Устройство для формирования бинарных телевизионных сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 181870 А 1 Н 04 й 7/18, 5/1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство1356060, кл, Н 04 й 7/18, 1986. тут ССР РМИРОВАНИННЫХ СИГНА СТРОЙСТВО ДЛЯ ФО АРНЫХ ТЕЛЕВИЗИО зобретение относится ния и может быть испо х телевизионных дачи изображений гра х документов по узко вязи, а также для ввод рмации в ЭВМ. Цель ике теле- но в цифистемах их и текым канаизионной етения -к техн льзова (ТВ) с фическ полосн а телев иэобр(54) У БИН ЛОВ (57) И виде ровы пере стовы лам с инфо РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ повышение точности формирования бинарного телевизионного сигнала путем уменьшения вероятности ошибки бинарного квантования исходного сигнала с шумом. Устройство содержит датчик 1 ТВ-сигнала, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 формирования сигнала фрагмента изображения, блок 4 буферной памяти и формирователь 5 двухградационного сигнала, а также формирователь 6 порогового уровня. выполненный в виде последовательного соединенных блока 7 формирования гистограммы, детектора 8 локального минимума и решающего устройства 9. а также - синхрогенератор 10. Определение оптимального значения порога учитывает воздействие шума на исходной сигнал, что позволяет повысить точность квантования, 9 ил.(фиг,8) содержит регистр 38, регистр задержки 39, регистры 40, 41, компараторы 42,43,20 Т-триггер 44, схему И 45. Вход регистра 38подсоединен к выходу ОЗУ 34 блока 7, авыход - к входам регистра задержки 39 икомпаратора 43, второй вход которого подключен к выходу регистра 40, Вход регистра25 40 подключен к выходу регистра задержки39.Выход компаратора 43 соединен со входами Т-триггера 44 и схемы И 45, второйвход которой соединен с выходом Т-тригге 30 ра 44. Входы регистра 41 и компаратора 42соединены с выходом счетчика 35 блока 7.Вход разрешения записи регистра 41 соединен с выходом схемы И 45, а выход являетсяпервым выходом детектора локального ми 35 нимума 8. На вход компаратора 42 подаетсязначение "Й", а выход его является вторымвыходом детектора локального минимума 8,Решающий блок(РБ) 9 (фиг.9) содержитсчетчики 46, 47, регистр 48, компаратор 49,40 Вход "Сброс" счетчиков соединен с выходом компаратора 42 детектора 8. Выходсчетчика 46 подсоединен с управляющемувходу регистра задержки 39 детектора 8; асчетный вход к выходу компаратора 49, ко 45 торый также является выходом решающегоблока 9. На первый вход компаратора 49подается код числа "2", а второй вход соединен с выходом счетчика 47, управляющийвход которого соединен с выходом регистра50: 41 детектора 8.Управляющий вход регистра 48 соединен с выходом компаратора 42, а второйвход соединен с выходом регистра 41 детектора 8, а вцход является первым выходом Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано в цифровых телевизионных (ТВ) системахпередачи изображений графических и текстовцх документов по узкополосным каналам связи, а также для ввода телевизионнойинформации в ЗВМ.Цель изобретения - повышение точности формирования бинарного телевизионного сигнала путем уменьшениявероятности ошибки бинарного квантования исходного сигнала с шумом,На фиг.1 представлена структурнаяэлектрическая схема устройства для формирования бинарных ТВ - сигналов; на фиг.2 1- пример гистограммы распределения яркостей фрагмента; на фиг.З - структурнаяэлектрическая схема блока формированиясигнала фрагмента изображения; на фиг,4 -схема формирователя адреса считывания;на фиг.5 - схема блока буферной памяти; нафиг.б - схема формирователя двухградационного сигнала; на фиг,7 - схема блока формирования гистограммы; на фиг.8 - схемадетектора локального минимума; на фиг.9 -схема решающего блока.Устройство(фиг.1) содержит последовательно соединенные датчик 1 ТВ-сигнала,аналого-цифровой преобразователь 2, блокЗформирования сигнала фрагмента изображения, блок 4 буферной памяти и формирователь 5 двухградационного сигнала,атакже формирователь 6 порогового уровня,выполненный в виде последовательного соединенных блока 7 формирования гистрограмм, детектора 8 локального минимума ирешающего блока 9, Кроме этого, устройство содержит синхрогенератор 10, первый,второй, третий, четвертый выходы которогосоединены с выходами синхронизации аналого-цифрового преобразователя 2, блока 3формирования сигнала фрагмента изображения, блока 4 буферной памяти и формирователя 6 порогового уровня. Второй входформирователя 5 двухградацион ного сигнала соединен с выходом формирователя 6порогового уровня, сигнальный вход которого соединен с выходом блока 3 формирования сигнала фрагмента.Аналого-цифровой и реобразователь 2может быть выполнен в виде последовательно соединенных фильтра нижних частот, блока фиксации уровня видеосигнала исобственно, аналого-циФрового преобразователя. 5Блок 3 формирования сигнала фрагмента изображения (фиг.3) содержит блок 11ОЗУ, формирователь 12 сигналов ЯАЗ, СА 8,ВЕ, коммутатор 13 адресов, формирователи адресов записи 14 и считывания 15,Формирователь 15 адресов считывания (фиг.4) содержит делители 16-18, счетчик 20, элемент ИЛИ 21, делитель 22, счетчик 23, регистр 24, счетчик 25,Блок буферной памяти 4 (фиг,5) содержит блок 26 буферного ОЗУ, коммутатор 27 адресов, счетчик - формирователь 28 адресов записи и счетчик - формирователь 29 адресов считывания,Формирователь 5 двухградационного сигнала (фиг.6) содержит входной регистр 30, компаратор 31 и скремблер 32,Блок формирования гистограммы 7 (фиг.7) содержит коммутатор ЗЗ, блок 34 ОЗУ, счетчик 35, элемент И 36 и сумматор решающего блока 9.Устройство работает следующим образом.ТВ-сигнал с выхода датчика 1 поступает на первый вход АЦП 2, с выхода которого (в цифровой форме) по 6-разрядной шине про 18187075 10 15 20 25 30 35 40 50 55 ходит на первый вход блока 3. Блок 3 является устройством памяти на кадр телевизионного изображения, выполненным на базе динамических микросхем ОЗУ емкостью 64 Кбит, причем запись в память производится постоянно в соответствии с ТВ-стандартом.а считывание - по фрагментам размером 8 х 8 элементов. Формирователь 14 адреса записи (фиг,3) представляет собой 16-разрядный счетчик, причем первые 8 разрядов формируют адрес по строке, а остальные 8 разрядов - адрес по столбцу для микросхем блока 11.Формирователь 15 адресов считывания (фиг,4) при размере кадра 256 х 256 элементов работает следующим образом. Счетчик 20 формирует 8-разрядную комбинацию адреса по строке, На его первый вход (счетный) подается сигнал тактовой частоты с выхода синхрогенератора 10. После первых восьми тактов счетчик 20 сбрасывается в "0" сигналом с выхода делителя 16, Таким образом, сформированы адреса по строке первых восьми элементов первой строки кадра, что соответствует 8 тактам второй строки фрагмента, таким же, как и для первой строки, однако после восьмого такта по сигналу делителя 16 срабатывает на 1 такт счетчик 25, который формирует адрес по столбцу для блока 11, После каждого цикла делителя 16 частоты на 8 срабатывает делитель 18, 8-разрядный выход которого соединен с установочным входом счетчика 20. При этом после окончания считывания фрагмента состояние делителя 18 увеличивается на 8. Это состояние может быть передано на установочные входы счетчика 20 только после разрешающего сигнала, поступающего на второй вход регистра 19 с выхода делителя . 17,Таким образом, по окончании первого фрагмента счетчик 20 начинает счет с состояния "8", а счетчик 25 этим же сигналом возвращается в состояние "0", Далее циклы повторяются до окончания первых 64 фрагментов, что соответствует первым восьми строкам полного кадра изображения.По окончании считывания 64-го фрагмента, т.е. после считывания последнего элемента восьмой строки полного кадра изображения, состояние счетчика 25 увеличивается на 8, так как разрешающий сигнал с выхода переноса делителя 18 разрешает задачу на установочные входы счетчика 25 состояния выхода счетчика 23, который за время считывания первых 64 фрагментов восемь раз срабатывает от выходного сигнала делителя 22. В этот же элемент делитель 18 устанавливается в состояние "0" сигналом с выхода элемента ИЛИ 21, Начинается считывание по указанному выше алгоритму очередных 64 фрагментов, по окончании которого состояние счетчика 25 увеличивается еще на 8, и так далее до прихода на вход элемента ИЛИ 21 кадрового синхроимпульса считывания с соответствующего выхода синхрогенератора 10, который приводит всю схему в исходное положение,С выхода блока 3 отсчеты сигнала подаютея на первый вход блока 4 буферной памяти и на первый вход формирователя 6. Блок 4 (фиг,5) предназначен, во-первых, для задержки содержимого фрагмента изображения на время, необходимое для анализа с целью формирования порогового уровня (такой анализ выполняет формирователь 6), а во-вторых, для формирования такой скорости считывания иэ буферного ОЗУ, которая была бы согласована с параметрами представляемого канала связи. Особенностью работы блока 4 является то, что содержимое нечетных, начиная с первого, и четных, начиная с второго фрагментов изображения, размещается в разных областях ОЗУ, что реализуется подачей на седьмой адресный вход блока 26 уровня "0" при записи и считывания нечетных фрагментов и уровня "1" при записи и считывании четных фрагментов. Отсчеты сигнала фрагмента с выхода 4 поступают на первый вход формирователя 5(фиг.6), Входной регистр 30 предназначендля фазирования разряда отсчетов сигнала, Компаратор 31 предназначен для формирования однозарядного сигнала графического изображения с пороговым уровнем формирователя 6, Скремблер 32 выполнен как рекуррентная линия задержки на регистрах сдвига и предназначен для перемещения выходного синала с целью обеспечения возможности выделения тактовой частоты на приемной стороне.При считывании содержимого фрагмен-.та изображения из блока 3 (фиг.7) отсчеты сигнала через коммутатор 33 подаются на адресный вход блока 34 ОЗУ. Циклы записии считывания в блоке 34 сформированы так,что во время первой половины тактового инвервала частоты считывания Т 1, происходит считывание из блока 34 содержимого ячейки, адрес которой удерживается на первом входе в течении тактового интервала Т 1, а во вторую половину тактового интервала происходит запись в блок 34 в ячейку с темже адресом. Так как информационный входблока 34 соединен с выходом сумматора, который добавляет "1" к содержимому данной ячейки памяти, считанному в первую половину тактового интервала, то к концусчитывания фрагмента иэ блока 3 в ячейках, 18187075 10 15 20 25 30 35 40 55 адреса которых соответствуют наиболее вероятным уровнем сигнала во фрагменте, находятся наибольшие числа, Таким образом,к концу считывания фрагмента из блока 3 вблок 4 и формирователь 6, в блоке 34 формируется гистрограмма яркостей фрагмента. Пример такое гистограммы представленна фиг.2. Обозначения: и-дискретные значения яркости входного ТВ - сигнала, полученные на выходе блока АЦП, Ь(п)соответствующие значения гистограммы, 11-е значение яркости, )-величина окрестности.Для считывания значений гистограммыЬ(п) с помощью коммутатора 33 подключается адресный вход блока 34 к выходу счетчика 35, формируемые этим выходом адресаявляются соответствующими значениямияркости ТВ-сигнала,Для обеспечения многократного считывания значений гистограммы на счетчик 35поступает сигнал "сброс", формируемыйкомпараторам 49 решающего блока 9. Дляобнуления ячеек памяти служит сигнал, который огключает схему И 36 при одновременном переборе счетчиком 35 всех ячеекпамяти 34. Нахождение значения в прототипе связано с определением максимумов гистограммы, которые соответствуют модамбелого и черного. Положение этих максимумов определяется по выражению:Ьах=агц(щах Цп, и(О,й) И,где Ьп - глобальный максимум белого (черного), О - некоторая окрестность точки глобального максимума.Предлагаемое решение исключает необходимость как поиска глобального максимума, так и задания априорного значенияразмера окрестности О и основано на адаптивном алгоритме поиска глобального минимума Ьп гистограммы. Следуетотметить, что окрестности границ гистограммы не могут быть точками глобальногоминимума, поскольку на границах гистограмма монотонно увеличивается или уменьшается.Для нахождения глобального минимумаЬюп предлагается следующий алгоритм, который реализуется блоками 8 и 9:1, Для 1 Е (О,Щ )б (О,К/2) находим разности ЬУ= У 1(1+1)-У 1(1), где У 1(1) = Ь (1-+ Ь(1)+1)+.+Ь (1+, или, что то же самое,ЛУ=Ц 1)-Ь(1-2)-1), причем Ь(1)=0 для 10 или1 й,2. Анализируется знак разностей% длякаждого 1. Точки 1-), в который У меняет знакс "-" на "+", соответствуют лбкальному минимуму данной гистограммы Ьь(1), найден, ному с размером окрестности ),3, Если количество найденных минимумов больше или равно 2, то размер) окрестности увеличивается на 1 и поиск глобального минимума повторяется. В противном случае точка Ц будет соответствовать искомому порогу.Рассмотрим реализацию этого алгорит-, ма детектором локального минимума 8 и решающего блока 9,Дискретные значения гистограммы Ь(1) поступают в регистр 38, а соответствующие им значениями адреса 1 поступают на регистр 41. С выхода регистра 38 значения Ц 1) поступают на регистр задержки 39, где задерживаются на 2)+1 тактов(значение величины ) поступает на управляющий вход данного регистра с счетчика 46 решающего блока 9). Задержанные значения Ь(1-2)-1) поступают для записи в регистр 40, Значения Ц 1) и Ь(1-2)-1) поступают на компаратор 43,Фронт выходного импульса компаратора 43 определяет знак разности Ь(1) и Ь(1-2)- 1), В случае, когда Фронт отрицательный(что соответствует знаку "-"), срабатывает Т- триггер 44, который разрешает через схему И 45 выдачу значения 1+) регистром 41, Записанное значение 1-) соответствует локальному минимуму гистограммы Ьвь (1- при заданном значении окрестности ),Значение Ц с выхода регистра 41 поступает на регистр 48 решающего блока 9.Для определения конца поиска служит компаратор 42, который сравнивает текущее значение 1 с максимально возможным значением Й и в случае, когда 1=К, Формирует сигнал "Конец", поступающий в решающий блок 9.Счетчик 47 решающего блока 9 подсчитывает количество локальных минимумов в данной гистограмме Ь(п), Ега выход подключен ко входу компаратора 49, на втором входе которого задан кад числа "2", Если количество минимумов в гистограмме больше или равно 2, та компаратором 49 вырабатывается сигнал "Сброс", который поступает на тактовый вход счетчика 46, увеличивающего на 1 значение окрестности ). Сигнал "Сброс" поступает на счетчик 35 блок 7 для повторного считывания данной гистограммы,Сигнал "Конец" с блока 8 сбрасывает в начальное состояние счетчики 46, 47, а также разрешает запись в регистр 48 значения Ц, соответствующего глобальному минимуму Ьвп(И), которое поступает на формирователь 5 и удерживается на нем на время считывания содержимого Фрагмента изображения с блока 4. Зта величина 1 является пороговым уровнем для квантования сигнала полутонового иэображения на два уров 1818707 10ня, который рассчитывается не по модам гистограммы яркостей, а по адаптивному алгоритму определения глобального минимума, что позволяет повысить точность квантования.Теоретические исследования заявляемого устройства для формирования бинарных телевизионных сигналов показали, что по сравнению с прототипом, заявляемое устройство обеспечивает более точное определение оптимального значения порога (Оп).Так, например, при воздействии на бинарный телевизионный сигнал шума снормальным законом распределения, О формируемое в прототипе, будет равно полусумме мод, т.е. (00+01)/2+в, тогда как в заявленном устройстве это значение равно:Оп=(00+01)/2+и)++ 5 З 1 п(РО/ р 1)/(01-ОО)где ОО и 01 - уровни соответственно сигналов объекта и фона, РО и Р 1 - вероятности их появления в бинарном ТВ-сигнале в М з - среднее значение и дисперсия шума соответственно.Таким образом, определенное значение Ол в заявленном устройстве учитывает воздействие шума на исходный сигнал, что позволяет повысить точность квантования.ф о р мул а изобретения Устройство для формирования бинарных телевизионных сигналов, содержащее последовательно соединенные датчик телевизионного сигнала. аналого-цифровой преобразователь(АЦП), блок формирования сигнала фрагмента изображения. блок буферной памяти и формирователь двухградационного сигнала, выход которого является5 выходом устройства, формирователь поро-гового уровня, сигнальный вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала фрагмента иэображения, а выход соединен с вторым входом формирователя 10 двухградационного сигнала, и синхрогенератор вход которого соединен с выходом датчика телевизионного сигнала, а четыре его выхода соединены соответственно с синхровходами АЦП, блока формирования 15 сигнала фрагмента изображения, блока буферной памяти и формирователя порогового уровня, при этом Формирователь порогового уровня содержит последовательно соединенные блок формирования ги стограммы. сигнальный вход и синхровходкоторого являются соответствующими входами формирователя порогового уровня, де. тектор локального минимума и решающийблок, первый выход которого является выхо дом формирователя порогового уровня, о тличающееся тем,что,сцельюповышения точности формирования бинарного сигнала, второй выход детектора локального минимума соединен с вторым входом реша ющего блока, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым входом детектора локального минимума и входом сброс блока формирования гистограмм,351818707 ор А.Горяч ректор С, Пекарь оизводственно-издательский комбина тент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 аказ 1942 ВНИИП Составитель В.Мос Техред М,Моргентал Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-Д 5, Раушская наб 4/5