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Verfahren zur Feststellung des Rauschanteils eines
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elektrischen Signals Zus amraenf as sung Bei Signalen, welche zu Codierungszwecken
quantisiert werden, hängt die Wahl der Quantisierungskennlinie vom Rauschanteil
ab. Ein den Rauschanteil kennzeichnendes Signal wird deshalb abgeleitet, wenn eine
vorgegebene Anzahl von Differenzen aufeinanderfolgender Abtastwerte einerseits kleiner
als ein vorgegebenen Schwellwert ist und andererseits etwa eine gleichgroße Anzahl
von positiven und negativen Differenz werten umfaßt.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach
der Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise bei der tibertragung von Signalen nach dem PCM- oder
DPCE-Verfahren ist es erforderlich, die jeweiligen analogen Abtastwerte der Signale
zu quantisieren. Ist nun ein Signal mit einem Rauschanteil behaftet, so kann dieser
Rauschanteil dazu führen, daß die quantisierten Amplitudenwerte entsprechend dem
Rauschen zwischen zwei Quantisierungsstufen hin- und herspringen, obwohl das zu
übertragende Signal eine konstante Amplitude aufweist. Somit wird das Rauschen gegenüber
dem ursprünglichen Rauschen verstärkt.
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Es wurden deshalb bereits Vorschläge gemacht, je nach Vorhandensein
von Rauschanteilen verschiedene Quantisierungskennlinien Zu verwenden. Die vorliegende
Erfindung befaßt sich nun damit, festzustellen, ob der Rauschanteil einen bestimmten
vorgegebenen Wert überschreitet.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs ermöglicht es, selbsttätig in Abhängigkeit des Rauschanteils
eines Signals die Quantisierungskennlinie umzuschalten. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet
ist die digitale Ubertragung von Videosignalen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, das den Rauschanteil kennzeichnende Signal nur abzuleiten,
wenn innerhalb der vorgegebenen Anzahl von Differenzwerten eine Mindestanzahl von
Vorzeichenwechseln erfolgt.
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Damit wird bei Videosignalen verhindert, daß auf Rauschen erkannt
wird, wenn in einer Fläche des Bildes grobe Strukturen mit geringem Kontrastumfang
auftreten.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur digitalen Codierung von
Signalen, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, -Fig. 2 zeigt
eine Schaltungsanordnung zur Feststellung, ob aufeinander folgende Differenzwerte
kleiner als ein vorgegebener Schwellwert sind, Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung
zur Feststellung, ob eine vorgegebene Anzahl von Differenzwerten etwa gleich viele
positive und negative Differenzwerte umfaßt,
Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung
zur Feststellung, ob eine bestimmte Anzahl von Vorzeichenwechsel innerhalb einer
vorgegebenen Anzahl von aufeinander folgenden Differenzwerten erfolgt, Fig. 5 zeigt
eine Schaltungsanordnung zur Feststellung, ob ein vorgegebener Teil eines Fernsehbildes
mit Rauschen behaftet ist.
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Beschreibung der Erfindung Der Anordnung nach Fig. 1 werden bei 1
Signale in analoger Form, beispielsweise Videosignale, zugeführt. Diese Signale
in einem Digital-Analog-Wandler in digitale Signale umgewandelt. Die mit dieser
Umwandlung verbundene Quantisierung ist derart feinstufig, daß dadurch keine merkbare
Qualitätsverminderung eintritt. Um jedoch mit möglichst wenig Kanalkapazität Signale
digital übertragen zu können, wird bei der weiteren Verarbeitung der Signale eine
gröbere Quantisierung erforderlich sein, wobei die eingangs geschilderten Problem
auftreten.
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Zur weiteren Codierung der Signale nach dem DPCM-Verfahren werden
die Ausgangssignale des Analog-Digital-Wandlers 2 einer Subtraktionsschaltung 3
zugeführt, deren Ausgangssignal wiederum einer Quantisierungsschaltung 4 mit einer
umschaltbaren Kennlinie zugeleitet werden. Die Ausgangssignale der Quantisierungsschaltung
4 werden ggf. über eine Codewandlerschaltung dem Ausgang 6 der Anordnung nach Fig.
1 zugeführt.
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Zur Differenzbildung wird der Subtraktionsschaltung 3 ferner ein Signal
zugeführt, welches mit Hilfe der Verzögerungsschaltung 7 um eine Abtastperiode verzögert
wurde. Dem Eingang der Verzögerungsschaltung 7 wird die Summe aus deren Ausgangssignal
und dem Ausgangssignal der Quantisierungsschaltung 4 zugeleitet.
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Zur Umschaltung der Quantisierungskennlinic ist gemäß der Erfindung
eine Schaltung 9 zum Feststellen des Rauschanteils
vorgesehen. Hierzu
werden die von der Subt;rkt:ionsschnltunr 3 abgegebenen Differenzwerte einzelnen
Schaltungen 10, 11, 12 zugeführt, um festzustellen, ob die einzelnen Bedingungen
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorliegen, die Voraussetzung für das Vorliegen
eines Rauschanteils sind. Die Ausgangssignale der Schaltungen 10, 11 und 12 werden
über eine Verknüpfung 13 dem Steuereingang der QuantisierunSsschaltung 4 zugeführt.
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Zur Festellung, ob eine vorgegebene Anzahl von aufeinander folgenden
Differenzwerten kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, dient die in Fig.
2 dargestellt Schaltung 10.
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Die Differenzwerte werden von der Subtraktionsschaltung 3 (Fig. 1)
einem Komparator 20 zugeführt und dort mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen.
Die Ausgangssignale des Komparators werden nacheinander mehreren Verzögerungsschaltungen
21 bis 25 zugeführt. Die Verzögerungszeit jeder dieser Schaltungen entspricht einer
Abtastperiode. Der Komparator 20 sei nun derart ausgelegt, daß, sofern das Differenzsignal
größer als der vorgegebene Schwellwert ist, an seinem Ausgang der Zustand L herrscht,
während bei einem kleineren Differenzsignal der Zustand 0 besteht.
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Die Eingänge der Verzögerungsschaltung 21 bis 25 und der Ausgang der
Verzögerungsschaltung 25 sind nun über eine NOR-Schaltung miteinander verknüpft.
Ist beispielsweise von 6 aufeinander folgenden Differenzwerten, wie sie beispiels
weise bei oer Schaltung nach Fig. 2 erfaßt werden, ein Differenzwert größer als
der Schwellwert, so befindet sich am Ausgang der Schaltung 26 der Wert 0. Nur wenn
sämtliche Differenzwerte kleiner als der Schwellwert sind, ergibt sich am Ausgang
der Wert L. Wenn also die Bedingung, nach der eine vorgegebene Anzahl von Differenzwerten
kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, erfüllt ist, wird von der Schaltung
10 eine L an die Schaltung 13 (Fig. 1) weitergeleitet.
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Gemaß einem weiteren Merkmal der Erfindung soll nur auf Rauschen erkannt
werden, wenn die positiven und negativen Differenzwerte etwa gleich häufig auftreten.
Hierdurch wird bei Videosignalen vermieden, daß beispielsweise bei sich allmahlich
im Verlaufe einer Zeile ändernder Helligkeit die Quantisierungskennlinie auf die
bei einem mit Rauschen behafteten Signal erforderliche gröbere Abstufung umgeschaltet
wird und somit sogenanntes contouring entsteht.
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Um das Vorliegen dieser Bedingung festzustellen, wird eine Schaltung
nach Fig 3 verwendet. Hierbei sind wieder 5 Verzögerungsschaltungen 31 bis 35 in
Reihe geschaltet, von denen jede Schaltung eine Verzögerungszeit, welche einer Abtastperiode
entspricht, aufweist. Ober den Eingang 30 werden diesen Verzögerungsschaltungen
jedoch nur die Vorzeichen der Differenzwerte zugeführt, beispielsweise in der Form,
daß ein positiver Differenzwert L und ein negativer Differenzwert 0 entspricht.
Die Ein- und Ausgangssignale der Verzögerungsschaltugen 31 bis 35 werden in einer
Addierschaltung 36 zusammengefaßt. Die Ausgangsspannung der Addierschaltung 36,
also die Summe sämtlicher Vorzeichen von 6 benachbarten Differenzwerten, wird mit
Hilfe zweier Komparatoren 37 und 38 daraufhin untersucht, ob sie positiver als ein
vorgegebenei positiver und negativer als ein vorgegebener negativer Wert ist, also
in der Nähe von 0 liegt. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren 37 und 38 werden
in eines NOR-Schaltung 39 zusammengefaßt, deren Ausgang mit einem Eingang der NOR-Schaltung
13 (Fig. 1) verbunden ist.
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Zur Unterscheidung des Rauschens von gröberen Strukturen mit geringem
Kontrast dient eine Schaltung nach Fig. 4, und zwar wird dieser Schaltung wie der
Schaltung nach Fig. 3 lediglich das Vorzeichen der Differenzwerte zugeführt und
wiederum mit Hilfe der Schaltungen 41 bis 45 5 mal um eine Abtastperiode verzögert.
Die Vorzeichen jeweils zweier benachbarter
Differenzwerte werden
mit Hilfe der Subtraktionsschaltungen 46 bis 50 verglichen. Die Schaltungen 46 bis
50 sind derart ausgelegt, daß bei unterschiedlichen Vorzeichen zweier benachbarter
Differenzwerte ein L-Signal abgegeben wird. Fünf dieser Signale werden in der Addierschaltung
51 addiert. Mit Hilfedes Komparators 52 wird die Summe mit einem vorgegebenen Wert
verglichen und, sofern die Summer größer als dieser Wert ist, ein weiteres L-Signal
an die UND-Schaltung 13 (Fig. 1) abgegeben.
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Das bisher im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 beschriebene System
ermöglicht es, zwischen zwei Quantisierungskennlinien je nach Vorliegen eines Rauschanteils,
der einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, umzuschalten. Es ist jedoch im
Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, eine Schaltung nach Fig. 2 mehrfach
mit jeweils verschiedenen Schwellwerten aufzubauen, so daß verschiedene Amplituden
des Rauschens erkannt werden können und somit zwischen mehr als zwei Quanti sierungskennlinien
umgeschaltet werden kann.
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Ferner wurde bei der bisherigen Beschreibung aus Vereinfachungsgründen
davon ausgegangen, daß die Quantisierungskennlinie stets dann umgeschaltet werden
soll, wenn auf Rauschen bzw. auf Abwesenheit von Rauschen erkannt wird.
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Hierbei wäre es erforderlich, einen Teil der Eapazitätdes tlbertragungskanals
für eine Kennung, welche Quantisierungskennlinie gerade benutzt wird, vorzusehen.
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Bei der Ubertragung von Videosignalen kann es vorteilhaft sein, die
Umschaltung lediglich in größeren Zeitabständen vorzunehmen, beispielsweise von
Halbbild zu Halbbild. Hierfür ist es jedoch erforderlich, eine Beziehung herzustellen
zwischen dem momentanen Vorliegen eines Rauschanteils und der Feststellung, ob das
einem Halbbild zugeordnete gesamte
Videosignal als rauschbehaftet
gelten soll. Hierzu wird eine Schaltung nach Fig. 5 vorgesehen, welche zwischen
den Ausgang der UND-Schaltung 13 (Fig. 1) und den Steuereingang der Quantisierungsschaltung
4 geschaltet werden kann. Die Schaltung nach Fig. 5 gibt ein Signal an den Steuereingang
der Quantisierungsschaltung 4 ab, tnndas Ausgangssignal der UND-Schaltung 13 mindestens
während eines vorgegebenen Teils eines Halbbildes den für "Rauschen" vorgesehenen
Wert aufweist. Hierzu wird das Ausgangssignal der UND-Schaltung 13 über den Eingang
53 der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 einem Zähler 54 zugeführt. Diesem Zähler
wird gleichzeitig der Abtasttakt Ta zugeführt. Nach jeweils einer Halbbildperiode
wird der Zähler 54 wieder auf 0 gestellt. Erreicht das Zählergebnis während einer
Halbbildperiode einen vorgegebenen Wert n, was im Komparator 55 festgestellt wird,
so wird für die nächste Halbbildperiode der Wert L über den Ausgang 56 der Anordnung
nach Fig. 5 dem Steuereingang der Quantisierung schaltung 4 (Fig. 1) zugeleitet.
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