CN87105400A - 视频信号的传送方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种传输视频信号的方法，在这个方法中先把来自摄象机的视频信号转换成数字信号，然后把该数字信号从时间域转换入频谱域中，接着根据人服的生理学特征对待转输信号进行加权运算，然后可以数学方式发送出经加权的频谱减信号。通过在计算中进行一定的加权(即进行源编码)即可剔除多余的和无关的信号部分，从而可以显著地降低信号容量。

Description

本发明涉及到根据专利权利要求1的引言部分提出的一种视频信号的传送方法。

从H.Lohscheller（洛切勒）在1982年6月22日在埃森的Rheinisch-Westfahlischen（雷尼斯克-威斯特法立森）高等技术学校的电工技术系所写的论文，“提高分辩率的单独的图象传送”一文中（第6页）中可以知道，引入源编码方法可以大大降低信息容量，从而减少传送时间，源编码是靠剔除多余的和无关的信号部分来达到降低信息容量的目的。

本发明的目的是要简化源编码的过程。

这个目的由专利权利要求1中的特征部分来实现。在其它附属权利要求中还指明了本发明的一些有益的开发结果。

根据眼睛的生理学特征计算中某些地方的加权可以导致数据的减少。可以用这样一种方式来实现加权，即在变换和/或反变换以后，可以在在进一步计算中将所得短阵乘以一个加权函数。在最简单的情况下，加权函数可以是一个常数，也可能在水平和/或垂直方向上不同，为的是能适应于眼睛的生理学特征、图片内容和/或适应电视标准规定的线条。

为了更好地理解本发明，借助于图例说明可以进一步解释清楚下述实施例子。

图1表示一个通讯系统的方块图，

图2表示一个两维的变换电路，

图3表示一个两维的反变换电路，

图4表示一个两维的加权变换电路，

图5表示一个两维的加权反变换电路，

图6表示具有综合加权的一个两维变换电路，

图7表示具有综合加权的一个两维反变换电路，

图8表示方法流程图。

图1示出一个有代表性的信息传送系统方块图，在发送侧，有一个电视摄象机1，一个A/D转换器2。以下称之为ADU模拟-数字-转换器），一个变换电路3（后文将称之为变换器），及一个调制器4;在接收侧，有一个存储装置5和一个解调器6，一个反变换电路7，后文中将称之为反变换器或逆变换器，一个D/A转换器8，后文将称之为DAU（数字-模拟转换器），和一个监控器9。导线10-17安排在各个结构块1-9之间。结构块2-8和导线10-17被装在一个录象机内。干扰S（T）18影响着磁带存储装置5。电视摄象机将一个视频信号通过导线10传送到ADU2。而ADU将模拟的视频信号转换成数字的视频信号，并把这些数字信号传送到变换器3，变换器3将数字化了的视频信号从时间域变换到频谱域（后文中将称之为频率域）。变换意味着把那些用数字表示的数字化了的视频信号安排成象矩阵那样一块一块的，并象矩阵那样地相乘。在频率域中数字化的数值被称为频谱系数，频谱系数通过导线12到达调制器4，调制器4对频谱系数进行调制，并将调制过的频谱系数通过导线13传送到磁性存储装置5。磁性存储装置5可以被一个传送通道所代替。来自磁性存储装置5的被记录信号通过导线14到达解调器6，解调器6将频谱系数解调，解调后的频谱系数被继续传送，通过导线15传到反变换器7。在反变换器7中形成相对于变换器3中函数的逆函数。频谱系数在反变换器中被从频率域转换到时间域。而变回时间域中的数字化了的视频信号则通过导线16被加到数-模转换器DAU8上。在DAU8中把数字化了的视频信号转换成模拟信号，并经导线17加到监控器9上（后文将称之为图象屏幕）。由电视摄象机1取得的信号在图象屏幕9上变成可见的图象，经反变换后的模拟信号不必与发送侧的变换器3前面的数字化了的信号一样，因为在数字化信号中无关的和多余的部分在传送（存储）以前已被排除和滤掉了。

图2是一个两维变换的变换器电路3的方块图，例如一个离散余弦变换，后文中称为DCT，具有8×8个图象点（后文中称之为象元或象素）。在计算器19中，变换是一个换一个地（即串行地）在垂直和水平的方向（即两维）完成的，这样做所以可能，是由于对每个变换可以应用同样的变换矩阵系数。这些变换矩阵系数放在存储装置ROMT20中。这个缩写ROMT代表只读存储器和变换。有八条数据线引向计算器19，输入的数据乘以从存储器20来的变换系数，并再存储到计算器19中去。在一个图象区段的图象信号字化之后，也就是说在单维地变换了一个8×8象元的块以后，经变换并已存储起来的数值要再次与来自存储器20的同样的变换系数相乘。这样就完成了一次两维变换。变换系数由来自存储器20的八条数据导线送到计算器19。除了这些数据导线22以外，还把控制和地址导线22作为控制和地址总线22连接到存储器20那里，因为计算器19对存储器20不仅必须提供命令信号，还要给出接收信号和变换系数的地址。八条数据导线从计算器19引向量化器21，量化器21量化输入的数值，也就是把频谱数值的频带与单个数字联系起来，从而完成了第一次加权。由于在量化器21中量化很小，频谱中的有些部分特别是对眼睛看不见的高频就被置为零。它们的值因而就不传送，这样就导致了数据的减少。单个数字通过八根数据导线传到解调器4。计算器执行下列等式：

〔QE〕＝〔T〕×〔E〕×〔T〕

其中各种符号表示如下意义：

〔QE〕    在量化器输入端的经变换的源图象点的数字化视频信号矩阵，

〔T〕    具有变换系数的变换矩阵，例如DCT，

〔E〕    源图象点的数字化视频信号矩阵，例如8×8的象元。

把由加权变换系数推导得到的频谱数值量化，以达到数据的减少。

图3给出了安排在接收侧的逆变换器7，解调后的数字信号由解调器6出发，经过导线15送到计算器24，计算器24实现相对于变换器3的逆函数。为实现这一目的，计算器通过数据、地址和控制总线26连接一个存储器ROMTI25（只读存储器和逆变换）。计算器24两次完成了反变换（反＝逆），在反变换以后，经反变换的数字信号通过具有八根导线的数据导线16送到DAU8。此外，在计算器24中还提供了一个存储器，它在第一次反变换后把频谱系数存储起来来，然后完成了第二次（反）变换，并随即通过数据总线16给出反变换的信号。在这过程中，把存储在存储器25中的同一套反变换系数用了两次。第一次变换可能是一次垂直变换，而第二次变换可能是水平变换。计算器24根据下列等式起作用：

〔A〕＝〔Ti〕×〔KA〕×〔T〕

其中各种符号表示如下意义：

〔A〕    源图象点反变换后数字图象信号的矩阵，

〔Ti〕    反变换矩阵，

〔KA〕    在通道输出端的源图象点的变换过的图象信号的矩阵（例如〔QE〕），它来自磁性存储装置5并被解调器6解调的。

图4示出一个能更快地进行变换的变换器3。为此，给出了计算器27和28，它们能串行地执行两个一维变换。这种情况下，没有一个计算器需要配备一个存储器，但必须要把数值暂时地缓冲一下。并行的八个数据位是通过具有八条导线的数据总线11而传送到计算器27的。变换系数从存储器30通过数据总线33传送到计算器27。导线33还包含了附加的控制和地址导线，这些控制和地地导线将计算器发出的命令传给存储器。在计算器27中，借助于变换等式进行数字化信号的相乘，并且通过数据总线36传送到计算器28。在计算器28的输入端出现了频谱系数，它显示了一次一维变换。计算器28又通过数据、控制和地址导线34从存储器31收到变换系数。数据信号经由34的数据导线引来，而控制和地址信号则通过34的控制和地址导线提供。存储器30和31能产生相等的频谱系数。然而这并非绝对必要的。使用两个计算器27和28还可能更快地实现这些变换。通过这两个变换后，两维的频谱系数经过具有八条数据线的数据总线37传到计算器29。在计算的预定位置的二次加权可以导致适应于眼睛生理学的数据简化。因此可以这样做二次加权，即在变换或反变换以后，在计算器中将所得矩阵乘以一个存储在ROMS中的加权函数FVFH。为了适应眼睛的生理学和/或图象内容和/或由电视标准限定的线条，二次加权函数在水平和垂直方向上可以是不同的。从而，对二次加权函数而言，除了变换系数的ROMS，还需要一个附加ROMS，这是因为二次加权函数则是在一个附加的乘法器中实现的。出现在数据线37上的两维频谱系数在计算器29上被第二次加权，为此，受计算器29控制的存储器32产生加权系数送到计算器29去，在此，两维的频谱系数就出现（turnedup）、被赋值和/或被相乘。并行的八个数据位就通过具有八条数据线的数据总线38送往量化器21。在那里，受加权因子影响的数字化的两维频谱系数要被量化（根据第一次加权），并通过八个比特并行数据线12加到调制器。

〔R3A〕＝〔T1〕×〔E〕

〔R〕＝〔R3A〕×〔T2〕

其中各个符号意义如下：

d    在水平或垂直方向上图象点短阵的图象点数，

Fw（i），i＝1，····d，对于水平方向的加权函数，

Fs（i），i＝1，····d，对一个垂直方向的加权函数，

〔R3A〕    在计算器27输出端的频谱系数短阵，

〔R〕    在计算器28输出端的频谱系数短阵，

〔Q1〕    在计算器29输出和量化器21输入端的频谱系数短阵，

〔T1〕    在存储器30中的变换系数短阵，

〔T2〕在存储器31中的变换系数短阵。

〔Q1〕的等式再次提供了一个双重变换（用矩阵双重相乘），在数学上它也是正确的。这个双重变换是在计算器29中实现的，因为两个短阵的加权系数（0，Fs（1），……，Fs（d），Fw（1），……，Fw（d）都是存储在存储器32中的，并已互相相乘了。这样，一次变换（矩阵乘法）就实现了。

在发送侧，由一个加权函数对频谱值加权，也就是说，乘以一个小于1的因子。在接收侧，其加权因子和发送侧的加权因子互为倒数。在前述学位论文中就阐述了这种加权因子。

图5是一个反变换器7的方块图，反变换器7已经考虑到在发送侧的二次加权函数，其图的就是平衡（或称抵俯）这些二次加权函数。为此，又通过八比特并行数据线15把加权了的频谱系数送到计算器39，这个计算器通过数据、地址和控制导线47从存储器42中调出第三批加权因子，并把它们与频谱系数相乘。第三批加权因子与发送侧的第二批加权因子互为倒数。来自计算器39的数据，通过八比特并行数据总线45传送到计算器40，在那里产生了频谱系数的逆变换。反变换系数是从存储器43调出的，存储器43通过数据、控制和地址总线48连接到计算器40。为了下一次的一维变换，通过八毕特数据导线46，让一维反变换后的频谱系数进入计算器41，在那里进行第二次一维反变换。为此，反变换系数通过控制和地址导线49传送到了计算器41，然后就在导线16上产生了反变换的数字化频频信号。

〔R6A〕＝〔T3〕×〔E〕

〔Z〕＝〔R6A〕×〔T4〕

其中，各种符号表示如下意义：

d    在水平或垂直方向上图象点短阵的图象点数，

Fwⅰ（ⅰ），ⅰ＝1，····，d，对水平方向的逆加权函数，

Fsⅰ（ⅰ），ⅰ＝1，····，d，对垂直方向的逆加权函数，

-R6A-    在计算器39输出端的频谱系数矩阵，

〔Z〕    在计算器40输出端的频谱系数矩阵，

〔Q2〕    在计算器41输出端的频谱系数矩阵，

〔T3〕    在存储器42内的变换系数，

〔T4〕    在存储器43内的变换系数。

图6是一个建立快速且结构简单的变换器3。用这个变换器，两次一维变换串行实现，且加权因子已经进入到两个存储器52和53中，这就使附加存储器也变成多余的了。这里被加权的不是频谱系数而是变换系数。数字化的视频信号通过具有八条数据导线的数据总线11送到计算器50。计算器50通过组合的控制、地址和数据总线56的数据总线从存储器52中调用各个经加权了的变换系数。数字化后的视频信号的数值，在计算器50中与加权的变换系数相乘，并通过数据总线54送往计算器51。第二次一维变换时计算器51从存储器53调用各个加权后的变换系数，这些命令是通过数据、地址和控制总线57的数据、地址和控制导线而执行的。第二次一维变换在计算器51中实现，并通过具有八条数据导线的数据总线55把它传送到量化器21。在量化以后，并行的八位数据通过数据总线12传播，加权系数在存储器52和53中合并到水平和垂直的变换系数中去。

于是，对于本发明的电路，就有

〔R9A〕＝〔TS〕×〔E〕

〔QE〕＝〔R9A〕×〔TW〕

其中，各种符号使用如下意义：

〔R9A〕    在计算器50输出端的一维频谱系数矩阵，

〔TS〕    在存储器52中对垂直方向的加权的变换系数矩阵，

〔E〕    矩阵形式的数字化图象信号，

〔QE〕    在计算器51输出端的二维频谱系数矩阵，

〔TW〕    在存储器53中对水平方向的加权的变换系数矩阵。

图7是反变换器7的方块图，它完成反变换的功能。存储器60为第一次的一维变换存储合并有加权系数的水平变换系数，而存储器61则为第二次的一维变换存储合并有加权系数的垂直变换系数。通过数据总线15，把并行的八个比特加到计算器58，计算机58通过控制、数据和地址总线63调用各个变换系数，并把它们与经由数据总线15到达的数据相乘。通过在数据总线62上的八条数据导线，把并行的八个比特供给计算器59。各个变换系数、在它们的第一个位置上，由垂直变换系数组成，在这些变换系数中合并着垂直加权系数;在第二个位置它们是经一维变换的（应用）“using”系数和数据、控制和地址总线64中提供的经一维变换的频谱系数，而其结果则通过在八条数据导线上的数据总线传到DAU8去。

于是，对于本发明的线路就得到，

〔R11A〕＝〔TWI〕×〔KA〕

〔A1〕＝〔R11A〕×〔TSI〕

其中，各种符号表示如下意义：

〔R11A〕    在计算器58的输出端的一维频谱系数矩阵，

〔TWI〕    在存储器60中，垂直方向的加权的反变换系数矩阵，

〔KA〕    在计算器58输入端、磁性存储器5的输出端或在传送到通道输出KA上的两维频谱系数矩阵，

〔A1〕    矩阵形式的数字化图象信号，

〔TSI〕    在存储器61中水平方向加权的反变换系数矩阵。

若数据率是相当高，以致数据不能串行地相乘，则就有必要连接譬如d×d个并行的乘法器（d＝在水平或垂直方向上图象点矩阵的图象点数）。总起来说，这样就额外地需要高达2×d×d个乘法器。

叙述至此的电路的工作情况如下：图8表示了具有过程步骤70-80的过程序列，其中在第一个过程步骤70中，引入了水平和垂直的加权系数。在最简单的情况下，加权函数是一个常数因子。在第二个过程步骤71，计算一个DCT-（离散余弦变换）和一个逆DCT-系数矩阵。在第三个过程步骤72（译注：应为72），建立起一个修改过的DCT-和一个修改过的逆DCT-系数矩阵，为此目的，在DCT-和逆DCT-系数矩阵中使用了加权系数。在第四个过程步骤73，出现了数字化视频信号的块表示（在下面被称之为图象数据，它以矩阵形式装配成显示出8×8图象点的图象区段。在过程步骤74中，这些图象数据被变换成频谱系数，该系数还带有显示已加权变换系数的DCT。在紧接着的下一个过程步骤75中，把这些得到的频谱系数量化了。在过程步骤76中，量化过的频谱系数被存储起来。在过程步骤77中，对存储的频谱系数佳行反变换，这意味着它们是具有逆加权的逆DCT变换。在过程步骤77以后是过程步骤78，这个步骤中出现了一个具有变换的或反变换的数字化视频信号的8×8图象点大小的块。在过程步骤79中，要询问是否所有数据都被认为属于一个图象、一个序列、一个视频信号或其它数据混合体。如果不是，则就要从询问步骤79返回到过程步骤73，并重复整个过程。如果在过程步骤79已经证实了，也就是所有数据都已被做完了，则就用过程步骤80结束全过程。

Claims (6)

1、视频信号的传输方法，模拟信号转换成数字信号，以数字方式发送，并在发送前变换到频谱域，其特征在于数字信号的各部分在眼睛的生理学行为的基础上通过对待发送的信号根据其表示精度进行编码的方法被进行不同的加权。

2、按照权利要求1的方法，其特征在于变换系数是由一个因子来加权的。

3、按照权利要求2的方法，其特征在于变换系数是与上述因子相乘的。

4、按照上述任一条权利要求的方法，特征在于反变换系数是由一个因子来加权的。

5、按照上述任一条权利要求的方法，其特征在于反变换系数是与上述因子相乘的。

6、按照上述任一条权利要求的方法，其特征在于由加权后的变换系数导得的频谱数值是被量化的。

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