Устройство для кодирования видеосигнала

(51) ИСАНИ ВРЕТЕ НИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) 621.394 (088,8)156) Методы передачи изображений./ Под ред. У.Прэтта. М,: Радио и связь, 1983, с.73,Авторское свидетельство СССР М 1506554, кл. Н 03 М 7/30, 1987.154) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ ВИДЕОСИГНАЛА(57) Изобретение относится к технике связи и вычислительной технике и может быть использовано в телевизионных системах со сжатием видеоданных. Цель изобретения - повышение информативности. Устройство ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 03 М 7/30, Н 04 М 7/12 содержит блок 1 временных задержек, блоки 2 - 5 сложения, блоки 6 - 9 вычитания, блок 10 инвертирования, коммутаторы 11,12, элемент 13 сравнения, источник 15 постоянного кода, блоки 17 - 20 деления, преобразователь 22 параллельного кода в последовательный и синхрогенератор 23. Благодаря введению элемента 14 сравнения, источника 16 постоянного кода и блока 21 перемножения в устройстве обеспечиваетсясжатие видеоданных до 3 бит/элемент за счет зональной фильтрации элементов трансформанты Уолша - Ада- мара. При этом структурная избыточность трансформанты используется для повышения точности преобразования при грубом квантовании высокочастотных элементов. 1 ил.Изобретение относится к технике связи и аз = аг - х. Для таких участков элемент Ьз и вычислительной технике и может быть ис- также равен нулю, а Ь 1 и Ь 2 отличны от нуля, пользовано в телевизионных системах со Так как элемент Ьз равен нулю для наиболее сжатием видеоданных, вероятных кодируемых групп, то именно онЦель изобретения - повышение инфор исключается из передачи и приравнивается мати вности, к нулю в декодере.На чертеже приведена функциональная Адаптивное квантование Ь 1 в эависимосхема устройства, сти от значения ЬО производится так. ДляУстройство содержит блок 1 временных каждой кодируемой группы из четырех элезадержек, первый - четвертый блоки 2 - 5 10 ментов изображения вычисляется величина сложения, первый - четвертый блоки 6 - 9 вычитания, блок 10 инвертирования, первый и Ь 0/4, если Ь 0126, второй коммутаторы 11 и 12, первый и втосли Ь.) 126. рой элементы 13 и 14 сравнения, первый и 4 второй источники 15 и 16 постоянного кода, 15 первый - четвертый блоки 17 - 20 деления, Затем модельЬ 1делится на Л и резульблок 21 перемножения, преобразователь 22 тат деления Ь 1 - трехразрядный.код(один параллельного кода в последовательный и разряд - знаковый, равный знаку Ь 1) пересинхрогенератор 23. дается на выход. Пусть ЬО= 28, Ь 1 = -22. ТакУстройство реализует эффективное ко как ЬО = 28.126, то Л= ЬО/4 = 7 иЬ 1 = дирование видеосигнала на основе быстро- =-3, На приемной стороне по принятому ЬО го преобразования Уолша-Адамара. Для также вычисляется Л, а значение Ь 1 опречетырех элементов а 1 (1 = О,З) кодируемой деляется по правилу группы вычисляются четыре элемента Ь Ь 1= Ь 1 Л, трансформанты Адамара: 25 Для рассмотренного примера Ь 1 = -21. ЬО = ао+ а 1+а 2+ аз, Новым в предлагаемом устройстве является Ь 1 = ао -а 1+ а 2 - аз, адаптивное квантование Ь 2 в завиСимости Ь 2 = во+ а 1- а 2 - аз, от ЬО, Ь 1 и Ьз = О. Ьз = ао -а 1-а 2+ аз. Известно следующее выражение;После этого в устройстве осуществляет -ЬО+ 1 Ь 1+ ЬзЬ 2 ЬО - 1 Ь 1-Ьзпри ся сжатие до 3 бит/элемент с помощью трех 0 (ЬО (126, (2) операций; зональной фильтрации, заклк)ча-. -252+ ЬО+Ь 1-ЬзЬ 2252 - ющейся в исключении из передачи Ьз с при ., - ЬО -Ь 1+ Ьзпри 126ЬО252. равниванием его к нулю на приемномТак как Ьз исключается из передачи и стороне; адаптивного квантования Ь 1 на ин приравнивается к . нулю в декодере,.то вытервале с переменными границами, значе- ражение (2) может быть записано в следуюния которых зависят от ЬО для каждой щем виде; кодируемой группы; адаптивного квантова- -ЬО+ Ь 1Ь 2ЬО -Ь 1 при ния Ь 2 на интервале с переменными грани ЬО 126, (3) цами, значения которых зависят от ЬО, Ь 1 и 40 252+ ЬО+Ь 1Ь 2252-ЬО- Ь 1 при Ьз= О. 126ЬО252,ЗональнаЯ фильтрациЯ ЯвлЯетсЯ основ- Система неравенств(3) в предлагаемом ным "инструментом" сокращения цифро- устройстве используется для адаптивного вого потока при кодировании с преобразо- квантования Ь 2, Причем в выражение (3)ванием, исключаются из передачи те эле подставляется не ь 1, а ь 1 - т,е. ь 1 после менты трансформанты, среднее значение огрубления, так как восстановление Ь 2 на которых по совокупности типовых сюжетов приемной стороне производится по огрубявляется минимальным, Номера этих эле- ленному значению Ь 1, По аналогии с Ь 1 вментов зависят от конфигурации и Разме- кодере вычисляется ров кодируемой группы, В предлагаемом 50 кодере одновременному кодированию под", если Ь,126, вергаются четыре элемента одной ТВ строД 14 ки. Для ТВ иэображения наиболее вероятны 252 - ЬоЬ 1, если Ьо ) 126. равномерностные участки и участки с плав 4 ным изменением яркости. Группа, соответ ствующая равнояркостному участку, имеет МодульЬ 2 делится на Л 1 и результат деЬ 1 = Ь 2 =Ъз = О, Участок с плавным измене- ленияЬ 2 - трехразрядный код (один нием яркости приближенно может быть разряд- знаковый, равный знаку Ь 2) пере- описан следующим образам: а 1= аО+ х, а 2 = дается на выход, = а 1+ х и аз = аг+ х или а 1 = ао - х, а 2- а 1- х5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Так как элемент Ьз принудительно устанавливается в нуль, то значение Ь 2 может быть за пределами границ, устанавливаемых выражением (3); Например, при Ь 2О, Ьо 126 иЬ-ЬзЬ значениеэлемента Ь 2 может быть больше значения Ьо -Ь 1, В этом случае значение Ь 2 приравнивается максимально возможному значению Ь 2.Синхрогенератор 23 выдает три частоты: тактовую 1 т(например, 10 УГц) на последовательный регистр, входящий в блок 1, частоту группы 1 т/4 на параллельные регистры, входящие в блоки 1 и 22, и канальную частоту 1 к на последовательный регистр блока 22.Блок 5 сложения в отличие от блоков 2 - 4 по выходу имеет преобразователь дополнительного семиразрядного кода Ь (беззнакового разряда) в прямой код, Преобразование производится, когда Ь О, т,е. когда на входе указанного преобразователя код Ь 1 - дополнительный, и не производится, когда Ь 1О.Аналогично блок 8 вычитания в отличие от блоков 6,7 и 9 имеет по выходу такой же преобразователь дополнительного кода в прямой, т,е, формируетсяЬ 2. На выходе четвертого блока 9 вычитания может быть только код неотрицательного числа. Устройство работает следующим образом,На вход блока 1 временных задержек видеосигнала поступает видеосигнал в цифровом виде; квантованный на 64 уровня, В блоке 1 производится формирование кодируемых групп из четырех элементов ТВ строки: ао, а 1, а 2 и аз. С помощью блоков 2 - 5 сложения и блоков б - 8 вычитания осуществляется вычисление трех элементов преобразования Уолша - Адамара Ьо, Ь, Ь 2, При этом на блоке 2 вычисляется (ао+ а), на блоке 3 - (а 2+ аз), на блоке б - (ао - а 1), на блоке 7 - (а 2 - аз). С помощью блока 4 определяется элемент Ьо,.равный (ао+ а+ а 2+ аз) с помощью блока 5 - элемент Ь, равный(ао - а + а 2 - аз), и с помощью блока 8 - элемент Ь 2, равный (ао + ага 2 - аз),Каждый из трех элементов Ьо, Ь 1, Ь 2 кодируется восьмиразрядным кодом, при этом один разряд каждого из кодов Ь и Ь 2 является знаковым, а оставшиеся семь яв ляются прямым кодом модуляЬ 1,где= =1,2. Значение элемента Ьо в элементе 13 сравнения сравнивается со значением 126. Код числа 126 является первым опорным кодом, он задается с источника 15. Результат сравнения - одноразрядный код - равен единице, если Ьо Ы 26. Данный код является управляющим сигналом для коммутатора 11, на один из информационных входов которого поступает Ьо, а на другой Бо с выхода блока 10 инвертирования, С целью упрощения устройства в нем вместо (252 - Ьо), .т.е. (2 126 - Ьо), выполняется инвертирование Ьо, т.е, вычисление (255 - Ьо), что не приводит к заметным ошибкам восстановления элементов декодируемой группы, К выходу коммутатора 11 подключается Ьо, если сигнал на его управляющем входе равен нулю. В блоке 17 деления производится деление на 4 кода с выхода коммутатора 1" т.е. когда Ьо или Ьо. Результат деления Лподается на один вход блока 18 деления и блока 21 перемножения. В блоке 18 деления производится деление модуля Ь на Л и частному от деления присваивается знак Ь 1, Трехразрядный кодчастногоЬ от деления (один разряд знаковый) передается на преобразователь 22 и вход блока 21 перемнокения. Например, если Ьо=70 и Ь 1=49, то С = 70/4) =17 и Ь 1 =- Ь 1/С) = 2. КодЬ 1 равен 010 Нэ приемной стороне элемент Ь трансфсрманты восстанавливается следующим образом.Ь = Ь 1)С = 217 =34В предлагаемом устройстве вычисление Ь производится с помощью блока 21 перемноР,женил, Модуль Ь 1 подается нэ первый вход блока 9 вычитания, на второй вход которого поступает код с выхода коммутатора 11, т,е, Ьо или Ьо. В блоке 9 формируется разность (Ьо-. Ь 1 ) или (255 - Ьэ) -Ь 1 ), которая в блоке 19 деления делится на 4, Результат деления Л подается на вгсрые входы олска 20 деления, на первые вхсдь которого поступает код Ьз, В блоке 20 пс эналогии с Ь 1 формируется трехразрядный кодЬ 2, который поступает на первый информационный вход коммутатора 12, на второй информационный вход которого с источника 16 поступают разряды второго опорного кода, равного 11, т.е, второй спорный код двухразрядный, Управляется коммутатор 12 сигналом с выхода элемента 1 ч сравнения, в котором производится сравнение Ь 2 со значением (Ьо - 1 Ь,) или (255 Ьо) 61 ) с выхода блока 9 вычитания. Если Ь 2 не меньше одного из этих двух значений, то сигнал на выходе элемента 14 равен единице, тогда к выходу коммутатора 12 подключается трехразрядный код, знаковый разряд которого равен знаковому разряду трехразрядного кодаЬ 2, а два других разряда равны единице; В противном случае, к выходу коммутатора 12 подключается трехразрядный кодЬ 2. Таким образом, к выходу коммутатора 12 в любом случае подключается знаковый разряд кода Ь 2.Трехразрядный код с выхода коммутатора 12, трехразрядный код Ь 1 и шестиразрядный код Ьо (шесть старших разрядов)передаются в преобразователь 22, где две-,надцатираэрядное кодовое слово в параллельном коде преобразуется впоследовательный код и поступает на выход.В кодере 24-разрядному кодовому слову ставится в соответствие 12-разрядное 10кодовое слово на 4 элемента, т.е. осуществляется сжатие цифрового потока видеоданных до 3 бит/элемент, Указанное сжатиепроизводится за счет зональной фильтрации элементов трансформанты Уолша-Адамара в сочетании с уменьшениемструктурной избыточности элементовтрансформанты. Такое сочетание позволяетреализовать безизбыточное кодированиеисточника ТВ изображений, Структурная 20избыточность трансформанты используетсядля повышения точности ортогональногопреобразования Уолша-Адамара при грубом квантовании высокочастотных элементов. Повышение точности преобразования 25приводит к улучшению качества кодированных изображений с сохранением степенисжатия потока видеоданных,Субъективно-статистические экспертизы показали, что устройство обеспечивает 30высокое качество изображений, Несущественные потери качества были отмеченытолько на изображениях с большим количеством мелких деталей. Для таких изображений среднее значение элемента Ьз высоко и 35его обнуление начинает сказываться на ка.честве изображений.Формула изобретенияУстройство для кодирования видеосигнала, содержащее блок временных задержек, информационные входы которогоявляются входами устройства, синхрогенератор, первый выход которого соединен стактовым входом блока временных задержек, первые, вторые, третьи ичетвертые 45выходы которого подключены соответственно к первым входам первых блоков сложения и блока вычитания, к первым входамвторых блока сложения и блока вычитания,вторым входам первых блока сложения и 50блока вычитания и вторым входам вторыхблока сложения и блока вычитания, выходыпервого и второго блоков сложения соединены соответственно с первыми и вторымивходами третьего блока вычитания и третьего блока сложения, выходы которого подключенй к первым входам первогоэлемента сравнения, входам блока инвертирования и первым информационным входам первого коммутатора и преобразовате-, ля параллельного кода в последовательный, первый источник постоянного кода, выходы которого соединены с вторыми .входами первого блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора, выходы блока инвертирования соединены с вторыми информационными входами первого коммутатора, выходы которого подключены к входам первого блока деления, выходы которого соединены с первыми входами второго блока деления, выходы третьего и четвертого блоков вычитания подключены к первым и вторым входам четвертого блока сложения, выходы которого соединены с вторыми входами второго блока деления, выходы которого подключены к вторым информационным входам преобразователя параллельного кода в последовательный, выход которого является выходом устройства, четвертый блок вычитания, выходы которого подключены к входам третьего блока деления, выходы третьего блока вычитания соединены с первыми входами четвертого блока деления, второй коммутатор, второй выход синхрогенератора подключен к входам синхронизации блока временных задержек и преобразователя параллельного кода в последовательныи, третий выход синхрогенератора соединен с тактовым входом преобразователя параллельного кода в последовательный, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности, в устройство введены блок перемножения, второй источник постоянного кода и второй элемент сравнения, первые и вторые входы которого подключены к выходам соответственно третьего блока вычитания и четвертого блока вычитания, первые входы которого подключены к выходам первого коммутатора, первые и вторые входы блока перемножения подключены к выходам соответственно первого и второго блоков деления, выходы блока перемножения соединены с вторыми входами четвертого блока вычитания, выходы третьего блока деления подключены к вторым входам четвертого блока деления, выходы которого, выходы второго источника постоянного кода и выход второго элемента сравнения соединены соответственно с первыми и вторыми информационными и управляющим входами второго коммутатора, выходы которого подключены к третьим информационным входам преобразователя параллельного кода в последовательный.