DE2629326A1 - Verfahren zur reduktion des numerischen bzw. digitalen uebertragungsdurchsatzes bei der uebertragung von videosignalen - Google Patents

Description

Societe Anonyme de Telecommunications Paris

Verfahren zur Reduktion des numerischen bzw. digitalen Übertragungsdurchsatzes bei der Übertragung von Videosignalen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des digitalen Übertragungsdurchsatzes bei der Übertragung von Videosignalen, wobei jedes Bild in zwei aufeinanderfolgende Halbbilder zerlegt wird, von denen jedes die Zeilen jeweils gleicher Parität enthält, und wobei jeder Bildpunkt durch ein Wort n, insbesondere drei Binärelemente repräsentiert wird, wobei man für je drei Halbbilder ein Halbbild überträgt, in einen Bildspeicher im Empfangsteil ein Halbbild jeder Parität einspeichert, und systematisch ein eingespeichertes Halbbild durch das darauf folgende übertragene Halbbild gleicher Parität erneuert bzw. wiederherstellt und die Zwischenhalbbilder durch Interpolation zwischen den im Speicher befindlichen Halbbildern wiederherstellt.

Es handelt sich dabei insbesondere um die digitale bzw. numerische Übertragung von bewegten Bildern, die eine erhöhte

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Übertragungsfrequenz bzw. -kadenz benötigen, wie beispielsweise Television- oder Visiophonbilder; die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf ein Verfahren zur Reduktion des numerischen Übertragungsdurchsatzes, der beim Empfang bzw. im Empfangsteil eine Bildqualität liefert, die praktisch der Qualität des Ursprungsbildes gleicht.

Ein klassisches Verfahren zur Reduktion des numerischen Durchsatzes besteht in der Rasterbildung zweiter Ordnung der Abtastungen. Dieses Verfahren besteht darin, mit einem Halbbild die Hälfte des Bildes zu zerlegen bzw. zu analysieren, indem man eine Zeile für zwei nimmt, während das zweite Halbbild anschließend die andere Hälfte des Bildes zerlegt bzw. analysiert, indem die während des ersten Halbbildes nicht abgetasteten bzw. untersuchten Zeilen entgegengesetzter Parität abgetastet werden. Ein derartiges Verfahren, für das die Halbbildfrequenz bzw. Vertikalfrequenz bei 50 Hz liegt, ' und demzufolge die Bildfrequenz bzw. Spiegelfrequenz bei 25 Hz, gestattet es, das für die Übertragung erforderliche Band durch zwei zu teilen und gleichzeitig die Flackph-änomena zu vermeiden, die bei aufeinanderfolgenden Beleuchtungen eines Punktes erscheinen, welche bei mehr als 20 ms je Intervall auftreten, und demzufolge einer Frequenz unter 50 Hz.

unabhängig von der Vertikalfrequenz sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um den digitalen bzw. numerischen Übertragungsdurchsatz durch zeitliche Unterbemusterung zu reduzieren. Alle diese Verfahren benutzen am Empfang einen Bildspeicher, dessen Inhalt man nach verschiedenen Verfahrensweisen erneuert bzw. wiederherstellt.

Eines dieser Verfahren besteht darin, einen Punkt von η Punkten des Bildes zu erneuern bzw. wiederherzustellen derart, daß am Ende von η Bilddauern sämtliche Punkte wiederaufgefrischt bzw. wiederhergestellt sind. Ein Bild, das mit einem Wiederherstellungstakt bzw. einer Wiederherstellungsfrequenz sichtbar gemacht worden ist, die identisch der ursprünglichen ist, umfaßt demzufolge 100 % frische Punkte, während die

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anderen Punkte nicht erneuert bzw. wiederhergestellt sind. Ein derartiges Verfahren führt demzufolge zu einer starken Qualitätsverschlechterung im Bereich der Konturen bei schnellen. Kaiiierabewegungen (travellings) oder schnellen Veränderungen der Brennweite ("zooms")·

Ein anderes Verfahren besteht darin, ein Bild nur mit η zu übertragen und η-mal die übertragenen Bilder zu wiederholen; ein derartiges Verfahren stellt die bewegten Konturen nur sehr stoßweise wieder her.

L er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduktion des numerischen Ubertragungsdurchsatzes bei der Übertragung von verschachtelten Videohalbbildern zu schaffen, welches es ermöglicht, beim Empfang Bilder wiederherzustellen, deren Qualität im wesentlichen gleich der Qualität des Ursprungsbildes ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pseudo-Halbbild I mit zu einem gespeicherten Halbbild. T entgegengesetzer Parität durch Interpolation zwischen T und den ebenfalls gespeicherten Halbbildern T^ oder T_n_^ bildet, und daß man ein Zwischenhalbbild T-. * oder T-, ausgehend von I und ausgehend von T -z bzw. l'_n_7 wiederherstellt.

Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen, daß man für die Berechnung eines Punktes X des Pseudo-Halbbildes I den Punkt B des Halbbildes T_n+^ oder T_n-^» der dem Punkt X entspricht, mit den Punkten A und C vergleicht, die den benachbarten Zeilen des Halbbildes T_n entsprechen und die dem Punkt B am nächsten liegen, und daß man für X

- den Wert des Punktes B auswählt, wenn dieser zwischen den Werten der Punkte A und C liegt, und den Wert von A oder C, der demjenigen des Punktes B am nächsten liegt, wenn dieser größer oder kleiner ist als die Iv er te von A und C.

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Die erfindungsgemäße Art und Weise der Wiederherstellung der j Zwischenhalbbilder führt zu einer ausgezeichneten Wiedergabe der Bewegung im Falle von bewegten Bildern, sowie zu einer Reduktion von 3 : 1 hinsichtlich des numerischen bzw. digitalen Übertragungsdurchsatzes. ;

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl bei Visiophonbildern als auch bei verschachtelten Televisionsbildern j anwenden. j

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 das Zeitendiagramm beim Aussenden; Fig. 3 das Zeitendiagramm beim Empfang;

Fig. 4 die Art und Weise der Bildung des Pseudo-Halbbildes, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Erzeugung des Pseudo-Halbbildes.

S Fig. 1 zeigt die wesentlichen Elemente des Gerätes für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Bereich des Sendeteils wird das Videosignal S einem Differentialcodierer 1 vom Typ Delta im Rhythmus einer Zeitbasis 2 zugeleitet und dann in einem Kommutatorglied 3 in ein zeitliches Untermuster gebracht, bevor es dem Pufferspeicher 4 zugeleitet wird, der ein Signal S¹ abgibt. Ein Element 5 bekannter Bauart paßt j. das Signal S¹ an den in Frage stehenden Übertragungskanal an, indem in das Signal S¹ ein Synchronisier- bzw. Synchronwort eingefügt und es in eine für die Übertragung geeignete Form gebracht wird.

Fig. 2 zeigt die Struktur der Signale, während sie in der erfindungsgemäßen Weise behandelt bzw. beeinflußt werden.*Der Codierer 1 bewirkt eine Impuls- und Code-Modulation (MIC) vom

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Typ Delta Zeile-Punkt, und er liefert für jeden Bildpunkt drei parallel übertragene Binärelemente. Der Steuerwert H für die zeitliche Unterbemusterung gestattet nur die Einschreibung eines Halbbildes in den Pufferspeicher während jeder drei Halbbilder. Auf diese Weise werden nur die Binärelemente der Halbbilder T^, T-, T₇, T^₀ in den Pufferspeicher 4 eingegeben, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Das Lesen des Pufferspeichers 4 findet für die drei Binärelemente jedes eingeschriebenen Halbbildes mit unterschiedlichen Verzögerungen statt. Das erste Binärelement b^ wird während des ersten Halbbildes übertragen, das zweite Binärelement während des zweiten Halbbildes und das dritte Binärelement während des dritten Halbbildes. Beim vierten Halbbild beginnt der Zyklus von neuem. Das Signal S¹ ist das von dem Pufferspeicher 4 gelieferte Signal. Man hat damit eine Übertragung über drei parallele Kanäle mit einer Leistung bzw. Kapazität von 3 x 2,048 Mbauds umgeformt in eine Reihenübertragung mit einer Leistung bzw. Kapazität von 2,048 Mbauds, und zwar im Falle eines Visiophon-Systems, bei dem ein Punkt bzw. Element nach der Codierung durch drei Binärelemente repräsentiert wäre.

Fig. 1 zeigt auch die wesentlichen Glieder bzw. Bausteine beim Empfang des Signales mit einer Kapazität bzw. Leistung ·■ von 2,048 Mbits/s. Ein Element 6 bekannter Bauart bewirkt die umgekehrten Operationen wie sie von dem Element 5 durchgeführt werden. Die erhaltenen Signale werden einem Pufferspeicher 8 mit dem von einer Zeitbasis 7 gelieferten Rhythmus übertragen. Das von dem Pufferspeicher 8 abgegebene Signal wird an einen Haupt- bzw. Arbeitsspeicher 9 übertragen, dessen Kapazität gleich einem Bild und demzufolge zwei. Halbbildern ist.

Ein numerischer Codeumwandler 10 formt die von dem Speicher 9 abgegebene MIC-Differentialsignale F und G um und gibt diese in MIC-Form an ein Glied 11 zur Wiederherstellung der nicht übertragenen Halbleiter weiter. Anschließend ermöglicht ein Digital-Analog-Umwandler 12 die optische Wiedergabe des auf diese Weise übertragenen Bildes.

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Fig. 3 hat die Behandlung der Signale beim Empfang bzw. im Empfangsteil zum Inhalt.

Das Signal E repräsentiert das Reihensignal, das am Eingang des Pufferspeichers 8 verfügbar ist. Dieser Speicher enthält zwei (nicht dargestellte) Register M^ und M₂, so daß er in der Lage ist, zwei Signale zu liefern, die jeweils um die Dauer eines der beiden Halbbilder gegeneinander versetzt sind. Dieser Speicher 8 stellt während eines Halbbildes T. die drei Binärelemente ^^4» ^2i' ^x-; i-ⁿ Parallelform wieder her. Das am Ausgang des Speichers 8 erhaltene Signal P dient dazu, den Inhalt des Haupt- bzw. Arbeitsspeichers 9 zu erneuern bzw. wiederherzustellen, der eine Speicherkapazität eines Bildes und demzufolge zwei Halbbilder hat.

Der Speicher 9 enthält zwei (nicht dargestellte) Verzögerungsleitungen bzw. -strecken, die in Schleife geschaltet sind, und deren Ausgangssignale die in Fig. 3 dargestellten Signale F und G sind. Fig. 3 zeigt, daß ein bestimmtes Halbbild, beispielsweise T., abwechselnd in dem Signal F und in dem Signal G vorhanden ist, bis bei der Wiederherstellung durch das folgende Halbbild der gleichen Parität, welches übertragen wird, nämlich durch das Halbbild Τ_π, das Signal F auf diese Weise von dem Signal G durch Verlagerung eines Halbbildes abgezogen wird. Es ist noch zu erwähnen, daß, wenn das Signal G das Halbbild T einer bestimmten Parität repräsentiert, das Signal F in dem gleichen Augenblick das gespeicherte Halbbild entgegengesetzter Parität repräsentiert, und zwar: entweder T_n+5 während der Dauer des Halbbildes der Registrierung bzw. Speicherung eines neuen Halbbildes folgt (Signal P verzögert um ein Halbbild), oder T_n_3 während der beiden folgenden Halbbiler.

Um bei der Halbbildablesung in der Bewegung Rückläufe nach hinten zu verhindern (beispielsweise T^ im. Anschluß an T^), filtert man das von dem Haupt- bzw. Arbeitsspeicher 9 stammende Signal, indem man ein Pseudo-Halbbild I durch Inter-

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polation zwischen den gespeicherten Halbbildern erzeugt, und indem man dieses Pseudo-Halbbild I dazu verwendet, die nicht übertragenen Halbbilder T₂, T,, T,-, Tg usw. wiederherzustellen.

Fig. 4 verdeutlicht die Erzeugung eines Pseudo-Halbbildes I aus den gespeicherten Halbbildern T und T , oder T ,. Ein Punkt X dieses Pseudo-Halbbildes I_n mit entgegengesetzter Parität zu T wird ausgehend von den Punkten A und C der aufeinanderfolgenden Zeilen von T_n berechnet, die über oder unter X liegen, und ausgehend von dem Punkt B, der dem Punkt X in dem benachbarten Halbbild gleicher Parität wie I entspricht, d.h. entsprechend dem jeweiligen Fall in T_n-3 oder T_n+3 (Signal F).

Die Amplitude von B wird mit derjenigen von A und C verglichen. Wenn B zwischen A und C liegt, befindet man sich in einer Biockierungszone, und man wählt X gleich B aus. Wenn B größer oder kleiner als A und C ist, stellt man fest, daß eine Bewegung stattgefunden hat, und man gibt X den Wert von A oder von C, der dem Wert B am nächsten ist. ·

Die Anordnung zur Erzeugung des Pseudo-Halbbildes I ist in den Figuren 1 und 5 dargestellt, wobei Fig. 5 mehr ins einzel-; ne gehend das in Fig. 1 dargestellte Glied 11 zeigt. Die ' von dem Code-Umwandler 10 kommenden zwei MIC-Signale F¹ und G¹! werden in den Registern 21 und 22 um eine halb-e Zeile, eine | Zeile und um 0 Zeilen verzögert. Der Punkt B wird von dem um eine halbe Zeile verlagerten bzw. verzögerten Signal F¹ erhalten und befindet sich demzufolge auf einer Zeile des Halbbildes, das eine zu T_n entgegengesetzte Parität hat.

Der Punkt A wird von dem um eine Zeile verzögerten bzw. verlagerten Signal G¹ erhalten. Der Punkt C wird endlich mittels des unveränderten Signales G^f erhalten. Ein Vergleicher 23 führt den Vergleich des Punktes B des Halbbildes T_n+^ oder |

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^T _n_3 mit den Punkten A und C der benachbarten Zeilen des Halbbildes T_n durch. Der Vergleicher 23 liefert den Punkt X, der zu dem Pseudo-Halbbild I gehört.

Das am Ausgang des Vergleichers 23 erhaltene Signal I ist somit durch die übertragenen Halbbilder T , T_n+, usw. und

durch die Pseudo-Halbbilder I , I -, gemäß .der folgenden

Sequenz gebildet:

T_n während des ersten Halbbildes

I_n während des zweiten Halbbildes

I _ während des dritten Halbbildes

T , während des vierten Halbbildes

Für die Wiederherstellung der nicht übertragenen Halbbilder ■P+1 oder T^ bewertet man anschließend das Pseudo-Halbbild I mit dem Signal N, welches dem Punkt B entspricht, um das Signal R (Fig. 3) zu erhalten.

Dieses Signal R ist während des ersten Halbbildes gleich T^, während des zweiten Halbbildes gleich 2 I^ + Τ» , während des dritten Halbbildes gleich 1 T^ + 2^1^, während des vierten Halbbildes .T^ usw.. ^ ³

Diese Behandlung gestattet es, die anfängliche Bildauflösung bzw. Bildschärfe zu berücksichtigen; so wird ein unbewegliches Bild mit einer Bildauflösung bzw. Bildschärfe wiederhergestellt, die sehr nahe der ursprünglichen Bildauflösung bzw. Bildschärfe ist, während ein bewegtes Bild mit einer ausgezeichneten Approximation hinsichtlich der Bewegung wiederhergestellt wird. Man erhält auf diese Weise eine Art eines "verketteten Überblenden«" hinsichtlich des sichtbar gemachten Bildes und man vermeidet die Diskontinuitäten aufgrund der Rückwärts-Rückläufe.

Um diese Bewertung zu realisieren, werdsn die Signale I lind N einem sequentiellen Bewerter 24 zugeführt. Dieser Bewerter 24, der im wesentlichen aus einem numerischen bzw. Digitaladdierer

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' besteht, multipliziert das Signal I mit 2 und das Signal N imit 1, und führt dann während eines Halbbildes die Operatio-. nen 3 x N und 2 N + I während der beiden folgenden Halbbilder durch.

Das auf diese Weise erhaltene Signal R wird anschließend im Digital-Analog-Umwandler 12 in ein Analogsignal umgeformt und dann auf einem Terminal sichtbar gemacht.

ι Dieses Verfahren und das Gerät zu seiner Realisierung erfordern . nur wenige Elemente, wobei der Bildspeicher bereits bei den bekannten Einrichtungen im Empfangsteil vorhanden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Wiederherstellung eines Signales mit einem für das unbewegliche Bild nur wenig empfindlichen Bildauflösungs- bzw. Bildschärfeverlust, während für die sich in Bewegung befindenden Teile eine Filtrierung stattfindet.

Die obige Bes-chreibung bezieht sich auf den speziellen Fall, bei dem ein Punkt durch drei Binärelemente repräsentiert wird, während für drei Halbbilder ein Halbbild übertragen wird. Dieses ermöglicht es, beispielsweise für die Übertragung eines Visiophonbildes einen Übertragungstakt bzw. eine Übertragungsfrequenz von 2,048 Mbits/s zu erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei der zeitlichen Unterbemusterung von verschachtelten Fernsehbildern anwenden und gestattet in der gleichen Weise eine Unterbemusterung eines Teilbildes für alle (2p+1) Teilbilder zu realisieren.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   M .) Verfahren zur Reduktion des digitalen Übertragungsdurchsatzes bei der Übertragung von Videosignalen, wobei jedes Bild in zwei aufeinanderfolgende Halbbilder zerlegt wird, von denen jedes die Zeilen jeweils gleicher Parität enthält, und wobei jeder Bildpunkt durch ein Wort n, insbesondere drei Binärelemente repräsentiert wird, wobei man füir arei Halbbilder ein Halbbild überträgt, in einen Bildspeicher im Empfangsteil eines Halbbildes jeder Parität einspeichert, und systematisch ein eingespeichertes Halbbild durch das darauf folgende übertragene Halbbild gleicher Parität erneuert bzw. wiederherstellt und die Zwischenhalbbilder durch Interpolation zwischen den im Speicher befindlichen Halbbildern wiederherstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pseudo-Halbbild I mit zu einem gespeicherten Halbbild T entgegengesetzter Parität durch Interpolation zwischen T und den ebenfalls gespeicherten Halbbildern T₊-, oder T-, bildet, und daß man ein Zwischenhalbbild T₊₁ oder T-. ausgehend von I und ausgehend von T , bzw. T -, wiederherstellt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Berechnung eines Punktes X des Pseudo-Halbbildes I_n den Punkt B des Halbbildes T_n+-Z oder T 3, der dem-Punkt X entspricht, mit den Punkten A und C vergleicht, die den benachbarten Zeilen des Halbbildes T entsprechen und die dem Punkt B am nächsten liegen, und daß man für X

   - den Wert des Punktes B auswählt, wenn dieser zwischen den Werten der Punkte A und C liegt, und den Wert von A oder C, der demjenigen des Punktes B am nächsten liegt, wenn dieser größer oder kleiner ist als die Werte von A und C.

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3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Erhalten des Zwischenhalbbildes ^Tn+1 ^{oder T}n-1 ^{die Größe 1}/3 (^2I _n ^{+ T}m3 ^{oder T}n3^ ^bildet·

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