Кодер сигнала изображения

,164438 7/13 13/00, Н 3 ОсудАРстВенный О иЗОБРетениям и пРи гннт сссР ИТЕТРытиям файфс ТЕН(54) К (57) И литель исполь зионных жений ИЗОБРАЖЕНИЯ тносится к вычиси технике связи, в цифровых телевидатчиком изобрас зарядовой связью ДДР СИГНАЛА обретение ой техник ование ег системах ибор иг,1 ОПИСАНИЕ И ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Техника средств связи, Сер,Техника телевидения, 1989, Р 1,Авторское свидетельство СССРР 1559412, кл. Н 03 М 7/30, 1988.Авторское свидетельство СССРУ 1518922, кл, Н 04 Б 7/13, 1988,(ГЗС) позволяет повысить точностькодирования иэображений за счет снижения уровня шума телевизионной передающей камеры, Кодер содержит телевизионную передающую камеру 1,аналого-цифровой преобразователь 2,буферный регистр 3, сумматор 5, преобразователь 9 кодов, блок 12 задержки, блок 13 вычитания и блок 15 Формирования кода группы, Благодаря введению в кодер блока 4 умножителей,сумматоров 6, 7, коммутатора 8 преобразователя 10 кодов, счетчика 11импульсов и блока 14 вычитания обеспечивается компенсация "геометрического" шума датчика на ПЗС с эффективным кодированием видеосигнала,1 з,п, ф-лы 2 ил.Изобретение относится к вычисли 1тельной технике и технике связи иможет использоваться в цифровых телевизионных системах, в частности, всистемах с датчиком изображений наприборах с зарядовой связью (ПЗС),Такие датчики могут вносить искаженияв кодированное иэображение, при этомнаибольший вклад вносит геометрический" шум, вызванный неравномерностьючувствительности элементов ПЗС и артефактами фоточувствительной поверхности,Геометрический шум ПЗС появляется на изображении в результате своеобразной "дискретной" неравномерности чувствительновги элементов ПЗС иразного рода дефектов прибора - нестационарных центров генерации темновых тонов, нарушения электроднойструктуры и т.д, Дефектные элементына иэображениях проявляются в видетемных изолированных точек или малоразмерных областей, По воздействиюна наблюдателя искажения, вызванныедефектными элементами прибора, можносравнить с искажениями, вызваннымиимпульсным шумом, например цифрового канала связи, но в отличие отимпульсного шума, геометрический шумдает от кадра к кадру неизменные искажения,Цель изобретения - повышение точности кодирования изображений за счет 35снижения уровня шума телевизионнойпередающей камеры,На фиг, 1 приведена блок-схемакодера сигнала изображения; на фиг.2 блок формирования кода группы. ф 0Кодер сигнала изображения содержит телевизионную (ТВ) передающуюкамеру 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, буферный регистр3, блок 4 умножителей, первый - третий сумматоры 5-7, коммутатор 8,первый и второй преобразователи 9 и10.кодов, счетчик 11 импульсов,блок 12 задержки, первый и второйблоки 13 и 14 вычитания и блок 15 50формирования кода группы, На фиг,1обозначены первый - третий тактовыевходы 16-18, вход 19 синхронизациии выход 20 кодера.Блок 15 формирования кода группы 55(фиг, 2) включает в себя коммутатор 21 и регистр 22 сдвига, На фиг,2обозначены первые - пятые информаци-онные входы 23-27 и первый и второйтактовые входы 28 и 29 блока.На вход 16 подается тактовыйсигнал с частотой Г , на вход 17 -Ксигнал с частотой группы - . На2входе 18 присутствует частота Г, скоторой кодируемые группы считываются в канал связи. На вход 19 приходят кадровые синхроимпульсы,Блоки 3-5, 8-11 образуют узел компенсации "геометрического" шума, аблоки 6 и 7 и 12-15 составляют узелэффектного кодирования видеоданных,в котором алгоритм передачи выбирается на основании информации из узла компенсации шума. Компенсация, т,е,коррекция дефектного элемента Х производится путем интерполяциигде Ь; ,Ь;,Ь, - коэффициенты интерполяции, записанныев преобразователь 9кодов.В узле компенсации используетсяскользящая апертура 3 к 1 - (Х , ХХ ,), в которой решение принимается1 Мотносительно центрального элемента.Коэффициенты интерполяции Ь , ЬЬ;, для каждого дефектного элементаХ, определяются на основании априор- .ной информации об изображениях. Еслитаковая отсутствует, или, что то же .самое, источник ТВ изображений является нестационарным, для всех дефектных элементов могут использоватьсяодинаковые коэффициенты интерполяциис точностью до коэффициентов относительной чувствительности элементов,например,0,25 М,Ь,=0,5где Ы,0;, Ф- коэффициенты относительной чувствительности элементов Х;Х Х,; соответственно.Выбор постоянных множителей в выражениях для Ь; , Ь и Ь,+, произво-, дится экспериментально, на основании характеристик обрабатываемых изображений.Если источник ТВ изображений стационарен, для расчета коэффициентов51интерполяции могут быть использованыаналитические выражения для Ь; ЬЬпри условии минимизации дисперсиоценки Хв зависимости от первыхтрех отсчетов корреляционной функциисигнала, дисперсии шума и коэффициентов относительной чувствительности,Кодер сигнала изображения работает следующим образом,Сигнал с выхода ТВ передающей камеры 1 на ПЗС поступает в аналогоцифровой преобразователь 2, где подвергается дискретизации во времени,квантованию по уровню и кодированию,например, шестиразрядным кодом, свыхода АЦП 2 элементы оцифрованногоизображения в параллельном коде передаются в регистр 3, состоящий изцепочки трех параллельных регистров.Обозначим через Х;Х Х, кодыэлементов на выходах соответственнопервого, второго и третьего параллельных регистров блока 3. Все элементы ТВ изображения могут быть пронумерованы и каждому элементу можетбыть поставлен в соответствие егономер-адрес. Когда во второй параллельный регистр блока 3 записываетсяХ, и в течение такта частоты Г тамхранится, в течение этого же тактана выходе счетчика 11 находится кодномера 1 этого элемента; При этом 1изменяется от 1 до И, где Ю - числоэлементов в кадре, Счетчик 11 сбрасывается в ноль кадровым синхроимпульсом и с первого элемента первойстроки каждого кадра начинает вестисчет элементов. Кодявляется кодомадреса, который с выхода счетчика 11подается на каждый из трех узлов памяти преобразователя 9 и на преобразователь 10 кодов. С первого, второго, третьего узлов памяти блока 9считываются коэффициенты Ь; Ь,Ь, 1 соответственно.Таким образом, для каждого элемента Хв преобразователе 9 записаны и считываются три числа Ь;ЬЬ пропорциональные коэффициентам+Укорреляции Хс Х Х и Хсоответственно,В блоке 4 умножителей на первом,втором, третьем умножителях соответственно вычисляются произведения5 производится определение Х,=Ххк Ь, +ХЬ +Х Ь, Значение Х,пе-1 и +1 1,редается на второй информационный644389 6вход коммутатора 8, на первый входкоторого подается значение Хф с выФхода второго параллельного регистраблока 3. Коммутатор 8.управляетсясигналом с выхода преобразователя 10кодов. В преобразователе 10 по адресам, соответствующим дефектным элементам ПЗС используемой камеры 1, записаны единицы. Номера дефектных элементов для каждого конкретного прибора определяются по результатам аттестации ПЗС, например, с помощьюЭВМ, снабженной прецизионным устройством ввода-вывода изображений, Еслиуправляющий сигнал на входе коммутатора 8 равен единице, к его выходулподключается Х;, в противном случае -Х,.20 Таким образом, с помощью блоков 4,5, 9 и 11 вычисляется оценка Х блок10 для выработки решающего правила,а в блоке 8 производится замена Х,на Х 1 когда Хприходится на дефект 1 В25 ный элемент прибора. Иестиразрядныйкод с выхода коммутатора 8 и одноразрядный с выхода блока 10 поступают вблок 12 задержки, с помощью которогоформируется кодируемая группа из двух30 элементов Х и Х и код Я= (ЯЯ)для упр авле ния коммутатором 21 . Причемпри Я= ( ОО 1 оба элемента бездефектны, при Я= (01дефект приходится наХ, при Я= (1 Одефект приходится наХ и в случае Я=11 ) оба элемента(Х 1 и Х являются дефектными,В сумматоре 6 производится вычис 2ление - Х,=Х+Х , причем с выхода40 сумматора 6 снимается код суммы беэ1младшего разряда, т,е, Х в , Х;.фср 2 , фВ блоке 13 вычитания определяетсякод разности Д =(Х -Х ). При шести 45 разрядных Х, код Д является семиразрядным: первый разряд Д - знаковый,С выхода блока 13 вычитания "снимается" только четыре старших разряда Ь,т,е. осуществляется грубое равномерное квантование Д . Значение Д с выходаблока 13 вычитания (т,е. код Д безтрех младших разрядов) подается навторые входы сумматора 7 и блока 14 вычи.тания и третьи входы 25 блока 15 формн 55 рования кода группы,1В сумматоре 7 производится сложение шестиразрядного кода Хс с четыэрехразрядным кодом Д, в котором тримладших разряда приравниваются к нулю. В результате Формируется шестиразрядный код Х , пять старших разрядов которого йоступают на вторыевходы 26 блока 15. В блоке 14 вычитания формируется другое приближенноезначение Х - значение Х . Если всумматоре 7 оно формируется на основеХ и Ь, то в блоке 14 вычитания вьчисляется новое значение Х 1 на основелХ и на основе Д . Пятиразрядный код Хподается на четвертые входы 26 блока15, на первые входы 23 которого поступает пятиразрядный код Х 1 с первых 5выходов блока 12, На пятые входы 27блока 15 передается двухразрядныйкод 8.Таким образом, блок 15 формирования кода группы п инимает пятиразрядлные коды Х 1, Х.четырехразрядныйкод Д и двухразрядйый код 8. К выходамкоммутатора 21, для которого управляющим сигналом служит 8, подключается% если Б= 00 1 или Я ( 11 , подключается Х, когда Я= (10) и,передается Х в случае 8= "01 . Пятиразрядный код с выхода коммутатора 21поступает в регистр 22, на вторые вхо"ды которого подключается четырехраз/Ърядный код Д. В параллельно-последовательном регистре 22 происходит сворачивание девятиразрядного параллельного кода в последовательный, которыйпоразрядно считывается в цифровой канал связи с выхода 20, 35Таким образом, в кодере каждойкодируемой группе из двух шестиразрядных элементов ставится в соответствие девятиразрядное кодовое слово,т.е. осуществляется сжатие цифровогопотока видеоданных. При этом осуществляется цифровая коррекция геометрического шума путем интерполяциидефектных элементов используемого прибора с зарядной связью в камере 1.Коэффициенты интерполяции определяются предварительно, на основе вычисленной автокорреляционной функциисигнала для анализируемого классаизображений, Эти коэффициенты записы 50ваются в преобразователь 9 кодов длякаждого элемента изображения. В узлесокращения избыточности, включающемблоки 6 и 7, 12-15, результаты интерполяции учитываются следующим образом,.Если на кодируемую группу из двухэлементов не приходятся дефектные элементы РЗС то в канал связи отФъф фправляются Х и Д, причем Х вычисляется на основе Хи Д. В результате обеспечивается одинаковая ошибка кодирования Х 1 и Х одинаковая из-за того, что грубо квантуется , Если дефект приходится на Х, то в канал передаются Х и Д, Прй этом будет нулевая ошибка кодирования Х и двойная (в сравнении с вариантом л ЛХ и Д) ошибка кодирования Х. Когда дефект попадает на Х , в канал отл 2 ф Л л правляются Х 1 и Д, йричем Х =Х,-Д, т,е. обеспечивается нулевая ошибка кодирования Х и двойная (в сравнегнии с вариантом Хи Д ) ошибка кодирования Х, В случае дефектности обоих элементов Х и Х 2 в канал перелдаются Х и Д . Следовательно, в кодере осуществляется эффектное кодирование, адаптивное к результатам интерполяции, В случае, если интерполяция произведена, т,е. к выходу коммутатора 8 вместо Х, подключается вйосит ошибку в Х, т.е, он не влия 19ет на качество интерполяции, достигнутое в узле коррекции "геометрического" шума ПЗС-датчика.Такое сочетание эффектного кодирования с коррекцией геометрического шума обеспечивает сжатие цифрового потока видеоданных в 1,5 раза с высоким качеством кодированных изображений, Путем интерполяции дефектных элементов прибора происходит сглаживание геометрического шума, причем на сглаживание не влияет процедура сокращения избыточности видеоданных.чФормула изобретения 1. Кодер сигнала изображения, содержащий телевизионную передающую камеру, выход которой соединен с инфор мационным входом аналого-цифрового преобразователя, буферный регистр, первый сумматор, первый преобразоватепь кодов, блок задержки, первые выходы которого соединены с первымивходами первого блока вычитания и первыми информационными входами блокаформирования кода группы, выход которого является выходом кодера, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности кодирования изоб.ражений за счет снижения уровня шума телевизионной передающей камеры, в9 16443 кодер введены блок умножителей, второй преобразователь кодов, счетчик импульсов, коммутатор, второй и третий сумматоры и второй блок вычитания, выходы аналого-циФрового преобразова 5 теля подключены к информационным вхорам буферного регистра, тактовый вход которого объединен с тактовым входом аналого-циФрового преобразователя, первым тактовым входом блока задержки и счетным входом счетчика импульсов и является первым тактовым входом кодера, вход сброса счетчика импульсов является входом синхрониэа ции кодера, выходы буферного регистра подключены к первым информационным входам коммутатора и первым входам блока умножителей, выходы которого соединены с входами первого суммато ра, выходы которого подключены к вторым информационным входам коммутатора, выходы счетчика импульсов соединены с входами первого и второго преобразователей кодов, выходы первого 25 преобразователя кодов подключены к вторым входам блока умножителей, выходы коммутатора соединены с первыми информационными входами блока задержки, второй тактовый вход которого 30 объединен с первым тактовым входом блока формирования кода группы и является вторым тактовым входом кодера, выходы второго преобразователя кодов подключены к управляющим входам коммутатора и вторым информационным входам блока задержки, вторые выходы которого соединены с вторыми входами первого блока вычитания 89 Ои первыми входами второго блока вычитания и второго сумматора, вторыевходы и выходы которого подключенысоответственно к первым выходам блока задержки и первым входам третьегосумматора, выходы которого соединеныс вторыми информационными входамиблока Формирования кода группы, второй тактовый вход которого являетсятретьим тактовым входа кодера, выходыпервого блока вычитания подключены ктретьим информационным входам блокаформирования кода группы и вторымвходам третьего сумматора и второгоблока вычитания, выход которого итретьи выходы блока задержки соедииены соответственно с четвертыми ипятыми информационными входами блокаФормирования кода группы,2. Кодер по и, 1, о т л и ч а ющ ий с я тем, что блок Формирования кода группы содержит коммутатор,и регистр сдвига, вход разрешениязаписи и тактовый вход которого являются соответственно первым и вторым,тактовыми входами блока, первые и Вто"рые информационные входы коммутатораявляются одноименными входами блока,выходы коммутатора соединены с первыми информационными входами регистра сдвига, вторые инФормационные входы которого, третьи информационныеи управляющие входы коммутатора являются соответственно третьимипятыми информационнымн входами блока, вйход регистра сдвига являетсявыходом блока,сное крытиям при ГКНТ СССР д. 4/5