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Verfahren und Anordnung zum Speichern oder Übertragen
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und zum Rückgewinnen von Bildsignalen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Speichern oder übertragen und zum Rückgewinnen von Bildsignalen, bei dem die
durch punktweise Abtastung eines Bildes gewonnenen Bildsignale durch eine volLstandige
Transformation mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung in transformierte Signale
umgesetzt und nach Quantisierung mit einstellbarer Quantisierkennlinie gespeichert
oder übertragen werden und die gespeicherten oder übertragenen Signale entsprechend
der Ouantisierung dekodiert und danach riicktransformiert werden, sowie eine Anordnung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Für die Speicherung oder Übertragung von Bildern ist es gewünscht,
möglichst wenige Informationseinheiten zu verwenden und dennoch das abgetastete
Bild möglichst genau wieder darzustellen. Eine Verringerung der Anzahl Informationseinheiten
ist möglich, wenn in einem Bild die vorhandene Redundanz und gegebenenfalls auch
die Irrelevanz weitgehend beseitigt wird. Es ist bekannt, beispielsweise aus der
Zeitschrift "IEEE Transactions on Computers", Vol. Com-19, Nr. 1, Februar 1971,
Seiten 50 - 62 oder aus dem Buch von Pratt "Digital Image Processing", John Wiley
& Sons 1978, Seiten 232 - 278, für diese Verringerung der Anzahl Informationseinheiten,
d.h. ftUr eine Datenkompression Transformationskodierverfahren mit nachfolgender
Quantisierung zu verwenden. Bei der Quantisierung der Transformationskoeffizienten
wird meist eine nichtlineare Kennlinie verwendet, die auf der Berechnung statistischer
Mittelwerte beruht.
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Bei der Transformation von Bildsignalen tritt jedoch eine Vergrößerung
des Wertebereichs der einzelnen transformierten Signale auf, wie kurz anhand einer
Walsh-Hadamard-
Transformation zweier Bildsignale A und B angedeutet
werden soll. Die Transformation dieser beiden Bildpunkte liefert die beiden Koeffizienten
F (1) = A + B F (2) = A - B Wenn nun beide Bildsignale A und B den maximalen Wert
hatten, hat der Koeffizient F (1) den doppelten Wert, d.h.
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es ist eine Verdoppelung des Wertebereichs aufgetreten.
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Da bei der Transformation eines vollständigen Unterbildes die Bildsignale
in mehreren Stufen verarbeitet werden, wobei jeweils eine Verdoppelung des Wertebereichs
auftritt, ist der Wertebereich der transformierten Signale größer als der Wertebereich
der Bildsignale, so daß die Datenreduktion durch die nachfolgende Quantisierung
dadurch zumindest stark verringert wird. Eine einfache Verkleinerung des Wertebereichs
der transformierten Signale oder Koeffizienten auf den ursprünglichen Wertebereich
durch eine entsprechende Normierung der Koeffizienten würde zu unerwünschten Rundungsfehlern
führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, daß eingangs angegebene Verfahren so
auszugestalten, daß trotz Vergrößerung des Wertebereichs der Koeffizienten eine
sehr wirkungsvolle Datenreduktion durch entsprechende Quantisierung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Quantisierkennlinie
und die Dekodierkennlinie für jedes nach dem transformierten Signal nullter Ordnung
folgende zu quantisierende bzw. zu dekodierende Signal abhängig vom Wert des Signals
nullter Ordnung sowie aller weiteren vorhergehenden, bereits quantisierten bzw.
dekodierten Signale eingestellt wird.
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß in den Koeffizienten
durch die Transformation eine Redundanz entstanden ist, die der Vergrößerung des
Wertebereichs entspricht, da bei der Transformation ja keine echte neue
Information
hinzugekommen sein kann. Durch Ausnutzung dieser Redundanz in den Koeffizienten
ist es möglich, weitestgehend optimal quantisierte Signale und damit die maximal
mögliche Datenreduktion zu erhalten.
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Die Einstellung der Quantisierkennlinie und der Dekodierkennlinie
kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine erste Ausgestaltung der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Quantisierkennlinie bzw. die Dekodierkennlinie abhängig
von dem Minimum folgender Werte eingestellt wird: a) der Differenz zwischen dem
halben maximal möglichen Wert des transformierten Signals nullter Ordnung und dem
Betrag aus der Differenz zwischen diesem Wert und dem tatsächlichen Wert des transformierten
Signals nullter Ordnur b) den Differenzen zwischen dem halben maximal möglichen
Wert des transformierten Signals nullter Ordnung und dem Betrag der weiteren vorhergehenden
Signale.
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Der Wert eines transformierten Signals kann nämlich betragsmäßig nicht
größer sein als dieses angegebene Minimum aus den vorhergehenden Signalen. Wenn
aber der Wertebereich eines zu quantisierenden Signals bekannt und gegenüber dem
maximalen Wertebereich wesentlich eingeschränkt ist, kann beispiels weise die Quantisierung
mit weniger Bits erfolgen oder bei gleicher Bitanzahl der Quantisierungsfehler durch
Verkleinerung der Stufenhöhe verringert werden. In beiden Fällen ist bei der Dekodierung
die Dekodierkennlinie eindeutig gegeben, da diese ebenso wie bei der Quantisierung
von den vorhergehenden Signalen bestimmt wird, die also bereits dekodiert sind,
so daß keine Ubertragung zusätzlicher Information für die Kennlinie mit dadurch
bedingter Erhöhung der Anzahl der Informationseinheiten erforderlich ist.
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Die Bestimmung des Minimums erfordert jedoch für jedes Signal mindestens
eine Subtraktion. Es ist daher nach einer anderen Ausgestelung der Erfindung zweckmäßig,
daß die Quantisierkennlinie bzw. die Dekodierkennlinie abhängig vom Maximum der
Beträge
a) der Differenz zwischen dem halben maximal möglichen Wert
des transformierten Signais nullter Ordnung und dem tatsächlichen Wert dieses Signals
oder b) der weiteren vorhergehenden Signale eingestellt wird.
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Wie später gezeigt wird, ergibt sich diese letztere Möglichkeit durch
eine einfache mathematische Umformung der Gesetzmäßigkeit, die der ersten Ausgestaltung-zugrunde
liegt. Dabei brauchen dann also nur die Signale selbst abgespeichert zu werden,
lediglich bei dem Signal nullter Ordnung ist noch eine Subtraktion erforderlich.
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Es sind beispielsweise aus den eingangs genannten Literaturstellen
eine Anzahl Transformationen bekannt, die bis zu einer vorgegebenen Ordnung vollständige
orthogonale Funktionssysteme verwenden. In diesen Fällen kann die Quantisierung
noch weiter optimiert werden, indem von den nach dem transformierten Signal nullter
Ordnung folgenden transformierten Signalen das Bit geringster Wertigkeit unterdrückt
wird und bei der Rückgewinnung das Bit geringster Wertigkeit des gespeicherten oder
übertragenen Signals nullter Ordnung gespeichert und allen folgenden Signalen zugefügt
wird. Hierdurch wird die Anzahl der möglichen zu quantisierenden Signale nochmals
halbiert.
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Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
einer Transformationsanordnung für die Bilddaten jeweils eines Unterbildes und einer
nachgeschalteten Quantisieranordnung mit einstellbarer Quantisierkennlinie zur Erzeugung
der zu speichernden oder zu übertragenden Signale und mit einem Dekodierer mit einstellbarer
Kennlinie und einer nachgeschalteten Rücktransformationsanordnung zur Rückgewinnung
der Bilddaten ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitung der Transformationsanordnung
außer mit dem
Dateneingang des Quantisierers mit dem Dateneingang
eines Hilfs;pecherB und mit dem einen Eingang eines Vergleichers verbunden ist,
dessen anderer Eingang mit dem Datenausgang des HilBsspeichers verbunden ist und
dessen Ausgang den Einschreibeingang des Hilfsspeichers zum Einschreiben des am
Dateneingang anliegenden Signals nach dessen Quantisierung ansteuert, wenn der Wert
des Signals am Dateneingang kleiner ist als der Wert des Signals am Datenausgang
des . Hilfsspeichers, der außerdem über einen Kennlinienspeicher mit dem Steuereingang
des Quantisierers zur Einstellung der Quantisierkennlinie verbunden istrufld daß
für die Rückgewinnung der Bilddaten die Ausgangsleitung des Dekodierers mit einer
entsprechenden Anordnung verbunden ist. Für die Ausnutzung der in den Koeffizienten
bzw. transformierten Signalen enthaltenen Redundanz ist also im wesentlichen nur
ein Hilfsspeicher notwendig, der den Extremwert aller vorhergehenden transformierten
Signale speichert und einen Kennlinienspeicher steuert, der die Quantisierkennlinie
außer entsprechend der Ordnung des zu quantisierenden transformierten Signals auch
entsprechend dem Inhalt des Hilfsspeichers einstellt. Der Kennlinienspeicher kann
beispielsweise ein Festwertspeicher sein, der zusätzliche Adresseneingänge für die
Umschaltung von Adressenbereichen entsprechend den Ausgängen des Hilfsspeichers
erhält. Die dadurch verbesserte Einstellung der Quantisierkennlinie kann dazu benutzt
werden, den entstehenden Kodierungsfehler bei der Quantisierung zu verringern oder
die Anzahl der Informationseinheiten, die gespeichert oder übertragen werden sollen,
zu verringern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig.
1 a und b die gegenseitige Abhängigkeit des möglichen Wertebereichs von transformierten
Signalen
aufeinanderfolgender Ordnung, Fig. 2 eine Anordnung zur ErzeuunC der zu speichernden
bzw. zu ilbertragenden Signale sowie zur flickgewinnung der Bildsignale, Fig. 3
eine Quantisierungskennlinie für ein trans formiertes Signal höherer Ordnung.
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Für eine einfachere Erläuterung der Erfindung soll zunächst der mathematische
Hintergrund angedeutet werden, und zwar anhand einer Wal sh-Hadamard-Transformation.
Als Grundschritt wird dabei eine Zwei-Punkt-Transformation von jeweils zwei Bildnunkten
A und B durchgeführt:
mit
Die dabei entstehenden transformierten Signale bzw.
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Koeffizienten lauten ohne Normierung wie eingangs bereits angegeben
F (1) = A + B (3) F (2) = A - B Diese Koeffizienten können also leicht mit Hilfe
ilblicher technischer Arithmetikbausteinen bestimmt werden, die nur für die Verarbeitung
von jeweils zwei Werten aufgebaut sind.
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Eine Walsh-Hadamard-Transformation für ein ganzes Bild bzw. Unterbild
von 2n(n=2N, N=1,2, ...) Bildpunkten läßt sich schrittweise aus dem angegebenen
Grundschritt
in folgender Weise ableiten
| Hn Hn |
| H2n = # Hn -Hn# (4) |
Es werden also jeweils zwei aus verschiedenen Grundtransformationsschritten gebildete
Koeffizienten mit einem solchen Grund-Transformationsschritt weiterverarbeitet usw.,
bis schließlich in jedem transformierten Signal alle Bildpunkte des genannten Bildes
bzw. Unterbildes berücksichtigt sind. Die Transformation erfolgt also in mehreren
Stufen, und nach jeder Stufe erhöht sich die Wortbreite der dabei gebildeten Koeffizienten
bei Darstellung durch Dualworte um ein Bit. Eine Walsh-Hadamard-Transformation eines
Bildes von 2N Bildpunkten, bei der jeder Bildpunkt durch ein Dualwortbit G Bit dargestellt
wird, führt damit zu 2N Koeffizienten mit je einer Wortbreite von G+N Bit. Da die
Koeffizienten insgesamt nicht mehr Information enthalten können, als im ursprünglichen
Bild vorhanden war, müssen diese Koeffizienten Redundanz enthalten. Diese Redundanz
kann wie folgt bestimmt werden.
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1) Aus der Gleichung ( 3 ) folgt, daß beide Koeffizienten des Grund-Transformationsschrittes
entweder gerade oder ungerade sind. Dies gilt selbstverständlich auch für jede folgende
Stufe der vollständigen Transformation eines Bildes und damit ffir alle dabei endgiiltig
gebildeten Koeffizienten. Bei Dualdarstellung der transformierten Signale ist also
bei allen diesen das Bit niedrigster Wertigkeit gleich und braucht daher aller beim
transformierten Signal nullter Ordnung bei allen anderen Signalen nicht mehr beriicksichtigt
zu weizen Hiedurch halbiert sich der Wertebereich, den der Quantisierer verarbeiten
muß, so daß die Anzahl Quantisierunsschritte und damit die Informationsmenge
am
Ausgang der Qunntisierer verringert oder bei gleicher Informatinsmenge der Quantisierfehler
verringert werden rann.
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2) Die Werte der Koefrizienten die bei einer vollständi gen Transformation
eines Bildes oder Unterbildes mit 2N Bildpunkten entstehen, können in folgenden
Bereichen liegen: o < F(O)#M mit M = 2N . G (5) -M/2 # F(i)#M/2 Dabei ist F(O)
der Koeffizient nullter Ordnung, der die Summe der werte aller Bildpunkte enthält,
und F(i) sind die folgenden Koeffizienten, und G ist wieder die Anzahl <ier möglichen
verschiedenen Werte jedes Bildpunktes.
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Ferner gilt fiir zwei beliebige Koeffizienten F(i) und F(j) die nachfolgende
Unschärfe-Beziehung: |F(i)| +|F(j)| < M/2 (6) Wenn auch der Koeffizient nullter
Ordnung mit berÅcksichtigt wird, lautet diese Unschärfe-Beziehung wie folgt: |(F(O)
-M/2)t + iF(i) < M/2 (6a) Wenn also ein Koeffizient bestimmt ist, läßt sich damit
über den maximal möglichen Wertebereich des folgenden Koeffizienten etwas aussagen,
d.h. im allgemeinen sein Wertebereich beschränken: |F(j)|#Min (M/2 - ßF(O) -M/2|
;M/2 -|F(i)|) . (7) Bei der Bestimmung der Beschränkung des Wertebereiches muß also
von jedem Koeffizienten die Differenz zu dem halben Wertebereich des Koeffizienten
nullter Ordnung gebildet
werden. Dies kann in der praktischen
Ausführung etwas umständlich sein. Wenn die Differenz zum halben maximalen Wert
aus der Minimum-Bestimmung herausgezogen wird, ergibt sich folgende Beziehung: F(S)
LM/2 - F-(0)-M/2; F(i) ) (8) Aus dieser Beziehung ergibt sich, daß der mögliche
Wertebereich eines Koeffizienten um so kleiner ist, je größer ein früher bereits
gebildeter Koeffizient war.
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Dieser Zusammenhang soll anhand der Fig. 1 näher erläutert werden,
wobei ein maximaler Wertebereich des Koeffizienten nullter Ordnung von 16 angenommen
wird. In Fig. 1a ist auf der einen Koordinate der Koeffizient F(O) nullter Ordnung
aufgetragen und auf der anderen Koordinate irgendein anderer Koeffizient F(i), beispielsweise
der Koeffizient F(1) des anfangs angegebenen Beispiels. Die Kreuze geben die möglicher
Kombinationen von jeweils zwei Koeffizienten an. Wenn der Koeffizient F(O) sehr
klein oder nahe seinem maximalen Wert ist, kann ein anderer Koeffizient F(i) betragsmäßig
nur kleine Werte haben. Wenn jedoch der Koeffizient F(O) einen Wert in der Mitte
seines Wertebereiches hat, kann ein anderer Koeffizient jeden Wert innerhalb des
maximalen Wertebereiches annehmen, ohne daß in diesem Falle der Wertebereich eingeschränkt
werden könnte. Darüber hinaus ist entsprechend der ersten Beding nur jedes zweite
Wertepaar mit einem Kreuz versehen, d.h. eine Kombination von Koeffizienten, wobei
der eine gerade und der andere ungerade ist, ist nicht mit einem Kreuz versehen,
da diese Kombination nicht auftreten kann. Aus Fig. 1a ist ferner zu erkennen, daß
die möglichen Kombinationen von Koeffizienten ein auf die Spitze gestelltes Quadrat
bilden, während die innerhalb der Wertebereiche der Koeffizienten bildbaren Wertekombinationen
durch das gestrichelte Quadrat angegeben werden, dessen Fläche doppelt so groß ist
wie die Fläche des auf die Spitze gestellten Quader tes der möglichen Wertekombinationen.
Auch hieran ist zu er-
kennen, daß durch die Transformation im
gesamten Wertebereich beider Koeffizienten eine Redundanz mit dem Faktor 2 enthalten
ist.
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In Fig. ib ist der Zusammenhang zwischen zwei Koeffizienten F(i) und
F(j) angegeben, von denen keiner der Koeffizient F(O) nullter Ordnung ist. Hierbei
ist zu erkennen, daß der betragsmäßige Wert eines Koeffizienten um so kleiner wird,
je größer der betragsmäßige Wert eines anderen Koeffizienten ist. Die Fig. ib ist
also nur durch die Verschiebung des Ursprungs des Wertebereichs des in der waagerechten
Koordinate aufgetragenen Koeffizienten entstanden, so daß die übrigen Bemerkungen
zur Fig. la auch für die Fig. ib gelten.
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Eine Anordnung zum Ubertragen oder Speichern von transformationskodierten
Bi)dsignalen ist in Fig. 2 dargestellt. Die von dem zu übertragenden oder zu speichernden
Bild gewonnenen Bildsignale werden über die Leitung 1 der Transformationsanordnung
2 zugeführt, deren Aufbau an sich bekannt und für die folgende Beschreibung nicht
weiter von Bedeutung ist. Es wird lediglich vorausgesetzt,daß am Ausgang 3 der Transformationsanordnung
2 als erstes Ausgangssignal bei der Transformation jeweils eines Bildes oder Unterbildes
der Koeffizient nullter Ordnung erscheint. Ferner wird vorausgesetzt, daß die Transformationsanordnung
2 eine Transformation mit einem bis Zu vorgegebener Ordnung vollständigen orthogonalen
Funktionssystem durchführt, beispielsweise eine Walsh-Hadamard-Transformation. Der
Ablauf der Transformation wird über Steuersignale von einer Steuereinheit 14 gesteuert.
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Die bei der Transformation gebildeten Koeffizienten erscheinen als
Mehr-Bit-Datenworte auf der Ausgangsleitung 3, beispielsweise in paralleler Form,
so daß die Ausgangsleitung 3 tatsächlich aus einer Mehrzahl paralleler Leitungen
besteht, die hier nur vereinfacht als eine Leitung dargestellt sind. Dies gilt auch
beispielsweise für die Leitungen 7, 9, 15 und 17.
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Von der Mehrfach-Ausgangsleitung 3 führen alle Leitungen bis auf die
Leitung für das Bit niedrigster Wertigkeit zu dem Eingang eines Quantisierers 4.
Das Bit niedrigster Wertigkeit wird über den Schalter 18, der tatsächlich als elektronischer
Schalter ausgebildet ist, und die Leitung 5 zum Quantisierer 4 geführt. In dem Quantisierer
4 werden die über die Leitungen 3 und 5 zugeführten Datenworte quantisiert und umkodiert,
und die dabei entstehenden Datenwörter entsprechend den quantisierten Koeffizienten
werden einer Ubertragungsstrecke 20 zugeführt. Diese Ubertragungsstrecke 20 kann
auch ein Speicher sein. Der Ablauf der Quantisierung und Umkodierung wird über eine
Steuerleitung 11 von der Steuereinheit 14 gesteuert, wobei die Quantisierkennlinie
über die Leitung 15 von einem Kennlinienspeicher 8 eingestellt wird, der ebenfalls
von der Steuereinheit 14 über eine Mehrfachleitung 9 gesteuert wird, beispielsweise
indem die Ordnungsnummer des gerade erzeugten und zu quantisierenden Koeffizienten
übertragen wird. Dies geschieht deswegen, weil Koeffizienten höherer Ordnung üblicherweise
gröber quantisiert und mit weniger Bit kodiert werden, um die gesamte Informationsmenge,
die der Übertragungsstrecke 20 zugeführt wird, zu verringern. Der dadurch entstehende
Verlust an Bildinformation ist allgemein so geringfügig, daß er vernachlässigbar
ist.
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Um nun die bei der Transformation erzeugte Redundanz in den Koeffizienten
auf der Ubertragungsleitung 3 bei der Quantisierung im Quantisierer 4 zu verringern,
werden die Koeffizienten außerdem eincr Recheneinheit 16 zugeführt, die ebenfalls
durch Steuersignale auf der Leitung 19 aus der Steuereinheit 14 gesteuert wird.
Bei dem ersten Koeffizienten nullter Ordnung eines Bildes oder Unterbildes wird
über die Leitung 19 der Schalter 18 geschlossen, so daß der Quantisierer 4 das gesamte
Datenwort erhält, das bei dem ersten Koeffizienten jedoch nicht quantisiert, sondern
praktisch unverändert hindurchgeleitet und der Ubertragungsstrecke 20 zugeführt
wird, und außerdem bildet die Recheneinheit 16 die Differenz zwischen diesem ersten
Ko-
effizienten nullter Ordnung und dem halben maximalen Wert M/2
dieses Koeffizienten, der fest vorgegeben und dem anderen Eingang der Recheneinheit
16 zugeführt wird. Diese Differenz erscheint auf der Ausgangsleitung 17 und wird
dem Dateneingang eines Hilfsspeichers 6 und dem einen Eingang eines Vergleichers
10 zugeführt.
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Der andere Eingang des Vergleichers 10 ist mit der Ausgangsleitung
7 des Hilfsspeichers 6 verbunden, die außerdem mit einem weiteren Speichereingang
des Kennlinienspeichers 8 verbunden ist. Der Vergleicher 10 erzeugt ein Ausgangssignal,
wenn der Wert des Datenwortes auf der Leitung 17 größer ist als der Wert des Datenwortes
auf der Leitung 7, wobei das Datenwort auf der Leitung 17 nur den Betrag der von
der Recheneinheit 16 gebildeten Differenz darstellt, indem das dabei entstehende
Vorzeichen nicht berücksichtigt wird.
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Unter der Voraussetzung, daß vor der Transformation eines Bildes oder
Unterbildes der Hilfsspeicher 6 auf Null gesetzt war, erzeugt der Vergleicher 10
nun normalerweise ein Ausgangssignal, wenn nicht das gesamte zu transformierende
Bild oder Unterbild aus einer schwarzen Fläche besteht, wobei dann alle Koeffizienten
den Wert 0 haben.
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Kurz vor oder mit dem Beginn des jeweils nächsten und damit auch des
zweiten Koeffizienten erzeugt die Steuereinheit 14 auf der Leitung 13 ein Steuersignal,
das einem UND-Glied 12 zugeführt wird, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des
Vergleichers 10 verbunden ist. Damit wird das Ausgangssignal des Vergleichers 10
zum Einschreibeingang des Hilfsspeichers 6 durchgeschaltet, so daß dieser das auf
der Leitung 17 noch vorhandene Datenwort einschreibt. Damit wird der Kennlinienspeicher
8 und somit die Quantisierkennlinie des Quantisierers 4 bei der Quantisierung des
Koeffizienten, der nach dem ersten Koeffizienten nullter Ordnung folgt abhängig
von dessen Wert gesteuert. Die in der Gleichung (8) vorhandene Differenzbildung
zu dem halben maximalen Wert M/2 des Koeffizienten
nullter Ordnung
ist bei der praktischen Ausbildung nicht notwendig, da bei entsprechender Ausbildung
des Kennlinientspeichers 8 dieser direkt von dem maximalen Wert der vorhergehenden
Koeffizienten gesteuert werden kann. Hierzu ist der Kennlinienspeicher 8 zweckmäßig
als Festwertspeicher ausgebildet, der iiber die Leitung 9 von der Steuereinheit
14 adressiert wird und bei dem über die Leitung 7 der adressierte Adressenbereich
umgeschaltet wird.
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Bei dem nächsten Koeffizienten erfolgt im wesentlichen der gleiche
Ablauf, lediglich in der Recheneinheit 16 erfolgt keine Subtraktion, sondern der
Wert des Koeffizienten auf der Ausgangsleitung 3 wird direkt auf die Leitung 17
bei Abspaltung des Vorzeichens durchgeschaltet, wenn die Bedingung nach Gleichung
(8) verwendet wird. Der Hilfsspeicher 6 enthält dann den maximalen Wert aller vorhergehenden
Koeffizienten bzw. beim Koeffizienten nullter Ordnung dessen Differenz zu seinem
halben maximalen Wert M/2. Wenn die Bedingung nach Gleichung (7) verwendet wird,
muß bei dem Koeffizienten nullter Ordnung der Betrag von dessen Differenz zu seinem
halben maximalen Wert und bei allen folgenden Koeffizienten die Differenz zwischen
deren Betrag und diesem halben maximalen Wert gebildet werden. Der Inhalt des Kennlinienspeichers
8 muß dann ebenfalls entsprechend geändert werden, da bei gleicher Beschränkung
des Bereichs des zu quantisierenden Koeffizienten ein anderes Datenwort auf der
Leitung 7 vorhanden ist.
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Die über die Ubertragungsstrecke 20 übertragenen oder bei Verwendung
eines Speicher ausgelesenen quantisierten und kodierten Koeffizienten werden einer
Anordnung zugeführt, die zu der eben beschriebenen Anordnung im wesentlichen spiegelbildlich
ist. Lediglich die Informationsrichtung ist in dem Dekodierer 24 und der Rücktransformationsanordnung
22 umgekehrt.
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Die quantisierten Koeffizienten von der Obertragungsstrecke
20
werden dem Dateneingang des Dekodierers 24 zugeführt und in Werte entsprechend dem
mittleren Koeffizientenwert des betreffenden Quantisierungswertes rückgewandelt.
Diese Rückwandlung wird ebenfalls von einem Kennlinienspeicher 28 über die Leitung
35 gesteuert. Der Kennlinienspeicher 28 wird dafür von der Steuereinheit 34 über
die Mehrfachleitung 29 gesteuert, während die Taktsteuerung in dem Dekodierer 24
über die Leitung 31 erfolgt.
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Von den dekodierten Koeffizienten werden alle Bits bis auf das Bit
niedrigster Wertigkeit über die Leitung 23 der Rücktransformationsanordnung 22 zugeführt.
Das Bit niedrigster Wertigkeit des ersten Koeffizienten nullter Ordnung wird über
die Leitung 25 einem Speicher 38 für ein Bit zugeführt und durch ein Steuersignal
auf der Leitung 39 von der Steuereinheit 34 darin eingeschrieben, und der Ausgang
des Speichers 38 ist ebenfalls mit der Leitung 23, die tatsächlich eine Vielfach-Leitung
zur Ubertragung eines Datenwortes parallel ist, verbunden. Auf diese Weise wird
allen folgenden Koeffizienten das gleiche Bit niedrigster Wertigkeit wie beim Koeffizienten
nullter Ordnung zugefügt. In der Rücktransformationsanordnung 22, die von der Steuereinheit
34 gesteuert wird, werden die nacheinander zugeführten Koeffizienten wieder in Bilddaten
zurückgewandelt, die über den Ausgang 21 ausgegeben werden.
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Die dekodierten Koeffizienten werden außerdem einer Recheneinheit
36 zugeführt, deren Ausgang 37 wieder mit einem Vergleicher 30 entsprechend dem
Vergleicher 10 in der oberen Bildhälfte und mit einem Hilfsspeicher 26 entsprechend
dem Hilfsspeicher 6 in der oberen Bildhälfte verbunden/ und der Ausgang 27 des Hilfsspeichers
26 ist wieder mit dem anderen Eingang des Vergleichers 30 und des Kennlinienspeichers
28 verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 30 ist über das UND-Glied 32 entsprechend
dem UND-Glied 12 in der oberen Bildhälfte mit dem Einschreibeingang des Hilfsspeichers
26 verbunden und erhält ein Freigabesignal über die Leitung 33 von der Steuereinheit
34.
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Die Funktion der Elemente 26,30,32 und 36 entspricht völlig
der
Elemente 6, 10, 12 und 16 in der oberen Bildhälfte und wird daher nicht weiter erläutert.
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In Fig. 3 ist ein Beispiel einer Quantisierkennlinie mit gleichzeitiger
Kodierung angegeben, nach der einem zugeführten Koeffizienten F(i) ein quantisierter
Wert Fq(i) zugeordnet wird. Den Werten 1 und 2 des Koeffizienten F(i) wird der gleiche
quantisierte Wert zugeordnet, wie die durchgezogene Linie angibt. Den Werten 3 und
4 des Koeffizienten F(i) wird dagegen gemeinsam der quantisierte Wert 3 zugeordnet.
Entsprechendes gilt für die Koeffizientenwerte 5 und 6, denen der quantisierte Wert
4 zugeordnet wird, usw., bis zu den Koeffizientenwerten 11 - 15, denen gemeinsam
der quantisierte Wert 7 zugeordnet wird. Die quantisierten Koeffi zienten werden
bei diesem Beispiel also mit einem Bit weniger als die ursprünglichen Koeffizienten
dargestellt.
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Bei der Dekodierung wird dem quantisierten Wert 3 beispielsweise der
Koeffizientenwert 4 zugeordnet, dem quantisierten Wert 4 der Koeffizientenwert 6
usw., und dem quantisierten Wert 7 der Koeffizientenwert 13. Der dadurch entstehende
Informationsverlust ist vernachlässigbar, wenn die allgemeine Statistik der Koeffizienten
der zu übertragenden Bilder etwa bekannt ist und die Quantisierkennlinie daran angepaßt
ist. Dabei wird also in dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel davon ausgegangen,
daß hohe Koeffizientenwerte selten vorkommen und daher nicht genau quantisiert werden
müssen. Dies hängt auch ab von der Ordnungszahl des zu quantisierenden Koeffizienten,
und bei Koeffizienten höherer Ordnung kann die Kennlinie noch flacher verlaufen,
so daß die fünfzehn möglichen Koeffizientenwerte nur drei quantisierten Werten zugeordnet
werden. Die Kennlinie ist im übrigen symmetrisch zum Ursprung, d.h. negative Koeffizientenwerte
werden entsprechende negative quantisierte Werte zugeordnet.
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Wenn nun bei der Anordnung nach Fig. 2 aufgrund der vorhergehenden
Koeffizienten festgestellt wird, daß der nächste
Koeffizient maximal
den Wert 7 haben kann, kann die Quantisierkennlinie dadurch auf den gestrichelten
Verlauf umgeschaltet werden. Dabei wird den Werten 1 und 2 des Ko effizienten der
quantisierte Wert 1 zugeordnet, usw. bis zu den Koeffizientenwerten 5 bis 7, denen
der quantisierte Wert 3 zugeordnet wird. Dadurch kann dieser Koeffizient mit einem
Bit weniger als bei der durchgezogenen Kurve quantisiert werden, so daß eine wesentliche
Verringerung der für diesen Koeffizienten zu übertragende oder zu speichernde Informationsmenge
erreicht wird, wobei nur eine geringe Vergröberung der Quantisierung, nämlich der
ersten beiden Werte eintritt. Wenn auf die Verringerung der Informationsmenge jedoch
verzichtet wird, kann die Kennlinie auch auf eine direkte Zuordnung umgeschaltet
werden, so daß zwar gegenüber der ausgezogenen Quantisierkennlinie keine Information
eingespart wird, dafür jedoch eine direkte Zuordnung von Koeffizient zu quantisiertem
Koeffizient möglich ist, wobei überhaupt kein Quantisierfehler auftritt. Dies hat
allerdings nur Sinn für Koeffizienten niedriger Ordnung. Im übrigen ist die Fig.
3 nur beispielsweise zu deutlicheren Erläuterung zu betrachten, denn in praktischen
Fällen wird bei den meisten Koeffizienten das Verhältnis des maximalen Wertebereiches
zum quantisierten Wertebereich größer sein.
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