Устройство для стохастического кодирования и декодирования телевизионных изображений Советский патент 1982 года по МПК H04N7/30 

Устройство огносигся к телевизионной технике и может быть использовано при переааче и приеме телевизионных сообщений различного целевого назначения.

X

Известны устройства, гце используются методы стохасгического кодирования при переааче вьюококачественных телевизионных сигналов.

Первое из известных устройств содержит овухразрядаый квантователь с псевдослучайным шумом, в котором используется псевдослучайный сигнал, образующий определенный рисунок на экране и повторяющиеся через каждые два кадра, к которому добавлялся другой псевдослучайный сигнал, предназначенный для затушевывания мерцающих ложных конту г. ров 13 .

Известное устройство реализует стохастическое кодирование, однако характеристика вводимого щума не зависит от уровня квантования сигнала, что снижает качество получаемого изображения.

Более совершенное устройство для стохастического кодирования и аекоаирования телевизионных изображений, используюш.их метод стохастического кодирования, содержит последовательно соединен ные преобразователь аналог-код, « источник равном но распределенного шума в виде регистра с обратной связью, работакщей с частотой Найквиста, причем четыре выходных сигнала комбинировались так,

10 чтобы дать 16-уровневый шумовый сигнал с плоским распределением амплитуды, передатчик. Шум перед квангованием до.бавляется ко входному перецаваемому сигналу, в приемнике этот же шум вычита15ется из проквантованного изображения. В известном устройстве сочетается псевдосдучайная обработка входного сигнала со сжатием и расширением динамического диапазона для того, чтобы согласовать

20 систему с характеристикой глаза 2 .

Однако реализованный в известном устройстве способ преобразования шума Квантования в случайный шум несовершейен, он длителен и не учитывает свойств вхооного сигнала, требует синхронизации овух идентичных генераторов псевдосдучайного шума, функция пространственновременного интегрирования изображений возлагается на глаз наблюдателя. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем. что в устройство, содержащее аналог-код О и последовательно соединенные передатчик, канал связи, приемник и селектор,синхроимпульсов, включен между выходом преобразователя аналог-код и входом передатчика блок вероятностного округления чисел, а к выходу приемника последоватёлIJHo подключены многоканальный усреднитель видеосигнала и блок считьгоания, причем их управляющие входы через коммутаторы подключены к выхос у селектора синхроимпульсов. Такое устройство позволяет увеличить быстродействие устройства, уменьшить объем передаваемьрс данных, до однойтрех двоичных единиц на выборку и упучшять процесс декодирования изображений. На чергеже представлено устройство блок-схема. Устройство содержит вход I видеосигнала, преобразователь 2 аналог-код, блок 3 вероятностного округления чисел, передатчик 4, коммутаторы 5 и 6, селекто 7 синхроимпульсов, выходной канал 8 ви.деосигнала декодированного сообщения блок 9 считьюания, многоканальный усреднитель 10 видеосигнала, приемник 11 канал 12 связи. Работа устройства состоит в следующем. На вход 1 преобразователя 2 аналогкод поступает видеосигнал, по/о ченный из видимого изображения с помощью стан дартных устройств4 Преобразователь аналог-код 2 осуществляет дискретизацию сигнала пс времени (по пространству изображения) и по количеству уровней, что соответствует разбиению исходного изображения на отдельные элементы (расположенные, как правило, в узлах сетки, наложенной на изображение), а также представлению яркости каждого элемента изображения конечным количеством фиксированных уровней. На выходе преобразователя аналог-код 2 каждый элемент изображения представлен двоичным кодом, с числом разрядов 5-8, что соответствует 32-256 уровням градации. Ос новным элементом ус ТВ а, псдаышающим быстродействие и оптимизирующим 5 .процесс кодирования, является блок 3 вероятностного округления чисел. В нем каждый- двоичный 5-8 разрядный код преобразуется в 1-3 разрядный двоичный Код (что соответствует 2-8 уровням градации) следующим образом. В блоке 3 вероятностного округления чисел вырабатывается случайное равномерно . распредеяеаное в интервале О, I число R . Ог- брасываемые разряды гооичного кода. поступающие на вход блока 3 вероятностного округления чисел образуют число ё . Число Rсравнивается с числом 5 , еели R, то добавляется единица переноса на младший разряд выходного 1-3 разряпного дв.оичного кода, если R, то единица не добавляется, т.е. на выходе блока 3 вероятностного округления чисел появляется округленное число, принимаю- щее одно из двух значений, равносильных результату округления по избытку или по недостатку, соответственно с вероятностями и -О, ( I - число, образуемое отбрасываемыми разрядами). Статистический принцип независимого вероятностного округления кодов эквивалентен так называемой бесконечной паМяти. Последовательность двоичных 1g разрядных кодов, округленных вероя ностным способом, поступает в передатчик 4 и через него - в канал 12 связи. Информация по Канаду 12 связи может передаваться, как в дискретном виде в виде двоичных кодов, так и в непрерьюйом (для этого числа, снимаемые с блока 3 вероятностного округления чисел, нужно преобразовать в аналоговый сигнал). Из канала 12 связи видеосигнал в виде последовательности кодов поступает в приемник 11, где он детектируется. В селектфе синхроимпульсов происходит выделение кадровых и строчных синхроимпульсов, которые через коммутатор 6 пос1упают в многоканальный усреднитель 10 видеосигнала. В многоканальном усреднителе iO видеосигнала происходит осреднение яркости каждого элемента изображения по заданному числу К (К I) касров. Величина К задается для данной системы в зависимости от ее назначения, свойств передаваемых изображений и от количества оставляемых после округления в блоке 3 разрядов. К изменяется от 2 ДО Куу,{з|у. Числу К соответствует число каналов в многоканальном усреднителе 1О видеосигнала. Чем больше число К, тем точнее восстанавливается уровень передаваемого элемента изображения. С другой стороны выбор слишком большого

значения К для быстроменяющихся изображений может привести к заметному смазыванию изображения и усложнению блоков 9 и усреднителя 10. При выборе величины К слевует учитывать, что глаз наблюдателя также выполняет 4ункции интегрирования с постоянной времени в среднем, порядка О. I с. По первому каналу многоканального усреднителя 10 видаосигнала записьшается и осрепняется изображение с 1-го по (К- 1)-й кедры, по второму со 2-го по К-й каоры и т.д., в К-ом канале с (К -1)-го по 2{К-1)-й кадры. После первых (K-l) передаваемых кадров в первом канале многоканального усреднителяЮ видео-, сигнала завершается формирование их осредненного значения. Этот осредневный кадр считывается блоком 9 считывания в выходной канал 8 видеосигнала оеКодированного телевизионного сообщения. Аналогично, только со сдвигом во времени работают остальные каналы много канального усреднителя 10 .эидеосигнала. После считывания в выходной канал 8 декодированного телевизионного сообщения первого кадра первый канал многоканального усреднителя 1О видеосигнала обнуляется и готовится для осреднения (К - 1) следующих принимаемых кадров. Считывание второго кадра идет вслед за первым со второго канала многокаHajbHoro усреднителя 10 видеосигнала и Т.Д. Таким образом, частота кадров считывания равна частоте кадров, передаваемых передатчиком 4, однако сдвинута во времени на (К - I) кадров.

Способ вероятностного кодирования, реализуемый с помощью блока 3 веро ятностного округления чисел, позволяет увеличить быстродействие устройства, сократить избыточность переряжаемой информации без ухупщения качества передаваемого сообщения. При этом существенно снижаются требования к мощности передатчика и широте полосы пропускания канала связи.

Предлагаемое устройство позволяет регулировать параметры пространственно временного интегрирования изобрвжен(1Й| содержащихся в полукадрах (кадрах), улучшающие качество изображениа элементарными техническими средствами. Устройство просто и может быть использовано как самостоятельно, так и совместно с другими системами оптимизации передачи телевизионных изображений. Будучи использованным в вещательном телевидении, устройство не требует переделки стандартных вещательных телевизионных приемников.

«5

Формула изобретения

Устройство для стсжастического кодирования и декодирования телевизионных изображений, содержащее преобразователь аналог-код и последовательно соединенные передатчик, канал связи, приемник и селектор синхроимпульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, меж выходом преобразователя аналог-код и входом передатчика включен блок вероятностного округления чисел, а к выходу прием ника последовательно подключены многоканальный усреднитель видеосигнала и блок считывания, управляющие входы которых через коммутаторы подключены к выходу селектора синхроимпульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. I.E. Thompson, I.I. Sparkes A Pseudo-Random Quantizer for Television Signals, Proceedings of the IEEE, 55, N 3, p.p. 353-355,

March 1967.

2. L.G. Roberts Picture Cod ing using pseudo-random noise, IRE Trans. Inform,vol IT-8, p.p. , February 1962 (прототип).