DE3717399A1

DE3717399A1 - Verfahren zur bitratenreduktion

Info

Publication number: DE3717399A1
Application number: DE19873717399
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Vogel
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1987-05-23
Filing date: 1987-05-23
Publication date: 1988-12-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bitratenreduk tion bei der Codierung eines Signales, das aus einer Fol ge von digital dargestellten Signalwerten besteht und das einen Signalwert A enthält, der am häufigsten in ununter brochenen Teilfolgen vorkommt, wobei jeder ununterbroche nen Teilfolge von Signalwerten A mit der Länge 0, 1, 2 usw. zusammen mit dem sich der Teilfolge anschließenden Signalwert oder zusammen mit dem der Teilfolge vorange henden Signalwert ein Huffman-Codewort zugeordnet wird.

Ein derartiges Verfahren ist in der deutschen Patentan meldung mit dem Aktenzeichen P 36 31 252.5 beschrieben. Es wird bei der Codierung von Videosignalen angewendet und dient dem Ziel, mit möglichst geringer Bitrate Video bilder ausreichender Qualitat zu übertragen. Bevorzugte Anwendungsgebiete hierfür sind Bildtelefon- oder Video konferenzsysteme.

Die Codierung von Videosignalen erfolgt (vergleiche hier zu z.B. die DE-A-36 13 343) in mehreren Schritten. Zu nächst werden gleichgroße Ausschnitte eines Videobildes - repräsentiert durch quadratische Blöcke von Abtastwerten der Bildpunkte - einer diskreten Cosinus-Transformation unterworfen. Bei dieser Transformation handelt es sich um eine spezielle flächenhafte Fourier-Transformation. Aus dem ursprünglichen Block entsteht nach der Transformation ein neuer Block von Zahlenwerten (Koeffizienten). Die An zahl der Koeffizienten - auch Elemente des Koeffizienten blocks genannt - ist ebenso groß wie die Zahl der Abtast werte von Bildpunkten, die zum ursprünglichen Block zu sammengefaßt sind. Gewöhnlich bestehen die Ausschnitte aus den Videobildern aus 8×8-Blöcken, d.h., sie enthal ten die Abtastwerte von 64 Bildpunkten. Entsprechend ent hält auch der Koeffizientblock 64 Koeffizienten bzw. Ele mente.

Der Koeffizientenblock hat nun die Eigenschaft, daß ein großer Teil seiner Elemente nahezu Null oder exakt Null ist. Eine anschließende Quantisierung der Koeffizienten macht dann in aller Regel den überwiegenden Teil der Ele mente zu Null, so daß eine darauffolgende, elementeweise vorgenommene Huffman-Codierung schon deswegen eine erheb liche Bitratenreduktion bedeuten würde.

Wegen des häufigen Auftretens des Signalwertes Null in ununterbrochenen Teilfolgen läßt sich noch eine weitere Bitratenreduktion durchführen. Nach der deutschen Patent anmeldung 36 31 252.5 werden z.B. die 64 Koeffizienten eines Blocks, die bei der Codierung von Videosignalen als serielles Zwischensignal auftreten, in Ereignisse zer legt. Jedes Ereignis ist gekennzeichnet durch die Länge L (runlength) einer ununterbrochenen Teilfolge von Nullen und dem von Null verschiedenen Betrag B des sich an schließenden Koeffizienten.

Entscheidend in der zitierten Patentanmeldung ist, daß die Länge L der Teilfolgen von Nullen selbst den Wert Null annehmen kann. Tritt z.B. ein Koeffizient vom Betra ge 1 auf, dem drei Nullen vorangehen, so entspricht dies dem Ereignis (L=3, B=1) oder kürzer (3,1). Folgt auf den Koeffizienten mit dem Betrag 1 ein Koeffizient vom Be trag 2, so wird das Auftreten des zweiten Koeffizienten durch das Ereignis (L=0, B=2) bzw. (0,2) charakteri siert. Jedem Ereignis wird nun entsprechend seiner rela tiven Häufigkeit ein Huffman-Codewort zugeordnet. Die Folge von Koeffizienten eines Blockes wird also in eine Folge von m Ereignissen der Art

(L 1, B 1)
(L 2, B 2)
. . .
(Lm, Bm) (1)

aufgelöst. Wie groß die Anzahl m der Ereignisse ist, hängt von den speziellen Werten der Koeffizienten ab. Be steht der gesamte Koeffizientenblock z.B. aus 63 Nullen mit anschließendem Koeffizienten vom Betrag 1, so zer fällt er nur in ein Ereignis, nämlich (63,1). Da also von vornherein nicht feststeht, in wieviele Ereignisse ein Koeffizientenblock zerlegt wird, müssen schon aus diesem Grunde die einzelnen Blöcke durch ein "end-of-block"-Sig nal voneinander getrennt werden. Auf der Empfangsseite werden die übertragenen Huffman-Codeworte wieder in Er eignisse zurücktransformiert und diese Ereignisse wiede rum in eine Folge von Koeffizienten. Dem Empfänger ist bekannt, daß zu einem Koeffizientenblock z.B. 64 Koeffi zienten gehören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zur weiteren Bitratenreduktion anzugeben, ohne daß dadurch die Bildqualität in Mitleidenschaft gezogen wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge nannten Art dadurch gelöst, daß bei einem in gleichlange Blöcke strukturierten Signal geprüft wird, welche Nach teile und Vorteile die Nichtübertragung des letzten Huff man-Codewortes eines Blockes hat und daß dann, wenn die Vorteile überwiegen, das Huffman-Codewort nicht übertra gen wird und die gleiche Prüfung mit dem vorangegangen Huffman-Codewort als letztem Huffman-Codewort wiederholt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Un teransprüchen zu entnehmen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nä her erläutert werden. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem zu codierenden Signal um die als Zwischen signal anfallende serielle Folge von digital dargestell ten Koeffizienten eines Koeffizientenblocks, wie er bei Hybrid-Codierern (vergleiche DE-A-26 13 343) auftritt. Der Einfachheit halber ist angenommen, daß es sich um 4× 4-Blöcke handelt, ein Block also insgesamt 16 Elemente enthält. Alle Daten, die zu einem Block gehören, sind von den Daten des nächstfolgenden Blocks durch ein "end-of- block"-Zeichen getrennt. Dieses Zeichen bzw. das entspre chende Codewort wird von der Zerlegung des zu codierenden Signals nach Ereignissen ausgenommen.

Hat z.B. die Folge von Koeffizienten eines Blocks in de zimaler Darstellung die Gestalt

XX 4005000050000001 XX (2)

so zerfällt nach dem Schema (1) der Block in folgende Ereignisse:

(0,4)
(2,5)
(4,5)
(6,1) (3)

Damit die Koeffizientenfolge eines Blocks überhaupt in Ereignisse nach dem Schema (1) oder (3) zerlegt werden kann, werden die Koeffizienten vor ihrer weiteren Verar beitung zwischengespeichert. Die zeitliche Reihenfolge der Koeffizienten in den Schemata (1), (2), und (3) ent spricht der Reihenfolge ihrer schriftlichen Aufzeichnun gen (europäische Schreibrichtung vorausgesetzt). Die Zei chen XX im Beispiel nach dem Schema (2) symbolisieren die "end-of-block"-Zeichen des vorangegangenen Blockes und des dargestellten Blocks.

Die von Null verschiedenen Koeffizienten im Schema (2) sind alle positiv und als ganze Vielfache der kleinsten Einheit, nämlich 1, dargestellt. Wie aus dem Schema (3) ersichtlich, ist das letzte Ereignis das Ereignis (6,1). Die den Ereignissen zugeordnete Huffman-Codeworte sind nicht eingetragen.

Nun wird zunächst geprüft, welches Gewicht für den Em pfänger der Empfang des letzten Ereignisses, nämlich (6,1) des Blocks nach (2) hat. Als allgemeine Erfahrungs regel hat sich bei der Bildcodierung herausgestellt, daß die Übertragung von Ereignissen mit einer Folge von mehr als fünf Nullen immer weniger lohnend wird, je kleiner der Betrag des sich anschließenden Koeffizienten ist. Stellt man die durch die Erfahrung gestützte Regel auf, geprüfte Ereignisse, für die L<5 und B=1 ist, nicht zu übertragen, so unterbleibt die Übertragung des letzten Ereignisses. Sodann wird das vorangegangene Ereignis (4,5) nach dem gleichen Kriterium überprüft. Im Beispiel nach (2) ist dann für diesen Block die Prüfung beendet, da das Ereignis (4,5) bzw. das zugeordnete Huffman-Code wort übertragen werden muß.

Nach der Decodierung der Huffman-Codeworte auf der Em pfängerseite lassen sich alle Koeffizienten des Blocks nach dem Schema (2) wiedergewinnen, bis auf diejenigen, die zu nicht übertragenen Ereignissen gehören. Da diese jedoch zu den letzten Koeffizienten des Blocks gehören, werden auf der Empfängerseite den decodierten Koeffizien ten so viele Koeffizienten vom Betrag Null angefügt, bis die Gesamtzahl der Koeffizienten 16 beträgt.

Claims

1. Verfahren zur Bitratenreduktion bei der Codierung ei nes Signales, das aus einer Folge von digital dargestell ten Signalwerten besteht und das einen Signalwert A ent hält, der am häufigsten in ununterbrochenen Teilfolgen vorkommt, wobei jeder ununterbrochenen Teilfolge von Sig nalwerten A mit der Länge 0, 1, 2 usw. zusammen mit dem sich der Teilfolge anschließenden Signalwert oder zusam men mit dem der Teilfolge vorangehenden Signalwert ein Huffman-Codewort zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in gleichlange Blöcke strukturierten Signal geprüft wird, welche Vorteile und Nachteile die Nicht übertragung des letzten Huffman-Codewortes eines Blockes hat und daß dann, wenn die Vorteile überwiegen, das Huff man-Codewort nicht übertragen wird und anschließend die gleiche Prüfung mit dem vorangegangenen Huffman-Codewort als letztem Huffman-Codewort wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein überprüftes Huffman-Codewort nicht übertragen wird, wenn die Länge der zugehörigen Teilfolge von Sig nalwerten A eine vom Betrag des sich anschließenden Sig nalwertes abhängige Schranke übertrifft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Signal um eine Folge von Koeffizien ten handelt, die sich nach der blockweisen Cosinus-Trans formation von Bildpunkten eines Videosignales mit an schließender Quantisierung ergibt und daß der Signal wert A der Wert Null ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein überprüftes Huffman-Codewort nicht übertragen wird, wenn die Länge der zugehörigen Teilfolge von Nullen großer als Fünf ist und der Betrag des sich anschließen den Signalwertes der kleinstmögliche Wert verschieden von Null ist.