DE3726601C2

DE3726601C2 -

Info

Publication number: DE3726601C2
Application number: DE3726601A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Hiratsuka Jp Matsumoto; Hitomi Yokohama Jp Murakami
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1987-08-10
Publication date: 1989-08-24
Also published as: US4802004A; JPH0748859B2; DE3726601A1; JPS6343483A; GB8718941D0; GB2195062A; GB2195062B

Description

Die Erfindung betrifft ein prädiktives Kodiersystem, welches eine äußerst wirksame Kodierung von Bildsignalen, wie von einem kommerziellen Fernsehsystem oder einem Konferenz-Fernsehsystem, durch Verwendung einer hohen Korrelation zwischen benachbarten Bildelementen in einem Bild ausführt.

Zur Zeit bestehen normale Fernsehsysteme aus Bildern, genannt Rahmen, die für das NTSC-System bei einer Rate von 30 pro Sekunde und für das PAL-System und das SECAM-System mit einer Rate von 25 pro Sekunde gesendet werden. Dabei wird jeder Rahmen einer ineinandergreifenden Abtastung bei jeder anderen Abtastzeile unterworfen und besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Feldern. Die die Bilder zusammenstellenden Elemente werden üblicherweise als "Bildelemente bezeichnet. Da aber die vorliegende Erfindung eine digitale Verarbeitung betrifft, wird im folgenden jeder durch Abtasten erhaltene Fragewert als Bildelement bezeichnet. Infolgedessen hängt zu diesem Zeitpunkt die Position jedes Bildelements in dem Bild von der Abtastfrequenz für die digitale Darstellung eines Signals ab.

Im allgemeinen erfordert eine digitale Verarbeitung, welche die reelle Zeiteigentümlichkeit beibehält, eine Hochgeschwindigkeits-Operation. Das heißt, die reelle Zeiteigentümlichkeit kann nur beibehalten werden, wenn die Kodierung eines Bildelements innerhalb einer Abtastperiode verarbeitet wird.

Jedoch ist es sehr schwierig, ein wirksames prädiktives Kodiersystem für Fernsehsignale bei vereinfachter Hardware ohne Verringerung des Kodierwirkungsgrades und ohne Vergrößerung der Menge an benötigter Hardware zu schaffen.

Es ist ein prädiktives Kodiersystem der genannten Art bekannt (US-PS 44 54 546), bei welchem die Differenz zwischen dem Wert jedes eingegebenen Bildelements dem prädiktiven Wert dieses Bildelements als prädiktiver Fehler quantisiert wird. Bei größer werdendem prädiktivem Fehler wird hierbei der Kodierwirkungsgrad verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein prädiktives Kodiersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Signalübertragung mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein prädiktiver Wert eines zu kodierenden Eingangs-Bildelements aus der Information eines vorher quantisierten Bildelements erhalten wird, das aus mehreren vorherbestimmten Quantisierungscharakteristiken gemäß der Größe des prädiktiven Wertes eine Quantisierungscharakteristik ausgewählt wird, daß das zu kodierende Eingangs-Bildelement gemäß der ausgewählten Quantisierungscharakteristik zu einem repräsentativen Quantisierungswert quantisiert wird und daß ein Differenzwert zwischen dem repräsentativen Quantisierungswert und dem prädiktiven Wert für die Übertragung ohne weitere Quantisierung kodiert wird.

Hierdurch wird es möglich, eine Signalübertragung mit hohem Wirkungsgrad zu erreichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung von Bildelementen zur Erläuterung eines üblichen voraussehenden Kodiersystems;

Fig. 2A und 2B ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel einer Anordnung eines bekannten voraussehenden Kodiersystems und dessen Ersatzschaltung zeigt;

Fig. 3A und 3B ein Blockschaltbild, welches eine Ausführung der Erfindung und deren Ersatzschaltbild zeigt;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Quantisierungs-Operation nach der Erfindung und

Fig. 5 ein Blockschaltbild, welches ein Beispiel der Dekodiervorrichtung zum Dekodieren des kodierten Ausganges nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Zur Erläuterung der Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik wird zunächst ein übliches voraussehendes Kodiersystem beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Positionsbeziehung von Bildelementen 1 bis 8. Da nun eine Abtastfrequenz f _s mit einem ganzzahligen Vielfachen einer horizontalen Abtastfrequenz ausgewählt wird, sind die Bildelemente in einer Matrixform angeordnet, und es sind wegen der ineinandergreifenden Abtastung Abtastzeilen in einem vorhergehenden Feld FD₁ zwischen Abtastzeilen in dem augenblicklichen Feld FD₀ stellt. In diesem Falle liegt das Bildelement 2 auf der gleichen Abtastzeile wie beim Bildelement 1 im augenblicklichen Feld und zur Rechten des Bildelements 1 im augenblicklichen Feld. Die Bildelemente 3 und 4 liegen genau über den Bildelementen 1 bzw. 2 im gleichen Feld FD₀ und es liegen die Bildelemente 5 und 6 genau unterhalb der Bildelemente 1 bzw. 2 in dem unmittelbar vorhergehendes Feld FD₁. Die Bildelemente 7 und 8 nehmen die gleichen Positionen ein wie die Bildelemente 1 bzw. 2 in einem Feld FD₂ des unmittelbar vorhergehenden Rahmens.

Da es in diesem Augenblick angenommen werden kann, daß eine hohe Korrelation zwischen den abgetasteten Werten der benachbarten Bildelemente besteht, verwendet der Stand der Technik das folgende Verfahren: Ein prädiktiver Wert ₁ des Abfragewertes X₁ des Bildelements 1 wird beispielsweise folgendermaßen unter Verwendung eines abgetasteten Wertes der angrenzenden Bildelemente erzeugt:

₁ = (3/4)X₂ + X₃ - (3/4)X₄ (1)

Eine Differenz zwischen dem prädiktiven Wert und dem wirklichen Wert X₁

OX₁ = X₁ - ₁ (2)

wird als ein prädiktiver Fehler verwendet, und er wird zur Kodierung quantisiert, wodurch die erforderliche Anzahl von bits, die übertragen werden müssen, für eine hochwirksame Kodierung verringert wird.

Die Quantisierung wird allgemein aufgeteilt in eine nichtlineare Quantisierung und eine lineare Quantisierung. Mit der nichtlinearen Quantisierung unterscheiden sich die Breiten der Eingangsbereiche der Voraussehfelder (die Quantisierungsschrittgröße) von einer anderen bei jeder Pegelzahl, und es werden Codes mit fester Länge üblicherweise für die Übertragung verwendet, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist. Mit der linearen Quantisierung ist, wie in Tabelle 2 gezeigt, die Quantisierungsschrittgröße allen Pegelzahlen (Tabelle 2 zeigt ein Beispiel, bei welchem die Quantisierungsschrittgröße "5" ist) gemeinsam, und es werden Codes mit veränderbarer Länge verwendet, die in einer ansteigenden Längenordnung verteilt sind, und zwar beginnend mit der innersten Pegelnummer unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Voraussehfehlersignale. Infolgedessen ist das letztere System im Hinblick auf die Verringerung der erforderlichen Anzahl von zu übertragenden Bits ausgezeichnet, und es wird die lineare Quantisierung allgemein in dem hochwirksamen Kodiersystem verwendet.

Tabelle 1

Tabelle 2

Das obenbeschriebene System ist das übliche Prädiktive Kodiersystem. Im allgemeinen erfordert eine digitale Verarbeitung, welche die Realzeiteigenschaft beibehält, eine Hochgeschwindigkeitsoperation. Das heißt, die Realzeiteigenschaft kann nur aufrecht erhalten werden, wenn die Kodierung eines Bildelements in seiner eigenen Abtastperiode Ts (ein Reziprokwert der Abtastfrequenz f _s) verarbeitet wird. Beispielsweise im Falle von Fernsehsendersignalen beträgt das Signalband 4,2 MHz für das NTSC und 5 MHz für das PAL und SECAM-System, wobei die Abtastfrequenz f _s im allgemeinen 10 MHz oder höher liegt, und es beträgt dann die Verarbeitungszeit für ein Bildelement 100 ns oder weniger. Ferner wird im Falle von neuesten Fernsehsignalen, die Hochpräzisions-Fernsehsignale genannt werden, angenommen, daß die Abtastfrequenz f _s oberhalb 50 MHz liegt, in welchem Falle die Verarbeitungszeit für ein Bildelement kleiner als 20 ns ist.

Mit einem solchen Hintergrund ist es ein wichtiger Faktor für die Entwicklung des prädiktiven Kodiersystems für Fernsehsignale, ob das System in Form von Hardware verwirklicht werden kann.

Von diesem Gesichtspunkt aus wird nunmehr eine Beschreibung im Hinblick auf die Fig. 2A und 2B gegeben, und zwar bezüglich der Möglichkeit der Verwirklichung des obenerwähnten voraussehenden Kodiersystems in Hardware-Form.

Die Fig. 2A und 2B zeigen ein Beispiel der Anordnung der Sendeseite des üblichen prädiktiven Kodiersystems, wobei Fig. 2A ein Blockschaltbild ist, während Fig. 2B das Ersatzschaltbild zeigt. In den Fig. 2A und 2B bedeutet das Bezugszeichen 21 einen Prädiktor. 22 ist ein Prädiktionsfehlergenerator zur Erzeugung einer Differenz zwischen einem Eingangs-Bildelementwert und einem prädiktiven Wert. 23 ist ein Prädiktionsfehler-Quantisierer für die Quantisierung des Prädiktionsfehlers. 24 ist ein Bildelementdekodierer zum Dekodieren des Eingangsbildelements auf den Grundlagen des quantisierten Prädiktionsfehlerwertes und des prädiktiven Wertes. 25 ist ein Speicher für die Speicherung von Fernsehsignalen. 26 ist eine Ein-Bild-Element-Verzögerungseinheit. - 27 ist ein Kodierer zum Aufbringen des quantisierten Prädiktionsfehlerwertes auf eine Übertragungsleitung.

Wie sich aus Fig. 2A ergibt, verwendet dieses Beispiel grundsätzlich ein Rückführverfahren.

Nach Fig. 2A sind das Operationsergebnis und das Verfahren zur Kodierung eines Bildelements folgende:

(1) Es werden dekodierte Bildelemente, die in dem Speicher 25 gespeichert sind (beispielsweise X₂, X₃, und X₄ im Falle einer Innerfeld-Prädiktion) ausgelesen.
Es wird angenommen, daß das Operationsergebnis dargestellt wird durch T _R.
(2) Es wird in dem Prädiktor (21) ein Prädiktionswert erzeugt.
Es wird angenommen, daß das Operationsergebnis dargestellt wird durch T _P.
(3) In dem Prädiktionsfehlergenerator 22 wird ein Prädiktionsfehler erzeugt, und zwar auf den Grundlagen des Eingangs-Bildelements und des Prädiktionswertes.
Es wird angenommen, daß das Operationsergebnis dargestellt wird durch T _S.
(4) Es wird in dem Prädiktionsfehler-Quanitisierer 23 ein quantisierter charakteristischer Wert erzeugt.
Es wird angenommen, daß das Operationsergebnis dargestellt wird durch T _O.
(5′) In dem Kodierer 27 wird der quantisierte charakteristische Wert in einem erforderlichen Übertragungscode umgewandelt.
(5) In dem Bildelement-Dekodierer 24 wird ein dekodierter Wert erzeugt, und zwar auf den Grundlagen des Prädiktionswertes und des quantisierten charakteristischen Wertes.
Es wird angenommen, daß das Operationsergebnis dargestellt wird durch T _A.
(6) Der dekodierte Wert wird in dem Speicher 25 für die Prädiktion des nächsten Eingangs-Bildelements gespeichert.
Es wird angenommen, daß das Operationsergebnis dargestellt wird durch T _W.

Wenn die Operationen (1) bis (6), ausgenommen (5′), nicht innerhalb des Ein-Bild-Element-Abtastintervalls (gegeben als Reziprokwert der Abtastfrequenz f _s) abgeschlossen ist, dann wird er schwierig, ein Fernsehsignal in Realzeit zu kodieren und zu übertragen, was es schwierig macht, das System in der Hardware-Form darzustellen. Demgemäß wird die Bedingung für die Verwirklichung des Prädiktionskodiersystems in Hardware-Form durch folgende Gleichung gegeben:

T _O = T _R + T _P + T _S + T _Q + T _A + T _W ≦1/f _s (3)

Wie vorher erwähnt, muß die Fernseh-Abtastfrequenz f _s zweimal so groß sein wie das Video-Signalband, und sie ist üblicherweise 10 MHz oder höher für Fernsehsendesignale. Deshalb ist ein Abtastintervall kleiner als 100 n _s. Andererseits sind die Operationsergebnisse für die Kodierung, T _R, T _S, T _Q, T _A und T _W unabhängig von dem verwendeten Prädiktions-Kodiersystem festgelegt, während das Operationsergebnis T _R für den Prädiktionswert von dem verwendeten Prädiktionssystem abhängt. Um also Gleichung (3) für die Verwirklichung der Kodiervorrichtung zu erfüllen, beabsichtigt der Stand der Technik die Vereinfachung des Prädiktionssystems, beispielsweise durch Schaffung des Feld-Prädiktionswertes in folgender Weise:

₁′ = X₂ (4)

Um hierdurch das Operationsergebnis T _P zu verringern. In diesem Augenblick bleibt aber das Problem ungelöst, daß mit großwerdendem Prädiktionsfehler der Kodierwirkungsgrad verringert wird.

Ferner wird in einem Falle, in welchem das Video-Signalband mehr als fünfmal höher ist als dasjenige des Fernsehsendesignals, wie im Falle des Hochqualität-Fernsehsignals, die Abtastfrequenz sehr hoch wird und die folgende Gleichung gilt:

T _R + T _S + T _Q + T _A + T _W <1/f _s (5)

Auch wenn das Prädiktionssystem vereinfacht wird, wird es schwierig sein, die Kodiervorrichtung zu verwirklichen. Eine mögliche Technik ist in diesem Falle, in gleicher Weise das Operationsergebnis für die Kodierung herabzusetzen durch Parallelverarbeitung durch Verwendung mehrerer Prädiktions-Kodierschaltungen, jedoch vergrößert dies den Betrag an erforderlicher Hardware, was nicht zu einer wesentlichen Lösung des Problems führt.

Im Hinblick auf die Zeichnung wird die Erfindung nunmehr im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 3A ist ein Blockschaltbild. Fig. 3B ist ein Ersatzschaltbild seines grundlegenden Teiles. Die folgende Beschreibung erfolgt als Beispiel, in welchem die Quantisierungsschrittgröße "3" ist. In den Fig. 3A und 3B bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen Quantisierer für die Quantisierung eines Eingangs-Bildelementwertes. 32, 37, 38 und 40 sind Ein-Bildelement-Verzögerungseinheiten. 33 ist ein Wähler für das quantisierte Signal zur Erzielung des elementaren quantisierten Wertes des Eingangs-Bildelements von der restlichen Information, was von der Teilung des Voraussagewertes durch die Quantisierungsschrittgröße herrührt. 34 ist ein Speicher für die Speicherung eines Fernsehsignals. 35 ist ein Prädiktor. 36 ist ein Restgenerator für die Errechnung des Restes des Prädiktionswertes. 39 ist ein Prädiktions-Fehlergenerator zur Erzielung einer Differenz zwischen dem dekodierten Wert und dem Prädiktionswert. 41 ist ein Kodierer zur Erzeugung des Prädiktionsfehlerwertes auf der Übertragungsleitung. Ein Signal 100 ist ein Steuersignal, mit welchem der Restgenerator 36 den Selektor 33 für das quantisierte Signal steuert. Ein Signal 102 zeigt den charakteristischen Quantisierungswert des Eingangs-Bildelements an.

Zuerst werden abgetastete Werte von Bildelementen jeweils in den Quantisierer 31 für jedes Bildelement eingegeben. Wenn die Größe der Quantisierungsschritte "3" ist, hat der Quantisierer 31 solche drei Quantisierungscharakteristiken, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind, und er erzeugt einen charakteristischen Quantisierungswert für jede Charakteristik. Es wird angenommen, daß bei einem abgetasteten Wert mit einem Eingangspegel "4" im Falle der Fig. 4 der Quantisierer 31 "3" als den charakteristischen Quantisierungswert für die Charakteristik Q₀ erzeugt, "4" für die Charakteristik Q₁ erzeugt und "5" für die Charakteristik Q₂ erzeugt. Die drei charakteristischen Quantisierungswerte sind Prüflinge für den charakteristischen Quantisierungswert 102 des Eingangs-Bildelements, wie es später beschrieben wird.

Ein solcher Quantisierer 31 kann gebildet werden durch Anordnung von drei parallelen Quantisierern oder durch ein Rechenverfahren.

Darauf erfolgt die Kodierung grundsätzlich in den folgenden unten erwähnten Schritten:

(1) Es werden dekodierte Bildelemente, die in dem Speicher 34 gespeichert sind (X₂, X₃ und X₄ beispielsweise im Falle einer Inner-Feld-Prädiktion) ausgelesen.
(2) Ein Prädiktionswert wird in dem Prädiktor 35 erzeugt.
(3) In dem Rest-Generator 36 wird der Rest (MOD) erhalten, was sich aus der Division des Prädiktionswertes und der Quantisierungsschrittgröße (Δ) ergibt. Da aber MOD = 0∼(Δ-1) wird der Rest "0", "1" oder "2" in einem Falle, in welchem Δ = 3.
(4) Der Restgenerator 36 führt die Information 100 dem Selektor 33 für das quantisierte Signal zu, um diesen zu steuern, so daß sich als sein Ausgangssignal 102 ergibt:
Der charakteristische Quantisierungswert für die Quantisierungscharakteristik Q₀, wenn MOD = 0;
Der charakteristische Quantisierungswert für die Quantisierungscharakteristik Q₁ wenn MOD = 1;
Der charakteristische Quantisierungswert für die Quantisierungscharakteristik Q₂ wenn MOD = 2.
(5) In dem Prädiktionsfehlergenerator 39 wird ein quantisierter Prädiktionsfehlerwert 104 auf der Basis einer Differenz zwischen dem quantisierten Ausgangswert 102 und dem Prädiktionswert 103 erzeugt.
(6′) Der quantisierte Prädiktionsfehlerwert 104 wird durch den Kodierer 41 in einen erforderlichen Übertragungscode umgewandelt.
(6) Der quantisierte Ausgangswert 102 wird für die Prädiktion des nächsten eingegebenen Bildelements in dem Speicher 34 gespeichert.

Die Ein-Bildelement-Verzögerungseinheiten 32, 37, 38 und 40 sind Verzögerungsvorrichtungen zur Verarbeitung durch das sog. Pipeline-System, nicht zur Ausführung der Kodierung eines Bildelements innerhalb des einen Abtastintervalls 1/f _s. Durch die Anordnung dieser Verzögerungseinheiten 32, 37, 38 und 40 kann die Kodieroperation für Einbildelement durch (1) den Quantisierer 31, (2) den Prädiktor 35, den Restgenerator 36, den Wähler 33 für das quantisierte Signal und den Speicher 34 (3) den Prädiktor-Fehlergenerator 39 (4) den Kodierer 41 in unabhängige Operationen aufgeteilt werden. Jede Verarbeitung muß nur innerhalb eines Abtastintervalls 1/f _s beendet werden. Dies verbessert nicht nur die Präzision der Operation, sondern ermöglicht auch in equivalenter Weise Hochgeschwindigkeitsoperationen auch mit Elementen verhältnismäßig geringer Operationsgeschwindigkeit, wodurch es leicht wird, daß System in Hardware zu verwirklichen. Die Operationszeit wird später im einzelnen beschrieben.

Es wird nunmehr gezeigt, daß dieses Kodiersystem in der Lage ist, das gleiche dekodierte Bild zu erzeugen, wie es mit dem vorerwähnten üblichen System zu erhalten ist und daß es frei von einem Kodierverlust ist.

Es wird zunächst ein dekodierter Wert durch das bekannte System analysiert.

Es soll nun der eingegebene Bildelementwert dargestellt werden durch x _i und der Prädiktionswert dafür durch _i. Ferner soll die Quantisierungsschrittgröße eines linearen Quantisierers, wie er in dem bekannten Quantisierer verwendet ist, durch Δ dargestellt sein, und es soll der charakteristische Quantisierungswert eines Prädiktionsfehlersignals durch Q (x _i- _i) dargestellt sein.

Zu dieser Zeit wird der dekodierte Wert _i des eingegebenen Bildelementwertes x _i durch die folgende Gleichung gegeben:

_i = _i + Q(x _i - _i) (6)

Da ferner gilt, daß

Q(x _i - _i) = m _i Δ (7)

wobei m _i eine ganze Zahl ist, ergibt sich folgender dekodierter Wert _i:

_i = _i + m _i Δ (8)

Andererseits wird durch Einsetzen von x _i in Gleichung (8) in folgender Form

_i = n _i Δ + ε _i (9)

(ε _i stellt den sich aus der Division von _i durch Δ ergebenden Wert dar, wobei Y _i = 0∼(-1) und n _i eine ganze Zahl ist). Der dekodierte Wert _i ist:

_i = (m _i + n _i) ^- Δ + ε _i (ε _i=0 ∼ Δ - 1) = x _i + q _i (10)

wobei q _i ein Quantisierungsfehler und |q _i| ≦ [Δ/2] bedeutet die Weglassung der Ziffern hinter dem Dezimalkomma).

Im Gegensatz dazu wird der dekodierte Wert _i′ in dem Kodiersystem nach der vorliegenden Ausführung durch direkte Quantisierung des eingegebenen Bildelements erhalten, und es wird die Quantisierungscharakteristik bestimmt durch den Rest ε _i, der sich aus der Division des Prädiktionswertes _i durch die Quantisierungsschrittgröße Δ ergibt.

Wenn

dann ergibt sich, daß

_i′ = n _i′Δ + ε _i (wobei n _i′ eine ganze Zahl ist)

Aus den Gleichungen (10) und (11) folgt, daß

_i - _i′ = (m _i + n _i - n _i′)Δ = q _i - q _i′ (12)

Andererseits ergibt sich aus

daß

-Δ + 1 ≦ (m _i + n _i - n _i′)Δ ≦ Δ - 1 (13)

Da m _i+n _i-n _i′ nur diesem genügt, wenn es 0 ist, gilt folgende Gleichung:

n _i′ = m _i + n _i (14)

Aus Gleichung (11) ergibt sich _i′=(m _i+n _i) Δ+e _i, mit dem Ergebnis, daß die Werte einander genau gleich sind, was anzeigt, daß dieses Kodiersystem und das übliche Kodiersystem equivalent sind.

Um wieviel die Verwirklichung dieses Kodiersystems in Hardware leichter ist als im Falle des üblichen Systems, wird bestätigt durch das Operationsergebnis (Zeit).

Wie in Fig. 3A dargestellt, enthält dieses Kodiersystem die vier Ein-Bildelement-Verzögerungseinheiten 32, 37, 38 und 40, und wenn deren Operationen innerhalb eines Abtastintervalls (1/f _s) jeweils abgeschlossen sind, kann eine Echtzeitkodierung und eine Übertragung erreicht werden, wodurch die Verwirklichung des Kodiergerätes ermöglicht wird. Die Operationsergebnisse werden konkret erhalten.

Zuerst erfolgt die die erste Verzögerungseinheit 32, gesehen vom Eingang des Bildsignals, betreffende Operation durch den Quantisierer 31, und es ist das Operationsergebnis das gleiche Operationsergebnis T _Q wie bei der Quantisierungseinheit bei dem bekannten System.

Die Operationen, die von der Verzögerungseinheit 32 zu den Verzögerungseinheiten 37 und 38 erfolgen, werden durch den Wähler 33 für das quantisierte Signal, den Speicher 34, den Prädiktor 35 und den Restgenerator 36 ausgeführt. Das gesamte Operationsergebnis (T₁), das in diesem Falle benötigt wird, ist die Summe der Operationen durch den Wähler 33 für das quantisierte Signal (das Operationsergebnis wird identifiziert durch T _DS), ein Einschreiben (T _W) und ein Auslesen (T _R) in und aus dem Speicher 34, die Operationen durch den Prädiktor 35 (T _P) und die Operationen durch den Restgenerator 35 (T _M), wie es unten gezeigt ist.

T₁ = T _DS + T _W + T _R + T _P + T _M (15)

Ferner erfolgen die Operationen von den Verzögerungseinheiten 37 und 38 zu der Verzögerungseinheit 40 nur über den Prädiktionsfehlergenerator 39, und es ist das hierfür benötigte Operationsergebnis T _S. Die Operationsergebnisse, die von der Verzögerungseinheit 40 ausgegeben werden, erfolgen nur vom Kodierer 41, und es ist deshalb das benötigte Operationsergebnis durch T _T identifiziert.

Für die Echzeitkodierung und die Übertragung durch dieses Kodiersystem ist es wesentlich, daß diese Operationen innerhalb eines Abtastintervalles abgeschlossen werden. Diese Bedingung ist durch die folgende Gleichung gegeben:

Max {T _Q, T₁, T _S, T _T} ≦1/f _s (16)

Da das Operationsergebnis T₁ ein Maximum wird im Hinblick auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines derzeitigen IC-Elements wird die oben angegebene Gleichung wie folgt:

T₁ = T _DS + T _W + T _R + T _P + T _M ≦1/f _s (17)

Da ferner der Restgenerator 36 für die Erzeugung des Restes des Prädiktionswertes durch ein ROM (Festwertspeicher) gebildet sein kann, wie es mit dem Quantisierer 31 der Fall ist, ergibt sich T _M=T _Q. Infolgedessen ist die äußerste Bedingung für die Verwirklichung dieses Kodiersystems in Hardware durch die folgende Gleichung gegeben:

T _DS + T _W + T _R + T _P + T _Q ≦1/f _s (18)

Mit den Gleichungen (3) und (19) könne dieses Kodiersystem und das bekannte Kodiersystem miteinander verglichen werden auf ihre Durchführbarkeit in Hardware. Eine Differenz T im Operationsergebnis zwischen beiden Systemen ist folgendermaßen:

T = T₀ - T₁ = T _S + T _A - T _DS (19)

Die obengenannten Operationsergebnisse die konkret in Form von Operationszeiten verschiedener Rechenelemente in FAST-TTL-IC, was ein typisches Hochgeschwindigkeits-IC ist erhalten sind, sind folgende:

T _S = 19.0 (ns)
T _A = 19.0 (ns) (20)
T _DS = 9.0 (ns)

Es kann somit gesagt werden, daß das in diesem Kodiersystem benötigte Operationsergebnis um 29 ns kleiner ist als bei dem bekannten System.

Mit anderen Worten, auch wenn beispielsweise in einem Falle, in dem es unvermeidlich ist, für die Verwirklichung des bekannten Systems in Hardware, das Prädiktionssystem zu vereinfachen auf das Zwischenfeld-Prädiktionssystem (X₁′), wie es durch Gleichung (4) gezeigt ist, ist es mit diesem Kodiersystem möglich, das unvereinfachte Zwischenfeld-Prädiktionssystem (X₁) wie es durch Gleichung (1) ausgedrückt ist, zu erreichen.

Ferner kann im Falle einer typischen Abtastfrequenz f _s=13,5 MHz das bekannte System nicht in Hardware verwirklicht werden, und zwar auch dann nicht, wenn das Prädiktionssystem X₁′ verwendet ist, während dieses Kodiersystem in Hardware ausgeführt werden kann, auch wenn das Prädiktionssystem X₁ verwendet wird.

Im folgenden wird eine kurze Beschreibung eines Dekodiersystems gegeben, das in Kombination mit dem Kodiersystem nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Die Dekodiervorrichtung ist kleiner im Operationsergebnis als die Kodiervorrichtung. Infolgedessen kann die Dekodiervorrichtung für die Verwendung in Kombination mit der Kodiervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gebildet werden durch die Kodiervorrichtung des bekannten Systems. Wenn aber Hochgeschwindigkeitsoperationen erforderlich sind, wie in dem Hochqualitäts-Fernsehen, wie es früher erwähnt ist, wird es wirksam, die Verarbeitung zu teilen durch Verwendung der Ein-Bildelement-Verzögerungsvorrichtung, wie es vorher im Hinblick auf die Kodiervorrichtung beschrieben ist.

Fig. 5 zeigt ein besonders wirksames Beispiels einer solchen Dekodiervorrichtung. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 51 einen Signaldekodierer, 52 eine Ein-Bildelement-Verzögerungseinheit, 53 ein Bildelement-Dekodierer, der grundsätzlich aus Addiervorrichtungen gebildet werden kann, 54 ein Speicher zum speichern solcher dekodierter und ausgegebener Bildelemente, die notwendig sind, um den Prädiktionswert herzustellen, und 55 ein Prädiktor zur Erzeugung des Prädiktionswertes des dekodierten Bildelementes.

Das empfangene Signal wird dekodiert durch den Signaldekodierer 51 in ein Signal entsprechend einem Differenzwert der durch die Dekodiervorrichtung erhalten wird. Dieses Signal wird in der Ein-Bildelement-Verzögerungseinheit 52 für nur ein Abtastintervall gespeichert, und während es gespeichert ist, wird eine Operation zur Erzielung des Prädiktionswertes des Bildelementes durchgeführt. In dem nächsten Abtastintervall werden der Differenzwert und der Prädiktionswert in dem Bildelement-Dekodierer 53 miteinander addiert, wodurch ein Ausgangs-Bildelementsignal erzeugt wird. Dieses Bildelement-Signal wird in dem Speicher 54 für eine erforderliche Zeitperiode gespeichert, um den Prädiktionswert für das nächste Bildelement zu schaffen.

Wie oben im einzelnen beschrieben, wird nach der Erfindung, wenn der abgetastete Wert eines eingegebenen Bildelements quantisiert wird, die Quantisierungscharakteristik dafür in Übereinstimmung mit der Größe des Prädiktionswertes des Bildelementes geändert, wodurch ein Differenzwert zwischen dem Prädiktionswert und dem quantisierten Wert kleingehalten werden kann. Dieses macht die Quantisierung des Differenzwertes unnötig, wodurch eine Signalübertragung mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht wird. Ferner kann nach der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung eine Bearbeitung, die innerhalb eines Abtastintervalls ausgeführt werden muß, über mehrere Abtastintervalle verteilt werden, wodurch eine einfache Verwirklichung einer Vorrichtung ermöglicht wird, die Hochgeschwindigkeitsoperationen erfordert.

Claims

Prädiktives Kodiersystem, welches eine äußerst wirksame Kodierung von Bildsignalen, wie von einem kommerziellen Fernsehsystem oder einem Konferenz-Fernsehsystem, durch Verwendung einer hohen Korrelation zwischen benachbarten Bildelementen in einem Bild ausführt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein prädiktiver Wert eines zu kodierenden Eingangs-Bildelements aus der Information eines vorher quantisierten Bildelements erhalten wird,
daß aus mehreren vorherbestimmten Quantisierungscharakteristiken gemäß der Größe des prädiktiven Wertes eine Quantisierungscharakteristik ausgewählt wird,
daß das zu kodierende Eingangs-Bildelement gemäß der ausgewählten Quantisierungscharakteristik zu einem repräsentativen Quantisierungswert quantisiert wird, und
daß ein Differenzwert zwischen dem repräsentativen Quantisierungswert und dem prädiktiven Wert für die Übertragung ohne weitere Quantisierung kodiert wird.