Способ формирования цифрового телевизионного сигнала

(51) М. Кл. Н 04 июг. МуювРвтввккйй квяктвт АССР ав делвм кэвврвтвнкй в еткрыткй(72) Авторы изобретения О. Н. Курилов, Г. М. Родов и А. П, Т 1 Заявител Минский радиотехнический институт Глаеваи,(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОВО ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА 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 сигнала, в котором иэображение 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 срав.ч20 нения превышает установленныи порог, то в канал поступает код, несущий инФормацию о номере обрабатываемого ДЭ и об уровнях самих элементов 1. Однако известный способ обладае 3 недостатками. Во-первых, в случае ошибки (например, из"за влияния по" мех в канале связи) при приеме кодовой группы, несущей информацию о среднем уровне БЭ, эта ошибка распростра няется на весь БЭ; во-вторых, простое пороговое обнаружение разницы между уровнем передаваемого элемента и средним уровнем ДЭ 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 импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) 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 из. менений 1,2390232Однако данный способ обладает теми недостатками, что возникновение даже одной ошибки в тракте передачи приводит к полному искажению принимаемой информации, а также повышается за метность шумов квантования, цто ведет к ухудшению четкости изображения,Известен также способ формирования цифрового телевизионного сигнала, заключающийся в аналого-цифровом 10 преобразовании видеосигнала, форми/ ро вани и си мволов при знаков постоянной или меняющейся яркости и преобразовании полученных кодовых комбинаций соответственно по первому или второму 15 режим преобразования31.Однако известный способ формирова- ния цифрового телевизионного сигнала обладает низкой степенью сокращения избыточности видеосигнала. 20Цепь изобретения - увеличение степени сокращения избыточности видео" сигнала. Указанная цель достигается тем,25 цто в способе формирования цифрового телевизионного сигнала, заключающемся в аналого-цифровом преобразовании видеосигнала, формировании символов признаков постоянной или меняющейся30 яркости, и преобразовании полученных кодовых комбинаций соответственно по первому или второму режиму преобразования, на участках изменяющейся яркости дополнительно формируются символы признаков фронтов, видеоимпупьсов минимальной длительности и групповых структур, и вводится, соответственно, третий режим преобразования, причем в первом режиме, соответствующем символу признака участка с по 40 стоянной яркостью, преобразование кодовых комбинаций осуществляется так, что иэ трех следующих друг за другом восьмиразрядных кодовых комбинаций п, и и и+1 передают информацию толь 45 ко об одной из них путем формирования новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей один разряд признака режима преобразования и семь разрядов и-ой кодовой комбинации, 50 во втором режиме преобразования, соответствующем символу признака фронтов и видеоимпульсов минимальной дли" тельности, из трех восьмиразрядных кодовых комбинаций Е, 1 и Е+1 пере дают информацию только о двух из них путем формирования одной новой восьми- разрядной кодовой комбинации, содер 1 4жащеи два разряда признака режимапреобразования и по три старших разряда из каждой кодовой комбинации 1и 1+1, в третьем режиме преобразования, соответствующем символу признака групповых структур, передают информацию о каждой иэ трех исходныхкодовых комбинаций в, щ и в+1 путем формирования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей два разряда признака режима преобразования и по два старших разряда из каждой исходной кодовой комбинации в, а и в+1,На фиг. 1 приведены структуры кодовых групп, соответствующие различным участкам детальности изображенияи поясняющие принцип формированияцифрового телевизионного сигнала,Способ осуществляется следующимобразом.Аналоговый телевизионный сигнал дискретизируют с частотойне менее, чем вдвое превышающей высшую частоту Ги сигнала, напр мер, с ГА =2 ГВ Затем подвергают квантованию по уровню, например на М = 256 уровней, и кодированию, т.е, осуществляют аналого-цифровое преобразование телевизионного сигнала, в результате которого аналоговый сигнал преобразуется в последовательность кодовых групп. П ри этом скорость передачи информации (тактовая частота) при кодировании натуральным двоичным кодом будет равна(Мбит/с)=1 оц Н:Г 1 о 2 =вГ =8 Г =96,(1) где а - число разрядов в кодовойгруппе равное 8 при 14= 256,На Фиг. 1 а отсчеты в аналоговомсигнале следуют с периодом ТА = 1/Гд,Для удобства отсчеты, соответствующие одиночным видеоимпупьсам и фронтам минимальной длительности, обозначены -1, К и 1+1, соответствующиегрупповым структурам п 1-1, в и в+1, исоответствующие плавным переходам иучасткам постоянной яркости п, ли и+1. После аналого-циФрового преобразования каждый отсчет представляютдля нашего примера в вице восьмираэрядной кодовой группы.Дальнейшую обработку полученногоцифрового телевизионного сигнала сцелью сокращения избыточности производят с учетом следующих особенностей,902321 5Для неискаженной передачи участков изображения постоянной яркости и плавных переходов требуется 7-8 разрядов двоичного кода на отсчет (7 бит/отсчет);3Для мелких деталей и резких яркостных переходов протяженностью 3-4 элемента разложения достаточно 3-4 раз. ряда на отсчет (3-4 бит/отсчет),Для групповых структур - 2-3 раэ ряда на отсчет (2-3 бит/отсчет).При этом частота дискретизации должна не менее, чем вдвое превышать высшую частоту ГВ сигнала при переда" че видеоимпульсов, фронтов минималь ной длительности и групповых структур, в то время как при передаче участков постоянной яркости и плавных переходов частота дискретизации может быть снижена в 23 раза без го Ущерба для качества изображения.На основании изложенного, цифровой телевизионный сигнал с объемом, определяемым выражением (1), в предлагаемом способе коммутируют в цифро вой сигнал с меньшим в три раза объемом.С этой целью в аналоговом или цифг ровом телевизионном сигнале произво" дят помехоустойчивое обнаружение оди-З 0 ночных видеоимпульсов и Фронтов минимальной длительности, а также групповых структур. Полученная информация используется для сокращения избыточности цифрового телевизионного( сигнала, Для этого в случае обнаружения в сигнале указанных участков три следующих друг за другом кодовых группы комйутируют в одну кодовую группу следующим образом. В случае обнаружения йронтов и видеоимпульсов минимальной длительности ,режим ФИД) три кодовых группы -1, М и М+1 коммутируют в одну ко"45 довую группу (Фиг. 1 б), которую формируют из .двух заполняемых. "единицами" разрядов признака и трех старших информационных разрядов из каждой кодовой группы М и +1.50 В случае обнаружения групповых структур (режим ГС) три кодовых группы а"1, а и в+1 коммутируют в одну- кодовую группу (фиг. 1 в), которую Формируют из двух заполняемых "единицей" и "нулем" разрядов признака и двух старших информационных разрядов иэ кодовых групп е, е и е+1. бВо всех остальных случаях, т.е.соответствующих плавным переходам иучасткам постоянной яркости (режимПП) три кодовых группы п, и и и+1коммутируют в одну кодовую группу(фиг. 1 г), которую Формируют иэ заполняемого "нулем" разряд признакаи семи информационных разрядов изи-ой кодовой группы.Поскольку во всех режимах коммутации цифрового сигнала три кодовыхгруппы коммутируют в одну, то частота следования сформированных кодовыхгрупп (т.е. после коммутации) будетв 3 раза меньше частоты Ед, Следовательно, скорость передачи информации фбудет одинаковой в трех режимахи равной (Ибит/с),а- 1 ф 32 (2)1. 83 д 3где е - общее число разрядов в кодовой группе после коммутациии равное:для первого режимаМчиц(е +е +е +а)=3+3+0+2 =8,для второго Ревимав=в =(в+и +е,+в,) = 2+2+2+2 =8,для третьего режимап=(в+а +а +а) = 7+О+О+ 8где леи е- число разрядов, которое берут соответственно иэ первой,второй и третьей кодовой групп для Формирования одной кодо-вой группы;е - число разрядов приЬзнака для передачисигналов смены режи.мов коммутации.Таким образом, в любом из трех режимов коммутации требуемая скоростьпередачи информации ,избыточность)уменьшается в 3 Раза по сравнению соскоростью не коммутированного цифрового сигнала - выражение (1),Отсчеты в сигнале, информация о которыхпередается по предлагаемому способу, на фиг. 1 а изображены сплошными линиями,На фиг. 2 изображен один из возможных вариантов структурной схемыустройства, реализующего предлагаемыйспособ Формирования цифрового телевизионного сигнала.Устройство содержит аналого"цифровой преобразователь (АЦП) 1, коммутатор 2, Формирователь 3 разрядов, обнаружитель 4 групповых структур, эле-,902321 Использование предлагаемого способа формирования цифрового телевизионного сигнала позволяет в три раза уменьшить избыточность передаваемогс40 1 цифрового телевизионного сигнала пр 4 достаточно простой реализации, а также обеспечивает высокое качество передаваемого изображения благодаря помехоустойчивому обнаружению в теле 45 визионном сигнале одиночных видеоимпульсов, фронтов минимальной длительности и групповых структур. Соааип. Тесово", 1977, 19, М 16, Рагс 1, 933-944.3. ТЬе Оца Иоде РСНа 5 ар 1 е исгаУгаае содпд аейЬод и 1 йЬ ои зеп йчСу йо йгапэа 55 оп еггогэ."Асса Е 1 есйгопса", 1976, 19, 4, р.294-298 ( прототип). 55 мент ИЛИ 5, обнаружитель 6 видеоимпульсов минимальной длительности,обнаружитель 7 фронтов минимальной длительности.Устройство работает следующим об-разом.АЦП 1 преобразует входной видеосигнал в 78 разрядный код с частотой дискретизации, равной удвоенной граничной частоте спектра видеосигнала, О коммутатор 2 включает один из трех режимов кодирования. Коммутатор 2 уйравляется сигналами псмехоустойчиво го обнаружения ( групповых структур) либо видеоимпульсов или фронтов мини мальной длительности, которые формируются на выходах обнаружителей 4, б и 7. Для передачи информации о применяемом режиме кодирования в цифровой код вводится избыточность, например для кодовых групп, соответствующих видеоимпульсам и фронтам минималь. ной длительности, - в виде двух дополнительных разрядов, заполняемых "единицами" ( фиг. 1 б), для кодовых 25 групп, соответствующих групповым структурам, - "единицей" и "нулем" (, фиг. 1 в); для кодовых групп, соответствующих участкам постоянной яркости и плавным переходам, - в виде 30 одного разряда, эаполняембго "нулем" ( фиг. 1 г). Такая структура кода позволяет йолучить равномерный поток информации при передаче иэображения произвольной детальности. 35 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 сокращения избыточности видеосигнала,на участках изменяющейся яркости дополнительно формируются символы признаков фронтов, видеоимпульсов минимальной длительности и групповыхструктур, и вводится, соответственно,третий режим преобразования, причемв первом режиме, соответствующем символу признака участка с постояннойяркостью, преобразование кодовых комбинаций осуществляется так, что из трех следующих друг за другом восьмиразрядных кодовых комбинаций п, ии и+1 передают информацию только ободной иэ них путем формирования новой восьмиразрядной кодовой комбинации,содержащей один разряд признака режима преобразования и семь разрядов и-ой кодовой комбинации, во второмрежиме преобразования, соответствующем символу признака фронтов и видеоимпульсов минимальной длительности,из трех восьмиразрядных кодовых комбинаций 1-1, 1 и 1+1 передают информацию только о двух из них путем форми рования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинациИ, содержащей два разряда признака режима преобрао зования и по три старших разряда из каждой кодовой комбинации 1 и 1+1, в третьем режиме преобразования, соответствующем символу признака групповых структур, передают информацию о каждой из трех исходных кодовых комбинаций а, а и а+1 путем формирования одной новой восьмиразрядной кодовой комбинации, содержащей два разряда признака режима преобразования и по два старших разряда иэ каждой исходной кодовой комбинации а, а и а+1. Источники информации,Принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Японии й 52-20091,кл, 97 (5) А 11 (Н 04 14 7/12), 1977 2. Адаптивное двухрежимное кодйру ющее и декодирующее устройство длятелевизионных сигналов. - "1 ЕЕЕ Тгапэ.коми сударст венного ам изобоетениищ-з, Раушс и отк ая на ал ППП нПатент"г. ужгород, ул. Проектная аЖ А ь,ъ щ ЮУщиева бЯрймую ирорпац ионныюямМЮФ фЮЯЮЬгЬ ор ко 3 цРо 3 ауию Яонб. ЬЯм ладкюЮаем ОЙ и ЯОУЯПЯКОб юНииолфной РЮРИК Й б Фвееееасми 6 дЬФЮ сефуюеурФи. 8 Рю циоинысюб ффрфыЯми койраВаюд уэюЮЮпбйннвй ВркоСти коваКоооеОодпита СССРытийд М/5