Кодер видеосигнала

ГООд СОБГТСКИХСОЦИАЕИСТИНЕ ГКИХРЕСПУБЛИК 110) 7256 А 1)1 Н 0 О НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ие отн техни ия пования 8,Семе ия ма ра (дл дируемог лее эфф пе. 1 ил,ельство СССМ 7/30, 1987,ИГНАЛА ходы блока ет видеоси времел в посту)ск е в изированныи и квд)т В блоке 1 временных ется преобразовэни тельно поступвю до, а 1, э 2 и аЗ виДРОси четырехэлементный ровн ЩРСТВЛЯ следова отсчегов лельный Цсль изобси кодирован На чеотеж)ия - повышение точно и тырех элементов ется быстрому пр и в результате фор нсформанты Адама веденд блок-схема коде подвергаАдамараменты тра а+а а, - а ао+ а до - а+ а 2 + а; + а 2 - эаа 2 эз - а 2 + аз Ьо -Ь 1 - .Ь 2 = Ьз= Так кдк 0 то иэ (1) следу а 126 Ь 12663 ( = О, 1, т, что ОЬо( где= 1,2,3. Таким образом одимо затратить азрядов Ь, являет окэ видеоданных на кодирование Ь8 бит, причем одя знаковым. Сжат1,5 раза в рассма необин иэ бт Прин 1 иеду ющем 1 ается цо- ва ОСУДАРГЕ)Е ННЫИ КОМИ 1 Е ТО ИЗОЕРЕ.ЕГНИЯМ И О КРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 30.07.91, Ьюл. М 1,72) С,А,Куликов и Н (53) 621,397 (088,8) (56) Авторское свид Мг 1506554, кл, Н 03 (54) КОДЕР ВИДЕО ИзобрРтениР Относится к вычи тельОи технике и технике связи, каса ся усовершествования кодера цГ, ав 1 ЕФ 1506554 и может быть использован цит)овых телевизионных системах со с тием видеоданных Кодер содержит блок 1 временньх задержек, цервый-че вертый блоки 2-5 сум.1 ировэния, первый-десятый блоки 6-15 вычитания, первый-шестои коммутаторы 1;- 2 1, блок 22 сравнения кодов, блок 23 инвертирования, герв),Й-в естой блоки 24- 29 зеления, первыи и второй блоки 30, 31 вь числения модулей, синхртенератор 32 преобразователь 33 параллельного кода в последовательный и элемент ИСКЛЮЧАЮ ЩЕ Е ИЛИ 34 На чертеже обознэчень также информационныи вход 35 и вход 36 опорного кода(57) Изобрете нои технике и ние изобрет ТОЧНОСТЬ КОДИ для квантован форманты Ада элементов ко пользуется бо чем в црототи 04, 7/30, Н 04 й 7/12 ится к вычислитель- связи, Испольэовазволяет повысить благодаря тому, что го элемента трансгруппы из четырех видеосигнала) исктивнэя стратегия,ных зэдегжек )фРОВОМ ВИДЕ ояднньй на 64 зэдерже ссуе четырех по щих на вход гнала в парэлсигндл. Груп- изображения еобразованию мируются эле- ра(3) при 126 Ьо252. А = Ьо - Ь 2 - Ьзпри Ьо126: 252 - Ьо - Ь 2 + Ьз ) пРи 126 ( Ьо252; Ь о + Ь 2+ЬЗ 1 ПрИ Ьо 126;- 252 + Ьо + )Ь 2 - ЬЗпРи 126Ьо252; емом кодере получено семираэрядным кодированием Ьо и трехразрядным кодированием Ь 1, Ь 2, ЬЗ.На приемной стороне элементы а декодируемой группы восстанавливаются по правилу: где Ь - элементы трансформанты после огрубления,Шесть передаваемых разрядов Ьо являются старшими разрядами восьмиразрядного кода Ьо, Один иэ трех передаваемых разрядов Ь 1 является знаковым. Два других разряда вычисляются по адаптивной процедуре,Адаптация заключается в выборе передаваемого значения Ьь(Ь = 2, 3) в эависимоКвантование Ь 1 производится на интервале (О, А), если Ь 1 =О, и на интервале (8, 0) в случае Ь 1 О, Значения границ А и В формируются соответственно на втором и третьем коммутаторах 17, 18, а выбор интервала квантования (О, А) или (В, 0) осуществляется с помощью четвертого коммутатора 19, на управляющий вход которого подается знаковый разряд Ь 1,Таким образом, в кодере реализовано двухэтапное адаптивное квантование высокочастотных элементов трансформанты: на первом этапе квантуются Ь 2 и Ьз в зависимости от Ьо, на втоРом - Ь 1 в зависимости от Ьо, Ь 2 и Ьз, Такое высокоадаптивное кодирование позволяет сохранять большую часть малоконтрастных переходов, особенно при малых и больших значениях Ь,.Значения А и В могут иметь одинаковый знак. Например, для кодируемой группы ао 40, а 1 = 5,а 2= 5, аз = 5 элементы сти от значения Ьо для каждого кодируемогс КВартЕта ЭЛЕМЕНТОВ ао, а 1, а 2 И аЗ. В ОСНОВУ адаптивного кодирования положена зависимость границ(верхней и нижней) изменения ЬЯ = 1, 2, 3) от Ьо.если Ь,126, 1 Ь 1 макс 1( 252 Ьо, если Ьо126 10 Адаптация же Ь 1 заключается в выборепередаваемого значения Ь 1 в зависимости от значениЯ Ьо, Ь 2 и Ьз ДлЯ кажДой коДиРУемой группы, Значение Ь 1 выбирается на следующих интервалах; Ьо+ )Ь 2 4 ЬзЬ 1Ьо Ь 2Ьз-2521 Ьо 4 Ь 2 Ьз. Ь 1252 Для каждой кодируемой группы в кодере вычисляются верхняя (А) и нижняя (В) границы квантования Ь 1 тРансфоРманты Равны. Ьо= 55, Ь 1 = 35, Ь 2=- 35 и Ьз = 35, при этом 15 Ь 1 55, Таким образом, поскольку Ь 1 О, то в рассматриваемом кодере Ь 1 будет квантоваться на интервале (О, 55), На самом же деле интервал квантования Ь 1 меньше и равен (15, 55). Можно показать, что при одинаковых знаках А и О интервал квантования Ь 1 меньше величины А и равен (А - В) при Ь 1О, а при Ь 1 0 меньше величины 8 и равен (В - А), Следовательно, в рассматриваемом устройстве возможно повышение точности преобразования Ь 1(при одинаковых знаках А и 8) и, как следствие, улучшение качества кодированных иэображений. Это достигается благодаря тому, что на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34 подаются знаковые разряды А и 8. При совпадении разрядов сигнал на выходе элемента будет равен нулю. Затем производится вычитание В из А, причем разность снимается беэ трех младших разрядов. В результате формируется код510 15 20 30 35 40 45 50 55 А - В)--- , который подается на информз8ционные входы шестого коммутатора 21, на вторые информационные входы которогоА Впоступает код - или - с выхода четверто 4 4го коммутатора 19 Шестой коммутатор 21 управляется сигналом с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34. Если сигнал на выходе этого элемента равен О, то к выходу коммутатора 21 подключается код А - В 1- , Далее производится вычисле 8ние кода разности (Ь 1 - В), который поступаета информационные входы пятого комму 1 згора 20, на другие информационные входы которого передается код Ь 1 с выхода третьего блока 8 вычитания. Пятый коммутатор 20, как и шестой, управляется сигналом с выхода элемента 31. В случае равенства нулю этого сигнала к выходу пятого коммутатора 20 подключается код (Ь- В).Когда значения А и В имеют разные знаки, кодер реализует такое же квантование Ьп как и в прототипе, т.е. при Ь0 производится квантование на интервале (О, А), когда же Ь 1 О, то выбор уровня квантования осуществляется на интервале (В,О),В случае равенства знаков А и В в кодере осуществляется иой алгоритм квантования Ь 1 - нз интервале А . В) Этот интепвдп вернее его длина, определяется нд десятом блоке 15 вычитания и снимается с этого блока восьмая часть этого интервала. ПричемА - В 1снимается модуль числа - -- -, т.е по8выходу десятого блока 15 включено ППЗУ которое переводит дополнительныи кгд (А - В 1-- в прямой. когда А: 0 и ВО. В8девятом блоке 14 вычитания производится вычитание нижней границе В из Ь 1 С выхода этого блока также снимается модуль разности Ь 1 - В. т.е по выходу блока ставится ППЗУ, переводящее дополнительный код разности в прямои при Ь 1 0 При равенстве знаков А и В с помощью че гвертого блока 27 деления определяется сколько раз укладыА - Ввается--- ) )Ь-В, и трехразрядный8код Ь 1 передается в канзлсвяэи, Таким образом, в случае равенства знаков А и В, в отличие от прототипа, призводится б. ззнаковое квантование Ь, Если в прототипе один из разрядов Ь отводился на знак Ь д оставшиеся двд разряда (т,е 4 уровня) - собственно на квантование Ь 1, то в данном устройстве при равных знаках А и В нд квантование отводится 8 уровней. Зд счет этого, а также уменьшения интервала квантования Ь возврастает точнос 1 ь преобразования и, как следствие, точность кодированных изображений.Кодер видеосигнала работает следующим образом,На вход 35 блока 1 временных задержек поступает видеосигнал в цифровом виде, дискретизированный и квантованный на 64уровня, В блоке 1 формируется кодируемая группа из 4 элементов: ао, а 1, а 2 и аз, На выходах первого и второго блоков 2, 3 суммирования формируются (ао 4 а 2) и (аз+ а 1). Нз выходах блоков 6 и 7 вычитания формируются разности (ао -- ) и (а 1 - аз). На выходе блока 4 форми;,уется первый элемент трансформанты Ь нз выходе блока 8 - втрой элемент Ь 1 нд входе блока 5 - элемент Ь 2 и нд выходе блока 9 - элементтрднсформанты тз В блоке 22 сравнения кодов производится сравнение значения Ьо каждой кодируемой группы с опорныл 1 кодом числа 126, г 1 оступающим на входы 36 блока 22. Если Ь, 126, сигнал нд выходеблока 22 равен "1". В блоке 23 код элемента Ьо инвертируется и на выходы блока 23 поступает код числа (255-Ьо), так как при шестирззрядных кодируемых элел 1 ентах з, код Ьо - восьмирдзрядный, В вьрджени и (2) Ь 4 ок; = 252 - Ьо), если Ьо б, С целью упрощения в кодере вместо вычисления разности(252 Ьо) реализовано в;чис - ление 255 - Ьо) простым инвертировдниел 1 Ьо, что не приводит к ошибочному восстановлению элементов трансформанты, На упрзвляющии вход коммутатора 16 поступаег сигнал с выхода блока 22 сравнения кодов, нд информационные входы - си гналы Ьо и Ьо т.е. (255 - Ьо) Если управляющий сигнал равен "1", то к выходу блокг 16 подключается Ьо - 255 - Ь;. В блоке 24 деления производится деление Ьо (или Ьо) на 4". Результат деления С подается на вход делителя блоков 25 и 26 деления. В блоке 25 деления производится деление модуля Ь на С, и частному от деления присваивается знак Ь 2. Таким образом, в блоках 25, 26 по входам Ь и Ьз соответственно стоят блоки 30. 3 1 вычисления модулей Ь 2 и Ьз. Трехрдзрядный код частного Ь 2 от деления (один разряд - знаковый) передается на преобразователь 33.Например, если Ьо = 70 и Ь 2 = 54, то С= 70/4 - 17 и Ь= Ь 2/С = 3, Код Ь 2 равен 011 (первьй разряд 0 - знаковый), На приемной гтороне элемент трансформанты восстанавливается по правилу л Ь 2 - . Ь." С = 317 - 51.1667256 Ь 2 Ьз=Ьо - Ь 2 - Ьз= Ь - 2 э 1 - эзпри 0Ьо126,252 - Ьо - Ь 2 + Ьз= 252 - Ьо - 2 ао - а 2при Ьо126 4 2Ьо )д 1 дзль = - "=252 - Ьо4 при 0Ьо126,э, - а 2при Ьо126Ьо а - а 2Лв == )252 - Ьо а 1 -при 0Ьо126,аз при 126Ьо 252 4 2 Аналогичным образом вычисляется оз.В блоках 30 и 31 вычисления модуля формируются (а 1 - аз и ао - а 2 соответственноо.Необходимость вычисления данных модулей поясняют следующие расчеты:= а,+ а 1 - а 2 - аз - ао+ а 1+ а 2-аз= = 2 а 1 - аз,Для каждой группы вычисляется Значение 2 определяется са 1 - азпомощью блока 28 деления, а значение(ао - а 22- - - с помощью облока 29 деленияНа блок 10 вычитания поступает Ьо без двухмладших разрядов (т.е. деление на "4") са 1 - азвыхода блока 4 и-- , В результате2Ь, а 1 - азопределяется4 2 Одно из двух значений Ьь с выхода коммутатора 17 и одно иэ двух значений Ьс выхода коммутатора 18 поступают на входы коммутатора 19, который управляется старшими (знаковыми) разрядами Ь 1, Если Ь 1 О, то к выходам блока 19 подключается Ль. В блоке 15 производи 1 ся вычислениеА - В--- 1, а в блоке 14 - вычисление моду 8ля разности (Ь 1 - В). На входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34 подаются знаковые разряды А и В. Сигнал с выхода элемента 34 является управляющим для коммутаторов 20 и 21,Если Ь 1 0 и знаки А и В равны, то к выходу коммутатора 21 подключаются код Ь 2 +, Ьз= 2 до а 2.Таким обрэзом, для вычисления Ь 2- -Ьз и Ь 2 ф Ьз нет необходимости в дополнительных вычитателе и сумматоре, поскольку 5 значение (а 1 - аз) и (ао - а 2) определяются спомощью блоков 7 и 6 вычитания соответственно,Пятый и шестой блоки 28, 29 деления, спятого по восьмой блоки 10-13 вычитания и 10 с второго по четвертый коммутаторы 17-19предназначены для вычисления границ изменения Ь 1 как функции от Ьо, Ь 2 и Ьз. Верхняя граница А изменения Ь 1 равна Другое значение Ль (для Ьо126) вычисляется с помощью блока 12 вычитания, на вход которого поступает инверсное значение Ьо также беэ младших разрядов, Обэ значения А поступают на коммутатор 17, который управляется сигналом с выхода блока 22 сравнения кодов, Если этот сигнал равен 1 (т е, Ьо 126), то к выходам комму татора 17 подключается сигнал с выхода блока 1 вычитания,Аналогично вычисляется А - В 1- , к выходу коммутатора 20 -8код Ь 1 - В и в блоке 27 производится делегА - В 1ниеЬ 1 - В на - -- -, Если же Ь 1 О,8но знаки А и В не равны, то в блоке 27 осуществляется деление Ь 1 на Ъ. Результат деления Ь 1 поступает в блок 33, на выходе которого для каждого кодируемого блока иэ четырех шестирэзрядных элементов формируется шестирэзрядное кодовое слово, т,е, осуществляется 1,5-кратное сжатие потока.Такое же сжатие достигается и при использовании кодера-прототипа. Но в данном кодере точность преобразования вышеза счет использования более эффективной стратегии квантования Ь 1.Рассмотрим пример для группы ао= 40, а 1=-а 2 = аз=5.В кодере-прототипе квантования Ь 1 5 производится на интервале (О, 55). Опреде 55ляется С = )= 13, вычисляется4Ь 1= ) = 35/13)= 2 и трехразрядныйЬС 10 код Ь 1= 010 передается в канал, На приемной стороне производится вычисление огрубленного значения Ь 1 по правилу Ь 1= Ь 1 С = 213 =26. 15 Ь = В + Ь 1 С = 15 + 54 = 35,Если А и В меньше нуля, то восстановление Ь 1 осуществляется по правилу Ь 1 = В - Ь 1 С В рассмотренном примере ошибка 35 восстановления Ь 1(т,е. 1 Ь 1 - Ъ 11) для рассмотренного кодера равна нулю, в то В рассмотренном же кодере, поскольку А = 55 и В = 15 имеют равные знаки, то55 - 15определяется С =8=4, В канал отправляется код Ь 1 = 010. при этом первый разряд не является знаковым, В декодере восстановление Ь 1 производится 25 следующим образом; время как для кодера-прототипа она равна (35 - 26) = 9. Можно показать. что в общем случае при переходе от шкалы (О, А) к шкале (А - В, А) при АО, В0 и от шкалы (В, 0) к шкале (А, А - В) в случае А 0 и В 0 ошибка восстановления Ь 1 уменьшается. Как следствие, увеличивается точность преобразования видеосигнала и повышается качество кодированных изображений. Формула изобретения Кодер видеосигнала по авт,св. М 1506554. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности кодирования, в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, девятый и десятый блоки вычитания, а между выходом третьего блока вычитания и входом делимого четвертого блока деления и между выходом четвертого коммутатора и входом делителя четвертого блока деления введены соответственно пятый и шестой коммутаторы, первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ обьединен с первыми входами девятого и десятого блоков вычитания и подключен к выходу третьего коммутатора, второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ обьединен с вторым входом десятого блока вычитания и подключен к выходу второго коммутатора, второй вход девятого блока вычитания подключен к выходу третьего блока вычить ия, выходы девятого и десятого блоков вычитания соединены с вторыми информационными входами соотвеетственно пятого и шестого коммутаторов, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к управляющим входам пятого и шестого коммутаторов.1667256Составитель О.Ревинский Редактор А.Маковская Техред М,Моргентал Корректор Т.Палий Заказ 2534 Тираж 467 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Чосквэ, Ж, Раушская наб, 45