DE3885544T2

DE3885544T2 - Kompressionskodierung/-Dekodierung eines Videosignals.

Info

Publication number: DE3885544T2
Application number: DE88307730T
Authority: DE
Inventors: Tetsujiro Patents Divisi Kondo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-08-22
Filing date: 1988-08-19
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2008-08-20
Also published as: AU2112788A; AU610221B2; KR960011975B1; EP0305127B1; EP0305127A2; EP0305127A3; US4910594A; JP2829954B2; KR890004571A; DE3885544D1; JPS6451786A; ATE97289T1; CA1304813C

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompressionskodierung/dekodierung eines Videosignals und je eine Vorrichtung dafür.
Beim Übertragen eines Videosignals ist es bekannt, die Menge der Übertragungsdaten relativ zur Menge der ursprünglichen Daten zu komprimieren. Ein exemplarisches Verfahren zum Ausführen einer solchen Kompression ist eine Subabtasttechnik, welche eine Abtastfrequenz durch Ausdünnen der einzelnen Pixelsamples eines digitalisierten ursprünglichen Videosignals bei vorbestimmten Intervallen reduziert. Wie es insbesondere aus der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 57 (1982) -78290 hervorgeht, werden die einzelnen Pixelsamples des Videosignals derart ausgedünnt, daß die Abtastrate um die Hälfte reduziert wird, die nicht ausgedünnten Piselsamples übertragen werden und ein die Position des für die Interpolation auf der Empfängerseite zu verwendenden, nicht ausgedünnten Samples anzeigendes Kennzeichen ebenfalls im Hinblick auf das gedünnte Sample übertragen werden.
Ein Problem bei einem solchen Subabtastprozeß, bei welchem das Subabtastmuster nicht geändert wird, liegt darin, daß in einer Kontur oder dergleichen eines Hochfrequenzkomponenten enthaltenden Subjektbildes das wiedergegebene Bild eine deutliche Qualitätsverschlechterung zeigt. Insbesondere wenn die Subabtastrate abgesenkt wird, ist eine derartige Bildqualitätsverschlechterung extrem groß.
Zum Zweck der Lösung des oben erwähnten Problems haben die vorliegenden Anmelder bisher ein verbessertes Verfahren vorgeschlagen, welches ein Bild eines Rahmens in mehrere Segmentblöcke unterteilt, dann aus mehreren vorbereiteten Abtastmustern ein geeignetes auswählt und einen das ausgewählte Abtastmuster repräsentierenden Identifikationskode zusammen mit dem zu übertragenden Pixelsample überträgt. Bei diesem Verfahren muß jedoch die Zahl der Arten der vorbereiteten Abtastmuster zur Unterdrückung der von dem Identifikationskode abgeleiteten Redundanz begrenzt werden, und folglich ist das Verfahren nicht zur Verarbeitung jedes Bildes geeignet. Darüberhinaus hat dieses Verfahren den Nachteil, daß die Segmentierungsoperation eine Blockverzerrung mit sich bringen kann.
Aus der GB-A-2083982 geht eine ähnliche Anordnung hervor, bei welcher alternierende Pixelsamples übertragen werden. Jedes nicht übertragene Pixelsample wird durch einen Kontrollkode repräsentiert, der ein Paar benachbarter übertragener Samples anzeigt, von denen das nicht übertragene Sample rekonstruiert werden soll.
Diese Erfindung stellt ein Verfahren zur Kompressionskodierung eines Videosignals bereit, welches die Schritte aufweist: Empfangen eines digitalen Videosignals, das durch jeweilige Pixelsamples dargestellt ist, deren jedes eine vorbestimmte Zahl Bits aufweist, Bestimmen jeweiliger elementarer Pixelsamples mit einer vorbestimmten Rate, Vorausbestimmen von Werten jeweiliger Subjektpixelsamples, die anders als die elementaren Pixelsamples sind, Detektieren jeweiliger vorausbestimmbarer Fehler der vorausbestimmten Werte aus den vorliegenden Werten der Subjektpixelsamples und Übertragen der vorliegenden Werte der elementaren Pixelsamples in einem kodierten Videosignal, und gekennzeichnet ist durch die Schritte: Vergleichen der jeweiligen vorausbestimmbaren Fehler mit einem Schwellenwert, Setzen jeweiliger Kennzeichen in Abhängigkeit davon, ob die vorausbestimmbaren Fehler als größer als der Schwellenwert oder kleiner oder gleich dem Schwellenwert bestimmt werden, und Übertragen in dem kodierten Videosignal die vorliegenden Werte der Subjektpixelsamples, bei welchen die jeweiligen vorausbestimmbaren Fehler größer als der Schwellenwert sind, und pro Subjektpixelsample, bei welchem der jeweilige vorausbestimmbare Fehler kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, ein komprimiertes Datensignal, wobei jedes der komprimierten Datensignale wenigstens das jeweilige Kennzeichen enthält.
Unter einem zweiten Aspekt stellt diese Erfindung ein Verfahren zum Dekodieren eines durch ein oben definiertes Verfahren kodierten Videosignals bereit, das die Schritte aufweist: Empfangen des übertragenen kodierten Videosignals, Vorausbestimmen eines Subjektpixelsamplewertes pro komprimiertem Datensignal, Interpolieren der mit den jeweiligen komprimierten Datensignalen korrespondierenden jeweiligen Subjektpixel, wobei die jeweiligen Subjektpixelsamplewerte beim Schritt des Vorausbestimmens vorherbestimmt werden, und Ausgeben eines dekodierten Videosignals, welches die vorliegenden Werte der elementaren Pixelsamples, die in dem übertragenen kodierten Videosignal enthaltenen vorliegenden Werte der jeweiligen Subjektpixelsamples und die beim Schritt des Interpolierens interpolierten jeweiligen Subjektpixelsamples enthält.
Unter einem dritten Aspekt stellt diese Erfindung eine Vorrichtung zur Kompressionskodierung eines Videosignals bereit, die aufweist: eine Einrichtung zum Empfang eines digitalen Videosignals, das durch jeweilige Pixelsamples, deren jedes eine vorbestimmte Anzahl Bits aufweist, dargestellt ist, eine Einrichtung zur Bestimmung jeweiliger elementarer Pixelsamples mit einer vorbestimmten Rate, eine Einrichtung zur Vorausbestimmung von Werten jeweiliger Subjektpixelsamples, die anders als die elementaren Pixelsamples sind, eine Einrichtung zum Detektieren jeweiliger vorausbestimmbarer Fehler der vorausbestimmten Werte aus den vorliegenden Werten der Subjektpixelsamples und eine Einrichtung zum Übertragen der vorliegenden Werte der elementaren Pixelsamples in einem kodierten Videosignal, und gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Vergleich der jeweiligen vorausbestimmbaren Fehler mit einem Schwellenwert, eine Einrichtung zum Setzen jeweiliger Kennzeichen in Abhängigkeit davon, ob die vorausbestimmbaren Fehler als größer als der Schwellenwert oder kleiner oder gleich dem Schwellenwert bestimmt sind, und eine Einrichtung zum Übertragen im kodierten Videosignal die vorliegenden Werte der Subjektpixelsamples, bei denen die jeweiligen vorausbestimmbaren Fehler größer als der Schwellenwert sind, und pro Subjektpixelsample, bei dem der jeweilige vorausbestimmbare Fehler kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, ein komprimiertes Datensignal, wobei jedes der komprimierten Datensignale wenigstens das jeweilige Kennzeichen enthält.
Unter einem vierten Aspekt stellt diese Erfindung eine Vorrichtung zum Dekodieren eines durch eine oben definierte Vorrichtung kodierten Videosignals bereit, die aufweist: eine Einrichtung zum Empfang des übertragenen kodierten Videosignals, eine Einrichtung zur Vorausbestimmung eines Subjektpixelsamplewertes pro komprimierten Datensignal, eine Einrichtung zur Interpolation der mit den jeweiligen komprimierten Datensignalen korrespondierenden jeweiligen Subjektpixel mit den in der Einrichtung zum Vorausbestimmen vorherbestimmten jeweiligen Subjektpixelwerten und eine Einrichtung zur Ausgabe eines die vorliegenden Werte der elementaren Pixelsamples, der vorliegenden Werte der jeweiligen, in den übertragenen kodierten Videosignalen enthaltenen Subjektpixelsamples und der in der Einrichtung zur Interpolation interpolierten jeweiligen Subjektpixelsamples.
Im folgenden beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen ein Kompressionskodierungs-/-dekodierungsverfahren für Videosignale und eine Vorrichtung dafür bereit, das bzw. die die oben erwähnten bekannten Probleme lösen kann, die Qualitätsverschlechterung des wiedergegebenen Bildes minimiert, die im Falle eines auf einer Blockbasis wiedergegebenen Bildes erfahrene Qualitätsverschlechterung zum Verschwinden bringen kann, eine für ein bewegliches Bild adäquate Realzeitverarbeitung ausführen kann, die einheitliche Menge der zu verarbeitenden erzeugten Information im wesentlichen fest aufrecht erhalten kann, keinen Pufferspeicher grober Kapazität erfordert und die Menge der erzeugten Information reduzieren kann, die andernfalls durch eine Rauschkomponente erhöht werden kann.
Bei dem bevorzugten Verfahren und der bevorzugten Vorrichtung wird ein Videosignal in Übereinstimmung mit den Werten individueller Pixel sich angepaßt komprimiert.
Die Erfindung wird nun anhand eines illustrativen und nicht beschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei:
Figur 1 schematisch ein Videosignal darstellt, das entsprechend dem die Erfindung verkörpernden Kompressionskodierungsverfahren verarbeitet werden kann,
Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild einer die Erfindung verkörpernden exemplarischen Videosignal-Kompressionskodierungsvorrichtung ist,
Figur 3 ein Blockschaltbild eines in der Videosignal-Kompressionskodierungsvorrichtung verwendeten exemplarischen Subabtastkodierers ist,
Figur 4 ein Blockschaltbild einer in dem Subabtastkodierer verwendeten exemplarischen Schwellenwertbestimmungsschaltung ist,
Figur 5 ein Blockschaltbild eines exemplarischen Abtastdekodierers für ein durch den in Figur 3 gezeigten Subabtastkodierer kompressionskodiertes Videosignals ist,
Figur 6 ein Blockschaltbild einer in dem in Figur 5 gezeigten Abtastdekodierer verwendeten exemplarischen Interpolationsschaltung ist,
Figur 7 ein Blockschaltbild eines in Figur 2 gezeigten exemplarischen nichtlinearen Filters ist,
Figur 8 eine die Arbeitsweise des in Figur 7 gezeigten nichtlinearen Filters darstellende grafische Darstellung ist,
Figur 9 ein Blockschaltbild eines in einer anderen die Erfindung verkörpernden Videosignal-Kompressionskodierungsvorrichtung verwendeten exemplarischen Subabtastkodierers ist,
Figur 10 ein Blockschaltbild eines in einer anderen die Erfindung verkörpernden Videosignal-Kompressionskodierungsvorrichtung verwendeten exemplarischen Subabtastdekodierers ist,
Figur 11 ein Flußdiagramm eines in dem in Figur 9 gezeigten Subabtastkodierer ausgeführten Videosignal-Kompressionskodie rungsalgorithmus ist, und
Figur 12 ein Flußdiagramm eines in dem in Figur 10 gezeigten Subabtastdekodierer ausgeführten Dekodierungsalgorithmus ist.
Ein die Erfindung verkörperndes Videosignal-Kompressionskodierungs-/-dekodierungsverfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens werden unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Zuerst wird das Videosignal-Kompressionskodierungsverfahren beschrieben.
In Figur 1 sind individuelle Pixelsamples, die in Teilbereichen eines Feldes eines digitalen Eingangsvideosignals vorhanden sind, durch die Symbole , , , Δ und x dargestellt. Der horizontale Abstand zwischen den Pixelsamples korrespondiert mit der Abtastperiode und der vertikale Abstand zwischen den Pixelsamples korrespondiert mit dem Zeilenintervall. Das Zeichen bezeichnet sogenannte elementare Pixelsamples, die alle vier Zeilen in einer Zeile und in solchen Zeilen alle vier Pixel einmal auftreten, wobei von allen sechzehn Pixelsamples eines ein elementares Pixelsample ist. Beim vorliegenden Kompressionskodierungsverfahren werden die mit einer Rate von 1 pro 16 Pixelsamples enthaltenen elementaren Pixelsamples ohne Ausdünnung ganz übertragen.
Die durch die Zeichen , , Δ und x dargestellten anderen ("nicht elementaren" oder "Subjekt-") Pixelsamples werden angemessen ausgedünnt. Das bedeutet, daß in der folgenden Sequenz der Wert jedes nichtelementaren Pixelsamples mit einem vorausgesagten bzw. -bestimmten Wert dieses nichtelementaren Pixelsamples auf der Basis des Wertes eines oder mehrerer zugeordneter peripherer Referenzpixelsample verglichen wird, und wenn der vorausgesagte bzw -bestimmte Rest &epsi; kleiner als ein Schwellenwert TH ist, wird das Subjektpixelsample nicht übertragen (d. h., es wird "ausgedünnt") , jedoch wird anstelle dessen ein Identifikationskode übertragen, der das Ausdünnen des Subjektpixelsamples anzeigt. Wenn andererseits der vorausbestimmte Rest &epsi; über dem Schwellenwert TH liegt, wird das Subjektpixelsample ohne Ausdünnung übertragen.
Der Schwellenwert TH wird bestimmt, indem die Bildqualitätsverschlechterung in Betracht gezogen wird, die im wiedergegebenen Bild während einer Dekodieroperation (unten beschrieben), bei welcher der Wert des ausgedünnten Pixelsamples unter Verwendung einer oder mehrerer dem ausgedünnten Pixelsample zugeordneter peripherer Referenzpixelsamples interpoliert wird, induziert werden kann.
Beispielsweise wird der Wert eines durch bezeichneten nichtelementaren Pixelsamples a3 (Figur 1) mit den Mittelwert 1/2 (a1 + a5) zweier peripherer elementarer Pixelsamples a1 und a5 verglichen, die sich im selben Feld an Positionen befinden, die durch zwei Linien nach oben bzw. nach unten im Abstand voneinander angeordnet sind. Ähnlich wird der Wert eines nichtelementaren Pixelsamples e3 mit dem Mittelwert zweier peripherer elementarer Pixelsamples ei und e5 verglichen.
Der Wert eines durch bezeichneten Pixelsamples c1 wird mit dem Mittelwert 1/2 (a1 + e1) zweier peripherer Pixelsamples a1 und e1 verglichen, die sich an Positionen befinden, welche auf der selben Linie durch zwei Pixelsamples nach links bzw. nach rechts im Abstand voneinander angeordnet sind. Ähnlich werden die nichte-Iementaren Pixelsamples c3 und c5 mit den Mittelwerten der peripheren Pixelsamples a3 und e3 bzw. a5 und e5 verglichen.
Der Wert eines durch Δ bezeichneten Pixelsamples a2 wird mit dem Mittelwert 1/2 (a1 + a3) zweier peripherer Pixelsamples a1 und a3 verglichen, die sich an Positionen befinden, welche in dem selben Feld durch eine Linie nach oben und eine Linie nach unten im Abstand voneinander angeordnet sind. Ähnlich werden die Werte nichtelementarer Pixelsamples c2, e2, a4, c4 und e4 mit den Mitteiwerten der peripheren Pixelsamples c1 und c3, ei und e3, a3 und a5, c3 und c5 bzw. e3 und e5 verglichen.
Der Wert des mit x bezeichneten Pixelsamples b1 wird mit dem Mittelwert 1/2 (a1 + c1) zweier peripherer Pixelsamples a1 und c1 bei Positionen verglichen, die auf derselben Linie um ein Pixelsample nach links bzw. ein Pixelsample nach rechts beabstandet sind. Ähnlich werden die Werte der nichtelementaren Pixelsamples b2, b3, b4, b5, d1, d2, d3, d4 und d5 mit den Mittelwerten der peripheren Pixelsamples a2 und c2, a3 und c3, a4 und c4, a5 und c5, c1 und e1, c2 und e2, c3 und e3, c4 und e4 bzw. c5 und e5 verglichen.
Wenn die Pixelsamples wie oben beschrieben angemessen ausgedünnt worden sind, hängt die Menge der Ausgangsdaten vom Inhalt des Bildes ab. Wenn demgemäß das auf diese Weise durch Kompressionskodierung verarbeitete Videosignal mittels eines Bandrecorders oder dergleichen aufgezeichnet und wiedergegeben wird, findet eine Variation der pro Spur aufgezeichneten Datenmenge statt. Wenn andererseits in einem Aufzeichnungsmodus die Datenrate konstant gehalten wird, wird dadurch die unitäre Länge geändert, was konzequenterweise das Editieren und sofort verkompliziert.
Zum Zwecke der Eliminierung des im vorhergehenden Absatz beschriebenen Nachteils kann eine Pufferung ausgeführt werden, um die Menge der pro Spur aufgezeichneten Daten konstant zu halten. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Kompressionskodierungsverfahrens wird die Zahl der auszudünnenden Pixelsamples durch Variation des Schwellenwertes TH eines (in Figur 2 gezeigten) Subsamplingkodierers 1 in Übereinstimmung mit dem Inhalt des Videosignals pro Feld geändert.
Das bedeutet, daß die Zahl der ausgedünnten Pixelsamples größer wird, wenn der Schwellenwert TH zunimmt, wobei konsequenterweise die Menge der übertragenen Information reduziert wird.
Andererseits wird die Zahl der ausgedünnten Pixelsamples kleiner, wenn der Schwellenwert TH abnimmt, wobei konsequenterweise die Menge der übertragenen Information erhöht wird. Deshalb wird das Puffern durch Steuerung des Schwellenwertes TH ausgeführt.
Nach Figur 2 weist eine die Erfindung verkörpernde Videosignal- Kompressionskodierungseinrichtung zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens einen Subabtastkodierer 1 auf. Damit der durch den Subabtastkodierer empfangene Schwellenwert TH in Übereinstimmung mit dem Inhalt des eingegebenen Bildes angemessen geändert wird, ist eine Schwellenwertbestimmungsschaltung 2 vorgesehen. Zur Verhinderung eines Ausfalls zur Erzielung einer gewünschten Kompressionsrate aufgrund einiger in dem Eingangsvideosignal enthaltenen Rauschkomponenten ist ein nichtlineares Filter 3 zur Beseitigung einer solchen Rauschkomponente vorgesehen. Demgemäß umfaßt die in Figur 1 gezeigte Kompressionskodierungseinrichtung einen Eingangsanschluß 4, dem ein digitales Videosignal zugeführt ist, bei dem jedes Pixelsample mit einer Samplingfrequenz von 13,5 MHz in acht Bit quantisiert ist, das nichtlineare Filter 3, das mit dem Ausgangsanschluß 4 verbunden ist, den Subabtastkodierer 1, dem das gefilterte digitale Videosignal, von dem im nichtlinearen Filter 3 das Rauschen entfernt worden ist, zugeführt ist, einen Ausgangsanschluß 5, bei dem ein durch den Subsamplingkodierer 1 kodiertes komprimiertes Videosignal erhältlich ist, ein Fehlervorausbestimmungsfilter 6, das teilweise in der gleichen Weise aufgebaut ist, wie der Subabtastkodierer 1, und dem das rauschbeseitigte digitale Videosignal aus dem nichtlinearen Filter 3 zugeführt ist, die Schwellenwertbestimmungsschaltung 2 zum Bestimmen des Schwellenwertes TH des Subsamplingkodierers 1 in angemessener Übereinstimmung mit den vorausbestimmbaren Fehler &epsi; , der aus dem Fehlervorausbestimmungsfilter 6 ausgegeben wird, und eine zwischen das nichtlineare Filter 3 und den Subsamplingkodierer 1 eingeführte Verzögerungsschaltung 7. Die Verzögerungsschaltung 7 enthält einen Feldspeicher usw. zum Kompensieren der Verarbeitungszeit des Fehlervorausbestimmungsfilters 6 und der Schwellenwertbestimmungsschaltung 2.
Sollte der Schwellenwert TH des Subabtastkodierers 1 nicht angemessen geändert werden müssen, können das Fehlervorausbestimmungsfilter 6, die Schwellenwertbestimmungsschaltung 2 und die Verzögerungsschaltung 7 von der in Figur 2 gezeigten Einrichtung fortgelassen werden.
Der spezielle Aufbau der einzelnen Schaltungsblöcke der in Figur 2 gezeigten Videosignal-Kompressionskodierungsvorrichtung wird nun in Folge beschrieben. Zuerst wird der Subabtastkodierer 1 unter Bezugnahme auf die Figur 3 beschrieben.
Nach Figur 3 wird ein digitales Videosignal über die Verzögerungsschaltung 7 einem Eingangsanschluß 101 des Subabtastkodierers 1 zugeführt. Der Anschluß 101 ist mit Zeilenverzögerungsschaltungen (LD-Schaltungen) 102, 103, 104 und 105 verbunden, die in einer Kaskadenschaltung angeordnet sind. Sampleverzögerungsschaltungen (SD-Schaltungen) 106 und 107 sind zum Eingangsanschluß 101 in Reihe geschaltet. SD-Schaltungen 108 und 109 sind in Reihe zur Ausgangsseite der LD-Schaltung 102 geschaltet, und SD-Schaltungen 110, 111, 112 und 113 sind in Reihe mit Ausgangsseite der LD- Schaltung 103 geschaltet. SD-Schaltungen 114 und 115 sind in Reihe zur Ausgangsseite der LD-Schaltung 104 geschaltet, und SD-Schaltungen 116 und 117 sind in Reihe zur Ausgangsseite der LD-Schaltung 105 geschaltet. Jede der LD-Schaltungen 102, 103, 104 und 105 weist eine Verzögerungszeit auf, die mit einem horizontalen Abtastintervall korrespondiert, und jede der SD-Schaltungen 106 bis 117 weist eine Verzögerungszeit auf, die mit einem Abtastintervall korrespondiert. Die Sampledaten mehrerer in einem vorbestimmten zweidimensionalen Feld bzw. Bereich eines Fernsehbildes enthaltener Pixel können durch eine Kombination der LD-Schaltungen 102 bis 105 und der SD-Schaltungen 106 bis 117 gleichzeitig hervorgebracht werden.
Die Ausgangsseite der SD-Schaltung 111 korrespondiert mit einem Subjektpixelsample aus den gleichzeitig hervorgebrachten Pixelsamples.
Jeder von zwei Selektoren 118 und 119 weist einen ersten bis fünften Eingangsanschluß auf und stellt in Abhängigkeit von einem gleichzeitig mit einem Samplingtaktimpuls aus einem Ausgangsanschluß 120 empfangenen Auswahlsignal an einem Ausgangsanschluß wahlweise bestimmte der den fünf Eingangsanschlüssen zugeführten Eingangsdaten bereit.
Obgleich hinsichtlich dieser Stufe keine detaillierte Erklärung notwendig ist, sei angenommen, daß das Auswahlsignal so erzeugt sei, daß es die Ausführung der unten beschriebenen Auswahloperation in Übereinstimmung mit einer geeigneten Zeitsteuerungserzeugungsschaltung sicherstellt.
Dem ersten Eingangsanschluß des Selektors 118 werden die Ausgangsdaten der SD-Schaltung 107 zugeführt, und dem ersten Eingangsanschluß des Selektors 119 werden die Ausgangsdaten der SD-Schaltung 117 zugeführt. Wenn demgemäß das Subjektpixelsample irgendeines der mit O bezeichneten ist, werden die den jeweiligen ersten Eingangsanschlüssen der Selektoren 118 und 119 zugeführten Eingangsdaten als periphere Referenzpixelsample ausgewählt. Den zweiten Eingangsanschlüssen der Selektoren 118 und 119 werden jeweils die Ausgangsdaten der SD-Schaltungen 109 bzw. 115 zugeführt. Wenn demgemäß das Subjektpixelsample irgendeinem der mit Δ bezeichneten ist, werden die den jeweiligen zweiten Eingangsanschlüssen der Selektoren 118 und 119 zugeführten Eingangsdaten als periphere Referenzpixelsamples ausgewählt. Den dritten Eingangsanschlüssen der Selektoren 118 und 119 werden die Ausgangsdaten der LD-Schaltung 103 bzw. der SD-Schaltung 113 zugeführt. Wenn demgemäß das Subjektpixelsample irgendeines der mit bezeichneten ist, werden die den dritten Eingangsanschlüssen der Selektoren 118 bzw. 119 zugeführten Eingangsdaten als Referenzpixelsamples ausgewählt. Den vierten Eingangsanschlüssen der Selektoren 118 und 119 werden die Ausgangsdaten der SD-Schaltungen 110 bzw. 112 zugeführt. Wenn demgemäß das Subjektpixelsample irgendeines der mit x bezeichneten ist, werden die den vierten Eingangsanschlüssen der Selektoren 118 bzw. 119 zugeführten Eingangsdaten als periphere Referenzpixelsamples ausgewählt. Beiden fünften Eingangsanschlüssen der Selektoren 118 und 119 werden die Ausgangsdaten der SD-Schaltung 111 zugeführt. Wenn das Subjektpixelsample irgendeines der mit bezeichneten ist, wählt sowohl der Selektor 118 als auch der Selektor 119 das elementare Pixelsample direkt aus.
Die Ausgangsdaten der Selektoren 118 und 119 werden einer Mittelwertbildungsschaltung 121 zugeführt, die ein Signal erzeugen, das die Mittelwertsdaten der durch die Selektoren 118 und 119 individuell ausgewählten beiden peripheren Referenzpixelsamples darstellt. Derartige Mittelwertsdaten und die aus der SD-Schaltung 111 herauskommenden Daten des Subjektpixelsamples werden beide einer Subtraktionsschaltung 122 zugeführt. Die aus der Schaltung 122 erhaltenen Restdaten werden einer Absolutwertschaltung 123 zugeführt, um sie in einen Absolutwert umzusetzen. Danach werden die Daten aus der Absolutwertschaltung 123 einem Komparator 124 zugeführt, in welchem sie mit dem aus einem Anschluß 125 erhaltenen Schwellenwert TH verglichen werden.
Die Ausgangsdaten aus der Absolutwertschaltung 123 repräsentiert den vorausbestimmbaren Fehler &epsi; , der wie oben beschrieben erzeugt wird, wenn der Wert des Pixelsamples aus dem Mittelwert der Werte zweier peripherer Pixelsamples vorausbestimmt wird. Wenn der vorausbestimmbare Fehler &epsi; kleiner als der Schwellenwert TH ist, zeigt dies an, daß das Subjektpixelsample ausgedünnt werden kann. In diesem Fall erscheinen geeignete, diesen Zustand anzeigende Steuerdaten (die ein einzelnes Bit enthalten können) aus dem Komparator 124 (beispielsweise ist das am Xomparator 124 erscheinende Bit eine binäre "1"). Wenn der vorausbestimmbare Fehler &epsi; den Schwellenwert TH überschreitet, zeigt dies an, daß eine adequate Interpolation auf der Empfängerseite unmöglich ist, so daß die Steuerdaten aus dem Komparator 124 auf die binäre "0" geschaltet werden. Die auf diese Weise erhaltene Steuerinformation dient zum Ausführen eines Ein-/Aussteuerung einer Torschaltung 126, der die Ausgangsdaten der SD-Schaltung 111 zugeführt werden. Wenn die Steuerdaten aus dem Komparator 124 "0" sind, wird die Torschaltung 126 eingeschaltet, so daß die originalen Daten des Objektpixelsamples einem Ausgangsanschluß 127 zugeführt werden. Wenn jedoch die Steuerinformation aus dem Komparator 124 "1" ist, wird die Torschaltung 126 abgeschaltet, so daß die originalen Daten des Subjektpixelsamples nicht dem Ausgangsanschluß 127 zugeführt werden. Die Steuerinformation wird einem Ausgangsanschluß 128 zugeführt, von dem aus sie zusammen mit den subabgetasteten Daten des Pixelsamples übertragen wird. Dies bedeutet, dar die Ausgangsanschlüsse 127 und 128 des Subabtastkodierers an eine (in Figur 3 nicht gezeigte) Rahmenbildungsschaltung angeschlossen werden können, in welcher die Pixelsampledaten und die Steuerinformation miteinander kombiniert werden. Dieses (aus neun Bit pro Pixel bestehende) kombinierte Signal wird auf den Ausgangsanschluß 5 nach Figur 2 übertragen, wenn das Pixelsample nicht ausgedünnt ist. Wenn jedoch das Pixelsample ausgedünnt ist, wird nur die (aus einem Bit pro Pixel bestehende) Steuerinformation auf den Ausgangsanschluß 5 übertragen.
Wie oben beschrieben wird die Subabtastung in Übereinstimmung damit ausgeführt, ob der vorausbestimmbare Fehler &epsi; größer als der Schwellenwert TH für jedes Subjektpixelsample ist oder nicht. In anderen Worten wird die Datenübertragung oder Ausdünnung nicht auf Blockbasis gesteuert, sondern angemessen auf der Basis jedes Pixelsamples, welches die Minimaleinheit ist. Beim Fällen einer Entscheidung, ob die Ausdünnoperation in Übereinstimmung mit dem vorausbestimmbaren Fehler &epsi; ausgeführt wird oder nicht, werden anstelle der Interpolationsdaten die tatsächlichen Daten benutzt, um konsequenterweise eine Realzeitverarbeitung ohne unerwünschte Wiederholung zu ermöglichen.
Der Aufbau des Fehlervorausbestimmungsfilters 6 kann im wesentlichen der gleiche sein wie jener des Subsamplingkodierers 1 nach Figur 3. Da jedoch die Funktion des Filters 6 nur zur Erzeugung des mit dem Ausgangssignal der Absolutwertschaltung 123 in Figur 3 korrespondierenden vorausbestimmbaren Fehlers &epsi; dient, unterscheidet sich das Filter 6 vom Kodierer 1 darin, daß der Komparator 124 und die Torschaltung 126 beim Filter 6 fehlen.
Als nächstes wird der Aufbau der Schwellenwertbestimmungsschaltung unter Bezugnahme auf die Figur 4 beschrieben.
Nach Figur 4 wird einem Eingangsanschluß 201 der aus dem Fehlervorausbestimmungsfilter 6 erhaltene vorausbestimmbare Fehler &epsi; zugeführt. Der vorausbestimmbare Fehler &epsi; kann, wenn er aus acht Bits besteht, jeden Wert im Bereich von 0 bis 255 annehmen.
Der vorausbestimmbare Fehler &epsi; wird über einen Selektor 202 einem Frequenzverteilungsspeicher 203 als ein Adressensignal zugeführt. Auch wird dem Speicher 203 über einen Selektor 205 ein Samplingtaktsignal aus einem Eingangsanschluß 204 als Schreib-/Lesesignal zugeführt. In Abhängigkeit von dem Schreib-/Lesesignal arbeitet der Speicher 203 in einem lesemodifizierten Schreibmodus, um die Daten zu schreiben, unmittelbar nachdem sie in bezug auf die gleiche Adresse ausgelesen worden sind.
Der Frequenzverteilungsspeicher 203 empfängt wahlweise an einem Eingangsanschluß über einen Selektor 207 entweder "0" oder einen Wert, der durch Erhöhung des Ausgangssignals des Speichers 203 um eins in einem Addierer 206 erhalten wird.
Um den Betrieb zu beginnen, wird der Frequenzverteilungsspeicher 203 initialisiert, so dar seine gesamten Inhalte auf null gesetzt sind. Dann werden, wenn der vorausbestimmbare Fehler &epsi; dem Speicher 203 als eine Adresse zugeführt werden, die Daten (im Anfangszustand null) ausgelesen und dem Addierer 206 zugeführt, in dem der Wert erhöht und dann bei der gleichen Adresse wieder eingeschrieben wird. Wenn folglich die vorausbestimmbaren Fehler &epsi; während eines Feldes zugeführt werden, werden Pixelsamplefrequenzen zur Erzeugung der individuellen vorausbestimmbaren Fehler &epsi; bei den Adressen 0 bis 255 des Frequenzverteilungsspeichers 203 gespeichert.
Der Schwellenwert TH wird durch Verwendung der im Speicher 203 gespeicherten Frequenzverteilungstabelle bestimmt. Die Operation der Bestimmung des Schwellenwertes TH wird beispielsweise im Vertikalaustastintervall ausgeführt. Während einer solchen Schwellenwertbestimmung wird der Inhalt eines Zählers 208 in Abhängigkeit von einem Taktsignal aus einem Eingangsanschluß 209 sequentiell von 0 bis 255 erhöht und dann dem Frequenzverteilungsspeicher 203 über den Selektor 202 als eine Adresse zugeführt.
Das Taktsignal aus dem Anschluß 209 wird dem Speicher 203 über den Selektor 205 als ein Lesesignal zugeführt. Die Zahlen von durch die in dem Frequenzverteilungsspeicher 203 gespeicherten individuellen Frequenzen der vorausbestimmbaren Fehler &epsi; werden ausgelesen und einem Akkumulator 210 zugeführt. Gleichzeitig wählt der Selektor 207 Null-Daten aus, die dann in den Frequenzverteilungsspeicher 203 geschrieben werden, um ihn zur Verarbeitung des nächsten Feldes zu initialisieren.
Der Akkumulator 210 akkumuliert die Frequenzen der vorausbestimmbaren Fehler &epsi; sequentiell von 0 in Richtung 255. Der Ausgangswert des Akkumulators 210 wird einem Komparator 211 zugeführt, dem eine erforderliche Anzahl ausgedünnter Pixelsamples, die mit einer Zielrate korrespondieren, zugeführt wird, so daß der Ausgangswert des Akkumulators 210 mit einer solchen erforderlichen Zahl verglichen wird. Wenn der Ausgangswert des Akkumulators 210 die erforderliche Zahl ausgedünnter Pixelsamples überschritten hat, wird durch den Komperator 211 ein Sperr- bzw. Halteimpuls erzeugt.
Das von 0 in Richtung 255 erhöhte Ausgangssignal des Zählers 208 wird einer Halteschaltung 212 zugeführt und dabei durch den vom Komperator 211 erzeugten Halteimpuls gehalten. Folglich korrespondiert der in der Halteschaltung 212 gehaltene Wert mit dem Minimum der vorausbestimmbaren Fehler &epsi; das mit der erforderlichen Zahl ausgedünnter Pixelsamples übereinstimmt. Der auf diese Weise erhaltene Wert wird aus einem Ausgangsanschluß 213 als der Schwellenwert TH des Subabtastkodierers 1 ausgegeben.
Da die Frequenz des vorausbestimmbaren Fehlers 0 sowohl elementare Pixel als auch nichtelementare Pixel enthält, wird die erforderliche Zahl ausgedünnter Pixelsamples unter Berücksichtigung einer solchen Frequenz bestimmt.
Bevor eine Beschreibung des nichtlinearen Filters 3 gegeben wird, wird eine Einrichtung zum Dekodieren des komprimierten Videosignals unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 beschrieben.
Figur 5 zeigt die Schaltungskonfiguration eines auf der Empfängerseite (die Wiedergabeseite in einem Aufzeichnungs- /Wiedergabegerät) vorgesehenen Subabtastdekodierers der die Erfindung verkörpernden Kodierungs-/Dekodierungsvorrichtung. Nach Figur 5 wird einem Eingangsanschluß 401 das kompressionskodierte digitale Videosignal zugeführt, während einem Eingangsanschluß 402 ein mit den empfangenen Daten synchronisiertes Abtasttaktsignal zugeführt wird.
Der Eingangsanschluß 401 ist in Reihe mit Zeilenverzögerungsschaltungen (LD-Schaltungen) 403, 404, 405 und 406 geschaltet. Mit dem Eingangsanschluß 401 und den Ausgängen der LD-Schaltungen 403, 404, 405 bzw. 406 sind Serien-Parallel-Umsetzer (S/P-Umsetzer) 407, 408, 409, 410 bzw. 411 verbunden. Die aus dem Anschluß 401 erhaltenen Daten und die aus den LD-Schaltungen 403 bis 406 ausgegebenen verzögerten Daten werden synchron mit dem Abtasttaktsignal sequentiell in die S/P-Umsetzer 407 bis 411 gegeben, und die Daten von vier Pixelsamples werden durch ein Ausgangssignal eines 1/4-Frequenzteilers 412 gehalten. Beim Eingeben der Daten des nächsten Pixelsamples gibt jede der Schaltungen 407 bis 411 die Daten von fünf Pixelsamples parallel aus. Demgemäß werden bei einem Timing-Zeitpunkt die 25 Pixelsamples mit dem in Figur 1 gezeigten Bezugszeichen a1 bis es jeweils aus den S/P-Umsetzern 407 bis 411 ausgegeben. Beispielsweise werden die Daten der vier Pixelsamples al, b1, c1 und d1 aus der LD-Schaltung 406 im S/P-Umsetzer 411 gehalten, und die Daten von insgesamt fünf Pixelsamples, welche das nächste Pixelsample e1 enthalten, treten gleichzeitig aus dem S/P-Umsetzer 411 aus.
Von allen fünfundzwanzig der aus den S/P-Umsetzers 407 bis 411 ausgegebenen Signalen enthalten die Samples a5, b5, c5, d5 und es, und e1, e2, e3 und e4 periphere Referenzpixeldaten, die zur Interpolation benutzt werden, und die verbleibenden 16 Pixel (die aus den Schaltugnen 407 bis 411 austretenden Signale, die keine peripheren Referenzpixel sind) sind zu interpolierende Subjektsamples. Interpolationsschaltungen 413 bis 431, die wie in Figur 5 geschaltet sind, sind strukturell identisch. Die Figur 6 zeigt speziell und beispielhaft den Aufbau der Interpolationsschaltung 413.
Die Interpolationsschaltung 413 weist Eingangsanschlüsse 413a, 413b, 413c und einen Ausgangsanschluß 413d auf. Dem Eingangsanschlug 413a werden die Daten (einschließlich von Ein-Bit-Steuerdaten) für ein zu interpolierendes Subjektpixel (beispielsweise c5) zugeführt, während den Eingangsanschlüssen 413b und 413c die Daten der zur Interpolation erforderlichen peripheren Referenzpixelsamples e5 und a5 zugeführt werden. Die Pixeldaten aus den Eingangsanschlüssen 413b und 413c sind einer Mittelwertbildungsschaltung 413e zugeführt, die dann ein Ausgangssignal für die Mittelwertinterpolation erzeugt. Die Pixelsampledaten aus dem Eingangsanschluß 413a und ein Ausgangssignal aus der Mittelwertbildungsschaltung 413e werden einem Selektor 413f zugeführt.
Der Selektor 413f wird durch die in den Pixeldaten aus dem Eingangsanschluß 413a enthaltenen Ein-Bit-Steuerinformation gesteuert, und wenn die Steuerinformation "1" (repräsentativ für Ausdünnen) ist, wählt der Selektor 413f den Ausgang der Mittelwertbildungsschaltung 413e. Wenn die Steuerinformation "0" (repräsentativ für Übertragung) ist, wählt der Selektor 413f die Pixelsampledaten aus dem Eingangsanschluß 413a aus. Das Ausgangssignal aus dem Selektor 413f wird am Ausgangsanschluß 413d erhalten.
In dem Fall, dar die Subjektpixelsamples ausgedünnt werden, sind die aus den Interpolationsschaltungen 413 bis 431 erhaltenen Interpolationswerte folgende:
Interpolationsschaltung 413: c5-> 1/2 (a5 + e5)
Interpolationsschaltung 414: e4-> 1/2 (e3 + e5)
Interpolationsschaltung 415: c4-> 1/2 (c3 + c5)
Interpolationsschaltung 416: a4-> 1/2 (a3 + a5)
Interpolationsschaltung 417: d4-> 1/2 (c4 + e4)
Interpolationsschaltung 418: b4-> 1/2 (a4 + c4)
Interpolationsschaltung 419: e3-> 1/2 (e1 + eS)
Interpolationsschaltung 420: a3-> 1/2 (a1 + a5)
Interpolationsschaltung 421: c3-> 1/2 (a3 + e3)
Interpolationsschaltung 422: d3-> 1/2 (c3 + e3)
Interpolationsschaltung 423: b3-> 1/2 (a3 + c3)
Interpolationsschaltung 424: e2-> 1/2 (e1 + e3)
Interpolationsschaltung 425: c2-> 1/2 (c1 + c3)
Interpolationsschaltung 426: a2-> 1/2 (a1 + a3)
Interpolationsschaltung 427: d2-> 1/2 (c2 + e2)
Interpolationsschaltung 428: b2-> 1/2 (a2 + c2)
Interpolationsschaltung 429: c1-> 1/2 (a1 + e1)
Interpolationsschaltung 430: d1-> 1/2 (c1 + e1)
Interpolationsschaltung 431: b1-> 1/2 (a1 + c1)
Nach Figur 5 werden die Daten von 16 in den Ausgangssignalen aus den Interpolationsschaltungen 413 bis 431 enthaltenen Pixeln jeweils Parallel-Serien-Umsetzern (P/S-Umsetzern) 432, 433, 434 und 435 mit einer Rate von vier Pixeln auf der gleichen Zeile zugeführt. In den P/S-Umsetzern 432 bis 435 werden die vier Nachinterpolationspixeldaten durch das Ausgangssignal aus dem 1/4-Frequenzteiler 412 gehalten. Seriell wiedergegebene Daten werden aus den P/S-Umsetzern 432 bis 435 synchron mit dem Abtasttaktsignal aus dem Anschluß 402 ausgegeben. Es ist natürlich klar, dar die in Figur 5 gezeigten Pixeldaten zu dem Zeitpunkt verschieden werden, bei dem das nächste Taktsignal durch den 1/4-Frequenzteiler 412 erzeugt wird. Dies bedeutet, daß die individuellen Pixeldaten al, a2, a3, a4 und a5 aus den S/P-Umsetzern 407 bis 411 durch Pixeldaten e1, e2, e3, e4 bzw. e5 ersetzt werden.
Die wiedergegebenen Daten aus dem P/S-Umsetzer 432 werden einer LD-Schaltung 436 zugeführt, deren Ausgangsdaten dann einem Selektor 437 zusammen mit den von dem P/S-Umsetzer 433 erhaltenen wiedergegebenen Daten zugeführt werden. Danach werden die Ausgangsdaten des Selektors 43? einer LD-Schaltung 438 zugeführt, deren Ausgangsdaten einem Selektor 439 zusammen mit den wiedergegebenen Daten aus dem P/S-Umsetzer 437 zugeführt werden. Danach werden die Ausgangsdaten aus dem Selektor 439 einer LD-Schaltung 440 zugeführt, deren Ausgangsdaten dann einem Selektor 441 zusammen mit den wiedergegebenen Daten aus dem P/S-Umsetzer 435 zugeführt werden. Die LD-Schaltungen 436, 438, 440 und die Selektoren 437, 439, 441 sind zur Umsetzung der Folge der wiedergegebenen Daten in die gleiche bei der Fernsehabtastung ausgeführte Folge vorgesehen, wobei in der Fernsehabtastfolge wiedergegebene Daten an einem Ausgangsanschluß 442 des Selektors 441 erhalten werden.
Als nächstes wird der Aufbau des nichtlinearen Filters 3 unter Bezugnahme auf die Figur 7 beschrieben. Das nichtlineare Filter 3 dient zur Beseitigung von Rauschen und enthält prinzipiell Sampleverzögerungsschaltungen (SD-Schaltungen) 301 und 302, Selektoren 303 und 304, Additivdatengeneratoren 305 und 306, einen Addierer 307, einen Subtrahierer 308, Komparatoren 309 und 310 und einen Diskriminator 311. Wenn eine polare Werte aufweisende Welle in einer eindimensionalen Abtastzeilenrichtung (Horizontalrichtung) durch drei aufeinanderfolgende Abtastdaten gebildet wird, so wie es in der Figur 8 dargestellt ist, werden die Pegel der individuellen Abtastdaten zur Auswahl miteinander verglichen, und die richtigen Daten werden wahlweise als Ersetzungsdaten ausgegeben.
Das empfangene digitale Videosignal wird einem Eingangsanschluß 312 zugeführt, der in Reihe zu den SD-Schaltungen 301 und 302 geschaltet ist. Jede der SD-Schaltungen 301 und 302 weist eine Verzögerungszeit auf, die mit einem Abtastintervall äquivalent ist.
Es sei nun angenommen, daß, wie in Figur 8 dargestellt, ein Pixel Pn im digitalen Videosignal als das Subjektpixel betrachtet wird, und daß zwei an der vorausgehenden und nachfolgenden Peripherie des Subjektpixels Pn vorhandene Pixel hier als periphere Referenzpixel Pn - 1 und Pn + 1 betrachtet werden.
Das Subjektpixel Pn und die peripheren Referenzpixel Pn - 1, Pn + 1 werden durch die SD-Schaltungen 301 und 302 herausgebracht. Zum Zeitpunkt des Zuführens des peripheren Referenzpixels Pn + 1 zum Eingangsanschluß 312 wird das Subjektpixel Pn aus der SD-Schaltung 301 erhalten, und das periphere Referenzpixel Pn - 1 wird aus der SD-Schaltung 302 erhalten.
Dem Selektor 303 wird sowohl das Eingangssignal aus dem Eingangsanschluß 312 als auch das Ausgangssignal aus der SD-Schaltung 302 zugeführt. Der Selektor 303 unterscheidet zwischen den Pegeln der zwei Eingangsanschlüsse, d. h. der Daten der zwei peripheren Referenzpixel Pn - 1 und Pn + 1, und gibt das Signal höheren Pegels als einen Maximalwert MAX an den Addierer 307 aus, während er das Signal niedrigen Pegels als einen Minimalwert MIN an den Subtrahierer 308 ausgibt.
Der Additivdatengenerator 305 ist mit dem Addierer 307 verbunden, der zwischen den Selektor 303 und den Komperator 309 eingefügt ist, während der Additivdatengenerator 306 mit dem Subtrahierer 308 verbunden ist, der zwischen dem Selektor 303 und dem Komparator 310 eingefügt ist. Die Additivdatengeneratoren 305 und 306 sind zum Ändern des Maximalwertes MAX bzw. des Minimalwertes MIN vorgesehen, die aus dem Selektor 303 in Übereinstimmung mit einem aus dem Eingangsanschluß 314 zugeführten Verschiebesignal ausgegeben werden. Eine vom Additivdatengenerator 305 erzeugte Verschiebung Δ1 wird durch den Addierer 307 dem Maximalwert MAX zur Erzeugung eines Maximalwerts MAXo (= MAX +Δ1) hinzuaddiert. Mittlerweile wird eine vom Additivdatengenerator 306 erzeugte Verschiebung Δ2 durch den Subtrahierer 308 vom Minimalwert MIN subtrahiert, um einen Minimalwert MINo (= MIN -Δ2) zu erzeugen. Diese zwei Verschiebungen Δ1 und Δ2 sind Konstanten, die proportional zur Abtastdichte geändert werden.
Das Ausgangssignal (beispielsweise der Maximalwert MAXo) des Addierers 307 wird dem Eingangsanschluß des Komperators 309 sowie einem ersten Eingangsanschluß des Selektors 304 zugeführt. Das Ausgangssignal (beispielsweise der Minimalwert MINo) des Subtrahierers 308 wird dem Eingangsanschluß des Komperators 310 sowie einem zweiten Eingangsanschluß des Selektors 304 zugeführt.
Mittlerweile wird das Ausgangssignal (beispielsweise die Daten Dpn des Subjektpixels Pn) der SD-Schaltung 301 an andere Eingangsanschlüsse des Komparators 309, 310 sowie einem dritten Eingangsanschlug des Selektors 304 zugeführt.
Im Komparator 309 werden die aus dem peripheren Referenzpixel Pn - 1 und Pn + 1 als der Maximalwert MAXo ausgewählten Pixeldaten mit den Subjektpixeldaten Dpn verglichen, die aus der SD-Schaltung 301 als ein Vergleichswert ausgegeben werden, und das numerische Verhältnis zwischen den zwei verglichenen Daten wird dem Diskriminator 311 als ein Vergleichssignal Sc1 zugeführt.
Im Komparator 310 werden die aus dem peripheren Referenzpixel Pn - 1 und Pn + 1 als der Minimalwert MINo ausgewählten Pixeldaten mit den Subjektpixeldaten Dpn verglichen, die aus der SD-Schaltung 301 als ein Vergleichswert ausgegeben werden, und das numerische Verhältnis zwischen den zwei verglichenen Daten wird dem Diskriminator 11 als ein Vergleichssignal Sc2 zugeführt. Da der Maximalwert MAXo und der Minimalwert MINo die hinzuaddierten Verschiebungen Δ1 bzw. Δ2 enthalten, folgt, daß die Subjektpixeldaten Dpn in den Komparatoren 309 und 310 gewichtet werden.
Auf der Basis der Vergleichssignale Sc1 und Sc2 bestimmt der Diskriminator 311 das gesamte numerische Verhältnis zwischen dem Maximalwert MAXo, dem Minimalwert MINo und den Subjektpixeldaten Dpn und erzeugt ein Zwei-Bit-Entscheidungssignal SJ zur Auswahl des Wertes des Zwischenpegels (im folgenden als der Zwischenwert bezeichnet).
Bei der Auswahl des Zwischenwertes ist es notwendig, das Vorhandensein oder das Fehlen jeglichen Rauschens, das den Subjektpixeldaten Dpn überlagert sein kann, in Betracht zu ziehen.
Wenn beispielsweise das Subjektpixel Pn frei von dem schädlichen Einfluß einer Impulsstörung ist, ist es sehr wahrscheinlich, daß der Datenpegel des Subjektpixels Pn innerhalb eines Bereiches zwischen dem Maximalwert MAXo und dem Minimalwert MINo ist. Wenn jedoch dem Subjektpixel Pn ein signifikantes Rauschen überlagert ist, ist es sehr wahrscheinlich, daß sein Pegel außerhalb des Bereiches zwischen dem Maximalwert MAXo und dem Minimalwert MlNo liegt.
Wenn der Datenpegel des Subjektpixels Pn im Bereich zwischen dem Maximalwert MAXo und dem Minimalwert MINo liegt, wird ein schädlicher Einfluß des Rauschens als vernachlässigbar betrachtet, so daß die Subjektpixeldaten Dpn so ausgegeben werden, wie sie sind. Wenn jedoch die Subjektpixeldaten Dpn außerhalb der Bereiches zwischen dem maximalen Wert MAXo und dem minimalen Wert MINo liegen, wird angenommen, daß ihnen ein signifikantes Rauschen überlagert ist, so daß die Subjektpixeldaten Dpn durch andere Daten ersetzt werden müssen.
In diesem Fall ist es bei Inbetrachtziehung der Gaußverteilungscharakteristiken des Rauschens zweckmäßig, wenn die Subjektpixeldaten Dpn beim Überschreiten des Maximalwertes MAXo durch den Maximalwert MAXo ersetzt werden und beim Unterschreiten des Minimalwertes MINo durch den Minimalwert MINo ersetzt werden.
Die aus den Komperatoren 309 und 310 ausgegebenen Vergleichssignale Sc1 und Sc2 sind folgende:
(a) Wenn Subjektpixeldaten Ddn > Maximalwert MAXo sind, werden die Vergleichssignale Sc1 = "1" und Sc2 = "1", um ein Entscheidungssignal SJ (= 01) zur Auswahl des Maximalwertes MAXo zu bilden.
(b) Wenn der Maximalwert MAXo ≥ Subjektpixeldaten Dpn≥Minimalwert MINo gilt, werden die Vergleichssignale Sc1 = "0" und Sc2 = "1", um ein Entscheidungssignal SJ (= 11) zur Auswahl der Subjektpixeldaten Dpn zu bilden.
(c) Wenn der Minimalwert MINo > Subjektpixeldaten Dpn ist, wird das Vergleichssignal Sci = "0" und das Vergleichssignal Sc2 = "0", um ein Entscheidungssignal SJ (= 10) zur Auswahl des Minimalwertes MINo zu bilden.
Entsprechend wird der Selektor 304 durch das Entscheidungssignal SJ gesteuert, und die Zwischenwerte der drei Signale werden an einem Ausgangsanschluß 313 selektiv als Ersetzungsdaten Dn erzeugt.
Das Subjektpixel Pn wird auf diese Weise durch Daten ersetzt, die einen Mittelwert aufweisen, der gleich dem Maximalwert MAXo, den Subjektpixeldaten Dpn oder dem Minimalwert MINo ist. Selbst wenn ein signifikantes Rauschen den Subjektpixel Pn überlagert und die Abtastdichte niedrig ist, kann das Subjektpixel Pn durch geeignete Daten ersetzt werden, die durch jeweiliges Addieren der Verschiebung Δ 1 zum Maximalwert MAX bzw. Subtrahieren der Verschiebung Δ2 vom Minimalwert MIN erhalten werden, so dar es möglich wird, das Rauschen ohne Verschlechterung der Auflösung angemessen zu beseitigen, wodurch eine Hi-Fi-Wiedergabe des ursprünglichen Bildes erreicht wird.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Verschiebungen Δ 1 und Δ 2 mittels des Addierers 307 zum Maximalwert MAX addiert bzw. durch den Subtrahierer 308 vom Minimalwert MIN subtrahiert. Eine solche Einstellung kann jedoch alternativ auch durch Verwendung eines kombinierten Addierers-Subtrahierers ausgeführt werden. Darüberhinaus sind die Addition (und Subtraktion) der Verschiebungen in manchen Fällen nicht erforderlich.
Obgleich bei dem obigen Ausführungsbeispiel das eindimensionale Filter in der horizontalen Zeilenrichtung ausgebildet ist, kann es alternativ dazu durch Auswechseln von Sampleverzögerung und Zeilenverzögerung auch in vertikaler Richtung ausgebildet sein. Es ist auch möglich, das Filter als eine Horizontal-Vertikal-Kombination aufzubauen.
Ein anderes Videosignalkompressionskodierungs-/-dekodierungsverfahren und eine die Erfindung verkörpernde Vorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 9 bis 12 beschrieben.
Die Figur 9 zeigt eine alternative Ausführungsform des Kodierers, wobei Pixeldaten und eine Bitkarte in einem Speicher 501 gespeichert sind. Der Speicher 501 kann ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) sein. Zwischen einem Datenbus 502 und einer externen Einheit werden Daten über ein Eingangs-/Ausgangstor (I/O-Tor) 503 übertragen. Eine Mittelwert-/Vorausbestimmungsschaltung 504 erzeugt einen Mittelwert von zwei ausgewählten peripheren Referenzpixelsamples und erzeugt auch einen vorausbestimmbaren Fehler zwischen dem Mittelwert und dem Wert eines Subjektpixelsamples. Der aus der Schaltung 504 erhaltene vorausbestimmbare Fehler wird einem Diskriminator 505 für vorausbestimmbare Fehler zugeführt, in welchem eine Entscheidung darüber getroffen wird, ob der vorausbestimmbare Fehler größer oder nicht größer als ein von einer Schwellenwertdatenerzeugungsschaltung 506 zugeführter Schwellenwert ist. Eine Bitkartenerzeugungsschaltung 507 erzeugt eine Bitkarte, die in Abhängigkeit davon, ob der vorausbestimmbare Fehler kleiner oder größer als der Schwellenwert ist, "0" oder "1" wird. Die auf diese Weise erzeugte Bitkarte wird über dem Datenbus 502 im Speicher 501 gespeichert.
Eine Speicher-Lese-/-Schreib-Steuerschaltung (R/W-Steuerschaltung) 508 ist zum Steuern von Schreib- sowie Leseoperationen vorgesehen. Der Speicher 501, das I/O-Tor 503, die Mittelwert-/Vorausbestimmungsschaltung 504, die Schwellenwertdatenerzeugungsschatlung 506 und die Bitkartenerzeugungschaltung 507 werden durch die Speicher R/W-Steuerschaltung 508 gesteuert. Wenn bei der Ausführungsform nach Figur 9 "0" als Bitkarte übertragen wird, wird der Wert des Subjektpixelsamples mit dem Mittelwert ausgetauscht und die Daten des Subjektpixelsamples werden deshalb nicht übertragen. Wenn andererseits "1" als Bitkarte übertragen wird, werden die Daten des Subjektpixelsamples übertragen. Folglich wird die Subabtastung variabler Dichte derart ausgeführt, daß die Übertragung der Subjektpixelsampledaten unter einer Steuerung entsprechend dem numerischen Wert des vorausbestimmbaren Fehlers bestimmt werden.
Figur 10 zeigt eine alternative Ausführungsform des Dekodierers, wobei die Pixelsampledaten und die Bitkarte, die aus dem I/O-Tor 603 empfangen werden, über einen Datenbus 602 in einem Speicher 601 gespeichert werden. Wenn das Bit in der Bitkarte "1" ist, werden die Subjektpixelsamples ohne Modifikation direkt benutzt. Wenn andererseits dieses Bit "0" ist, wird der Wert des empfangenen Subjektpixelsamples mit einem Mittelwertdatensignai interpoliert, das aus einer Mittelwerterzeugungsschaltung 604 erhalten wird. Ein Bitkartendiskriminator 605 prüft die Bitkarte und macht eine Entscheidung darüber, ob das mit dem zu verarbeitenden Subjektpixel korrespondierende Bit "1" oder "0" ist. Der Speicher 601, das I/O- Tor 603 und die Mittelwerterzeugungsschaltung 604 werden durch eine Speicher-R/W-Steuerschaltung 606 gesteuert.
Der Betrieb des Kodierers wird jetzt unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach Figur 11 beschrieben. Zuerst werden die mit bezeichneten Pixelsamples in ihrer Gänze übertragen (Schritt 701). Dann werden die Daten jedes Subjektpixels vom Mittelwert des oberen und unteren Referenzpixelsamples , die durch zwei Zeilen vertikal voneinander beabstandet sind, vorausbestimmt (Schritt 702). Dann wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob der vorausbestimmbare Fehler größer oder kleiner als der Schwellenwert ist (Schritt 703). Wenn der vorausbestimmbare Fehler kleiner als der Schwellenwert ist, wird "0" als Bitkarte übertragen, so daß die ursprünglichen Daten des Subjektpixelsamples mit dem vorausbestimmten Wert, beispielsweise dem Mittelwert, ausgetauscht und nicht übertragen werden (Schritt 704). Wenn der vorausbestimmbare Fehler den Schwellenwert überschreitet, wird "1" als Bitkarte übertragen, und deshalb werden die ursprünglichen Daten des Subjektpixelsamples übertragen (Schritt 705).
Danach werden die Daten jedes durch bezeichneten Subjektpixelsamples vom Mittelwert zweier peripherer Referenzpixelsample od. ,die um zwei Pixelsample horizontal voneinander beabstandet sind, vorausbestimmt (Schritt 706). Dann wird beim nächsten Schritt 707 eine Entscheidung darüber getroffen, ob der vorausbestimmbare Fehler größer oder kleiner als der Schwellenwert ist. Wenn der vorausbestimmbare Fehler kleiner als der Schwellenwert ist, wird "0" als Bitkarte übertragen, so daß die ursprünglichen Daten des Subjektpixelsamples mit dem vorausbestimmten Wert ausgetauscht und nicht übertragen werden (Schritt 708). Wenn anstelle dessen der vorausbestimmbare Fehler den Schwellenwert überschreitet, wird "1" als Bitkarte übertragen, und deshalb werden die ursprünglichen Daten des Subjektpixelsamples übertragen (Schritt 709).
Danach werden die Daten jedes Subjektpixelsamples Δ aus dem Mittelwert zweier peripherer Referenzpixelsamples - oder - , die auf einer oberen und unteren Zeile angeordnet sind, vorausbestimmt (Schritt 710). Beim nächsten Schritt 711 wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob der vorausbestimmbare Fehler größer oder kleiner als der Schwellenwert ist. Wenn der vorausbestimmbare Fehler kleiner ist, wird "0" als Bitkarte übertragen, so daß die ursprünglichen Daten des Subjektpixelsamples durch den vorausbestimmten Fehler ersetzt und nicht übertragen werden (Schritt 712). Wenn der vorausbestimmbare Fehler größer ist, wird "1" als Bitkarte übertragen, und deshalb werden die ursprünglichen Daten des Subjektpixelsamples übertragen (Schritt 713).
Dann werden die Daten jedes mit x bezeichneten Subjektpixelsamples aus dem Mittelwert zweier peripherer Referenzpixel - , Δ - Δ oder - , die auf einem linken und rechten Samplepunkt angeordnet sind, vorausbestimmt (Schritt 714). Bei einem Schritt 715 wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob der vorausbestimmbare Fehler größer oder kleiner als der Schwellenwert ist. Wenn der vorausbestimmbare Fehler kleiner ist, wird "0" als Bitkarte übertragen, so daß die ursprünglichen Daten des Subjektpixelsamples durch den Mittelwert ersetzt und nicht übertragen werden (Schritt 716). Wenn der vorausbestimmbare Fehler größer ist, wird "1" als Bitkarte übertragen, und deshalb werden die ursprünglichen Daten des Subjektpixelsamples übertragen (Schritt 717).
Wie oben beschrieben, werden die vertikale und horizontale Kompression abwechselnd wiederholt und das Intervall bei jeder Kompression um die Hälfte reduziert, wodurch der Prozeß sequentiell von einer groben Subabtastung bzw. Subabtastung mit niedriger Dichte zu einer feinen Subabtastung bzw. Subabtastung hoher Dichte ausgeführt wird.
Der Betrieb des auf der Empfängerseite vorgesehenen Dekodierers wird nun unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach Figur 12 beschrieben. Im Dekodierer werden Anfangs die Daten des elementaren Pixelsamples empfangen (Schritt 801). Dann wird die Bitkarte geprüft und eine Entscheidung darüber getroffen, ob das mit einem Subjektpixelsample korrespondierende Bit "0" oder "1" ist (Schritt 802). Wenn das Bit "0" ist, werden die Daten des elementaren Pixelsamples mit dem vertikalen Mittelwert der Daten des elementaren Pixelsamples interpoliert (Schritt 803). Wenn jedoch das Bit "1" ist, werden die empfangenen Daten des Subjektpixelsamples direkt benutzt (Schritt 804).
Danach wird die Bitkarte geprüft und eine Entscheidung darüber getroffen, ob das mit einem Subjektpixelsample korrespondierende Bit "0" oder "1" ist (Schritt 805). Wenn das Bit "0" ist, werden die Daten des Subjektpixelsamples mit dem Mittelwert der Daten zwei horizontaler peripherer Referenzpixelsamples, die als - oder - kombiniert sind, interpoliert (Schritt 806). Wenn das Bit "1" ist, werden die empfangenen Daten des Subjektpixelsamples direkt benutzt (Schritt 807).
Als nächstes wird bei einem Schritt 808 die Bitkarte geprüft und eine Entscheidung darüber getroffen, ob das mit einem Subjektpixelsample korrespondierende Bit "0" oder "1" ist. Wenn das Bit "0" ist, werden die Daten des Subjektpixelsamples Δ mit dem Mittelwert der Daten zweier vertikaler peripherer Referenzpixelsamples, die als - oder - kombiniert sind, interpoliert (Schritt 809). Wenn das Bit "1" ist, werden die empfangenen Daten des Subjektpixelsamples Δ direkt benutzt (Schritt 810).
Beim nächsten Schritt 811 wird die Bitkarte geprüft und eine Entscheidung darüber getroffen, ob das mit einem Subjektpixelsample x korrespondierende Bit "0" oder "1" ist. Wenn das Bit "0" ist, werden die Subjektpixeldaten x mit dem Mittelwert der Daten zweier horizontaler peripherer Referenzpixelsamples, die als - , - oder - kombiniert sind, interpoliert (Schritt 812). Wenn jedoch das Bit "1" ist, werden die empfangenen Daten des Subjektpixelsamples x direkt benutzt (Schritt 813).
Beim Vergleich der zweiten Ausführungsform nach den Figuren 9 bis 12 mit der ersten Ausführungsform nach den Figuren 3 bis 6 wird der Hardwaremaßstab aufgrund des Erfordernisses eines Einfeldoder Einrahmen-Speichers bei der zweiten Ausführungsform größer und die benötigte Bearbeitungszeit wird länger gemacht, so daß die zweite Ausführungsform nicht die für eine Stehbildverarbeitung am besten geeignete ist. Da jedoch der Wert jedes auszudünnenden Pixelsamples durch den vorherbestimmten Wert ersetzt wird, wird der Vorteil erzielt, daß die Akkumulation der vorausbestimmbaren Fehler im Fall der ein solches Pixelsample verwendenden Vorausbestimmung bzw. Vorhersage reduziert werden kann.
Die schrittweise Kodierung realisiert eine sequentielle Anzeige, die ohne das Erfordernis einer Datenwiederanordnung eine Änderung von einem groben Bild zu einem feinen Bild realisiert. Darüberhinaus ist das Problem einer in einer differentiellen Impulskodemodulation (DPCM) auftretenden Fehlerfortpflanzung aufgrund der wiederholten Verarbeitung lokal konvergenter Muster minimiert.
Die Ergebnisse beispielhafter Simulationen, die durch die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung erhalten worden sind, sind im folgenden aufgelistet: Kompressionsrate % Signal-Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) (dB) Fleischfarbenkarte Frau mit Kopfband Wettervorhersage Schweizer Land- schaft Tulpe Roboter
Aus den Ergebnissen der oben aufgelisteten Simulationen ergibt sich, daß ein bemerkenswert hohes Signal-Rausch-Verhältnis von 44 bis 45 dB erzielt wird, um eine zufriedenstellende Qualität des wiedergegebenen Bildes sicherzustellen, und die Kompressionsrate wird ebenfalls vergrößert oder verbessert.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Vorausbestimmungsmodus nicht auf den Mittelwert allein beschränkt, sondern es können alternativ andere geeignete Moden angewendet werden.
Ebensogut wie bei den oben beschriebenen Beispielen, bei denen Pixelsamples entweder übertragen oder ausgedünnt werden, kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden, indem anstelle des Ausdünnens der Pixelsamples die Zahl ihrer Bits reduziert und nur die Bits höherer Ordnung allein übertragen werden.
Darüberhinaus können die Intervalle der elementaren Pixel in Übereinstimmung mit dem Bild geändert werden.
Es versteht sich, daß bei der zweiten Ausführungsform ebenso die Beseitigung des Rauschens durch die Verwendung eines nichtlinearen Filters ausgeführt werden kann.
Es ist auch möglich, nur die Kennzeichendaten zu sammeln und sie in einem Lauflängenkode zu kodieren, so wie es bei einem faximile Übertragungsfeld verwendet wird.

Claims

1. Verfahren zur Kompressionskodierung eines Videosignals, mit den Schritten:

Empfangen eines digitalen Videosignals, das durch jeweilige Pixelsamples ( , , , Δ, x) dargestellt ist, deren jedes eine vorbestimmte Zahl Bits aufweist,

Bestimmen jeweiliger elementarer Pixelsamples ( ) mit einer vorbestimmten Rate,

Vorausbestimmen (702, 706, 710, 714) von Werten jeweiliger Subjektpixelsamples ( , , Δ, x), die anders als die elementaren Pixelsamples (O) sind,

Detektieren von vorausbestimmbaren Fehlern (e) der vorausbestimmten Werte aus den vorliegenden Werten der Subjektpixelsamples ( , , Δ, x) und

Übertragen (701) der vorliegenden Werte der elementaren Pixelsamples (O) in einem kodierten Videosignal, gekennzeichnet durch die Schritte Vergleichen (703, 708, 711, 715) der jeweiligen vorausbestimmbaren Fehler (e) mit einem Schwellenwert (TH),

Setzen (704, 705, 708, 709, 712, 713, 716, 717) jeweiliger Kennzeichen in Abhängigkeit davon, ob die vorausbestimmbaren Fehler (&epsi;) als größer als der Schwellenwert (TH) oder als kleiner oder gleich dem Schwellenwert (TH) bestimmt werden, und

Übertragen (704, 705, 708, 709, 712, 713, 716, 717) in dem kodierten Videosignal die vorliegenden Werte der Subjektpixelsamples ( , , Δ, x), bei welchen die jeweiligen vorausbestimmbaren Fehler (&epsi;) größer als der Schwellenwert (TH) sind, und pro Subjektpixelsample ( , , Δ, x), bei welchem der jeweilige vorausbestimmbare Fehler (&epsi;) kleiner oder gleich dem Schwellenwert (TH) ist, ein komprimiertes Datensignal,wobei jedes der komprimierten Datensignale wenigstens das jeweilige Kennzeichen enthält.

2. Verfahren zum Dekodieren eines durch ein Verfahren nach Anspruch 1 kodierten Videosignals, bestehend aus den Schritten:

Empfangen des übertragenen kodierten Videosignals,

Vorausbestimmen (803, 806, 809) eines Subjektpixelsamplewertes pro komprimiertem Datensignal,

Interpolieren (806, 809, 812) der mit den jeweiligen komprimierten Datensignalen korrespondierenden jeweiligen Subjektpixel ( , , Δ, x) wobei die jeweiligen Subjektpixelsamplewerte beim Schritt des Vorausbestimmens vorherbestimmt werden, und

Ausgeben eines dekodierten Videosignals, welches die vorliegenden Werte der elementaren Pixelsamples ( ), die in dem übertragenen kodierten Videosignal enthaltenen vorliegenden Werte der jeweiligen Subjektpixelsamples und die beim Schritt des Interpolierens interpolierten jeweiligen Subjektpixelsamples enthält.

3. Vorrichtung zur Kompressionskodierung eines Videosignals, bestehend aus:

einer Einrichtung (4) zum Empfang eines digitalen Videosignals, das durch jeweilige Pixelsamples ( , , , Δ, x), deren jedes eine vorbestimmte Anzahl Bits aufweist, dargestellt ist,

einer Einrichtung (118, 119) zur Bestimmung jeweiliger elementarer Pixelsamples ( ) mit einer vorbestimmten Rate, einer Einrichtung (212) zur Vorausbestimmung von Werten jeweiliger Subjektpixelsamples ( , , Δ, x), die anders als die elementaren Pixelsamples ( ) sind,

einer Einrichtung (122, 123) zur Detektion jeweiliger vorausbestimmbarer Fehler (&epsi;), der vorausbestiinmten Werte aus den vorliegenden Werten der Subjektpixelsamples ( , , Δ, x), und

einer Einrichtung (126, 127) zur Übertragung der vorliegenden Werte der elementaren Pixelsamples ( ) in einem kodierten Videosignal,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (124, 125) zum Vergleich der jeweiligen vorausbestimmbaren Fehler (e) mit einem Schwellenwert (TH), eine Einrichtung (124) zum Setzen jeweiliger Kennzeichen in Abhängigkeit davon, ob die vorausbestimmbaren Fehler (&epsi;) als größer als der Schwellenwert (TH) oder kleiner oder gleich dem Schwellenwert (TH) bestimmt sind,

eine Einrichtung (126, 127, 128) zur Übertragung im kodierten Videosignal die Werte der vorliegenden Werte der Subjektpixelsamples ( , , Δ, x), bei welchen die jeweiligen vorausbestimmbaren Fehler größer als der Schwellenwert (TH) sind, und pro Subjektpixelsample ( , , Δ, x), bei welchem der jeweilige vorausbestimmbare Fehler kleiner oder gleich dem Schwellenwert (TH) ist, ein komprimiertes Datensignal, wobei jedes der komprimierten Datensignale wenigstens das jeweilige Kennzeichen enthält.

4. Vorrichtung zur Dekodierung eines durch eine Vorrichtung nach Anspruch 3 kodierten Videosignals, bestehend aus:

einer Einrichtung (603) zum Empfang des übertragenen kodierten Videosignals,

einer Einrichtung (601, 604) zur Vorausbestimmung eines Subjektpixelsamples pro komprimiertem Datensignal,

einer Einrichtung (604) zur Interpolation der mit den jeweiligen komprimierten Datensignalen korrespondierenden jeweiligen Subjektpixelsamples ( , , Δ, x), wobei die jeweiligen Subjektpixelsamplewerte in der Einrichtung zur Vorausbestimmung vorherbestimmt sind, und

einer Einrichtung (603, 606) zur Ausgabe eines dekodierten Videosignals, das die vorliegenden Werte der elementaren Pixelsamples ( ), die vorliegenden Werte der in dem übertragenen kodierten Videosignal enthaltenen jeweiligen Subjektpixelsamples und die in der Einrichtung zur Interpolation interpolierten jeweiligen Subjektpixelsamples enthält.