DE10326168B4

DE10326168B4 - Verfahren und Funktionseinheit zur Optimierung der Darstellung progressiv kodierter Bilddaten

Info

Publication number: DE10326168B4
Application number: DE10326168A
Authority: DE
Inventors: Uwe-Erik Martin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: DE10326168A1; US7409096B2; US20050008234A1

Abstract

Verfahren zur schrittweisen Verarbeitung progressiv kodierter Bilddaten, die mit variabler Übertragungsrate (R_i) übertragen werden, durch Dekodierung und sukzessive Erhöhung der Bildauflösung (R_B) mit Zunahme der Datenmenge (L) der in einen Empfangsdatenspeicher (402) geladenen Bilddaten,
dadurch gekennzeichnet, dass
nur Dekodierschritte (D_i), die zu einem Zeitpunkt (t_i) möglicher Dekodierzeitpunkte mit konstanten zeitlichen Abständen (Δt_w) eine Wartezeit (Δt_ν,i) seit dem letzten Dekodierschritt (D_i-1), berechnet aus der benötigten Rechenzeit (Δt_D,i-1) des vorausgegangenen Dekodierschritts, nicht erfüllen oder die nicht zu einer wahrnehmbaren Verbesserung der Auflösung (R_B) eines teilweise rekonstruierten Bildes unter Einbeziehung von statistischen Bildqualitätsparametern (ΔQ ν,i) empfangener Teilbilddaten führen, unterdrückt werden,
während Dekodierschritte (D_i), die zu einem Zeitpunkt (t_i) der möglichen Dekodierzeitpunkte mit konstanten zeitlichen Abständen (Δt_w) eine Wartezeit (Δt_ν,i) seit dem letzten Dekodierschritt (D_i-1), berechnet aus der benötigten Rechenzeit (Δt_D,i-1) des vorrausgegangenen Dekodierschritts, erfüllen und die zu einer wahrnehmbaren Verbesserung der Auflösung (R_B) eines teilweise rekonstruierten Bildes unter Einbeziehung von statistischen...

Description

Die zugrunde liegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Funktionseinheit zur schrittweisen Verarbeitung (Dekodierung, Archivierung) und ggf. grafischen Darstellung progressiv kodierter Bilddaten, mit deren Hilfe die Zeitspannen, in denen Netzteilnehmern beim Herunterladen der Bilddaten von einem zentralen Netzserver zu ihren lokalen Client-Rechnern schrittweise bereits übertragene und dekodierte Teildatenmengen bspw. als Voransichtsbilder mit sukzessiv verfeinerter Bildauflösung zur Verfügung gestellt werden, verkürzt und hinsichtlich einer Minimierung der Systemauslastung optimiert werden.
Im Folgenden soll kurz auf das Pririzip der im Rahmen des Progressive JPEG-Standards verwendeten progressiven Bildkodierung eingegangen werden. Da die der Erfindung zugrunde liegende Lösung jedoch unabhängig von dem konkreten Bildkodierstandard ist und lediglich ein progressives Verfahren vorausgesetzt wird, können neben dem hier beschriebenen Progressive JPEG-Standard auch andere Standards, z. B. JPEG 2000 oder Interlaced GIF, verwendet werden.
Das als „Progressive JPEG” bekannt gewordene Dateiformat ist eine Erweiterung des Grafikdateiformats JPEG, mit der ein fotorealistisches Bild oder eine Grafik in einem Webbrowser schrittweise aufgebaut und gespeichert wird. Hierbei werden zeitgleich während des Herunterladens der zu übertragenden Datenmenge
einer Bilddatei von einem zentralen Netzserver zu dem lokalen Client-Rechner eines Netzteilnehmers bereits heruntergeladene Teildatenmengen ΔL_i [kByte] in mehreren Dekodierungsschritten D_i dekodiert, so dass immer detaillierte Voransichtsbilder V_i der zu rekonstruierenden Grafik angezeigt werden können, bis die gesamte Bilddatei vom Netzserver heruntergeladen wurde. Die Auflösung der Grafik wird während des Ladevorgangs sukzessive immer feiner und das Bild folglich immer schärfer, bis die durch die Quantisierung des Originalbildes vorgegebene Auflösung R_B erreicht ist. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Betrachter einer Website mit eingebundenen Grafikelementen schon zu Beginn des Ladevorgangs einen ersten visuellen Eindruck von der zu übertragenden Bilddatei bekommt und nicht warten muss, bis das komplette Bild übertragen worden ist. Das Ziel ist dabei,

– die bis zur grafischen Darstellung einer als Voransichtsbild V_j zur frühzeitigen Gewinnung eines visuellen Eindrucks bereits brauchbaren j-ten Version der heruntergeladenen Bilddatei verstreichende Wartezeit
zu verkürzen, so dass dem Netzteilnehmer bereits zu einem frühen Zeitpunkt t_j des Ladevorgangs auswertbare, der bis dahin bereits übertragenen Datenmenge
(mit j ∊ {1, 2, ..., N}) entsprechende Bildinformation zur Verfügung gestellt werden kann, wobei
die prozentuale Zunahme der empfangenen und im Dekodierungsschritt D_i dekodierten Teildatenmenge ΔL_i bezeichnet.
– den bei jedem Dekodierungsschritt D_i zu den Zeitpunkten t_i erzielten Fortschritt der Bildübertragung, welcher sich in einer Verbesserung ΔQ_i der Bildqualität Q zeigt, transparent darzustellen und
– den Ladevorgang interaktiv zu steuern, ggf. zu unterbrechen oder fortzusetzen.

Um dies zu erreichen, werden beim progressiven JPEG die Bilder wie im Baseline-JPEG-Verfahren in 8×8-Blöcke aufgespalten und mit Hilfe der Diskreten Kosinus-Transformation (DCT) transformiert. Nach der parametrisierbaren Quantisierung wird ein Block jedoch nicht sofort kodiert, sondern zunächst in einem Datenpuffer zwischengespeichert, bis alle im Bild enthaltenen Blöcke quantisiert sind. Der Pufferinhalt wird dann in mehreren Schritten kodiert. Es erfolgt also keine sequenzielle Kodierung der einzelnen Blöcke wie im Baseline-JPEG-Verfahren. Das Nachladen und Dekodieren von Teildatenmengen zur Darstellung grob aufgelöster Voransichtsbilder mit sukzessive verfeinerter Auflösung geht hierbei wesentlich schneller vonstatten als ein zeilenweiser Bildaufbau zur Rekonstruktion des fein aufgelösten Originalbildes.
Das technische Problem bei der Dekodierung liegt in diesem Zusammenhang in der optimalen Bestimmung der zeitlichen Abstände Δt_D,i zweier unmittelbar aufeinanderfolgender Dekodierungsschritte D_i-1 und D_i, die derart gewählt werden müssen, dass sowohl die mittlere Empfangsdatenrate R, die in den einzelnen Dekodierungsschritte D_i erzielten Verbesserungen ΔQ_i der Bildqualität Q als auch die verfügbare Leistungsfähigkeit und die relative Belastung (Auslastung)
des verwendeten Dekodier- und Darstellungssystems berücksichtigt wird. Hierbei bezeichnet
die insgesamt benötigte Wartezeit vom Beginn des Ladevorgangs zum Zeitpunkt t₀ = 0 s bis zur Darstellung der Endversion V_N maximaler Auflösung R_B eines Bildes zum Zeitpunkt t_N und
die insgesamt benötigte Zeitspanne zur Dekodierung und grafischen Visualisierung dieser Endversion V_N, wobei
gelten muss; Δt_W,i ist die Wartezeit zwischen den beiden Dekodierungsschritten D_i-1 und D_i, Δt_D,i die zur Dekodierung und grafischen Visualisierung der Teildatenmenge ΔL_i tatsächlich benötigte Rechenzeit und
die Auslastung des Dekodier- und Darstellungssystems im Zeitintervall Δt_W,i, welche nicht größer als 100% sein darf. Es muss also gelten:
Konventionelle Verfahren nach dem Stand der Technik bestimmen üblicherweise die Zeitdauern Δt_D,i zwischen den Zeitpunkten t_i-1 und t_i aufeinanderfolgender Dekodierungsschritte D_i-1 und D_i entweder abhängig von der bisher empfangenen Datenmenge L_ist(j) (Variante 1), führen die Dekodierungsschritte in regelmäßigen Zeitabständen Δt_D durch (Variante 2) oder verwenden eine Kombination beider Verfahren (Variante 3). Wie im Folgenden erläutert wird, stoßen diese Methoden jedoch an technologisch bedingte Grenzen.
Bei der Ausführung von Variante 1 startet eine zur Bestimmung der zeitlichen Abstände ΔtD,i ≡ ΔtW,i := ti – ti-1 ≠ const. [s] (4)(für i ∊ {1, 2, ..., N})
aufeinanderfolgender Dekodierungsprozesse D_i-1 und D_i ausgeführte Prozedur den i-ten Dekodierungs-(D_i) und Darstellungsschritt (V_i), wenn eine festgelegte, jedoch variable Datenmenge ΔL_i progressiv kodierter Bilddaten dem Dekodier- und Darstellungssystem zur Verfügung steht. So wird beispielsweise der erste Dekodierungsschritt D₁ durchgeführt, nachdem der erste Block B₁ progressiv kodierter Bilddaten vom Dekodiersystem empfangen wurde. Die Teildatenmenge ΔL₁ des ersten Blockes B₁ ist dabei ein wählbarer Systemparameter. Weitere Dekodierungsschritte D₂ bis D_N werden durchgeführt, nachdem weitere Blöcke B₂ bis B_N, deren Größen ΔL₂ bis ΔL_N jeweils in Abhängigkeit von den Größen ΔL₁ bis ΔL_N-1 der bisher empfangenen Blöcke B₁ bis B_N-1 und ihren Systemparametern geeignet festgelegt werden, vom Dekodiersystem empfangen wurden. Eine derartige Bestimmung der Dekodierungsabstände Δt_D,i berücksichtigt die mittlere Übertragungsrate
der während der Zeit T_W empfangenen Gesamtdatenmenge L_ges nur mittelbar über die Systemparameter ΔL_i. So führt ein langsamer Empfang der Daten zu langen Wartezeiten Δt_W,i zwischen den Dekodierungsschritten D_i-1 und D_i, während ein schneller Empfang der Daten zu sehr kurzen Wartezeiten Δt_W,i führt. Im letzteren Fall können die Dekodierungsprozesse aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit des Dekodiersystems unter Umständen nicht mehr zeitgerecht durchgeführt werden. Um dies zu vermeiden, bildet in vielen Systemen der Momentanwert
(für i ∊ {1, 2, ..., N})
der Datenrate R empfangener Bilddaten einen Systemparameter, der entweder regelmäßig gemessen wird oder als Schätzung dem Dekodiersystem bekannt ist.
Werden wie bei Variante 2 die Darstellungsschritte V_i in regelmäßigen, konstanten Zeitabständen Δt_D durchgeführt, wird die gesamte, bis zum Zeitpunkt t_j der Darstellung vom Dekodier- und Darstellungssystem empfangene Bilddatenmenge
(mit j ∊ {1, 2, ..., N}),
wobei
mit ΔL1 = ΔL2 = ... ΔLi = ... = ΔLN =: ΔL [kByte] (7c)die prozentuale Zunahme der empfangenen und in den einzelnen Dekodierungsschritt D_i jeweils dekodierten konstanten Teilda tenmenge ΔL bezeichnet, dekodiert und grafisch visualisiert. Die Zeitabstände ΔtD,i := ti – ti-1 = const. [s] (8a)(für i ∊ {1, 2, ..., N})
zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Dekodierungsschritten D_i-1 und D_i, wobei ΔtD,1 = ΔtD,2 = ... ΔtD,i = ... = ΔtD,N =: ΔtD [s] (8b) und ΔtD,i ≤ ΔtW,i (8c)gilt, bilden einen Systemparameter des Dekodiersystems und berücksichtigen ggf. auch die Leistungsfähigkeit des Dekodiersystems. Bei einer derartigen Vorgehensweise wird die Datenrate
(mit i ∊ {1, 2, ..., N})
der Empfangsdaten implizit berücksichtigt. Bei einer geringen Datenrate R_i einer empfangenen Teildatenmenge ΔL_i ist die visuelle Verbesserung des dargestellten Bildes zwischen zwei Dekodierungsschritten D_i-1 und D_i gering, während eine hohe Datenrate R_i der empfangenen Teildatenmenge ΔL_i zu einer raschen Verbesserung ΔQ_i der Bildqualität Q führt. Eine Überlastung infolge der begrenzten Leistungsfähigkeit des Dekodiersystems ist hierbei ausgeschlossen. Nachteilig ist jedoch, dass unabhängig von den Datenraten R_i der empfangenen Teildatenmengen ΔL_i die Auslastung ρ des Dekodiersystems zeitlich konstant bleibt.
Eine Kombination beider Vorgehensweisen gemäß Variante 3 führt zu einer zeitlich veränderbaren Auslastung ρ_i des Deko diersystems. Die Auslastung ρ_i ist hierbei abhängig von der im Zeitintervall Δt_W,i empfangenen Teildatenmenge ΔL_i.
Allen drei Varianten gemeinsam ist jedoch, dass statistische und visuelle Eigenschaften eines übertragenen Bildes nicht berücksichtigt werden. So kann es vorkommen, dass aufeinanderfolgende Darstellungsschritte V_i-1 und V_i zu keiner wahrnehmbaren Verbesserung der Bildauflösung R_B,i beim Betrachter führen.
1 zeigt einen typischen Verlauf der Bildqualität Q in Abhängigkeit vom prozentualen Anteil
der empfangenen Datenmenge L [kByte] progressiv kodierter, im JPEG 2000-Format komprimierter Bilder, bezogen auf die insgesamt zu übertragende Datenmenge L_ges. Als statistisches Qualitätsmaß
für die aktuelle Bildauflösung R_B,i ist hierbei der mittlere quadratische Fehler (engl.: „Mean Square Error”, MSE)
(für i ∊ {1, 2, ..., N})
zwischen der Endversion V_N eines zu rekonstruierenden Bildes, deren Bildqualität Q_N idealerweise der Bildqualität Qorig := 100% (11c) des übertragenen Originalbildes Vorig entspricht, und der jeweils betrachteten Version eines niedriger aufgelöster Voransichtsbildes V_i zugrunde gelegt und auf einen Qualitätsbereich, der von 0% bis 100% reicht, normiert worden. Dabei bezeichnet V_N,μν den Pixelwert des zu übertragenden Originalbildes _Vorig für das Pixel (μ, ν), V_i,μν den Pixelwert des i-ten Voransichtsbildes für das Pixel (μ, ν) und
den maximal möglichen Fehler. Ein Qualitätsmaß von 100% gibt dabei die beste, verfügbare Qualität an, die erreicht wird, wenn die gesamte Bilddatenmenge L_ges vollständig und erfolgreich übertragen wurde. In diesem Fall (i = N) ist der mittlere quadratische Fehler e_i idealerweise gleich Null: eN = 0. (11e)
Eine Bildqualität von 0% liegt dann vor, wenn noch keine Bilddaten übertragen wurden. In diesem Fall (i = 0) erreicht der mittlere quadratische Fehler e_i seinen Maximalwert e_max. In 2 ist ein weiteres Diagramm zur Darstellung eines typischen Verlaufs der statistischen Bildqualität Q in Abhängigkeit vom prozentualen Anteil l der empfangenen Datenmenge L progressiv kodierter, im JPEG 2000-Format komprimierter Bilddaten, bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge L_ges (in MByte), abgebildet. Dabei sind zusätzlich zu dem kontinuierlichen Funktionsverlauf Q(l) die Zeitpunkte t_i der Dekodierungsprozeduren D_i mit den dazugehörigen prozentualen Datenmengenanteilen Δl_i und Bildqualitätswerten ΔQ_i für eine statistisch gleichmäßige Qualitätsverbesserung ΔQi := h(Δli) = Qi – Qi-1 (12)(für i ∊ {1, 2, ..., N})
von 10,00% pro Dekodierungsschritt i angegeben, wobei durch die beiden Beziehungen Qi := Q(li) (12a) und Qi-1 := Q(li-1) (12b)die Bildqualitäten der Voransichtsbilder V_i bzw. V_i-1 gegeben sind. Es zeigt sich, dass bei einem geringen Anteil Δl_i der Qualitätsanstieg ΔQ_i hoch ist, d.h. die Datenmenge ΔL_i, die zwischen zwei Verbesserungsschritten D_i-1 und D_i empfangen werden muss, ist zunächst verhältnismäßig gering und nimmt mit Zunahme der zu den Zeitpunkten t_j vorliegenden Datenmenge L_ist (j) zu.
Wie 2 zu entnehmen ist, führt eine große Anzahl N von Dekodierungsschritten D_i bei einer anteilsmäßig geringen Menge Δl_i empfangener Daten im Rahmen der oben beschriebenen datenmengenbezogenen Bestimmung der Dekodierungsschritte D_i gemäß Variante 1 zu einer Überlastung des Dekodiersystems.
In der Praxis ergeben sich die in 1 und 2 skizzierten Verläufe der Bildqualität Q aus statistisch gemittelten und normierten Werten eines beliebigen Qualitätsmaßes. Das oben angegebene Verhältnis zwischen der Bildqualität Q und dem mittleren quadratischen Fehler e ist dabei rein illustrativ zu verstehen. Tatsächlich sind die normierten Bildqualitätsverläufe Q(l) in einem Datenspeicher abgelegt und werden unabhängig von der Übertragung ermittelt.
Dokument US 5,724,070 offenbart ein Computersystem, welches progressiv kodierte Bilddaten schrittweise dekodiert und mit jeweils erhöhter Auflösung darstellt.
AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik, widmet sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe, ein Verfahren und eine Funktionseinheit bereitzustellen, mit deren Hilfe eine verbesserte Bestimmung von Dekodierzeitpunkten von progressiv kodierten Bilddaten ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Der zentrale Gedanke der Erfindung wird in vorteilhafter Weise in den abhängigen Patentansprüchen weitergebildet.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist – entsprechend der im vorangehenden Abschnitt definierten Aufgabe – ein Verfahren und eine Funktionseinheit zur schrittweisen Verarbeitung und ggf. Darstellung progressiv kodierter Bilddaten vorgesehen. Dabei können die zeitlichen Abstände Δt_W,i zwischen den Zeitpunkten t_i-1 und t_i aufeinanderfolgender Dekodierungsschritte D_i-1 und D_i, in denen den Netzteilnehmern die zur Darstellung von Voransichtsbildern V_i mit sukzessiv verfeinerter Bildauflösung R_B benötigten dekodierten Teildatenmengen ΔL_i zur Verfügung gestellt werden, verkürzt und hinsichtlich einer Minimierung der Gesamtauslastung ρ des Dekodiersystems optimiert werden. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß die Empfangsdatenraten R_i zur Übertragung der einzelnen Teildatenmengen ΔL_i, die durch die einzelnen Dekodierungsschritte D_i erzielten Verbesserungen ΔQ_i der Bildqualität Q und die momentane Auslastung ρ_i der zur Dekodierung verwendeten Systemkomponente bei der Bestimmung der Dekodierungszeitpunkte t_i berücksichtigt. Anstelle einer Messung der Empfangsdatenraten R_i bzw. der erzielten Bildqualitätsverbesserungen ΔQ_i während der Datenübertragung erfolgt dabei lediglich eine Messung der Ausführungszeiten für die einzelnen Dekodierungsschritte D_i, um eine Überlastung des Systems zu vermeiden.
Die Wartezeiten Δt_V,i zwischen den Zeitpunkten t_i-1 und t_i unmittelbar aufeinanderfolgender Dekodierungsschritte D_i-1 und D_i werden dabei erfindungsgemäß unter Einbeziehung von statistischen Bildqualitätsparametern ΔQ V,i := E {ΔQi} (13)empfangener Teilbilddaten so berechnet, dass diejenigen Dekodierungsschritte D_i, welche nicht zu einer wahrnehmbaren Verbesserung ΔQ v,i der den Grad der Auflösung R_B,i anzeigenden Bildqualität Q eines zu rekonstruierenden Bildes führen, unterdrückt werden. Als Schwellwerte für die Wahrnehmbarkeit einer Verfeinerung der Bildauflösung R_B dienen dabei gemittelte Werte, die aus statistischen Untersuchungen im Rahmen psychooptischer Messreihen an einer Vielzahl von Testpersonen gewonnen wurden. Die Berücksichtigung statistischer Qualitätsparameter ΔQ v,i übertragener Bilder führt dabei im Vergleich zu der vorstehend beschriebenen Variante 3 zu einer weiteren Reduktion der momentanen Auslastung ρ_i des Dekodiersystems.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der zugrunde liegenden Erfindung ergeben sich aus den untergeordneten abhängigen Patentansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in 3 und 4 dargestellt ist. Im Einzelnen zeigen
1 ein erstes Diagramm zur Darstellung eines typischen Verlaufs der den Grad der Auflösung R_B,i anzeigenden Bildqualität Q in Abhängigkeit vom prozentualen Anteil l der empfangenen Datenmenge L progressiv kodierter, im JPEG 2000-Format komprimierter Bilddaten, bezogen auf die Gesamtdatenmenge L_ges,
2 ein zweites Diagramm zur Darstellung eines typischen Verlaufs der Bildqualität Q in Abhängigkeit vom prozentualen Anteil l der empfangenen Datenmenge L progressiv kodierter, im JPEG 2000-Format komprimierter Bilddaten, bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge L_ges, wobei zusätzlich zu dem kontinuierlichen Funktionsverlauf Q(l) die Zeitpunkte t_i der Dekodierungsprozeduren D_i mit den dazugehörigen prozentualen Datenmengenanteilen Δl_i und Bildqualitätswerten ΔQ_i für eine statistisch gleichmäßige Qualitätsverbesserung ΔQ_i von 10,00% pro Dekodierungsschritt i angegeben sind,
3 ein Diagramm gemäß 2, bei dem zur Reduktion der Anzahl N von Dekodierungsschritten durch Berücksichtigung statistischer Qualitätsparameter ΔQ V,i empfangener Bilddaten einzelne Dekodierungszeitpunkte t_i unterdrückt werden,
4 ein Blockschaltbild einer Funktionseinheit zur Durchführung eines Verfahrens zur Dekodierung progressiv kodierter Bilddaten unter Berücksichtigung statistischer Qualitätsparameter ΔQ V,i empfangener Bilddaten gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
5 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für ein Verfahren, welches nicht von der vorligenden Erfindung umfasst wird, bei dem die Wartezeiten Δt_V,i zwischen den Zeitpunkten t_i-1 und t_i aufeinanderfolgender Dekodierungsschritte D_i-1 und D_i unter Einbeziehung von Bildqualitätsparametern ΔQ v,i empfangener Teilbilddaten so berechnet werden, dass Dekodierungsschritte D_i, die nicht zu einer wahrnehmbaren Bildverbesserung führen, unterdrückt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden soll die Idee der erfindungsgemäßen Lösung anhand des in 3 bis 4 abgebildeten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Ein Verfahren, welches nicht von der vorligenden Erfindung umfasst wird, zur schrittweisen Dekodierung, Archivierung und grafischen Darstellung progressiv kodierter Bilddaten wird durch das Flussdiagramm 500, welches in 5 abgebildet ist, veranschaulicht. Nach der Initialisierung (S0) einer Zählervariable i für die Dekodierungsschritte D_i mit dem Wert Eins (i := 1) erfolgt eine Bestimmung (S1) des prozentualen Anteils Δl_1,min der zur Erreichung einer vorgebbaren Mindestqualität Q_1,min zu Beginn des Ladevorgangs (S2) zu empfangenden ersten Mindestteildatenmenge ΔL_1,min progressiv kodierter Bilddaten, bezogen auf die zu ladende Gesamtdatenmenge L_ges, worauf diese Bilddaten geladen werden (S2). Anschließend wird die Wartezeit Δt_W,1 zum Laden der ersten Mindestteildatenmenge ΔL_1,min durch Messung der Zeitspanne Δt_D,1 zwischen dem Startzeitpunkt des Ladevorgangs (t₀ = 0 s) und dem Zeitpunkt t₁ des ersten Dekodierungsschrittes D₁ ermittelt (S3). Solange die zu übertragende Gesamtdatenmenge L_ges noch nicht vollständig empfangen wurde, werden dann in einer Schleife die folgenden Schritte ausgeführt:

– Inkrementierung (S4) der Zählervariable i für die einzelnen Dekodierungsschritte D_i um Eins (i := i + 1),
– Bestimmung (S5) des prozentualen Anteils Δl_i,min der zur Erreichung einer nächsthöheren vorgebbaren Mindestqualität Q_i,min zu empfangenden Mindestteildatenmenge ΔL_i,min progressiv kodierter Bilddaten, bezogen auf die zu ladende Gesamtdatenmenge L_ges,
– Laden (S6) weiterer Bilddaten, bis diese Mindestteildatenmenge ΔL_i,min empfangen wurde und eine vorgebbare Referenzzeitdauer ΔtV,i := f(ΔtD,i-1), (14)die sich als Funktion der für den vorausgegangenen Dekodierungsschritt D_i-1 ermittelten Rechenzeit Δt_D,i-1 ergibt, abgelaufen ist, und
– Ermittlung (S7) der Wartezeit Δt_W,i zum Laden der i-ten Mindestteildatenmenge ΔL_i,min durch Messung der innerhalb der Zeitspanne Δt_W,i zwischen dem Zeitpunkt t_i-1 des unmittelbar zurückliegenden Dekodierungsschrittes D_i-1 und dem Zeitpunkt t_i des aktuellen Dekodierungsschrittes D_i benötigten Rechenzeitdauer Δt_D,i zur Dekodierung dieser Teildatenmenge ΔL_i,min.

3 zeigt einen typischen Verlauf der Bildqualität Q in Abhängigkeit vom prozentualen Anteil l der empfangenen Datenmenge L progressiv kodierter, im JPEG 2000-Format komprimierter Bilddaten, bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge L_ges, wobei gemäß Variante 2 die einzelnen Dekodierungsschritte D_i in regelmäßigen, konstanten Zeitabständen Δt_W durchgeführt werden. Die Wartezeiten Δt_V,i zwischen den Zeitpunkten t_i-1 und t_i unmittelbar aufeinanderfolgender Dekodierungsschritte D_i-1 und D_i werden dabei unter Einbeziehung von statistischen Bildqualitätsparametern empfangener Teilbilddaten so berechnet (S30, S7), dass diejenigen Dekodierungsschritte D_i, die zu keiner wesentlichen Bildverbesserung beitragen, unterdrückt werden.
Die einzelnen Dekodierungsschritte D_i erfolgen erfindungsgemäß in regelmäßigen Zeitintervallen Δt_W gleicher Dauer, die sich aus der Leistungsfähigkeit und der aktuellen Auslastung ρ_i der zur Dekodierung verwendeten Systemkomponente 404 er gibt, aber nur dann, wenn der prozentuale Anteil Δl_i der in den einzelnen Dekodierungschritten D_i erfolgten Zunahme ΔL_i,min der Datenmenge L, bezogen auf die zu ladende Gesamtdatenmenge L_ges, ausreichend ist, um eine vorgebbare Mindestqualität ΔQ_i,min zu gewährleisten.
Die zur Durchführung der einzelnen Dekodierungsschritte D_i benötigten Parameter umfassen dabei die Sollwerte ΔQ V,i der prozentualen Bildqualitätsverbesserungen ΔQ_V,i je Dekodierungsschritt D_i sowie die dazugehörigen Sollwert-Anteile Δl V,i := g(ΔQ V,i) (15)der zu empfangenden Teildatenmengen ΔL_i, bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge L_ges, und sind in einer frei konfigurierbaren Datenbank 408a gespeichert.
Zur Bestimmung der Dekodierungszeitpunkte t_i werden erfindungsgemäß die Datenraten R_i beim Empfang der einzelnen Teildatenmengen ΔL_i, die durch die einzelnen Dekodierungsschritte D_i erzielten Verbesserungen ΔQ_i der Bildqualität Q und die momentane Auslastung ρ_i der zur Dekodierung verwendeten Systemkomponente 404 gemessen und ausgewertet.
Als Sollwerte ΔQ V,i der prozentualen Bildqualitätsverbesserungen ΔQ_V,i je Dekodierungsschritt D_i werden erfindungsgemäß statistisch gemittelte Werte der in den einzelnen Dekodierungsschritten D_i zu erwartenden Bildqualitätsverbesserungen ΔQ_i verwendet. Entsprechend sind die Sollwert-Anteile Δl V,i der zu empfangenden Teildatenmengen ΔL_i je Dekodierungsschritt D_i, jeweils bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge L_ges, statistisch gemittelte Werte der in den einzelnen Dekodierungsschritten D_i zu erwartenden prozentualen Zunahmen Δl_i der Teildatenmengen ΔL_i, jeweils bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge L_ges.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich eine Reihe von Vorteilen:

– Durch die Unterdrückung von Dekodierungsschritten D_i, die zu nicht wahrnehmbaren Bildverbesserungen ΔQ_i führen, wird eine zum gegenwärtigen Stand der Technik verringerte Belastung ρ des Dekodiersystems 404 erreicht.
– Durch die Verwendung regelmäßiger, konstanter Dekodierungsintervalle Δt_W,i und die Einbeziehung von Bildqualitätsparametern ΔQ V,i empfangener Teilbilddaten zur Berechnung der Wartezeiten Δt_V,i zwischen den Zeitpunkten t_i-1 und t_i unmittelbar aufeinanderfolgender Dekodierungsschritte D_i-1 und D_i wird eine vorgebbare maximale Belastung ρ_max des Dekodiersystems 404 nicht überschritten.
– Außerdem sind die während der einzelnen Dekodierungsschritte D_i durchzuführenden Rechenoperationen unabhängig von den Empfangsdatenraten R_i, woraus folgt, dass diese Größen dem Dekodiersystem 404 nicht bekannt sein müssen.

Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die in 4 abgebildete Funktionseinheit 400, welche zur Dekodierung, Archivierung und grafischen Darstellung progressiv kodierter Bilddaten durch sukzessive Erhöhung der Bildauflösung R_B mit Zunahme der Datenmenge L der in einen Empfangsdatenspeicher 402 geladenen und über eine Anzeigevorrichtung 404a visualisierten Bilddaten dient. Dabei weist der Empfangsdatenspeicher 402 eine Füllstandsanzeige 402a auf, welche den akkumulierten prozentualen Istwert-Anteil l_ist der bereits in den Empfangsdatenspeicher 402 geladenen Datenmenge L_ist, bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge L_ges, berechnet und angibt. Die Funktionseinheit 400 ist gekennzeichnet durch ein Dekodiersystem 404, das die im Empfangsdatenspeicher 402 gespeicherten Bilddaten in Abhängigkeit von statistischen Qualitätsparametern ΔQ V,i empfangener Bilddaten in N Dekodierungsschritten D_i dekodiert.
Dabei verfügt die Funktionseinheit 400 erfindungsgemäß über einen Datenspeicher 408, der Sollwerte ΔQ V,i der prozentualen Verbesserungen ΔQ_i der Bildqualität Q je Dekodierungsschritt D_i sowie die dazugehörigen Sollwert-Anteile Δl V,i der zu empfangenden Teildatenmengen ΔL_i, jeweils bezogen auf die Gesamtdatenmenge L_ges, enthält und einen ersten Schwellwertschalter 410, dessen Ausgangssignal A₁ angibt, ob eine zwischen den Zeitpunkten t_i-1 und t_i des vorangegangenen und des aktuellen Dekodierungsschrittes D_i-1 und D_i geladene Teildatenmenge ΔL_i zu ladender Bilddaten, bezogen auf die zu ladende Gesamtdatenmenge L_ges, zum Erreichen eines vorgebbaren Schwellwerts ΔQ V,i für die Verbesserung ΔQ_i der Bildqualität Q ausreichend ist. Damit A₁ den Wert logisch ”Eins” annimmt, muss gelten:
Darüber hinaus umfasst die Funktionseinheit 400 eine erste Zeitmessungseinheit 406, welche die innerhalb der Wartezeit Δt_V,i zwischen den Zeitpunkten t_i-1 und t_i aufeinanderfolgender Dekodierungsschritte D_i-1 und D_i benötigte Rechenzeitdauer Δt_D,i zur Dekodierung einer empfangenen Teildatenmenge ΔL_i durch das Dekodier- und Darstellungssystem 404 misst, welche als Ausgangsbasis zur Berechnung einer als Sollwert an den zweiten Schwellwertschalter 412 weitergeleiteten Referenzzeitdauer Δt_V,i dient. Eine zweite Zeitmessungseinheit 414 misst die tatsächlich abgelaufene Zeitdauer Δt_i seit Beginn der Dekodierung der aktuellen Teildatenmenge ΔL_i durch das Dekodiersystem 404 und liefert den gemessenen Istwert an den zweiten Schwellwertschalter 412. Die Funktionseinheit 400 verfügt außerdem über einen zweiten Schwellwertschalter 412, dessen Ausgangssignal A₂ angibt, ob nach dem zuletzt durchgeführten Dekodierungsschritt D_i zur Dekodierung der aktuellen Teildatenmenge ΔL_i eine vorgebbare Wartezeit t_V,i, die sich als Funktion der benötigen Rechenzeit Δt_D,i-1 zur Dekodierung der unmittelbar zuvor geladenen Teildatenmenge ΔL_i-1 durch das Dekodiersystem 404 ergibt, vergangen ist. Damit A₂ den Wert logisch ”Eins” annimmt, muss gelten:
Mit Hilfe eines UND-Gatter 416, dessen Boolesche Eingangssignale durch die Ausgangssignale A₁ und A₂ der beiden Schwellwertschalter 410 bzw. 412 gebildet werden, wird ein Steuersignal S berechnet, welches bei einem Wert von logisch ”Eins” einen Startimpuls liefert, der das Dekodiersystem 404 zur Durchführung eines Dekodierungsschrittes D_i veranlasst und darüber hinaus zum Starten bzw. Rücksetzen und Neustarten der beiden Zeitmessungseinheiten 406 und 414 dient.

Claims

Verfahren zur schrittweisen Verarbeitung progressiv kodierter Bilddaten, die mit variabler Übertragungsrate (R_i) übertragen werden, durch Dekodierung und sukzessive Erhöhung der Bildauflösung (R_B) mit Zunahme der Datenmenge (L) der in einen Empfangsdatenspeicher (402) geladenen Bilddaten, dadurch gekennzeichnet, dass nur Dekodierschritte (D_i), die zu einem Zeitpunkt (t_i) möglicher Dekodierzeitpunkte mit konstanten zeitlichen Abständen (Δt_w) eine Wartezeit (Δt_ν,i) seit dem letzten Dekodierschritt (D_i-1), berechnet aus der benötigten Rechenzeit (Δt_D,i-1) des vorausgegangenen Dekodierschritts, nicht erfüllen oder die nicht zu einer wahrnehmbaren Verbesserung der Auflösung (R_B) eines teilweise rekonstruierten Bildes unter Einbeziehung von statistischen Bildqualitätsparametern (ΔQ ν,i) empfangener Teilbilddaten führen, unterdrückt werden, während Dekodierschritte (D_i), die zu einem Zeitpunkt (t_i) der möglichen Dekodierzeitpunkte mit konstanten zeitlichen Abständen (Δt_w) eine Wartezeit (Δt_ν,i) seit dem letzten Dekodierschritt (D_i-1), berechnet aus der benötigten Rechenzeit (Δt_D,i-1) des vorrausgegangenen Dekodierschritts, erfüllen und die zu einer wahrnehmbaren Verbesserung der Auflösung (R_B) eines teilweise rekonstruierten Bildes unter Einbeziehung von statistischen Bildqualitätsparametern (ΔQ ν,i) empfangener Teilbilddaten führen, ausgeführt werden und das rekonstruierte Bild dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Dekodierschritte (D_i) nach regelmäßigen Wartezeiten (Δt_w) gleicher Dauer erfolgen, wenn der prozentuale Anteil (Δl_i) der in den einzelnen Dekodierschritten (D_i) erfolgten Zunahme (ΔL_i,min) der geladenen Datenmenge (L), bezogen auf die zu ladende Gesamtdatenenge (L_ges), ausreichend ist, um eine vorgegebene Mindestqualität (ΔQ_i,min) zu gewährleisten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Durchführung der einzelnen Dekodierschritte (D_i) benötigten Parameter, welche die Sollwerte (ΔQ ν,i) der prozentualen Bildqualitätsverbesserungen (ΔQ_ν,i) je Dekodierschritt (D_i) sowie die dazugehörigen Sollwert-Anteile (Δl ν,i) der zu empfangenden Teildatenmengen (ΔL_i), bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge (L_ges), umfassen, in einer frei konfigurierbaren Datenbank (408a) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Durchführung der einzelnen Dekodierschritte (D_i) benötigten Parameter (ΔQ ν,i und Δl ν,i) im Rahmen statistischer Messmethoden bestimmt werden.
Funktionseinheit zur schrittweisen Verarbeitung progressiv kodierter Bilddaten, die mit variabler Übertragungsrate (R_i) übertragen werden, durch Dekodierung und sukzessive Erhöhung der Bildauflösung (R_B) mit Zunahme der Datenmenge (L) der in einen Empfangsdatenspeicher (402) geladenen Bilddaten, wobei der Empfangsdatenspeicher (402) eine Füllstandsanzeige (402a) aufweist, welche den akkumulierten prozentualen Istwert-Anteil (l_ist) der bereits in den Empfangsdatenspeicher (402) geladenen Datenmenge (L_ist) bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge (L_ges), berechnet und angibt, dadurch gekennzeichnet, dass nur Dekodierschritte (D_i), die zu einem Zeitpunkt (t_i) möglicher Dekodierzeitpunkte mit konstanten zeitlichen Abständen (Δt_w) eine Wartezeit (Δt_ν,i) seit dem letzten Dekodierschritt (D_i-1), berechnet aus der benötigten Rechenzeit (Δt_D,i-1) des vorausgegangenen Dekodierschritts, nicht erfüllen oder die nicht zu einer wahrnehmbaren Verbesserung der Autlösung (R_B) eines teilweise rekonstruierten Bildes unter Einbeziehung von statistischen Bildqualitätsparametern (ΔQ ν,i) empfangener Teilbilddaten führen, unterdrückt werden, während Dekodierschritte (D_i), die zu einem Zeitpunkt (t_i) der möglichen Dekodierzeitpunkte mit konstanten zeitlichen Abständen (Δt_w) eine Wartezeit (Δt_v,t) seit dem letzten Dekodierschritt (D_i-1), berechnet aus der benötigten Rechenzeit (Δt_D,i-1) des vorrausgegangenen Dekodierschritts, erfüllen und die zu einer wahrnehmbaren Verbesserung der Auflösung (R_B) eines teilweise rekonstruierten Bildes unter Einbeziehung von statistischen Bildqualitätsparametern (ΔQ ν,i) empfangener Teilbilddaten führen, ausgeführt werden und das rekonstruierte Bild dargestellt wird.
Funktionseinheit nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch – einen Datenspeicher (408), der Sollwerte (ΔQ ν,i) der prozentualen Verbesserungen (ΔQ_i) der Bildqualität (Q) je Dekodierschritt (D,) sowie die dazugehörigen Sollwert-Anteile (Δl ν,i) der zu empfangenden Teildatenmengen (ΔL_i), jeweils bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge (L_ges), enthält und – einen ersten Schwellwertschalter (410), dessen Ausgangssignal (A₁) angibt, ob eine zwischen den Zeitpunkten (t_i-l, t_i) des vorangegangenen (D_i-1) und aktuellen Dekodierschrittes (D_i) geladene Teildatenmenge (ΔL_i) zu ladender Bilddaten, bezogen auf die zu ladende Gesamtdatenmenge (L_ges), zum Erreichen eines vorgebbaren Schwellwerts (ΔQ ν,i) für die Verbesserung der Bildqualität (Q) ausreichend ist.
Funktionseinheit nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch – eine erste Zeitmessungseinheit (406), welche die für einen vorangegangenen Dekodierschritt (D_i-1) benötigte Rechenzeit (Δt_D,i-1) zur Dekodierung einer empfangenen Teildatenmenge (ΔL_i) durch das Dekodier- und Darstellungssystem (404) misst, wobei der gemessene Wert als Ausgangsbasis zur Berechnung einer als Sollwert an den zweiten Schwellwertschalter (412) weitergeleiteten Wartezeit (Δt_v,i) dient, – eine zweite Zeitmessungseinheit (414), die die tatsächlich seit dem Beginn des aktuellen Dekodierschrittes (D_i) durch das Dekodiersystem (404) vergangene Zeit misst und den gemessenen Istwert an den zweiten Schwellwertschalter (412) liefert, und – einen zweiten Schwellwertschalter (412), dessen Ausgangssignal (A₂) angibt, ob seit Beginn des aktuellen Dekodierschrittes (D_i) die Wartezeit (Δt_ν,i), die sich als Funktion der für einen vorangegangenen Dekodierschritt (D_i-1) benötigten Rechenzeit (Δt_D,i-1) zur Dekodierung der unmittelbar zuvor geladenen Teildatenmenge (ΔL_i-1) durch das Dekodiersystem (404) ergibt, vergangen ist.
Funktionseinheit nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein UND-Gatter (416), dessen Boolesche Eingangssignale durch die Ausgangssignale (A₁, A₂) der beiden Schwellwertschalter (410, 412) gebildet werden und dessen Boolesches Ausgangssignal (S) bei einem Wert von logisch ”Eins” einen Startimpuls liefert, der das Dekodiersystem (404) zur Durchführung eines Dekodierschrittes (D_i) veranlasst und darüber hinaus zum Starten bzw. Rücksetzen und Neustarten der beiden Zeitmessungseinheiten (406, 414) dient.
Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte der prozentualen Bildqualitätsverbesserungen (ΔQ ν,i) je Dekodierschritt (D_i) statistisch gemittelte Werte der in den einzelnen Dekodierschritten (D_i) zu erwartenden Bildqualitätsverbesserungen (ΔQ_i) sind.
Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwert-Anteile (Δl ν,i) der zu empfangenden Teildatenmengen (ΔL_i) je Dekodierschritt (D_i), jeweils bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge (L_ges), statistisch gemittelte Werte der in den einzelnen Dekodierschritten (D_i) zu erwartenden prozentualen Zunahmen (Δl_i) der Teildatenmengen (ΔL_i), jeweils bezogen auf die zu übertragende Gesamtdatenmenge (L_ges), sind.