DE3851164T2

DE3851164T2 - Verfahren und Vorrichtung zur variablen Längenkodierung.

Info

Publication number: DE3851164T2
Application number: DE3851164T
Authority: DE
Inventors: Harald Drusewitz
Original assignee: Telia AB
Current assignee: Telia AB
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-11
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2008-02-12
Also published as: ATE110502T1; EP0279799A3; SE8700725D0; DE3851164D1; EP0279799A2; US4922510A; EP0279799B1; SE454734B

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur variablen Längenkodierung, insbesondere zur Bildkodierung von bewegten Bildern.

Technischer Hintergrund

Bekanntlich ist die Übertragung von Bildinformation von bewegten Bildern über Telefonleitungen ohne irgendeine Informationsanpassung sehr platzaufwendig. Es sind deshalb Methoden entwickelt worden, um die Information zu komprimieren, ohne die Bildqualität zu sehr zu verschlechtern.
Differentielle Pulskodemodulation oder DPCM-Kodierung ist eine solche Methode zur Informationskompression. Bei diesem Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern nur kleine Unterschiede bestehen. In dem Empfänger wird durch eine Vorhersageeinrichtung aufgrund des vorangehenden Bildes vorhergesagt, wie das nächstfolgende Bild aussieht. Es wird eine Differenz gebildet, und es braucht lediglich der Vorhersagefehler an den Empfänger übertragen zu werden, der eine ähnliche Vorhersageeinrichtung zum Rekonstruieren des Originalbildes enthält.
Bei der Transformationskodierung wird das Bild in Blöcke von z. B. 8 · 8 Bildelementen oder PEL aufgeteilt. Der Bildinhalt wird mathematisch in sog. Transformationskoeffizienten transformiert, die dann quantisiert werden. Bei dieser Methode sind die Koeffizienten für Graubereiche Null und brauchen nicht über die Telefonleitungen übertragen zu werden.
Hybridkodierung ist eine dritte Methode, die eine Kombination von DPCM und Transformationskodierung darstellt. Bei dieser Methode wird die gleiche Differenz wie beim PCM-Kodieren gebildet, und diese Differenz wird dann transformiert und quantisiert. Die Information wird dann in besonders geeigneter Form übertragen, da die Bildinformation in den ersten Koeffizienten in dem Block konzentriert ist, während die restlichen Koeffizienten Null sind.
Schließlich kann die Information mittels variabler Längenkodierung VLC kodiert werden. Die Koeffizienten oder Wörter können Werte zwischen z. B. -128 und +127 annehmen, jedoch ist die Wahrscheinlichkeit für die verschiedenen Werte um Null konzentriert, d. h. die Wahrscheinlichkeit für den Wert Null ist größer als für die Werte ±1, die ihrerseits größer als die Wahrscheinlichkeit für die Werte ±2 ist, usw. Dies wird bei VLC derart ausgenützt, daß die wahrscheinlichsten Werte so kodiert werden, daß sie die kleinste Anzahl von Bits bekommen und die Werte mit niedriger Wahrscheinlichkeit eine größere Anzahl von Bits bekommen. Für das Kodieren und Dekodieren werden spezielle Schemata, sog. Kodebäume, benutzt. Es werden jedoch nicht alle Koeffizienten in dem Block kodiert, da es bekannt ist, daß der Block mit einer kontinuierlichen Folge von Nullen endet, sondern es wird das letzte Nicht-Null detektiert und dann ein Zeichen EOB (Ende des Blocks) übertragen, welches definiert, daß der Rest des Blockes nur aus Nullen besteht. EOB ist auch Teil des Kodebaumes.
Die drei Methoden sind ausführlicher in der von Televerket herausgegebenen technischen Zeitschrift Tele, Vol. 91, Nr. 4, 1985, Seiten 1 bis 7, und in der Zeitschrift Elteknik, Nr. 14, 1986, Seiten 48 bis 52, beschrieben.
Ein Nachteil dieser bekannten Methoden besteht darin, daß derselbe Kodebaum für das letzte Nicht-Null-Wort benutzt wird, obwohl bekannt ist, daß dieses nicht Null oder EOB sein kann. Gemäß der Erfindung wurde erkannt, daß es vorteilhaft wäre, einen zweiten Kodebaum zu verwenden, der speziell für das letzte Nicht-Null-Wort angepaßt ist. Dieser kann dann besonders vorteilhaft konstruiert werden im Hinblick auf die möglichen Werte des letzten Wortes und ihre Wahrscheinlichkeiten. Damit können ein bis zwei Bits pro Block beim Übertragen der gleichen Information eingespart werden, was eine Einsparung von ca. 3% bedeutet.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die variable Längenkodierung leistungsfähiger zu machen, was erreicht wird durch ein verfahren zur variablen Längenkodierung eines Blockes mit unkodierter Information, die eine Struktur aufweist, bei der die informationstragenden Wörter am Anfang eines Blockes konzentriert sind und mit einer kontinuierlichen Folge von Nullen abgeschlossen werden.
Kennzeichnend für die Erfindung ist es, daß das letzte Nicht-Null-Wort detektiert wird und daß zwei Wortbäume verwendet werden, wobei der erste Wortbaum zum Kodieren des ersten Teils des Blockes bis einschließlich dem Wort vor dem letzten Nicht-Null-Wort dient, daß dann EOB-übertragen wird und der Kodierer auf den zweiten Wortbaum zum Kodieren des letzten Wortes umgeschaltet wird.
Die Erfindung betrifft auch ein verfahren zum Dekodieren bei variabler Längenkodierung, das in gleicher Weise zwei Kodebäume verwendet. Das Umschalten zwischen den Kodebäumen erfolgt, nachdem EOB detektiert wurde.
Die Erfindung betrifft auch eine Übertragungseinrichtung für variable Längenkodierung mit einer Detektoreinrichtung für das letzte Nicht-Null in einem Block. Kennzeichnend für die Erfindung ist, daß die Einrichtung ferner zwei Dekodiereinrichtungen aufweist, von denen die erste einen ersten Kodebaum zum Kodieren der Wörten in einem ersten Teil des Blockes bis einschließlich dem Wort vor dem letzten Nicht-Null benutzt und die zweite Kodiereinrichtung einen zweiten Kodebaum zum Kodieren des letzten Nicht-Null in dem Block benutzt, und eine Schalteinrichtung, die nach Übertragung des EOB das Eingangssignal vom Eingang der ersten Kodiereinrichtung und gleichzeitig das Ausgangssignal von der ersten auf die zweite Kodiereinrichtung umschaltet.
Die Erfindung betrifft auch eine Empfangseinrichtung für variable Längenkodierung mit Merkmalen entsprechend denen der Übertragungseinrichtung.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen und Tabellen

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und Tabellen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Übertragungseinrichtung und Empfangseinrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt eine Übertragungseinrichtung und eine Empfangseinrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt Beispiele von verschiedenen Kodebäumen.
Tabelle 1 gibt ein Beispiel eines Informationsblockes.
Tabelle 2 zeigt das Ergebnis der Kodierung des Blocks von Tabelle 1 gemäß dem Stand der Technik.
Tabelle 3 zeigt das Ergebnis der Kodierung des gleichen Blocks gemäß der Erfindung mittels des Kodebaums D in Fig. 3.
Tabelle 4 zeigt das Ergebnis der Kodierung des gleichen Blocks gemäß der Erfindung mittels des Kodebaums D in Fig. 3.
Tabelle 4 zeigt den Bitgewinn gemäß der Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik unter Verwendung der Kodebäume in Fig. 3.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Übertrager und ein Empfänger gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der Übertrager umfaßt eine variable Längenkodiereinrichtung VLC und Detektiermittel DET, und der Empfänger umfaßt eine variable Längendekodiereinrichtung VLC&supmin;¹, eine Detektiereinrichtung und Mittel zum Erzeugen von Nullen ZEROGEN. Ein Eingangssignal gelangt in den Übertrager von einer bekannten Hybridkodiereinrichtung (nicht dargestellt), wobei das Signal in je einem Block pro Bildelement unterteilt ist. Ein Block enthält 64 Wörter, die z. B. die in Tabelle 1 gezeigten Werte haben können. Beim Kodieren der Wörter in dem Block wird ein sog. Kodebaum benutzt, um den Kode für jedes Wort zu bestimmen. In diesem Fall wird der Kodebaum in Fig. 3 benutzt, wodurch die Wörter die in Tabelle 2 gezeigten Kodes bekommen. Die Detektiereinrichtung detektiert das letzte Nicht-Null in dem Block und gibt an den Enkoder den Befehl, EOB unmittelbar nach dem letzten Nicht-Null zu kodieren. Steuersignale sind in den Zeichnungen durch breite Pfeile angedeutet. EOB wird in ähnlicher Weise wie die anderen Wörter mit dem gleichen Kodebaum kodiert. Die restlichen Nullen in dem Block werden nicht kodiert, und EOB (Ende des Blocks) beendet jeden Block. Die Kodes bilden Bit-Ströme, die an den Empfänger übertragen werden.
In Tabelle 2 ist das Ergebnis einer solchen Kodierung der Werte in Tabelle 1 gezeigt. Die erforderliche Zahl von Bits beträgt folglich 17.
In den Empfänger gemäß dem Stand der Technik tritt der Bitstrom von der Übertragungseinrichtung ein, und die Dekodierung in dem Dekoder erfolgt mit dem gleichen Kodebaum. EOB wird in der Detektiereinrichtung detektiert, und der Rest des Blocks wird mit Nullen durch den Nullenerzeuger ausgefüllt. Die dekodierte Information gelangt dann in eine Hybriddekoder zur Rekonstruierung des Originalbildes.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Übertrager und einem Empfänger dargestellt. Der Übertrager umfaßt zwei Kodiereinrichtungen VLC 1 und VLC 2, eine Detektiereinrichtung und Umschaltmittel. Das Umschaltmittel steuert welcher Kodierer VLC 1 oder VLC 2 mit dem Eingang zu und dem Ausgang von dem Übertrager verbunden wird. Zu Beginn jeder Übertragung ist der Schalter in der mit Vorlinie gezeichneten oberen Position, und der erste Enkoder ist angeschlossen. Der Enkoder behandelt die Darstellungsinformation mittels des gleichen Kodebaums wie im Stand der Technik, z. B. A in Fig. 3. Auch hier detektiert die Detektiereinrichtung das letzte Nicht-Null in einem Block, aber sie befiehlt, daß der erste Enkoder das EOB vor dem letzten Nicht-Null kodiert, und nicht danach, wie beim Stand der Technik; nachdem EOB kodiert wurde, wird der Schalter in die gestrichelt gezeigte zweite Stellung umgesteuert, und der zweite Kodierer VLC 2 kommt in Funktion zum Kodieren des letzten Nicht-Null. VLC 2 benutzt dabei einen anderen Kodebaum, z. B. jeden der Bäume B, C oder D in Fig. 3. Der Kode für das letzte Nicht-Null beendet den ganzen Block.
Der Empfänger gemäß der Erfindung umfaßt zwei VLC-Dekoder VLC 1&supmin;¹ und VLC 2¹, eine Detektiereinrichtung DET und einen Nullenerzeuger. Ahnlich wie in der Übertragungseinrichtung steuert die Umschalteinrichtung, welcher Dekoder VLC 1&supmin;¹ oder VLC 2¹ mit dem Eingang zu und dem Ausgang von dem Empfänger verbunden wird. Der Empfänger arbeitet analog zu dem Übertrager, und somit ist am Beginn jedes Blocks der Schalter in der oberen Stellung, und die Dekodierung erfolgt mittels des ersten Kodebaums, d. h. A in Fig. 3. Nachdem EOB detektiert wurde, wird der Schalter in die zweite Position umgesteuert und das letzte Nicht-Null-Wort wird mittels eines der anderen Kodebäume B, C oder D in Fig. 3 dekodiert, und zwar selbstverständlich mit demselben Kodebaum, der in dem Übertrager benutzt wurde. Nullen werden dann zum Auffüllen des restlichen Blocks generiert, und die Information wird in die Hybriddekodiereinrichtung weitergegeben zum Rekonstruieren des Originalbildes.
In Tabelle 3 ist das Ergebnis der Kodierung mittels des Übertragers gemäß der Erfindung dargestellt. Der Bitstrom ist derselbe wie zuvor bis einschließlich dem Wort vor dem letzten Nicht-Null; danach wird EOB übertragen und es erfolgt die Umschaltung auf VLC 2, die das letzte Nicht-Null kodiert, und zwar in diesem Beispiel mittels des Kodebaums D in Fig. 3. Die Anzahl der Bits ist 16, und in diesem Beispiel ist der Bitgewinn ein Bit.
In Tabelle 4 ist ein Vergleich dargestellt zwischen dem Stand der Technik, unter durchgehender Benutzung des Kodebaums A in Fig. 3, und der Erfindung, unter Verwendung von Kodebäumen B, C oder D in Fig. 3 für verschiedene Werte des letzten Nicht-Null. Wie ersichtlich ist der Bit-Gewinn in den meisten Fällen 2 oder 1, jedoch Null im Fall B, wenn das letzte Nicht-Null den Wert -1 hat. Ein spezieller Vorteil bei dem Kodebaum B, abgesehen von den Kodes mit unterschiedlicher Implikation, besteht darin, daß er exakt diesselbe Struktur wie der Kodebaum A hat, was technische vorteile beim Programmieren gibt. Um den sparsamsten Kodebaum zu berechnen, werden die Wahrscheinlichkeiten der verschiedenen Werte benutzt, die das letzte Nicht-Null einnehmen kann, d. h. ±1, ±2 usw.
Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt der Fachmann, wie die Erfindung unter Verwendung an sich bekannter Komponenten zu konstruieren ist, und die Erfindung ist lediglich durch die nachstehenden Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen in variabler Längenkodierung eines Blocks mit unkodierter Information, die eine Struktur aufweist, bei der die informationstragenden Wörter am Anfang eines Blocks konzentriert sind und mit einer kontinuierlichen Folge von Nullen abgeschlossen werden, dadurch gekennzei c h net, daß das letzte Nicht-Null-Wort detektiert wird und daß zwei Wortbäume verwendet werden, wobei der erste Wortbaum zum Kodieren des ersten Teils des Blockes bis einschließlich dem Wort vor dem letzten Nicht-Null-Wort dient, worauf ein das Ende eines Blocks anzeigendes Zeichen EOB kodiert wird und eine Umschaltung zu dem zweiten Wortbaum zum Kodieren des letzten Nicht-Null-Wortes vorgenommen wird.

2. Verfahren zum Empfangen von Information in variabler Längenkodierung, die gemäß Anspruch 1 kodiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das EOB detektiert wird und daß zwei Wortbäume verwendet werden, wobei der erste Wortbaum zum Dekodieren des ersten Teils des Blockes bis einschließlich dem EOB dient, worauf eine Umschaltung zu dem zweiten Wortbaum zum Dekodieren des letzten Nicht-Null-Wortes vorgenommen wird und darauf der Block mit Nullen aufgefüllt wird.

3. Übertragungseinrichtung für variable Längenkodierung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Detektoreinrichtung (DET) für das letzte Nicht- Null-Wort in einem Block mit unkodierter Information, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ferner aufweist zwei Kodiereinrichtungen (VLC1, VLC2), von denen die erste (VLC1) einen ersten Wortbaum (A) zum Kodieren der Wörter in einem ersten Teil des Blockes bis einschließlich dem Wort vor dem letzten Nicht-Null-Wort benutzt und die zweite Kodiereinrichtung (VLC2) einen zweiten Wortbaum (B, C oder D) zum Kodieren des letzten Nicht-Null- Wortes in dem Block benutzt, und eine Schalteinrichtung, die nach der Übertragung des EOB in kodierter Form die eingehende unkodierte Information von den Eingang des ersten Kodierers zu dem Eingang des zweiten Kodierers umschaltet und gleichzeitig das Ausgangssignal der Übertragungseinrichtung von dem ersten Kodierer zu dem zweiten Kodierer umschaltet, wobei der zweite Codebaum (B) die gleiche Struktur wie der erste Codebaum (A), aber eine unterschiedliche Implikation der Codes aufweist.

4. Empfangseinrichtung für variable Längenkodierung zum Empfang von Signalen von der Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, mit Detektormitteln (DET) für das EOB, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwei Dekodiereinrichtungen (VLC1&supmin;¹, VLC2&supmin;¹) aufweist, von denen die erste (VLC&supmin;¹) einen ersten Codebaum (A) zum Dekodieren der Wörter in einem ersten Teil des Blocks bis einschließlich dem EOB verwendet und die zweite Dekodiereinrichtung (VLC2&supmin;¹) einen zweiten Codebaum, der dem zweiten Codebaum (B, C oder D) in der Übertragungseinrichtung entspricht, zum Dekodieren des letzten Nicht-Null-Wortes in dem Block verwendet, sowie eine Schalteinrichtung, die nach dem Dekodieren des EOB das eingehende Empfangssignal von der ersten Dekodiereinrichtung (VLC1&supmin;¹) zur zweiten Dekodiereinrichtung (VLC2&supmin;¹) umschaltet und gleichzeitig den Ausgang des Empfängers von der ersten Dekodiereinrichtung zu der zweiten Dekodiereinrichtung umschaltet.