DE2364629C2 - System for coding video signals using the so-called differential signal method - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein System zur Codierung von Videosignalen nach dem sogenannten Differenzsignalverfahren, bei welchem das Differenzsignal quantisiert wird und je nach Vorliegen von Kanten die Quanlisierungskennlinie gesteuert wird.The invention relates to a system for coding video signals according to the so-called difference signal method, in which the difference signal is quantized and, depending on the presence of edges, the quantization characteristic is controlled.

Bei der Codierung von Videosignalen ist man, um einen möglichst geringen Bitfluß zu erhalten, bestrebt, eine möglichst grobe Quantisierung vorzunehmen. In Flächen macht sich eine grobe Quantisierung jedoch durch sogenanntes Contouring bemerkbar. Hierbei werden Helligkeitsübergänge, die allmählich erfolgen, beim Überschreiten einer Quantisierungsschwelle als Helligkeitssprünge wiedergegeben, die im Fall einer zu groben Quantisierung störend in Erscheinung treten. Bei einer geringen Anzahl von feinen Quantisierungsstufen ist es jedoch bei dem Differenzsignalverfahren nicht möglich, Signalsprünge, die durch die Abtastung von Kanten entstehen, voll zu übertragen. Es ist deshalb bekannt, die Kennlinie von Quantisierern je nach dem Vorliegen von Kanten, bei denen dann die gröbere Quantisierung nicht störend in Erscheinung tritt, umzuschalten.When coding video signals, in order to obtain the lowest possible bit flow, the aim is to to make a quantization that is as coarse as possible. In areas, however, a rough quantization is possible noticeable through so-called contouring. Here, brightness transitions that take place gradually, when a quantization threshold is exceeded as brightness jumps, which in the case of a to coarse quantization appear disturbing. However, when the number of fine quantization levels is small, it is the differential signal method it is not possible to fully transmit signal jumps that occur when edges are scanned. It is therefore known, the characteristic of quantizers depending on the presence of edges, for which then the coarser Quantization does not interfere with switching.

Um festzustellen, ob in der jeweils abgetasteten Vorlage an der entsprechenden Stelle eine Kante vorliegt oder nicht, ist es bereits bekannt, die jeweiligen Signale um eine Zeile zu verzögern und mit dem Signal zu vergleichen, welches in der nächsten Zeile auftritt und somit wiederum ein Kantensignal ableitet. Diese bekannten Verfahren bringen jedoch keine befriedigende Ergebnisse, wenn die Kanten nicht senkrecht zur Zeilenrichtung verlaufen. Dieses gilt, wenn die Abtastfrequenz mit der Zeilenfrequenz im sogenannten Null-Offset verkopppelt ist Bsim sogenannten Null-Off^ set beträgt die Abtastfrequenz ein ganzzeiliges Vielfaches der Zeilenfrequenz, so daß die jeweils abgetasteten Bildpunkte von aufeinanderfolgenden Zeilen senkrecht zur Zeilenrichtung nebeneinanderliegen. Beim Betrieb ohne Null-Offset werden dagegen nicht die senkrechten Kanten, jedoch Kanten einer bestimmten Schräglage erkanntIn order to determine whether there is an edge at the corresponding point in the document being scanned exists or not, it is already known to delay the respective signals by one line and with the signal to compare which occurs in the next line and thus in turn derives an edge signal. These known methods, however, do not bring satisfactory results if the edges are not perpendicular to the Line direction run. This applies when the sampling frequency with the line frequency in the so-called Coupled to zero offset is Bsim so-called zero-off ^ set, the scanning frequency is a whole-line multiple of the line frequency, so that the respectively scanned Pixels of successive lines lie next to one another perpendicular to the line direction. During operation without a zero offset, on the other hand, the vertical edges are not, but edges of a certain inclined position recognized

Zur Abtastung unterhalb der Nyquist-Rate und zum Auskämmen der Spektren mit Kammfiltern ist es jedoch erforderlich, mit einem sogenannten Halbzeilen-Offset abzutasten, bei dem die Abtastpunkte von Zeile zu Zeile jeweils um die halbe Breite eines Abtastintervalls verschoben sind.However, it is for sampling below the Nyquist rate and for combing out the spectra with comb filters required to scan with a so-called half-line offset, in which the sampling points from line to line are each shifted by half the width of a sampling interval.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System anzugeben, durch welches bei Abtastung mit beliebigem Offset sowohl senkrechte als auch schrägliegende Kanten erkannt werden.The object of the present invention is to provide a system through which when scanning with any Offset, both vertical and sloping edges can be recognized.

Das erfindungsgemäße System ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Kantensignal abgeleitet wird, wenn von den einer Reihe von mindestens drei benachbarten Bildpunkten zugeordneten Differenzsignalen mindestens eines einen vorgegebenen Wert überschreitet, und daß das Kantensignal verzögert und in der nächstfolgenden Zeile zur Steuerung der Quantisierungskennlinie verwendet wird.The system according to the invention is characterized in that an edge signal is derived when of the difference signals associated with a row of at least three adjacent pixels one exceeds a predetermined value, and that the edge signal is delayed and in the next following Line is used to control the quantization characteristic.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Systems wird bei Vorliegen einer Kante die Quantisierungskennlinie während der Abtastung mehrerer Bildpunkte für die Übertragung der Kante umgeschaltet. In der Praxis bedeutet dieses jedoch keinen Nachteil, da durch die sogenannte Kontrastverdeckung in der unmittelbaren Nähe von Kanten das menschliche Auge relativ unempfindlich für eine verfälschte Wiedergabe des Kontrasts ist.When the system according to the invention is used, the quantization characteristic becomes when an edge is present switched during the scanning of several pixels for the transmission of the edge. In practice However, this does not mean a disadvantage, because the so-called contrast masking in the immediate area Near edges the human eye is relatively insensitive to a falsified reproduction of the Contrast is.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden fünf benachbarte Bildpunkte zur Bildung des Kantensignals herangezogen. Hierbei ist es einerseits möglich, noch relativ schräg verlaufende Kanten zu erfassen, und andererseits ist der Bereich der vor und hinter einer Kante nicht exakt Viedergegebenen Graustufen noch hinreichend klein.In a preferred embodiment, five adjacent pixels are used to form the edge signal used. On the one hand, it is possible to detect edges that are still relatively inclined, and on the other hand, the area of the gray levels in front of and behind an edge is still not exactly reproduced sufficiently small.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Von diesen zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the figures. Of these shows

F i g. 1 schematisch eine Anzahl von Abtastpunkten zweier aufeinanderfolgenden Zeilen für den Fall des Null-OffsetsundF i g. 1 schematically shows a number of sampling points of two successive lines for the case of Zero offsets and

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems.2 shows an embodiment of an inventive Systems.

In Fig. 1 sind schematisch einige Abtastpunkte zweier zeitlich aufeinanderfolgenden Zeilen, welche mit n-1 und η bezeichnet sind, dargestellt. Die folgende Betrachtung wird zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem eine Übertragung des dem Abtastpunkt χ zugeordneten Differenzsignals, also der Differenz der Werte zwischen dem Punkt χ und dem Punkt f, erfolgen soll. Beinhaltet nun die Vorlage einen Schwarz-Weißsprung, der durch die Linie 1 angedeutet ist, so ist es erforderlich, den Quantisierer vor der Übertragung des Differenzsignals für den Bildpunkt α auf eine zur Übertragung von Signalsprüngen geeignete Quantisierungskennlinie umzuschalten. Nach dem bekannten Verfahren erfolgt diese Umschaltung durch einIn Fig. 1, some sampling points of two temporally successive lines, which are denoted by n-1 and η , are shown schematically. The following consideration is carried out at a point in time at which a transmission of the difference signal assigned to the sampling point χ, that is to say the difference in the values between the point χ and the point f, is to take place. If the template now contains a black and white jump, which is indicated by line 1, it is necessary to switch the quantizer to a quantization characteristic suitable for transmitting signal jumps before the transmission of the difference signal for the pixel α. According to the known method, this switchover is carried out by a

Kantensignal, welches durch Vergleich des Signals für den Punkt f/und desjenigen für den Punkt χ gewonnen wird. Eine durch die Linie 2 dargestellte Kante wird jedoch nicht als solche erkanntEdge signal, which is obtained by comparing the signal for point f / and that for point χ . However, an edge represented by line 2 is not recognized as such

Bei dem erfindungsgemäßen System wird nun ein Kantensignal abgeleitet, wenn beispielsweise von fünf Differenzsignalen, welche benachbarten Bildpunkten zugeordnet sind, mindestens eines eben vorgegebenen Wert überschreitet Für den Fall der Abtastung einer Vorlage mit einem Helligkeitssprung bei der Linie 1 ist dieses Kritierium das erste Mal bei der Abtastung des Punktes cgegeben. In diesem Moment entsteht also, wie später in F i g. 2 näher erläutert wird, ein Kantensignal, das um eine Zeile abzüglich zweier Bildpunktabtastintervalle verzögert wird, so daß es vor der Abtastung des Punktes f die sogenannte Kantenquantisierungskennlinie einschaltet Bei diesem letztgenannten Beispiel geschieht dieses zwar zwei Bildpunkte vor der Abtastung der Linie 1 in Zeile n, was jedoch wegen des sogenannten Kontrastüberdeckungseffekts nicht störend in Erscheinung tritt.In the system according to the invention, an edge signal is now derived if, for example, of five difference signals that are assigned to adjacent pixels, at least one exceeds a predetermined value Sampling of point c given. At this moment, as later in FIG. 2 is explained in more detail, an edge signal that is delayed by one line minus two pixel sampling intervals so that it switches on the so-called edge quantization characteristic before the sampling of the point f . However, this does not appear disturbing because of the so-called contrast coverage effect.

Im Falle der Abtastung einer Vorlage mit einer schrägliegenden Kante, wie sie durch die Linie 2 symbolisiert ist, erfolgt in der Zeile n-\ die Bildung eines Kantensignals erst bei der Abtastung des Bildpunktes d. Während der Zeile η tritt dann das verzögerte Kantensignal vor der Abtastung des Punktes χ auf, gerade rechtzeitig, um die Quantisierungskennlinie zur Übertragung der Kante 2 umzuschalten.In the case of scanning an original with an inclined edge, as symbolized by line 2, an edge signal is only formed in line n- \ when the image point d is scanned. During line η , the delayed edge signal then occurs before the point χ is scanned, just in time to switch over the quantization characteristic for the transmission of edge 2.

Die Linie 3 symbolisiert eine Kante, welche im Gegensatz zur Kante 2 verläuft. Hierbei entsteht auch noch ein Kantensignal, wenn der Bildpunkt e abgetastet wird. Dieses Kantensignal wird wiederum um eine Zeile abzüglich des Abtastintervalls zweier Bildpunkte verzögert, so daß es noch vor der Abtastung des Bildpunktes x, also noch vor der Quanitsierung des dem Bildpunkt χ zugeordneten Differenzsignals auftritt. F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße System. Bei 11 wird dem System das sogenannte Differenzsignal, welches jeweils der Differenz zwischen dem letzten und dem momentanen Abtastwert entspricht, zugeführt. Dieses Signal kann entweder in analoger Form vorhanden sein oder bereits in digitaler Form, welche jedoch durch die Anwendung sehr kleiner Quantisierungsstufen entstanden und somit eine größere Anzahl von Binärstelien, üblicherweise acht, umfaßt. Dieses Differenzsignal wird den an sich bekannten Komperatoren 12, 13, 14 und 15 zugeführt. Im Falle eines analogen Differenzsignals bestehen die Komperatoren aus je einem Differenzverstärker.Line 3 symbolizes an edge that runs in contrast to edge 2. An edge signal also arises here when the image point e is scanned. This edge signal is in turn delayed by one line minus the sampling interval of two pixels, so that it occurs before the sampling of the pixel x, that is, before the quantification of the difference signal assigned to the pixel χ. F i g. 2 shows an exemplary embodiment for the system according to the invention. At 11, the so-called difference signal, which in each case corresponds to the difference between the last and the current sample value, is fed to the system. This signal can either be present in analog form or already in digital form, which, however, resulted from the use of very small quantization levels and thus comprises a larger number of binary digits, usually eight. This difference signal is fed to the comparators 12, 13, 14 and 15, which are known per se. In the case of an analog differential signal, the comparators each consist of a differential amplifier.

Ob nun analog oder digital verglichen wird, in jedem Fall wird dem anderen Eingang eines jeden Komperators ein der anzuwendenden Quantisierung entsprechender Referenzwert zugeführt. Bei der an sich bekannten Kennlinienumschaltung des Quantisierers werden die Vergleichsspannungen umgeschaltet, was bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel für die Komperatoren 12, 13, 14 und 15 durch die Umschalter 16, 17 und 18 erfolgt Es sei angenommen, daß die Schalter 16, ίο 17 und 18 in ihrer oberen Stellung den Komperatoren Gleichspannungen zuführen, welcher einer groben Quantisierung entsprechen und in ihrer unteren Stellung zu einer feingestuften Quantisierungskennlinie führen. Dem Komperator 15 wird ein konstanter Vergieichs-Whether analog or digital is being compared, in each of them In this case, the other input of each comparator will be one that corresponds to the quantization to be used Reference value supplied. When switching the characteristic curve of the quantizer, which is known per se the comparison voltages are switched over, which in the embodiment shown for the comparators 12, 13, 14 and 15 is carried out by the changeover switches 16, 17 and 18 It is assumed that the switches 16, ίο 17 and 18 in their upper position feed the comparators DC voltages, which is a coarse Correspond to quantization and, in their lower position, lead to a finely graded quantization characteristic. The comparator 15 is a constant comparison

wert, beispielsweise 15% des gesamten Amplitudenbereichs des Differenzsignals zugeführt. Das Ausgangssignal des Komperators 15 wird nacheinander über jeweils eine Verzögerungseinrichtung, welche das Signal um die Dauer eines Abtastintervalls verzögert,value, for example 15% of the entire amplitude range of the difference signal supplied. The output signal of the comparator 15 is successively via a delay device, which the Signal delayed by the duration of a sampling interval,

geleitet. Diese Verzögerungseinrichtungen sind in Fig.2 mil 20, 21, 22 und 23 bezeichnet. An den Schaltungspunkten 24,25,26,27 und 28 entstehen somit gleichzeitig Signale, welche fünf nebeneinanderliegenden und zeitlich aufeinanderfolgenden abgetasteten Bildpunkten entsprechen, sofern deren Differenzsignal größer als 15% ist. Diese Signale werden den Eingängen einer Oder-Schaltung 29 zugeführt, an deren Ausgang ein Signal abgegeben wird, wenn eines der vorher erwähnten Signale vorhanden ist, d. h., wenn eines einen der fünf Bildpunkte zugeordneten Differenzsignale den Wert von 15% übersteigt. Dieses Kantensignal wird einer Verzögerungseinrichtung 30 zugeführt, welches das Kantensignal um eine Zeile abzüglich der Dauer zweier Bildpunkte verzögert. Die Ausgangsspannungdirected. These delay devices are denoted by 20, 21, 22 and 23 in FIG. To the Circuit points 24, 25, 26, 27 and 28 are thus created at the same time signals, which five adjacent and temporally consecutive scanned Correspond to pixels if their difference signal is greater than 15%. These signals are the inputs an OR circuit 29 is supplied, at the output of which a signal is emitted if one of the previously mentioned signals is present, d. That is, if one of the five pixels associated with the difference signals Value of 15%. This edge signal is fed to a delay device 30, which the edge signal is delayed by one line minus the duration of two pixels. The output voltage

dieser Verzögerungseinrichtung 30, also das verzögerte Kantensignai, steuert nunmehr die Umschalter 16, 17 und 18 in der Weise, daß bei Auftreten eines Kantensignals die Schalter in die obere Stellung gebracht werden, was eine grobe Quantisierungskennli-This delay device 30, that is to say the delayed edge signal, now controls the changeover switches 16, 17 and 18 in such a way that when an edge signal occurs, the switches are in the upper position which is a rough quantization characteristic

nie zur Folge hat. Die Ausgangssignale der Komperatoren 12, 13, 14 und 15 werden einem Codierer 31 zugeführt, der in an sich bekannter Weise die darin enthaltene Information in eine zur Übertragung geeignete Form bringt.never entails. The output signals of the comparators 12, 13, 14 and 15 are fed to an encoder 31 fed, which in a manner known per se converts the information contained therein into a for transmission brings suitable shape.

Die Anzahl und die Höhe der Quantisierungsstufen wird üblicherweise je nach Anforderungen an die Übertragungsqualität bzw. nach Art der zu übertragenden Signale gewählt. In F i g. 2 sind der Übersichtlichkeit halber nur vier Quantisierungsstufen beispielhaftThe number and the amount of the quantization levels is usually depending on the requirements of the Transmission quality or selected according to the type of signals to be transmitted. In Fig. 2 are for clarity for the sake of only four quantization levels as an example

dargestellt.shown.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. System zur Codierung von Videosignalen nach dem sogenannten Differenzsignalverfahren, bei welchem das Differenzsignal quaniisieri wird und je nach Vorliegen von Kanten die Quantisierungskennlinie gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kantensignal abgeleitet wird, wenn von den einer Reihe von mindestens drei benachbarten Bildpunkten zugeordneten Differenzsignalen mindestens eines einen vorgegebenen Wert überschreitet und daß das Kantensignal verzögert und in der nächstfolgenden Zeile zur Steuerung der Quantisicrungskennlinie verwendet wird.1. System for coding video signals according to the so-called differential signal method to which the difference signal is quaniisieri and ever after the presence of edges the quantization characteristic is controlled, characterized in that that an edge signal is derived when from the difference signals associated with a row of at least three adjacent pixels at least one exceeds a predetermined value and that the edge signal is delayed and in the next line is used to control the quantization characteristic. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert ca. 15% des maximal möglichen Wertes beträgt2. System according to claim 1, characterized in that the predetermined value is approximately 15% of the maximum possible value 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kantensignal abgeleitet wird, wenn eines von fünf benachbarten Bildpunkten zugeordneten Differenzsignalen den vorgegebenen Wert überschreitet3. System according to claim 1 or 2, characterized in that an edge signal is derived is when one of five adjacent pixels associated difference signals the specified Value exceeds 4.System nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzsignale unter anderem einem Komperator zugeführt sind, an dessen Ausgang in Reihe mehrere Verzögerungsglieder mit jeweils der Verzögerungszeit von einem Abtastintervall angeschlossen sind, daß die Ausgänge dieser Verzögerungsglieder und der Ausgang des Komperators je mit einem Eingang einer Oder-Schaltung verbunden sind und daß der Ausgang der Oder-Schaltung an den Eingang einer weiteren Verzögerungseinrichtung angeschlossen ist, deren Verzögerungszeit einer Zeile abzüglich der Hälfte der gesamten durch die an den Ausgang der Komperatorschaltung angeschlossenen Verzögerungsglieder erfolgten Verzögerung entspricht.4.System according to claim!, Characterized in that that the difference signals are fed, among other things, to a comparator, at the output of which in Several delay elements are connected in series, each with the delay time of one sampling interval are that the outputs of these delay elements and the output of the comparator each are connected to an input of an OR circuit and that the output of the OR circuit is connected to the input of a further delay device is connected, the delay time one line minus half of the total through the to the output of the comparator circuit connected delay elements corresponds to the delay.