DE19743221C2 - Laufbildkompressionsschaltung und Laufbildkompressionsverfahren unter Verwendung von Bewegungsvektoren - Google Patents
Laufbildkompressionsschaltung und Laufbildkompressionsverfahren unter Verwendung von BewegungsvektorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zum Komprimieren
von Laufbildinformation in einem Videosignalverarbeitungssystem, und insbesondere
eine Laufbildkompressionsschaltung und ein Laufbildkompressionsverfahren, die Bewe
gungsvektoren verwenden.
Um Film- oder TV-Laufbilder darzustellen, sind 30-50 Frames/sec an Informationen er
forderlich. Somit gibt es eine kleine Zeitvariation zwischen aufeinanderfolgenden Fra
mes in einem Film oder einem Videoband. Bei der digitalen Bildverarbeitung wird eine
Datenkompression durchgeführt, um die Redundanz zwischen aufeinanderfolgenden
Frames zu verringern.
Das allgemeinste Verfahren zum Komprimieren von Videodaten ist eine Ortsinformati
onskompression, in der ein Frame in 8 × 8 Pixel eines Blocks partitioniert wird, und für sie
eine diskrete Fourier-Transformation (DCT) ausgeführt wird. Vorliegend wird die DCT für
Helligkeits- bzw. Luminanz- und Farbwert- bzw. Chrominanzsignale durchgeführt. Ein
anderes Verfahren ist eine Zeitinformationskompression, in der eine Bewegung, die zwi
schen den Frames auftritt, vorhergesagt und kompensiert wird. Die Bewegungsvorher
sage wird im allgemeinen für das Helligkeits- bzw. Luminanzsignal in den 16 × 16 Pixeln
eines Blocks durchgeführt. Diese Informationskompressionsverfahren werden unab
hängig voneinander ausgeführt, oder miteinander kombimiert, um höhere Kompressi
onseffekte zu erzielen. Die Informationskompression wird durch Vorhersage der Bewe
gungen zwischen 2-4 aufeinanderfolgenden Frames durchgeführt, so daß eine Differenz
in der Menge an Information entsprechend der Charakteristika des Frames besteht. Al
lerdings wird die Information für den gesamten Frame für die Datenkompression benö
tigt.
Um einen Abspiel-, Schnellvorlauf- oder Rücklaufbetrieb für die komprimierten Videoin
formation durchzuführen, kann ein wahlfreier Zugriff pro Bildgruppe (GOP durchgeführt
werden, was durch das MPEG vorgeschlagen wird. Die GOP gruppiert mit ungefähr 0,5
Sekunden (ungefähr fünfzehn Bilder). Als Beispiel wird die Videoinformationskompressi
on entsprechend dem MPEG-I untenstehend erklärt. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer An
ordnung von Frames in der GOP. Bezugnehmend auf Fig. 1 bilden fünfzehn Frames
(Bilder) eine GOP. Die GOP hat einen I-Frame (intracodiertes Bild), das notwendiger
weise für den Zweck der Unabhängigkeit des GOP umfaßt ist, einen P-Frame
(prädiktivcodiertes Bild), das ein in Vorwärtsrichtung prädikitivcodiertes Bild zwischen
Frames ist, und einen B-Frame (bidirektional prädiktivcodiertes Bild).
Die Fig. 2A und 2B zeigen Frametypen und eine Codierungsreihenfolge. Der I-Frame
wird intracodiert, und der I-Frame und P-Frame werden in einer Reihenfolge codiert, die
der des Originalbilds entspricht. Der B-Frame wird auf eine Art und Weise codiert, so
daß die I- und P-Frames zuerst verarbeitet werden und dann der B-Frame zwischen sie
eingesetzt wird. Anders ausgedrückt werden der I- und P-Frame in der Reihenfolge von
a1 → a2 → a3 → a4, wie in Fig. 2A gezeigt, codiert, und der B-Frame wird in der Rei
henfolge b1 → b4 → b2 → b3, wie in Fig. 2B gezeigt, codiert. Wie oben beschrieben
kann die Videoinformationskompression nicht ohne die Information über den gesamten
Frame, der die Videoinformation aufbaut, durchgeführt werden. Dies ist beispielsweise
bei einem monotonen Bild ineffizient, indem der Hintergrund kaum geändert wird, son
dern nur ein Abschnitt variiert.
Aus der WO 97/17797 ist einen Laufbildkompressionsschaltung bekannt, die Lauf
bildinformation pro Frame empfängt und eine Kompression/Codierung durchführt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hocheffiziente Kompressionsschal
tung und ein Kompressionsverfahren für Laufbildinformation mit großer Redundanz zu
schaffen, welche/welches das Originallaufbild mit mehreren Frames sogar reproduziert,
wenn die Information nicht für alle Frames, die das Bild aufbauen, gegeben bzw. vor
handen ist.
Zur Lösung der Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, wird eine Lauf
bildkompressionsschaltung geschaffen, die Laufbildinformation pro Frame empfängt und
eine Kompression/Codierung dieser durchführt, wobei die Laufbildkompressionsschal
tung aufweist: eine erste Framespeichereinrichtung zum Speichern des Startframes der
Laufbildinformation, die ein Bild aufbaut; zweite und dritte Framespeichereinrichtungen
zum Speichern zwei aufeinanderfolgenden Frames der Laufbildinformation; eine Bild
grenzendetektionseinrichtung zum Detektieren einer Bildgrenze aus der Laufbildinfor
mation der zwei aufeinanderfolgenden, von der zweiten und dritten Framespeicherein
richtung geliefert Frames; eine Bewegungsvektordetektionseinrichtung zum Bestimmen
eines Bewegungsvektors aus der Laufbildinformation des Startframes und des Endfra
mes; eine Controllereinrichtung zum Erzeugen von zur Bildung eines Bilds erforderli
chen Daten entsprechend der detektierten Bildgrenze und des Bewegungsvektors; und
eine Bildreproduktionseinrichtung zum Reproduzieren eines übergangenen Frames
unter Verwendung der durch den Controller erzeugten Daten, und Einsetzen desselben
zwischen den Startframe und dem Endframe.
Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, ein Verfahren
zum Codieren komprimierter Laufbildinformation geschaffen, Ein Verfahren zum Codie
ren komprimierter Laufbildinformation, umfassend die Schritte: Teilen der Laufbildinfor
mation, pro verwendetem Frame, in Startframe, Endframe, und einen Frame, der be
nachbart zu dem Endframe vorliegt, und Speichern derselben; Detektieren einer Bild
grenze aus der Laufbildinformation der zwei benachbarten Frames; Vorhersagen eines
Bewegungsvektors aus der Laufbildinformation des Startframes und des Endframes;
und Erzeugen von Daten, die zum Aufbauen eines jeden Bilds entsprechend der detek
tierten Bildgrenze, dem ermittelten Bewegungsvektor, und der Framezahl bzw. Zahl der
Frames, die zwischen den Startframe und dem Endframe eingesetzt werden sollen, er
forderlich sind, Reproduzieren eines übergangenen Frames unter Verwendung der er
zeugten Daten, und Einsetzen des reproduzierten Frames zwischen den Startframe und
dem Endframe.
Die oben beschriebene vorliegende Erfindung kann in weitem Umfang beim Komprimie
ren von Laufbildinformation in einem Videosignalverarbeitungssystem eingesetzt wer
den.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Anordnung von Frames in einer GOP;
Fig. 2A
und 2B zeigen Frametypen und eine Codierungsreihenfolge;
Fig. 3A
und 3B sind imaginäre Diagramme von Bildern, die zeigen, daß sich ein Fluggerät
von der untere linken Ecke in die oberen rechte Ecke bewegt;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Laufbildkompressionscodiervorrichtung ge
mäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 zeigt die Form eines Bewegungsvektors entsprechend der Bewegung der
Bewegungsblöcke.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung untenstehend im Detail beschrieben. Es ist zu
bemerken, daß die Komponenten-Bezugszeichen in allen Zeichnungen konsistent sind.
Obwohl viele spezifizierte Details, wie Komponenten der Schaltung, in der folgenden
Beschreibung erscheinen, sind diese Details nur zum allgemeinen Verständnis der vor
liegenden Erfindung gedacht. Es ist für einen Fachmann dieser Technologie offensicht
lich, daß die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden
kann. Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird von einer detaillierten Be
schreibung abgesehen, falls eine detaillierte Beschreibung der hauptsächlichen Funkti
on oder des Aufbaus zur Zweideutigkeit des wesentlichen Punkts der vorliegenden Er
findung führt.
Die Fig. 3A und 3B sind frei erfundene Diagramme von Bildern, die zeigen, daß sich ein
Fluggerät von der unteren linken Ecke in die obere rechte Ecke bewegt. Fig. 3A zeigt
das Startbild, in dem das Fluggerät zu einem Zeitpunkt t1 an einer Position A lokalisiert
ist, und die Fig. 3B zeigt das Endbild, in dem das Fluggerät zu einem Zeitpunkt t2 an ei
nem Endpunkt B lokalisiert ist. Dazwischen wird die Reproduktion eines Laufbilds derart
durchgeführt, daß eine kontinuierliche Bewegung in viele Standbilder geteilt wird, und
die Standbilder schnell projiziert werden. Hierdurch werden die Standbilder dem Beob
achter gemäß dem Residueeffekt zu gezeigt wie fließend nacheinander ablaufende Bil
der. Wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt, kann, wenn die Bildübertragung durchgeführt
wird, wobei Zwischenbilder ausgelassen werden, ihr Empfänger bestimmen, wie sich
das Fluggerät entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der
Position A zur Position B bewegt.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Kompressionslaufbildinformationscodiervorrichtung
unter Verwendung von Bewegungsvektoren, und Fig. 5 zeigt die Form eines Bewe
gungsvektors entsprechend der Bewegung von Bewegungsblöcken. Die Kompression
der Laufbildinformation und das Codierverfahren der Kompressionslaufbildinformation
unter Verwendung von Bewegungsvektoren wird untenstehend im Detail unter Bezug
nahme auf die Fig. 4 und 5 gezeigt.
Ein Eingangsvideosignal VI wird in einem Framespeicher 10 mit einer Kapazität, die zur
Speicherung von Videoinformation eines Frames geeignet ist, gespeichert. Der An
fangsframe der Frames, die ein Laufbild aufbauen, der Startframe fn, wird an einem se
paraten Ort, nämlich dem fS-Framespeicher 20 abgespeichert. Eine Bildgrenzendetekti
onseinrichtung 30 vergleicht die Luminanzsignale zweier kontinuierlicher Frames pro Pi
xel und liefert den Durchschnitt der Quadrate der Luminanzsignale. Dann vergleicht die
Bildgrenzendetektionseinrichtung 30 den erhaltenen Durchschnitt mit einem Schwell
wert, der zuvor experimentell bestimmt worden ist. Aus dem Ergebnis des Vergleichs
wird, wenn der Durchschnitt größer als der Schwellwert ist, geschlossen, daß es Bild
grenze zwischen den beiden Frames vorliegt.
Zusätzlich gibt, wenn Ym(x, y) als Luminanzkomponentenwert (Y) an der Position (x, y)
des m-ten Frames bezeichnet wird, die Bildgrenzendetektionseinrichtung 30 ein Ergeb
nis, wie es in der folgenden Formel (1) beschrieben ist, aus:
ΣnΔYn-1 = Σn[Yn(x, y) - Yn-1(x, y)] (1)
Wenn das Ergebnis den Schwellwert übersteigt, wird der entsprechende Frame als
Bildgrenze angesehen, und die Framezahl n wird an einen Controller 50 weitergegeben,
wo sie verwendet wird, wenn eine Bildreproduktionseinrichtung 60 eine Codierung
durchführt, was später untenstehend beschrieben wird.
Ein Bewegungsvektor 40 empfängt die Laufbildinformation des Startframes und des
Endframes, wie in Fig. 3A und 3B gezeigt, von den Frames, die das Bild aufbauen, und
sagt die Spur eines sich bewegenden Objekts zwischen zwei Frames vorher. In dieser
Ausführungsform werden die Daten der zwei Frames pro 16 × 16 Pixels eines Blocks ein
gegeben, und die Luminanzkomponenten zwischen entsprechenden Blöcken werden
verglichen. Hierbei hat eine Abschnitt, in dem keine Bewegung vorliegt, einen sehr klei
nen Luminanzkomponentenwert, wohingegen ein Abschnitt, in dem eine Bewegung vor
liegt, einen großen Wert hat. Somit können die Blöcke, die das sich bewegende Objekt
enthalten, erfaßt werden. Diese Information wird außerdem an den Controller 50 über
tragen.
Das heißt, die Laufbildinformation wird aus dem Startframe fn und dem Endframe fE ei
nes jeden Bilds erhalten. Diese zwei Frames werden in zwei Framespeichern 10 und 20
gespeichert. Der Bewegungsvektordetektor 40 erhält die Differenz zwischen den zwei
Eingaben, die von den zwei Framespeichern 10 und 20 geliefert werden, wobei jeder in
der Einheit von 16 × 16 Pixeln eines Blocks aufgebaut ist, und vergleicht den Unterschied
mit dem Schwellwert, um einen Block auszuwählen, der den Schwellwert übersteigt.
Dieser Block wird als Bewegungsblock bezeichnet. Ein Bewegungsvektor MV, wie in Fig.
5 gezeigt, wird dadurch erhalten, daß der Ort des Bewegungsblocks für den Startframe
und den Endframe verwendet werden.
Eine Bildreproduktionseinrichtung 60 reproduziert das Originalbild unter Verwendung
der von dem Controller 50 gelieferten Framezahl, die zwischen dem Startframe und dem
Endframe, eingesetzt werden sollen, und dem Bewegungsvektor, der den Übergang der
Bewegung anzeigt. Die Framezahl, die eingesetzt werden soll, wird aus dem Startframe
fn und dem Endframe fE, wie durch folgende Formeln (2) beschrieben, erhalten.
Framezahl = fn - fE - 1 (2).
Dann wird die Bewegungsentfernung pro Pixel aus dem Bewegungsvektor, wie durch
folgende Formeln (3) und (4) beschrieben, erhalten.
x-Komponente des Bewegungsabstands = XE - XS (3)
y-Komponente des Bewegungsabstands = yE - yS (4).
Deshalb ist der Ort des Bewegungsblocks für den n-ten Frame, der eingesetzt werden
soll, gleich den folgenden Formeln (5) und (6).
Xm . X' + [(XE - XS)/(fE - fS - 1)] . n (5)
ym . y' + [(yE - yS)/(fE - fS - 1)] . n (6)
Während es andere Verfahren zur Verarbeitung des Startframes fn und des Endframes
fE gibt, ist die Kompression unter Verwendung der DCT das allgemeinste Verfahren.
Wie oben beschrieben, kann für Laufbildinformation mit relativ einfachen Hintergrund
und großer Redundanz die vorliegende Erfindung das Originalbild reproduzieren, wobei
Information über den Startframe und den Endframe eines Bilds, die Framezahl, die zwi
schen dem Start und dem Endframe eingesetzt werden soll, und den Bewegungsvektor
verwendet werden, im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren, in dem die Kom
pression für alle Frames, die das Laufbild aufbauen, durchgeführt wird. Dementspre
chend kann die Kompressionseffizienz für Information maximiert werden.
Deshalb ist es offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die spezielle Aus
führungsform, die hier als beste Form zur Durchführung der vorliegenden Erfindung an
zusehen ist, oder auf die speziellen hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt
ist.
Claims (5)
1. Eine Laufbildkompressionsschaltung, die Laufbildinformation pro Frame emp
fängt und eine Kompression/Codierung dieser durchführt, wobei die Laufbild
kompressionsschaltung aufweist:
eine erste Framespeichereinrichtung zum Speichern des Startframes der Laufbildinformation, die ein Bild aufbaut;
zweite und dritte Framespeichereinrichtungen zum Speichern zwei aufeinander folgenden Frames der Laufbildinformation;
eine Bildgrenzendetektionseinrichtung zum Detektieren einer Bildgrenze aus der Laufbildinformation der zwei aufeinanderfolgenden, von der zweiten und dritten Framespeichereinrichtung geliefert Frames;
eine Bewegungsvektordetektionseinrichtung zum Bestimmen eines Bewe gungsvektors aus der Laufbildinformation des Startframes und des Endframes;
eine Controllereinrichtung zum Erzeugen von zur Bildung eines Bilds erforderli chen Daten entsprechend der detektierten Bildgrenze und des Bewegungsvek tors; und
eine Bildreproduktionseinrichtung zum Reproduzieren eines übergangenen Frames unter Verwendung der durch den Controller erzeugten Daten, und Ein setzen desselben zwischen den Startframe und dem Endframe.
eine erste Framespeichereinrichtung zum Speichern des Startframes der Laufbildinformation, die ein Bild aufbaut;
zweite und dritte Framespeichereinrichtungen zum Speichern zwei aufeinander folgenden Frames der Laufbildinformation;
eine Bildgrenzendetektionseinrichtung zum Detektieren einer Bildgrenze aus der Laufbildinformation der zwei aufeinanderfolgenden, von der zweiten und dritten Framespeichereinrichtung geliefert Frames;
eine Bewegungsvektordetektionseinrichtung zum Bestimmen eines Bewe gungsvektors aus der Laufbildinformation des Startframes und des Endframes;
eine Controllereinrichtung zum Erzeugen von zur Bildung eines Bilds erforderli chen Daten entsprechend der detektierten Bildgrenze und des Bewegungsvek tors; und
eine Bildreproduktionseinrichtung zum Reproduzieren eines übergangenen Frames unter Verwendung der durch den Controller erzeugten Daten, und Ein setzen desselben zwischen den Startframe und dem Endframe.
2. Die Laufkompressionsschaltung nach Anspruch 1, in welcher die Bildgrenzen
detektionseinrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Ermitteln des Durchschnitts der Quadrate der Luminanz komponenten der entsprechenden Frames pro Pixel; und
eine Einrichtung zum Vergleichen des Durchschnitts mit einem vorbestimmten Schwellwert, und zum Bestimmen des entsprechenden Frames als Bildgrenze; wenn der Durchschnitt den Schwellwert übersteigt.
eine Einrichtung zum Ermitteln des Durchschnitts der Quadrate der Luminanz komponenten der entsprechenden Frames pro Pixel; und
eine Einrichtung zum Vergleichen des Durchschnitts mit einem vorbestimmten Schwellwert, und zum Bestimmen des entsprechenden Frames als Bildgrenze; wenn der Durchschnitt den Schwellwert übersteigt.
3. Die Laufbildkompressionsschaltung nach Anspruch 1, in welcher die Bewe
gungsvektordetektionseinrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Empfangen von Pixelblöcken in der vorbestimmten Ein heit, und zum Erhalten der Differenz zwischen diesen, wobei die Pixelblöcke den Startframe und dem Endframe eines Bilds aufbauen;
eine Einrichtung zum Vergleichen der Differenz mit einem vorbestimmten Schwellwert, und zum Erfassen eines Pixelblocks über dem Schwellwert als Bewegungsblock; und
eine Einrichtung zum Detektieren eines Bewegungsvektors entsprechend dem Ort des Bewegungsblocks.
eine Einrichtung zum Empfangen von Pixelblöcken in der vorbestimmten Ein heit, und zum Erhalten der Differenz zwischen diesen, wobei die Pixelblöcke den Startframe und dem Endframe eines Bilds aufbauen;
eine Einrichtung zum Vergleichen der Differenz mit einem vorbestimmten Schwellwert, und zum Erfassen eines Pixelblocks über dem Schwellwert als Bewegungsblock; und
eine Einrichtung zum Detektieren eines Bewegungsvektors entsprechend dem Ort des Bewegungsblocks.
4. Die Laufbildkompressionsschaltung nach Anspruch 1, in welcher die Bildrepro
duktionseinrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Ermitteln der Framezahl, die zwischen den Startframe und den Endframe eingesetzt werden sollen;
eine Einrichtung zum Ermitteln des Bewegungsabstands aus dem Bewegungs vektor pro Pixel; und
eine Einrichtung zum Ermitteln des Orts des Bewegungsblocks entsprechend des Bewegungsabstands, der Framezahl, die eingesetzt werden sollen, und der entsprechenden Framezahl.
eine Einrichtung zum Ermitteln der Framezahl, die zwischen den Startframe und den Endframe eingesetzt werden sollen;
eine Einrichtung zum Ermitteln des Bewegungsabstands aus dem Bewegungs vektor pro Pixel; und
eine Einrichtung zum Ermitteln des Orts des Bewegungsblocks entsprechend des Bewegungsabstands, der Framezahl, die eingesetzt werden sollen, und der entsprechenden Framezahl.
5. Ein Verfahren zum Codieren komprimierter Laufbildinformation, umfassend die
Schritte:
Teilen der Laufbildinformation, pro verwendetem Frame, in Startframe, Endfra me, und einen Frame, der benachbart zu dem Endframe vorliegt, und Spei chern derselben;
Detektieren einer Bildgrenze aus der Laufbildinformation der zwei benachbarten Frames;
Vorhersagen eines Bewegungsvektors aus der Laufbildinformation des Start frames und des Endframes; und
Erzeugen von Daten, die zum Aufbauen eines jeden Bilds entsprechend der detektierten Bildgrenze, dem ermittelten Bewegungsvektor, und der Framezahl bzw. Zahl der Frames, die zwischen den Startframe und dem Endframe einge setzt werden sollen, erforderlich sind, Reproduzieren eines übergangenen Fra mes unter Verwendung der erzeugten Daten, und Einsetzen des reproduzierten Frames zwischen den Startframe und dem Endframe.
Teilen der Laufbildinformation, pro verwendetem Frame, in Startframe, Endfra me, und einen Frame, der benachbart zu dem Endframe vorliegt, und Spei chern derselben;
Detektieren einer Bildgrenze aus der Laufbildinformation der zwei benachbarten Frames;
Vorhersagen eines Bewegungsvektors aus der Laufbildinformation des Start frames und des Endframes; und
Erzeugen von Daten, die zum Aufbauen eines jeden Bilds entsprechend der detektierten Bildgrenze, dem ermittelten Bewegungsvektor, und der Framezahl bzw. Zahl der Frames, die zwischen den Startframe und dem Endframe einge setzt werden sollen, erforderlich sind, Reproduzieren eines übergangenen Fra mes unter Verwendung der erzeugten Daten, und Einsetzen des reproduzierten Frames zwischen den Startframe und dem Endframe.
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GB9720488A GB2329781B (en) | 1996-03-11 | 1997-09-26 | Motion picture compression circuit and method using motion vector |
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Applications Claiming Priority (2)
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KR1019960006346A KR100217751B1 (ko) | 1996-03-11 | 1996-03-11 | 동영상정보 압축/복원장치 및 방법 |
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