Устройство для сжатия цифровых телевизионных сигналов

СОКИ СОВЕТСКИХюицмпмепихРЕСПУБЛИК ОФ О 1) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) А.С.Горшков, Ю.Г.Игнатьев, Б.Н.Селезнев, В.Я.Сорин и В.Я.Инырин (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9543192, кл. Н 04 . 25/49, 1975.2. Авторское свидетельство СССР 9582588, кл. Н 04 й 7/18, 1976.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯЦИФРОВЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее последовательно соединенныеаналого-цифровой преобразователь,вход которого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блоккодирования, блок устансвки опорногоуровня и формирователь кода синхронизации, последовательно включенныемежду входом аналого-цифрового преобразователя и вторым входом блокакодирования, а также последовательносоединенные первый блок управленияпамятью, первый вход которого соеВ 5 Н 04 1. 25/49; Н 04 М 7/18 дннен с выходом блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти,. первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем выход блока установ. ки опорного уровня соединен с входом сброса первого блока памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения четкости восстанавливаемого иэображения при сохранении заданного коэффициента сжатия, в него введены второй блок управления памятью, второй блок памяти и блок формирования предсказанного значения кода, включенные последовательно между выходом блока выборапередаваемого символа и вторым вхо" дом блока сравнения, причем выход ". блока установки опорного уровня соединен с входом сброса второго блока памяти, второй выход второго блока памяти соединен с вторым входом второго блока управления памятью, выход блока формирования предсказанного значения кода соединен с вторыми входами первого и второго блоков памяти, а второй вход - с вторым выходом первого блока памяти.Изобретение относится к системам передачи информации и может использоваться при передаче телевизионных иэображений в замкнутых телевизионных системах, а также для телеграфной связи в устройствах с преобразованием кода внутри передатчика.Известно устройство для перепачи цифровых сигналов, содержащее лоследовательно соединенные аналого-цифра вой преобразователь (АЦП), блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок управления памятью и регистр памяти, включенные последовательно между выходом 15 блока выбора передаваемого символа и вторым входом блока сравнения, а также блок определения уровня, выход которого соединен с вторым входом блока кодирования, причем выход 20 АЦП соединен соответственно с вторым входам блока управления памятью и первым входом блока определения уровня, второй вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемого симво 25 ла.В устройстве блок сравнения определяет, в каком из разрядов кода произошло изменение по сравнению с состоянием разрядов кода предыдущего30отсчета и передает зту информациюна вход блока выбора передаваемогосимвола, которвй выбирает изменениев старшем разряде, несущее максимальную инФормацию об изменении яркости 35телевизионного изображения. Номераразрядов, в которых произошли изменения, кодируются блоком кодированияи передаются в канал связи, Блок управления памятью устанавливает тригге 40ры блока памяти в соответствии соследующим правилом: состояние триггера старшего из изменившегося разряда изменится на противоположное,истинное состояние, а триггеры последующих младших разрядов кода будут переведены в состояние, противоположное новому состоянию триггерастаршего из изменившихся разрядов.В дальнейшем такая операция называет ся алгоритм 1,В таком устройстве при восьмираэрядном исходном коде может быть достигнуто сжатие до 4 бит на отсчет, 55 при этом один бит информации служит для передачи знака,прошедшего изменения, а 3 бита информации служат для передачи информации о номерахизменившихся разрядов 11.Недостатками устройства являютсябольшое количество передаваемой информации - ч бита на отсчет и потерячеткости восстанавливаемых иэображений, обусловленная затягиваниемфронтов при передаче больших перепадов сигнала,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является устройстводля сжатия цифровых телевизионныхсигналов, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок установки опорного уровня и формирователь кода синхронизации, последовательно включенные между входоманалого-цифрового преобразователяи вторым входом блока кодирования,а также последовательно соединенныепервый блок управления памятью,первый вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемогосимвола, и первый блок памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управленияпамятью, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса первого блока памяти.Устройство передает в канал связи сигнал, несущий информацию о номерах изменившихся разрядов кода отсчета цифрового телевизионного сигнала по отношению к предыдущему отсчету. С учетом свойств наблюдателя и статистики сигналов телевизионных иэображений такую информацию можно передавать в сокращенном алфавите, достигая сжатия информации. Цифровой телевизионный сигнал с выходов аналого-цифрового преобразователя поступает на блок сравнения, на вторые входы которого подан код предыдущего отсчета, обработанного по алгоритму 1. Результат сравнения подается в блок выбора передаваемого символа, который в соответствии с выбранным алгоритмом 1 выбирает изменение, подлежащее кодированию. При восьмиразрядном коде отсчета и трехбитном варианте сжатия выбирается старший из изменившихся разрядов, и в блоке кодирования этому1 ОП 55 изменению присваивается соответствующая трехразрядная кодовая комбинация, В этом устройстве достигнутболее высокий коэффициент сжатияза счет исключения необходимостипередачи знака происшедшего изменения символа разряда кода, посколькув моменты прихода синхроимпульсовпроизводится обнуление блока памяти,а все дальнейшие изменения символов 10разрядов кода передаются относительно моментов синхронизации 23.Недостатком устройства являетсяпотеря четкости восстанавливаемыхизображений, свойственная обработке цифровых видеосигналов согласноалгоритма 1. В системах сжатия телевизионной информации к потере четкости приводит определенная обработкасигналов, проводимая на передающейстороне с целью сжатия. Алгоритм1 иллюстрируется в таблице примеромпреобразования цифрового сигналас уровня 8 на уровень 19. Как видно,процесс перехода с уровня 8 на уровень 19 удлиняется до 3-х отсчетов,причем обработанному (сжатому) поалгоритму 1 сигналу присущи "недоработка" перепадов, апериодическийхарактер приближения к истинному30значению кода, что и приводит к ухудшению четкости.Цель изобретения - повышение четкости восстанавливаемого изображенияпри сохранении заданного коэффициентасжатия,35 указанная цель достигается тем, что в устройство для сжатия цифровых телевизионных сигналов, содержащее последовательно соединенные аналого цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, блок сравнения, блок выбора передаваемого символа и блок кодирования, блок установки опорного уровня и фор 45 мирователь кода синхронизации, после довательно включенные между входом аналого"цифрового преобразователя и вторым входом блока кодирования, а также последовательно соединенные 50 первый блок управления памятью, первый вход которого соединен с выходом блока выбора передаваемого символа, и первый блок памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока управления памятью, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса пер 19 4вого блока памяти, введены второй блок управления памятью, второй блок памяти и блок формирования предсказанного значения кода, включенные последовательно между выходам блока выбора передаваемого символа и вторым входом блока сравнения, причем выход блока установки опорного уровня соединен с входом сброса второго блока памяти, второй выход второго блока памяти соединен с вторым входом второго блока управления памятью, выход блока формирования предсказанного значения кода соединен с вторыми входами первого и второго блоков памяти, а второй вход - с вторымвыходом первого блока памяти.Введение второго блока управления, второго блока памяти, блока формирова ния предсказанного значения кода и соответствующих связей позволяет повысить четкость восстанавливаемых изображений за счет ускорения передачи резких перепадов телевизионных сигналов. Положительный эффект достигается тем, что в качест 1 ве предсказанного значения кода-го отсчета сигнала для сравнения с кодом текущего (ъ+1)-го отсчета сигнала выбирается среднее арифметическое двух кодов, полученных в результате одновременной обработки кода отсчета согласно алгоритмов 1 и 2.Суть алгоритма 2 заключается. в сл следующем. Во втором блоке памяти и втором блоке управления памятью осуществляется обработка цифровых сигналов по правилу старший из изменившихся разрядов кода данного отсчета по отношению к предыдущему переводится в новое истинное значение, а разряды, младше старшего из изменившихся, переводятся в состояния, противоположные своим предыдущим, т.е. инвертируются, Действие алгорит. ма 2 при малых изменениях сигйала эк" вивалентно действию алгоритма 1.,При больших изменениях сигнала действие алгоритма 2 существенно отличается от алгоритма 1; поскольку для алгоритма 2 характерна резкая передача больших изменений и в ряде случаев возникает ситуация, когда скачок, передаваемый за первый отсчет, превышает истинное значение, а приближение к истинному значению носит колебательный характер.В таблице представлены алгоритмыАлгоритм 1 Алгоритм 2 01000 10011 00100 - 10000 10010 -10011 00100 - 10111 1000010011 16 18 19 8 23 16 19 Таким образом, если алгоритму1 присущ апериодический характерприближения к истинному значениюкода сигнала и отрицательная ошибка(" недоработка" перепадов), то алгоритму 2 - колебательный характерприближения и появление ошибок двухзаконов. На изображении, восстановленном после обработки по алгоритму2, вследствие указанного эффекта 25заметны повторы Контуров и искусственное подчеркивание контуровОсуществляемая в предлагаемомустройстве обработка кодов согласноалгоритма 3, т,е. вычисление средне-, зого арифметического кодов, полученных обработкой по алгоритмам 1 и 2,обеспечивает более высокое качество восстановления изображения. Лучше, чем при алгоритме 1, передаютсярезкие перепады сигнала, поскольку"добавку" создает обработанное поалгоритму 2 слагаемое. Вместе с темзначительно ослаблены выбросы, чтообусловлено слагаемым, полученным 4 Опо алгоритму 1, для которого характерна "недоработка" резких перепадов.Укаэанные свойства позволяют повысить четкость восстанавливаемыхизображений при сохранении остальных характеристик устройства.На чертеже представлена структурная электрическая схема устройствадля сжатия цифровых телевизионныхсигналов,50Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, блок2 сравнения, блок 3 выбора передаваемого символа, блок 4 кодирования,первый блок 5 управления памятью,первый блок 6 памяти, блок 7 установ.55ки опорного уровня, формирователь8 кода синхронизации, второй блок9 управления памятью, второй блок 1 О памяти и блок 11 формирования предсказанного значения кода.Устройство работает следующим образом.Входной аналоговый сигнал поступа ет одновременно на входы аналогоцифрового преобразователя 1 и блока 7 установки опорного уровня, 1 Селектор блока 1 выделяет иэ аналогового телевизионного сигнала . строчные и кадровые синхроимпульсы, которые используются для установки в нулевое состояние первого и второго 10 блоков памяти.н для управле" ния формирователем 8. Параллельный восьмиразрядный код с выходов АЦП 1 поступает на первые входы блока 2 сравнения, на вторые входы которого поступает с выхода блока 11 параллельный восьмиразрядный код предыдущего отсчета, обработанный согласно алго" ритму 3. При несовпадении одноименных разрядов кодов на соответствующих выходах блока 2 появляются сигналы - логические "1", причем в каждом изменившемся разряде сигналы появляются на одном иэ двух выходов в зави" симости от того, какое произошло изменение в (1+1)-ом отсчете по отношению к обработанному ъ-ому отсчету: переход от "0" к "1" или от " 1" к "0". В блоке 3 выбора передаваемого символа выбираются сигналы, принадлежащие самому старшему из изменив" шихся разрядов, остальные сигналы запрещаются, Таким образом, на выходах блока 3 выбора передаваемого символа сигнал логическая "1" существует только на одном иэ выходов, соответствующих старшему иэ изменившихся разрядов кода. С выхода блока 3 сигналы поступают на первые входы блока 4 кодированных и на первые вхо.ды первого 5 и второго 9 блоков управления памятью. В первом блоке 5 управления памятью проводится подготовка к обработке кода отсчета, хранящегося в первом блоке 6 памяти, по алгоритму 1. Для этого сигнал, соответствующий переходу данного разряда кода из "0" в "1", направляется на Б вход триггераО данного разряда регистра первого бло ка 6 памяти и на Р, входы триггеров разрядов младше данного, если пришел сигнал перехода из "1" в "0", то но направляется навход данного разряда и 3 входы всех триггеров младших р: зрядов. Триггеры регистра первого блока 6 памяти, таким образом, устанавливаются в состояния, соответствующие обра ботке по алгоритму 1, Во втором блоке 9 производится подготовка к обработке кода отсчета, хранящегосяво втором блоке 10 памяти, по алгоритмму 2. Для этого сигнал, соответствующий переходу данного разряда кодаиз "0" в " 1", направляется на 5вход триггера данного разряда регистра второго блока 10 памяти, а сигнал,соответствующий переходу из "1" в ЗО"0" - на 1 вход триггера данногоразряда. Кроме того, любой из сигналов изменения данного разряда коданаправляется во втором блоке 9 управления памятью на С входы триггеров З 5всех разрядов регистра второго блока 10 памяти, младше данного. Такимобразом, производится обработкакода отсчета, хранящегося во второмблоке 10 памяти, согласно алгоритму 2, т.е, данный разряд принимаетновое истинное значение, а все младшие разряды кода инвертируются. Ко.ды, полученные в первом 6 и .втором 10 блоках памяти, подаются 45на входы блока 11. На девяти выходах, включая выход переноса в старший разряд, возникает код суммы кодовдвух отсчетов. За код полусуммыпринимается код, записанный в восьми 50старших разрядах, а младший разрядотбрасывается. Полученный код полусуммы переписывается в первый блок бпамяти и во второй блок 10 памяти,что необходимо для подготовкц к проведению обработки кодов в следующем отсчете цифрового телевизионного сигнала, Положительные импульсы с выхода блока 7 установки опорного уровня соответствуют логическим единицам и поступают на 1 входы триггеров регистров первого 6 и второго 10 блоков памяти и переводят цх в нулевое состояние в моменты появлениястрочных и кадровых синхроцмпульсов.Сброс первого 6 и второго 1 О блоковпамяти в нулевое состояние в моменты гашения телевизионного сигналакак на передающей, так и на приемной сторонах цифровой телевизионнойсистемы, позволяет однозначно описывать цифровые сигналы информациейо передаче изменений символов разрядов кода. Сигналы с выхода блока 7поступают также на вход формирователя 8, который вырабатывает специальный код синхронизации "Кодоваякомбинация", не встречающаяся припередаче цифрового видеосигнала.Кодовая комбинация" сихронизации, заменяется с кодами цифрового сжатого видеосигнала в блоке 4 кодирования. Здесь на приходящий сигнал"Унитарный код" вырабатываетсятрехразрядный двоичныц код, обозначающий изменение символа в определенном разряде кода. В блоке 4 кодирования может быть получен как параллельный, так и последовательный двоичный код для передачи в каналсвязи,Таким образом, введение новыхблоков и связей, позволивших производить обработку цифровых видеосигналов по алгоритму 3 в предлагаемомустройстве обеспечивает повышениетакого качественного показателя телевизионной системы, как четкость,Четкость восстанавливаемых цзображений зависит от способности устройств,входящих в состав телевизионной системы, передавать мелкие детали изображений и резкие перепады яркости припрочих равных условиях. Осуществлениев устройстве для сжатия обрабокителевизионных сигналов цифровых сигналов по алгоритму 3 улучшает укаэанные характеристики.О 73 Я Заказ 5778/ писное СССР жгород, ул, Проектно,Патент",филиа ктор Е.Лушников ВНИИПИпо дела 113035,Составитель Н.Сороко Техред С,Легеэа Тираж 635сударственного комитетаизобретений и открытийсква, Ж, Раушская на орректор Е,Лушник