DE240948T1

DE240948T1 - Verfahren und vorrichtung zur digitalen signalkodierung durch quantisierung.

Info

Publication number: DE240948T1
Application number: DE198787104960T
Authority: DE
Inventors: Garibaldi San Severo Conte (Foggia); Mario Montalenghe Guglielmo (To); Fabrizio Quiliano Oliveri (Savona)
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1986-04-07
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1990-09-06
Also published as: US4807298A; IT1190565B; DE3786412T2; DE3786412D1; DK169287A; EP0240948A2; DK169287D0; JPS62239728A; EP0240948B1; JPH0681104B2; IT8667273A0; EP0240948A3; CA1278867C; IT8667273A1

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Codieren eines Digitalsignals durch Vektorquantisierung, wobei man das Signal in Blöcke unterteilt, die in Aufeinanderfolge zu codieren sind und jeweils eine gegebene Anzahl von Abtastwerten umfassen, die gleichzeitig codiert werden, und jeder Block als Vektor darstellbar ist, der einen Punkt in einem n-dimensionalen Raum identifiziert (n = Zahl der Abtastwerte in einem Block) und &eegr; Komponenten aufweist, deren Werte die Werte der einzelnen Abtastwerte wiedergeben, dadurch gekennzeichnet, daß man für jeden zu codierenden Block die Koordinaten des Punkts im n-dimensionalen Raum in die Koordinaten eines Punkts in einem ein-dimensionalen Raum gemäß einem Abbildungsschema umformt, das im ein-dimensionalen Raum die Nachbarschaftseigenschaften des n-dimensionalen Raums aufrechterhält, und die so erhaltenden Komponenten mit den Werten der Koordinaten der Endpunkte einer Vielzahl benachbarter Intervalle im ein-dimensionalen Raum vergleicht, von denen jedem Intervall ein Index zugeordnet ist, der den codierten Wert der in das Intervall fallenden Punkte bildet, und daß beim Decodieren ein solcher Index einen Vektor aus einem früher festgelegten Codebuch, das aus den Mittelwerten der in dieses Intervall fallenden Vektoren besteht, auswählt.

U24Ü948

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abbildungsschema des n-dimensionalen Raums zum. ein-dimensionalen Raum durch Verwendung einer Raumfüllerkurve, speziell der Hubert'sehen Kurve, bewirkt, wobei eine solche Kurve den ein-dimensionalen Raum bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu codierenden Signale Bildsignale sind und die Werte der Punktkoordinaten Helligkeitswerte, und zwar tatsächliche oder im Hinblick auf einen Blockmittelwert normalisierte Helligkeitswerte, und Farbart-Komponentenwerte sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Bestimmen eines solchen Codebuchs die zu einer Lernfolge gehörenden digitalen Signale in Blöcke von &eegr; Abtastwerten aufspaltet; daß man für jeden Block die Koordinaten des repräsentativen Punkts im n-dimensionalen Raum in die Koordinaten eines Punkts im ein-dimensionalen Raum entsprechend dem die Nachbarschaftseigenschaften aufrechterhaltenden Abbildungsschema umformt; daß man die Koordinaten der Punkte im ein-dimensionalen Raum ordnet; daß man die Gruppe der geordneten Koordinaten entsprechend einem Gesetz, das den mittleren quadratischen Fehler minimalisiert, zur Bestimmung der Intervallmenge quantisiert; daß man die Werte der Koordinaten der Endpunkte der Intervalle speichert; und daß man die Mittelwerte der Koordinaten der Blöcke, die in jedes Intervall fallen, berechnet.

5. Verfahren nach Anpruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Koordinaten im ein-dimensionalen Raum dadurch ordnet, daß man ein Histogramm der Koordinaten unter Begrenzung der Anzahl der Werte, die eine Koordinate annehmen kann, erzeugt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Begrenzung durch ein Abschneiden der die Koordinaten wiedergebenden Wörter bewirkt.

024Ü348

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Begrenzung dadurch bewirkt, daß man den Wert der allgemeinen Koordinate in Bezug zum Maximalwert, den eine Koordinate annehmen kann, entsprechend der Beziehung

fll ~^K · ^H1

normalisiert, wobei Hi = der normalisierte Wert der allgemeinen Koordinate Hi, H^ = der Maximalwert, K = die Zahl der für das Histogramm zu verwendenden Intervalle.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Koordinaten dadurch ordnet, daß man eine Liste der Koordinatenwerte erstellt und die Akkumulierung spunkte dieser Koordinaten identifiziert.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Koordinaten dadurch ordnet, daß man eine Liste der Koordinatenwerte erstellt und die aus der Lernfolge extrahierten . Punkte in eine Anzahl von Gruppen gleich der vorgegebenen Zahl von Intervallen so verteilt, daß alle Intervalle die selbe Zahl von Punkten enthalten, wobei die Koordinaten der Endpunkte eines Intervalls die Mittelwerte der Koordinaten des letzten (ersten) Punkts einer Gruppe und des ersten (letzten) Punkts der nachfolgenden (vorhergehenden) Gruppe sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Codebuch während des Codierens periodisch fortgeschrieben wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Codebuch bei jedem Codiervorgang berechnet wird.

12. Vorrichtung zum Codieren eines Digitalsignals durch Vektorquantisierung, wobei das Signal in Blöcke unterteilt wird, die in Aufeinanderfolge zu codieren sind und jeweils eine gegebene Anzahl von Abtastwerten umfassen, die gleichzeitig codiert werden, und jeder Block als Vektor darstellbar ist, der einen Punkt in einem n-dimensionalen Raum identifiziert (n = Zahl der Abtastwerte in einem Block) und &eegr; Komponenten aufweist, deren Werte die Werte der einzelnen Abtastwerte wiedergeben, und wobei die Vorrichtung aus einem Codierer (COD) und einem Decodierer (DEC) besteht, von denen der Codierer eine das zu codierende Signal in Blöcke teilende und für jeden Block die Koordinaten eines repräsentativen Punkts im n-dimensionalen Raum berechnete Einrichtung (STB) umfaßt und der Decodierer eine den Block von Abtastwerten, ausgehend von einem Vektor, wieder aufbauenden und die Blöcke zu einem decodierten Signal kombinierende Einrichtung (BTS) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer (COD) weiterhin enthält:

- eine erste logische Schaltung _ (MH), die für jeden Block die Koordinaten eines Punkts berechnet, der in einem ein-dimensionalen Raum dem Punkt entspricht, der für den Block im n-dimensionalen Raum repräsentativ ist;

- einen ersten Speicher (QL), der die Werte der Koordinaten der Endpunkte einer Vielzahl von Intervallen, in die der ein-dimensionale Raum eingeteilt ist, sowie einen jedem Intervall zugeordneten Index speichert;

- eine logische Vergleichsschaltung (Qi), die die eindimensionale Koordinate jedes zu codierenden Signalblocks empfängt, diese Koordinate mit den Koordinaten der Endpunkte der Intervalle zum Feststellen des Intervalls, in das die Koordinate fällt, vergleicht, und im ersten Speicher (QL) den Wert des Indexes dieses Intervalls liest und ihn als codiertes Signal abgibt;

und daß der Decodierer (DEC) einen zweiten Speicher (CBR) umfaßt, der beim Lesen durch diese Indizes adressiert ist und ein Codebuch speichert, das aus den Mittelwerten der Signalblöcke, die in jedes Intervall fallen, besteht.

-5- Ü24Ü348.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Coderier (COD) eine Einrichtung zum Berechnen und/oder Fortschreiben des Codebuchs enthält, die besteht aus:

- einer Einrichtung (LIM, HIST) zum Ordnen der Werte der ein-dimensionalen Koordinaten, die von der ersten logischen Schaltung (MH) geliefert werden;

- einer Vorrichtung (QG) zum Quantisieren der geordneten Koordinatengruppe, wobei diese Vorrichtung die Werte der Endpunkte der Intervalle des ein-dimensionalen Raums bestimmt und sie zum ersten Speicher (QL) liefert;

- einer Mittelwert-Berechnungsvorrichtung (LTU), die für jeden Signalblock die Werte der Koordinaten dieses Block im n-dimensionalen Raum von der Einrichtung (STB) zum Unterteilen der Signale in Blöcke empfängt, die Indizes von der logischen Vergleichsschaltung (Qi) empfängt und für jedes Intervall den Mittelwert der Blöcke, deren Koordinaten im ein-dimensionalen Raum in dieses Intervall fallen, berechnet, wobei die Mittelwerte in den Speicher (CBR) des Decodierers überführt werden, wenn die Erstellung oder das Fortschreiben des Codebuchs gefordert wird.

14· Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ordnen der Koordinatenwerte eine Schaltung (LIM) umfaßt, die die Zahl der Werte, die die Koordinaten annehmen können, begrenzt, sowie einen zweiten Speicher (HIST) umfaßt, der eine Zahl von Stellen gleich der begrenzten Zahl von Werten aufweist und an jeder Stelle die Nummer der Blöcke speichert, die den bestimmten Koordinatenwert haben.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer und der Decodierer durch einen Mikroprozessor (CPU) gebildet sind, dem ein Großspeicher (BD) zum Speichern des Codebuchs und/oder der codierten Signale zugeordnet ist und dem eine Tastatur zugeordnet ist, die die Wahl einer oder mehrerer von verschiedenen Betriebsweisen ermöglicht, nämlich die Wahl: der Codebucherzeugung; der Codierung eines Signals; des Lesens-Schreibens des Codebuchs und/oder des codierten Signals im Großspeicher; und des Sendens des Codebuchs und/oder des codierten Signals zu ei aor-eatf ernten - Vorrichtung.