DE3124653C2

DE3124653C2 -

Info

Publication number: DE3124653C2
Application number: DE3124653A
Authority: DE
Inventors: Joseph Hubertus Eindhoven Nl Peters
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-07-04
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1989-12-14
Also published as: DE3124653A1; SE8104105L; HK27685A; SG51784G; FR2486334B1; US4398217A; GB2079567B; NL8003873A; ATA295181A; JPS5746545A; SE452235B; AU545893B2; AT382749B; GB2079567A; CA1164998A; AU7255781A; FR2486334A1

Description

A. Hintergrund der Erfindung A(1). Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Digitalisieren eines zeitdiskreten Videosignals unter Anwendung einer Bildumwandlung (transform coding) und einer adaptiven veränderlichen Wortlängenkodierung, wobei dieses zeitdiskrete Videosignal in ein digitales Signal umgewandelt wird, dessen zusammenstellende Komponenten ungleiche Anzahlen von Bits enthalten.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Anordnung zum Durchführen dieses Verfahrens.

A(2). Beschreibung des Standes der Technik

Im Laufe der Zeit wächst ständig das Interesse zum Digitalisieren analoger Informationssignale. Dazu wird meistens ein Analog-Digital-Wandler verwendet, der das analoge Informationssignal in ein digitales Signal umwandelt, das aus einer Reihe von Komponenten oder Kodeworten besteht, die je eine Vielzahl von Ziffern oder Bits enthalten. Ausführungsbeispiele von Analog-Digital- Wandlern lassen sich in dem Bezugsmaterial 1 (siehe Abschnitt D) finden. Das von dem Analog-Digital-Wandler gelieferte digitale Signal, das auf diese Weise aus einer Reihe von Komponenten oder Kodeworten besteht, die je eine Anzahl Bits enthalten, kann auch als Datensignal betrachtet werden, das aus einer Folge von Bits besteht, die übrigens meistens entweder den Wert "0" oder den Wert "1" aufweisen. Gegenüber analogen Signalen bieten Datensignale den großen Vorteil, daß sie rauschfrei gemacht werden können, welches Rauschen bei der Übertragung denselben überlagert wird. Dies kommt, weil die Bits dieses Datensignals regeneriert werden können. Dadurch wird eine wesentliche Verbesserung des Signal-Rauschabstandes erhalten. Aus diesem Grunde werden in Fernsprechsystemen bereits längere Zeit Sprachsignale digitalisiert, bevor sie übertragen werden, insbesondere wenn diese Übertragung über große Abstände erfolgen soll.

Zur Übertragung von Videosignalen über einen größeren Abstand oder zum Speichern dieser Signale in einem Speichermedium könnte es ebenfalls vorteilhaft sein, das Videosignal zu digitalisieren. Das Problem bei einem digitalen Videosignal ist die riesige Anzahl von Bits, die notwendig sind, um ein vollständiges Fernsehbild in digitaler Form darzustellen. Für ein Farbfernsehsignal, das ohne weiteres digitalisiert ist, beträgt die Anzahl etwa 5 · 10⁶ Bits.

Wenn ein derartiges digitales Videosignal über eine Übertragungsleitung in einem Fernsprechsystem übertragen werden würde, führte dies zu einer Bitgeschwindigkeit von etwa 120 Megabits/Sekunde, und dann würde die Kapazität dieser Übertragungsleitung übermäßig beansprucht werden. Durch die CCITT (siehe Bezugsmaterial 2) wird in diesem Zusammenhang vorgeschrieben, daß ein digitales Videosignal über eine Übertragungsleitung in einem Fernsprechsystem übertragen werden darf, wenn die Bitgeschwindigkeit dieses digitalen Videosignals nicht größer ist als 34 Megabits/Sekunde. Dies bedeutet, daß die ursprüngliche Bitgeschwindigkeit und folglich auch die Anzahl Bits je Fernsehbild um etwa einen Faktor 4 verringert werden muß und dies, selbstverständlich, ohne wesentlichen Bildqualitätsverlust.

Für diese Verringerung der Anzahl Bits je Fernsehbild wurden bereits mehrere Methoden angegeben. Diese beruhen alle auf dem Verringern der Redundanz in dem Videosignal. Diese Methoden lassen sich in zwei Kategorien aufteilen. Zu der ersten Kategorie gehören dÿenigen Methoden, bei denen nicht ein Abtastwert des Videosignals an sich kodiert wird, sondern jeweils nur der Differenz zwischen zwei benachbarten Videosignalabtastwerten. Diese Methode wird mit Differenz-Pulscode-Modulalation, kurz: DPCM, bezeichnet. Diese Methode kann mit relativ einfacher Apparatur verwirklicht werden, und es stellt sich heraus, daß sich damit gute Resultate erzielen lassen, solange keine größere Verringerung der Anzahl Bits je Fernsehbild verlangt wird als um einen Faktor drei (siehe beispielsweise Bezugsmaterial 3). Zu der zweiten Kategorie, mit der eine größere Verringerung der Anzahl Bits je Fernsehbild erhalten werden kann, gehören die sogenannten Bildumwandlungen. Dabei wird das Fernsehbild gleichsam in eine Vielzahl, meistens quadratische, Teilbilder aufgeteilt und daraufhin wird jedes Teilbild "in einer Reihe entwickelt", d. h., als eine Summe einer Anzahl untereinander orthogonaler Basisbilder betrachtet, mit je einem eigenen Gewichtsfaktor. Dabei werden nun diese Gewichtsfaktoren statt der Videosignalabtastwerte kodiert.

In der Praxis werden die genannten Teilbilder dadurch erhalten, daß eine Anzahl Videosignalabtastwerte, die entweder alle derselben Bildzeile oder unterschiedlichen Bildzeilen zugehören, zu einer Gruppe zusammengefaßt, die untenstehend als Videogruppe bezeichnet wird und die eine endliche Anzahl Elemente x(n) hat, wobei n = 1, 2, 3; . . .N. Wie bereits erwähnt, stellt jedes Element x(n) einen Videosignalabtastwert dar. Diese Videogruppe wird daraufhin in eine Koeffizientengruppe umgewandelt, die aus den N Koeffizienten y(m) besteht, wobei der Zusammenhang zwischen einem Koeffizienten y(m) und den N Elementen x(n) einer Videogruppe durch den folgenden Ausdruck gegeben wird:

In diesem Ausdruck ist h(m, n) eine Konstante und kann als ein Element einer N × N-Transformationsmatrix H betrachtet werden. Die Koeffizienten y(m) stellen je einen der obengenannten Gewichtsfaktoren dar.

Es dürfte einleuchten, daß, wenn diese Koeffizienten alle mit derselben Genauigkeit kodiert werden würden wie die ursprünglichen Videosignalabtastwerte, also mit derselben Anzahl Bits, dann keine Verringerung der Anzahl Bits je Fernsehbild erhalten wird. Um dies dennoch zu verwirklichen, wird die Transformationsmatrix H derart gewählt, daß die Koeffizienten y(m) untereinander mehr unabhängig sind als die Videosignalabtastwerte x(n). Die in diesem Zusammenhang üblichsten Transformationsmatrizen sind die Hotelling-, die Fourier-, die Hadamard und die Haar-Matrizen (siehe beispielsweise Bezugsmaterial 4 und 5).

Die durch diese Transformation erhaltenen Koeffizienten können nach zweierlei Art kodiert werden und zwar nicht-adaptiv oder adaptiv. Eine nicht adaptive Kodierung dieser Koeffizienten ist in dem Bezugsmaterial 4 beschrieben worden und wird dort als "Zonal filtering" oder "Masking" bezeichnet. Dabei werden nicht alle Koeffizienten kodiert und übertragen bzw. in dem Speichermedium gespeichert, sondern nur eine feste Anzahl vorbestimmter Koeffizienten. Welche dies sind, wird nicht durch das Bild selbst bestimmt, sondern durch "alle" Bilder, die kodiert werden müssen. Eingehende Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß von bestimmten Koeffizienten der Absolutwert im Durchschnitt klein bis sehr klein ist, während andere Koeffizienten einen Absolutwert aufweisen, der im Durchschnitt einen bestimmten Wert überschreitet. Diejenigen Koeffizienten, die in ihrem Absolutwert im Durchschnitt kleiner sind als ein vorbestimmter Schwellenwert, werden nun niemals kodiert, und die übrigen werden immer kodiert. Dies kann wie folgt interpretiert werden: jeder Koeffizient wird in ein Kodewort umgewandelt mit einer für den betreffenden Koeffizienten charakteristischen Anzahl Bits. Mit anderen Worten, jedem Koeffizienten y(m) kann eine Zahl b(m) zugeordnet werden, die die Anzahl Bits angibt, in denen der Koeffizient y(m) kodiert werden muß. Diese Zahlen b(m) können als die Elemente einer Gruppe B betrachtet werden, die untenstehend als Bitzuordnungsgruppe bezeichnet wird. Bei der obenstehend betrachteten nicht-adaptiven Kodierung sind diejenigen Zahlen b(m), die denjenigen Koeffizienten y(m) zugeordnet sind, die nicht kodiert werden müssen, gleich Null. Weiterhin wird in diesem besonderen Fall b(m) kleiner, je nachdem der obengenannte mittlere Wert der Koeffizienten, dem diese Zahl b(m) zugeordnet ist, abnimmt.

Eine adaptive Kodierung der Koeffizienten y(m) ist ebenfalls in dem Bezugsmaterial 4 beschrieben worden und wird dort als "threshold sampling" bezeichnet. Auch dabei werden nicht alle Koeffizienten kodiert, sondern wieder nur gewisse Koeffizienten. Welche das sind und wieviele das sind, wird nun durch das zu kodierende Bild bestimmt. Es werden nun nämlich diejenigen Koeffizienten kodiert, die augenblicklich in ihrem Absolutwert einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten, Weil nun nicht vorher bekannt ist, welche Koeffizienten kodiert werden, muß zugleich Information erzeugt werden in bezug auf den Index m des kodierten Koeffizienten. Auch läßt sich nun sagen, daß mit der Koeffizientengruppe eine feste Bitzuordnungsgruppe B assoziiert ist, wobei jedoch diejenigen Zahlen b(m), die denjenigen Koeffizienten y(m) zugeordnet sind, die nicht kodiert werden dürfen, gleich Null gemacht werden.

Eine andere adaptive Kodierung der Koeffizienten ist in dem Bezugsmaterial 5 beschrieben worden. Bei dieser Kodierung wird die "Bildaktivität" eines Teilbildes bestimmt. Dies bedeutet, es wird eine Größe E berechnet, die entweder der nachfolgenden Beziehung:

oder der nachfolgenden Beziehung:

entspricht.

Daraufhin wird der auf diese Weise erhaltene Wert von E mit einer Anzahl Schwellenwerte D (1), D (2) . . . verglichen, und es wird ermittelt, zwischen welchen Schwellenwerten bzw. in welchem Intervall E liegt. Jedem Intervall ist nun eine Bitzuordnungsgruppe B(j) einer Anzahl Bitzuordnungsgruppen j = 1, 2, 3, . . . zugeordnet. Insbesondere ist beispielsweise dem Intervall E D (1) die Bitzuordnungsgruppe B (1) zugeordnet, dem Interval D (1) < E D (2) die Bitzuordnungsgruppe B (2), dem Intervall D (2) < E D (3) die Bitzuordnungsgruppe B (3) usw. Das Kennzeichnende dieser Bitzuordnungsgruppen B(j) ist nun, daß mehrere Elemente b(j, m) den Wert Null aufweisen werden, während ein von Null abweichendes Element b(j, m) nicht dem ebenfalls von Null abweichenden Element b(i, m) zu entsprechen braucht für i ungleich j.

Es sei noch bemerkt, daß im allgemeinen zum Kodieren eines Koeffizienten y(m) eine lineare sowie eine nicht-lineare Kodierungscharakteristik benutzt werden kann.

Aus der DE-OS 27 06 080 sind ein Verfahren und eine Anordnung zur adaptiven Transformationskodierung von Bildern bekannt, bei der Koeffizienten aus den Videosignalabtastwerten mittels orthogonaler Transformation gewonnen werden und in verschiedenen Klassifizierungsgruppen ("Sequenzklassen"), die verschiedenen Teilbildern entsprechen, angeordnet sind. Danach findet eine Zählung derjenigen Koeffizienten in den einzelnen Klassifizierungsgruppen statt, die einen für die jeweilige Klassifizierungsgruppe festgelegten Schwellenwert überschreiten. Ist diese Anzahl größer als die Hälfte der Gesamtanzahl, so ist diese Klassifizierungsgruppe "aktiv". Danach wird von den so bestimmten aktiven Gruppen diejenige mit niedrigst möglicher Ordnung ausgewählt und die Koeffizienten werden mit Hilfe einer dieser ausgewählten Klassifizierungsgruppe entsprechenden Bitzuordnungsgruppe quantisiert.

B. Zusammenfassung der Erfindung

Wie im Abschnitt A(1) bereits erwähnt, bezieht sich die Erfindung insbesondere auf ein Verfahren zum Umwandeln eines zeitdiskreten Videosignals in ein digitales Signal, wobei zur Verringerung der Anzahl Bits je Bild oder der mittleren Anzahl Bits je Bild eine Transformation jenes Bildes in eine Anzahl Koeffizienten und eine adaptive Kodierung dieser Koeffizienten angewandt wird. Wie aus dem obenstehenden Abschnitt hervorgeht, umfaßt ein derartiges Verfahren im allgemeinen die nachfolgenden Schritte:

a) das Zusammenstellen einer Videogruppe, die aus einer endlichen Anzahl von N Videosignalabtastwerten x(n) besteht;
b) das Umwandeln dieser Videogruppe in eine Koeffizientengruppe, die aus N Koeffizienten y(m) mit n, m = 1, 2, 3, . . . N besteht, die je der Summe von gewogenen Versionen der Videosignalabtastwerte x(n) der Videogruppe entsprechen;
c) das adaptive Kodieren jedes der Koeffizienten y(m) der Koeffizientengruppe.

Die im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen bekannten Verfahren zum adaptiven Kodieren der Koeffizienten y(m) weisen alle den Nachteil auf, daß, wenn ein bestimmter Koeffizient, der im Durchschnitt klein bis sehr klein aber im Einzelfall relativ groß ist, dieser dennoch nicht kodiert wird oder mit ungenügender Genauigkeit kodiert wird. Dies bedeutet, daß von dem betreffenden Teilbild feine Einzelheiten verlorengehen, wodurch die Bildqualität beeinträchtigt wird.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, durch die der vorbeschriebene Einzelheitenverlust vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden nach der Erfindung:

I. zum adaptiven Kodieren jedes der Koeffizienten y(m) die folgenden Teilschritte durchgeführt:
- I(1). Das Vergleichen des Absolutwertes der Koeffizientengruppe mit einer Anzahl Klassifizierungsgruppen A(j), wobei j = 1, 2, 3, . . . M, die je aus den positiven Elementen a(j, m) bestehen und wobei der Gruppe A(j) die Ordnung j zugeordnet ist und a(j +1, m) a(j, m) ist, während mit jeder Klassifizierungsgruppe A(j) eine Bitzuordnungsgruppe B(j), die aus den positiven Elementen b(j, m) besteht, assoziiert ist;
- I(2). Das Selektieren der Klassifizierungsgruppe A(j) mit niedrigst möglicher Ordnung, wodurch gilt, daß der Absolutwert von y(m) kleiner ist als a(j, m) für alle Werte von m;
- I(3). Das Umwandeln des Absolutwertes des Koeffizienten y(m) in ein Koeffizientenkodewort z(m), das eine Anzahl Bits enthält, die durch das Element b(j, m) der Bitzuordnungsgruppe B(j) gekennzeichnet wird, die mit der selektierten Klassifizierungsgruppe A(j) assoziiert ist;
II. eine Zahl erzeugt, die die Ordnung j der selektierten Klassifizierungsgruppe A(j) kennzeichnet.

C. Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Kodieranordnung, in der Bildumwandlung erfolgt;

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wandlers;

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung;

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer logischen Schaltung;

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Umlaufschieberegisters zum Speichern der Bitzuordnungselemente;

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer veränderlichen Wortlängenkodieranordnung;

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Steuerkreises;

Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Wandlers;

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Hilfswandlers;

Fig. 10 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung;

Fig. 11 zeigt eine Erweiterung der in Fig. 1 dargestellten Kodieranordnung;

Fig. 12 zeigt eine andere Ausführungsform des gruppenbildenden Kreises zum Gebrauch in dem Wandler nach Fig. 8;

Fig. 13 zeigt eine alternative Ausführungsform des Kreises, der zum Erzeugen des Ordnungskodewortes R(j) in der Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung verwendet wird;

Fig. 14 zeigt die Anzahl Bits, in die die unterschiedlichen Koeffizienten kodiert werden.

D. Bezugsmaterial

1. Special Issue on Analog/Digital Conversion; IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. CAS 25, Nr. 7, Juli 1978.

2. CCITT Recommendation G-751 (1977).

3. Digital Differential Quantizer for Television; J. O. Limb, F. W. Mounts; Bell Systems Technical Journal, Heft 48, 1969, Seiten 2583-2599.

4. Transform Picture Coding; P. A. Wintz; Proceedings of the IEEE, Heft 60, Nr. 7, Juli 1972, Seiten 809-820.

5. Adaptive Coding of Monochrome and Colour Images; W. H. Chen, C. H. Smith, IEEE Transactions on Communications; Heft COM-25 Nr. 11, November 1977, Seiten 1285-1292.

6. Philips Data Handbook, Signetics Integrated Circuits 1976; oder The TTL Data Book, Texas Instruments Nr. LCC 4112; IC Typ Nr. SN 74 LS 148.

7. Intraframe Image Coding by Cascaded Hadamard Transforms; T. Fukinuki, M. Miyata; IEEE Transactions on Communications, Heft COM-21, Nr. 3, März 1973, Seiten 175-180.

E. Der allgemeine Aufbau der Kodieranordnung

In Fig. 1 ist eine Kodieranordnung dargestellt, deren Aufbau auf dem obenstehend beschriebenen Verfahren nach der Erfindung basiert ist. Dieser Kodieranordnung wird ein Videosignal (t) zugeführt, das von einer Videosignalquelle 1 herrührt. Dieses Videosignal wird in dem betreffenden Ausführungsbeispiel einer Abtastanordnung 2 zugeführt, die unter Ansteuerung von Abtastimpulsen S (1), die mit einer Frequenz von f _s = 1/T auftreten, Abtastwerte dieses Videosignals nimmt und die Videosignalabtastwerte (qT) liefert. Dabei gilt, daß q = . . .-2, -1, 0, 1, 2, . . . Diese Videosignalabtastwerte werden daraufhin in einer Hilfskodieranordnung 3 quantisiert und linear kodiert. Diese Hilfskodieranordnung 3 liefert also Zahlen (q), die je eine quantisierte und linear kodierte Form eines Videosignalabtastwertes (qT) darstellen.

Die Videosignalabtastwerte (q) werden einem noch näher zu beschreibenden Wandler 4 zugeführt, der:

1) diese Sginalabtastwerte gruppiert und folglich eine Videogruppe zusammenstellt, die aus den N Elementen x(n), die je einen Videosignalabtastwert darstellen, besteht und wobei n = 1, 2, 3, . . . N;
2) diese Videogruppe in eine Koeffizientengruppe umwandelt, die aus den N Koeffizienten y(m) besteht, wobei m = 1, 2, 3, . . . N und wobei der Zusammenhang zwischen diesen Koeffizienten und den Elementen der Videogruppe durch den folgenden Ausdruck gegeben wird:

Wie bereits erwähnt, können die Konstanten h(m, n) als Elemente einer Transformationsmatrix H betrachtet werden. Untenstehend wird dies dadurch ausgedrückt, daß vorausgesetzt wird, daß mit dem Wandler eine Transformationsmatrix assoziiert ist.

Der Wandler liefert nun an dem Ausgang diese Koeffizienten y(m), die ihrerseits einer veränderlichen Wortlängenkodieranordnung 5 zugeführt werden, die jeden Koeffizienten in ein Kodewort z(m) geeigneter Wortlänge umwandelt. Diese Wortlänge wird durch eine Größe bestimmt, die über einen Steuereingang 501 dieser Kodieranordnung 5 zugeführt wird.

Außer der veränderlichen Wortlängenkodieranordnung 5 werden die Koeffizienten y(m) auch einer Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung 6 zugeführt. Mit dieser Schaltung 6 sind eine Anzahl von M-Speichern 7(1), 7(2), . . . 7 (m) verbunden. In jedem dieser Speicher ist eine Klassifizierungsgruppe gespeichert. Insbesondere enthält, wie in der Figur angegeben, der Speicher 7(1) die Klassifizierungsgruppe A (1), mit der Ordnung eins, der Speicher 7(2) eine Klassifizierungsgruppe A(2) mit der Ordnung zwei usw. Jede dieser Klassifizierungsgruppen besteht aus N positiven Elementen. Wird die Klassifizierungsgruppe mit der Ordnung j nun durch A(j) dargestellt, wobei j = 1, 2, . . . M, so kann ein Element dieser Gruppe durch a(j, m) dargestellt werden. Die Elemente dieser Klassifizierungsgruppen sind nun derart gewählt worden, daß a(j + 1, m) a(j, m) ist.

In der Schaltung 6 wird der Absolutwert der Koeffizientengruppe mit den Klassifizierungsgruppen verglichen. Dies bedeutet, daß der Absolutwert eines Koeffizienten y(m) einer Koeffizientengruppe mit einem oder mehreren der Elemente a (1, m), a (2, m), a(M, m) verglichen wird. Auf Basis dieses Vergleiches kann dann der kleinste Wert von j ermittelt werden und folglich diejenige Klassifizierungsgruppe A(j) selektiert werden mit der möglichst niedrigen Ordnung, wofür gilt, daß der Absolutwert von y(m) kleiner ist als a(j, m) für alle Werte von m. Diese Zahl j, oder eine Äquivalente davon, untenstehend als Ordnungscodewort R(j) bezeichnet, wird nun einer logischen Schaltung 8 zugeführt.

Mit dieser logischen Schaltung 8 sind ebenfalls eine Anzahl von M Speichern 9(1), 9(2), . . . 9 (M) verbunden, welche Anzahl der Anzahl Klassifizierungsgruppen A(j) entspricht. In jedem dieser Speicher 9(.) ist eine Bitzuordnungsgruppe gespeichert. Wie in der Figur angegeben, enthält der Speicher 9(1) die Bitzuordnungsgruppe B (1), der Speicher 9(2) die Bitzuordnungsgruppe B (2), usw. Jede dieser Bitzuordnungsgruppen besteht aus N Bitzuordnungselementen. Wird die Bitzuordnungsgruppe mit der Ordnungsnummer je durch B(j) bezeichnet, wobei j = 1, 2, . . . M, so kann jedes Bitzuordnungselement dieser Gruppe durch b(j, m) dargestellt werden. Infolge des Ordnungskodewortes R(j) werden die Bitzuordnungselemente b(j, m) der Gruppe B(j) der veränderlichen Wortlängenkodieranordnung 5 zugeführt, wodurch der Koeffizient y(m) in ein Kodewort z(m) umgewandelt wird, dessen Anzahl Bits durch b(j, m) bestimmt wird.

Wie aus dem Obenstehenden hervorgeht, gehört zu einer bestimmten Klassifizierungsgruppe A(j) nur eine bestimmte Bitzuordnungsgruppe B(j). In derartigen Fällen läßt sich sagen, daß mit der Klassifizierungsgruppe A(j) eine Bitzuordnungsgruppe B(j) assoziiert ist.

Weil die Wortlänge eines Kodewortes z(m) durch die Koeffizientengruppe bestimmt wird, ist von einer adaptiven veränderlichen Wortlängenkodierung die Rede.

Die auf diese Weise erhaltenen Kodeworte z(m) und das einer Koeffizientengruppe zugeordnete Ordnungskodewort R(j), können nun entweder je einem einzelnen, oder in einem Zeitmultiplexformat einem gemeinsamen Übertragungsmedium zugeführt werden. Im letzteren Fall wird eine Multiplexschaltung 10 notwendig sein, die jedoch auf übliche Weise ausgebildet sein kann und wobei der Ausgang mit dem Ausgang 11 der Kodieranordnung verbunden ist.

F. Detailausbildungen einiger Elemente F(1). Der Wanlder

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Wandlers dargestellt, mit dem eine 4 × 4-Hadamard-Transformationsmatrix H₄ assoziiert ist und wobei die Videogruppe aus vier aufeinanderfolgenden und derselben Bildzeile zugeordneten Videosignalabtastwerten besteht. Diese Videosignalabtastwerte (q) werden dabei reihenweise diesem Wandler zugeführt, und dieser Wandler liefert die vier Koeffizienten y(m) ebenfalls reihenweise.

Der in Fig. 2 dargestellte Wandler ist insbesondere mit einem Videogruppe-bildenden Kreis 401 mit einem Schieberegister 402, einem Übertragungskreis 404 und einem Speicher 405 versehen. Das Schieberegister 402 besteht aus den vier Schieberegisterelementen 402(1)- 402(4), die je dazu eingerichtet sind, einen Signalabtastwert (q) zu speichern. Dieses Schieberegister ist mit einem Eingang 403 versehen, der mit dem Ausgang der Hilfskodierungsanordnung 3 verbunden ist. Diesem Schieberegister werden weiterhin Schiebeimpulse S (2) zugeführt, die ebenso wie die Videosignalabtastwerte (q) mit einer Frequenz f _s auftreten. Die Ausgänge dieser Schieberegisterelemente 403(.) sind auf die in der Figur angegebene Art und Weise mittels des aus UND-Torschaltungen 404(.) aufgebauten Übertragungskreises 404 mit Eingängen von Speicherelementen 405(.) des Speichers 405 verbunden. Diesen UND-Torschaltungen 404(.) werden Übertragungsimpulse T (1) zugeführt, die mit einer Periode von 4/f _s = 4T auftreten. Wenn nun zu dem Zeitpunkt, da ein Übertragungsimpuls T (1) auftritt, das Schieberegisterelement 402 (n) den Videosignalabtastwert (i + n) enthält, wird dieser Videosignalabtastwert in das Speicherelement 405 (n) des Speichers 405 eingeschrieben und wird dann durch x(n) bezeichnet. Die nach dem Auftritt des Übertragungsimpulses T (1) in diesem Speicher 405 vorhandenen vier Elemente x(n) bilden nun die obengenannte Videogruppe, die in einem Wandler 406 umgewandelt wird. Dazu sind die Ausgänge der Speicherelemente 405(.) auf die in der Figur angegebene Art und Weise mit Eingängen von Addieranordnungen 406(.) verbunden, die die gewünschten Koeffizienten y (.) liefern. Insbesondere wird durch eine gezogene Verbindung zwischen einem Speicherelement 405(.) und einer Addieranordnung 406(.) angegeben, daß das betreffende Element x (.) multipliziert mit einem Faktor +1 der betreffenden Addieranordnung zugeführt wird, während eine gestrichelt angegebene Verbindung bedeutet, daß das betreffende Element x (.) multipliziert mit einem Faktor -1 der betreffenden Addieranordnung zugeführt wird. Die von den Addieranordnungen 406(.) gelieferten Koeffizienten y (.) werden einem Ausgangskreis 407 zugeführt und insbesondere in Speicherelementen 408(.) gespeichert. Die Ausgänge dieser Speicherelemente 408(.) sind mittels eines aus UND- Torschaltungen 409(.) aufgebauten Übertragungskreises 409 mit Stell-Rückstell-Eingängen der Schieberegisterelemente 410(.) eines Schieberegisters 410 verbunden. Außer den UND-Torschaltungen 404(.) werden die Übertragungsimpulse T (1) auch den UND-Torschaltungen 409(.) zugeführt. Unter Ansteuerung der Schiebeimpulse S (1) werden die Koeffizienten, die in diesem Schieberegister 410 gespeichert sind, nacheinander dem Ausgang 411 des Wandlers zugeführt.

F(2). Die Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung 6 dargestellt für den Fall, daß M = 5 ist. Sie enthält einen Speicher 601, der aus den Speicherelementen 601(1), 601(2), 601(3), 601(4) aufgebaut ist, die die Koeffizienten y (1), y (2), y (3) und y (4) enthalten. Um regelmäßig eine neue Gruppe von Koeffizienten in diesen Speicher 601 einzuschreiben, sind diese Speicherelemente mit den Ausgängen der UND- Torschaltungen 409(.) des in Fig. 2 dargestellten Übertragungskreises 409 verbunden. Für m = 1, 2, 3, 4 gilt nun, daß der Ausgang des Speicherelementes 601 (m), das den Koeffizienten y(m) enthält, an einen ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 602 (m) angeschlossen ist. Einem zweiten Eingang derselben werden M nacheinander auftretende Klassifizierungselemente a (1, m), a (2, m), a (3, m), a (4, m), a (5, m) zugeführt und sie liefert eine logische "1" jeweils, wenn der Koeffizient y(m) größer ist als das Klassifizierungselement, mit dem es verglichen wird.

Zum Zuführen der Klassifizierungselemente zu der Vergleichsschaltung 602 (m) ist der zweite Eingang derselben über eine in der Figur nur auf symbolische Weise dargestellte Schaltungsanordnung 603 (m) an die Ausgänge von M Speicherelementen 7(1, m), 7(2, m), 7(3, m), 7(4, m) und 7(5, m) anschließbar, die die jeweiligen Klassifizierungselemente a (1, m), a (2, m), a (3, m), a (4, m) und a (5, m) enthalten. Diese Schaltungsanordnung 603 (m) wird nun derart durch die Taktimpulse T (2) gesteuert, daß zunächst a (1, m), dann a (2, m), daraufhin a (3, m) und dann a (4, m) und zum Schluß a (5, m) dem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 602 (m) zugeführt wird.

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 602 (m) ist an einen Eingang einer ODER-Torschaltung 406 angeschlossen, deren Ausgang an einen ersten Eingang eines UND-Tores 605 angeschlossen ist. Einem zweiten Eingang dieses UND-Tores werden Taktimpulse T (3) zugeführt. Der Ausgang dieses UND-Tores ist weiterhin an einen Eingang eines rückstellbaren synchronen Zählers 606 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung ist nun wie folgt. Zu dem Augenblick, wo den UND-Torschaltungen 409(.) des in Fig. 2 dargestellten Übertragungskreises 409 ein Übertragungsimpuls T (1) zugeführt wird, wird der Inhalt y(m) des Speicherelementes 409 (m) zu dem Speicherelement 601 (m) übertragen, und der Zähler 606 wird in die Nullstellung gebracht. Weil die Schaltungsanordnungen 603(1), 603(2), 603(3) und 603(4) synchron gesteuert werden, werden die Koeffizienten y (1), y (2), y (3) und y (4) zunächst mit den jeweiligen Klassifizierungselementen a (1,1), a (1,2), a (1,3), a (1,4) verglichen. Wenn nun mindestens einer dieser Koeffizienten größer ist als das Klassifizierungselement, mit dem er verglichen wird, liefert das ODER-Tor 604 eine logische "1" und wird über das UND-Tor 605 dem Zähler 606 ein Taktimpuls T (3) zugeführt, wodurch die Zählstellung um eine Einheit erhöht wird. Die obengenannten Klassifizierungselemente a (1,1), . . .a (1,4) bilden zusammen die obengenannte Klassifizierungsgruppe a (1).

Nach Vergleich der Koeffizientengruppe mit der ersten Klassifizierungsgruppe A (1) erfolgt ein Vergleich mit der zweiten Klassifizierungsgruppe A (2). Mit anderen Worten, die Koeffizienten y (1), y (2), y (3) und y (4) werden mit den jeweiligen Klassifizierungselementen a (2,1), a (2,2), a (2,3) bzw. a (2,4) verglichen. Wenn auch nun mindestens einer der Koeffizienten größer ist als das Klassifizierungselement, mit dem er verglichen wird, wird wieder dem Zähler 606 ein Taktimpuls T (3) zugeführt.

Das obenstehend beschriebene Verfahren wird nun mit der Klassifizierungsgruppe A (3) sowie mit der Gruppe A (4) und der Gruppe A (5) wiederholt.

Wenn nun von einem bestimmten Wert von j keine der Vergleichsschaltungen 602(.) mehr eine logische "1" liefert, so daß also für jede m gilt: a(j, m) < y(m), ist die Zählstellung des Zählers 606 gleich R(j) = j - 1. Diese Zählstellung kann nun zu der in Fig. 1 dargestellten logischen Schaltung 8 übertragen werden. Dieses Übertragen ist in Fig. 3 auf symbolische Weise durch einen Schalter 607 dargestellt, der durch Übertragungsimpulse T (4) gesteuert wird.

F(3). Logische Schaltung und Bitzuordnungsspeicher

Wie bereits erwähnt, werden die Ordnungskodeworte R(j) der logischen Schaltung zur Selektion der mit der Klassifizierungsgruppe A(j) assoziierten Bitzuordnungsgruppe B(j) zugeführt. In Fig. 4 ist eine dazu geeignete Ausführungsform dieser logischen Schaltung 8 dargestellt. Sie enthält M = 5 UND-Torschaltungen 801(.), die je mit einem Ausgang an einen Eingang einer ODER-Torschaltung 802 angeschlossen sind, deren Ausgang 803 seinerseits an den Eingang 501 der veränderlichen Wortlängenkodieranordnung 5 nach Fig. 1 angeschlossen ist.

Jede UND-Torschaltung 801 (j) ist mit zwei Eingängen versehen, die durch 804 (j) und 805 (j) bezeichnet sind und wobei j wieder eine Zahl darstellt aus der Reihe 1, 2, 3, . . . M. Der Eingang 804 (j) der UND-Torschaltung 802 (j) ist mit dem Ausgang des Bitzuordnungsspeichers 9 (j) verbunden, und der Eingang 805 (j) ist mit einem Auskodierungsnetzwerk 806 verbunden, das an einen Speicher 807 angeschlossen ist. In diesem Speicher 807 wird das Ordnungskodewort R(j) eingeschrieben, das von dem in Fig. 3 dargestellten Zähler 606 geliefert wird. Infolge dieses Kodewortes wird durch das Auskodierungsnetzwerk 806 ein Impuls geliefert mit einer Dauer, die beispielsweise der Periode der Impulsreihe T (4) nahezu entspricht. Insbesondere tritt dieser Impuls an dem folgenden Eingang auf:
805(1), wenn R(j) = 0 ist, so daß j = 1 ist,
805(2), wenn R(j) = 1 ist, so daß j = 2 ist,
805(3), wenn R(j) = 2 ist, so daß j = 3 ist,
805(4), wenn R(j) = 3 ist, so daß j = 4 ist,
805(5), wenn R(j) = 4 ist, so daß j = 5 ist.

Wenn dieser Impuls an dem Eingang 805 (j) auftritt, werden die Bitzuordnungselemente b(j, m) mit m = 1, 2, 3, 4, die in dem Bitzuordnungsspeicher 9 (j) gespeichert sind, nacheinander über die UND-Torschaltung 801 (j) und die ODER-Torschaltung 802 der veränderlichen Wortlängenkodieranordnung 5 zugeführt.

Um, wie in diesem Ausführungsbeispiel vorausgesetzt wurde, die Bitzuordnungselemente b(j, m) nacheinander auftreten zu lassen, wird jeder Speicher 9 (j) vorzugsweise als Umlaufschieberegister ausgebildet. Ein schematisches Ausführungsbeispiel eines derartigen Schieberegisters ist in Fig. 5 dargestellt. Wie da angegeben, enthält dieser Speicher 9 (j) ein Schieberegister 901 (j) mit insgesamt N = 4 Schieberegisterelementen 901 (j, m), die je zum Speichern eines Bitzuordnungselementes (j, m) eingerichtet sind. Von diesem Register wird der Inhalt durch die Impulse S (1) weitergeschoben. Der Ausgang 902 (j) dieses Schieberegisters ist mit dem Eingang 804 (j) der UND- Torschaltung 801 (j) verbunden. Zum Verwirklichen des umlaufenden Charakters ist der Ausgang 902 (j) zugleich mit einem Eingang 903 (j) dieses Schieberegisters 901 (j) verbunden.

F(4). Die veränderlichen Wortlängenkodieranordnung 5

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der veränderlichen Wortlängenkodieranordnung 5 dargestellt. Diese ist mit dem bereits genannten Eingang 501 versehen, dem die Bitzuordnungselemente b(j, m) zugeführt werden. Weiterhin enthält sie einen Eingang 502, dem die Koeffizienten zugeführt werden und einen Ausgang 503, an dem die Kodeworte z(m) auftreten. An den Eingang 502 sind eine Anzahl, in diesem Fall zehn, Hilfskodieranordnungen 504(1), 504(2) . . . 504(10) angeschlossen, die in diesem Fall beispielsweise 1-, 2-, 3-, . . . bzw. 10-Bit-Kodeworte liefern. Die Ausgänge dieser Hilfskodieranordnungen sind über UND-Torschaltungen 505(.) und eine ODER-Torschaltung 506 an den Ausgang 503 angeschlossen. Diese Anordnung 5 ist weiterhin mit einem Speicher 507 versehen, in dem die Bitzuordnungselemente b(j, m) vorübergehend gespeichert werden. An diesen Speicher ist ein Auskodierungsnetzwerk 508 angeschlossen, das zehn Ausgänge 509(.) hat. Jeder dieser Ausgänge ist an einen Eingang einer UND-Torschaltung 504(.) angeschlossen. Wird nun in dem Speicher 507 ein Element b(j, m) eingeschrieben, so wird an einem bestimmten Ausgang 509 (i) des Auskodierungsnetzwerkes 508 ein Impuls abgegeben. Dieser Impuls wird der mit diesem Ausgang verbundenen UND-Torschaltung 505 (i) zugeführt, dem zugleich ein Taktimpulssignal T (5) zugeführt wird. Zu dem Zeitpunkt, wo ein Impuls in dem Taktsignal T (5) auftritt, wird das von der Hilfskodieranordnung 504 (i) gelieferte Kodewort als Ausgangskodewort z(m) dem Ausgang 503 zugeführt.

Es sei bemerkt, daß in vielen Fällen das Bitzuordnungselement b(j, m) die Rangnummer i darstellen wird der Hilfskodieranordnung 504 (i), deren Ausgangskodewort als Kodewort z(m) dem Ausgang 503 zugeführt werden muß. Nur in dem obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist i auch gleich der Anzahl Bits in z(m).

Auch sei bemerkt, daß der Zusammenhang zwischen z(m) und y(m) ein linearer Zusammenhang sein kann; auch ein nicht-linearer Zusammenhang ist noch möglich.

Weil in dem obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Koeffizienten y(m) bereits in digitaler Form verfügbar sind, werden die Hilfskodieranordnungen 504(.) je vorzugsweise als Speicher ausgebildet, beispielsweise als ROM, der durch die Koeffizienten y(m) adressiert wird.

F(5). Der Steuerkreis

Die erforderlichen Taktimpulse zum Steuern der obenstehend beschriebenen Anordnung können mit Hilfe des in Fig. 7 dargestellten Steuerkreises erhalten werden. Dies wird durch einen Modulo-60-Zähler 1201 erhalten, dem die Ausgangsimpulse eines Taktimpulsgenerators 1202 zugeführt werden. Dieser Generator liefert Taktimpulse, die mit einer Frequenz von beispielsweise 15 f _s auftreten. An diesen Modulo-60-Zähler ist ein Auskodierungsnetzwerk 1203 angeschlossen, das mit sieben Ausgängen versehen ist, die durch S (1), S (2), T (1), T (2), T (3), T (4) bzw. T (5) bezeichnet sind. Dieser Steuerkreis liefert einen Taktimpuls an dem Ausgang S (1) und zwar jeweils wenn der Zähler 1201 die Zählstellung 0, 15, 30, 45 hat. An dem Ausgang S (2) tritt ein Taktimpuls auf und zwar jeweils, wenn der Zähler 1201 eine der Zählstellungen 13, 28, 43 oder 58 hat. An dem Ausgang T (1) tritt ein Taktimpuls auf und zwar jeweils, wenn der Zähler 1201 die Zählstellung 59 hat. An dem Ausgang T (2) tritt ein Taktimpuls auf und zwar jeweils, wenn der Zähler eine der Zählstellungen 0, 2, 4, 6 oder 8 hat. An dem Ausgang T (3) tritt ein Taktimpuls auf und zwar jeweils, wenn der Zähler 1201 eine der Zählstellungen 1, 3, 5, 7 oder 9 hat. An dem Ausgang T (4) tritt ein Taktimpuls auf und zwar jeweils, wenn der Zähler 1201 die Zählstellung 10 hat. An dem Ausgang T (5) tritt ein Taktimpuls auf, und zwar jeweils, wenn der Zähler 1201 eine der Zählstellungen 12, 27, 42 bzw. 57 hat.

G. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel

Wie im Abschnitt F(5) angegeben, ist für die Steuerung des in dem obenstehenden Abschnitt beschriebenen Ausführungsbeispiels eine Taktimpulsfrequenz erforderlich, die etwa fünfzehnmal höher ist als die bereits hohe Abtastfrequenz f _s. Eine wesentlich niedrigere Taktimpulsfrequenz ist notwendig, wenn die jeweiligen Elemente der Kodieranordnung auf die Art und Weise ausgebildet werden, wie in dem untenstehenden Abschnitt beschrieben ist.

G(1). Der Wandler

In Fig. 8 ist die bevorzugte Ausführungsform des Wandlers 4 dargestellt, mit dem nun eine 2^P × 2^P- Hadamard-Transformationsmatrix assoziiert ist und wobei die Videogruppe aus 2^P-Videosignalabtastwerten besteht, die nun jedoch nicht alle derselben Bildzeile zugehören. Insbesondere wird dabei die Videogruppe auf die Art und Weise erhalten, wie in dem Bezugsmaterial 7 beschrieben worden ist. Dazu werden jeweils von jeder von P aufeinanderfolgenden Videozeilen P aufeinanderfolgende Videosignalabtastwerte genommen. Jede Videozeile muß dann Q = rp² + (p - 1)P Videosignalabtastwerte enthalten. Die Größe r stellt dabei eine ganze Zahl dar. In dem Wandler, der in Fig. 8 dargestellt ist, ist P = 4, so daß N = 16 ist. Auch dieser Wandler ist mit einem eine Videogruppe bildenden Kreis 401 und einem Wandlerkreis 406 versehen. An den Eingang 403 dieses Kreises 401 ist nun eine Kaskadenschaltung aus P - 1 = 3 Verzögerungsleitungen 412(1), 412(2), 412(3) angeschlossen. Jede Verzögerungsleitung hat eine Verzögerungszeit von (Q - P)/f _s Sekunden und enthält Q - P Videosignalabtastwerte. Der Eingang 403 dieses gruppenbildenden Kreises und der Ausgang jeder der Verzögerungsleitungen ist über eine UND-Torschaltung 413(.) an einen Eingang einer ODER-Torschaltung 414 angeschlossen. Jeder der UND-Torschaltungen werden zugleich P = 4 Steuerimpulse zugeführt.

Insbesondere werden zunächst vier Steuerimpulse der UND-Torschaltung 413(3) zugeführt, dann vier zu der UND-Torschaltung 413(2), daraufhin vier Impulse zu der UND-Torschaltung 413(1) und zum Schluß vier Impulse zu der UND-Torschaltung 413(0).

Diese Steuerimpulse werden von einem Modulo-16- Zähler 415 erzeugt, dem die Abtastimpulse S (1) zugeführt werden. An diesen Zähler ist weiterhin ein Auskodierungsnetzwerk 416 angeschlossen mit P = 4 Ausgängen 416(.), die je an einen Eingang einer UND-Torschaltung 413(.) angeschlossen sind. Dieses Auskodierungsnetzwerk 416 liefert nun eine logische "1" an dem Ausgang 416(3), jeweils wenn der Zähler eine der Zählstellungen 0, 1, 2 oder 3 hat. An dem Ausgang 416(2) tritt eine logische "1" auf, jeweils wenn der Zähler eine der Zählstellungen 4, 5, 6 oder 7 hat. Bei den Zählstellungen 8, 9, 10 oder 11 tritt jeweils eine logische "1" an dem Ausgang 416(1) auf, während jeweils an dem Ausgang 416(0) eine logische "1" auftritt, wenn der Zähler eine der Zählstellungen 12, 13, 14 oder 15 hat.

Die Videosignalabtastwerte x(n) der Videogruppe treten nun nacheinander an dem Ausgang der ODER-Torschaltung 414 auf, und sie werden dem Wandlerkreis 406 zugeführt, der nun durch eine Kaskadenschaltung eines ersten Hilfstransformators 417, eines Speichers 418 und eines zweiten Hilfstransformators 419 gebildet wird. Diese Hilfstransformatoren sind auf dieselbe Art und Weise aufgebaut, und ein Ausführungsbeispiel davon wird an Hand der Fig. 9 beschrieben. An dieser Stelle sei jedoch bemerkt, daß mit jedem dieser Hilfstransformatoren eine P × P-Matrix assoziiert ist, insbesondere eine 4 × 4- Hadamard-Matrix.

Der Speicher 418 kann nun durch einen RAM gebildet werden und dient zum Speichern der umgewandelten Videosignalabtastwerte w(m), die von dem Hilfstransformator 417 geliefert werden. Die Adressierung dieses Speichers 418 ist nun derart, daß die darin gespeicherten verwandelten Videosignalabtastwerte w(m) darin in einer anderen Reihenfolge ausgelesen werden als in der sie eingeschrieben wurde. Dazu werden dem Adressendekoder 420 dieses Speichers entweder die von einem ersten bzw. von einem zweiten Adressengenerator 421 bzw. 422 gelieferten Adressenkodes zugeführt. Diese Adressengeneratoren 421, 422 sind dazu über je eine UND-Torschaltung 423 bzw. 424 und eine ODER-Torschaltung 425 an den Eingang des Adressendekoders 420 angeschlossen. Jeder der UND-Torschaltungen 423, 424 wird ein Steuersignal zugeführt, das von einer T-Flip-Flop-Schaltung 426 erzeugt wird, der die in der Figur angegebenen Ausgangsimpulse des Auskodierungsnetzwerkes 416 zugeführt werden. Die von dem Speicher 418 gelieferten umgewandelten Videosignalabtastwerte werden dem Hilfstransformator 419 zugeführt, der die Koeffizienten y(m) in Reihe und mit einer Geschwindigkeit f _s liefert.

In diesem Wandler, der in Fig. 8 dargestellt ist, werden, wie aus dem Obenstehenden hervorgeht, die P² = 16 Videosignalabtastwerte der Videogruppe nicht unmittelbar einer Sechzehn-Punkt-Umwandlung ausgesetzt, sondern einer Äquivalenten derselben. Dazu werden die nacheinander von der UND-Torschaltung 413(3) gelieferten Videosignalabtastwerte x (1), x (2), x (3) und x (4) als die Elemente der ersten Reihe einer Matrix X betrachtet. Die nacheinander von der UND-Torschaltung 413(2) gelieferten Videosignalabtastwerte x (5), x (6), x (7) und x (8) werden betrachtet als die Elemente der zweiten Reihe der Matrix X. Auf entsprechende Weise werden die nacheinander von den UND-Torschaltungen 413(1) und 413(0) gelieferten Video-Signalabtastwerte als die Elemente der dritten bzw. vierten Reihe der Matrix X betrachtet. In dem Hilfstransformator 417 wird diese Matrix X mit der 4 × 4-Hadamard- Matrix H₄ multipliziert, wodurch die 4 × 4-Matrix W erhalten wird mit den Elementen w(m), und zwar derart, daß gilt:

W = XH₄

Um nun wieder unter Verwendung der Matrix H₄ die gewünschten Koeffizienten y(m) zu erhalten, muß die Matrix W zunächst transponiert werden. Dies wird durch Verwendung des Speichers 418 und der beiden Adressengeneratoren 412 und 422 verwirklicht. Dadurch, daß nun die transponierte Matrix W ^T mit H₄ multipliziert wird, wird eine 4 × 4- Matrix Y erhalten und zwar derart, daß:

Y = W ^TH₄

wobei die Elemente die gesuchten Koeffizienten sind.

Ein Ausführungsbeispiel des Hilfstransformators ist in Fig. 9 dargestellt. Mit diesem Hilfstransformator ist die obengenannte Hadamard-Matrix H₄ assoziiert. Sie ist mit einem Eingang 427 und einem Ausgang 428 versehen. Zwischen diesem Eingang und diesem Ausgang ist eine Kaskadenschaltung einer Anzahl Hilfskreise 429(.) angeordnet. Jeder dieser Hilfskreise ist mit einem Eingang 430(.) und einem Ausgang 431(.) versehen. An den Eingang 430(.) ist eine Kaskadenschaltung zweier Verzögerungselemente 432(.) und 433(.) angeschlossen. Die Eingänge und Ausgänge dieses Verzögerungselementes 432(.) und 433(.) sind auf die in der Figur angegebene Art und Weise mittels einer Inverterschaltung 434(.), UND-Torschaltungen 435(.), 436(.), 437(.) und 438(.) und ODER-Torschaltungen 439(.) und 440(.) an Eingänge einer Addieranordnung 441(.) angeschlossen. Den UND-Torschaltungen 435(.), 436(.), 437(.) und 438(.) werden Steuerimpulse zugeführt, die mit Hilfe einer Teilerschaltung 442(.) von den Abtastimpulsen S (1) abgeleitet werden. Der Ausgang der Addieranordnung 441(.) ist über eine Verzögerungsanordnung 443(.) an den Ausgang 431(.) des Hilfskreises angeschlossen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem die Hadamard-Transformationsmatrix H₄ verwirklicht werden muß, enthält die Hilfstransformationsanordnung zwei Hilfskreise 429(1) und 429(2) und ist die Verzögerungszeit der Verzögerungselemente 432(1), 433(1), 443(1) gleich T = 1/f _s und ist die Verzögerungszeit der Elemente 432(2), 433(2) und 443(2) gleich 2 T. Die Teilerschaltung 442(1) hat einen Teilungsfaktor zwei und wird durch nur eine T-Flip-Flop-Schaltung gebildet. Die Teilerschaltung 442(2) hat einen Teilungsfaktor 4 und wird durch eine Kaskadenschaltung zweier T-Flip-Flop-Schaltungen gebildet.

Wenn die Hadamard-Transformationsmatrix H₈ verwirklicht werden müßte, ist es ausreichend, an den Ausgang 431(2) einen dritten Hilfskreis 429(3) anzuschließen, wobei die Verzögerungszeit der Verzögerungselemente 432(3), 433(3) und 443(3) gleich 4 T ist. Die Teilerschaltung 442(3) muß dann einen Teilungsfaktor 8 haben und kann durch eine Kaskadenschaltung von drei T-Flip- Flop-Schaltungen gebildet werden.

G(2). Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung.

Die Klassifizierungselemente a(j, m) der Klassifizierungsgruppe A(j) werden vorzugsweise derart gewählt, daß

a(j, m) = α a(j - 1, m) für j = 2, 3, . . . M - 1
a(M, m) = a(M, m) für m = 1, 2, 3, . . . N
a (1, m) = 2^{+ 1}

Dabei ist d _m eine positive ganze Zahl und α eine positive Zahl. Vorzugsweise ist auch α = 2. Mit diesen Voraussetzungen folgt nun, daß:

a(j, m) = 2^{+ j}

Für einen Koeffizienten y(m) läßt sich schreiben:

Wenn nun y _k(m) = 0 für k q _m ist, gilt:

| y(m) | = 2^{- 1} + Rest, wenn q _m 0
y(m) = 0, wenn q _m = 0

Dabei gilt noch daß: 0 Rest 2^{- 1}
so daß wenn q _m 1 ist, ist 2^{- 1} | y(m) | < 2.

In der Vergleichs- und Klassifizierungsanordnung 6 wird nun derjenige Wert von j bestimmt, für den gilt daß:

2^{- 1} | y(m) | a (. . m) = 2^{+ j}

Dafür läßt sich schreiben:

2 2^{+ j}

so daß: q _m - d _m j ist.
Dies bedeutet: ermittle die Differenz zwischen q _m und d _m und nimm für j die erste ganze Zahl die größer ist als oder gleich dieser Differenz.

In einer praktischen Ausführungsform, in der N = 16 und M = 4 ist, wurden für d _m die folgenden Zahlen gewählt.

d₁ = 10
d₂ = 6
d₃ = 7
d₄ = 6
d₅ = 6
d₆ = 5
d₇ = 5
d₈ = 5
d₉ = 7
d₁₀ = 5
d₁₁ = 6
d₁₂ = 5
d₁₃ = 6
d₁₄ = 5
d₁₅ = 5
d₁₆ = 5

In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel der Vergleichs- und Klassifizierungsschaltung 6 dargestellt, deren Aufbau sich auf die obenstehend beschriebene Theorie gründet. Diese Schaltungsanordnung ist mit einem Eingang 608 und einem Ausgang 609 versehen. An den Eingang ist eine Prioritätenkodieranordnung 610 angeschlossen, die jeweils die Zahl q _m, die dem Koeffizienten y(m) zugehört, liefert. Eine derartige Kodieranordnung ist in dem Bezugsmaterial 6 beschrieben und wird dort als "Priority encoder" bezeichnet. Diese Zahl q _m wird einer Addieranordnung 611 zugeführt, der zugleich die Zahlen -d _m zugeführt werden und die auf diese Weise die Differenzzahlen q _m - d _m liefert. Die Zahlen -d _m sind in den Elementen eines Umlaufschieberegisters 612 gespeichert, dem das Abtastsignal S (1) als Schiebeimpulssignal zugeführt wird.

Zum Ermitteln der Ordnung j wird die Differenzzahl q _m - d _m einem Speicher 613 und einer Vergleichsschaltung 614 zugeführt. In dieser Vergleichsschaltung 614 wird der Inhalt des Speichers 613 mit der Differenzzahl q _m - d _m verglichen. Jeweils wenn diese Differenzzahl größer ist als der Inhalt des Speicher, wird von der Vergleichsschaltung 614 ein Impuls abgegeben, unter dessen Einfluß der Inhalt des Speichers 613 durch die ihm zugeführte Differenzzahl ersetzt wird.

Jeweils nach dem Auftritt einer Reihe von sechzehn Abtastimpulsen wird der Inhalt des Speichers als Ordnungskodewort R(j) dem Ausgang 609 zugeführt und wird dieser Speicher daraufhin gelöscht. In Fig. 10 ist dies auf symbolische Weise durch einen Schalter 615 dargestellt, dem jeweils nach sechzehn Abtastimpulsen ein Taktimpuls T (6) zugeführt wird, welcher Taktimpuls zugleich über ein Verzögerungselement 616 dem "clear"-Eingang des Speichers 613 zugeführt wird.

Der genannte Taktimpuls T (6) kann beispeilsweise von dem in Fig. 8 dargestellten Modulo-16-Zähler 514 geliefert werden, der über das Auskodierungsnetzwerk 416 jeweils einen Ausgangsimpuls liefert an einem einzelnen (nicht dargestellten) Ausgang, wenn dieser Zähler die Zählstellung 0 annimmt.

G(3). Normierung

Um zu vermeiden, daß die jeweiligen Hilfskodieranordnungen 504(.), die in der in Fig. 6 dargestellten veränderlichen Wortlängenkodieranordnung 5 verwendet werden, einen unterschiedlichen dynamischen Bereich aufweisen müssen, geht in der Praxis dieser Kodieranordnung 5 eine Multiplizieranordnung voraus, mit deren Hilfe die Koeffizienten y(m) mit einem geeignet gewählten Normierungs- oder Multiplizierfaktor normiert werden, bevor sie der Kodieranordnung 5 zugeführt werden. Dieser Normierungsfaktor wird vorzugsweise gleich 2^{c(j, m)} gewählt, so daß:

2^{c(j, m)} = U/a(j, m)

Darin ist U der maximale Wert, den y(m) annehmen kann.

Diese Normierung kann auf einfache Weise dadurch verwirklicht werden, daß M Normierungsgruppen C(j) eingeführt werden und dadurch, daß mit jeder Bitzuordnungsgruppe B(j) eine Normierungsgruppe C(j) assoziiert wird. In Fig. 11 ist dies auf schematische Weise dargestellt. Die in Fig. 11 dargestellte Kodierungsanordnung entspricht großenteils der Kodierungsanordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist, aber weicht in dem Sinne davon ab, daß zwischen den Wandler 4 und die veränderliche Wortlängenkodieranordnung 5 ein Multiplizierer 13 aufgenommen ist. Dieser Multiplizierer ist mit einem Steuereingang 1301 versehen, der mit dem Ausgang einer logischen Schaltung 14 verbunden ist, die auf dieselbe Art und Weise aufgebaut ist wie die logische Schaltung 8 und der ebenfalls die Ordnungskodeworte R(j) zugeführt werden. Mit dieser logischen Schaltung sind ebenfalls M Speicher 15(1), 15(2) . . . 15 (M) verbunden, die auf dieselbe Art und Weise ausgebildet werden können wie die Speicher 9(.). Wie in der Figur angegeben, enthält der Speicher 15(1) die Normierungsgruppe C (1), enthält der Speicher 15(2) die Normierungsgruppe C (2), usw.

G(4). Schlußbemerkungen

I. In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines gruppenbildenden Kreises 401 in dem Wandler 4 dargestellt, in dem eine Videogruppe gebildet wird, die aus jeweils vier Videosignalabtastwerten von vier aufeinanderfolgenden Videozeilen besteht. Als Videogruppe kann auch diejenige Gruppe von 16 Videosignalabtastwerten betrachtet werden, die aus jeweils zwei Videosignalabtastwerten einer ersten und einer vierten von vier aufeinanderfolgenden Videozeilen besteht und aus jeweils sechs Videosignalabtastwerten von einer zweiten und einer dritten dieser vier aufeinanderfolgenden Videozeilen. Bei einem derartigen Aufbau einer Videogruppe muß jede Videozeile Q₁ = 16r + 10 Videosignalabtastwerte enthalten. Ebenso wie obenstehend ist auch nun r eine positive ganze Zahl.

Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen videogruppenbildenden Kreises 401 ist in Fig. 12 dargestellt. Er ist mit einem eine erste und eine zweite Videogruppe bildenden Hilfskreis 444 bzw. 445 versehen.

Dieser erste Hilfskreis 444 ist mit einem Eingang 403 und einem Ausgang 446 versehen und ist weiterhin auf die in der Figur angegebene Art und Weise aus UND-Torschaltungen 447, 448, einer ODER-Torschaltung 449 und einer Verzögerungsleitung 450 aufgebaut. Diese Verzögerungsleitung 450 hat eine Verzögerungszeit (Q₁ - 2)/f _s und enthält Q₁ - 2 Videosignalabtastwerte.

Der zweite Hilfskreis 445 ist mit einem Eingang 451 und einem Ausgang 452 versehen und ist weiterhin auf die angegebene Art und Weise aus drei UND-Torschaltungen 453, 445, und 455, einer ODER-Torschaltung 456 und zwei Verzögerungsleitungen 457 und 458 aufgebaut. Diese Verzögerungsleitungen haben je eine Verzögerungszeit (Q₁ - 6)/f _s und enthalten je Q₁ - 6 Videosignalabtastwerte.

Die UND-Torschaltungen 447, 448, 453, 454, 455 werden durch Taktimpulse gesteuert, die mit Hilfe eines Modulo-16-Zählers 459 erzeugt werden, an den ein Dekodierungsnetzwerk 460 angeschlossen ist. Dieses Netzwerk 460 hat fünf Ausgänge 461, 462, 463, 464, 465, die mit einem Eingang einer UND-Torschaltung 448, 447, 455, 454 bzw. 453 verbunden sind. Diesem Zähler 459 werden die Abtastimpulse S (1) zugeführt. Infolge dieser Impulse liefert das Dekodierungsnetzwerk 460 an seinem Ausgang 461 jeweils eine logische "1", wenn der Zähler 459 eine der Zählstellungen 0, 1, 4, 5, 8, 9, 12 oder 13 hat. An dem Ausgang 462 tritt eine logische "1" auf und zwar jeweils, wenn der Zähler 459 eine der Zählstellungen 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14 oder 15 hat. Bei den Zählstellungen 0, 1, 2, 3, 12, 13, 14 oder 15 tritt jeweils eine logische "1" an dem Ausgang 463 auf, und bei den Zählstellungen 4, 5, 6 oder 7 tritt jeweils eine logische "1" an dem Ausgang 464 auf. Zum Schluß tritt an dem Ausgang 465 eine logische "1" auf und zwar jeweils, wenn der Zähler 459 eine der Zählstellungen 8, 9, 10 oder 11 hat.

Ist dieser eine Videogruppe bildende Kreise zum Gebrauch in der Kodieranordnung gemeint, so wird, wie in der Figur angegeben, der Eingang 451 des zweiten Hilfskreises 445 an den Ausgang 446 des ersten Hilfskreises 444 angeschlossen. Ist dagegen dieser eine Videogruppe bildende Kreis zum Gebrauch in einer Dekodieranordnung gemeint, so muß der Eingang 403 des ersten Hilfskreises 444 an den Ausgang 452 des zweiten Hilfskreises angeschlossen werden.

II. In Fig. 10 ist zum Ermitteln des Ordnungskodewortes R(j) ein Speicher verwendet worden, in dem die Differenzzahl q _m - d _m gespeichert wird. Dazu kann auch die in Fig. 13 dargestellte Schaltungsanordnung benutzt werden. Dabei wird die Differenzzahl q _m-d _m wieder einer Vergleichsschaltung 617 zugeführt, deren Ausgang über eine UND-Torschaltung 618 an den Eingang eines Zählers 619 angeschlossen ist. Der Ausgang dieses Zählers ist ebenfalls an einen Eingang der Vergleichsschaltung 617 angeschlossen. Dadurch wird der Inhalt des Zählers 619 mit der Differenzzahl verglichen. Dieser UND-Torschaltung 618 werden auch Taktimpulse zugeführt, die mit Hilfe eines Frequenzmultiplizierers 620 von den Abtastwerden S (1) abgeleitet werden. Jeweils wenn die Differenzzahl größer ist als der Inhalt des Zählers 619, werden soviele Taktimpulse diesem Zähler zugeführt, daß sein Inhalt größer ist als bzw. gleich ist dieser Differenzzahl. Nachdem alle sechzehn Differenzzahlen der Vergleichsanordnung 617 zugeführt worden sind, wird der Inhalt dieses Zählers 619 über eine UND-Torschaltung 621 als Ordnungskodewort R(j) dem Ausgang 609 zugeführt. Dazu gibt es einen Modulo-16-Zähler 622, dem ebenfalls die Abtastimpulse S (1) zugeführt werden und der jeweils bei einer bestimmten Zählstellung der UND-Torschaltung 621 einen Impuls liefert. Dieser Impuls wird auch nachdem er in einer Verzögerungsanordnung 623 verzögert worden ist, dem Zähler 619 zugeführt, der dadurch in die Nullstellung gebracht wird.

III. In der in der Praxis geprüften bevorzugten Ausführungsform der Kodieranordnung ist M gleich 4 gewählt worden.

Die Anzahl Bits, in denen die Koeffizienten y(m) einer Koeffizientengruppe kodiert wurden, ist in der Tabelle angegeben, die in Fig. 14 dargesstellt ist. Insbesondere ist in dieser Fig. 14 in der Spalte Y [A(j)] durch j = 1, 2, . . . M die Anzahl Bits angegeben, in denen die entsprechenden Koeffizienten kodiert werden müssen, wenn die Koeffizientengruppe Y kleiner ist als die Klassifizierungsgruppe A(j).

IV. Es sei noch bemerkt, daß in der Praxis die Klassifizierungsgruppe A(M) derart gewählt wird, daß y(m) immer kleiner ist als a(M, m) für alle Werte von m. Ein Vergleich der Koeffizientengruppe mit dieser Klassifizierungsgruppe A(M) kann dann fortgelassen werden, und diese Klassifizierungsgruppe kann sogar fortgelassen werden. Dies bedeutet dann jedoch, daß, wenn es Koeffizienten y(m) gibt, die größer sind als a(M - 1, m), dann wohl die Bitzurodnungsgruppe B(M) der veränderlichen Wortlängenkodieranordnung zugeführt werden müssen.

Claims

1. Verfahren zum Digitalisieren eines zeitdiskreten Videosignals mit den folgenden Hauptschritten:

a) das Zusammenstellen einer Videogruppe, die aus einer endlichen Anzahl von N Videosignalabtastwerten x(n) besteht;
b) das Umwandeln dieser Videogruppe in eine Koeffizientengruppe, die aus N Koeffizienten y(m) besteht, die jeweils der Videogruppe entsprechen und wobei n, m = 1, 2, 3, . . . N ist;
c) das adaptive Kodieren jedes der Koeffizienten y(m) der Koeffizientengruppe, indem die folgenden Teilschritte durchgeführt werden:
- c(1). das jeweilige Vergleichen der Absolutwerte der Koeffizienten einer Gruppe mit den übereinstimmenden Elementen a(j, m) einer Anzahl von Klassifizierungsgruppen A(j), wobei j = 1, 2, 3, . . . M, die jeweils aus den positiven Elementen a(j, m) bestehen und wobei der Gruppe A(j) die Ordnung j zugeordnet ist und a(j + 1, m) < a(j, m) ist, während mit jeder Klassifizierungsgruppe A(j) eine Bitzuordnungsgruppe B(j), die aus den Elementen b(j, m) besteht, assoziiert ist;
- c(2). das Selektieren der Klassifizierungsgruppe A(j) mit der niedrigst möglichen Ordnung, für die gilt, daß für jeden Wert von m der Absolutwert von y(m) kleiner ist als a(j, m);
- c(3). das Umwandeln des Absolutwertes des Koeffizienten y(m) in ein Koeffizientenkodewort z(m), das eine Anzahl Bits enthält, die durch das Element b(j, m) der Bitzuordnungsgruppe B(j) gekennzeichnet wird, die mit der selektierten Klassifizierungsgruppe A(j) assoziiert ist;
d) das Erzeugen eines Ordnungskodewortes R(j), das die Ordnung der selektierten Klassifizierungsgruppe A(j) kennzeichnet.

2. Anordnung zum Digitalisieren eines zeitdiskreten Videosignals mit:

a) Zusammenstellungsmitteln zum Zusammenstellen einer Videogruppe, die aus einer endlichen Anzahl Videosignalabtastwerte z(n) besteht;
b) ersten Umwandlungsmitteln zum Umwandeln dieser Videogruppe in eine Koeffizientengruppe, die aus N Koeffizienten y(m) besteht, die jeweils der Summe gewichteter Versionen der Videosignalabtastwerte der Videogruppe entspricht und wobei n, m = 1, 2, 3, . . . N;
c) Kodiermitteln zum adaptiven Kodieren jedes der Koeffizienten y(m) der Koeffizientengruppe, mit:
- c(1). Vergleichsmitteln zum Vergleichen der Absolutwerte der Koeffizienten einer Gruppe mit den übereinstimmenden Elementen einer Anzahl von Klassifizierungsgruppen A(j), wobei j = 1, 2, 3, . . . M, die jeweils aus den positiven Elementen a(j, m) bestehen und wobei der Gruppe A(j) die Ordnung j zugeordnet ist und a(j + 1, m) < a(j, m) ist, während mit jeder Klassifizierungsgruppe A(j) eine Bitzuordnungsgruppe B(j), die aus den Elementen b(j, m) besteht, assoziiert ist;
- c(2). Selektiermitteln, die durch die Vergleichsmittel zum Selektieren derjenigen Klassifizierungsgruppe A(j) mit der niedrigst möglichen Ordnung gesteuert werden, wofür gilt, daß für jeden Wert von m der Absolutwert von y(m) kleiner ist als a(j, m);
- c(3). zweiten Umwandlungsmitteln, die durch die Elemente b(j, m) der Bitzuordnungsgruppe B(j), die mit der selektierten Klassifizierungsgruppe A(j) assoziiert ist, gesteuert werden, zum Umwandeln des Koeffizienten y(m) in ein Koeffizientenkodewort z(m), das eine Anzahl Bits aufweist, die durch das Element b(j, m) gekennzeichnet wird;
d) Erzeugungsmitteln zum Erzeugen eines Ordnungskodewortes R(j), das die Ordnung der selektierten Klassifizierungsgruppe A(j) kennzeichnet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, in der die ersten Umwandlungsmittel eine erste und eine zweite eindimensionale Transformationsanordnung aufweisen, wobei der Ausgang der ersten eindimensionalen Transformationsanordnung über einen Transponierkreis an den Eingang der zweiten eindimensionalen Transformationsanordnung angeschlossen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, in der jede der eindimensionalen Transformationsanordnung durch eine Kaskadenschaltung einer Anzahl Hilfskreise gebildet wird, die je eine Kaskadenschaltung einer Anzahl Verzögerungselemente aufweist, deren Eingänge und Ausgänge mittels einer durch ein Taktimpulssignal gesteuerten Schaltungsanordnung an die Eingänge einer Addieranordnung angeschlossen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 2, in der die Vergleichsmittel eine Prioritätenkodieranordnung aufweisen sowie einen Speicher zum Erzeugen einer Anzahl von N Zahlen d _m, wobei m = 1, 2, . . . N und Addiermittel, die mit dem Ausgang der Prioritätenkodieranordnung sowie mit dem Ausgang des Speichers gekoppelt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 2 und 5, in der zum Selektieren der Klassifizierungsgruppe der Ausgang der Vergleichsmittel an den Eingang eines Speichers und an einen ersten Eingang einer Vergleichsschaltung angeschlossen ist, der zugleich der Inhalt des Speichers zugeführt wird und deren Ausgang mit dem Schreibeingang des Speichers verbunden ist.