專利名稱：具有減少數(shù)據(jù)通量的高清晰度電視發(fā)射和接收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高清晰度電視發(fā)射系統(tǒng)，其中，將一幅圖象劃分為許多個(gè)區(qū)，對(duì)于每一個(gè)區(qū)來(lái)說，視頻數(shù)據(jù)發(fā)射方式可從至少兩種采樣結(jié)構(gòu)互不相同的方式中選擇，在一個(gè)相關(guān)的數(shù)字通道中所發(fā)射的數(shù)據(jù)可對(duì)所說的諸區(qū)中的每一個(gè)區(qū)作出的選擇進(jìn)行限定;本發(fā)明還涉及一種高清晰度電視接收機(jī)用以顯示上述系統(tǒng)發(fā)射的圖象，其中，將一幅圖象劃分為許多個(gè)區(qū)，對(duì)于每一個(gè)區(qū)來(lái)說，視頻數(shù)據(jù)再現(xiàn)方式可從至少兩種方式中確定，所說的兩種方式是以從發(fā)射機(jī)中接收的數(shù)字形式的顯示為基礎(chǔ)的。
本發(fā)明適用于DATV(數(shù)字輔助電視)，其中，對(duì)于視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)補(bǔ)償是由數(shù)字裝置發(fā)射的。這樣一個(gè)系統(tǒng)的目的是要減少視頻通道的通帶。
這種系統(tǒng)可以標(biāo)題為“應(yīng)用于HD.MAC畫面編碼和譯碼的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償內(nèi)插法”的論文中獲知，該論文的作者為M.R.Haghiri和F.Fonsalas，公開在第二屆關(guān)于HDTV的信號(hào)處理國(guó)際研討會(huì)上(L.Aquilu1988.2.29～1988.3.3)。
在已知的系統(tǒng)中，將要發(fā)射的信號(hào)可由50Hz攝象機(jī)形成，它是具有1152行和每行有1440個(gè)象素的隔行掃描圖象。該信號(hào)設(shè)定在54MHz時(shí)被采樣，這個(gè)頻率是CCIR中601條所示頻率的4倍。編碼的目的是將發(fā)射信號(hào)的通帶減少到原來(lái)的四分之一，并具有盡可能小的相關(guān)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通量。為此，將圖象劃分為許多個(gè)區(qū)，在本申請(qǐng)中為許多個(gè)16×16個(gè)象素的正方形，就每一個(gè)區(qū)而言，可從三種不同的發(fā)射方式中選擇出一種方式來(lái)進(jìn)行發(fā)射，這三種不同的發(fā)射方式以其所適用的速度范圍(在圖象中的位移)和一個(gè)完整圖象的發(fā)射時(shí)間為特征。“80ms”方式顯示12.5HZ的圖象頻率，適用于被完全固定的圖象區(qū);“40ms”方式顯示25HZ的圖象頻率，適用于延續(xù)到每個(gè)圖象區(qū)中有少數(shù)象素的速度范圍;“20ms”方式顯示50HZ圖象頻率，適用于這樣一些圖象區(qū)，即在該圖象區(qū)物體具有最高速度。
進(jìn)一步說，在“40ms”方式中，要發(fā)射一個(gè)速度矢量，對(duì)于所考慮的圖象區(qū)而言，這種方法是可行的，它允許接收機(jī)在兩個(gè)有效地接收到的圖象之間合成一個(gè)中間圖象。
如果僅考慮“40ms”方式和“20ms”方式，則第一種(40ms)方式對(duì)應(yīng)于通過用于每個(gè)圖象區(qū)的速度矢量的數(shù)字裝置來(lái)進(jìn)行的確定和發(fā)射;而在第二種(20ms)方式中，不使用速度矢量，且圖象頻率比第一種方式的高，但空間分辨率比第一種方式低。
一個(gè)速度矢量的確定和發(fā)射允許將40ms方式用于更高的最大速度。其結(jié)果，而用來(lái)發(fā)射該局部速度值的位數(shù)更多，并且這種發(fā)射會(huì)消耗數(shù)字發(fā)射容量的有效部分，甚至?xí)^它。為了減少數(shù)字通量，該發(fā)射系統(tǒng)最好包括一種裝置，該裝置可用來(lái)針對(duì)每一個(gè)圖象，在一組速度矢量中，確定一個(gè)子組，該子組含該圖象中出現(xiàn)率最大的那些矢量;還有一種裝置，它用于對(duì)每個(gè)圖象發(fā)射一次上述子組中所有矢量的特征，而且，如果一個(gè)欲被發(fā)射的圖象區(qū)的速度矢量是子組中的一個(gè)元素，則第一種(40ms)方式可被采用，并且參照該小組可確定該速度矢量，然而，如果一個(gè)欲被發(fā)射的圖象區(qū)的速度矢量不是子組中的元素，則第二種(20ms)方式可用在這個(gè)圖象區(qū)。
進(jìn)一步說，在接收機(jī)中，最好包括一個(gè)存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)每一圖象中的諸速度矢量，還包括一個(gè)裝置，用來(lái)在該存儲(chǔ)器中尋找對(duì)應(yīng)于一個(gè)圖象區(qū)的速度矢量的特征，以用于這個(gè)圖象區(qū)的從發(fā)射機(jī)接收來(lái)的基準(zhǔn)信號(hào)為基礎(chǔ)。
本發(fā)明基于這樣的觀察結(jié)果(將在下文中參照附圖對(duì)它們作出詳細(xì)解釋)一個(gè)圖象的最大頻率的速度矢量組成的子組包括該圖象中已確定的大多數(shù)矢量;不構(gòu)成該子組的矢量的互斥所導(dǎo)致的分辨率損失被限制，因?yàn)閷?duì)于所涉及的圖象區(qū)來(lái)說，有可能回復(fù)到第二種(20ms)方式，同時(shí)就數(shù)字發(fā)射通量而論的增益是大的，這基于下列事實(shí)，即需用來(lái)定義所說子組的矢量基準(zhǔn)數(shù)目少。
可能注意到英國(guó)廣播公司在BBCRD1987/11UDC621，397，3上刊登的一篇文章“用于DATV和其它領(lǐng)域的電視動(dòng)態(tài)測(cè)量研究室報(bào)告”，文章中提到對(duì)一個(gè)圖象采用可靠的速度矢量的一個(gè)限定組。然而，該文章中所述系統(tǒng)不同于本發(fā)明的系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在在文章中所述系統(tǒng)是在前一步驟中采用“時(shí)空微分法”來(lái)確定速度矢量，“時(shí)空微分法”的特征在于它能在表征可能的速度矢量的坐標(biāo)平面上提供峰值，該峰值處于圖象中或圖象區(qū)中遇到的速度矢量的坐標(biāo)之上。僅僅通過分析那些其高度超過預(yù)定閾值的峰值，而不采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，就可獲得可靠的速度矢量的數(shù)目限定。進(jìn)一步說，為了分析一個(gè)組所蘊(yùn)含的內(nèi)容，文章中所述系統(tǒng)不是在全部自由度方面確定精確的速度矢量，而是從限定的矢量組出發(fā)，研究哪一個(gè)矢量是最完善的或最少不合適的。在一幅圖象中有漂移運(yùn)動(dòng)的情況下，該方法可能導(dǎo)致大的誤差，因?yàn)樵谶@種情況下，組中最少不合適的矢量仍然不是完善的。此時(shí)，按現(xiàn)在的描述，由于第二種模式不用于文章中所述的系統(tǒng)，當(dāng)移動(dòng)顯示的速度在該組中找不到一個(gè)能完全適用的矢量時(shí)，則要么采用另一種速度測(cè)量的方法，要么在相鄰的圖象區(qū)的基礎(chǔ)上插入該速度，要么在該組中增加矢量?？傊鼘?dǎo)致了一個(gè)復(fù)雜的處理過程，并且這個(gè)處理過程的執(zhí)行時(shí)間是不可預(yù)見的。根據(jù)本發(fā)明，在采用了如前文所定義的兩種方式的系統(tǒng)中，應(yīng)用依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)確定的矢量子組就避免了上述不足，特別是它允許通量是恒定的，并能預(yù)先設(shè)定。
在一個(gè)修訂的實(shí)施例中，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字通量的附帶減少，按照本發(fā)明的系統(tǒng)是值得重視的，其中子組矢量特征的發(fā)射是通過發(fā)射一個(gè)圖象的這些特征的組來(lái)完成的，對(duì)下一個(gè)圖象而言，是通過只發(fā)射一組變化矢量來(lái)完成的，該變化矢量是表示與前一圖象有關(guān)的子組的一個(gè)速度矢量的變化;同時(shí)，接收機(jī)要帶有個(gè)裝置，用來(lái)存儲(chǔ)每一個(gè)圖象區(qū)的速度矢量，還有一個(gè)裝置，用于在存儲(chǔ)器中加入這些矢量，對(duì)于每一圖象來(lái)論，這些矢量的量值表示相對(duì)于前一圖象的變化。
而且，通過應(yīng)用變化矢量(該變化矢量與前述的速度矢量概念相同)，可再次獲得通量的新的減少，這基于下列事實(shí)即該系統(tǒng)中含一種裝置，用來(lái)在變化矢量組中確定一個(gè)子組，該子組應(yīng)含出現(xiàn)率最高的那些變化矢量，還用來(lái)發(fā)射(每個(gè)圖象一次)該子組的所有變化變量的特征，參照該子組可定義每個(gè)圖象區(qū)的變化矢量;還有如下事實(shí)，即如果欲被發(fā)射的圖象區(qū)的變化矢量不是該子組中的一個(gè)元素，則第二種方式可用于該圖象區(qū)，同時(shí)在接收機(jī)中有一個(gè)存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)每一個(gè)圖象的許多個(gè)變化矢量，還有一個(gè)裝置，用來(lái)在該存儲(chǔ)器中，尋找對(duì)應(yīng)于一個(gè)圖象區(qū)的變化矢量的特征，以從發(fā)射機(jī)中接收的用于該圖象區(qū)的基準(zhǔn)為基礎(chǔ)。
參考非限定性的實(shí)施例的附圖，下文的敘述將對(duì)本發(fā)明如何實(shí)施提供一個(gè)易于理解的幫助。


圖1說明了一個(gè)速度矢量的定義模式;
圖2表示在一個(gè)圖象中速度的出現(xiàn)率曲線;
圖3是發(fā)射系統(tǒng)編碼電路裝配模塊圖;
圖4是用于完成本發(fā)明的電路部件的詳細(xì)模塊圖;
這里舉例說明的系統(tǒng)，其目的是僅利用與625行標(biāo)準(zhǔn)(每行有720個(gè)象素的576個(gè)有用行)的視頻通帶對(duì)應(yīng)的一個(gè)視頻通帶，去發(fā)射來(lái)自圖象源的圖象，其中圖象的高度定為1152行，圖象的寬度定為1440個(gè)象素。
為了允許重新構(gòu)造成一部分遺漏的視頻信息，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)要與視頻數(shù)據(jù)相聯(lián)系。
為了視頻信號(hào)的發(fā)射，采用了三種不同的方式。
在“80ms”方式中，利用適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波，發(fā)射過程這樣進(jìn)行，例如在頭20ms的時(shí)間周期內(nèi)，首先發(fā)射奇數(shù)行的奇數(shù)象素，在隨后的20ms周期內(nèi)，發(fā)射偶數(shù)行的奇數(shù)象素，再下一個(gè)20ms周期則發(fā)射奇數(shù)行的偶數(shù)象素，最后的20ms周期發(fā)射偶數(shù)行的偶數(shù)象素，用于發(fā)射一幅完整圖象的時(shí)間總共是80ms，然而，在每一個(gè)20ms的時(shí)間周期內(nèi)，一個(gè)圖象的整個(gè)畫面要被顯示，這就可以與舊式625行標(biāo)準(zhǔn)相兼容。通過適當(dāng)?shù)刂匦潞喜⒃诿恳粋€(gè)連續(xù)的20ms時(shí)間周期內(nèi)顯示的象素，再生一個(gè)高清晰度圖象就成為可能，為此目的，必須保證源圖象在整個(gè)80ms過程中完全不變，所以，這個(gè)“80ms”方式適用于固定或半固定的圖象。
在“40ms”方式中，還是經(jīng)適當(dāng)?shù)臑V波后發(fā)射，發(fā)射過程這樣進(jìn)行，例如僅僅是偶數(shù)行的所有象素在兩個(gè)時(shí)期內(nèi)被發(fā)射，在頭20ms周期內(nèi)，發(fā)射偶數(shù)行的奇數(shù)象素，在后20ms周期內(nèi)，發(fā)射偶數(shù)行的偶數(shù)象素(也可以設(shè)計(jì)為在兩個(gè)時(shí)間周期內(nèi)僅發(fā)射在每一行上的一種象素)，所以清晰度有一半的損失，但圖象可在40ms內(nèi)顯示出，也就是說較“80ms”方式快了一倍，這種方式允許圖象有一定的移動(dòng)。
在“40ms”方式中，可以得到用于每一個(gè)圖象區(qū)的速度矢量。在每一個(gè)圖象區(qū)中速度的測(cè)量與速度值的發(fā)射過程無(wú)關(guān)。在前面曾提及的L′Aquila學(xué)術(shù)討論會(huì)上的一篇文章中，就敘述了一種速度測(cè)量的方式。例如，按照此處描述的方法，從源圖象的一個(gè)區(qū)著手，使這個(gè)區(qū)移動(dòng)一個(gè)預(yù)定的位移，以測(cè)定與下一個(gè)源圖象中相同的區(qū)之差(通過應(yīng)用于象素亮度的最少正方形法)，這樣可以測(cè)量所有可能的位移，然后導(dǎo)致最小差的位移可被采用。
圖1顯示了一個(gè)速度矢量，它表示在20ms內(nèi)一個(gè)物體的位移，此時(shí)，坐標(biāo)為X＝+4，Y＝+3，(單位象素/20ms)。如果設(shè)定一個(gè)要求，即不處理大于±6象素/40ms的坐標(biāo)，則要被測(cè)量的每一個(gè)位移與一個(gè)距離對(duì)應(yīng)，該距離為處于矢量原點(diǎn)的中心象素到由13×13的方格式正方形中的一個(gè)格表征的象素之間的距離，這表示169個(gè)測(cè)量。當(dāng)被測(cè)量的位移數(shù)目增加時(shí)，這個(gè)方法就更加適用，但是，因?yàn)檫@個(gè)處理過程是在發(fā)射時(shí)執(zhí)行，即設(shè)備僅存在于一個(gè)實(shí)例中，沒有太復(fù)雜的情況，接收機(jī)本身也是簡(jiǎn)單的。
速度矢量允許在接收機(jī)中合成一個(gè)中間圖象，并在兩個(gè)已被發(fā)射的圖象之間瞬時(shí)插入該中間圖象。為了合成一個(gè)中間圖象，可以從一個(gè)已發(fā)射的圖象開始，沿著一個(gè)適當(dāng)?shù)乃俣仁噶繉D象中可移動(dòng)的諸區(qū)在該圖象中移動(dòng)，這可由發(fā)射機(jī)顯示出。也可以利用兩個(gè)圖象，在這兩個(gè)圖象中插入一個(gè)附加圖象。關(guān)于再生這個(gè)中間圖象的方法的詳細(xì)情況，可以參照序言中提到的一些出版物。利用這個(gè)插入的圖象，圖象的瞬時(shí)清晰度可提高一倍。當(dāng)圖象中有高速成分時(shí)，也可利用這種方式。然而只有當(dāng)速度是穩(wěn)定的或半穩(wěn)定時(shí)中間圖象才是正確的，反之，在有高加速度時(shí)，可利用第二種“20ms”方式。
在這種“20ms”方式中，發(fā)射過程僅僅發(fā)生在一個(gè)20ms時(shí)間周期中，例如發(fā)射奇數(shù)行的奇數(shù)象素，在隨后的20ms過程中，發(fā)射過程按同樣的方式發(fā)射一個(gè)新的圖象。這樣，考慮到圖象重現(xiàn)率是50Hz，則瞬間清晰度是優(yōu)異的。這種方式允許發(fā)射所有無(wú)模糊效應(yīng)或顫抖運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的移動(dòng)。另外，空間分辨率是低的(因?yàn)樵谒膫€(gè)象素中僅有一個(gè)象素被發(fā)射)，且與625行標(biāo)準(zhǔn)相一致，這并不會(huì)引起太大麻煩，因?yàn)閷?duì)一個(gè)快速移動(dòng)的被觀察的物體來(lái)說，人眼對(duì)缺少空間分辨率并不太敏感。
一條圖象被劃分為許多個(gè)區(qū)，例如被劃分成許多個(gè)16×16個(gè)象素的正方形，對(duì)于每一個(gè)區(qū)可采用不同的方式。進(jìn)一步說，在這種情形下，如在一幅“風(fēng)景”背景前有正移動(dòng)的物體，則可采用“80ms”方式來(lái)顯示背景的所有細(xì)節(jié)，而對(duì)于由16×16個(gè)象素的正方形形成的多邊形而言，及在移動(dòng)物體的邊緣處，可局部地采用“40ms”或“20ms”方式。
而且，為了減化數(shù)據(jù)的處理過程，最好在80ms恒定的時(shí)間段內(nèi)處理圖象系，而不將這80ms劃分為兩個(gè)以上的時(shí)間段。
當(dāng)80ms時(shí)間段被充滿時(shí)，有以下五種情況1.一幅“80ms”圖象
2.一幅“80ms”圖象接兩幅“20ms”圖象3.兩幅“20ms”圖象接一幅“40ms”圖象4.兩幅“40ms”圖象5.四幅“20ms”圖象每一個(gè)“80ms”時(shí)間段作為一個(gè)獨(dú)立的整體來(lái)處理，即相鄰的時(shí)間段是無(wú)關(guān)的，對(duì)于每一個(gè)80ms時(shí)間段來(lái)說，用于上述五種可能情況的指定及與每種方式相關(guān)的數(shù)據(jù)，都必須發(fā)射到接收機(jī)中。所需的位數(shù)取決于可能的狀態(tài)數(shù)目第1種情況對(duì)應(yīng)于一種狀態(tài)，同樣第5種情況也對(duì)應(yīng)一種狀態(tài)，另外，在含有“40ms”方式的第2和第三種情況中，還需要發(fā)射速度矢量值。
首先讓我們假定不實(shí)施本發(fā)明，還假定有一個(gè)±6個(gè)象素/20ms的速度矢量，它具有最大值(在垂直和水平方向上)。這與132＝169種可能矢量，即169種狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。
在情況4中必須定義兩個(gè)矢量(其中一個(gè)矢量用于兩個(gè)40ms周期中的一個(gè)周期)，這相應(yīng)于169個(gè)第一矢量×169個(gè)第二矢量，即1692個(gè)狀態(tài)5種情況的狀態(tài)總數(shù)是在每一種情況中狀態(tài)數(shù)之和，即情況11情況2169情況3169情況41692＝28561情況51總計(jì)28901這28901個(gè)狀態(tài)中的每一狀態(tài)可用15個(gè)位碼加以限定。
這15個(gè)位碼必須進(jìn)一步再限定以用于圖象的每一個(gè)區(qū)，若這些區(qū)是16×16的正方形，則在一個(gè)1440×1152個(gè)象素的圖象中，存在6480個(gè)區(qū)，而且每秒鐘有12.5個(gè)80ms的時(shí)間段，總計(jì)起來(lái)，15個(gè)位×6480個(gè)正方形×12.5個(gè)時(shí)間段＝1215000個(gè)位/秒的通量是必要的，這個(gè)通量比按照D2MAC射束標(biāo)準(zhǔn)配置這種信息時(shí)的通量大(D2MAC射束標(biāo)準(zhǔn)近似為1Mbit/s在幀回掃中)。
因此，按照現(xiàn)有技術(shù)有必要限定矢量到±3個(gè)象素。實(shí)際上，對(duì)每一個(gè)正方形有72＝49個(gè)矢量，則5種情況共有1+49+49+492+1＝2501個(gè)狀態(tài)，可用12個(gè)位加以限定，那么通量為12×6480×12.5＝97200個(gè)位/秒，這是可以接受的。然而遺憾的是限制速度矢量的幅度對(duì)圖象質(zhì)量是不利的，所以人們?cè)噲D找到一種裝置來(lái)發(fā)射±6象素/20ms甚至更大的矢量，同時(shí)具有最大可能的數(shù)字通量約為1M bit/s。
為此目的，一旦確定了用于6480個(gè)圖象元的每一個(gè)的速度，則可采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的處理方式，利用一個(gè)邏輯處理器，以確定速度矢量出現(xiàn)率的曲線。圖2是一個(gè)完全任意的速度曲線的例子，在每一個(gè)圖象區(qū)，可能會(huì)遇到169個(gè)不同的矢量，因此，將水平軸劃分為169個(gè)區(qū)間，用垂直軸代表在一個(gè)完整圖象中，169個(gè)矢量中的每一個(gè)出現(xiàn)的數(shù)目，然后將圖象十個(gè)十個(gè)地一組，以便進(jìn)行出現(xiàn)率分析，顯然，實(shí)際上，曲線中的每一個(gè)“臺(tái)階”應(yīng)有10個(gè)更小的臺(tái)階(每一個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)矢量)，特別值得一提的是水平軸不代表矢量的值，而是將矢量由左至右地按出現(xiàn)率的衰減歸類。
按照本發(fā)明，要進(jìn)行最大出現(xiàn)率的矢量子組的確定，例如，可以在曲線左端取62個(gè)矢量，此時(shí)，它們與包括在一幅圖象中的6480個(gè)區(qū)的5568個(gè)區(qū)(6480是圖象區(qū)的數(shù)目)相對(duì)應(yīng)。為了參照曲線，已經(jīng)假定所有的正方形按“40ms”方式處理。
這62個(gè)矢量的特征對(duì)于每個(gè)圖象被發(fā)射一次。它們可能利用13×13的矩陣來(lái)確定(對(duì)于圖1的格子形式)，其中用“1”來(lái)表征被采用的矢量，用“0”來(lái)表示被消除的矢量。對(duì)于情況4的兩幅圖象來(lái)說，這樣一個(gè)矩陣可以用169位/40ms，即最多338位/80ms來(lái)發(fā)射。
在每一個(gè)圖象區(qū)，參照含62個(gè)矢量的子組，例如通過指示出子組在最初顯示中的秩的數(shù)目來(lái)給出每一圖象區(qū)的矢量的定義。例如，按一個(gè)預(yù)定順序讀取矩陣，則矢量數(shù)1是與遇到的第一個(gè)“1”對(duì)應(yīng)，依此類推。
因此，對(duì)于情況2和3中的每種情況來(lái)說有62種可能的狀態(tài)，而不是169種，根據(jù)前述的計(jì)算進(jìn)行相似的計(jì)算，則在80ms時(shí)間段內(nèi)一個(gè)圖象區(qū)可能的狀態(tài)總數(shù)為情況11情況262情況362情況4622情況51總計(jì)3970因此，一個(gè)狀態(tài)可由12個(gè)位來(lái)限定，每80ms時(shí)間段的通量為12個(gè)位×6480個(gè)區(qū)+338個(gè)最初顯示位，即為78098個(gè)位，即976225個(gè)/秒，這與由D和D2MAC射束標(biāo)準(zhǔn)的幀回掃所提供的容量兼容。
對(duì)于這樣一些圖象區(qū)，即矢量不構(gòu)成該圖象區(qū)的矢量子組，則可采用20ms方式。根據(jù)圖2的曲線，這與980出現(xiàn)率對(duì)應(yīng)，即占總圖象區(qū)的14%，而且，這些不被發(fā)射的矢量的缺少并不一定對(duì)應(yīng)于圖象質(zhì)量的下降。實(shí)際上，如果不采用本發(fā)明的方法，要得到最可能的通量，必須把矢量長(zhǎng)度限定為±3個(gè)象基/20ms，同時(shí)，顯示出更長(zhǎng)矢量的所有圖象區(qū)將不得不按“20ms”方式來(lái)處理，其數(shù)目可能會(huì)更大。
上述例子提供了能夠發(fā)射的62個(gè)矢量的一種選擇方式，該例子與數(shù)字通道的最大容量的利用相當(dāng)一致。然而，這個(gè)例子不是十分理想的，實(shí)際上，常常是許多圖象區(qū)有同樣的速度矢量。最明顯的例子是一種風(fēng)景的無(wú)邊際全景鏡頭，這時(shí)，所有圖象區(qū)有同樣的速度矢量;在尺寸很大的物體的轉(zhuǎn)移過程中，被該物體覆蓋的所有圖象區(qū)也有同樣的速度矢量，其結(jié)果是按出現(xiàn)率分類的矢量曲線常常比圖2中所示的更集中于左端，消失的矢量數(shù)更少。
值得注意的是上述過程是簡(jiǎn)化了的，因?yàn)闆]有什么能阻止可發(fā)射矢量的最大數(shù)目的選擇，這個(gè)最大數(shù)目在情況2、3和4中是在不相同的;也沒有什么能阻止子組內(nèi)容的選擇，即使對(duì)情況2、3和4來(lái)說可發(fā)射的矢量數(shù)目是一樣的，所選擇的子組內(nèi)容也不一樣，唯一的一個(gè)根據(jù)數(shù)字通量容量設(shè)定的量是N2+N3+N41×N42，其中N2、N3、N41、N42分別用來(lái)代表在情況2中的“40ms”圖象中，在情況3的“40ms”圖象中，在情況4的第一和第二個(gè)“40ms”圖象中欲被發(fā)射的矢量數(shù)目。
從對(duì)應(yīng)于情況2～4中每一種情況的矢量出現(xiàn)率著手，一個(gè)具有本領(lǐng)域和數(shù)字領(lǐng)域普通專業(yè)人員很容易想象到將N2+N3+N41×N42之和減至最小的過程，它與連續(xù)處理相匹配。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不再對(duì)矢量的大小加以限定，實(shí)際上，若一個(gè)矢量定義的容量是增加的，則該矢量的最初顯示過程(每40ms一次)中，這個(gè)容量的增加是完全可行的，例如我們假定希望發(fā)射的矢量最大為±15個(gè)象素，這就意味著有一個(gè)31×31的矩陣代替13×13的矩陣，則每40ms時(shí)間段發(fā)射961位以代替前述的169位是必然的，這表征了每秒9900個(gè)位的顯著增加。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，采用下列措施還可能在數(shù)字能量方面取得進(jìn)展，即在情況4中，在同一個(gè)80ms時(shí)間基中有兩個(gè)連續(xù)的采用“40ms”方式的圖象，其中第一個(gè)圖象按前述的方法發(fā)射，這里重點(diǎn)討論第二個(gè)圖象，對(duì)于每一個(gè)在第一個(gè)圖象中被選擇來(lái)作為他們的更大出現(xiàn)率的函數(shù)的矢量，只有當(dāng)相對(duì)于前一個(gè)圖象有變化時(shí)發(fā)射才進(jìn)行，該變化有水平方向和垂直方向成分，因此是矢量，稱為變化矢量。
在上述的第一個(gè)例子中，參照?qǐng)D2，有62個(gè)被保留的矢量與用于第一個(gè)圖象的169個(gè)可能的矢量相比較，由于速度矢量是±6個(gè)象素，則可能有從-6變到+6個(gè)象素矢量，即變化為+12，即用于第二個(gè)圖象的變化矢量，在水平和垂直方向上，最大值為±12個(gè)象素/20ms。因此，一個(gè)可能的變化組由25×25矩陣構(gòu)成，即625種可能性，然而，在多數(shù)情形下，從一個(gè)圖象到另一個(gè)圖象的速度變化常常是細(xì)微的，例如按一定速度發(fā)射的物體至少在一定的時(shí)間內(nèi)保持著該速度。因此，一般說來(lái)，變化矢量是低幅值的，只需很少的位來(lái)用于它們的發(fā)射，而且，在變化矢量組中，有一定數(shù)量的由相等矢量構(gòu)成的子組。這樣，適用于速度矢量的方法也適用于變化矢量，即可將變化矢量按出現(xiàn)率進(jìn)行分類，然后僅僅保留具有最大出現(xiàn)率的子組，并發(fā)射這些變化矢量的最初顯示(對(duì)情況4的每個(gè)第二圖象(40ms)發(fā)射一次)，然后，對(duì)于每一個(gè)16×16個(gè)象素的正方形來(lái)說，每一個(gè)變化矢量可根據(jù)它在子組中的秩來(lái)定義。通過采用上述的例子(參照?qǐng)D2)，可以假定，在用于第一個(gè)40ms圖象的62個(gè)保留的矢量的變化中，僅是有最常出現(xiàn)的14個(gè)不同的變化被發(fā)射，在這種情況下，從625個(gè)可能的矢量中，14個(gè)矢量的最初顯示消耗625個(gè)位用于情況4的第二個(gè)40ms周期(代替169個(gè)位)。應(yīng)該注意的是，在這時(shí)，不是發(fā)射25×25矩陣中的“1”(如前面解釋的13×13矩陣的情況一樣)，而是最好發(fā)射子組中每矢量的顯示。由于這些矢量中的每一個(gè)可用10位來(lái)顯示，則此時(shí)有14×10個(gè)位(即140個(gè)位而不是625個(gè)位)用于14個(gè)被采用的矢量的最初顯示。
用于16×16正方形的每80ms時(shí)間段的可能狀態(tài)數(shù)為情況11情況262情況362情況462×14情況51總計(jì)994這個(gè)可能的狀態(tài)數(shù)可用10位來(lái)顯示，這樣對(duì)于一個(gè)80ms的時(shí)間段來(lái)說，通量將為169+169+140，分別用于情況3、情況2和4的第一個(gè)圖象、情況4的第二個(gè)圖象的矢量的最初顯示， 將上述通量值加入到6480個(gè)正方形×10個(gè)位＝64800個(gè)位，即每個(gè)80ms時(shí)間段有65278個(gè)位，即通量為815975個(gè)位/秒。當(dāng)為了改善效率時(shí)，相對(duì)于本發(fā)明的基礎(chǔ)方案通量還有約20%的進(jìn)一步增加，這個(gè)增加可能用來(lái)提高發(fā)射的可能性，例如通過使用12個(gè)位來(lái)顯示每80ms時(shí)間段的狀態(tài)數(shù)，這個(gè)最大數(shù)是212＝4096;也可能去選擇(例如)N2＝N3＝N41＝186，N42＝20(由于1+186+186×20+1＝4094)，這里僅僅只是舉例說明而已，由于總的位數(shù)是提定的，當(dāng)確定了N2+N3+N41×N42的最佳值時(shí)，則對(duì)于N2、N3、N41可有不同的選擇方式。
要總結(jié)各種可能的狀態(tài)，首先讓我們假定最初確定的是情況4是適用的，假如于于一個(gè)正方形來(lái)說，第一個(gè)圖象的速度矢量不構(gòu)成子組元素，則要改動(dòng)到圖象3，還要觀察第二個(gè)圖象的速度矢量是否構(gòu)成同一子組的元素，如果是，情況3肯定是適用的;否則，必須改動(dòng)到情況5;如果僅僅在第二個(gè)圖象中變化矢量不構(gòu)成最大出現(xiàn)率的變化矢量子組之元素，則要改回到情況2。
圖3是關(guān)于發(fā)射過程的編碼系統(tǒng)模塊圖，其目的是要確定本發(fā)明的內(nèi)容及其實(shí)際的狀態(tài)。
按照行掃描，圖象連續(xù)地到達(dá)連接器34，這些圖象由三個(gè)并聯(lián)通道(9，25，29，26)，(10，27)，(11，30，28)同時(shí)進(jìn)行處理。
“80ms”通道以級(jí)連方式依次包括一個(gè)瞬時(shí)濾波器9、一個(gè)空間濾波器25、一個(gè)12.5Hz的開關(guān)29、一個(gè)執(zhí)行二次采樣的采樣電路，即在與象素的完全分辨率相對(duì)應(yīng)的頻率的四分之一處執(zhí)行采樣。該支路在80ms內(nèi)顯示了一幅完整的圖象。
“20ms”通道以級(jí)連的方式依次含有一個(gè)空間濾波器10和一個(gè)二次采樣電路27，在20ms內(nèi)對(duì)一個(gè)完整圖象采樣。這個(gè)通道在20ms內(nèi)顯示一個(gè)低分辨率的完整圖象。
“40ms”通道含有一個(gè)空間濾波器11，一個(gè)25HZ開并30及一個(gè)二次采樣器28，每40ms該通道發(fā)射一個(gè)圖象。
輸入信號(hào)34也送到電路1，以用于速度矢量的估測(cè)，該電路計(jì)算對(duì)應(yīng)于每一個(gè)圖象區(qū)(如前文所定義的)的速度，并在連接器21上顯示出速度矢量的值。
選擇方式控制電路31在同一時(shí)刻接收來(lái)自連接器34的圖象的瞬時(shí)顯示，來(lái)自連接器21的速度矢量，并在它的三個(gè)輸入端S1、S2、S3處接收分別由三個(gè)通道提供的瞬時(shí)顯示。這個(gè)復(fù)雜的電路將源圖象34與來(lái)自三個(gè)通路的圖象分別加以比較，在“40ms”通道中還要使用速度矢量，這種比較針對(duì)每一個(gè)圖象區(qū)(16×16個(gè)象素的正方形)進(jìn)行，哪一個(gè)通道的圖象最接近于源圖象，哪一個(gè)通道就被選擇出來(lái)。對(duì)于每一個(gè)正方形都制定有一個(gè)特定的選擇。
為了簡(jiǎn)化，各種延遲沒有(在圖中)表示出來(lái)，然而在實(shí)際過程中因各種原因必須引進(jìn)這些延遲，其中一個(gè)最明顯的原因是為了得到一個(gè)完整的80ms圖象并去比較它，必須等待著直到四個(gè)連續(xù)的20ms周期的第四個(gè)被接收到;另一個(gè)明顯的原因是，為了利用速度矢量進(jìn)行正確的校正，必須得到瞬時(shí)構(gòu)成現(xiàn)行圖象的兩個(gè)圖象。結(jié)果是，控制電路31同時(shí)在連接器22、23上分別提供兩個(gè)判定，該判定涉及來(lái)自同一個(gè)80ms時(shí)間段的按“40ms”方式的兩個(gè)連續(xù)圖象，這兩個(gè)圖象分別被設(shè)為“-1”和“0”。
標(biāo)號(hào)為35表示的是用于完成本發(fā)明的一個(gè)模塊，它主要包括若干元件，用于對(duì)來(lái)自電路31的判定的校正，通過連接器21將速度矢量提供給35，并通過連接器將最初的判定提供給35。然后，被校正的判定提供到連接器16和17上，將被發(fā)射的數(shù)字元素提供到連接器18上。
根據(jù)在連接器16和17上的已校正的判定，并依據(jù)由三個(gè)通道提供的信號(hào)41、42、43、一個(gè)多路調(diào)節(jié)器32在具有壓縮通帶的模擬輸出端上發(fā)射所選擇的通道。
除了模塊35，其它所有元件就構(gòu)成了現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，特別是關(guān)于濾波過程和采樣過程的詳細(xì)說明已在序言中提到的文件中作了介紹，通過文件“A-HD-MAC發(fā)射系統(tǒng)(W.Jonker等，公開于L′Aquila研討會(huì)1988.2.29-3.3)、并通過本申請(qǐng)人更早的專利申請(qǐng)88-05，010，也可得到詳細(xì)介紹，在此可作參考。
現(xiàn)在，參考圖4詳細(xì)討論模塊35。如前所述，對(duì)應(yīng)于圖象0和-1的最初判定可以在連接器22、23上得到，速度矢量可以在連接器21上得到。
速度矢量信號(hào)通過電路2、提供一個(gè)40ms的延遲，以使圖象0的每一個(gè)矢量與圖象-1的每一個(gè)矢量同相位，電路3接收這個(gè)已延遲的速度矢量及三個(gè)通道中的一個(gè)的選擇方式的判定D(-1)，該判決是關(guān)于圖象-1的。電路3是一個(gè)處理器部件，隨著一個(gè)圖象的完整顯示，該部件可根據(jù)出現(xiàn)率將速度矢量分類，并將最高出現(xiàn)率的矢量子組的顯示提供給之36。處在電路3輸入端處的速度矢量信號(hào)通過一個(gè)延遲電路4傳輸?shù)皆?6，它與用在處理器3的時(shí)間相對(duì)應(yīng)，以建立分類。部件36確定由電路4發(fā)射的速度矢量是否構(gòu)成由處理器3傳送的子組中的元素，如果不是，判定D(-1)可能被修正以設(shè)定“20ms”通道的選擇方式。表征已修訂的最后選擇MD(-1)的信號(hào)送到連接器16。如果“40ms”的方式被選擇(此時(shí)速度矢量構(gòu)成子組的元素)，則相應(yīng)的速度矢量數(shù)目被送到連接器44，通過元件3、4、36起作用的選擇方式是關(guān)于一個(gè)80ms時(shí)間段中的一個(gè)40ms圖象的，即它提供數(shù)據(jù)項(xiàng)中的一項(xiàng)，其數(shù)目在前文已經(jīng)指出，要么是N2，要么是N41。
電路5是用來(lái)與在元件3、4中執(zhí)行的各種處理過程的時(shí)間周期相對(duì)應(yīng)的延遲補(bǔ)償，利用電路5，速度矢量被送到元件7、8、19。關(guān)于圖象0的判定D(0)，在連接器23上，被送到處理器元件7和元件39上，元件7、8的輸出端也送到元件39上。從結(jié)構(gòu)和功能來(lái)看，元件7、8、39的構(gòu)成分別地與元件3、4、36的完全一樣，元件39提供一個(gè)關(guān)于圖象0的已校正判定D(0)及一個(gè)速度矢量V，它們均被送到電路14上，這些數(shù)據(jù)項(xiàng)是那些數(shù)據(jù)項(xiàng)中的一項(xiàng)，其數(shù)目已在前文中指出N3。
圖象-1的被選擇速度矢量，在連接器44上，也可以從延遲補(bǔ)償電路5上得到，均送至電路19，在連接器18和23上，當(dāng)判定MD(-1)，D(0)對(duì)應(yīng)于情況4時(shí)，電路19用來(lái)計(jì)算速度變化，這些變化矢量被送到元件37、38的方式，恰如速度矢量分別地被送到元件3、4或7、8上一樣，這些元件按相同的方式構(gòu)成和操作并將最高出現(xiàn)率變化矢量的顯示送到元件13，元件13也是與元件36、39完全一致的。這個(gè)電路確定由延遲電路38發(fā)射的變化矢量是否構(gòu)成由處理器37顯示的子組的元素，根據(jù)判定MD(-1)和D(0)，它還可確定最后的判定MD(0)，該判定可能已被修正。需要的話，MD(0)可與現(xiàn)行的變化矢量△V一起被送到電路14上。
電路14是一個(gè)多路調(diào)節(jié)器，根據(jù)所應(yīng)用的是情況3還是情況4，從電路14的兩個(gè)輸出端MD(0)中選擇出一個(gè)，提供該最后選擇MD(0)給連接器17;依據(jù)特定的情況，電路14還提供速度矢量或變化矢量給連接器45。
編輯電路15一方面接收速度矢量子組的顯示以及對(duì)每80ms時(shí)間段發(fā)射一次的變化矢量的顯示，然后還接收用于每一個(gè)圖象區(qū)的判定MD(-1)和MD(0)及可能的現(xiàn)行矢量(在連接器44和45上)，電路15編輯這些數(shù)據(jù)并根據(jù)在發(fā)射數(shù)字通道上的一個(gè)預(yù)定形式將它們提供到輸出端18以待發(fā)射。
用于重放按照本發(fā)明進(jìn)行發(fā)射的圖象的接收機(jī)包括作為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)中的電路，特別還包括一種裝置，可用于對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解碼，以便對(duì)于每一個(gè)圖象區(qū)來(lái)說允許它得知哪種情況被選擇來(lái)用于發(fā)射，還包括一種旋轉(zhuǎn)加開關(guān)裝置用于在每一個(gè)時(shí)刻按發(fā)射方式重新構(gòu)造圖象，一個(gè)裝置用于“40ms”方式，在兩個(gè)發(fā)射的圖象之間再生一個(gè)中間圖象。
除上述電路以外，接收機(jī)還包括一個(gè)存儲(chǔ)器，其中，記錄有“40ms”圖象的速度矢量和/或下一個(gè)“40ms”圖象的變化矢量;一個(gè)尋地系統(tǒng)，根據(jù)通過用于每一個(gè)16×16個(gè)象素正方形的數(shù)字通道，從發(fā)射機(jī)中接收到的基準(zhǔn)信號(hào)，該系統(tǒng)允許在存儲(chǔ)器中讀取速度矢量和變化矢量的坐標(biāo);也可以在存儲(chǔ)器中記錄變化矢量，然后，對(duì)于每一個(gè)正方形連續(xù)地讀取速度矢量和變化矢量，再將它們相加;對(duì)于從發(fā)射機(jī)接收的每一個(gè)變化矢量的顯示來(lái)說也可以在存儲(chǔ)器中讀取相應(yīng)的速度矢量(即關(guān)于前一圖象的同一正方形)并將這兩種矢量相加，再將所得之和送到存儲(chǔ)器中以代替最初的速度矢量，這可節(jié)約存儲(chǔ)器中的位置，但必須廢除一個(gè)假定，即第二個(gè)圖象的變化矢量的顯示僅僅發(fā)生在第一個(gè)圖象重放之后。
在任何情況下，對(duì)于第二圖象來(lái)說，如果發(fā)射機(jī)發(fā)射其數(shù)目少于第一圖象的速度矢量的一個(gè)變化矢量子組，則考慮在存儲(chǔ)器中不引起一個(gè)變化矢量發(fā)射的用于第二圖象的正方形的遺漏的矢量，這是因?yàn)橛糜谒鼈兊脑O(shè)計(jì)為“20ms”方式的信號(hào)將不會(huì)從發(fā)射機(jī)中接收。
權(quán)利要求
1.高清晰度電視發(fā)射系統(tǒng)，其中，將圖象劃分為許多區(qū)，對(duì)于所說的諸區(qū)的每一個(gè)區(qū)來(lái)說，一個(gè)視頻數(shù)據(jù)發(fā)射方式可從采樣結(jié)構(gòu)互不相同的至少兩種方式中選擇，在一個(gè)相關(guān)的數(shù)字通道中，所發(fā)射的數(shù)據(jù)可以確定用于每一個(gè)區(qū)的選擇方式，第一種方式對(duì)應(yīng)于通過與每一個(gè)區(qū)相應(yīng)的一個(gè)速度矢量的數(shù)字裝置所進(jìn)行的確定和發(fā)射，而在第二種方式中不使用速度矢量，并且圖象頻率較第一種方式的圖象頻率高，但空間分辨率較低，所說系統(tǒng)的特征在于它包括一種裝置，用于對(duì)每一個(gè)圖象，在一組速度矢量上，確定一個(gè)子組，子組中所含矢量是該圖象中出現(xiàn)率最高的；一種裝置，用于數(shù)字地發(fā)射所說子組的特征(每圖象一次)，其中，如果一個(gè)欲被發(fā)射的圖象區(qū)的速度矢量屬于構(gòu)成子組中的元素，則第一種方式被采用，參照該子組確定該速度矢量，如果欲被發(fā)射的圖象區(qū)的速度矢量不構(gòu)成子組的元素，則第二種方式用于該圖象區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于子組矢量的特征的發(fā)射通過以下方式完成，即通過按第一種方式發(fā)射用于一個(gè)圖象的這些特征的組，對(duì)下一個(gè)圖象，僅發(fā)射變化矢量組，每一個(gè)變化矢量表示相對(duì)前一圖象中的子組中的一個(gè)速度矢量的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于它包括一種裝置，用于在一個(gè)圖象的變化矢量組中確定一個(gè)出現(xiàn)率最高的變化矢量子組，還用于發(fā)射(每個(gè)圖象一次)該子組中的所有變化矢量的特征，然后參照該子組確定每一個(gè)圖象區(qū)的變化矢量，其中，如果一個(gè)欲被發(fā)射的圖象區(qū)的變化矢量不構(gòu)成該子組的元素，則對(duì)這個(gè)區(qū)采用第二種方式。
4.高清晰度電視接收機(jī)，用于顯示通過權(quán)利要求1所述系統(tǒng)發(fā)射的圖象，其中圖象被劃分為許多個(gè)區(qū)，對(duì)每一個(gè)區(qū)而言，根據(jù)以數(shù)字形式從發(fā)射機(jī)接收到的指示，一個(gè)視頻數(shù)據(jù)再生方式可以從至少兩種方式中選擇，第一種方式對(duì)應(yīng)于用于每一個(gè)圖象區(qū)的速度矢量的接收，而第二種方式中不使用速度矢量，該接收機(jī)帶有一種裝置，用于根據(jù)速度矢量在兩個(gè)有效接收的圖象之間合成一個(gè)中間圖象，其特征在于它有一個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)每一個(gè)圖象的許多個(gè)速度矢量，一種裝置，用來(lái)在存儲(chǔ)器中對(duì)相應(yīng)于一個(gè)圖象區(qū)的速度矢量的特征定位，根據(jù)用于該圖象區(qū)的從發(fā)射機(jī)接收來(lái)的基準(zhǔn)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接收機(jī)，用于顯示通過權(quán)利要求2所述系統(tǒng)發(fā)射來(lái)的圖象，其特征在于，除了有存儲(chǔ)用于每一個(gè)區(qū)的速度矢量的裝置外，還有一種裝置，用于在存儲(chǔ)器中將這些速度矢量加到代表用于每一圖象的相對(duì)于前一圖象變化的量上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接收機(jī)，用于顯示通過權(quán)利要求3的系統(tǒng)發(fā)射來(lái)的圖象，其特征在于它包括一個(gè)存儲(chǔ)器，用于對(duì)每一個(gè)圖象存儲(chǔ)許多個(gè)變化的矢量，還包括一種裝置，依據(jù)用于這個(gè)圖象區(qū)的從發(fā)射機(jī)接收來(lái)的基準(zhǔn)信號(hào)，用于在存儲(chǔ)器中對(duì)相應(yīng)于一個(gè)圖象區(qū)的變化矢量的特征定位。
全文摘要
為減少數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通量，發(fā)射機(jī)系統(tǒng)包括裝置(3，7，37)，對(duì)各圖象在一速度矢量組中確定一在圖象中出現(xiàn)率最大的矢量的子組；一裝置(36，39，13，4，18)，用于每幅圖象一次地?cái)?shù)字地發(fā)射該子組中所有矢量的特征，一欲被發(fā)射圖象區(qū)的速度矢量如是子組中元素，則參照子組可定義該速度矢量，如不是，則對(duì)該圖象區(qū)取不采用速度矢量但發(fā)射有低空間分辨率、高幀速率的模擬視頻信號(hào)的發(fā)射方式。本發(fā)明適于附加數(shù)據(jù)由數(shù)字裝置發(fā)射的DATV系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04N7/24GK1040475SQ89104719
公開日1990年3月14日 申請(qǐng)日期1989年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月20日
發(fā)明者居爾查特·菲利普, 哈希里·莫哈麥德-里扎 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司