DE4436956A1

DE4436956A1 - Einrichtung und Verfahren zur Umformatierung oder Zwischenspeicherung von Datenströmen

Info

Publication number: DE4436956A1
Application number: DE4436956A
Authority: DE
Inventors: Jens Eisenbacher; Sven Fiedrich; Bernhard Gerstenberg; Klaus Dr Grueger; Stefan Herrmann; Gerriet Mueller; Ulrich-Christian Schneider; Nikolai Sefzik
Original assignee: SICAN GmbH
Current assignee: Sci Worx GmbH
Priority date: 1994-10-15
Filing date: 1994-10-15
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2014-10-16
Also published as: DE4436956C2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Umfor matierung oder Zwischenspeicherung von Datenströmen, die in Datensätze und Datengruppen mit bekannter Struktur und Größe aufgeteilt sind. Die Umformatierung erfolgt durch Ordnung der Datenelemente in Gruppen einer anderen Struktur bzw. durch eine Änderung der Reihenfolge der Datensätze.

Ein strukturierter Datenstrom besteht aus eine Abfolge von Elementen, deren Dateninhalte zu verschiedenen Gruppen zusammengefaßt werden können. Den Gruppen werden in regelmäßigen Abständen neue Daten inhalte durch den Datenstrom zugewiesen. Die Gesamtheit der Gruppen bilden einen Datensatz.

Beispielsweise wird ein vollständiges, in einer zweidimensionalen Matrix repräsentierbares Fernsehbild derart übertragen, daß die Bildpunkte zeilenweise zusammengefaßt sind und die Zeilen zeitlich aufeinanderfolgen. Hierbei entsprechen die Bildpunkte den Elementen, die Gesamtheit der Elemente in einer Zeile einer Gruppe und das Bild einem Datensatz.

In Verarbeitungsverfahren, z. B. bei der blockorientierten Bildcodierung, werden die Gruppen in eine andere Gruppierung umgeformt, indem ein zeilenweise dargestelltes Bild in nichtüberlappende Blöcke fester Spalten- und Zeilenanzahl aufgeteilt wird, wobei die Blöcke jeweils einen Bildaus schnitt repräsentieren. Die zeitliche Aufeinanderfolge der Datensätze - Bil der - wird ebenfalls abgeändert.

Um einen strukturierten Datenstrom in anderer Gruppierung abzubil den, ist es notwendig, daß auf die Gruppenelemente gezielt zugegriffen werden kann, die Gruppen also eine regelmäßige Struktur aufweisen.

Hingegen erfordert die Umordnung der Datensätze keine Struktur mehr, da auf die Blöcke als Gesamtheit zugegriffen wird. Die einzelnen Blocklängen können dabei variabel sein, wenn die insgesamt verfügbare Speichergröße ausreichend ist.

Bei der Übertragung und Speicherung von Datenströmen ist man bemüht, Redundanzen durch Kompressionsverfahren zu reduzieren und somit die Länge der Datenströme zu minimieren. Dabei werden jedoch auch zwangsläufig die Datenlängen variiert, so daß eine Umformatierung der Gruppierung vor einer Kompression stattfinden muß. Dies hat zur Folge, daß der Speicherbedarf und die Zugriffsrate für die Umformatierung nicht mini miert werden kann.

Stand der Technik

Bei vielen Verarbeitungsverfahren wird die Umformatierung der Grup pen und die Umordnung der Datensätze in mehreren Schritten vollzogen, bevor die weitere Verarbeitung erfolgt. Bei der Umordnung von komprimier ten Datensätzen wird der Zugriff auf die variablen Gruppen eines Daten satzes durch das Kompressionsverfahren bestimmt, so daß ein direkter Zu griff auf einzelne Gruppen nicht mehr möglich ist, ohne zusätzliche Adreß informationen abzuspeichern. Auch bei der Zwischenspeicherung ist ein direkter Datenzugriff nicht mehr möglich.

Beispielsweise ergibt sich dabei bei blockorientierten Bildcodierungs verfahren für Blöcke mit n Zeilen ein Speicherbedarf von n-1 Zeilen für die Zeilen/Block-Umformatierung. Der zusätzlich benötigte Speicherplatz für die Änderung der Bildreihenfolge ergibt sich direkt aus der Anzahl der zwischen zuspeichernden Bilder b und der Bildgröße. Die erforderliche Speicherband breite ist bei getrennt durchgeführten Umformatierungsverfahren vergleichs weise hoch.

Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, den erforderlichen Speicherplatz und die erforderliche Speicherbandbreite bei der Umformatierung oder Zwischen speicherung strukturierter Datenströme zu vermindern und somit kosten günstigere und effizientere Implementierungen zu ermöglichen.

Erfindung

Erfindungsgemäß wird der Datenstrom vor der Umformatierung oder Zwischenspeicherung mit einem, für Datengruppen festem Kompressions faktor komprimiert, so daß die Strukturen und Größen einzelner Datengrup pen, sowie der Ort der Zwischenspeicherung unabhängig vom Dateninhalt definiert sind und der Zugriff auf einzelne strukturiert komprimierte Daten gruppen unabhängig vom Dateninhalt erfolgt. Dadurch kann die Umformatie rung oder Zwischenspeicherung vorteilhaft mit geringerer Speichergröße und geringerer Speicherbandbreite durchgeführt werden, ohne daß der Vorteil des einfachen Zugriffs auf die Datengruppen verloren geht.

Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand der herkömmlichen Verfahren und einem Ausführungsbeispiel anhand der Abbildungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Getrennte Umformatierung in mehreren Stufen ohne Komprimierung,

Fig. 2 Getrennte Umformatierung in mehreren Stufen mit Komprimierung,

Fig. 3 Erfindungsgemäße kombinierte Umformatierung mit Komprimierung.

In Fig. 1 ist ein herkömmliches Verfahren skizziert, bei dem ein unkom primierter Datenstrom in mehreren Stufen umformatiert wird. Dabei ist ersichtlich, daß mehrere Speicherbänke (RAM) und Adreßgeneratoren (AG) benötigt werden, sowie jede Information mehrfach geschrieben und gelesen werden muß. Aufgrund der festen Länge und Struktur der Gruppen eines unkomprimierten Datenstroms kann auf die Elemente und Gruppen gezielt zugegriffen werden und die Umformatierung in einem Schritt, wie in Fig. 2 gezeigt, durchgeführt werden.

Wenn der für die Umformatierung oder Zwischenspeicherung erforder liche Speicherplatz mittels Komprimierung in einem Rechenwerk K, bei spielsweise durch eine Variablen Längen-Codierung (VLC), vermindert wird, hängt die Größe der einzelnen Gruppen im komprimierten Datenstrom und die erforderliche Adressierung vom Dateninhalt ab und ist variabel. Der Adreßgenerator AG muß dabei von den Rechenwerken zur Komprimierung K und Dekomprimierung D datenabhängig gesteuert werden. Dies ist auf grund des Adressierungsaufwands nur sinnvoll bei der Umformatierung oder Zwischenspeicherung großer, übergeordneter Datensätze. Die Umformatie rungsschritte von komprimierbaren Datenströmen sind jedoch weder mitein ander, noch mit denen unkomprimierter Datenströme mit vertretbarem Adressierungsaufwand kombinierbar.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine mehrstufige Umformatierung, bei der in der zweiten Stufe ein komprimierter Datenstrom umgeformt wird. Beispiels weise kann die erste Stufe eine Zeilen/Block-Umformatierung und die zweite Stufe eine Änderung der Bildreihenfolge durchführen, wie sie bei der Kom primierung nach dem Motion Picture Experts Group (MPEG) Standard benö tigt wird. Bei dieser Anwendung ist der Mehraufwand für die separate Kom primierung der Blockzeilen allein für die Zeilen/Block-Umformatierung meist zu hoch, während sich bei der Änderung der Bildreihenfolge auch aufwen digere Komprimierungsverfahren sinnvoll einsetzen lassen.

Fig. 3 zeigt die in einem Schritt durchgeführte erfindungsgemäße Umformatierung von komprimierten Datenströmen.

Erfindungsgemäß wird diese einstufige Umformatierung durch den Ein satz eines Codierungsverfahrens möglich, bei dem im Rechenwerk K ein fester Kompressionsfaktor für einzelne Gruppen unabhängig vom Daten inhalt vorgegeben wird. Ein fester Kompressionsfaktor ist zwar nicht bei jeder Anwendung, aber beispielsweise bei der Video- und Audiosignalver arbeitung durch den Einsatz geeigneter Quellencodierungsverfahren erreichbar. Ein mögliches Verfahren ist die verlustbehaftete DPCM mit fester Codewortlänge oder eine entsprechende Transformationscodierung. Im all gemeinen ist es zusätzlich notwendig, daß einzelne Gruppen separat ohne Bezug auf benachbarte Gruppen komprimiert und dekomprimiert werden können.

Wenn erfindungsgemäß einzelne Gruppen mit festem Kompressions faktor komprimiert werden, läßt sich der Datenstrom, ähnlich wie bei einem unkomprimierten Datenstrom, in einem Schritt umformatieren. Dazu wird der komprimierte Datenstrom erfindungsgemäß hierarchisch strukturiert mittels eines Adreßgenerators AG gruppenweise auf definierte Speicherbereiche im Speicher RAM geschrieben und in anderer Reihenfolge ausgelesen. Da jede Gruppe separat ohne Bezug auf benachbarte Gruppen komprimiert wurde, kann anschließend das Signal im Rechenwerk D wieder separat dekompri miert werden.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel ist im folgenden beschrieben.

Das im MPEG-Standard beschriebene Codierungsverfahren sieht vor, daß die üblicherweise zeilenweise organisiert vorliegenden Bilder in der Reihenfolge umsortiert, in Blöcke unterteilt, und schließlich in Gruppen von Blöcken (sogenannten Makroblöcken) verarbeitet werden. Jeder dieser Blöcke besteht dabei aus 8 Blockzeilen mit je 8 Bildpunkten.

Erfindungsgemäß lassen sich die erforderlichen Umformatierungen so durchführen, daß die Blockzeilen separat mittels des DPCM-Verfahrens mit einem jeweils festen Kompressionsfaktor komprimiert werden. Dabei ist erfahrungsgemäß ein Kompressionsfaktor von zwei ohne wesentliche Beein trächtigungen der Bildqualität erreichbar. Durch die erfindungsgemäße hier archisch strukturierte Adressierung kann direkt auf jede Blockzeile zugegrif fen werden. Alle Umformatierungsoperationen können dadurch nach dem Einschreiben in einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) in einem Schritt durch direkte Adressierung der Blockzeilen beim Auslesen durchgeführt werden.

Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Ver wendung der hierachisch strukturierten Adressierung bei dieser Anwendung ist es, daß aufgrund der vorhandenen Ähnlichkeit der Zeilenstruktur in Blöcken und Bildern auch ein blockweise arbeitender zweidimensionaler Prädiktor für die DPCM eingesetzt und damit die Bildqualität bzw. der Kom pressionsfaktor verbessert werden kann.

Die Erfindung ist auch für andere Umformatierungseinrichtungen durchführbar, die beispielsweise auf Multiplexern und Schieberegistern basieren.

Bezugszeichenliste

RAM Zwischenspeicher mit wahlfreiem Zugriff
AG Adreßgenerator
K Rechenwerk zur Komprimierung
D Rechenwerk zur Dekomprimierung

Claims

1. Verfahren zur Umformatierung oder Zwischenspeicherung von Daten strömen, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Umformatierung oder Zwischenspeicherung eine Kompression des Datenstroms durchgeführt wird, derart, daß die Strukturen und Größen einzelner Datengruppen, sowie der Ort der Zwischenspeicherung unabhängig vom Dateninhalt definiert sind und der Kompressionsfaktor einzelner Datengruppen fest gelegt ist und der Zugriff auf einzelne strukturiert komprimierte Daten gruppen unabhängig vom Dateninhalt erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Umformatierung oder Zwischenspeiche rung von Datenströmen mit Bildsignalinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplätze mit einer hierarchisch strukturierten Adressierung zugeordnet werden, eine Kompression mit für Bildausschnitte festem Kompressionsfaktor durchgeführt wird und die Kompression vor der Zwischenspeicherung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressie rung auf die Zeilen/Block-Umformatierung und die Änderung der Bild- Reihenfolge angewendet und die Umformatierung in einem Schritt durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das umformatierte Ausgangssignal wieder dekomprimiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komprimierung und Dekomprimierung mittels einer DPCM mit ein- oder zweidimensionalem Prädiktor durchgeführt wird.

6. Einrichtung zur Umformatierung oder Zwischenspeicherung von Daten strömen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechenwerk zur Kompressi on des Datenstroms unabhängig von einem Rechenwerk zur Umforma tierung eingesetzt wird, das Rechenwerk zur Kompression derart ausge prägt ist, daß die Strukturen und Größen einzelner Datengruppen, sowie der Ort der Zwischenspeicherung nicht in Abhängigkeit vom Dateninhalt festgelegt werden, der Kompressionsfaktor für einzelne Datengruppen festlegbar ist und der Zugriff auf einzelne strukturiert komprimierte Datengruppen unabhängig vom Dateninhalt erfolgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 zur Umformatierung oder Zwischenspei cherung von Datenströmen mit Bildsignalinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechenwerk zur Steuerung des Speicherzu griffs mittels hierachisch strukturierter Adressierung ausgeprägt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfor matierung oder Zwischenspeicherung mittels Multiplexern und Schiebe registern erfolgt.

9. Einrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das umformatierte Ausgangssignal durch ein Rechenwerk wieder dekom primiert wird.