DE68922578T2

DE68922578T2 - Kodierung, Dekodierung und Übertragungssystem für Fernsehbilder.

Info

Publication number: DE68922578T2
Application number: DE68922578T
Authority: DE
Inventors: Olivier Societe Civi Chantelou; Jean-Jacques Societe Lhuillier
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1989-11-03
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2009-11-04
Also published as: DE68922578D1; US4989089A; JPH02200078A; AU4449389A; EP0368400A1; ATE122521T1; KR900008839A; EP0368400B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fernsehbildcodieranordnung, die aus verschachtelten Halbbildern besteht und in Informationsblöcken organisiert ist, und insbesondere eine Bewegungsschätzungsstufe, eine Bewegungsschätzungssteuerstufe, eine Codierstufe und eine Multiplexstufe enthält. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine entsprechende Decoderanordnung, mit der die auf diese Weise codierten Signale decodierbar sind.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein System mit derartigen Anordnungen und zum Übertragen von Fernsehbildern mit Hilfe eines Digitalkanals mit beschränktem Durchlaßband, wodurch also eine Reduktionsbehandlung der zu übertragenden Informationsmenge durchgeführt wird. Die Erfindung bezieht sich schließlich auf die Emissions- und Empfangsstufen eines derartigen Systems.
Die Transmission oder die Aufzeichnung von Fernsehbildern in digitaler Form erfordert tatsächlich bei der Übertragung von Videosignale in der nach der Digitalisierung bestehenden Form ein Durchlaßband, das um das Achtfache wichtiger ist als das für ein analoges Signal. Eine derartige Digitaltransmission über einen Schmalbandkanal macht eine erhebliche Reduktion der Binärgeschwindigkeit für die Darstellung des Bildes erforderlich.
Die Techniken zum Erhalten dieser Geschwindigkeitsreduktion können sich der Korrelation im Inneren jedes Bildes bedienen. Die amerikanische Patentschrift US-A-4 394 774 gibt eine Beschreibung eines blockartigen Codiertechnikbeispiels auf der Basis der diskreten Cosinustransformation, mit der diese räumliche Korrelation besonders wirksam verwendet wird. Jedoch erfordert eine zusätzliche Reduktion der Geschwindigkeit die Berücksichtigung der bestehenden Korrelation zwischen Bildern, insbesondere in den festen Zonen oder in den beweglichen Zonen.
Es sind ebenfalls Prädiktivtechniken zum Bewegungsausgleich bekannt, die die Möglichkeit zum Reduzieren der Geschwindigkeit bis auf etwa 1 Bit je Bildelement geben, ohne die Qualität der decodierten Bilder wesentlich zu beeinträchtigen:
Es wird beispielsweise von Bild zu Bild eine Schleife in Betrieb gesetzt, d.h. zum Übertragen eines Blocks jedes Bildes, wobei der Block selbst oder der Unterschied zwischen diesem Block und einem Block codiert wird, der aus dem vorangehenden codierten und decodierten Bild stammt. Diese Technik impliziert also, daß zum Decodieren eines Bildes im Empfänger es erforderlich ist, über dieses vorangehende codierte und decodierte Bild zu verfügen.
Dieser Codierungstyp kann also nicht zum Aufzeichnen der Bildfolgen in einem Videorekorder verwendet werden, von dem eine der wesentlichen Eigenschaften die Möglichkeit zum schnellen Abtasten des Magnetbandes unter gleichzeitiger Visualisierung der Bilder ist. Tatsächlich impliziert dieses Merkmal die Decodierung eines Bildes ausgehend von den entsprechenden Daten dieses Bildes, und nur von diesen Daten allein, wodurch jede Technik ausgeschlossen wird, mit der eine Wiederholung von Bild zu Bild praktiziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Codieranordnung zu schaffen, die die Redundanz von Bild zu Bild zum Reduzieren der Geschwindigkeit ausnutzt, wobei jedoch gleichzeitig die Verwirklichung der Schnellsuchfunktion an einem Videorecorder möglich gemacht wird, d.h. es wird dabei keine Prädiktionsschleife von Bild zu Bild verwendet, und es ist dabei also um so wichtiger, über eine genaue Bestimmung der Bewegungsinformationen zwischen aufeinanderfolgenden Bildern zu verfügen.
Dazu bezieht sich die Erfindung auf eine Codieranordnung eingangs erwähnter Art und ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsschätzungsstufe folgende Elemente enthält:
(1) Verschiebungsvektorbestimmungsmittel zum Empfangen der Ursprungsbilder und zum Ausgeben der jedem dieser Blöcke zugeordneten Verschiebungsvektoren, die selbst zwei Verzögerungskreise für die Synchronisation von drei aufeinanderfolgenden Halbbildern sowie einen Bewegungsschätzungskreis enthält, der selbst drei Vertikalinterpolationsschaltungen und eine Verschiebungsvektorbestimmungsschaltung enthält, wobei die Bestimmung mit einem Verfahren anhand der blockartigen Korrelation enthält.
(2) Bildformatumsetzungsmittel mit einem Innenhalbbildinterpolationskreis und einem Zwischenhalbbildinterpolationskreis wobei der eine oder der andere entsprechend der Parität der Vertikalkomponente jedes bestimmten Verschiebungsvektors gewählt wird, um ausgehend von den Ursprungsbildern und den Verschiebungsvektoren, die ihnen blockweise zugeordnet sind, unterschiedene sequentielle Halbbilder nach der Art der Verschiebungsvektoren zu liefern.
Die auf diese Weise beschriebene Struktur ermöglicht einen optimalen Aufbau (hinsichtlich der Auflösung) der dem Ausgang des Bildformatumsetzmittels zugeführten sequentiellen Bildzeilen, weil eine Interpolation abweichender Art (innerhalb des Halbbilds oder zwischen den Halbbildern) entsprechend der Parität der Verikalkomponente der Verschiebungsvektoren erfolgt. Es sei ebenfalls bemerkt, daß beim Decodieren trotz einer zeitlichen bewegungsausgeglichenen Interpolation für die Rekonstruktion fehlender Bilder ausgehend von den vorangegangenen und folgenden Bildern, die ausgesandt wurden, die Codierung auf der Basis der Cosinustransformation in diesem Fall auf ein nichtverschachteltes Bild einwirkt, d.h. das keine einzige Zwischenhalbbildbewegung enthält. Die beschriebene Struktur ist also mit dem Betrieb "Schnellsuche mit Visualisierung" der Videorecorder kompatibel, weil sie die Decodierung eines Bildes auf einem auf 40 ms begrenzten Arbeitshorizont ermöglicht, d.h. jedes Bild ist unabhängig von den anderen unter Beibehaltung einer sehr guten Qualität des decodierten Bildes.
In der europäischen Patentanmeldung EP-A-0279053 ist eine Codieranordnung beschrieben, die derartige Elemente enthält, die gleich solchen in der vorliegenden Erfindung enthält, aber in dieser früheren Anordnung die Bildformatumsetzmittel nicht weiter ausgearbeitet sind und also nicht die hier angenommene besondere Struktur nahelegen können, d.h. die Struktur, die es ermöglicht, ausgehend von den Ursprungsbildern und den zuvor in der Bewegungsbestimmungsstufe bestimmten Verschiebungsvektoren am Ausgang dieser Stufe verschiedene Halbbilder entsprechend der Parität der Vertikalkomponente des jedem Block zugeordneten Verschiebungsvektors zu liefern.
Die auf diese Weise erhaltene verschachtelt-sequentielle Bildformatumsetzung wird ebenfalls nicht beschrieben in der französischen Patentanmeldung FR-A- 2604049, in der das Bestimmungsverfahren jedes Verschiebungsvektors durch Schätzung eines Extremwerts einer Korrelationsfunktion verwirklicht wird, ohne daß die Parität des Vektors eine Nebenrolle spielt.
In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Codierungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die drei aufeinanderfolgenden Halbbilder mit T2n-1, T2n, T2n+1 bezeichnet werden und die Anordnung folgende Elemente enthält:
(a) Eine zeitliche Interpolationsschaltung, die einerseits das Ausgangshalbbild T2n des ersten Verzögerungskreises und das Ausgangshalbbild T'2n der Bildformatumsetzmittel und andererseits den Verschiebungsvektor DS am Ausgang der Bewegungsschätzungsschaltung zum Ausgeben eines neuen Halbbildes T"2n-1 in räumlicher und seitlicher Übereinstimmung mit dem Halbbild T2n-1 empfängt, unter Berücksichtigung der Bewegungsrichtung;
(b) Eine Interpolationsfehlersteuerschaltung die das Ursprungshalbbild T2n-1 und das neue interpolierte Halbbild T"2n-1 zum Ausgeben eines MOD-Signals zum Angeben des Transmissionsbetriebs in Verknüpfung mit der Qualität der verwirklichten Interpolation und zum Steuern der Codierungs- und Multiplexstufen empfängt.
In diesem letztgenannten Ausführungsbeispiel ist die beschriebene Struktur vorteilhaft insbesondere in dem Sinne, daß die Bearbeitung der zu codierenden Signale im wesentlichen nicht bei der Codierung selbst erfolgt, sondern stromaufwärts der räumlichen Codierungsmittel, die auf diese Weise gemeinsam einsetzbar sind, um das sequentielle Bild in dem mit normal bezeichneten Betrieb oder das Ursprungshalbbild in Verknüpfung mit zusätzlichen Informationen aus der Interpolationsfehlersteuerschaltung zu bearbeiten. Diese Bearbeitung ist also eine Art Vorbearbeitung der Signale, die die Codierungsmittel empfangen müssen, wodurch in die sequentiellen Halbbilder mittels einer Multiplexstufe geeigneter Struktur Informationen zum Ermöglichen der Korrektur der interpolierten Halbbilder auf der Ebene des Empfängers eingefügt werden können. Diese Multiplexierung unterdrückt faktisch jede Bearbeitung, die für die Interpolationsfehlersteuersignale spezifisch sind, ohne die räumlichen Codierungsmittel zu ändern, durch die die Unterscheidung zwischen dem Interpolationsbetrieb und dem Nichtinterpolationsbetrieb in einiger Maße also transparent wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 und 3 je ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bildcodierungsanordnung und ein Beispiel der Decodierungsanordnung, die damit übereinstimmt,
Fig. 2 ein besonderes Ausführungsbeispiel der Bewegungsschätzungsstufe der Codierungsanordnung nach Fig. 1,
Fig. 4 ein besonderes Ausführungsbeispiel der räumlichen Decodierung und der zeitlichen Interpolation der Decoderanordnung nach Fig. 3,
Fig. 5 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Bewegungsschätzungsstufe, und Fig. 6 also in diesem Fall ein Ausführungsbeispiel der Decodierungsanordnung entsprechend einer Codierungsanordnung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält die erfindungsgemäße Codierungsanordnung zunächst eine Bewegungsschätzungsstufe 110. Diese Stufe 110, die einerseits Verschiebungsvektorbestimmungsmittel zum Empfangen der Ursprungsbilder und zum Ausgeben der jedem der Bildblöcke zugeordneten Verschiebungsvektoren und andererseits Bildformatumsetzmittel zum Empfangen der Ursprungsbilder und der Vektoren und zum Ausgeben der unterschiedenen sequentiellen Halbbilder nach der Art dieser Vektoren enthält, ist mit einem besonderen Ausführungsbeispiel in Fig. 2 dargestellt.
Die Stufe 110 empfängt in Form von Eingangssignalen verschachtelte 50- Hz-Bilder, über die folgendes bemerkt werden kann:
- n ist ein Index zur Bezeichnung der Nummer oder des Ranges eines ganzen Bildes I, d.h. mit zwei Halbbildern und mit einer Dauer von 40 ms,
- I1n bezeichnet das erste Halbbild eines derartigen Bildes mit dem Rang n,
- I2n bezeichnet das zweite Halbbild dieses n-ten Bildes.
Wie in Fig. 2 angegeben, enthält die Stufe 110 eine Bewegungsschätzungsschaltung 210, die die drei folgenden Halbbilder empfängt: das laufende Halbbild I2n, das vorangehende Halbbild I1n desselben Bildes vom Rang n, das zweite Halbbild I2n-1 des vorangehenden Bildes vom Rang n-1. Die Verzögerungsschaltungen 201 und 222, die hier je eine Verzögerung von 20 ms bewirken, ermöglichen eine geeignete Verzögerung der Halbbilder I1n (von 20 ms) und I2n-1 (von 40 ms) in bezug auf I2n, damit diese drei Bilder synchron in der Bewegungsschätzungsschaltung 210 empfangen werden.
Die Schätzungsschaltung 210 enthält selbst eine Verschiebungsvektorbestimmungsschaltung 220 mit einem Verfahren, das entsprechend einem blockweisen Korrelationsverfahren arbeitet. Diese Schaltung 220 empfangt die drei Halbbilder I2n-1, I1n, I2n (synchron wie sie gesehen werden) über die drei Schaltungen 221, 222, 223 mit vertikaler Interpolation im Halbbild, wodurch eine verschachtelte-sequentielle Bildformatumsetzung möglich gemacht wird, d.h. im vorliegenden Fall von einem Format von 288 Zeilen nach 576 Zeilen. Sie sind die Ausgangshalbbilder dieser drei Schaltungen 221 bis 223, die mit p2n-1, p1n, p2n bezeichnet werden, die über die drei Eingänge parallel zur Verschiebungsvektorbestimmungsschaltung 220 zugesandt werden.
In dieser Schaltung 220 liefert eine Verzerrungsberechnungsschaltung 224 einen Verzerrungswert DIS (im Anhang angegebene Gleichung (1)), der einer logischen Verschiebungssuchschaltung 225 zugeführt wird. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die dem Vektor (Vx, Vy) zugeordnete Verzerrung also im herangezogenen Block die Summe des Quadrats des Punkt-zu-Punkt-Unterschieds zwischen dem Ursprungshalbbild und dem Ergebnis der Interpolation unter Ausgleich der Bewegung mit dem Vektor (Vx, Vy), ausgehend von den vorangehenden und folgenden geradzahligen Halbbildern.
Die Schaltung 225 enthält zwei Ausgänge: einer führt zur Verzerrungsberechnungsschaltung 224 und stellt die Verschiebungsvektoren dar, deren Verzerrung DIS in der Schaltung 224 in der folgenden Stufe ausgewertet werden muß, und so eine sequentielle Suche des besten Verschiebungsvektors ermöglicht, der andere Ausgang stellt den in jedem Bildblock wirklich beeinflußten Verschiebungsvektor dar und bildet den Ausgang mit der Bezeichnung DS der Verschiebungsvektorbestimmungsschaltung 220.
Dieser Verschiebungsvektor DS gelangt also einerseits an den Transmissionskanal C und andererseits an die Bildformatumsetzmittel, in diesem Fall eine sequentiell Konversionsschaltung 230. Diese Schaltung 230 empfängt ebenfalls die Halbbilder I2n-1, I1n, I2n und bestimmt ein sequentielles Halbbild mit der Bezeichnung Sn ausgehend von ihren verschiedenen Eingangen. Dieses Halbbild Sn entsteht durch das Einfügen einer Zwischenzeile zwischen jeder Zeile des Halbbildes I1n (verschachtelt) um ein Bild mit der doppelten Anzahl von Zeilen zu bilden. Die Bestimmung dieser ergänzenden Zeile weicht jedoch entsprechend der Parität der Vertikalkomponente DV des gewählten Verschiebungsvektors DS ab.
Während die Verikalkomponente DV der Verschiebung einem geradzahligen Wert entspricht, lassen die vorliegenden Informationen in den Halbbildern I2n-1 und I2n keine Verbesserung der Vertikalauflösung in bezug auf eine Interpolation im Halbbild I1n zu, da die Informationen, die beim Bewegungsausgleich benutzt wurden, in diesem Fall bereits eine Vertikalinterpolation der Halbbilder I2n-1 und I2n herbeiführen. Wenn die Komponente DV beispielsweise ungeradzählig ist, genügt es also, die Bildelemente des sequentiellen Halbbildes Sn durch einfache Interpolation im Halbbild I1n ohne Verwendung eines anderen Halbbildes zu bestimmen. Wenn dagegen die Komponente DV geradzahlig ist, wird die sequentielle Umsetzung ausgehend von den Halbbildern I2n-1 und I2n erhalten. Genauer gesagt wenn der bestimmte Verschiebungsvektor DS die horizontalen und vertikalen Komponenten DH und DV hat, wird die Berechnung jedes in der Spalte x der Zeile y befindlichen Bildelements des zu bestimmenden sequentiellen Halbbildes Sn durch die im Angang angegebene Beziehung (2) gegeben.
Die sequentielle Umsetzungsschaltung 230 enthält also im ersten Fall für die Interpolation ausgehend von dem Halbbild I1n allein ein Filter mit vier Koeffizienten
-1/16 , 0 , 9/16 , 1/16 , 9/16 , 0 , -1/16
das ausgehend vom ursprünglichen Halbbild auf das erhaltene Halbbild angesetzt wird, in dem zwischen jede Zeile eine Zeile mit Nullwerten eingefügt wird. Dieses Interpolationsfilter enthalt dazu zwei Addierer 231 und 232, zwei Vervielfacher 233 und 234, einen Addierer 235, und einen Vervielfacher 236. Der Addierer 231 verwirklicht den Betrieb I1n(x,y-2) + I1n(x,y+2) und der Vervielfacher 233 vervielfacht das Ergebnis dieser Addierung um -1. Der Addierer 232 verwirklicht den Betrieb I1n(x,y- 1)+I1n(x,y+1) und der Vervielfacher 234 multipliziert das Ergebnis dieser Addierung mit +9. Der Addierer 235 addiert die Ausgänge dieser zwei Vervielfacher und der Vervielfacher 236 multipliziert das Ergebnis dieser letzten Addierung mit 1/16.
Wenn DV geradzahlig ist, enthält die sequentielle Umsetzungsschaltung 230 diesmal im beschriebenen Beispiel einen Addierer 237, der den Betrieb I2n-1(x- DH,y-DV) + I2n(x+DH,y+DV), wonach ein Vervielfacher das Ergebnis dieser Addierung mit 1/2 multipliziert. Die Ausgangswerte dieser Vervielfacher 236 und 238 gelangen an einen Umschalter 242, der den einen oder den anderen dieser Ausgänge entsprechend der Parität der Komponente DV wählt, die eine Paritätsbestimmungsschaltung 241 liefert, die den gewählten Verschiebungsvektor DS empfängt. Der Ausgang des Umschalters 242 ist das sequentielle Halbbild Sn.
Das sequentielle Halbbild Sn gelangt also einerseits an die Codierstufe, hier eine räumliche Codierschaltung 120 und andererseits an die Bewegungsschätzungssteuerstufe, hier eine Interpolationsfehlersteuerschaltung 130, die selbst ebenfalls das Halbbild I2n-1 und den gewählten Verschiebungsvektor DS empfängt.
Die Schaltung 120 ist eine räumliche Codierschaltung vom bekannten Typ, beispielsweise entsprechend der Beschreibung in der bereits erwähnten amerikanischen Patentschrift US-A-4394774, und enthält also im wesentlichen eine Abtastumsetzungsschaltung, eine diskrete Cosinustransformationsberechnungsschaltung, eine Quantisierschaltung, eine Schaltung mit variabler Längencodierung, und eine Pufferspeicherschaltung, die gewährleistet, daß die Ausgangsgeschwindigkeit gut geregelt wird.
Die Interpolationsfehlersteuerschaltung 130 dient zum Feststellen, ob die Halbbilder R, die durch zeitliche Interpolation beim Empfang rekonstruiert werden, keine außergewöhnlichen Fehler einführen. Diese Steuerung erfolgt für jeden Bildblock: Wenn für einen bestimmten Block die Verzerrung zwischen den Ursprungswerten I und den interpolierten Werten R einen vorgegebenen Begrenzungswert überschreitet (was in der Praxis sehr selten erfolgt), wird die zeitliche Interpolation beim Codieren durch das Anlegen eines geeigneten Signals verhindert, und es werden zusätzliche Informationen, die faktisch codierte Daten aus einer räumlichen Codierung sind, die direkt gleich denen nach obiger Angabe sind, über den Kanal also übertragen, um eine richtige Rekonstruktion der Halbbilder I2n-1 in der Decoderanordnung zu ermöglichen.
Die Multiplexstufe, ein Multiplexer 140 nach Fig. 1, empfängt die Ausgangssignale der Schaltungen 110, 120 und 130, d.h. die Ausgangssignale, die den auf den Decoder zu übertragenden Informationen entsprechen, um die Rekonstruktion des Videosignals zu ermöglichen, und liefert das zu übertragende Signal, das in Reihe die Verschiebungen des Halbbildes I2n-1 enthält (aus der Schaltung 110), die Korrekturinformationen des Halbbildes I2n-1 oder die zusätzlichen Informationen (aus der Schaltung 130), und die Informationen aus der Codierung von Sn (aus der Schaltung 120). Die gestrichelt dargestellte Verbindung 150 bezieht sich nur auf eine weiter unten angegebene Abwandlung.
Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf eine Anordnung, wie sie bereits beschrieben wurde, sondern auch auf ein Fernsehbildübertragungssystem über einen Kanal mit einer begrenzten Durchlaßband, das eine Reduktionsbearbeitung der zu übertragenden Informationsmenge erforderlich macht. ein derartiges System enthält einerseits eine Emissionsstufe, die in ihrem Codierabschnitt eine Anordnung entsprechend dem Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben wurde, und andererseits eine Empfangsstufe, die in ihrem Decoderabschnitt eine Anordnung enthält, die in bezug auf die vorangehend genannte Anordnung eine invertierte Bearbeitung zur Wiedergewinnung von Bildern mit hoher Auflösung ausführt. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf derartige Emissions- und Empfangsstufen, die eine Codieranordnung bzw. eine Decodieranordnung nach obiger Angabe enthalten.
In Fig. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Decoderanordnung dargestellt, die diese invertierte Bearbeitung durchführt und zunächst eine Demultiplexschaltung 350 für übertragene Informationen enthält. Diese Demultiplexschaltung 350 ist einerseits eine Schaltung 360 zum räumlichen Decodieren und zeitlichen Interpolieren und andererseits eine Schaltung 370 zum Decodieren der Interpolationsinformationen und schließlich eine Schaltung 380 zum Regenerieren des verschachtelten Videosignals nachgeschaltet.
Die Schaltunb 360 empfängt aus der Demultiplexschaltung 350 einerseits die sequentiellen Halbbilder Sn aus dem Ausgang des Umschalters 242, die in der Schaltung 120 eine räumliche Codierung erfahren haben, und andererseits den Verschiebungsvektor DS, der für jeden Bildblock ausgewählt und codiert ist. Diese Stufe 360, die in Fig. 4 in einem besonderen Ausführungsbeispiel dargestellt ist, enthält selbst einerseits eine räumliche Decoderschaltung 410, die die Halbbilder Sn empfängt und die Halbbilder C1n ausgibt, die die ungeradzahligen Halbbilder entsprechend den ungeradzahligen Halbbildern I1n sind, und andererseits eine Verschiebungsinformationsdecoderschaltung 420, die die gewählten und codierten Verschiebungsvektoren DS empfängt und decodierte Verschiebungsvektoren ausgibt. Wie die räumliche Codierung erfolgt auf gleiche Weise die räümliche Decodierung, wie dies beispielsweise in der bereits erwähnten Patentschrift US-A-4394774 angegeben wurde.
Eine Schaltung 430 zur zeitlichen Interpolation mit Bewegungsausgleich empfängt einerseits diese decodierten Vektoren, andererseits die Halbbilder C1n des Ausgangs der Decoderschaltung 410 und gleichfalls die Halbbilder C1n-1, die vorangehend von dieser Schaltung 410 geliefert und in einer Verzögerungsschaltung 440 verzögert wurden, um synchron mit den Halbbildern C1n der Schaltung 430 zugeführt zu werden. Diese Schaltung 430 enthält variable Verzögerungsschaltungen 431 und 432, einen Addierer 433 und einen Zweiteiler 434.
Genauer gesagt, liefern die variablen Verzögerungsschaltungen 431 und 432, die Halbbilder C1n bzw. C1n-1 empfangen dem Addierer 433, für jedes Bildelement des zu rekonstruierenden Halbbildes R2n-1(x, y) die Signal C1n (x+DH, y+DV) und C1n-1(x-DH, y-DV) worin DH und DV wie bereits bekannt die horizontalen und vertikalen Komponenten des gewählten Verschiebungsvektors DS sind, der nach der Übertragung in der Schaltung 420 für den Block decodiert wurde, dem der Punkt der räümlichen Koordinaten (x,y) zugeordnet ist. Dem Addierer 433, der das Signal C1n-1(x-DH, y-DV) + C1n(x+DH, y+DV) liefert, folgt ein Teiler 434, der dieses Ergebnis durch zwei Teilt und das interpolierte Halbfeld R2n-1 ausgibt. Eine ungeradzählige Halbbildrekuperationsschaltung 450 gibt das entsprechende übertragene Halbbild R1n-1 mit einer vorhergesehenen Verzögerung aus, um jenes aus der Schaltung 430 auszugleichen. Wenn die zeitliche Interpolation als ungenügend für die Schaltung 130 der Codierungsanordnung betrachtet wird, ersetzt die Docoderschaltung 370 den interpolierten Block durch die Korrekturdaten des Halbbildes I2n-1, die codiert und übertragen und von der Decoderschaltung 370 decodiert wurden. Die Regenerationsschaltung 380 für das verschachtelte Videosignal empfängt aus der Decoderschaltung 360 das Halbbild R1n und aus der Decoderschaltung 370 das Halbbild R2n und multipliziert diese Daten halbbildweise zum Neuaufbauen eines verschachtelten Videosignals, das aus den ungeradzahligen Halbbilden R1n und aus den geradzahligen Halbbildern R2n besteht.
In der Abwandlung der Bildcodierungsanordnung nach Fig. 1 werden mit Hilfe der gestrichelt dargestellten zusätzlichen Verbindung 150 die zusätzlichen Informationen des Ausgangs der Schaltung 130 zum Multiplexen zugeliefert, nicht mehr stromabwärts der räumlichen Codierungsschaltung 120, sondern stromaufwärts mit Hilfe dieser Verbindung. Diese Abwandlung vereinfacht die Verwirklichung der Einheit, da die Gesamtheit der räumlichen Codierungsmittel zum Bearbeiten des sequentiellen Bildes im Normalbetrieb oder das den zusätzlichen Informationen zugeordnete Ursprungshalbbild jetzt gemeinsam benutzt wird.
Im Rahmen der jetzt beschriebenen Abwandlung ist in Fig. 5 jetzt die Bewegungsschätzungsstufe dargestellt. Wie bereits erwähnt, werden drei aufeinanderfolgende Halbbilder vom Typ I2n-1, I1n, I2n, die hier mit T2n-1, T2n und T2n+1 entsprechend einer ganz eindeutigen Bezeichnung angegeben werden, den Verzögerungsschaltungen 201 und 202 unverändert zugeführt und also über sie der Bewegungsschätzungsschaltung 210 zugeleitet. Ein Bewegungsvektor DS wird also für jeden Bildblock durch diese Schätzungsschaltung 210 berechnet (gleich der vorangehenden Schaltung) ausgehend von den Halbbildern T2n-1, T2n, T2n+1. Die sequentielle Umsetzungsschaltung 230 dient wie zuvor der Vektor DS zum Berechnen eines Halbbildes T'2n, dessen Zeilen das Ursprungshalbbild T2n (verschachtelt) zur Bildung des übertragenen sequentiellen Bildes Sn vervollständigen.
Die beiden Bilder Sn-1 und Sn, bestehend aus den Hilbbildpaaren (T2n-2, T'2n-2) und (T2n, T'2n), die nach obiger Angabe aufeinanderfolgend erschienen sind, werden also zeitlich in der Bewegungsrichtung interpoliert, um ein neues Halbbild T"2n-1 entsprechend des räumlichen und zeitlichen Zustands des Ursprungshalbbilds T2n-1 auszugeben. Dieser Vorgang wird in einer Schaltung 510 für die zeitliche Interpolation verwirklicht, wobei jedes Element gleich dem der zeitlichen Interpolationsschaltung 430 nach Fig. 4 ist und den Vektor DS für die Verzögerungsbefehle empfängt.
Eine Interpolationsfehlersteuerschaltung 520 wertet also den Fehler zwischen dem interpolierten Halbbild T"2n-1 und dem Ursprungshalbbild T2n-1 aus und führt eine Verzerrung durch, die ein Wählkriterium der Übertragungsart je Block darstellt. Faktisch sind je Block zwei besondere Übertragungsarten definiert: Eine interpolierte Betriebsart und eine nichtinterpolierte Betriebsart. In der ersten wird ein Block des Bildes Sn(= T2n + T'2n) beispielsweise mit einer Abmessung von 8 x 8, übertagen (d.h. faktisch zwei den Halbbildern T2n und T'2n zugehörige Unterblöcke). In der zweiten Betriebsart werden die Zeilen des zum Halbbild T'2n gehörenden Blocks Sn nicht übertragen, sondern durch die Zeilen des vorangehenden Halbbildes T2n-1 in ihrer räumlichen Übereinstimmung ersetzt. Die zwei zu den Halbbildern T2n und T2n-1 mit verschiedenen Paritäten gehörenden Unterblöcke greifen selbstverständlich ineinander (die Halbbilder sind verschachtelt), um einen vollständigen Block zu bilden. Jeder Block, der in einem Fall wie im anderen aus zwei Unterblöcken besteht, wird also in einer räumlichen Codierungsschaltung 530 vom klassischen Typ räumlich codiert wobei zugleich bemerkt sei, daß aus Wirksamkeitsgründen getrennte Codierung jedes der zwei Unterblöcke in der nichtpolierten Betriebsart bevorzugt wird, in der die Zwischenzeilenbewegung nicht unansehnlich ist. Es sei bemerkt, daß die zweite Betriebsart nur dann gewählt wird, wenn die Qualität der Interpolation sich ungenügend bewährt, d.h. wenn die gemessene Verzerrung unter dem dem Halbbild T2n-1 zugehörenden Unterblock (wie oben bereits definiert wurde) zu groß ist.
Die Wahl der Blöcke oder der Unterblöcke wird in einem Multiplexer 540 verwirklicht, der selbst von einem MOD-Signal aus der Interpolationsfehlersteuerschaltung 520 gesteuert wird. Eine Codierschaltung 550 gewährleistet die spezifische Codierung des Bewegungsvektors DS. Die Informationen, die in der Schaltung 530 zum räumlichen Codieren der Videodaten und in dieser Schaltung 550 erzeugt werden, wie auch die Interpolationsart werden also vor der Übertragung in einem Pufferspeicher 560 angeordnet, dessen Fühlgrad seine Rückwirkung auf die räumlichen Codierparameter mit Hilfe der Verbindung 570 hat, um eine Steuerung der am Ausgang dieses Speichers übertragenen Informationsgeschwindigkeit zu gewährleisten. Dieser Speicher gewährleistet ebenfalls die Multiplexierung der zu übertragenden Daten und bildet also mit dem Multiplexer 540 die Multiplexstufe in der Verwirklichung nach Fig. 5.
Diese Verwirklichung nach Fig. 5 bietet mehrere Vorteile. Beispielsweise wird durch die Multiplexierung der Zusatzinformationen stromaufwärts der räumlichen Codierschaltung eine viel größere Verwirklichungseinfachheit erreicht, da die räümliche Codierungselemente gemeinsam benutzt werden können, um das sequentielle Bild in der Interpolationsbetriebsart oder das den Zusatzinformationen zugeordnete Ursprungsbild in der nichtinterpolierten Betriebsart zu bearbeiten. Außerdem wird in der auf diese Weise beschriebenen Abwandlung die Menge der erforderlichen Zusatzinformationen bei der Steuerung der vom Pufferspeicher gewährleisteten Geschwindigkeit berücksichtigt.
Die in die Codierungsanordnung im Rahmen dieser Abwandlung eingeführten Änderungen führen zu entsprechenden Änderungen in der Decodierungsanordnung nach Fig. 6. In dieser Figur werden die übertragenen Daten zunächst in einem Pufferspeicher 605 aufgenommen, der ebenfalls die Demultiplexierung der empfangenen Daten gewährleistet. Diese Daten werden anschließend entsprechend der bei der Codierung verwirklichten invertierten Bearbeitungen bearbeitet. Die Videosignale und die Hilfsinformationen (Verschiebungsvektor DS, Interpolationsbetrieb MOD) werden in den Decoderschaltungen 610 bzw. 620 mit Hilfe eines Demultiplexers 630 bei der Schaltung 610 decodiert, um die Halbilder C2n-1, C2n und C'2n zu liefern.
Die Bearbeitungen unterscheiden sich also darin, ob die Betriebsart interpoliert ist oder nicht. Wenn die Betriebsart nicht interpoliert ist, werden die relativen Daten der Unterblöcke des Halbbildes C'2n, die dem Halbbild T'2n entsprechen, nicht übertragen. Der Unterblock wird also durch eine einfache vertikale Filterung des codierten Halbbildes C2n erneut berechnet, das dem vollständig übertragenen Halbbild T2n entspricht, und erfolgt in einer Filterschaltung 640. Die dem Bild n entsprechenden Abtastungen, d.h. entsprechend den möglicherweise neuaufgebauten codierten Halbbildern C2n und C'2n, werden zum Ausgeben eines Halbbildes C"2n-1 mit Hilfe einer zeitlichen Interpolationsschaltung 650 entsprechend der Schaltung 510 zeitlich interpoliert. In der nichtinterpolierten Betriebsart sind die Unterblöcke des Halbbildes C2n-1 (codiertes Halbbild T2n-1) übertragen und werden also in die Unterblöcke des zuvor in der Schaltung 650 berechneten Halbbildes C"2n-1 umgesetzt. Die Filterschaltung 640 enthält einen Umschalter 670, unter der Steuerung der Hilfsinformation MOD zum Wählen des Halbbildes C'2n auf direktem Wege oder des Halbbildes C2n, das in einer Vertikalfilterschaltung 660 gefiltert ist, und liefert das auf diese Weise gewählte Halbbild an die zeitliche Interpolationsschaltung 650. Ein Umschalter 680 wählt schließlich unter der Steuerung der Hilfsinformation MOD das Halbbild C2n-1 oder das Halbbild C"2n-1 am Ausgang der Schaltung 650, und dieses gewählte Halbbild wie auch das Halbbild C2n stehen jetzt zur Verfügung.
Es sei schließlich bemerkt, daß vor der Übertragung, wenn die vertikale Verschiebungskomponente ungeradzahlig ist, das Halbbild T'2n durch einfache vertikale Interpolation von T2n berechnet wird. In diesem Fall kann in der Codierungsanordnung die Übertragungsbetriebsart eines Blocks im zusammengesetzten Bildes aus den Halbbildern T2n und T'2n durch eine ergänzende Übertragungsbetriebsart eines zum Halbbild T2n gehörenden Unterblocks ersetzt werden. Die Informationsmenge zum Übertragen wird auf diese Weise reduziert und die vertikale Interpolation erfolgt auf dem Pegel der Decodieranordnung in der Filterschaltung 640. Die Übertragung einer Hilfsinformation bezüglich dieser ergänzenden Übertragungsbetriebsart ist nicht nützlich, da diese Betriebsart durch die Qualität der vertikalen Komponente der Bewegungsvektor DS signalisiert wird, wobei dieser Vektor übertragen wird. ANHANG

Claims

1. Codieranordnung für Fernsehbilder, die aus verschachtelten Halbbildern bestehen und in Informationsblöcken organisiert sind, insbesondere mit einer Bewegungsschätzungsstufe (110), einer Bewegungsschätzungsteuerstufe (130), einer Codierstufe (120) und einer Multiplexstufe (140), dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsschätzungsstufe folgende Elemente enthält:

(1) Mittel (201, 202, 210) zum Bestimmen der Verschiebungsvektoren, zum Empfangen der Ursprungsbilder und zum Ausgeben der jedem der Blöcke zugeordneten Verschiebungsvektoren, mit zwei Verzögerungsschaltungen (201, 202) für die Synchronisation von drei aufeinanderfolgenden Halbbildern und mit einer Bewegungsschätzungsschaltung (210), die selbst drei Vertikalinterpolationsschaltungen (221, 222, 223) und eine Schaltung (220) zum Bestimmen der Verschiebungsvektoren mit einem Verfahren wie dem der Blockkorrelation enthält,

(2) Mittel (230) zur Bildformatumsetzung, mit einer Innerhalbbildinterpolationsschaltung (231, 232, 233, 234, 235, 236) und mit einer Zwischenhalbbildinterpolationsschaltung (237, 238), wobei die eine oder die andere Interpolationsschaltung entsprechend der Parität der Vertikalkomponente jedes bestimmten Verschiebungsvektors gewählt wird, um ausgehend von den Ursprungsbildern und von den Verschiebungsvektoren, die ihr blockweise zugeordnet sind, unterschiedene sequentielle Halbbilder nach der Art der Verschiebungsvektoren zu liefern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei aufeinanderfolgenden Halbbilder mit T2n-1, T2n, T2n+1 bezeichnet werden und diese Anordnung enthält ebenfalls folgende Elemente:

(a) eine zeitliche Interpolationsschaltung (510), die einerseits das Ausgangshalbbild T2n der ersten Verzögerungsschaltung und das Ausgangshalbbild T'2n der Bildformatumsetzungsmittel (230) und andererseits den Verschiebungsvektor DS am Ausgang der Bewegungsschätzungsschaltung (210) zum Liefern eines neuen Halbbildes T"2n-1 in räumlicher und zeitlicher Übereinstimmung mit dem Halbbild T2n-1 unter Berücksichtigung der Bewegungsrichtung empfängt,

(b) eine Interpolationsfehlersteuerschaltung (130), die das Ursprungshalbbild T2n-1 und das neue interpolierte Halbbild T"2n-1 zum Ausgeben eines MOD-Signals zum Anzeigen der mit der Qualität der verwirklichten Interpolation zusammenhängenden Übertragungsbetriebsart empfängt und zum Steuern der Codierungs- und Multiplexstufen dient.

3. Fernsehbildübertragungssystem über ein Kanal mit einem beschränkten Durchlaßband, das eine Reduktionsbearbeitung der zu übertragenden Informationsmenge erforderlich macht, das an beiden Seiten des Übertragungskanals eine Emissionsstufe bzw. eine Empfangsstufe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsstufe eine Codierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2 enthält.

4. Emissionsstufe für das Fernsehbildübertragungssystem über ein Kanal mit einem beschrankten Durchlaßband, das eine Reduktionsbearbeitung der zu übertragenden Informationsmenge erforderlich macht, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe eine Codierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2 enthält.

5. Fernsehbildübertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstufe eine Codierungsanordnung mit einer Demultiplexschaltung (350) zum Demultiplexen der über den Übertragungskanal übertragenen Informationen, eine Schaltung (360) zum räumlichen Decodieren und zum zeitlichen Interpolieren, die aus der Demultiplexschaltung die übertragenen Halbbilder und die Hilfsinformationen empfängt, eine Schaltung (370) zum Decodieren der Zusatzinformationen, und eine Schaltung (380) zum Regenerieren des verschachtelten Videosignals, und daß in der Decoderanordnung die räumliche Decodierschaltung eine räumliche Decodierschaltung (410), die die übertragenen Halbbilder empfängt, eine Schaltung (420) zum Decodieren der Verschiebungsinformationen, die die gewählten und codierten Verschiebungsvektoren empfängt, eine Schaltung (430) für die zeitliche Interpolation ausgehend einerseits von den zwei aufeinanderfolgenden decodierten Halbbildern, von denen ein Halbbild von der räumlichen Codierschaltung und das andere von einer Verzögerungsschaltung (440) am Ausgang der Decoderschaltung geliefert wird, und andererseits von decodierten Verschiebungsvektoren am Ausgang der Decodierschaltung für Verschiebungsinformationen, und eine Schaltung (450) zum Rekuperieren des übertragenen ungeradzahligen Halbbildes enthält, wobei die Ausgänge dieser Rekuperationsschaltung und der zeitlichen Interpolationsschaltung auf die Regenerationsschaltung des verschachtelten Videosignals übertragen werden.

6. Empfangsstufe für ein Fernsehbildübertragungssystem nach Anspruch 5.

7. Decoderanordnung mit einer Empfangsstufe nach Anspruch 6 in einem Fernsehbildübertragungssystem.