DE4134999C2

DE4134999C2 - Kodiergerät für Bewegungsbilder

Info

Publication number: DE4134999C2
Application number: DE4134999A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fujiwara; Hiroo Uwabu; Masanori Maruyama; Eiji Kakii
Original assignee: Graphics Communication Tech
Current assignee: Graphics Communication Tech
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1991-10-23
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2011-10-24
Also published as: US5253054A; JP2514114B2; JPH0522710A; GB9118726D0; DE4134999A1; FR2672407B1; GB2252471A; GB2252471B; FR2672407A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kodiergerät für Bewegungsbilder, das Bewegungsbildsignale mittels digitaler Verarbeitung kodiert, und insbesondere auf ein Bewegungs- Kodiergerät mit veränderbarer Bildgeschwindigkeit, das die Bildgeschwindigkeit entsprechend der zu erzeugenden und kodierenden Bilddatenmenge steuert.

Wenn Signale von Bewegungsbildern übertragen werden, ist es erforderlich, die Menge der Daten, die übertragen werden, durch Kodierung soweit wie möglich zu verringern. Dies wird als Bandkompression bezeichnet, und bei dieser Art von Bewegungsbild-Kodiergerät ändert sich die kodierte Menge, die erzeugt wird, in Abhängigkeit von der Intensität der Bewegung der Objektbilder, weshalb eine Methode bekannt ist, bei der entsprechend der erzeugten kodierten Menge eine geeignete Steuerung der Bildgeschwindigkeit (Bildunterdrückung) und Steuerung der Quantisierungs- Schrittgröße der Bildsignale durchgeführt wird.

Zum Beispiel ist aus der japanischen Patentanmeldung SHO 63-1 02 482 eine Methode bekannt, bei der die Steuerung der Bildgeschwindigkeit durch eine Speichermenge in einem Übertragungs- Pufferspeicher durchgeführt wird.

Bei diesem Stand der Technik wird nur die Bildgeschwindigkeit entsprechend der Speichermenge des Übertragungspufferspeichers unabhängig von der Steuerung der Quantisierungsschrittgröße gesteuert, und eine ideale Steuerung der Zeit- und Raumauflösung kann nicht durchgeführt werden, so daß das Problem bestand, daß die Verbesserung der Bildqualität begrenzt war.

Aus der EP-O 399 487 A2 ist ein Kodierer mit orthogonaler Transformationseinheit, einstellbarer Quantisierungseinheit, Bewegungskompensation und ein Kodierer mit variablem Längencode bekannt.

Aus K. Ramamohan Rao, u. a., Teleconferencing, Van Nostrand Reinhold Company Inc., 1985, ISBN: 0-442-27826-8, S. 48-54 ist ein Codierer mit einstellbarer Bildrate bekannt, die in Abhängigkeit von ermittelten Bewegungsvektoren derart eingestellt wird, daß ein Pufferspeicherüberlauf vermieden wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bewegungsbild-Kodiergerät zu schaffen, das die Verschlechterung der Bildqualität mittels geeigneter Verbindung und Durchführung der Bildgeschwindigkeits steuerung und der Quantisierungsschrittgrößensteuerung verringert, sowie weiterhin, ein Bewegungsbild-Kodiergerät zu schaffen, das die externe bevorzugte Wahl entweder der Bildgeschwindigkeitssteuerung oder der Quantisierungs- Schrittsteuerung ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erste Sprungzahl gibt die Bewegung des Bildes (Zeitänderung) und die zweite Sprungzahl die Raumänderung des Bildes wieder, so daß es möglich ist, eine zusammengesetzte Übertragungs-Bildzahlbestimmung durch Bestimmung einer Gesamtbildzahl aus deren Summe durchzuführen, und weiterhin wird es dadurch, daß die Einstellung der zweiten Sprungzahl extern veränderbar gemacht wird, möglich, die Bildgeschwindigkeit in einer Weise einzustellen, die für die übertragenen Bilder mehr geeignet ist, und dadurch die Bildqualität zu verbessern.

Durch die Erfindung wird eine Bildunterdrückung (Sprungverfahren) entsprechend dem jeweiligen Bewegungsgrad im Bild durchgeführt, d. h. entsprechend der Zeit- und der Raumänderung, so daß eine Kodierung möglich wird, die die Verschlechterung der Bildqualität entsprechend der Bildqualität begrenzt, und es weiterhin wird, extern zu wählen, ob der Zeitänderung oder der Raumänderung die Priorität bei der Kodierung gegeben wird, so daß die Verschlechterung, die sich aus der Kodierung ergibt, noch weiter verringert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Bewegungsbild-Kodiergeräts gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, aus dem der beispielsweise Aufbau des Bildgeschwindigkeits-Steuerteils hervorgeht,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, aus dem eine beispielsweise Arbeitsweise der Ausführungsform der Fig. 1 hervorgeht, und

Fig. 4 ein Diagramm zu Erläuterung des Bildsprung verfahrens.

Fig. 4 zeigt Abbildungssignal-Vollbilder eines üblichen Fernsehsystems, die in Richtung einer Zeitachse angeordnet sind. Ein Vollbild entspricht einem Bildschirmraster, und im Zeitraum von einer Sekunde werden dreißig Bildschirm raster wiedergegeben. Bei Bewegungsbild-Übertragungs systemen jedoch, bei denen die Datenmenge, die übertragen werden kann, begrenzt ist, werden 15 Vollbilder (Schritt 1) pro Sekunde, 10 Vollbilder pro Sekunde (Schritt 2), 7,5 Vollbilder pro Sekunde (Schritt 3), 6 Vollbilder pro Sekunde (Schritt 4) o. dgl. übertragen.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, die bei Übertragungs systemen verwendet wird, bei denen die Datenmenge, die übertragen wird, wie oben begrenzt ist. Das Bewegungsbild- Kodiergerät verwendet eine Vollbild-Intervallkodierung mit Orthogonaltransformation und Bewegungskompensation mittels Bewegungsvektoren. Das Fernsehsignal 1 wird von einem A/D- Wandler 100 in ein digitales Bildsignal umgewandelt und in einem Vollbildspeicher 110 gespeichert. Wie später erläutert wird, wird das wiedergewonnene Bildsignal des vorherigen Vollbildes, das empfängerseitig dekodiert wird, in einem Vollbildspeicher 200 mit veränderbarer Verzögerung gespeichert und in einen Subtrahierer 120 eingegeben, die Differenz zwischen diesem Signal und dem augenblicklichen Vollbild wird berechnet, und diese Differenz wird in einen Orthogonalwandler 130 eingegeben. Die allgemeine Methode der Orthogonaltransformation ist derzeit die diskrete Kosinus transformation, bei der das Raster eines Vollbildes in eine Anzahl von Blöcken umgewandelt wird, und eine Kosinustrans formation an den Bilddaten jedes Blocks (z. B. 8×8 Pixels) wird durchgeführt. Das orthogonal transformierte Trans formationssignal wird in einen linearen oder nichtlinearen diskreten Pegel in einem Quantisierer 140 quantisiert und in einen Kode veränderbarer Länge entsprechend der Erzeugungsfrequenz in einen Vollbildassembler 160 eingegeben. Im Assembler 160 werden die kodierten Bilddaten und zusätzliche Daten (Bewegungsvektor 3, Kodierart 4) werden verwendet, um ein Vollbild zur Transformation zusammenzusetzen. Dieses wird in einem Transformations- Zwischenspeicher 170 gespeichert und zu einem Übertragungs kreis als Übertragungsdaten 2 übertragen.

Das Gerät hat eine Empfangsdekodierschleife. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal des Quantisierers von einem Inversions-Quantisierer 240 und einem Inversions- Orthogonalwandler 230 in ein wiedergewonnenes Bildsignal dekodiert, von einem Addierer 220 zu den Daten des vorherigen Vollbildes addiert und in einem Vollbildspeicher 210 mit veränderbarer Verzögerung gespeichert wird. Der Bewegungsdetektor 300, der zur Bewegungskompensation erforderlich ist, erfaßt durch Rasteranpassungs- Verarbeitung zwischen dem derzeitigen Bildeingangssignal und dem vorherigen Bildeingangssignal die Bewegung, und die Ergebnisse hiervon werden in einen Vektorprüfer/Kodierart prüfer 310 eingegeben, und ein Bewegungsvektor 3 und eine Kodierart 4 werden als zusätzliche Daten erzeugt. In einen Zeitsteuerungsregler 500 werden die Kodierart 4 und ein Kodier-Bildstartsignal (FSEN) 5 eingegeben, der ein Ausgangs-Bildspeichersignal 6, ein Bewegungsvektor- Detektorsteuersignal 7, ein Steuersignal 8 für den Speicher mit veränderbarer Verzögerung, ein Kodier-Bildstartsignal (FSS) 9 und ein Kodier-Blocksynchronisiersignal (MBS) 10 erzeugt. Ein Schrittgrößen-Regler 600 bestimmt die Breite der diskreten Kennzeichnung (als Schrittgröße bezeichnet) im Quantisierer 140, hat als Eingangssignale das Kodier- Blocksynchronisiersignal 10, eine Gesamtbild-Sprungzahl S_T, Zwischenspeichergröße B, einen Übertragungs geschwindigkeitswert P, der ein extern eingestelltes Signal ist, einen Minimumbildsprungzahl-Einstellwert Smin, einen Speicherbegrenzungswert B_L und die Ausgangssignal- Schrittgröße Qs. Die Arbeitsweise aller obigen Teile ist der des üblichen Geräts gleich, jedoch steuert ein Bildgeschwindigkeitsregler 700 die Abbildungs- Verarbeitungsbildgeschwindigkeit des gesamten Geräts durch Steuerung des Kodier-Zeitsteuerreglers 500, der ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Der Bildgeschwindigkeitsregler 700 hat als Eingangssignale die Minimum- und Maximum-Bildsprungzahl-Einstellwerte Smin und Smax, die extern eingestellte Signale sind, den Speicherbegrenzungswert B_L, und ein Bildtaktsignal (FST) 18, weiterhin werden die Bewegungsdaten 3, die Speichergröße B, das Kodier-Bildstartsignal 9, das Kodier- Blocksynchronisiersignal 10 und die Schrittgröße Qs als interne Signale eingegeben. Auf der Grundlage dieser Eingangssignale und mittels einer bestimmten Methode erzeugt der Bildgeschwindigkeitsregler 700 das Kodier- Bildstartsignal 5 und wählt und steuert die Abbildungs- Bilder, die vom gesamten Gerät verarbeitet werden sollen.

Fig. 2 zeigt ein konkretes Konstruktionsbeispiel des Reglers 700 der Fig. 1. Zuerst wird das Bildtaktsignal 18 im T Zähler 710 gezählt und erhält die Abbildungs-Bildzahl T. Wenn der Bildtaktzähler 18 ein Signal ist, das eine Frequenz von 30 Hz hat, hat die Bildzahl T zyklische Werte von 1 bis 30. Dieser Wert wird im Prüfer 720 mit einer effektiven Kodier-Bildzahl Teff verglichen. Wenn die Ergebnisse des Vergleichs des Prüfers 720 keine Übereinstimmung zeigen, wird das der Bildzahl T entsprechende Bild übersprungen, und ein Übereinstimmungs signal 22 wird an den Pufferspeichermengenprüfer 730 nur dann ausgegeben, wenn der Prüfer 720 Übereinstimmung feststellt. Im Prüfer 730 werden die Pufferspeichermenge B und der Pufferbegrenzungswert B_L verglichen, und in dem Falle, in dem B kleiner als B_L ist, das heißt, wenn die Speichermenge B des Übertragungszwischenspeichers 170 kleiner als der Begrenzungswert B_L ist, der von außerhalb zugeführt wird, wird das Kodier-Startsignal 5 auf EIN gesetzt und zum Kodier-Zeitsteuerregler 500 der Fig. 1 übertragen, und die Kodierverarbeitung beginnt. Wenn dagegen B größer als oder gleich B_L ist, wird das Signal 23 ausgegeben, und hierdurch addiert der Teff Rechner 740 den Wert 1 zu Teff und liefert diesen an den Prüfer 720. Wenn hierdurch aber Wert 1 zur Bildzahl T des T Zähler 710 addiert wird, zeigt der Vergleich des Prüfers 720 Übereinstimmung. Wenn auf diese Weise die Speichermenge B des Übertragungszwischenspeichers 170 unter den Grenzwert B_L fällt, werden die Kodierung und die Übertragung durchgeführt. Außerdem wird die Bestimmung der effektiven Kodier-Bildzahl Teff, die mittels des Teff Rechners 740 durchgeführt wird, wenn eine Gesamtbild-Sprungzahl S_T eingegeben wird, entsprechend der folgenden Formel durchgeführt:

Teff = Teff(Wert des vorherigen Zustandes) + S_T + 1 (1).

Es wird nun die Bestimmungsmethode für die Gesamtbild- Sprungzahl S_T erläutert. Diese Bestimmung wird synchron mit dem Kodier-Blocksynchronisierungssignal 10 durchgeführt, wenn das Kodier-Bildstartsignal 9 eingegeben wird, und die Bewegungskompensations-Voraussetzungs-Bildsprungzahl S_M wird berechnet. Konkret wird eine Suche nach dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Bewegungskompensation durch Blöcke durchgeführt, die die Teilungseinheiten für die orthogonale Transformation sind, eine Bewegungskompensations-Blockzahl wird für jedes Bild berechnet, und die Sprungzahlen S_M werden entsprechend diesen Blockzahlen bestimmt, wie die Tabelle 1 zeigt. Wie in der Tabelle gezeigt ist, ist die Sprungzahl S_M = 0, wenn die Bewegung heftig ist, und S_M wird größer, wenn die Bewegung abnimmt.

Bewegungskompensations-Blockzahl
S_M
0-6
3
7-12	2
13-25	1
über 26	0

Als nächstes wird in den S_S Rechner 760 die Quantisierungsschrittgröße Qs eingegeben, und die Quantisierungs-Vorvoraussetzungs-Bildsprungzahl S_S wird berechnet. Für diesen Zweck wird die mittlere Quantisierungsschrittgröße des vorherigen Bildschirmbildes aus dem Eingangssignal Qs berechnet, und wie in der Tabelle 2 gezeigt ist, je größer dieser Wert ist, desto größer wird die Sprungzahl S_S.

Quantisierungsschrittgröße des vorherigen Bildschirmbildes
S_S
2-10
0
12-18	1
20-26	2
28-34	3
36-50	4
52-58	5
60-62	6

Tabelle 3

Die Tabelle 3 zeigt ein anderes Beispiel der Sprungzahl S_S. Die mittlere Quantisierungsschrittgröße ist in 15 Schritte unterteilt, und die Sprungzahlen S_S sind jeweils bestimmt. Der Fall, daß der Zeitauflösung zuvor die Priorität gegeben wurde (die Zeitprioritätsspalte in Tabelle 3), der Fall, daß der Raumauflösung die Priorität gegeben wurde (die Raumprioritätsspalte in Tabelle 3) oder ein dazwischen liegender Fall (die Zwischenwertspalte in der Tabelle 3) können gewählt werden, und es ist möglich, es einem Benutzer zu ermöglichen, diese Wahl extern anzuzeigen.

In der gleichen Weise wie oben wird die Sprungzahl S_M aus dem Grad der Bewegungskompensation berechnet, und die Sprungzahl S_S wird aus dem Grad der Quantisierung berechnet. Eine Gesamtbild-Sprungzahl S_T wird in der folgenden Weise vom S_T Rechner 770 aus diesen Werten und dem Minimum- Bildsprungzahl-Einstellwert Smin und dem Maximum- Bildsprungzahl-Einstellwert Smax berechnet, die extern eingestellte Signale sind.

Die Berechnung

S_T = S_S + S_M + Smin (2)

wird durchgeführt, und wenn S_T < SMAX, wird S_T = Smax ausgegeben, während, wenn S_T Smax, wird der Wert von S_T ungeändert ausgegeben. Wie zuvor erläutert, wird dieser Wert bei der Berechnung der effektiven Bildzahl Teff entsprechend der Formel (1) verwendet. Auf diese Weise wird bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die folgende Bildsprungzahl S_T entsprechend dem Grad der Bewegung und dem Grad der Quantisierung bestimmt.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, das die Gesamtarbeitsweise der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform zeigt. Im Anfangszustand, wenn das Anfangsbild T=1, dann S_T=0, und die effektive Bildzahl Teff wird mittels der Formel (1) bestimmt. Der Wert des Minimum-Bildsprungzahl einstellwertes Smin wird auf 1 gesetzt, und bis T=8, übersteigt die Speichergröße B des Übertragungs zwischenspeichers 170 den Puffergrenzwert B_L (B < B_L) nicht. Verfährt man in dieser Weise, wenn T=1, dann Teff=1, und beide Werte stimmen überein, so daß das Startsignal 5 (in Fig. 3 ein negativer Impuls) ausgegeben wird, und an der Vorderflanke hiervon wird das Kodier- Blockstartsignal 9 (ein negativer Impuls) vom Zeitsteuerregler 500 ausgegeben, ein Bild mit einer Bildzahl T=1 wird kodiert und in den Übertragungszwischenspeicher 170 geschrieben. Gleichzeitig werden mittels des Signals 9, die Bewegungskompensations- Vorvoraussetzungs-Bildsprungzahl S_M und die die Quantisierungs-Schrittgrößen-Vorvoraussetzung- Bildsprungzahl S_S im Bildgeschwindigkeitsregler 700 entsprechend den Tabellen 1 bis 3 berechnet. Wie im Anfangszustand ist jedoch der Mittelwert der Quantisierungs-Schrittgröße Qs ausreichend klein, und S_M=S_S=0. Daher werden Berechnungen im S_T Rechner entsprechend der Formel (2) durchgeführt, so daß S_T=Smin=1, und Berechnungen im Teff Rechner 740 werden entsprechend der Formel (1) durchgeführt, so daß Teff=1+1+1=3.

Wenn der Wert von T=2, T≠Teff, so daß das Startsignal 5 nicht ausgegeben wird, und dieses Bild übersprungen und nicht übertragen wird (in Fig. 3 ist dies durch S angegeben). Außerdem werden die Sprungzahlen S_M und S_S nicht aktualisiert, und daher wird, wie sich aus den Formeln (1) und (2) ergibt, das Aktualisieren der Sprungzahl S_T und der effektiven Bildzahl Teff nicht durchgeführt. Wenn der Wert von T=3, dann T=Teff, und das Startsignal 5 wird ausgegeben, und das Bildschirmraster der Bildzahl 3 wird übertragen. Wenn angenommen wird, daß das Ausgangssignal des S_M Rechners 750 und des S_S Rechners 760 gleich der Sprungzahl S_M=S_S=1, dann gibt entsprechend dem Bewegungsvektor 3, zu diesem Zeitpunkt ermittelt wird, und entprechend dem Wert der Quantisierungsschrittgröße Qs, der S_T Rechner 770 einen Wert von S_T=3, und entsprechend ist der Wert der effektiven Bildzahl Teff, der vom Teff Rechner 740 ausgegeben wird, 7. Daher werden danach die Bilder entsprechend T=4-6 übersprungen, und das Bild, das den Wert von T=7 hat, als nächstes in den Übertragungszwischenspeicher 170 eingegeben. Der Übertragungsbetrieb folgt daher jedoch nicht, da die Speichermenge B des Zwischenspeichers 170 den Grenzwert B_L überschreitet. Wenn dies eintritt, wird das Aktualisieren der Werte der Sprungzahlen S_M und S_S und entsprechend der Sprungzahl S_T durchgeführt, wonach, bis der Zwischen speicher 170 geleert ist und B < B_L, die Übertragung und das Aktualisieren der Sprungzahlenwerte nicht durchgeführt werden, und von dem Punkt an, an dem der Wert T=8, wird nur die effektive Bildzahl Teff durch das Signal 23 des Pufferspeichermengen-Prüfers 730 um 1 erhöht. Nachdem dann B kleiner als B_L wurde (in Fig. 3 von dem Punkt an, an dem der Wert von T=11), beginnt die Übertragung wieder.

Claims

1. Bewegungsbild-Kodiergerät, das nach Umwandlung jedes Vollbildes eines eingegebenen Bewegungsbildsignals in ein digitales Bildsignal das digitale Bildsignal in mehrere Blöcke unterteilt, eine orthogonale Transformation der Blöcke durchführt, um transformierte Blöcke zu erzeugen, die transformierten Blöcke quantisiert, um digitale Daten veränderbarer Kodelänge zu erzeugen, und die digitalen Daten über einen Übertragungspuffer überträgt, gekennzeichnet durch
einen Bewegungsdetektor zur Ermittlung der Bewegung eingegebener Bewegungsbilder bezüglich des Bewegungsbildsignales,
eine Schrittgrößen-Steuereinrichtung zur Bestimmung der Schrittgröße der Quantisierung durch Bezugnahme auf eine Gesamtvollbild-Sprungzahl, die zum Zeitpunkt einer unmittelbar vorangehenden Vollbildübertragung eingestellt wurde,
eine erste Sprungzahl-Berechnungseinrichtung zur Einstellung eines Wertes einer ersten Sprungzahl derart, daß, je größer die Bewegung ist, die vom Bewegungsdetektor zum Zeitpunkt ermittelt wird, wenn ein Vollbild übertragen wird, der Wert der ersten Sprungzahl um so kleiner ist,
eine zweite Sprungzahl-Berechnungseinrichtung zur Einstellung eines Wertes einer zweiten Sprungzahl derart, daß, je kleiner die Sprunggröße ist, die von der Sprunggrößen- Steuereinrichtung zum Zeitpunkt eingestellt wird, wenn ein Vollbild übertragen wird, der Wert der zweiten Sprungzahl um so kleiner ist,
eine dritte Sprungzahl-Berechnungseinrichtung zur Ausgabe der kleineren einer Summen-Sprungzahl und einer vorbestimmten Minimum-Sprungzahl, wobei die Summen-Sprungzahl die Summe der ersten Sprungzahl und der zweiten Sprungzahl ist, und
eine Sprungprüfeinrichtung zur Steuerung der Übertragung derart, daß eine Anzahl von Vollbildern entsprechend der Gesamtvollbild-Sprungzahl nicht übertragen wird, nachdem ein Vollbild übertragen wurde.

2. Kodiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Sprungprüfeinrichtung eine Speichermenge des Übertragungspuffers und einen Puffergrenzwert enthält, der zuvor als obere Grenze der Speichermenge bestimmt wurde, und daß, wenn eine Bestimmung durchgeführt wurde, ein bestimmtes Vollbild übertragen werden soll, daß, wenn die Speichermenge den Puffergrenzwert überschreitet, ein Vollbild, das eingegeben wird, nachdem die Speichermenge den Puffergrenzwert unterschreitet, anstelle des speziellen Vollbildes übertragen wird.

3. Kodiergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sprungzahl, die von der zweiten Sprungzahl-Berechnungseinheit in Abhängigkeit von der Schrittgröße ausgegeben wird, extern veränderbar gemacht wird.