DE4436956C2

DE4436956C2 - Einrichtung und Verfahren zur Umformatierung oder Zwischenspeicherung von Datenströmen

Info

Publication number: DE4436956C2
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: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2014-10-16
Also published as: DE4436956A1

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 - Bilder - 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.

In der US-PS 5,349,348 werden Datengruppen in Verbindung mit einem Header, in dem Informationen über Datenlänge, Kompressionsart etc. vermerkt sind, komprimiert abgespeichert. Die Kompression erfolgt mit einer Entropiecodierung. Auf eine Datengruppe wird innerhalb einer Sequenz zugegriffen, indem die Header von der ersten Datengruppe einer Sequenz bis zur betreffenden Datengruppe sequentiell gelesen und ausgewertet werden. Unter Berücksichtigung aller Datenlängen der Datengruppen einer Sequenz kann dann auf die Adresse der betreffenden Datengruppe geschlossen werden. Ein direkter Zugriff auf eine Datengruppe ist damit nicht möglich.

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

Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Es wird bereits vor der ersten Umformatierungsstufe eine Kompression des Datenstroms durchgeführt. Dabei wird der Datenstrom mit einem, für Datengruppen festem Kompressionsfaktor komprimiert, so daß die Strukturen und Größen einzelner Datengruppen, sowie der Ort der Zwischenspeicherung unabhängig vom Dateninhalt definiert sind und der Zugriff auf einzelne strukturiert komprimierte Datengruppen unabhängig vom Dateninhalt erfolgt. Zudem erfolgt die Adressierung unabhängig von dem Dateninhalt der Datengruppen, z. B. mit einer hierachisch strukturierten Adressierung. Die Daten werden somit unabhängig von ihrem Dateninhalt komprimiert und adressiert. Dadurch kann die Umformatierung oder Zwischenspeicherung vorteilhaft mit geringerer Speichergröße und geringerer Speicherbandbreite durchgeführt werden, ohne daß der Vorteil des einfachen Zugriffs auf die Datengruppen verloren geht.

In der US 53 49 348 werden hingegen Entropiecodierungen verwendet, die grundsätzlich einen variablen Kompressionsfaktor haben. Die Kompression erfolgt damit in Abhängigkeit von dem Dateninhalt.

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 und Zwischenspeicherung von Datenströmen, die in Datensätze und Datengruppen mit bekannter Struktur und Größe aufgeteilt sind, wobei die Umformatierung durch Umordnung der Datenelemente in Gruppen einer anderen Struktur bzw. durch eine Änderung der Reihenfolge der Datensätze erfolgt und bei der Umformatierung und der Zwischenspeicherung auf einzelne Datengruppen direkt ohne zusätzliche Adreßinformation zugegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) vor der ersten Umformatierungsstufe eine Kompression des Datenstroms durchgeführt wird,
b) der Kompressionsfaktor für jede Datengruppe oder für eine Mehrzahl von Datengruppen jeweils fest ist,
c) die Größen einzelner komprimierter Datengruppen unabhängig vom Dateninhalt definiert sind und
d) die Speicherplätze der komprimierten Daten mit einer von dem Dateninhalt der Datengruppen unabhängigen Adressierung zugeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Umformatierung oder Zwischenspeiche rung von Datenströmen mit Bildsignalinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Speicherplätze mit einer hierarchisch strukturierten Adressierung zugeordnet werden,
b) der Kompressionsfaktor für Bildausschnitte fest ist und
c) die Kompression vor der Zwischenspeicherung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierung 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 und Zwischenspeicherung von Datenströmen, die in Datensätze und Datengruppen mit bekannter Struktur und Größe aufgeteilt sind, wobei die Umformatierung durch Umordnung der Datenelemente in Gruppen einer anderen Struktur bzw. durch eine Änderung der Reihenfolge der Datensätze erfolgt, mit einem Rechenwerk zur Umformatierung, enthaltend mindestens einen Adreßgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Rechenwerk zur Kompression des Datenstroms mit einstellbarem Kompressionsfaktor vor dem Rechenwerk zur Umformatierung angeordnet ist,
b) der Kompressionsfaktor für jede Datengruppe oder für eine Mehrzahl von Datengruppen jeweils fest ist,
c) die Größen einzelner Datengruppen unabhängig vom Dateninhalt definiert sind und
d) der Adreßgenerator zur von dem Dateninhalt der Datengruppen unabhängigen Adressierung der komprimierten Daten ausgeprägt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 zur Umformatierung oder Zwischenspei cherung von Datenströmen mit Bildsignalinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Adreßgenerator zur hierachisch strukturierten Adressierung ausgeprägt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformatierung oder Zwischenspeicherung mittels Multiplexern und Schieberegistern erfolgt.

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