Дифференциальный импульсный кодер телевизионного сигнала

1 1056Изобретение относится к промышлен 4ности средств связи и может быть использовано при построении цифровых систем передачи сигналов телевизионных(ТВ) программ для уменьшения избыточности беэ ухудшения визуального качества декоративного изображения.Наиболее значительное уменьшениеизбыточности достигается в кодерах,реализующих способ дифференциальной 10импульсно-кодовой модуляции (ЛИКМ)ТВ сигнала и позволяющих уменьшитьизбыточность при передаче изображенийвещательного телевидения по сравнениюс кодерами, реализующими способ им =пульсно-кодовой модуляции (ИК М) .Известен дифференциальный импульсный кодер, содержащий последовательносоединенные аналого-цифровой дреобразователь (АБП), первый сумматор и квантователь, выход которого через умножи"тра, второй сумматор и блок памятисоединен С вторым входом первого сумматора Г 1.Уменьшение избыточности в данном 25устройстве достигается за счет сокращения числа уровней квантования при нелинейном преобразовании сигнала ошибки предсказания в квантователе.Однако эффективность подобного кодера относительно невелика, поскольку предсказание ведется по одному элементу и недостаточно адаптивен, так как шкала квантования в квантователе фиксирована еНаиболее близким по технической сущ 35 ности является дифференциальный импульсный кодер, содержащий последовательно соединенные АБП, блок памяти, блокумножителей, первый сумматор, инвертор,40 второй сумматор, квантователь и блок кодирования, причем выход АБП соединенс вторым входом второго сумматора 23 .В этом устройстве шкала квантования не фиксирована и положение уровней определяется значением яркости предсказы 45 ваемого элемента, что достигается схемой самого квантователя.Уменьшение избыточности в известном устройстве по сравнению с устройством ИКМ основано на том что число уровней 50 квантования сигнала ошибки предсказания для каждого отсчета ТВ сигнала выбирают в квантомтеле меньшим, чем число уровней квантования при ИКМ, Это удается в известных пределах сдедвть 55 без заметного для зрителя ухудшения качества изображения благодаря ограничениям зрительного восприятия резких пере 4552 падов яркости и мелких деталей и скользяшей шкале квантования.Однако, известное устройство кодируетсигнал ошибки предсказания отдельнодля каждого отсчета и это существенноограничивает возможности сокрашения избыточности. Число двоичных единиц (бит),приходящееся на один элемент кодируемого иэображения, остается еще достаточно большим. В этом устройстве только для яркостной составляющей оно равно 4 бит/элемент. Чтобы сократить цифровой поток до величины 34, 368 Мбит/с,что соответствует пропускной способноститретичного канада Единой автоматизированной системы связи (ЕАСС), в рассматриваемом устройстве пришлось уменьшить число отсчетов на активной частистроки до 462, т.е. почти вдвое по сравнению со стандартным значением, а также занять на передачу изображений большую часть времени, приходящегося насигнал гашения,Бель изобретения - уменьшение избыточности беэ ухудшения визуального качества декодированного ТВ изображения.Поставленная цель достигается тем,что в дифференциальный импульсный кодер, содержащий последовательносоединенные аналого-цифровой преоьраэомтель, блок памяти, блок умножителей,первый сумматор, инвертор и второй сумматор, а также квантователь, выход которого соединен с входом блока кодиромния, введен сумматор модулей, вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход соединен с входом квантомтеля, причем второй вход второго сумматора соединенс выходом блока памяти,а второй выход первого сумматора соединен с вторым входом квантователя.На чертеже представлена структурная электрическая схема дифференциального импульсного кодера.Устройство содержит АБП 1, блок 2 памяти, блок 3 умножителей, первый сумматоре 4, инвертор 5, второй сумматор 6 второй сумматор 7 .модулей, квантоватепь 8 и блок 9 кодирования.Устройство работает следующим образом,.В АБП 1 исходный аналоговый сигнал преобразуется в цифровой поток, например,по методу ИКМ, характеризующийся значительной психофизиологической избыточностью. В блоке 2 памяти благодаря задержкам цифрового потока создается ряпцифровых потоков, каждый кэ которых соответствует одному из элементов мноТирнж 936 Подписное Филиал ППП "ото т", г. Ужгс род, ул. Проектндя, 4 3 10564 гоэпементной и ртуры - группы соседних элементов ТВ иэображения. После умножения на весовые коэффициенты в блоке 3 эти потоки одновременно пос- тупают в первый сумматор 4, где путем их суммирования вычисляют. среднее значение (например яркость) по кодируемой группе. Во втором сумматоре 6 из цифровых потоков многоэлементной апертуры, поданных туда из блока 2 памяти, 1 о вычитается среднее значение, поданно через инвертор 5, В сумматоре 7 модулей производится сложение модулей разностей между значениями яркости элементов группы и их средним значением. Ре - 11 эультаты усреднения поступают в квантователь 8, где используется шкала кван.тования с меньшим числом уровней чем шкала квантования в АЦП 1. Кроме того в вантоватепь 8 постурает сигнал среднего значения по группе с сумматора 4. В блоке 9 кодирования объединяются все указанные значения (средняя яркость, среднее значение моцуля разности) и знаки разности в единое кодовое слово, представляющее группу.Уменьшение избыточности достигается благодаря тому, что вместо раздельного кодирования каждой межэлементной разности, кодируется одним числом среднее значение модуля разности по всей группе, причем число уровней квантования может быть меньше, чем для исходного преобразования в АЦП, без заметного для зрителя снижения качества. Теоретическим обоснованием для этого является свойство зрения одновременно кодировать груп. пу элементов в рецептивных полях сетчатки, адаптируясь к среднему значению в каждом иэ рецептивных полей, и вос 40 принимать малые контурные отрезки внутс ри рецептивного поля, не различая в широких пределах изменения их значений от элемента к элементу. В конкретно выполненных устройствах 45 размеры групп были 4 х 2 или 4 х 4 элемента. Число уровней квантования яркостного сигнала было 256(8 раэряцов), число уровней квантования среднего значения яркости - 128 (7 разрядов), чис ло уровней квантования среднего значения модуля разности - 32 (5 разрядов). В первом случае расход цифрового потока на янформацию о яркости одного элеменРЕИИПИ Зэке-, 9339/55 5 с 4та составлял 2,5 бит/эпемента, во втором - около 1,8 бит/элемента вместо 4 бит/эпемент в известном при высоком качестве изображения. Благодаря дополнительному кодированию цветности всех элементов группы двумя цестиразряцными числами общий цифровой поток для цветного изображения составил 30 Мбит/с без необходимости уменьшать число отсчетов на активной части строки до указанного для известного устройства количества, что ссктавило дополнительный резерв качества.Таким образом, применение предлагаемого устройства более чем вцвое уменьшает избыточность и сокращает цифровой поток, расходуемый на передачу информации о яркости, по сравнению с известными и более чем вчетверо по сравнению с известными системами ИКМ.В настоящее время лучшим решением задачи передачи сигналов цветных ТВ программ по каналам ЕАСС является аппаратура ТВ канала АТК ФЦСП, входящая в состав комплекса четверичной цифровой системы передачи ИКМ. В указанной аппаратуре передача цифрового ТВ сигнала осуществляется путем кодирования полного ТВ сигнала СЕКАМ методом ИКМ., что потребовало цифрового потока 114 Мбит/с.Применение изобретения по данным испытаний экспериментального образца позволит получить после декодирования вМ- сокое качество цветных ТВ изображений (4,5 балла по шкале МККР) при передаче потоком 30 Мбит/с, Это обеспечивает воэможность передачи цветной ТВ программы по третичному каналу связи с пропускной способностью 34 Мбит/с или передачу четырех программ вместо одной по четверичному каналу с пропускной способностью 140 Мбит/с. Основной выигрыш в уменьшении избыточности достигается благодаря сокращению доли цифрового потока, приходящегося на информацию о яркости. Этот выигрыш оценивается величиной порядка 70 Мбит/с, поскольку на перецачу яркостной составляющей в предлагаемом устройстве расходуется лишь 25 Мбит/с вместо приблизительно 95 Мбит/с в системе АТКЦСП, Приме нительно к системе ИКМэто равносиЛьно высвобождению почти тысячи дуплексных цифровых телефонных каналов.1