DE68922384T2

DE68922384T2 - Verfahren und Vorrichtungen zum Kodieren und Speichern von Pixelwerten und Vorrichtungen zum Dekodieren und Wiedergeben eines Digitalbildes.

Info

Publication number: DE68922384T2
Application number: DE68922384T
Authority: DE
Inventors: Norman Dennis Richards
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2009-12-19
Also published as: JP3088726B2; EP0375056A2; JPH02220584A; US5438635A; DE68922384D1; GB8830184D0; GB2226470A; EP0375056B1; ATE121894T1; EP0375056A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Decodieren einer ersten Reihe von Coden, die eine erste Reihe von Differentialwerten entsprechend einer Bildelementzeile eines digitalisierten Bildes darstellen.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Verfahren zum Codieren einer ersten Reihe von Werten zur Darstellung einer Bildelementzeile eines Digitalbildes.
Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät zum Wiedergeben eines gespeicherten Digitalbildes, auf ein Verfahren zum Speichern eines Digitalbildes und auf eine Speicheranordnung, in der ein Bild entsprechend eines derartigen Verfahrens gespeichert wurde.
Differenzcodierung für Bildübertragung oder Bildspeicherung ist allgemein gut bekannt, aber ein besonderes Beispiel ist daß beispielsweise in "CD-I - a Designer's Overview" von Kluwer veröffentlichte (ISBN 9020121103) beschriebene interaktive Compact Disc-System. In dem CD-I-System können natürliche photographische Bilder codiert und auf einer optischen Scheibe für spätere Wiedergewinnung, Decodierung und Wiedergabe im CD-I-Spieler aufgezeichnet werden. Die benutzte Codierungstechnik bietet einen hohen Grad der Datenkompression, aber die Datengeschwindigkeit des Datenkanals (der Plattenspieler) is nicht hoch genug, um die Wiedergabe von Folgen derartiger Bilder als bewegende Bilder zu ermöglichen, wenn nicht die Bilder auf ein kleines Gebiet des verfügbaren Wiedergabeschirms begrenzt werden. Speicherung und Wiedergewinnung können allgemein als analog der Übertragung und dem Empfang betrachtet werden, die beide durch Frequenzgang und Geräuschparameter gekennzeichnet werden. Die Erfindung bezieht sich also sowohl auf Übertragungs- und Speichersysteme, in denen die Bandbreite begrenzt ist.
Bekanntlich können derartige Bilder im bekannten Gerät zum Ausfüllen eines größeren Schirmbereichs expandiert werden, aber nur durch Wiederholung der empfangenen Bildelementwerte zur Wiedergabe jedes Werts über einen großen Bildelementblock. Diese Technik führt einen Mosaikeffekt ein, der jedoch visuell aufdringlich und allgemein unerwünscht ist. Außerdem ist bekannt, daß ausreichende Expansion von Digitalbildern durch die Verwendung von Linearinterpolation zum Erzeugen von Zwischenbildelementwerten erreichbar ist. Die Interpolation kann in der Zeilenabtastung (im weiteren "Horizontal") und in der Halbbildabtastung (im weiteren "Vertikal") Richtungen im wesentlichen unabhängig ausgeführt werden.
Unglücklicherweise macht die Differenznatur der Codierung in den bekannten Systemen bekannte Interpolationstechniken insbesondere in Produkte die z.B. im CD-I-Spieler ungeeignet, die für den Verbrauchermarkt entwickelt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Expansion von Bildern durch Linearinterpolation in der Horizontalabtastung in einem Gerät beschriebener Art zu schaffen, und insbesondere auf eine Weise, die technisch mit bestehenden Systemen, wie z.B. CD-I, kompatibel und verhältnismäßig preiswertimplementierbar ist.
Die Erfindung bietet ein Decodergerät mit Mitteln zum Empfangen einer ersten Reihe von Coden zur Darstellung einer ersten Reihe von Differenzwerten entsprechend einer Bildelementzeile eines differentialcodierten Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß das Decodergerät außerdem Mittel zum Expandieren jedes Codes der ersten Reihe in eine Codegruppe, wobei jede Codegruppe eine Anzahl von Differenzwerten darstellt, deren Summe wenigstens annähernd der Differenzwert ist, den der entsprechende Code der ersten Reihe darstellt, Mittel zur Bildung einer zweiten Codereihe mit den Codegruppen für jeden Code in der ersten Reihe und einen Decoder zum Decodieren der zweiten Codereihe zum Erzeugen einer zweiten Reihe von Bildelementwerten für die Wiedergabe enthält, wobei die zweite Reihe von Bildelementwerten eine Vielzahl der Länge der ersten Reihe von Bildelementwerten ist.
Durch die wirksame Verteilung jedes empfangenen Differenzwerts in zwei oder mehrere kleinere Differenzwerte kann das bekannte Gerät mit nur geringer oder gar keiner Änderung zum Expandieren jeder Zeile eines empfangenen Bildes um den Faktor zwei oder mehr gebracht werden, in Abhängigkeit von der Codeanzahl in jeder Gruppe. Wenn die Anzahl in jeder Gruppe vorhandener Differenzwerte gleichgemacht wird, betragen die erzeugten zusätzlichen Bildelementwerte genau jene, die von einem idealen Linearinterpolator erzeugt werden würden. Größere Bilder können auf diese Weise in derselben Zeitspanne bei verringerter Auflösung ohne Einführung aufdringlicher Artefakte übertragen werden. Dies ermöglicht bessere, beispielsweise von einer optischen Platte erzeugte bewegende Bilder.
Das Expansionsmittel kann zum Empfangen eines Teils eines codierten Bildes unter Verwendung einer ersten Gruppe von Quantisierpegeln angeordnet werden, während der Decoder zum Decodieren der zweiten Codereihe unter Verwendung einer zweiten Gruppe von Quantisierpegeln angeordnet wird, wobei jeder Pegel der ersten Gruppe von Quantisierpegeln die Summe einer Anzahl von Pegeln der zweiten Gruppe ist. Die Anzahl der Pegel der zweiten Gruppe, deren Summe für jeden Pegel der ersten Gruppe einander genau gleich sein kann, bietet genaue lineare Interpolation.
Optimale Quantisierpegel für die erste Gruppe können auf bekannte Weise von einem Systemkonstrukteur gewählt werden, um die Kanalbreite voll auszunutzen und einen guten Frequenzgang für das Übertragungs- oder Speichersystem zu geben. Jedoch kann es sein, daß die Pegel dieser optimalen Gruppe von Quantisierpegeln nicht diejenigen sind, die als Summen gleicher Pegel der zweiten Gruppe oder sogar als Summen ungleicher Pegel der zweiten Gruppe ausgedrückt werden können.
In einem derartigen Fall kann jeder Pegel der ersten Quantisierpegelgruppe als jenen Pegel definiert werden, der als eine Summe einer Anzahl von Pegeln der zweiten Gruppe ausgedrückt werden kann, und der sich nächst zum Optimalpegel befindet, wobei jeder Pegel der Anzahl von Pegeln der zweiten Quantisierpegelgruppe wenigstens nicht Null gewählt wird, wenn der Pegel der ersten Gruppe einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Anzahl der gewählten Pegel aus der zweiten Gruppe kann ungleich sein, so daß genaue Interpolation nicht erreicht wird. Jedoch indem sie wenigstens nicht Null gemacht werden oder fast gleich, wie die Grenzwertbedingungen der zweiten Gruppe es ermöglichen, wird das Mosaikmuster verschwommen ? oder aufgebrochen, um weniger aufdringlich zu sein. Mit anderen Worten kann ein Kompromiß zwischen dem Wunsch für exakte Interpolation einerseits und den Grenzwertbedingungen des beschränkten Bereichs der verfügbaren Quantisierpegel und den gewünschten Kanaleigenschaften andererseits getroffen werden.
Die zweite Quantisierpegelgruppe kann jene Gruppe sein, die der Decoder in einem Spieler entsprechend der Compact Disc-Interactive-Norm definiert ist. Die CD-I-Norm definiert eine Gruppe von 16 Pegeln zwischen + 128 durch null nach -79. Der Decodierschritt kann also unter Verwendung eines Standard-CD-I-Decoderchip ausgeführt werden. Die erste Quantisierpegelgruppe kann aus Werten bestehen, die Vielfache der Pegel jener zweiten Gruppe sind, oder können nach obiger Beschreibung gewählte Kompromißwerte unter Verwendung jener zweiten Gruppe (oder irgendeiner gewünschten Gruppe) als der optimalen Gruppe sein.
Jedes Bildelementwert kann eine Anzahl von Komponenten enthalten, während die ersten und zweiten Codegruppen erste bzw. zweite Codewortreihen enthalten, wobei jedes Codewort durch eine Vielzahl von Coden zur Darstellung der Vielzahl von Komponenten eines vorgegebenen Bildelementwerts gebildet wird, und wobei der Decodierschritt zum Decodieren der zweiten Codereihe getrenntes Decodieren der Coden eines Codeworts der zweiten Gruppe zum Erzeugen einer Anzahl von Komponenten zur Bildung eines entsprechenden Bildelementwerts enthält. Bildelementfarben können auf diese Weise unter Verwendung einer gewünschten Komponentengruppe dargestellt werden, wie z.B. Rot, Grün und Blau (RGB) oder IUV (Leuchtdichte plus zwei Farbdifferenzwerte).
In einem derartigen Gerät kann jedes Codewort ein Paar benachbarter Bildelemente der Zeile darstellen und zwei Coden zur Definition einer Differenzleuchtdichtekomponente einmal für jedes Bildelement des Paares und zwei Coden zur Definition zwei betreffende Farbdifferenzkomponenten einmal nur für beide Bildelemente des Paares enthalten. Die Auflösung des codierten Bildes in Leuchtdichtebegriffen beträgt also das Zweifache der Auflösung im Begriff jedes der ersten und zweiten Farbdifferenzen unter Berücksichtigung der verschiedenen Empfindlichkeiten des menschlichen Auges für Farbe und Helligkeit. Derartige Ausführungsbeispiele gewährleisten ebenfalls einen hohen Grad der Datenkompression und können mit bestehenden Systemen, wie z.B. CD-I, kompatibel sein, in dem Codes für verschiedene Komponenten gleichzeitig als Codewörter bearbeitet werden. Ganze Codewörter der ersten Reihe können direkt expandiert werden, um entsprechende Codewortgruppen der zweiten Reihe zu erzeugen. Dies kann in einigen Ausführungsbeispielen zeitsparend sein.
Das Expansionsmittel kann beispielsweise einen Suchtabellenspeicher mit der Gruppe von Coden oder von Codewörtern entsprechend jedem Code oder Codewort enthalten, der bzw. das in der ersten Reihe von Coden oder Codewörtern erscheint. Dies bietet eine einfache Implementation des Expansionsmittels, das die Form einer einfachen Addierung in bestehender Hardware oder einen Teil des bestehenden Hauptspeichers eines Wiedergabegeräts annehmen kann.
Die Erfindung schafft außerdem ein Gerät zum Erzeugen eines gespeicherten Bildes, mit einem Decoder eingangs erwähnter Art, in dem das Mittel zum Empfangen der ersten Codereihe Mittel zum Lesen der ersten Codereihe aus einer Speichereinrichtung enthält, wobei das Gerät außerdem Mittel zum Liefern der zweiten Bildelementwertreihe an eine Wiedergabeanordnung enthält. Die erste Codereihe kann in einen verhältnismäßig kleinen Speicherraum eingeschrieben und mit einer verhältnismäßig niedrigen Datengeschwindigkeit wiedergewonnen werden. Nach der Wiedergewinnung kann ein expandiertes Bild mit der zweifachen oder mehrfachen Anzahl von Bildelementen mit wenigstens angenäherter Linearinterpolation wiedergegeben werden, wobei die Abmessung, die Geschwindigkeit und/oder die Qualität der Bilder verbessert ist, die aus einem vorgegebenen Typ von Speichereinrichtung wiedergewonnen werden kann.
Die Speicheranordnung kann eine optische Platte sein. Wie im CD-I- System bieten beispielsweise optische Platten sehr große Speichermengen, aber eine beschränkte Datengeschwindigkeit. Die Anwendung der Erfindung erniedrigt einen Effekt dieser Beschränkung auf eine Weise, die ganz einfach ist und mit niedrigen Kosten implementiert werden kann. Dies vergrößert die Eignung der Erfindung mehr als bekannte Lösungen zur Verwendung in Kundenprodukten, wie z.B. in einem CD-I- Gerät, da nur eine geringfügige oder gar keine Änderung im Konsumergerät erforderlich ist.
Das Expansionsmittel kann Mittel zum Lesen von Information aus der Speicheranordnung enthalten, die die Gruppe von Coden oder Codewörtern der zweiten Reihe definiert, die jedem Code oder Codewort entspricht, der bzw. das in der ersten Reihe erscheint. Dies ermöglicht eine flexible Definition der expandierten Coden, die mit den damit verknüpften Bilddaten gespeichert werden können, statt ihrer Fixierung in einem Reproduktionsgerät. Beispielsweise kann im CD-I-System ein von der Platte geladenes Programm eine Suchtabelle im Speicher vom oben erwähnten Typ anfertigen oder eine einfache Formel definieren zur Verwendung bei der Expansion der empfangenen Coden. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß ein derartiges Expansionsmittel unter Verwendung der in einem Standard-CD-I-Spieler vorhandenen Komponenten ohne jede Hardwareänderung implementierbar ist. Auf andere Weise kann diese Information dauerhaft im Gerät angeordnet werden.
Die Erfindung gibt ebenfalls ein Verfahren zum Codieren einer ersten Wertreihe zur Darstellung einer Bildelementzeile eines Digitalbildes an, wobei das Verfahren den Schritt der Differenzcodierung der ersten Reihe von Bildelementwerten zum Erzeugen einer ersten Codereihe zur Darstellung einer ersten Reihe von Differenzwerten umfaßt, gekennzeichnet durch den Quantisierschritt der Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Bildwerten unter Verwendung einer ersten Gruppe von Quantisierpegeln, wobei jeder Quantisierpegel die Summe einer Anzahl von Pegeln einer zweiten Gruppe von Quantisierpegeln ist, die zweite Quantisierpegelgruppe jene Gruppe ist, die für den Decoder in einem Spieler nach der Compact Disc-Interactive-Norm definiert ist. Ein auf diese Weise codiertes Bild kann expandiert und anschließend für Wiedergabe unter Verwendung des Standard-CD-I-Decodierchips oder dgl. decodiert werden. Die Codierung kann beispielsweise von einem Software-Hersteller ausgeführt werden und die erzeugte Codereihe kann (entweder direkt oder über eine Speicheranordnung wie z.B. eine optische Platte) mit einer verhältnismäßig niedrigen Datengeschwindigkeit auf eine oder viele Stellen übertragen werden, an der bzw. an denen sie expandiert und für Wiedergabe unter Verwendung der bereits für den CD-I-Spieler entwickelten Standardbauteile decodiert werden.
Die Erfindung gibt ebenfalls ein Verfahren zum Speichern eines Digitalbildes an, daß die Erzeugung einer ersten Reihe von Coden oder Codewörtern zur Darstellung einer ersten Reihe von Differenzwerten entsprechend jeder Bildelementzeile des Bildes an, gekennzeichnet durch die Speicherung der Codereihe in einer Speicheranordnung zusammen mit Information, die eine Anzahl von Gruppen von Coden oder Codewörtern zur Verwendung bei der Definition einer zweiten Reihe von Coden oder Codewörtern definiert, wobei die Coden oder Codewörter jeder Gruppe Werte haben, die insgesamt wenigstens nahezu den Wert eines abweichenden Codes oder Codeworts betragen, der bzw. das in der ersten Reihe erscheinen kann.
Die Erfindung schafft außerdem eine Speicheranordnung, wie z.B. eine optische Speicherplatte, in der ein Bild entsprechend eines Verfahrens nach dem obigen Absatz gespeichert ist. Eine derartige Platte bietet dem Benutzer bessere Bilder als jene, die bisher im CD-I-System verfügbar waren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Geräts nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Differenzcodiergerät, das mit dem Gerät nach Fig. 1 kompatibel ist,
Fig. 3 einen Teil des Geräts nach Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten,
Fig. 4 die Expansion eines Niederauflösungsbildes in den Horizontalabtast- und Vertikalabtast-Richtungen,
Fig. 5 ein bekanntes Expansionsverfahren im Gerät nach Fig. 1,
Fig. 6 die ideale linear interpolierte Expansion des Bildes nach Fig. 4,
Fig. 7 eine Zwischenstufe im Linearinterpolationsverfahren,
Fig. 8 die Basis der Horizontalinterpolation nach der Erfindung,
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm und eine Querverweisliste zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 10 schematisch ein erstes Vertikalinterpolationsverfahren, und
Fig. 11 schematisch ein zweites Vertikalinterpolationsverfaren.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Geräts der eingangs erwähnten Art dargestellt. In den zu beschreibenden Ausführungsbeispielen ist der Datenkanal der Ausgang einer Plattenaufzeichnungseinrichtung 10. Die Einrichtung 10 kann eine Magnetplattensteuerung sein, aber insbesondere kann sie eine optische Compact Disc- Steuerung (CD) in der bekannten Form für digitale Audiowiedergabe (CD-DA) sein. Wie im CD-DA-System richtet die Einrichtung 10 einen Schreibkopf auf geeignete Teile der Platte und läßt von der Platte gelesene Information nach einem Schaltdecoder 14 durch, der bei 16 ein Audioausgangssignal liefert.
Es ist jedoch bekannt, daß optische Platten und das CD-Format insbesondere einen größeren Anwendungsbereich als digitales Audio haben, und in einer Entwicklungsform der Compactscheibe, die als Compact Disc-Interactive (CD-I) bekannt ist, enthält das Gerät ebenfalls einen Universalmikroprozessor 18, der die Einrichtung 10 steuert und Teile der aus der Platte gelesenen Daten an einen Speicher 20 statt direkt an den Schaltdecoder 14 richten kann. Die Daten können Programme für den Mikroprozessor 18 und codierte Bildinformation in einem Rasterabtastformat sowie auch Audiodaten enthalten.
Eine Anzeigesteuereinrichtung 22 liest ununterbrochen geeignete Teile des Speichers 20 zum Erzeugen von Bildern an einer Anzeigeanordnung 24, wie z.B. an einem Fernsehmonitor. Bilder können entsprechend vielen verschiedenen Formaten codiert werden, wie z.B. geradeaus RGB (Rot, Grün und Blau)-Werte oder runlängencodierte Werte. Im vorliegenden Beispiel wird Differenz-Pulscodemodulation (DPCM) zum Erhalten einer kompakten Darstellung der Videoinformation verwendet. Es sind mehrere DPCM-Formate bekannt und als Beispiel bezieht sich diese Beschreibung nur auf das mit DYUV bekannte System (Differential-YUV), das im CD-I-System zum Befördern natürlicher photographischer Bilder und insbesondere zum Befördern bewirklicher Bildfolgen verwendet wird.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Coders zum Umsetzen von RGB- Digitalbildern nach dem DYUV-Format dargestellt. Rote, grüne und blaue Werte für jedes Bildelement werden in Digitalform als drei 8-Bit-Werte R, G und B für die Bildquelle empfangen, die beispielsweise eine Videokamera, einen Aufzeichnungs- oder einen Computergraphikgenerator sein kann. Das ganze Bild in einem PAL-kompatiblen System kann beispielsweise 280 Zeilen von 384 Bildelementen enthalten, und bei 24 Bits je Bildelement für vollständiges RGB-Codieren betragt die Menge der erforderlichen Daten zum Darstellen eines ganzen Bildes 280x384x24 Bits, was etwa 315 Kilobytes bedeutet. Eine derart große Datenmenge wird nahezu zwei Lesesekunden aus einer Kompaktscheibe oder aus einem gleichwertigen Datenkanal erfordern, so daß realistische Bewegungsbildwiedergewinnung ausgeschlossen sein wird.
Im DYUV-Coder nach Fig. 2 werden die RGB-Werte für jedes Bildelement in eine Matrixschaltung 30 nach drei 8-Bit-Werten Y, U und V umgesetzt, wie solches in der herkömmlichen Farbfernsehübertragung erfolgt, wobei Y die Leuchtdichte und U und V Farbdifferenzwerte sind. Der Y-Wert für jedes Bildelement gelangt dabei an einen Differenzcoder 32. Im Coder 32 wird der Y-Wert für jedes Bildelement mit dem des vorangehenden Bildelements (oder mit einem festen Wert für das erste Bildelement in jeder Zeile) verglichen, der Unterschied wird quantisiert und als Vier- Bit-Wert dY entsprechend einem vorgegebenen Code codiert, wie nach dem in der Tabelle 1 unten dargestellten Code. Der Code dY kann jeden Wert zwischen 0 und 15 annehmen, um einen aus einem nichtlinearen Bereich von Quantisierpegeln zwischen -79 bis + 128 darzustellen. Da die wirklichen Differenzwerte im allgemeinen zwischen zwei der vorgegebenen Quantisierpegel liegen, wird jeder Fehler vom Coder 32 auf das folgende Bildelement übertragen, um Akkumulation von Fehlern zu vermeiden. TABELLE 1 Quantisierwert Code
Es gibt ebenfalls Differenzcoder 34 und 36 für die U- bzw. V-Werte, aber vor dem Anlegen der U- und V-Werte an diese Coder werden sie von den Unterabtastern 38 und 40 bearbeitet, so daß nur ein U- und V-Wert für jedes Bildelementpaar codiert wird. Dies ermöglicht wesentliche Datenkompression auf Kosten der Farbauflösung. Dies ist jedoch zulässig, da bekanntlich das menschliche Auge im Vergleich zu der für Leuchtdichte eine verhältnismäßig niedrige räumliche Auflösung für Farben hat. Die Unterabtaster 38 und 40 können durch einfaches Ignorieren jedes weiteren Bildelements arbeiten, aber zur Vermeidung von Umfalteffekten wird bevorzugt, daß eine Tiefpaßfilteraufgabe eingeführt wird, beispielsweise durch die Codierung der Mittelwerte der U- und V-Werte für jedes Bildelementpaar.
Daher erzeugen für jedes von den RGB-Eingangswerten definierten Bildelementpaar die Coder 32, 34 und 36 zwei dY-Coden, einen dU-Code und einen dV-Code. Diese Coden werden in einem Multiplexer 42 zur Bildung eines Sechzehn- Bit-Codewort 44 für jedes Bildelementpaar kombiniert. Die Bits 0 bis 3 enthalten den dY-Code für das zweite Bildelement im Paar (dY1), die Bits 4 bis 7 enthalten den dV- Code für das Paar, die Bits 8 bis 11 enthalten den dY-Code für das erste Bildelement (dY0) und die Bits 12 bis 15 enthalten den dU-Code für das Paar.
Die Codewörter 44 für jedes Bildelementpaar auf jeder Zeile des Bildes kann in einem Raum von 374x280x16/2 Bits gespeichert werden, was etwa 105 Kilobytes beträgt - ein Drittel des erforderlichen Raumes für ein ganzes RGB-Bild. Daher kann ein den ganzen Schirm einnehmendes Normalauflösungs-DYUV-Bild aus einer optischen Platte (oder aus einem Datenkanal im Betrieb bei etwa 150 Kilobytes/s.) in etwa zwei Drittel einer Sekunde gelesen werden.
Im Gerät nach Fig. 1 werden die DYUV-Coden aus der Platte direkt in den Speicher 20 übertragen und in der Anzeigesteuereinrichtung 22 synchron mit der Anzeigeabtastung decodiert. In Fig. 3 ist mit weiteren Einzelheiten der Speicher 20 und ein Teil der Anzeigesteuereinrichtung 22 im Gerät nach Fig. 1 dargestellt. Der Speicher 20 ist ein Direktzugriffsspeicher (RAM) mit einer Verteilung in zwei Banken 20A und 20B. Jede Bank 20A und 20B dient als Anzeigespeicher für einen der beiden Anzeigekanäle A bzw. B, die zum Kombinieren von zwei verschiedenen Bildern auf verschiedene Weisen verwendbar sind (beispielsweise Mattes, Farbtastung, Fading, usw.), um einen vielseitigen Bereich von Anzeigemöglichkeiten zu fördern. Die ankommenden Daten aus der Platte können unter der Steuerung des Mikroprozessors 18 oder mit Hilfe von Coden in den Daten selbst eine Speicherbank zugeleitet werden.
Beim Empfang im Speicher 20A oder 20B werden die Daten unter der Steuerung eines Steuerabschnitts 50 der Anzeigesteuereinrichtung 22 adressiert. Gebiete im Speicher 20 werden für die Speicherung eines Anzeigesteuerprogramms (DCP) verwendet, das dem Steuerabschnitt 50 angibt, welche Stellen im Speicher 20 mit den Teilen des Schirms nach der Beschreibung unten entsprechen. Der Steuerabschnitt 50 erzeugt darauf die erforderlichen Adressen zum Abtasten der Speicherbanken 20A und 20B synchron mit der Rasterabtastung des Anzeigeschirms 24 (Fig. 1). Im CD-I-System wird ein Teil der Anzeigesteuereinrichtungsaufgabe vom Mikroprozessor 18 unter der Steuerung der mit der Anzeigeabtastung synchronisierten Untyerbrechungssignale nach der Beschreibung unten ausgeführt.
Die aus dem Speicher 20A oder 20B gelesenen DYUV-Codewörter gelangen an die betreffenden Echtzeit-Decoderschaltungen 52A und 52B. Die Decoder 52A und 52B sind einander gleich und werden als einfache Einheit ohne den Bezeichnungen A und B beschrieben. Die ankommenden 4-Bit-dY-Coden gelangen an einen Differenzdecoder 54, der 8-Bit-Y-Werte durch Addierung des Differenzwerts des ankommenden dY-Codes (siehe die Tabelle 1) zum Y-Wert des vorangehenden Bildelements erzeugt. Ähnlich gelangen die 4-Bit-dU- und dV-Werte an einen zweiten Differenzdecoder 56, der abwechselnd die 8-Bit-U- und 8-Bit-V-Werte erzeugt. Es sei daran erinnert, daß die U- und V-Werte bei der halben Horizontalauflösung der Y- Werte codiert werden. Die U- und V-Werte gelangen daher an einen Interpolator 58, der die fehlenden U- und V-Werte durch die Bildung des linearen Mittelwerts der beiden benachbarten Werte ersetzt.
Die decodierten Y-, U- und V-Werte werden darauf einer Matrix 60 zugeleitet, die YUV in RGB-Format umsetzt, um für jeden Kanal RGBA und RGBB eine Gruppe von RGB-Werten zu schaffen. Die zwei Bildsignale RGBA und RGBB werden in einer Mischstufe 62 in Anteilen linear kombiniert, die mit einem Bildzuteilungsfaktor (ICF) für jeden Kanal definiert werden, der jeder Steuerabschnitt 30 zum Erzeugen des endgültigen 3-zu-8-Bit-RGB-Anzeigeausgangssignals bei 64 liefert. Der ICF für einen Kanal kann für ein ganzes Feld oder Zeile für Zeile mittels Instruktionen im Anzeigesteuerprogramm (DCP) definiert werden. Die Art und der Betrieb des DCP wird nachstehend anhand der Fig. 10 und 11 näher erläutert.
Da die Decoderschaltungen in Echtzeit synchron mit der Anzeigeabtastung arbeiten, wird es klar sein, daß der Faktor, der die Fähigkeit des bekannten Geräts zum Anzeigen beweglicher Bilder am stärksten beschränkt, die Geschwindigkeit ist, bei der Daten aus der optischen Platte oder aus einem anderen Datenkanal gelesen werden können (je Zweidrittel einer Sekunde ein ganzes Bild). Zum Anzeigen beweglicher Bilder ist eine Auffrischgeschwindigkeit von wenigstens 12 und vorzugsweise 24 bis 30 Bilder in der Sekunde erforderlich. Es können verschiedene Techniken zum Erhöhen der Bildauffrischgeschwindigkeit angenommen werden. Eine Technik dabei ist es, eine Codiertechnik mit größerer Kompression zu verwenden, die die in der Entwicklung für das digitale videointeraktive System (DVI) nach der Beschreibung zum Beispiel in Electronics magazine, vom 26. November 1987, S. 97...99. Jedoch erfordert die DVI- Codierung ein sehr kräftiges Computergerät zum Codieren der Bilder, und die erforderlichen Echtzeitdecoder sind zu teuer für Kundenprodukte.
In einem Kundenprodukt wie CD-I besteht ein einfaches Reduzierverfahren zum Reduzieren der erforderlichen Datenmenge für bewegliche Bilder in der Reduktion der Auflösung, mit der sie wiedergegeben werden. Dies ist möglich, da der Zuschauer dazu neigt, für bewegliche Bilder weniger kritisch als für Standbilder zu sein. Auf andere Weise kann das Gebiet des Schirms, der für bewegliche Bilder verwendet wird, reduziert werden, oder in Kombination können beide Verfahren verwendet werden.
Ein Beispiel der Reduktion des Gebiets des Schirms ist die Verwendung der normalen Anzeigeauflösung und die Reduktion des wiedergegebenen Gebiets auf 10 Prozent des ganzen Schirmgebiets. Hierdurch wird die codierte Anzeigeinformation auf etwa 10 Kilobytes reduziert, wodurch das Auffrischen von Bildern mit einer Geschwindigkeit von 15 in der Sekunde ermöglicht wird. Wenn die horizontale und die vertikale Anzeigeauflösung beide um den Faktor 2 reduziert werden, können die erforderlichen codierten Daten um den Faktor 4 reduziert werden, wodurch die Vergrößerung des wiedergegebenen Gebiets auf 40% des gesamten Schirmgebiets bei derselben Auffrischgeschwindigkeit möglich wird. Auf ähnliche Weise reduziert ein Abfall in der Auflösung um den Faktor 3 die Daten um den Faktor 9 und ermöglicht die Vergrößerung des wiedergegebenen Gebiets auf 90% des Gesamtbereichs.
Es ist unvermeidbar, daß die Reduktion der Auflösung in der Horizontalabtastrichtung und/oder in der Vertikalabtastrichtung die Fähigkeit des Zuschauers zum Unterscheiden feiner Details verringert, aber sogar dazu sind bisher die erforderlichen Techniken zum Expandieren des empfangenen Bildes unzulänglich durch die Kosten oder durch die unzulängliche Leistung.
Das zu lösende Problem wird anhand der Figur beschrieben, in der ein kleines Feld von Bildelementen dargestellt ist (4 Zeilen zu 6 Bildelementen), was einen Teil einer größeren Anzeige darstellen kann. Der Datenkanal hat Bildelementwerte a bis f geliefert, die nur für eines von vier der Bildelemente im Feld genügen. Daher müssen die Werte für die restlichen Bildelemente, die mit einem 'x' markiert im Decodiergerät synthetisiert werden.
In Fig. 5 ist eine einfache Lösung veranschaulicht. Jeder Bildelementwert a bis f ist in einem kleinen Block von Bildelementstellen wiedergegeben. Diese Technik ist in Kundengeräten verfügbar, wie z.B. im grundsätzlichen CD-I-Spieler, aber hat den Nachteil, daß der entstehende Mosaikeffekt unnatürlich ist und visuell für Zuschauer aufdringlich.
Eine bessere Lösung ist die räumliche Filterung des Bildes mit niedrigerer Auflösung zum Erzeugen von Bildelement-Zwischenwerten. In der einfachsten Form nach Fig. 6 kann diese räumliche Filterung durch Linearinterpolation ausgeführt werden. Jedes Zwischenbildelement hat jetzt einen Wert, der der arithmetische Mittelwert der benachbarten Bildelemente ist. Eine fünfte Zeile mit den empfangenen Werten g, h, i ist zum Ermöglichen einer klareren Veranschaulichung der Interpolation zugefügt.
Die interpolierten Werte können in zwei Stufen berechnet werden, zunächst in der horizontalen Abtastrichtung und weiter in der vertikalen Abtastrichtung. Der Zustand nach der ersten Stufe ist in Fig. 7 veranschaulicht, in der die Zwischenbildelemente auf den ersten, dritten, fünften usw. Zeilen die Werte (a+b)/2(b+c)/2 usw. erhalten. Nach dieser ersten Stufe können die Werte für die Bildelemente in der zweiten Zeile durch Mittelung der entsprechenden Werte aus den ersten und dritten Zeilen berechnet werden. Auf ähnliche Weise können die vierten, sechsten usw. Zellen durch Mittelung der Werte aus den dritten und fünften Zeilen, den fünften und siebten Zeilen usw. vervollständigt werden. Obige Beschreibung vereinfacht den Zustand in einem Echtzeitsystem, in dem jeder Bildelementwert normalerweise eine Kombination von drei Farbkomponentwerten ist, wie z.B. RGB oder YUV. Das Interpolationsverfahren in derartigen Systemen kann davon abhängig sein, ob die drei Komponenten möglicherweise unabhängig voneinander bearbeitbar sind, was nach dem Stand der Technik bekannt ist.
Ein ernsthafteres Problem in differentialcodierten Systemen, wie z.B. im DYUV-System nach obiger Beschreibung, ist daß die vorliegenden Bildelementwerte gar nicht zur Verfügung stehen können, bis sie wirklich angezeigt werden. Zur Speicherraumersparung im CD-I-System zum Beispiel werden die Bilder wie beim Empfang in DYUV-Format im Speicher 20 gespeichert (Figur 1) und in Echtzeit von der Anzeigesteuereinrichtung 22 für jede Abtastung der Wiedergabe decodiert. Die Leistung des Mikroprozessors 18 reicht nicht zum Decodieren der DYUV-Signale, zur Durchführung der Linearinterpolation und darauf zur Neucodierung von DYUV in der verfügbaren Zeit aus, und jeder spezialisierter Prozessor für diese Aufgabe würde die Kosten des Systems stark ansteigen lassen.
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird horizontale und vertikale Expansion getrennt nach obiger Beschreibung anhand der Fig. 5 und 6 ausgeführt, und sie werden getrennt beschrieben. Nur beispielsweise werden die beschriebenen Ausführungsbeispiele die empfangenen Daten um den Faktor 2 in jeder Richtung expandieren, was ausreicht, um fast die Hälfte des ganzen Schirmgebiets 15- Mal in der Sekunde mit den beispielhaften Werten nach obiger Definition ausfüllen. Dem Fachmann wird bekannt sein, auf welche Weise die Ausführungsbeispiele zum Erhalten der Expansion um verschiedene Faktoren angepaßt werden müssen, und werden ebenfalls damit bekannt sein, daß Expansion nicht gleichwertig in beiden Richtungn erforderlich ist.
Das Verfahren der zu beschreibenden horizontalen Interpolation basiert darauf, daß Differentialimpulscodemodulation entsprechend dem beschriebenen DYUV- System einfache eindimensionale (horizontale) Voraussage verwendet. Der Wert jeder Komponente Y, U oder V eines vorgegebenen Bildelements ist gleich dem des vorangehenden Bildelements auf derselben Zeile plus einen quantisierten Differenzwert im 4-Bit-Code dY, dU oder dV. Da die Coden verschiedene Werte darstellen, haben sie die Eigenschaft, daß, wenn zwei aufeinanderfolgende Coden denselben Wert haben, ihre Differenzwerte gleich sind und daher de Wert für das Bildelement entsprechend dem ersten des Paares gleicher Coden der genaue Mittelwert der vorangehenden und folgenden Bildelemente ist.
Ein Interpolationsverfahren unter Verwendung der Standard-CD-I-Coden und der Differenzwerte, wie in der Tabelle 1 angegeben, ist in Fig. 8 veranschaulicht, in der die Bodenlinie (VAL) eine kurze Folge von neun Bildelementen darstellt. Die obere Linie (CODE) enthält die entsprechenden Codenwerte (dY, dU oder dV) für eine Komponente des Bildelementwerts und die Mittellinie (DIFF) enthält die entsprechenden Differenzwerte, die diese Coden darstellen. Entsprechend der gemeinsamen Differenzcodierungspraxis wird das erste Element der Linie auf einen vorgegebenen Wert eingestellt, in diesem Fall 16, und es gibt also keinen damit verknüpften Differenzwert oder Code. Die folgenden Bildelemente werden in Paare mit gleichen Codenwerten gruppiert, und daher mit gleichen Differenzwerten. Es ist ersichtlich, daß die entstehenden Werte für geradzahlige Bildelemente zwischen jenen für ungeradzahlige Bildelemente genau interpoliert sind. Da die Coden für jedes Paar gleich sind, muß jedoch nur ein Code zum Wiedergeben von zwei Bildelementen übertragen werden.
Also kann die erste Reihe der oben erwähnten Coden 2, 3, 15, 14 sein. Die erste Codereihe kann dabei erfindungsgemäß expandiert werden, so daß jeder Code der ersten Reihe durch eine Gruppe von zwei Coden ersetzt wird. Für den Zustand nach Fig. 8 kann die zweite Codereihe 2, 2, 3, 3, 15, 15, 14, 14 sein, die zum Ausgeben der interpolierten Bildelementwerte der unteren Zeile (VAL) decodiert werden können. Wenn jeder Code der ersten Reihe zu einer Gruppe von drei Coden der Reihe expandiert wird, ist es klar, daß dabei eine dreifache Expansion usw. für größere Expansion erreicht werden, die eine maximal zulässige Degradation in der Auflösung erfährt.
Obgleich dieses Verfahren das Problem der Interpolation löst, kann in einigen Fällen eine unzulässige Einschränkung in den benutzten Pegeln zum Quantisieren des Niederauflösungsbildes die Folge sein. Effektiv werden sie auf Werte von genau das Doppelte der Pegel eingeschränkt, die vom Decoder erkannt werden, d.h. die Pegel, die nunmehr in der Codierung von Bildern mit normaler Auflösung verwendet werden.
Jedoch ist die Verwendung gleicher Coden in einem Paar keine erforderliche Einschränkung. Jedes Codepaar kann verwendet werden, das zusammen einen gewünschten Differenzwert beträgt. Die einzige Anforderung dabei ist, daß sie annähernd gleichwertig sind und daß ihre Summe ungefähr den gewünschten quantisierten Unterschied beträgt.
Eine andere Quantisiertabelle, in der dieses Prinzip verwendet ist, ist in Tabelle 2 dargestellt. Jeder Quantisierpegel (erste Spalte) besteht aus der Summe von zwei Quantisierpegeln (1. Diff., 2. Diff.) aus der Tabelle 1. Die dabei entstehenden Quantisierpegel sind ungefähr gleich den Pegeln in der Tabelle 1 (die als optimale Pegel betrachtet werden können) und die Werte in jedem Paar sind ebenfalls gewählt, um möglichst gleich zu sein, um angenäherte Linearinterpolation zu erreichen.
Expansion mit Interpolation kann auf diese Weise durch Speisung der Standarddecoder mit Codewertpaaren (Code', Code") erhalten werden, die die zwei erforderlichen Quantisierpegel darstellen (1. Diff., 2. Diff.).
Es sei bemerkt, daß für die Quantisierpegel 0, 1 und 4 der 2. Differenz Null bleibt, so daß der geringe Mosaikeffekt aufrechterhalten bleibt, wenn Änderungen in Farbe/Helligkeit über die Zeile einen allmählichen Verlauf haben. Dies ist erforderlich, um den optimalen Quantisierpegel 4 aus den Pegeln 0, 1, 4 usw. in der Tabelle 1 zu erhalten. Der Pegel 5 (=1+4) kann zum Reduzieren des Mosaikmusters gewählt werden. Jedoch würde dabei ein großer Spalt in der Gruppe der verfügbaren Quantisierpegel entstehen, wobei die Gesamtkanalleistung degradiert wird. Jedoch sind bei Quantisierpegel über 4 die ersten und zweiten Differenzspalten beide Nicht-Null, so daß der Mosaikeffekt vermieden wird, und wenigstens angenäherte Interpolation ausgeführt wird.
Die gewählten Werte sind nur ein Beispiel einer geeigneten Codetabelle und es sind andere Werte verwendbar. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, verschiedene Quantisierpegel für die Y-, U- und V-Signale zu verwenden. TABELLE 2 Quantisierpegel Code
Sobald diese Quantisierpegel festgelegt sind, ist es möglich, ein Niederauflösungsbild unter Verwendung von Differenzcodern gleich denen (32, 34, 36) nach Fig. 2 neben den verschiedenen Quantisierpegeln zu codieren.
Die Ausgangscodewerte aus den getrennten Differenziellen Y-, U- und V- Impulscodemodulationscodern müssen zur Speicherung auf der optischen Platte kombiniert werden. Das Codierverfahren muß die Codierinformation erhalten und die minimale Speicherkapazität erfordern. Andererseits muß es verhältnismäßig leicht sein, die codierten Daten unter Verwendung des Standard-CD-I-Wiedergabegeräts zu decodieren und wiederzugeben. In der oben erwähnten CD-I-Umgebung bedeutet dies, daß die codierten Werte auf einfache Weise in die Sequenzen der DYUV-Codewörter (44 in Fig. 2) übersetzt werden müssen, die von den Deodern 52A, 52B im Anzeigegerät erkannt werden.
In einem geeigneten Ausführungsbeispiel erzeugt der neue Coder 16-Bit- Codewörter derselben Form dU-dYO-dV-dY1 wie zuvor, jedoch unter Verwendung der neuen Quantisierpegelgruppe. Die Übersetzung dieser Codewörter beim Lesen aus der Platte nach Paaren normaler Codewörter umfaßt dann (i) die Trennung der dYO-, dY1-, dU- und dV-Coden vom empfangenen Codewort, (ii) die Verwendung dieser Codewerte zum Erhalten der entsprechenden Gruppen von zwei Normalauflösungscoden, die mit dYO' und dYO", dY1' und dY1", dU' und dU" und dV' und dV" bezeichnet werden können, und (iii) die Kombination dieser Coden in der richtigen Reihenfolge zur Bildung einer Gruppe von zwei 16-Bit-Codewörtern, die die zweite Codereihe bilden und auf die Anzeigesteuereinrichtung übertragen werden können. Dieser Vorgang kann beispielsweise mit einem Paar von Logikschaltungen ausgeführt werden, die an den Punkten XA und XB nach Fig. 3 eingeschaltet werden.
In Fig. 9 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, das den Vorteil bietet, daß das Gerät nach Fig. 1 einen Mikroprozessor (18, Fig. 1) enthält, der mit Programmdaten aus der optischen Platte steuerbar ist. Unter Verwendung des Ausführungsbeispiels der Fig. 9 können ein Verfahren und ein Gerät nach der Erfindung ohne Änderung der bestehenden Decoderhardware, in diesem Beispiel des CD-I- Spielers, implementiert werden. In Fig. 9 sind ein Ablaufdiagramm, das bei einem Schritt 70 startet, und eine Speicherliste 72 dargestellt, um den Inhalt (einer Bank) des Hauptspeichers 20 des Geräts (Fig. 1) bei der Ausführung des Verfahrens zu veranschaulichen.
Die erste Aktion in einer CD-I-Anwendung ist das Lesen des Programms aus der Platte (10), das die Bildfolgen, Schall und Tekst definiert, die dem Benutzer bei Verwendung der an anderen Stellen gespeicherten Daten auf der Platte vorgeführt werden. Dies erfolgt im Schritt 74 des Ablaufdiagramms und bewirkt das Laden der Programmdaten PROG in den Speicher (20), die in der Speicherliste 72 angegeben. Der Informationsfluß in den Speicher und aus dem Speicher (20) ist in der Speicherliste mit einer Reihe von gestrichelten Speichern angegeben, die mit einem entsprechenden Schritt des Ablaufdiagramms in Klammern bezeichnet sind.
Der Mikroprozessor (MPU) (18) liest das Programm PROG und handelt dementsprechend. Das Programm enthält Information, die die erforderlichen Operationen zum Übersetzen eines DYUV-Codeworts der ersten Reihe in eine Gruppe (in diesem Fall) von zwei DYUV-Codewörtern der zweiten Reihe definiert, um ein expandiertes Bild zur Wiedergabe zu erzeugen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bewirkt das Programm PROG, daß der Mikroprozessor (18) eine sog. Suchtabellt LUT in einem anderen Teil des Speichers (Schritt 76) anordnet.
Die Suchtabelle (LUT) im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann mit einem 16-Bit-Codewort adressiert werden und enthält 65536 32-Bit-Eingänge, die je ein Paar von DYUV-Codewörtern für eine der möglichen 16-Bit-Adressen definieren.
Nach dem Anfertigen der LUT ist das Gerät im Bereitschaft zum Lesen einer Bildfolge aus der Platte und sie expandiert auf der Wiedergabeanordnung (24) in Beantwortung der Instruktionen in den Programmdaten PROG wieder zu geben. Im Schritt 78 wird ein erstes Block von Bilddaten IMIN von der Platte gelesen und in den Speicher geladen. Die Daten IMIN haben die Form von DYUV-Codewörtern nach obiger Beschreibung und können ausreichen, um ein Normalauflösungsbild von N Zeilen mit M Bildelementen in jeder Zeile zu definieren, d.h. M x N x 16/2 Informationsbits.
Im Schritt 80 liest der Mikroprozessor (19) unter der Steuerung des Programms PROG jedes Codewort 82 des ersten Blocks IMIN aus dem Speicher (20) anschließend zur Bildung einer ersten Reihe von Codewörtern. Jedes Codewort wird dabei als Index zum Adressieren des LUT-Bereichs des Speichers gelesen und liest aus der LUT ein Codewortpaar 84 und 86, die eine entsprechende Gruppe von Codewörtern einer zweiten Reihe von Codewörtern bilden, die einen zweiten Block von Bilddaten IMEX definieren. Die IMEX-Daten werden in einem weiteren Speichergebiet entsprechend der Angabe gespeichert und sie enthalten 2 x M x N x 16/2 Informationbits, die zum Definieren eines Bildes mit N Bildelementzeilen mit 2 x M Bildelementen in jeder Zeile ausreichen.
Es sei bemerkt, daß, da die zwei Coden dY und dY1 zwei aufeinanderfolgende Bildelemente darstellen, die Anordnung der expandierten Coden dY0', dY0", dY1' und dY1" in den zwei Codewörtern 84 und 86 derart erfolgen soll, daß die richtige Reihenfolge für die vier expandierten Bildelemente erhalten werden. Dies erfolgt entsprechend Fig. 9, Schritt 80.
Als illustratives Beispiel kann ein Codewort 82 der ersten Reihe (IMIN) die Coden dU-dY0-dV-dY1 = 8-13-5-11 enthalten. Unter Verwendung der Expansionen nach der Tabelle 2 enthält dabei das erste Codewort 84 der entsprechenden Gruppe in der zweiten Reihe (IMEX) die Coden dU'-dY0'-dV'-dY0" = 7-14-4-14 and das zweite Codewort 86 der Gruppe die Coden dU"-dY1'-dV"-dY1" = 6-12-3-13.
Wenn alle M x N Codewörter der Daten IMIN expandiert sind, verordnet der Mikroprozessor (im Schritt 88) der Anzeigesteuereinrichtung (22) die Wiedergabe eines Bildes unter Verwendung der expandierten Daten IMEX. In einem CD-I-Gerät erfolgt dies durch den Aufbau eines Wiedergabesteuerprogramms (DCP) in einem Bereich des
Speichers, der einen Zeiger zum Starten des Bereichs IMEX enthält. Nach dem Aufbau des DCP führt der Steuerabschnitt (50, Fig. 3) der Wiedergabesteuereinrichtung automatisch (Schritt 90) das Lesen der zweiten Reihe von Codewörtern (Daten IMEX) aus dem Speicher (20A oder 20B) durch und führt sie dem Echtzeitdecoder (52A oder 52B) für synchrone Wiedergabe auf der Wiedergabeanordnung (24) zu, genau wie wenn die IMEX-Daten direkt von der Platte geladen werden würden.
Im weiteren Verlauf des Schleifenweges 92 im Ablaufdiagramm kann ein neues Bild gelesen und expandiert werden, um das zur Zeit wiedergegebene Bild zu ersetzen, mit einer im wesentlichen zweifachen Geschwindigkeit im Vergleich zu der, die zum Wiedergeben eines 2M x N Bildes direkt aus der Platte erforderlich wäre.
Abwandlungen des beschriebenen Verfahrens werden dem Fachmann bekannt sein. Beispielsweise können die LUT-Inhalte direkt von der Platte (10) geladen werden, statt ihrer Erzeugung mit Hilfe eines Programms. Welches Verfahren verwendet wird, wird davon abhängig sein, ob Speicherraum auf der Platte in ungenügender Menge vorhanden ist, und ob die erforderliche Zeit zum Lesen einer derart großen Datenmenge von der Platte zulässig ist oder nicht. Statt einer Suchtabelle kann der MPU (18) jede Gruppe von Codewörtern unter Verwendung einer im Programm definierten Formel berechnen. Hierdurch wird allgemein Speicherraum erspart, aber wird langsamer als mit einer Suchtabelle erfolgen.
Unter Verwendung einer größeren Suchtabelle oder einer Formel ist im Prinzip Expansion um das Drei- oder Mehrfache möglich. In einem Standard-CD-I- Spieler jedoch wird der zur Zeit benutzte Motorola MC68070 Mikroprozessor als schnell genug erachtet, um eine zweifache Expansion für bewegliche Bilder und nur unter Verwendung einer Suchtabelle vorgesehen.
Zum Ausführen von Linearinterpolation in der Vertikalabtastrichtung werden zwei Verfahren beschrieben. Jedes Verfahren kann in einem Gerät vom beschriebenen Typ ohne Hardware-Änderung ausgeführt werden, mit anderen Worten in einem Standard-CD-I-Gerät.
Das erste Verfahren der Vertiklinterpolation ist in Fig. 10 veranschaulicht. Das Verfahren nutzt die Eigenschaften des oben bereits beschriebenen Geräts aus, insbesondere die Eigenschaft, daß das System zwei getrennte Wiedergabekanäle (A und B) enthält, die beide in gesteuerten Anteilen zum wiedergegebenen Bild beitragen können. Das Verfahren nutzt außerdem eine in vielen bekannten Systemen verfügbare Einrichtung aus, die es dem Programmierer ermöglicht, die Anzeigesteuereinrichtung 22 (Fig. 1) in den Austastperioden zwischen Wiedergabezeilen nach Bedarf zu neukonfigurieren.
Unter Verwendung des CD-I-Gerats als Beispiel arbeitet die Anzeigesteuereinrichtung 22 entsprechend einem Anzeigesteuerprogramm (DCP), das teilweise im Speicher 20 gespeichert ist. Im Betrieb kann das DCP dafür sorgen, daß der Mikroprozessor 18 unterbrochen wird und daß Instruktionen im DCP beispielsweise zum Ändern des Inhalts der Adreßregister in der Anzeigesteuereinrichtung 22 ausgeführt werden. Das DCP enthält eine Vertikalsteuertabelle (FCT) und Horizontalsteuertabelle (LCT) für jeden Kanal (A oder B). Die Instruktionen in der FCT für ein vorgegebenes Halbbild werden in der Austastperiode vor diesem Halbbild ausgeführt. Die LCT für einen Anzeigekanal enthält einen Eingang für jede Anzeigezeile, und jeder Eingang kann bis zu acht 32-Bit-Instruktionen zur Durchführung in der Austastperiode vor dieser Anzeigezeile enthalten. Ohne expliziete Instruktionen im Eingang für eine besondere Anzeigezeile inkrementiert die Anzeigesteuereinrichtung ihre Register auf der Annahme, daß daten für die wiederzugebende Zeile gespeichert sind und direkt von den Daten für die vorangehende Zeile gefolgt werden.
Jede DCP-Instruktion besteht aus einem 8-Bit-Code und einem Parameter von bis zu 24 Bits. Es sind viele verschiedene Instruktionen verfügbar, und nur die in den zu beschreibenden Ausführungsbeispielen benutzten Instruktionen werden kurz erwähnt. Eine "No Operation"-Instruktion (op-Code 10 hex; kein Parameter) zum Ausfüllen unbenutzter Instruktionsfelder. Eine "Load Display Line Start Pointer"- Instruktion dient zum Definieren der Adresse, an der die codierten Bildelementdaten für die folgende Anzeigezeile aus dem Speicher 20 gelesen werden müssen (Op-Code 40 hex; Adreßparameter). Eine Instruktion "Load Image Contribution Factor (ICF)" dient für jeden Kanal zum Definieren der relativen Stärke für diesen Kanal, bis sie von einer folgenden DCP-Instruktion geändert wird. Der Op-Code für die Load ICF-Instruktion ist DB hex im Kanal A und DC hex im Kanal B. Der Parameter für Load ICF ist ein 6- Bit-Wert ICF zur Darstellung eines Faktors von Null bis eins.
In Fig. 10 ist die Vertikalabtastrichtung mit der Pfeilspitze S angegeben. Reihen von Bildelementcoden zur Darstellung der Zeilen des Niederauflösungsbildes werden aus dem Datenkanal empfangen, und die empfangenen Zeilen werden mit R0, R1, R2, R3 usw. in der Figur bezeichnet. Entsprechend dem ersten Verfahren der Vertikalinterpolation werden diese empfangenen Zeilen abwechselnd in den A- und B- Banken des Bildspeichers (20A und 20B) gespeichert. Also wird die Zeile R0 an einer ersten STelle A0 im Speicher 20A, die Zeile R1 an einer ersten Stelle B0 im Speicher 20B usw. gespeichert, wie in Fig. 10 angegeben.
Zum Wiedergeben eines interpolierten Niederauflösungsbildes sind die Horizontalsteuertabellen LCTA und LCTB im Speicher 20 derart aufgebaut, daß der Bildbeitragsfaktor für jeden Anzeigekanal geändert und die Speicherbanken 20A und 20B in einer besonderen Form während dem Fortschritt der Vertikalabtastung adressiert werden. LCTA und LCTB sind in Fig. 10 neben einer mit DIS bezeichneten Darstellung der Zeilen D0, D1, D2 usw. des wiederzugebenden Bildes dargestellt. Jede LCT (LCTA und LCTB) enthält einen Eingang entsprechend jeder derartigen Wiedergabezeile, und zwei der möglichen acht Instruktionen in jedem Eingang werden benutzt, wobei der Rest mit dem Op-Code 10 hex gefüllt wird (kein Betrieb). Jede Instruktion enthält einen der oben definierten hexadezimalen Op-Coden und ein Parameter, wenn notwendig.
Die Operationssequenz wird von den zwei LCT-Tabellen wie folgt vorgeschrieben.
(D0) Die Adresse A0 der ersten Bildzeile im A-Kanalspeicher wird derart geladen, daß die empfangene Zeile R0 mit einem ICF von eins wiedergegeben wird, während der ICF für den B-Kanal auf Null gestellt wird,
(D1) die Adresse A0 der ersten Zeile im A-Kanal wird derart geladen, daß die Zeile R0 wieder mit einem ICF von einem Halben wiedergegeben wird, und im B-Kanal die Adresse B0 der ersten Zeile im Kanalspeicher derart geladen wird, daß die Zeile R1 ebenfalls mit einem ICF von einem Halben wiedergegeben wird,
(D2) die Adresse B0 der ersten Zeile im B-Kanalspeicher wird derart geladen, daß die Zeile R1 mit einem ICF von eins wiedergegeben wird, während der ICF für den A-Kanal auf Null gestellt wird,
(D3) die Adresse A1 der zweiten Zeile im A-Kanal wird derart geladen, daß die Zeile R2 mit einem ICF von einem Halben wiedergegeben wird, und im B- Kanal die Adresse B0 der ersten Zeile im R-Kanalspeicher derart geladen wird, daß die Zeile R1 mit einem ICF von einem Halben wiedergegeben wird.
Diese sequenzabwechselnden Vollintensitätszeilen R0, R1, R2 usw. aus einem einzigen Anzeigekanal mit Halbintensitätszeilen aus beiden Kanalen wird zum Aufbauen eines vollständigen Bildes DIS wiederholt, in derm abwechselnde Zeilen D1, D3, D5 usw. zwischen den Werten der benachbarten Zeilen interpoliert werden. Die Werte können in der horizontalen Richtung vor oder nach Vertikalexpansion nach Bedarf expandiert werden.
Es wird klar sein, daß die Sequenz der oben benutzten ICF-Werte nicht die einzig mögliche ist. Beispielsweise können statt der Interpolation an Halbwegpunkte zwischen empfangenen Zeilen die wiedergegebenen Zeilen D0, D1, D2 usw. alle interpolierte Zeilen sein, beispielsweise auf den Werten eines Viertels und von drei Viertel auf dem Weg zwischen den empfangenen Zeilen. Das in Fig. 10 angegebene Verfahren wird jedoch erachtet, ein Zeile mehr weidergeben zu können, als mit anderen Bruchteilen unter Verwendung derselben Anzahl empfangener Zeilen möglich ist, da es nicht möglich ist, vorbei den ersten und letzten empfangenen Zeilen zu interpolieren.
Ebenso können zwei oder sogar mehr Zeilen zwischen den empfangenen Zeilen interpoliert werden, beispielsweise unter Verwendung von ICF von einem Drittel und zwei Drittel, um zwei interpolierte Zeilen zwischen empfangenen Zeilen wiederzugeben und so eine dreifache Expansion zu erhalten. Nicht ganzzahlige Expansionsfaktoren und sogar Bildreduktion sind ebenfalls unter Verwendung dieses Verfahrens möglich. Der mögliche Expansionsgrad wird nur durch die Begutachtung der entstehenden Niederauflösungsbilder begrenzt.
Das erste Verfahren zur Durchführung der Vertikalinterpolation nach obiger Beschreibung hat den Nachteil, daß die Verwendung beider Anzeigekanäle erforderlich ist, wodurch die Benutzung anderer visueller Effekte ausgeschlossen wird, die dem Konstrukteur sonst zur Verfügung stehen würden.
Unter Verwendung eines anderen zweiten Verfahrens, das in Fig. 11 veranschaulicht ist, ist es möglich, ein ähnliches Ergebnis unter Verwendung von nur einem Anzeigekanal zu erhalten. In diesem zweiten Verfahren werden die empfangenen Daten R0, R1, R2 usw. alle in einen einzigen Anzeigekanalspeicher 20 (20A oder 20B) an die Adressen I0, I1, I2 usw. gerichtet, und die in diesem Beispiel vom DCP definierte spezielle Anzeigesequenz erzeugt interpolierte Zeilen durch Mittelung der Intensität benachbarter Zeilen in einer Anzahl aufeinanderfolgender Vertikalperioden.
Im Speicher sind zwei Horizontalsteuertabellen (LCT) gespeichert, eine mit der Bezeichnung LCTEVEN und eine mit der Bezeichnung LCTODD in Dif. 11. Jede LCT hat einen Eintrag entsprechend jeder Zeile D0, D1, D2 usw. eines wiedergegebenen Bildes DIS. Nur eine Instruktion von acht wird möglicherweise in jedem derartigen Eintrag verwendet, und der Rest wird mit Op-Code 10 hex ausgefüllt (kein Betrieb). Zwei Vertikalsteuertabellen FCTEVEN und FCTODD werden ebenfalls angeordnet und vor abwechselnden Feldabtastungen des wiedergegebenen Bildes ausgheführt.
Die FCT für geradzahlig eingetragenen FCTEVEN enthält eine Instruktion "Load Control Table Start Pointer" (Op-Code 20 hex; Adreßparameter) mit der Adresse LCTE, an der die Tabelle LCTEVEN gespeichert wird, so daß LCTEVEN die LCT für geradzahlige Felder bildet. Die FCT für ungerahzahlige Felder FCTODD enthält dieselbe Instruktion, wobei aber die Adresse LCTO der Tabelle LCTODD als Parameter gegeben ist, so daß LCTODD die tatsächliche LCT in den ungeradzahligen Feldern ist.
LCTEVEN und LCTODD enthalten eine Reihe von Load Display Line Start Pointer-Instruktionen (Op-Code 40 hex) mit den Adressen I0, 11, 12 usw. der gespeicherten Bildzeilen R0, R1, R2 usw. als Parameter. Die wiedergegebene Zeilensequenz infolge dieser Anordnung sieht wie folgt aus:
(D0) die Adresse I0 wird geladen, so daß die empfangene Zeile R0 wiedergegeben wird,
(D1) in geraden Feldern wird die Adresse I0 geladen, so daß die Zeile R0 wiederum wiedergegeben wird, während in ungeraden Feldern die Adresse I1 geladen wird, so daß die Zeile R1 wiedergegeben wird.
Dieses Muster wird für die Zeilen D2, D3 uws. nach der Darstellen in Fig. 11 zum Erzeugen eines DIS-Bildes wiederholt, in dem abwechlsende Zeilen D1, D3, D5 usw. im Mittel zwischen den Zeilen D0, D2, D4 usw. mit den Zeilen R0, R1, R2 usw. des empfangenen Bildes interpoliert werden.
Ein Nachteil dieses zweiten Verfahrens ist, daß es Flimmern mit einer Geschwindigkeit der Hälfte der Feldgeschwindigkeit der Wiedergabe einführt, aber für das meiste Quellenmaterial ist dies visuell zulässig. Es ist klar, daß das Verfahren erweitert werden kann, um eine dreifache oder N-fache Expansion zu erhalten, obgleich Flimmern bei laufenden Auffrischgeschwindigkeiten bald unzulässig werden kann.
In einer verallgemeinerten Ausführung des zweiten Verfahrens, bei der eine N-fache Vertikalexpansion erzeugbar ist, worin N eine Ganzzahl größer als Eins ist, gibt es N-1 zwischen jedem Paar wiedergegebener gespeicherter Zeilen wiedergegebene Zwischenzeilen. Wenn K zwischen 1 und N-1 zwischen einer empfangenen Zeile und der folgenden liegt, kann die K. Zwischenzeile die eine empfangene Zeile für N-K aus jeweils N-Feldern und die folgende empfangene Zeile in den restlichen K von jeweils N-Feldern enthalten. In einem derartigen Ausführungsbeispiel können N verschiedene Horizontalsteuertabellen ausgebaut und in Umlauf verwendet werden. Es ist klar ersichtlich, auf welche Weise dieses allgemeine Ausführungsbeispiel dem spezifischeren Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 entspricht, wenn N = 2 ist. Zum Minimisieren des Flimmerns, wenn N groß ist, können die zwei Gruppen von N-K und K Feldern für jede Zwischenzeile möglichst weitgehend verschachtelt werden.
Beim Lesen dieser vorliegenden Beschreibung werden dem Fachmann weitere Abwandlungen einfallen. Derartige Abwandlungen können andere Eigenschaften umfassen, die bereits im Entwurf, bei der Herstellung und bei der Verwendung von Bildtransmissions-, Bildaufzeichnungs- und Bildwiedergabesystemen und ihren Bauteilen bekannt sind, und die statt oder zusätzlich zu hier bereits beschriebenen Einrichtungen verwendbar sind.

Claims

1. Decodergerät mit Mitteln zum Empfangen einer ersten Codereihe zur Darstellung einer ersten Reihe von Differenzwerten entsprechend einer Bildelementzeile eines differentialcodierten Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß das Decodergerät außerdem Mittel zum Expandieren jedes Codes der ersten Reihe in eine Gruppe von Coden, wobei jede Codegruppe eine Anzahl von Differenzwerten darstellt, deren Summe wenigstens nahezu der vom entsprechenden Code der ersten Reihe dargestellten Differenzwert ist, Mittel zur Bildung einer zweiten Codereihe mit Codegruppen für jeden Code in der ersten Reihe und einen Decoder zum Decodieren der zweiten Reihe von Codes zum Erzeugen einer zweiten Reihe von Bildelementwerten für die Wiedergabe enthält, wobei die zweite Reihe der Bildelementwerte ein Vielfaches der Länge der ersten Reihe von Bildelementwerten ist.

2. Decodergerät nach Anspruch 1, worin das Expansionsmittel zum Empfangen eines Teils eines Bildes angeordnet ist, das unter Verwendung einer ersten Gruppe von Quantisierpegeln codiert ist, und der Decoder zum Decodieren der zweiten Reihe von Coden unter Verwendung einer zweiten Gruppe von Quantisierpegeln angeordnet ist, wobei jeder Pegel der ersten Gruppe der Quantisierpegel die Summe einer Anzahl von Pegeln der zweiten Gruppe ist.

3. Decodergerät nach Anspurch 2, worin jeder Pegel der ersten Gruppe der Quantisierpegel als jener Pegel definiert ist, der als eine Summe einer Anzahl von Pegeln der zweiten Gruppe ausgedrückt werden kann und nächst zu einem optimalen Pegel liegt, wobei jeder Pegel der Anzahl von Pegeln der zweiten Gruppe von Quantisierpegeln wenigstens nicht Null gewählt wird, wenn der Pegel der ersten Gruppe einen vorgegebenen Wert überschreitet.

4. Decodergerät nach Anspurch 2 oder 3, worin die zweite Gruppe von Quantisierpegeln jene Gruppe ist, die für den Decoder in einem Spieler nach dem Compact Disc-Interactive-Norm definiert ist.

5. Decodergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin jeder Bildelementwert eine Anzahl von Komponenten enthält und die ersten und zweiten Codereihen erste bzw. zweite Codewortreihen enthält, wobei jedes Codewort durch eine Anzahl von Coden gebildet wird, die die Anzahl der Komponenten eines vorgegebenen Bildelementwerts darstellen, und worin der Decoder Mittel zum getrennten Decodieren der Coden eines Codeworts der zweiten Reihe zum Erzeugen einer Anzahl von Komponenten zur Bildung eines entsprechenden Bildelementwerts enthält.

6. Decodergerät nach Anspruch 5, worin jedes Codewort ein Paar benachbarter Bildelemente der Zeile darstellt und zwei Coden enthält, die eine Differenzleuchtdichtekomponente definieren, je eine für jedes Bildelement des Paares, und zwei Coden zwei jeweilige Farbdifferenzkomponenten definieren, nur eine für beide Bildelemente des Paares.

7. Decodergerät nach Anspruch 5 oder 6, worin das Expansionsmittel mit ganzen Codewörtern der ersten Reihe zum Erzeugen entsprechender Codewortgruppen der zweiten Reihe arbeitet.

8. Decodergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Expansionsmittel einen Suchtabellenspeicher mit der Gruppe von Coden oder Codewörtern entsprechend jedem Code oder Codewort enthält, der bzw. das in der ersten Reihe von Coden oder Codewörtern erscheinen kann.

9. Apparat zum Wiedergeben eines gespeicherten Bildes mit einem Decodergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Mittel zum Empfangen der ersten Reihe von Coden Mittel zum Lesen der ersten Reihe von Coden aus einer Speicheranordnung enthält, wobei der Apparat außerdem Mittel zum Liefern der zweiten Reihe von Bildelementwerten an eine Wiedergabeanordnung enthält.

10. Apparat nach Anspruch 9, worin das Expansionsmittel Mittel zum Lesen von Information aus der Speicheranordnung enthält, wobei diese Information die Gruppe von Coden oder Codewörtern der zweiten Reihe definiert, die jedem Code oder Codewort entspricht, der bzw. das in der ersten Reihe erscheinen kann.

11. Verfahren zum Codieren einer ersten Reihe von Werten zur Darstellung einer Reihe von Bildelementen eines Digitalbildes, wobei das Verfahren den Schritt der Differenzcodierung der ersten Reihe von Bildelementwerten zum Erzeugen einer ersten Reihe von Coden zur Darstellung einer ersten Reihe von Differenzwerten umfaßt, gekennzeichnet durch den Schritt der Quantisierung der Unterschiede zwischen aufeinanderfolgenden Bilelementwerten unter Verwendung einer ersten Reihe von Quantisierpegeln, wobei jeder Quantisierpegel die Summe einer Anzahl von Pegeln einer zweiten Quantisierpegelgruppe ist, und die zweite Quantisierpegelgruppe jene Gruppe ist, die für den Decoder in einem Spieler nach der Compact Disc-Interactive-Norm definiert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin jeder Pegel der ersten Gruppe von Quantisierpegeln als jener Pegel definiert ist, der als eine Summe einer Anzahl von Pegeln der zweiten Gruppe ausgedrückt wird, und der nächst zu einem optimalen Pegel liegt, wobei jeder Pegel der Anzahl von Pegeln der zweiten Gruppe von Quantisierpegeln wenigstens nicht Null gewählt wird, wenn der Pegel der ersten Gruppe einen vorgegebenen Wert überschreitet.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin jeder Bildelementwert eine Anzahl von Komponenten enthält, wobei das Verfahren getrenntes Codieren jeder Komponente jedes vorgegebenen Bildelementwerts zum Erzeugen einer Anzahl von Coden zur Bildung eines Codeworts zur Darstellung des vorgegebenen Bildelementwerts umfaßt, und die erste Reihe von Coden eine erste Reihe derartiger Codewörter enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 13, worin jedes Codewort ein Paar benachbarter Bildelemente der Zeile darstellt und zwei Coden zur Definition einer Differenzleuchtdichtekomponente für je ein Bildelement des Paares und zwei Coden zur Definition von zwei jeweiligen Farbdifferenzkomponenten von nur ein für beide Bildelemente des Paares enthält.

15. Verfahren zum Steuern eines Digitalbildes, mit dem Schritt der Erzeugung einer ersten Reihe von Coden oder Codewörtern zur Darstellung einer ersten Reihe von Differenzwerten entsprechend jeder Zeile von Bildelementen des Bildes, gekennzeichnet durch den Schritt der Speicherung der Reihe von Coden in einer Speicheranordnung zusammen mit Information zur Definition einer Anzahl von Gruppen von Coden oder Codewörtern zur Verwendung bei der Definition einer zweiten Reihe von Coden oder Codewörtern, wobei die Coden oder Codewörter jeder Gruppe Werte haben, die zusammen wenigstens nahezu den Wert eines anderen Codes oder Codeworts betragen, der bzw. das in der ersten Reihe erscheint.

16. Verfahren nach Anspruch 15, worin die erste Reihe von Coden oder Codewörtern entsprechend eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14 erzeugt wird.

17. Speicheranordnung, worin ein Bild entsprechend eines Verfahrens nach Anspruch 15 oder 16 gespeichert ist.

18. Speicheranordnung nach Anspruch 17 mit einer optischen Speicherplatte.