Устройство кодирования и декодирования телевизионного сигнала

(71) Грузинский технический университет(73) Грузинский технический университет(54) УСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ И ДЕДИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНА(57) Использование: в системах цифровогорования телевизионного сигнала в телевитехнике. Сущность изобретения: устройствожит на передающей стороне аналого-ципреобразователь 1, блок разделения сигнакости и цветности 2, вычитатель 3, квантовкодер 5 с переменной длиной кодированногблок буферной памяти передачи б, блок упр бадКомитет Россицской Федерации по патентам и товарным знакам КОЛАкодизионной содерфровой пов яратель 4, о слова, авления передачи 7, сумматор 8, предсказатель 9, блок оценки вектора перемещения передачи 10, блок определения исходного значения вектора перемещения передачи 11, а на приемной стороне - блок управления приемником 12, блок буферной памяти приемника 13, детектор 14 с переменной длиной декодирования слова, сумматор 15, блок разделения сигналов яркости и цветности 16, цифроаналоговый преобразователь 17, предсказатель 18, блок оценки вектора перемещения 19, блок определения перемещения 19, блок. определения исходного значения вектора перемещения приема 20. Уст - ройство обеспечивает дополнительное сокращение избыточности цифрового телевизионного сигнала путем повышения точности определения вектора перемещения, 4 ил.Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано всистемах цифрового кодирования телевизионных (ТВ) сигналов,Целью изобретения является дополнительное сокращение избыточности цифрового телевизионного сигнала путемповышения точности определения вектораперемещения.На фиг,1 представлена структурная схема устройства кодирования и декодирования системы видеоконференции с учетомболее точного определения исходного значения вектора перемещения; на фиг.2 -структурная схема блока оценки вектора пе- "5ремещения; на фиг,З - структурная схемаблока определения исходного вектора перемещения; на фиг,4 - структурные схемы блоков управления БУП и БУПр.Устройство кодирования и декодирования содержит на передающей стороне аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1,блок 2 разделения сигналов яркости и цветности, вычитатель 3, квантователь 4, кодер5 с переменной длиной кодируемого слова,блок буферной памяти передачи (БПП) 6,блок управления передатчиком (БУП) 7, сумматор 8, предсказатель 9, блок оценки вектора перемещения (БОП) 10, блокопределения исходного значения вектора 30перемещения передачи (БОИВП) 11, а наприемной стороне - блок управления приемником (БУПр) 12, блок буферной памятиприемника (БППр) 13, дектор 14 с переменной длиной декодирования слова, сумматор 3515, блок 10 разделения сигналов яркости ицветности, цифроаналоговый преобразователь (ЦЛП) 17, предсказатель 18, бло,к оценки вектора перемещения (БОП) "9, блокопределения исходного значенип вектора 40перемещения приема (БОИ ВПр) 20.Блок оценки вектора перемещения 10(фиг,2) содержит блок 21 памяти на кадр, тривычитателя 22, 23 и 24, три умножителя 2526 и 27 и четыре сумматора 2 Р, 29, 30 и 31, 45Блок определения исходного значениявектора перемещения 11 (ф иг.З) содержитнакапливающий сумматор 32, счетчик 33,делитель 34, блок 35 задер:жки на кадр, вычитатель 36 и сумматор 37, 50Блок управления передатчиком 7 (фиг.4 а)содержит блок 38 выделен,ия строчных и кадровых синхроимпульсоо, ь енератор 39 тактовой частоты 39, синхроге) ератор (СГ) 40, блок41 обьединения, импульс,сно-фазовый детектор 42 и формировател, 43 строчного и кадрового синхросигналов,Блок управлен 1 я приемником 12(фиг.4 б) содержит пр 1 демник 44 синхросигналов, импульсно-ф аэовый детектор 45,синхрогенератор (СГ) 46 и генератор тактовой частоты 47,Устройство кодирования и декодирования работает следующим образом. Полный цветной аналоговый видеосигнал подается на вход АЦП 1, где происходит дискретизация и представление каждого отсчета восьмиразрядным числом, а также на вход БУП 7, где из полного аналогового видеосигнала выделяется строчный синхроимпульс и формируются необходимые управляющие сигналы синхронные и синфаэные с входным сигналом, Затем цифровой. сигнал с выхода ЛЦП 1 подается на вход блока разделения сигналов яркости и цветности 2, где происходит разделение полного цветового цифрового видеосигнала на яркостный и составляющие цветоразностные сигналы, а затем согласно сигналам управления поступающим с БУП 7 происходит их распределение по времени, Цифровой сигнал с выхода блока подается на первый вход вычитателя 3, на второй вход которого подается предсказанное значение элемента (полученного с учетом вектора перемещения). где происходит вычисление ошибки предсказания, которая с выхода вычитателя 3 подается на вход квантователя 4, которая квантует дан-. ную ошибку предсказания, С выхода квантователя 4 квантованное значение ошибки предсказания подается на вход кодера 5, где происходит перекодирование на основе хорошо известного кода Хафмена, а также поступает в петлю обратной связи на первый вход сумматора 8, на второй вход которого поступает предсказанное значение с выхода предсказателя 9, в котором происходит восстановление значения элемента, которое подается на первые входы предсказателя 9 и БОП 10, с выхода которого сигнал подается на второй вход предсказателя 9 и на первый вход БОИВП .11. В блоке БОИВП 11 происходит определение суммы среднего значения вектора перемещения в каждом кадре и вычисленной разности средних значений вектора перемещения двух соседних кадров, которая подается на второй вход БОП 10, Поэтому рекурсивное определение вектора перемещения в данном кадре начинается не с нулевого значения, а с вычисленного в БОИВП 11 значения разности средних значений вектора перемещения, что улучшает сходимость алгоритма и, тем самым, повы-, шает степень сжатия цифрового ТВ сигнала,С выхода кодера 5 информация поступает на вход БПП 6, где происходит ее запись с частотой дискретизации с помощью сигнала, подаваемого с выхода БУП 17 и последующее считывание записанной информациис требуемой скоростью, которая зависит от степени сжатия, В случае заполнения БПП 6 на 60; в течение половины кадра (переполнения) с его выхода подается команда на второй вход квантователя 4 для выбора со ответствующей шкалы квантования (более грубой). С выхода БПП 6 информация поступает в канал связи.На приемной стороне информация из канала связи поступает как на вход БУПр 12, 10 в котором осуществляется синхронизация генератора тактовой частоты и формирование сигналов управления, так и на вход БПП 13, в котором осуществляется ее запись сигналом тактовой частоты и считывание сигналом с 15 частотой дискретизации, вырабатываемым в БУПр 12, Считанная информация поступает на вход декодера 14, где происходит ее декодирование на основе известного кода Хафмена. С выхода декодера 14 декодиро ванное значение ошибки предсказания подается на первый вход сумматора 15, на второй вход которого поступает предсказанное значение элемента с выхода Пр 18, в результате чего на выходе сумматора 15 25 получается восстановленное значение элемента, которое подается на вход блока 16, где происходит объединение яркостного и цветоразностного сигналов. С выхода блока 16 полный цветной цифровой сигнал посту пает на вход ЦАП 17, в котором формируется полный аналоговый ТВ сигнал. С выхода сумматора 15 восстановленное значение элемента изображения подается также на вход БОП 19, где вычисляется оценка век тора перемещения, которая поступает на второй вход предсказателя 18 и на первый вход БОИВПр 20. Блок БОИВПр 20 работает также как и БОИВП 11 на передающей стороне. 40Блок оценки вектора перемещения работает согласно следующему рекурсивному алгоритму поиска вектора перемещения 45-"Ф 4О = О - 1 еЬснк(ХУЭ - 1) х50где; О - оценка перемещения в 1-той итерации; 55Оь 1 - оценка перемещения в (1-1)-й итерации;е - коэффициент итерации, равный 1/1024; вснк (Х, У, Оь 1) - смещенная межкадровая разность;4ЯХ, У, Оь 1) - градиент интенсивности; (Х, У) - координаты текущего элемента, На вход блока определения перемещения поступает восстановленный сигнал от сумматора 8, который записывается в память блока 21, представляющую собой оперативную память емкостью на кадр, С первого выхода памяти сигнал подается на первый вход вычитателя 22, а на второй вход поступает тот же сигнал, что и на вход блока определения вектора перемещения от сумматора 8. Вычитатель 22 вычисляет смещенную межкадровую разность и в том случае, если эта разность превышает заданный порог, равный четырем единицам, представленным в двоичном коде, она выдается с выхода вычитателя 22 на первый вход умно- жителя 25, а на второй вход его подается коэффициент итерации е. Результат перемножения подается на вторые входы умножителей 26 и 27. Со второго и третьего выходов блока 21 сигналы поступают на первый и второй входы вычитателя 23, а с четвертого и пятого выходов - соответственно на первый и второй входы вычитателя 24. В результате вычитания и вычитателях 23 и 24 на их выходах формируются градиенты интенсивности по горизонтальному и вертикальному направлениям, которые подаются соответственно на первые входы умножителей 26 и 27. Результаты перемножения с выходов этих блоков умножения поступают на первые входы сумматоров 28 и 29, а на вторые их входы в начале каждого кадра, начиная с третьего, подаются координаты вектора (Оох и Осу) из блока БОИВП 11. В начальные моменты времени, когда в память записывается восстановительный сигнал первого и второго кадров, на вторые входы сумматоров 28 и 29 с блока БОИ ВП 11 подаются значения векторов Оох и О,у, равные нулю,Результаты суммирования с выходов сумматоров 28 и 29 подаются на первые входы сумматоров 30 и 31 соответственно, На выходах сумматоров 30 и 31 формируются координаты перемещения Й и 3 у оценки вектора перемещения Оь Эти выходы являются выходами блока оценки вектора перемещения БОП. Эти же координаты подаются соответственно на вторые входы сумматоров 30 и 31 и на второй и третий входы блока 21.При подаче на второй и третий входы блока 21 координат бхь бу на первом выходе20 30 35 50 55 Г 1 К 21 появляется элемент с координатами х+(с 4 и у+(ЗуД, где(ды 1 и(д, Д - скругленные до ближайшего целого числа значения координат перемещения Й и ду;,На втором и третьем выходах блока 21 появляются элементы с координатами х + с 1 х 1 + 1 и х + (дх;3 - 1, а на четвертом и пятом выходах ПК 21 - злементы с координатами у+ (оуД и у+(саД - 1. В случае, если координаты точек получаются отрицательными или их величина соответствует координатами, выходящим за пределы объема памяти, то их значение принимается равным нулю. БОИВ работает следующим образом,С выхода блока БОП 10 значение вектора перемещения (координаты У и У) подается на первый вход накапливающего сумматора 32 и на вход счетчика 33, а выход накапливающего сумматора 32 соединен со вторым входом 32, благодаря чему в накапливающем сумматоре 32 суммируются значения вектора перемещения втечение всего кадра, Счетчик 33 считает число поступающих в БОИВ 1 значений вектора перемещения. В конце каждого кадра информация с выходов накапливающего сумматора 32 и счетчика 33 поступает на первый и второй входы делителя 34, где осуществляется вычисление среднего значения вектора перемещения за данный кадр, С выхода делителя 34 усредненное значение вектора перемещения поступает на первые входы блока 35, вычитателя 36 и сумматора 37,В блоке 35 происходит задержка осредненного значения вектора перемещения на время кадра. Выход блока 35 соединен со входом вычитателя 36. Таким образом, в вычитателе 36 происходит определение разности усредненных значений векторов перемещения двух соседних кадров. В сумматоре 37 происходит суммирование разности значений векторов перемещения двух соседних кадров и осредненного значения вектора перемещения, поступающего с выхода делителя 34. С выхода делителя 34 информация выдается на БОП в канале каждого кадра, В блоках управления передатчика БУП 7 и приемника БУПр 12 реализуется метод импульсно-фазовой автоподстройки асо,В обоих блоках управления имеются синхрогенераторы СГ, состоящие изделителей тактовой частоты, осуществляющих деление тактовой частоты до частоты строк и кадров и формирователей сигналов управления, необходимых для управления рабо. той различных блоков устройства кодирования и декодирования, Оба СГ полностью построены на цифровых элементах;,Блок управления передатчика БП 7 работает следующим образом. В блоке 38 из приходящего от камеры полного видеосигнала выделяются раздельно строчные и кадровые синхроимпульсы. Выделенный строчный синхроимпульс с первого выхода блока 38 поступает на первый вход импульсно-фазового детектора(ИФД) 42, на второй вход которого подаются строчные синхроимпульсы со второго выхода СГ 40, которые одновременно подаются на вход формирователя 43. На выходе ИДФ 42 формируется напряжение, пропорциональное фазовому рассогласованию, которое подается нэ вход генератора 39, изменяя его частоту в требуемом направлении. Выход генератора 39 соединен с первым входом СГ 40, На второй вход СГ 40 подается выделенный в блоком 40 один раз за кадр, осуществляется тем самым "привязка" кадрового синхроимпульса БУП 7 к кадровой развертке камеры, С первого выхода СГ 40 на первый вход блока 41 подаются сформированные сигналы, необходимые для управления работой блоками БПП и кодера устройства кодирования. С третьего выхода СГ 40 кадровый синхроимпульс подается на второй выход формирователя 43, в котором формируются цифровые шумоподобные синхросигналы строчной и кадровой частоты, поступающие на второй вход блока 41, где они объединяются с сигналами управления, подаваемыми на его первый вход и с выхода блока 41 подаются на кодер и БПП устройства кодирования, Цифровые шумоподобные синхросигналы строчной и кадровой частоты с выхода БУП 7 подаются на вход БПП, записываются в память во время строчных и кадровых гасящих интервалов, в затем считываются из нее вместе с информационными посылками, об разуя в общем цифровом сигнале на выходе устройства кодирования периодические последовательности строчных и кадровых синхросигналов.С четвертого и пятого выходов СГ 40 необходимые сигналь 1 управления поступают на блоки ЦПП и БОП, БОИВ, АЦП соответственно,БУПр 12 работает следующим образом, Приходящий из линии цифровой поток, в котором периодически повторяются цифровые шумоподобные строчные и кадровые синхросигналы, поступает на вход приемника 44, где формируются строчные и кадровые синхроимпульсы. Кадровый синхроимпульс, как и в блоке БУП 7, поступает со второго выхода приемника 44 на второй вход СГ 46, осуществляя кадровую синхронизацию сигналов, формируемых в БУПр 12, а строчный синхроимпульс с первого выхода приемни 2003236 10ка 44 подается на второй вход импульсно- фазового детектора 45, на первый вход которого поступает строчный синхроимпульс с первого выхода СГ 46. Формированное на выходе импульсно-фазового детектора 45 напряжение, пропорциональное фазовому рассогласованию входных сигналов, подается на управляемый элемент синхронизируемого местного генератора 47,Ф о р мул а и зоб рете н и яУСТРОЙСТВО КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА, содержащее на передающей стороне последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вход которого является входом устройства, блок разделения сигналов яркости и цвет- ности, вычитатель, квантователь, кодер с переменной длиной кодирующего слова и блок буферной памяти передачи, первый выход которого является выходом передающей сторонь 1, блок управления передатчиком, вход которого соединен с первым входом АЦП, а первый, второй и третий выходы - соответственно с тактовым входом АЦП, управляющим входом блока разделения сигналов яркости и цветности и управляющими входами кодера с переменной длиной кодирующего слова и блока буферной памяти передачи, второй выход которого соединен с вторым входом квантователя, выход которого соединен также с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с вторым входом вычитателя и выходом предсказателя, первый вход которого соединен с первым входом блока оценки вектора перемещения и выходом сумматора, а второй вход - с выходом блока оценки вектора перемещения, .второй вход которого соединен с первым выходом блока управления передатчиком, и на приемной стороне - последовательно соединенные блок буферной памяти приемника, декодер с переменной длиной деосуществляя подстройку частоты, Сигнал тактовой частоты с выхода генератора 47 поступает на первый вход СГ 46, в котором формируются необходимые управляющие 5 сигналы для управления различных блоковустройства декодирования,(56) Авторское свидетельство СССР М %63777, кл, Н 04 М 7/137, 1989.10кодирования слова, сумматор, блок разделения сигналов яркости и цветности и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого является выходом устрой ства, блок управления приемником, входкоторого соединен с первым входом блока буферной памяти, а первый, второй и третий выходы - соответственно с управляющими входами блока буферной памяти 20 приемника и декодера с переменной длиной декодирования слова, управляющим входом блока разделения сигналов яркости и цветности и управляющими входами ЦАП и блока оценки вектора движения, второй вход которого соединен с первым входом предсказателя и выходом сумматора, а выход - с вторым входом предсказателя, выход которого соединен с вторым входом сумматора, отличающееся тем, что в него введены на передающей стороне блок определения исходного значения вектора перемещения передачи, информационный и управляющий входы которого 35 соединены соответственно с выходом блока оценки вектора перемещения и первым .выходом блока управления передатчиком, а выход соединен с третьим входом блока оценки вектора перемещения, на прием ной стороне введен блок определения исходного значения вектора перемещения приема, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим выходом блока управления приемником и выхо 45 дом блока оценки вектора перемещения,а выход соединен с третьим входом блока оценки вектора перемещения.2003236 8 аЯЦ 6 Ы 8 ИП НаЦПП бЮ Ядр ЗРЗ оставитель И. Грацианскаяехред М.Моргентал Корректор М, Керецма Редактор В. Трубченк За 3 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент"г. ужгород. ул, Гагарина, 1