DE19737835C2 - Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompri­ mieren von Bildinformationen nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie es in Bildaufnahmesystemen, insbesondere in mobilen Bildtelefonen, eingesetzt wird.

Bekanntermaßen werden Bild- bzw. Videodaten oder -informa­ tionen vor ihrer Übertragung an einen Empfänger komprimiert und kodiert, um die zu übertragende Datenmenge zu verringern und die Übertragungssicherheit zu erhöhen. Dabei kann unab­ hängig von der zu verarbeitenden Datenmenge die Komprimier- und Kodierrate festgelegt sein. Alternativ sind jedoch auch Komprimier- und Kodiersysteme bekannt, bei denen die Kompri­ mier- und Kodierrate abhängig von der Komplexität des zu verarbeitenden Bildes sowie der Bewegung innerhalb des Bildes, d. h. der Bewegung der Quelldaten, variiert, um auf diese Weise eine gleichbleibende Qualität des empfangenen Gesamtbildes si­ cherzustellen. So kann bei Anwendung einer variablen Kompri­ mier- und Kodierrate eine höhere Komprimier- und Kodierrate zur Verarbeitung eines komplexen Bildes gewählt werden, wäh­ rend die Komprimierung und Kodierung eines einfachen Bildes mit einer geringeren Komprimier- und Kodierrate erfolgt, so daß eine gleichbleibende Qualität für das übertragene Gesamt­ bild sichergestellt wird.

Allgemein haben Bildsignale die Eigenschaft, daß sie innerhalb bestimmter Grenzen vorhersagbar sind. Dies bedeutet, daß auf­ grund vorhergehender Bilder eine Prädiktion des nächsten Bil­ des möglich ist. Zur Prädiktion des nächsten Bildes bzw. der dem nächsten Bild entsprechenden Bildinformationen wird eine sogen. Bewegungsschätzung durchgeführt, wobei aufgrund einer in einem vorliegenden Bild festgestellten Bewegung das nächste Bild vorhergesagt wird.

Zur Komprimierung und Kodierung von Bildinformationen wurden verschiedene Algorithmen vorgeschlagen, bei denen die zuvor erwähnte Bewegungsschätzung Anwendung findet. So wurde bei­ spielsweise von der "Moving Picture Coding Experts Group" der sogen. MPEG-Algorithmus zum Komprimieren von Bewegtbildern entwickelt, bei dem zudem eine variable Komprimierrate (und Kodierrate) angewendet werden kann, um die Eigenschaften des Komprimiersystems (und Kodiersystems) an die zu übertragende Datenmenge anzupassen. Der MPEG-Algorithmus ist heute in Form der sogen. MPEG1- und MPEG2-Algorithmen bekannt. Weitere be­ kannte Komprimier- und Kodieralgorithmen mit Bewegungsschät­ zung sind beispielsweise die H.261- und H.263-Algorithmen.

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionsweise des MPEG2-Algorithmus.

Eingangsseitig liegen bestimmte Bildinformationen oder Bildda­ ten i vor, die beispielsweise von einer Kamera, einem CCD- Bildsensor oder einer sonstigen Bildaufnahmevorrichtung aufge­ nommen bzw. erzeugt worden sind. Diese Bildinformationen i werden einem Bildinformationsspeicher 1 zugeführt, der die Bildinformationen i in Rahmen (Frames), d. h. in einer Folge von Vollbildern abspeichert. Die Daten des Bildinformations­ speichers 1 werden einer DCT-Transformationseinrichtung 3 zu­ geführt, die die Bildinformationen einer diskreten Cosinus­ transformation unterzieht, wobei die Ausgangssignale der DCT- Transformationseinrichtung 3 einer Quantisierungseinrichtung 4 zugeführt werden, die die an ihrem Eingang anliegenden Signale bestimmten Quantisierungsstufen bzw. Quantisierungsintervallen zuordnet und auf diese Weise den zu verarbeitenden und zu übertragenden Bitstrom reduziert und die eigentliche Kompri­ mierung realisiert. Die Ausgangssignale der Quantisierungsein­ richtung 4 werden einer Kodierungseinrichtung 5 zugeführt, die die Signale gemäß einem vorgegebenen Kodierschema kodiert und zur Übertragung an einen Empfänger ausgibt.

Zur Durchführung der sogen. Bewegungsschätzung werden die Aus­ gangssignale der Quantisierungseinrichtung 4 zudem einer in­ versen Quantisierungseinrichtung 6 sowie einer inversen DCT- Transformationseinrichtung 7 zugeführt, so daß am Ausgang der inversen DCT-Transformationseinrichtung 7 wieder die am Ein­ gang der DCT-Transformationseinrichtung 3 anliegenden Daten bzw. Signale auftreten. In einem (Voll-)Bildspeicher 8 werden somit die ursprünglichen Bilddaten bzw. Bildinformationen ab­ gelegt. Des weiteren ist eine Bewegungsschätzungs- oder Bewe­ gungserfassungseinrichtung 9 vorgesehen, die aufgrund der in dem Bildspeicher 8 abgelegten Bildinformationen sowie der am Eingang des Komprimier- und Kodiersystems anliegenden Bildin­ formationen i eine Bewegung zwischen dem in dem Bildspeicher 8 gespeicherten vorhergehenden Bild und dem am Ausgang des Bild­ informationsspeichers 1 auftretenden aktuellen oder augen­ blicklichen Bild erfaßt. Bei Feststellen einer Bewegung zwi­ schen dem gespeicherten vorhergehenden Bild und dem eingangs­ seitig auftretenden aktuellen Bild erzeugt die Bewegungsschät­ zungseinrichtung 9 einen Bildvektor v, der die Bewegung zwi­ schen dem gespeicherten vorhergehenden Bild und dem eingangs­ seitig anliegenden aktuellen Bild repräsentiert. Die Bewe­ gungsschätzungseinrichtung 9 überträgt die Bewegungsvektorin­ formation v an eine Bewegungskompensationseinrichtung 10, die abhängig von dem somit übertragenen Bewegungsvektor v sowie den ebenfalls übertragenen Bildinformationen des vorhergehen­ den Bildes, welches in dem Bildspeicher 8 gespeichert ist, eine Prädiktion für das nächste, d. h. das augenblicklich an­ liegende Bild durchführt. Die Bewegungskompensationseinrich­ tung 10 ermittelt somit Bildinformationen i', die eine Ab­ schätzung oder Prädiktion für das augenblicklich eingangssei­ tig anliegende Bild darstellen, wobei diese vorhergesagten Bildinformationen einem Addierer 2 zugeführt werden, der die vorhergesagten Bildinformationen i' der Bewegungskompensa­ tionseinrichtung 10 mit den tatsächlichen Bildinformationen i des augenblicklichen Bildes vergleicht und ein entsprechendes Differenzsignal Δi erzeugt. Dieses Differenzsignal Δi, d. h. der Unterschied zwischen den vorhergesagten Bildinformationen i' und den tatsächlichen Bildinformationen i, wird als sogen. "Prädiktionsfehler" bezeichnet, wobei nurmehr der Prädiktions­ fehler Δi mit den Einrichtungen 3, 4 und 5 transformiert, quantisiert und kodiert wird. Empfangsseitig kann bereits auf­ grund des empfangenen Prädiktionsfehlers Δi anhand der zuvor empfangenen Bildinformationen des vorhergehenden Bildes auf das augenblickliche Bild rückgeschlossen werden. Dieses Ver­ fahren der Bewegungsschätzung hat den Vorteil, daß die Signale mit einer höheren Bitrate übertragen werden können, da die Bandbreite des übertragenen Differenzsignals Δi geringer ist als die Bandbreite eines normalen quantisierten Signals. Auf­ grund der Rückkopplungsschleife mit der Bewegungsschätzungs­ einrichtung 9 und der Bewegungskompensationseinrichtung 10 können sich Quantisierungsfehler der Quantisierungseinrichtung 4 nicht akkumulieren.

Dieser zuvor beschriebene MPEG2-Algorithmus wird allgemein zur Komprimierung und Kodierung von Bildinformationen bzw. Bildda­ ten eingesetzt. Im Prinzip kann der MPEG2-Algorithmus auch in mobilen Bildaufnahmesystemen, wie z. B. Videokameras oder mobi­ len Bildtelefonen, eingesetzt werden. Auf diesem Anwendungsge­ biet werden jedoch vorwiegend der H.261- oder H.263-Algorith­ mus verwendet. Derartige mobile Bildaufnahmesysteme werden zur Übermittlung verschiedenster Bildinhalte eingesetzt. Bilder oder Szenen mit viel Bewegung erfordern eine hohe Bildwieder­ holrate. Da das menschliche Auge bei Bildern mit viel bzw. schneller Bewegung Unschärfen des Bilds weniger genau erkennen und erfassen kann, können Bilder mit viel Bewegung mit einer geringeren Bildschärfe übertragen werden, so daß auf diese Weise eine Datenratenreduktion möglich ist. Bei ruhigen Bil­ dern erwartet das menschliche Auge hingegen eine hohe Bild­ schärfe, so daß in diesem Fall allenfalls die Bildwiederhol­ rate reduziert werden kann, während das Bild mit einer hohen Bildschärfe übertragen werden muß.

Mit Hilfe der bekannten und oben beschriebenen Bildkompres­ sionsalgorithmen (z. B. des MPEG2-Algorithmus) kann jedoch le­ diglich entweder die Bildwiederholrate oder die Bildschärfe optimiert werden, so daß diese bekannten Bildkompressionsalgo­ rithmen bzw. die entsprechenden Systeme hinsichtlich einer op­ timalen Bildqualität einerseits und einer maximalen Datenre­ duktion andererseits stets nur einen Kompromiß darstellen. Es ist zwar bereits bekannt, eine bei diesen Algorithmen bzw. Systemen vorgegebene Optimierung von dem Benutzer manuell än­ dern zu lassen. Dies stellt jedoch an die Kenntnisse und Fä­ higkeiten des Benutzers hohe Ansprüche.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbesser­ tes Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen vorzu­ schlagen, mit dessen Hilfe stets eine optimale Bildschärfe der zu verarbeitenden Bilder gewährleistet und eine größtmögliche Reduktion der zu verarbeitenden Datenmenge sichergestellt ist.

Insbesondere soll dieses Verfahren zum Komprimieren von Bild­ informationen auch auf einfache Art und Weise und möglichst billig in mobilen Bildtelefonen implementierbar sein.

Die obengenannte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfin­ dung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell auf jedes Ver­ fahren bzw. jede Vorrichtung anwendbar, das bzw. die gemäß ei­ nem oben beschriebenen Algorithmus mit Bewegungsschätzung ar­ beitet, z. B. dem H.261-, H.263-, MPEG1-, MPEG2- oder MPGEG4- Algorithmus.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der infolge der Bewe­ gungsschätzung erzeugte Bewegungsvektor analysiert und daraus - beispielsweise durch statistische Bewertung - beurteilt, ob ein Bild bzw. eine Szene mit viel oder wenig Bewegung bzw. mit schnellen oder langsamen Bewegungen vorliegt. Abhängig von dieser Beurteilung wird entschieden, ob mit einer hohen oder niedrigen Bildschärfe gearbeitet werden muß, wobei anschlie­ ßend bestimmte Parameter, die die Bildschärfe beeinflussen, entsprechend eingestellt werden.

Wie bereits zuvor angedeutet worden ist, werden Bilder mit viel Bewegung bzw. mit schnellen Bewegungen mit einer geringe­ ren Schärfe verarbeitet, während Bilder mit wenig Bewegung oder mit langsamen Bewegungen mit einer höheren Bildschärfe verarbeitet werden. Zudem kann damit auch eine automatische Einstellung der Bildwiederholrate, d. h. der zeitlichen Bild­ auflösung, verbunden sein, so daß nach Erkennen eines Bildes mit viel Bewegung bzw. mit schnellen Bewegungen die entspre­ chenden Bildinformationen mit einer höheren zeitlichen Auflö­ sung, d. h. mit einer höheren Bildwiederholrate, als ein Bild mit wenig Bewegung oder langsamen Bewegungen übertragen wird. Dies kommt dem natürlichen menschlichen Sehempfinden entgegen und verbessert die subjektiv wahrgenommene Qualität.

Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel er­ folgt die Einstellung der Bildschärfe durch eine Änderung des Quantisierungsparameters, d. h. durch eine entsprechende Anpas­ sung der Anzahl von Quantisierungsintervallen. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die einem augenblicklichen Bild tatsächlich entsprechenden Bildinformationen vorgefiltert werden, wobei abhängig von der im augenblicklichen Bild erkannten Bewegung bestimmte Filter­ parameter des entsprechenden Filteralgorithmus bzw. des ent­ sprechenden Vorfilters angepaßt werden können.

Wie bereits zuvor beschrieben worden ist, ist das erfindungs­ gemäße Verfahren grundsätzlich auf alle Verfahren und Vorrich­ tungen anwendbar, bei denen ein Algorithmus mit Bewegungs­ schätzung Anwendung findet. Die automatische Einstellung der gewünschten Bildschärfe wird erfindungsgemäß einfach durch Eingriff in den entsprechenden Algorithmus realisiert, so daß stets eine möglichst optimale Reduktion der zu verarbeitenden Daten bei gleichzeitig optimaler Bildqualität gegeben ist. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere leicht, z. B. als Softwareerweiterung, in mobilen Bildtelefonen realisieren, ohne daß umfangreiche schaltungstechnische Änderungen notwen­ dig sind. Ebenso ist das erfindungsgemäße Verfahren in jedem anderen beliebigen mobilen Bildaufnahmesystem, wie z. B. auch in Camcordern oder Videokameras, einsetzbar. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht an den Einsatz in einem mobilen Bildaufnahmesystem gebunden, sondern kann auch in sta­ tionären Bildaufnahmesystemen Anwendung finden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Erläuterung eines bekannten Verfahrens zum Komprimieren und Kodieren von Bildinformationen mit Hilfe einer Bewegungsschätzung.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 an­ hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel der sogen. MPEG2-Algo­ rithmus zur Komprimierung von Bildinformationen eingesetzt wird. Wie jedoch bereits zuvor beschrieben worden ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell auf jeden beliebigen Algorithmus mit Bewegungsschätzung anwendbar, insbesondere auch auf den H.261- oder H.263-Algorithmus.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Der Grundaufbau des in Fig. 1 gezeigten Blockschaltbilds ent­ spricht im wesentlichen dem in Fig. 3 gezeigten Blockschalt­ bild. Die sequentiellen Bildinformationen einer entsprechenden Bildaufnahmeeinrichtung, wie z. B. eines beliebigen Bildsensors oder einer Videokamera etc., werden in einem Bildinformations­ speicher 1 gespeichert, wobei die Bildinformationen jeweils zu Rahmen bzw. Vollbildern zusammengefaßt sind. Am Ausgang des Bildinformationsspeichers 1 werden für jedes Vollbild Bildin­ formationen i ausgelesen.

Allgemein werden zu übertragende Bildinformationen von einer DCT-Transformationseinrichtung 3 einer diskreten Cosinustrans­ formation (DCT) unterzogen. Die diskrete Cosinustransformation ist eine orthogonale Transformation und bildet die diskreten zeitlichen Abtastwerte der Bildinformationen in diskrete Werte des Frequenzbereiches ab. Das Ausgangssignal der DCT-Transfor­ mationseinrichtung 3 wird einer Quantisierungseinrichtung 4 zugeführt.

Die Quantisierungseinrichtung 4 quantisiert das Transforma­ tionsergebnis der DCT-Transformationseinrichtung 3 mit einem bestimmten Quantisierungswert bzw. einer bestimmten Quantisie­ rungsrate, wobei der gesamte Wertebereich des Transforma­ tionsergebnisses in eine bestimmte Anzahl von Quantisierungs­ intervalle unterteilt wird und der Wert des Transformationser­ gebnisses jeweils einem bestimmten Quantisierungsintervall zu­ geordnet wird. Auf diese Weise reduziert die Quantisierungs­ einrichtung 4 die zu verarbeitende und zu übertragende Bit­ menge und führt somit die gewünschte Komprimierung mit einem entsprechenden Quantisierungswert durch. Allgemein kann die Zuordnung der Abtastwerte des Transformationsergebnisses zu den einzelnen Quantisierungsintervallen gemäß einer linearen oder nichtlinearen Kennlinie erfolgen. Mit Hilfe einer nicht­ linearen Quantisierung können bestimmte Abtastwerte des Bild­ informationssignals genauer quantisiert werden als bei einer linearen Quantisierung, was insbesondere vorteilhaft ist, falls diese Werte häufiger auftreten oder Fehler dieser Werte auffälliger bzw. von größerer Bedeutung sind. Gemäß dem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind be­ stimmte Parameter der Quantisierungseinrichtung 4 variabel und einstellbar, wie insbesondere die Anzahl der Quantisierungsin­ tervalle oder auch die für die Zuordnung der Abtastwerte des Transformationsergebnisses zu den einzelnen Quantisierungsin­ tervallen maßgebliche Kennlinie.

Das Ausgangssignal der Quantisierungseinrichtung 4 wird einer Kodierungseinrichtung 5 zugeführt, die schließlich das quanti­ sierte Transformationsergebnis einer bestimmten Kodierung un­ terzieht und das quantisierte und kodierte Bildinformations­ signal zur Übertragung ausgibt. Die Kodierungseinrichtung 5 kann beispielsweise eine lauflängenbegrenzte (run-length limi­ ted, RLL) Kodierung durchführen.

Zur Durchführung der Bewegungsschätzung bzw. der Bildprädik­ tion wird das Ausgangssignal der Quantisierungseinrichtung 4 auch einer inversen Quantisierungseinrichtung 6 sowie einer inversen DCT-Transformationseinrichtung 7 zugeführt, wobei die inverse Quantisierungseinrichtung 6 die Quantisierung der Quantisierungseinrichtung 4 und die inverse DCT-Transforma­ tionseinrichtung 7 die DCT-Transformation der DCT-Transforma­ tionseinrichtung 3 wieder rückgängig macht, so daß am Ausgang der inversen DCT-Transformationseinrichtung 7 wieder die ur­ sprünglichen Eingangsdaten der DCT-Transformationseinrichtung 3 auftreten.

In einem Bildspeicher 8 werden die von der inversen DCT-Trans­ formationseinrichtung 7 gelieferten Bildinformationen gespei­ chert, wobei der Bildspeicher 8 insbesondere die Bildinforma­ tionen rahmen- oder vollbildweise abspeichert.

Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zudem eine Interpolationseinrichtung 11 vorgesehen, die die in dem Bildspeicher 8 abgelegten Bildinformationen vor­ zugsweise rahmen- und bildweise ausliest und durch Interpola­ tion zwischen zwei benachbarten Bildpunkten (Pixel) zusätzli­ che Bildinformationen gewinnt, die dem zwischen den beiden Pi­ xeln liegenden Bildpunkt entsprechen. Auf diese Weise kann die Interpolationseinrichtung 11 die Bildauflösung verdoppeln. Die Interpolationseinrichtung 11 speichert die infolge der Inter­ polation gewonnenen Bildinformationen mit der erhöhten Auflö­ sung.

Eine Bewegungsschätzungseinrichtung 9 empfängt einerseits die am Ausgang des Bildinformationsspeichers 1 auftretenden Bild­ informationen i eines aktuellen bzw. augenblicklichen Bildes sowie über die Interpolationseinrichtung 11 die in dem Bildspeicher 8 gespeicherten Bildinformationen des vorherge­ henden Bildes. Durch Vergleichen dieser beiden Bildinformatio­ nen kann die Bewegungsschätzungseinrichtung 9 eine Bewegung in dem augenblicklichen Bild gegenüber dem vorherigen Bild erken­ nen und ermittelt auf Grundlage der in dem Bildspeicher 8 ge­ speicherten Bildinformationen des vorhergehenden Bildes einen Bewegungsvektor v, der die Verschiebung des augenblicklichen Bildes gegenüber dem vorhergehenden Bild repräsentiert.

Dieser Bewegungsvektor v wird einer Bewegungskompensationsein­ richtung 10 zugeführt, die - wie bereits anhand von Fig. 2 er­ läutert worden ist - anhand des Bewegungsvektors v sowie den ihr ebenfalls zugeführten Bildinformationen des zuvor gespei­ cherten vorhergehenden Bildes eine Vorhersage für die Bildin­ formationen des augenblicklich anliegenden Bildes macht. Die Bewegungskompensationseinrichtung 10 führt somit eine Bewe­ gungskompensationsprädiktion aus und gibt Bildinformationen i' aus, die dem von der Bewegungskompensationseinrichtung 10 vor­ hergesagten Bild entsprechen. Im Idealfall sollte das von der Bewegungskompensationseinrichtung 10 vorhergesagte Bild dem augenblicklich eingangsseitig anliegenden Bild entsprechen, d. h. die Bildinformationen i' sollten den Bildinformationen i des augenblicklich anliegenden Bildes entsprechen.

In einem Addierer wird die Prädiktion der Bewegungskompensa­ tionseinrichtung 10 mit dem tatsächlich anliegenden Bild ver­ glichen, d. h. der Addierer bildet die Differenz zwischen den tatsächlich dem augenblicklichen Bild entsprechenden Bildin­ formationen i und den von der Bewegungskompensationseinrich­ tung 10 vorhergesagten Bildinformationen i' des augenblickli­ chen Bildes. Das von dem Addierer 2 gelieferte Differenzsignal Δi stellt den sogen. Prädiktionsfehler dar, der nunmehr über die Einrichtungen 3-5 DCT-transformiert, quantisiert und ko­ diert wird. Somit wird gemäß dem in Fig. 1 gezeigten System bzw. Algorithmus nurmehr der Prädiktionsfehler an einen Emp­ fänger übertragen, der infolge des empfangenen Prädiktionsfeh­ lers und der Bilddaten bzw. Bildinformationen eines vorherge­ henden Bildes die Bildinformationen des augenblicklichen Bil­ des ermitteln und darstellen kann. Der transformierte und quantisierte Prädiktionsfelder Δi wird wiederum über die Ein­ richtungen 6 und 7 einer inversen Quantisierung und einer in­ versen DCT-Transformation unterzogen, so daß im Bildspeicher 8 abhängig von den vorhergesagten Bildinformationen i' der Bewe­ gungskompensationseinrichtung 10 stets die Bildinformationen des tatsächlich anliegenden Bildes gespeichert werden können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine automatische Ein­ stellung der Bildschärfe, d. h. eine automatische Einstellung der Qualität des zu verarbeitenden Bildes gegeben. Zu diesem Zweck erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung die Auswertung der von der Bewegungsschätzungseinrichtung 9 gelieferten Bewe­ gungsvektoren v, wobei abhängig von dem Bewegungsvektor bzw. den Bewegungsvektoren v erkannt wird, ob das zu übertragende Bild im Verhältnis zu dem vorhergehenden Bild viel oder wenig Bewegung, insbesondere schnelle oder langsame Bewegungen ent­ hält. Handelt es sich um ein Bild mit viel Bewegung, wird die Bildschärfe automatisch reduziert, um die zu verarbeitende Da­ tenmenge zu verringern. Umgekehrt wird bei einem Bild mit we­ nig Bewegung die Bildschärfe erhöht, da im Unterschied zu Bil­ dern mit viel Bewegung in diesem Fall das menschliche Auge eine geringere Schärfe wahrnehmen würde. Durch diese automati­ sche Einstellung der Bildschärfe gemäß der vorliegenden Erfin­ dung wird sichergestellt, daß einerseits eine vom menschlichen Auge wahrnehmbare bestmögliche Bildqualität und andererseits eine möglichst große Reduktion der zu verarbeitenden Daten ge­ währleistet ist.

Zur Realisierung des zuvor genannten Prinzips ist gemäß Fig. 1 eine Analyseeinrichtung 12 vorgesehen, der die Bewegungsinfor­ mationen v, d. h. die von der Bewegungsschätzungseinrichtung 9 erzeugten Bewegungsvektoren v, zugeführt werden. Die Analyse­ einrichtung 12 analysiert und überwacht die Bewegungsvektoren v und stellt durch Auswertung des jeweiligen Bewegungsvektors v fest, ob in dem zu verarbeitenden Bild gegenüber dem vorher­ gehenden Bild viel oder wenig Bewegung enthalten ist. Die Ana­ lyseeinrichtung 12 wertet somit die in dem Bewegungsvektor v enthaltene Verschiebung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern aus und beurteilt die der Verschiebung entsprechende Bewegung. Diese Entscheidung kann insbesondere abhängig von der Größe des Betrages und/oder der Drehrichtung des jeweili­ gen Bewegungsvektors v erfolgen. Überschreitet beispielsweise der Betrag oder die Drehrichtung des Bewegungsvektors v einen vorgegebenen Schwellenwert, wird daraus geschlossen, daß ge­ genüber dem vorhergehenden Bild eine schnelle Bewegung in dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild enthalten sein muß, da mit schnellen Bewegungen größere Änderungen der Bildinforma­ tionen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern verbunden sind. Im einfachsten Fall liefert die Analyseeinrichtung 12 lediglich eine Ja/Nein-Entscheidung über das Vorliegen einer schnellen bzw. langsamen Bewegung. Genauer ist jedoch eine Analyseeinrichtung 12, die eine abgestufte Beurteilung des Grads der in dem augenblicklichen Bild enthaltenen Bewegung liefert und ermöglicht, so daß abhängig von mehreren unter­ schiedlichen Bewegungsgraden eine entsprechend genaue Einstel­ lung der Bildschärfe realisiert werden kann.

Zur Einstellung der Bildschärfe ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 13 empfängt von der Analyse­ einrichtung 12 Informationen über den Grad der in dem augen­ blicklichen Bild enthaltenen Bewegung, d. h. insbesondere In­ formationen darüber, ob das augenblickliche Bild gegenüber dem vorhergehenden Bild viel oder wenig Bewegung bzw. schnelle oder langsame Bewegungen enthält. Abhängig von den von der Analyseeinrichtung 12 gelieferten Bewegungsinformationen wirkt die Steuereinrichtung 13 auf bestimmte Parameter der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ein, um entsprechend die Bildschärfe dem festgestellten Bewegungsgrad anzupassen. Wie bereits eingangs beschrieben worden ist, kann das menschliche Auge bei Bildern mit schnelleren Bewegungen Unschärfen nicht genau feststellen. Diese Tatsache wird gemäß der vorliegenden Erfindung dahinge­ hend ausgenutzt, daß mit Feststellen eines steigenden Bewe­ gungsgrades in dem zu verarbeitenden Bild die Bildschärfe im­ mer mehr reduziert wird. Auf diese Weise kann eine Reduktion der zu verarbeitenden Datenmenge erzielt werden, ohne jedoch die von dem menschlichen Auge wahrnehmbare subjektive Bildqua­ lität zu beeinträchtigen. Bei Bildern mit weniger Bewegungen wird hingegen gemäß der vorliegenden Erfindung sichergestellt, daß stets eine ausreichende Bildschärfe gegeben ist, da in diesem Fall das menschliche Auge sehr wohl Unschärfen erkennen kann.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden zur Be­ einflussung der Bildschärfe zum einen von der Steuereinrich­ tung 13 Quantisierungsparameter der Quantisierungseinrichtung 4 eingestellt. So kann beispielsweise bei Feststellen eines Bildes mit schnellen Bewegungen die Anzahl der Quantisierungs­ intervalle der Quantisierungseinrichtung 4 reduziert werden, so daß mit einer niedrigeren Bildschärfe gearbeitet und die zu verarbeitende Datenmenge reduziert wird. Umgekehrt kann bei Feststellen von schnelleren Bewegungen in dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild die Anzahl der Quantisierungsintervalle der Quantisierungseinrichtung 4 relativ hoch gewählt werden, um eine ausreichende Bildschärfe zu gewährleisten.

Des weiteren ist gemäß Fig. 1 vorgesehen, daß die von dem Bildinformationsspeicher 1 ausgelesenen Bildinformationen i, die tatsächlich dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild ent­ sprechen, mit Hilfe einer Vorfiltereinrichtung 14, die der ge­ samten Bildkompressionsanordnung vorgeschaltet ist, bzw. eines entsprechenden Vorfilteralgorithmus vorgefiltert und erst an­ schließend der Bildkompression zugeführt werden. Abhängig von dem mit Hilfe der Analyseeinrichtung 12 festgestellten Grad der Bewegung in dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild, d. h. den entsprechenden Bildinformationen i, stellt die Steu­ ereinrichtung 13 bestimmte Filterparameter der Vorfilterein­ richtung 14 bzw. des entsprechenden Vorfilteralgorithmus ein. Dabei erfolgt die Ansteuerung derart, daß bei Feststellen von viel Bewegung in dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild mehr Bildinformationen ausgefiltert werden als bei einem Bild, in dem wenig Bewegungen enthalten sind. So wird gewährleistet, daß bei Bildern mit größeren Bewegungen, bei denen das mensch­ liche Auge Unschärfen weniger wahrnehmen kann, die zu verar­ beitende Datenmenge reduziert wird, während bei Bildern mit langsameren Bewegungen eine ausreichend hohe Bildschärfe gege­ ben ist.

Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ansteuerung der Vorfil­ tereinrichtung 14 durch die Steuereinrichtung 13 zusätzlich zu der Ansteuerung der Quantisierungseinrichtung 4. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, lediglich eine der beiden An­ steuerungen zur Einstellung der Bildschärfe, d. h. der Bildqua­ lität, vorzusehen.

Obwohl dies in Fig. 1 nicht gezeigt ist, kann die vorgeschla­ gene automatische Einstellung der Bildschärfe auch mit einer automatischen Einstellung der Bildwiederholrate, d. h. der zeitlichen Bildauflösung, kombiniert werden. So kann bei­ spielsweise - ebenfalls abhängig von dem durch die Analyseein­ richtung 12 festgestellten Bewegungsgrad - nach Feststellen einer schnellen Bewegung die Bildwiederholrate erhöht und bei einer langsamen Bewegung erniedrigt werden, um stets eine den tatsächlichen Umständen angepaßte optimale Bildqualität erzie­ len zu können.

Claims (16)

1. Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen, umfassend die Schritte

• a) Bereitstellen von einem augenblicklichen Bild entsprechen­ den Bildinformationen (i),
• b) Vergleichen der dem augenblicklichen Bild entsprechenden vorgegebenen Bildinformationen (i) mit einem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen und Erzeugen eines Bewegungsvektors (v), der einer Verschiebung des augen­ blicklichen Bildes gegenüber dem vorhergehenden Bild ent­ spricht,
• c) Vorhersagen von dem augenblicklichen Bild entsprechenden Bildinformationen (i') auf Grundlage des im Schritt b) erzeugten Bewegungsvektors (v),
• d) Vergleichen der dem augenblicklichen Bild tatsächlich ent­ sprechenden Bildinformationen (i) mit den im Schritt c) vorhergesagten Bildinformationen (i'), und
• e) Komprimieren von Differenz-Bildinformationen (Δi), die ei­ nem im Schritt c) ermittelten Unterschied zwischen den dem augenblicklichen Bild tatsächlich entsprechenden Bildinfor­ mationen (i) und den im Schritt c) vorhergesagten Bildin­ formationen (i') entsprechen,

Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen dadurch gekennzeichnet,
daß der im Schritt b) erzeugte Bewegungsvektor (v) analysiert und abhängig von dem Bewegungsvektor (v) der Grad der in dem augenblicklichen Bild enthaltenen Bewegung beurteilt wird, und
daß abhängig von dem Grad der in dem augenblicklichen Bild enthaltenen Bewegung mindestens ein die Bildschärfe beeinflus­ sender Parameter eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des die Bildschärfe beeinflussenden Para­ meters derart erfolgt, daß mit steigendem Bewegungsgrad des augenblicklichen Bilds die Bildschärfe verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Komprimieren im Schritt e) durch Quantisieren der Dif­ ferenz-Bildinformationen (Δi) mit einer variablen Anzahl von Quantisierungsintervallen erfolgt, und
daß die Anzahl der Quantisierungsintervalle abhängig von der Beurteilung des Bewegungsgrads des augenblicklichen Bilds ein­ gestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit steigendem Bewegungsgrad des augenblicklichen Bilds die Anzahl der Quantisierungsintervalle verringert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz-Bildinformationen (Δi) vor der Quantisierung einer diskreten Cosinustransformation unterzogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformatio­ nen abhängig von den Differenz-Bildinformationen (Δi) zwi­ schengespeichert werden, nachdem die Differenz-Bildinformatio­ nen (Δi) einer inversen Quantisierung und einer inversen dis­ kreten Cosinustransformation unterzogen worden sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die gespeicherten, dem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen interpoliert werden, um die Bildauflösung der dem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen zu erhöhen, und
daß die interpolierten, dem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen im Schritt b) der Erzeugung des Bewegungs­ vektors (v) zugrunde gelegt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die im Schritt a) bereitgestellten, dem augenblicklichen Bild tatsächlich entsprechenden Bildinformationen (i) vorge­ filtert werden, und
daß Filterparameter der Vorfilterung der dem augenblicklichen Bild entsprechenden tatsächlichen Bildinformationen (i) abhän­ gig von der Beurteilung des Bewegungsgrades des augenblickli­ chen Bilds eingestellt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterparameter derart eingestellt werden, daß mit steigendem Bewegungsgrad des augenblicklichen Bilds ein stei­ gender Anteil der dem augenblicklichen Bild tatsächlich ent­ sprechenden Bildinformationen (i) durch die Vorfilterung aus­ gefiltert werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beurteilung des Bewegungsgrades des augenblicklichen Bilds abhängig von der Größe und/oder Richtung des in dem Schritt b) erzeugten Bewegungsvektors (v) erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Schritt e) komprimierten Differenz-Bildinforma­ tionen (Δi) kodiert werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Beurteilung des Bewegungsgrades des au­ genblicklichen Bilds die zeitliche Auflösung der Bildinforma­ tionen eingestellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit steigendem Bewegungsgrad des augenblicklichen Bilds die zeitliche Auflösung der Bildinformationen erhöht wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Komprimieren der Bildinformationen gemäß dem H.263-Algorithmus erfolgt.

15. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer mobilen Bildaufnahmevorrichtung.

16. Anwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mobile Bildaufnahmevorrichtung ein mobiles Bildtelefon ist.