DE2460654A1

DE2460654A1 - Verfahren und einrichtung zum codieren eines gegebenen informationssignals

Info

Publication number: DE2460654A1
Application number: DE19742460654
Authority: DE
Inventors: Walter Bernhard Schaming
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1975-07-10
Also published as: AU7669774A; JPS50127506A; GB1488912A; FR2256593A1

Description

7757-74/fcö/S
EOA Docket 67344
US-SN 427 940
Convention Date:
December 26, 1973

EGA Corporation, New York, N.T., V.St.A.

Verfahren und Einrichtung zum Codieren eines gegebenen Informationssignals

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Codieren eines gegebenen Informationssignals, das durch eine erste Matrix aus η χ η das gegebene Informationssignal" darstellenden Signalen ausgedrückt ist. Sie betrifft ferner eine Einrichtung zum Codieren eines gegebenen Informationssignals, das durch eine in einer ersten Anordnung gebildete erste Matrix aus η χ η Signalen, die insgesamt dem gegebenen Informationssignal entsprechen, ausgedrückt ist. Das Verfahren sowie die Einrichtung eignen sich insbesondere für die Anwendung zur Kompression der Übertragungsbandbreite von Videobildinformationen.

Die Übertragung und Speicherung von Videobildern hat seit einiger Zeit in starkem Maße das Interesse der Forscher gefunden. Es handelt sich dabei um ein Gebiet, das unmittelbar mit der Fernseh- und Faksimileübertragung zusammenhängt. Ein großer Teil der derzeitigen Arbeiten auf diesem Gebiet ist dem Studium der Methoden und Mittel zur Übertragung und/oder Speicherung von Videoinformation in digitaler Form gewidmet.

Wo immer von der Übertragung und/oder Speicherung von

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Videoinformationssignalen die Rede ist, spielt unvermeidlich, das Problem der Bandbreitenkompression eine Rolle. Häufig hat man es mit Übertragungskanälen fester Kapazität zu tun, beispielsweise im lalle einer Telephonleitung, eines Koaxialkabels oder einer lunkübertragungsstrecke. Kompression oder Zusammendrückung der Bandbreite bedeutet eine Vergrößerung der Menge an Information, die über einen Uaehriohtenkanal fester Kapazität übertragen werden kann. Handelt es sich um die Übertragung von Videoinformation in Digitalform, so bedeutet Bandbreitenkompression gewöhnlich die Forderung nach einer derartigen Codierung des Bildinhalts, daß die Gesamtanzahl von für die Darstellung des Bildes erforderlichen Bits verringert wird.

Eine allgemeine Verfahrensweise dieser Art besteht darin, daß man vor der Übertragung die Redundanz in einem gegebenen Bild beseitigt. Eine Redundanz besteht in Bildbereichen mit nur geringer Änderung des Graupegels, beispielsweise in den Hintergrundbereichen eines Bildes. Bekannte Methoden zur Entfernung von redundanter Information aus Bildern bestehen in der Übertragung eine3 Codes statt des Informationssignales selbst, der Lauflängencodierung (run length coding) von Videoinformation und der Deltamodulation von Digitalsignalen. Alle diese Methoden haben zum Zweck, die Menge an zu übertragender Information zu verringern, so daß ein Nachrichtenkanal fester Kapazität besser ausgenutzt werden kann.

Eine andere bekannte Methode besteht darin, daß man eine Matrix von Helligkeitswerten erzeugt, diese Matrix transformationscodiert und dann vor der Übertragung die Transformationskoeffizienten ausdünnt und quantisiert. Mit dieser Methode sind recht gute Resultate bei Verwendung von 0,75 bis 1,25 Bits pro Bildelement zur Darstellung des Bildes erzielt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese letzt- genannte Methode noch weiter zu verbessern.

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_ 3 —

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungs~ gemäß dadurch gekennzeichnet, daß aus der ersten Matrix eine zweite Matrix aus 2n x. 2n Signalen abgeleitet wird, die eine achsenmäßige Symmetrie zu einem x-y-Achsenkreuz mit Ursprung im Matrix-Mittelpunkt aufweist; und daß diese zweite Matrix mit einer zweidimensionalen Transformation unter Gewinnung einer Anzahl von den Transformationskbeffizienten entsprechenden Signalen, die das gegebene Informationssignal darstellen, transformationscodiert wird.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine zweite Anordnung, die aus Signalen in der ersten Matrix eine zweite Matrix aus 2n χ 2η Signalen ableitet, die eine achsenmäßige Symmetrie zur einem x-y-Achsenkreuz mit Ursprung im Matrix-Mittelpunkt aufweist; und durch einen Transformationscodierer, der aus der zweiten Matrix den Koeffizienten einer zweidimensionalen Transformation der zweiten Matrix entsprechende Signale, die dem gegebenen Informationssignal entsprechen, gewinnt.

Me Erfindung ist zwar nachstehend an Hand einer Ausführungsform erläutert, bei der es sich um die Codierung eines Yideobildes vor der Übertragung handelt; jedoch sind das Verfahren und die Einrichtung darüber hinaus= zur Codierung beliebiger Informationssignale mit dem letztlichen Ziel, die für die Darstellung.des ursprünglichen Informationssignals erforderliche Informationsmenge zu verringern, anwendbar. Im Zusammenhang mit der Bilddarstellung wurden erfindungsgemäß Bilder hoher Güte aus weniger als 0,75 Bits pro Bildelement mit geringerem Aufwand als bei vielen der bekannten "Methoden gewonnen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Diagramm, das die Aufteilung eines Bildes in Teilbilder veranschaulicht;

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Figur 2 ein Diagramm, das eine η χ η-Matrix von Helligkeitswerten für eines der Teilbilder nach Figur 1 wiedergibt;

Figur 3 ein Diagramm, das die Art und Weise der Ableitung einer zweiten Matrix aus 2n χ 2n Bildwerten veranschaulicht;

Figur 4 ein Diagramm, das eine hypothetische Beziehung zwischen Helligkeitswerten und dazugehörigen Orten oder Stellen für eine Zeile der Matrix nach Figur 2 wiedergibt;

Figur 5 ein Diagramm, das die periodische Darstellung der Zeile nach Figur 4 wiedergibt;

Figur 6 ein Diagramm, das eine hypothetische Beziehung zwischen Helligkeitswerten und den dazugehörigen Orten oder Stellen für die gleiche Zeile nach Formatierung oder Transformation in die Matrix nach Figur 3 wiedergibt;

Figur 7 ein Diagramm, das die periodische Darstellung der Zeile nach Figur 6 wiedergibt;

Figur 8 das Blockschaltschema einer Einrichtung zum Codieren und Übertragen eines Bildes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Figur 9 ein Biocksehaltschema einer Ausführungsfo rm der Einrichtung zum Empfangen und Decodieren der mit der Einrich- tung nach Figur 8 gewonnenen Signale»

Wie in Figur 1 veranschaulicht, kann ein gegebenes Bild als aus MxN Bildelementen zusammengesetzt aufgefaßt werden. Ein Bildelement ist definiert als ein Maß der Helligkeit des Bildes an der betreffenden Stelle, wo das Bild abgetastet, d.h. in seinem Bildwert erfaßt wird. Das Bild nach Figur 1 kann in einer Anzahl von Unter- oder Teilbildern zerlegt oder unterteilt werden. Jedes Teilbild, in Figur 1 als Quadrat dargestellt, umfaßt η χ η Bildelemente. Bei der nachfolgenden Beschreibung ist vorausgesetzt, daß jedes Teilbild 16 Bildelemente umfaßt, so daß η gleich 4 ist. Jedoch kann η jeden beliebigen zweckmäßigen Wert haben, wobei dieser Wert typischerweise in den Bereich von η = 4 bis η = 16 fällt.

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Figur 2 zeigt ein typisches TeilMld aus Figur 1 mit .den Bildelementen b. _., die an ihren relativen Orten innerhalb des Teilbildes erscheinen. Wie erinnerlich, stellen die Bildelemente nach Figur 2 die Helligkeit.sw.erte abgetasteter oder erfaßter Orte oder Stellen, innerhalb des Bildes dar. -..__.

Gemäß dem Stand der Technik kann die· durch die Bildelemente nach Figur 2 gebildete Matrix jetzt t:ransformationscodiert werden. Hierfür können verschiedene zweidlmensionale Transformationen verwendet werden.- Beispielsweise hat man, zu diesem Zweck die Fourier-, die Hadamard- und die Earhunen-Loeve-^Transformation verwendet. Es wurde jedoch gefunden, daß die Fourier-Transformation für das Godierungsverfahreri besondern zweckmäßig ist, und bei der nachstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird von dieser Transformation Gebrauch gemacht. Die Fourier-transformation und die ent-" sprechende Umkehrung (Inversion) ist durch die nachstehenden Gleichungen (1) und (2) gegeben; und mit dieser Transformation wird jedes der .Teilbilder.des-Bildes nach.Figur 1 codiert.

τ? - 1 M-1 " H-1

km"■+

(D

worin k = 0,1, .*., M-1 und i =^;Ö, 1,. ..^:.y U-'

(2)

Die diskrete Fourier-Transformation ist einer Fourier-Reihenentwicklung äquivalent, so daß die Transformation jedes transformierte Teilbild so behandelt oder betrachtet,' als'* '-'■: wäre es eine Periode einer zwe.idimens'io'riälen periodischen Funktion. Bei Betrachtung als zw'eidimeiisionäle periodische Funktion weist die Helligkeitsmatrix nach Figur 2 im allge-

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-meinen Differenzen der Helligkeitswerte an gegenüberliegenden, Rändern des Teilbildes auf. Diese Differenzen oder Unterschiede der Helligkeitswerte an gegenüberliegenden Rändern des T_eilbildes rufen Diskontinuitäten in der periodischen Funktion hervor. Das Vorhandensein dieser Diskontinuitäten bedeutet das Auftreten von Hochfrequenzenergie im Transformationsbereich. Einige auf diesem Gebiet tätige Forscher haben die Verwendungeiner.zusätzlichen Zeile und einer zusätzlichen Spalte, für .eine Helligkeitsmatrix nach Art der Figur 2 vorgeschlagen, wobei diese zusätzliche Zeile und Spalte Helligkeitswerte aufweisen, die dein Mittelwert der ' Bildwerte an den gegenüberliegenden Teilbildrändeni· entsprechen. Damit ist man bestrebt, ■ die erwähnten Diskontinuitäten etwas auszuglätten. /

Nimmt man die. zweidimensionale Fourier-Iransformatioii einer Teilbildmatrix nach, Art der Figur 2 mit 4x4 Bildelementen, so werden 16 komplexe Koeffizienten im Fourier-Bereich erzeugt. Da jedoch.die erfaßten oder abgetasteten Bildwerte oder Bildelemente reell sind, weisen die komplexen Koeffizienten eine konjugierte Symmetrie durch den Ursprung oder zum Ursprung auf. Daher sind, nur die^Hälfte der Bildwerte unabhängig, und ein. 4 x 4-Teilbildkann durch 8 Koeffizienten vollständig bestimmt werden. Jedoch ist jeder der 8 Koeffizienten eine komplexe Zahl, und sind daher 16 Zahlen erforderlich, um die Amplitude und die Phasenwinkel der 8 komplexen Zahlen zu bestimmen. Fachleute haben festgestellt, daß die Phaseninformation äußerst wichtig ist. In bestimmten Fällen kann es bei der Codierung der Amplitude und Phase der komplexen Koeffizienten sogar sein, daß für' die Darstellung, der. Phase mehr Bits gebraucht werden als für- die Darstellung der Amplituden.

Erfindungsgemäß ist eine Methode vorgesehen, die das durch Diskontinuitäten in den periodischen Funktionen bedingte Hochfrequenzenergieproblem vermeidet, während zugleich garantiert ist, daß die Phaseninformation von den Transformationskoeffizienten genau erhalten bleibt. In Figur 3 ist die 4x4-Matrix von Helligkeitswerten in eine zweite Matrix aus 8 χ 8-

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Helligkeitswerten umgeformt vrorden. Die neue Matrix weist gleichmäßige Symmetrie zu einem x-y-Achsenkreuz mit Ursprung im Mittelpunkt der Matrix nach Figur 3 auf. Auf der x-Achse oder der y-Achse liegen keine Tast- oder Bildwerte. Die Matrix nach Figur 3 kann als dadurch erzeugt gedacht werden, daß man die Matrix nach Figur .2 um die positive y-Achse faltet und anschließend die entstehende 4 x 8-Teilmatrix über die volle x-Achse faltet. Das Resultat dieser Umformungs- oder Formatierungsmethode ist eine 8 χ 8-Matrix mit gleichmäßiger Symmetrie sowohl zur x-Achse als auch zur y-Achse.

Wie erinnerlich sind, wenn das ursprüngliche 4 x 4-Teilbild nach Figur 2 transformiert wird, 16 unabhängige Zahlen erforderlich, um das Teilbild zu bestimmen oder zu spezifizieren. Bei der Transformation des achsensymmetrischen 8x8-Teilbildes unter Verwendung der zweidimehsionalen Fourier-Transformation sind in den'resultierenden 64 Fourier-Koeffizienten nach wie vor nur 16 unabhängige Zahlen enthalten. Dies rührt daher, weil die Transformation einer Funktion, die achsensymmetrisch in beiden Richtung ist, Koeffizienten erzeugt, die rein reell und gleich in sämtlichen Quadranten sind. Da die Transformation des achsensymmetrischen Teilbildes rein reell ist, sind die Phasenwinkel genau Null und brauchen nicht berücksichtigt zu werden. Ferner entfällt das zuvor erörterte Diskontinuitätsproblem in der periodischen Funktion, so daß äußere oder fremde Hochfrequenzenergie aus dem Spektrum entfernt wird. Dieses Resultat soll an Hand der Figuren 4 bis demonstriert werden.

Es sei angenommen, daß die ursprünglichen Tastwerte oder Bildelemente aus der zweiten Zeile nach Figur 2 die in Figur angegebenen Helligkeitswerte haben. Diese selbe Zeile von T stwerten oder Bildelementen in der periodischen Funktion der Transformation würde die in Figur 5 gezeigte Form annehmen. Figur 5 zeigt deutlich das Diskontinuitätsproblem auf, das sich ergibt, wenn man die periodische Funktion nimmt. Demgegenüber zeigt Figur 6 Bildelemente des erweiterten achsensymmetri-

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sehen 8 χ 8-Teilbildes aus der zweiten Zeile nach Figur 5. Die periodische Wiedergabe der gleichen Zeile im symmetrischen Teilbild ist in Figur 7 gezeigt. Man sieht in Figur 7 deutlich, daß die in Figur 5 vorhandenen Diskontinuitäten fehlen, so daß bei der Transformation des achsensymmetrischen Teilbildes nach Figur 3 keine künstliche Hochfrequenzenergie in das Spektrum eingeführt wird.

Die Reihendarstellung des von der achsensymmetrischen Transformation stammenden Bildes konvergiert schnelLer als die Eeihendarsteilung des von der geraden Transformation stammenden Bildes. Ein Resultat der achsensymmetrischen Transformation ist es, daß in den niedrigerstelligen Ausdrücken der Reihe mehr signifikante Videoinformation enthalten ist als im Falle der Reihendarstellung der geraden Transformation. Die Konvergenz der beiden Transformationen ist natürlich bei den nachstehend zu erläuternden Auslichtungs- und Quantisierungsverfahren relevant.

Die Verringerung der Anzahl von für die Darstellung eines Bildes erforderlichen Digitalbits kommt durch die Auslichtung und Quantisierung der Koeffizienten im Transformationsbereich vor der Übertragung zustande. Der erste Schritt bei der koeffizienten Auslichtung verlangt, daß die Koeffizienten nach ihrer Varianz geordnet werden. Und zwar werden die Koeffizienten effektiv aufgrund des Energiegehaltes, den sie verkörpern, geordnet.

Nachstehend sind einige der populäreren Methoden zur Auslichtung von Koeffizienten angegeben. Die einfachste Methode besteht darin, daß man die ersten -η Koeffizienten, geordnet nach der Varianz, in der Transformationsebene behält, d.h. eine feste Anzahl von Koeffizienten für jedes Teilbild. Keine zusätzliche Buchhaltung oder Buchung ist erforderlich, da die gleiche Anzahl von Koeffizienten für jedes Teilbild im Gesamtbild übertragen wird. Der Faktor *η wird durch Prüfung der Varianzen der Koeffizienten ermittelt. Die nächste Methode

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besteht darin, daß man jeweils die ·η größten Koeffizienten-, geordnet nach ihrer Varianz, in jedem Teilbild beibehält, zum Unterschied von der Methode der Beibehaltung eines festen Satzes für jedes Teilbiid. Diese zweite Methode erfordert zusätzliche Buchungsbits, die anzeigen, welche Koeffizienten übertragen werden. Beide Methoden lassen sich an den örtlichen Bildinhalt anpassen, indem man ηfür jedes Teilbild durch Schwellenpegelung der erhaltenen Energiemenge variieren läßt. Dies erfordert, daß -η ebenfalls für jedes Teilbild übertragen wird. ...

Nach dem Auslichten der Teilbildkoeffizienten müssen die verbleibenden Koeffizienten vor der Übertragung quantisiert werden. Das einfachste Quantisierungsschema besteht darin,daß jeder Koeffizient nach seiner mittleren Abweichung (Variabilitätsindex) σ normaiieie'rt wird, so daß sämtliche Koeffizienten den gleichen Quäntisierer. oder Zuordner verwenden können und die gleiche Anzahl von Bits zugewiesen erhalten. Eine andere Methode der Quantisierung besteht darin, daß die Koeffizienten nach ihrem Variabilitätsindex C normalisiert werden, wobei jedoch die Anzahl der den Koeffizienten zugeordneten Bits sich ändert. Die Anzahl der zugeordneten Bits kann dabei der koeffizienten Varianz proportional gemacht werden.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Prüf- oder Testbild in Streifen von Teilbildern unterteilt, wie in Figur 1 gezeigt. Jeder Streifen von Teilbildern wird unabhängig von allen anderen Streifen codiert. Jedes Teilbild in einem gegebenen Streifen wird dann in ein achsensymmetrisches 8 χ 8-Teilbild umgeformt und transformiert. Die Varianzen der Koeffizienten aus sämtlichen Teilbildern in einem Streifen werden dann errechnet. Es wurde gefunden, daß von den resultierenden Koeffizienten, die ihrerseits in Matrixform gebracht werden können, nur einige wenige nahe dem Ursprung der Koeffizientenmatrix für eine angemessene Darstellung des ursprünglichen Teilbildes erforderlich sind. Betrachtet man also die Varianzen der Koeffizienten aus sämtlichen Teilbildern

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eines gegebenen Streifens, so ist eine große Anzahl von Koeffizienten, die sich in gewisser Entfernung vom Ursprung der aus der Transformation entwickelten koeffizienten Matrix befinden, entbehrlich.

Nach vorgenommener Auslichtung werden mit Hilfe einer 6-Bit-Quantisierung die verschiedenen Werte oder Pegel der Koeffizienten dargestellt. Die Quantisierung erfolgt in der Weise, daß man ermittelt, in welchen Wertebereich ein Koeffizientenamplitudenpegel fällt, und dann die 6 Bits überträgt, die den betreffenden Pegel bezeichnen, so daß der Koeffizient am Empfangsende des Systems rekonstruiert werden kann«,

Vorstehend ist also eine Methode beschrieben, nach der ein Informationssignal so codiert wird, daß die Anzahl der für die Darstellung dieses Informationssignals erforderliehen Informationsbits verringert werden kann. Nachstehend wird an ^; Hand von Blocischaltbildern eine Ausführungsform der-Einrichtung zur Durchführung des- genannten Verfahrens' beschrieben. -

Die Anordnung nach Figur 8 enthält einen Abtaster 20 als Informationssignalquelle. Der Abtaster 20 kann eine herkömmliche Vorrichtung, die abgetasteter Videoinformation entsprechen de Digitalsignale erzeugt, oder eine Vorrichtung sein, die ein Analogsignal liefert und der vorzugsweise ein Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist. Somit kann man für den Abtaster 20 eine Fernseh-Vidikonröhre, einen Faksimile-Abtaster, beispielsweise in Form eines Lichtpunkt-Abtasters, einen Laser-Abtaster oder eine Matrixanordnung von Photodioden' oder ladungsgekoppelten Bauelementen verwenden.

Der Abtaster 20 ist an einen ersten n-Abtast~Pufferspeicher 22 und an einen zweiten η-Abtaster-Pufferspeicher 24 angekoppelt. Während der eine Pufferspeicher, beispielsweise 22, gefüllt wird, wird der andere Pufferspeicher, in diesem Fall 24, ausgelesen. Die Informationssignale werden so in die Puffer-

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speicher 22 und 24 eingelesen und wieder ausgelesen, daß das System nach Figur 8 in Echtzeit oder "Real Time" arbeiten kann. So werden bei der vorliegenden Ausführungsform vier Zeilen eines jeweiligen Teilbildes in den Pufferspeicher 22 eingelesen, und während die nächsten vier Zeilen des folgenden Streifens in den Pufferspeicher 24 eingelesen werden, wird der erste Streifen von im Pufferspeicher 22 gespeicherten Teilbildern ausgelesen*

Die aus den Pufferspeichern 22 und 24 ausgelesenen Heilig keitswerte werden in einen'Datenumformer 26 gegeben. Der Datenumformer 26 enthält die Schaltung zum Umformen der 4 x 4-Teilbilder, welche die Pufferspeicher 22 und 24 anliefern, in achsensyinmetrische 8 χ 8-Matrizen. Die umgeformten 8x8-Hatrizen werden dann einem Schnell-Fourier-Transformationsnetzwerk (ITT) 28 zugeleitet. Im Netzwerk 28 wird die zweidimensionale Fourier-Transformation errechnet, und die am Ausgang des Netzwerkes 28 erzeugten Signale entsprechen den Koeffizienten der Jeweils errechneten Transformation. Die den Koeffizienten der Transformation entsprechenden Signale werden dann der Schaltung im Block 30 zugeleitet.

Die Schaltung im Block 30 besorgt das Ordnen, Auslichten und Quantisieren der Signale, die den ein gegebenes Teilbild darstellenden Koeffizienten entsprechen. Nach der Quantisierung werden die ein jeweiliges Teilbild darstellenden Digitalsignale in der leitung 32 für die Übertragung an eine Empfangseinrichtung über ein Übertragungsmedium bereitgestellt. Als Über— tragungsmedium können Telephonleitungen, Koaxialkabel, Punkübertragungsstrecken oder dergl. dienen.

Figur 9 zeigt die Empfangseinrichtung, wo die zuvor codierten Digitalsignale, die ein gegebenes Teilbild darstellen, vom Übertragungsinedium über die leitung 40 empfangen werden. Die Signale werden zunächst im Decodierer 42 decodiert, so daß die Koeffizienten der zweidimensionalen Fourier-Transformation des betreffenden Teilbildes rekonstruiert werden. Die im De-

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codierer 42 erzeugten Signale werden dann einem Schnell-Fourier-Transformationsnetzwerk (SS¹T) 44- zugeleitet, das die Umkehrungstransformation vornimmt. Das heißt, die Schaltung im Block 44 bearbeitet die die Koeffizienten der IOurler-Transformation darstellenden Signale so, daß ein® gleite von Signalen erzeugt wird, die der zuvor beschriebemäp B[% 8-Helligkeitsmatrix entsprechen. Die die rückgewandelte 8.x 8-Matrix darstellenden Signale werden dann dem Sückfonner #6 zugeleitet, wo die rekonstruierte 8 χ 8-Matrix in die ursprüngliche 4 x 4-Matrix von Helligkeitswerten zurückgewandelt wird. Der Rückformer 46 kann typischerweise mit einer Pufferung beim Vorgang der Umformung der einen in die andere Matrix arbeiten. Sobald die Signale in eine entsprechende ursprüngliche 4 x 4-Matrix von Helligkeitswerten rückgewandelt sind, können diese entstehenden Signale einem Bilddarsteller (nicht gezeigt) zugeleitet werden, wo die das betreffende Teilbild darstellende Videoinformation in visueller JPo.rm wiedergegeben wird.

Vorstehend sind also ein Verfahren und eine Einrichtung zum zweckmäßigen Codieren eines Informationssignals, insbesondere eines Videoinformationssignals, in solcher Weise beschrieben, daß auf zweckmäßige und wirtschaftliche Weise eine Datenkompression erzielt wird.

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Claims

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Verfahren· -zum- Codieren eines gegebenen Informations— signals-, das durch-eine erste Matrix aus η χ η das gegebene ^: Info-rmätiöiiss;l.gnai darstellenden Signalen ausgedrückt ist, d.a d: ύ r c^vÄ,Ä₅g|i# k e^rn η ζ -ei c -h 'n e % ^:, - daß aus der ersten ^;Matri^:x."e-ipe.-zweite Matrix aus '2h x- 2n'Signalen' äbge- ■ leitet wiidy -äi-öUeine achsenmäßige Symmetrie-'zu eiiiein -.x-y— '.· Achsenkreuz mi-t *Ifrsprung im: Matrix-Mittelpunkt aufweist! und daß diese zweite-Äta?ix mit 'einer zweidimensionalen Trans-' ^:. formation unter 'Gewinnung einer "Anzahl von' den Trails forma— ■ -tionskoeffizienten; entsprechenden Signalen, die das gegebene -InformationsB-ignaid.aa?stellen, t'ransf ormationscodiert wirdv

:. B. ,-TferiEahuen--nach Anspruch t, wobei das gegebene Informationssignal -ein'etf. entsprechenden Teil·.eines' Bildes darstel-ltv d. ad u -r c h" _; g;,e k en η ζ e i c" h n; e^!:ⁱt , daß. bei der > Transformationscodierung der zweiten Matrix eine Anzahl -von· Signalen erhalten werden, die den gegebenen Teil des Bildes därsteilenden Tränsformatiohsköeffizienten' entsprechen.

3. Verfahren hacn Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ eic h η e t""', 'daß die Trans formätionsköeffizientensignale aufgrund des durdh sie dargestellten Energiegehaltes geordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Transformationskoeffizientensignale in den geordneten Transformationskoeffizientensignalen beibehalten werden, die oberhalb eines bestimmten Energiegehaltspegels liegen; und daß die unterhalb dieses Pegels liegenden der Transformationskoeffizientensignale entfernt werden.

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5. Verfahre® nach Anspruch 4_t -_·&■& d.,.u-r..c h g e — kenn ζ e i. f h η e t _r daß die beibehaltenen Transformationskoeffizleiatensignare mit einem vorbestiirpten Faktor ■.».■■ · normalisiert werden und daß die normalisierten -TransfoarniatigHskoeffizlentensignale mit Digitalsignalen, welche die Amplitudenpegel der Bormallgierten TransformationskoeffiZientensignale darstellen, cpiantisiert werden-.·, , ■ ■■. " _; . ...

•6-, Terfahren nach, einem der Yorhergehenden Ansprüche, .>;■_. d a. d u r e Ά . g e k e η n,_:2 e- i . o-.Ji'. η e t , ..daß die Digitalsignale über ein tJbertragiingsmediinn nach einer Empfangseinrichtung: .übertragen werden. ·- .. , ;■ . -j -■ ..

.7. Verfahren zim Codieren einer Anzahl von ein gegebenes Bild darstellenden Yideoinfpmationssignalen-j..^ da_; d,u r c h. g e k es n-z-_e ich n-.e t _t daß, das Bild; abgetastet und dabei; die Tideoinformatipnssigjiale erzeugt ,werden, -von /denen _v ., jeweils einzelne Gruppen Teilbildern des Bildes entspi^clieni ,. daß den einaelneaa. Teilbildern.entspreohende Jfatrizen aus ;;.;■· η χ η Videoinformationssignalen erzeugt werden;, daß aus den einzelnenη χ η-Matrizen jeweils Matrizen von 2n χ 2n Video- . informations Signalen frzeugt werden, deren,.jede achsen-: symmetrisch zu einem x-y-Achsenkreuz mit Ursprung im Mittelpunkt der betreffenden 2n χ 2n-Matrix ist;. daß jede der. 2n χ 2η-Matrizen mit einer zweidimensionalen Transformation trans- . -<■ , formations codiert wird, wobei eine Anzahl von _:V den _rTransf orma-. tionsko.effizienten der. einzelnen Teilbilder entsprechenden Signalen., erhalteiL·..wird.| daß, die einzelnen den Transformationskoeffizienten, entsprecherideji ,Signale entsprechend dem Energiegehalt, den. sie darstellen, geordnet,werden;„daß diejenigen den. Transformationskoeffizienten entsprechenden Signale,,deren en-fesprechendert.Energiegehalt, oberhalb eines_: gegebenen Wertes liegt, beibehalten werden; daß die Amp].itudenpegel des Energiegehalts der. beibehaltenen Signale mit.Digitalsignalen guantisiert werden; und daß die Digitalsignale über, ein Übertragungsmedium an eine Empfangseinrichtung übertragen werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet , daß die für die Transformationscodierung verwendete zweidimensionale Transformation eine zweidimensionale Fourier-Transformation ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Videοinformationssignale sequentiell erzeugt und in Gruppen aufgeteilt werden, deren jede je einem der Teilbilder des Bildes sowie je einer der η χ η-Matrizen von Videoinformationssignalen entspricht; daß jeweils eine der Gruppen von Videoinformationssignalen in einen ersten Speicher eingelesen und anschließend wieder ausgelesen wird; daß die nachstäuftretende Gruppe von Videoinformationssignalen in einen zweiten Speicher eingelesen und anschließend wieder ausgelesen wird, wobei die Speicherung im zweiten Speicher stattfindet, während der erste Speicher aus- gHß^&ßßjL wird, und die Auslesung des zweiten Speichers statt- ■ -_r;£lndet, während die Speicherung der nächstauftretenden Gruppe erfolgt; und daß bei der Erzeugung der 2a. χ 2n-Matrizen die vom ersten und vom zweiten Speicher ausgelesenen Videoinformationssignale in 2n χ 2n-Matrizen für die Verwendung bei der Transformationscodierung umgeformt werden.

10. Einrichtung zum Codieren eines gegebenen Informationssignals, das durch eine in einer ersten Anordnung gebildete erste Matrix aus τι χ n Signalen, die insgesamt dem gegebenen Informationssignal entsprechen, ausgedrückt ist, gekennzeichnet durch eine zweite Anordnung (26), die aus Signalen in der ersten Matrix eine zweite Matrix aus 2n χ 2n Signalen (Figur 3) ableitet, die eine achsenmäßige Symmetrie zu einem x-y-Achsenkreuz mit Ursprung im Matrix-Mittelpunkt aufweist; und durch einen Transformationscodierer (28), der aus der zweiten Matrix den Koeffizienten einer zwei-. dimensionalen Transformation der zweiten Matrix entsprechende Signale, die dem gegebenen Informationssigaal entsprechen, gewinnt.

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INSPECTED

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformationscodierer Signale erzeugt, die einer zweidimensionalen Fourier-Transformation der 2n χ 2n-Matrix entsprechen.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Anordnung (30), welche die den Koeffizienten entsprechenden Signale entsprechend dem relativen Energiegehalt, den die Koeffizienten darstellen, ordnet und diejenigen Signale auswählt, die Energiegehalte oberhalb eines bestimmten Wertes darstellen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Quantisieren der gewählten Signale mit Digitalsignalen und durch eine Anordnung (32) zum Übertragen der Digitalsignale über ein Übertragungsmedium an eine Empfangseinrichtung.

14· Einrichtung nach Anspruch 10, wobei das gegebene Informationssignal eines aus einer Anzahl von sequentiellen Videoinformationssignalen ist, die durch Abtasten eines Teilbildes eines Bildes erzeugt werden, und wobei die.erste Anordnung die η χ n-Signalmatrix für jedes der Teilbilder erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anordnung jeden Satz der η χ n-Matrixsignale für

jedes Teilbild in eine entsprechende der Matrizen aus 2n χ 2η Signalen umformt; und daß eine Anordnung (30), welche die den Transformationskoeffizienten entsprechenden Signale vom Transformationscodierer entsprechend dem durch sie dargestellten Energiegehalt ordnet, aus den geordneten Signalen diejenigen Signale, die Energiegehalte oberhalb eines bestimmten Wertes darstellen, auswählt und die ausgewählten Signale mit Digitalsignalen quantisiert, sowie eine Anordnung (32) zum Übertragen der Digitalsignale über ein Übertragungsmedium an eine Empfangseinrichtung vorgesehen sind.

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15. Einrictitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionale •Transformation eine zweidimensionale Fourier-Transformation ist.

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