DE3222648A1

DE3222648A1 - Anpassungsfaehige inter-frame-praediktionseinrichtung fuer fernsehsignale

Info

Publication number: DE3222648A1
Application number: DE19823222648
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Kawasaki Hatori; Shuichi Tokyo Matsumoto; Hitomi Yokohama Murakami; Hideo Sagamihara Yamamoto
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1982-06-16
Publication date: 1983-02-03
Also published as: JPS57210785A; US4437119A; GB2102652A; JPS634755B2; DE3222648C2; GB2102652B

Description

ANPASSUNGSFÄHIGE INTER-FRAME-PRAlDIKTIONSEINRICHTUNG FÜR FERNSEHSIGNALE

Die Erfindung betrifft eine Prädiktionseinrichtung, die eine hochwirksame Kodierung eines Bildsignals eines kommerziellen Fernsehsystems oder eines Video-Telefonsystems ermöglicht, und zwar durch Anwendung einer innigen Korrelation zwischen den Bildelementen eines Bildes.

Die existierenden Fernsehübertragungen bestehen aus Frame genannten Einzelbildern, die mit einer Geschwindigkeit von 30 Bildern pro Sekunde ausgesendet werden. Jeder Frame seinerseits besteht aus zwei nacheinanderfolgenden Feldern, und zwar aufgrund der Zeilensprungabtastung, die bei jeder zweiten Abtastzeile Anwendung findet. Ein ein Bild darstellendes Element wird im allgemeinen mit "Bildelement¹¹ bezeichnet, wohingegen in vorliegender Anmeldung ein durch Abfragung erhaltenes Muster als Bildelement bezeichnet wird, und zwar aufgrund der digitalen Verarbeitungstechnik. In diesem Fall ist deshalb die Position jedes Bildelements im Bild von der Abfrag- bzw. Abtastfrequenz zum Umsetzen des Signals in ein Digitalsignal abhängig.

Zur Erreichung eines stabilen Kodierungswirkungsgrades durch hauptsächliche Verwendung einer Inter-Frame-Prädiktionskodierung oder einer Inter-Feld-Prädiktionskodierung für ruhende Bilder und im wesentlichen einer Intra-Feld-Prädiktionskodierung oder einer Inter-Feld-Prädiktionskodierung für bewegliche Bilder werden nach dem Stand der Technik zwei repräsentative Verfahren angewendet, die nachfolgend beschrieben werden.

Bei der ersten Methode wird ein Feld eines Fernsehbildes in Blöcke unterteilt, deren jeder η χ m Bildelemente enthält; für jeden Block wird eine Inter-Frame-Prädiktion, eine InterFeld-Prädiktion und eine Intra-Feld-Prädiktion durchgeführt; die durch die entsprechenden Prädiktionsvorgänge erzielten Prä-

diktionswerte werden dann untereinander verglichen, und derjenige der Prädiktionskreise, der den dem Warenwert nächstliegenden Prädiktionswert erzeugt, wird dann als Prädiktionskreis für einen Block eines Eingangssignal herangezogen. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, der Empfangsseite zusätzlich zu Prädiktions-Fehlerinformationen auch Overhead-Informationen zu übermitteln, welche den für jeden Block des Eingangssignals gewählten Prädiktionskreis angibt. Wenn somit zum Zweck einer weitergehenden Fein- und Anpassungsprädiktionskodierung die Blockgröße verringert werden soll, dann steigt das Verhältnis der Overhead-Information zur Übertragungsgeschwindigkeit, was es unmöglich macht, den Kodierungswirkungsgrad zu verbessern.

Bei einer anderen Methode wird als Prädiktionskreis für das augenblickliche Bildelement ein Prädiktionskreis herangezogen, der den einem vorher kodierten Bildelementwert am nächsten kommenden Prädiktionswert liefert, beispielsweise bezogen auf den Wert eines Bildelements, das unmittelbar vor dem augenblicklich zu kodierenden Bildelement liegt. Weil dabei der Empfangsseite keine Overhead-Information übertragen werden muß, ist eine Fein- und Anpassungsprädiktionskodierung möglich; andererseits jedoch liefert der ausgewählte Prädiktionskreis nicht immer den dem augenblicklichen Bildelement nächstliegenden Prädiktionswert, so daß keine hochwirksame Kodierung erwartet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine interframe-adaptive Prädiktionseinrichtung für Fernsehsignale zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, eine exakte und adaptive Prädiktion eines Fernsehsignals ohne Erfordernis einer Overhead-Information zu erreichen, um so eine Kodierung durchzuführen, die eine Steigerung der Bandreduktionsgeschwindigkeit und eine Verbesserung der Bildqualität erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Einrichtung, die gekennzeichnet ist durch einen Speicher mit einer Kapazität, die genügend groß ist, um jederzeit das Eingangs-Fernsehsignal zumindest eines Rahmens zu speichern, durch ein Intra-Feld-Prädiktionselement zum Erzeugen eines Prädiktionswertes X_1n des letzten Eingangs-Bildelements, und zwar unter Verwendung

eines Bildelementwertes im gleichen Feld wie das letzte Eingangs-Bildelement, wobei dieser Prädiktionswert dann aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn ein Wert X₁ des letzten Eingangs-Bildelements des Fernsehsignals empfangen wird, durch ein Inter-Feld-Prädiktionselement zum Erzeugen eines Prädiktionswertes X₁ ^. des letzten Eingangs-Bildelements, und zwar unter Verwendung von Bildelementen im gleichen Feld wie das letzte Eingangs-Bildelement und in einem unmittelbar vorausgehenden Feld, wobei der Prädiktionswert dann aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn der Wert X₁ des letzten Eingangs-Bildelements empfangen wird, durch ein Inter-Frame-Prädiktionselement zum Erzeugen eines Prädiktionswertes X₁„ des letzten Eingangs-Bildelements, und zwar unter Verwendung von Bildelementen in dem gleichen Feld wie das letzte Eingangs-Bildelement, in dem unmittelbar vorausgehenden Feld und in einem unmittelbar vorausgehenden Rahmen, wobei der Prädiktionswert dann aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn der Wert X₁ des letzten Eingangs-Bildelements empfangen wird, durch einen Mittenwähler zum grössenmäßigen Vergleichen der Prädiktionswerte und zum Auswählen eines einen Mittelwert darstellenden Prädiktionswertes X₁ , durch ein auf das vorausgehende Bildelement bezogenes Optimum-Prädiktionselement zum Vergleichen der Absolutwerte (x_QN - Xq'i ι |x„_K - X„| und|x_n„ - X„l der Prädiktionsfehler zwischen den Prädiktionswerten X™, X_nx, und X_n-, die durch das Intra-Feld-Prä-

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diktionselement, das Inter-Feld-Prädiktionselement und das Inter-Frame-Prädiktionselement für einen Bildelementwert X_n unmittelbar vor dem letzten Eingangs-Bildelement X₁ und dem Bildelementwert X_n gewonnen worden sind, um so dasjenige Prädiktionselement auszuwählen, das den kleinsten Wert geliefert hat, und um einen Prädiktionswert X₁₃ des letzten Eingangs-Bildelements X₁ zu erzeugen, der vom ausgewählten Prädiktionselement erhältlich ist, und durch einen Prädiktionsgenerator zum erneuten Erzeugen eines Prädiktionswertes X₁ des letzten Eingangs-Bildelements X₁ auf der Basis eines gewichteten Mittelwerts des durch den Mittenwähler erzeugten Prädiktionswertes X_1M und des vom Optimum-Prädiktionselement für das letzte Bildelement X₁ erzielten Prädiktionswertes X₁_.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung in Gegenüberstel-

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lung mit dem Stand der Technik näher erläutert. Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm der Ortsbeziehungen der Bildelemente zur Erläuterung der bekannten Inter-Frame-Prädiktionskodierung, Inter-Feld-Prädiktionskodierung und IntraFeld-Prädiktionskodierung und der Kodierung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung ,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Beispiels der Anordnung des bei der Ausführungsform von Fig. 2 verwendeten Mittenwählers ,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Beispiels des bei der Ausführungsform von Fig. 2 verwendeten Optimum-Prädiktionskreises für das vorhergehende Bildelement, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Beispiels der Anordnung des bei der Ausführungsform von Fig. 2 verwendeten Prädiktionswert-Generators .

Zunächst sollen Beispiele üblicher Kodiersysteme erläutert werden, die als Intra-Feld-Prädiktion, als Inter-Feld-Prädiktion und als Inter-Frame-Prädiktion bezeichnet werden.

Fig. 1 zeigt das örtliche Verhältnis der Bildelemente. Weil in diesem Fall die Abtastfrequenz so gewählt ist, daß sie ein ganzzahliges Vielfaches der horizontalen Zeilenfrequenz darstellt, sind die Bildelemente in der Form von Gittern angeordnet und infolge der Zeilensprungabtastung liegen die Zeilen in einem Feld F. unmittelbar vor einem augenblicklichen Feld F_ zwischen allen augenblicklich abgetasteten Zeilen des augenblicklichen Feldes F_Q und den Zeilen eines Feldes F₂* welches dem unmittelbar vorhergehenden Feld F₁ vorausgeht, wobei dieselben Positionen eingenommen werden wie bei den Zeilen des augenblicklichen Feldes F-. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich ein Bildelement 2 links neben dem augenblicklichen Bildelement 1; die Bildelemente 9 und 10 befinden sich zwei Zeilen oberhalb der Bildelemente 1 und 2 im gleichen Feld; ein Bildelement 5 befindet sich lediglich eine Zeile über dem Bildelement 1 im glei-

— j —.

chen Feld; die Bildelemente 12 und 13 liegen unter den Bildelementen 1 und 2 im unmittelbar vorausgehenden Feld F₁ ,und die Bildelemente 23 und 26 nehmen dieselben Positionen ein wie die Bildelemente 1 und 5, jedoch in einem Feld F₂, das zwei Felder weiter vorne liegt. In diesem Fall geht man wie für Bildelemente, die sich den obigen zugesellen, davon aus, daß ihre Abtastwerte eine hohe Korrelation besitzen. Demgemäß wird bei einer bekannten Intra-Feld-Prädiktionskodierung (japanische Patentanmeldung Nr. 19600/76) ein Prädiktionswert X₁ eines Abtastwertes X₁ des Bildelements 1 von Fig. 1 dadurch erhalten, daß Abtastwerte der benachbarten Bildelemente verwendet werden, und zwar gemäß Gleichung

X₁= 3/4-X₂ + X₉ - 3/4-X₁₀ (1)

Eine Differenz zwischen dieser Prädiktionsgröße X₁ und einem wirklichen Wert X₁, also

= ^xi -

stellt einen Prädiktionsfehler dar. Durch Quantisierung des Prädiktionsfehlers beim Kodieren ist es möglich, eine hochwirksame Kodierung zu erreichen, so daß die erforderliche Anzahl an übertragungsbdis klein gehalten werden kann. Dies stellt das bisher verwendete Intra-Feld-Prädiktionskodiersystem dar. Dabei wird der Prädiktionswert unter Verwendung der Werte der Bildelemente 2,9 und 10 erzeugt, es ist jedoch auch möglich, ein solches Intra-Feld-Kodiersystem zu verwenden, bei dem der Prädiktionswert X₁ auf der Grundlage anderer Bildelemente desselben Feldes erzeugt wird.

Bei der vorbekannten Inter-Feld-Prädiktionskodierung (japanische Patentanmeldung 19599/76) wird der Prädiktionswert X₁ des Bildelementes 1 dadurch erzeugt, daß man die Abtastwerte des Bildelements 2 und der Bildelemente 12 und 13 unmittelbar unter den Bildelementen 1 und 2 im unmittelbar vorhergehenden Feld (Fig. 1) verwendet, und zwar gemäß:

X₁ = 3/4-X₂ + X₁₂ - 3/4-X₁₃ (3)

Die Differenz zwischen dem Prädiktionswert und dem tatsäeh-

lichen Wert wird in der gleichen Weise quantisiert wie ' bei der Intra-Feld-Prädiktionskodierung, wodurch ebenfalls eine hochwirksame Kodierung erreicht wird. Auch bei der Inter-Feld-Prädiktionskodierung ist es möglich, ein Inter-Feld-Prädiktionskodiersystem anzuwenden, bei welchem andere Bildelemente im vorausgehenden Feld F₁ Anwendung finden, wie dies bei der IntraFeld-Prädiktionskodierung erläutert worden ist.

Bei der Inter-Frame-Prädiktionskodierung wird der Prädiktionswert X₁ des Bildelements 1 von Fig. 1 dadurch erzeugt, daß das Bildelement 5 und die Bildelemente 23 und 26 herangezogen werden, wobei die Bildelemente 23 und 26 sich an denselben Positionen wie die Bildelemente 1 und 5 befinden, jedoch zwei Felder vorher; die entsprechende Gleichung lautet:

X₁ -X_{5 +} X_{23 +} X₂₆ (4)

Die Differenz zwischen dem Prädiktionswert und dem tatsächlichen Wert wird auf dieselbe Weise quantisiert wie im Falle der Intra-Feld-Prädiktionskodierung, womit auch hier eine hoohwirksame Kodierung erreicht wird. Weiterhin kann bei der Inter-Frame-Prädiktionskodierung auch ein System Anwendung finden, bei welchem andere Bildelemente aus dem vorvorhergehenden Feld herangezogen werden, ähnlich wie im Fall der Intra-Feld-Kodierung.

Bei der Inter-Frame-Prädiktionskodierung werden im Fall eines stillstehenden Bildes die Bildelementwerte X₁ und X₁. und die Bildelementwerte X₂₃ und X_?g den Abtastwerten an benachbarten Positionen des Bildes entsprechen, womit eine hohe Korrelation mit der Folge eines hohen Kodierwirkungsgrades erlangt werden. Im Fall eines bewegten Bildes jedoch sinkt die Korrelation zwischen den Pumpen 1 und 5 einerseits und 23 und 26 andererseits, und zwar entsprechend der Bewegungsentfernung im Bild, wenn sich das Bild in einer Rahmenperiode (1/30 Sekunden) bewegt, wodurch die Kodierwirksamkeit bezüglich des sich bewegenden Bildes erniedrigt wird. Bei der Inter-Feld-Prädiktionskodierung entsprechen im Fall des ruhenden Bildes die Bildelementwerte X₁ und X₉ sowie X₁₉ und X₁- den Abtastwerten an be-

— y —

nachbarten Positionen im Bild,und somit ist die Korrelation hoch und ebenfalls der Kodierwirkungsgrad. Weil jedoch die Korrelation nicht so hoch ist wie diejenige zwischen den Bildelementwerten X₅/ X-?v Xo_fi Ό.ηά X₁ der Inter-Frame-Prädiktionskodierung,ist der Kodierwirkungsgrad zwar -wie gesagthoch, jedoch nicht so hoch wie im Fall der Inter-Frame-Prädiktionskodierung. Bei bewegtem Bild entsprechen die Punkte 1 und 2 einerseits und 12 und 13 andererseits die in dem Bild gemäß der Bewegung in einer Feldperiode (1/60 Sekunden) entfernten Positionen. Folglich nimmt die Korrelation und damit der Kodierwirkungsgrad ab, jedoch sinkt die Kodierwirksamkeit nicht so stark ab wie im Fall der Inter-Frame-Prädiktionskodierung. Bei der Intra-Feld-Prädiktionskodierung schließlich kann im Fall des ruhenden Bildes der Kodierwirkungsgrad nicht so hoch sein wie im Fall von Inter-Feld- und Inter-Frame-Kodierung. Andererseits jedoch nimmt im Fall des bewegten Bildes die Bildauflösung infolge des Integrationseffekts einer Fernsehkamera ab, mit der Folge, daß die Bildelementkorrelation durch die Bewegung ansteigt; somit kann auch eine Erhöhung des Kodierwirkungsgrades erwartet werden.

Jede der drei erwähnten Methoden, also Intra-Feld-Prädiktion, Inter-Feld-Prädiktion und Inter-Frame-Prädiktion, hat ihre oben erwähnten Vorteile, jedoch ist es mit keiner dieser Methoden möglich, eine Kodiervorrichtung zu schaffen, die einen hohen Kodierwirkungsgrad sowohl für ruhende als auch für bewegte Bilder gewährleistet, weil die Inter-Frame-Kodierung bei sich bewegenden Bildern nur einen geringen Kodierwirkungsgrad aufweist, die Inter-Feld-Kodierung einen ungenügenden Kodierwirkungsgrad sowohl bei ruhenden als auch bei sich bewegenden Bildern besitzt und schließlich^ weil die Intra-Feld-Kodierung einen niedrigen Kodierwirkungsgrad für ruhende Bilder zeigt.

Nachfolgend wird nun die diese Probleme lösende Erfindung im einzelnen erläutert. Bei der Erfindung wird ein Prädiktionswert P₁ für das Bildelement 1 im augenblicklichen Feld F„ (Fig. 1) erneut erzeugt, und zwar unter Verwendung der Prädiktionswerte P_Opm und P_MFn/ welche durch die nachfolgenden beiden Verfahrensschritte erzeugt worden sind, Beim ersten Verfah-

' " 322

-₁₀- ■ ■

rensschritt werden eine Intra-Feld-Prädiktion (ein Prädiktionswert X„) , eine Inter-Feld-Prädiktion (ein Prädiktionswert X₁..) und eine Inter-Frame-Prädiktion (ein Prädiktionswert X_) für ein Bildelement durchgeführt, das sich zeitlich vor dem Bildelement 1 im augenblicklichen Feld F_Q befindet, beispielsweise für das Bildelement 2. Ferner wird ein Prädiktionskreis ausgewählt, der zu einem Prädiktionswert führt, der näher dem Bildelementwert X₂ des Bildelements 2 liegt als die Prädiktionswerte irgendwelcher anderer Prädiktionskreise. Schließlich wird ein Prädiktionswert X₁ für das Bildelement 1, erhältlich aus dem ausgewählten Prädiktionskreis, erzeugt und als Prädiktionswert P_npm verwendet.

Im allgemeinen werden die Absolutwerte |X„ - xJ ,|x_QK - XqI und ix_QK - Xq! der Prädiktionsfehler zwischen den Prädiktionswerten X_Avt, Χ_ητ. und X_n„, erhältlich aus derrv Intra-Feld-Prädik-

UN UK. Uf

tionskreis, dem Inter-Feld-Prädiktionskreis und dem Inter-Frame-Prädiktionskreis des Bildelementwertes X₀, welcher dem letzten Eingangs-Bildelement X- unmittelbar vorhergeht, und der erwähnte Bildelementwert X_Q miteinander größenmäßig verglichen, worauf derjenige Prädiktionskreis ausgewählt wird, der einen Minimalwert erzeugt. Wenn beispielsweise j X_nN [x„ - xA , dann wird der Inter-Frame-Prädiktionskreis ausgewählt. Der Prädiktionswert Χ._, für den letzten Bildelementwert X₁, erhalten von dem so gewählten Prädiktionskreis, wird dazu herangezogen, den oben angegebenen Prädiktionswert P_OPm zu erzeugen. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die IntraFeld-Prädiktion, die Inter-Feld-Prädiktion und die Inter-Frame-Prädiktion für das Bildelement 1 durchgeführt, worauf die durch diese drei Prädiktionskreise erhaltenen Prädiktionswerte grössenmäßig miteinander verglichen werden, um so einen Prädiktions wert entsprechend einem Mittelwert zu erhalten. Dieser Wert wird dann als Prädiktionswert P_MPr) verwendet. Wenn beispielsweise der Prädiktionswert X^ dem Mittelwert entspricht, und zwar als Ergebnis des Vergleichs der Prädiktionswerte X₁₄₇, X_x,

JM K.

und X„ der entsprechende Prädiktionskreise, dann wird der

Prädiktionswert P_MED zum Inter-Feld-Prädiktionswert.

Der Prädiktionswert P₁ von Gleichung (5) wird erneut erzeugt,

und zwar unter Verwendung der auf obige Weise erhaltenen Prädiktionswerte Ρ_ορτ und P_MED/ und dieser erneut erzeugte Prädiktionswert P- wird dann als Prädiktionswert für das BiIdelement 1 verwendet.

^P1 ^{= ωΡ}ΜΕΒ ⁺ Π -UJ) Ρ_ορτ (5)

wobei in Gleichung (5) der Buchstabe Oi einen Gewichtungskoeffi zienten darstellt, der zwischen 0 - dl = 1 liegt.

Obwohl gemäß der Beschreibung des ersten Verfahrensschrittes das dem Bildelement 1 zeitlich vorausgehende Bildelement 2 als Bildelement im augenblicklichen Feld F~ herangezogen wird, so ist es doch auch möglich, den Prädiktionswert P_nPm für andere Bildelemente im gleichen Feld wie das Bildelement zu erhalten, beispielsweise für die Bildelemente 3 und 4. Ferner kann der Prädiktionswert P_nPm durch Heranziehung einer Vielzahl von Bildelementen erhalten werden. Verwendet man beispielsweise drei Bildelemente 2, 3 und 4, dann ergeben sich die Prädiktionswerte P___ für das Bildelement 1 aus

/ λ \ U ir L

und P/ypm ,und der Prädiktionswert P_nPm kann dann durch Ermittlung des Mittelwerts der drei Werte erhalten werden, wie dies durch Gleichung (6) gezeigt ist:

P ₌ JL fp(2) ₊ p(3) _{+ p}(4)
OPT 3 ^l OPT OPT OPT

Durch Einsetzen des durch die Gleichung (6) erhaltenen Prädiktionswertes in die Gleichung (5) kann dann der Prädiktionswert P₁ für das Bildelement 1 erzeugt werden.

Im allgemeinen besteht in einem Fernsehsignal eine gewisse Korrelation zwischen den Optimum-Prädiktionsfunktionen (die den einem tatsächlichen Bildelement nächstliegenden Prädiktionswert hervorrufen) benachbarter Bildelemente im gleichen Feld/so ist beispielsweise im Fall eines Bildelements eines beweglichen Teils des Bildes die Zuordnung des ausgewählten Intra-Feld-Prädiktionskreises hoch₍ und im Fall eines Bildelements eines stillstehenden Teils des Bildes ist die Zuordnung des Inter-Frame-Prädiktionskreises, der ausgewählt worden ist, hoch. Bei einem Bildsignal, bei dem die sich bewegenden und die

stationären Teile klar im Bild unterscheidbar sind, liefert der durch den ersten Verfahrensschritt erhaltene Wert Pq_PT einen Prädiktionswert, der nahe dem tatsächlichen Wert liegt. Bei einem Bildsignal dagegen, bei dem die sich bewegenden und die stationären Teile im Bild nicht klar unterscheidbar sind, stellt P_npm keinen günstigen Prädiktionswert dar.

Andererseits wird der durch Mittlung ausgewählte Prädiktionswert P.-„_. mit den anderen beiden, nicht gewählten Werten ver-MED

glichen, und der Absolutwert des Prädiktionsfehlers zwischen P und dem tatsächlichen Wert wird niemals zu einem Maximum, sondern stets zu einem Minimum oder einem Zwischenwert. Dieser Prädiktionswert hängt nicht vom Betrag bestimmter Faktoren ab, etwa der Bewegung des Bildes oder dem Bildraster. Demgemäß kann davon ausgegangen werden, daß der gewichtete Mittelwert dieser Prädiktionswerte die Kombination eines Prädiktionswertes, der von den erwähnten Faktoren abhängig ist, mit einem Prädiktionswert darstellt, der eine bestimmte Prädiktionsgüte unabhängig vom Betrag dieser Faktoren gewährleistet. Mit diesen Prädiktionswerten kann ein hoher Prädiktionswirkungsgrad erzielt werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Signal-Eingangsklemme, das Bezugszeichen 2 ein Subtraktionselement, das Bezugszeichen 3 ein Quantisierungselement, das Bezugszeichen 4 einen Frame-Speicher, das Bezugszeichen 5 einen Intra-Feld-Prädiktionskreis, das Bezugszeichen 6 einen Inter-Feld-Prädiktionskreis, das Bezugszeichen 7 einen Inter-Frame-Prädiktionskreis, das Bezugszeichen 8 einen Mittelwertselektor, das Bezugszeichen 9 einen Optimum-Prädiktionskreis für ein vorausgehendes Bildelement, das Bezugszeichen 10 einen Prädiktionswert-Generatorkreis, das Bezugszeichen 11 ein Addierwerk, das Bezugszeichen 12 einen Zwischenspeicher und das Bezugszeichen 13 eine Signal-Ausgangsklemme.

Ein digitales Fernsehsignal wird auf die Signal-Eingangsklemme 1 gegeben. Der Intra-Feld-Prädiktionskreis, der Inter-Feld-Prädiktionskreis 6 und der Inter-Frame-Prädiktionskreis 7 er-

zeugen Prädiktionswerte für den gerade angekommenen letzten Bildelementwert auf der Basis der Bildelementwerte des augenblicklichen Feldes F~ , für ein unmittelbar vorhergehendes Feld F- bzw. ein diesem Feld F₁ vorausgehendes'F₂, das im Frame-Speicher 4 gespeichert ist. Der Mittelwertselektor 8 vergleicht die Prädiktionswerte der Intra-Feld-Prädiktion, der Inter-Feld-Prädiktion und der Inter-Frame-Prädiktion bezüglich ihrer Größe und wählt einen Prädiktionswert aus, welcher dem Mittelwert entspricht. Andererseits werden in dem Optimum-Prädiktionskreis 9 für das vorhergehende Bildelement die Absolutwerte der Prädiktionsfehler zwischen einem Bildelement im augenblicklichen Feld F„, gespeichert im Frame-Speicher 4, beispielsweise ein Bildelementwert unmittelbar vorausgehend dem von der Signal-Eingangsklemme 1 zugeführten Bildelement, und den Prädiktionswerten der Intra-Feld-, Inter-Feld- und Inter-Frame-Prädiktionen festgestellt, und es wird derjenige Prädiktionskreis mit dem kleinsten Wert ausgewählt sowie ein Prädiktionswert des aufgeprägten Bildelementwertes. Im Prädiktionswert-Generatorkreis 10 wird der gewichtete Mittelwert der beiden vom Mittelwertselektifo 8 und dem Optimum-Prädiktionskreis 9 erhaltenen Prädiktionswerte festgestellt und erneut ein Prädiktionswert erzeugt, der von dem von der Eingangsklemme 1 kommenden Bildelementwert abgezogen wird, worauf der Differenzwert durch das Quantisierungselement 3 quantisiert wird. Der quantisierte Ausgang wird Örtlich dekodiert, und zwar durch Addieren im Addierwerk 11 des Prädiktionswertes, der vom Prädiktxonswertgenerator 10 geliefert wird. Der dekodierte Ausgang wird dann im Frame-Speicher 4 gespeichert. Gleichzeitig wird jedoch dieser Wert über den Zwischenspeicher 12 der Signal-Ausgangsklemme 13 zugeführt und durch einen nicht gezeichneten Kodierer in die gewünschte Kodeform kodiert.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Mittelwertselektors 8, wie er bei der Vorrichtung von Fig. 2 verwendet wird. Die Bezugszeichen A1, A2 und A3 bezeichnen jeweils Pegelkomperatoren; die Bezugszeichen A4, A5 und A6 bezeichnen Dekodierer; die Bezugszeichen A7, A8, A9 und A13 bezeichnen ODER-Kreise; die Bezugszeichen A10, A11 und A12 bezeichnen Gatterkreise; die Bezugszeichen 101 und 104 schließlich bezeichnen dieselben Leitungen wie in Fig. 2

Die drei von dem Intra-Feld-Prädiktionskreis 5, dem InterFeld-Prädiktionskreis 6 und dem Inter-Frame-Prädiktionskreis 7 gelieferten Prädiktionswerte werden den Pegel-Vergleichskreisen A1 , A2 und A3 sowie den Gatterkreisen A10, A11 und A12 zugeführt. In den Pegel-Vergleichskreisen A1, A2 und A3 werden die Prädiktionswerte größenmäßig miteinander verglichen, und die Information über den dem Mittelwert entsprechenden Prädiktionswert wird über die Dekodierer A4, A5 und A6 sowie den ODER-Kreisen A7, A8 und A9 den Gatterkreisen A10, A11 und A12 zugeführt, wobei dann der dem Mittelwert entsprechende Prädiktionswert durch den ODER-Kreis A13 erhalten wird.

Fig. 4 zeigt ein spezifisches Beispiel für einen in Fig. 2 verwendeten Optimum-Prädiktionskreis 9 für das vorausgehende Bildelement. Dabei werden ein Muster-Verzögerungskreis mit B1 , Subtraktionskreise mit B2, B3 und B4, Absolutwert-Kreise mit B5, B6 und B7, Pegel-Vergleichskreise mit B8, B9 und B10, Dekodierkreise mit B11, B12 und B13, ODER-Kreise mit B14, B15, B16 und B20, Gatterkreise mit B17, B18 und B19 sowie der Figur 2 entsprechende Leitungen mit 102, 103 und 105 bezeichnet.

Die drei von dem Intra-Feld-Prädiktionskreis 5, dem InterFeld-Prädiktionskreis 6 und dem Inter-Frame-Prädiktionskreis 7 gelieferten Prädiktionswerte werden dem Verzögerungskreis B1 und den Gatterkreisen B17, E18 und B19 zugeführt. Im Verzogerungskreis B1 werden die Prädiktionswerte um ein oder mehrere Muster verzögert, so daß ein Prädiktionswert entsteht, der dem Bildelement im augenblicklichen Feld Fq entspricht, das vom Frame-Speicher 4 ausgesendet wird, beispielsweise ein Bildelementwert unmittelbar vorausgehend dem von der Signal-Eingangsklemme 1 zugeführten Bildelement. In den Subtraktionskreisen B2, B3 und B4 und den Absolutwert-Kreisen B5, B6 und B7 werden die Absolutwerte der Prädiktionsfehler zwischen dem Bildelementwert im augenblicklichen Feld F_n und dem vom Verzogerungskreis B1 gelieferten Prädiktionswert verglichen und die Ver-

gleichsergebnisse werden den Pegelvergleichskreisen B8, B9 und B10 zugeführt. In den Vergleichskreisen werden die Absolutwerte der Prädiktionsfehler untereinander verglichen, und eine Information über den Prädiktionskreis mit dem geringsten Wert wird über die Dekodierer B 11, B12 und B13 und die ODER-Kreise B14, B15 und B16 den Gatterkreisen B17, B18 und B19 zugeführt, in welchen Prädiktionswerte für das von der Eingangsklemme 1 zugeführte Bildelement 1 gewonnen werden. Fig. 5 zeigt ein typisches Beispiel eines Prädiktionswert-Erzeugers 10. Das Bezugszeichen C1 bezeichnet einen Einschreibkreis, das Bezugszeichen C2 einen Vervielfacherkreis und das Bezugszeichen C3 ein Addierwerk. Mit 104, 105 und 106 sind dieselben Leitungen wie in Fig. 2 bezeichnet.

Die vom Mittelwert-Selektor 8 und vom Optimum-Prädiktionskreis 9 für das vorausgehende Bildelement gelieferte Information über den Prädiktionswert wird durch den Subtraktionskreis C1 subtrahiert und im Vervielfacherkreis C2 um CjJ vervielfacht. Der multiplizierte Ausgang wird dem Addierwerk C3 zugeführt, in welchem' er dem vom Optimum-Prädiktionskreis 9 gelieferten Prädiktionswert hinzuaddiert wird, um so einen gewichteten Mittelwert zu erhalten.

Wie oben beschrieben worden ist, gestattet die Erfindung eine Kodierung hoher Prädiktionswirksamkeit und ausgezeichneter Bildqualität, und zwar mit Hilfe einer anpassungsfähigen Prädiktion unter Verwendung des Größenverhältnisses der Prädiktionswerte und der Information über die Prädiktionsfehler zwischen benachbarten Bildelementen. Damit ist die vorliegende Erfindung auf Kodiersysteme hoher Qualität und hoher Reduktion anwendbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Anpassungsfähige Inter-Frame-Prädxktionseinrichtung für Fernsehsignale, gekennzeichnet durch einen Abweicher mit einer Kapazität, die genügend groß ist,um jederzeit das Eingangs-Fernsehsignal zumindest eines Rahmens zu speichern, durch ein Intra-Feld-Prädiktionselement zur Erzeugung eines Prädiktionswertes X _1N des letzten Eingangs-Bildelements, und zwar unter Verwendung eines Bildelementwertes im gleichen Feld wie das letzte Eingangs-Bildelement, wobei dieser Prädiktionswert dann aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn ein Wert X₁ des letzten Eingangs-Bildelements des Fernsehsignals empfangen wird, durch ein Inter-Feld-ftädiktionselement zur Erzeugung eines Prädiktionswertes X_1K des letzten Eingangs-Bildelements, und zwar unter Verwendung von Bildelementen im gleichen Feld wie das letzte Eingangs-Bildelement und in einem unmittelbar vorausgehenden Feld, wobei der Prädiktionswert dann aus dem Speicher ausgelesen wird> wenn der Wert X₁ des letzten Eingangs-Bildelements empfangen wird, durch ein Inter-Frame-Prädiktionselement zum Erzeugen eines Prädiktionswertes X.„ des

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letzten Eingangs-Bildelements, und zwar unter Verwendung von Bildelementen in dem gleichen Feld wie das letzte Eingangs-Bildelement, in dem unmittelbar vorausgehenden Feld und in einem unmittelbar vorausgehenden Rahmen, wobei der Prädiktionswert dann aus dem Speicher ausgelesen wird, wenn der Wert X₁ des letzten Eingangs-Bildelements empfangen wird, durch einen Mittenwähler zum größenmäßigen Vergleichen der Prädiktionswerte und zum Auswählen eines einen MitteLwert darstellenden Prädiktionswertes X₄,,, durch ein auf das vorausgehende Bildele-

IM

ment bezogenes Optimum-Prädiktionselement zum Vergleichen der Absolutwerte |x_QN - X_Q\, lX_QK - X_Ql und [x_QF - X_Q\ der Prädiktionsfehler zwischen den Prädiktionswerten X~ , X„ und Xr₁₁-,, die durch das Intra-Feld-Bädiktionselement, das Inter-

Feld-Prädiktionselement und das Inter-Frame-Prädiktionselement für einen Bildelementwert X_Q unmittelbar vor dem letzten Eingangs-Bildelement X₁ und dem Bildelementwert X_Q gewonnen worden sind, um so dasjenige Prädiktionselement auszuwählen, das

den kleinsten Wert geliefert hat, und um einen Prädiktionswert X₁₃ des letzten Eingangs-Bildelementes X- zu erzeugen, der vom ausgewählten Prädiktionselement erhältlich ist, und durch einen Prädiktionsgenerator zum erneuten Erzeugen eines Prädiktionswertes X₁ des letzten Eingangs-Bildelements X₁ auf der Basis eines gewichteten Mittelwerts des durch den Mittenwähler erzeugten Prädiktionswertes X_1M und das vom Optimum-Prädiktionselement für das letzte Bildelement X₁ erzielten Prädiktionswertes X₁₀.