DE3204073A1 - Anordnung zur adaptiven kodierung von videosignalen beliebiger vorlagen oder szenen - Google Patents

Anordnung zur adaptiven kodierung von videosignalen beliebiger vorlagen oder szenen

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DE3204073A1 DE19823204073 DE3204073A DE3204073A1 DE 3204073 A1 DE3204073 A1 DE 3204073A1 DE 19823204073 DE19823204073 DE 19823204073 DE 3204073 A DE3204073 A DE 3204073A DE 3204073 A1 DE3204073 A1 DE 3204073A1
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Description

Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen deren Eingabe in. Bildverarbeitungskomplexen oder bei der Datenfernübertragung zwischen einem Sende- bzw. . Abtastsystem und einem Empfangssystem möglich ist. ".Veiterhin ist der Einsatz der Erfindung in Bildverarbeitungskomplexen bei der thematischen Verarbeitung der Bildinforraationen von einer großen Anzahl von bildlichen Vorlagen und bei der Herstellung von Datenbanken möglich.
Bei der automatischen Verarbeitung bildlicher Informationen mit digitalen Verfahren besteht sowohl das Bedürfnis der Abtastung unterschiedlichster natürlicher Szenen als auch vorhandener Halbton- oder grafischer Vorlagen zum Zwecke ihrer weiteren thematischen Verarbeitung mit spezialisierten rechentechnischen Mitteln. . Die Szenen oder Vorlagen werden dabei unter Anwendung aktiver Beleuchtungseinrichtungen im remittierenden oder transmittierenden Licht, aber auch mit passiven Empfangseinrichtungen als unispektrales, integrales oder multispektrales Bild in digitaler Rasterform abgetastet. Eine wesentliche Rolle für die Leistungsfähigkeit von
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Bi ldve rarb ei tungs syst emen spielen Einrichtungen, die eine optimale Anpassung der Kodierung der Videoinformation für die weitere rechentechnische Verarbeitung und die Ermittlung der statistischen Eigenschaften der Bilder während der Abtastung gestatten· Dabei reicht das Kodierungsspektrum bei digitalen Rasterbildern von unispektraler Farbkodierung mit 8 bit Genauigkeit pro Bildpunkt und Spektralkanal bis zur 1 bit Kodierung pro Bildpunkt bei Schwarz-Weiß Vorlagen. Wie von N. Y. Chu und P.E. Anute in der Zeitschrift "Photogrammetric Engeneering and Remote Scanning" vol. 45 S. 507-515 gezeigt, können farbige Vorlagen vorteilhaft und unter Verwendung statistischer Methoden der multispektralen Klassifizierung kodiert werden. Zwei andere Einrichtungen, wie sie aus der Literatur SPIE Proceedings vol. 155-01 und der Patentschrift HO 092 bekannt sind, gestatten die Verarbeitung von Binärbildern oder von Vorlagen mit speziellen Parbzusammensetzungen, womit die Universalität der Einrichtungen stark eingeschränkt wird. Die in den AS 26 36 093, 26 36 209 und der OS 30 11 553 beschriebenen Einrichtungen gestatten eine Realzeitadaption der Bildpunktkodierung in Hinsicht auf eine unmittelbare visuelle Bildauswertung durch einen entsprechend geschulten Betrachter bzw. Operator. In der N.Y. Chu und P.E. Anuta als auch in der Anordnung der 03 26 09 648 erfolgt eine Abtastung von Färbinformationen mit 8 bit. Bisher wurden analoge Videosignale generell mit 8 bit digitalisiert und ebenso mit 8 bit übertragen, da keine technischen Mittel zur Verringerung der Bitbreite pro Bildpunkt auf beispielsweise 1,2,4 bit bei analogen Videosignalen mit 2-15 Häufungsmoden der Halbtoninformation während der Digitalisierung vorhanden sind. Damit ist keine Anpassung der Bildkodierung an apriori oder über statistische Verfahren ermittelte Grauwertverteilungen möglich. Dies führt zu einem hohen Bedarf an Speicherplatz für die rasterkodierte Bildinformation und erfordert einen hohen Aufwand an Rechenzeit bei der Umwandlung der rasterkodierten Bildinformationen in kompakte kodierte thematische Daten.
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Ebenfalls ist es bisher nur möglich, durch einen entsprechend geschulten Operator, der von der Abtastung eine feste Schwellwertfestlegung vornimmt, ganz bestimmte 0-, L-Bilder mit 1 bit zu übertragen.
Ziel der Erfindung ist es, eine schnelle Aufbereitung von Videosignalen mit beliebiger Häufigkeitsverteilung der Grauwerte zu gewährleisten, ohne dabei eine Einschränkung bezüglich der Art der Vorlage und der Anzahl der spektralen Kanäle zu zulassen«
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen zu schaffen, das den Informationsinhalt der Videosignale auf den für die Verarbeitung notwendigen Umfang beschränkt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen mit einer Digitalisierungseinrichtung und einer nachfolgenden Bildverarbeitungseinrichtung dadurch gelöst, daß im Signalweg des Videosignales zwischen der Digitalisierungseinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung mindestens eine Transformationseinheit mit adaptiver Schwellwerteinstellung und eine nachfolgende Kompressionseinheit der Bildpunkte vorhanden ist, daß für jede Transformationseinheit ein Histogrammgenerator vorhanden ist, der logisch mit der dazugehörigen Transformationseinheit und der Kompressionseinheit verbunden ist, und daß eine Informationsbewertungseinheit der Videosignale vorhanden ist, die logisch mit den Transformationseinheiten, den Histogrammgeneratoren und der Kompressionseinheit der Bildpunkte verbunden ist· Dabei kann jede Transformationseinheit aus einem von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale ladbaren Speicher bestehen, wobei der ladbare Speicher einen adaptiven Schwellwertschalter darstellen kann. Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß die
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Kompressionseinheit der Bildpunkte eine Kompressionsschaltung, die aus mehreren Kompressionsstufen unterschiedlicher Kompression bestehen kann, und eine dazugehörige Modensteuerung, die festgelegt mit welchem Verhältnis die Kompression durchgeführt wird, enthält. Weiterhin gehören zur Kompressionseinheit der Bildpunkte eine Steuerschaltung, die ein Auffüllen des zu verarbeitenden Datenwortes mit den komprimierten Bildpunkten und eine Synchronisation der Datenübertragung zwischen der Kompressionseinheit der .Bildpunkte und der Bildverarbeitungseinrichtung realisiert, und eine Auslesesteuerung mit der ein wahlweises Auslesen des Inhaltes der Transformationseinheiten und der Histogrammgeneratoren vorgenommen werden kann. Eine Ausführungsform des Histogrammgenerators ist möglich, wenn er aus einem Wortespeicher, der über einen Multiplexer mit einer Zählschaltung verbunden ist, und einer Steuerzählschaltung, die mit einer dazugehörigen Transformationseinheit und der Zählschaltung logisch verknüpft ist, besteht. Pur die Informationsbewertungseinheit der Videosignale kann man ei- nen Mikroprozessor mit einer Steuerelektronik verwenden.
Die Anwendung der Informationsbewertungseinheit der Videosignale ermöglicht eine automatische adaptive Kodierung unabhängig von subjektiven Paktoren. Dies ist auch ein Vorteil bei der Bearbeitung von einer großen Vielzahl- gleichartiger Vorlagen. Ein weiterer Vorteil dabei ist die durch die Kompression erreichte Beschränkung des Informationsinhaltes der Videosignale auf den für die aufgabenbezogene Auswertung notwendigen Umfang. Gleichzeitig kann man durch die Transformationseinheit eine Kontrastverbesserung der Videosignale erlangen, die für die Auswertung notwendig sind. Durch die Verwendung der Kompressionsschaltung der Bildpunkte mit mehreren Kompressionsstufen wird eine wesentliche Verringerung von Speicherkapazitäten erzielt. Damit verbunden sind zum einen kürzere Übertragungszeiten auf die Polgeeinrichtungen, indem entweder die Wortlänge pro Bildpunkt kurzer, oder die Anzahl der Bildpunkte die sich in einem zu übertragenden Wort befinden größer wird.
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Zum anderen kann man die komprimierten Daten optimal zu einer Datenbank zusammenstellen, um sie dann in einem Bildverarbeitungskomplex weiterzuverwenden. Ein besonderer Vorzug der Erfindung besteht darin, daß eine mehrkanalige, farbsequentielle oder farbparallele Abtastung von farbigen Vorlagen oder Szenen in verschiedenen spektralen Kanälen durchgeführt werden kann. Hierbei kommt besonders zum Tragen, daß in jedem Kanal eine Transformationseinheit und ein Histogrammgenerator vorhanden ist. Somit ist es möglich für jede Farbe eine thematische Vorauswertung vorzunehmen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen
Piß. 1 einen prinzipiellen Aufbau einer Anordnung zur
adaptiven Kodierung
Pig. 2 einen prinzipiellen Aufbau der Transformationsein-
heiten
Fig. 3 einen prinzipiellen Aufbau der Histogrammgeneratoren
Fig. 4 einen prinzipiellen Aufbau der Informationsbewertungseinheit der Videosignale
Fig. 5 einen prinzipiellen Aufbau der Kompressionseinheit der Bildpunkte.
Γη Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Im Signalweg des Videosignals befindet sich zwischen der Digitalisierungseinrichtung 5 und der Bildverarbeitungseinrichtung 6 ein Transformationseinheit 2 und eine Kompressionseinheit der Bildpunkte 4.
Eine Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 kann mit mehreren Transformationseinheiten 2 verbunden sein, da je Abtastkanal eine Transformationseinheit 2 erforderlich ist. Ebenfalls ist dann für jeden Abtastkanal jeweils ein Histogrammgenerator 3 vorhanden. Eine Informationsbewertungseinheit der Videosignale· 1 ist logisch mit jeder Transfor-
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mationseinheit 2, mit der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 und mit jedem Histogrammgenerator 3 verbunden. Jede Transformationseinheit 2 ist logisch mit dem dazugehörigen Histogrammgenerator 3 gekoppelt. Eine weitere Verbindung besteht zwischen dem Histogrammgenerator 3 und der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4. Pig. 2 zeigt den Aufbau der Transformationseinheiten, die aus einem von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 ladbaren 4x256x8 ladbaren Speicher 23 bestehen. Weiterhin sind ein Multiplexer null 21 und ein Multiplexer eins 22 enthalten. Die Multiplexer null 21 und eins 22 sind über die Steuerleitung 100 mit der Digitalisierungseinrichtung 5 und über die Steuerleitung 101. mit der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 verbunden. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel stellt der 4x256x8 ladbare Speicher 23 vier Schwellwertgeber dar, wobei jeder Schwellwertgeber mit den gemeinsamen Multiplexer null 21 und Multiplexer eins 22 eine Transformationseinheit bildet. Die Signalleitung 200 von der Digitalisierungseinrichtung 5 und die Signalleitung 201 zur Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 und zum Histogrammgenerator 3 ist mit dem ladbaren Speicher 23 verbunden.
Fig. 3 zeigt den Aufbau der Histogrammgeneratoren mit einem 4x256x24 Wortespeicher 31 einem Multiplexer 32, einer Zählschaltung 33 und einer Steuerzählschaltung 34. Die Zusammenschaltung der somit gemäß Pig. 3 dargestellten Form ermöglicht die Generation von 4 Histogrammen mit je 256x24 bit langen Worten pro Histogramm.
Der Wortespeicher 31 ist über die Signalleitung 201 mit den Transformationseinheiten verbunden. Die Signalleitung 202 verbindet den Wortespeicher mit der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4. Die Steuerleitung 102 verbindet die Steuerzählschaltung 34 und den Wortespeieher 31 mit der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 und die Steuerleitung 104 verbindet die Steuerzählschaltung 34 mit der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4.
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Aus Pig. 4 ist der Aufbau der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 mit einem Mikroprozessor 11 und einer Steuerelektronik 12 zu ersehen. Die Steuerelektronik 12 besteht aus einem Adressentreiber 13 mit einer Steuerleitung 101 zur Transformationseinheit 2, nach Pig. 1, aus einem Decoder und Treiber H mit der Steuerleitung 101 zur Transformationseinheit 2, nach Pig. 1, der Steuerleitung 102 zum Histogrammgenerator 3, nach Pig. 1, und der Steuerleitung 103 zur Kompressionseinheit der Bildpunkte 4, aus einem ersten Register 15 mit der Steuerleitung 101 zur Transformationseinheit 2, nach Pig. 1, aus einem zweiten Register 16 mit der Steuerleitung 103 zur Kompressionseinheit der Bildpunkte 4, aus einem Lesedatenempfänger 17 mit einem Eingang für die Signalleitung 203 von der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 und aus einem Schreibdatentreiber 18 mit der Signalleitung 204 zur Transformationseinheit 2, nach Pig. 1. Dabei sind der Adressentreiber 13 und der Decoder und Treiber 14 über Adressenbus-AB, der Decoder und Treiber über Steuerbus-SB und die anderen Einheiten der Steuerelektronik 12 über Datenbus-DB -leitungen mit dem Mikroprozessor 11 verbunden. Pig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Kompressionseinheit der Bildpunkte 2 mit einer Kompressionsschaltung 41 mit den drei Kompressionsstufen 42, 43» 44 mit den Kom-■ pressionen 8:1, 4:1, 2:1 und einer Modensteuerung 45, mit einer Steuerschaltung 46 und einer Auslesesteuerung 47. Die Steuerleitung 103 von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 ist mit der Modensteuerung 45 und der Auslesesteuerung 47, die Steuerleitung 104 von dem Histogrammgenerator 3 ist mit der Modensteuerung 45 verbunden. Über die Signalleitung 201 ist die Kompressionsschaltung 41 mit der Transformationseinheit 2, nach Pig. 1 mit der Auslesesteuerung 47 und die Signalleitung 205 stellt die Verbindung zur Bildverarbeitungseinrichtung 6 her.
Entsprechend den über die Steuerleitung 101 von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 und die über die Steuerleitung 100 von der Digitalisierungseinrichtung ankommenden Steuersignale werden die Videosignale die von
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der Digitalisierungseinrichtung 5 über die Signalleitung 200 zu den Transformationseinheiten gelangen in den entsprechend ausgewählten Speicherblock des jeweiligen Schwellwertgebers eingetragen oder zur ersten Ermittlung eines Histogramms über die Signalleitung 201 zu den entsprechenden Histogrannngenerator weitergeleitet· Im Histogrammgenerator 3 werden zunächst durch die über die Steuerleitung 102 von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 ankommenden Steuersignale mittels der Steuerzählschaltung 34 die zur Histogrammgeneration notwendigen internen Steuersignale erzeugt und zu den entsprechenden Zeitpunkten der Zählschaltung 33, dem Multiplexer 32 und dem Wortespeicher 31 angeboten. Ebenfalls werden Steuersignale in der Steuerzählschaltung 34, die dann über die Steuerleitung 104 zur Modensteuerung 45 geleitet werden, erzeugt. Durch die Auslesesteuerung 47 in der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 ist es möglich durch die entsprechenden von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 über die Steuerleitung 103 erzeugten Steuersignale, die erstellten Histogramme über die Signalleitung ?02 und dann über die Signalleitung 203 in den Lesedatenempfänger 17 der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 abzuspeichern, llun kann in der Informationsbev/ertungseinheit der Videosignale 1 eine Bewertung der Histogramme vorgenommen werden und es erfolgt über die Steuerleitung 101 eine Sohwellwertfestlegung und ein erneutes Einschreiben der Videosignale über die Signalleitung 204 in den Transformationseinheiten. Ist die richtige Schwellwertfestlegung getroffen worden, kann durch die zum einen in der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 über die Steuerleitung 103 und zum anderen in der Steuerzählschaltung 34 über die Steuerleitung 104 erzeugten Steuersignale mittels der Modensteuerung 45 eine bestimmte Kompression entweder 8:1, 4:1 oder 2:1 festgelegt werden, die dann in der entsprechenden Kompressionsstufe 42, 43, 44 durchgeführt wird· In der Steuerschaltung 46 werden dann die komprimierten Bildpunkte wieder
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zu einer von der Bildverarbeitungseinrichtung 6 verlangten Datenbreite zusammengestellt und über die Signalleitung 205 der Bildverarbeitungseinrichtung 6 angeboten. Ebenfalls ist es möglich die erstellten Histogramme mittels der Auslesesteuerung 47 über die Signalleitung 202 anzufordern und dann über die Signalleitung 205 zur Bildverarbeitungseinrichtung 6 zu übertragen.
Es ist nicht erforderlich das Histogramm aus dem gesamten Datenangebot einer Vorlage oder Szene zu bilden. Vorteilhaft ist die Auswahl eines signifikanten Ausschnittes, um somit aus der Kenntnis des erstellten Histogramms eine Schwellwertfestlegung für die gesamte Vorlage zu treffen.
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1 Informationsbewertungseinheit der Videosignale
2 Tranaformationaoinhoit
3 Histogranmgenerator
4 Kompresaionseinheit
5 Digitalisierungseinrichtung
6 Bildverarbeitungaeinrichtung
11 Mikroprozeaaor
12 Steuerelektronik
13 Adreaaentreiber
14 Decoder und Treiber
15 erstes Register
16 zweites Register
17 Lesedatenempfänger
18 Schreibdatentreiber
21 Multiplexer null
22 Multiplexer eins
23 ladbarer Speicher
31 V/ortespeicher
32 Multiplexer
33 Zählschaltung
34 Steuerzählschaltung
41 Kompressionsschaltung
42 Kompreasionsstufe 8:1
43 Kompressionsstufe 4:1
44 Kompressionsatufe 2:1
45 Modensteuerung
46 Steuerschaltung
47 Ausleseateuerung '100 Steuerleitung
Steuerleitung Steuerleitung Steuerleitung Steuerleitung Signalleitung
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201 Signalleitung
202 Signalleitung
203 Signalleitung
204 Signalleitung
205 Signalleitung
AB Adressenbusleitung DB Datenbusleitung SB Steuerbusleitung
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Claims (7)

  1. .Patentanspruch:
    Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen mit einer Digitalisierungseinrichtung und einer nachfolgenden Bildverarbeitungseinrichtung gekennzeichnet dadurch, daß im Signalweg des Videosignals zwischen der Digitallisierungseinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung mindestens eine Transformationseinheit mit adaptiver Schwellwerteinstellung und eine nachfolgende Kompressionseinheit der Bildpunkte vorhanden ist, daß für jede Transformationseinheit ein Histogrammgenerator vorhanden ist, der logisch mit der dazugehörigen Transformationseinheit und der Kompressionseinheit der Bildpunkte verbunden ist, und daß eine Informationsbewertungseinheit der Videosignale vorhanden ist, die logisch mit den Transformationseinheiten, den Histogrammgeneratoren und der Kompressionseinheit der Bildpunkte verbunden ist.
  2. 2. Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen
    nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß jede Transformationseinheit aus einem von der Inforamtionsbewertungseinheit der Videosignale ladbaren Speicher besteht,
  3. 3. Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Kompressionseinheit der Bildpunkte aus einer Kompressionsschaltung, dessen Eingang direkt mit den Ausgängen der Transformationse.inheiten verbunden ist, eine Steuerschaltung zum Auffüllen des zu verarbeitenden Datenwortes mit den komprimierten Bildpunkten, und eine Auslesesteuerung zum wahlweisen Auslesen des Inhaltes der Transformationseinheiten und der Histogrammgeneratoren besteht.
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  4. 4. Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen nach Anspruch 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Kompressionsschaltung aus einer Kompressionsstufe konstanter Kompression besteht.
  5. 5· Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen nach Anspruch 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Kompressionsschaltung aus mehreren Kompressionsstufen unterschiedlicher Kompression und einer Modensteuerung besteht,
  6. 6. Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß jeder Histogrammgenerator aus einem Wortespeicher, der über einen Multiplexer mit einer Zählschaltung verbunden ist, und einer Steuerzählschaltung die mit der dazugehörigen Transformationseinheit und der Zählschaltung logisch verknüpft ist, besteht.
  7. 7. Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Informationsbewertungseinheit der Videosignale aus einnem Mikroprozessor und einer Steuerelektronik besteht.
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