DE69012405T2

DE69012405T2 - Einrichtung zur adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung eines Videosignals.

Info

Publication number: DE69012405T2
Application number: DE69012405T
Authority: DE
Inventors: Kenji Sugiyama
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: DE69012405D1; EP0395440A2; EP0584840A2; DE69031045T2; USRE35158E; EP0584840B1; US4982285A; EP0395440B1; EP0584840A3; HK1000538A1; JPH07109990B2; EP0395440A3; HK1000484A1; JPH02285816A; DE69031045D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kodieren eines Videosignals zum Erzeugen eines kodierten Signals zur Übertragung oder Aufzeichnung, wobei das kodierte Signal wesentlich geringere Datenmengen als das ursprüngliche Videosignal enthält. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Einrichtung zum Zwischenbild-Vorhersagekodieren eines Videosignals, die besonders bei Fernsehkonferenzsystemen oder bei Bewegtbild- Videotelephonsystemen angewandt werden kann.

Würdigung des Standes der Technik

Verschiedene herkömmliche Verfahren sind zum Umwandeln eines digitalen Videosignals in ein Signal vorgeschlagen worden, das geringere Datenmengen enthält, beispielsweise damit die Anforderungen an die Bandbreite einer Übertragungsverbindung verringert werden oder die zur Aufzeichnung des Videosignals erforderliche Speicherkapazität verringert wird. Derartige Verfahren werden besonders bei Fernsehkonferenzsystemen oder Bewegtbild-Videotelephonsystemen angewandt und machen von der Tatsache Gebrauch, daß allgemein eine große Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Bildern eines Videosignals und daher eine gewisse Redunzanz besteht, falls sämtliche Bilder übertragen werden. Ein grundlegendes Verfahren, das beispielsweise in der US-A-4 651 207 beschrieben ist, besteht darin, daß periodisch ein oder mehrere Bilder nicht übertragen und die Informationen auf Empfangsseite zur Interpolation der ausgelassenen Bilder (auf Grundlage der Bewegungskomponenten in den übertragenen Bildern) hergeleitet werden. Ein derartiges Verfahren arbeitet nur solange zufriedenstellend, wie aufeinanderfolgende Bilder nur relativ kleine Werte von Veränderungen zwischen einem Bild und dem nächsten enthalten. Ein anderes grundlegendes, herkömmliches Verfahren besteht darin, periodisch (d.h. mit einer festgelegten Anzahl von Bildintervallen) Bilder zu übertragen, die unabhängig kodiert und nachstehend als unabhängige Bilder bezeichnet werden, während für jedes zwischen aufeinanderfolgenden unabhängigen Bildern auftretendes Bild (die nachstehend als abhängige Bilder bezeichnet werden) nur Werte von Veränderungen zwischen diesem Bild und dem vorangehenden unabhängigen Bild kodiert und übertragen werden, d.h. es wird eine Zwischenbild- Vorhersagekodierung durchgeführt, wobei die unabhängigen Bilder als Bezugsbilder verwendet werden. Bei einer praktischeren Art dieses Verfahrens, die als adaptive Vorhersagekodierung bekannt ist, wird eine derartige Zwischenbild-Vorhersagekodierung nur dann durchgeführt, wenn sie geeignet ist, d.h. nur dann, wenn kein großer Unterschied zwischen aufeinanderfolgenden Bildern besteht. Wird ein solcher großer Unterschied erfaßt, dann wird eine Innenbild-Kodierung durchgeführt. Herkömmliche Beispiele derartiger Zwischenbild-Kodierung sind beispielsweise beschrieben in der Veröffentlichung "15/30 Mb/s Motion-Compensated Inter-frame, Inter- field and Intra-field Adaptive Predictive Coding", "Bulletin of the Society of Television Engineers (Japan)", Bd. 39, Nr. 10 vom Oktober 1985. Bei diesem Verfahren wird ein Fernsehsignal mit einer vergleichsweise hohen Datenrate kodiert. Es wird von Bewegungskompensations-Zwischenbildvorhersage, -Innenhalbbildvorhersage und -Zwischenhalbbild- (d.h. Zwischenbild-) Vorhersage Gebrauch gemacht. Ein anderes Beispiel ist in der Veröffentlichung "Adaptive Hybrid Transform/Predictive Image Coding", Dokument D-1115 der "70th Anniversary National Convention of the Society of Information and Communication Engineers (Japan)" vom März 1987 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Umschalten zwischen Zwischenbild-Vorhersagekodierung jedes abhängigen Bildes auf Grundlage eines vorangehenden unabhängigen Bildes (die das normale Kodierverfahren darstellt), einer Vorhersage auf Grundlage von benachbarten Bildelement-Blöcken, einer Vorhersage auf Grundlage des Bildhintergrunds und keiner Vorhersage durchgeführt (d.h. direktes Kodieren des ursprünglichen Videosignals). Bei der Verarbeitung ohne Vorhersage wird eine Orthogonaltransformations-Innenbildkodierung durchgeführt, während bei der Hintergrund-Vorhersage von einer bestimmten Art Vorhersage Gebrauch gemacht wird, die für ein Videosignal geeignet ist, das bei Fernsehkonferenz-Anwendungen verwendet wird. Der Verarbeitungsvorgang wird zwischen Bildelement-Blöcken umgeschaltet, deren Blockgröße sich von 16 16 zu 8 8 Elementen (als Blockeinheiten) verändert.
Bei derartigen herkömmlichen adaptiven Vorhersage-Kodierverfahren werden bei Dekodierung eines abhängigen Bildes (auf Empfangsseite des Systems oder nach Wiedergabe von einem Aufzeichnungsmedium) die erforderlichen Daten durch sich addierende Überlagerung der vergangenenen Daten in Bezug auf dieses Bild erhalten, so daß sämtliche betroffenen vergangenen Daten erforderlich sind. Es müssen Speichermedien zum Dekodieren verwendet werden, die einen Direktzugriff zum Erhalt derartiger Daten zulassen. Dieses begrenzt die maximale Größe der Wiederholungsperiode der unabhängigen Bilder (anders ausgedrückt: die Periode des Rücksetzens des Zwischenbild- Vorhersagekodiervorgangs), da, falls diese Periode übermäßig lang ist, Speichererfordernisse und Dekodierung schwierig werden. Je kürzer jedoch diese Rücksetzperiode gemacht wird, desto größer sind die Datenmengen, die in dem kodierten Ausgangssignal enthalten sind und desto niedriger wird daher die Kodier-Effektivität. Typischerweise ist eine Periode von 4 bis 8 Bildern bei den herkömmlichen Verfahren vorgeschlagen worden.
Fig. 1A und 1B sind einfache schematische Abbildungen, die die grundsätzlichen Eigenschaften der vorstehend erwähnten Zwischenbild-Vorhersagekodierverfahren und des Verfahrens veranschaulichen, das aus der vorangehend erwähnten US-Patentanmeldung bekannt ist, die von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung stammt. Eine Folge von Bildern eines Videosignals sind als Rechtecke dargestellt, die mit 1, 2, ... bezeichnet sind. Die schraffierten Rechtecke stellen unabhängige Bilder dar (d.h. unabhängig kodierte Bilder, die als Bezugsbilder verwendet werden), die mit einer festgelegten Periode von vier Bildintervallen auftreten, d.h. es wird angenommen, daß die Zwischenbild-Vorhersagekodierung einmal je vier Bilder zurückgesetzt wird. Wie durch die Pfeile angedeutet wird, wird der Vorhersagevorgang nur in der Vorwärtsrichtung der Zeitachse durchgeführt, so daß Unterschiedswerte zwischen einem abhängigen Bild und einem unabhängigen Bild (nachstehend als Vorhersage-Fehlerwerte bezeichnet) ständig durch Verwendung eines vorangehenden unabhängigen Bildes als Bezugsbild erhalten werden. Daher wird das unabhängige Bild Nr. 1 zum Herleiten von Vorhersage-Fehlerwerten für jedes Bild 2, 3 und 4 verwendet, die als diese Bilder darstellende Daten kodiert und übertragen werden.
Ein derartiges herkömmliches Vorhersageverfahren ist mit einem grundsätzlichen Nachteil behaftet. Insbesondere wird nur von der Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Bildern des Videosignals in der Vorwärtsrichtung der Zeitachse Gebrauch gemacht. Es besteht jedoch tatsächlich allgemein auch eine große Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Bildern in der entgegengesetzten Richtung. Die Arbeitsweise der vorstehend erwähnten, verwandten Patentanmeldung, die von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung stammt, macht von dieser Tatsache Gebrauch, wie in Fig. 1B veranschaulicht ist. In diesem Fall wird jedes Bild, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden unabhängigen Bildern auftritt, einer Zwischenbild- Vorhersagekodierung auf Grundlage dieser beiden unabhängigen Bilder unterzogen, wie durch die Pfeile angezeigt wird. Beispielsweise wird die Zwischenbild-Vorhersagekodierung von Bild 2 auf Grundlage der unabhängigen Bilder 1 und 5 durchgeführt. Dies trifft auch auf die Bilder 3 und 4 zu. Genauer gesagt wird ein erstes Vorhersagesignal für Bild 2 auf Grundlage von Bild 1 als Bezugsbild hergeleitet, während ein zweites Vorhersagesignal für Bild 2 auf Grundlage von Bild 5 als Bezugsbild hergeleitet wird. Diese beiden Vorhersagesignale werden dann mit entsprechenden Gewichtungsfaktoren multipliziert und zum Erhalt eines endgültigen Vorhersage-Fehlersignals für Bild 2 kombiniert, wobei das erste Vorhersagesignal stärker gewichtet wird (da Bild 2 eine größere Korrelation mit Bild 1 als mit Bild 5 aufweist). Vorhersagesignale für die anderen abhängigen Bilder werden auf ähnliche Weise hergeleitet und Unterschiede zwischen dem Vorhersagesignal und einem Signal eines aktuellen Bildes als Vorhersagefehler hergeleitet, dann kodiert und übertragen. Da in diesem Fall von einer Korrelation zwischen einem vorangehenden unabhängigen Bild und einem nachfolgenden unabhängigen Bild zum Erhalt von Vorhersagesignalen für jedes abhängige Bild Gebrauch gemacht wird, wird eine wesentlich höhere Vorhersagegenauigkeit als mit herkömmlichen Verfahren erreicht, bei denen lediglich von der Zwischenbild-Korrelation in der Vorwärtsrichtung der Zeitachse Gebrauch gemacht wird.
Herkömmliche Verfahren der adaptiven Zwischenbild-Vorhersage kodierung können die vorstehend unter Bezug auf Fig. 1A beschriebenen grundsätzlichen Nachteile überwinden, wie nachstehend unter Bezug auf Fig. 2A, 2C beschrieben wird. In Fig. 2A und 2C (und auch in den nachstehend beschriebenen Fig. 2B und 2D) stellen entsprechend numerierte Rechtecke aufeinanderfolgende Bilder eines Videosignals dar. Die mit dem Zeichen "#" gekennzeichneten Bilder stellen unabhängig kodierte Bilder dar. Von diesen sind die Bilder 1 und 5 unabhängige Bilder, die mit einer festen Periode von vier Bildintervallen auftreten, d.h. die Zwischenbild-Vorhersagekodierung wird bei diesen Beispielen einmal in vier aufeinanderfolgenden Bildintervallen zurückgesetzt. Die weißen Rechtecke stellen Bilder dar, deren Bildinhalte jeweils vergleichsweise ähnlich sind. Die dunklen Rechtecke stellen Bilder dar, deren Bildinhalte jeweils vergleichsweise ähnlich, aber erheblich verschieden von den Inhalten der Bilder der "weißen Rechtecke" sind. In Fig. 2A ist Bild 1 ein unabhängiges Bild und Bild 2 ein abhängiges Bild, dessen Inhalte durch Zwischenbild-Vorhersagekodierung unter Verwendung von Bild 1 als Bezugsbild kodiert werden. Es besteht eine erhebliche Veränderung (die beispielsweise aus einem Szenenwechsel oder aus einem neuen Teil des Bildhintergrunds folgt, der beispielsweise durch die Bewegung einer Person oder eines Objektes innerhalb der durch das Fernsehen übertragenen Szene freigelegt wird) der Inhalte des Videosignals zwischen den Bildern 2 und 3 von Fig. 2A, so daß es unmöglich wird, eine Zwischenbild-Vorhersagekodierung von Bild 3 unter Verwendung von Bild 2 als Bezugsbild durchzuführen. Bei einem herkömmlichen Verfahren der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung wird dies erfaßt und die Ergebnisse in Bild 3 werden unabhängig kodiert. Bild 3 wird dann als Bezugsbild zum Zwischenbild-Vorhersagekodie-ren von Bild 4 verwendet.
Daher muß jedesmal, wenn ein Szenenwechsel oder andere sehr erhebliche Veränderungen in dem Videosignal auftreten, die nicht mit dem Beginn eines (periodisch auftretenden) unabhängigen Bildes übereinstimmen, eine unabhängige Kodierung eines zusätzlichen Bildes anstelle der Zwischenbild-Vorhersagekodierung durchgeführt werden, was zu einem entsprechenden Anstieg der Menge der kodierten Daten führt, die übertragen und aufgezeichnet werden müssen.
Bei dem Beispiel gemäß Fig. 2C wird bei einem herkömmlichen Verfahren der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung angenommen, daß nur ein Bild (Bild 3) erheblich von den vorangehenden und nachfolgenden Bildern 1, 2 sowie 4, 5 verschieden ist. Dies wird erfaßt und Bild 3 wird dann unabhängig kodiert, anstelle einer Zwischenbild-Vorhersagekodierung unterzogen zu werden. Da sich jedoch Bild 4 nun sehr stark von dem Inhalt von Bild 3 unterscheidet, kann auf Bild 4 keine Zwischenbild-Vorhersagekodierung angewandt werden, so daß dieses Bild auch unabhängig kodiert werden muß. Daher müssen jedesmal, wenn ein einzelnes Bild auftritt, das von den vorangehenden und nachfolgenden Bildern wesentlich verschieden ist, zwei zusätzliche Bilder unabhängig kodiert werden, wodurch die Menge von zu übertragenden kodierten Daten erhöht wird. Derartige Vorkommnisse von isolierten, sichtbar verschiedenen Bildern wie Bild 3 in Fig. 2C können beispielsweise jedesmal dann auftreten, wenn ein photographisches Blitzlicht innerhalb des das Videosignal bildenden Bildes erzeugt wird.
Diese Einflüsse führen in der Praxis dazu, daß die tatsächliche Menge von Daten, die kodiert und übertragen werden muß, wesentlich größer als die bei dem idealen Fall ist, bei dem nur die periodisch auftretenden unabhängigen Bilder (d.h. Bilder 1, 5, usw.) unabhängig kodiert werden und alle anderen Bilder nach der Zwischenbild-Vorhersagekodierung auf Grundlage dieser unabhängigen Bilder übertragen werden.
Ein anderer grundlegender Nachteil eines derartigen herkömmlichen Verfahrens der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung tritt dann auf, wenn die kodierten Ausgangsdaten (beispielsweise durch einen Videorecorder) aufgezeichnet sowie daraufhin wiedergegeben und zum Widerherstellen des ursprünglichen Videosignals dekodiert werden. Insbesondere wäre es bei Ausführung der Rückwärts-Wiedergabe der aufgezeichneten kodierten Daten, bei der Daten wiedergegeben werden, die in der umgekehrten Reihenfolge in der Zeitachse in Bezug auf einen normalen Wiedergabevorgang erhalten werden, sehr schwierig, ein derartiges herkömmliches Verfahren anzuwenden, da die Vorhersagekodierung immer auf einem vorangehenden Bild aufbaut. Das bedeutet, daß Vorhersagewerte in dem Wiedergabesignal nicht in der richtigen Reihenfolge zum Dekodieren der Wiedergabedaten enthalten sind (im Fall des Rückwärts-Wiedergabevorgangs).
Es wurde erwogen, jedoch nicht gemäß dem Stand der Technik, dieses Problem der Schwierigkeiten der Verwendung mit dem Rückwärts-Wiedergabevorgang zu lösen, da jedes abhängige Bild auf Grundlage sowohl eines vorangehenden und als auch eines nachfolgenden unabhängigen Bildes vorhersagekodiert wird. Da jedoch die beschriebene Einrichtung nicht adaptiv ist, d.h. eine Zwischenbild-Vorhersagekodierung für die abhängigen Bilder ständig unabhängig davon durchgeführt wird, ob große Bildinhalt-Veränderungen zwischen aufeinanderfolgenden abhängigen Bildern auftreten, ist sie mit dem Nachteil einer Verschlechterung des sich ergebenden endgültigen Anzeige-Bildes behaftet, wenn Szenenwechsel, Freilegung des Hintergrundes oder andere wesentliche Veränderungen des Bildinhalts häufig auftreten.
Bei einem Verfahren der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung wie vorstehend beschrieben werden, wenn Szenenwechsel oder Bewegungen von Personen oder Objekten in dem durch das Videosignal übertragenen Bild auftreten, wodurch neue Teile des Bildhintergrunds freigelegt werden, große Mengen zusätzlich kodierter Daten infolge einer erhöhten Anzahl von Bildern erzeugt, die unabhängig kodiert werden, anstelle einer Zwischenbild-Vorhersagekodierung unterzogen zu werden. Verschiedene Verfahren sind zum Durchführen der Steuerung vorgeschlagen worden, damit die Menge von derartigen zusätzlichen Daten verringert wird. Diese führen jedoch zu einer Verschlechterung der Bildqualität.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mit dem Stand der Technik verbundenen, vorstehend beschriebenen Nachteile zu überwinden, indem eine adaptive Vorhersage-Kodiervorrichtung geschaffen wird, wobei ein optimales Vorhersagesignal zum Herleiten von Vorhersage-Fehlerwerten für ein abhängiges Bild für jeden abhängigen Block des Bildes aus einer Vielzahl von Vorhersagesignalen ausgewählt wird, die durch jeweils verschiedene Kombinationen von Signalen hergeleitet werden, die aus einem Paar eines vorangehenden und eines nachfolgenden unabhängigen Bildes erhalten werden. Diese Auswahl basiert auf der Größe der Vorhersage-Fehlerwerte, die für die entsprechenden, einen Block bildenden Datenwerte durch diese verschiedenen Vorhersagesignale erzeugt werden. Falls eine unzureichende Korrelation zwischen dem Block und dem entsprechenden Block dieser vorangehenden und nachfolgenden Bilder vorliegt, dann wird der Block unabhängig von diesen anderen Bildern lediglich durch Innenbild-Kodierung kodiert.
Erfindungsgemäß wird eine adaptive Kodiervorrichtung zum Kodieren eines eingegebenen Videosignals geschaffen, wobei das Videosignal eine Bildfolge mit jeweils aufeinanderfolgenden Bildelementdaten umfaßt, mit
einer Kodiereinrichtung zum Kodieren aufeinanderfolgender Blöcke eines Bildes des Videosignals, wobei jeder Block ein Feld der Bildelementdatenwerte, das eine feste Größe aufweist, umfaßt,
einer Wähleinrichtung zum Wählen eines aus jeweils N Bildern, das als Bezugsbild direkt zu der Kodiereinrichtung übertragen und durch Innenbildkodierung kodiert wird, und zum Wählen aller derjenigen Bilder als abhängige Bilder, die zwischen einem vorangehenden und einem nachfolgenden Bezugsbild in der Bildfolge liegen und zu einer Vorhersageeinrichtung übertragen werden, wobei N eine ganze Zahl mit einem festen Wert größer als eins ist, und der Vorhersageeinrichtung zum Vorhersagen der Datenwerte jedes Blocks eines jeden abhängigen Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorhersageeinrichtung eine Einrichtung zum Herleiten einer Vielzahl von Vorhersagesignalen aus einer Vielzahl von Kombinationen der vorangehenden und der nachfolgenden Bezugsbilder, die zwei im wesentlichen dem vorangehenden und dem nachfolgenden Bezugsbild entsprechenden Kombinationen enthalten, und eine Auswahleinrichtung zum Auswählen eines optimalen Vorhersagesignals aus der Vielzahl von Vorhersagesignalen aufweist.
Die adaptive Vorhersageeinrichtung einer derartigen adaptiven Vorhersage-Kodiervorrichtung umfaßt vorzugsweise die Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines ersten Vorhersagesignals auf Grundlage einer Kombination von Bildelementdaten des vorangehenden und des nachfolgenden Bezugsbildes, eines nur aus dem vorangehenden Bezugsbild erzeugten, zweiten Vorhersagesignals, eines nur aus dem nachfolgenden Bezugsbild erzeugten, dritten Vorhersagesignals und eines nur aus dem abhängigen Bild erzeugten Nicht-Vorhersagesignals, und
die Vorhersageart-Auswahleinrichtung zum Auswählen eines von vier Vorhersagearten für alle Blöcke, bei denen die ersten, zweiten und dritten Vorhersagesignale und das Nicht- Vorhersagesignal jeweils zum Erzeugen von Vorhersage-Fehlerwerten für entsprechende Bildelementdaten des Blocks verwendet werden, die an die Kodiereinrichtung übertragen und von dieser kodiert werden, wobei die Wahl auf der Beurteilung der Fehler basiert, und wobei die Vorhersageart-Auswahleinrichtung der Kodiereinrichtung außerdem von dieser zu kodierende Vorhersageart-Daten zuführt, die für entsprechende Blöcke gewählte Vorhersagearten angeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A und 1B schematische Abbildungen zum Veranschaulichen eines Zwischenbild-Vorhersagevorgangs unter Verwendung einer Richtung bzw. beider Richtungen der Zeitachse,
Fig. 2A, 2C schematische Abbildungen zum Veranschaulichen eines herkömmlichen Verfahrens der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung und Fig. 2B, 2D schematische Abbildungen zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung,
Fig. 3 ein allgemeines Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kodiereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zur adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines adaptiven Vorhersageteils der Einrichtung gemäß Fig. 3 und
Fig. 5 einen Zeitverlauf zum Unterstützen der Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 5.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 2B und 2D veranschaulichen die Weise, in der die (vorstehend beschriebenen) Bildfolgen von Fig. 2A und 2C durch das erfindungsgemäße Verfahren der adaptiven Zwischenbild- Vorhersagekodierung verglichen mit einem herkömmlichen Verfahren der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung gehandhabt werden. In dem Fall gemäß Fig. 2B, bei dem ein Szenenwechsel zwischen den Bildern 2 und 3 auftritt, so daß das vorangehende unabhängige Bild 1 nicht zur Zwischenbild-Vorhersagekodierung der Bilder 3 und 4 verwendet werden kann, wird von der Korrelation zwischen dem nachfolgenden unabhängigen Bild 5 und den abhängigen Bildern 3 und 4 Gebrauch gemacht. Das bedeutet, daß nur das nachfolgende unabhängige Bild 5 zur Zwischenbild-Vorhersagekodierung der abhängigen Bilder 3 und 4 verwendet wird. Dies macht es unnötig, Bild Nr. 3 unabhängig zu kodieren, wie es bei einem herkömmlichen Verfahren der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung erforderlich ist, das nur die Vorwärtsrichtung der Zeitachse verwendet. Daher wird die durchschnittliche Menge der erzeugten kodierten Daten verringert, da es nicht mehr erforderlich ist, ein abhängiges Bild (oder einen großen Teil eines abhängigen Bildes) jedesmal unabhängig zu kodieren, wenn ein Szenenwechsel oder eine andere sehr erhebliche Veränderung in den Inhalten eines Bildes auftritt.
Im Fall gemäß Fig. 2D, bei dem sich nur Bild Nr. 3 von den vorangehenden und nachfolgenden Bildern sehr stark unterscheidet, ist es bei einem herkömmlichen Verfahren der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung erforderlich, beide Bilder 3 und 4 unabhängig zu kodieren, wie vorstehend beschrieben wurde. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß Bild 3 isoliert auftritt, indem das nachfolgende unabhängige Bild Nr. 5 zur Zwischenbild-Vorhersagekodierung von Bild Nr. 3 verwendet wird. Auf diese Weise wird es unnötig, alle (oder einen großen Teil der) abhängigen Bilder, die auf ein isoliertes, wesentlich unterschiedliches, abhängiges Bild folgen, unabhängig zu kodieren, wie es für Bild 4 im Fall eines herkömmlichen Verfahrens der adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodierung erforderlich ist, wie vorstehend unter Bezug auf Fig. 2C beschrieben wurde.
Nachstehend wird die grundsätzliche Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen adaptiven Vorhersage-Kodiervorrichtung beschrieben. Der Kodierer verarbeitet jedes Bild eines eingegebenen Videosignals in Einheiten von Blöcken (wobei jeder Block beispielsweise aus einem Feld von 8 8 Bildelementen des Bildes besteht) und die Vorrichtung bestimmt für jeden Block eines Bildes, welcher der folgenden Korrelationszustände zwischen diesem Block und den entsprechend befindlichen Blöcken des vorangehenden unabhängigen Bildes und des nachfolgenden unabhängigen Bildes besteht:
(Möglichkeit 1) Optimale Vorhersage wird durch Verarbeiten unter Verwendung einer Kombination der entsprechenden Blöcke (d.h. dementsprechend innerhalb des Bildes befindlich) sowohl des vorangehenden als auch des nachfolgenden unabhängigen Bildes erreicht.
(Möglichkeit 2) Optimale Vorhersage wird durch Verarbeiten unter Verwendung nur des entsprechenden Blocks des vorangehenden unabhängigen Bildes erreicht.
(Möglichkeit 3) Optimale Vorhersage wird durch Verarbeiten unter Verwendung nur des entsprechenden Blocks des nachfolgenden unabhängigen Bildes erreicht.
(Möglichkeit 4) Optimale Vorhersage wird durch direktes Kodieren dieses Blocks erreicht (es wird nur eine Innenbild-Kodierung durchgeführt).
Die Entscheidung, welche dieser vier Möglichkeiten optimal ist, basiert auf einer Summe von quadrierten Werten der Unterschiede zwischen jedem Datenwert, der ein Bildelementwert des Blocks darstellt, und den entsprechenden Datenwerten der entsprechenden Blöcke in den vorangehenden und nachfolgenden Bildern. Daraufhin wird die Verarbeitung des Blocks durchgeführt, d.h. entweder eine Gruppe von Zwischenbild-Vorhersage- Fehlerwerten bezüglich der Bildelemente des entsprechenden Blocks des vorangehenden und/oder nachfolgenden unabhängigen Bildes oder die Datenwerte für die Bildelemente des betreffenden Blocks werden leicht verändert wie nachstehend beschrieben und dann zur Übertragung oder Aufzeichnung kodiert. Darüber hinaus werden Vorhersageart-Daten, die angeben, welche der vorstehend erwähnten vier Möglichkeiten für diesen Block ausgewählt worden ist, mit den Videodaten kodiert und übertragen oder aufgezeichnet. Auf der Empfangsseite oder bei Wiedergabe der aufgezeichneten kodierten Daten wird die Dekodierung unter Verwendung der Vorhersageart-Daten zum Steuern des Dekodiervorgangs durchgeführt.
Fig. 3 ist ein allgemeines Blockschaltbild einer adaptiven Zwischenbild-Vorhersagekodier-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Bildspeicher 1a empfängt ein digitales (Bewegtbild-) Videosignal von einem Eingangsanschluß 1 als aufeinanderfolgende Datenwerte, die sowohl aus Luminanz- (Y-) Werten für entsprechende Bildelemente als auch aus Chrominanz- (R-Y)- und (B-Y)-), d.h. Farbunterschieds-Werten bestehen. Aufeinanderfolgende Bilder des Videosignals werden in dem Bildspeicher 1a gespeichert. Aufeinanderfolgende Blöcke eines Bildes, das gerade in dem Bildspeicher 1a gespeichert wird, werden in einer vorbestimmten Reihenfolge ausgelesen, wobei jeder Block beispielsweise aus einem Feld von 8 8 Elementen von Luminanz- (Y-) Werten oder Chrominanz-, d.h. Farbunterschieds- ((B-Y)- oder (R-Y))- Werten besteht. Jeder Block Luminanzdatenwerte entspricht direkt einer physikalischen (Anzeige-) Größe von 8 8 Bildelementen. Im allgemeinen entspricht jedoch jeder Block von 8 8 Chrominanzwerten einer größeren physikalischen Fläche als 8 8 Bildelementen. Wie beispielsweise von der CCITT der Internationalen Fernmeldeunion im Dokument Nr. 339 "Description of Ref. Model 5 (RM5)" vom März 1988 beschrieben wird, in der ein gemeinsames Quelleneingangs-Signalformat zum Kodieren von Farbfernsehsignalen bestimmt ist, entspricht jeder Block von 8 8 Farbunterschiedswerten (bezüglich der Anzeigegröße) einem Makroblock von 16 16 Luminanzwerten, der aus vier Blöcken von 8 8 Werten besteht.
Es versteht sich von selbst, daß die nachstehende Beschreibung des adaptiven Vorhersagevorgangs sowohl die Verarbeitung von Luminanzwerten als auch die von Farbunterschiedswerten betrifft.
Die Werte jedes Blocks werden nacheinander in einer vorbestimmten Reihenfolge ausgelesen. Die Ausgangsdaten aus dem Bildspeicher 1a werden einem bewegbaren Kontakt eines Umschalters 2 zugeführt. Der Festkontakt "a" des Umschalters 2 ist an den Festkontakt "a" eines Umschalters 5 angeschlossen, während der Festkontakt "b" des Umschalters 2 an den Eingang eines (N-1)-Bild-Speichers 3 angeschlossen ist. Der (N-1)-Bild-Speicher 3 ist ein Speicher mit einer Kapazität zum Speichern von bis zu (N-1) nacheinander eingegebenen Bildern, wobei N eine festgelegte Ganzzahl ist, und wird zum Erzeugen einer Verzögerung von N Bildintervallen verwendet, d.h. ein Bild, das in diesen Speicher während eines Bildintervalls eingeschrieben wird, wird daraufhin aus dem Speicher in dem vierten Bildintervall ausgelesen, das danach auftritt. Das Ausgangssignal des (N-1)-Bild-Speichers 3 wird einem adaptiven Vorhersageteil 4 zugeführt, während das Ausgangssignal des adaptiven Vorhersageteils 4 dem Festkontakt "b" des Umschalters 5 zugeführt wird. Der bewegbare Kontakt des Umschalters 5 ist an den Eingang eines Orthogonal-Transformationsteils 6 angeschlossen, dessen Ausgangssignal einem Quantisierer 7 zugeführt wird. Das Ausgangssignal aus dem Quantisierer 7 wird einem Variabel-Längen-Kodierer 8 und auch einem Dequantisierer 10 zugeführt. Das Ausgangssignal aus dem Variabel-Längen-Kodierer 8 wird einem Ausgangsanschluß 9 zugeführt. Das Ausgangssignal aus dem Dequantisierer 10 wird einem Invers-Orthogonal-Transformationsteil 11 zugeführt, dessen Ausgangssignal einem (Nach-) Bild-Speicher 12 zugeführt wird. Das Ausgangssignal aus dem (Nach-) Bild-Speicher 12 wird einem (Vor-) Bild-Speicher 13 und auch einem zweiten Eingang des adaptiven Vorhersageteils 4 zugeführt. Das Ausgangssignal des (Vor-) Bild-Speichers 13 wird einem dritten Eingang des adaptiven Vorhersageteils 4 zugeführt. Ein Ausgangssignal aus dem adaptiven Vorhersageteil 4, das aus den vorstehend erwähnten Vorhersageart-Daten besteht, wird einem zweiten Eingang des Variabel-Längen-Kodierers 8 zugeführt.
Eine Synchronisiersignal-Trennschaltung 14 empfängt das eingegebene Videosignal und trennt dessen Synchronisiersignalkomponenten zum Herleiten von Synchronisiersignalen, die einer Steuersignal-Generatorschaltung 15 zugeführt werden. Die Steuersignal-Generatorschaltung 15 erzeugt dadurch verschiedene Steuer- und Taktsignale zum Steuern des Schaltvorgangs der Umschalter 2 und 5 sowie Speicher-Lese- und Schreibvorgänge des Bildspeichers 1a, des (N-1)-Bild-Speichers 3, des (Nach-) Bild-Speichers 12 und des (Vor-) Bild-Speichers 13.
Eine Gewichtungswert-Generatorschaltung 16 empfängt ein Taktsignal aus der Steuersignal-Generatorschaltung 15 und erzeugt aufeinanderfolgende Paare von Gewichtungswerten W und (1-W), deren Werte sich bei aufeinander-folgenden Bildern wie nachstehend beschrieben verändern. Diese Paare von Gewichtungswerten werden einem adaptiven Vorhersageteil 4 zugeführt.
Der Schaltvorgang des Umschalters 5 ist mit dem des Umschalters 2 verbunden und dann, wenn beide auf die entsprechenden Kontakte "a" geschaltet sind, wird das Signal des unabhängigen Bildes direkt in das Orthogonal-Transformationsteil 6 eingegeben, damit es direkt transformiert und kodiert wird.
Das Ausgangssignal aus dem Umschalter 5 besteht daher aus aufeinanderfolgenden Datenwerten von aufeinanderfolgenden Blöcken eines unabhängigen Bildes während jedes Intervalls, in dem Datenwerte eines unabhängigen Bildes aus dem Bildspeicher 1a ausgelesen werden, wobei die Schalter 2 und 5 auf ihre Kontake "a" geschaltet sind. Werden die Schalter auf ihre Kontakte "b" geschaltet, dann besteht das Ausgangssignal aus dem Umschalter 5 entweder aus aufeinanderfolgenden Vorhersage-Fehlerwerten für einen Block eines abhängigen Bildes oder aus Datenwerten (die durch Innenbild-Verarbeitung verändert worden sein können) eines Blocks eines abhängigen Bildes.
Zum Maximieren der Kodier-Effektivität werden die Y- (Luminanz-) sowie (R-Y)-, (B-Y)- (Chrominanz-) Werte des Ausgangssignals aus dem Umschalter 5 von dem Orthogonal-Transformationsteil 6 durch einen Orthogonal-Transformationsvorgang wie die diskrete Kosinus-Transformation in Einheiten von Blöcken in Koeffizientenkomponentenwerte umgewandelt. Das sich aus dem Orthogonal-Transformationsteil 6 ergebende Ausgangssignal wird dann unter Verwendung von Stufen geeigneter Größe durch den Quantisierer 7 quantisiert. Da die Verteilung des sich ergebenden quantisierten Signals in der Nähe der Amplitude Null liegt, wird die Kodier-Effektivität durch Kodieren des quantisierten Signals durch eine Variabel-Längen-Kodiertechnik wie Huffman-Kodierung weiter erhöht. Außerdem werden die vorstehend erwähnten Vorhersageart-Datenwerte, die aus dem adaptiven Vorhersageteil 4 dem Variabel-Längen- Kodierer 8 zugeführt werden, auch durch die Variabel-Längen- Kodiertechnik kodiert. Die sich ergebenden Daten variabler Länge werden einem Ausgangsanschluß 9 zugeführt, damit sie an eine entspechende Dekodiereinrichtung übertragen oder aufgezeichnet und daraufhin wiedergegeben und einer entsprechenden Dekodiereinrichtung zugeführt werden.
Fig. 4 ist ein allgemeines Blockschaltbild des adaptiven Vorhersageteils 4 gemäß Fig. 3. Die aus dem (Vor-) Bild-Speicher 13 ausgelesenen Daten werden als Vorbildsignal einem Eingang 40 und dadurch einem Eingang eines Subtrahierers 20 zugeführt. Das Ausgangssignal aus dem (Nach-) Bild-Speicher 12 wird als Nachbildsignal einem Eingang 41 und dadurch einem Eingang eines Subtrahierers 22 zugeführt. Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Koeffizienten-Multiplizierer, der jeden Datenwert von dem Eingang 40 mit dem vorstehend erwähnten Gewichtungswert W multipliziert und die sich ergebenden Werte einem Eingang eines Addierers 34 zuführt. Bezugszeichen 35 bezeichnet einen Koeffizienten-Multiplizierer, der jeden Datenwert von dem Eingang 41 mit dem vorstehend erwähnten Gewichtungswert (1-W) multipliziert und die sich ergebenden Werte dem anderen Eingang des Addierers 34 zuführt. Das Ausgangssignal aus dem Addierer 34 wird einem Eingang eines Vorhersagesignal-Subtrahierers 21 zugeführt. Die Inhalte des Bildes, das gerade aus dem (N-1)-Bild-Speicher 3 ausgelesen wird (dieses Bild wird nachstehend als aktuelles Bild bezeichnet), wird als aktuelles Bildsignal einem Eingang 42 und dadurch einem Eingang eines Subtrahierers 23 zugeführt. Das aktuelle Bildsignal wird auch den entsprechenden anderen Eingängen des Subtrahierers 20, des Vorhersagesignal-Subtrahierers 21 und des Subtrahierers 22 zugeführt. Ein fester Datenwert wird dem anderen Eingang des Subtrahierers 23 zugeführt.
Der Wert der Gleichspannungskomponente des Signals des aktuellen Bildes wird durch eine Gleichspannungs-Pegelerfassungsschaltung 38 hergeleitet und einem Eingang eines Subtrahierers 39 zugeführt. Das aktuelle Bildsignal wird dem anderen Eingang des Subtrahierers 39 zugeführt, damit die Gleichspannungskomponente davon abgezogen wird. Diese Subtraktion der Gleichspannungskomponente ist erforderlich, damit verhindert wird, daß übermäßig hohe Ausgangswerte von einer nachstehend beschriebenen Quadrierschaltung 27 erzeugt werden.
Die entsprechenden Ausgangssignale aus den Subtrahierern 21, 20 und 22 (diese Ausgangssignale werden nachstehend als das erste, zweite bzw. dritte Vorhersagesignal bezeichnet) und das Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 23 (nachstehend als Nicht-Vorhersagesignal bezeichnet) werden entsprechenden Eingängen einer 1-Block-Verzögerungsschaltung 43 zugeführt, die jedes der Signale einer Verzögerung unterzieht, die gleich der Periode eines Blockes ist (d.h. bei diesem Beispiel 64 Bildelementen entspricht). Die verzögerten Ausgangssignale aus der 1-Block-Verzögerungsschaltung 43 werden entsprechenden Festkontakten eines Vorhersageart-Wählschalters 45 zugeführt, dessen bewegbarer Kontakt an einen Ausgang 46 angeschlossen ist.
Das erste, zweite und dritte Vorhersagesignal aus den Subtrahierern 21, 20 und 22 und das Nicht-Vorhersagesignal aus dem Subtrahierer 39 werden auch den entsprechenden Eingängen von Quadrierschaltungen 25, 24, 26 und 27 zugeführt. Jeder von diesen erzeugt dadurch das Quadrat jedes eingegebenen (Vorhersagefehler-) Datenwertes und diese durch die Schaltungen 24 bis 27 erzeugten, quadrierten Fehlerwerte werden entsprechenden Eingängen von Summierschaltungen 28 bis 31 zugeführt, von denen jede zum gleichzeitigen Erhalten der Summe der quadrierten Fehlerwerte von entsprechenden Bildelementen eines Blocks dient. Das bedeutet, daß dann, wenn die Summe der quadrierten Fehlerwerte für einen Block durch eine dieser Summierschaltungen berechnet worden ist, das Ergebnis daraus ausgegeben wird, die Inhalte auf Null zurückgesetzt werden und die Berechnung der Summe der quadrierten Fehlerwerte für den nächsten Block beginnt.
Das Ausgangssignal aus der Summierschaltung 28 wird direkt einem ersten Eingang einer Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 zugeführt. Das Ausgangssignal aus der Summierschaltung 29 wird über einen Subtrahierer 36, durch den ein vorbestimmter, fester Kompensationswert davon abgezogen wird, einem zweiten Eingang der Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 zugeführt. Das Ausgangssignal aus der Summierschaltung 30 wird direkt einem dritten Eingang der Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 zugeführt. Das Ausgangssignal aus der Summierschaltung 31 wird über einen Addierer 37, durch den ein vorbestimmter, fester Kompensationswert dazu addiert wird, einem vierten Eingang der Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 zugeführt.
Jedesmal, wenn die entsprechende angesammelte Summe der quadrierten Fehlerwerte für einen Block durch die Summierschaltung 28 bis Summierschaltung 31 jeweils hergeleitet und der Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 zugeführt worden ist, beurteilt die Tiefstwert-Wähleinrichtung 32, welcher von diesen den geringsten Wert aufweist, und erzeugt ein Ausgangs-Datensignal, das diesen Wert anzeigt. Das Ausgangs-Datensignal bildet Vorhersageart-Daten, d.h. es wird zum Bestimmen verwendet, welche Betriebsart eine optimale Kodiergenauigkeit erzeugt, damit dadurch bestimmt wird, welche von der vorstehend beschriebenen Möglichkeit 1 bis Möglichkeit 4 bei dem Block angewandt werden kann, bei dem die Beurteilung der angesammelten Summe der quadrierten Fehlerwerte gemacht worden ist. Die Vorhersageart-Informationen werden dann zum Steuern der Einstellung des Vorhersageart-Wählschalters 45 verwendet, damit bestimmt wird, welches der verzögerten Ausgangssignale aus der 1-Block-Verzögerungsschaltung 43 zur Übertragung an den Ausgang 46 und dadurch an den Kontakt "b" des Umschalters 5 gemäß Fig. 1 ausgewählt wird.
Im einzelnen wird die Einstellung des Vorhersageart-Wählschalters 45 durch die Vorhersageart-Daten gesteuert, die aus der Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 derart ausgegeben werden, daß das verzögerte Vorhersagefehler-Ausgangssignal aus dem Vorhersagesignal-Subtrahierer 21 ausgewählt wird, falls dieses Ausgangssignal zum kleinsten Wert des angesammelten quadrierten Fehlerwerts für den betreffenden Block geführt hat (entsprechend der Wahl der vorstehend erwähnten Möglichkeit 1). Dies wird nachstehend als Betriebsart 1 bezeichnet. Dementsprechend wird das verzögerte Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 20 durch den Vorhersageart-Wählschalter 45 für den Fall ausgewählt, daß die vorstehend erwähnte Möglichkeit 2 gewählt wurde (dies wird nachstehend als Betriebsart 2 bezeichnet), das verzögerte Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 22 durch den Vorhersageart-Wählschalter 45 für den Fall ausgewählt, daß die vorstehend erwähnte Möglichkeit 3 gewählt wurde (dies wird nachstehend als Betriebsart 3 bezeichnet) und das verzögerte Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 23 durch den Vorhersageart-Wählschalter 45 für den Fall ausgewählt, daß die vorstehend erwähnte Möglichkeit 4 gewählt wurde (dies ist der Fall, wenn keine Zwischenbild-Kodierung für den betreffenden Block durchgeführt wird, und wird nachstehend als Betriebsart 4 bezeichnet).
Die Werte der Gewichtungswerte W und (1-W) verändern sich für aufeinanderfolgende abhängige Bilder in einer linearen Weise, d.h. Möglichkeit 1 entspricht einem zweidimensionalen linearen Vorhersagevorgang, wobei W ein Maximum für das erste abhängige Bild aufweist, das einem unabhängigen Bild folgt, und einen Tiefstwert für ein abhängiges Bild annimmt, das einem unabhängigen Bild unmittelbar vorangeht.
Im einzelnen ist der Gewichtungswert W folgendermaßen definiert:
W = (mc - mp)/N
(wobei 0 < W < 1 gilt, mc die Nummer des aktuellen Bildes in der Bildfolge und mp die Nummer des unabhängigen Bildes bezeichnet, das dem aktuellen Bild vorangeht).
Der Wert X eines Datenwertes (der einem Bildelement entspricht) des Ausgangssignals aus dem Addierer 34, wobei dieses Signal nachstehend als Vorhersagesignal bezeichnet wird, ergibt sich zu:
X = W Vmp + (1 - W) Vms
(wobei Vms der entsprechende Wert des nachfolgenden unabhängigen Bildsignals von Eingang 40 und Vmp der entsprechende Wert des vorangehenden unabhängigen Bildsignals von Eingang 41 ist).
Jeder Wert X des durch den Addierer 34 erzeugten Vorhersagesignals wird durch den Vorhersagesignal-Subtrahierer 21 von einem entsprechenden Wert des aktuellen Bildsignals abgezogen und das Ergebnis als Vor-/Nach-Bild-Vorhersage-Fehlerwert der Quadrierschaltung 25 zugeführt.
Jeder Wert des vorangehenden Bildsignals wird durch den Subtrahierer 20 von einem entsprechenden Wert des aktuellen Bildsignals abgezogen und das Ergebnis als Vor-Bild-Vorhersage-Fehlerwert der Quadrierschaltung 24 zugeführt.
Dementsprechend wird jeder Wert des nachfolgenden Bildsignals durch den Subtrahierer 22 von einem entsprechenden Wert des aktuellen Bildsignals abgezogen und das Ergebnis als Nach- Bild-Vorhersage-Fehlerwert der Quadrierschaltung 26 zugeführt.
Der feste Wert, der durch den Subtrahierer 23 von dem aktuellen Bildsignal abgezogen wird, kann auf verschiedene Arten erzeugt werden, beispielsweise derart, daß er gleich 50 % des maximalen Weißpegels des Videosignals ist, wenn ein Luminanz- (Y-) Wert, und gleich 0 ist, wenn ein Farbunterschieds- ((B- Y)- oder (R-Y)-) Wert verarbeitet wird. Wahlweise könnte der Gleichspannungsanteil eines räumlich benachbarten Blockes in demselben Bild anstelle dieses festen Wertes verwendet werden. Welcher Wert auch verwendet wird, Zwischenbild-Kodierung wird für einen Block nicht ausgeführt, wenn Betriebsart 4 gewählt ist, und nur Innenbild-Verarbeitung wird für den Block durchgeführt.
Fig. 5 zeigt einen einfachen Zeitverlauf zum Veranschaulichen der grundsätzlichen zeitlichen Zusammenhänge bei diesem Ausführungsbeispiel. F1 bis F11 bezeichnen elf aufeinanderfolgende Bilder des eingegebenen Videosignals, wobei die entsprechenden Bildintervalle (insbesondere Intervalle, in denen die entsprechenden Bilder aus dem Bildspeicher 1a ausgelesen werden) mit T1 bis T11 bezeichnet sind. Jedes unabhängige Bild ist mit einem Zeichen "#" versehen, d.h. die Bilder F1, F5 und F9 sind unabhängige Bilder. Es wird angenommen, daß eines von je vier Bildern ein unabhängiges Bild ist, d.h. daß ein periodisches Rücksetzen des Zwischenbild-Vorhersagevorgangs mit einer Periode von 4 Bildern auftritt. Nachstehend werden die Zeitverläufe der Verarbeitungsvorgänge für die Bilder F2 bis F5 beschrieben.

(a) Bildintervall T1

Die aufeinanderfolgenden Blöcke des unabhängigen Bildes F1 werden über die Schalter 2 und 5 übertragen, damit sie direkt kodiert werden, dann durch den Dequantisierer 10 und den Invers-Orthogonal-Transformationsteil 11 zum Wiederherstellen der ursprünglichen Bilddaten verarbeitet und daraufhin in den (Nach-) Bild-Speicher 12 eingeschrieben.

(b) Bildintervalle T2, T3 und T4

Die Bilder F2, F3 und F4 werden nacheinander in den (N-1)- Bild-Speicher 3 eingeschrieben.

(c) Bildintervall T5

Die aufeinanderfolgenden Blöcke des unabhängigen Bildes F5 werden über die Schalter 2 und 5 übertragen, damit sie direkt kodiert werden, dann durch den Dequantisierer 10 und den Invers-Orthogonal-Transformationsteil 11 zum Wiederherstellen der ursprünglichen Bilddaten verarbeitet und daraufhin in den (Nach-) Bild-Speicher 12 eingeschrieben, damit sie die vorherigen Inhalte dieses Speichers ersetzen, nachdem die Inhalte des (Nach-) Bild-Speichers 12 in den (Vor-) Bild-Speicher 13 zum Ersetzen dessen vorheriger Inhalte eingeschrieben worden sind.

(d) Bildintervall T6

Während des Bildintervalls T6 wird Bild F6 in den Bildspeicher 3 eingeschrieben, gleichzeitig wird Bild F2 aus dem Bildspeicher 3 ausgelesen und entsprechende Vorhersagesignale für Bild F2 werden aus dem adaptiven Vorhersageteil 4 ausgegeben und zusammen mit dem Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 23 in die 1-Block-Verzögerungsschaltung 43 eingegeben. Am Ende des Bildintervalls T6 stellt das Vorhersageart-Ausgangssignal aus der Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 den Schalter 45 auf Grundlage des tiefsten angesammelten quadrierten Fehlerwertes, der in die Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 eingegeben wird, auf eine geeignete Wahllage. Das Vorhersageart- Ausgangssignal wird auch an den Variabel-Längen-Kodierer 8 übertragen, damit es kodiert und ausgegeben wird.

(e) Bildintervall T7

Das Bild F7 wird in den Bildspeicher 3 eingeschrieben, gleichzeitig wird Bild F3 aus dem Bildspeicher F3 ausgelesen und auf dieselbe Weise wie Bild F2 verarbeitet und die Vorhersageart-Daten für Bild F3 werden zu dem Variabel-Längen- Kodierer 8 gesendet.
Das ausgewählte Vorhersagesignal für Bild F3 (oder das Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 23) wird von dem Schalter 45 an den Orthogonal-Transformationsteil 6 übertragen, damit es verarbeitet, kodiert und ausgegeben wird.
Es versteht sich von selbst, daß die Schaltung gemäß Fig. 4 zur adaptiven Auswahl der optimalen Betriebsart zum Kodieren jedes Blocks jedes abhängigen Bildes des Videosignals auf einer Block-für-Block-Basis dient. Das bedeutet, daß der Variabel-Längen-Kodierer 8 adaptiv eine der folgenden Betriebsarten auswählt, die bei der Kodierung jedes Blocks eines abhängigen Bildes verwendet werden:
(a) Betriebsart 1, bei der eine zweidimensionale lineare Zwischenbild-Vorhersage durchgeführt wird. Diese wird dann ausgewählt, wenn eine ausreichende (linear gewichtete) Korrelation zwischen dem Block und den entsprechenden Blöcken des vorangehenden und des nachfolgenden unabhängigen Bildes besteht. Diese würde beispielsweise für einen Block von Bild 2 gemäß Fig. 2D gewählt.
(b) Betriebsart 2, bei der eine Zwischenbild-Vorhersage unter Verwendung nur des vorangehenden unabhängigen Bildes durchgeführt wird. Diese wird dann ausgewählt, wenn eine unzureichende Korrelation mit dem entsprechenden Block des nachfolgenden unabhängigen Bildes besteht. Diese würde beispielsweise für einen Block von Bild 2 gemäß Fig. 2B gewählt.
(c) Betriebsart 3, bei der eine Zwischenbild-Vorhersage unter Verwendung nur des nachfolgenden unabhängigen Bildes durchgeführt wird. Diese wird dann ausgewählt, wenn eine unzureichende Korrelation mit dem entsprechenden Block des vorangehenden unabhängigen Bildes besteht. Diese würde beispielsweise für einen Block von Bild 3 oder 4 gemäß Fig. 2B gewählt.
(d) Betriebsart 4, bei der keine Zwischenbild-Vorhersage durchgeführt wird. Diese wird dann ausgewählt, wenn eine unzureichende Korrelation zwischen dem aktuellen Block und den entsprechenden Blöcken jedes vorangehenden und nachfolgenden Bildes besteht. Diese würde beispielsweise für einen Block von Bild 3 gemäß Fig. 2D gewählt. Der Einfachheit der Beschreibung halber wurde angenommen, daß dies auf alle Blöcke von Bild 3 gemäß Fig. 2D zutrifft, so daß eine Zwischenbild- Vorhersage bei keinen Blöcken dieses Bildes angewandt wird.
Da die Werte des unabhängigen Bildsignals, die zum Herleiten der Vorhersage-Fehlerwerte verwendet werden, durch Wiederherstellen des ursprünglichen Videosignals durch einen Dekodiervorgang (in dem Dequantisierer 10 und dem Invers-Orthogonal- Transformationsteil 11) auf dieselbe Weise wie eine Dekodierung erhalten werden, die bei einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Dekodiereinrichtung durchgeführt wird, treten die verschiedenen Quantisierungsfehler usw., die bei den endgültigen dekodierten Daten vorliegen, auch bei den Daten auf, die zum Herleiten der Vorhersage-Fehlerwerte verwendet werden. Dieses stellt eine größere Vorhersagegenauigkeit als die sicher, die sich ergeben würde, falls die unabhängigen Bilder der eingegebenen Videosignaldaten direkt in den Speicher 12 und dann in den Speicher 13 eingeschrieben werden würden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Berechnung zum Bestimmen der Vorhersageart auf Grundlage von quadrierten Fehlerwerten von Vorhersage-Fehlerwerten durchgeführt, die direkt aus dem eingegebenen Videosignal erhalten werden. Eine größere Rechengenauigkeit würde unter Verwendung der Videosignaldaten der abhängigen Bilder erhalten werden, nachdem die vollständige Kodierverarbeitung (einschließlich Transformation und Quantisierung) durchgeführt worden ist. Dies würde jedoch zusätzliche Schaltungen zum Ausführen der inversen Verarbeitung einer derartigen Kodierung erfordern, d.h. für die inverse Transformation usw., die Schaltungsgröße wesentlich erhöhen und eine Verwirklichung der Einrichtung in praktischer Form schwieriger machen.
Wie vorstehend beschrieben wird die Gleichspannungskomponente des aktuellen Bildsignals durch den Subtrahierer 39 von dem aktuellen Bildsignal abgezogen, damit dadurch verhindert wird, daß ein übermäßig hoher Ausgangswert durch die Summierschaltung 31 erzeugt wird. Falls dies jedoch nicht kompensiert wird, wird dies mit einer extrem hohen Wahrscheinlichkeit dazu führen, daß Betriebsart 4 durch die Tiefstwert- Wähleinrichtung 32 ausgewählt wird, d.h., daß das Ausgangssignal aus der Summierschaltung 31 einen zu niedrigen Wert aufweisen wird. Aus diesem Grund wird ein Kompensations-Versatzwert B durch den Addierer 37 zu dem Ausgangssignal aus der Summierschaltung 31 addiert.
Andererseits sollte in Fällen, bei denen nur geringe Unterschiede zwischen den entsprechenden Werten des Vorhersagefehlers, die durch den Vorhersagesignal-Subtrahierer 21, den Subtrahierer 20 und den Subtrahierer 22 erzeugt werden, unnötiges Schalten zwischen den Betriebsarten 1, 2 und 3 verhindert werden. Aus diesem Grund wird der Wahl von Betriebsart 1 (zweidimensionale lineare Vorhersage) durch die Tiefstwert- Wähleinrichtung 32 ein geringer Vorzug gegeben. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß ein Versatzwert A durch den Subtrahierer 36 von dem Ausgangssignal der Summierschaltung 29 abgezogen wird. Dies hat den Vorteil, daß die Rate der Wahl von Betriebsart 1 erhöht und dadurch eine Verringerung der Menge der kodierten Daten erreicht wird, die durch Kodieren der Vorhersageart-Daten aus der Tiefstwert-Wähleinrichtung 32 erzeugt werden, falls eine Entropiekodierung unter Verwendung beispielsweise des Huffman-Kodes durch den Variabel-Längen- Kodierer 8 eingesetzt wird.
Die Dekodiereinrichtung zum Dekodieren der kodierten Daten, die von einer derartigen adaptiven Vorhersage-Kodiervorrichtung übertragen werden, kann sehr leicht aufgebaut werden, indem die Vorhersageart-Daten kodiert werden, die in den kodierten Ausgangsdaten enthalten sind. Nachdem die inverse Verarbeitung der Variabel-Längen-Kodierung, die durch den Variabel-Längen-Kodierteil 8 durchgeführt worden ist, gefolgt von Dequantisierung und inverser Transformation, wird jedes unabhängige Bild nacheinander an einen ersten und dann an einen zweiten Bildspeicher, die den Bildspeichern 12 und 13 gemäß Fig. 1 entsprechen, zum Verarbeiten der abhängigen Bilder übertragen und ohne weitere Verarbeitung ausgegeben. Jeder Block eines abhängigen Bildes wird abhängig von den zugehörigen dekodierten Vorhersageart-Daten für diesen Block wie folgt verarbeitet:
(1) Falls die Vorhersageart-Daten angeben, daß der Block in Betriebsart 1 kodiert worden ist, dann werden die Bildelementdatenwerte der entsprechenden Blöcke des entsprechenden vorangehenden und nachfolgenden unabhängigen Bildes (die aus den vorstehend erwähnten beiden Bildspeichern ausgelesen wurden) mit den Gewichtungswerten W bzw. (1-W) multipliziert, die Ergebnisse addiert und der sich ergebende Wert zu dem aktuellen Bildsignal addiert.
(2) Falls die Vorhersageart-Daten angeben, daß der Block in Betriebsart 2 kodiert worden ist, dann werden die Bildelementdatenwerte der entsprechenden Blöcke des entsprechenden vorangehenden unabhängigen Bildes zu dem aktuellen Bildsignal addiert.
(3) Falls die Vorhersageart-Daten angeben, daß der Block in Betriebsart 3 kodiert worden ist, dann werden die Bildelementdatenwerte der entsprechenden Blöcke des entsprechenden nachfolgenden unabhängigen Bildes zu dem aktuellen Bildsignal addiert.
(Es ist offensichtlich, daß eine einzelne Schaltung zum Verwirklichen von sämtlichen der vorstehend erwähnten Funktionen (1), (2) und (3) verwendet werden kann, indem der Gewichtungswert W für die Funktionen (2) und (3) auf geeignete Weise auf entweder 1 oder 0 eingestellt wird.)
(4) Falls die Vorhersageart-Daten angeben, daß der Block in Betriebsart 4 kodiert worden ist, dann wird der festgelegte Wert (der durch den Subtrahierer 23 der Kodiereinrichtung gemäß Fig. 3 abgezogen worden ist) zu dem aktuellen Bildsignal addiert.
Es ist offensichtlich, daß die Dekodiereinrichtung zum Empfangen eines kodierten Ausgangssignals, das durch eine erfindungsgemäße adaptive Vorhersage-Kodiervorrichtung erzeugt worden ist, einen einfachen Aufbau aufweisen und beispielsweise durch leichtes Verändern einer Kodiereinrichtung aufgebaut werden kann.

Claims

1. Adaptive Kodiervorrichtung zum Kodieren eines eingegebenen Videosignals, wobei das Videosignal eine Bildfolge mit jeweils aufeinanderfolgenden Bildelementdaten umfaßt, mit einer Kodiereinrichtung (6) zum Kodieren aufeinanderfolgender Blöcke eines Bildes des Videosignals, wobei jeder Block ein Feld der Bildelementdatenwerte, das eine feste Größe aufweist, umfaßt,

einer Wähleinrichtung (2, 5, 15) zum Wählen eines aus jeweils N Bildern, das als Bezugsbild direkt zu der Kodiereinrichtung übertragen und durch Zwischenbildkodierung kodiert wird, und zum Wählen aller derjenigen Bilder als abhängige Bilder, die zwischen einem vorangehenden und einem nachfolgenden Bezugsbild in der Bildfolge liegen und zu einer Vorhersageeinrichtung (4) übertragen werden, wobei N eine ganze Zahl mit einem festen Wert größer als eins ist, und

der Vorhersageeinrichtung (4) zum Vorhersagen der Datenwerte jedes Blocks eines jeden abhängigen Bilds,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorhersageeinrichtung eine Einrichtung (20-22, 33- 35) zum Ableiten einer Vielzahl von Vorhersagesignalen aus einer Vielzahl von Kombinationen der vorangehenden und der nachfolgenden Bezugsbilder, die zwei im wesentlichen dem vorangehenden und dem nachfolgenden Bezugsbild entsprechenden Kombinationen enthalten, und eine Auswahleinrichtung (32, 45) zum Auswählen eines optimalen Vorhersagesignals aus der Vielzahl von Vorhersagesignalen aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Erzeugungseinrichtung ein erstes Vorhersagesignal auf Grundlage einer Kombination von Bildelementdaten des vorangehenden und des nachfolgenden Bezugsbildes, ein nur aus dem vorangehenden Bezugsbild erzeugtes, zweites Vorhersagesignal, ein nur aus dem nachfolgenden Bezugsbild erzeugtes, drittes Vorhersagesignal und ein nur aus den abhängigen Bildern erzeugtes Nicht-Vorhersagesignal erzeugt, und daß

die Vorhersageart-Auswahleinrichtung (32, 45) für alle Blöcke eine von vier Vorhersagearten auswählt, bei denen die ersten, zweiten und dritten Vorhersagesignale und das Nicht- Vorhersagesignal jeweils zum Erzeugen von Vorhersage-Fehlerwerten für entsprechende Bildelementdaten des Blocks verwendet werden, die an die Kodiereinrichtung (6) übertragen und von dieser kodiert werden, wobei die Wahl auf der Beurteilung der Fehler basiert, und wobei die Vorhersageart-Auswahleinrichtung (32) der Kodiereinrichtung außerdem von dieser zu kodierende Vorhersageart-Daten zuführt, die für entsprechende Blöcke gewählte Vorhersagearten angeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die adaptive Vorhersageeinrichtung außerdem eine Einrichtung (16) zum Verändern von entsprechenden Gewichtungswerten (w) aufweist, die den vorangehenden und nachfolgenden Bezugsbildern zum Herstellen der Kombination gemäß entsprechenden Lagen der Bilder des Videosignals auf der Zeitachse zugewiesen werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Dekodiereinrichtung (11) zum Dekodieren der Bezugsbilder nach der Kodierung durch die Kodiereinrichtung (6) und zum Zuführen der sich ergebenden dekodierten Bezugsbilder zu der adaptiven Vorhersageeinrichtung (4) zur Verwendung beim Erzeugen der Vorhersagesignale.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen (N-1)-Bild-Speicher (3) zum vorübergehenden Speichern jedes abhängigen Bildes des Videosignals und zum Ausgeben jedes abhängigen Bildes an die adaptive Vorhersageeinrichtung (4) nach einer festen Verzögerungszeit und einen ersten und einen zweiten Einbild-Speicher (13, 12) zum Speichern jeweils der Bildelementdaten des vorangehenden und des nachfolgenden Bezugsbildes und zum Zuführen der Bildelementdaten des vorangehenden und des nachfolgenden Bezugsbildes zu der adaptiven Vorhersageeinrichtung (4) während der adaptiven Vorhersage von aufeinanderfolgenden abhängigen Bildern.