BE1007807A3

BE1007807A3 - Inrichting voor het coderen van een videosignaal.

Info

Publication number: BE1007807A3
Application number: BE9301320A
Authority: BE
Original assignee: Philips Electronics Nv
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1995-10-24
Also published as: US5606371A; JPH07203447A; EP0655867A1

Abstract

Een inrichting voor het coderen van een videosignaal omvat een beeldtransformator (22), kwantisator (23) en variabele-lengte-encoder (24), alsmede distributie middelen (6) om een globale targetwaarde (T) voor het aantal bits per beeld of groep van beelden te verdelen in lokale targetwaarden (Tn) voor afzonderlijke macroblokken van elk beeld. De inrichting is voorzien van proportioneel integrerende regelmiddelen (7). Deze regelen de kwantisatie stapgrootte (Q1) zodanig dat de bufferinhoud (b) van een uitgangsbuffer (4) in overeenstemming is met de targetwaarde. Omdat de PI-regelaar geen restfouten introduceert, wordt het gewenste aantal bits per beeld of groep van beelden binnen nauwe grenzen gereikt. Het uitgangssignaal is uitermate geschikt voor recording en daaropvolgende editing.

Description

Inrichting voor het coderen van een videosignaal.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het coderen van een videosignaal, welke inrichting omvat : middelen voor het opdelen van elk beeld in een pluraliteit van deelbeelden, een encoder omvattende een beeldtransformator voor het transformeren van elk deelbeeld in coëfficiënten en een kwantisator voor het kwantiseren van de coëfficiënten met een toegevoerde stapgrootte. De inrichting omvat verder distributie middelen voor het verdelen van een targetwaarde voor het aantal bits voor codering van een toegevoerd beeld in een pluraliteit van lokale targetwaarden voor de afzonderlijke deelbeelden, en regelmiddelen voor het regelen van de stapgrootte in overeenstemming met de lokale targetwaarden.

Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit "Hardware Implementation of the Framestore and Datarate Control for a Digital HDTVVCR", een presentatie tijdens het HDTV-Symposium November 1992 in Japan. De publicatie beschrijft echter niet hoe de stapgrootte wordt geregeld teneinde een vast aantal bits per beeld te bereiken.

De bekende inrichting heeft betrekking op intraframe codering van videosignalen. Met intraframe codering wordt bedoeld dat elk beeld op zichzelf, onafhankelijk van andere beelden, wordt gecodeerd. Onder de benaming MPEG zijn inrichtingen bekend waarmee een beeld van een groep van beelden (GOP) intraframe wordt gecodeerd. Een dergelijk beeld wordt I-beeld genoemd. Andere beelden worden aan predictieve bewegingsgecompenseerde (interframe) codering onderworpen. Bij voorwaartse predictie spreekt men wel over P-beelden, bij bidirectionele predictie over B-beelden. Een dergelijke MPEG inrichting is onder andere beschreven in"Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media up to about 1. 5 Mbit/s",
ISO/IEC IS 11172.

Bij MPEG codering is het aantal bits per beeld sterk afhankelijk van het type codering waaraan het wordt onderworpen. Een veel voorkomende indeling van

EMI2.1
een GOP is bijvoorbeeld de reeks"IBBPBBPBBPBB". Bekende MPEG-encoders produceren een bitstroom waarin het aantal bits per GOP grote fluctuaties vertoont. Een MPEG bitstroom is daarom niet geschikt voor recording met het oog op latere editing en weergave bij afwijkende snelheden.

Het is een doel van de uitvinding om te voorzien in regelmiddelen waarmee, binnen nauwe grenzen, een vast aantal bits per beeld of groep van beelden wordt verkregen.

De inrichting omvat daartoe volgens de uitvinding middelen voor het vormen van een regelsignaal voor toevoer aan de regelmiddelen, welk regelsignaal representatief is voor het verschil tussen successievelijk geacccumuleerde lokale targetwaarden en het aantal bits dat door de encoder is geproduceerd. De regelmiddelen worden hierbij gevormd door een proportioneel integrerend regelcircuit. De uitvinding berust op het inzicht dat een proportioneel integrerend regelcircuit geen statische restfouten introduceert. De inrichting levert dan ook per beeld, en in het geval van een MPEG-encoder per groep van beelden, een aantal bits dat binnen nauwe grenzen constant is.

Het regelcircuit omvat een proportionele regeltak met een eerste regelfactor en een integrerende regeltak met een tweede regelfactor. Hiermee wordt een eerste resp. tweede fractie van de stapgrootte verkregen. De som van beide fracties vormt de stapgrootte voor toevoer aan de encoder. De beide regelfactoren kunnen desgewenst constanten zijn. Zij worden dan zodanig gedimensioneerd dat de regellus zelfs bij optreden van de meest complexe beelden nog stabiel blijft. Een gunstige voorkeursuitvoering van de inrichting wordt echter verkregen indien de regelfactoren worden geregeld in evenredigheid met het quotient van de gemiddelde stapgrootte waarmee een pluraliteit van deelbeelden is gekwantiseerd en het aantal bits dat voor genoemde pluraliteit van deelbeelden door de encoder is geproduceerd.

In dat geval blijkt de stabiliteit van de regellus onafhankelijk te zijn van beeldtype en beeldinhoud.

In een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting omvat deze een additionele encoder voor het coderen van het toegevoerde beeld ingevolge een vaste stapgrootte, en van rekenmiddelen om uit het aldus gecodeerde beeld de targetwaarde te rp

berekenen. In het geval van een MPEG-encoder kunnen de rekenmiddelen hierbij zijn ingericht om de targetwaarde te berekenen in afhankelijkheid van het type (I, P, B) beeld.

Hiermee wordt bereikt dat de fluctuaties in het aantal bits per beeld dan wel GOP aanzienlijk kleiner zijn omdat voor de berekening van de targetwaarde nu de complexiteit van het huidige beeld in aanmerking wordt genomen. Dit zal worden gewaardeerd indien wordt bedacht dat de targetwaarde bij de bekende MPEG-encoders wordt vastgesteld aan de hand van het voorgaande beeld van hetzelfde type. Het voorgaande I-beeld ligt echter in het algemeen 12 beelden terug in de tijd en kan een geheel andere complexiteit hebben.

De distributie middelen voor het verdelen van de targetwaarde voor het beeld in een pluraliteit van targetwaarden voor elk deelbeeld kunnen verschillende vormen aannemen. Een mogelijke vorm omvat bijvoorbeeld een evenredige verdeling van de targetwaarde over alle deelbeelden. Op deze manier wordt het aantal beschikbare bits uniform over het beeld gespreid. Een gunstige uitvoeringsvorm van de inrichting wordt verkregen indien de distributie middelen zijn ingericht om de targetwaarde te verdelen in evenredigheid met het aantal bits dat door de additionele encoder voor de deelbeelden is opgewekt. Op deze manier wordt een profiel verkregen van de bitbehoefte voor de deelbeelden.

Zo kan bijvoorbeeld een beeld dat, van boven naar beneden, een strakke blauwe lucht, een rij huizen en een zeer gedetailleerd bloemenbed omvat, optimaal worden gecodeerd doordat het distributie circuit "vooruitziend" bewerkstelligt dat meer bits worden gespendeerd aan deelbeelden naarmate deze meer gedetailleerd en moeilijker codeerbaar zijn. Aldus wordt een uniforme verdeling van beeldkwaliteit over een beeld verkregen.

De door de inrichting geproduceerde bitstroom omvat naast coëfficiënten data ook kwantisatie onafhankelijke informatie. Binnen de MPEG syntax valt onder andere te denken aan bewegingsvectoren van een blok en aan stuurbits die aangeven of een bitreeks is ontstaan uit intraframe dan wel interframe codering van het blok. De voor deze"overhead"benodigde bits kunnen voor sommige deelbeelden een aanzienlijke fractie vormen van het aantal bits waarmee dat deelbeeld wordt overgedragen.

Teneinde te voorkomen dat de targetwaarde voor een deelbeeld in belangrijke mate gespendeerd wordt aan overhead bits, zijn de distributie middelen in een verdere uitvoeringsvorm ingericht om de targetwaarde over de deelbeelden te verdelen in evenredigheid met het

EMI4.1
aantal kwantisatie afhankelijke bits dat door de additionele encoder voor die deelbeelden is opgewekt. Op deze manier wordt een nog betere verdeling van beeldkwaliteit over een beeld verkregen.

Figuur 1 toont een inrichting voor het coderen van een videosignaal volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm van een regelcircuit dat in figuur 1 is aangegeven.

Figuur 3 toont een diagram ter toelichting op de werking van het regelcircuit dat in figuur 2 is weergegeven.

Figuur 4 toont een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting voor het coderen van een videosignaal.

Figuren 5 en 6 tonen uitvoeringsvormen van een rekencircuit dat in figuur 3 is aangegeven.

Figuur 1 toont een inrichting voor het coderen van een videosignaal volgens de uitvinding. De inrichting omvat een geheugen 1 waarin elk beeld wordt opgesplitst in blokken van bijvoorbeeld 8*8 pixels. Een voorafbepaald aantal aaneengesloten blokken, bijvoorbeeld vier blokken van 8*8 luminantie samples en twee blokken van 8*8 chrominantie samples vormen een deelbeeld. In overeenstemming met de gebruikelijke MPEG syntax zal zo'n deelbeeld in het hiernavolgende ook wel macroblok worden genoemd.

De blokken van 8*8 samples worden toegevoerd aan een encoder 2. Deze encoder omvat een aftrekschakeling 21, een beeldtransformator 22 voor het transformeren van elk blok in 8*8 coëfficiënten, een kwantisator 23 voor het kwantiseren van de coëfficiënten met een stapgrootte Ql en een variabele-lengte-encoder 24 voor het coderen van de gekwantiseerde coëfficiënten in codewoorden van variabele lengte. De encoder is verder voorzien van een predictielus voor het vormen van een bewegingsgecompenseerd predictie beeld. Deze lus omvat een inverse kwantisator 25, een inverse beeldtransformator 26, een optelschakeling 27, een beeldgeheugen 28 en een

bewegingsschatter 29.

Opgemerkt zij dat niet elke coëfficiënt van een blok noodzakelijkerwijs met dezelfde stapgrootte wordt gekwantiseerd. De kwantisatie stap kan ook afhangen van de ruimtelijke frequentie die een coëfficiënt representeert. In dat geval wordt met de uitdrukking "stapgrootte" een parameter bedoeld die de onderscheidenlijke kwantisatie stappen voor een blok coëfficiënten vastlegt.

De verkregen reeks codewoorden van variabele lengte vormt een kwantisatie afhankelijke bitstroom q, van coëfficiënten bits. Deze bitstroom wordt in een multiplexer 3 gecombineerd met overige informatie welke onder andere wordt gevormd door bewegingsvectoren die door bewegingsschatter 29 worden geproduceerd. De overige informatie wordt in het hiemavolgende"overhead"genoemd en is in de figuur met v, aangegeven. De gecombineerde bitstroom wordt aan een buffer 4 toegevoerd en daaruit met een kanaalbitrate feh gelezen.

Tot dusver vormt de inrichting een bekende MPEG encoder zoals deze is beschreven in het reeds genoemde document "Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media up to about 1. 5 Mbit/s". Het videosignaal wordt overgedragen in de vorm van groepen van beelden (GOPs). Elke GOP omvat tenminste een intraframe gecodeerd beeld (I-beeld), een aantal predictief gecodeerde beelden (P-beelden) en een aantal bidirectioneel predictief gecodeerde beelden (B-beelden). Bij codering van I-beelden is de aftrekker 21 niet actief en wordt elk blok pixels zelfstandig gecodeerd. Bij P- en B-beelden levert de bewegingsschatter 29 een predictieblok en wordt een verschilblok gecodeerd.

Bij onvoldoende overeenstemming tussen een blok van het toegevoerde beeld en diens omgeving in predictiebeeldgeheugen 28 (i. e. bij een te grote mate van beweging) kunnen blokken van P en B beelden eveneens aan intraframe codering worden onderworpen. Informatie ten aanzien van de toegepaste coderingsmode van een blok is eveneens in de overhead informatie V ondergebracht.

De inrichting omvat verder een rekencircuit 5 voor het berekenen van een targetwaarde T voor het aantal bits voor codering van het toegevoerde beeld. Deze targetwaarde voor een te coderen beeld zal in het hiernavolgende "globale targetwaarde" worden genoemd. In de MPEG encoder (waarin zowel intraframe als interframe codering wordt bedreven) is de berekening van de targetwaarde afhankelijk van het type (I, P, B) beeld. De uit te voeren berekeningen zijn beschreven in hoofdstuk 10 van

"MPEG2 Test Model 5", ISO/IEC JTC1/SC29/WGll/N0400, April 1993.

Uitvoeringsvormen van het rekencircuit 5 kunnen hieruit door de vakman worden afgeleid. In het geval de encoder van een type is dat alleen voor intraframe codering is ingericht, heeft T een voorafbepaalde constante waarde (i. e. het gewenste aantal bits per beeld) en is het rekencircuit in feite overbodig.

In een distributie circuit 6 wordt de targetwaarde T voor het beeld verdeeld in "lokale targetwaarden" Tn voor de afzonderlijke deelbeelden. Vooralsnog zal worden verondersteld dat het distributie circuit 6 is ingericht om de targetwaarde T voor het beeld in gelijke mate over alle N macroblokken te verdelen. In dat geval geldt :
EMI6.1

EMI6.2
De aldus verkregen lokale targetwaarden T worden toegevoerd aan het regelcircuit 7.

Figuur 2 toont een mogelijke uitvoeringsvorm van dit regelcircuit. Het omvat een aftrekker 71 welke voor elk macroblok het verschil tussen de lokale targetwaarde en een gewenste gemiddelde waarde Tav bepaalt. Tav heeft een vaste waarde welke rechtstreeks volgt uit het aantal bits R per GOP, het aantal beelden in een GOP, en het aantal macroblokken per beeld. Met behulp van een teller 72 wordt het verkregen verschil geaccumuleerd. Het uitgangssignaal van de teller 72 vormt als het ware een gewenste bezettingsgraad b' (in aantal bits) van het uitgangsbuffer 4 (zie figuur 1) van de inrichting. Het regelcircuit omvat verder een aftrekker 73 waarin de gewenste bezettingsgraad b'wordt vergeleken met de daadwerkelijke bezettingsgraad b van het buffer. Het verschil tussen beide aantallen bits vormt een regelsignaal.

Genoemd regelsignaal wordt door een eerste vermenigvuldiger 74 vermenigvuldigd met een regelfactor Kp en door een tweede vermenigvuldiger 75 vermenigvuldigd met een regelfactor K,. De uitgang van de tweede vermenigvuldiger 75 wordt toegevoerd aan een integrator 76. Een opteller 77 telt de uitgangen van vermenigvuldiger 74 en integrator 76 bij elkaar op.

De elementen 74-77 van het in figuur 2 getoonde regelcircuit vormen een proportioneel integrerende (PI) regelaar die de stapgrootte Ql voor toevoer aan encoder 2 (zie figuur 1) regelt zonder dat daarbij een residu in het regelsignaal ontstaat. Uit proeven is gebleken dat met de inrichting het gewenste aantal bits R voor elke GOP

binnen een nauwkeurigheid van 0. 03% wordt gehaald. Het uitgangssignaal van de inrichting is dan ook uitermate geschikt om opgeslagen te worden met de mogelijkheid van latere editing.

De regelfactoren Kp en K, kunnen constanten zijn. Een MPEG encoder kan echter worden beschouwd als een proces met een niet-constante gain. Teneinde dit toe te lichten, toont figuur 3 de relatie tussen het aantal coëfficiënten bits C en de gemiddelde stapgrootte Q voor drie verschillende beelden met complexiteit X=C. Q. De afgeleide dC/dQ is een maat voor de gain van de MPEG encoder. Meer in het bijzonder kan de gain van een encoder worden gedefinieerd als :
EMI7.1
Zoals uit de figuur blijkt, hangt de gain niet alleen af van de complexiteit X (dus van de beeldinhoud) maar ook van de stapgrootte Q. Constante regelfactoren Kp en K, dienen zodanig te worden gedimensioneerd dat zelfs bij de meest gecompliceerde signalen geen instabiliteit van het regelproces optreedt.

Het regelproces is onder alle omstandigheden stabiel als variaties in de gain worden gecompenseerd door inverse variaties in de regelfactoren, met andere woorden als het product van regelfactor en gain constant is. Gunstige regelfactoren Kp
EMI7.2
en Kï worden dan ook gevormd door
EMI7.3
- P c.

--f=-i-CM . p G C'G C
EMI7.4
waarin cp en ci geëigende constanten zijn. De in figuur 2 met 78 en 79 aangegeven elementen zijn ingericht om de regelfactoren Kp resp. K ; in overeenstemming hiermee op te wekken. Zij ontvangen daartoe de bitstroom qi van de encoder (teneinde daaruit het aantal geproduceerde bits af te leiden) alsmede de stapgrootte Ql.

De in figuur 1 getoonde inrichting heeft nog het bezwaar dat de globale targetwaarde wordt afgeleid uit de complexiteit van het voorafgaande beeld van hetzelfde type (I, P, B). Zo'n voorafgaand beeld kan ver terug liggen in de tijd en een geheel andere complexiteit hebben. Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van de inrichting waarin de meest actuele globale target waarde wordt bepaald. Gelijke

referentie cijfers representeren hierbij dezelfde functies als in figuur 1. De inrichting omvat nu een additionele encoder 8 en een daaraan gekoppeld rekencircuit 9 voor het berekenen van de globale targetwaarde T. In het hiernavolgende wordt de additionele encoder 8 ook wel preanalyser genoemd. Hij vormt een kwantisatie afhankelijke bitstroom q en overhead informatie v.

De preanalyser kan verschillende vormen aannemen. In het hiernavolgende wordt hij geacht een MPEG encoder te zijn zonder bitrate regeling. De preanalyser is dan van het zelfde type als encoder 2 en daarom niet in details weergegeven. Hij ontvangt een kwantiseringsstapgrootte Qz van een stapgrootte bepaler 11 die later besproken zal worden. Opgemerkt zij echter reeds dat de stapgrootte Q2 gedurende een beeld onveranderlijk is, maar van beeld tot beeld anders kan zijn.

Figuur 5 toont schematisch een uitvoeringsvorm van het rekencircuit 9.

Het omvat een multiplexer 91 voor het combineren van de coëfficiënten bitstroom q en de overhead bitstroom V2 die door de preanalyser wordt geproduceerd. De gecombineerde bitstroom wordt toegevoerd aan een teller 92 welke het aantal bits Bn telt dat door de preanalyser voor deelbeeld n van het beeld wordt opgewekt. Een verdere teller 93 telt het totale aantal bits S =EBn dat aan het gehele beeld is gespendeerd. In een vermenigvuldiger 94 wordt S vermenigvuldigd met de stapgrootte Q. Het produkt is een complexiteitswaarde X die representatief is voor de complexiteit van het
EMI8.1
toegevoerde beeld. Genoemde complexiteitswaarde wordt voor elk type beeld (I, P, B) afzonderlijk bepaald.

In formule
EMI8.2
X'p=x < 2, en XB=SBXQ2B (1)
EMI8.3
De complexiteitswaarde wordt toegevoerd aan het rekencircuit 95 voor het berekenen van de targetwaarde T voor het aantal bits voor codering van het betreffende beeld. Ten aanzien van de berekeningen die door het rekencircuit worden uitgevoerd gelden de volgende overwegingen : (A) Voor een GOP, omvattende NI beelden van het type I, Np beelden van het type P en NB beelden van het type B, is een totaal aantal bits R beschikbaar.

Er wordt naar gestreefd de globale targetwaarden TI, Tp, TB voor elk type beeld zodanig te verdelen dat voldaan wordt aan :

EMI9.1

EMI9.2
(B) Aangenomen wordt dat de verschillende coderingstypen (I, P, B) tot een gelijke beeldkwaliteit leiden indien de corresponderende stapgrootten Qb Qp en QB een bepaalde verhouding tot elkaar hebben
EMI9.3
Qp=kp. en Qs
EMI9.4
Uit (1) en (3) kan de relatie worden afgeleid tussen het aantal bits Sp, SB dat bij P- B-codering van een beeld verkregen wordt en het aantal bits SI dat bij I-codering van dat beeld verkregen wordt
EMI9.5
Xp Sp=. "T XI XI (C) Dezelfde relatie wordt geacht toepasbaar te zijn op de globale targetwaarden voor de verschillende typen beelden :

EMI9.6
Xp XB (4) Tp=- en -r, . /c. pXI Uit (2) en (4) kan de volgende formule worden afgeleid voor de globale targetwaarde TI voor een I-beeld:
EMI9.7
(D) Nadat de globale targetwaarde T, voor het laatste (of enige) I-beeld van de GOP is vastgesteld en het beeld zoveel mogelijk in overeenstemming daarmee is gecodeerd, kunnen de targetwaarden voor de overige P- en B-beelden desgewenst worden aangepast aan het nog resterende aantal voor de GOP beschikbare bits. In dat geval gaat vgl. (2) over in :
EMI9.8

waarin np en nB het aantal nog te coderen P- resp. B-beelden in de GOP voorstelt en R, het aantal nog beschikbare bits. Voor de targetwaarden Tp en TB kunnen nu de volgende formules worden afgeleid :
EMI10.1
, .

TP=-R, (6) B kb. kb'XP
EMI10.2
De berekening van de globale targetwaarde van een beeld door het rekencircuit 95 vindt plaats voordat het betreffende beeld via een beeldvertraging 10 aan encoder 2 (zie figuur 4) wordt toegevoerd voor daadwerkelijke codering. De berekening gebeurt op de volgende wijze : (I) Tijdens de codering van een 1-beeld ontvangt het rekencircuit van vermenigvuldiger 94 de complexiteitswaarde XI van dat beeld. De targetwaarde
TI wordt berekend met behulp van vgl. (5). De complexiteitswaarden Xp en XB in deze vgl. worden hierbij gevormd door reeds eerder berekende complexiteitswaarden van het meest recente voorafgaande P- resp. B-beeld.

Deze eerder berekende complexiteitswaarden zijn in figuur 5 met Xp. aangeduid. Zij zijn bij codering van het voorafgaande beeld in een geheugen (niet getekend) opgeslagen.

(P) Tijdens de codering van een P-beeld ontvangt rekencircuit 95 van vermenigvuldiger 94 de complexiteitswaarde Xp van dat beeld. De targetwaarde
Tp wordt berekend met behulp van vgl. (4) of, indien de GOP geen verdere
I-beelden meer omvat, met behulp van vgl. (6). De andere complexiteitswaarden dan Xp worden wederom gevormd door de eerder berekende complexiteitswaarden van het meest recent voorafgaande beeld van betreffende type.

(B) Tijdens de codering van een B-beeld ontvangt rekencircuit 95 van vermenigvuldiger 94 de complexiteitswaarde XB van dat beeld. De targetwaarde TB wordt berekend met behulp van vgl. (4) of (6).

Het distributie circuit 96 distribueert de globale targetwaarde T vervolgens over de macroblokken van het beeld, in evenredigheid met het aantal bits Bn dat door de

preanalyser voor die macroblokken is geproduceerd. Het distributie circuit berekent daartoe voor elk macroblok n de lokale targetwaarde T in overeenstemming met :
EMI11.1

EMI11.2
De lokale targetwaarde T is aldus voor elk macroblok in overeenstemming met de relatieve complexiteit van dat macroblok. In combinatie met de residu-loze regelaar voor het realiseren van deze targetwaarden wordt als het ware op"vooruitziende"wijze bewerkstelligd dat er meer bits aan een deelbeeld wordt gespendeerd naarmate dat deelbeeld gedetailleerder is. Aldus wordt een uniforme beeldkwaliteit over het gehele beeld bereikt bij een constant aantal bits per GOP.

In figuur 6 is een verdere uitvoeringsvorm weergegeven van het rekencircuit 9. In deze uitvoeringsvorm wordt voor ieder macroblok n het aantal coëfficiënten bits en het aantal overhead bits van de preanalyser afzonderlijk geteld. Het rekencircuit omvat daartoe afzonderlijke tellers 92a en 92b voor het macrobloksgewijs tellen van het aantal coëfficiënten bits Cn in de kwantisatie afhankelijke bitstroom en het aantal bits On in de overhead data v. tellers 93a en 93b tellen het aantal bits EC resp. EO,, over het gehele beeld. Een opteller 97 sommeert beide getallen waardoor weer het totale aantal bits S wordt verkregen dat door de preanalyser is gespendeerd aan het gehele beeld.

Op de reeds met betrekking tot figuur 5 beschreven wijze stelt vermenigvuldiger 94 de complexiteitswaarde X van het toegevoerde beeld vast, en berekent rekencircuit 95 de globale targetwaarde voor het beeld.

Het distributie circuit 96 is nu van een andere opbouw dan in figuur 5.

Het omvat een schalingscircuit 961 dat een schaalfactor F vaststelt overeenkomstig de volgende formule
EMI11.3
De lokale targetwaarde T wordt vervolgens verkregen door voor ieder macroblok n het aantal coëfficiënten bits C. met de schaalfactor F te vermenigvuldigen (vermenigvuldiger 962) en het aantal overhead bits On daarbij op te teilen (opteller 963).

andere woorden, de lokale targetwaarde Tn voor ieder macroblok wordt in deze /oeringsvorm bepaald door de formule :
EMI12.1

De targetwaarde volgens vgl. (8) is geschikter dan die volgens vgl. (7) dat hiermee vermeden wordt dat te veel bits van een macroblok worden gespendeerd In overhead data. Een voorbeeld zal trachten dit te verduidelijken. In dit sterk
EMI12.2
-. voorbeeld omvat een beeld twee macroblokken.

De globale rgetwaarde voor het volledige beeld bedraagt T=250 bits. Door de preanalyser zijn reenvoudigdebor het beeld 500 bits geproduceerd op de volgende wijze :
EMI12.3

<tb>
<tb> coefficient <SEP> bits <SEP> overhead <SEP> bits
<tb> macroblock <SEP> 1 <SEP> 325 <SEP> 75
<tb> macroblock <SEP> 2 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP>
<tb>

In de uitvoeringsvorm volgens figuur 5 worden in overeenstemming met #1. (7) de lokale targetwaarden Tri=200 en T2=50 verkregen.

Onder de (reële) # inname dat de encoder evenveel overhead bits produceert als de preanalyser, resulteert It in :
EMI12.4

<tb>
<tb> coefficient <SEP> bits <SEP> overhead <SEP> bits <SEP>
<tb> macroblock <SEP> 1 <SEP> 125 <SEP> 75
<tb> macroblock <SEP> 20 <SEP> 50 <SEP>
<tb>
In de uitvoeringsvorm volgens figuur 6 worden in overeenstemming met
EMI12.5
. (8) (waarin F=0. is) de lokale targetwaarden Tri=183 en T2=67 verkregen.

De oder

EMI13.1

<tb>
<tb> 33coëfficiënt <SEP> bits <SEP> overhead <SEP> bits
<tb> macroblock <SEP> 1 <SEP> 108 <SEP> 75
<tb> macroblock <SEP> 2 <SEP> 17 <SEP> 50
<tb>
De distributie van de globale targetwaarde over de macroblokken met de uitvoeringsvorm volgens figuur 6 levert aldus een meer uniforme beeldkwaliteit op dan de uitvoeringsvorm volgens figuur 5.

Met de inrichting volgens de uitvinding is het mogelijk om de bufferinhoud van het buffer 4 (zie figuur 1 en 4) zodanig te regelen dat deze binnen nauwe grenzen een voorafbepaalde waarde behoudt. In het bijzonder is het mogelijk om het buffer nagenoeg vol te houden. Hiermee wordt bereikt dat het complementaire ingangsbuffer van een ontvanger overeenkomstig leeg is. Dit zal uitermate worden gewaardeerd indien wordt bedacht dat een ontvanger de ontvangen bitstroom nu reeds bij het bereiken van de overeenkomstig lege bufferinhoud mag decoderen. Met andere woorden, de wachttijd aan de ontvangstzijde bij het overschakelen van de ene bitstroom naar de andere gaat gepaard met een beperkte wachttijd.

De bekende MPEG encoder heeft dit voordeel niet omdat diens trage bitrate regeling bij een nagenoeg vol buffer frequent aanleiding geeft tot ongewenste panic modes waarin buffer overflow wordt vermeden door de overdracht van coëfficiënten geheel achterwege te laten.

Claims

CONCLUSIES : 1. Inrichting voor het coderen van een videosignaal, omvattende : middelen (1) voor het opdelen van elk beeld in een pluraliteit van deelbeelden ; een encoder (2) omvattende een beeldtransformator (22) voor het transformeren van elk deelbeeld in coëfficiënten en een kwantisator (23) voor het kwantiseren van de coëfficiënten met een toegevoerde stapgrootte (qui) ; regelmiddelen (7) voor het regelen van de stapgrootte in overeenstemming met een targetwaarde (T) voor het aantal bits voor codering van het toegevoerde beeld, distributie middelen (6) voor het verdelen van de targetwaarde (T) voor het beeld in een pluraliteit van lokale targetwaarden (TJ voor elk deelbeeld ;

met het kenmerk, dat de inrichting middelen (71-73) omvat voor het vormen van een regelsignaal voor toevoer aan de regelmiddelen, welk regelsignaal representatief is voor het verschil tussen successievelijk geacccumuleerde lokale targetwaarden en het aantal bits dat door de encoder (2) is geproduceerd, waarbij de regelmiddelen (7) worden gevormd door een proportioneel integrerend regelcircuit (74-77).
2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het regelcircuit omvat : een proportionele regeltak (74) met een eerste regelfactor (Kp) voor het bepalen van een eerste fractie van de stapgrootte (Ql) ingevolge het regelsignaal ; een integrerende regeltak (75, 76) met een tweede regelfactor (KJ voor het bepalen van een tweede fractie van de stapgrootte ingevolge het regelsignaal ; sommeermiddelen (77) voor het sommeren van genoemde fracties ter verkrijging van de stapgrootte.
3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de regelfactor (Kp, KJ wordt geregeld in evenredigheid met het quotiënt van de gemiddelde stapgrootte waarmee een pluraliteit van deelbeelden is gekwantiseerd en het aantal bits dat voor genoemde pluraliteit van deelbeelden door de encoder (2) is geproduceerd.
4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting is <Desc/Clms Page number 15> voorzien van een additionele encoder (8) voor het coderen van het toegevoerde beeld ingevolge een vaste stapgrootte (Q), en van rekenmiddelen (9) om uit het aldus gecodeerde beeld de targetwaarde (T) te berekenen.
5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de distributie middelen (96) zijn ingericht om de targetwaarde (T) te verdelen in evenredigheid met het aantal bits dat door de additionele encoder (8) voor de deelbeelden is opgewekt.
6. Inrichting volgens conclusie 4, waarin voor elk deelbeeld een reeks kwantisatie afhankelijke en een reeks kwantisatie onafhankelijke bits wordt gevormd, met het kenmerk, dat de distributie middelen (961-963) zijn ingericht om de targetwaarde (T) over de deelbeelden te verdelen in evenredigheid met het aantal kwantisatie afhankelijke bits dat door de additionele encoder (8) voor die deelbeelden is opgewekt.