DE69121995T2

DE69121995T2 - Bild-kodiereinrichtung und Bild-dekodiereinrichtung

Info

Publication number: DE69121995T2
Application number: DE69121995T
Authority: DE
Inventors: Tatsuro Juri; Shinya Kadono
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2011-07-20
Also published as: EP0467718A2; HK1002135A1; DE69121995D1; US5196930A; EP0467718A3; EP0467718B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Erfindungsgeblet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochlelstungs-Codiervorrlchtung, die benutzt wird, um die Obertragungs- oder Aufzelchnungsgeschwindigkelt praktisch ohne Verschlechterung der Bildqualität eines Videosignais herabzusetzen, wenn das Videosignal übertragen oder aufgezeichnet wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Wenn ein Videosignal codiert wird, weist bei einem Standbild das Codieren innerhalb eines Vollbildes einen höheren Wirkungsgrad auf als das Codieren Innerhalb eines Halbbildes, während bei einem bewegten Bild bekannt ist, daß das Codieren innerhalb eines Halbbildes eine geringere Codierungsverzerrung als das Codieren innerhalb eines Vollbildes aufweist und daher Im Codierungswirkungsgrad verbessert wird. Um den Codierungswlrkungsgrad zu verbessern, werden deshalb zwei Arten von orthogonalen Transformationen benötigt, das heißt, die zum Codieren innerhalb eines Vollbildes geeignete Transformation und die zum Codieren innerhalb eines Halbbildes geeignete Transformation.
Bei der herkömmlichen Hochlelstungs-Codiervorrichtung waren jedoch für die Mehrzahl orthogonaler Transformationen eine Mehrzahl orthogonaler Transformationseinrichtungen und Codiereinrichtungen entsprechend der Mehrzahl orthogonaler Transformationseinrichtungen erforderlich. Zum Beispiel sind eine orthogonale Transformationseinrichtung zum Codieren Innerhalb eines Vollbildes und eine Codiereinrichtung zum Codieren innerhalb eines Vollbildes, eine orthogonale Transformationseinrichtung zum Codieren innerhalb eines Halbbildes und eine Codiereinrichtung zum Codieren innerhalb eines Halbbildes erforderlich. Insbesondere weist die Codiereinrichtung gegenüber der orthogonalen Transfomationseinrichtung eine komplizierte Verarbeitung auf, und der Hardwareumfang wird folglich erhöht.
US-A-4,849,812 offenbart eine Codierungs/Decodlerungs-Einrichtung, bei der eine Bewegungserfassung zwischen zwei Halbbildern eines Vollbildes durchgeführt wird. Wenn keine Bewegung festgestellt wird, wird die Transformation innerhalb des Vollbildes verwendet, und wenn eine Bewegung festgestellt wird, wird die Transformation innerhalb des Halbbildes verwendet. Die Einrichtung dieser Offenbarung leidet unter der Tatsache, daß das Muster des Ausgangs der Transformationseinrichtung an eine Codiereinrichtung sich abhängig von der benutzten Codierung ändern wird und die Codiereinrichtung deshalb statistische Eigenschaften der transformierten Daten nicht berücksichtigen kann.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Hochleistungs-Codiervorrichtung vorzulegen, die eine von der Mehrzahl orthogonaler Transformationen adaptiv ausgewählte orthogonale Transformation auf einem Videosignal durchführt, so daß eine Verminderung des Codierungswirkungsgrades wegen Fehlanpassung der orthogonalen Transformation bei Videosignalen mit verschiedenen Eigenschaften, z.B. Standbild und bewegtes Bild, kleiner sein kann, ohne praktisch den Hardwareumfang gegenüber der herkömmlichen Hochleistungs-Codiervorrichtung mit einer orthogonalen Transfomationseinrichtung zu vergrößern.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, umfaßt eine Codiervorrichtung der Erfindung eine Codiervorrichtung, die umfaßt:
eine orthogonale Transformationseinrichtung, die in Abhängigkeit von Bildeigenschaften eine von wenigstens zwei Arten von orthogonalen Transformationen auf einem zu Blöcken geformten digitalen Videoeingangssignal durchführt, und
eine Codiereinrichtung, die das transformierte Signal in ein Ausgangssignal codiert,
gekennzeichnet durch eine Neuordnungseinrichtung, die die Transformationskoeffizienten des transformierten Signals neu ordnet, um den statistischen Eigenschaften der unter Verwendung verschiedener der orthogonalen Transformationen transformierten Signale zu entsprechen, und eine angepaßte Codiereinrichtung, die das Ausgangssignal der Neuordnungseinrichtung durch ein Codierungsverfahren für alle der Arten von orthogonalen Transformationen codiert.
Eine Hochleistungs-Decodiervorrichtung der Erfindung umfaßt eine Decodiereinrichtung zum Decodleren eines codierten Eingangssignals, eine Neuordnungseinrichtung zum Neuordnen eines Eingangssignals der Decodlereinrichtung und eine orthogonale Transformationseinrichtung, die wenigstens zwei Arten von orthogonalen Transformationen auf einem Ausgangssignal der Neuordnungseinrichtung durchführt.
Das Videosignal wird durch die orthogonale Transformationseinrichtung orthogonal transformiert und durch die Codierungseinrichtung codiert. Wenigstens zwei orthogonale Transformationseinrichtungen führen wenigstens zwei Arten von verschiedenen orthogonalen Transformationen aus, aber es ist nicht immer erforderlich, mehrere orthogonale Transformationen zur selben Zeit zu berechnen. Die Daten des Ausgangsslgnals der orthogonalen Transformationseinrichtung werden durch die Neuordnungseinrichtung neu geordnet. Der Zweck des Neuordnens ist, die statistischen Eigenschaften des durch mehrere Arten von orthogonalen Transformationen verarbeiteten signals in eine Art zu normalisieren. Wenn es nur eine statistische Eigenschaft gibt, tritt keine Verschlechterung des Codierungswirkungsgrades wegen Fehl anpassung einer Codierungseinrichtung auf, auch wenn zum Codieren der Daten nur eine Codiereinrichtung benötigt wird. Als Folge kann gegenüber der aus einer orthogonalen Transformationseinrichtung und einer Codiereinrichtung bestehenden herkömmlichen Hochleistungs-Codiervorrichtung durch nur eine geringfügige Erhöhung des Hardwareumfangs eine Hochleistungs-Codiervorrichtung mit einem hohen Codierungswirkungsgrad gebildet werden. Die Hardware kann weiter vereinfacht werden, indem eine besondere orthogonale Transformation als mehrere orthogonale Transformationen durchgeführt wird, und eine solche orthogonale Transformation wird in den Ausführungen im einzelnen beschrieben.
Da die Codiereinrichtung der Hochlelstungs-Codiervorrlchtung nur eine Art ist, kann außerdem die Decodiereinrichtung der Hochleistungs-Decodiervorrichtung ebenfalls eine Art sein, was zum Decodieren des von der Hochleistungs-Codiervorrichtung codierten Signals ausreicht. Das codierte Eingangsslgnal wird folglich von der Decodiereinrichtung decodiert und in der umgekehrten Weise der in der Hochleistungs-Codiervorrichtung durchgeführten Neuordnung der Daten neu geordnet. Die neu geordneten Daten werden in der umgekehrten Transformation der In der Hochleistungs-Codiervorrichtung durchgeführten orthogonalen Transformation orthogonal transformiert. Die orthogonale Transformationseinrichtung der Hochleistungs-Decodiervorrichtung kann deshalb in einem kleinen Hardwareumfang realisiert werden, der der orthogonalen Transformationseinrichtung der Hochleistungs-Codiervorrichtung gleichkommt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Hochleistungs-Codiervorrichtung in einer ersten Ausführung der Erfindung.
Fig. 2 ist ein erklärendes Diagramm, das die Energieverteilung von orthogonal transformierten Signalen zeigt.
Fig. 3 ist ein erklärendes Diagramm zum Neuordnen der Hochleistungs- Codiervorrichtung der ersten Ausführung.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Hochleistungs-Decodiervorrichtung in einer zweiten Ausführung der Erfindung.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer orthogonalen Transformationseinrichtung, die ein Teil einer Hochleistungs-Codiervorrichtung in einer dritten Ausführung der Erfindung ist.
Fig. 6 ist ein Signaldiagramm einer diskreten Vierpunkt-Kosinustransformation.
Fig. 7 ist ein Signaldiagramm einer diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation.
Fig. 8 ist ein erklärendes Diagramm einer Multipikations- und Schmetten ingsrechnung.
Fig. 9 ist ein Signaldiagramm von Summe und Differenz der diskreten Vierpunkt-Kosinustransformation.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild einer orthogonalen Transformationseinrichtung, die ein Teil einer Hochleistungs-Decodiervorrichtung in einer vierten Ausführung der Erfindung ist.
Fig. 11 ist ein Signaldiagramm einer inversen diskreten Vierpunkt- Kosinustransformation.
Fig. 12 ist ein Signaldiagramm einer inversen diskreten Achtpunkt- Kosinustransformation.
Fig. 13 ist ein Signaldiagramm von Summe und Differenz der inversen diskreten Vierpunkt-Kosinustransformation.
Fig. 14 ist ein Neueordnungsdiagramm von zweidimensional orthogonal transformierten Daten.
Fig. 15 ist eine erklärendes Diagramm der Vorstellung von Vollbild und Halbbild.
Fig. 16 ist ein zweidimensionales und dreidimensionales Blockbilgungsdiagramm eines Bildes.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Hochleistungs-Codiervorrichtung In einer ersten Ausführung der Erfindung. In der Zeichnung bezeichnet das Verweiszeichen 1 ein Eingangssignal, 2a und 2b sind orthogonale Transformationseinrichtungen, 3a und 3b sind Ausgangssiganle der orthogonalen Transformationseinrichtungen, 4 ist ein Wahischalter, 5 ist eine Neuordnungseinrichtung, 6 ist ein neu geordneter Ausgang, 7 ist eine Codiereinrichtung, 8 ist ein codiertes Ausgangssignal und 9 ist ein Umschaltsignal.
Die so zusammengesetzte Ausführung in Fig. 1 wird im Folgenden beschrieben. Das Eingangssignal 1 ist ein zu Blöcken geformtes digitales Videosignal, die durch die orthogonalen Transformationseinrichtungen 2a, 2b orthogonal transformiert werden. Eines der Ausgangssignale 3a, 3b der orthogonalen Transformationseinrichtungen 2a, 2b wird durch den Wahlschalter 4 nach MaBgabe des von außen gegebenen Umschaltsignals 9 ausgewählt, und die Neuordnungseinrichtung 5 ordnet die Reihenfolge der durch das Umschaltsignal 9 bestimmten Daten neu und liefert sie als Signal 6. Das Umschaltsignal 9 ist ein Signal, das von einem Bewegungsdetektor oder dergleichen außrhalb der orthogonalen Transformationseinrichtung erzeugt wird. Wenn z.B. die orthogonale Transformationseinrichtung 2a zum Verarbeiten innerhalb eines Vollbildes ist und die orthogonale Transformationseinrichtung 2b zum Verarbeiten Innerhalb eines Halbbildes ist, wird, indem die orthogonale Transformation der orthogonalen Transformationseinrichtung 2a auf ein Standbild angewandt wird und die orthogonale Transformation der orthogonalen Transformationseinrichtung 2b auf ein bewegtes Bild angewandt wird, die hohe Zeitachsenkorrelation In dem Standbild benutzt, und der Codierungswirkungsgrad wird hoch. Wenn der Bewegungsdetektor ein Standbild feststellt, befiehlt folglich das Umschaltsignal 9 dem Wahlschalter 4, das Signal 3a und ein Neuordnungssignal auszugeben, um dem Signal 3a zu entsprechen, und wenn der Bewegungsdetektor ein bewegtes Bild feststellt, befiehlt das Umschaltsignal 9 dem Wahlschalter 4, das Signal 3b und ein Neuordnungsslgnal auszugeben, um dem Signal 3b zu entsprechen. Das Signal 6 wird durch die Codiereinrichtung 7 durch ein spezifisches Codierverfahren codiert, um ein codiertes Ausgangsslgnal 8 zu werden. Die Neuordnungseinrichtung 5 ist zum Neuordnen gedacht, um die Verminderung des Codierwirkungsgrades infolge von Fehlanpassung der statistischen Merkmale der Signale 3a und 3b zu minimleren, wenn das durch die orthogonale Transformationseinrichtung 2a oder 2b orthogonal transformierte Signal 3a oder 3b durch eine Codiereinrichtung 7 codiert wird. Wenn die statistischen Merkmale der Signale 3a und 3b sich nach dem Neuordnen nicht gleichen, ist daher das Codieren durch die Codiereinrichtung 7 schwierig, und eine größe Codierungsverzerrung kann erzeugt werden, oder die Verdlchtungsrate nimmt bedeutend zu, und deshalb ist das Neuordnen durch die Neuordnungseinrichtung 5 sehr wichtig.
Gemäß der vorangehenden Ausführung wird folglich durch Neuordnen der durch die Mehrzahl orthogonaler Transformationseinrichtungen orthogonal transformierten Signale der Codierwirkungsgrad erhöht, auch wenn von einer Codiereinrichtung codiert.
Als ein praktisches Beispiel der orthogonalen Transformation werden ein Fall der orthogonalen Transformation von 8 Punkten × 8 Punkten in einem aus vertikal 8 und horizontal 8 Signalpunkten innerhalb des Vollbildes bestehenden Blocks und ein Fall der orthogonalen Transformation von 4 Punkten × 8 Punkten in einem aus vertikal 4 und horizontal 8 Signalpunkten innerhalb des Halbbildes bestehenden Blocks unten erklärt. Eine Energlevertellung des signals der 8 × 8 Punkte orthogonalen Transformation im Vollbild zu Videosignal wird in Fig. 2(a) gezeigt. Die 4 × 8 Punkte orthogonale Transformation im Halbbild wird in Fig. 2(b) gezeigt, bei der eine weitere Korrelation zwischen Halbbildern besteht, und sie ist besser für hoch effizientes Codieren geeignet, um die Summe und Differenz zwischen Halbbildern zu erlangen. Die Summe und Differenz zwischen Halbbildern, die in jedem Anteil der 4 × 8 Punkte orthogonalen Transformation im Halbbild erhalten werden, werden in Fig. 2(c) gezeigt. Um die wie in Fig. 2(a) gezeigt verteilten Daten und die wie in Fig. 2(c) gezeigt verteilten Daten durch ein Codierverfahren wirkungsvoll zu codieren, ist es erforderlich, daß beide statistischen Merkmale einander gleichen. Hier wird das Verfahren des Neuordnens der wie in Fig. 2(c) gezeigt verteilten Daten in die Daten von 8 × 8 Punkten mit einer Energieverteilung wie in Fig. 2(a) gezeigt erklärt. Vorausgesetzt der Summenanteil zwischen den Halbbildern in Fig. 2(a) ist q1[i, j] und der Differenzanteil ist q2[i, j] 1 ≤ i ≤ 4, 1 ≤ j ≤ 8, wird der neu geordnete Anteil als p[i, j], 1 ≤ i ≤ 8, 1 ≤ j ≤ 8 angenommen. Unterdessen wird angenommen, daB der kleinere jedes Indexes von p, q1, q2 die niedrigere Frequenz ausdrückt und der größere Index den höheren Frequenzanteil bezeichnet. Fig. 3(a) zeigt die Entsprechung zwischen p[i, j] und der Frequenz. Wenn von q1, q2 in p transformiert, ist die Energie um so größer, je niedriger der Frequenzanteil ist, um der Verteilung in Fig. 2(a) nahezukommen. Ein Quasi-Standbild angenommen, wird die Größe der Energie von q2 verglichen mit q1 als sehr klein geschätzt. Wenn daher, wie in Fig. 3(b) gezeigt, q2 dicht bei dem höherwertigen Anteil von q1 angeordnet wird, wird angenommen, daß er in der Reihenfolge der Größe der Energie angeordnet ist. Andererseits werden bei einem bewegten Bild die Energien von q1 und q2 für in der Größe fast gleich gehalten. Folglich wird, wenn, wie in Fig. 3(c) gezeigt, Anteile von q1 und q2 abwechseind angeordnet werden, angenommen, daß sie in der Reihenfolge der Energiegröße angeordnet sind. Durch ein solches Neuordnen können die Anteile der 8 × 4 Punkte orthogonalen Transformation im Halbbild in die Verteilung transformiert werden, die der Verteilung der 8 × 8 Punkte orthogonalen Transformation im Vollbild in einem reinen Standbild oder einem bewegten Bild ähnlich ist, und wenn von einer Godiereinrichtung geteilt, kann eine Zunahme der Codierverzerrung infolge Fehlanpassung der Codierrungsmerkmale vermindert werden. Im übrigen wird beim Neuordnen der 8 × 4 Punkte orthogonalen Transformation das Neuordnen zwischen dem Quasi-Standbild und dem bewegten Bild geändert, aber das Neuordnen der 8 × 4 Punkte orthogonalen Transformation kann entweder in Fig. 3(b) oder Fig. 3(c) festgelegt werden, indem eine kleine Verzerrung der Bildqualität entweder des Quasi-Standbildes oder des bewegten Bildes zugestanden wird.
Fig. 4 zeigt eine Hochleistungs-Decodiervorrichtung in einer zweiten Ausführung der Erfindung. In der Zeichnung bezeichnet das Verweiszeichen 10 ein codiertes Signal, 11 ist eine Codiereinrichtung, 12 ist ein codiertes Signal. 13 ist eine Neuordnungseinrichtung, 14 ist ein neu geordnetes Signal, 15 ist ein Wahlschalter, 16a, 16b sind orthogonale Transformationseinrichtungen, 17 ist ein orthogonal transformlertes Signal und 18 ist ein Umschaltsignal.
Die Funktion der so zusammengesetzten Hochlelstungs-Decodiervorrichtung in Fig. 4 wird unten beschrieben. Das codierte Signal 10 wird durch die Decodiereinrichtung 11 zu einem decodierten Signal 12 decodiert. Die Datenfolge des decodierten signals 12 wird durch die Neuordnungseinrichtung 13 neu geordnet und durch entweder die vom Wahlschalter 15 ausgewählte orthogonale Transformationseinrichtung 16a oder 16b orthogonal transformiert. Das Neuordnen durch die Neuordnungseinrichtung 13 und das Umschalten durch den Wahlschalter 15 werden durch das Umschaltsignal 18 gesteuert. Das Umschaltsignal 18 entspricht dem Umschaltsignal 9 in Fig. 1 und gibt einen Befehl an die Neuordnungseinrichtung 13 aus, umgekehrt zu dem Neugrdnen durch die Neuordnungseinrichtung 5 neu zu ordnen. Es gibt ferner einen Befehl an den Wahlschalter 15 aus, die orthogonale Transformation invers zu der orthogonalen Transformation in Fig. 1 zu wählen. Das durch die gewählte orthogonale Transformationseinrichtung 16a oder 16b orthogonal transformierte Signal 17 wird ein Ausgangssignal der Hochleistungs-Decodlevorrichtung.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer orthogonalen Transformationseinrichtung zum Bilden einer Hochleistungs-Codiervorrichtung in einer dritten Ausführung der Erfindung. Diese Ausführung ist gedacht, die orthogonalen Transformationseinrichtungen 2a und 2b und die Neuordnungseinrichtung 5 in der Ausführung in Fig. 5 bereitzustellen und durch eine orthogonale Transformationseinrichtung zu verwirklichen. In der Zeichnung ist das Verweiszeichen 20 ein Eingangssignal, 21 ist eine Neuordnungseinrichtung, 22 ist ein neu geordnetes Ausgangssignal, 23 ist eine Schmetterlings-Berechnungseinheit, 24 ist ein Ausgangssignal der Schmetterlingsberechnung, 25 ist eine Multiplikations- & Schmetterlings-Berechnungseinheit, 26 ist ein Ausgangssignal der Multiplikations- & Schmetterlingsberechnung, 27 ist eine Neuordnungseinrichtung, 28 ist ein neu geordnetes Ausgangssignal, 29 ist eine Schmetterlings-Berechnungseinheit, 30 ist ein Ausgangsslgnal der Schmetterlingsberechnung, 31 ist eine Multiplikations- & Schmetterlings-Berechnungseinheit, 32 ist ein Ausgang der Multiplikations- & Schmetterlingsberechnung, 33 ist eine Neuordnungseinrichtung, 34 ist ein neu geordnetes Ausgangssignal und 35 ist ein Umschaltsignal. Das Signal 35 entspricht dem Umschaltsignal 9 in Fig. 1.
Die Funktion der so zusammengesetzten dritten Ausführung wird Im Folgenden beschrieben. Diese orthogonale Transformationseinrichtung ist gedacht, acht Datenteile entweder durch eine diskrete Achtpunkt-Kosinustransformation oder eine 4 × 2 Punkt diskrete Kosinustransformation zu transformieren. In diesem Fall ist die 4 × 2 Punkt diskrete Kosinustransformation eine zweidimensionale diskrete Kosinustransformation, die eine diskrete Vierpunkt-Kosinustransformation und eine diskrete Zweipunkt-Kosinustransformation in unabhängigen Richtungen durchführt. Zuerst werden Signaldiagramme der diskreten Vierpunkt-Kosinustransformation und der diskreten Zweipunkt-Kosinustransformation in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt. Durch die Verarbeitung dieser Signaldiagramme wird von dem Eingangssignal X&sub1; ..., X&sub4; oder X&sub1; ..., X&sub8; das orthogonal transformierte Signal Z&sub1; ,..., Z&sub4; oder Z&sub1; ,..., Z&sub8; erhalten werden. übrigens bezeichnet das rechteckige Symbol eine Multiplikation, die in dem in Fig. 8 gezeigten Aufbau realisiert wird. In Fig. 8 sind 100a, 100b, 100c, 100d Multiplizierer, und wenn das Rechtecksymbol 1 ist, bedeutet das, daß cos(i π), sin(i π), sin(i π), -cos (i π) multipiziert werden. Zudem sind 101a, 101b Addierer. Gewöhnlich sind zwei orthogonale Transformationseinrichtungen erforderlich, um sowohl die orthogonale Transformation der diskreten Achtpunkt- Kosinustransformation als auch der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation durchzuführen. Die Funktion in Fig. 6 ist jedoch die gleiche wie 200 der Verarbeitung in Fig. 7, und es hat sich als möglich erwiesen, die Einrichtung unter Ausschließung der ersten Schmetterlings-Berechnungseinheit 23 und der ersten Multiplikations- & Schmetterlings-Berechnungseinheit 25 der orthogonalen Transformationseinrichtung in Fig. 7 zu bilden. Hier kann im Fall der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation die diskrete Zweipunkt-Kosinustransformation oder die Berechnung der Summe und Differenz der Daten durch die erste Schmetterlings-Operationseinheit 23 in Fig. 7 vorgenommen werden. Aus einer solchen Sicht können von dem Eingangssignal X&sub1;, ..., X&sub8; die Signale U&sub1;, U&sub2;, U&sub3;, U&sub4;, und U&sub5;, U&sub6;, U&sub7;, U&sub8; nach der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation von X&sub1;+X&sub2;, X&sub3;+X&sub4;, X&sub5;+X&sub6;, X&sub7;+X&sub8; und X&sub1;-X&sub2;, X&sub3;-X&sub4;, X&sub5;-X&sub8;, X&sub7;-X&sub8; in dem Signaldiagramm von Fig. 9 ausgedrückt werden. In Fig. 9 sind 201 und 202 die Teile zum Berechnen der diskreten Vierpunkt-Kosinustransformation. Die Einrichtungszusammensetzungen in Fig. 7 und Fig. 9 sind ähnlich, und aus dieser Sicht ist es die orthogonale Transformationseinrichtung in Fig. 5, die gebildet wird, um die orthogonale Transformation entweder in Fig. 7 oder Fig. 9 durchzuführen. Das Umschaltsignal 35 ist ein von außen gegebenes Signal, das die diskrete Achtpunkt-Kosinustransformation und die diskrete 4 × 2 Punkt Kosinustransformation umschaltet. Die Neuordnungseinrichtung 21 ist in der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation in Fig. 7 nicht erforderlich, wird aber in der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation in Fig. 8 benötigt und wird durch das Ijinschaltsignal 35 umgeschaltet. Die Schmetterlings-Berechnungseinheit 23 arbeitet in der Regel in der diskreten Achtpunkt-Kosinustransfomation und der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation. Die Multiplikations- & Schmetterlings-Berechnungseinheit 25 wird in einem Teil der Berechnung in der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation benötigt und wird durch das Umschaltsignal 35 umgeschaltet, um die Multiplikations- & Schmetterlingsberechnung nur wenn nötig durchzuführen. Da die Neuordnungseinrichtung 25 sich in der Neuordnungsfolge zwischen der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation und der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation unterscheidet, wird sie durch das Umschaltsignal 35 umgeschaltet, um in einer spezifizierten Reihenfolge neu zu ordnen. Die Schmetterlings-Berechnungseinhelt 29 arbeitet gewöhnlich in der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation und der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation. Die Multiplikations- & Schmetterllngs-Berechnungseinheit 31 unterscheidet sich Im Multiplikator zwischen der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation und der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation und wird durch das Umschaltsignal 35 umgeschaltet, um mit einem spezifizierten Multiplikator zu multiplizieren. Zum Schluß werden sie durch die Neuordnungseinrichtung 33 neu geordnet, um die Daten in der für die nächste Berechnung geeigneten Folge bzw. In der Folge der Größe der Frequenz in der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation und der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransfomation zu liefern, und diese Neuanordnungsfolge unterscheidet sich zwischen der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation und der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation und wird durch das Umschaltsignal 35 gewählt. Gemäß dieser Ausführung können folglich, da die diskrete Vierpunkt-Kosinustransformation und die Summe und Differenz zwischen Halbbildern in der Berechnungsschaltung der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation berechnet werden können, zwei Arten von orthogonaler Transformation der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation und der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation in dem Hardwareumfang realisiert werden, der fast einer Schaltung der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation entspricht.
Fig. 10 betrifft eine vierte Ausführung und ist ein Blockschaltbild einer orthogonalen Transformationseinrichtung zum Durchführen einer inversen orthogonalen Transformation der in Fig. 5 gezeigten orthogonalen Transformation. In der Zeichnung bezeichnet das Verweiszeichen 40 ein Eingangssignal, 41 ist eine Neuordnungseinrichtung, 42 ist ein Ausgangssignal der Neuordnungseinrichtung, 43 ist eine Multiplikations- & Schmetterlings-Berechnungseinheit, 44 ist ein Ausgangssignal der Multiplikations- & Schmetterlings-Berechnungseinheit, 45 ist eine Schmetterlings-Berechnungseinheit, 46 ist ein Ausgangssignal der Schmetten ings-Berechnungseinheit, 41 ist eine Neuordnungseinrichtung, 48 ist ein Ausgangssignal der Neuordnungseinrichtung, 49 ist eine Multiplikations- & Schmetterlings-Berechnungseinheit, so ist ein Ausgangssignal der Multiplikations- & Schmetten ings-Berechnungseinheit, 51 ist eine Schmetterlings-Berechnungseinheit, 52 ist ein Ausgangssignal der Schmetterlings-Berechnungseinheit, 53 ist eine Neuordnungseinrichtung, 54 ist ein Ausgangssignal der Neuordnungseinrichtung und 55 ist ein Umschaltsignal.
Die Funktion der so zusammengesetzten Ausführung in Fig. 10 wird im Folgenden beschrieben. Diese orthogonale Transformationseinrichtung ist gedacht, acht Datenteile entweder in inverser diskreter Achtpunkt- Kosinustransformation oder inverser diskreter 4 × 2 Punkt Kosinustransformation zu verarbeiten. Fig. 11 und 12 sind Signaldiagrame der inversen diskreten Vierpunkt-Kosinustransformation bzw. der inversen diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation. Fig. 11 ist eine inverse Transformation von Fig. 6, und Fig. 12 ist eine inverse Transformation von Fig. 7. Jedoch sind die Normalisierungskonstanten weggelassen. Die Berechnung in Fig. 11 ist die gleiche wie die Verarbeitung 203 in Fig. 12, und durch leichtes Hinzufügen zu der orthogonalen Transformationseinrichtung in Fig. 11 ist bekannt, daß die 4 × 2 Punkt inverse diskrete Kosinustransformation durchgeführt werden kann.
Die orthogonale Transformation in Fig. 13 ist ein Signaldiagramm der inversen diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation. Vergleicht man Fig. 12 und Fig. 13, so sind die Abläufe der Signalverarbeitung ähnlich, und es ist die orthogonale Transformationseinrichtung in Fig. 10, die bestimmt ist, beide orthogonalen Transformationen durch eine Hardware zu berechnen. Unterdessen sind die Berechnungen, die den Einrichtungen in Fig. 10 entsprechen, in Fig. 12 und Fig. 13 mit dendelben Nummern bezeichnet. Das Signal 55 ist ein Umschaltsignal zum Durchführen entweder der orthogonalen Transformation in Fig. 12 oder der orthogonalen Transformation in Fig. 13, und es wird wie das Umschaltsignal 35 in Fig. 5 von außen gegeben. Das Eingangssignal 40 wird in der Neuordnungseinrichtung 41 in der Datenfolge neu geordnet. Dieses Neuordnen ist zwischen den orthogonalen Transformationen in Fig. 12 und Fig. 13 verschieden, und es wird durch das Umschaltsignal 55 umgeschaltet. Das neu geordnete Signal 42 wird in der Multiplikations- & Schmetterllngs-Berechnungseinheit 43 mulzipliziert, addiert und subtrahiert. Da der Multiplikator in dieser Multiplikation zwischen Fig. 12 und Fig. 13 verschieden ist, wird er durch das Umschaltsignal 55 umgeschaltet. Das Signal 44 wird gewähnlich der Schmetterlingsberechnung in Fig. 12 und Fig. 13 in der Schmetterlings-Berechnungseinheit 45 unterworfen. Das Signal 46 wird in Fig. 12 oder Fig. 13 in der durch das Umschaltsignal 55 angegebenen Folge durch die Neuordnungseinrichtung 41 neu geordnet. Die Multiplikations- & Schmetterlings-Berechnungseinheit 49 wird nur in der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation benötigt und wird je nachdem, ob zu multiplizieren ist oder nicht, durch das Umschaltsignal 55 umgeschaltet. Das 51gnal 50 wird gewöhnlich in Fig. 12 und Fig. 13 durch die Schmetterlings-Berechnungseinheit 51 neu geordnet, und die Daten werden wie in Fig. 12 oder Fig. 13 durch die Anweisung des Umschaltsignals 55 in der Neuordnungseinrichtung 53 neu geordnet.
Die inverse Transformation kann folglich auch durch eine in Fig. 10 gezeigte orthogonale Transformationseinrichtung verwirklicht werden, und die Hardware wird gegenüber der herkömmlichen Hochleistungs-Codiervorrichtung, die mehrere orthogonale Transformationseinrichtungen benötigt, auffallend vereinfacht.
In der dritten Ausführung wurde das Teilen der orthogonalen Transformationseinrichtung zwischen der diskreten Achtpunkt-Kosinustransformation und der diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation erklärt, und in der vierten Ausführung wurde das Teilen der orthogonalen Transformationsei nrichtungen zwischen der inversen diskreten Achtpunkt- Kosinustransformation und der inversen diskreten 4 × 2 Punkt Kosinustransformation erklärt. Diese Ausführung kann außerdem leicht erweitert werden, im allgemeinen zu einer m-Punkt orthogonalen Transformationseinrichtung (wobei m ein Vielfaches von 2 ist), die an sich eine m/2 Punkt orthogonale Transformationseinrichtung enthält. Das heißt, die mpunkt orthogonale Transformationseinrichtung benötigt wenigstens einen Addierer/Subtrahierer mehr als die m/2 Punkt orthogonale Transformationseinrichtung, und durch Verwenden dieses Addierersisubtrahlerers kann die orthogonale Zweipunkt-Transformation, d.h., die Addition und Subtraktion der Daten, durchgeführt werden. Deshalb kann wie bei der orthogonalen Transformationseinrichtung in der dritten Ausführung oder der orthogonalen Transformationseinrichtung in der vierten Auführung die orthogonale Transformationseinrichtung, die sich in die orthogonale m-Punkt Transformation und die orthogonale m/2 × 2 Punkt Transformation teilt, in fast dem gleichen Hardwareumfang wie die orthogonale m-Punkt Transformationseinrichtung verwirklicht werden.
Übrigens besitzt das Videosignal zwei Zeiteinheiten, das heißt, Vollbild und Halbbild. Die Beziehung der Pixelpositionen des Vollbildes und Halbbildes wird in Fig. 15 gezeigt. In Fig. 15 werden die Pixels dargestellt, indem die Zeit auf der Achse der Abszisse und die vertikale Position auf der Achse der Ordinate aufgetragen werden. Das i-te Vollbild (i ist eine Ganzzahl) besteht aus dem i-ten ungradzahligen Halbbild und dem i-ten gradzahligen Halbbild, und es muß zur Kenntnis genommen werden, daß das ungradzahlige Halbbild und das gradzahlige Halbbild in der vertikalen Pixelposition um 1/2 Pixel versetzt sein müssen. Um das Videosignal wirksam zu verdichten, ist es erforderlich, die Pixeldaten in der Folge hoher Korrelation neu zu ordnen und orthogonal zu transformieren. Bei einem Standbild oder Quasi-Standbild mit kleiner zeitlicher Veränderung der Daten ist es sehr wirkungsvoll, in der Folge k&sub1;, k&sub2;, k&sub3;, ...,km-1, km neu zu ordnen und die orthogonale m-Punkt Transformation in der Vertikalrichtung durchzuführen. Andererseits kann im Fall des bewegten Bildes mit großer zeitlicher Veränderung der Daten, da die Korrelation zwischen Pixels in der Vertikalrichtung stärker als die Korrelation zwischen Halbbildern ist, der Codierleistungsgrad durch Teilen in zwei Sätze von k&sub1;, k&sub3;, k&sub5;, ...,km-1 und k&sub2;, k&sub4;, k&sub6;, ...,km erhöht werden, um die orthogonale m/2 × 2 Punkt Transformation in m/2 Punkten der Vertikairichtung und 2 Punkten in der Zeitrichtung durchzuführen. Da unterdessen das Videosignal in der Horizontairichtung ebenfalls stark korreliert ist, wie in Fig. 16 gezeigt, wird durch Teilen von n Pixels in Blöcke in der Horizontalrichtung, wenn die orthogonale Transformation von m × n Punkten und die orthogonale Transformation von m/2 × n × 2 Punkten zwischen dem Quasi-Standbild und dem bewegten Bild umgeschaltet werden, der Codierleistungsgrad weiter verbessert.
Bei der dritten und vierten Ausführung ist es neben der diskreten Kosinustransformation auch möglich, eine Sinus- oder Fourier-Transformation anzuwenden. Bei den vorangehenden Ausführungen wurden unterdessen die diskrete Achtpunkt-Kosinustransformation und die diskrete Vierpunkt-Kosinustransformation erläutert, aber wenn der Rechenalgorithmus der orthogonalen N-Punkt-Transformation rekursiv aus dem Algorithmus der orthogonalen N/2-Punkt-Transformation gebildet werden kann, können im allgemeinen die Summen- und Differenzberechnung entweder der orthogonalen N-Punkt-Transformation oder der orthogonalen N/2- Punkt-Transformation selektiv durch eine orthogonale Transformationseinrichtung in einem Hardwareumfang ähnlich der orthogonalen N-Punkt- Transformation ausgeführt werden.
Bei den vorangehenden Ausführungen wurde die Folge der orthogonal transformierten Daten durch die letzte Neuordnungseinrichtung in die Folge der tiefen Frequenz neu geordnet. In der Regel wird Jedoch das Videosignal zweidimensional, in der Horizontal- und Vertikalrichtung, orthogonal transformiert. In einem sochen Pall können die orthogonal transformierten Daten in der Folge der tiefen zweidimensionalen Frequenz neu geordnet werden. Anstelle der eindimensionalen Transformation in den vorangehenden Ausführungen können folglich die Daten in der Zickzack-Folge, wie in Fig. 14(a) oder 14(b) gezeigt, neu geordnet werden.

Claims

1. Codiervorrichtung, die umfaßt:

eine orthogonale Transformationseinrichtung (2a, 2b), die in Abhangigkelt von Bildeigenschaften eine von wenigstens zwei Arten von orthogonalen Transformationen auf einem zu Blöcken geformten digitalen Videoeingangssignal durchführt, und

eine Codiereinrichtung (7), die das transformierte Signal in ein Ausgangssignal codiert,

gekennzeichnet durch eine Neuordnungseinrichtung (5), die die Transformationskoeffizienten des transformierten Signals neu ordnet, um den statistischen Eigenschaften der unter Verwendung verschiedener der orthogonalen Transformationen transformierten Signale zu entsprechen, und

eine angepaßte Codiereinrichtung (1), die das Ausgangssignal der Neuordnungseinrichtung durch ein Codierungsverfahren für alle der Arten von orthogonalen Transformationen codiert.

2. Codiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Neuordnungseinrichtung (5) weggelassen wird, indem das Neuordnen in einem Teil der orthogonalen Transformationseinrichtung (2a, 2b) durchgeführt wird.

3. Codiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die orthogonale Transformationseinrichtung (2a, 2b) in zwei Arten orthogonal transformiert, das heißt, eine orthogonale Transformation zum Neuordnen in einer Frequenzfolge durch eine zweidimensionale orthogonale Transformation von vertikal m Punkten × horizontal n Punkten auf Signalen in einem Vollbild und eine orthogonale Transformation zum Neuordnen in einer Frequenzfolge durch eine dreidimensionale orthogonale Transformation von vertikal (m/2) Punkten × horizontal n Punkten × Zeit auf Signalen in jedem Halbbild bei einer Position, die einem Signal in dem Vollbild entspricht.

4. Codiervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Daten nach der dreidimensionalen orthogonalen Transformation von (m/2) Punkten × n Punkten × 2 Punkten auf den Signalen in dem Halbbild in einer Folge einer Summe und einer Differenz von Frequenzanteilen zwischen Halbbildern abwechseind neu geordnet werden.

5. Codiervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Daten nach der dreidimensionalen orthogonalen Transformation von (m/2) Punkten × n Punkten × 2 Punkten auf den Signalen in dem Halbbild in einer Folge von Verteilungsunterschieden von Frequenzanteilen zwischen Halbbildern nach allen Daten von Summen der Frequenzanteile zwischen Halbbildern neu geordnet werden.

6. Codiervorrlchtung nach Anspruch 3, bei der die orthogonale Transformationseinrichtung eine erste Neuordnungseinrichtung (21) zum Neuordnen des Eingangssi gnals, eine erste Schmetterlings-Berechnungseinrichtung (23) zum Ausführen einer Schiietterlingsberechnung oder Addition und Subtraktion von Daten auf einem Ausgangssignal der ersten Neuordnungseinrichtung, eine erste Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung (25) zum Ausführen einer Multiplikationsund Schmetterlingsberechnung auf einem Ausgangssignal der ersten Schmetterlings-Berechnungseinrichtung, eine zweite Neuordnungseinrichtung (27) zum Neuordnen eines Ausgangssignals der ersten Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung, eine zweite Schmetterlings-Berechnungseinrichtung (29) zum Ausführen einer Schmetterlingsberechnung auf einem Ausgangssignal der zweiten Neuordnungseinrichtung, eine zweite Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung (31) zum Ausführen einer Multiplikations- und Schmetterlingsberechnung auf einem Ausgangssignal der zweiten Schmetterlings- Berechnungseinrichtung und eine dritte Neuordnungseinrichtung (33) zum Neuordnen eines Ausgangssignals der zweiten Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung umfaßt und entweder eine Achtpunkt-Kosinustransformation oder eine zweidimensionale Vierpunkt-Kosinustransformation durchgeführt wird, indem Neuordnungsfolgen der ersten, zweiten und dritten Neuordnungseinrichtung und Multiplikationskoeffizienten der ersten und zweiten Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung durch ein externes Umschaltsignal umgeschaltet werden.

7. Codiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die orthogonale Transformationseinrichtung zwei Arten von orthogonalen Transformationen durchführt, das heißt, eine orthogonale Transformation zum Neuordnen in einer Frequenzfolge durch eine zweldimensionale orthogonale Transformation von vertikal 8 Punkten × horizontal n Punkten auf Signalen in einem Vollbild und eine orthogonale Transformation zum Neuordnen in einer Frequenzfolge durch eine dreidimensionale orthogonale Transformation von vertikal 4 Punkten × horizontal n Punkten × Zeit auf Signalen in jedem Halbbild bei einer Position, die einem Signal in dem Vollbild entspricht.

8. Codiervorrlchtung nach Anspruch 7, bei der die Daten nach der dreidimensionalen orthogonalen Transformation von 4 Punkten × n Punkten × 2 Punkten auf den Signalen in dem Halbbild in einer Folge einer Summe und einer Differenz von Frequenzantellen zwischen Halbbildern abwechseind neu geordnet werden.

9. Codiervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Daten nach der dreidimensionalen orthogonalen Transformation von 4 Punkten × n Punkten × 2 Punkten der Signale in dem Halbbild in einer Folge von Plazierungsunterschieden von Frequenzantellen zwischen Halbbildern nach allen Daten von Summen der Frequenzanteile zwischen Halbbildern neu geordnet werden.

10. Decodiervorrichtung, die umfaßt:

eine Decodiereinrichtung (11), die ein codiertes Eingangssignal (10) in ein decodiertes Signal (12) decodiert,

eine orthogonale Transformationseinrichtung (16a, 16b), die in Abhänglgkeit von Bildeigenschaften eine von wenigstens zwei Arten von orthogonalen Transformationen auf einem transformierten Signal (14) durchführt,

gekennzeichnet durch eine Neuordnungseinrichtung (13), die die Transformationskoeffizienten des decodierten Signals neu ordnet, um den statistischen Eigenschaften der unter Verwendung verschiedener der orthogonalen Transformationen transformierten Signale zu entsprechen, und

eine angepaßte Decodiereinrichtung (11), die das codierte Eingangssignal (10) durch ein Codierungsverfahren für alle der Arten von orthogonalen Transformationen decodiert.

11. Decodiervorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Neuordnungseinrichtung (13) weggelassen wird, indem das Neuordnen in einem Teil der orthogonalen Transformationseinrichtung (16a, 16b) durchgeführt wird.

12. Decodiervorrichtung nach Anspruch 11, bei der die orthogonale Transformationseinrichtung zwei Arten von orthogonalen Transformationen durchführt, das heißt, eine orthogonale Transformation zum Ausführen einer zweidimensionalen orthogonalen Transformation von vertikal m Punkten × horizontal n Punkten auf Signalen in einem Vollbild und eine orthogonale Transformation zum Ausführen einer dreidimensionalen orthogonalen Transformation von vertikal (m/2) Punkten × horizontal n Punkten × Zeit auf Signalen in jedem Halbbild.

13. Decodiervorrichtung nach Anspruch 12, bei der die orthogonale Transformationseinrichtung eine erste Neuordnungseinrichtung (41) zum Neuordnen des Eingangssignals, eine erste Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung (43) zum Ausführen einer Multiplikations- und Schmetterlingsberechnung oder Addition und Subtraktion von Daten auf einem Ausgangssignal der ersten Neuordnungseinrichtung, eine erste Schmetterlings-Berechnungseinrichtung (45) zum Ausführen einer Schmetterlingsberechnung auf einem Ausgangssignal der ersten Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung, eine zweite Neuordnungseinrichtung (41) zum Neuordnen eines Ausgangssignals der ersten Schmetterlings-Berechnungseinrichtung, eine zweite Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung (49) zum Ausführen einer Multiplikations- und Schmetterlingsberechnung auf einem Ausgangssignal der zweiten Neuordnungseinrichtung, eine zweite Schmetterlings-Berechnungseinrichtung (51) zum Ausführen einer Schmetterlingsberechnung auf einem Ausgangssignal der zweiten Multiplikations- und Schmetterlings-Berechnungseinrichtung und eine dritte Neuordnungseinrichtung (53) zum Neuordnen eines Ausgangssignals der zweiten Schmetterlings-Berechnungseinrichtung umfaßt und entweder eine Achtpunkt inverse Kosinustransformation oder eine zweidimensionale Vierpunkt inverse Kosinustransformation durchgeführt wird, indem Neuordnungsfolgen der ersten, zweiten und dritten Neuordnungseinrichtung und Multiplikationskoeffizienten der ersten und zweiten Multiplikations- und Schmetten ings-Berechnungseinrichtung durch ein externes Umschaltsignal umgeschaltet werden.