DE3940554C2

DE3940554C2 - Vorrichtung zur Kompression von Bildsignalen und System zur Kompression und Expansion von Bildsignalen

Info

Publication number: DE3940554C2
Application number: DE3940554A
Authority: DE
Inventors: Osamu Saito; Mikio Watanabe; Kenji Moronaga
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1988-12-10
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2009-12-08
Also published as: US5170264A; DE3940554A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompression von Bildsignalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein System zur Kompression und Expansion von Bildsignalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.

Digitale Bilddaten, die ein Bild repräsentieren, welches beispielsweise durch eine elektronische Standbildkamera aufgenommen wurde, werden in einem Speicher gespeichert. Es wurden unterschiedliche Arten von Kompressionskodier verfahren vorgeschlagen, um die Menge derartiger digitaler Bilddaten zu verringern und auf diese Weise die erforder liche Speicherkapazität zu verringern. Von diesen Vor schlägen wird ein zweidimensionales orthogonales Trans formationskodierverfahren in weitem Maße eingesetzt, da es Daten durch ein großes Kompressionsverhältnis kodiert, und da es zuläßt, daß nur minimale Bildstörungen aufgrund des Kodierens auftreten.

Ein zweidimensionales orthogonales Transformationskodieren erfolgt auf solche Weise, daß Bilddaten, die ein einziges Bild darstellen, in mehrere Blöcke unterteilt werden, und daß die Bilddaten blockweise einer zweidimensionalen orthogonalen Transformation unterzogen werden. Die ortho gonal transformierten Bilddaten, also Transformations koeffizienten, werden mit einem vorbestimmten Schwellen wert verglichen, um die Transformationskoeffizienten auszuscheiden, die niedriger sind als der Schwellenwert (Schwellen kodierung). Die Transformationskoeffizienten, die niedriger sind als der Schwellenwert, werden daraufhin als Nulldaten behandelt. Die verbleibenden Daten werden durch einen vorbestimmten Quantisierungsstufenwert oder Normalisierungs koeffizienten geteilt, und hierdurch mit einer Stufen größe quantisiert oder normalisiert. Mit dieser Art des Verfahrens werden die Werte der Transformationskoeffizienten, also der dynamische Bereich der Amplituden unterdrückt.

Bei dem voranstehend beschriebenen zweidimensionalen orthogonalen Transformationskodierverfahren bleiben einige Probleme ungelöst. Insbesondere führt das Kodieren von Bilddaten durch Einsatz eines vorbestimmten Normalisier ungskoeffizienten auf Transformationskoeffizienten zu einer Datenmenge, die sich von einem kodierten Bilddatenwert zum nächsten ändert. Derartige kodierte Bilddaten können nicht in einen Speicher mit begrenzter Kapazität geschrieben werden, ohne daß eine aufwendige Verarbeitung erforderlich wird. Im einzelnen werden, wenn ein vorbestimmter Normal isierungskoeffizient verwendet wird, Bilddaten, die viele Komponenten hoher Frequenz aufweisen, nach der Kodierung eine große Datenmenge aufweisen, wogegen Bilddaten, die viele niederfrequente Komponenten haben, nach der Kodierung eine kleine Datenmenge haben. Die kodierten Daten der Bilddaten, bei denen hochfrequente Komponenten überwiegen, betragen in einigen Fällen ein 5- bis 10faches der kodierten Daten der Bilddaten, bei welchen niederfrequente Kompo nenten vorherrschen.

Wenn eine bestimmte Art eines Bildes wie voranstehend beschrieben in Blöcke unterteilt wird, so treten zwei verschiedene Arten von Blöcken auf, nämlich eine Gruppe von Blöcken, die viele hochfrequente Komponenten auf weisen, und eine Gruppe von Blöcken, die viele nieder frequente Komponenten aufweisen. Trotz der Tatsache, daß das Bild als Ganzes beispielsweise mehr hochfrequente Daten aufweist als niederfrequente Komponenten, werden dann einige Blöcke mehr niederfrequente Komponenten als hochfrequente Komponenten aufweisen. Wenn in diesem Zustand ein großer Normalisierungskoeffizient bei all den Blöcken eingesetzt wird, die das Bild ausmachen, führt dies zu Störungen bei den normalisierten Bilddaten der Blöcke, die viele niederfrequente Komponenten haben. Dies würde zu einer Qualitätsverringerung eines reproduzierten Bildes führen.

Weiterhin erfordert die zweidimensionale orthogonale Transformationskodiersequenz eine Division, welche einen Normalisierungskoeffizienten benutzt. Die Division ist nicht ohne einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden, genauen Teiler möglich, also nicht ohne den Umfang des Gerätes zu vergrößern.

Aus der Druckschrift "Adaptive Coding of Monochrome and Color Images" von Wen-Hsiung Chen und C. Harrison Smith in den IEEE Transactions on Communications, VOL. COM-25, No. 11, November 1977 ist ein adaptives Kodierschema für monochrome und farbige Bilder bekannt. Das beschriebene Kodierverfahren verwendet eine diskrete Kosinustransformation, um Teilblöcke eines Bildes in den Transformationsbereich zu transformieren, in dem die Bildinformation durch Koeffizienten für den Gleich- und Wechse lanteil dargestellt wird. Eine höhere Kompressionsrate kann da durch erreicht werden, daß die transformierten Blöcke in ver schiedene Gruppen klassifiziert werden, jeweils entsprechend der Wechselleistung jedes Blocks. Die Wechselleistung (Aktivität) wird dabei durch Aufsummieren der Wechsellei stungstransformationskoeffizienten innerhalb jedes Blocks ge messen. Entsprechend zu dem jeweils ermittelten Aktivitätspegel für jeden Block wird den wechselleistungskoeffizienten jeweils eine andere Zahl von Quantisierungsstufen zugeordnet.

Eine Verbesserung des eben beschriebenen Kodierverfahrens ist aus der Druckschrift "Scene Adaptive Coder" von Wen-Hsiung Chen und William K. Pratt aus den IEEE Transactions on Communica tions, VOL. COM-32, No. 3, März 1984 bekannt. Die Autoren be schreiben ein Kodierverfahren, bei dem nach einer blockweisen diskreten Kosinustransformation der Bilddaten die berechneten Transformationskoeffizienten einer Schwellenkodierung unterzo gen werden. Nach der Schwellenkodierung werden die Koeffizien ten normalisiert, quantisiert und Huffman-kodiert, bevor sie in einem Zwischenspeicher gespeichert werden. Der Zwischenspeicher hat eine variable Eingangsdatenrate und eine konstante Aus gangsdatenrate. Um die konstante Ausgangsdatenrate ohne Daten verlust ermöglichen zu können, kann der Zwischenspeicher je nach Füllstand den Schwellenwert der Schwellenkodierung oder einen Normalisierungsfaktor beeinflussen, um die zu übertragen de Datenrate nicht über die festgelegten Ausgangsdatenrate an steigen zu lassen.

In dem Aufsatz "Transformationen zur Datenkompression von Grau wertbildern" von Steffen Mehnert in der Zeitschrift "Bild und Ton" Nr. 9, 1987 wird ein Transformationskodiersystem beschrie ben, bei dem ein optimaler Schwellenwert für die Schwellenko dierung auf der Grundlage sogenannter Aktivitätsfunktionen er mittelt wird, um die Schwelle für jeden Block optimal an die lokalen Bildeigenschaften anzupassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Kompression von Bilddaten und ein System zur Kompression und Expansion von Bildsignalen anzugeben, die eine Normalisierung aufweisen, die an die lokalen Bildeigenschaften angepaßt ist und dennoch gleichzeitig nur eine geringe Anzahl zusätzlich zu übertragen der Daten erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 für ein Gerät zur Kompression von Bilddaten ge löst und durch die Merkmale des Patentanspruchs 11 für ein Sy stem zur Kompression und Expansion von Bilddaten.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild mit einer Dar stellung eines Bildsignalkompressionskodiergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild mit einer Dar stellung eines Expansionsdekodiergerätes, ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung, welches so aufgebaut ist, daß es Bilddaten dekodiert, welche durch das Gerät von Gerät 1 kodiert werden;

Fig. 3 ein Beispiel für Daten, die einer zweidimensionalen orthogonalen Transformation unterworfen wurden;

Fig. 4 einen Block, der in Unterblöcke aufgeteilt ist;

Fig. 5 ein Beispiel für Gewichtstabellendaten;

Fig. 6 eine Sequenz zum Kodieren von Laufzeiten und von Amplituden ungleich null;

Fig. 7 ein Blockschaltbild mit einer schamatischen Dar stellung einer alternativen Ausführungsform des Kompressionskodiergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8A bis 8C Filter, welche für die Berechnung von Aktivitäten verfügbar sind;

Fig. 9 die Art der Berechnung einer Aktivität unter Verwendung eines Filters;

Fig. 10 ein Beispiel für Bildpunktdaten, welche einen Block bilden;

Fig. 11A und 11B Nachschlagetabellen, welche verwendet werden können, um die Summe der Aktivitäten in einen Normalisierungskoeffizienten umzuwandeln;

Fig. 12 ein schematisches Blockschaltbild mit einer Dar stellung einer weiteren alternativen Ausführungs form des Kompressionskodiergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13A und 13B die Gewichte von Daten, die einzeln Ge wichtstabellen zugeordnet sind, welche in dem Gerät von Fig. 12 vorgesehen sind;

Fig. 14 ein schematisches Blockschaltbild mit einer Dar stellung einer weiteren alternativen Ausführungs form des Kompressionskodiergeräts gemäß der vor liegenden Erfindung; und

Fig. 15 ein schematisches Blockschaltbild mit einer Dar stellung einer alternativen Ausführungsform des Dekodiergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, welches so aufgebaut ist, daß es Bilddaten dekodiert, welche durch das Gerät von Fig. 1 kodiert wurden.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Kompressionskodier gerät gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt und umfaßt einen Teilerabschnitt 12, der als Rahmenpuffer ausge führt ist. Ein Rahmen von Standbilddaten, die beispiels weise durch eine elektronische Standbildkamera aufgenommen wurden, wird über einen Eingangsanschluß 10 dem Teiler abschnitt 12 zugeführt und dort gespeichert. Der Teiler abschnitt 12 teilt diesen einen Rahmen der Bilddaten in mehrere Blöcke und liefert diese blockweise an einen zweidimensionalen orthogonalen Transformationsabschnitt 14. Der orthogonale Transformationsabschnitt 14 trans formiert die Bilddaten blockweise durch eine diskrete Cosinustransformation, eine Hadamardtransformation oder eine ähnliche zweidimensionale orthogonale Transformation, wie sie im Stand der Technik bekannt ist.

Jeder Bilddatenblock, der wie voranstehend beschrieben einer zweidimensionalen orthogonalen Transformation unter worfen wurde, wird in Zeilen und Spalten angeordnet, wie in Fig. 3 dargestellt ist. In Fig. 3 nimmt die Reihenfolge der Daten sequentiell von oben links in durch Pfeile angedeuteten Richtungen zu. Der Ausgang des ortho gonalen Transformationsabschnitts 14 wird einem Normalisier ungsabschnitt 16 zugeführt.

Der Normalisierungsabschnitt 16 vergleicht die trans formierten Bilddaten, also die Transformationskoeffizienten von dem orthogonalen Transformationsabschnitt 14, mit einem vorbestimmten Schwellenwert, um so die Koeffizienten auszuschalten, die kleiner sind als der Schwellenwert. Andere als die ausgeschiedenen Transformationskoeffizienten werden durch eine vorbestimmte Quantisierungsstufengröße oder einen Normalisierungskoeffizienten α geteilt und hierdurch durch den Normalisierungskoeffizienten α quanti siert. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind zwei unterschiedliche Arten von Normalisierungskoeffizienten verfügbar, sie werden jeweils einzeln ausgewählt durch ein Wahlsignal von einem Normalisierungskoeffizienten Auswahlabschnitt 22, der nachstehend beschrieben wird. Im einzelnen werden in einem Speicher exklusive Normali sierungskoeffizienten für die Blöcke gespeichert, die hochfrequente Komponenten enthalten, sowie exklusive Normalisierungskoeffizienten für die anderen Blöcke, die niederfrequente Komponenten haben, wobei der Speicher nicht dargestellt ist, und die Auswahl der Normalisierungs koeffizienten erfolgt durch das voranstehend angegebene Auswahlsignal.

Jeder Datenblock von dem Teilerabschnitt 12 wird ebenfalls einem Blockaktivitätsberechnungsabschnitt 20 zugeführt. Der Blockaktivitätsberechnungsabschnitt 20 bestimmt die Aktivitäten der einzelnen Blöcke, also die Grade der einzelnen Blöcke, bei welchen Bilddaten hochfrequenter Komponenten vorherrschend sind.

Es wird angenommen, daß jeder der dividierten Blöcke aus acht mal acht Bildpunkten besteht, wie beispielhaft in Fig. 3 gezeigt ist. Dann haben bestimmte Bildpunkt daten Xÿ (i, j = 0, . . ., 7) eine Aktivität ACT(i, j), die ausgedrückt wird durch:

wobei

Wie die voranstehende Gleichung deutlich macht wird die Aktivität ACT(i, j) bestimmt durch Durchschnittsbildung der Werte der 8×8 Bildpunktdaten, die einen Block bilden, und durch Addition der Absolutwerte der Unterschiede zwischen den einzelnen Bildpunktdaten und dem Mittelwert DC(i, j) zu dem sich ergebenden Mittelwert DC(i, j). Genauer gesagt werden die einzelnen Bildpunktdaten eines Blocks addiert, und dann wird die Summe durch 64 geteilt, um den Mittelwert DC(i, j) zu erzeugen. Dieses Verfahren benötigt nur einen Addierer und die Verschiebung von Daten. Darüberhinaus kann die Aktivität ACT(i, j) erhalten werden durch Verwendung des Mittelwerts DC(i, j) sowie eines Absolutwertschaltkreises und eines Addierers. Daher kann die Aktivität berechnet werden, ohne daß ein Multi plizierer und ein Teiler zu Hilfe genommen werden müssen.

Fig. 4 zeigt einen alternativen Lösungsweg für die Be rechnung der blockweisen Aktivität. Wie dort dargestellt ist wird ein Block in vier Unterblöcke 1, 2, 3 und 4 unterteilt, und die Aktivitäten werden miteinander unter blockweise addiert. In diesem Fall wird die Aktivität ACT(i, j) in dem Block durch die folgende Gleichung be stimmt:

Bei der voranstehenden Gleichung zeigen der erste bis vierte Term jeweils den Grad des ersten Unterblocks bis zum vierten Unterblock, bei welchem hochfrequente Komponenten in den Bilddaten vorherrschen. Der erste Term beispiels weise repräsentiert die Summen der Absolutwerte von Unter schieden zwischen den einzelnen Bilddaten, welchen den Unterblock 1 bilden, und den Mittelwert der Bilddaten des Unterblocks 11. Dies zeigt den Grad an, mit welchem hochfrequente Komponenten in dem Unterblock 1 vorherrschen.

Durch Bestimmung des Grades hochfrequenter Komponenten, die in jedem Unterblock enthalten sind, und Addieren der sich ergebenden Grade sämtlicher Unterblöcke, wie voranstehend beschrieben wurde, kann die Aktivität des gesamten Blockes mit höherer Genauigkeit berechnet werden. Ein derartiges alternatives Verfahren zur Berechnung einer Blockaktivität ist ebenfalls erfolgreich in der Hinsicht, daß das Erfordernis eines Multiplizierers und eines Teilers wegfällt.

In den Fig. 8A bis 8C sind bestimmte Ausführungsformen eines Filters gezeigt, der eine weitere Ausführungsform zur Berechnung der blockweisen Aktivität darstellt. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wird jedes dieser derartigen Filter sequentiell von oben links bis unten rechts eines Blockes bewegt, wie durch einen Pfeil in der Figur ange deutet ist. Die von dem Filter 180 ausgegebenen resultieren den Bildpunktdaten werden aufsummiert, um eine Aktivität des bestimmten Blockes zu erzeugen. Wenn beispielsweise das in Fig. 8A gezeigte Filter 180 oben links an dem Block angeordnet ist, multipliziert es einen Bildpunkt X_{i+1, j+1}, der in Fig. 10 gezeigt ist, mit 8 und multi pliziert Bildpunkte X_{i, j}, Xi_{i+1, j}, X_{i+2, j}, X_{i, j+1}, X_{i+2, j+1}, X_{i, j+2}, X_{i+1, j+2} und X_{i+2, j+2} mit -1. Die sich ergebenden Produkte werden aufsummiert, um eine Aktivität des Blockes zu berechnen. Wenn die neun von dem Filter 180 ausgegebenen Bildpunktdaten identisch sind, was bedeutet, daß die Bildpunkte keine Übergänge aufweisen und Gleichspannungskomponenten sind, so ist die Summe der Ausgangsbildpunktdaten des Filters 180 null. Durch derartige Abtastung eines Blockes durch das Filter 180 und Aufsummieren der sich ergebenden Bild punktdaten wird eine Aktivität des Blockes bestimmt. Die beispielsweise in den Fig. 8A bis 8B gezeigten Filter können selektiv in angepaßter Beziehung zu Fre quenzen eingesetzt werden, die bei der Berechnung einer Aktivität hervorgehoben werden sollen. Auch diese Vor gehensweise eliminiert das Erfordernis für einen Multi plizierer und einen Teiler.

Der Blockaktivitätsberechnungsabschnitt 20 liefert die Aktivitäten ACT der einzelnen Blöcke, die auf eine der voranstehend beschriebenen Weisen erzeugt werden, an einen Normalisierungskoeffizientenauswahlabschnitt 22. Der Normalisierungskoeffizientenauswahlabschnitt 22 ver gleicht die Aktivität ACT jedes Blockes mit einer Schwelle T und führt dem Normalisierungsabschnitt 16 ein Auswahl signal zu. Das Auswahlsignal ist eine (logische) EINS, wenn die Aktivität ACT größer oder gleich der Schwel le T ist, und eine (logische) NULL, wenn erstere kleiner ist als letztere. Da die Aktivität ACT den Grad eines Blockes anzeigt, bei welchem hochfrequente Komponenten vorherrschen, zeigt das Auswahlsignal EINS, daß viele hochfrequente Komponenten vorhanden sind, wogegen das Auswahlsignal NULL anzeigt, daß viele niederfrequente Komponenten enthalten sind.

In Reaktion auf das Auswahlsignal normalisiert der Nor malisierungsabschnitt 16 Bilddaten oder Transformations koeffizienten durch Anwendung einer der beiden unter schiedlichen Arten von Normalisierungskoeffizienten hierauf, wie voranstehend angegeben wurde. Genauer gesagt teilt er einen Block von Bilddaten durch einen bestimmten Nor malisierungskoeffizienten, der für diesen Block ausge wählt wurde.

Während die Transformationskoeffizienten so gezeigt und beschrieben wurden, daß sie durch einen einzigen ausge wählten Normalisierungskoeffizienten α geteilt werden, kann der Normalisierungskoeffizient α in Kombination mit einer in Fig. 5 gezeigten Gewichtstabelle verwendet werden. Bei der in Fig. 5 dargestellten Gewichtstabelle werden niedrigere Werte niederfrequenten Komponenten zugeordnet, wogegen größere Werte höherfrequenten Kom ponenten zugeordnet werden, da Transformationskoeffizienten, die in dem niederfrequenten Bereich liegen, wichtiger sind als Daten. Die in der Gewichtstabelle T gezeigten Daten werden einzeln mit dem Normalisierungskoeffizienten α multipliziert, und dann werden die Transformations koeffizienten, abgesehen von den weggefallenen Koeffizienten, durch die einzelnen Produkte αT dividiert und hierdurch normalisiert. Unter der Annahme, daß ein Transformations koeffizient vor der Normalisierung gleich X ist, wird dann der normalisierte Transformationskoeffizient X′ erzeugt durch:

X′ = X/(αT)

Im einzelnen werden die niederfrequenten und die hoch frequenten Daten der Tabelle T jeweils den niederfrequenten beziehungsweise hochfrequenten Komponenten der Trans formationskoeffizienten X zugeordnet. Jeder Transfor mationskoeffizient X wird durch das Produkt seiner zuge ordneten Tabellendaten und des Normalisierungskoeffizienten α dividiert. Die Verwendung einer derartigen Gewichts tabelle T weist, verglichen mit dem einfachen Schema der Division durch α, Vorteile auf, da hierdurch die niederfrequenten Komponenten durch kleinere Werte und die höherfrequenten Komponenten durch größere Werte di vidiert werden, also bei letzteren ein kleineres beziehungs weise ein größeres Kompressionsverhältnis zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere ist ein Normalisierungsko effizient α, der bei einer Kompression in einer Betriebs weise mit hoher Bildqualität erhalten wird, an sich klein. Bei einer derartigen Betriebsart ist daher die Zuordnung größerer Werte zu den niederfrequenten Komponenten der Gewichtstabelle T und kleinerer Werte zu den niederfrequenten Komponenten in der Hinsicht erfolgreich, daß ein Überfluß verringert wird, der sich gewöhnlich bei niederfrequenten Komponenten konzentriert.

Die normalisierten Transformationskoeffizienten werden in einem Block angeordnet wie die Daten vor der Normali sierung, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Block normali sierter Transformationskoeffizienten wird sequentiell zickzackartig abgetastet, mit den niederfrequenten Kompo nenten zuerst.

Das Ausgangssignal des Normalisierungsabschnitt 16 wird einem zweidimensionalen Huffman-Kodierabschnitt 28 zuge führt. Bei den wie voranstehend beschrieben zickzackartig abgetasteten normalisierten Transformationskoeffizienten taucht null häufig andauernd auf. Daher bestimmt der Huffman-Kodierabschnitt 28 die Menge ständig auftretender Nullen, also die Lauflänge für Null und eine Amplitude von Nicht-Nullen. Die Nullauflänge und die Amplitude der Nicht-Nullen wird einem Multiplexer 64 zugeführt.

Das von dem Normalisierungskoeffizientenauswahlabschnitt 22 ausgegebene Auswahlsignal wird ebenfalls einem Lauf längenkodierer 24 zugeführt. Der Lauflängenkodierer 24 kodiert die Lauflängen der EINSEN und NULLEN des Auswahl signals. Da das Auswahlsignal blockweise erzeugt wird und die Aktivitäten naher Blöcke oft analog sind, taucht häufig ständig eine EINS oder NULL in dem Auswahlsignal auf. Daher bestimmt der Lauflängenkodierer 24 die Lauf länge der EINSEN oder NULLEN und kodiert die Lauflänge. Das Ausgangssignal des Lauflängenkodierers 24 wird an den Multiplexer 64 angelegt.

Der Multiplexer 64 wählt sequentiell die kodierten Bilddaten von dem zweidimensionalen Huffman-Kodierabschnitt 28 und die kodierten Normalisierungskoeffizientendaten von dem Lauflängenkodierer 24 aus und gibt diese über einen Ausgangsanschluß 32 aus. Die an dem Ausgangsanschluß 32 anliegenden Daten können einem Übertragungsanschluß (nicht dargestellt) zugeführt werden, oder können auf einer Magnetscheibe oder einem ähnlichen Aufzeichnungs medium aufgezeichnet werden.

Wie voranstehend beschrieben wurde wird bei der beispiel haften Ausführungsform eine Aktivität blockweise berechnet, welche den Anteil hochfrequenter Komponenten in einem Block repräsentiert, und es werden blockweise Bilddaten normalisiert, indem ein bestimmter Normalisierungskoef fizient ausgewählt wird. Dies gestattet es, Bilddaten auf der Blockgrundlage durch einen adäquaten Normali sierungskoeffizienten zu normalisieren.

Das Normalisieren des gesamten Bildes unter Verwendung eines einzigen Normalisierungskoeffizienten weist den folgenden Nachteil auf. Wenn ein Bild beispielsweise einen wesentlichen Anteil hochfrequenter Komponenten aufweist, so werden sämtliche Blöcke durch einen ver hältnismäßig großen Normalisierungskoeffizienten normali siert, also werden selbst die Blöcke, die viele nieder frequente Komponenten enthalten, durch den großen Normali sierungskoeffizienten normalisiert. Die sich ergebenden Bilddaten weisen Störungen auf, und dies führt dazu, daß das reproduzierte Bild verschlechtert ist.

Im Gegensatz hierzu kann die beispielhafte Ausführungs form Bilder hoher Qualität reproduzieren, da sie einen Normalisierungskoeffizienten blockweise auswählt. Da - wie voranstehend erwähnt - ein Normalisierungskoef fizientenauswahlssignal zusammen mit kodierten Bilddaten ausgegeben wird, kann ein Dekodiergerät die Bilddaten unter Verwendung der blockweisen Normalisierungskoeffizienten dekodieren. Darüberhinaus ist die beispielhafte Ausführungs form erfolgreich bei der Verringerung der Datenmenge, da das Normalisierungskoeffizientenauswahlsignal in Form kodierter Lauflängen aufgegeben wird.

Zwar wählt die beispielhafte Ausführungsform einen zweier verschiedener Normalisierungskoeffizienten durch Vergleich einer Aktivität mit einem Schwellenwert aus, allerdings kann, wenn dies gewünscht ist, auch die Verwendung von drei oder mehr Normalisierungskoeffizienten erfolgen.

In Fig. 2 ist ein Bildsignalexpansionsdekodiergerät gezeigt, welches ebenfalls die vorliegende Erfindung verwendet und durch Expansion kodierte Bilddaten von dem Kodiergerät von Fig. 1 dekodiert. Wie dargestellt weist das Dekodiergerät einen Eingangsanschluß 70 auf, an welchen die komprimierten Bilddaten von dem Kodier gerät gemäß Fig. 1 angelegt werden. Die empfangenen Bilddaten werden einem Huffman-Dekodierabschnitt 72 zuge führt. Durch Verwendung von Daten, die von einer Huffman-Tabelle zugeführt werden, die nicht dargestellt ist, dekodiert der Huffman-Dekodierabschnitt 72 die Eingangs daten, um Nullauflängen und Nichtnull-Amplitudenbereiche und hierdurch die Transformationskoeffizienten zu er zeugen. Die Transformationskoeffizienten werden von dem Huffman-Dekodierabschnitt 72 einem inversen Normalisierungs abschnitt 80 zugeführt. Andererseits werden die block weisen Normalisierungskoeffizientendaten, die durch den Eingangsanschluß 70 zusammen mit den Bilddaten ankommen, einem Lauflängendekodierer 88 zugeführt. In Reaktion hierauf dekodiert der Lauflängendekodierer 88 die block weisen Lauflängen-kodierten Normalisierungskoeffizienten daten und liefert diese an den inversen Normalisierungs abschnitt 80.

Der inverse Normalisierungsabschnitt 80 normalisiert invers die dekodierten Daten, die ihm von dem Huffman- Dekodierabschnitt 72 zugeführt werden, durch Verwendung der Normalisierungskoeffizientendaten, die von dem Lauf längendekodierer 88 ausgegeben werden. Genauer gesagt multipliziert der inverse Normalisierungsabschnitt 80 die dekodierten blockweisen Bilddaten von dem Huffman-De kodierabschnitt 72 mit den Normalisierungskoeffizienten, wodurch die Eingangsbilddaten invers normalisiert werden. In dem Falle, in welchem die dekodierten Bilddaten von dem Huffman-Dekodierabschnitt 72 durch Verwendung einer Gewichtstabelle, beispielsweise der in Fig. 5 gezeigten Tabelle T, normalisiert wurden, empfängt der inverse Normalisierungsabschnitt 80 durch den Eingangsanschluß 70 Daten, welche erzeugt wurden durch Multiplizieren der Daten T der Gewichtstabelle mit dem Normalisierungs koeffizienten α und Kodieren der Produkte in Lauflängen. In diesem Fall normalisiert der inverse Normalisierungs abschnitt 80 invers die Bilddaten durch Multiplizieren der Ausgangsdaten des Huffman-Dekodierabschnitts 72 mit αT.

Das Ausgangssignal des inversen Normalisierungsabschnitts 80 wird an einen zweidimensionalen inversen orthogonalen Transformationsabschnitt 82 angelegt und hierdurch einer zweidimensionalen inversen orthogonalen Transformation unterworfen. Das invers transformierte Ausgangssignal des Transformationsabschnitts 82 wird einem Kombinations abschnitt 84 zugeführt. Der Kombinationsabschnitt 84 kombiniert die mehreren Blöcke von Bilddaten, um die Originalbilddaten zu rekonstruieren, welche das gesamte Bild repräsentieren. Die rekonstruierten Bilddaten werden einer CRT (Kathodenstrahlröhre) 86 zugeführt und dort als ein Bild dargestellt. Falls gewünscht können die Bilddaten einem Drucker oder einem ähnlichen Aufzeichnungs gerät zugeführt werden.

Das Dekodiergerät mit dem voranstehend beschriebenen Aufbau kann Bilddaten, die durch Kompression mit dem Gerät von Fig. 1 kodiert wurden, durch Expansion de kodieren. Der inverse Normalisierungsabschnitt 80 normali siert invers Bilddaten durch Verwendung normalisierter Koeffizienten, welche an den Eingangsanschluß 70 zusammen mit Bilddaten angelegt und durch den Lauflängendekodierer 88 dekodiert werden. Daher kann das Dekodiergerät Bilddaten zugeordnet den Normalisierungskoeffizienten kodieren, welche blockweise zum Kodieren ausgewählt wurden. Dies gestattet es dem Dekodiergerät, Bilddaten durch Verwendung unterschiedlicher Arten von Normalisierungskoeffizienten zu dekodieren, die auf einer Blockgrundlage ausgewählt werden. Beispielsweise können ein Block, in welchem nieder frequente Komponenten vorherrschen, und ein Block, in welchem hochfrequente Komponenten vorherrschen, dadurch invers normalisiert werden, daß ihre Daten mit einem kleinen Wert beziehungsweise einem großen Wert multi pliziert werden. Das inverse Normalisieren von Bilddaten durch Auswahl eines adäquaten Normalisierungskoeffizienten blockweise, wie voranstehend beschrieben wurde, ist erfolg reich in der Vermeidung eines Nachteils, wie er bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik auftritt, welches Bilddaten dekodiert, die durch Verwendung desselben Normali sierungskoeffizienten bei allen Blöcken normalisiert wurden. Wenn Blöcke, die viele niederfrequente Komponenten aufweisen, durch denselben Normalisierungskoeffizienten normalisiert würden, wie er bei Blöcken eingesetzt wird, bei welchen hochfrequente Komponenten vorherrschen, so würde ein Bild gestört, und aus diesem Grunde ergäbe sich eine schlechte Wiedergabequalität.

Weiterhin kann das Dekodiergerät dadurch Bilddaten de kodieren, daß es mit Daten von einer Gewichtstabelle versorgt wird. Daher läßt es sich selbst dann verwenden, wenn unterschiedliche Arten von Gewichtstabellen block weise zum Zeitpunkt der Kodierung verwendet werden.

Unter Bezug auf Fig. 7 wird eine alternative Ausführungs form des Bildsignalkodiergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser besonderen Ausführungs form ist der Blockaktivitätsberechnungsabschnitt 20 mit einem Addierer 26 verbunden. Der Addierer 26 summiert blockweise Aktivitäten auf, die ihm von dem Berechnungs abschnitt 20 zugeführt werden, um hierdurch eine Gesamt aktivität zu erzeugen. Die Gesamtaktivität wird dem Norma lisierungskoeffizientensetzabschnitt 22 zugeführt.

Der Normalisierungskoeffizientensetzabschnitt 22 setzt einen Normalisierungskoeffizienten in Reaktion auf die Gesamtaktivität durch Verwendung beispielsweise einer Referenztabelle, die in einem nicht dargestellten Speicher gespeichert ist, und durch die in den Fig. 11A oder 11B gezeigte Umwandlung. In Fig. 11A ändert sich der Normalisierungskoeffizient proportional zur Summe der Aktivitäten, wogegen in Fig. 11B der Normalisierungs koeffizient mit einer niedrigeren Rate ansteigt als die Summe der Aktivitäten und eine genaue Kodierung fördert. Der Normalisierungskoeffizientensetzabschnitt liefert den derart bestimmten Normalisierungskoeffizienten an den Normalisierungsabschnitt 16.

Der Normalisierungsabschnitt 16 normalisiert die Bild daten durch Verwendung des Normalisierungskoeffizienten, teilt also jeden Block der Bilddaten durch den Normali sierungskoeffizienten. Bei der beispielhaften Ausführungs form wird, da der Normalisierungskoeffizient von der Summe der Aktivitäten der einzelnen Blöcke abgeleitet ist, dieser auf alle Blöcke angewendet, welche das gesamte Bild ausmachen.

Wie voranstehend angegeben wurde summiert diese bestimmte Ausführungsform die Aktivitäten der einzelnen Blöcke auf und wählt, auf der Grundlage der Gesamtaktivität, einen Normalisierungskoeffizienten aus. Daher werden Bild daten normalisiert durch einen Normalisierungskoeffizienten, welcher an die Frequenzkomponenten des gesamten Bildes angepaßt ist. Da die Normalisierungskoeffizienten so gesetzt sind, daß die Menge kodierter Bilddaten konstant gehalten wird, bleibt die Menge komprimierter Bilddaten zu jedem Zeitpunkt dieselbe. Bilddaten dieser Art können einfach je nach Erfordernis in einem Speicher gespeichert werden.

Die blockweisen Aktivitäten und deren Summe kann berechnet werden durch eine einfache lineare Schaltung, die einen Addierer und eine Datenverschiebungseinrichtung aufweist, also ohne daß ein Multiplizierer und ein Teiler erforder lich sind. Dies vereinfacht den Aufbau des Kodiergerätes. Da das Kodiergerät Aktivitäten aus Bilddaten erzeugt, benötigt es keinen Puffer, der erforderlich wäre, wenn Aktivitäten aus Daten erzeugt würden, die einer ortho gonalen Transformation unterworfen wurden. Es wird darauf hingewiesen, daß unterschiedliche Arten von Referenz tabellen ausgewählt werden können, um einen Normalisierungs koeffizienten aus der Gesamtaktivität zu erzeugen, soweit sie die Menge kodierter Daten konstant lassen. Falls gewünscht kann der Normalisierungskoeffizient bestimmt werden durch Anwendung bestimmter arithmetischer Oper ationen auf die Summe der Aktivitäten, anstelle der Ver wendung von Referenztabellen.

In Fig. 12 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Kodiergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei dieser besonderen Ausführungsform weist der Normali sierungskoeffizientensetzabschnitt 22 einen α-Setzunter abschnitt 40 und einen Gewichtstabellenauswahl-Unter abschnitt 42 auf. Der Unterabschnitt 40 setzt einen Normali sierungskoeffizienten α in Reaktion auf die Summe der Aktivitäten oder die Gesamtaktivität, wie bei dem Kodier gerät von Fig. 7. Der andere Unterabschnitt 42 steuert einen Schalter 44 zur Verbindung einer zweier unterschied licher Gewichtstabellen T1 46 und T2 48 mit einem Multi plizierer 50. Im einzelnen wählt der Unterabschnitt 42 eine der Gewichtstabellen T1 46 und T2 48 in Reaktion auf eine Gesamtaktivität, welche ihm von dem Addierer 26 zugeführt wird. Die Gewichtstabellen T1 46 und T2 48 gewichten die einzelnen Blöcke von Bilddaten bei der Normalisierung.

Fig. 5 zeigt eine bestimmte Form der Gewichtstabellen T1 46 und T2 48. Unter der Annahme, daß ein Block Bild daten beispielsweise 64 Bildpunkte hat, weist jede der Gewichtstabellen T1 46 und T2 48 ebenfalls 64 Daten auf. Die Gewichtstabellendaten werden einzeln mit dem Normali sierungskoeffizienten α multipliziert und dann verwendet, um die einzelnen Frequenzkomponenten zu gewichten. Die Gewichtstabellen T1 46 und T2 48 werden Bildern zugeordnet, die verhältnismäßig niedrige Gesamtaktivitäten beziehungs weise verhältnismäßig hohe Gesamtaktivitäten aufweisen. Im einzelnen speichert, wie in Fig. 13A gezeigt ist, die Gewichtstabelle T1 46 Gewichte, die sich ein wenig mit der Frequenzkomponente ändern. Andererseits speichert, wie in Fig. 13B gezeigt ist, die Gewichtstabelle T2 48 Gewichte, von denen ein Teil, der hochfrequenten Kompo nenten zugeordnet ist, gewichtiger ist als die der Gewichtstabelle T1. Wenn die Gewichtstabelle T2 verwendet wird, so werden große Werte hochfrequenten Komponenten zugeordnet mit dem Ergebnis, daß die Transformations koeffizienten hochfrequenter Komponenten durch die großen Werte geteilt werden. Daher sorgt die Gewichtstabelle T2 dafür, daß mehr hochfrequente Daten entfallen als bei Verwendung der Gewichtstabelle T1. Der Gewichtstabel len-Auswahlunterabschnitt 42 wählt die Gewichtstabelle T1 aus, wenn die von dem Addierer 26 ausgegebene Gesamt aktivität niedrig ist, und wählt die andere Gewichts tabelle T2, wenn die Gesamtaktivität hoch ist.

Der Normalisierungskoeffizient α, der durch den α-Setz unterabschnitt 40 gesetzt wurde, und die Gewichtstabellen daten T, welche durch den Gewichtstabellen-Auswahlunter abschnitt 42 ausgewählt werden, werden dem Multiplizierer 50 zugeführt. Der Multiplizierer 50 multipliziert die Gewichtstabellendaten T mit dem Normalisierungskoeffizienten α zur Erzeugung von Daten αT und führt diese dem Normali sierungsabschnitt 16 zu. In Reaktion hierauf teilt der Normalisierungsabschnitt 16 die Transformationskoeffizienten, die von dem orthogonalen Transformationsabschnitt 14 zugeführt werden, durch die Eingangsdaten αT und normali siert hierdurch die Transformationskoeffizienten.

Die von dem Multiplizierer 50 erzeugten Daten αT werden ebenfalls einem Multiplexer 64 zugeführt. Der Multiplexer 64 wählt sequentiell die kodierten Daten von dem zwei dimensionalen Huffman-Kodierabschnitt 28 und die Daten αT von dem Normalisierungskoeffizientensetzabschnitt 22. Die ausgewählten kodierten Daten werden einer Speicher kassette 54 zugeführt. Die Speicherkassette 54 ist ent fernbar an einem Verbinder 52 befestigt und zeichnet die kodierten Bilddaten und die Daten αT auf, die für die Normalisierung verwendet wurden.

Der restliche Aufbau und die restliche Betriebsweise der beispielhaften Ausführungsform sind im wesentlichen dieselben wie bei der Ausführungsform von Fig. 7, und es wird zur Vereinfachung auf eine überflüssige Beschreibung verzichtet.

Wie voranstehend angegeben wurde wählt diese bestimmte Ausführungsform eine der Gewichtstabellen T1 und T2 auf der Grundlage der Gesamtaktivität aus, um Transformations koeffizienten durch die ausgewählte Gewichtstabelle zu normalisieren. Daher wird ein Bild, in welchem hochfre quente Komponenten vorherrschen, in seinem hochfrequenten Bereich stärker komprimiert und dann normalisiert. Die Normalisierung wird daher auf optimale Weise angepaßt an die Art eines Bildes durchgeführt. Die für die Normali sierung verwendeten Daten werden zusammen mit Bilddaten in der Speicherkassette 54 aufgezeichnet, so daß sie zum Zeitpunkt der Wiedergabe verfügbar sind. Selbstver ständlich ist die beispielhafte Ausführungsform auch mit drei oder mehr unterschiedlichen Gewichtstabellen ausführbar.

In Fig. 14 ist eine weitere alternative Ausführungs form des Kodiergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Aktivitätsberechnungsabschnitt 21 summiert die blockweisen Aktivitäten zur Erzeugung einer Gesamt aktivität eines Bildes auf und liefert die Gesamtaktivität an den Normalisierungskoeffizientensetzabschnitt 22. Der Normalisierungskoeffizientensetzabschnitt 22 setzt einen Normalisierungskoeffizienten α auf der Grundlage der Gesamtaktivität. Der Normalisierungskoeffizient α wird an einen Teiler 124 und einen Multiplizierer 126 angelegt. Der Teiler 124 teilt eine in ihn vorher geladene Konstante durch den Normalisierungskoeffizienten α. Bei dieser bestimmten Ausführungsform teilt der Teiler 124 eine Konstante 1 durch den Koeffizienten α zur Erzeugung eines Kehrwerts 1/α. Der Kehrwert 1/α wird einem Multi plizierer 134 zugeführt.

Die beispielhafte Ausführungsform weist Gewichtstabellen speicherabschnitte 130 und 132 auf, welche eine Gewichts tabelle T^-1 beziehungsweise T speichern. Die in dem Speicher abschnitt 132 gespeicherte Gewichtstabelle T listet Daten wie die Daten von Fig. 5, wogegen die Gewichtstabelle T^-1 die Kehrwerte der Daten der Gewichtstabelle T auflistet.

Der Multiplizierer 134 multipliziert die Gewichtstabelle T^-1 mit dem Kehrwert 1/α des Normalisierungskoeffizienten α und liefert das Produkt 1/αT an den Normalisierungsab schnitt 16. In Reaktion multipliziert der Normalisierungs abschnitt 16 die einzelnen Blöcke der Bilddaten mit 1/αT. Dies normalisiert die Bilddaten, da ihre Multiplikation mit 1/αT dieselben Daten erzeugt, wie das Dividieren der Bilddaten durch den Normalisierungskoeffizienten αT. Da der Normalisierungskoeffizient von der Summe der blockweisen Aktivitäten abgeleitet wird, ist er sämtlichen Blöcken gemeinsam, welche das Bild ausmachen. Falls ge wünscht kann die Normalisierung ausgeführt werden durch Multiplizieren der Bilddaten nur mit dem Kehrwert 1/α des Normalisierungskoeffizienten, welcher von dem Teiler 124 zugeführt wird, also ohne Verwendung der Gewichts tabelle T^-1. In diesem Fall sind die Daten, die durch Multiplizieren der Bilddaten mit 1/α erhalten wurden, auch identisch mit den Daten, die erzeugt wurden durch deren Division durch α.

Das Ausgangssignal des Normalisierungsabschnitts wird an den zweidimensionalen Huffman-Kodierabschnitt 28 ange legt. Der Multiplizierer 126 multipliziert die Gewichts tabelle T, die von dem Gewichtstabellenspeicherabschnitt 132 zugeführt wird, mit dem Normalisierungskoeffizienten α und liefert das Produkt an den Multiplexer 64. Der Multiplexer 64 wählt sequentiell die Eingangssignale von dem Kodierabschnitt 28 und dem Multiplizierer 126. Ausgangsdaten des Multiplexers 64 werden sequentiell in einen Speicher 140 über einen Verbinder 36 eingeschrieben. Der Speicher 140 ist als Magnetspeicherscheibe oder ähn liches Aufzeichnungsmedium ausgeführt und ist entfern bar auf dem Dekodiergerät angebracht.

Wie voranstehend beschrieben wurde erzeugt diese bestimmte Ausführungsform einen Kehrwert 1/α eines ausgewählten Normalisierungskoeffizienten α und multipliziert diesen dann mit den Kehrwerten T^-1 der Gewichtstabelle T, um hierdurch 1/αT zu erhalten. Daher kann der Normalisierungs abschnitt 16 Transformationskoeffizienten normalisieren, indem er sie mit 1/αT multipliziert. Da der Normalisierungs koeffizient α in angepaßter Beziehung zu einem Bild aus gewählt wird, werden die Transformationskoeffizienten normalisiert durch einen Normalisierungskoeffizienten, der optimal für die Frequenzkomponenten des gesamten Bildes ist. Das Multiplizieren der Transformationskoef fizienten mit 1/αT wie voranstehend beschrieben ist vor teilhaft gegenüber ihrer Division durch αT, da es einen Teiler für die Normalisierung entbehrlich macht und hier durch den Aufbau des Kodiergerätes vereinfacht.

Der Teiler 124 führt nur einmal eine Division durch, um den Kehrwert des Normalisierungskoeffizienten α zu erzeugen, der ihm von dem Normalisierungskoeffizienten setzabschnitt 22 zugeführt wird. Daher muß der Normali sierungsabschnitt 16 nicht die einzelnen Transformations koeffizientendaten durch α dividieren. Dies minimalisiert die Anzahl von Teilern und daher die Größe des Kodier gerätes. Bei beispielsweise Farbbilddaten erzeugt der Teiler 124 den Kehrwert des Normalisierungskoeffizienten α jeweils für ein Luminanzsignal Y und Chrominanzsignale R-Y und B-Y, während der Normalisierungsabschnitt 16 die individuellen Signaldaten durch Verwendung des Aus gangssignals des Teilers 124 normalisiert.

In Fig. 15 ist eine alternative Ausführungsform des dem Kodiergerät von Fig. 14 zugeordneten Dekodiergerätes gezeigt. Wie gezeigt ist der Speicher 140 entfernbar an dem Dekodiergerät angebracht. Die wie voranstehend beschrieben in dem Speicher 140 gespeicherten kodierten Bilddaten werden über einen Verbinder 142 einem Huffman-De kodierabschnitt 144 zugeführt. Der Dekodierabschnitt 144 dekodiert die Eingangsbilddaten und dekodiert die Null-Lauflängen und Bilddaten, um so die Transformations koeffizienten wieder zu gewinnen. Die Transformations koeffizienten werden an einen inversen Normalisierungs abschnitt 146 geliefert, um hierdurch invers normalisiert zu werden. Weiterhin wird dem inversen Normalisierungs abschnitt 146 der Normalisierungskoeffizient αT zugeführt, der in den Speicher 140 von dem Multiplizierer 126 über den Multiplexer 64 eingeschrieben wurde. Der inverse Normalisierungsabschnitt 146 normalisiert die dekodierten Transformationskoeffizienten dadurch, daß es diese mit dem Normalisierungskoeffizienten αT multipliziert.

Das Dekodiergerät mit dem voranstehend beschriebenen Aufbau normalisiert invers dekodierte Transformations koeffizienten oder Bilddaten durch Auslesen des Normali sierungskoeffizienten αT aus dem Speicher 140 und Multi plizieren der Bilddaten mit αT. Hierfür benötigt die inverse Normalisierung keinen Teiler, so daß auch aus diesem Grunde das Dekodiergerät einen einfachen Aufbau aufweist.

Das in Fig. 14 gezeigte Kodiergerät und das in Fig. 15 gezeigte Dekodiergerät führt die Normalisierung aus durch Verwendung des Kehrwertes eines Normalisierungs koeffizienten zum Zeitpunkt der Kodierung, also ohne daß ein Teiler erforderlich ist. Daneben wird ein ge wöhnlicher Normalisierungskoeffizient, der sich von einem Kehrwert unterscheidet, ebenfalls zusammen mit kodierten Daten aufgezeichnet und verwendet für die inverse Normali sierung zum Zeitpunkt der Dekodierung. Daher benötigt der Vorgang des Dekodierens keinen Teiler. Daher weisen sowohl das Kodier- als auch Dekodiergerät einen bemerkens wert vereinfachten Aufbau auf.

Zusammenfassend wird deutlich, daß die vorliegende Er findung ein Kodiergerät bereitstellt, welches einzelne Blöcke von Bilddaten, die einer orthogonalen Transfor mation unterzogen wurden, normalisiert durch Anwendung eines bestimmten Normalisierungskoeffizienten auf jeden Block auf der Grundlage von darin enthaltenen Frequenz komponenten. Dies gestattet die Auswahl eines adäquaten Kompressionsverhältnisses auf einer Blockgrundlage und fördert daher eine wirksame Kodierung. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Dekodiergerät zur Ver fügung, welches die Bilddaten invers normalisiert durch Verwendung der blockweisen Normalisierungskoeffizienten daten, die von dem Kodiergerät verwendet wurden. Ein derartiges Kodier- und Dekodierverfahren ist erfolgreich bei der Normalisierung und Kodierung von Bilddaten in adäquater Weise Block für Block, um Störungen eines Bildes zu eliminieren und eine Wiedergabe mit hoher Qualität zu vergrößern.

Die Normalisierung wird durch Verwendung eines Normali sierungskoeffizienten durchgeführt, der von der Summe der einzelnen Blöcke abgeleitet ist. Dies gestattet es nicht nur Bilddaten in angepaßter Beziehung zu den Frequenz komponenten eines Bildes zu komprimieren, sondern hält auch die Menge der kodierten Daten konstant. Das Normali sieren des gesamten Bildes durch einen einzigen Normali sierungskoeffizienten ist wirksam bezüglich der Stabili sierung eines reproduzierten Bildes.

Weiterhin führt das Kodiergerät eine Normalisierung durch Multiplizieren von Bilddaten mit dem Kehrwert eines Normali sierungskoeffizienten durch. Daher werden Bilddaten in Übereinstimmung mit der Art eines Bildes normalisiert, und dennoch weist das Gerät einen einfachen Aufbau auf, da es keinen Teiler benötigt. Das Dekodiergerät normali siert die Bilddaten invers, indem es sie mit dem von dem Kodiergerät ausgegebenen Normalisierungskoeffizient multipliziert, also ohne daß ein Teiler erforderlich ist.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die bestimmten erläuternden Ausführungsformen beschrieben, sie ist jedoch nicht durch diese Ausführungsformen be schränkt, sondern höchstens durch den gesamten Offen barungsgehalt der Anmeldung. Es wird darauf hingewiesen, daß Fachleute auf diesem Gebiet die Ausführungsformen ändern oder modifizieren können, ohne vom Geist und Um fang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung zur Kompression von Bildsignalen durch Un terteilung (12) ein einziges Bild darstellender digita ler Bilddaten in eine Vielzahl von Blöcken und Kodierung der einzelnen Blöcke der Bilddaten mit Hilfe einer zwei dimensionalen orthogonalen Transformation, enthaltend:
eine orthogonale Transformationseinrichtung (14) zur An wendung einer zweidimensionalen orthogonalen Transforma tion auf die Vielzahl von Blöcken digitaler Bilddaten;
eine Normalisierungseinrichtung (16) zum Normalisieren der transformierten Daten;
eine Kodiereinrichtung (28, 24) zum Kodieren der normali sierten Daten;
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungs koeffizienten zur Auswahl eines Normalisierungs koeffizienten vorgesehen ist, welcher für die Vielzahl von Blöcken der Bilddaten geeignet ist und Weiterleiten des ausgewählten Normalisierungskoeffizienten an die Normalisierungseinrichtung (16);
die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungs koeffizienten umfaßt:
eine Blockaktivitätsberechnungseinrichtung (20) zur Berechnung von Aktivitäten der Vielzahl von Blöcken der Bilddaten, und
eine Aktivitätsaddiereinrichtung (26) zur Erzeugung einer Summe der Aktivitäten für jeweils ein Bild;
wobei die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisie rungskoeffizienten auf der Basis der Summe einen Norma lisierungskoeffizienten auswählt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodiereinrichtung (28, 24) die Normalisierungskoeffi zienten, welche durch die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungskoeffizienten ausgewählt werden, zu sammen mit den normalisierten Daten kodiert.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockaktivitätsberechnungsein richtung (20) die Aktivität jedes Blocks berechnet, in dem Absolutwerte von Differenzen zwischen den einzelnen digitalen Bilddaten, die den Block ausmachen, und einem Mittelwert der Bilddaten aufsummiert werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockaktivitätsberechnungsein richtung (20) die Aktivität jedes Blocks durch Untertei lung jedes Blocks in mehrere Unterblöcke berechnet, die Aktivitäten der einzelnen Unterblöcke berechnet und die se Aktivitäten aufsummiert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockaktivitätsberechnungsein richtung die Aktivität jedes Blocks durch Ausgabe von Bildpunktdaten, die den Block bilden, durch ein Filter und Aufsummierung der Bildpunktdaten berechnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungs koeffizienten eine Referenztabelle zum Wandeln der Summe der Aktivitäten in den Normalisierungskoeffizienten auf weist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungs koeffizienten eine Einrichtung zur Einstellung des Nor malisierungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Summe der Aktivitäten aufweist und eine Einrichtung zur Aus wahl einer Gewichtstabelle in Abhängigkeit von der Summe der Aktivitäten, wobei die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungskoeffizienten einen Wert einstellt, der durch Multiplizieren des eingestellten Koeffizienten und der ausgewählten Gewichtstabelle als Normalisierungskoeffizient erzeugt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungs koeffizienten einen Kehrwert des Normalisierungskoeffi zienten in Abhängigkeit von den digitalen Bilddaten ein stellt und daß die Normalisierungseinrichtung die Daten durch Multiplizieren der Daten mit dem Kehrwert des Nor malisierungskoeffizienten normalisiert, der durch die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungskoef fizienten eingestellt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (21, 22, 124, 126, 130, 132, 134) für Normalisierungskoeffizienten den Normalisierungskoeffi zienten für die Normalisierung zusammen mit dem Kehrwert des Normalisierungskoeffizienten einstellt, und daß das Vorrichtung den Normalisierungskoeffizienten, der durch die Einstelleinrichtung (21, 22, 124, 126, 130, 132, 134) für Normalisierungskoeffizienten eingestellt wird, zusammen mit den Bilddaten ausgibt, welche durch die Kodierein richtung (28, 24) kodiert werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (21, 22, 124, 126, 130, 132, 134) für Normalisierungskoeffizienten eine Speichereinrichtung (130, 132) für Gewichtstabellen aufweist, die eine Ge wichtstabelle (T) zur Erzeugung des Normalisierungskoef fizienten und eines Kehrwertes (T^-1) der Gewichtstabelle speichert, wobei die Einstelleinrichtung (21, 22, 124, 126, 130, 132, 134) für Normalisierungskoeffizienten den Norma lisierungskoeffizienten und den Kehrwert des Normalisie rungskoeffizienten durch Multiplizieren (126, 134) des Koeffizienten, der in Abhängigkeit von den Bilddaten eingestellt wird, beziehungsweise des Kehrwertes des Koeffizienten mit der Gewichtstabelle beziehungsweise dem Kehrwert der Gewichtstabelle einstellt.

11. System zur Kompression und Expansion von Bildsignalen, mit einer Kompressionsvorrichtung zum Aufteilen der di gitalen Bilddaten, die einem Einzelbild entsprechen, in eine Vielzahl von Blöcken und zum Kodieren der Blöcke der Bilddaten mit Hilfe einer zweidimensionalen orthogo nalen Transformation und ein Expansionsvorrichtung zum Empfangen und Dekodieren der kodierten Blöcke der Bild daten und zum Expandieren der dekodierten Blöcke der Bilddaten umfaßt, wobei die Kompressionsvorrichtung (Fig. 7) enthält:
eine orthogonale Transformationseinrichtung (14) zur Anwendung einer zweidimensionalen orthogonalen Transformation auf die Vielzahl von Blöcken digita ler Bilddaten;
eine Normalisierungseinrichtung (16) zur Normali sierung der transformierten Daten; und
eine Kodiereinrichtung (28, 24) zur Kodierung der normalisierten Daten;
wobei die Expansionsvorrichtung (Fig. 2) enthält:
eine Dekodiereinrichtung (72) zum Empfangen und De kodieren der Blöcke der Bilddaten von der Ko diereinrichtung (28, 24);
eine inverse Normalisierungseinrichtung (80) zur inversen Normalisierung der Blöcke dekodierter Bilddaten;
eine inverse orthogonale Transformationseinrichtung (82) zur Anwendung einer zweidimensionalen, inver sen orthogonalen Transformation auf Blöcke der in vers normalisierten Bilddaten; und
eine Kombinationseinrichtung (84) zur Kombination der Blöcke invers transformierter Bilddaten zur Wiederherstellung eines einzelnen Bildes;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kompressionsvorrichtung weiterhin eine Einstellein richtung (20, 22, 26) für Normalisierungskoeffizienten zur Auswahl eines Normalisierungskoeffizienten, der für die Vielzahl der Blöcke der Bilddaten geeignet ist, und zum Weiterleiten des ausgewählten Normalisierungskoeffizien ten zu der Normalisierungseinrichtung (16) umfaßt, wobei die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungs koeffizienten enthält:
eine Blockaktivitätsberechnungseinrichtung (20) zur Berechnung von Aktivitäten der Vielzahl von Blöcken der Bilddaten, und
eine Aktivitätsaddiereinrichtung (26) zur Erzeugung einer Summe der Aktivitäten für jedes einzelne Bild;
die Einstelleinrichtung (20, 22, 26) für Normalisierungs koeffizienten einen Normalisierungskoeffizienten auf der Basis der Summe auswählt;
die Kodiereinrichtung (28, 24) den Normalisierungskoeffi zienten zusammen mit den normalisierten Daten kodiert;
die Dekodiereinrichtung (72) den kodierten Normalisie rungskoeffizienten zusammen mit den Blöcken kodierter Bilddaten empfängt und dekodiert; und
die inverse Normalisierungseinrichtung (80) die deko dierten Blöcke der Bilddaten durch Multiplizieren der dekodierten Blöcke der Bilddaten mit dem dekodierten Normalisierungskoeffizient invers normalisiert.