Beschreibung
Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vektorquantisiervorrichtung
zum Quantisieren des Vektors von Bildinformation und Toninformation.
Stand der Technik
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Der eine solche Vektorquantisiervorrichtung betreffende Stand der
Technik ist in Literaturstellen wie: Y. Linde, A. Buzo und R.M. Gray
"An Algorithm for Vector Quantizer" [Ein Algorithmus für
Vektorquantisiervorrichtung], IEEE Trans., Com-28, S. 84 - 95 (1980); A. Gersho,
"On the Structure of Vector Quantizers" [Über die Struktur von
Vektorquantisiervorrichtungen] IEEE Trans., IT-82, S. 157 - 166 (1982); A.
Buzo und A.H. Gray, Jr, "Speech Coding Based Upon Vector Quantization"
[Auf Vektorquantisierung basierende Sprachkodierung] IEEE Trans.,
ASSP-28 (1980); B.H. Juang und A.H. Gray, Jr., "Multiple Stage
Quantization for Speech Coding" [Mehrstufige Quantisierung für
Sprachkodierung], Proc. Intl. Conf. on A.S.S.P., S. 597 - 600, Paris (1982) und
A. Gersho und V. Cuperman, "Vector Quantization: A Pattern Matching
Technique for Speech Coding" [Vektorquantisierung: Ein
Musteranpassungsverfahren für Sprachkodierung], IEEE, COMMUNICATION MAGAZINE, S.
15 - 21, Dez. 1983. beschrieben.
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In der britischen Patentanmeldung GB-A-20 03 001 ist eine Vorrichtung
zur Kodierung und Dekodierung von digitalen Fernsehsignalen offenbart.
Die Kodiereinrichtung sagt die Werte von die Leuchtdichte von
Bildpunkten darstellenden Digitalsignalen aus dem vorhergehenden Punkt
voraus, und zwar je nachdem ob Bewegung erkannt wird oder nicht. Die
Kodierung wird durch Subtrahieren des vorausgesagten Wertes vom
Istwert und nachfolgende Quantisierung ausgeführt. Die
Dekodiereinrichtung erzeugt Prädiktionssignale in Abhängigkeit von vorherigen
Bildpunkten und addiert die Prädiktionssignale zum kodierten Signal hinzu.
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Zusätzlich zu diesen Vektorquantisiervorrichtungen des Standes der
Technik ist eine in Fig. 3 gezeigte Vektorquantisiervorrichtung
bekannt, die später beschrieben wird. Das Prinzip der
Vektorquantisiervorrichtung wird vor der Beschreibung der Vektorquantisiervorrichtung
der Fig. 3 beschrieben. Bezug nehmend auf Fig. 1, wird unter der
Annahme, daß sich ein Objekt auf dem Bildschirm während der Zeitdauer
von einem Bild Nr. f-1 zu einem Bild Nr. f von einem Ort A zu einem
Ort B bewegt hat, ein Teilbildbereich Sf(R), einschließlich einer
Mehrzahl der Gitterabtastwerte eines Bildsignals um einen Ortsvektor R
im Bild Nr. f herum, annähernd dem Teilbildbereich Sf-1(R-r) des
Bildsignals an einem durch Abziehen eines Bewegungsvektors r von einem
Ortsvektor R im Bild Nr. f-1 bestimmten Ort gleich. Wie in Figur 2
dargestellt, wenn der Ortsvektor R = (m, n) und der Bewegungsvektor
r = (u, v), dann ist Sf(R) Sf-1(R-r). Angenommen das Bildsignal bei
R = (m, n) ist S(M, n) und Sf(R) =
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[S(m-2, n-2), ..., S(m, n), ..., S(m+2, n+2)], dann wird der Grad der
Analogie L(n, v) zwischen Sf(R) und Sf-1(R-r) wie folgt als die
Einheitsteilbildbereichszuordnungsskala des 5x5-Bildpunktes definiert:
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In diesem Zustand wird der Bewegungsvektor r durch
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ausgedrückt. Das heißt, es wird erwartet, daß der Grad der Analogie
L(u, v) von Sf(R) und Sf-1(R-r) durch Bereichszuordnung minimiert wird.
Mit der Einführung von Bewegungskompensation in die Zwischenbild-
Prädiktionskodierung und der Verwendung eines aus Bildsignalbereichen
des Bildes Nr. f-1 abgeleiteten Teilbildbereichs, bei dem L(u, v)
minimiert wird, als Prädiktionssignal bei der Weitergabe des
Teilbildbereichs Sf(R) des Bildsignals des Ortes R im Bild Nr. f an einen
Zwischenbild-Prädiktionskodierer, wird daher die Leistung des
Prädiktionsfehlersignals auf ein Minimum reduziert und der
Kodierungswirkungsgrad verbessert.
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Bezug nehmend auf Figur 3, in der ein Beispiel des Aufbaus einer
derartigen gebräuchlichen Vektorquantisiervorrichtung dargestellt ist,
sind dort ein A/D-Wandler 1, ein
Vollbild-Teilbildbereich-Rasterwandler 2, ein Bildspeicher 3, ein Bewegungsvektordetektor 4, eine
einstellbare Verzögerungsschaltung 5, ein Subtrahierer 6, eine
Skalarquantisiervorrichtung 7, ein Addierer 8 und ein Kodierer 9 mit
veränderlicher Wortlänge gezeigt.
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Die Betriebsweise dieser Vektorquantisiervorrichtung wird im folgenden
beschrieben. Als erstes wandelt der A/D-Wandler 1 ein analoges
Bildeingangssignal 101 in das entsprechende Digitalsignal um und gibt eine
digitale Bildsignalfolge 102 ab, die der Reihenfolge der
Rasterabtastung entspricht. Der Ausgabeverlauf der digitalen
Rasterabtastungsbildsignalfolge 102 in der zeitlichen Reihenfolge des Bildsignals wird
vom Vollbild-Teilbildbereich-Rasterwandler 2 in
Teilbildbereichsabtastung umgewandelt, und die digitale Bildsignal folge wird dadurch in
ein Teilbildbereichsabtastungs-Bildeingangssignal 103 umgewandelt, das
sequentiellin Gitterteilbildbereichseinheiten (das
Teilbildbereichsinnere enthält Rasterabtastung) von oben nach unten und von links nach
rechts auf dem Bildschirm angeordnet ist. Aus dem Bildspeicher 3 wird
ein entsprechend der Zwischenbild-DPCM-Schleife regeneriertes
regeneratives Bildsignal 104 eines Bildes zuvor ausgelesen. Vom
Bewegungsvektordetektor 4 wird die Bereichszuordnung des gegenwärtigen
Teilbildbereichsabtastungs-Bildeingangssignals 103, des regenerativen
Bildsignals 104 eines Bildes zuvor und des Bildsignals ausgeführt und
der Bewegungsvektor r = (u, v) des Bildsignals 104 eines Bildes zuvor
abgegeben, der den Grad der Analogie minimiert. Die Bewegungsvektoren
(u, v) entsprechen den horizontalen und vertikalen Verschiebungen des
Bildpunktes des Teilbildbereichs des regerativen Bildsignals 104 eines
Bildes zuvor. Auf Grundlage des Bewegungsvektors 104
bereichsverschiebt die einstellbare Verzögerungsschaltung 5 das regenerative
Bildsignal 104 von einem Bild zuvor um den Bewegungsvektor und gibt
ein prädiktives Bildsignal 106 ab, das dem gegenwärtigen
Teilbildbereichsabtastungs-Bildeingangssignal 103 am nächsten kommt. Der
Subtrahierer 6 berechnet den Unterschied zwischen dem
Teilbildbereichsabtastungs-Bildeingangssignal 103 und dem prädiktiven Bildsignal 106 und
gibt ein prädiktives Bildfehlersignal 107 an die
Skalarquantisiervorrichtung 7 ab. Die Skalarquantisiervorrichtung 7 wandelt das
prädiktive Bildfehlersignal 106 in ein prädiktives
Quantisierungsbildfehlersignal 108 um, dessen Quantisierungshöhe auf Bildpunkteinheit
reduziert ist. Der Addierer 8 addiert das prädiktive
Quantisierungsbildfehlersignal 108 und das prädiktive Bildsignal 106 und gibt ein
regenerative Bildsignal 109, einschließlich des skalaren
Quantisierungsfehlers, an den Bildspeicher 3 ab. Der Bildspeicher führt eine
Verzögerungsfunktion aus, um das gegenwärtige regenerative Bildsignal
109 um ein Bild zu verzögern. Angenommen, das Bildeingangssignal 103
ist Sf(m, n), das prädiktive Bildsignal 106 Pf(m, n), das prädiktive
Fehlersignal 107 f(m, n), das skalare Quantisierungsrauschen Qfs(m, n),
das prädiktive Quantisierungsfehlersignal 108 f(m, n) und das
regenerative Bildsignal 104 eines Bildes zuvor f-1(m, n), dann ist in der
Bewegungskompensations-Zwischenbild-DPCM-Schleife
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wobei Z-f die einem Bild entsprechende Verzögerung bedeutet.
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Pf(m, n) wird durch Bewegungskompensation auf Grundlage von f-1(m, n)
durch folgende Formel ausgedrückt
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Pf(m, ) = f-1 (m-u, n-v).
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Aufbaus des Bewegungsvektordetektors 4
zur Ausführung von Bewegungskompensation.
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Bezug nehmend auf Fig. 5, ist dort eine
Analogiegrad-Berechnungsschaltung 10, ein Bewegungsgebiet-Zeilenspeicher 11, eine Zeilerspeicher-
Steuerschaltung 12, ein Analogiegradvergleicher 13 und ein
Bewegungsvektorspeicherglied 14 dargestellt.
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Der Bewegungsvektordetektor 4 gibt Sf(R), das durch Einteilung einer
Mehrzahl der Folgen des gegenwärtigen Bildeingangssignals 103 in
Teilbildbereiche erzeugt wurde, an die
Analogiegrad-Berechnungsschaltung 10 weiter. In diesem Augenblick werden die Zeilen des im
Bildspeicher 3 gespeicherten regenerativen Bildsignals 104 eines Bildes
zuvor entsprechend dem Verfolgungsbereich des Bewegungsgebietes von
Sf(R)
im Bewegungsgebiet-Zeilenspeicher 11 eingespeichert. Die
Zeilenspeicher-Steuerschaltung 12 sendet die einer Mehrzahl von
Teilbildbereichen Sf-1(R+r) des regenerativen Bildsignals 104 eines Bildes
zuvor benachbarten Teilbildbereiche sequentiell zu der Analogiegrad-
Berechnungsschaltung 10. Die Analogiegrad-Berechnungsschaltung 10
berechnet den Analogiegrad L(u, v) der Teilbildbereiche in der Nähe
von Sf(R) und Sf-1(R-r), und der Analogiegradvergleicher 13 bestimmt den
minimalen Analogiegrad L(u,v). Da u und v den horizontalen bzw.
vertikalen Adressenverschiebungen von Teilbildbereichen im
Bewegungsgebiet-Zeilenspeicher 11 entsprechen, gibt der Analogiegradvergleicher
13 ein Bewegungserkennungsabfragesignal 111 an das
Bewegungsvektorspeicherglied 14 ab, wenn der Analogiegrad minimiert ist, um eine
Bewegungsvektoradresse 112 aufzunehmen. Das
Bewegungsvektorspeicherglied 14 sendet das r der Verschiebung von Sf-1(R-r) gegenüber Sf(R),
das den Analoggrad L(u, v) minimiert, als Bewegungsvektor 105 zur
einstellbaren Verzögerungsschaltung 5 und zum Kodierer 9 mit
veränderlicher Wortlänge der Fig. 3.
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Der Kodierer 9 veränderlicher Länge der Fig. 3 verarbeitet den
Bewegungsvektor 105 und das prädiktive Quantisierungsfehlersignal 108
durch Kodierung mit veränderlicher Wortlänge zur Verringerung der
Informationsmenge des Bildsignals. Mit der Kodierung mit
veränderlicher Wortlänge wird die Übertragung der Bewegungskompensations-
Zwischenbildkodierungsausgabe 110 mit niedriger Bitrate ermöglicht.
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Da der gebräuchliche Bewegungskompensations-Zwischenbildkodierer wie
zuvor beschrieben aufgebaut ist, wird die
Bewegungskompensationsfunktion für jeden Teilbildbereich und die Zwischenbild-DPCM-Funktion für
jeden Bildpunkt ausgeführt. Dementsprechend ist die Identifikation
zwischen der sehr geringen Variation des Bildschirms und Rauschens
unmöglich und die Kodierung des Bewegungsvektors und des prädiktiven
Quantisierungsfehlersignals mit veränderlicher Wortlänge schwierig.
Weiterhin ist, da die Steuerung der sich skalar aus der
Bewegungsveränderung ergebenden Veränderung der Menge an erzeugten Informationen
schwierig ist, ein hoher Verlust unvermeidlich, wenn die Übertragung
über einen Übertragungskanal mit fester Übertragungskapazität
durchgeführt wird. Weiterhin ist auch die Kodierung des prädiktiven
Quantisierungsfehlersignals für jeden Bildpunkt unzulänglich. Da das
Bewegungskompensationssystem durch Übertragungskanalfehler beeinflußt
werden kann, muß der Bildspeicher rückgesetzt oder die Übertragung
wiederholt werden, wenn ein Übertragungskanalfehler auftritt, was eine
lange Rücksetzzeit erfordert.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Bildsignalvektorquantisiervorrichtung mit hohem Kodierwirkungsgrad bereitzustellen,
die zur Vektorquantisierung eines Bildsignals durch Einteilen der
Differenz zwischen dem Bildsignal und dem demselben Ort auf dem
Bildschirm entsprechenden Bildpunkt des vorhergehenden Nachbarbildes über
die Kanäle in Teilbildbereiche nach Abtasten des Bildsignals in
Kanälen und Digitalisieren des Bildsignals ausgelegt ist und eine Mehrzahl
von Kanälen über einen einzigen Kanal übertragen kann, indem sie auf
Grundlage der Zwischenbilddifferenz des bereits kodierten und
übertragenen Nachbarbildpunktes und der Zwischenbilddifferenz des zu
übertragenden Bildpunktes entscheidet, ob der gegenwärtige Bildpunkt
hinsichtlich des vorhergehenden Nachbarbildes eine bedeutende
Veränderung durchgeführt hat oder nicht, indem sie die Information kodiert
und überträgt, wenn der gegenwärtige Bildpunkt keine bedeutende
Anderung durchgeführt hat, und den Vektorquantisierungswirkungsgrad
verbessert, indem sie die Zwischenbilddifferenz des zu übertragenden
Bildpunktes durch Verwendung der Zwischenbilddifferenz des
Nachbarbildpunktes, wenn der gegenwärtige Bildpunkt eine bedeutende Änderung
durchgeführt hat, normiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Figur 1 ist eine erläuternde bildliche Ansicht zum besseren
Verständnis der Definition der Bewegung von
Bildsignalen zwischen Bildern durch einen Bewegungsvektor;
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Figur 2 ist eine erläuternde Ansicht, die das Verhältnis
zwischen dem Bewegungsvektor und der Anordnung der
Bildpunkte eines bewegten Teilbildbereichs zeigt;
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Figur 3 ist ein Blockschaltbild eines gebräuchlichen
Bewegungskompensations-Zwischenbildkodierers;
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Figur 4 ist eine grafische Darstellung der
Eingangs-Ausgangskennlinie der im Kodierer der Figur 3 eingesetzten
Skalarquantisiervorrichtung;
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Figur 5 ist ein Blockschaltbild des im Kodierer der Figur 3
eingesetzten Bewegungsvektordetektors;
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Figur 6 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus eines
Bildsignalkodierers;
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Figur 7 ist eine erläuternde Darstellung der Anordnung von
Musterbildpunkten in der Szene;
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Figur 8 ist eine erläuternde Darstellung der Anordnung von
Bildpunkten in aufeinanderfolgenden Bildern;
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Figur 9 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus des Kodierers eines
erfindungsgemäßen Bildsignal kodierers;
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Figur 10 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus des
Bewegungserkennungsnormierungs-Vektorquantisierungskodierers der
Figur 9;
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Figur 11 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus des Dekodierers
eines erfindungsgemäßen Bildsignalkodierers;
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Figur 12 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus des
Bewegungserkennungsnormierungs-Vektorquantisierungsdekodierers der
Figur 11; und
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Figur 13 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung des
Abbildungsverhältnisses zwischen dem Eingangsvektor und
dem Ausgangsvektor im dreidimensionalen Signalraum bei
der Vektorquantisierung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Diese Ausführungsform ist eine Vektorquantisiervorrichtung zur
Kodierung und Dekodierung eines Bildsignals, mit der Daten für die digitale
Übertragung von Bildsignalen mit einer Mehrzahl von Kanälen mit einer
niedrigen Bitrate komprimiert werden können.
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Vor der ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform wird in
Verbindung mit der Figur 6 der grundlegende Aufbau dieser
Vektorquantisiervorrichtung beschrieben. In der Figur 6 wird bei 801 ein
Analogbildsignal, bei 802 ein A/D-Wandler zur Digitalisierung eines
Analogsignals, bei 803 eine digitalisierte Bildsignalfolge, bei 804 ein
Subtrahierer zur Berechnung eines Prädiktionsfehlers für die
Prädiktionskodierung von Signalen, bei 805 ein Prädiktionssignal, bei 806
ein Bildspeicher zur Abgabe des Prädiktionssignals, bei 807 ein vom
Subtrahierer 804 abgegebenes Prädiktionsfehlersignal, bei 808 eine
Quantisiervorrichtung zur Zuweisung des Prädiktionsfehlers zu einem
vorbestimmten Pegel, bei 809 ein quantisiertes
Prädiktionsfehlersignal, bei 810 ein Addierer zur Addierung des quantisierten
Prädiktionsfehlers und eines Prädiktionswertes, bei 811 eine regenerierte
Bildsignal folge, bei 812 ein D/A-Wandler und bei 813 ein regeneriertes
Analogbildsignal angezeigt. Die Figur 6 zeigt eine
Vektorquantisiervorrichtung zur Vektorquantisierung von Bildsignalen mit drei Kanälen,
beispielsweise R-, G- und B-Farbbildern.
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Die Funktionsweise der Vektorquantisiervorrichtung wird unten
beschrieben. Bezug nehmend auf Figur 7, werden Analogbildsignale 801 in
einem quadratischen Gitter für jeden Kanal abgetastet und durch den
A/D-Wandlungvorgang zur Umwandlung in eine Digitalsignalfolge SR(m, n)
(m = 1, 2, ..., M; n = 1, 2, ..., N; R = 1, 2 und 3; m und n zeigen
Orte in einer Szene an; R zeigt Kanäle an) verarbeitet. Da die
Datenrate der vom A/D-Wandler 802 digitalisierten Bildsignalfolge SR(m, n)
für die PCM-Übertragung zu hoch ist, wird die Bildsignalfolge SR(m, n)
durch Datenkomprimierung mittels der Zuordnung zwischen den
Bildpunkten an demselben Ort in unterschiedlichen aufeinanderfolgenden Bildern
verarbeitet. Wie in Figur 8 dargestellt, sei das Signal in einem Bild
Nr. f durch SfR(m, n) ausgedrückt und bei 803 sei dieses Signal SfR(m,
n), bei 805 ein Prädiktionssignal PfR(m, n), bei 807 ein
Prädiktionsfehlersignal fR(m, n), bei 809 ein quantisiertes
Prädiktionsfehlersignal fR(m, n), bei 811 ein regeneriertes Bildsignal fR(m, n)
angezeigt und qN sei ein Quantisierungsrauschen, das erzeugt wird, wenn
die Quantisiervorrichtung 808 den Quantisierungspegel verringert. Dann
wird ein Signal 809 mit einer verringerten Anzahl von
Quantisierungsstufen durch einen folgendermaßen ausgedrückten Vorgang gebildet:
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So kann das Signal 809 mit einer verringerten Anzahl von
Quantisierungsstufen durch Quantisieren des Prädiktionsfehlersignals unter
Benutzung des Bildpunktsignals des um einen Einbildzyklus
vorhergehenden Bildes durch Verwendung der hohen Korrelation zwischen den
Bildpunkten an demselben räumlichen Ort in unterschiedlichen
aufeinanderfolgenden Bildern erhalten werden, und damit wird eine
Übertragung mit niedriger Bitrate ermöglicht.
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Im Empfangsteil wird das quantisierte Prädiktionsfehlersignal 809
empfangen und dekodiert, um ein regeneriertes Bildsignal 811
bereitzustellen.
Dieser Dekodiervorgang entspricht dem folgenden Ausdruck:
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Das regenerierte Bildsignal wird vom D/A-Wandler 812 in ein
Analogsignal umgewandelt, um ein Analogbildsignal 813 zu regenerieren. Diese
Kodier- und Dekodiervorgänge werden getrennt für jeden Kanal
realisiert.
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Auf Grundlage des oben beschriebenen Prinzips benötigt dieser Aufbau
eine Übertragungsleitung pro Kanal, und der Kodierwirkungsgrad ist im
Verhältnis zum Aufwand der Vorrichtung nicht hoch.
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Die vorliegende Ausführungsform ist angesichts dieser Nachteile des
oben erwähnten Aufbaus aufgebaut. Diese Ausführungsform wird im
folgenden beschrieben. Die Figur 8 zeigt einen in einem erfindungsgemäßen
Bildsignalkodierer eingesetzten Kodierer. Die Beschreibungen werden
hinsichtlich einer Vektorquantisierung mit drei Kanälen, die jeweils
den Dimensionen entsprechen, erbracht. In der Figur 9 ist bei 801 ein
Analogbildsignal, bei 802 ein A/D-Wandler zur Digitalisierung des
Analogbildsignals, bei 803 eine digitalisierte Bildsignalfolge, bei
804 ein Subtrahierer zur Berechnung einer Zwischenbilddifferenz für
Zwischenbildprädiktionskodierung, bei 805 ein Prädiktionssignal, bei
806 ein das Prädiktionssignal abgebender Bildspeicher, bei 807 eine
vom Subtrahierer 804 bereitgestellte Zwischenbilddifferenz, bei 809
eine quantisierte Zwischenbilddifferenz, bei 810 ein Addierer zum
Addieren der quantisierten Zwischenbilddifferenz und des
Prädiktionswertes, bei 811 eine regenerierte Bildfolge, bei 814 ein
bewegungserkennungsnormierter Vektorquantisierungskodierer zum Entscheiden, ob
bei jedem Bildpunkt eine bedeutende Änderung hinsichtlich des
vorhergehenden Bildes eingetreten ist oder nicht, zum Normieren des
Prädiktionsfehlersignals (Zwischenbilddifferenz), wenn eine bedeutende
Änderung eingetreten ist, und zur gemeinsamen Vektorquantisierung von
drei Kanälen, und bei 815 ein den Vektorindex und
Bewegungserkennungsinformationen anzeigendes kodiertes Signal angezeigt. Die Figur 10
zeigt im einzelnen den Aufbau des bewegungserkennungsnormierenden
Vektorquantisierungskodierers 814. In der Figur 10 ist bei 816 ein
Speicher, der die Zwischenbilddifferenz des benachbarten Bildpunktes
abgibt, bei 817 die Zwischenbilddifferenz des Nachbarbildpunktes, bei
818 ein Amplitudenberechner zur Berechnung der Normierungskonstanten
der Zwischenbilddifferenz des zu übertragenden Bildpunktes auf
Grundlage der Zwischenbilddifferenz des Nachbarbildpunktes, bei 819 eine
vom Amplitudenberechner 818 abgegebene Normierungskonstante, bei 820
ein Bewegungsdetektor zum Entscheiden auf Grundlage der
Zwischenbilddifferenz 807 des zu übertragenden Bildpunktes und der
Normierungskonstante, ob der gegenwärtige Bildpunkt eine bedeutende Bewegung
hinsichtlich des vorhergehenden Bildes ausgeführt hat oder nicht, bei 821
ein die Zwischenbilddifferenz normierender Teiler, bei 822 ein
normiertes Zwischenbilddifferenzsignal, bei 823 ein das Ergebnis der vom
Bewegungsdetektor 820 getroffenen Entscheidung anzeigendes Signal, bei
824 ein Vektorquantisierungskodierer zur Vektorquantisierung des
Signals 822, bei 825 ein Vektorquantisierungsdekodierer, der einen
Ausgangsvektor entsprechend dem kodierten Signal 815 abgibt, bei 826
ein Ausgangsvektor und bei 827 ein Multiplizierer, der den
Ausgangsvektor 826 mit der Normierungskonstante 819 multipliziert, angezeigt.
Die Figur 11 zeigt den Dekodierteil des vorliegenden erfindungsgemäßen
Signalkodierers. In der Figur 11 ist bei 828 ein
Vektorquantisierungsdekodierer für normierte Vektoren, der das kodierte Signal 815
aufnimmt und eine quantisierte Zwischenbilddifferenz 809 abgibt, bei 812
ein D/A-Wandler und bei 813 ein regeneriertes Analogbildsignal
angezeigt. Die Figur 12 zeigt im einzelnen den Aufbau der
Vektorquantisiervorrichtung 828 für normierte Vektoren.
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Im folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Bildsignalkodierers beschrieben. Wie in Figur 7 dargestellt, werden die
Analogbildsignale
801 für jeden Kanal in einem quadratischen Gitter
abgetastet und digitalisiert, um in Digitalsignalfolgen SR(m, n) (m = 1, 2,
..., M; n = 1, 2, ..., N; R = 1, 2 und 3; m und n zeigen einen Ort in
der Szene an, R zeigt Kanäle an) umgewandelt zu werden. Es sei, wie in
Figur 8 gezeigt, das Signal in einem Bild Nr. f durch SfR(m, n)
ausgedrückt. Vom Subtrahierer 804 wird das Zwischenbild-Differenzsignal
fR(m, n) durch eine durch
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ausgedrückte Operation berechnet, wobei S (m, n) das Signal 805 des
um einen Einbildzyklus vorhergehenden Bildes, fR(m, n) das
Zwischenbilddifferenzsignal 807 und fR(m, n) das quantisierte
Zwischenbilddifferenzsignal 809 ist. Der Speicher 816 und der Amplitudenrechner 818
bilden beispielsweise einen Bildpunktverzögerungs- und Größenoperator.
Die Normierungskonstante 819 wird durch fRf(m-1, n) ausgedrückt. Dies
entspricht der Größe der Zwischenbilddifferenz des Nachbarbildes. Der
Bewegungsdetektor 820 bearbeitet die Zwischenbilddifferenz fR(m, n)
807 des zu übertragenden Bildpunktes und die Normierungskonstante 819
und vergleicht das Bearbeitungsergebnis mit einem vorbestimmten
Schwellwert. Wenn für alle Kanäle das Ergebnis kleiner als der
Schwellwert ist, wird entschieden, daß keine bedeutende Änderung
(Bewegung) eingetreten ist, während, wenn das Ergebnis für auch nur
einen Kanal größer als der Schwellwert ist, entschieden wird, daß eine
bedeutende Änderung (Bewegung) eingetreten ist. Die
Zwischenbilddifferenz fF(m, n) wird mit der Normierungskonstanten fR(m-1, n) 819
normiert. Das normierte Signal xfR(m, n) ist gegeben durch:
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Da der zu übertragende Bildpunkt und der Nachbarbildpunkt hoch
korreliert
sind, sind die Zwischenbilddifferenz des zu übertragenden
Bildpunktes und die Zwischenbilddifferenz des Nachbarbildes ebenfalls hoch
korreliert. Mit der Definition der Normierungskonstanten auf Grundlage
der Zwischenbilddifferenz des Nachbarbildpunktes werden
dementsprechend die normierten Signale um einen Festwert herum verteilt, und die
Kodierleistung der Vektorquantisiervorrichtung wird damit verbessert.
Das Prinzip der Vektorquantisierung wird im folgenden kurz
beschrieben. Es werden K Stücke von Informationsquelleneingangssignalfolgen in
Teilbildbereiche eingeteilt, um einen Eingangsvektor = [x&sub1;, x&sub2;, ...,
xk] zu bilden. Eine Menge von N repräsentativen Punkten
(Ausgangsvektoren) im K-dimensionalen Signalraum Rk ( Rk) sei durch
Y = [ &sub1;, &sub2;, ..., N] ausgedrückt. Vektorquantisierung ist eine
Abbildung eines Eingangsvektors auf einen im kürzesten Abstand vom
Eingangsvektor liegenden Ausgangsvektor Y. Der Abstand zwischen den
Eingangs- und Ausgangsvektoren im K-dimensionalen Signalraum sei durch
d( , i) ausgedrückt. Dann ist:
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In der Praxis werden die Indizes i (i = 1, 2, ..., N) der
Ausgangsvektormenge Y = [ &sub1;, &sub2;, ..., N] übertragen. Vom Empfangsteil werden
die Ausgangsvektoren i entsprechend den übertragenden Indizes aus der
Ausgangsvektormenge Y des Übertragungsteils ausgelesen. Die Figur 13
zeigt das Verhältnis zwischen dem Eingangsvektor und den
Ausgangsvektoren. Vektorquantisierung basiert auf dem oben beschriebenen
Prinzip, und die Vektorquantisierungsfunktion wird daher durch
Vorbereiten einer der Verteilung der normierten Eingangsvektoren
entsprechenden
Menge von Ausgangsvektoren verbessert. Weiterhin werden
von dem hier eingesetzten Vektorquantisierungskodierer 824
Informationen kodiert und übertragen, wenn der Bewegungsdetektor 820 ein
"bedeutende Änderung (Bewegung)" anzeigendes Entscheidungssignal 823 abgibt.
Im allgemeinen weisen aufeinanderfolgende Zeichentrickbilder viele
sich nicht bewegende Teile auf, und die Bilder folgen einander, und
der Kodierwirkungsgrad kann daher durch Lauflängenkodierung
verbessert werden. Das normierte Signal xfR(m, n) stellt durch Sammeln der
Kanäle (R = 1, 2, 3) einen dreidimensionalen Vektor dar, und der
Vektorquantisierungsdekodierer 825 liest entsprechend dem kodierten
Signal 815 einen Nullvektor, wenn ein "keine Bewegung" anzeigendes
Signal abgegeben wird, und liest Ausgangsvektoren, wenn zum Abgeben
von Ausgangsvektoren 826 ein Indexsignal abgegeben wird. Vom
Multiplizierer 827 werden die Ausgangsvektoren mit der Normierungskonstanten
819 multipliziert und ein Zwischenbild-Differenzsignal 809 abgegeben.
Wenn die Dimension der Ausgangsvektoren i durch YfiR(m, n) (R = 1, 2,
3) ausgedrückt wird, dann:
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Niederratige Übertragung wird durch Übertragen des Indexsignals
erreicht, das durch Vektorquantisierung des Zwischenbilddifferenzsignals
durch die durch obige Formeln ausgedrückte Operation gebildet wird. qN
ist ein durch Vektorquantisierung erzeugtes Rauschen. Im Dekodierteil
wird ähnlich wie bei der Operation im Kodierteil der Nullvektor oder
der vom Vektorquantisierungsdekodierer abgegebene Ausgangsvektor mit
der Normierungskonstanten multipliziert, um das regenerierte
Zwischenbilddifferenzsignal zu dekodieren. Das regenerierte Bildsignal 811
wird dann durch die folgendermaßen ausgedrückte Operation erhalten:
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und der D/A-Wandler 812 gibt das regenerierte Analogbildsignal 813 ab.
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So wird vom Bildsignalkodierer der vorliegenden Ausführungsform die
Zwischenbilddifferenz von Bildsignalen mit einer Mehrzahl von Kanälen
durch die Zwischenbilddifferenz des übertragenen Nachbarbildpunktes
normiert, und Vektorquantisierung wird realisiert, indem die Kanäle
nur dann in Teilbildbereiche eingeteilt werden, wenn eine Entscheidung
getroffen worden ist, daß das gegenwärtige Bild eine bedeutende
Änderung hinsichtlich des Vorbildes durchgeführt hat, um die Übertragung
einer Mehrzahl von Kanälen über eine einzige Übertragungsleitung zu
erreichen, und damit wird eine hochwirkungsvolle Bildsignalkodierung
erreicht.