Система передачи и приема сигнала изображения

СОЮЗ СОЕЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) ( 42 Я А 04 Н 04 И ВСЕСОЮЗНг ОПИС ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕ 11 ТИЗ .ю.г ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ гагсп 1 вспе ещеп зепцеп сцепи, 1984,ПРИЕМА СИГНА Х ГОСУДАРСТ 8 ЕККЫЙ КОМИТЕПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(54) СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к телевидению. Цель изобретения - сокращение полосы пропускания телевизионного канала путем увеличения коэф. сжатия сигнала при передаче серии неподвижнык иэображений (И). Система передачи и приема сигнала И содержит устрво 1 кодирования сигнала И, состоящее из фильтра 4 нижни частот, блока 5 анализа сигнала контуров И, блока 6 задержки, блока 7 анализа динамики сигнала И, сумматора 8, блока 9 кодирования сигнала контуров И, блока 10 декодирования сигнала контуров И, блока 11 ранжирования сигнала контуров И, блока 12 косинусного кодирования сигнала текстуры И и блока 13 перераспределения коэф. косинус- ного кодирования сигнала текстуры И, канал 2 связи и устр-во 3 декодирования сигнала И, состоящее из блока 14 задержки, запоминающего блока 15 сигнала контуров И, запоминающего блока 1 Ь коэф. косинусного кодирования сигнала текстуры И, блока 17 декодирования сигнала контуров И, сумматора 18 и блока 19 косинусного декодирования сигнала текстуры И, При передаче сигнала И осуществляется его разбиение на три составляющие: фоновую, контурную и текстурную. Вначале передается информация о более Г Г 33 14942464 грубой текстуре И, а в заключение восприятия И зрительной системой набо наиболее мелкой текстуре 11 ри рабо- людателя и позволяет выравнивать поте устр-ва 1 кодирования передача ток информации по всем кадровым инсигнала И занимает время, равное 13 5 тервалам, обеспечив приоритет наителевиэионным кадрам, которые рас- более информативной характеристике пределены следующим образом; переда- И - контурной составляющей. Информача сигнала фоновой составляющей (1-й ция с выхода устр-ва 1 кодирования кадр), сигнала контуров 11 (2-9-й поступает через канал 2 на вход кадры), сигнала текстуры И (1 О-й 10 устр-ва 3 декодирования, где иэ трех кадры).Это время передачи сигналов составляющих осуществляется восстахорощо согласуется с особенностями новление сигнала И. 3 э.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано для кодирования изображения при передаче и приеме сигнала от серии 20 неподвижных объектов, например серии слайдов, набора картографической информации и т,д.Цель изобретения - сокращение полосы пропускания телевизионного кана ла путем увеличения коэффициента сжатия сигнала при передаче серии неподвижных иэображений.На фиг.1 представлена структурная схема системы передачи и приема сиг нала изображения; на фиг,2 - струк" турная схема блока анализа динамики сигнала изображения; на фиг.3 структурная схема блока ранжирования сигнала контуров изображения; на фиг.4 - структурная схема блока перераспределения коэффициентов косинус- ного кодирования текстуры изображени яСистема передачи и приема сигнала 40 иэображения содержит устройство 1 кодирования сигнала изображения, канал 2 связи, устройство 3 декодирования сигнала иэображения, фильтр 4 нижних частот, блок 5 анализа сигнала 45 контуров изображения, первый блок 6 задержки, блок 7 анализа динамики сигнала изображения, первый сумматор 8, блок 9 кодирования сигнала контуров изображения, первый блок 1 О декодирования сигнала контуров иэображения, блок 11 ранжирования сигнала контуров иЗображения, блок 12 косинусного кодирования сигнала текстуры изображения, блок 13 перераспределения коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры иэображения, второй блок 14 задержки, запоминающий блок 15 сигнала контуров изображения,запоминающий блок 16 коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения, второй блок 17 декодирования сигнала контуров изображения, второй сумматор 18 и блок 19 косинусного декодирования сигналов текстуры изображения,Блок 7 анализа динамики сигнала изображения содержит линию задержки на кадр 20, вычитатель 21 и компаратор 22.Блок 11 ранжирования сигнала контуров изображения содержит вычислитель 23 экстремумов сигнала контуров иэображения, элемент 24 задержки сигнала контуров изображения, определитель 25 количества контуров изображения, вычислитель 26 порогов ранжирования, элемент 27 сравнения, схему 28 управления записью-считыванием сигнала контуров иэображения, первый - четвертый элементы 29-32 памяти сигнала с первой по четвертую итераций и элемент 33 памяти сигнала геометрических параметров контуров изображения.Блок 13 перераспределения коэффициентов косинусного кодирования сигналов текстуры изображения содержит схему 34 управления записью-считыванием сигнала коэффициентов косинусного кодирования текстуры изображения и элементы памяти сигнала нулевого 35 и с первого 36 по седьмой 42 коэффициентов косинусного кодирования текстуры изображения.Система передачи и приема сигнала изображения работает следующим образом.Исходной предпосылкой при передаче сигнала иэображения является разбиение иэображения на три составляющих: фонофую, контурную и текстурную.При смене изображений, например слайда, карты, происходит ухудшение разрешающей способности зрите:,ьиой системы наблюдателя. 11 олное носстановление всех функций зрительной системы происходит ые ранее, чем через 0,5 с. Учитывая этот эффект, передача информации при смене кадра происходит следующим образом. В течение первого телевизионного кадра передается сигнал, содержащий данные о фононой составляющей, затем следующие восемь телевизионных кадров, передается сигнал, содержащий информацию о контурах изображения, причем нначале передается информация о наиболее содержательных границах (контурах) изображения, имеющих наибольший градиент яркости, в течение последних четырех телевизионных кадров передается сигнал, содержащий в виде коэффициентов косинусного преобразования информацию о текстуре иэображения. Информация передается начиная с нулевого и первого коэффициентов косинусного преобразования (грубая текстура) и кончая седьмым и восьмым коэффициентами косинусного преобразования (мелкая текстура).Исходное изображение, преобразованное в сигнал н виде цифрового 8-разрядного кода, поступает на вход устройства 1 кодирования сигнала изображения, где подвергается следующей обработке. В фильтре 4 нижних частот происходит выделение сигнала фоновой составляющей изображения путем свертки исходного сигнала с двумерной матрицей и с последующей субдискретизацией, В блоке 5 анализа сигнала контуров изображения в результате вычисления градиента яркости и сравнения его с пороговым значением происходит выделение сигнала контуров изображения. В блоке 9 кодирования сигнала контуров иэображения контуры представляются в виде набора дуг окружностей или эллипсов, чем достигается сжатие информации и представление ее в удобном для работы блока 11 ранжирования сигнала контуров изображения виде. В вычитателе 23 экстремумов сигнала контуров иэображения блока 11 происходит определение минимального Хи максимального Х , значений градиентов иэ всего множества кОнтуров, затем эти значения совместно со значениями 1ипо амплитудному признаку принадлежность Контура к одному из четырех участков амплитудного диапазона.55Посредством подачи соответствующих сигналов на схему 28 управления записью-считыванием сигнала контуров иэображения информация о контуре записывается в первый - четвертый 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 а поступают в вычислитель 2 г;рогов. Значение У, , которое га.но общему количеству выделе:ных контуров,поступает транзитом через вычислитель 23 экстремумов сигнала контуровизображения от блока 9 кодированиясигнала контуров изображения, гдеоно определяется простым подсчетом.Значение У , равное количествуконтуров с максимальным значениемградиента Хвычисляется н определителе 25 количества контуров изображения, где происходит подсчет количества импульсов на втором выходе вычислителя 23 экстремумов сигнала контуров изображения и текущего значенияградиента Х, задержанного на времяобработки информации схемой 23 с помощью элемента 24 задержки сигналаконтуров изображения. Вычислитель 26порогов ранжирования выполняет операцию по определению величины Х,(- 1, 2, 3). Функция амплитудного распределения контуров подчиняется экс-он хпоненциальному закону вида У = АеДля вычисления параметров А и Ы, достаточно значений функции в днух точределенных ранее в схемах 23 и 25,Таким образом, в вычислителе 26 порогов ранжирования величина Х, определяетс.я из следующего выражения:1 А - Ь,ХФе.-е.где ЫХ макс ХаимА= у,-сХ ;макс - Умине ЧиаксЗначениЯ Х , Х Х, Х, определяющие разбиение амплитудного диапазона градиента на четыре участка,поступают на первый - четвертый информационные входы элемента 27 сравнения, на пятый информационный входкоторого подается задержанная на время обработки схемами 23 и 25 информация с второго выхода элемента 24 задержки сигнала контуров иэображения.В элементе 27 сравнения определяется,л.мцэы 2 Чпамяти цгцала првой - четвертой цтерацций; в перный ;цемент 29 памяти сигнала первойитерации записывается амплитудная5 информация о контурах, градиент которых превиг нет значение Х ; во второй элемент 30 памяти сигнала взорой итерации - в диапазоне (Х -Х ); в третий эл.мент 31 памяти сигналатретьей итерации - в диапазоне (Х -Х ); в четвертый элемент 32 памяти сигнала четвертой итерации - в диапазоне (Х,-Х,). Пнформация о геометрических параметрах контуров первой - чет вертой итераций заносится в четыре области элемента 33 памяти сигналагеометрических параметров контуров изображения. По команде с блока 7 анализа динамики сигнала изображеция, 20 поступающей на вход управления схемы 28 управления записью-считыванием сигнала контуров изображения происходит вывод информации из элементов , 29-33 памяти. В течение первых двух 25 телевизионных кадров считывается информация о наиболее содержительцых контурах с элемента 29 памяти сигнала первой итерации, затем в последующих двух телевизионных кадрах - с 30 элемента 30 памяти сигнала второй итерации и т,д, Синхронно с амплитудной информацией производится считывание геометрических параметров данного контура из соответствующей области элемента 33 памяти сигнала геометрических параметров контуров изображения. Команда с блока 7 анализа динамики сигнала изображения поступает при смене изображений и формирУ ется в результате сравнения в компараторе 22 межкадровой разности фоновой составляющей с противошумовым пороговым значением, равным 1,57, максимального размаха сигнала, Иежкадровая разность получается в результате вычитания на вычитателе 21 из текущей фоновой составляющей с выхода фильтра 4 нижних частот фоновой составляющей предыдущего кадра, сформи 50 рованной ца выходе линии задержки на кадр 20, Для получения сигнала текстуры изображения используется первый сумматор 8, ь котором производится вычитание из исходного сигнала, задержанного в первом блоке 6 задержки, фоновой составляющей и контурной информации с выхода первого блока 10 декодирования сигнала контуров изображеция. Так как блок 9 кодированиясигнала контуров изображения осуществляет аппроксимацию контуров набором дуг окружностей, выходной сигналс первого блока 10 декодирования сигнала контуров иэображения це эквивалентен сигналу на его входе. Благодаря последовательному включению блоков кодирования 9 и декодирования 10сигнала контуров иэображения в остаточном сигнале текстуры на выходепервого сумматора 8 присутствует сигнал ошибки кодирования контуров, который затем передается по каналу 2связи ца устройство 3 декодированиясигнала изображения. При этом происходит практически полная компенсацияошибки кодирования контуров изображения. Текстурная информация с выходапервого сумматора 8 подвергается преобразованию в блоке 12 косинусногокодирования сигнала текстуры изображения. В блоке 13 перераспределениякоэффициентов косинусного кодированиясигналов текстуры изображена информация о каждом коэффициенте косинусного преобразования записывается всоответствующий элемент памяти сигнала нулевого 35 и с первого 36 посельмой 2 коэффициентов косинусногокодирования текстуры изображения. Покоманде с блока 7 анализа динамикисигнала изображения из элементов памяти 35-42 происходит вывод информации в течение четырех телевизионныхкадровых интервалов, Вначале эа одинтелевизионный кадр выводится информация о нулевом (из элемента 35 памяти)и первом (из элемента 36 памяти) коэффициентах косинусного кодированиявсех текстурных областей кодирования,затем в следующем телевизионном кадре - о втором (из элемента 37 памяти)и третьем (из элемента 38 памяти)коэффициентах косинусного кодирования и т.д. Таким образом, вначалепередается информация о более грубойтекстуре изображения, а в заключение - о наиболее мелкой текстуре, Изописания работы устройства 1 кодирования сигнала изображения следует.что передача сигнала иэображениянимает время, равное 13 телевизионным кадрам, которые распределены следующим образом: передача сигнала фоновой составляющей (первый кадр),сигнала контуров изображения (второй - девятый кадры), сигнала тексту ры изоГраж ция (десятый - тринадц- тый кадры), Указанное время передачи сигнала хорошо согласуется с особенностями восприятия лэоГра,кения эри 5 тельной системы наблюдателя и позволяет выправить поток информации по всем кадровым интервалам, обеспечив приоритет наиболее инАормативной характеристике изображения - контурной составляющей. ИнАормация с выхода устройства 1 кодирования сигнала изображения поступает через канал 2 на вход устройства 3 декодирования сигнала изображения. Во второй блок 1 Й задержки производится запись сигнала фоновой составляющей, которая с задержкой на время обработки сигнала в блоке 19 косинусного декодирования сигнала текстуры иэображения 20 предъявляется ца вход второго сумматора 18 в течение всех последующих телевизионных кадров. В запоминающем блоке 15 сигнала контуров происходит накопление инАормации о контурах пер вой - четвертой итераций с последующим выводом в каждом телевизионном кадре накопленного количества данных во второй блок 17 декодирования сигнала контуров изображения. Запоминаю щий блок 16 коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения производит запоминание поэтапно передаваемых коэАфициентов косинусного кодирования с последующим их вынодом в блоке 19 косинуснсго декодирования сигнала текстуры изображения, где происходит восстановление сигнала иэ области косинусных преобразований во временную об ласть. Второй сумматор 18 выполняет суммирование всех трех составляющих и с его выхода восстановленный сигнал поступает на выход устройства 3 декодирования сигнала изображения.Система передачи и приема сигнала изображения реализуется на базе типовой схемотехники цифровой обработки телевизионных изображений. Блок 7 анализа динамики сигнала изображения содержит ОЗУ на ТВ кадр изобра 50 жения (линия задержки на кадр 20), схему АЛУ типа 530.ИПЗ (вычитагель 21), схему сравнения чисел ипа 530 СП 1 (компаратор 22). Блок 11 ранжирования сигнала контуров иэобра 55 жения содержит схему группового сравнения (вычислитель 23 экстремумов сигнала контуров изображения), сдвиновые ре "истр 155 Р 13. (эл 1 э задержки сигнала коц 1 урс;, цэсГраже - ння), циаровой ко 1 парнтор 530 ГП и счетчик 555 ИЕ 7 сде ите".ь 25 количества контуров цзоГражсция), схемь АЛУ 530 ИПЗ и ППЗУ КР 556 РТ 5 (вычислитель 26 порогов ранжирования), схему сравнения чисел 530 СП 1 (элемент 27 сравнения), запоминающие устройства К 185 РУ 5 и счтечики К э 55 ИЕ 7 (первый - четвертый элементы 29- 32 памяти сигнала первой - четвертой итерации, элемент 33 памяти сигнала геометрических параметров контуров изображения), В блоке 13 перераспределения коэффициентов косинусного кодирования элементы памяти сигнала нулевого 35, с первого 36 по седьмой 2 коэффициентов косинусного кодирования текстуры изображения аналогичны элементам памяти с 29 по 33 в блоке 11 ранжирования сигнала контуров изображения.Система передачи и приема сигнала изображения характеризуется повышенным качеством передачи изображений, цасыщенньы деталями, и высоким коэффициентом сжатия информации, позволяющим практически на порядок снизить требуемую пропускную способность канала связи. Данная система можег быть также использована для передачи малоподвижных иэображений, например в видеотелефонии, а в сочетании с сущестнунщими системами межкадроного кодирования, например с системой с условным замещением, - при кодировании изображения вещательного телевидения.Формула изобретения1. Система передачи и приема сигнала изображения, содержащая устройство кодирования сигнала иэображения, выход которого через канал связи подключен к входу устройства декодирования сигнала изображения, причем устройство кодирования сигнала изображения включает в себя фильтр нижних частот, блок анализа сигнала контуров изображения, первый блок задержки, входы которых объединены с входом устройства кодирования сигнала изображения и являются входом системы передачи и приема сигнала изображения, первый сумматор, блок кодирования сигнала контуров изображения, 149 ч 246первый блок декодирования сигнала контуров иэображения, блок косинус- ного кодирования сигнала текстуры изображения, выход фильтра нижних5 частот соединен с первым вычитающим входом сумматора и с выходом устройства кодирования сигнала изображения, выход блока анализа сигнала контуров изображения подключен к входу блока кодирования сигнала контуров изображения,выход которого соединен с входом первого блока декодирования сигнала контуров изображения, выход которого подключен к второму вычитающему вхо. 15 ду первого сумматора, суммирующий вход которого соединен с выходом первого блока задержки, выход первого сумматора подключен к входу блока косинусного кодирования сигнала текс туры изображения, устройство декодирования сигнала изображения включает в себя второй блок задержки, вход которого подключен к входу устройства декодирования сигнала изображения, второй блок декодирования сигнала контуров изображения, блок косинус- ного декодирования сигнала текстуры изображения, второй сумматор,. выход которого объединен с выходом систе- З 0 мы передачи и приема сигнала изображения, выход второго блока задержки подключен к первому входу второго сумматора, выход второго блока декодирования сигнала контуров изображения подключен к второму входу второго сумматора, выход блока косинус- ного декодирования сигнала текстуры иэображения подключен к третьему входу второго сумматора, о т л и ч а ю - 40 щ а я с я тем, что, с целью союращения полосы пропускания телевизионного канала путем увеличения коэффициента сжатий сигнала при передаче серии неподвижных изображений, вве дены в устройство кодирования сигнала изображения блок анализа динамики сигнала изображения, блок ранжирования сигнала контуров изображения, блок перераспределения коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры иэображения, а в устройстводекодирования сигнала иэображения запоминающий блок сигнала контуров иэображения и запоминающий блок коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения, при этом выход блока анализа динамики сигнала изображения параллельно соединов с управляющими входами блока перераспределения коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры иэображения и блока ранжирования сигнала конту 1 ов иэобра,кения, информационный вход блока ранжирования сигнала контуров изображения подключен к выходу первого блока кодирования сигнала контуров изображения, выход блока ранжирования сигнала контуров иэображения объединен с выходом устройства кодирования сигнала изображения, информационный вход блока перераспределения коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения соединен с выходом блока косинусного кодирования сигнала текстуры иэображения, выход блока перераспределения коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения объединен с выходом устройства кодирования сигнала иэображения, входы запоминающего блока сигнала контуров изображения и запоминающего блока коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения объединены с входом устройства декодирования сигнала иэображения, выход запоминающего блока сигналов контуров изображения соединен с входом второго блока декодирования сигнала контуров изображения, а выход запоминающего блока коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения подключен к входу блока косинусного декодирования сигнала текстуры изображения,2. Система по п.1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что блок анализа динамики сигнала изображения содержит линию задержки на кадр, выход которой соединен с вычитающим входом вычитателя, а вход - с суммирующим входом вычитателя и является входом блока анализа динамики сигнала изображения, выход вычитателя соединен с суммирующим входом компаратора, на вычитающий вход которого подано противошумное пороговое напряжение, выход компаратора является выходом блока анализа динамики сигнала изображения.3. Система по п.1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что блок ранжирования сигнала контуров изображения содержит вычислитель экстремумов сигнала контуров изображения, элемент задержки сигнала контуров изображения, определитель количества контуров изображе 1 г 942 чбния, вычислитель порогов ранжирования, элемент сравнения, схему управ. ления записью-считыванием сигнала контуров изображения, четыре элемента памяти сигнала первой - четвертой итераций и элемент памяти сигналагеометрических параметров контуров изображения, причем первый вход блока ранжирования сигнала контуров 1 О иэображения объединен с входами элемента задержки сигнала контуров изображения и вычислителя экстремумов сигнала контуров иэображения, первый выход которого соединен с первым 15 входом вычислителя порогов ранжирования, второй выход вычислителя экстремумов сигнала контуров изображения параллельно подключен к первому входу определителя коли О чества контуров изображения и к второму входу вычислителя порогов ранжирования, первый выход элемента задержки сигнала контуров изображения соединен с вторым входом опреде лителя количества контуров изображения, выход которого подключен к третьему входу вычислителя порогов ранжирования, первый, второй, третий, четвертый выходы которого соединены ЗО с соответствуюпгими информационными входами элемента сравнения, пятый информационный вход которого подключен к второму выходу элемента задержки сигнала контуров изображения, первый, второй, третий, четвертый выходы элемента сравнения подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам управления записью схемы управления записью-считыванием сигнала 4 О контуров иэображения, вход управления считыванием которой соединен с синхронизирующим входом вычислителя экстремумов сигналов контуров изображения и является вторым входом блока45 ранжирования сигналов контуров изображения, первый, второй, третий, четвертый выходы схемы управления записью-считыванием сигнала контуров изображения подключены к управляющим входам элементов памяти сигнала со 50 ответственно первой, второй, третьей, четвертой итерацией, пятый выход схемы управления записью-считыванием сигнала контуров изображения соединен с управяющим входом;е.н ьта г,гьлт сигнала геометрических гграметрог контуров изображения, вход которо; о объели. нен с входами первого, вто, го, тгеьего, четвертого элементов :".мнтсигнала первой, второй, третьей, четвертой итераций и подключен к второму выходу элемента задержки сигнача контуров иэображения, выходы элемента памяти сигнала геометрических параметров контуров изображения и сигнала первой, второй, третьей, четвертой итераций объединень, между собой и являются выходом блока ранжирования сигнала контуров изображения4. Система по п.1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что блок перераспределения коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения содержит схему управления записью-считыванием сигнала коэффициентов косинусного кодирования текстуры изображения и восемь элементов памяти сигнала нулевого и с первого по седьмой коэффициентов косинусного кодирования текстуры изображения, информационные входы первого - восьмого элементов сигнала нулевого, первого - седьмого коэффциентов косинусного кодирования текстуры изображения объединены между собой и подключены к информаггогному входу блока перераспределения коэФАигиентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения, управляющий вход схемы управления записью-считьванием сигнала коэффициентов косинусного кодирования текстуры иэображения является управляющим входом блока перераспределения коэФфициентов косинусного кодирования сигнача текстуры изображения, с первого по восьмой выходы схемы управления записью- считыванием сигнала коэффициентов косннусного кодирования текстуры изображения подключены поочередно к управляющим входам элементов памяти сигнала нулевого, с первого по седьмой коэффициентов косинусного кодирования текстуры иэображения, выходы которых объединены между собой и являются выходом блока перераспределения коэффициентов косинусного кодирования сигнала текстуры изображения.1494246Составитель М,Петровадактор М.Петрова Техред Л.Олийнык Корректор Т.Колб Заказ 4132/57 Тирак 626 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1