Телевизионная система с компрессией цифровых сигналов изображения

10358Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов изображений.Известно устройство для компрессии 5 дискретизированного сигнала изображения линейным ортогональным преобразованием матрицей Уолша-Пэли, реализующее быстрое преобразование Пэли, передающая часть которого содержит 10 последовательно соединенные телеви- зионную камеру, аналого-цифровой пре" образователь (АЦП), входные регистры, сумматоры и вычитающие схемы, блок управления и выходные регистры, а 15 приемная часть содержит последовательно соединенные входные регистры, сумматоры и вычитающие схемы, делители на целое число, выходные регистры, цифро-аналоговый преобразователь, ви" 20 деоконтрольный блок и блок управле-, ния. С выходных регистров передающей части коэффициенты преобразования через линию связи поступают в приемную часть устройства, где происходит об ратное преобразование1Недостатком известного устройства является сложность технической реализации, низкая скорост,ь обработки информации и большие габариты. 30Известно также устройство для сокращения избыточности цифровых сигналов изображений, содержащее последовательно соединенные АЦП, первый .вход которого подключен к выходу телевизионной камеры, сумматор, делитель и выходной регистр, выход которого подключен к линии связи, вторые входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвер тому выходам блока управления, блок задержки, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй входс пятым выходом блока управления, а выход - с третьим входом сумматора, 45 . и переключатель режимов работы, вход которого подключен к шестому выходу блока управления, а выход - к третьему входу делителя 1. 2.Недостатком известного устройства 50 является низкое качество изображения при восстановлении иэображения вприемной части.Наиболее близкой к предложенной по техническому решению является те левизионная система с компрессиейцифровых сигналов изображения, передающая часть которой содержит после 32 2довательно включенные АЦП, соединенный первым входом с выходом передающей телевизионной камеры, сумматор,.делитель и выходной регистр, выход которого подключен к линии связи,вторые входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления, блок задержки, первый вход которого подключен к выходу сумматора, второй вход - к пятому выходу блока управления, а выход - к третьему входу сумматора, и переключатель режимов работы, вход которого соединенс шестым выходом блока управления, авыход - с третьим входом делителя 3.1Приемная часть содержит последовательно включенные входной регистр, соединенный первым входом с линиейсвязи, а вторым входом - с первым выходом блока управления, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и видео- контрольный блок (ВКУ), вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления, и переключатель режимов работы, вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход - к третьему входу ЦАП Г 2.Известная система реализует модифицированное линейное преобразование Пэли и обеспечивает увеличение быстродействия и упрощение схемы устройства при таком же качестве восстанов" ленного изображения, какое было при обработке с помощью устройства 1, реализующего быстрое преобразование Пали (быстрое преобразование Уолша),С помощью этой системы сложная задача вычисления М Я коэффициентов заменяется вычислением среднеарифме" тических значений двух соседних дискретных элементов, а вычисление Й 4 коэффициентов - вычислением среднеарифметических значений четырех соседних дискретных элементов и т.д в общем случае вычисление Н 12" коэффициентов заменяется вычислением среднеарифметических значений 2(1=1,2,и) соседних дискретных элементов изображения.Для большинства изображений качество преобразованного изображения заметно ухудшается при коэффициентах сокращения избыточности больше двух. Поэтому передающая и приемная части устройства в основном должны работать в режиме, соответствующем коэффициен3 10358ту сокращения избыточности равномудвум,Недостатком известной системы является то, что сигнал изображения,обработанный с помощью вышеуказанныхустройств, после восстановления характеризуется. заметной ступенчатойструктурой и размытостью на границахсравнительно резких наклонных перепадов яркости, а на границах сравни Отельно резких вертикальных перепадовяркости - только размытостью границ.Такие искажения заметны даже при коэффициенте сокращения избыточностиравном двум. 5Целью изобретения является повышение качества воспроизводимого изображения путем уменьшения размытостиграниц крупных деталей изображения изаметности ступенчатой структуры,. 20Поставленная цель достигается тем, что в телевизионную систему с компрессией цифровых сигналов изображений, содержащую в передающей части последовательно соединенные ЦАП, первый вход которого подключен к выходу передающей телевизионной камеры, сумматор, делитель и выходной регистр, выход которого подключен к входу линии связи, тактовые входы которых подключены соответственно к первому, второму, третьему и цетвертому выходам . блока управления, блок задержки, первый вход которого соединен" с выходом сумматора, тактовый вход - с пятым выходом блока управления, а выход - с вторым входом сумматора, и переключа. тель режимов работы, вход которого подключен к шестому выходу блока управления, а выход - к управляющему входу делителя, а в приемной цастипоследовательно соединенные входной регистр, вход которого подключен к выходу линии связи, ЦАП и ВКУ, тактовые входы которых подключены соответственно к первому, второму, и третьему выходам блока управления, и переключатель режимов работы, вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а выход - с управляющим входом ЦАП, в приемную часть между вторым выходом входного регистра и разрешающим входом ЦАП введены последовательно соединенные блок памяти, блок вычисления среднеариФметических .55 значений и блок сравнения, тактовые входы которых подключены соответственно к пятому, шестому и седьмому 32 4выходам блока управления, при этом второй выход блока памяти соединен с вторым входом блока сравнения.На фиг.1 представлена структурная .электрическая схема телевизионной системы; на фиг.2 - исходные О и К изображения и получающиеся на выходе передающей части (в и г).Передающая часть предложенной телевизионной системы содержит передающую телевизионную камеру 1, АЦП 2, сумматор 3, блок управления 11, дели" тель 5, блок задержки 6, выходной регистр 7 и переключатель о режимов работы.Приемная часть содержит входной регистр 9, ЦАП 10, ВКУ 11, блок управления 12, переключатель 13. режимовщв работы, блок памяти 11, блок 15 вычисления среднеарифметических значений и блок сравнения 16.Телевизионная система с компресч сией цифровых сигналов изображении работает следующим образом.Аналоговый сигнал с передающей телевизионной камеры 1 поступает на вход АЦП 2, где происходит дискретизация во времени и квантование уровней шестиразрядным кодом. Выходной дискретизированный шестираэрядный цифровой сигнал поступает на первый вход сумматора 3, где он складывается с предыдущим дискретиэированным значением сигнала, поступающим с задержкой на второй вход сумматора 3 с блока задержки 6. Таким образом можно найти сумму Й дискретных значений исходного сигнала.В делителе 5 в соответствии с положением переключателя 8 режимов работы происходит деление на целое число: либо на два, если в сумматоре 3 складываются два дискретных. значения исходного сигнала, либо на четыре, если складываются четыре значения и т.д в общем случае на й, если складываются й дискретных значений. Результаты деления поступают через выходной регистр 7 в линию связи и далее на приемную часть устройства.Приемная часть предложенного уст" ройства работает в режиме., соответствующем коэффициенту компрессии (сокра" щения избыточности) равному двум, следующим образом (в других режимах работы восстановление контуров не производится и поэтому в этих режимах5 10358 приемная часть работает так же, как в известном устройстве) .При описании работы приемной части предложенного устройства в режиме, соответствующем коэффициенту сокращения избыточности равному двум, приняты дополнительные обозначения: 1, 11, 111 и т,д. - средние значения двух соседних элементов изображения.ООбработанная с помощью передающей части системы по модифицированному алгоритму линейного преобразования последовательность цифрового потока, соответствующая среднему знацению двух соседних дискретных элементов изображения, с линии связи поступает на входной регистр 9. С второго выхода входного регистра 9 цифровой поток, соответствующий четырем (или шести) соседним элементам (трем соседним средним значениям), переписывается а блок памяти 14. С первого выхода блока памяти 14 цифровые значения первого и четвертого элементов ( и 111 средних) переписываются в блок 15 вычисления среднеарифметических значений, с выхода которого результат вычисления подается на первый вход блока сравнения 16, на второй вход которого в этот же момент вре,мени с второго выхода блока памяти 14 поступают цифровые значения второго и третьего элементов (11 среднего). В блоке сравнения 16 происходит срав 35 нение среднеарифметического значения первого и четвертого элементов ( исредних) со значениями второго и третьего элементов (11 среднего), Если блок сравнения 16 установит, что среднеарифметическое значение первого и четвертого элементов (1 и 111 средних) и значение второго и третьего элементов (1 среднего) равны, то выдается сигнал "Сравнение" (логичес"45 кая единица) и в ЦАП 2 на месте второго элемента (1 среднего) повторяется значение первого (предыдущего) элемента (1 среднего), а на месте третьего элемента (11 среднего) - значение четвертого (последующего) эпемента (11 среднего). Гсли блок сравнения 16 установит, цто среднеарифметическое значение первого и четверто" го элементов (1 и 111 средних) отличается от значения второго и третьего 55 элементов (11 среднего), то.выдается сигнал "Несравнение" (логический нуль) и в ЦАП 2 как первый, так и 32 6второй, третий и четвертый элементы (1, 11 и 111 средние) сохраняет свои значения, т.е. записывается в такой же последовательности, как поступили на в;од входного регистра 1.С выхода ЦАП 2 восстановленный аналоговый сигнал подается на вход ВКУ 11, Переключатель 13 режимов работы при этом работает а таком режиме, который. соответствует коэффициенту сокращения избыточности равному двум. Блок управления 12 управляет работой приемной части устройства, в том числе осуществляет синхронизацию ВКУ 11.В других режимах работы устройства, которые могут быть использованы сравнительно редко, дополнительная обработка в приемной части не проводится и в таких случаях с первого выхода входного регистра 9 кодовые комбинациибез дополнительной обработки поступают на первый вход цифро-аналогового преобразователя 0.Как видно, из вышеизложенного, для дополнительной обработки необходим интервал времени, равный длительности трех последующих (соседних) средних значений, поэтому во входном регистре 1 предусмотрена задержка подачи в цифро-аналоговый преобразователь 2 цифрового потока на время равное длительности трех соседних средних значений. Входной регисто 1 вклюцает в себя 3 группы триггеров ( 6 триггеров в одной группе ), которые предназначены для записи трех соседних шести- разрядных средних значений, 7 ак как на вход входного регистра 1 разряды посту" пают последовательно, необходим еще один дополнительный триггер для предварительной записи первого разряда каждого среднего значения (каждой шести- разрядной кодовой комбинации).Алгоритм работы предложенного устройства, который диктуется алгоритмом модифицированного линейного преобразования, поясняется фиг.2.Пусть имеются два фрагмента исходного сигнала изображения с резким наклонным (фиг,2 а) и вертикальным (фиг.2 б) перепадом яркости. Ступенчатая структура в исходном Фрагменте с наклонным перепадом яркости (фиг.2 а) обусловлена строчным разложением сигнала иэображения. Результаты преобразования этих Фрагментов в передающей части представлены на Фиг.2 (а и г) .З 2 8второй строке, С и К, т,е. 11 и 1 Ч средних на четвертой строке и т,д,) ,равны друг другу. ЗТо позволяет применить дополнительную обработку с целью восстановления исходной структуры данного фрагмента.Такой же подход к обработке справедлив и для вертикального перепада яркости (фиг,26), для которого размытость заметна на всех строках, Для приведенного фрагмента в результате преобразования размытыми окажутся элементы К и С 4 на всех строках фрагмента.Устройство обеспечивает восстановление исходной структуры на перепадах яркости с любым углом наклона.Рассмотрим процесс восстановления исходной структуры для второй строки иэображения.Для устранения размытости, которая имеет место на элементах К и С 2 и с появлением которой связано укрупнение ступенчатой структуры, в блоке памяти приемной части устройства запоминаются значения элементов С (1 среднее) К С (1 среднее) и К. (111 среднее). После этого в блоке 15 вычисления среднеарифметического значения вычисляется среднеарифметическое значение элементов С, и К(первого и четвертого, т,е. 1 и 111 средних которое в схеме сравнения сравнивается со значениями элементов К, и,С (второго и третьего элементов, т.е.11 среднего), Так как они равны друг другу, элемент К (второй) получает значение элемента С (первого, т,е.среднего), элемент С(третий) значение элемента К (четвертого, т.е, 11 среднего) и таким образом восстанавливаются их истинные знацения.Аналогичную процедуру для этих элементов осуществляет устройство и . на третьей; четвертой и т.д. строках, но так как вблизи перепадов такие равенства не имеют места, устройство не вносит никаких изменений. 7 30358На фиг.2 в вертикальном направлении обозначены номера строк й 1-й 10 а в горизонтальном направлении " номера элементов изображения .на опре" . деленном, обозначенном соответствующим индексом, участке строки, Каждый участок состоит из двух элементов (К 4 и С., К и С и т.д., в общем случае Н 1, и С), которые подвергаются преобразованию (усредняются) на пере дающей части устройства. Причем одному участку соответствует среднее зна" чение двух соседних элементов дискретизированного изображения, а индексы, отдельных элементов указывают на но мера средних знамений.Как видно из фиг.2 1 в и г ) на на клонном фрагменте подчеркивается (ук- . рупняется, увеличивается) ступенчатая структура и в некоторых местах замет на размытость границы, а на верти" кальном Фрагменте по всему перепаду заметна размытость границы.Наклонный Фрагмент имеет такой угол наклона, цто после преобразова ния в передающей части размытыми ока" зываются перепады только на четных номерах строк (фиг,2 в), Так как в исходном наклонном фрагменте (Фиг.2 а) элементы С, и К 1,+, а также элементы ЗО Сл+1 и Кп+ на четных строках вблизи перепада яркости имеют одинаковые значения яркости, после преобразования элементы К +4 и СК и С 2, т.е.11 среднее на второйстроке, К, и С, т,е,. 111 среднее на четвертой строке, и т,д. принимают среднеарифметическое значение. Элемент С С, т.е.среднее на второй строке, С, т.е, 11 среднее на цетвертой,и т,д. в резуль О тате:преобразования не изменяется, так как усредняется с предыдущим, ,равным ему по значению. Элементом К, (К 4 на второй, строке, К на четвертой и т, д.), Аналогично элемент Ки45 (Кна второй строке, К+ на четвертой и т.д,) в результате преобразования сохраняет свое. значение, так как усредйяется с последующим, равным ему по значению, элементов С 1+(С на второй строке, С.на четвертой строке и т,д.). Таким образом, среднеарифметическое значение элементов К и 4 и Си+ (К и С на второй строке, К и С 55 на.четвертой и т.д.) и среднеарифметическое значение элементов С и и К + (С и К, т.е. 1 и 11 средних на Все вышеуказанное справедливо для любого виде перепада: как с темного к яркому, так и наоборот. Ширина каждой из двух частей перепада при этом недожна быть меньше, чем три элемента; В противном случае исходная структура не восстанавливается. Таким образом, с помощью предложенной телевизиоНной системы возмож 1035832 10но значительно улучшить качество при-.нятого изображения, обработанного сцелью сокращения избыточности по модифицированному линейному преобраз,ванию. При этом габариты устройстваувели.чиваются незначительно.1035832 И 67 ЮВ ИЯ 670 м СоставительТехред А.Баб каэ 5857/6 отк кая оектна ород Редактор С.Тимох Тираж 677 НИИПИ Государственного по делам изобретений и 035, Москва, Ж, Раув филиал ЙПП "Патент", г. У И 5 Иб 07 лд симова Корректор А,Повх Подписноеета СССРытийнаб д. /5