Способ формирования цифрового телевизионного сигнала Советский патент 1982 года по МПК H04N7/12 

Изобретение относится к телевизионной технике (цифровое кодирование телевизионного сигнала) и может использоваться в системах прикладного и вещательного телевидения, когда необходимо сократить избыточность цифрового телевизионного сигнала при качестве передачи изображения, удовлетворяющем стандарту вещательного телевидения. Известен способ сокращения избыточности цифрового телевизионного сиг нала, в котором изображение разбивается на блоки элементов (БЭ) и для каждого БЭ определяется средний уровень, затем каждая полученная таким образом величина сравнивается со своим предсказанным значением и результат сравнения подается на вход порогового устройства. Если результат сра нения превышает установленный порог, то в канал поступает код, несущий информацию о номере обрабатываемого БЭ и об уровнях самих элементов 1. Однако известный способ обладает недостатками. Во-первых, в случае ошибки (например, из-за влияния помех в канале связи) nfM приеме кодовой группы, несущей информацию о среднем уровне БЭ, эта сииибка распростра няется на весь БЭ; во-вторых, простое пороговое обнаружение разницы между уровнем передаваемого элемента и средним уровнем БЭ обладает малой помехоустойчивостью, а также приводит к потере малоконтрастных элементов,, т.е. к ухудшению четкости и резкости. Известен также способ сокращения избыточности телевизионного сигнала, в котором совместно с линейной импульскю-кодовой модуляцией (ИКН) при менена двухрежимная дифференциальная: ИКМ. Принцип двухрежимного устройства заключается в передаче границ, т.е. больших скачков напряжения, путем дифференциальной ИКМ с более высокой точностью, чем при передаче малых изг менений t 2 J. 3902 Однако данный способ обладает теми недостатками, что возникновение да же одной ошибки в тракте передачи при водит к полному искажению принимаемой информации, а также повышается заметность шумов квантования, что ведет к ухудшению четкости изображения. Известен также способ формирования цифрового телевизионного сигнала, заключающийся в аналого-цифровом преобразовании видеосигнала, формировании символов признаков постоянной или меняющейся яркости и преобразовании полученных кодовых комбинаций соответственно по первому или второму режиму преобразования ГЗ. Однако известный способ формирования цифрового телевизионного сигнала обладает низкой степенью сокращения избыточности видеосигнала. Цель изобретения - увеличение степени сокращения избыточности видеосигнала. Указанная цель достигается тем, что в способе формирования цифрового телевизионного сигнала, заключающемся в аналого-цифровом преобразовании видеосигнала, формировании символов признаков постоянной или меняющейся яркости, и преобразовании полученных кодовых комбинаций соответственно по первому или второму режиму преобразования, на участках изменяющейся яркости дополнительно формируются символы признаков фронтов, видеоимпульсов минимальной длительности и групповых структур, и вводится, соответ,ственно, третий режим преобразования причем в первом режиме, соответствующем символу признака участка с по- . стоянной яркостью, преобразование кодовых комбинаций осуществляется так, что из трех следующих друг за другом восьмиразрядных кодовых комбинаций п-1, п и п+1 передают информацию толь ко об одной из них путем формирования новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей один разряд признака режима преобразоЪания и семь разрядов n-1-ой кодовой комбинации, во втором режиме преобразования, соответствующем символу признака фронтов и видеоимпульсов минимальной длительности, из трех восьмиразрядных кодовых комбинаций k-1, k и k+1 передают информацию только о двух из них путем формирования одной новой восьми разрядной кодовой комбинации, содержащей два разряда признака режима преобразования и по три старших разряда из каждой кодовой комбинации k и k4-1, в третьем режиме преобразования, соответствующем символу признака групповых структур, передают инормацию о каждой из трех исходных одовых комбинаций т-1, m и m+l пуем формирования одной новой восьмиазрядной кодовой комбинации, содержаей два разряда признака режима пребразования и по два старших разряа из каждой исходной кодовой комбиации т-1, m и т+1. На фиг. 1 приведены структуры коовых групп, соответствующие различым участкам детальности изображения поясняющие принцип 1формирования ифрового телевизионного сигнала. Способ осуществляется следующим бразом. Аналоговый телевизионный сигнал дискретизируют с частотой f. не менее, чем-вдвое превышающей высшую частоту FP сигнала, например, с . Затем подвергают квантованию по уровню, например на N 25б уровней, и кодированию, т.е. осуществляют аналого-цифровое преобразование телевизионного сигнала, в результате которого аналоговый сигнал преобразуется в последовательность кодовых групп. При этом скорость передачи информации (тактовая частота) при кодировании натуральным двоичным кодом будет равна (Мбит/с) - I .96.{l) где m - число разрядов в кодовой группе равное 8 при N 256. На фиг. 1а отсчеты в аналоговом сигнале следуют с периодом Тд 1/fд. Для удобства отсчеты, соответствующие одиночным видеоимпульсам и фронтам минимальной длительности, обозначены k-1, k и k+1, соответствующие групповым структурам т-1, m и т+1, и соответствующие плавным Переходам и участкам постоянной яркости п-1, л и п+1. После аналого-цифрового преобразования каждый отсчет представляют для нашего примера в виде восьмиразрядной кодовой группы. Дальнейшую обработку полученного цифрового телевизионного сигнала с целью сокращения избыточности производят с учетом следующих особенностей. 59 Для неискаженной передачи участков изображения постоянной яркости и плавных переходов требуется разрядов двоичного кода на отсчет (7 бит/отсчет); Для мелких деталей и резких яркост ных переходов протяженностью 3 элемента разложения достаточно разряда на отсчет (З бит/отсчет). Для групповых структур - 2-3 разряда на отсчет (2-3 бит/отсчет). При этом частота дискретизации должна не менее, чем вдвое превышать высшую частоту Fg сигнала при передаче видеоимпульсов, фронтов минимальнои длительности и групповых структур, в то время как при передаме участков постоянной яркости и плавных переходов частота дискретизации может быть снижена в 2...3 раза без Ущерба для качества изображения. На основании изложенного, цифровой телевизионный сигнал с объемом, определяегшм выражением (1), в предлагаемом способе коммутируют в цифро вой сигнал с меньшим в три раза объIBMOM. С этой целью в аналоговом или цисЬ ровом телевизионном сигнале производят помехоустойчивое обнаружение оди ночных видеоимпульсов и фронтов минимальной длительности, а также груп повых структур. Полученная информация используется для сокращения избыточности цифрового телевизионного сигнала. Для этого в случае обнаружения в сигнале указанных участков три следую1чих друг за другом кодовых группы коммутируют в одну кодовую группу следующим образом. В случае обнаружения фронтов и видеоимпульсов минимальной длительности (режим ФМД) три кодовых группы k-1, k и k+1 коммутируют в одну кодовую группу (фиг. 1 б), которую фор мируют из двух заполняемых, единицами разрядов признака и трех старших информационных разрядов из каждой кодовой группы k и k+1. В случае обнаружения групповых структур (режим ГС) три кодовых груп пы го- 1 , m и т+1 коммутируют в однукодовую группу (фиг. 1 в), которую формируют из двух заполняемых единицей и нулем разрядов признака и двух старших информационных разрядов из кодовых групп m-t, tn и m+1 . 1 Во всех остальных случаях, т.е . соответствующих плавным переходам и участкам постоянной яркости (режим ПП) три кодовых группы п-1, п и п+1 коммутируют в одну кодовую группу (фиг. 1 г), которую формируют из заполняемого нулем разряд признака и семи информационных разрядов из П-1-ОЙ кодовой группы. Поскольку во всех режимах коммутации цифрового сигнала три кодовых группы коммутируют в одну, то частота следования сформированных кодовых групп (т.е. после коммутации) будет в 3 раза меньше частоты fA. Следовательно, скорость передачи информв ции будет одинаковой в трех режимах и равной (Мбит/с), где m - общее число разрядов в кодовой группе после ко Амутации и равное: для первого режима 1т (т.+nvi-m,.+m) 3+3+0+2 8, для второго (т.+П2+Пз и 2+2+2+2 8, для третьего режима т(.+т) 7+0+0+1 8 где п. , п, - число разрядов,которое берут соответственно из первой,второй и третьей кодовой групп для формирования одной кодовой группы; число разрядов признака для передачи сигналов смены режимов коммутации. Таким образом, в из трех режимов коммутации требуемая скорость передачи информации (избыточность) уменьшается в 3 раза по сравнению со скоростью не коммутированного цифрового сигнала - выражение (1). Отсчеты в сигнале, информация о которых переедается по предлагаемому способу, на фиг. 1 а изображены сплошными Линиями. На фиг. 2 изображен один из возможных вариантов структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ формирования цифрового телевизионного сигнала. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (ЛЦП) 1, коммутатор 2, формирователь 3 разрядов, обнаружитель Ц групповых структур, эле-, 79 мент ИЛИ 5. обнаружитель 6 видеоимпульсов минимальной длительности,обн ружитель 7 фронтов минимальн&й длительности. Устройство работает следующим образом. АЦП 1 преобразует входной видеоси нал в 7t.8 разрядный код с частотой дискретизации, равной удвоенной граничной мастоте спектра видеосигнала, коммутатор 2 включает один из трех режимов кодирования. Коммутатор 2 уп равляется сигналами помехоустойчивого обнаружения (групповых структур) либо видеоимпульсов или фронтов мини мальной длительности, которые формируются на выходах обнаружителей Ц, 6 и 7t Для передачи информации о при меняемом режиме кодирования в цифровой код вводится избыточность, напри мер для кодовых групп, соответствующих видеоимпульсам и фронтам минимал ной длительности, - в виде двух дополнительных разрядов, заполняемых единицами ( фиг. 1 б, для кодовых групп, соответствующих групповым единицей и нулем структурам. (фиг. 1 в); для кодовых групп, соответствующих участкам постоянной яркости и плавным переходам, - в виде одного разряда, заполняемб го нулем (фиг. 1 г). Такая структура кода позволяет получить равномерный поток информации при передаче изображения произвольной детальности. Использование предлагаемого способа формирования цифрового телевизи онного сигнала позволяет в три раза уменьшить избыточность передаваемогс цифрового телевизионного сигнала при достаточно простой реализации, а также обеспечивает высокое качество передаваемого изображения благодаря помехоустойчивому обнаружению в теле визионном сигнале одиночных видеоимпульсов, фронтов минимальной длитель ности и групповых структур. Формула изобретения Способ формирования цифрового телевизионного сигнала, заключающийся в аналого-цифровом преобразовании видеосигнала, формировании символов признаков постоянной или меняющейся яркости, и преобразовании полученных кодовых комбинаций соответственно по первому или второму режиму преобразования, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени сокрацения избыточности видеосигнала, на участках изменяющейся яркости дополнительно формируются символы признаков фронтов, видеоимпульсов минимальной длительности и групповых структур, и вводится, соответственно, третий режим преобразования, причем в первом режиме, соответствующем символу признака участка с постоянной яркостью, преобразование кодовых комбинаций осуществляется так, что из трех следующих друг за другом восьмиразрядных кодовых комбинаций п-1, п и п+1 передают информацию только об одной из них путем формирования новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей один разряд признака режима преобразования и семь разрядов n-1-ой кодовой комбинации, во втором режиме преобразования, соответствующем символу признака фронтов и видеоимпульсов минимальной длительности, из трех восьмиразрядных кодовых комбинаций k-1, k и k+1 передают информацию только о двух из них путем формирования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинац, содержащей два разряда признака режима преобразования и по три старших разряда из каждой кодовой комбинации k и k+l, в третьем режиме преобразования, соответствующем символу признака групповых структур, пе.редают информацию о каждой из трех исходных кодовых комбинаций т-1 , m и пм-1 путем формирования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей два разряда признака режима преобразования и по два старших разряда из каждой исходной кодовой комбинации т-1, m и (ти-1 . Источники информации, Принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии № 52-20091, кл. 97 (5) А 11 (Н 0 N 7/12), 1977. 2.Адаптивное двухрежимное кодирующее и декодирующее устройство для телевизионных сигналов. - IEEE Trans, Commun. Techol. 1977, 19, N 16, Part 1, 933-9 . 3.The Dual Mode PCHa simple intraframe coding method with low sensitivity to transmission errors. Electronica, 1976, 19, , p. (прототип).

л-/ т тц J n-t

hpJTTruTTi ит7 71Гм7 Й Мпг1лт1Щ

Итре оииони кfa tdirИнлоом9моини€ HHfiV f nuet Hue

анака fojufti.«. л,л.««.лы/тм м...л..

приливка разрлдип анако fOiffSbt

;хй;г - te.