шахматная структура отсчетов в поле, при этом же количестве элементов. Следует отметить, что несмотря на то, что в смежных по полю строках число элементов не совпадает, при шахматной структуре дискретизации в поле принято считать Пс - максимальное число элементов в строке, т.е. для нашего конкретного примера Пс°Псмакс 10. Как известно, шахматная

структура отсчетов в поле создается, если в

последовательности дискретизирующих импульсов изменить фазу на 180 от строки к строке и от кадра к кадру. Работа предложенного фильтра подразумевается именно при такой структуре дискретизации, следовательно, на информационный вход фильтра подается цифровой видеосигнал, представленный, например, в виде восьмиразрядного двоичного кода с такой структу рой расположения отсчетов. На фиг.2.2 показаны также анализируемые в фильтре отсчеты А, В, С, D. Для того чтобы в двумерном адаптивном восстанавливающем фильтре над значениями этих элементов производить различные арифметические, операции (cy 4миpoвaниe, деление и т.д.), нужно обеспечить их одновременное наличие, для этого нужно задержать относительно элемента В элементы D, С и А и, как видно из фиг.2.2, элемент D нужно задержать (при ) на 9 элементов, т.е. на Пс-1 число элементов, элемент С на 10 элементов, т.е. на Лс число элементов и А на 19

элементов, т.е. на 2пе-1 число элементов, что и обеспечивает многоотводная линия 1 задержки.

Сигналы с входа (В) и выходов (О, С, А)

цифровой линии задержки поступают на входы с первого по седьмой сумматоров 2-4 и 13-16. Полученные значения на выходах первого сумматора 2 -(D-«-C)/2, второго сумматора 3 - (В+А)/2 и третьего сумматора 4 (A+B+C+D)/4 поступают на входы первого мультиплексора 10, а значения с выходов четвертого сумматора 13 - (А-Ю)/2, пятого сумматора 14 -()/2, шестого сумматора 15 - ()/2 и седьмого сумматора 16 (С+А)/2 поступают На входы второго мультиплексора 11, значения элементов А, В, С, D поступают также соответственно на входы первого, второго и третьего блоков вычитания 5, б и 19, где выполняются операции

вычитания C-D, А-В и А-С. Информация о величинах разностей поступает с первого, второго и третьего блоков 5, б и 19 вычитания соответственно на первый, второй и третий компараторы 7,8 и 20, где они сравнйваются с пороговым значением Rn, поступающим с формирователя 9 порога. Вычисление этих разностей и сравнение с пороговым значением (т.е. пороговое детектирование) делается с целью обнаружения

на исследуемом участке контурных переходов. Выбор величины Rn определяется, с одной стороны, необходимостью выявления малых яркостных переходов, с другой уменьшения вероятности обнаружения

ложных переходов, возникающих вследствие действия шумов. Оптимальная величина Rn составляет примерно 12% полного динамического диапазона изменения яркости сигнала.

Информация о знаках разностей C-D и А-В с первого и второго блоков 5 и б вычитания поступает на входы первого формирователя 18 сигнала управления, а информация о знаке разности А-С и результаты сравнения разностей А-С, А-В и C-D с пороговыми значениями Rn поступает с блоков 19, 20, 7 и 8 соответственно на второй формирователь 21 сигнала управления, который обеспечивает управление (работой) функционированием первого мультиплексора 10, где в зависимости от характера изображения, т.е. распределения яркости могут рассматриваться следующие возможные случаи (фиг.4).

I Если (А-В) Rn (C-D)Rnj

то этот участок изображения принимается за равн.ояркостный или за одноэлементный яркостный переход, а для более точного восприятия и воспроизведения перепада в анализ вводится разность А-С и ее знаковый показатель sign (А-С). Введем обозначение при А С sign (А-С)1, а при А С sign (А-С)0. При условии (А-В) Rn и (C-D) R пформирование управляющего сигнала блоков 21 зависит от отношения разности А-С к порогу Rn-и ее знакового показателя (А-С). При неудовлетворении условий (А-В) Rn и (C-D) R: пзначения величина (А-С) и sign (А-С) не учитываются. Второй формирователь 21 сигнала управления позволяет различать равнояркостные участки (фиг.3,5) от вертикальных и горизонтальных одноэлементных перепадов (фиг.З, 18 и 3, 19) соответственно правильно их воспроизводить.

Алгоритм работы в данном случае выглядит следующим образом.

Если (А-С) R п

sign (А-С) 0,

то зтот участок изображения принимается за равнояркостный и на выход первого мультиплексора 10 блоков 21 пропускается выход третьего сумматора 4 - (A+B+C- -D)/4, а элемент И 17, в свою очередь, вырабатывает управляющий сигнал, который выход первого мультиплексора 10 пропускает на выход второго мультиплексора 11 (фиг.З, 5).

Ecли(A-C)Rn sign (А-С) Т,

то этот участок изображения принимается также за равнояркостный и на выходе второго мультиплексора 11 управляющими сигналамиС блока 21 и элемента И 17

5 пропускается выход третьего сумматора 4 (A+B+C+D)/4 (фиг.3.5). Если (А-С) Rn (А-С) 0, то этот участок изображения принимается

10 за одноэлементный горизонтальный перепад и на выходе второго мультиплексора 11 управляющими сигналами с блока 21 и элемента И 17 пропускается выход второго сумматора 3 - (А+В)/2 (фиг.З. 19).

15 Если (А-С) Rn

sign (А-С) 1,

то этот участок изображения принимается за одноэлементный вертикальный перепад и на выходе второго мультиплексора 11 управляющими сигналами с блока 21 И элемента И 17 пропускается выход первого сумматора 2-(C+D)/2 (фиг.З. 18)./

ii. Если (А-В) Rn (C-D)Rn,

5 то этот участок изображения принимается за горизонтальный перепад и на первых и вторых управляющих входах первого мультиплексора 10 образуется управляющий сигнал, который на выход первого мультиплексора 10 пропускается выход второго сумматора 3 - (В+А)/2, а элемент И 17, в свою очередь, вырабатывает управляющий сигнал, который выход первого мультиплексора 10 пропускает на выход второго мультиплексора 11 (фиг.3-3.4,б,7). HI. Если (А-В) Rn

(C-D)Rn,

то этот участок изображения принимается за вертикальный перепади на управляющих

0 входах первого мультиплексора 10 образуется сигнал, который на выход первого мультиплексора 10 пропускает выход первого сумматора 2 -(D+C)/2, а элемент И 17, в свою очередь, вырабатывает управляю5 щий сигнал, который выход первого мультиплексора 10 пропускает также на выход второго мультиплексора 11 (фиг.3-1,2,8.9). IV. Если (А-В) Rn (С-А) Rn,

0 то этот участок изображения принимается за диагональный или за угловой перепад, а , для более точного восприятия и воспроизве- дения направления перепада учитываются также знаки, изложенных выше разностей.

5 В этом случае элементом И 17 вырабатывается управляющий сигнал, запирающий на входе второго мультиплексора 11 выход первого мультиплексора 10 и позволяющий первому формирователю 18 сигнала управления, учитывая знаки разностей (А-В) и

(C-D), т.е. sign (A-B) и sign (C-D), управлять прохождением через второй мультиплексор 11 выходов четвертого 13, пятого 14, шестого 15 или седьмого 16 сумматоров.

Введем обозначения; при А В sign (А-В)1, при А В sign (А-В)0 и соответственно при С D sign (C-DhI, а при С D slgn(C-DhO.

Одним словом, при (А-В) Rn и (С-О) Rn в анализ вступают знаковые показатели дтих разностей, где возможны четыр е случая.

1.Если sign (

stgn{C-D)0.

то на выход второго мультиплексора 11 поступает выход пятого сумматора 14 (D+B)/2. (фиг.3-13, 14).

2.Если sign (А-В)0

slgn(

то на выход второго мультиплексора 11 поступает выход шестого сумматора 15 (В+С)/2 (фиг.3-10,16).

3.Если sign (А-В)1

slgn(C-D)0, .

то на выход второго мультиплексора 11 поступает выход четвертого сумматора 13 (А+О)/2(фиг.З-12,17).

4.Если sign (А-В):1

. sign(C-D)1,

то на выход второго мультиплексора 11 поступает выход седьмого сумматора 15 (С-|-А)/2(фиг.З-11.15).

Частота следования отсчетов в сигнале изображения на выходе фильтра удваивается, как и в прототипе, и принимает вид, представленный на фиг.2.3, каждый второй элемент (показанный штриховыми линиями) представляет собой интерполированный элемент X, восстановленный по четырем соседним элементам (выделен ромбиком), в связи с этим возникает необходимость временного разделения элементов С и X, расположенных рядом на строке. Это осуществляется в коммутаторе 12, на управляющий вход которого подаются дискретизирующие импульсы длительностью, равной половине

периода, т.е. с удвоенной частотой дискретизации 2iff,. Работа коммутатора 12 в данном случае идентична работе коммутатора в прототипе.

Таким образом, искажения, вносимые

дискретизацией при шахматной структуре в поле, устраняются практически полностью, при этом алгоритм работы фильтра позволяет исправлять не только горизонтальные, вертикальные, диагональные и угловые, но

и одноэлементные перепады яркости. Это дает возможность существенно повысить, субъективное качество воспроизведенного изображения и улучшить обьективные показатели такого фильтра при передаче испытательных сигналов, при этом двумерный адаптивный восстанавливающий фильтр усложняется незначительно.

Формула изобретения

Двумерный адаптивный восстанавливающий фильтр по.авт.св. № 1438023, о.т лича ющийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены последовательно соединенные третий блок

вычитания,, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами многоотводной линии задержки, третий компаратор, второй вход которого соединен с выходом формирователя

порога, и второй формирователь сигнала управления, второй вход которого соединен с вторым выходом третьего блока вычитания, причем выходы первого и второго компараторов соединены через третий и четвертый

входы второго формирователя сигнала управления с первым и вторым управляющими входами второго мультиплексора, о о 00 9 Q Q о о о о 5f3г -е-о о о о о С О С О о о о о о о о о о о о о о о э о оооооо 3. 1. о 9 99 о о 9 9 99 9 о о- -е-е-еigо о о о о .о 2. . ;, ; С) О обо О О О О О о о о ОС 6 ао о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о с о о о о Фиг: 2 . 6О СО 1: О . , у ч.-- . ,r/rr.r, )дсООО; с

Фиг.З ..3g. О О

зк - произвольное cocTO: HU€

Фиг.

Изобретение относится к области Средств связи, может быть использовано при построении цифровых телевизионных и видеотелевизионных систем, касается вопросов повышения качества воспроизведенного изображения цифровых телевизионных систем, построенных на базе систем импульсно-кодовой модуляции и/или дифференциальной импульсно-кодовой модуляции с использованием зффективных структур дискретизации, в частности шахматной структуры дискретизации в поле. Целью изобретения является повышение точной фильтрации. Двумерный адаптивный восстанавливающий фильтр содержит многочастотную линию задержки, семь сумматоров 2-4,13-16, три блока вычитания 5, 6 и 10. три компаратора?. 8 и 20. два мультиплексора to и 11. два формирователя сигнала управления 18 и 21. формирователь порога 9 и коммутатор 12. Цель изобретения достигается путем учета знака разности элементов А и С и результата сравнения этой разности с пороговым значением. 4 ил. .^^ "^^3ю ел ел ел>&ю