DE69033946T2

DE69033946T2 - Kodierungsgerät

Info

Publication number: DE69033946T2
Application number: DE69033946T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Asamura; Yoshiko Hatano; Ken Onishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2010-12-21
Also published as: DE69033946D1; US5432556A; DE69032177D1; DE69032177T2; EP0435163B1; EP0789494A2; EP0789494A3; US5307163A; EP0789494B1; EP0435163A3; EP0435163A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Codiergerät, das dazu entwickelt ist, die Menge an Daten eines digitalen Bildsignals zur Verwendung in einem Gerät zum Aufzeichnen eines digitalen Bildsignals, wie beispielsweise einem digitalen VCR, etc. zu reduzieren.

Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Codiergeräts zeigt, das beispielsweise in IEEE Transactions on Consumer Electronics, Bd. 34, Nr. 3 (August, 1988) unter dem Titel "AN EXPERIMENTAL DIGITAL VCR WITH 40MM DRUM, SINGLE ACTUATOR AND DCT-BASED BIT-RATE REDUCTION" offenbart ist. Gemäß Fig. 1 teilt eine Formatierschaltung 1 ein eingegebenes digitales Bild in eine Vielzahl von Blöcken auf und gibt die Bildsignale jedes Blocks zu einer DCT-Schaltung 2 aus. Die Bildsignale jedes Blocks werden einer diskreten Kosinustransformation (hierin nachfolgend DCT genannt) durch die DCT-Schaltung 2 unterzogen, die dann Koeffizienten zu einer Quantisierungseinheit 3 ausgibt. Die Quantisierungseinheit 3, die eine Vielzahl von Quantisierungstabellen mit unterschiedlichen Quantisierungsschritten zueinander hält, wählt die optimale Quantisierungstabelle gemäß den Koeffizienten aus und quantisiert die Koeffizienten in dem Block, um die quantisierten Koeffizienten zu einer Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge auszugeben. Die Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge führt eine Codierung mit variabler Länge an den quantisierten Koeffizienten durch, was mit variabler Länge codierte Koeffizienten zu einem Pufferspeicher 5 erzeugt. Der Pufferspeicher 5 transformiert das mit variabler Länge codierte Bildsignal mit einer festen Geschwindigkeit und speichert dasselbe. Eine Steuerung 6 wählt einen Quantisierungsparameter für die Quantisierungseinheit 3 und in der Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge zu codierende Koeffizienten derart aus, dass der Pufferspeicher 5 nicht überläuft.
Das herkömmliche Codiergerät mit der oben angegebenen Struktur arbeitet auf folgende Weise. Das eingegebene digitale Bildsignal ist aus beispielsweise einem Luminanzsignal und zwei Farbdifferenzsignalen zusammengesetzt, die einem Zeitmultiplexverfahren unterzogen und dann in Blöcke unterteilt werden, die beispielsweise aus 8 Bildelementen · 8 Zeilen in der Formatierschaltung 11 bestehen, und zur DCT-Schaltung 2 ausgegeben werden. In der DCT-Schaltung 2 wird unter der Annahme, dass das eingegebene Bildsignal in jedem Block durch x(i, j) (i, j = 0, 1, ..., 7) ausgedrückt ist, eine DCT an 8 Bildelementen in horizontaler Richtung in Bezug auf das Bildsignal basierend auf folgenden Gleichungen durchgeführt:
(m = 1, 2, ..., 7) (j = 0, 1, ..., 7)
Danach wird eine DCT an 8 Bildelementen in vertikaler Richtung in Bezug auf das transformierte Bildsignal f(0, j) und f(m, j) durchgeführt, wie es unten angezeigt ist, wodurch das Bildsignal durch Koeffizienten F(m, n) (m, n = 0, 1, ..., 7) ausgedrückt und zur Quantisierungseinheit 3 ausgegeben wird:
(n = 1, 2, ..., 7) (m = 0,1, ..., 7)
Die erhaltenen Koeffizienten werden in der Quantisierungseinheit 3 gemäß dem Quantisierungsschritt quantisiert, der auf der Basis des Inhalts davon ausgewählt ist, und gemäß einem Quantisierungsparameter von der Steuerung 6. In dem Fall, in dem der Inhalt der Koeffizienten ein Bild eines Teils einer vorderen Flanke mit starkem Kontrast darstellt, wird ein grober Quantisierungsschritt ausgewählt. Andererseits wird dann, wenn der Inhalt der Koeffizienten ein Bild eines detaillierten Teils mit kleiner Amplitude zeigt, eine feine Quantisierungsstufe ausgewählt.
Die quantisierten Koeffizienten werden im Pufferspeicher 5 gespeichert, nachdem sie einer Codierung mit variabler Länge in der Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge unterzogen sind. Die Menge an Daten, die im Pufferspeicher 5 gespeichert sind, wird so durch die Steuerung 6 geprüft, damit er nicht überläuft. Die Steuerung 6 bestimmt den Quantisierungsparameter in Übereinstimmung mit der Menge an Daten, die im Pufferspeicher 5 gespeichert sind, und gibt denselben zur Quantisierungseinheit 3 aus. Darüber hinaus wählt die Steuerung 6 durch die Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge zu codierende Koeffizienten gemäß der Menge an Daten aus und gibt die Koeffizienten zur Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge aus. Die im Pufferspeicher 5 gespeicherten Daten werden mit einer festen Geschwindigkeit gelesen.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines weiteren Codiergeräts zeigt, das beispielsweise im zuvor angegebenen Stand der Technik offenbart ist. Die Teile, die in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, sind jenen in Fig. 1 gleich, und daher wird hier eine detaillierte Beschreibung davon abgekürzt. Eine Gewichtungseinheit 7 dieses Geräts bildet einen Unterschied, und sie ist zwischen der Formatierschaltung 1 und der Quantisierungseinheit 3 angeordnet, um eine Gewichtung an den von der DCT-Schaltung 2 ausgegebenen Koeffizienten durchzuführen. Die Quantisierungseinheit 3 quantisiert jeden Koeffizienten, der durch die Gewichtungseinheit 7 einer Gewichtung unterzogen ist.
Unten wird der Betrieb des Codiergeräts der Fig. 2 diskutiert. Ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel wird das Bildsignal durch die Formatierschaltung 1 in Blöcke unterteilt, und dann wird das Bildsignal in jedem Block durch eine DCT an 8 Bildelementen in horizontalen und vertikalen Richtungen in der DCT-Schaltung 2 verarbeitet. Die resultierenden Koeffizienten F(m, n) werden zur Gewichtungseinheit 7 erzeugt. Jeder Koeffizient von der DCT-Schaltung 2 wird einer Gewichtung in der Gewichtungseinheit 7 unterzogen. Genauer gesagt wird unter der Annahme, dass das Ergebnis der DCT-Operation für jeden Block von 8 Bildelementen · 8 Zeilen in vier Bereiche unterteilt ist, wie es in Fig. 3 angezeigt ist, wenn die Tatsache ausgenutzt wird, dass das menschliche Augenlicht gegenüber hohen räumlichen Frequenzen schwach ist, ein derartiger Gewichtungsfaktor W(m, n) verwendet, dass eine Gewichtung mit niedriger Geschwindigkeit für einen Bereich F4 durchgeführt wird, der hohe räumliche Frequenzkomponenten enthält, wohingegen eine Gewichtung mit hoher Geschwindigkeit für einen Bereich F1 durchgeführt wird, der niedrige räumliche Frequenzkomponenten enthält (siehe Fig. 4).
(0 < α ≤ 1), (m, n = 0, 1, ..., 7)
Die Koeffizienten werden, nachdem sie einer Gewichtung unterzogen worden sind, zur Quantisierungseinheit 3 ausgegeben. Da die nachfolgende Operation in der Quantisierungseinheit 3, dem Pufferspeicher 5 und der Steuerung 6 auf dieselbe Weise wie im Codiergerät der Fig. 1 ausgeführt wird, wird die Beschreibung davon abgekürzt.
Obwohl die herkömmlichen Codiergeräte aufgebaut sind, wie es hierin oben beschrieben ist, haben sie noch zu lösende Probleme bezüglich der Auswahl der Quantisierungsstufe und des Aufbaus der Gewichtungseinheit.
Beispielsweise wird die Quantisierungsstufe in der Quantisierungseinheit 3 gemäß einer Wechselstromleistung E ausgewählt, die von den Koeffizienten F(m, n) durch folgende Gleichung erhalten wird:
E = F(m, n)² - F(0,0)²
Eine feine Quantisierung wird durchgeführt, wenn die Wechselstromleistung E gering ist, während eine Quantisierung auf eine grobe Weise durchgeführt wird, wenn die Leistung E groß ist. Anders ausgedrückt wird ein detaillierter Teil eines Bildes mit einer geringen Änderung bezüglich der Amplitude fein quantisiert. Andererseits wird ein Randteil mit starkem Kontrast auf eine grobe Weise quantisiert. Wenn ein Bild Linien mit hohem Kontrast in einem flachen Teil eines flachen Hintergrunds enthält, wo sich das Bildsignal wenig ändert, wird der Block des Bildes grob quantisiert. Jedoch breiten sich Quantisierungsfehler nach einer inversen DCT auf einer Decodiererseite über den gesamten Block aus, wodurch ein Überlagern von Rauschen auch im flachen Teil veranlasst wird. Da das Rauschen im flachen Teil merkbar störend auftritt, kann die Bildqualität nicht frei von einer unerwünschten Verschlechterung sein.
Darüber hinaus werden 8², nämlich 64, Addierer zum Durchführen einer Gewichtung an den Koeffizienten jedes Blocks mit einer Größe von 8 · 8 benötigt, wodurch die Gewichtungseinheit bezüglich der Größe sehr geräumig wird.
SIGNAL PROCESSING OF HDTV, PROCEEDINGS OF THE 2ND INTERNATIONAL WORKSHOP ON SIGNAL PROCESSING OF HDTV, 29. Februar 1988 - 2. März 1988, L'Aquila, Seiten 232, 238, XP002033105 O. CHANTELOU ET AL.: 'Adaptive transform coding of HDTV pictures' behandelt das adaptive Transformationscodieren von HDTV-Bildern. Es ist offenbart, dass Transformationskoeffizienten auf der Basis von Kriteriumswerten gewichtet werden können, während das Kriterium die Aktivität eines Blocks ist. Die Aktivität ist der maximale Wert der Koeffizienten des transformierten Blocks.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Codiergerät zu schaffen, das dazu entwickelt ist, ein Bildsignal auf eine derartige Weise zu quantisieren, dass auch ein flacher Teil des Bildes eine hervorragende Bildqualität auf einer Decodiererseite behält.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Codiergerät zu schaffen, das zulässt, dass ein flacher Teil des Bildes in jedem Block, dessen Verschlechterung der Bildqualität deutlich sichtbar ist, eine hervorragende Bildqualität auf einer Decodiererseite erhält.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht im Schaffen eines Codiergeräts, das eine Verkleinerung eines Bildsignals durch Verwenden einer kleinen Anzahl von Addierern auf eine derartige Weise ermöglicht, die nicht in einer auffallenden Verschlechterung der Bildqualität resultiert.
Ein Codiergerät gemäß dieser Erfindung ist im unabhängigen Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Das Codiergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist versehen mit einer Blockformatiereinrichtung zum Unterteilen eines digitalen Bildsignals in Blöcke einer Vielzahl von Bildelementen, einer Orthogonaltransformiereinrichtung zum Durchführen einer orthogonalen Transformation an jedem formatierten Block, einer Gewichtungseinrichtung mit Addierern einer kleineren Anzahl als der Anzahl von Bildelementen in jedem Block zum Durchführen einer Gewichtung an den Koeffizienten, die durch die orthogonale Transformation erhalten werden, und eine Einrichtung zum Durchführen einer Codierung mit variabler Länge an den Koeffizienten, die einer Gewichtung unterzogen sind. Die Gewichtungseinrichtung in diesem Codiergerät führt eine Gewichtung an den Koeffizienten unter Verwendung eines Gewichtungsfaktors durch, der geeignet für ein sequentielles Maß in horizontaler Richtung in jedem Block und ein sequentielles Maß in vertikaler Richtung in jedem Block ist. Demgemäß wird eine Gewichtung durch nicht mehr als beispielsweise N²/4 Addierer in jedem Block der Größe N · N möglich. Somit kann eine Codierung mit hoher Effizienz ohne augenfällige Verschlechterung der Bildqualität mit einer geringen Anzahl von Addierern erreicht werden.
Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen klarer.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines herkömmlichen Codiergeräts;
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines weiteren herkömmlichen Codiergeräts;
Fig. 3 zeigt ein konzeptmäßiges Diagramm, das den Betrieb einer Gewichtungseinheit des herkömmlichen Geräts der Fig. 2 erklärt;
Fig. 4 zeigt eine konzeptmäßige Ansicht, die beispielhaft darstellt, wie eine Gewichtung im herkömmlichen Gerät der Fig. 2 durchzuführen ist;
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Codiergeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Beispiels einer Kriteriumswert-Berechnungseinheit im Codiergerät gemäß dem ersten und einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das den Betrieb einer Unterformatierschaltung in der Kriteriumswert-Berechnungseinheit erklärt
Fig. 8 und 9 zeigen Diagramme, die den Betrieb einer Auswahleinheit im Codiergerät gemäß dem ersten und dem vierten Ausführungsbeispiel erklären;
Fig. 10 zeigt ein Beispiel eines Bildblocks;
Fig. 111 zeigt ein Diagramm eines Beispiels einer Auswahl in jedem Bildblock der Fig. 10 gemäß dem ersten und dem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines weiteren Beispiels der Kriteriumswert-Berechnungseinheit gemäß dem ersten und dem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Codiergeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 14 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Beispiels einer Kriteriumswert-Berechnungseinheit im Codiergerät gemäß dem zweiten und einem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 15 und 16 zeigen Diagramme, die den Betrieb einer Auswahleinheit im Codiergerät gemäß dem zweiten und fünften Ausführungsbeispiel erklären;
Fig. 17 zeigt ein Diagramm eines Beispiels einer Auswahl in jedem Bildblock der Fig. 10 gemäß dem zweiten und dem fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 18 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines weiteren Beispiels der Kriteriumswert-Berechnungseinheit gemäß dem zweiten und dem fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 19 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Codiergeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 20 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur einer Auswahleinheit des Codiergeräts gemäß dem dritten und einem sechsten Ausführungsbeispiel;
Fig. 21 und 22 zeigen Diagramme, die den Betrieb der Auswahleinheit im Codiergerät gemäß dem dritten und dem sechsten Ausführungsbeispiel erklären;
Fig. 23 zeigt ein Diagramm eines Beispiels einer Auswahl in jedem Bildblock der Fig. 10 gemäß dem dritten und dem sechsten Ausführungsbeispiel;
Fig. 24 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Codiergeräts gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 25 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Codiergeräts gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 26 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Codiergeräts gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 27 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Codiergeräts gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 28 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur einer Gewichtungseinheit im Codiergerät gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel;
Fig. 29 zeigt eine konzeptmäßige Ansicht des Betriebs während einer zickzackförmigen Abtastung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel;
Fig. 30 zeigt eine konzeptmäßige Ansicht eines Beispiels eines Gewichtungsfaktors gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel;
Fig. 31 zeigt eine Photographie eines Beispiels eines Bildes;
Fig. 32 zeigt ein Bit-Map, das in einer Einheit zum Codieren mit variabler Länge im Codiergerät des siebten Ausführungsbeispiels vorgesehen ist;
Fig. 33 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Decodiergeräts zum Decodieren der Daten, die durch das Codiergerät des siebten Ausführungsbeispiels decodiert sind;
Fig. 34 und 35 zeigen konzeptmäßige Ansichten eines weiteren Beispiels eines Gewichtungsfaktors gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel;
Fig. 36 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur des Codiergeräts, wenn es für dreidimensionale Blöcke angewendet wird;
Fig. 37 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur eines Beispiels einer Kriteriumswert-Berechnungseinheit des in Fig. 36 gezeigten Codiergeräts;
und
Fig. 38 zeigt ein Diagramm, wie der dreidimensionale Block in Unterblöcke zu unterteilen ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Diese Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klar.
Nimmt man zuerst Bezug auf Fig. 5, ist dort ein Blockdiagramm dargestellt, das die Struktur eines Codiergeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt, wobei Bezugszeichen 1, 4 und 5 jeweils eine Formatierschaltung zum Unterteilen eines eingegebenen digitalen Bildes in eine Vielzahl von Blöcken, eine Einheit zum Codieren mit variabler Länge zum Durchführen einer Codierung mit variabler Länge an einer Ausgabe von einer Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren und einen Pufferspeicher zum Speichern einer Ausgabe von der Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge darstellen. Diese Bauteile sind äquivalent zu jenen, die in den in den Fig. 1 und 2 gezeigten herkömmlichen Geräten offenbart sind. Zusätzlich zu diesem Bauteil enthält das Codiergerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Orthogonaltransformierschaltung 11, die eine orthogonale Transformation an jedem Block des Bildsignals von der Formatierschaltung 1 durchführt, die Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren, die eine Vielzahl von Quantisierungstabellen hat, die eine adaptive Quantisierung bezüglich der Koeffizienten von der Schaltung 11 durchführen, eine Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13, die jeden Block, der durch die Formatierschaltung 1 unterteilt ist, weiter in eine Vielzahl von Unterblöcken unterteilt, und einen ersten und einen zweiten Kriteriumswert als ein Auswahlkriterium der Quantisierungstabelle ausgibt, eine Auswahleinheit 14 zum Auswählen einer Quantisierungstabelle basierend auf einer Ausgabe von der Berechnungseinheit 13 und zum Ausgeben des Inhalts der Quantisierungsstufe zur Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren, und eine Steuerung 15, die die Auswahleinheit 14 derart steuert, dass der Pufferspeicher 5 nicht überläuft. Die Quantisierungstabelle kann ein einheitlicher Quantisierer mit einer festen Schrittbreite sein, oder sie kann ein nichtlinearer Quantisierer mit einer unregelmäßigen Schrittbreite sein.
Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13 versehen mit einer Unterformatierschaltung 21, die jeden Block des Bildsignals von der Schaltung 1 in beispielsweise vier Unterblöcke unterteilt, mit vier Recheneinheiten 22, 23, 24 und 25, die jeweils zum Erhalten der Absolutwertsumme einer Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in horizontalen und vertikalen Richtungen in jedem Unterblock dienen, einem Minimalwertdetektor 26 zum Erfassen des Minimalwerts A der Ausgaben von den vier Berechnungseinheiten 22-25, einem Maximalwertdetektor 27 zum Erfassen des Maximalwerts B der Ausgaben von den vier Berechnungseinheiten 22-25 und einem Subtrahierer 28, der die minimale Ausgabe A von der maximalen Ausgabe B subtrahiert. Die Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13 gibt die Ausgabe A vom Minimalwertdetektor 26 als den ersten Kriteriumswert aus, und eine Ausgabe C(=B-A) vom Subtrahierer 28 als den zweiten Kriteriumswert, und zwar zur Auswahleinheit 14.
Nun wird hierin nachfolgend der Betrieb des Codiergeräts erklärt. Wenn ein digitales Bildsignal (das aus einem Luminanzsignal und zwei Farbdifferenzsignalen oder RGB-Signalen zusammengesetzt ist) zur Formatierschaltung 1 eingegeben wird, wird es einem Zeitmultiplex unterzogen und in Blöcke unterteilt, die beispielsweise aus 8 Bildelementen · 8 Zeilen bestehen. Jeder Block wird zur Orthogonaltransformierschaltung 11 und zur Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13 ausgegeben. In der Schaltung 11 wird eine orthogonale Transformation, wie beispielsweise eine diskrete Kosinustransformation (DCT) oder ähnliches, am Bildsignal durchgeführt. Koeffizienten, die von der Schaltung 11 ausgegeben werden, werden zur Einheit 12 zur adaptiven Quantisierung erzeugt.
In der Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, wird jeder Block bestehend aus 8 Bildelementen · 8 Zeilen, der von der Formatierschaltung 1 ausgegeben wird, in vier Unterblöcke y1, y2, y3 und y4 unterteilt, die jeweils aus 4 Bildelementen · 4 Zeilen bestehen. In diesem Fall wird ein Bildsignal in jedem Unterblock y1, y2, y3 oder y4 durch y1 (i, j), y2(i, j), y3(i, j) oder y4(i, j) (i, j = 1, 2, 3, 4) ausgedrückt. Das Bildsignal in jedem Unterblock y1, y2, y3 oder y4 wird zur jeweiligen Berechnungseinheit 22, 23, 24 oder 25 eingegeben. Die Berechnungseinheit 22 berechnet die Absolutwertsumme V1 einer Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in horizontalen und vertikalen Richtungen im Unterblock y1 basierend auf einer Gleichung wie es folgt:
V1 = y&sub1;(i, j) - y&sub1;(i + 1, j)
+ y&sub1;(i, j) - y&sub1;(i, j + 1)
Darüber hinaus berechnen die anderen Berechnungseinheiten 23, 24 und 25 auf dieselbe Weise die Absolutwertsummen V2, V3 und V4 einer Differenz eines Bildsignal pegels zwischen benachbarten Bildelementen in horizontalen und vertikalen Richtungen in den Unterblöcken y2, y3 und y4 jeweils wie folgt:
V2 = y&sub2;(i, j) - y&sub2;(i + 1, j) + y&sub2;(i, j) - y&sub2;(i, j + 1)
V3 = y&sub3;(i, j) - y&sub3;(i + 1, j) + y&sub3;(i, j) - y&sub3;(i, j + 1)
V4 = y&sub4;(i, j) - y&sub4;(i + 1, j) + y&sub4;(i, j) - y&sub4;(i, j + 1)
Der Minimalwertdetektor 26 erfasst den minimalen Wert A = MIN{V1, V2, V3, V4} der vier Ausgaben V1, V2, V3 und V4, die von den Berechnungseinheiten 22, 23, 24 und 25 erzeugt sind, und gibt den Wert A zur Auswahleinheit 14 als ersten Kriteriumswert zum Auswählen des Quantisierungsschritts und auch zum Subtrahierer 28 aus. In der Zwischenzeit erfasst der Maximalwertdetektor 27 den maximalen Wert B = MAX{V1, V2, V3, V4} der vier Ausgaben von den Berechnungseinheiten 22, 23, 24 und 25 und gibt den Wert B zum Subtrahierer 28 aus. Darauffolgend berechnet der Subtrahierer 28 die Differenz C zwischen B und A und gibt den Wert C als zweiten Kriteriumswert zur Auswahleinheit 14 zum Auswählen des Quantisierungsschritts aus.
Der erste Kriteriumswert A dient zum Erfassen eines flachen Teils im Bild. Wenn der erste Kriteriumswert A klein ist, bedeutet dies, dass der Block einen flachen Teil enthält, dessen Verschlechterung der Bildqualität soweit ist, dass sie an einer Decodiererseite zu merken ist. Andererseits dient der zweite Kriteriumswert C zum Erfassen einer Änderung im Bild. Daher ändert sich das Bild im Block um so mehr, je großer der zweite Kriteriumswert C ist, und ein Quantisierungsfehler wird auf einfache Weise auf der Decodiererseite erzeugt.
Die Auswahleinheit 14 wählt den Quantisierungsschritt zum Quantisieren der Koeffizienten in der Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren gemäß dem ersten und dem zweiten Kriteriumswert A und C aus. Die Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren hält Quantisierungstabellen mit unterschiedlichen Quantisierungsschritten, wie zum Beispiel eine Quantisierungstabelle mit einer hohen Rate, eine Quantisierungstabelle mit einer mittleren Rate und eine Quantisierungstabelle mit einer niedrigen Rate. Die Quantisierungstabelle mit einer hohen Rate wird zum feinen Quantisieren der Koeffizienten verwendet. Die Quantisierungstabelle mit einer mittleren Rate ist eine Tabelle, wo der Quantisierungsschritt mit einer mittleren Rate durchgeführt wird, während die Quantisierungstabelle mit einer niedrigen Rate zum groben Quantisieren der Koeffizienten dient. Die Auswahleinheit 14 wählt die optimale Quantisierungstabelle unter den drei Tabellen gemäß dem ersten und dem zweiten Kriteriumswert A und C auf der Basis eines Auswahldiagramms aus, das in Fig. 8 oder 9 gezeigt ist. In dem Fall, in dem der erste Kriteriumswert A klein ist, da der Block einen flachen Teil hat, so dass die Bildqualität schnell verschlechtert wird, wird die Quantisierungstabelle mit hoher Rate oder die Quantisierungstabelle mit mittlerer Rate ausgewählt. In dem Fall, in dem der zweite Kriteriumswert C groß ist, da das Bild im Block sich stark ändert, was zu einem Quantisierungsfehler auf der Decodiererseite führt, wird die Quantisierungstabelle mit hoher Rate ausgewählt, um auf eine feine Weise zu quantisieren.
Anhand eines Beispiels wird ein in Fig. 10 gezeigter Bildblock dazu verwendet, den Betrieb der Auswahleinheit 14 auf der Basis eines Auswahldiagramms der Fig. 11 zu erklären. Der Vereinfachung der Erklärung halber wird hier die durchschnittliche Variationsmenge Mn = Vn/24 anstelle der Absolutwertsumme Vn (n = 1, 2, 3, 4) einer Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen im Unterblock verwendet.
Fig. 10(a) stellt einen Block dar, bei dem eine Linie mit starkem Kontrast zum flachen Hintergrund schräg gezeichnet ist. Da das Quantisierungsrauschen sich im flachen Teil im Block ausbreitet und die Verschlechterung der Bildqualität auf der Decodiererseite augenfällig wird, sollte die Quantisierungstabelle mit hoher Rate verwendet werden. Die durchschnittliche Variationsmenge in jedem Unterblock des Blocks beträgt beispielsweise M1 = 2, M2 = 2, M3 = 10 und M4 = 33. In diesem Fall sind die Kriteriumswerte A/24 und C/24 jeweils:
A/24 = MIN{M1, M2, M3, M4} = 2 und
C/24 = MAX{M1, M2, M3, M4} - MIN{M1, M2, M3, M4} = 31.
Daher entspricht der Fall einer Stelle a im Diagramm der Fig. 11, so dass die Auswahleinheit 14 die Quantisierungstabelle mit hoher Rate auswählt.
Fig. 110(b) stellt einen Block mit einem Rand dar, der keinen so starken Kontrast gegenüber dem flachen Hintergrund hat. Obwohl die Quantisierungstabelle mit niedriger Rate aufgrund des Vorhandenseins des flachen Teils nicht für diesen Block verwendet werden kann, ist der Kontrast nicht so stark und der Quantisierungsfehler auf der Decodiererseite wird klein, und demgemäß kann die Quantisierungstabelle mit mittlerer Rate verwendet werden. Die durchschnittliche Variationsmenge in jedem Unterblock des Blocks beträgt beispielsweise M1 = 2, M2 = 3, M3 = 14 und M4 = 15. In diesem Fall sind die Kriteriumsswerte A/24 und C/24 jeweils 2 und 13, was mit einer Stelle β im Diagramm der Fig. 11 zusammenfällt. Folglich wählt die Auswahleinheit die Quantisierungstabelle mit mittlerer Rate aus.
In der Zwischenzeit stellt Fig. 10(c) einen Block mit einer großen Änderung im Kontrast beim ganzen Block dar. Der Quantisierungsfehler ist auf der Decodiererseite kaum zu erkennen, und daher kann die Quantisierungstabelle mit niedriger Rate verwendet werden, um die Reduktionsrate zu erhöhen. Die durchschnittliche Variationsmenge in jedem Unterblock des Blocks beträgt beispielsweise M1 = 28, M2 = 30, M3 = 24 und M4 = 16. Die Kriteriumswerte A/24 und C/24 sind jeweils 16 und 14, was mit einer Stelle y im Diagramm der Fig. 11 zusammenfällt. Als Ergebnis wird durch die Auswahleinheit 14 die Quantisierungstabelle mit niedriger Rate ausgewählt.
In Zusammenhang mit dem Obigen ist das Kriterium zum Auswählen des Quantisierungsschritts, nämlich die Besetzungsrate jeder Quantisierungstabelle, in den Fig. 8 und 9 unterschiedlich. Die Steuerung 15 bestimmt, welche der Fig. 8 und 9 als Auswahldiagramm zu verwenden ist. Die Steuerung 15 arbeitet durch Erfassen der Menge an Daten, die im Pufferspeicher 5 gespeichert sind, zum Einstellen der Rate, mit der die Koeffizienten in der Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren quantisiert werden, so dass der Pufferspeicher 5 nicht überläuft. Anders ausgedrückt stellt die Steuerung 15 dann, wenn der Pufferspeicher eine genügende Menge an Daten verarbeiten kann, die Entscheidungseinheit 14 zum Auswählen des in Fig. 8 gezeigten Kriteriums ein, so dass die Quantisierungstabelle mit hoher Rate häufiger ausgewählt wird. Andererseits stellt die Steuerung 15 dann, wenn der Pufferspeicher 5 sich derart verjüngt bzw. derart kleiner wird, dass er nahezu im Sättigungszustand ist, die Auswahleinheit 14 zum Auswählen des in Fig. 9 gezeigten Kriteriums ein, wodurch die Quantisierungstabelle mit niedriger Rate häufiger ausgewählt wird. Auf die obige Weise wird die Rate dann, wenn die Koeffizienten zum Pufferspeicher 5 ausgegeben werden, durch die Steuerung 15 eingestellt
Die Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren wählt den adäquaten Quantisierungsschritt für jeden Block gemäß dem Auswahlergebnis der Auswahleinheit 14 aus und quantisiert die von der Orthogonaltransformierschaltung 11 ausgegebenen Koeffizienten. Danach gibt die Einheit 12 sowohl den ausgewählten Quantisierungsschritt als auch die quantisierten Koeffizienten zur Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge aus. Die Koeffizienten werden, nachdem sie einer Codierung mit variabler Länge unterzogen und im Pufferspeicher 5 gespeichert sind, mit einer festen Rate zur Übertragung ausgelesen.
Gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel werden der erste und der zweite Kriteriumswert A und C aus der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in horizontalen und vertikalen Richtungen erhalten. Jedoch insbesondere in dem Fall, in dem das Signal während der verschachtelten Abtastung in einem Feld zu verarbeiten ist, kann deshalb, weil die benachbarten Bildelemente in vertikaler Richtung um einen Abstand voneinander getrennt sind, der erste Kriteriumswert zum Erfassen des flachen Teils aus der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen nur in der horizontalen Richtung erhalten werden.
Ein derartiges modifiziertes Beispiel, wie es oben angegeben ist, ist in Fig. 12 gezeigt. Die modifizierte Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13 der Fig. 12 ist versehen nnit der Unterformatierschaltung 21, mit Berechnungseinheiten 31, 32, 33 und 34 zum Erhalten der Absolutwertsumme der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in der horizontalen Richtung in jeweiligen Unterblöcken, mit einem Minimalwertdetektor 35 zum Erfassen des minimalen Wertes unter den Ausgaben der Berechnungseinheiten 31, 32, 33 und 34, mit Berechnungseinheiten 36, 37, 38 und 39 zum Erhalten der Absolutwertsumme der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen Bildelementen in der vertikalen Richtung in jeweiligen Unterblöcken, mit einem Addierer 60 zum Addieren der Ausgaben der Berechnungseinheiten 31 und 36 und mit einem Addierer 61 zum Addieren der Ausgaben der Berechnungseinheiten 32 und 37, mit einem Addierer 62 zum Addieren der Ausgaben der Berechnungseinheiten 33 und 38, mit einem Addierer 63 zum Addieren der Ausgaben der Berechnungseinheiten 34 und 39, mit dem Minimalwertdetektor 26 zum Erfassen des minimalen Wertes unter den Ausgaben der Addierer 60, 61, 62 und 63, mit dem Maximalwertdetektor 27 zum Erfassen des maximalen Wertes der Ausgaben der Addierer 60, 61, 62 und 63, und mit dem Subtrahierer 28 zum Subtrahieren der Ausgabe des Minimalwertdetektors 26 von der Ausgabe des Maximalwertdetektors 27.
Hierin wird nachfolgend der Betrieb der Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13 erklärt. Bildsignale in den Unterblöcken y1, y2, y3 und y4, die von der Unterformatierschaltung 21 ausgegeben werden, werden jeweils durch y1(i, j), y2(i, j), y3(i, j) und y4(i, j) (i, j = 1, 2, 3, 4) ausgedrückt. Die Signale in den Unterblöcken y1, y2, y3 und y4.
werden jeweils zu den Berechnungseinheiten 31, 32, 33 und 34 eingegeben. Die Berechnungseinheit 31 berechnet die Absolutwertsumme Vh1 der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in einer horizontalen Richtung im Unterblock y1 wie folgt:
Vh1 = y&sub1;(i, j) - y&sub1;(i + 1, j)
Die anderen Berechnungseinheiten 32, 33 und 34 berechnen auch die Absolutwertsummen Vh2, Vh3 und Vh4 der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in einer horizontalen Richtung innerhalb der jeweiligen Unterblöcke y2, y3 und y4 wie folgt:
Vh2 = y&sub2;(i, j) - y&sub2;(i + 1, j)
Vh3 = y&sub3;(i, j) - y&sub3;(i + 1, j)
Vh4 = y&sub4;(i, j) - y&sub4;(i + 1, j)
Der Minimalwertdetektor 35 erfasst den minimalen Wert Ah = MIN{Vh1, Vh2, Vh3, Vh4} der Ausgaben Vh1, Vh2, Vh3 und Vh4 der Berechnungseinheiten 31, 32, 33 und 34. Der minimale Wert Ah wird als erster Kriteriumswert zur Auswahleinheit 14 ausgegeben, um den Quantisierungsschritt in der Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren auszuwählen.
Zwischenzeitlich werden die Bildsignale in den Unterblöcken y1, y2, y3 und y4 auch jeweils zu den Berechnungseinheiten 36, 37, 38 und 39 ausgegeben. Die Berechnungseinheit 36 berechnet die Absolutwertsumme Vv1 der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in einer vertikalen Richtung im Unterblock y1 auf der Basis der folgenden Gleichung:
Vv1 = y&sub1;(i, j) - y&sub1;(i + 1, j)
Gleichermaßen berechnen die anderen Berechnungseinheiten 37, 38 und 39 die Absolutwertsummen Vv2, Vv3 und Vv4 der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in vertikaler Richtung in den jeweiligen Unterblöcken y2, y3 und y4 wie folgt:
Vv21 = y&sub2;(i, j) - y&sub2;(i + 1, j)
Vv3 = y&sub3;(i, j) - y&sub3;(i + 1, j)
Vv4 = y&sub4;(i, j) - y&sub4;(i + 1, j)
Die Ausgaben Vh1 und Vv1 der Berechnungseinheiten 31 und 36 werden zum Addierer 60 eingegeben, und V1 = Vh1 + Vv1 wird berechnet. Auf ähnliche Weise werden V2( = Vh2 + Vv2), V3( = Vh3 + Vv3) und V4( = Vh4 + Vv4) jeweils in den Addierern 61, 62 und 63 berechnet. Der Minimalwertdetektor 26 erfasst den minimalen Wert A = MIN{V1, V2, V3, V4} der Ausgaben V1, V2, V3 und V4 von den Addierern 60, 61, 62 und 63, um diese zum Subtrahierer 28 auszugeben. Gleichzeitig erfasst der Maximalwertdetektor 27 den maximalen Wert B = MAX{V1, V2, V3, V4} der Ausgaben V1, V2, V3 und V4 von den Addierern 60, 61, 62 und 63, um diese zum Subtrahierer 28 zu erzeugen. Der Subtrahierer 28 berechnet die Differenz C zwischen dem maximalen Wert B und dem minimalen Wert A und gibt sie aus. Der erhaltene Wert C wird als zweiter Kriteriumswert zum Auswählen des Quantisierungsschritts zur Auswahleinheit 14 gesendet.
Da das nachfolgende Verfahren auf dieselbe Weise wie beim vorangehenden Ausführungsbeispiel weitergeht, wird es bei der Beschreibung weggelassen.
Nun wird unten ein Codiergerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel diskutiert.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der maximale Wert B als zweiter Kriteriumswert verwendet, obwohl der Subtrahierwert C, der durch Subtrahieren des minimalen Wertes A vom maximalen Wert B erhalten wird, beim vorangehenden ersten Ausführungsbeispiel der zweite Kriteriumswert verwendet wird. Es ist hier jedoch zu beachten, dass der minimale Wert A auch beim zweiten Ausführungsibeispiel als der erste Kriteriumswert eingestellt wird, und zwar genauso wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Nimmt man Bezug auf Fig. 13, die die Struktur des Codiergeräts des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt, stellen Bezugszeichen 1, 4, 5, 11, 12, 14 und 15 jeweils die Formatierschaltung, die Einheit zum Codieren mit variabler Länge, den Pufferspeicher, die Orthogonaltransformierschaltung, die Einheit zum adaptiven Quantisieren, die Auswahleinheit und die Steuerung dar, von denen alle äquivalent zu den Bauelementen sind, die in Fig. 5 gezeigt sind, und daher wird die detaillierte Beschreibung davon abgekürzt. Fig. 14 zeigt die Struktur einer Kriteriumswert- Berechnungseinheit 16 im Codiergerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Verglichen mit der Struktur der Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13 des in Fig. 6 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels ist die Einheit 16 darin unterschiedlich, dass der Subtrahierer 28 entfernt ist. Die Kriteriumswert-Berechnungseinheit 16 erfasst den minimalen Wert A und den maximalen Wert B der Absolutwertsummen V1, V2, V3 und V4 der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in der horizontalen und der vertikalen Richtung in den Unterblöcken y1, y2, y3 und y4 und gibt diese Werte jeweils als den ersten und als den zweiten Kriteriumswert zur Auswahleinheit 14 aus.
Hierin wird nachfolgend der Betrieb des Codiergeräts des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Auswahleinheit 14 wählt in Übereinstimmung mit den Kriteriumswerten A und B und auf der Basis eines in Fig. 15 oder 16 gezeigten Auswahldiagramms den Quantisierungsschritt aus, der zulässt, dass die Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren die Koeffizienten quantisiert. Der Betrieb der Auswahleinheit 14 wird nun auf detaillierte Weise unter Bezugnahme auf ein Auswahldiagramm der Fig. 17 in Zusammenhang mit dem in Fig. 10 gezeigten Bildblock gezeigt. In dem Fall der Fig. 10(a) ist die durchschnittliche Variationsmenge in jedem Unterblock M1 = 2, M2 = 2, M3 = 10 und M4 = 3, wobei A/24 2 und B/24 33 ist, was mit der Stelle a im Diagramm der Fig. 17 zusammenfällt, wodurch die Auswahleinheit 14 die Quantisierungstabelle mit hoher Rate auswählt. In dem Fall der Fig. 10(b), wo die durchschnittliche Variationsmenge in jedem Unterblock M1 = 2, M2 = 3, M3 = 14 und M4 = 15 ist, sind A/24 und B/24 jeweils 2 und 15, was der Stelle β in Fig. 17 entspricht. Demgemäß wählt die Auswahleinheit 14 die Quantisierungstabelle mit mittlerer Rate aus. In dem Fall der Fig. 10(c), wo die durchschnittliche Variationsmenge in jedem Unterblock M1 = 28, M2 = 30, M3 = 24 und M4 = 16 ist, sind A/24 und B/24 jeweils 16 und 30, was mit der Stelle y in Fig. 17 zusammenfällt, wodurch die Auswahleinheit 14 die Quantisierungstabelle mit niedriger Rate auswählt.
Die anderen Operationen der Auswahleinheit 14 sind gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen. Darüber hinaus kann sie, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, in dem Fall, dass das Signal während der verschachtelten Abtastung in einem Feld verarbeitet wird, da der Abstand zwischen den benachbarten Bildelementen in vertikaler Richtung groß ist, derart angeordnet sein, dass sie den ersten Kriteriumswert aus der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen nur in horizontaler Richtung erhält. Eine Kriteriumswert-Berechnungseinheit 18, die in Fig. 18 gezeigt ist, ist eine Modifikation einer derartigen oben angegebenen Anordnung. In Fig. 118 sind dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 12 bezeichnet. Die Kriteriumswert-Berechnungseinheit 18 gibt nicht nur den minimalen Wert Ah der Absolutwertsumme Vhn (n = 1, 2, 3, 4) der Differenz eines Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in horizontaler Richtung in jedem Unterblock zur Auswahleinheit 14 als den ersten Kriteriumswert aus, sondern gibt den maximalen Wert B des Additionswertes Vn der Absolutwertsumme Vvn der Differenz des Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in der vertikalen Richtung in jedem Unterblock und der Absolutwertsumme Vhn der Differenz des Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in der horizontalen Richtung in jedem Unterblock als zweiten Kriteriumswert zur Auswahleinheit 14 aus.
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das Kriterium zum Auswählen des Quantisierungsschritts in der Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren. In Fig. 19, die die Struktur des Codiergeräts gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt, stellen die Bezugszeichen 1, 4, 5, 11, 12 und 15 die Formatierschaltung, die Einheit zum Codieren mit variabler Länge, den Pufferspeicher, die Orthogonaltransformierschaltung, die Einheit zum adaptiven Quantisieren bzw. die Steuerung dar. Da diese Komponenten bzw. Bauteile äquivalent zu jenen sind, die in Fig. 5 gezeigt sind, wird hier die Beschreibung davon weggelassen. Es ist zu beachten, dass es beim dritten Ausführungsbeispiel eine Auswahleinheit 17 gibt, die einen Block in eine Vielzahl von Unterblöcken unterteilt und einen Quantisierungsschritt auf der Basis des minimalen und des maximalen Wertes im dynamischen Bereich jedes Unterblocks auswählt. Wie es in Fig. 20 gezeigt ist, enthält die Auswahleinheit 17 die Unterformatierschaltung 21 zum Unterteilen jedes Blocks, der von der Formatierschaltung 1 erzeugt wird, in vier Unterblöcke, Dynamikbereichsdetektoren 41, 42, 43 und 44, die den dynamischen Bereich (den minimalen und den maximalen Wert) der jeweiligen Unterblöcke erhalten, einen Minimalwertdetektor 45 zum Erfassen des minimalen Wertes der Ausgaben von den Dynamikbereichsdetektoren 41, 42, 43 und 44, einen Maximalwertdetektor 46 zum Erfassen des maximalen Wertes der Ausgaben von den Detektoren 41, 42, 43 und 44, einen Subtrahierer 47 zum Subtrahieren der Ausgabe des Minimalwertdetektors 45 von der Ausgabe des Maximalwertdetektors 46, und einen Steuersignalgenerator 48, der ein Steuersignal zum Auswählen eines Quantisierungsschritts zur Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren auf der Basis der Ausgaben vom Minimalwertdetektor 45 und vom Subtrahierer 47 ausgibt.
Das Codiergerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel arbeitet auf die unten beschriebene Weise. Ein Bildsignal wird in der Formatierschaltung 1 in Blöcke von 8 Bildelementen · 8 Zeilen unterteilt, und jeder Block wird weiterhin in vier Unterblöcke aus 4 Bildelementen · 4 Zeilen, d. h. in die Unterblöcke y1, y2, y3 und y4, unterteilt. Das Bildsignal in jedem Unterblock y1, y2, y3 oder y4 wird durch y1(i, j), y2(i, j), y3(i, j) oder y4(i, j) (i, j = 1, 2, 3, 4) ausgedrückt. Die Dynamikbereichsdetektoren 41, 42, 4 : 3 und 44 berechnen jeweilige dynamische Bereiche DR1, DR2, DR3 und DR4 der Unterblöcke und geben sie aus wie folgt:
DR1 = MAX{y1(i, j); i, j = 1,2,3,4} - MIN{y1(i, j); i, j = 1,2,3,4}
DR2 = MAX{y2(i, j); i, j = 1,2,3,4} - MIN{y2(i, j); i, j = 1,2,3,4}
DR3 = MAX{y3(i, j); i, j = 1,2,3,4} - MIN{y3(i, j); i, j = 1,2,3,4}
DR4 = MAX{y4(i, j); i, j = 1,2,3,4} - MIN{y4(i, j); i, j = 1,2,3,4}
Der Minimalwertdetektor 45 erfasst den minimalen Wert
D = MIN{DR1, DR2, DR3, DR4} der Ausgaben DR1, DR2, DR3, DR4 der Dynamikbereichsdetektoren 41, 42, 43 und 44 und gibt den Wert D sowohl zum Subtrahierer 47 als auch zum Steuersignalgenerator 48 aus. Andererseits erfasst der Maximalwertdetektor den maximalen Wert E = MAX{DR1, DR2, DR3, DR4} der Ausgaben DR1, DR2, DR3 und DR4 der Dynamikbereichsdetektoren 41, 42, 43 und 44 und gibt ihn zum Subtrahierer 47 aus. Der Subtrahierer 47 subtrahiert den minimalen Wert D vom maximalen Wert E, um dadurch einen Wert F = E-D zu erhalten, der zum Steuersignalgenerator 48 ausgegeben wird.
In dem Fall, in dem eine kleine Ausgabe d vom Minimalwertdetektor 45 erzeugt wird, hat der Block den flachen Teil, dessen Verschlechterung der Bildqualität schnell bemerkt wird. In diesem Fall sollte die Quantisierungstabelle mit hoher Rate oder die Quantisierungstabelle mit mittlerer Rate verwendet werden. Andererseits bedeutet es, dass sich dann, wenn der Subtrahierer 47 eine große Ausgabe F ausgibt, das Bild im Block stark ändert, was leicht einen Quantisierungsfehler auf der Decodiererseite erzeugt. Daher ist es dann, wenn die Ausgabe D klein ist und die Ausgabe F groß ist, nötig, mit hoher Rate zu quantisieren.
In Abhängigkeit von den Ausgaben D und F(=E-D) erzeugt der Steuersignalgenerator 48 ein Steuersignal zu einer Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren auf der Basis des Auswahldiagramms der Fig. 21 oder 22, wodurch der Einheit 12 zum adaptiven Quantisieren erlaubt wird, den optimalen Quantisierungsschritt auszuwählen. Nun wird der Betrieb der Auswahleinheit 17 (des Steuersignalgenerators 48) unter Bezugnahme auf das Diagramm der Fig. 23 konkret erklärt, wobei ein Beispiel des Bildblocks der Fig. 10 genommen wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10(a) ist der dynamische Bereich bei einem Beispiel eines in 8 Bits quantisierten Bildsignals in jedem Unterblock DR1 = 9, DR2 = 8, DR3 = = 78 und DR4 = 114. In diesem Fall sind D und F( = E-D) jeweils wie folgt:
D = MIN{DR1, DR2, DR3, DR4} = 8
F = = MAX{DR1, DR2, DR3, DR4} - MIN{DR1, DR2, DR3, DR4} = 106
Gemäß einem Diagramm der Fig. 23 stimmt dieser Fall mit einer Stelle a überein. Folglich wählt die Auswahleinheit 17 die Quantisierungstabelle mit hoher Rate aus. Andererseits stimmt sie in Fig. 10(b), wobei der dynamische Bereich in jedem Unterblock DR1 = 8, DR2 = 7, DR3 = 64 und DR4 = 57, wobei D und F7 und 57 sind, mit einer Steile β in Fig. 23 überein. Die Auswahleinheit 17 wählt die Quantisierungstabelle mit mittlerer Rate aus. Nimmt man weiterhin Bezug auf Fig. 10(c) ist der dynamische Bereich in jedem Unterblock DR1 = 61, DR2 = 53, DR3 = 119 und DR4 = 119, wobei D und F53 und 66 sind, was mit einer Stelle y in Fig. 23 übereinstimmt. Demgemäß wählt die Auswahleinheit 17 die Quantisierungstabelle mit niedriger Rate aus.
Die anderen Komponenten im Codiergerät arbeiten auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, und daher wird die Beschreibung davon abgekürzt.
Hierin nachfolgend wird ein Codiergerät gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben.
In Fig. 24 ist die Struktur eines Codiergeräts des vierten Ausführungsbeispiels gezeigt, wobei die Komponenten, die mit den Bezugszeichen 1, 4, 5, 11, 13 und 15 bezeichnet sind, die Formatierschaltung, die Einheit zum Codieren mit variabler Länge, der Pufferspeicher, die Orthogonaltransformierschaltung, die Kriteriumswert-Berechnungseinheit und die Steuerung sind, was äquivalent zu jenen ist, die in Fig. 5 gezeigt sind. Das Codiergerät ist weiterhin versehen mit einer Einheit 18 zum adaptiven Gewichten zum Durchführen einer adaptiven Gewichtung an den Koeffizienten, die von der Orthogonaltransformierschaltung 11 ausgegeben werden, und einer Auswahleinheit 19 zum Auswählen eines Gewichtungsfaktors für die Einheit 18 zum adaptiven Gewichten auf der Basis einer Ausgabe von der Kriteriumswert- Berechnungseinheit 13. Die Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13 hat die innere Struktur, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.
Das Codiergerät gemäß diesem vierten Ausführungsbeispiel arbeitet auf die folgende Weise.
Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel werden der maximale Wert A und der Subtrahierwert C, die durch die Kriteriumswert-Berechnungseinheit erhalten werden, als erster bzw. zweiter Kriteriumswert zur Auswahleinheit 19 eingegeben. Entsprechend den Kriteriumswerten A und C wählt die Auswahleinheit 19 den Gewichtungsfaktor für die Einheit 18 zum adaptiven Gewichten auf der Basis des Auswahldiagramms der Fig. 8 oder 9 aus. Beispielsweise hält die Einheit 18 zum adaptiven Gewichten Gewichtungsfaktoren der folgenden drei Arten von Raten.
W1(m, n) = 1
(m, n = 0, 1, 2, ... 7)
W1 (m, n), W2(m, n) und W3(m, n) werden jeweils Gewichtungsfaktor mit hoher Rate, Gewichtungsfaktor mit mittlerer Rate und Gewichtungsfaktor mit niedriger Rate genannt. In dem Fall, in dem der erste Kriteriumswert A klein ist, hat der Block einen flachen Teil, bei dem auf einfache Weise die Verschlechterung der Bildqualität auf der Decodiererseite bemerkt wird. In diesem Fall wird eine Gewichtung mit hoher oder mittlerer Rate durchgeführt. Wenn der zweite Kriteriumswert C groß ist, wird das Bild im Block stark geändert, wodurch Quantisierungsfehler auf der Decodiererseite hervorgebracht werden. Daher können dann, wenn der Wert A klein ist und der Wert C groß ist, nachteilige Effekte der hohen räumlichen Frequenzen nicht vernachlässigt werden. In einem derartigen Fall wird die Gewichtung mit hoher Rate durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf den Bildblock der Fig. 10 wird der Betrieb der Auswahleinheit 19 konkret erklärt. Das Auswahlkriterium der hohen Rate, der mittleren Rate und der niedrigen Rate wird genauso gehalten wie beim ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 11). Fig. 10(a) ist der Block mit einem Bild, dessen Verschlechterung der Bildqualität aufgrund der Erweiterung eines Quantisierungsrauschens am flachen Teil bemerkt wird. Daher sollte eine Gewichtung mit hoher Rate durchgeführt werden. Da dieser Fall mit der Stelle a im Diagramm der Fig. 11 übereinstimmt, wählt die Auswahleinheit 19 den Gewichtungsfaktor W1 (m, n) mit hoher Rate aus. Obwohl eine Gewichtung mit niedriger Rate in dem Fall des Blocks in Fig. 10(b) nicht durchgeführt werden kann, wo herausgefunden wird, dass der Rand keinen so starken Kontrast im flachen Hintergrund hat, sind Quantisierungsfehler auf der Decodiererseite gering, und daher wird eine Gewichtung mit mittlerer Rate durchgeführt. Dieser Fall stimmt mit der Stelle β in Fig. 11 überein, und demgemäß wählt die Auswahleinheit 19 den Gewichtungsfaktor W2(m, n) mit mittlerer Rate. In der Zwischenzeit weist der Block in Fig. 10(c) eine starke Kontraständerung im ganzen auf und die Quantisierungsfehler sind kaum zu bemerken. Daher kann eine Gewichtung mit niedrigerer Rate ausgeführt werden, wodurch die Reduktionsrate verstärkt wird. Dieser Fall stimmt mit der Stelle y in Fig. 11 überein. Die Auswahleinheit 19 wählt den Gewichtungsfaktor W3(m, n) mit niedriger Rate aus.
Dem Ergebnis der Auswahl durch die Auswahleinheit 19 folgend wählt die Einheit 18 zum adaptiven Gewichten einen geeigneten Gewichtungsfaktor für jeden Block aus, führt eine Gewichtung an den Koeffizienten durch, die von der Orthogonaltransformierschaltung 11 ausgegeben werden, und gibt den Gewichtungsfaktor für jeden Block und die einer Gewichtung unterzogenen Koeffizienten zur Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge aus. Die Ausgabe der Einheit 18 zum adaptiven Gewichten wird durch die Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge mit variabler Länge codiert und dann im Pufferspeicher 5 gespeichert. Die im Pufferspeicher 5 gespeicherten Daten werden mit einer festen Rate ausgelesen.
Zwischenzeitlich steuert die Steuerung 15, die die Menge der im Pufferspeicher 5 gespeicherten Daten erfasst, die Auswahl des Gewichtungsfaktors so, dass der Pufferspeicher 5 nicht überläuft. Anders ausgedrückt führt die Steuerung in dem Fall, in dem der Pufferspeicher 5 sich eine ausreichende Menge an Kapazität leisten kann, eine derartige Anordnung durch, dass der Gewichtungsfaktor mit hoher Rate häufiger ausgewählt wird, und zwar auf der Basis des Kriteriums, wie es beispielsweise im Diagramm der Fig. 8 gezeigt ist. Gegensätzlich dazu führt die Steuerung 15 dann, wenn der Pufferspeicher nahezu abgesättigt ist, eine derartige Anordnung durch, dass der Gewichtungsfaktor mit niedriger Rate häufiger ausgewählt wird, wobei das Kriterium verwendet wird, wie es z. B. in Fig. 9 gezeigt ist.
Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel kann der erste Kriteriumswert auch gemäß diesem vierten Ausführungsbeispiel deshalb, weil benachbarte Bildelemente in vertikaler Richtung in dem Fall voneinander getrennt sind, dass das Signal während der verschachtelten Abtastung in einem Feld verarbeitet wird, nur durch die Differenz des Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in der horizontalen Richtung bestimmt werden. In einem solchen Fall kann die Kriteriumswert- Berechnungseinheit 13 aufgebaut sein, wie in Fig. 12.
Hierin nachfolgend wird ein Codiergerät gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben.
Obwohl der zweite Kriteriumswert beim oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel der Subtrahierwert C ist, kann der maximale Wert B für den zweiten Kriteriumswert verwendet werden, um den Gewichtungsfaktor auszuwählen. Das bedeutet, dass der maximale Wert B gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel als der zweite Kriteriumswert verwendet wird. Es ist zu beachten, dass der erste Kriteriumswert gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel genauso wie beim vierten Ausführungsbeispiel der minimale Wert A ist. Nimmt man nun Bezug auf Fig. 25, die die Struktur des Codiergeräts des fünften Ausführungsbeispiels zeigt, sind die Bezugszeichen 1, 4, 5, 11,15, 18 und 19 jeweils die Formatierschaltung, die Einheit zum Codieren mit variabler Länge, der Pufferspeicher, die Orthogonaltransformierschaltung, die Steuerung, die Einheit zum adaptiven Gewichten und die Auswahleinheit, was äquivalent zu jenen ist, die in Fig. 24 gezeigt sind. Weiterhin ist eine Kriteriumswert-Berechnungseinheit, die mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet ist, äquivalent zu jener Einheit 16 beim zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 14 gezeigt ist. Gemäß diesem fünften Ausführungsbeispiel wird das Auswahlkriterium des Gewichtungsfaktors beim vierten Ausführungsbeispiel auf das zweite Ausführungsbeispiel angewendet. Daher ist der Betrieb des Codiergeräts gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zu dem zweiten und dem fünften Ausführungsbeispiel bezogene Beschreibung auf einfache Weise zu verstehen und eine detaillierte Beschreibung des fünften Ausführungsbeispiels wird hier weggelassen.
Nun wird ein Codiergerät gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gezeigt.
Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel wird das Auswahlkriterium des Gewichtungsfaktors für die Einheit 18 zum adaptiven Gewichten beim vierten Ausführungsbeispiel auf das früher beschriebene dritte Ausführungsbeispiel angewendet. Bei der Struktur des Codiergeräts des sechsten Ausführungsbeispiels, das in Fig. 26 gezeigt ist, bezeichnen die Bezugszeichen 1, 4, 5, 11, 15 und 18 jeweils die Formatierschaltung, die Einheit zum Codieren mit variabler Länge, den Pufferspeicher, die Orthogonaltransformierschaltung, die Steuerung und die Einheit zum adaptiven Gewichten. Diese Komponenten sind äquivalent zu jenen, die in Fig. 24 gezeigt sind, und das Bezugszeichen 20 ist eine Auswahleinheit, die äquivalent zur Auswahleinheit 17 beim dritten Ausführungsbeispiel ist, das in Fig. 20 gezeigt ist. Demgemäß kann der Betrieb des Codiergeräts gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel aus der zum dritten und zum vierten Ausführungsbeispiel gehörenden Beschreibung schnell verstanden werden, und daher wird die detaillierte Beschreibung des sechsten Ausführungsbeispiels hier abgekürzt.
Es ist jedoch zu beachten, dass es, obwohl bei jedem der vorangehenden Ausführungsbeispiele jeder einzelne Block in vier Unterblöcke unterteilt ist, nicht notwendigerweise erforderlich ist, sondern über die Anzahl der Unterblöcke kann in Abhängigkeit von der Größe oder ähnlichem des Blocks entschieden werden.
Darüber hinaus werden bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen beim Auswählen des Schritts oder des Gewichtungsfaktors zwei Arten von Kriteriumswerten verwendet. Jedoch können n Arten (n ≥ 1) von Kriteriumswerten verwendet werden. In dem Fall, in dem n beispielsweise ist gleich 1, kann die Absolutwertsumme der Differenz des Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in der horizontalen und der vertikalen Richtung im Unterblock als Kriteriumswert verwendet werden, und auf der Basis davon kann der Quantisierungsschritt oder der Gewichtungsfaktor ausgewählt werden.
Ein Codiergerät gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist wie folgt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 27, die die Struktur eines Codiergeräts des siebten Ausführungsbeispiels zeigt, ist ein Codiergerät versehen mit der Formatierschaltung 1, der Orthogonaltransformierschaltung 11, einer Gewichtungseinheit 51 zum Durchführen einer Gewichtung an Koeffizienten, die von der Schaltung 11 ausgegeben werden, und der Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge. Die Gewichtungseinheit 51 besteht aus einer Schaltung 52 zum zickzackförmigen Abtasten, die die Bildelemente im Block zickzackförmig abtasten, einer Gewichtungstabelle 53, in der eine Vielzahl von Gewichtungsfaktoren untergebracht sind, und einem Addierer 54 zum Addieren eines Gewichtungsfaktors zu den Koeffizienten, wie es in Fig. 28 gezeigt ist.
Das Codiergerät bei der oben beschriebenen Struktur arbeitet auf die hierin nachfolgend beschriebene Weise. Das eingegebene digitale Bildsignal wird einem Zeitmultiplex in der Formatierschaltung 1 in Blöcke einer Vielzahl von Bildelementen unterzogen. Der von der Schaltung 1 ausgegebene Block wird einer orthogonalen Transformation, z. B. einer DCT oder ähnlichem, in der Orthogonaltransformierschaltung 11 unterzogen. Die Orthogonaltransformierschaltung 11 gibt Koeffizienten aus, an denen eine Gewichtung in der Gewichtungseinheit 51 durchgeführt wird. Die Ausgabe der Gewichtungseinheit 51 wird durch die Einheit 4 zum Codieren mit variabler Länge mit variabler Länge codiert.
Der Betrieb der obigen Gewichtungseinheit 51 wird insbesondere detailliert beschrieben. Beispielsweise in dem Fall, in dem die Formatierschaltung 1 einen Block erzeugt, der aus 8 Bildelementen · 8 Zeilen (Bildsignal x(i, j)) (i, j = 0, 1, ..., 7) besteht, gibt die Orthogonaltransformierschaltung 11 8 · 8 Koeffizienten F(m, n) (m, n = 0,1, ..., 7) aus. Diese Koeffizienten werden durch die Schaltung 52 zum zickzackförmigen Abtasten mit einer zickzackförmigen Abtastcharakteristik, die in Fig. 29 gezeigt ist, in einer eindimensionalen Reihe von Daten angeordnet. Dann werden die Koeffizienten F(m, n) in der Abtastreihenfolge von der Schaltung 52 zum Addierer 54 ausgegeben. Gleichzeitig gibt die Schaltung 52 zum zickzackförmigen Abtasten zickzackförmige Abtastadressendaten für jede Reihe von Daten aus, wodurch ein Zugriff auf die Gewichtungstabelle 53 zugelassen wird. Die Gewichtungstabelle erzeugt darauffolgend einen Gewichtungsfaktor W für die von der Schaltung 52 zum zickzackförmigen Abtasten zum Addierer 54 ausgegebenen Daten.
Der Gewichtungsfaktor wird beispielsweise durch 8 Arten von Addierern bestimmt, wie es in Fig. 30 gezeigt ist. Genau gesagt wird der Gewichtungsfaktor W durch die folgende Gleichung mit der Verwendung des maximalen Wertes M = MAX{m, n} (m, n = = 0, 1, ..., 7) eines Sequenzmaßes m in horizontaler Richtung und eines Sequenzmaßes n in vertikaler Richtung ausgedrückt:
W(M) = 7 - M(1 - α)/7 (0 < α ≤ 1)
Sowohl die Koeffizienten F(m, n), die von der Schaltung 52 zum zickzackförmigen Abtasten ausgegeben werden, als auch der Gewichtungsfaktor W(M), der von der Gewichtungstabelle 53 ausgegeben wird, werden zum Addierer 54 eingegeben, wo die Koeffizienten auf folgende Weise einer Gewichtung unterzogen werden:
F'(,n,) = F(m, n) x W(M)
Zum Erklären des Betriebs der Gewichtungseinheit 51 auf eine konkretere Weise werden digitale Bilddaten mit 4 : 2 : 2 Komponenten (die Datenmenge beträgt 166 Mbps), die in Fig. 31 gezeigt sind und die mit 13,5 MHz in 8 Bits quantisiert sind, als Beispiel genommen. Es soll angenommen werden, dass an 64 Koeffizienten F(m, n), die für den Block von 8 Bildelementen · 8 Zeilen einer DCT unterzogen sind, eine Gewichtung mit a = 0,6 durchgeführt wird und dass die DCT-Koeffizienten F'(m, n), nachdem eine Gewichtung daran durchgeführt worden ist, gemäß einer Bitmap-Tabelle der Fig. 32 bezüglich der Lauflänge codiert werden, und wenn die Menge der Daten berechnet wird, die Bilddaten 54,7 Mbps haben. Wie für ein Decodiersystem, wie es in Fig. 33 gezeigt ist, werden die DCT-Koeffizienten F'(m, n), die codiert werden, nachdem sie einer Gewichtung unterzogen worden sind, bei einer Decodiereinheit 55 decodiert und weiterhin einer inversen Gewichtung durch eine Einheit 56 zur inversen Gewichtung unterzogen. Die Koeffizienten F'(m, n) werden durch eine reziproke Zahl des Gewichtungsfaktors W(M) multipliziert, wodurch F"(m, n) erhalten wird.
F"(m, n) = F'(m, n) · 1/W(M)
Danach führt eine Schaltung 57 zum inversen DCT eine inverse DCT an F"(m, n) durch, so dass das Bild x,(i, j) reproduziert wird. Wenn das S/N-Verhältnis in einem Block des reproduzierten Bildes x,(i, j) definiert ist, wie es unten beschrieben ist, hat ein Y-Σignal 43,5 dB, ein Signal R-Y 44,6 dB und B-Y 45,0 dB, und zwar jeweils in Bezug auf ein Abtastbild der Fig. 31.
Andererseits beträgt in dem Fall des Standes der Technik und wenn α = 0,7 die Datenmenge 54,8 Mbps, und ein Y-Signal hat das S/N-Verhältnis von 43,5 dB, das Signal R-Y 44,6 dB und das Signal B-Y 45,0 dB, was in dem gleichen Effekt resultiert, wie er durch diese Erfindung ausgeführt wird. Jedoch benötigt die Gewichtungseinheit beim Stand der Technik 64 Arten von Addierern.
Gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel hat die Gewichtungseinheit 8 Arten von Gewichtungsfaktoren, und zwar basierend auf dem maximalen Wert der Sequenzmaße in horizontaler und in vertikaler Richtung. Jedoch ist es nicht nötig, den Gewichtungsfaktor auf der Basis des maximalen Wertes der Sequenzmaße in horizontaler und in vertikaler Richtung auszuwählen, sondern es kann möglich sein, den Gewichtungsfaktor in der Reihenfolge der zickzackförmigen Abtastung auszuwählen, was in Fig. 29 gezeigt ist.
In einem solchen Fall wie oben sollte ein Abtasten deshalb, weil es während der zickzackförmigen Abtastung in einer schrägen Richtung wiederholt wird, derart angeordnet sein, dass derselbe Gewichtungsfaktor innerhalb des kleinsten Bereichs der Abtastung in der schrägen Richtung ausgewählt wird. Somit werden insgesamt 8 Arten von Gewichtungsfaktoren vorbereitet. Anhand eines Beispiels sind zum Durchführen einer Gewichtung an den DCT-Koeffizienten F(m, n) unten gezeigte Gewichtungsfaktoren W(s) zufriedenstellend, wie es aus Fig. 34 zu verstehen ist.
W(s) = 7 -s(1 - α)/7 (0 < α ≤ 1)
s = 0(m + n = 0) s = 1 (m + n = 1)
S = 2(m + n = 2) s = 3 (m + n = 3)
S = 4(4 ≤ m + n ≤ 5) s = 5(6 ≤ m + n ≤ 7)
s = 6(8 ≤ m + n ≤ 9) s = 7(10 ≤ m + n ≤ 14)
Obwohl es 8 Arten von Gewichtungsfaktoren gibt, die beim vorangehenden Ausführungsbeispiel verwendet werden, ist es nicht nötig, dass sie 8 sind, sondern es können bis zu 15 Arten von Gewichtungsfaktoren verwendet werden. Wie es in Fig. 35 gezeigt sind, werden 15 Arten von Gewichtungsfaktoren W(s) wie folgt erhalten:
W(s) = 14 - 2(1 - α)/14 (0 < α ≤ 1)
s = i + j (0 ≤ s ≤ 14)
Weiterhin kann eine Gewichtung, obwohl die vorangehende Beschreibung des siebten Ausführungsbeispiels sich auf eine Gewichtung in einer zweidimensionalen Ebene bezieht, durch eine Einheit der zweidimensionalen Ebene auch für einen dreidimensionalen Block durchgeführt werden.
Da die Anzahl von Addierern der Gewichtungseinheit derart eingestellt ist, dass sie nicht größer als N²/4 für N · N Blöcke beim siebten Ausführungsbeispiel ist, kann die Reduktionsrate von Daten äquivalent zu jener des Codiergeräts gehalten werden, das die herkömmliche Gewichtungseinheit verwendet, wodurch das Codiergerät dieser Erfindung auf einfache Weise hardwaremäßig aufgebaut sein kann.
Bei jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird das von der Formatierschaltung ausgegebene Bildsignal in Blöcke unterteilt, die aus 8 Bildelementen · 8 Zeilen bestehen. Jedoch ist diese Erfindung nicht auf einen derartigen zweidimensionalen Block (horizontale und vertikale Richtung) beschränkt und ist auch auf einen dreidimensionalen Block (horizontale, vertikale und zeitliche Richtung) anwendbar. Demgemäß wird ein derartiges Anwendungsbeispiel hierin nachfolgend beschrieben.
Es wird ein auf einen dreidimensionalen Block angewendetes Ausführungsbeispiel angegeben, das dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Unter Bezugnahme auf ein Blockdiagramm der Fig. 36 unterteilt eine Formatierschaltung 1a ein eingegebenes digitales Bildsignal in eine Vielzahl von dreidimensionalen Blöcken, die jeweils aus 8 Bildelementen · 8 Zeilen · 8 Feldern bestehen. Eine Orthogonaltransformierschaltung 11a führt eine dreidimensionale DCT in bezug auf jeden Block durch, der von der Formatierschaltung 1a ausgegeben wird. Jeder durch die Schaltung 1a unterteilte Block wird weiterhin in einer Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13a in eine Vielzahl von Unterblöcken unterteilt. Die Kriteriumswert- Berechnungseinheit 13a bearbeitet Kriteriumswerte für einen Quantisierungsschritt und gibt sie aus. Die anderen Teile im Aufbau des Codiergeräts sind dieselben wie beim ersten Ausführungsbeispiel, und daher sind die entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung davon wird abgekürzt.
In Figt. 37 besteht die Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13a aus einer Unterformatierschaltung 21a zum Unterteilen jedes Blocks, der durch die Formatierschaltung 1a erhalten wird, in beispielsweise 32 Unterblöcke (ein Unterblock ist aus 4 Bildelementen · 4 Zeilen aufgebaut), einer Berechnungseinheit 22a zum Erhalten der Absolutwertsumme einer Differenz des Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in horizontaler und in vertikaler Richtung in jedem Unterblock, einem Minimalwertdetektor 26a zum Erfassen des minimalen Wertes A1 unter 32 Werten, die aufeinanderfolgend von der Berechnungseinheit 22a ausgegeben werden, einem Maximalwertdetektor 27a zum Erfassen des maximalen Wertes B1 unter den 32 Werten, und einem Subtrahierer 28a zum Subtrahieren der Ausgabe A1 des Minimalwertdetektors 26a von der Ausgabe B1 des Minimalwertdetektors 27a. Von der Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13a wird die Ausgabe A1 als erster Kriteriumswert erzeugt, und eine Ausgabe C1 (=B1-A1) des Subtrahierers 28a wird als zweiter Kriteriumswert erzeugt, und zwar zur Auswahleinheit 14.
Der Betrieb dieses Codiergeräts ist wie folgt. Das zur Formatierschaltung 1a eingegebene digitale Bildsignal wird in Blöcke unterteilt, die jeweils aus 8 Bildelementen · 8 Zeilen · 8 Feldern bestehen. Der unterteilte Block wird zur Orthogonaltransformierschaltung 11a und zur Kriteriumswert-Berechnungseinheit 13a ausgegeben.
Wie es in Fig. 38 gezeigt ist, wird jeder Block, der aus 8 Bildelementen · 8 Zeilen x 8 Feldern besteht, und der von der Formatierschaltung 1 ausgegeben wird, in der Unterformatierschaltung 21a in vier Unterblöcke unterteilt, die jeweils aus 4 Bildelementen · 4 Zeilen pro jedem Feld bestehen. Daher werden insgesamt 32 Unterblöcke gebildet. In diesem Fall bearbeitet die Berechnungseinheit 22a unter der Annahme, dass das Bildsignal in jedem Unterblock durch y(i, j) (i, j = 1, 2, 3, 4) ausgedrückt wird, die Absolutwertsumme Vn (n = 1, 2, ..., 32) einer Differenz des Bildsignalpegels zwischen benachbarten Bildelementen in horizontaler und in vertikaler Richtung im Unterblock auf der Basis der folgenden Gleichung:
Vn = y(i, j)- y(i + 1, j)
+ y(i, j) - y(i, j + 1)
Darauffolgend erfasst der Minimalwertdetektor 26a den minimalen Wert A1 der 32 Vn für die 32 Unterblöcke, die aufeinanderfolgend von der Berechnungseinheit 22a ausgegeben werden, und gibt den minimalen Wert A1 als ersten Kriteriumswert zur Auswahleinheit 14 aus, um den Quantisierungsschritt auszuwählen, während derselbe zum Subtrahierer 28a ausgegeben wird. Zwischenzeitlich erfasst der Maximalwertdetektor 27a den maximalen Wert B1 der 32 Werte Vn, die aufeinanderfolgend von der Berechnungseinheit 22a erzeugt werden, und gibt ihn zum Subtrahierer 28a aus. Der Subtrahierer 28a erhält die Differenz C1 durch Subtrahieren von A1 von B1 und gibt den Wert C1 zur Auswahleinheit 14 als den zweiten Kriteriumswert zum Auswählen des Quantisierungsschritts aus.
Der darauffolgende Betrieb wird auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt, und die Beschreibung davon wird daher weggelassen.
Beim obigen modifizierten Ausführungsbeispiel, das dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, kann es, obwohl der dreidimensionale Block durch Ausbilden von zweidimensionalen Blöcken pro jedem Feld und durch Bündeln der zweidimensionalen Blöcke einer Vielzahl der Felder aufgebaut ist, möglich sein, den dreidimensionalen Block durch Bilden der zweidimensionalen Blöcke pro jedem Rahmen und durch Bündeln der Blöcke einer Vielzahl der Rahmen auszubilden.
Darüber hinaus kann man sich zusätzlich zu der vorangehenden Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels weitere modifizierte Ausführungsbeispiele, die jeweils dem zweiten, dem dritten, dem vierten, dem fünften und dem sechsten Ausführungsbeispiel entsprechen, durch Ausbilden eines dreidimensionalen Blocks mit benachbarten Bildelementen in horizontaler, in vertikaler und in zeitlicher Richtung und durch Unterteilen des Blocks in Unterblöcke in jeder zweidimensionalen Ebene vorstellen, wie es in Fig. 38 gezeigt ist. Da der Aufbau und der Betrieb des Kopiergeräts der modifizierten Ausführungsbeispiele durch Bezugnahme auf die entsprechenden Ausführungsbeispiele auf einfache Weise verstanden würde, wird die Beschreibung davon hier abgekürzt.
Da die Erfindung in mehreren Formen verkörpert werden kann, ohne vom Schutzumfang ihrer wesentlichen Merkmale abzuweichen, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel daher illustrativ und nicht beschränkend, da der Schutzumfang der Erfindung eher durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, als durch die diesen vorangehende Beschreibung.

Claims

1. Codiergerät zum Reduzieren eines digitalen Bildsignals, welches Gerät folgendes aufweist:

eine Blockformatiereinrichtung zum Aufteilen des digitalen Bildsignals in Blöcke einer Vielzahl von Bildelementen;

eine Orthogonaltransformiereinrichtung zum Durchführen einer orthogonalen Transformation an jedem Block und zum Ausgeben einer Vielzahl von Koeffizienten F(m, n);

eine Gewichtungseinrichtung zum Empfangen der Vielzahl von Koeffizienten und zum Gewichten aller der Vielzahl von Koeffizienten mit einer Vielzahl von Gewichtungsfaktoren, wobei die Anzahl von Gewichtungsfaktoren kleiner als die Anzahl von Bildelementen in jedem Block ist und wenigstens zwei Koeffizienten mit demselben Gewichtungsfaktor gewichtet werden;

eine Einrichtung zum Durchführen einer Codierung mit variabler Länge an den gewichteten Koeffizienten; und

wobei die Gewichtungseinrichtung eine Einrichtung zum Erhalten eines Kriteriumswerts entsprechend einem Sequenzmaß m eines durch die Orthogonaltransformiereinrichtung erhaltenen Koeffizienten F(m, n) in horizontaler Richtung in einem Block und einem Sequenzmaß n davon in vertikaler Richtung und eine Einrichtung zum Entscheiden über die Gewichtungsfaktoren auf der Basis des Kriteriumswerts enthält.

2. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei die Blockformatiereinrichtung das digitale Bildsignal in zweidimensionale Blöcke pro jedem Halbbild bzw. Feld oder jedem Vollbild bzw. Frame aufteilt und die Orthogonaltransformiereinrichtung eine orthogonale Transformation an jedem Block durchführt.

3. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei die Blockformatiereinrichtung das digitale Bildsignal in horizontalen und vertikalen Richtungen in jedem Halbbild bzw. Feld oder Vollbild bzw. Frame und in zeitlicher Richtung in aufeinanderfolgenden Halbbildern bzw. Feldern oder Vollbildern bzw. Frames aufteilt und die Orthogonaltransformiereinrichtung eine orthogonale Transformation an jedem Block des dreidimensionalen Blocks durchführt.

4. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei die orthogonalen Transformation eine DCT (diskrete Cosinustransformation) ist.

5. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei der Kriteriumswert der maximale Wert des Sequenzmaßes in der horizontalen Richtung und des Sequenzmaßes in der vertikalen Richtung ist.

6. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei der Kriteriumswert die Summe des Sequenzmaßes in der horizontalen Richtung und des Sequenzmaßes in der vertikalen Richtung ist.