DE68927960T2 - Bildsignal-, Kodier- und Dekodiervorrichtung - Google Patents

Bildsignal-, Kodier- und Dekodiervorrichtung

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildsignalkodiervorrichtung, welche ein digitales Bildsignal zur Übertragung kodiert und ein empfangenes kodiertes Signal dekodiert.
    • Beschreibung des Standes der Technik
  • Figur 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Konfiguration einer bekannten Bildsignalkodier- und Dekodiervorrichtung, wie sie beispielsweise in Uvlnterframe Encoding apparatus for video conferencing", a technical report IE 84-4, 1984, des Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, beschrieben ist. In der Abbildung ist ein Kodierabschnitt mit 1 bezeichnet, der eine digitalisierte Bildsignalfolge kodiert; mit 2 ist ein Kodierabschnitt variabler Länge bezeichnet, der Codeworte, die in dem Kodierabschnitt 1 kodiert wurden, einer Kodierung mit variabler Länge unterzieht; mit 3 ist ein Übertragungspufferspeicher bezeichnet, der eine Geschwindigkeit glättet; 6 ist ein Rahmenabschnitt; 7 ist ein Entrahmungsabschnitt; 8 ist ein Empfangspufferspeicher; 9 ist ein Dekodierabschnitt mit variabler Länge; mit 10 ist ein Dekodierabschnitt bezeichnet. 101 bezeichnet eine digitalisierte Bildsignalfolge; 102 eine Codewortfolge, die in dem Kodierabschnitt 1 kodiert wurde; 103 eine Codewortfolge, die in dem Kodierabschnitt variabler Länge mit variabler Länge kodiert wurde; 108 ein Rückkopplungssteuersignal; 109 eine Codewortfolge, deren Geschwindigkeit durch den Übertragungspufferspeicher 3 geglättet wurde; 110 eine Folge empfangener Codeworte; 111 ein Ausgangssignal, das von dem Empfangspufferspeicher 8 ausgelesen wurde; 112 eine Codewortfolge, die in eine Codewortfolge mit fixer Länge in dem Dekodierabschnitt mit variabler Länge umgewandelt wurde; 113 eine digitale Bildsignalfolge, die in dem Dekodierabschnitt 10 dekodiert wurde.
  • Das Kodieren eines Signals in einem Kodierabschnitt einer Bildsignalkodier- und Dekodiervorrichtung wird - um präzise zu sein - in einem Transformationskodierverfahren ausgeführt.
  • Eine Transformationskodierung ist ein Verfahren, bei dem ein digitales Bildsignal durch eine orthogonale Transformation - wie ein Verfahren, in dem eine diskrete Cosinus-Transformation benutzt wird, wie es beispielsweise in der folgenden Referenz beschrieben ist: W.H. Chen: Vvscence Adaptive Coderuv, IEEE Transactions on Communications, Band COM 32, Nr.3, März 1984 - in eine Sequenz umgesetzt wird, die einer Ortsfrequenz entspricht. Figur 2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Transformationskodiervorrichtung zeigt, wie sie beschrieben ist in Kato, et al., "A proposal for an encoding control method in MC-DCT encoding system" (Nr.203 all-Japan meeting of information and system branch of The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of Japan, 1987). In der Darstellung ist mit 31 eine Subtrahiereinrichtung bezeichnet, die zur Bewegungskompensation eine Subtraktion eines Bild-zu-Bild-Vorhersagesignals 202 von einem Eingangssignal 201 durchführt; mit 21 ein orthogonaler Transformationsabschnitt bezeichnet, der eine orthogonale Transformation eines Bild-zu-Bild-Differenzsignals 203 durchführt; mit 22 b ist ein Quantisierabschnitt bezeichnet, der eine Schwellwertverarbeitung und Quantisierung eines transformierten Koeffizienten 204 durchführt, der durch eine orthogonale Transformation gemäß einer Pufferspeicherakkumulationsgröße 211 erzielt wurde; mit 23 ist ein invers-orthogonaler Transformationsabschnitt bezeichnet, der ein dekodiertes Bild-zu-Bild- Differenzsignal 207 durch Durchführung einer invers-orthogonalen Transformation eines quantisierten Ausgangssignals 206 erzeugt; 32 ist eine Addiereinrichtung; 24 ist ein Voll bildspeicher, der das Bild-zu-Bild-Vorhersagesignal zur Bewegungskompensation 202 erzeugt; 25 ist ein Bewegungskompensationsabschnitt; 26 ist ein Kodierabschnitt mit variabler Länge; 27 ist ein Übertragungspufferspeicher.
  • Im folgenden wird die Arbeitsweise beschrieben. Ein Differenzsignal 203, von dem eine redundante Komponente entfernt ist, wird dadurch erzeugt, daß die Differenz zwischen dem digitalisierten Eingangssignal 201 und dem Bild-zu-Bild-Vorhersagesignal zur Bewegungskompensation erzielt wird. In dem orthogonalen Transformationsabschnitt 21 wird der Transformationskoeffizient 204 durch Transformieren des Bild-zu-Bild-Differenzsignals in einen Ortsfrequenzbereich durch orthogonale Transformation erzeugt. Im Quantisierungsabschnitt 22b wird der transformierte Koeffizient Ci 204 einer Schwellwertverarbeitung - wie nachfolgend beschriebenbasierend auf einer Pufferspeicherakkumulationsgröße unterzogen, die später zu beschreiben ist.
  • Pufferspeicherakkumulationsgröße: groß T Schwellwert Th: groß,
  • Pufferspeicherakkumulationsgröße: klein T Schwellwert TH: klein,
  • Th < Ci T Ci: ein signifikanter Koeffizient,
  • Th &ge; Ci T Ci: ein insignifikanter Koeffizient.
  • Als das Ergebnis eines Schwellwertverfahrens wird ein transformierter Koeffizient 204, der als ein signifikanter Koeffizient klassifiziert ist, in den Quantisierungsabschnitt quantisiert und als ein quantisiertes Ausgangssignal 206 ausgegeben. Auf der anderen Seite wird der transformierte Koeffizient 204, der als ein insignifikanter Koeffizient klassifiziert wurde, als ein Null-quantisiertes Ausgangssignal 206 ausgegeben. Das quantisierte Ausgangssignal 206 wird in ein Signal variabler Länge zusammen mit einem Bewegungsvektor 205 (der später beschrieben wird) in dem Kodierabschnitt 26 variabler Länge kodiert und als kodierte Daten 210 ausgegeben; auf der anderen Seite wird das Signal 206 in ein dekodiertes Bild-zu- Bild-Differenzsignal 207 in dem invers-orthogonalen Transformationsabschnitt 23 umgewandelt. In der Addiereinrichtung 32 wird das dekodierte Bild-zu-Bild-Differenzsignal 207 zu dem Bild-zu-Bild-Vorhersagesignal zur Bewegungskompensation 202 hinzuaddiert, um ein dekodiertes Signal 208 zu schaffen. Das dekodierte Signal 208 wird in dem Vollbildspeicher 24 vorübergehend gespeichert und als ein Ergebnis der Bewegungskompensation wird das Bild-zu-Bild-Vorhersagesignal zur Bewegungskompensation 202 ausgegeben. In dem Bewegungskompensationsabschnitt 25 wird die Bewegungsgröße des Eingangssignals 201 durch Benutzung eines vor dem Einzelbild dekodierten Signals 209 von dem Einzelbildspeicher 24 erfaßt, um einen Bewegungsvektor 205 auszugeben. Der Übertragungspufferspeic her 27 speichert die kodierten Daten 210 vorübergehend und gibt sie als Übertragungsdaten 212 mit einer konstanten Bitrate aus und zur selben Zeit gibt er eine Pufferspeicherakkumulationsgröße 211 als ein Rückkopplungssignal aus, um ein Überlaufen des Pufferspeichers zu verhindern.
  • Zusätzlich offenbart die US-Patentschrift US-A-4 797 742 ein Blocktransformationskodiersystem, bei dem die Quantisierung der Koeffizienten von ihrer Reihenfolge oder Sequenz abhängen.
  • Schließlich ist in der JP-A-6 1 046 685 eine Vorhersagekodiereinrichtung offenbart, in der eine grobe Quantisierung auf das Vorhersagefehlersignal in unterschiedenen unbewegten Gebieten des Bildes angewendet wird.
  • Der Kodierabschnitt in einem Transformationskodierverfahren einer bekannten Bildsignalkodier- und Dekodiervorrichtung setzt sich wie vorstehend beschrieben zusammen, so daß die adaptive Quantisierung eines Eingangssignals gemäß seiner statistischen Charakteristik schwierig ist und es stellt ein zu lösendes Problem dar, ein Signal effektiv zu komprimieren.
    • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildsignalkodiervorrichtung zu schaffen, die einen Kodierabschnitt für ein Transformationskodierverfahren besitzt und eine effektive Quantisierung gemäß der statistischen Charakteristik eines zu kodierenden Signals ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wählt die Bildsignalkodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung adaptiv eine spezifizierte Quantisierungscharakteristik für ein zu kodierendes Signal gemäß der erfaßten Bewegungsgröße und der Sequenz eines transformierten Koeffizienten, wie in Anspruch 1 dargelegt.
  • Die vorstehend genannten Aufgaben und andere Aufgaben und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen klar zu verstehen sein. Die Zeichnungen dienen jedoch ausschließlich zum Zwecke der Erklärung und beschränken den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • Figur 1 ein Blockdiagramm, in dem die Konfiguration einer bekannten Bildsignalkodier- und Dekodiervorrichtung dargestellt ist;
  • Figur 2 ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Kodierabschnittes für ein Transformationskodierverfahren der bekannten Bildsignalkodier- und Dekodiervorrichtung zeigt;
  • Figur 3 ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Kodierabschnitts einer Bildsignalkodier- und Dekodiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Figur 4 eine Zeichnung, die die Beziehungen zeigt zwischen der Sequenz transformierter Koeffizienten, der Größe eines Bewegungsvektors und einer zu benutzenden Quantisierungscharakteristik für den Fall, daß drei Sorten Quantisierungscharakteristiken von verschiedenen Quantisierungsschrittgrößen in einer anderen als der vorgenannten Ausführungsform vorbereitet werden.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Figur 3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Dekodierabschnitts einer Bildsignalkodier- und Dekodiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In dieser Figur ist 22a ein adaptiver Quantisierungsabschnitt, der eine geeignete Quantisiereinrichtung aus einer Vielzahl von ihnen gemäß der Ortsfrequenz auswählt und benutzt, die einem Bewegungsvektor 205 eines Eingangssignals 201 entspricht, sowie eine Sequenz eines transformierten Koeffizienten. Die anderen Komponententeile sind entsprechend oder gleich mit denen der bekannten Vorrichtung, so daß die Beschreibung von ihnen hier unterbleibt.
  • Die Arbeitsweise wird nachfolgend beschrieben. Der transformierte Koeffizient 204 und der Bewegungsvektor 205, die durch Verfahren erzielt werden, die den bekannten Verfahren entsprechen, werden in den adaptiven Quantisierungsabschnitt 22a eingegeben. In dem adaptiven Quantisierungsabschnitt 22a, der in Figur 4 dargestellt ist, wird gemäß der Sequenz des transformierten Koeffizenten 204 und der Größe des Bewegungsvektors 205 eine geeignete Quantisierungscharakteristik ausgewählt und eine Quantisierung für den transformierten Koeffizienten 204 ausgeführt, der durch ein Schwellwertverfahren basierend auf der Pufferspeicherakkumulationsgröße 211 als signifikant beurteilt wurde. Für den Fall der Auswahl einer Quantisierungscharakteristik wird der Bewegungsvektor 205 zu der Dekodierseite übertragen und die Sequenz des transformierten Koeffizienten ist auch auf der dekodierten Seite bekannt, so daß keine Notwendigkeit besteht, eine Zusatzinformation zu senden. Die anderen Verfahren entsprechen denen von den bekannten Vorrichtungen.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist ein Fall aufgezeigt, in dem Quantisiereinrichtungen gemäß einer Ortsfrequenz komponente geschaltet sind, die der Sequenz von transformierten Koeffizienten 104 und der Größe eines Bewegungsvektors 205 entsprechen, aber in dem Fall, in dem der Bewegungsvektor Null wird, ist eine solche Kontrolle in bezug auf die Unterbrechung des transformierten Koeffizienten, dessen korrespondierende Ortsfrequenz hoch ist, effektiv, um die vorübergehende Richtungsstörung in einer statischen Region - beispielsweise im Hintergrund - zu vermindern.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Quantisiereinrichtungen verschiedener Charakteristiken entworfen und eine Quantisierungscharakteristik wird basieren auf der Sequenz transformierter Koeffizienten und der Größe eines Bewegungsvektors ausgewählt, so daß die Quantisierung entsprechend der statistischen Charakteristik eines Eingangssignals bemerkt werden und ein Signal auch effizient komprimiert werden kann.

Claims (3)

1. Bildsignalkodiervorrichtung mit einer Subtrahiereinrichtung (31), die eine redundante Komponente durch Subtraktion eines Bewegungskompensations-Bild- zu-Bild-Vorhersagesignals (202) eliminiert, das gemäß einer Bewegungsgröße erzeugt wird, die von einem Bewegungserfassungsabschnitt aus einem digitalen Bildsignal (201) erfaßt wird;
einem orthogonalen Transformationsabschnitt (21), der einen Transformationskoeffizienten (204) durch Durchführung einer orthogonalen Transformation eines Bild-zu-Bilddifferenzsignals (203) erzeugt, das von der Subtrahiereinrichtung (31) erzielt wurde;
einem adaptiven Quantisierungsabschnitt (22a), welcher die Transformationskoeffizienten (204) gemäß einer Quantisierungscharakteristik quantisiert, die auf der Basis einer Bewegungsgröße und einer Sequenz des Koeffizienten (204) bestimmt wird;
einem invers-orthogonalen Transformationsabschnitt (23), der ein dekodiertes Bild- zu-Bild-Differenzsignal (207) durch Durchführung einer inversen Transformation eines quantisierten Ausgangssignals (206) erzeugt, das von dem adaptiven Quantisierungsabschnitt (22a) eingegeben wurde;
einer Addiereinrichtung (32), die ein dekodiertes Bildsignal (208) durch Addition des dekodierten Bild-zu-Bild-Differenzsignals (207) und des Bewegungskompensations-Bild-zu-Bild-Vorhersagesignals (202) erzeugt; und
einem Vollbildspeicher (24), der das dekodierte Bildsignal (208) vorübergehend speichert und das Bewegungskompensations-Bild-zu-Bild-Vorhersagesignal (202) gemäß einer Bewegungsgröße erzeugt;
dadurch gekennzeichnet, daß der adaptive Quantisierungsabschnitt (22a) adaptiv eine Quantisierungscharakteristik aus vorbestimmten Quantisierungscharakteristiken auswählt, so daß die Quantisierungsschrittgröße größer wird, wenn die Frequenz der Sequenz des Transformationskoeffizienten (204) höher und die Bewegungsgröße größer wird.
2. Bildsignalkodiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der adaptive Quantisierungsabschnitt (22a) eine Vielzahl von Quantisierern in Übereinstimmung mit entsprechenden Quantisierungscharakteristiken enthält.
3. Bildsignalkodiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der adaptive Quantisierungsabschnitt (22a) den Hochfrequenztransformationkoeffizienten (204) für den Fall abschneidet, daß die Bewegungsgröße null beträgt.
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