Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала (его варианты)

-09 3 следов сти ме пловом тв свя 1980,др. И аметн е и .гр сред ения,Усеченное блоч.оуровневой гра" 68, 9 7,С,В. и др, Г ТВ изображени евидения, 19 упповое к- Техни 7, У 9, дировани инои т 52" 54 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Алявдин М,С, иметодов уменьшения зблочной структуры прдировании / Техникасер. Техника телевидвып. 6, с. 61-70.Митчелл О.Р, и дрное кодирование многфики. ТИИЭР, 1980, тс. 129-135С 41 дыко(54) СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА (ЕГОВАРИАНТЫ)(57) Изобретение относится к техникетелевидения иобеспечивает уменьшение ошибок квантования. В первомварианте на передающей стороне массив исходных отсчетов сглаживают путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания в ш и праз меньшими номинальных граничныхчастот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих. телевизионного изображения. Массив отсчетов распределяют по двумернымблокам размером ш отсчетов по горизонтали и и отсчетов по вертикалиВ каждом блоке выделяют опорный отсчет и передают его значение (11239894последовательность). Затем для каж- вом, содержащим на передающей стородого блока определяют разность меж- не ФНЧ 1 дискретиэатор 2, блок ду исходными отсчетами в блоке и их задержки 3, вычитающий блок 4, комсглаженнымн значениями и передают паратор 5, вычислитель 6, мультиплекзнаки этих разностей (11 последова- сор 7, буферные накопители 8 и 9, а тельность). Далее определяют усред- на приемной стороне - демультиплек" пенные по блоку оценки амплитуды сор 10, ФНЧ 11 вычислитель 2, блок разностей и передаютих значения (111 13 , выполняющий операцию ИСКЛ 10- последовательность). На приемной , ЧАЮЩЕЕ ИЛИ , блоки задержкки 14 стороне осуществляются обратные опе- и 15, сумматор 16. 2 с. п.рации. Реализуется способ устройст- ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к технике телевидения, к методам эффективного кодирования телевизионного сигнала для передачи по каналу связи или для, записи, позволяющих уменьшить число бит (двоичных разрядов) на элемент изображения. Цель изобретения вуменьшениеошибок кодирования,На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема первого варианта устройства, реализующего способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала на фиг, 2 то же второго варианта устройства,реализующего способ кодирования и декодирования телевизионного снгнвлвф,на фиг, 3 -. диаграммы, иллюстрирующие способ кодирования и декодирования телевизионного сигнвлаф на фиг.4импульсная характеристика фильтранижних частот, реализующего .сглажи"ванне отсчетов сигнала 1 на фиг. 5 "диаграмма, иллюстрирующая интерполя"цию отсчетов на приемной стороне,Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала осуществляется следующим образом.В первом варианте на передающейстороне массив исходных отсчетовсглаживают путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропус"кания по горизонтали и вертикалисоответственно в ш и и раз меньше но-минальных граничных частот горизонтальных и вертикальных составляющихмассива исходных отсчетов. Массивотсчетов распределяют по двумерным блокам размером ш отсчетов по горизонтали и и отсчетов по вертикали,В каждом блоке иэ сглаженных отсчетов выделяют .опорный отсчет и пе 5 редвют его значение. Для каждого блока находят значения сигнала разностей между исходными отсчетами в бло"ке и их сглаженными значениями. Формируют и передают знаки укаэанныхразностей,по которым находят усредненные (по блоку) оценки вмплиту"ды разностей и передают их значения, На приемной стороне сглаживаютпереданные опорные отсчеты путемдвумерной фильтрации нижних частот стакими же полосами пронускания, что,и при сглаживании исходных отсчетовна передающей стороне,Для каждого блока по знакам раз 2 О ностей и усредненным оценкам амплитуды разностей восстанавливают зна"чения сигналов разностей, Восстанавливают массив отсчетов сигнала, сум"мируя в каждом блоке сглаженные эна"25, чения отсчетов с восстановленными, значениями сигнала разностей. Во втором варианте на передающейстороне выделенные опорные отсчеты Зф подвергают дополнительной фильтрациис такими же полосами пропускания,чтои при фильтрации исходных отсчетов.После этого находят значение сигнала разностей для каждого блока меж ду исходными отсчетами в блоке и отсчетами, полученными при дополнительной фильтрации Все остальные операции на передающей и приемной сторонах выполняют в той же последо1239 вательности, что и для первого вари. анта.В качестве примера рассмотрим одномерный вариант с блоками размером 4 к 1, На диаграмме (фиг. За) исходная последовательность отсчетов 1, последовательность сглаженных отсчетов - 11, полученных путем фильтрации нижних частот с полосой пропускания в четыре раза меньшей, чем 1 О номинальная граничная частота горизонтальных составляющих массива исходных отсчетов. В сглаженной последовательности полностью отсутствуют какие-либо признаки блочной струк туры. Пунктирными вертикальными лини. ями здесь показаны границы блоковКроме того, зачерненными кружками ,показаны передаваемые опорные отсчеты. 20При дополнительной фильтрации опорных отсчетов получается последовательность отсчетов, аналогичная показанной на диаграмме (фиг. Зц) кружками. 25 4 Т 4 Т По первому варианту (фиг. 1) устройство содержит на передающей стороне фильтр нижних частей (ФНЧ) 1 дискретиэатор 2, блок Э задержки, вычитающий блок 4, компаратор 5, вычислитель 6, мультиплексор 7, первый буферный накопитель 8, второй буферный накопитель 9, на приемной сторо" не - демультиплексор 10, ФНЧ 11, вычислитель 12, блок 13, первый блок На диаграмме (фиг. Зо) показаны значения сигнала разностей междуисходными отсчетами и сглаженнымизначениями отсчетов, на диаграмме(фиг. 3) - знаки разностей в блоках; на диаграмме (фиг. 32) - усред"ненные оценки амплитуд разностей вблоках, на диаграмме (фиг, 3) показано, как на приемной стороне нэ 35опорных отсчетов с помощью фильтра-.ции нижних частот с такой же полосойпропускания, что,и на передающей сто.роне, получают сглаженные отсчеты.Полученная таким образом огибающая отсчетов аналогична огибающей,получаемой на передающей стороне.Процедура сглаживания отсчетов с по-.мощью фильтрации может быть выполнена с любой заданной степенью точсности, если реализующий ее фильтрбудет приближаться к идеальномуфильтру нижних частот, поскольку приэтом все с большей точностью будутвыполняться условия теоремы Котельникова для последовательности отсчетов.Нри восстановлении отсчетов сигнала путем суммирования сглаженныхотсчетов с усредненными оцЕнками 55разностей амплитуд с учетом знаковэтих разностей блочная структура невозникает,894 4На фиг, 4 представлена импульсная 1характеристика фильтра нижних частот, реализующего сглаживание по горизонтали для кодирования с бло-ками размером 4 1 путем операции свертки с последовательностью исход" ных отсчетов. В данном случае импульсная характеристика фильтра пред ставляет собой дискретную функцию с огибающей в виде главного положи", тельного лепестка функции где Т - шаг исходных отсчетов,При необходимости обеспечить луч"шее приближение к идеальному фильтрутребуется увеличить длительностьимпульсной характеристики. Практически точность приближения ограничивается только допустимым объектомвычислений при фильтрации, Однакоиз анализа процессов, происходящихпри кодировании в спектральной об.ласти, вытекает, что фильтрация спредставленной на фиг. Э импульснойхарактеристикой достаточна для полного устранения блочной структуры,На фиг, 5 показано, как на прием"ной стороне может быть выполненосглаживание опорных отсчетов с помощью линейной интерполяции, котораяреализуется известными приемами иобеспечивает первое приближение ктребуемой фильтрации. Здесь отсчетыВ 1 и 4 - опорные, а У 2 и 3 - интерполируемые, При необходимостиувеличить точность обеспечиваемойв этом случае фильтрации линейнаяинтерполяция может быть заменена параболической или более высокого по"рядка интерполяцией. Такая же интерполяция может быть использована дляповторенной фильтрации опорных отсчетов на передающей стороне согласно второму варианту выполненияспособа,94 Ф 1239814 задержки, второй блок 15 задержкисумматор 16,На вход устройства поступает последовательность исходных отсчетовсигнала, Затем отсчеты подвергаютсяфильтрации в ФНЧ 1, В дискретизаторе2 иэ сглаженной последовательностиотсчетов выбираются более редкиеопорные отсчеты, Исходная последовательность отсчетов через блок 3 за Одержки поступает на один вход вычитающего блока 4, на второй вход. которого поступает сглаженная последовательность отсчетов. На выхбдевычитающего блока 4 образуются раэности между исходными и сглаженнымиотсчетами. Блок 3 задержки служитдля компенсации задержки отсчетовв ФНЧ 1, С помощью компаратора 5 иэполученных разностей образуются знаки разностей. В вычислителе 6 обра,зуютсяусредненные оценки разностейдля каждого блока. В качестве такихоценок могут быть использованы средние или среднеквадратичные эначения амплитуды разностей в блоках,либо другие подобные величины.Опорные отсчеты, знаки разностейи усредненные оценки разностей поЗОступают на входы мультиплексора 7для формирования передаваемого сигнала. Перед этим опорные отсчетыпропускают через первый. буферныйнакопитель 8, а знаки - через второй буферный накопитель 9.35При приеме уплотненные во време"ни коды передаваемых сигналов поступают на демультиплексор 1 О, которыйраспределяет сигналы по трем направлениям, Опорные отсчеты поступают навход фильтра 11 нижних частот. Усредненные оценки разностей поступаютиа вычислитель 12 - вычислитель эна"чений модулей разностей, В простейшем случае значение модуля разности 45может быть равно передаваемой усредненной оценке разностей; при этомвычислитель не производит никакихопераций. В блоке 13, который выполняет операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, измодулей разностей и знаков разностей,поступающих на второй вход блока 13через первый блок задержки 14, восстанавливаются разности между исходными и сглаженными отсчетами. Восста новленные разности проходят черезвторой блок 15 задержки, и в сумматоре 16 суммируются со сглаженными отсчетами, поступающими с выходаФНЧ 11. На выходе устройства образу-,ются восстановленные отсчеты сигнала.По второму варианту (фиг, 2)устройство содержит на передающейстороне ФНЧ 17, дискретизатор 18,дополнительный ФНЧ 19, первый буферный накопитель 20, блок 21 задержки, вычитающий блок 22, компаратор23, вычислитель 24, второй буферныйнакопитель 25, мультиплексор 26, наприемной стороне - демультиплексор27, ФНЧ 28, вычислитель 29, блок 30.первый блок 31 задержки, второй блок32 задержки, сумматор 33,На вход устройства поступает последовательность исходных отсчетовсигнала, Затем отсчеты подвергаютсяфильтрации в ФНЧ 1, в дискретиэаторе 18 из сглаженной последовательности отсчетов выбираются более редкиеопорные отсчеты. Исходная последовательность отсчетов через блок 21 задержки поступает на один вход вычитающего блока 22, на второй вход которого поступает последовательностьотсчетов после дополнительной фильт"рации дополнительным ФНЧ 19, и приэтом заранее учитываются .искажения,вносимые неидеальным ФНЧ 28 на приемной стороне, На выходе вычитающегоблока 22 образуются разности междуисходными и сглаженными отсчетами,Блок 21 задержки компенсирует задержки отсчетов в ФНЧ 17. Компаратор 23из полученных разностей образует знаки разностей, Вычислитель 24 усредняет оценки разностей для каждогоблока Затем опорные отсчеты, знакиразностей и усредненные оценки амплитуд поступают на мультиплексор26 для передачи сформированных последовательностей отсчетов, При этомопорные отсчеты проходят через первый буферный накопитель 20, а знаки разностей - через второй буферныйнакопитель 25,На. приемной стороне уплотненныепо времени коды передаваемых сигналов поступают. на демультиплексор 27,который распределяет сигналы по тремнаправлениям, Опорные отсчеты поступают на вход ФНЧ 28, усредненные оценки разностей - на вычислитель 29,который вычисляет значение модулейразностей. В блоке 30 осуществляетсяоперация ИСКЛЮЧА 1 ОЩЕЕ ИЛИ над модулями разностей и знаками разностей, 1239894при этом знак разностей проходит через первый блок 31 задержки, восстанавливаются разности между исходными и сглаженными отсчетами и проходят через второй блок 32 задержки, и в сумматоре 33 суммируются со сглаженными отсчетамй с выхода ФНЧ 28, на выходе устройства образуются восстановленные отсчеты сигнала.формула изобретения1. Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала, заключающийся в передаче трех последовательностей отсчетов, первая иэ ко торых сформирована путем предварительной обработки исходных отсчетов, включающей распределение отсчетов по блокам с горизонтальным размером ш и вертикальным размером и, и выделения опорных отсчетов из предварительно обработанных исходных отсчетов, вторая последовательность отсчетов - путем вычитания предварительно обработанных отсчетов иэ исходйых отсчетов и последующего Формирования сигнала полярности разностей предварительно обработанных и исходных отсчетов, третья последова. тельность отсчетов - путем формирования усредненных по блокам значений сигнала разностей предварительно обработанных и исходных отсчетов, и в приеме трех последовательностей отсчетов с последующим восстановлением значений сигнала разностей предварительно обработанных и исходных отсчетов и суммированием восстановленных разностей с предварительно обработанными опорными отсчетами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения ошибок кодирования, при передаче предварительная обработка исходных отсчетов осущест:вляется до распределения отсчетов по блокам путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания в ш и и раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальных составляющих телевизионного изображения, и при приеме предварительная обработка осуществляется путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания э ш и о раэ меньшими номинальных граничных ча"тот соответственно горизонтальныхи вертикальных составляющих телевизионного изображения. 5 2. Способ кодирования и декодирования телевизионного сигнала, з,ключающийся в передаче трех после -довательностей отсчетов, первая иэкоторых сформирована путем предва рительной обработки исходных отсчетов, включающей распределение отсчетов по блокам с горизонтальным размером ш и вертикальным размером и,и выделения опорных отсчетов из пред.15 варительно обработанных исходныхотсчетов, вторая последовательностьпутем формирования сигнала разностей с последующим формированием сигнала полярности разностей, третья 20 последовательность отсчетов - путемформирования усредненных по блокамэначений сигнала разностей, и в приеме трех последовательностей отсчетов с последующим восстановлением 25 значений сигнала разностей и суммированием восстановленных значенийсигнала разностей с предварительнообработанными опорными отсчетами,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, ЗО с целью уменьшения ошибок кодирования, при передаче предварительнаяобработка исходных отсчетов осуществляется до распределения отсчетов по блокам путем двумерной фильтрации нижних частот с полосами пропускания в ш и п раз меньшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальных и вертикальныхсоставляющих телевиэионного изобра жения после выделения .опорных отсчетов осуществляется дополнительнаядвумерная фильтрация нижних частотс полосами пропускания в т и п раэменьшими номинальных граничных частот соответственно горизонтальныхи вертикальных составляющих,телевизи.онного изображения; формированиесигнала разностей осуществляетсяпутем вычитания дополнительно профиль-.трованных опорных отсчетов, и при приеме предварительная обработка осуществляется путем двумерной фильтра"ции нижних частот с полосами пропускания в.ш и и раз меньшими номинальных граничных частот соответственногоризонтальных и эертикальных составляющих телевизионного иэображения.Подписноеета СССР 411/58 Тирак ВНИИПИ Гос по дела 113035, Москвб 24 дарственного комит изобретений и отк Ж, Рауасквя и