DE3208859A1

DE3208859A1 - Adaptive quantisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3208859A1
Application number: DE19823208859
Authority: DE
Inventors: Sumio Asaka Saitama Mori
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1981-03-11
Filing date: 1982-03-11
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DE3208859C2; JPS57150275A; US4467346A; JPS6257139B2

Description

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-S-

Adaptive Quantisierungsvorrichtung

Die Erfindung befasst sich mit einem Schätzwertkodiersystem zum effektiven übertragen oder Speichern eines Bildes mit sich ändernder Dichte und betrifft insbesondere eine adaptive Quantisierungsvorrichtung zum Steuern der Quantisierungscharakteristik nach Massgabe der Änderungen im Eingangsbild für jeden Farbanteil eines Farbbildes.

Es ist bereits eine Vielzahl verschiedener Kodierbandeinengungssysteme vorgeschlagen worden, um die Übertragungszeit und die Übertragungskosten herabzusetzen, wenn ein Bild mit sich ändernder Dichte mit einem Schmalband übertragen wird. Als eines dieser Systeme ist ein Differentialpulskodemodulationssystem bekannt. Der Einengungseffekt wird stärker und die Beeinträchtigung in der Qualität eines Bildes aufgrund eines Stufenüberlastrauschens kann vermieden werden, wenn ein adaptives Quantisierungssystem verwandt wird, das aus dem Differentialpulskodemodulationssystem unter Berücksichtigung der Tatsache entwickelt wurde, dass die menschliche Sehcharakteristik derart ist, dass die Sehempfindlichkeit für einen Teil eines Bildes abnimmt, indem die Änderung abrupt ist, jedoch für einen Teil des Bildes ausreicht, in dem die Änderung massig ist, so dass eine Quantisierungscharakteristik mit einem Grobquantisierungswert verwandt wird, wenn die Eingangsbildelementwerte grosse Änderungen zeigen, während eine Feinquantisierungscharakteristik verwandt wird, wenn die Eingangsbildelementwerte eine kleine Änderung zeigen. D.h., dass die Quantisierungscharakteristik adaptiv entsprechend der Änderung der Eingangsbildelementwerte geändert wird.

Ein Verfahren, mit dem das bewirkt werden kann, ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 38 408/1980 entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 31 11 823.2 beschrieben.

Das Prinzip dieses in der japanischen Patentanmeldung Nr. 38 408/1980 entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 31 11 823.2 beschriebenen Verfahrens wird im folgenden kurz dargestellt. Auf der Grundlage der Tatsache, dass örtlich ein Teil eines Bildes den benachbarten Teilen ähnlich ist, wird das Bild in Blöcke geeigneter Grosse unterteilt und wird nach Massgabe der Verteilung der Quantisierungswerte in einem Block eine Quantisierungscharakteristik für den nächsten Block gewählt. Insbesondere dann, wenn die Blöcke eines Bildes räumlich benachbart sind, ist örtlich ein Block den anderen ihn umgebenden Blöcken ähnlich. DieWahrscheinlichkeitp, dass eine falsche Quantisierungscharakteristik für den nächsten Block gewählt wird, ist daher sehr klein. Da die Quantisierungswerte der Eingangsbildelemente nicht jedesmal überwacht werden, sondern im Sinn eines gesamten Blockes Überwacht werden, wird die zu wählende Quantisierungscharakteristik stetig verschoben. Eine Qualitätsbeeinträchtigung des Bildes kann daher vermieden werden und die Quantisierungscharakteristik kann mit hoher Wahrscheinlichkeit richtig gewählt werden. Das Verfahren bewirkt somit, dass die Kodierung mit hohem Wirkungs- bzw. Gütegrad erreicht werden kann.

Durch die Erfindung soll die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 38 408/1980 entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 31 11 823.2 beschriebene adaptive Quantisierungsvorrichtung auf ein Farbbild übertragen werden, um dadurch eine Vorrichtung zum Kodieren eines Farbbildes mit hohem VJlrkungs- und Gütegrad zu schaffen. Gemäss der Erfindung wird die im folgenden beschriebene Sehcharakteristik dazu

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ausgenutzt, wahlweise Quantisierungscharakteristiken zu verwenden. Die menschliche Sehcharakteristik enthält ein Luminanzwahrnehmungsvermögen derart, dass das menschliche Auge für diskontinuierliche Änderungen in der Luminanz empfindlich ist, wie es oben beschrieben wurde, jedoch für die Grosse des Luminanzunterschiedes in einem Bereich, in dem sich die Luminanz abrupt ändert, oder in einem Hochfrequenzbereich unempfindlich ist, während es für die Grosse des Luminanzunterschiedes in einem Bereich, in dem sich die Luminanz massig ändert, oder in einem Niederfrequenzbereich empfindlich ist, sowie ein Farbwahrnehmungsvermögen, das von der Grosse des Flächenbereiches eines Gegenstandes abhängt, so dass mit abnehmendem Flächenbereich des Gegenstandes zuerst die Farben Blau und Gelb verlorengehen und bei weiterer Abnahme des Flächenbereiches nur die Helligkeit bleibt.

D.h.m.a.W., dass die menschliche Sehcharakteristik für eine Änderung in der Luminanz eines Farbbildes empfindlich ist, für die Grosse eines Luminanzunterschiedes und die Farbe in einem örtlichen Bereich, in dem die Ortsfrequenz gross ist,un empfindlich ist und für die Grosse eines Luminanzunterschiedes und die Farbe in einem örtlichen Bereich empfindlich ist, in dem die Ortsfrequenz klein ist.

Bei der erfindungsgemässen adaptiven Quantisierungsvorrichtung wird unter Ausnutzung der oben beschriebenen Sehcharakteristik ein Farbbildsignal in eine Vielzahl von Farbanteilen aufgeteilt, um Eingangsbildelementwerte zu erhalten, und wird für jeden Farbanteil ein Schätzfehler aus dem Eingangsbildelementwert erhalten, dessen Schätzwert adaptiv mit einer gewählten Charakteristik aus einer Vielzahl von Quantisierungscharakteristiken quantisiert wird. Gemäss der Erfindung haben die für

jeden Farbanteil vorgesehenen Quantisierungscharakteristiken geeignet festgelegte Quantisierungsschritte und wird das Eingangsbildelement in Blöcke unterteilt, von denen jeder aus einer Vielzahl von benachbarten BiIdelementen für jeden Farbanteil besteht. Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist eine die Quantiserungscharakteristik bestimmende Einheit , die entsprechend der Verteilung der Quantisierungswerte, die dann geliefert werden, wenn der Schätzfehler in einem Block entsprechend der gewählten Quantisierungscharakteristik quantisiert wird, eine für den nächsten Block zu verwendende Quantisierungscharakteristik bestimmt, einen Quantisierungscharakteristikwähler, der unter einer Vielzahl von Quantisierungscharakteristiken diejenige auswählt, die durch die die Quantisierungscharakteristik bestimmende Einheit bestimmt wurde, und eine Quantisiereinrichtung auf, die den Schätzfehler in einem relevanten Block unter Verwendung der Quantisierungscharakteristik quantisiert, die durch den Quantisierungscharakteristikwähler ausgewählt wurde, so dass das Farbbild mit einem hohen Einengungseffekt kodiert wird, während eine Beeinträchtigung der Bildqualität vermieden wird.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Schätz-

kodierungssystem, das eine adaptive Quantisierungsvorrichtung verwendet, wobei Fig. 1a

in einem Blockschaltbild die Kodierungseinrichtung und Fig. 1b in einem Blockschaltbild die Dekodierungseinrichtung zeigen,

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-JS-

Fig. 2 zeigt in einer Tabelle ein Beispiel einer Vielzahl von Quantisierungscharakteristiken.

Fig. 3 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen adaptiven

Quantisierungsvorrichtung.

Fig. 4 zeigt in einem Blockschaltbild einen Bildsimulator, der dazu benutzt wird, eine Simulation gemäss der Erfindung auszuführen.

Fig. 5 zeigt in einem Erläuterungsdiagramm ein Beispiel einer Bildeingabeeinrichtung, in der ein Farboriginalbild abgetastet wird, um Eingangsbildelementwerte zu erhalten, die über eine Farb

trennung geliefert werden.

Fig. 5 zeigt ein Verfahren,mit dem ein Farboriginalbild abgetastet wird, um nach Farben getrennte Eingangsbildelemente zu erhalten. Dieses Verfahren wird im folgenden kurz beschrieben, da es dem Verfahren bei einem herkömmlichen Farbabtaster ähnlich ist. In Fig.. 5 sind eine Lichtquelle 52, eine rotierende Trommel 53, ein Spiegel 54, ein Abtastkopf 55, halbdurchlässige Spiegel 56a bis 56d, Spiegel 57a und 57b, Farbtrennfilter 58a bis 58c, Blenden 59a bis 59e, fotoelektrische Wandler 60a bis 6Oe, Differentialverstärker 61a bis 61c, eine Bildbetonungsschaltung 62 und ein Analog/Digitalwandler 63 dargestellt. Das Farboriginalbild 51 wird abgetastet, um nach Farben getrennte Eingangsbildelementwerte, d.h. einen Luminanzanteil W, einen Rotanteil R, einen Grünanteil G und einen Blauanteil B zu erhalten.

Der wirksame Durchmesser der Blende 59a beträgt ein Mchrfaches des wirksamen Durchmessers der Blende 59b, so dass ein verschleiertes Bild erhalten wird. Es kann daher ein

- <r - AO

Luminanzante.il W(W = W¹ - k(W" - W¹), wobei k der Betonungsparameter ist) erhalten werden, der die Einzelheiten eines Bildes betont oder hervorhebt.

Die oben beschriebenen Anteile W, R, G und B, die die Helligkeit wiedergeben, können einer logarithmischen Umwandlung unterworfen werden, so dass sie als Dichte anteile ausgegeben werden. Weiterhin kann der Luminanzanteil W ohne Abtrennung in den anderen Anteilen R, G und B enthalten sein, so dass nur die drei Farbanteile R, G und B ausgegeben werden.

Gemäss der Erfindung wird ein Farbbild einer Farbtrennung in eine Vielzahl von Anteilen unterworfen, um dadurch Eingangsbxldelementwerte zu erhalten, wie es oben beschrieben wurde und wird das Farbbild einer Bandeinengung in paralleler oder serieller Form für jeden Farbanteil entsprechend der in dieser Weise enthaltenen Eingangsbildelementwerte unterworfen. Gemäss der Erfindung wird insbesondere die adaptive Quantisierung entsprechend dem Farbanteil eines Farbbildes und entsprechend seinen lokalen Ortsfreguenzen ausgeführt, um eine Bandeinengung mit hohem Wirkungs- und Gütegrad durchzuführen.

Unter der Vielzahl von Farbanteilen werden beispielsweise für den Luminanζanteil aufgrund der oben beschriebenen menschlichen Sehcharakteristik Quantisierungscharakteristiken mit einer feineren Quantisierung als für die anderen Farbanteile verwandt und wird unter diesen Quantisierungs-Charakteristiken eine geeignete Charakteristik für hohe und niedrige Ortsfrequenzen benutzt.

Da der Luminanzanteil die Qualität des über das Sehvermögen wahrgenommenen Bildes beeinflusst, ist es wünschenswert, 35

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dass die gewählte Quantisierungscharakteristik kein Stufenüberlastrauschen bewirkt und die gewünschte Auflösung liefert. Das trifft auch für die anderen Farbanteile zu.
5

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen adaptiven Quantisierungsvorrichtung beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit erfolgt die Beschreibung unter Bezug auf nur einen Farbanteil, beispielsweise den Anteil W in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau eines allgemeinen Schätzkodierungssystems, das eine adaptive Quantisierungsvorrichtung verwendet,und insbesondere den Grundaufbau für die praktische Verwirklichung der Erfindung. Fig. 1a zeigt eine Kodierungseinrichtung, während Fig. 1b eine Dekodierungseinrichtung zeigt.

Einer der Farbanteile W,R,G und B, der durch die in Fig. 5 dargestellte Schaltung ausgegeben wird, entspricht einem Eingangsbildelementwert χ in Fig. 1 .

Ein Differenzglied 11 in Fig. 1 arbeitet so, dass es einen Schätzfehler e berechnet, der gleich dem Unterschied zwischen dem vorliegenden Eingangsbildelementwert χ und einem Schätzwert χ ist, der dadurch erhalten wird, dass der vorliegende Eingangsbildelementwert aus dem vorhergehenden Bildelementwert geschätzt wird.

Ein Quantisierer 12 benutzt eine der Vielzahl von Quantisierungscharakteristiken, die bestimmte Quantisierungsschrittzahlen und Quantisierungswerte der Schritte haben, um den Schätzfehler e in seiner Grosse zu quantisieren und dadurch einen Quantisierungswert q auszugeben.

-β -

Eine QuantiiJierungscharakteristiksteuerung 13 wählt eine geeignete Quantisierungscharakteristik nach Massgabe der Grosse des Quantisierungswertes q aus, um ein Quantisierungscharakteristikwählsignal h dem Quantisierer 12 zuzuführen. Der Quantisierer 12 verwendet die in dieser Weise gewählte Quantisierungscharakteristik, um den Schätzfehler für das nächste Bildelement zu quantisieren. Die Arbeitsweise der Quantisierungscharakteristiksteuerung 13 wird später beschrieben.

In einem Addierer 14 wird der Quantisierungswert q zum Schätzwert χ addiert, so dass ein Wiedergabebildelementwert x' zum Schätzen des nächsten Bildelementwertes geliefert wird. Der Bildelementwert x' unterscheidet sich um seinen Quantisierungsfehler vom Eingangsbildelementwert x.

Ein Schätzglied 15 arbeitet so, dass es das nächste Eingangsbildelement aus einer Vielzahl von vorhergehenden Wiedergabebildelementwerten x¹ schätzt, um einen Schätzwert χ auszugeben.

In diesem Fall wird beispielsweise die folgende Abschätzungsgleichung verwandt:
25

^{x = a}1 ^x'm,n-1 ^{+ a}2 *Vi,n-1 ^{+ a}3 ^x'm-1 ,n

^{+ a}4 ^x'm-1,n+1
D.h., dass eine Vierpunktschätzgleichung verwandt wird.

Der Quantisierungswert q wird andererseits durch einen Kodierer 16 in ein binäres Signal kodiert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, und als Signal f ausgegeben. 35

- Sf -

Das Ausgangssignal f liegt über einen übertragungsweg an der Dekodiereinrichtung.

Wie es in Fig. 1b dargestellt ist, wird das durch die Dekodiereinrichtung empfangene Signal f durch einen Dekodierer 17 über ein Verfahren dekodiert, das dem Verfahren entgegengesetzt ist, das durch den oben beschriebenen Kodierer 16 verwandt wurde, um den Quantisierungswert q zu liefern.

Es sei darauf hingewiesen, dass selbst dann, wenn die kodierten Signale f denselben Code haben, der Quantisierungswert bezüglich des Codes in Abhängigkeit von der benutzten Quantisierungscharakteristik verschieden sein kann.

Der Dekodierer 17 arbeitet daher so, dass er einen Wert oder eine Charakteristik unter einer Vielzahl von Quantisierungscharakteristiken verwendet, der bzw. die nach Massgabe des vorhergehenden Quantisierungswertes gewählt ist, um einen Quantisierungswert zu erhalten. Die Wahl der Quantisierungscharakteristik erfolgt über eine Quantisierungscharakteristiksteuerung 18, deren Arbeitsweise mit der oben beschriebenen Steuerung identisch ist.

Ein Addierer 19 arbeitet andererseits so, dass er den dekodierten Quantisierungswert q zu dem Schätzwert χ addiert, der dadurch geliefert wird, dass der vorliegende Bildelementwert aus dem vorhergehenden Wiedergabebildelement geschätzt wird, um einen Wiedergabebildelementwert x¹ auszugeben.

Ein Schätzglied 20 verwendet eine Vielzahl von vorhergehenden Wiedergabebildelementwerten, um einen Schätzwert χ für den nächsten Wiedergabebildelementwert nach der oben beschriebenen Vierpunktschätzqleichuncj zu borechnnn.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Vielzahl von Quantisierungscharakteristiken und Kodierungen, die den Quantisierungswerten der Charakteristiken entsprechen.

In Fig. 2 sind die Quantisierungscharakteristiksymbole mit 21 bezeichnet. Fig. 2 zeigt vier Quantisierungscharakteristiken.

Die Schätzfehlerbereiche, die Quantisierungswerte und die Quantisierungsschritte jeder Quantisierungscharakteristik sind lediglich zur Erläuterung dargestellt und können je nach den Erfordernissen in geeigneter Weise festgelegt werden.

In Fig. 2 sind Dreibitkodierungen mit fester Wortlänge für die Quantisierungswerte jeweils vorgesehen. Es können jedoch auch Kodierungen mit variabler Länge verwandt werden, die für Entropiekodierungen geeignet sind.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen adaptiven Quantisierungsvorrichtung. Aus Gründen der Einfachheit wird angenommen, dass eine Zeile eines Eingangsbildes aus 512 Bildelementen mit 16 Blöcken von jeweils 32 Bildelementen besteht.

In Fig. 3 sind eine Quantisierungseinrichtung 31 zum quantisieren eines Schätzfehlers e und eine Blocksteuerschaltung 36 dargestellt, die Taktimpule c zählt, die synchron mit den Eingangsbildelementen erzeugt werden, um eine Blockadresse 1, 2, 3 .... 16 immer dann auszugeben, wenn 32 Taktimpulse c gezählt sind. Die Blocksteuerschaltung hat insbesondere einen Anfangswert 0 für jede Zeile und gibt die Blockadressen 1, 2, 3 .... 16 der Reihe nach immer dann aus, wenn 32 Taktimpulse gezählt sind.

Eine Quantisierungscharakteristikwählspeichereinheit weist 16 Speicher entsprechend der Anzahl der Blöcke in einer Zeile auf, die dio Quantisierungscharaktcristik-Symbole der jeweiligen Blöcke an den jeweiligen Adressen speichern.

Ein Quantisierungswertzähler 32 arbeitet so, dass er die Verteilung der nacheinander eingegebenen Quantisierungswerte in den relevanten Blöcken untersucht. Der Einfachheit halber wird jedoch angenommen, dass der Zähler 32 nur zählt, wenn der Quantisierungswert gleich 0 in Fig. 2 ist.

Der Quantisierungswertzähler 32, der immer dann zurückgesetzt wird, wenn die Blockadresse durch die Blocksteuerschaltung 36 erneuert wird, zählt in Folge nur dann, wenn der Quantisierungswert gleich 0 ist. Der Zählwert des Zählers 32 liegt an einem Quantisierungscharakteristikentscheidungsglied 33, das darüber entscheidet, welche Quantisierungscharakteristik für den gleichen Block in der nächsten Zeile zu verwenden ist. Das wird im folgenden anhand der nachfolgenden Tabelle 1 beschrieben.

	bis 50	bis	Tabelle	1	bis 80	bis 90	bis 100
h	2	2	60 bis	70	1	1	1
1	3	3	2		2	1	1
2	4	3	2		©	2	2
3	4	4	3		3	2	2
4		3

• · · ■

Ab

-Kiln dur Tabelle 1 sind horizontal die prozentualen Anteile (%) der Erzeugung des Quantisierungswertes 0 in der Verteilung der Quantisierungswerte in einem Block und vertikal die Symbole h der Quantisierungscharakteristik aufgeführt, die in den relevanten Blöcken gerade verwandt wird. In Tabelle 1 gibt jeder Wert ein Symbol einer Quantisierungscharakteristik wieder, die im selben Block der nächsten Zeile zu verwenden ist. Wenn der prozentuale Anteil der Erzeugung des Quantisierungswertes 0 in einem Block beispielsweise im Bereich von 71 bis 80 % liegt und in diesem Block die Quantisierungscharakteristik mit dem Symbol 3 verwandt wird, dann ist im selben Block der nächsten Zeile eine Quantisierungscharakteristik mit dem Symbol 2 zu verwenden, das in der Tabelle 1 eingekreist ist. Das bedeutet, dass dann, wenn die laufende Quantisierungscharakteristik grob ist, für denselben Block der nächsten Zeile eine feinere Quantisierungscharakteristik verwandt wird.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass unter Bezug auf den Zählwert des Quantisierungswertzählers 32, der für einen laufenden Block geliefert wird_; und unter Bezug auf das Symbol der Quantisierungscharakteristik, das im Quantisierungscharakteristikwählspeicher für den laufenden Block vorgesehen ist, das Quantisierungscharakteristikentscheidungsglied 33 das Symbol der Quantisierungscharakteristik nach Tabelle 1 bestimmt, die für denselben Block in der nächsten Zeile zu verwenden ist. Das in dieser Weise bestimmte Symbol einer Quantisierungscharakteristik wird als Wert für denselben Block der nächsten Zeile im Quantisierungscharakteristikwählspeicher in der durch die relevante Blockadresse angegebenen Weise gespeichert.

Ein Quantisierungscharakteristikwähler 3 5 empfängt das mit (Blockadresse + Ό adressierte Symbol einer Quantisierungscharakteristik von der Quantisierungscharakteristikwählspeichereinheit 34 und arbeitet so, dass er das Symbol der Quantisierungscharakteristik für den relevanten zu quantisierenden Block der Quantisierungseinrichtung 31 liefert oder die Quantisierungscharakteristik so umschaltet, dass die Quantisierungseinrichtung 31 eine Quantisierungscharakteristik verwenden kann, die dem Symbol der Quantisierungscharakteristik entspricht.

Die obigen Darstellungen können in der folgenden Weise zusammengefasst werden:

Zuerst wählt die Quantisierungscharakteristikwählspeichereinheit 34 eine Standardquantisierungscharakteristik für die erste Zeile.Sie gibt diese Charakteristik in ihre 16 Speicher ein, deren Anzahl gleich der Anzahl der Blöcke ist. Anschliessend wird nach Massgabe der Verteilung des Quantisierungswertes, die von der Quantisierungscharakteristik erhalten wird, die für den laufenden Block verwandt wird, eine Quantisierungscharakteristik für denselben Block der nächsten Zeile bestimmt und an der jeweiligen Adresse der Quantisierungscharakteristikwählspeichereinheit 34 gespeichert, so dass für jeden Block jeder Zeile der Schätzfehler dadurch quantisiert wird, dass diejenigen Quantisierungscharakteristiken verwandt werden, die unter Bezug auf die Quantisierungscharakteristikwählspeichereinheit erhalten werden.

Da bei der obigen Beschreibung der Quantisierungswert für jeden Block gezählt wird, wird die Quantisierungscharakteristik bestimmt, die für denselben Block der nächsten Zeile zu verwenden ist. Es kann jedoch auch das folgende Verfahren angewandt werden: Der QuaηLl-

-M-

sierungswertzähler 32 kann mit Pufferspeicher versehen sein, deren Anzahl gleich der Anzahl der Blöcke ist/ so dass Zählwerte/ die dem Quantisierungswert 0 entsprechen, in den Pufferspeichern für die Blöcke jeweils gespeichert werden. Unter Bezug auf die Zählwerte der Pufferspeicher und die Symbole der Quantisierungscharakteristik in der Quantlsierungscharakteristikwählspeichereinheit 34 für jeden Block bestimmt das Quantisierungscharakteristikentscheidungsglied 33 die als nächste zu verwendende Quantisierungscharakteristik, so dass das Symbol der Quantisierungscharakteristik für relevanten Block in der Quantisierungscharakteristikwählspeichereinheit erneuert wird.

Der Quantisierungswertzähler 32 kann auch irgendeinen anderen bestimmten Wert als den Quantisierungswert 0 zählen. Es kann weiterhin das folgende Verfahren angewandt werden: Der Quantisierungswertzähler 32 kann mehrere Zähleinrichtungen aufweisen, deren Anzahl in geeigneter Weise entsprechend der Quantisierungsschrittzahl gewählt ist, so dass der Zähler jeden Quantisierungswert zählt. Das Quantisierungscharakteristikentscheidungsglied 33 bestimmt die als nächstes für den relevanten Block zu verwendende Quantisierungscharakteristik aus der Verteilung des Zählwertes für jeden Quantisierungswert. In diesem Fall würde der prozentuale Anteil der Erzeugung auf der horizontalen Achse in Tabelle 1 die Schwankung des Quantisierungswertes in einem Block wiedergeben.

Das Kodieren und Dekodieren, das in Verbindung mit Fig. 1, 2 und 3 beschrieben wurde, werden einzeln für jeden Farbanteil eines Farbbildes durchgeführt.

« t- m m * · « • * ν ■

Wenn daher alle Farbanteile gleichzeitig verarbeitet werden, müssen so viele Kodierer und Dekodierer mit Quantisierungscharakteristiken, die für die Farbanteile jeweils geeignet sind, vorgesehen sein, wie Farbanteile eines Farbbildes vorhanden sind. In dem Fall, in dem die Farbanteile nacheinander verarbeitet werden, kann derselbe Kodierer und kann derselbe Dekodierer verwandt werden, die Quantisierungscharakteristiken müssen jedoch so geändert werden, dass sie für die jeweiligen Farbanteile geeignet sind.

Die Wirkungen der erfindungsgemässen Ausbildung, die über eine Simulation erhalten werden, werden im folgenden anhand des oben erwähnten Luminanzanteils W beschrieben.

Fig. 4 zeigt in einem Blockschaltbild einen Simulator, der dazu verwandt wird, die Simulation gemäss der Erfindung auszuführen. In Fig. 4 sind eine Bildablage 41, ein Kodierteil 42 (Fig. 1a und Fig. 3) gemäss der Erfindung (oben beschrieben), ein Bildspeicher 43 (der der Ubertragungsleitung L in Fig. 1 entspricht),um die kodierten Bilder zu speichern, ein Dekodierteil 44 (Fig. 1b und Fig. 3) gemäss der Erfindung (oben beschrieben), ein Fernsehmonitor 45 zum Anzeigen eines wiedergegebenen Bildes und ein Statistikteil 46 zum Berechnen der Bildentropie (H = Pi log« Pi, wobei Pi die Erzeugungswahrscheinlichkeit jedes Quantisierungsschrittes ist) und der Häufigkeit der Verwendung jeder Quantisierungscharakteristik dargestellt.

Wenn ein Bild, in dem ein Bildteil und ein Dokumenten- oder Schriftteil so gemischt sind, dass der Bildteil die Hälfte der Fläche des Bildes und der Dokumenten- oder Schriftteil die restliche Fläche einnimmt, als Eingangsbild benutzt wird, ergeben sich die folgenden Daten: bei der Simulierung des Bildes ergeben sich Ausgangswerte des Statistikteils 46, wie sie in den folgenden Tabellen 2a und 2b auCycj.führt sind.

Tabelle 2a zeigt die Entropien des Bildbereiches und des Dokumenten- oder Schriftbereiches in dem Fall, in dem jede Quantisierungscharakteristik unabhängig oder adaptiv verwandt wird. In diesem Fall ist der K-Faktor gleich 4. D.h., dass eine eindimensionale Schätzung alle vier Zeilen erfolgt, und dass eine zweidimensionale Schätzung für die übrigen Zeilen durchgeführt wird.

Tabelle 2a zeigt die Häufigkeiten der Verwendung jeder Quantisierungscharakteristik in dem Fall, in dem jede Quantisierungscharakteristik adaptiv verwandt wird.

15

In den Tabellen 2a und 2b sind die Symbole für die Quantisierungscharakteristiken die gleichen wie in Fig. 2 und wird eine adaptive Quantisierung unter den in Tabelle 1 aufgeführten Verhältnissen durchgeführt.

Tabelle 2a

20

Quantisierungscharakteristik symbol

Bildteil
Dokumententeil

Adaptiv

1,97 1,26 0,72 0,37 1,28 2,05 1,81 1,36 0,86 1,47 (Bits/Bildelement)

Tabelle 2b

Quantisierungscharakteristik symbol

Bildteil
Dokumententeil

14,8 24,6 9,9 0,7 21,8 8,9 9,0 10,3

ZA

-w-

Die Verwendung einer Quantisierungscharakteristik mit einem grössen Quantisierungsschrittintervall verringert die Entropie und erhöht den Einengungseffekt, setzt jedoch die Bildqualität stark herab/ wie es sich aus der Tabelle ergibt.

Im Falle eines Bildteiles kann ein Quantisierungscharakteristiksymbol 2, das im folgenden lediglich als Symbol bezeichnet wird, für den Bereich des Bildes verwandt werden, in dem eine abrupte Änderung vorliegt, die Verwendung des Symbols 2 vermindert jedoch bezeichnend die Bildqualität des Bereiches des Bildes, in dem eine leichte Änderung vorhanden ist. Im Fall eines Dokumentenoder Schriftteiles ist die Bildqualität selbst mit dem Symbol 3 ausreichend hoch und kann die Verwendung des Symbols 1 nicht auf abrupte Änderungen ansprechen, so dass ein verschleiertes Bild geliefert wird.

Wenn daher das Symbol 2 für den gesamten Bereich des Eingangsbildes verwandt wird, um die mittlere Bildqualität zu verbessern, dann ist im Falle des Bildbereiches die Quantisierung bezüglich der Bildqualität für den Bereich des Bildteiles unzureichend, in dem die Änderung nicht abrupt ist,und ist im Fall des Dokumenten- oder Schriftteiles die Quantisierung hinsichtlich des Einengungseffektes uneffektiv. In diesem Fall beträgt die mittlere Entropie 1,54 Bit/Bildelement.

Gemäss der Erfindung wird andererseits ein Bild so aufgeteilt, dass eine Quantisierungscharakteristik verwandt wird, die für lokale Merkmale des Bildes adaptiv ist. Die mittlere Entropie kann daher auf 1,37 Bit/Bildelement herabgesetzt werden, was sich von dem oben erhaltenen Mittelwert stark unterscheidet. Weiterhin hat das resultierende Bild in seiner Gesamtheit einen ausgezeichneten Einengungseffekt.

Aus Tabelle 2b ist ersichtlich, dass dann, wenn die Quantisierungscharakteristik in der oben beschriebenen Weise adaptiv verwandt wird, die Symbole 1 und 2 relativ häufig für den Bildteil verwandt werden, das Symbol 1 häufig für einen Dokumententeil verwandt wird (da leere Teile den grösseren Teil eines Dokumentes einnehmen) und die Symbole 2, 3 und 4 etwa gleich für Buchstaben verwandt werden. Aus Tabelle 2b ist gleichfalls ersichtlich, dass mit dem Ausmass der Komplizierung des Musters des Bildes die Häufigkeit der Verwendung der Symbole 3 und 4 zunimmt.

Aus dem Obigen ergibt sich, dass die adaptive Quantisierungsvorrichtung gemäss der Erfindung frei von der Instabilität in der Wahl der Quantisierungscharakteristik ist, die bei dem herkömmlichen System auftritt,und somit stabil arbeitet, was zur Folge hat, dass das sich ergebende Bild weniger in seiner Qualität beeinträchtigt ist. Da weiterhin die Quantisierung in Übereinstimmung mit den örtlichen Gegebenheiten des Bildes gemäss der Erfindung durchgeführt wird, kann das gesamte Bild mit hohem Wirkungs- und Gütegrad kodiert werden und kann ein System mit hoher Bandeinengung verwirklicht werden. Insbesondere bei einem Bild, in dem ein Dokumententeil und ein Bildteil gemischt sind oder allgemein in dem ein Teil mit abrupten Dichteänderungen und ein Teil mit massigen Dichteänderungen gemischt sind, ergibt sich gemäss der Erfindung eine starke Verbesserung, die mit einem herkömmlichen System nicht erhalten werden kann.

Die erfindungsgemässe Ausbildung ist nicht nur auf die Bildübertragung, sondern auch bei einem Layout-Abtaster anwendbar. Bei einem Layout-Abtaster wird eine grosse Menge an Bilddaten gespeichert und erfolgen die Bildzusammensetzung, die Farbkorrektur, die affine

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- te -

Umwandlung und die anderen Bildverarbeitungsschritte in einem Computer, um die Anzahl der Aufbau- oder Umbruchschritte herabzusetzen. Die erfindungsgemasse Ausbildung ist ausserordentlich wirksam hinsichtlich der Herabsetzung des Speicherplatzes zum Speichern einer grossen Bilddatenmenge, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen.

Leerseite

Claims

PATENTANSP R Ü CHE

(j/ Adaptive Quantisierungsvorrichtung, bei der ein Farbbildsignal nach Farben in eine Vielzahl von Farbanteilen aufgeteilt wird, um Eingangsbildelementwerte für jedes Bildelement und für jeden seinen Farbanteil zu erhalten, ein Schätzfehler von dem Eingangsbildelementwert erhalten wird und dessen Schätzwert adaptiv mit einer Charakteristik aus einer Vielzahl von Quantisierungscharakteristiken quantisiert wird, dadurch gekennzeichnet , dass für jeden Farbanteil Quantisierungscharakteristiken vorgesehen sind, wobei die Quantisierungscharakteristiken Quantisierungsschritte haben, die in geeigneter Weise für einen jeweiligen Farbanteil bestimmt sind, clic TCinqnnqr.bi IcI-elemente in Gruppen in Blöcke unterteilt worden, die aus einer Vielzahl benachbarter Bildelemente für jeden

TELEFON (0 691 Vi 38 03

TEt-EXCU-M 3«)

TELEOHAMMe MONAPÄT*

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Farbanteil bestehen und dass eine die Quantisierungscharakteristik bestimmende Einheit (33), die nach Massgabe der Verteilung der Quantisierungswerte, die dann geliefert wird, wenn der Schätzfehler in einem Block entsprechend einer gewählten Quantisierungscharakteristik quantisiert wird, eine Quantisierungscharakteristik bestimmt, die für den nächsten Block zu verwenden ist, ein Quantisierungscharakteristikwähler (35), der unter einer Vielzahl von Quantisierungscharakteristiken diejenige wählt, die durch die Einheit (33) zum Bestimmen der Quantisierungscharakteristik bestimmt worden ist, und eine Quantisierungseinrichtung (31) vorgesehen sind, die den Schätzfehler im relevanten Block unter Verwendung der Quantisierungscharakteristik quantisiert, die durch den Quantisierungscharakteristikwähler (35) gewählt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Farbanteil und für jede Zeile in einem Bild die Eingangsbildelemente in m Blöcke unterteilt werden, von denen jeder aus einer Vielzahl von Bildelementen besteht, dass m Quantisierungscharakteristikwählspeicher (34) entsprechend den m Blöcken vorgesehen sind, dass für jeden Block in einer zu quantisierenden Zeile die Quantisierungscharakteristik, die für die nächste Zeile zu verwenden ist, entsprechend der Verteilung der Quantisierungswerte durch die Quantisierungscharakteristik bestimmende Einheit (33) bestimmt wird, so dass Quantisierungscharakteristiksymbole an den relevanten Adressen in den Quantisierungscharakteristikwählspeichern (34) gespeichert werden, und dass der Quantisierungscharakteristikwähler (35) eine Quantisierungscharakteristik für einen jeweiligen Block unter Bezug auf die Quantisierungscharakteristik symbole wählt, die an den jeweiligen Adressen in den Quantisierungscharakteristikwählspeichern (34) gespeichert sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, dass die die Quantisierungscharakteristik bestimmende Einheit (33), die für jeden Farbanteil eine Quantisierungscharakteristik für den nächsten Block oder denselben Block der nächsten Zeile nach Massgabe der Verteilung der Quantisierungswerte in einem Block bestimmt, diese Bestimmung so ausführt, dass dann, wenn eine Verteilung d von Quantisierungswerten in einem relevanten Block grosser als ein Schwellenwert cf> ist, eine Quantisierungscharakteristik mit einem grösseren Quantisierungsschrittintervall als bei der Quantisierungscharakteristik für den vorliegenden Block gewählt wird,und dass dann, wenn die Verteilung d kleiner als ein Schwellenwert /3> ist, eine Quantisierungscharakteristik mit einem kleineren Quantisierungsschrittintervall als bei der Quantisierungscharakteristik für den vorliegenden Block gewählt wird, sowie dann, wenn die Verteilung d zwischen den Schwellenwerten ot und ß liegt, die Quantisierungscharakteristik gewählt wird, die für den vorliegenden Block verwandt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quantisierung der Reihe nach für jeden Farbanteil des Bildes bewirkt wird und dass die Quantisierungscharakteristiken einzeln für jeden Farbanteil festgelegt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, dass die Verteilung der Quantisierungswerte über eine Quantisierungswertzähleinrichtung (32) bestimmt wird, die die relative Anzahl des Auftretens eines bestimmten Quantisierungswertes zählt.

3 2 0 8 8 5
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnet , dass die Quantisierungswertzähleinrichtung (32) eine Anzahl von Pufferspeichern umfasst, die gleich derAnzahl der Blöcke ist, wobei Zählwerte, die einem bestimmten Quantisierungswert entsprechen, in den Speichern für die Blöcke gespeichert werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, dass die Quantisierung gleichzeitig für alle Farbanteile bewirkt wird ,wobei die Quantisierungscharakteristiken einzeln entsprechend jedem Farbanteil bestimmt werden.