DE69123705T2

DE69123705T2 - Verfahren zur Kompression von bewegten Bildsignalen nach dem Zeilensprungverfahren

Info

Publication number: DE69123705T2
Application number: DE69123705T
Authority: DE
Inventors: Motoharu Ueda; Yasuhiro Yamada
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-10-30
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2011-10-31
Also published as: US5175618A; EP0683615B1; KR920009234A; HK1000752A1; EP0484140A3; EP0484140A2; KR950011200B1; DE69131257T2; DE69131257D1; EP0683615A1; EP0484140B1; DE69123705D1; HK1000794A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompression von (digitalen) bewegten Bildern, die nach dem Zeilensprung-Verfahren verarbeitet wurden, und betrifft speziell ein vorteilhaftes prädiktives Codierungsverfahren für Bildsignale in Speichersystemmedien.
Das in Figur 1 gezeigte Interframe-Prädiktionscodierverfahren zur Bewegungskompensation ist als ein wirksames Verfahren zur Kompression bewegter Bilder (Signale) bekannt.
Dieses Verfahren ermittelt ein Bewegungsausmaß (einen Bewegungsvektor) zwischen einem Eingangsbild und einem Vergleichsbild und subtrahiert vom Eingangsbild das Prädiktionsbild, das vom Vergleichbild um den Bewegungsvektor verschoben worden ist, und codiert diesen Fehlerwert und den Bewegungsvektor.
Es sind verschiedene Prädiktionstechniken in den beiden IEEE Transactions On Communications Band Com-33 Nummer 12, Dezember 1985 "Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid predictive/Transform Coding" und Band Com-29 Nummer 12, Dezember 1981 "Interfield Hybrid Coding of Component Color Television Signals" abgehandelt. Die erstgenannte Offenbarungsstelle vergleicht auch Orts- und Transformationsdomänencodierung für verschiedenen Prädiktionsschemata. Die Prädiktionsverfahren dieser Offenbarungsstellen sind jedoch für die vorliegende Erfindung von geringer Relevanz, da die Erfindung damit befaßt ist, welche der Teilbilder oder Fields bei der Prädiktion zu verwenden sind, statt mit dem tatsächlichen Prädiktionsverfahren.
Der Bewegungsvektor wird im allgemeinen unter Verwendung des Blockvergleichs- oder Übereinstimmungsverfahrens ermittelt. In diesem Verfahren ist ein zu verarbeitendes Bild vorteilhafter Weise ein Vollbild oder Frame-Bild, das nicht nach dem Zeilensprung-Verfahren behandelt wurde. Liegt eine Detektion eines Bewegungsvektors bezüglich eines Vollbildes vor, das noch zeilenversprungen ist, dann erhöht der Einfluß eines zeitlichen Unterschiedes zwischen zwei Fields oder Teilbildern, der ferner aus dem Zeilensprung-Verfahren resultiert, die Hochfrequenzkomponente in der vertikalen Richtung des Vollbildes und reduziert die Korelation in der vertikalen Richtung zwischen Eingangsbild und Vergleichsbild. Infolgedessen nimmt die Genauigkeit bezüglich des detektierten Bewegungsvektors ab, wodurch der Fehlerwert zwischen Eingangsbild und Prädiktionsbild zunimmt.
Ist das zu verarbeitende Bild ein Zeilensprung-Bild, ist es hierzu bekannt, daß das Verfahren der Erzeugung eines nicht dem Zeilensprung-Verfahren unterworfenen Vollbildes aus zwei Teilbildern (Halbbildern) und der Detektion des Bewegungs- vektors bezuglich dieses Vollbildes und die Ausführung der prädiktiven Codierung eine Verschlechterung der Genauigkeit des Bewegungsvektors verhindert.
Die Verfahren zur Erzeugung eines Vollbildes, das nicht zeilenversprungen ist, entsprechen einem Verfahren, bei dem ein Vollbild einfach durch Interpolation eines Teilbildes erzeugt wird, entsprechen ferner einem Verfahren gemäß Fig. 2, das eine Bewegungsregion und eine bewegungsfreie oder Stehbildregion aus beiden Teilbildern schließt und dann ein Anwendungsvoll- bild dadurch erzeugt, daß beide Teilbilder in der bewegungs- freien Region "festgeklebt" werden und eines der Teilbilder in die Bewegungsregion eingefügt wird.
Im Verfahren, bei dem ein Vollbild durch Interpolation eines Teilbildes erzeugt wird, verschlechtert sich die Auflösung in vertikaler Richtung des erzeugten Vollbildes um die halbe Güte oder Qualität der Bildausfälle bzw. Bildabfälle. Darüberhinaus wird im Verfahren, bei dem die Bewegungsregion und die bewegungsfreie Region beurteilt werden und ein Vollbild verwendbar erzeugt wird, die Korelation in der vertikalen Richtung des Vollbildes in Folge der Einfügung ungeeigneter Bildelemente reduziert, wenn zwischen den beiden Teilbildern keine exakte Extraktion der bewegungsfreien und Bewegungsbereiche vorliegt, und die Genauigkeit des Bewegungsvektors nimmt stark ab und die Prädiktionseffizienz verschlechtert sich.
Um ferner eine Störung in Zeilensprungbildern an sich zu vermeiden, ist das Verfahren gemäß Figur 3 vorgeschlagen worden, bei dem die beiden Teilbilder ungerader Nummern und gerader Nummern vollständig separat gehandhabt werden. In diesem Verfahren besteht keine Verschlechterung des Auflösungsgrades in vertikaler Richtung und daher gibt es auch keine Verschlechterung der Genauigkeit des Bewegungsvektors, jedoch besteht der Nachteil, daß die separate Verarbeitung für die Teilbilder die Ausnutzung der Korelation zwischen den jeweiligen Teilbildern verhindert.
Die US-A-4546386 offenbart ein Verfahren zum Codieren, dem die obigen Probleme anhaften. Während eine Auswahl zwischen Interframe-, Interfield- und Intrafield-Codierung getroffen wird, ignoriert jedes Verfahren entweder die Korelation zwischen den Teilbildern (Fields) oder führt Komponenten in vertikaler Richtung ein.
Im übrigen ist es, wenn eine Aufzeichnung und Wiedergabe einer Bildinformation, die eine prädiktive Codierung durchlaufen hat, auf und von einem Speichermedium erfolgen, erforderlich, Bildsignale vorzusehen, die bei den jeweils erforderlichen Intervallen einen Bezug darstellen können, um so eine funktionswirksarne Ausführung eines wahlfreien Zugriffs, einer Suche oder dergleichen zu gewährleisten.
Bezüglich nicht dem Zeilensprung-Verfahren unterzogenen Bildsignalen hat die MPEG (Moving Picture Expert Group) Standards vorgeschlagen, für die Standardisierungsuntersuchungen im ISO IEC JTC1/SC2/WGB ausgeführt wurden,und zwar in Form eines Verfahrens für eine Interframe-Prädiktionscodierung für Speichersystemmedien.
Figur 4 ist eine Ansicht, die die Codiersequenz des MTEG- Standardvorschlags beschreibt.
Dieser MPEG-Standardvorschlag legt ein Vollbild (Frame) 1 fest, das als Bezug genommen wird, und zwar bei jedem erforderlichen Vollbildintervall und dieses Bezugsvollbild 1 wird als Grundlage zum Festlegen von Unterbezugsvollbildern für alle Vollbildnummern M verwendet (wobei M eine natürliche Zahl ist)
Das Bezugsvollbild 1 führt eine Intraframe-Codierung aus.
Das Unterbezugsvollbild P führt eine Interframe-Prädiktion in der einzigen oder in eine Richtung vom vorhergehenden Bezugsvollbild I oder dem vorhergehenden Teil- oder Unterbezugsvollbild P aus.
Das andere Vollbild B führt eine Vollbild-Prädiktion oder Frame-Prädiktion in beiden Richtungen von den P Vollbildern oder den I Vollbildern auf beiden Seiten durch.
Figur 5 ist ein Blockschaltbild einer Codiervorrichtung des MPEG-Standardvorschlags.
Diese Codiervorrichtung 1 umfaßt einen Vollbildspeicher 3, der digitale Bildsignale 2a speichert, die nicht dem Zeilensprung-Verfahren unterzogen sind und die einem Eingangsanschluß 2 zugeführt sind, ferner eine Subtraktionseinrichtung 4, die Prädiktionsfehlersignale 4a erzeugt, eine diskrete Cosinus-Transformationsschaltung 5, die eine diskrete Cosinus-Transformation bezüglich der Prädiktionsfehlersignale 4a ausfuhrt und einen Transformationskoeffizienten ausgibt, eine Quantisierer 6, der einen Koeffizienten verwendet, der eine erforderliche Wichtung aufweist, um einen Transformationscoeffizienten 5a zu quantisieren, einen Codierer 7 mit variabler Länge, der einen Bewegungsvektor zusammen mit einem quantisierten Ausgangssignal 6a sowie Information 9a codiert, die sich auf die Berechnungsbedingungen bezieht, eine lokale Decodiereinrichtung 8, eine Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 9, eine Bewegungsvektor-Detektorschaltung 10 und Vollbildspeicher 11 und 12 für die Vorwärts- und rückwärtige Richtung.
Die lokale Decodiereinrichtung 8 ist mit einer Addiereinrichtung 15, einer inversen diskreten Cosinus-Transformationsschaltung 14 und einem inversen Quantisierer 13 ausgestattet, um so die prädiktiven Fehlersignale 4a zu decodieren.
Die eingegebenen digitalen Bildsignale 2a werden im Vollbildspeicher 3 gespeichert.
Die Bildsignale des Bezugsrahmens 1 werden, so wie sie sind, der diskreten Cosinus-Transformationsschaltung 15 zugeführt, unterliegen der diskreten Cosinus-Transformation, und die jeweiligen transformierten Koeffizienten 5a werden im Quantisierer 6 quantisiert, vom Codierer 7 variabler Länge codiert und als codierte Daten 7a ausgegeben.
Das guantisierte Ausgangssignal 6a wird von der lokalen Decodiereinrichtung 8 decodiert. Diese decodierten Bildsignale 8a werden im Vorwärtsrichtung-Vollbildspeicher 11 oder Rückwärtsrichtung-Vollbildspeicher 12 gespeichert.
Liegen andererseits Bildsignale eines Teilbezugsvollbildes P und eines weiteren Vollbildes B vor, ermittelt die Bewegungsdetektorschaltung 10 den Bewegungsvektor 10a zwischen Bildsignalen dieses Vollbildes und den codierten Bild- signalen 11a und 12a, die im Vorwärtsrichtung- Vollbildspeicher 11 und dem Rückwärtsrichtung-Vollbildspeicher 12 gespeichert sind.
Der Bewegungsvektor 10a wird unter Verwendung beispielsweise des Blockvergleichverfahrens detektiert, es kann jedoch auch irgendein anderes Verfahren angewandt werden.
Das Vollbild, für das der Bewegungsvektor 10a ermittelt worden ist, wird einer Interframe-Bewegungskompensationsprädektion unterzogen, die von der Interframe-Bewegungskompen sations-Prädiktionsschaltung 9 ausgeführt wird, und Bewegungskompensations-Prädiktionbildsignale 9b werden erzeugt.
Liegt ein Teilbezugsvollbild P vor, werden die Bildsignale des Vollbildes 1 (oder P), die im Vorwärtsrichtungs- Vollbildspeicher 11 gespeichert sind, als Grundlage für die Ausführung der Bewegungskompensations-Prädiktion in Vorwärtsrichtung verwendet.
Wenn ein weiteres Vollbild B vorliegt, werden die beiden Arten von Vollbildsignalen, die im Vorwärtsrichtungs-Bildspeicher 11 und dem Rückwärtsrichtungs-Bildspeicher 12 gespeichert sind, als Grundlage für die Bewegungskompensationsprädiktion für die drei Arten von Prädiktionsverfahren einer Vorwärtsrichtungs-, einer Rückwärtsrichtung-, und Vorwärts- und Rückwärtsrichtungs- Interpolationsprädiktion verwendet und es wird das optimale Prädiktionsverfahren selektiert.
Die Prädiktionfehlersignale 4a zwischen den Bewegungskompensations-Prädiktionsbildsignalen 9b, die von der Schaltung 9 zur Interframe-Bewegungskompensationsprädiktion ausgegeben werden, und die Bildsignale jeder der Eingangsvollbilder P und I werden durch die diskrete Cosinus- Transformationsschaltung 5 verarbeitet, den Quantisierer 6 und den Codierer 7 variabler Länge und zwar auf dieselbe Weise wie für das zuvor erläuterte Bezugsvollbild 1, und die codierten Daten 7a werden ausgegeben.
Ferner werden bezüglich eines Teilbezugsvollbildes P das Prädiktionsbild 9b und die Ausgangssignale der inversen Cosinus-Transformationsschaltung 14 von der Addierschaltung addiert, wobei die Konfiguration so ist, daß die decodierten Bildsignale 8a, die gewonnen werden, im Vorwärtsrichtung-Vollbildspeicher 6 oder Rückwärtsrichtung-Vollbildspeicher 12 gespeichert werden.
Jedoch legt der zuvor erläuterte MPEG-Standardvorschlag nicht dem Zeilensprung-Verfahren unterzogene Bildsignale als seinen Gegenstand zu Grunde und daher treten Probleme dahingehend auf, wie weiter unten erläutert wird, wenn ein solches Codierverfahren für die Verarbeitung von Zeilensprung-Bildsignalen eingesetzt wird.
Wenn jedes Teilbild eines Zeilensprung-Bildes überlappt und als ein Frame oder Vollbild gehandhabt wird, steigert zunächst einmal der Einfluß der Zeitdifferenz zwischen den beiden Teilbildern die Hochfrequenzkomponente in der vertikalen Richtung des Vollbildes und reduziert die Codiereffizienz durch eine Intraframe-Codierung.
Darüberhinaus wird bei der Interframe-Prädiktionscodierung die Korelation in der vertikalen Richtung auf dieselbe Weise abnehmen und selbst wenn eine Bewegungskompensation erfolgt, liegen unterschiedliche Bewegungsausmaße zwischen den Frames zweier Teilbilder im Fall eines Zoomens und dergleichen vor und so nimmt die Prädiktionseffizienz der Folge einer nachteiligen Beeinträchtigung des Bildes stark ab.
Wenn das in Figur 3 gezeigte Verfahren bezüglich der Interframe-Prädiktion angewandt wird, liegt eine Codierung von Prädiktionswerten zwischen Frames oder Vollbildern für beide Paare ungerader Teilbilder und Paare gerader Teilbilder vor und zwei Teilbilder in einem Vollbild, für die die Intraframe-Codierung erfolgt ist, werden jeweils individueller für sie erfolgender Intrafield-Codierung unterzogen.
In diesem Fall liegt keine Verschlechterung des Auflösungsgrades in vertikaler Richtung des Vollbildes vor und es tritt auch kein Verlust an Prädiktionsgenauigkeit zwischen Vollbildern auf, da jedoch eine separate Verarbeitung für die Teilbilder vorliegt, ist es nicht möglich, die Korelation zwischen den jeweiligen Teilbildern auszunutzen, und es besteht speziell der Nachteil, daß die Informationsmenge bei der Intraframe-Codierung zunimmt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Gegenstand dieser Erfindung, ein Verfahren zur Kompression bewegter Bildsignale anzugeben, das einen optimalen Bewegungsvektor aus Teilbildern (Fields) für Vollbilder (FrameImages) auswählt und eine bewegungskompensierende prädiktive Codierung derart ausführt, daß die Korealtion zwischen Teilbildern effektiv bei der Durchführung der Kompression für eine Informationsmenge ausgenutzt wird, und so daß es möglich ist, die Codierung für Zeilensprung- Bilder in effizienter Weise auszuführen.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
Um den oben dargelegten Gegenstand zu erzielen, ist das Verfahren zur Kompression bewegter Bildsignale nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Kompressionsverfahren für bewegte Zeilensprung-Bilder und teilt ein Eingangsvollbild (FrameImage) in Eingangsteilbilder (Field- Images), unterteilt ein Vergleichvollbild entsprechend diesem Eingangsvollbild in Vergleichsteilbildern und detektiert einen Bewegungsvektor des Eingangsteilbildes bezüglich dieser Vergleichsteilbilder und macht einen extrahierten Bewegungsvektor, der kleiner als der Wert zur Auswertung oder Bewertung eines Prädiktionsfehlers ist, zum Bewegungsvektor für die bewegungskompensierende Prädiktionscodierung.
Ferner sieht die Erfindung auch ein Kompressionsverfahren für bewegte Zahlensprung-Bilder wie oben dargelegt vor, in welchem ein Wert in der vertikalen Richtung eines Bewegungs vektors eines Eingangsteilbildes bezüglich eines Vergleichsteilbildes als ein Bewegungsvektorwert eines Vergleichsvollbildes und eines Eingangsvollbildes eines Vollbildes codiert wird, das dem Zeilensprungverfahren unterworfen war.
Desweiteren sieht die vorliegende Erfindung auch ein Kompressionsverfahren für bewegte Bilder, die dem Zahlensprungverfahren unterzogen waren, gemäß obiger Darlegung vor, in welchem ein Wert in vertikaler Richtung eines Bewegungsvektors eines Eingangsteilbildes bezüglich eines Vergleichsteilbildes mit zwei multipliziert wird und unter Hinzufügung eines Identifikationsinformations-Bits codiert wird, das identifiziert, ob das geringstwertige Bit dieses Werts ein Vektor von einem ungeraden Bild oder ein Vektor von einem geraden Bild (von einem Bild mit ungerader bzw. mit gerader Nummer ist).
Im Kompressionsverfahren für bewegte Zeilensprung-Bilder gemäß obiger Darlegung wird jedes Vergleichsteilbild, das durch Unterteilen eines Vergleichsvollbildes in einige Teilbilder entstanden ist, jeweils mit einem Eingangsteilbild, das ebenfalls durch Unterteilung entstanden ist, verglichen und es wird der optimale Vektor aus Bewegungsvektoren ausgewählt, die aus Vergleichsteilbildern, welche verglichen werden, ermittelt werden, und der optimale ermittelte und selektierte Vektor wird als die Grundlage für die bewegungskompensierende Prädiktionscodierung herangezogen.
Wie oben dargelegt, wird im erfindungsgemäßen Kompressionsverfahren für bewegte Zeilensprung-Bilder nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein optimaler Bewegungsvektor aus den jeweiligen Teilbildern in einem Vollbild ausgewählt und die bewegungskompensierende prädiktive Codierung wird so ausgeführt, daß es möglich ist, Störungen und Hindernisse in der Zeitrichtung infolge des Zeilensprungverfahrens zu vermeiden, und so, daß die Korrelation zwischen Teilbildern effektiv ausgenutzt wird, und auch so, daß eine Decodierung dadurch möglich ist, daß das Bewegungsausrnaß als ein Zeilensprung- Vollbild mit dem Vektorwert und ohne die Übertragung von Modussignalen, die die Teilbildzahl anzeigen, codiert wird, wodurch eine Codierung variabler Länge ausführbar ist und eine hohe Informationsmengenkompression möglich ist.
Um die weiter oben erläuterten Probleme zu beseitigen, ist ein Prädiktionscodierungsverfahren für Zeilensprung-Bildsignale nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Prädiktionscodierverfahren für Zeilensprung-Bildsignale, das ein Vollbild für jeweils zwei Teilbilder bildet und ein Bezugsvollbild für jedes vorbestimmte Interframe-Intervall festlegt, wobei ferner die Teilbildsignale eines der Bezugsvollbild-Bildsignale einer Intrafield-Codierung unterzogen werden, die durch Verknüpfung innerer oder interner Teilbilder ausgeführt wird, während die anderen Teilbild- Signale einer Interfield-Codierung auf der Grundlage von Signalen unterzogen werden, welche einer Codierverarbeitung für das andere Teilbildsignal oder die Bildsignale davon unterzogen werden, während das andere Vollbildsignal einer Interframe-Codierung auf der Grundlage von Teilbildsignalen unterzogen wird, die dem Bezugsvollbild entsprechen, das entweder vor oder nach ihnen kommt, oder solchen Signalen, die einer Codierverarbeitung unterzogen worden sind.
Ferner kann aus praktischen Gründen die Entscheidung darüber, ob das andere Teilbild vom Bezugsvollbild einer Intrafield-Codierung oder Interfield-Codierung zu unterziehen ist, entsprechend der Größe des Prädiktionsfehlers in der Interfield-Codierung getroffen werden.
Die Ausführung der Intrafield-Codierung für die Signale eines der Teilbilder des Bezugsvollbildes und die Durchführung der Interfield-Codierung für das andere der Signale der Teilbilder ermöglichen die Reduktion der Codierrnenge der Bild- signale des Bezugsvollbildes.

KURZBESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN

In den beiliegenden Figuren zeigen
Figur 1 eine Ansicht, die ein Blockschaltbild eines bewegungskompensierenden Interframe-Prädiktionscodierverfahrens nach einem ersten konventionellen Beispiel zeigt;
Figur 2 eine skizzenhafte Darstellung, die das Verfahren zur Erzeugung eines Anwendungsvollbildes mit einer bewegungsfreien oder Standbildregion und einer bewegten Region entsprechend einem zweiten konventionellen Beispiel zeigt;
Figur 3 ein Blockschaltbild, das ein Verfahren der Bewegungskompensation durch Unterteilung in ungerade Teilbilder und gerade Teilbilder und nach einem dritten konventionellen Beispiel zeigt;
Figur 4 eine Ansicht, die den Codierungssytax des MPEG Standardvorschlags nach einem vierten konventionellen Beispiel beschreibt;
Figur 5 ein Blockschaltbild einer Codiervorrichtung des MPEG Standardvorschlags des vierten konventionellen Beispiels;
Figur 6 eine schematische Darstellung in Blockform, die ein dem Zeilensprungverfahren unterzogenes bewegtes Bild nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figuren 7a und 7b schematische Darstellungen, die das Kompressionsverfahren des Figur 6 beschreiben;
Figur 8 ein Blockschaltbild, das eine Codierschaltung für Bewegungskompensationsprädiktion als ein spezielles Beispiel des Kompressionsverfahrens der Figur 6 zeigt;
Figuren 9a und 9b Blockschaltbilder, die jeweils einen Schaltungsabschnitt zur Bewegungsvektorcodierung der Schaltung der Figur 8 bzw. eine entsprechende Decodierschaltung zeigen;
Figur 10 ein Blockschaltbild, das das Konzept des Prädikationscodierverfahrens für das Zeilensprungbewegungsbild entsprechend am zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 11 eine Ansicht, die den Codierungssytax gemäß dem ersten Beispiel für den Fall zeigt, daß das in Figur 10 gezeigte Prädiktionscodierverfahren auf den Standardvorschlag des MPEG Verfahrens angewandt wird;
Figur 12 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Codiervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wobei das Codierverfahren des ersten Beispiels im zweiten Ausführungsbeispiel angewandt ist und auf das MPEG Verfahren angewandt wird;
Figur 13 eine Ansicht, die den Codierungssyntax nach dem zweiten Ausführungsbeispiel beschreibt und sich auf die Anwendung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung bezieht;
Figur 14 ein Blockschaltbild, das den Aufbau der Hauptteile der Codiervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt, welche das Prädiktionscodierverfahren mit Bezug auf das zweite Beispiel der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung realisiert;
Figur 15 ein Blockschaltbild, das die Auslegung der Hauptteile der Codiervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt, das das Prädiktionscodierverfahren mit Bezug auf das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung realisiert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Im folgenden wird eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des Kompressionsverfahrens für bewegte Zeilensprung-Bilder nach der vorliegenden Erfindung (im folgenden der Einfachheit halber nur mit Kompressionsverfahren bezeichnet) unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen angegeben.
Figur 6 ist eine schematische Darstellung in Blockform, die ein bewegtes Zeilensprung-Bild nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und die Figuren 7A und 7B sind schematische Darstellungen für das Prinzip, mit dem die Konfiguration des in Figur 6 gezeigten Kompressionsverfahrens beschrieben werden kann.
Nach den Figuren 6,7A und 7B unterteilt das Kompressionsverfahren nach dem ersten Ausführungsbeispiel ein Eingangsvollbild in Eingangsteilbilder (Teilbilder mit ungerader Zahl oder Nummer und gerader Zahl oder Nummer). Ein Vergleichsteilbild, das durch Unterteilung eines Vergleichsvollbildes in ungerade und gerade Teilbilder gewonnen wurde, wird mit dem Eingangsteilbild verglichen, das ebenfalls durch Unterteilung gewonnen wurde, und der optimale Vektor aus den Bewegungsvektoren, die aus den verglichenen Teilbildern ermittelt werden, wird detektiert und ausgewählt. Das Vergleichsteilbild der Seite, für die der detektierte und ausgewählte Vektor ermittelt worden ist, wird einer Bewegungs vektor-Codierung (variablen Längen-Codierung) zusammen mit einem Differenzwert unterzogen, wenn ein Prädiktionswert, der um den Betrag des Bewegungsvektors verschoben worden ist, vom Eingangsteilbildwert subtrahiert wird.
Im folgenden wird das bewegungskompensierende Prädiktionscodierverfahren nach dem Kompressionsverfahren der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei auf Figur 8 Bezug genommen wird, die ein Blockschaltbild einer bewegungskompensierenden Prädiktionscodierschaltung als ein spezifisches Beispiel des Kompressionsverfahrens der Figur 6 zeigt.
In Figur 8 wird ein eingegebenes bewegtes Zeilensprung- Bild, das ein Vergleichsbild und ein Eingangsbild ist, in ungeradezahlige Teilbilder und geradezahlige Teilbilder unterteilt und jeweils in einem Teilbildspeicher 21a (24a) für ungeradezahlige Teilbilder und einem Teilbildspeicher 21b (24b) für geradezahlige Teilbilder gespeichert. Dann detektieren gemäß Darstellung in den Figuren 6 und 7a die Detektorschaltung 22a für ungeradezahlige Teilbildbewegungsvektoren der nächsten Stufe und die Detektorschaltung 22b für geradezahllige Teilbildbewegungsvektoren jeweils den optimalen Bewegungsvektor unter entweder den ungeradezahligen Teilbildern oder den geradezahligen Teilbildern, die für den Vergleich vorgesehen sind, und den Teilbildern, die eingegeben worden sind. Der Bewegungsvektor wird beispielsweise unter Verwendung des Blockübereinstimmungsverfahrens ermittelt.
Die bezüglich der jeweiligen Vergleichsteilbilder ermittelten Bewegungsvektoren werden in der nächsten Stufe, der Detektorschaltung 23 für den optimalen Vektor so verarbeitet, daß ihre Auswerte- oder Bewertungswerte für den Fehler bei Detektion verglichen werden,und der Vektor, der den geringsten Fehler oder die geringste Abweichung zeigt, als der ermittelte optimale Bewegungsvektor ausgewählt wird. Dann liest die bewegungskompensierende Interfield- Prädiktionsschaltung 25 die Vergleichsbilddaten an einer Position aus, die aus der Ortspostition des Eingangsteilbildes um den Betrag des Bewegungsvektors verschoben worden ist, und zwar mittels der Speicher 24a, 24b der Teilbilder der Seite für die der ausgewählte Bewegungsvektor ermittelt worden ist, und codiert die Ausgangswerte des differenziellen Werts mit dem Eingangsbild zusammen mit dem Bewegungsvektor. Die Interfield-Prädiktionsschaltung 25 mit Bewegungskompensation weist entsprechend Figur 1 und der konventionellen Art und Weise entsprechend einen Differenziator 26, einen Quantisierer 27, einen Codierer 28, einen inversen Quantisierer 29 und einen Addierer 30 auf.
Zu diesem Zeitpunkt werden Bewegungsvektoren, die als die optimalen Bewegungsvektoren ausgewählt wurden, bezüglich der jeweiligen Blöcke detektiert, die durch Unterteilung des Bildinneren in zweidimensionale Blöcke (von beispielsweise 8 mal 8 Bildelementen) gewonnen wurden, und gemäß Darstellung in Figur 7A werden zwei Informationsteilstücke der Vektorwerte, die für jeden Block detektiert sind (und als die zweidimensionalen Vektoren in horizontaler Richtung und vertikaler Richtung ausgedrückt werden) so wie auch Modussignale, die anzeigen, auf welches Teilbild der Vekorwert zurückgeht, detektiert.
Für den Fall, daß die Vektorwerte zwischen aneinandergrenzenden Blöcken übereinstimmen, tendieren sie zu angenähert derselben Richtung und der Differentialwert dieser benachbarten Blöcke konvergiert auf einen Wert nahe 0. Ferner kann die Informationsmenge im Fall einer variablen Längencodierung um ein erhebliches Ausmaß komprimiert werden. Jedoch gestatten die Modussignale keine ausreichende Kompression der Informationsmenge, da nur eine geringe Korelation der angrenzenden Werte vorliegt.
Hier wird gemäß Darstellung in Figur 78 der Vektorwert als ein Bewegungsvektor an einer räumlichen Position des Vollbildes im zeilenversprungenen Zustand ausgedrückt. Fall dies erfolgt, können der Bewegungsvektorwert und die Modussignale ohne Codieren der Modussignale decodiert werden. Die Figuren 9A und 9B zeigen ein Beispiel für eine Codierschaltung 31 und Decodierschaltung für den Bewegungsvektor.
Gemäß Figur 9A werden der Codierschaltung der Vektorwert (Vx, Vy) entsprechend der Teilbildortsposition, die Signale I (ausgedrückt als 1-Bit beispielsweise unter Verwendung von "1" falls ein ungeradezahliges Teilbild vorliegt, oder "0" falls ein geradezahliges Teilbild vorliegt), die die Art des Teilbildes des Eingangsteilbildes anzeigen, und die Modussignale M zugeführt (ausgedrückt als 1-Bit beispielweise unter Verwendung einer "1", falls ein ungeradezahliges Teilbild vorliegt oder einer "0", falls eine geradezahliges Teilbild vorliegt), welche anzeigen, von welchem Teilbild der Vektorwert resultiert. Der vertikale Richtungswert Vy des Vektorwerts wird mit zwei mulitpliziert (d.h. unterliegt einer Verarbeitung durch die linksseitige Verschiebungsschaltung 32 zur Verschiebung des Werts nach links), und dieser Ausgangswert wird im Addierer 34 zum Kompensationswert addiert, der durch Berechnung der Signale I und der Modussignale M in der Vollbildrelativpositions-Korrekturschaltung 33 ausgegeben wird, um Vfy bereitzustellen, und gemäß Darstellung in den Figuren 7A und 7B ist der Ausgangswert ein Vektorwert in vertikaler Richtung und entspricht der Vollbildortsposition. Das Zeilensprungverfahren wird bezüglich der vertikalen Richtung ausgeführt und so wird der Vektorwert Vx in horizontaler Richtung als der Vektorwert in horizontaler Richtung ausgegeben und entspricht der Vollbildortsposition, so wie sie ist.
Ferner werden bei der Berechnung in der Vollbildrelativpositions-Korrekturschaltung 33, wenn dieselbe Teilbildortsposition für ungeradezahlige Teilbilder und die geradezahligen Teilbilder an der Vollbildortsposition verglichen wird, die ungeradezahligen Teilbilder eine Zeile höher in vertikaler Richtung gesetzt als die geradezahligen Teilbilder, wobei so eine Korrektur der Relativposition durch das Ausgangssignal (I-M) ermöglicht wird.
Ferner wird gemäß Figur 9B in die Teilbildrelativposi tions-Decodierschaltung 35 der Decodierschaltung der Vektorwert Vfy der Vertikalrichtung und entsprechend der Vollbildortsposition zugeführt, und die Schaltung 35 führt eine Berechnung für das Signal F (=1) durch, das anzeigt, welches Teilbild das Teilbild ist, welches mit diesem Vektorwert decodiert ist, und es werden das Modussignal M* und der Vektorwert Vy* in vertikale Richtung und entsprechend der Teilbildortsposition decodiert und ausgegeben.
Ferner werden Vy* und M* durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt:
M* abs((Vfy-F)mod2)
(wobei abs dem Absolutwert entspricht, und mod2 dem Rest nach Division durch 2),
Vy* = (Vfy+M*-F)/2.
Bei der Codierung des Bewegungsvektors auf diese Weise tendieren die Bewegungsvektorwerte, die als die Vollbildortpositionen korrigiert werden, in eine Richtung, die im wesentlichen gleich ist, wenn der Decodiergegenstand zwischen benachbarten Blöcken derselbe ist, und der Differenzialwert zwischen aneinander grenzenden Objekten konvergiert auf einen Wert nahe null. Folglich ist es möglich, bei variabler Längencodierung eine Informationskompression um ein großes Ausmaß zu erzielen, und es ist auch möglich, auf der Decodierseite zu beurteilen, von welchem Teilbild der Bewegungsvektor herrührt, und zwar ohne die Verwendung der Modussignale.
Bei der konventionellen Ausführung der Kompensationsprädiktionscodierung bezüglich Zeilensprung-Bilder wurde entweder ein Rahmen, der nicht zeilenversprungen war, mit zwei Teilbildern erzeugt und es wurde der Bewegungsvektor bezüglich dieses Vollbildes detektiert und es erfolgte eine Prädiktionscodierung, oder die Prädiktionscodierung wurde so ausgeführt, daß Teilbilder behandelt wurden, die vollständig getrennt waren. Demgegenüber selektiert, wie weiter oben im Detail erläutert, das Kompressionsverfahren eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung einen optimalen Bewegungsvektor von jeweiligen Vergleichsteilbildern und bezüglich Eingangsteilbildern und führt eine bewegungskompensierende Prädiktionscodierung so durch, daß es möglich ist, Störungen und Hindernisse in der Zeitrichtung zu vermeiden, die auf die Anwendung des Zeilensprungverfahrens zurückgehen, und daß es darüber hinaus möglich ist, die Korrelation zwischen Teilbildern effektiv auszunutzen.
Darüberhinaus konnten die Modussignale, die anzeigen, welches Teilbild selektiert worden war, keine ausreichende Kompression der Informationsmenge ermöglichen, da die Korrelation für benachbarte Elemente gering war, jedoch ist es möglich, eine Decodierung ohen Übertragung von Modussignalen dadurch zu erzielen, daß der Vektorwert als Bewegungsausmaß oder Bewegungsbetrag für die Zeilensprungbilder-Vollbilder ausgedrückt wird, und so ist es möglich, durch eine Ausführung einer variablen Längencodierung eine Kompression der Informationsmenge um ein großes Ausmaß zu erzielen.
Darüberhinaus wird im oben detailliert erläuterten Ausführungsbeispiel der Vektorwert als Bewegungsbetrag oder Bewegungsausmaß als eine Vollbildortsposition ausgedrückt, selbst wenn jedoch der Vektorwert in vertikaler Richtung der Teilbildortsposition mit zwei multipliziert wird und ein Modussignal an das geringstwertige Bit angefügt wird und zu einem Bewegungsvektorwert gemacht wird, tritt kein Verlust in der Nachbar-Korrelation des Vektorwerts auf und es ist möglich, eine ausreichende Kompression der Informationsmenge zu erzielen.
Im folgenden werden ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert.
Figur 10 ist ein Blockschaltbild, das das Konzept des Prädiktionscodierverfahrens für bewegte Zeilensprung-Bilder nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bezüglich der Zeilensprung-Bildsignale, die aus ungeradezahligen Teilbildern und geradezahligen Teilbildern ein Vollbild bilden, umfaßt das Codierverfahren der Erfindung, daß Bildsignale jedes Teilbildes im Vollbild unter Ausführung einer Intervollbild-Prädiktionscodierung für das Teilbild im anderen Vollbild verarbeitet werden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsvollbilder, die für jedes vorbestimmte Interval zwischen Vollbildern festgelegt werden, für die Bildsignale eines Teilbildes (beispielsweise eines ungeradezahligen Teilbildes) einer Intrafield-Codierung unterzogen werden und die Teilbilder für ein Teilbild (wie ein geradezahliges Teilbild) einer Interfield-Codierung unterzogen werden.
Figur 11 ist eine Ansicht, die das Codiersyntax gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für den Fall zeigt, daß die in Figur 10 gezeigte Prädikitonscodierung auf den Standardvorschlag dem MPEG Verfahrens angewandt wird.
In der Figur bedeutet IS ein Bezugsteilbild eines Bezugsrahmens und die Bildsignale dieses Bezugsteilbildes IS unterliegen einer Intrafield-Codierung, die die Codierung innerhalb dieses Teilbildes verknüpft.
PS ist ein weiteres Teilbild eines Bezugsvollbildes und die Bildsignale dieses Teilbildes PS werden durch das Bezugsteilbild IS und die Interfield-Prädiktion codiert.
Der große Buchstabe P bezeichnet ein Unterbezugsteilbild und die Bildsignale dieses Unterbezugsteilbildes P werden durch Interframe-Prädiktion der Teilbilder IS und PS entsprechend dem vorhergehenden Bezugsvollbild codiert.
Das andere Teilbild B wird durch Anwenden der Interframe- Prädiktion in optimaler Richtung codiert und unter Verwendung eines der drei Verfahren Vorwärtsrichtungs-, Rückwärtsrichttungs- und Vorwärts- und Rückwärtrichtungsprädiktion hinsichtlich Teilbildern entsprechend den Bezugsteilbildern IS, PS oder dem Unterbezugsteilbild P entweder zeitlich vor oder nach diesem Teilbild B.
Figur 12 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Codiervorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt und dem das Codierverfahren des ersten Beispiels, angewandt auf das zweite Ausführungsbeispiel und das MPEG Verfahren unter liegt.
Die Codiervorrichtung 40 nach dem ersten Ausführungsbeispiel umfaßt einen Teilbildspeicher 43a für ungeradezahlige Teilbilder und einen Teilbildspeicher 43b für geradezahlige Teilbilder, die zeitweise digitale Zeilensprung-Bildsignale 42a speichern, die dem Eingangsanschluß 42 zugeführt werden. Eine Teilbildsignal-Auswahleinrichtung 44 selektiert eines der ausgelesenen Ausgangssignale des Speichers 43a für ungeradezahlige Teilbilder und des Speichers 43b für geradzahlige Teilbilder, eine Subtrahiereinrichtung 45, der die Teilbildsignale 44a und die Prädiktionsbildsignale 45a zugeführt werden, welche von der Auswahleinrichtung 44 ausgewählt werden, gibt die Prädiktionsfehlersignale 45b aus, die die Differenz zwischen den beiden zugeführten Signalen darstellen, eine diskrete Kosinustransformationseinrichtung 46 unterzieht die Prädiktionsfehlersignale 45b einer diskreten Kosinustransformation und gibt einen Transformationskoeffizienten 46a aus, ein Quantisierer 47, der einen vorbestimmten Wichtungskoeffizienten benutzt, quantisiert hiermit den Transformationskoeffizienten 46a, ein Codierer 48 für variable Längencodierung codiert den Bewegungsvektor zusammen mit dem quantisierten Ausgangssignal 47a und Information 53a, die sich auf die Berechnungsbedingungen bezieht, und gibt codierte Daten 48a aus. Ferner sind vorgesehen eine lokale Decodiereinrichtung 49, drei Arten von Bewegungsdetektorschaltungen 50, 51, 52, eine Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung, vier Teilbildspeicher 54, 55, 56, 57, die vorübergehend die decodierten Bildsignale 49a speichern, die über die lokale Decodiereinrichtung 49 decodiert werden, eine Schalteinrichtung 58, die die Zufuhrquelle der lokalen Decodiereinrichtung 39a schaltet, eine Prädiktionsbildinformations-Schaltstufe 59, die eine Umschaltung dahingehend ausführt, ob eine Information von null zugeführt wird oder ob ein Bewegungskompensations-Prädiktionsbild 53b, das von der Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 54 erzeugt wird, der Subtrahierschaltung 45 zugeführt wird, und eine Speichersteuereinrichtung 60, die eine Steuerung des Schreib/Lese-Vorgangs der Speicher 43a, 43b, 54, 55, 56 und 57 ausführt, sowie eine Steuerung für jede der Auswahl- und Schalteinrichungen.
Die lokale Decodiereinrichtung 49 ist mit einer Addiereinrichtung 63, einer inversen Kosinus-Transformationseinrichtung 62 und einem inversen Quantisierer 61 ausgestattet, um so die Prädiktionsfehlersignale 45b codieren zu konnen.
Die Teilbildsignal-Auswahleinrichtung 44, die Schalteinrichtung 58 für das decodierte Signal und die Schalteinrichtung 59 für die Prädiktionsbildinformation sind so ausgelegt, daß sie elektronische Schaltelemente wie Busauswahlschaltungen und dergleichen verwenden, um auf der Grundlage von in den Figuren nicht dargestellten Schaltsteuersignalen, die von der Speichersteuereinrichtung 60 ausgegeben werden, einen Schaltvorgang auszuführen.
Die Speichersteuereinrichtung 60 verfolgt die Zeilensprung-Bildsignale 42a, die eingegeben werden, beurteilt, ob die gerade eingegebenen Signale Signale geradezahliger Teilbilder oder ungeradezahliger Teilbilder sind und führt einen Einschreibvorgang in die entsprechenden Teilbildspeicher 43a, 43b durch sowie auch eine Verwaltung der Schreibregionen und der Auswahl, welches Vollbild als Bezugsvollbild festzulegen ist.
Um die Interframe-Prädiktion in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gemäß Figur 11 auszuführen, weisen sämtliche Teilbildspeicher 43a und 43b jeweils zumindest die Kapazität für eine Speicherung von Bildsignalen 42a der erforderlichen Anzahl von Teilbildern auf.
Werden Bildsignale des Bezugsteilbildes IS des Bezugsvollbildes verarbeitet, schaltet die Speichersteuereinrichtung 60 die Auswahleinrichtung 44 für das Teilbildsignal auf den Speicher 43a für ungeradezahlige Teilbilder und liest die Bildsignale des Bezugsteilbildes IS nach Umschalten der Schalteinrichtung 59 für die Prädiktionsbildinformation auf die Nullsignal-Seite.
Hierdurch werden die Bildsignale des Bezugsteilbildes IS unverändert der Transformationsschaltung 46 für die diskrete Kosinustransformation als die Prädiktionsfehler-Differentialsignale 45b zugeführt und es erfolgen im Quantisierer 47 und dem Codierer 48 die Quantisierung bzw. Codierung. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt die Information 53a, die dem codierten Bezugsteilbild IS entspricht, von der Interfield/Interframe- Bewegungskompensationsschaltung 53 ausgegeben.
Darüberhinaus schreibt die Speichersteuereinrichtung 60 die decodierten Signale 49a des Bezugsteilbildes IS, das von der lokalen Decodiereinrichtung 49 decodiert ist, in den Speicher 54 für ungeradezahlige Teilbilder in Vorwärtsrichtung oder den Speicher 56 für ungeradezahlige Teilbilder in Rückwärtsrichtung über die Decodiersignal-Schalteinrichtung 59 ein.
Werden die Bildsignale des anderen Teilbildes PS des Bezugsvollbildes bearbeitet, liest die Speichersteuereinrichtung 60 die Bildsignale des Bezugsteilbildes IS aus dem Speicher 43b für geradezahlige Teilbilder und führt jedes der Bildsignale der Bewegungsdetektorschaltung 51 für geradezahlige Teilbilder zu.
Die Bewegungsdetektorschaltung 51 für geradezahlige und ungeradezahlige Interfield-Bewegung verwendet die beiden Arten von Bildsignalen, die ihr zugeführt werden, als Grundlage für die Abschätzung des Bewegungsvektors 51a und gibt sie an die Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 53 aus.
Die Speichersteuereinrichtung 60 schaltet die Teilbildauswahleinrichtung 44 auf die der gezeigten Richtung entgegengesetzte Richtung um, so daß das gelesene Ausgangssignal des Speichers 43b für geradezahlige Teilbilder der Subtrahiereinrichtung 45 zugeführt wird, und so, daß das Ausgangssignal der Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 53 der Subtrahiereinrichtung 45 zugeführt wird.
Darüberhinaus liest die Speichersteuereinrichtung 60 die Bildsignale aus, die bezüglich des Bezugsteilbildes 15 decodiert worden sind, das vorab im Speicher 54 für ungeradezahlige Teilbilder und Vorwärtsrichtung und im Speicher 56 für ungeradezahlige Teilbilder und Rückwartsrichtung gespeichert worden ist, und führt die ausgelesenen Signale 54a und 54a der Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 53 zu.
Diese Schaltung 53 verwendet den Bewegungsvektor Sla als Grundlage für die Realisierung der Bewegungskompensation für Bildsignale des codierten Bezugsteilbildes und gibt die bewegungskompensierten Prädiktionsbildsignale 53b aus.
Die Subtrahiereinrichtung 45 gibt den Prädiktionsfehler zwischen dem bewegungskompensierten Prädiktionsbildsignal 53b und den Bildsignalen des anderen Teilbildes PS des Bezugsvollbildes aus, das über die Teilbildsignalauswahleinrichtung 44 zugeführt wird, und gibt die decodierten Daten 48a, aus, die der Interfield-Prädiktionscodierung durch die Transformation, Quantisierung und Codierung dieser Prädiktionsfehlersignale 45b der Interfield-Prädiktionscodierung unterzogen worden sind.
Darüberhinaus steuert die Speichersteuerschaltung 60 die Decodiersignal-Schalteinrichtung 59 und speichert die Bildsignale des Teilbildes PS, das in der lokalen Decodiereinrichtung 49 decodiert worden war, im Speicher 55 für die geradezahligen Teilbilder in Vorwärtsrichtung oder im Speicher 57 für die geradezahligen Teilbilder in Rückwärtsrichtung.
Ferner ist zu diesem Zeitpunkt die Interfield/Interframe- Bewegungskompensationsschaltung 53 so ausgelegt, daß sie Information, die sich auf den Bewegungsvektor bezieht, ausgibt, und Information, die der Interfield-Prädiktionscodierung unterzogen war, und diese Informationsgegenstände 53a werden im Codierer 48 mit variabler Längencodierung codiert.
Ist die Verarbeitung der beiden Teilbilder IS und PS des Bezugsvollbildes abgeschlossen, führt die Speichersteuereinrichtung 60 eine Codierverarbeitung für das Unterbezugsteilbild P aus.
Die Speichersteuereinrichtung 60 liest zunächst die Bildsignale des Unterbezugsteilbildes P aus dem Speicher 43a für ungeradezahlige Teilbilder und liest die decodierten Signale 54a und 55A des Bezugsteilbildes I aus dem Vorwärtsrichtungs- Speicher 54 und dem Rückwärtsrichtungs-Speicher 56 jeweils für ungeradezahlige Teilbilder aus und führt diese der Bewegungsdetektorschaltung 50 für ungeradezahlige Teilbilder zu.
Es wird dann dasselbe Verarbeitungsverfahren zur Ausführung der Interframe-Prädiktionscodierung für die Unterbezugsteilbilder der geradezahligen Teilbilder ausgeführt, und es werden solche decodierten Signale 49a im Rückwärtsrichtungs- Speicher 57 und Vorwärtsrichtungs-Speicher 55 jeweils für die geradezahligen Teilbilder gespeichert.
Im folgenden wird ein Codierverfahren für das andere Teilbild B unter Verwendung des Beispiels ungeradezahliger Teilbilder erläutert.
Die Speichersteuereinrichtung 60 liest zunächst die Bildsignale des codierten Teilbildes B aus dem Teilbildspeicher 43a für ungeradezahlige Teilbilder und liest dann die decodierten Signale des Unterbezugsteilbildes P oder des Vorwärtsrichtungs-Bezugsteilbildes 1 aus dem Speicher 54 für vorwärtsrichtung und ungeradezahlige Teilbilder. Die Interfield-Bewegungsdetektorschaltung 50 für ungeradezahlige Teilbilder gibt den Bewegungsvektor 50A mit Bezug auf das Rückwärtsrichtungsbild aus und die Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 53 speichert vorübergehend den Bewegungs vektor für die Rückwärtsrichtung.
Dann erzeugt die Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 53 Vorwärtsrichtungs-Prädiktionsbildsignale, für die die Kompensation auf der Grundlage des Bewegungsvektors von der Vorwärtsrichtung und unter Bezug auf die Bildsignale 54a erfolgte, die aus dem Speicher 54 für Vorwärtsrichtung und ungeradezahlige Teilbilder ausgelesen wurden, und speichert diese Signale vorübergehend.
Darüberhinaus erzeugt diese Schaltung 53 auch Rückwärtsrichtungs-Prädiktionsbildsignale, für die eine Kompensation auf der Grundlage des Bewegungsvektors von der Rückwärtsrichtung bezogen auf die Bildsignale 56a ausgeführt wurde, die aus dem Speicher 56 für Rückwärtsrichtung und ungeradezahlige Teilbilder ausgelesen wurden und speichert diese Signalzeitweise.Darüberhinaus erzeugt die Schaltung 53 Vorwärtsrichtungs- Prädiktionssignale, die den durchschnittlichen Pegel beispielsweise für jedes Bildelement aus zwei Prädiktionsbildsignalen für die Vorwartsrichtung und die Rückwärtsrichtung annehmen, und speichert die Prädiktionsbildsignale für beide Richtungen.
Schließlich führt die Schaltung 53 einen Vergleich zwischen den drei Arten von Prädiktionsbildsignalen für die Vorwärtsrichtung, Rückwärtsrichtung und die Vorwärts/Rückwärts(after)-Richtungen durch und die codierten Gegenstandsbildsignale, die am Eingangsanschluß 53c für das ursprüngliche Bild abgegriffen werden, und selektiert die Prädiktionsbildsignale, die die höchste Korrelation aufweisen und gibt diese zusammen mit Information aus, die sich auf den Bewegungsvektor entsprechend der Information bezieht, welche auf die ausgewählte Art Prädiktionsbild bezogen ist.
Dieselbe Codierverarbeitung wird dann für das andere ungeradezahlige Teilbild B ausgeführt.
Die Codiervorrichtung 40, die die oben beschriebene Konfiguration aufweist, beinhaltet die Funktion der Interframe- Prädiktionscodierung zwischen Paaren ungeradezahliger Vollbilder und geradezahliger Vollbilder als Grundlage sowie für Bezugsvollbilder, die für jedes vorbestimmte Bezugsintervall festgelegt werden, macht dabei ein Teilbild zum Bezugsteilbild IS und führt für dieses Bezugsteilbild IS eine Intrafield-Codierung zur Kombination der Codierung innerhalb dieses Teilbildes aus, während das andere Teilbild PS einer Interfield-Prädiktionscodierung, ausgeführt bezüglich des Bezugsteilbildes IS, unterzogen wird, so daß es aus diesem Grunde moglich ist, die Codiermenge des Bezugsvollbildes zu reduzieren.
Figur 13 ist eine Ansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel des Codiersyntax bezogen auf ein weiteres Beispiel der Anwendung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, während Figur 14 die Auslegung eines Blockschaltbildes eines zweiten Beispiels einer Codiervorrichtung als eine weitere Anwendungsmöglichkeit zeigt.
Das in Figur 13 gezeigte Codierverfahren setzt ein Bezugsvollbild für ein Vollbildintervall von 2 x M fest (wobei M eine natürliche Zahl ist) und setzt auch ein Teil- oder Unterbezugsvollbild zwischen Bezugsvollbildern fest und führt für jedes der Teilbilder S1, S2 dieses Unterbezugsvollbildes eine Vorwärts- und Rückwärtsrichtungs-Zweirichtungs-Interframe-Prädiktion für jedes der Teilbilder IS und PS der Bezugsvollbilder vor und nach diesen Teilbildern S1 und S2 durch.
Die Codiervorrichtung 70 der Figur 17 ist die Codiervorrichtung 40 des ersten Beispiels der Figur 12, wobei jedoch ein S-Vollbildspeicher 73 für geradezahlige Teilbilder und ein S-Vollbildspeicher 72 für ungeradezahlige Teilbilder hinzugefügt sind, die die decodierten Signale der Unterbezugsvollbilder S1, S2 speichern.
Darüberhinaus sind in Figur 14 die Speichersteuereinrichtung und der Eingabeabschnitt für die digitalen Zeilensprung- Bildsignale weggelassen.
Die Zeilensprung-Bildsignale werden vom nicht dargestellten Eingangsanschluß jeweils dem Speicher 43a für die ungeradezahligen Teilbilder und dem Speicher 43b für die geradezahligen Teilbilder zugeführt.
Die beiden Teilbilder IS und PS, die keine Bezugsvollbilder sind, die bezüglich des in Figur 13 gezeigten Teilbildes B zu Bezugsbildern werden, werden jeweils im Speicher 54 für Vorwärtsrichtung und ungeradezahlige Teilbilder und im Speicher 55 für Vorwärtsrichtung und geradezahlige Teilbilder oder im Speicher 56 für Rückwärtsrichtung und ungeradezahlige Teilbilder und im Speicher 57 für Rückwärtsrichtung und geradezahlige Teilbilder gespeichert. Und es werden die beiden Teilbilder S1 und S2 innerhalb des Unterbezugsvollbildes jeweils im S-Vollbildspeicher 72 für ungeradezahlige Teilbilder und im S-Vollbildspeicher 73 für geradezahlige Teilbilder gespeichert. Für jedes jeweilige Teilbild bestimmen die Schaltungen 74 und 75 für ungeradezahlige Interfield-Bewegung bzw. geradezahlige Interfield-Bewegung die Interframe-Bewegungsvektoren zusammen mit den decodierten Bildsignalen, die in den Speichern 54 und 55 für Vorwärtsrichtungsteilbilder gespeichert sind sowie den Speichern 56 und 57 für die Rückwärtsrichtungsteilbilder für dasselbe Teilbild innerhalb des Vollbildes (die Teilbilder IS, PS, S1, S2), die zum Bezug werden.
Die Teilbilder, für die die Bewegungsvektoren ermittelt worden sind, unterliegen einer Bewegungskompensation zwischen Vollbildern unter Ausführung in der Interfield/Interframe- Bewegungskompensationsschaltung 77. Dabei wird eine Anwendungsbewegungskompensations-Prädiktion der drei Prädiktionsverfahren für Vorwärtsrichtung, Rückwärtsrichtung und Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, sowie der Zwei-Richtungs-Interpolationsprädiktion durchgeführt.
Die Prädiktionsbildsignale 77b, die durch die Schaltung 77 vorhergesagt sind, und die Prädiktionsfehlersignale 45b und die Eingangsteilbild-Bildsignale unterliegen jeweils jeder Art der Verarbeitung durch die Transformations-, Quantisierungs- und Codiereinrichtung 78, die mit einer Transformationsschaltung 46 für eine diskrete Kosinustransformation, eine Quantisierer 47 und einer Codiereinrichtung 48 mit Codierung variabler Länge gemäß Darstellung in Figur 12 ausgestattet ist, und es werden die codierten Daten 48a ausgegeben.
Bezüglich der beiden Teilbilder S1 und S2 innerhalb des Unterbezugsvollbildes ermitteln die Detektorschaltung 74 für ungeradezahlige Interfield-Bewegung und die Detektorschaltung 75 für geradezahlige Interfieldbewegung für jedes Teilbild separat den Interframe-Bewegungsvektor mit den decodierten Bildsignalen, die im Teilbildspeicher 54 und 55 für Vorwärtsrichtung und im Teilbildspeicher 56 und 57 für Rückwärtsrichtung für dieselben Teilbilder IS und PS innerhalb des Vollbildes, die zum Bezug werden, gespeichert sind. In der Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 77 wird dann eine anwendungsbezogene Bewegungskompensations-Prädiktion zwischen den Vollbildern unter Verwendung der drei Prädiktionsverfahren Vorwärtsrichtungs-, Rückwärtsrichtungs- und Vorwärts- und Rückwärtsrichtungs- sowie Zweirichtungs-Interpolationsprädiktion ausgeführt, und es werden dann die Prädiktionsfehlersignale 45b durch Transformation, Quantisierung und Codierung in der Einrichtung 78 verarbeitet und es werden die codierten Daten 48a ausgegeben.
Einerseits erfolgt bezüglich der beiden Teilbilder IS und PS innerhalb des Bezugsvollbildes und exakt derselben Weise, wie weiter oben erläutert, eine Codierverarbeitung in der Transformations-, Quantisierungs- und Codiereinrichtung 78 ohne eines der Teilbilder (in diesem Fall das ungeradezahlige Teilbild), das eine Bewegungskompensations-Prädiktion ausführt. Dann wird das quantisierte Ausgangssignal 47a in der lokalen Decodiereinrichtung 49 invers transformiert und decodiert und die decodierten Bildsignale werden entweder im Speicher 54 für Vorwärtsrichtung und ungeradezahlige Teilbilder oder im Speicher 56 für Rückwartsrichtung und ungeradezahlige Teilbilder gespeichert.
Die Detektorschaltung 76 für ungeradezahlige und geradezahlige Interfield-Bewegung detektiert den Bewegungsvektor für das andere Teilbild ebenso aus einem separaten Teilbild (ungeradezahligern Teilbild) innerhalb desselben Vollbildes, das vorab in den Speichern 54 und 55 für Vorwärtsrichtung und den Speichern 56 und 57 für Rückwärtsrichtung gespeichert worden ist. Die Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 77 führt dann eine Interfield-Bewegungskompensationsprädiktion und eine Uni- oder Einrichtungsbewegungs-Kompensationsprädiktion aus und die Prädiktionsfehlersignale 45b und die Eingangsteilbilder und die vorhergesagten Prädiktionsbilder werden in der Transformations-, Quantisierungsund Codiereinrichtung 78 codiert.
Darüberhinaus unterliegen die quantisierten Koeffizienten 49a in der lokalen Decodiereinrichtung 49 einer inversen Transformation und Decodierung und die decodierten Signale werden zu den Prädiktionsbildsignalen 77b in der Bewegungskompensationsschaltung für Interfield/Intergframe-Bewegung 77 addiert und die dort addierten Signale werden jeweils entweder im Teilbildspeicher 55 für Vorwärtsrichtung und geradezahlige Teilbilder oder im Teilbildspeicher 57 für Rückwärtsrichtung und geradezahlige Teilbilder gespeichert.
Die Figur 15 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration der Hauptbestandteile der Codiervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt, welche das Prädiktionscodierverfahren bezogen auf das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung implementiert. Dabei sind Bestandteile, die Bestandteilen der Figur 12 und auch Figur 14 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Interfield-Bewegungsdetektorschaltungen 51 und 76 für geradezahlige und ungeradezahlige Teilbilder sind mit einem Bewegungsdetektorbereich 81, einem Schwellwert-Festlegungsbereich 82 und einem Vergleicher oder Komparator 83 ausgestattet.
Der Bewegungsdetektorbereich 81 detektiert den Bewegungsvektor auf der Grundlage des ausgelesenen Signals aus dem Speicher für ungeradezahlige Teilbilder und dem Speicher für geradezahlige Teilbilder und gibt einen Wert 81a aus, der sich auf das Bewegungsausmaß bezieht.
Der Schwellwert 82a, der sich auf das Bewegungsausmaß bezieht, ermoglicht eine Interfield-Prädiktionscodierung und wird vorab im Schwellwertfestlegungsbereich 82 festgesetzt.
Der Vergleicher 83 erzeugt das Vergleichsausgangssignal 83a, das anzeigt, daß eine Interfield-Codierung nicht geeignet ist, wenn das Bewegungsausmaß 81a, das vom Bewegungsdetektorbereich 81 detektiert worden ist, größer als der Schwellwert 82a ist.
Die Speichersteuereinrichtung 60 erzeugt ein Schaltsignal 60a auf der Grundlage des Vergleichsausgangssignals 83a vom Vergleicher 83, und wenn das Interfield-Bewegungsausmaß den Schwellwert 82a übersteigt, führt die Prädiktionsbildschalteinrichtung 59 die Steuerung so durch, daß statt der Prädiktionsbildsignale 53b vom Ausgang der Schaltung 77 für die Interfield/Interframe-Bewegungskompensation die Information null ausgewählt wird.
Hierdurch erfolgt dann eine Intraframe-Codierung statt einer Interfield-Codierung, wenn die Korrelation zwischen jedem Teilbild innerhalb des Bezugsvollbildes gering ist.
Darüberhinaus wird das Schaltsignal 60a, das von der Speichersteuereinrichtung 60 ausgegeben wird, der Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 53 oder 77 zugeführt und die Interfield/Interframe-Bewegungskompensationsschaltung 53 oder 77 gibt Interformation 53a bezogen auf den Bewegungsvektor als Information aus, die anzeigt, daß die Intrafield-Codierung auf der Grundlage der Schaltsignale 60a ausgeführt worden ist.

Claims

1. Verfahren zur Kompression von bewegten Zeilensprung- Bildsignalen, aufweisend die Schritte

Aufgreifen eines Eingangsvollbildes, das aus einer Mehrzahl Eingangsteilbilder aufgebaut ist;

Selektieren eines Vergleichsvollbildes, das als ein Bezug zum Kodieren des Eingangsvollbildes zu verwenden ist, wobei das Vergleichsvollbild eine Mehrzahl Vergleichsteilbilder umfaßt,

Detektieren eines Bewegungsvektors zwischen den Vergleichsteilbildern und Eingangsteilbildern,

Berechnen des minimalen Prädiktionsfehlers, der mit diesem Bewegungsvektor verknüpft ist; und

Verwenden des mit dem minimalen Prädiktionsfehlerwert verknüpften Bewegungsvektors bei der Kodierung des Eingangsvollbildes, gekennzeichnet durch

Detektieren eines Bewegungsvektors zwischen jedem der Vergleichsteilbilder und jedem der Eingangsteilbilder.

2. Verfahren zur Kompression nach Anspruch 1, ferner umfassend:

einen Schritt der Kodierung eines Bewegungsvektorwerts nach Transformieren eines Werts in einer vertikalen Richtung eines Bewegungsvektors, der zwischen einem mit diesem Bewegungsvektor verknüpften Eingangsteilbild und einem mit diesem Bewegungsvektor verknüpften Vergleichsteilbild gewonnen wird, auf einen Bewegungsvektorwert zwischen einem Vergleichsvollbild und einem Eingangsvollbild eines Zeilensprung-Vollbildes.

3. Verfahren zur Kompression nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die Mehrzahl von Teilbildern zwei das Vollbild darstellende Bilder sind, und ferner umfassend

einen Schritt der Kodierung des Bewegungsvektorwerts durch Verdoppeln der vertikalen Komponente des Bewegungsvek tors und Anfügen eines Informationsbits, das anzeigt, ob der Bewegungsvektor mit einem ersten Teilbild oder einem zweiten Teilbild verknüpft ist.