DE2953109T1

DE2953109T1 - Digital encoder for facsimile transmission

Info

Publication number: DE2953109T1
Application number: DE792953109T
Authority: DE
Inventors: S Chai; H Sautter; W Sherbon
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1978-09-19
Filing date: 1979-09-06
Publication date: 1980-12-18
Also published as: WO1980000645A1; GB2052922B; FR2437124B1; US4266249A; FR2437124A1; GB2052922A; NL7920086A; DE2953109C2

Description

BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER . HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2 " 5 O I U 3 f

Pelentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/&83604 Telex 05-212313 Telegiamme Patentconsull Patentconsult Sonnenberger Straßs 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palenlconsulr

Western Electric Company Incorporated PCT/US79/OO693. 222 Broadway, New York, N.Y. 10038, USA P 29 53 109.7

(Chai 5-6-1)

Digitalcodierer zur Faksimileübertragung

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Faksimile-Übertragungsanlagen und im einzelnen die wirksame Codierung von Informationen mit kontinuierlichen Tonwerten eines Originalbildes, derart, daß sich eine brauchbare Wiedergabe des Originalbildes rekonstruieren läßt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Die Faksimile-Übertragung ist ein aufwendiger Vorgang. Jedes Bild weist eine sehr große Menge optischer Informationen auf, Bei den konventionellen Faksimile-Übertragungsanlagen werden die Bilder in typischer Weise in eine Matrix von Bildelementen (Pels von Picture Elements) von genügender Kleinheit unterteilt, derart, daß bei Abtastung jedes Bildelements mit

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W.Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing;, Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dlpl.-W.-Ing.

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nur einem Lichtintensitätspegel sich eine brauchbare Kopie
ergibt. Es geht zwar ein großer Teil der optischen Informationen verloren, aber aufgrund der Eigenschaften des menschlichen Wahrnehmungsvermögens läßt sich dennoch eine brauchbare Kopie erzeugen. Selbst bei dieser Menge optischer Informationen ist eine Faksimile-Übertragung in der Vergangenheit
wirschaftlich nicht zweckmäßig gewesen, und zwar aufgrund der Ubertragungs- und Ausrüstungskosten sowie der für die Übertragung erforderlichen langen Zeiträume. Üblicherweise ergibt
sich eine bessere Bildqualität, wenn mehr Informationen übertragen werden. Dann ist jedoch eine längere Übertragungszeit erforderlich.

In Verbindung mit dem Abtasten eines Bildes in Form einer
Matrix von Bildelementen sind viele Kompressionsverfahren
verwendet worden, um die Menge der übertragenen optischen Informationen weiter zu reduzieren und trotzdem optisch brauchbare Kopien zu erzeugen. Bei gewissen Verfahren sind die Bildinformationen auf rein weiße oder schwarze Bildelemente reduziert worden. Das führt zu einer Übertragungsrate mit einem
einzigen Bit. je Bildelement (Bit/Pel).

Wenn die Bilder nur zwei Töne besitzen, d.h. schwarze Schrift auf einem weißen Papierblatt, sind Kompressionsverfahren entwickelt worden, die eine Übertragungsrate von wesentlich
kleiner als ein Bit je Bildelement erfordern. Dies beruht
auf dem großen Prozentsatz von weißem Hintergrund, der ziemlich regelmäßigen Gruppierung schwarzer Bildelemente und

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der Tatsache, daß nur zwei Farbtöne von Bedeutung sind. " —"

Bei der Reproduktion von Bildern mit kontinuierlicher Tönung.·, oder Grauskalabildern, beispielsweise fotografischen Bildern", mit Bildelementen, die viele unterschiedliche Lichtintensitätsstufen besitzen, sind jedoch beträchtliche optische Informationen, die weder weiß noch schwarz sind, von gewisser Bedeutung.

Zwei Digitalverfahren für Bilder mit kontinuierlichem Ton sind entwickelt worden, die zu einer Übertragungsrate von einem Bit je Bildelement führen. Bei diesen beiden Verfahren werden reduzierte optische Informationen übertragen, wobei sich trotzdem eine annehmbare und angenäherte Reproduktion des Originalbildes ergibt. Bei diesen beiden Verfahren werden alle Bildelemente in Form von Schwarz- oder Weißsignalen codiert. Die oben erwähnten Kompressionsverfahren für Zweitonbilder können jedoch die Bitraten bei dem betrachteten Verfahren nicht wesentlich verringern, und zwar wegen der in größerem Maße zufälligen Verteilung der erzeugten schwarzen und weißen Bildelemente.

Eines der bekannten Verfahren zur Codierung von Bildern mit kontinuierlichen Tönen ist das "Zitterverfahren", bei dem elektrische Eingangssignale als schwarze oder weiße Bildelemente übertragen werden, nachdem sie mit entsprechenden positionsabhängigen Schwellenwerten einer zweidimensionalen, geordneten Zittermatrix von Abtastpunkten verglichen worden sind, denen unterschiedliche, getrennten Lichtintensitäten

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entsprechende Spannungswerte zugeordnet sind« Die Eingangssignale , die die entsprechenden Zitter-Schwellenwerte über-" steigen, werden als schwarze Bildelemente übertragen, während die anderen Signale als weiße Bildelemente übertragen werden, so daß sich eine Übertragungsrate von einem Bit je Bildelement ergibt. Eine gewisse zusätzliche Reduzierung wurde mit Hilfe von Nachschlagetabellen durch eine Annäherung und Gruppierung ähnlicher Bildelementgruppen zwecks Aussendung von Codierungen erreicht. Dabei ergeben sich Schwierigkeiten, weil ein beträchtlicher Speicherraum für Bezugsdaten zum Zwecke des Vergleichs erforderlich ist.

Das andere Verfahren zur Codierung von Grauskalainformationen, das von Young in der US-PS 3 294 896 beschrieben wird, beruht auf der Beobachtung, daß bei einem typischen Bild die feinen oder Schwarz-Weiß-Einzelheiten, die die Kanten oder Linien bilden, wichtiger sind als die grauen oder abgeschatteten Bereiche. Demgemäß können die Grauinformationen bei wesentlich verringerter Genauigkeit hinsichtlich der Lage und Ausdehnung gegenüber den für die Einzelheiten erforderlichen Werten übertragen werden.

Entsprechend der genannten US-PS werden die elektrischen Eingangssignale eines Bildes mit unterschiedlichen Weiß- und Schwarz-Schwellenwerten verglichen, wobei zwischen den beiden Schwellenwerten ein Bereich liegt. Signale innerhalb dieses Bereiches, die Graufelder des Bildes darstellen, werden mit einem Schwellenwert verglichen, dessen Höhe sich

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innerhalb des Bereiches periodisch ändert, so daß die Graur feldsignale als Folge von schwarzen und weißen Bildelementeri. ' Übertragen werden. Demgemäß wird die gesamte Bildinforma- ^{: :}.^: tion mit einer Rate von einem einzelnen Bit (schwarz oder ' ^:

't

weiß) je Bildelement übertragen.

Eine größere Bandbreitenkompression von Bildern mit kontinuierlichen Tönen als bei den oben beschriebenen Verfahren ist dann wünschenswert, wenn solche Bilder auf wirtschaftliche Weise über herkömmliche Fernsprechleitungen in großem Umfang zum Zwecke der Speicherung oder Bildreproduktion übertragen werden sollen. .

Zusammenfassung der Erfindung

Die elektrischen Eingangssignale, die die verschiedenen Lichtintensitäten als Spannung für die abgetasteten Teile oder Elemente des reproduzierten Bildes darstellen, werden digital in Form getrennter Schwarz-Detailinformationen hoher Auflösung (individuelle Bildelemente) und Grauskala-Informationen niedriger Auflösung (Blöcke von Bildelementen) codiert, und zwar in getrennten Detail- und Grauskalaschaltungen.

In der Detail-rSchaltung werden elektrische Eingangssignale mit einem vorgegebenen Schwellenwert zur Erzeugung eines Binärsignals schwarzer und weißer Bildpunkte verglichen. Das Binärsignal der Vergleichseinrichtung wird dann nach einem üblichen und wirksamen Kompressionsverfahren komprimiert, das für die Übertragung von graphischen Zweiton-Bildern zur Ver-

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Claims

BLUMBACH · WESER ■ BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Palenlconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Palentconsuli Patenlconsult Sonnenborger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palenlconsult

Western Electric Company Incorporated PCT/US79/00693 222 Broadway, New York N.Y. 10038, USA P 29 53 109.7 ^:

(Chai 5-6-1)

Patentansprüche

nj Schaltungsanordnung zur Digitalcodierung von Lichtintensitätsinformationen eines Bildes mit einer Einrichtung (12) zur Abtastung diskreter Bereiche (Bildelemente) des Bildes zur Erzeugung elektrischer Eingangssignale, die die Lichtintensität jedes Bildelements angeben, mit einer ersten · Einrichtung (24) zum Vergleichen der Eingangssignale mit einem vorgegebenen, positionsabhängigen Schwellenwertsig-r nal zur Erzeugung eines Detail-Binärsignals (109) von schwarzen und weißen Bildelementen,
gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung (31) zum Vergleichen der Eingangssignale mit vorgegebenen, positionsabhängigen Bezugsschwellenwertsignalen von einer Matrix on Abtastpunkten zur Erzeugung eines Grauskala-Binärsignals (108), wobei jeder der Abtastpunkte einem bestimmten Bildelement jedes von einer Vielzahl von Bildelementblöcken (104) entspricht, und eine Einrichtung (42) zum Zählen der Anzahl (N) von schwarzen Bildelementen in den Grauskala-Binärsignalen für jeden Block zur Erzeugung eines Code, der die Graustufeninforma-

MUnchen: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Oipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Biumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. Jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw. bis 1979 . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dlpl.-W.-Ing_:

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tion für jeden Bildelementblock annähert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung (36) zum Subtrahieren des Detail-Binärsignals (109) von dem Grauskala-Binärsignal (1.08) zur Modifizierung des Grauskala-Binärsignals vor dessen Zählung.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die positionsabhängigen Bezugsschwellenwertsignale mittels einer geordneten Zittermatlx erzeugt werden.
4. Faksimile-Empfänger zur Verwendung in Kombination mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Empfangseinrichtung (61) für das Detail-Binärsignal und die Graustufencodierungen sowie eine Einrichtung (68, 168) zur Rekonstruktion eines Graustufenwertes für jedes Bildelement (102) aus den Graustufencodierungen für die Blöcke (104) von Bildelementen.
5. Empfänger nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Rekonstruktion der Graustufencodierungen eine Einrichtung (70) zur Interpolierung des Graustufencode eines Blocks, der ein bestimmtes Bildelement enthält, mit dem Graustufencode eines vorgewählten,¹¹ benachbarten Blocks zur Erzeugung des

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rekonstruierten Graustufenwertes des bestimmten BildelementP und damit Reduzierung plötzlicher Tonwertänderungen zwischen den Blöcken aufweist.
6. Empfänger nach Anspruch 4 zur Rekonstruktion des Graustufenwertes eines augenblicklichen Bildelementes einer augenblicklichen Zeile in einer Anlage, in der die Bildelemente
Zeile für Zeile rekonstruiert werden,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zur Speicherung der Graustufenwerte des vorhergehenden Bildelementes der gleichen Zeile, des dem vorhergehenden Bildelement entsprechenden Bildelementes der vorhergehenden Zeile und des dem augenblicklichen Bildeleraent entsprechenden Bildelementes der vorhergehenden Zeile und
durch eine Einrichtung (168) zur Peststellung des Mittelwertes der gespeicherten Graustufenwerte zuzüglich der Graustufenwerte des Blocks, der das augenblickliche Bildelement
enthält, wobei der Mittelwert der zur Rekonstruktion des
augenblicklichen Bildelementes benutzte Wert ist,
7. Empfänger nach Anspruch 4 zur Rekonstruktion des Graustufenwertes eines augenblicklichen Bildelementes einer Spalte in
einer Anlage, bei der die rekonstruierten Bildelemente in
zueinander ausgerichteten Blöcken angeordnet sind, die je

χ Spalten mit y Bildeleraenten und y Zeilen mit χ Bildelementen enthalten,

gekennzeichnet durch folgende Bauteile:

eine Einrichtung zur Speicherung des Graustufenwertes der

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Spalte im benachbarten Block, der vertikal zum augenblicklichen Block ausgerichtet ist, wobei die Spalte des benachbarten Blocks zur augenblicklichen Spalte ausgerichtet ist,

eine Einrichtung (73) zur.Erzeugung einer Horizontaldifferenz zwischen dem Graustufenwert des augenblicklichen Blocks und dem Graustufenwert des links benachbarten Blocks, eine Einrichtung (74).zum Multiplizieren der Horizontaldifferenz mit einem vorgegebenen Vielfachen von 1/x zur Erzeugung eines inkrementellen Horizontalwertes, für die augenblickliche Spalte, die das augenblickliche Bildelement enthält, eine Einrichtung (75) zum Addieren des inkrementellen Horizontalwertes ^zum Graustufenwert des links benachbarten Blockes zur Erzeugung eines horizontal abgestuften Graustufenwertes für die augenblickliche Spalte, eine Einrichtung (82) zur.Erzeugung einer Vertikaldifferenz zwischen dem horizontal abgestuften Graustufenwert für die augenblickliche Spalte und dem horizontal abgestuften Graustufenwert der entsprechenden, vertikal ausgerichteten Spalte,

eine Einrichtung (83) zum Multiplizieren der Vertikaldifferenz mit einem vorgegebenen Vielfachen von 1/y zur Erzeugung eines inkrementellen Vertikalwertes für das augenblickliche Bildelement, und

eine Einrichtung (84) zum Addieren des inkrementellen Vertikalwertes zum horizontal abgestuften Graustufenwert der entsprechenden Spalte des vertikal ausgerichteten Blockes zur

Erzeugung des Graustufenwertes für das augenblickliche Bildelement.

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