DE2835434A1

DE2835434A1 - Verfahren zur uebertragung von bildsignalen ueber schmalbandige uebertragungskanaele

Info

Publication number: DE2835434A1
Application number: DE19782835434
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Kummerfeldt; Helmut Dipl Ing Mangold; Franz Dipl Ing May
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-08-12
Filing date: 1978-08-12
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DE2835434C2

Description

"Verfahren zur tbertragung von Bildsignalen über schmalbandi-
ge tbertragungskanäle" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ubertragung von Bildsignalen über schmalbandige Ubertragungskanäle unter Verwendung einer Transformationscodierung, bei der Abtastwerte des Bildsignales blockweise in Spektralkoeffizienten gewandelt werden und die Spektralkoeffizienten zeitlich nacheinander zum Empfänger übertragen werden.
Ein bekanntes Verfahren, die Bandbreite von Bildsignalen zu reduzieren, ist die Transformationscodierung, wie sie beispielsweise in Proceedings of the IEEE, Vol. 60, No. 7, (Juli 1972), S. 809-820 beschrieben ist. Dabei wird jeweils eine vorgegebene Anzahl von Bildpunkte, die mehr oder weniger durch die Eigenschaften der Bildsignale voneinander statistisch abhängig sind, in eine, in der Regel kleinere Anzahl nahezu unabhängiger Koeffizienten umgewandelt. Transformationen, welche die statistischen Eigenschaften von Bildsignalen besonders gut berücksichtigen, sind die Fouriertransformation, die Cosinustransformation und die Slanttransformation. Letztere ist beispielsweise in IEEE Trans. on Communications, (August 1974), No. 8, S. 1075-1093 beschrieben.
Allen Transformationen gemeinsam ist, daß die den Grauwerten des Bildes entsprechenden analogen Bildsignalrabgetastet werden, die Abtastwerte einer Analog/Digital-Wandlung unterzogen werden und Jeweils eine vorgebbare Anzahl von digital gewandelten Abtastwerten, beispielsweise die eines gesamten Bildes oder Teilbildes, als Datenblock betrachtet mittels eines Rechners entsprechend den Regeln der gewählten Transformation transformiert werden. Da in der Regel die Bildsignale schneller anfallen als der Rechner die Transformation ausführen kann, werden für die Dauer der Transformation die Bildsignale Jeweils gespeichert. Die bei der Transformation entstehenden Spektralkoeffizienten, die vom Rechner als Codeworte jeweils parallel ausgegeben werden, werden seriell mit einer dem schmalbandigen Ubertragungskanal angepaßten Geschwindigkeit übertragen und zwar in der Reihenfolge der Ordnung der Koeffizienten und empfangsseitig durch eine Rücktransformation in das ursprüngliche Bildsignal zurückverwandelt. Diese Rücktransformation wird jedoch erst dann durchgeführt, wenn sämtliche Koeffizienten eines Bildes auf der Empfangsseite empfangen worden sind. Das hat den Nachteil, daß bei einem Ubertragungskanal mit geringer Bitrate zwischen zwei übertragenen Bildern jeweils ein Abstand von mehreren Sekunden liegt und die Übertragung bewegter Bilder praktisch unmöglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu verbessern, so daß empfangsseitig schon möglichst bald ein Bild empfangen werden kann, die Bildübertragung nicht länger dauert als unbedingt notwendig und die Bildübertragung möglichst gut an die Wünsche des empfangsseitigen Bildbetrachters angepaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß empfangsseitig die Spektralkoeffizienten gespeichert werden und ständig eine Rücktransformation durchgeführt wird und das rekonstruierte Bild während seiner Aufbauphase ständig dargestellt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Vorteil erreicht, daß der Empfänger in kürzester Zeiten zwar gering aufgelösteS Bild übertragen bekommt, das Jedoch schon wesentliche Merkmale des Gesamtbildes erkennen läßt. Bei einer Datenrate von einigen kBit/s wird eine so schnelle Aufeinanderfolge der gering aufgelösten Bilder möglich, daß Bewegungsabläufe erkennbar werden. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Übertragung der Spektralkoeffizienten gegenüber Ubertragungsfehler relativ unempflindlich ist.
Einen in der Regel den Anforderungen des empfangsseitigen Betrachters befriedigenden Bildaufbau erhält man, wenn zunächst der Spektralkoeffizient niedrigster Ordnung, d. h.
der Gleichstrommittelwert, dann der nächsthöheren Ordnung und sofort übertragen werden. Um eine ständige Rücktransformation und Darstellung zu ermöglichen, müssen die bereits übertragenen Spektralkoeffizienten am Empfangs ort entsprechend ihrer Ordnung gespeichert werden. Das Bild gewinnt dann während der Zeit zunehmend an Schärfe und Detailreichtum und der Betrachter ist in der Lage, rechtzeitig zu erkennen, ob das gewünschte Bild übertragen wird und kann die Übertragung dann abbrechen lassen, wenn seine Information über das Bild bereits ausreicht.
Es ist für natürliche Bilder typisch, daß bei der Transformation der Bildsignale ein Teil der Spektralkoeffizienten Null oder so klein sind, daß deren Übertragung nicht erforderlich ist. Es ist dann von Vorteil, wenn die Reihenfolge der zeitlichen Übertragung der Spektralkoeffizienten von der Größe des Betrages der verschiedenen Spektralkoeffizienten gesteuert wird und durch eine Adreßcodierung dem Empfänger die Ordnung des übertragenen Spektralkoeffizienten mitgeteilt wird.
Hierdurch wird erreicht, daß markante Bildstrukturen möglichst schnell übertragen werden.
Die Transformation der digital gewandelten Abtastwerte eines vollständigen Bildes in Spektralkoeffizienten ist u. U. sehr aufwendig, so daß dies nur mit teueren Rechnern und unerwunschter Verarbeitungszeit möglich ist. Es ist dann zweckmäßig, das Bild in Teilbilder zu zerlegen und die Transformation der Abtastwerte der Bildsignale der Teilbilder blockweise durchzuführen. Allein die Übertragung der Spektralkoeffizienten erster Ordnung der Teilbilder, die den Gleichstrommittelwert der Teilbilder kennzeichnen, gibt dem empfangsseitigen Betrachter bereits einen groben Überblick über das zu erwartende Bild, so daß auf diese Art und Weise mit weniger Rechneraufwand und kürzerer Verarbeitungszeit eine schnelle Bildübertragung möglich wird. Diese Art der Bildübertragung dürfte aüoh für viele Notdienste wie z. B. Polizei, Feuerwehr in- teressant sein, insbesondere da es dadurch möglich wird, bestimmte Teile des Bildes, beispielsweise den mittleren Bereich schneller aufbauen zu lassen als die übrigen.
Es ist dann von Vorteil, die Menge der Spektralkoeffizienten Je Teilbild entsprechend der Leistung (Varianz) der Spektralkoeffizienten im Teilbild vorzunehmen und die ausgewählten Spektralkoeffizienten mit ihren Adressen zu übertragen.
Durch den Wegfall für das auf zubauende Bild unwichtiger Spektralkoeffizienten läßt sich auch dadurch eine schnellere Bildübertragung erzielen.
Ebenfalls interessant für Notdienste dürfte es sein, zwischen Bender und Empfänger einen Rückkanal vorzusehen, so daß der Betrachter die Auswahl der Spektralkoeffizienten selbst steuern kann. Auf diese Weise ist es möglich, den jeweils für den Betrachter interessierenden Bildbereich in gewünschter Schärfe aufbauen zu lassen, was in sehr kurzer Ubertragungszeit auch über schmalbandige ftbertragungskanäle wie z. B. Telefonkanäle möglich ist.
Die Erfindung wird nun anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung zur erfindungsgemäßen Übertragung von Bildsignalen unter Verwendung einer Transformationscodierung.
Die beispielsweise von einer Fernsehkamera abgegebenen Signale werden zunächst in an sich bekannter Weise abgetastet. Die Abtastwerte sind in der Figur mit X (k, 1, m) bezeichnet und können quantisiert oder auch bereits digitalisiert vorliegen. Die Indizes k, 1, m der Abtastwerte bedeuten k n Bildpunktnummer, 1 = Zeilennummer und m r Bildnummer.
Liegen die Daten z. B. in digitaler Form vor, werden in einem Rechner 1 die Abtastwerte einer 2-dimensionalen Transformation unterzogen, wobei sich die eine Dimension der Transformation auf die Zeile und die zweite Dimension auf die Spalte eines Bildes bezieht. Die vom Rechner ermittelten Spektralkoeffizienten Y (u, v, m) werden nun einem Quantisierer 2 ugeführt und anschließend einem Codierer 3, der eine Adreßcodierung durchführt.
Wie bereits oben beschrieben, ist bei der Transformation der Bildsignale ein Teil der Spektralkoeffizienten Null oder so klein, daß deren Übertragung nicht erforderlich ist. Zur Datenreduktion ist daher die Auswahlsteuerung 4 am Ausgang des Rechners angbschlossen, welche die Größe des Betrages der Spektralkoeffizienten überwacht und nur bei Überschreiten eines vorgegebenen Betrages den Quantisierer 2 veranlaßt, einen quantisierten Spektralkoeffizienten an den Coder 3 abzugeben und ebenfalls durch ein Steuerzeichen den Coder 3 veranlaßt, beispielsweise den von ihm ermittelten Abstand zweier aufeinanderfolgender Spektralkoeffizienten als Adresse mit über den Ubertragungskanal 5 zu übertragen.
Im Falle einer Zerlegung des Bildes in Teilbilder und der blockweisen Transformation der Teilbilder ermittelt die Auswahlsteuerung die Leistung der Spektralkoeffizienten in den Teilbildern und entscheidet, wie viele und welche Koeffizienten in den jeweiligen Teilbildern übertragen werden.
Empfangsseitig sorgt nun der Decodierer 6 mit seinem Speicher dafür, daß die einlaufenden Spektralkoeffizienten in der richtigen zeitlichen Reihenfolge als. Spektralkoeffizienten r (u, v, m) der Einrichtung 7, beispielsweise einem empfangsseitigen Rechner zur inversen 2-dimensionalen Transformation übergeben werden.
Im Laufe der Dauer der Bildübertragung wird der Speicher mit den übertragenen Spektralkoeffizienten gefüllt, wobei das wiedergegebene Bild infolge der ständigen Rücktransformation an Qualität zunimmt.
Nach der Rücktransformation durch den Rechner 7 entsteht ein weitgehend den Abtastwerten X (k, 1, m) entsprechendes Signal x (k, 1, m), das im Falle quantisierter Abtastwerte über einen D/A-Wandler und Tiefpaß der empfangsseitigen Bildwiedergabe einrichtung zugeführt werden kann.
Es zeigt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders gute Ergebnisse liefert, wenn als 2-dimensionale Transformation die Cosinustransformation verwendet wird, die beispielsweise in IEEE Trans. on Comm., Vol. 25, No. 11, Nov. 1977, S. 1329-1339 beschrieben ist.
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Claims

Patentansp-rüche Verfahren zur Ubertragung von Bildsignalen über schmalbandige Vbertragungskanäle unter Verwendung einer Transformationscodierung, bei der Abtastwerte des Bildsignals in Spektralkoeffizienten gewandelt werden und die Spektralkoeffizienten zeitlich nacheinander zum Empfänger übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig die Spektralkoeffizienten gespeichert werden und ständig eine Rücktransformation durchgeführt wird und das rekonstruierte Bild während seiner Aufbauphase ständig dargestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Spektralkoeffizient niedrigster Ordnung, dann der nächsthöheren Ordnung und sofort übertragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der zeitlichen tibertragung der Spektral- koeffizienten von der Größe des Betrages der verschiedenen Spektralkoeffizienten gesteuert wird und durch eine Adreßcodierung dem Empfänger die Ordnung des übertragenen Spektralkoeffizienten mitgeteilt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild in Teilbilder zerlegt wird und die Transformation der Abtastwerte der Bildsignale der Teilbilder blockweise durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Je Teilbild eine unterschiedliche Anzahl von Spektralkoeffizienten ausgewählt und übertragen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zu übertragenden Spektralkoeffizienten Je Teilbild entsprechend der Leistung der Spektralkoeffizienten im Teilbild gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, für den Fall, daß zwischen Sender und Empfänger ein Rfickkanal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Spektralkoeffizienten Je Teilbild empfangsseitig steuerbar ist.