DE69126512T2

DE69126512T2 - Bildcodierungsgerät mit Optimierung der erzeugten Codemenge

Info

Publication number: DE69126512T2
Application number: DE69126512T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Enari; Nobuhiro Hoshi; Hiroshi Takizawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2011-12-28
Also published as: EP0493130A2; DE69132063T2; EP0493130B1; ES2143137T3; DE69126512D1; EP0763925A3; EP0763925A2; EP0763925B1; US5838826A; DE69132063D1; EP0493130A3; ES2101730T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungsgerät und insbesondere ein Bildverarbeitungsgerät zur Komprimierung eines digitalen Bildes und zur Übertragung der komprimierten Daten zu einem Übertragungsweg oder einem Speichermedium.
Fig. 7 veranschaulicht ein herkömmliches Bildkodierungsgerät, in welchem an einem Anschluß 101 empfangene Bilddaten in einem (nachstehend auch als A/D abgekürzten) A/D-Umsetzer 102 analog - digital gewandelt werden, bevor sie in einer Kodiereinheit 103 zu einen komprimierten Code mit variabler Länge ausgebildet werden. Anschließend wird der komprimierte Code mit variabler Länge zeitweilig in einem Übertragungspufferspeicher 104 gespeichert, bevor er einem Übertragungspfad 106 zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein zur Steuerung der Datenmenge von dem in der Kodiereinheit 103 erzeugten komprimierten Code mit variabler Länge verwendeter Steuerkoeffizient (Parameter) in Abhängigkeit vom Grad der Datenbelegung eines Pufferspeichers 104 und der Übertragungsrate des Übertragungspfads 106 erzeugt, um so über ein Filter 105 zu der Kodiereinheit 103 zurückgeführt zu werden. Als Ergebnis können ein Bild darstellende komprimierte Daten auf eine gemittelte Weise mit einer Rate des Übertragungspfads 106 übertragen werden. Über den Übertragungspfad 106 empfangene Daten werden zeitweilig in einem Empfangspufferspeicher 107 gespeichert, um so zusammen mit dem zugeführten Steuerkoeffizienten zu einer Kodiereinheit 108 übertragen zu werden. Als Ergebnis werden komprimierte Daten mit variabler Länge expandiert und dekodiert, bevor sie in einem A/D- Umsetzer 109 von digital zu anlog umgewandelt werden, so daß ein Bild zu einem Anschluß 110 übertragen wird.
Eine Vielzahl von Systemen für die in der in Fig. 7 gezeigten Kodiereinheit 103 durchzuführende Komprimierung eines Farbbildes ist offenbart. Unter anderen wurde ein sogenanntes adaptives diskretes Cosinus-Transformations-(ADCT)-System als bevorzugtes Farbbildkodiersystem vorgeschlagen.
Fig. 8 zeigt eine schematische strukturelle Ansicht zur Veranschaulichung eines derart aufgebauten Bildkodiergeräts, daß es gemäß dem vorstehend beschriebenen ADCT-System arbeitet. Das vorstehend beschriebene Gerät empfängt ein durch 8-Bit- Daten dargestelltes Bild, das heißt durch den in Fig. 7 gezeigten A/D-Umsetzer 102 in 256 Grau- bzw. Farbstufen umgewandelte Daten, wobei das Eingabebild aus drei oder vier Farben zusammengesetzt ist, d. h. RGB, YUV, YPbPr, L*a*b* oder YMCK oder dergleichen. Das Eingabebild wird durch eine DCT- Einheit 201 sofort einer zweidimensionalen (nachstehend auch als "DCT" abgekürzten) diskreten Cosinus-Transformation in Einheiten von Unterblöcken unterzogen, von denen jeder aus 8 x 8 Bildelementen besteht. Dann werden die erhaltenen Umwandlungskoeffizienten in einer linearen Quantisierungseinheit 202 linear quantisiert. Jeder Unwandlungskoeffizient hat eine unterschiedliche Quantisierungsschrittgröße, die ein durch Multiplikation eines Elements einer 8 x 8-Quantisierungsmatrix mit K erhaltener Wert ist, wobei die 8 x 8-Quantisierungsmatrix unter Beachtung der unterschiedlichen visuellen Empfindlichkeit für jeden Unwandlungskoeffizienten bei der Erfassung des Quantisierungsrauschens eingesetzt und K als "Steuerkoeffizient" bezeichnet wird. Der Wert von K wird zur Steuerung der Bildqualität und der Menge an komprimierten und erzeugten Daten verwendet. Tabelle 1 zeigt ein Beispiel einer in einer Quantisierungsmatrix-Speichereinheit 203 gespeicherten Quantisierungsmatrix. Das bedeutet, daß aufgrund der Verringerung der Anzahl an Quantisierungschritten bei Vergrößerung von K sich die Bildqualität verschlechtert und die Datenmenge abnimmt.
Nach dem Abschluß der Quantisierung wird eine (nachstehend auch als "DC-Komponente" bezeichnete) Gleichwert- Umwandlungskomponente in einer eindimensionalen Vorhersage- bzw. Prädiktionseinheit 204 einer eindimensionalen Vorhersage zwischen angrenzenden Unterblöcke unterzogen. Als Ergebnis wird der vorhergesagte Fehler in einer Huffman-Kodiereinheit 205 Huffman-kodiert.
Dann wird das den Vorhersagefehler bezeichnende Quantisierungsausgangssignal derart in Gruppen unterteilt, daß die Identifizikationszahl einer den vorhergesagten Fehler einschließende Gruppe Huffman-kodiert wird, bevor der Wert des Quantifizierungsausgangssignals in der Gruppe durch einen Code mit festgelegter Länge ausgedrückt wird.
Die (nachstehend auch als "AC-Komponente" bezeichnete) Wechselwert-Umwandlungskomponente wird unter Verwendung einer Zickzack-Rastereinheit 206 auf eine derartige Weise kodiert, daß das vorstehend beschriebene Quantisierungsausgangssignal wie in Fig. 9 gezeigt diagonal zickzackförmig in einer Richtung von einer geringen Ortsfrequenz zu einer hohen Ortsfrequenz abgetastet wird.
Das heißt, daß signifikante Umwandlungskoeffizienten, d. h. Koeffizienten mit einem von Null verschiedenen Wert, durch eine der horizontalen und vertikalen Ortsfrequenz entsprechende Identifizikationszahl identifiziert werden. Auch wird die Anzahl an nicht signifikanten Umwandlungskoeffizienten, d. h. Koeffizienten mit einem Wert von Null, der zwischen jedem jeweiligen signifikanten Umwandlungskoeffizienten und den nächsten folgenden abgetasteten Umwandlungskoeffizienten abgetastet wird, erweitert. Jede jeweilige Identifikationszahl und die entsprechende erweiterte Anzahl an nicht signifikanten Koeffizienten werden gepaart und durch die Huffman-Kodiereinheit 207 Huffman-kodiert. Die entsprechenden Werte des Quantifizierungsausgangssignals, d. h. die signifikanten Umwandlungskoeffizienten, werden jeweils durch einen Code mit festgelegter Länge ausgedrückt.
Da die Anzahl an signifikanten Umwandlungskoeffizienten von der Ortsfrequenzverteilung abhängt und daher von einem Vollbild zum nächsten variiert, variiert die Länge des für jedes Vollbild erzeugten Codes ebenfalls. Es ist daher schwierig, die Kapazität des in Fig. 7 gezeigten Pufferspeichers an die Menge an erzeugten kodierten Daten anzupassen. Wenn die Kapazität zu klein ist, wird ein Überlauf auftreten und das wiedergegebene Bild eine Qualitätsminderung erfahren. Wenn ein großer Speicher zur Vermeidung eines derartigen Überlaufs gewählt wird, gibt es bei der Größe und den Kosten der Hardware Nachteile.
Mit dem vorstehenden Problem der Vermeidung eines Überlaufs beschäftigte sich Mukana et al., IEEE Transactions on Communications, Vol. Com -32, Nr. 3, März 1984, S. 280-287. Das darin beschriebene Gerät ist von der in Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 definierten Art. Im Fall der Übertragung oder der Aufzeichnung von Stehbilddaten ist bei einer nicht angepaßten Steuerung der Quantisierung weder die Vorhersage der für die Übertragung erforderlichen Zeit noch die Vorhersage der für die Aufzeichnung erforderlichen Speicherkapazität möglich.
Eine Vielzahl von Codelängen-Steuertechnologien sind in der am 18. September 1991 veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP-A-0 447 247, sowie den beiden am 5. Februar 1992 veröffentlichten europäischen Patentanmeldungen EP-A-0 469 835 und EP-A-0 469 852 offenbart. In der EP-A-0 469 835 ist eine iterative Steuerung der Quantisierungseigenschaft bzw. -kennlinie zur Beibehaltung der Codemenge unterhalb eines gewünschten Werts offenbart. Darüber hinaus sind mehrere Kodiervorrichtungen parallel angeordnet, wobei jeweils unterschiedliche Kodier-Steuerparameter verwendet werden. Es wird das Ausgangssignal der Kodiervorrichtung ausgewählt, deren Codemenge eine optimale Annäherung an die gewünschte Menge darstellt.
Die in den beigefügten Ansprüchen definierte vorliegende Erfindung ist als Lösung für die vorstehend besprochenen Probleme gedacht.
In den begleitenden Zeichnungen zeigt
Fig. 1 ein Strukturblockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 ein zu übertragendes Bild in einer Struktur gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein Berechnungsverfahren gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine strukturelle Ansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 ein Berechnungsverfahren gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 einen Berechnungsablauf gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 Strukturblockschaltbild gemäß einem herkömmlichen Beispiel,
Fig. 8 ein herkömmliches System zur Kodierung mit variabler Länge,
Fig. 9 Einzelheiten des herkömmlichen Systems zur Kodierung mit variabler Länge,
Fig. 10 eine Beziehung zwischen Steuerkoeffizienten und Informationsmengen gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 11 eine andere Veranschaulichung einer Beziehung zwischen Steuerkoeffizienten und Informationsmengen gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 12 eine weitere genaue Veranschaulichung eines Berechnungsverfahrens gemäß einen vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 13 einen Berechnungsablauf gemäß dem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 14 eine weitere genaue Veranschaulichung eines Berechnungsverfahrens gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 15 einen Berechnungsablauf gemäß dem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 16 ein Blockschaltbild des Bildkodiergeräts gemäß einen sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 17 ein Blockschaltbild der schematischen Struktur eines herkömmlichen Kodiersystems, welches eine DCT-Umwandlung einsetzt,
Fig. 18 den in Fig. 17 gezeigten Quantisierungsvorgang,
Fig. 19 den in Fig. 17 gezeigten Quantisierungsvorgang,
Fig. 20 ein sechstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
Fig. 21 eine weitere Veranschaulichung des sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels und
Fig. 22 eine weitere Veranschaulichung des in Fig. 16 gezeigten sechsten Ausführungsbeispiels.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Strukturblockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsgeräts. Ein von einer Videokamera oder einem Hostrechner oder einer Bildabtastvorrichtung oder dergleichen empfangenes Bild wird durch einen A/D-Umsetzer 2 A/D-gewandelt, bevor es durch eine mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnete Kodiereinheit (1) durch das vorstehend beschriebene sogenannte ADCT-System auf variable Länge kodiert wird. Zu diesem Zeitpunkt hat der Steuerkoeffizient K einen konstanten Wert Q&sub1; für das aktuelle Vollbild. Als Ergebnis wird die komprimierte Informationsmenge B&sub1; gemessen und zu einer Berechnungseinheit 5 übertragen.
Gleichzeitig werden die Bilddaten auch durch eine mit dem Bezugszeichen 4 bezeichneten Kodiereinheit (2) unter Verwendung des sogenannten ADCT-Systems auf variable Länge kodiert. Zu diesem Zeitpunkt hat der Steuerkoeffizient K für das aktuelle Vollbild einen anderen konstanten Wert Q&sub2;. Die erhaltene komprimierte Informationsmenge B&sub2; wird gemessen und auch zu der Berechnungseinheit 5 übertragen. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Bilddatenverzögerungseinheit zur Verzögerung des A/D-gewandelten Bildes um etwa ein Vollbild.
Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Kodiereinheit (0) zur Komprimierung und Kodierung der verzögerten Bilddaten unter Steuerung eines optimalen Steuerkoeffizienten K=Q&sub0;, der durch eine lineare Näherung aus Q&sub1;, Q&sub2;, den gemessenen Mengen B&sub1; und B&sub2; in der Berechnungseinheit 5 und aus dem vorbestimmten Wert B&sub0; der gewünschten Menge an komprimierten und kodierten Daten berechnet wird, wobei der Wert in einem Speicher wie einem Festspeicher bzw. ROM, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff bzw. RAM und dergleichen bereits gespeichert ist, um so zu der Berechnungseinheit 5 übertragen zu werden.
Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Übertragungspfad mit einem Übertragungsmedium wie Oberflächenwellen oder einem optischen Raum oder dergleichen, für das im Fall einer unverzüglichen Übertragung Lichtwellenleiter, Satelliten oder Mikrowellen als Beispiele heranziehbar sind. In Fall einer angehäuften Übertragung handelt es sich hierbei um ein Speichermedium wie ein Bandmedium, für das ein digitaler Videorecorder oder eine DAT-Aufzeichnungseinrichtung oder dergleichen als Beispiele heranziehbar sind, ein plattenartiges Medium wie eine Diskette oder eine optische Platte oder dergleichen, oder um ein Festkörper-Medium wie einen Halbleiterspeicher.
Die Übertragungsrate wird in Abhängigkeit von der Informationsmenge des ursprünglichen Bildes, der Komprimierungsrate und einer erforderlichen Übertragungszeit derart bestimmt, daß sie von mehreren zehn kbits/s bis zu mehreren zehn Mbits/s variiert.
Andererseits werden über den Übertragungspfad 9 erhaltene Daten in einem Empfangspufferspeicher 10 zeitweilig derart gespeichert, daß aus dem Empfangspufferspeicher 10 gelesene komprimierte kodierte Daten in der Dekodiereinheit 11 mit dem gleichzeitig mit den vorstehend beschrieben Datenelement empfangenen optimalen Steuerkoeffizienten Q&sub0; erweitert und dekodiert werden. Dann werden sie in einer D/A-Wandlereinheit von digital zu analog gewandelt, so daß ein Bild zu einen Anschluß 13 übertragen wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 wird die vorliegende Erfindung nun im einzelnen beschrieben. Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel eines zu übertragenden Bildes, wobei ein Vollbild ein in horizontaler Richtung aus 1280 Bildelementen, von denen jedes aus 8 Bits besteht, und in Längsrichtung aus 1088 Bildelementen bestehendes A/D-gewandeltes Bild ist. Die Datenkapazität eines Bildes beträgt 1280 x 1088 x 8 = 11 141 120 Bits. Wenn das Bild als Bewegtbild mit einer Geschwindigkeit von 30 Vollbildern/Sekunde übertragen wird, muß ein Hochgeschwindigkeits-Übertragungspfad verwendet werden, der 11 141 120 x 30 = 334 233 600 bits/s verwirklichen kann.
Andererseits ist der Übertragungspfad normalerweise für einen Betrieb bei einer vorbestimmten Übertragungsrate eingerichtet. Daher verursacht eine die vorbestimmte Übertragungsrate überschreitende Informationsmenge das Auftreten eines Datenüberlaufs, und dadurch kann die Übertragung nicht erfolgen. Unter der Annahme, daß ein Übertragungspfad mit einer Übertragungsrate von 360 000 Mbits/s verwendet wird, und auch unter der Annahme, daß der Grad an Redundanz für Informationen wie einen Senkcode ("sink code"), einen ID-Code und eine Parität 5% beträgt, beträgt die Übertragungsrate, mit der Bildinformationen übertragen werden können, 342 000 Mbits/s, und daher beträgt die komprimierte Informationsmenge für ein Bild (ein Vollbild) 11 400 Mbits/Vollbild. Daher muß ein Vollbild auf einen Grad von 10,23% oder weniger komprimiert werden.
Des weiteren müssen die Restmenge von 1 140 000- (11 141 120 x 0,1023) = 263 424 Bits/Vollbild, d. h. 263 424 x 30 = 790 272 bits/s, ausmachende Scheindaten bzw. Dummy-Daten eingefügt werden.
Unter der Annahme, daß der Steuerkoeffizient ein bestimmter Wert ist und dadurch die komprimierte Informationsmenge eines bestimmten Bildes 10% beträgt, liegt die Kapazität der Bildinformation bei 334 233 600 x 0,1 = 33 423 360 bits/s, und daher müssen Scheindaten von 34 200 000 - (334 233 600 x 0,1) = 776 640 bits/s eingefügt werden.
Unter der Annahme, daß der Steuerkoeffizient einen bestimmten Wert hat und dadurch die komprimierte Informationsmenge eines bestimmten Bildes 11% beträgt, liegt die Kapazität der Bildinformation bei 334 233 600 x 0,11 = 36 765 696 bits/s, was zu einer negativen Menge an Scheindaten von 34 200 000 -(344 233 600 x 0,1) = -2 565 696 bits/s führt, was einem Überschreiten der Übertragungsrate des Übertragungspfads entspricht, wodurch das Auftreten eines Datenüberlaufs verursacht wird.
e Daher ist es notwendig, eine Struktur auf eine derartige Weise aufzubauen, daß die auf 10,23% festgelegte Zielkomprimierungsrate und ein optimaler Steuerkoeffizient Q&sub0; der in Fig. 1 gezeigten, mit dem Bezugszeichen 7 bezeichneten Kodiereinheit (0) zugeführt werden, um einen Näherungswert zu erhalten, der die Zielkomprimierungsrate von 10,23% nicht übersteigt.
Fig. 3 veranschaulicht einen Vorgang zur Bestimmung eines optimalen Steuerkoeffizienten Q&sub0;, wobei ein Fall veranschaulicht ist, bei dem die Informationsmenge durch das sogenannte ADCT-System auf etwa 1/10 komprimiert und kodiert ist.
Das Kodiersystem ist ähnlich zu dem in Fig. 8 gezeigten derart aufgebaut, daß 8 horizontale Bildelemente und 8 longitudinale Bildelemente in einem DCT-Unterblock gesammelt werden und die DCT-Umwandlung in Einheiten der DCT-Unterblöcke durchgeführt wird, bevor der Umwandlungskoeffizient linear quantisiert wird. Jeder Umwandlungskoeffizient hat eine unterschiedliche Quantisierungsschrittgröße, die ein durch Multiplikation eines Elements einer in der Tabelle 1 gezeigten 8 x 8-Quantisierungsmatrix mit K erhaltener Wert ist, wobei die 8 x 8-Quantisierungsmatrix unter Beachtung der unterschiedlichen visuellen Empfindlichkeit für jeden Umwandlungskoeffizienten bei der Erfassung des Quantisierungsrauschens eingesetzt wird. Der Wert von K wird zur Steuerung der Bildqualität und der Menge an erzeugten Daten verwendet, so daß das vorstehend beschriebene gewünschte Komprimierungsverhältnis von etwa 1/10 verwirklicht wird. Nach dem Abschluß der Quantisierung wird eine DC-Umwandlungskomponente als Subtraktionswert von Null einer eindimensionalen Vorhersage zwischen benachbarten Unterblöcken unterzogen. Anschließend wird der Vorhersagefehler Huffman-kodiert. Dann wird das den Vorhersagefehler bezeichnende Quantisierungsausgangssignal in Gruppen unterteilt, so daß die Identifizikationszahl einer den vorhergesagten Fehler einschließenden Gruppe Huffman-kodiert wird, bevor der Wert des Quantifizierungsausgangssignals in der Gruppe durch einen Code mit festgelegter Länge ausgedrückt wird. Eine die DC-Komponente ausschließende AC- Umwandlungskomponente wird auf eine derartige Weise kodiert, daß das vorstehend beschriebene Quantisierungsausgangssignal zickzackförmig von der Niederfrequenzkomponente zur Hochfrequenzkomponente abgetastet wird. Das heißt, daß die signifikanten Koeffizienten in Abhängigkeit von ihren Werten in Gruppen eingeteilt werden, und die Identifikationszahl der Gruppe und die Anzahl an nicht signifikanten Koeffizienten, die sich zwischen jedem signifikanten Koeffizienten und einem folgenden, in Abtastrichtung vor diesem befindlichen signifikanten Koeffizienten befinden, werden mit dem signifikanten Koeffizienten gepaart und dann Huffman-kodiert. Zu diesem Zeitpunkt werden zwei Steuerkoeffizienten Q&sub1; und Q&sub2; ausgewählt und die Beziehungen Q&sub1; < Q&sub0; und Q&sub0; < Q&sub2; eingestellt.
Fig. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Steuerkoeffizienten K für ein herkömmliches Vollbild und der komprimierten Informationsmenge Y. Die vorstehend beschriebene Beziehung zwischen Y und K wird durch eine Funktion g ausgedrückt, das heißt Y = g(K), wobei von der Funktion g angenommen wird, daß sie sich extrem an eine logarithmische Kurve annähert, die ausgedrückt ist durch:
Y = g(K) = p log K + q (1)
(wobei p und q Konstanten sind).
Dann wird unter Verwendung des Steuerkoeffizienten Q&sub1; die Kodierung in der mit dem Bezugszeichen 3 bezeichneten, in der Fig. 1 gezeigten Kodiereinheit (1) derart durchgeführt, daß die komprimierte Informationsmenge B&sub1; erhalten wird.
Des weiteren wird unter Verwendung des Steuerkoeffizienten Q&sub2; die Kodierung in der mit dem Bezugszeichen 4 bezeichneten, in der Fig. 1 gezeigten Kodiereinheit (2) derart durchgeführt, daß die komprimierte Informationsmenge B&sub2; erhalten wird.
In der in Fig. 1 gezeigten Berechnungseinheit 5 wird eine zwei Punkte (Q&sub1;, B&sub1;) und (Q&sub2;, B&sub2;) verbindende Gerade Y = ak + b (wobei a und b Konstanten sind) berechnet.
Die Umwandlung wird derart durchgeführt, daß die folgende Gleichung erhalten wird:
Dann kann durch das in Fig. 3 gezeigte Einstellen von B&sub0; auf die dem gewünschten Komprimierungsverhältnis (10,23%) entsprechende komprimierte Informationsmenge der optimale Steuerkoeffizient Q&sub0; durch Einsetzen von B&sub0; in Y in Gleichung (2) erhalten werden.
Da die mit dem optimalen Steuerkoeffizienten K = Q&sub0; erzeugte komprimierte Informationsmenge tatsächlich einen durch Y = g(K)= gegebenen Wert hat, beträgt die tatsächliche Menge B&sub0;'. Da Gleichung (1) eine abwärts gerichtete konvexe logarithmische Kurve ist, ist die gerade Linie, welche zwei Punkte auf der abwärts gerichteten konvexen Kurve verbindet, notwendigerweise wie in Fig. 3 gezeigt auf oder oberhalb dieser Kurve angeordnet. Das heißt, daß B&sub0; > B&sub0;' ist, so daß das gewünschte Komprimierungsverhältnis in keinem Fall überschritten wird. Daher wird ein Datenüberlauf verhindert.
Q&sub1;, Q&sub2; und B&sub0; aus Gleichung (4) sind bekannte konstante Werte. Es ist daher notwendig, B&sub1; und B&sub2; durch Kodierungsversuche erhalten zu können. Daher wird von den jeweils durch die Bezugszeichen 3 und 4 bezeichneten, in Fig. 1 gezeigten Kodiereinheiten (1) und (2) lediglich die Erzeugung der komprimierten Informationsmengen verlangt.
Obwohl die in Fig. 1 gezeigte Berechnungseinheit 5 die vorstehend beschriebene Gleichung (4) berechnet, kann die Berechnung unter Verwendung einer Zentraleinheit bzw. CPU oder einer einen Festspeicher bzw. ROM oder einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff bzw. RAM oder dergleichen verwendenden Nachschlagetabelle durchgeführt werden.
Obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel auf eine derartige Weise angeordnet ist, daß die Beziehung zwischen den Steuerkoeffizienten und den komprimierten Informationsmengen durch eine logarithmische Kurve ausgedrückt ist, unterscheidet sich die tatsächliche Beziehung manchmal von dieser derart, daß sie sich manchmal in Abhängigkeit von der Art der Quantisierung und der Art der in der Kodiereinheit eingesetzten Kodierung an eine quadratische Kurve oder eine kubische Kurve annähert. Jedoch ist jeder dieser Fälle im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, daß jede Kurve eine abwärts gerichtete konvexe Kurve ist (wobei die Tangente immer unterhalb der Kurve vorhanden ist). Daher kann das vorstehend beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Steuerkoeffizienten aufgrund der vorstehend beschriebenen Eigenschaften wirksam eingesetzt werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 4 zeigt ein Strukturblockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Ein über einen Anschluß 20 empfangenes Bild wird durch einen A/D-Umsetzer 21 A/D-gewandelt, bevor es durch eine mit dem Bezugszeichen 22 bezeichneten Kodiereinheit (1) durch das vorstehend beschriebene sogenannte ADCT- System auf variable Länge kodiert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Steuerkoeffizient K als konstanter Wert Q&sub1; zur Komprimierung eines Vollbildes verwendet. Als Ergebnis wird eine komprimierte Informationsmenge B&sub1; erhalten, um zu einer Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 übertragen zu werden. Gleichzeitig wird das Bild auch durch eine mit dem Bezugszeichen 23 bezeichneten Kodiereinheit (2) durch das sogenannte ADCT-System auf variable Länge kodiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Steuerkoeffizient K als konstanter Wert Q&sub2; zur Komprimierung des Vollbildes verwendet. Als Ergebnis wird eine komprimierte Informationsmenge B&sub2; erhalten, um zu der Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 übertragen zu werden. Das gleiche Bild wird auf ähnliche Weise durch eine mit dem Bezugszeichen 24 bezeichneten Kodiereinheit (3) durch das sogenannte ADCT-System auf variable Länge kodiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Steuerkoeffizient K als konstanter Wert Q&sub3; zur Komprimierung des Vollbildes verwendet. Als Ergebnis wird eine komprimierte Informationsmenge B&sub3; erhalten, um zu der Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 übertragen zu werden. Das gleiche Bild wird weiterhin auf ähnliche Weise durch eine mit dem Bezugszeichen 25 bezeichneten Kodiereinheit (4) durch das sogenannte ADCT-System auf variable Länge kodiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Steuerkoeffizient K als konstanter Wert Q&sub4; zur Komprimierung des Vollbildes verwendet. Als Ergebnis wird eine komprimierte Informationsmenge B&sub4; erhalten, um zu der Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 übertragen zu werden.
Das Bezugszeichen 27 bezeichnet eine Bilddatenverzögerungseinheit zur Verzögerung des A/D-gewandelten Bildes um etwa ein Vollbild. Das Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Kodiereinheit (0) zur Komprimierung und Kodierung der Bilddaten in Abhängigkeit vom optimalen Steuerkoeffizienten K=Q&sub0;, der durch die Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 berechnet wird, um so die Speicherung der komprimierten und kodierten Daten in einem Übertragungspufferspeicher 29 zu bewirken.
Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Übertragungspfad. Über den Übertragungspfad 30 empfangene Daten werden in einem Empfangspufferspeicher 31 zeitweilig gespeichert. Aus dem Empfangspufferspeicher 31 gelesene komprimierte und kodierte Daten werden in der Kodier- und Dekodiereinheit 32 mit dem gleichzeitig empfangenen optimalen Steuerkoeffizienten Q&sub0; erweitert dekodiert. Dann werden sie im D/A-Umsetzer 33 digital - analog gewandelt, so daß ein Bild aus einem Anschluß 34 übertragen wird.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße zweite Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 beschrieben.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung unter Bezugnahme auf einen Fall, bei dem ein zu übertragendes Bild wie in Fig. 2 gezeigt ähnlich zu dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist und ein Vollbild jeweils auf 10,23% oder weniger komprimiert wird.
Das heißt, es ist notwendig, eine Struktur auf eine derartige Weise aufzubauen, daß die Zielkomprimierungsrate auf 10,23% eingestellt und der in Fig. 4 gezeigten, mit dem Bezugszeichen 28 bezeichneten Kodiereinheit (0) ein optimaler Steuerkoeffizient Q&sub0; zugeführt wird, um einen Näherungswert zu erhalten, der die Zielkomprimierungsrate von 10,23% nicht übersteigt.
Fig. 5 veranschaulicht einen Vorgang zur Bestimmung des optimalen Steuerkoeffizienten Q&sub0;.
Das Kodiersystem ist zur Verwendung des in Fig. 8 gezeigten sogenannten ADCT-Systems ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eingerichtet.
Dann wird angenommen, daß vier Steuerkoeffizienten Q&sub1;, Q&sub2;, Q&sub3; und Q&sub4; ausgewählt werden, welche die Beziehungen Q&sub1; < Q&sub0; und Q&sub0; < Q&sub4; erfüllen.
Fig. 5 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Steuerkoeffizienten K für ein herkömmliches Vollbild und dessen komprimierten Informationsmenge Y. Die vorstehend beschriebene Beziehung zwischen Y und K wird durch eine Funktion g ausgedrückt, das heißt Y = g(K).
In diesem Zustand nähert sich Y = g(K) stark an eine logarithmische Kurve an.
Dann wird unter Verwendung des Steuerkoeffizienten Q&sub1; die Kodierung in der mit dem Bezugszeichen 22 bezeichneten, in der Fig. 4 gezeigten Kodiereinheit (1) derart durchgeführt, daß die komprimierte Informationsmenge B&sub1; erhalten wird. Unter Verwendung des Steuerkoeffizienten Q&sub2; wird die Kodierung in der mit dem Bezugszeichen 23 bezeichneten, in der Fig. 4 gezeigten Kodiereinheit (2) derart durchgeführt, daß die komprimierte Informationsmenge B&sub2; erhalten wird. Unter Verwendung des Steuerkoeffizienten Q&sub3; wird die Kodierung in der mit dem Bezugszeichen 24 bezeichneten, in der Fig. 4 gezeigten Kodiereinheit (3) derart durchgeführt, daß die komprimierte Informationsmenge B&sub3; erhalten wird. Unter Verwendung des Steuerkoeffizienten Q&sub4; wird die Kodierung in der mit dem Bezugszeichen 25 bezeichneten, in der Fig. 4 gezeigten Kodiereinheit (4) derart durchgeführt, daß die komprimierte Informationsmenge B&sub4; erhalten wird. Nachstehend wird der Flußablauf der in Fig. 4 gezeigten Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 unter Bezugnahme auf Fig. 6 im einzelnen beschrieben.
In der in Fig. 4 gezeigten Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 wird die Zielkomprimierungsinformationsmenge B&sub0; derartigen Vergleichen mit B&sub1;, B&sub2;, B&sub3; und B&sub4; unterzogen, die durch die vorstehend beschriebenen Komprimierungs- und Kodierversuche erhalten wurden, daß jeweils (in den Schritten S1 bis S4) B&sub0; ≤ B&sub1;, B&sub0; ≤ B&sub2;, B&sub0; ≤ B&sub3; und B&sub0; ≤ B&sub4; ist, um so einen Wert N zu erhalten, mit dem (in den Schritten S5 bis S7) B&sub0; eine Beziehung BN ≤ B&sub0; ≤ Bn+1 erfüllt (wobei N eine positive ganze Zahl ist). Wenn N nicht erhalten wird, wird (in Schritt S9) ein Fehler erkannt.
Zum Zeitpunkt der Erfassung von N wird eine zwei Punkte (QN, BN) und (QN+1, BN+1) verbindende Gerade Y = ak + b (wobei a und b Konstanten sind) in der in Fig. 4 gezeigten Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 berechnet. Als Ergebnis wird der Steuerkoeffizient K aus Gleichung (5) erhalten:
Dann kann durch das in Fig. 5 gezeigte Einstellen von B&sub0; derart, daß es dem gewünschten Komprimierungsverhältnis (10,23%) entspricht, der optimale Steuerkoeffizient Q&sub0; durch Einsetzen von B&sub0; in Y in Gleichung (5) erhalten werden.
Da die mit dem optimalen Steuerkoeffizienten K = Q&sub0; erzeugte komprimierte Informationsmenge tatsächlich einen durch Y = g(K) gegebenen Wert hat, beträgt die tatsächliche Menge B&sub0;'. Das heißt, daß B&sub0; > B&sub0;' ist, so daß das gewünschte Komprimierungsverhältnis in keinem Fall überschritten wird. Daher wird ein Datenüberlauf des Übertragungspfads verhindert.
Von den vorstehend beschriebenen Werten sind Q&sub1;, Q&sub2;, Q&sub3;, Q&sub4; und B&sub0; bekannte konstante Werte im Gerät. Es ist daher lediglich erforderlich, B&sub1;, B&sub2;, B&sub3; und B&sub4; durch Kodierungsversuche erhalten zu können. Daher wird von den durch die Bezugszeichen 22, 23, 24 und 25 bezeichneten, in Fig. 4 gezeigten Kodiereinheiten (1), (2), (3) und (4) lediglich die Erzeugung der komprimierten Informationsmengen verlangt.
Obwohl die vorstehend beschriebene Gleichung (6) in der in Fig. 4 gezeigten Vergleichs- und Berechnungseinheit 26 berechnet wird, kann die Berechnung unter Verwendung einer Zentraleinheit bzw. CPU oder dergleichen oder einer einen Festspeicher bzw. ROM oder einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff bzw. RAM oder dergleichen verwendenden Nachschlagetabelle durchgeführt werden.
Obwohl das vorstehend beschriebene zweite Ausführungsbeispiel auf eine derartige Weise angeordnet ist, daß die Anzahl an Kodiereinheiten lediglich zur Erzeugung der kodierten Informationsmenge vier beträgt, kann die vorstehend beschrieben Anzahl erhöht werden, was zum Erhalt eines Effekts führt, daß der optimale Steuerkoeffizient sich der gewünschten Informationsmenge unbegrenzt annähert und gleichzeitig auf einen kleineren Wert als diese eingeschränkt ist. Als Ergebnis kann die Kodierung effizient durchgeführt werden. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die vorstehend beschrieben Anzahl an Kodiereinheiten begrenzt. Des weiteren kann ein anderes Kodiersystem eingesetzt werden, obwohl das in Fig. 8 gezeigte, vorstehend beschriebene herkömmliche Kodiersystem in der Kodiereinheit zum Zweck einer einfachen Beschreibung eingesetzt wurde. Zusätzlich wird in dem vorstehend beschriebenen Fall die in Fig. 8 gezeigte DCT-Einheit in den Kodiereinheiten gemeinsam eingesetzt. Daher können diese aufgrund des Erfordernisses, mehrere davon bereitzustellen, in einer Einheit vereinigt werden.
Die Frequenzumwandlung ist nicht auf DCT begrenzt, da andere Arten von orthogonalen Umwandlungen eingesetzt werden können.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die eingerichtete Blockgröße von 8 x 8 Bildelementen begrenzt.
Des weiteren ist das nach Abschluß der Quantisierung angewendete Kodierverfahren nicht auf das Huffman-Kodierverfahren begrenzt. Zum Beispiel kann ein arithmetisches Kodierverfahren oder ein Lauflängen-Kodierverfahren eingesetzt werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Menge an komprimierten Daten zufriedenstellend gesteuert werden.

Drittes Ausführungsbeispiel

Die Struktur des dritten Ausführungsbeispiels ist durch eine Einrichtung zur Einstellung des Terms erster Ordnung oder des Terms nullter Ordnung oder sowohl des Terms nullter als auch des Terms erster Ordnung der angewandten linearen Näherung gekennzeichnet.
Die grundlegende Blockstruktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der in Fig. 1 ähnlich.
Fig. 10 veranschaulicht einen Fall, bei dem der Steuerkoeffizient K und die Informationsmenge Y eine besondere Beziehung erfüllen.
In einen Fall, bei dem die durch Quantisierung unter Verwendung der Steuerkoeffizienten Q&sub1; und Q&sub2; erhaltenen Informationsmengen jeweils B&sub1; und B&sub2; sind und die ursprüngliche Informationsmenge B&sub0; ist, wird der durch die lineare Näherung Y = aK + b wie in Fig. 10 gezeigt erhaltene Steuerkoeffizient Q&sub0;. Des weiteren tritt ein Datenüberlauf auf, wenn die durch Durchführung der Quantisierung unter Verwendung des Steuerkoeffizienten Q&sub0; erhaltene tatsächliche Informationsmenge B&sub0;' eine Beziehung B&sub0;' > B&sub0; erfüllt.
Daher kann durch Addition einer vorbestimmten Informationsmenge (einer Konstanten) β zu der mit den Informationsmengen B&sub1; und B&sub2; erhaltenen Näherungskurve Y = aK + b die Näherung Y' = aK + b + β erhalten werden. Dann wird die Quantisierung mit dem Steuerkoeffizienten Q0β, der mit der gewünschten Informationsmenge B&sub0; erhalten wird, derart durchgeführt, daß die tatsächliche Informationsmenge B&sub0;'' wird. Als Ergebnis wird eine Beziehung B&sub0;'' < B&sub0; erfüllt, und dadurch wird die Menge die gewünschte Informationsmenge B&sub0; oder weniger. Daher können Informationen zur Übertragung quantisiert und komprimiert werden, während ein Datenüberlauf verhindert wird.
Da Y = g(K) in Fig. 10 herkömmlich eine abwärts gerichtete konvexe Kurve ist, ist bevorzugt, daß die vorstehend beschriebene Konstante β eine Beziehung β > 0 erfüllt. Durch Hinzufügen der auf diese Weise bestimmten Konstanten β kann die Möglichkeit des Auftretens eines Datenüberlaufs verringert werden. Die Struktur kann auf eine derartige Weise angeordnet werden, daß β entsprechend dem zugeführten Bild bei der Berechnungseinheit 5 manuell eingestellt oder diese Konstante entsprechend den Bildeigenschaften automatisch eingestellt wird.
Fig. 11 veranschaulicht den Steuerkoeffizienten K und die Informationsmenge Y in einem Fall, bei dem die in Fig. 10 gezeigte Näherung Y = aK + b in Y' = (a + α)K + b + β überführt (geändert) wird. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, wird durch Durchführung der Quantisierung mit der gewünschten Informationsmenge B&sub0; und dem Steuerkoeffizienten Q0αβ, der durch die Näherung Y = (a + α)K + b + β erhalten wird, die tatsächliche Informationsmenge B&sub0;'', welche eine Beziehung B&sub0;'' < B&sub0; erfüllt. Da die Informationsmenge die gewünschte Informationsmenge B&sub0; nicht übersteigt, kann die Quantisierung und Komprimierung zur Übertragung von Informationen durchgeführt werden.
Des weiteren ist es bevorzugt, daß α ähnlich zu β eine Beziehung α > 0 erfüllt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die vorstehend beschriebene angepaßte lineare Näherung angewandt. Als Ergebnis kann eine Quantisierung und Komprimierung bei gleichzeitiger Verhinderung eines Datenüberlaufs durchgeführt werden, selbst wenn das Bild ein Bild der Art ist, bei welcher der Quantisierungs-Steuerkoeffizient und die Informationsmenge eine besondere Beziehung erfüllen.

Viertes Ausführungsbeispiel

Das vierte Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Fall, bei dem die gewünschte Informationsmenge größer als die Informationsmenge ist, die als Ergebnis des Versuchs einer Vielzahl von Komprimierungen und Kodierungen mit variabler Länge mit Steuerkoeffizienten vom M-Typ durch den mit dem ersten Steuerkoeffizienten durchgeführten Versuch erzeugt wurde, oder in einem Fall, bei dem die Informationsmenge kleiner als die Informationsmenge ist, die durch den Versuch mit dem m-ten Steuerkoeffizienten durchgeführt wurde, die Kodierung mit variabler Länge unter Verwendung eines vorbestimmten konstanten Werts als Steuerkoeffizient durchgeführt wird.
Da die grundlegende Blockstruktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 gezeigten entspricht, wird hier auf deren Beschreibung verzichtet.
Fig. 13 zeigt ein Flußdiagramm für die bei der Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel durchzuführende Berechnung.
In einen Fall, bei dem das Bild sehr einfach ist, beispielsweise ein Farbbalken, und die ursprüngliche Informationsmenge als Ergebnis eines unter Verwendung der zwei in Fig. 1 gezeigten Steuerkoeffizienten Q&sub1; und Q&sub2; durchgeführten Versuchs klein wird wie durch die in Fig. 12 gezeigte Kurve (B) dargestellt, wird (gemäß S101) eine Beziehung B&sub0; > B1B erfüllt, und die in Fig. 1 gezeigte Berechnungseinheit 5 überträgt Q&sub1; zur Kodiereinheit 7, während sie Q&sub0; = Q&sub1; macht.
In einem Fall, bei dem das Bild wie durch die in Fig. 12 gezeigte Kurve (A) dargestellt sehr kompliziert ist, beispielsweise eine Zonenplatte, und die ursprüngliche Informationsmenge als Ergebnis des unter Verwendung der zwei Steuerkoeffizienten Q&sub1; und Q&sub2; durchgeführten Versuchs sehr groß ist, wird (gemäß S102) eine Beziehung B&sub0; < B2A erfüllt, und die in Fig. 1 gezeigte Berechnungseinheit 5 überträgt QMAX zur Kodiereinheit 7, während sie (in S104) Q&sub0; = QMAX macht. In einem Fall, bei dem B2A < B&sub0; ≤ B1B ist, wird Q&sub0; (in S105) ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel berechnet.
Als Ergebnis wird das gewünschte Komprimierungsverhältnis in keinem Fall überschritten, und auf dem Übertragungspfad tritt kein Datenüberlauf auf.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Ein fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist eine Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels. Da die grundlegende Struktur der in Fig. 4 entspricht, wird hier auf deren Beschreibung verzichtet.
Fig. 15 zeigt ein Flußdiagramm für die bei der Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel durchzuführende Berechnung, wobei das Flußdiagramm grundsätzlich wie das in Fig. 6 gezeigte aufgebaut ist.
In einen Fall, bei dem das Bild sehr einfach ist, beispielsweise ein Farbbalken, und die ursprüngliche Informationsmenge als Ergebnis eines unter Verwendung der vier in Fig. 14 gezeigten Steuerkoeffizienten Q&sub1;, Q&sub2;, Q&sub3; und Q&sub4; durchgeführten Versuchs klein wird wie durch die in Fig. 14 gezeigte Kurve (B) dargestellt, wird eine Beziehung B&sub0; > B1B erfüllt, und die in Fig. 4 gezeigte Berechnungseinheit 26 führt eine Übertragung zur Kodiereinheit (0) durch, während sie (in S9) Q&sub0; = Q&sub1; macht.
In einem Fall, bei dem das Bild wie durch die in Fig. 14 gezeigte Kurve (A) dargestellt sehr kompliziert ist, beispielsweise eine Zonenplatte, und die ursprüngliche Informationsmenge als Ergebnis des unter Verwendung der vier Steuerkoeffizienten Q&sub1;, Q&sub2;, Q&sub3; und Q&sub4; durchgeführten Versuchs sehr groß ist, wird eine Beziehung B&sub0; < B4A erfüllt, und die in Fig. 4 gezeigte Berechnungseinheit 26 führt eine Übertragung zur Kodiereinheit (0) durch, während sie (in S10) Q&sub0; = QMAX macht.
Obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel auf eine derartige Weise ausgebildet ist, daß die Beziehung zwischen den Steuerkoeffizienten und den komprimierten Informationsmengen durch eine logarithmische Kurve ausgedrückt ist, unterscheidet sich die tatsächliche Beziehung manchmal von dieser derart, daß sie sich manchmal in Abhängigkeit von der Art der Quantisierung und der Art der bei der Kodiereinheit angewandten Kodierung an eine quadratische Kurve oder eine kubische Kurve annähert. Jedoch ist jeder dieser Fälle im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, daß jede Kurve eine abwärts gerichtete konvexe Kurve ist (die Tangente ist immer unterhalb der Kurve vorhanden). Daher kann das vorstehend beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Steuerkoeffizienten aufgrund der vorstehend beschriebenen Eigenschaften wirksam eingesetzt werden.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Im allgemeinen besitzt der Übertragungspfad in einem Fall, bei dem ein Bildsignal übertragen wird, eine Übertragungskapazität pro Zeiteinheit. Daher wird bevorzugt, daß in einem Fall, bei dem ein Vollbild zu einem vorbestimmten Moment übertragen werden muß, wie im Fall eines Bewegtbildes, die zu übertragende Codemenge eine in Einheiten von Vollbildern oder Bildblöcken festgelegte Menge ist. Obwohl die Gesamtmenge des Codes durch Änderung des Quantisierungsschrittkoeffizienten im Quantisierungsvorgang eingestellt werden kann, muß der Quantisierungsschrittkoeffizient vorhergesagt werden, um den Einschluß der Gesamtmenge an kodierten Daten in die eingestellte Codemenge zu veranlassen, da die Menge an kodierten Daten in Abhängigkeit vom Bild verschieden ist. Die Beziehung zwischen dem vorstehend beschriebenen Quantisierungsschrittkoeffizienten und der Gesamtmenge an kodierten Daten stellt eine monoton abfallende Funktion dar. Des weiteren wird ein durchschnittliches Bild wie in Fig. 18 gezeigt durch eine logarithmische Kurve ausgedrückt.
Als Verfahren zur Abschätzung der Quantisierungsschrittgröße unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Eigenschaften bzw. Kennlinie ist gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Verfahren beschrieben, bei dem unterschiedliche Versuchsquantisierungsschrittkoeffizienten angewandt werden und die für jeden Versuchskoeffizienten erhaltene Codemenge gemessen und dann eine lineare Interpolation durchgeführt wird, um den ungefähren Wert des optimalen Quantisierungsschrittkoeffizienten zu bestimmen.
Fig. 19 veranschaulicht das vorstehend beschriebene Verfahren zur Abschätzung der Quantisierungsschrittgröße.
Jedoch tritt bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren das Problem auf, daß viele Versuche bereitgestellt werden müssen, um den Fehler aus der eingestellten Codemenge zu verringern, daß viele Versuche parallel durchgeführt werden müssen, um die zur Abschätzung erforderliche Zeit zu verkürzen, und daß die Größe der Hardware des Geräts nicht verringert werden kann, wenn die Anzahl der Meßpunkte zur Verbesserung der Genauigkeit der gemessenen Ergebnisse erhöht wird.
Gemäß dem nachfolgend zu beschreibenden sechsten Ausführungsbeispiel wird ein Kodiergerät zur Quantisierung umgewandelter Daten, die durch Umwandlung von Bildinformationen in den Ortsfrequenzbereich in aus einer Vielzahl von Bildelementen zusammengesetzten Blockeinheiten erhalten werden, und zur Kodierung der quantisierten umgewandelten Daten mit variabler Länge bereitgestellt, wobei das Kodiergerät eine Einrichtung zur Messung der Codemenge durch Durchführung einer Quantisierung parallel zu einer Kodierung mit variabler Länge (VLC) mit mehreren vorbestimmten Quantisierungsschrittkoeffitzienten sowie eine Berechnungseinrichtung umfaßt, die einen Quantisierungsschrittkoeffizienten für eine bestimmte Codemenge durch eine lineare Näherung aus der gemessenen Codemenge abschätzt, wobei die Intervalle zwischen den Versuchsquantisierungsschrittkoeffizienten, für die jeweils die Codemenge gemessen wird, im Verhältnis zum Wert des Quantisierungsschrittkoeffizienten verbreitert werden.
Dementsprechend kann der Näherungsfehler der abgeschätzten Quantisierungsmenge verglichen mit einem Fall, bei dem die Versuchskoeffizienten den gleichen Abstand zueinander haben, auf einen im wesentlichen konstanten Wert angenähert werden. Insbesondere können in einem Fall, bei dem die quantisierte Codemenge groß ist, die Intervalle zwischen den Versuchskoeffizienten schmäler gemacht werden. Daher kann ein derartiger Effekt erhalten werden, daß der Näherungsfehler der vorstehend beschriebenen abgeschätzten Quantisierungsmenge verringert werden kann. Als Ergebnis kann die Abschätzungsgenauigkeit der quantisierten Codemenge bei gleichzeitigen Bedarf an einer geringen Anzahl von Versuchskoeffizienten verbessert werden.
Fig. 16 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kodiergeräts gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel mit einer derartige Struktur, bei der die vorliegende Erfindung bei einem Übertragungsgerät zur Übertragung eines Bildsignals angewandt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 16 bezeichnet das Bezugszeichen 322 einen Eingangssignalanschluß zum Empfang eines digitalen Bildsignals. Das für jede Zeile zugeführte Bildsignal wird in einer Blockausbildungsschaltung 324 in Blöcke aufgeteilt, von denen jeder aus beispielsweise 8 longitudinalen Bildelementen und 8 horizontalen Bildelementen zusammengesetzt ist.
Die in jedem Block befindlichen Bildelementdaten werden durch eine DCT-Wandlerschaltung 326 in Ortsfrequenzdaten umgewandelt. Die vorstehend beschriebenen Umwandlungsdaten werden in einem Speicher 328 zeitweilig gespeichert und ebenso in Quantisierungsschaltungen 338a bis 338n mit unterschiedlichen Quantisierungsschrittkoeffizienten k&sub1; bis kn linear quantisiert, die aus Erzeugungsschaltungen 334a bis 334n zur Erzeugung der vorbestimmten Quantisierungsschrittkoeffizienten k&sub1; bis kn empfangen werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die in den Erzeugungsschaltungen 334a bis 334n erzeugte Quantisierungsschrittkoeffizienten k&sub1; bis kn nicht auf eine derartige Weise gebildet, daß das Schrittintervall wie in Fig. 19 gezeigt gleich gemacht wird, sondern dieses wie in Fig. 22 gezeigt umgekehrt proportional zur quantisierten Codemenge verbreitert wird.
Durch die Quantisierungsschaltungen 338a bis 338n quantisierte Daten werden durch Kodierungen mit variabler Länge (VLC) 340a bis 340n kodiert, so daß Codemengen nb&sub1; bis nbn für jedes Datum erhalten werden. Jedoch werden hier die tatsächlich kodierten Daten nicht übertragen, sondern lediglich die Codemenge vor der Übertragung zu einer Berechnungsschaltung 342 gemessen.
In der Berechnungsschaltung 342 werden die Codemengen nb&sub1; bis nbn an jedem Meßpunkt und die aus der Übertragungsrate bestimmte eingestellte Codemenge nb&sub0; einem Vergleich unterzogen, um so einen Meßpunkt, der größer als nb&sub0; ist und nb&sub0; am nächsten kommt, sowie einen Meßpunkt zu identifizieren, der kleiner als nb&sub0; ist und nb&sub0; am nächsten kommt, angenähert durch eine Gerade. Als Ergebnis wird der Quantisierungsschrittkoeffizient k&sub0; hinsichtlich der eingestellten Codemenge nb&sub0; abgeschätzt, bevor er zur Quantisierungsschaltung 330 übertragen wird. Die Quantisierungsschaltung 330 empfängt kodierte Umwandlungsdaten, die nach einer durch den Speicher 328 erfolgenden Verzögerung um einen vorbestimmten Zeitabschnitt übertragen wurden, um so die lineare Quantisierung mit dem abgeschätzten Quantisierungsschrittkoeffizienten k&sub0; durchzuführen, bevor das Ergebnis einer Kodierung mit variabler Länge (VLC) 332 zugeführt wird.
Bei der Kodierung mit variabler Länge (VLC) 332 wird der Vorgang der Kodierung mit variabler Länge derart durchgeführt, daß dessen Ergebnis über einen Anschluß 336 zu einem Übertragungspfad unter gleichzeitiger extremer Verringerung des Fehlers hinsichtlich einer vorbestimmten Übertragungsrate übertragen wird.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Struktur nähert sich die Beziehung zwischen der Gesamtcodemenge nb und dem Quantisierungsschrittkoeffizienten k nahe an eine logarithmische Kurve an. Daher wird der Quantisierungsschrittkoeffizient auf eine derartige Weise ausgewählt, daß die Meßpunkte wie in Fig. 20 gezeigt in der Art einer exponentiellen Funktion eingestellt sind, so daß zum Beispiel das Intervall zwischen den gemessenen Ergebnissen an Codemengen gleich und der Quantisierungsfehler konstant gemacht wird.
Des weiteren kann ein Bild von der Art, bei der aufgrund dessen großer Codemenge ein Quantisierungsfehler auftritt, zur Verbesserung derart bearbeitet werden, daß die Meßpunkte wie in Fig. 21 gezeigt in die Nähe der Punkte gesetzt werden, bei denen jeweils der Quantisierungsschrittkoeffizient klein ist.
Nachstehend wird dieses Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 16 und 22 ausführlich beschrieben.
Zuerst werden zwei Quantisierungsschrittkoeffizienten k&sub3; und k&sub4; ausgewählt, wobei k&sub3; und k&sub4; derart eingerichtet sind, daß sie die folgenden Beziehungen mit dem optimalen Quantisierungsschrittkoeffizienten k&sub0; erfüllen:
k&sub3; < k&sub4;, k&sub0; < k&sub4;
Unter Bezugnahme auf Fig. 16 werden die lineare Quantisierung und die Kodierung mit variabler Länge (VLC) mit den Quantisierungsschrittkoeffizienten k&sub3; und k&sub4; derart durchgeführt, daß komprimierte Codemengen nb&sub3; und nb&sub4; erhalten werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 22 werden der Punkt (k&sub3;, nb&sub3;) und der Punkt (k&sub4;, nb&sub4;) durch eine Gerade miteinander verbunden, so daß der abgeschätzte Wert k&sub0;' des Quantisierungsschrittkoeffizienten aus der für jeden vorbestimmten Zeitabschnitt eingestellten Codemenge nb&sub0; erhalten wird.
Da der optimale Quantisierungsschrittkoeffizient k&sub0; hinsichtlich nb&sub0; auf einer in Fig. 22 gezeigten Kurve liegt, erfüllt die komprimierte Codemenge nb&sub0;' hinsichtlich k&sub0;' und nb&sub0; tatsächlich immer die folgende Beziehung:
nb&sub0;' < nb&sub0;
Als Ergebnis kann die gewünschte Codemenge in keinem Fall überschritten werden, so daß sie quantisiert werden kann.
Als Ergebnis der vorstehend beschriebenen Struktur werden in einem Fall, bei dem die Codemenge klein ist und daher der abgeschätzte Fehler des Quantisierungsschrittkoeffizienten klein wird, die Anzahl der Meßpunkte verringert. In einem Fall, bei dem die Codemenge groß ist und daher der Fehler groß wird, wird die Anzahl der Meßpunkte erhöht. Daher kann die Abschätzungsgenauigkeit des Quantisierungsschrittkoeffizienten verbessert werden.
Obwohl die Anordnung bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen auf eine derartige Weise erfolgt, daß die Größe des gebildeten Blocks zu 8 x 8 gemacht wird, kann die Größe verändert werden.
Des weiteren kann eine von der DCT verschiedene orthogonale Umwandlung (Orts frequenzumwandlung) verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß dem erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsgerät die Datenmenge für einen vorbestimmten Bereich auf eine gewünschte Datenmenge eingestellt werden, während der Umfang an Hardware verringert und eine zufriedenstellende hohe Genauigkeit ausgebildet wird.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht auf ein Bewegtbild beschränkt, sondern können auch auf ein Stehbild angewandt werden.
Die vorstehend beschriebene Erfindung findet nicht nur bei der Verarbeitung von durch einen Bildschirm anzuzeigenden Bildern Anwendung, sondern auch bei der Bildwiedergabe durch Drucken mit beispielsweise einem Laserstrahl oder Tintenstrahl.

Claims

1. Bildverarbeitungsgerät mit

einer ersten Kodiereinrichtung (7; 28; 330; 332) zum Empfang von ein Bild darstellenden Daten, damit eine erste Menge (B&sub0;') von kodierten Bilddaten im Ansprechen auf einen ersten Steuerparameter (Q&sub0;) erzeugt wird, und einer Steuereinrichtung (3 bis 5) zur Anpassung des ersten Steuerparameters (Q&sub0;), so daß die erste Menge (B&sub0;') von kodierten Bilddaten eine vorbestimmte Menge (B&sub0;) nicht überschreitet,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuereinrichtung (3 bis 5)

zweite und dritte Kodiereinrichtungen (3; 4; 22; 23; 338a und 340a, 338b und 34db) zum Empfang von Daten aufweist, die identisch zu denen von der ersten Kodiereinrichtung (7; 28; 330; 332) empfangenen sind, damit jeweilige zweite und dritte unterschiedliche Mengen (B&sub1;, B&sub2;; nb&sub1;, nb&sub2;) von kodierten Bilddaten im Ansprechen auf jeweilige zweite und dritte voneinander verschiedene Steuerparameter (Q&sub1;, Q&sub2;; k&sub1;, k&sub2;) parallel erzeugt werden, und eine auf die zweiten und dritten Steuerparameter (Q&sub1;, Q&sub2;; k&sub1;, k&sub2;) ansprechende Bestimmungseinrichtung (5; 26; 342) aufweist, wobei die gemessenen zweiten und dritten Mengen (B&sub1;, B&sub2;; nb&sub1;, nb&sub2;) und die vorbestimmte Menge den ersten Steuerparameter (Q&sub0;) derart bestimmen, daß die erste Menge (B&sub0;') sich der vorbestimmten Menge (B&sub0;) annähert, diese aber nicht überschreitet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung (5; 26) der erste Steuerparameter unter Verwendung einer linearen Annäherung bestimmt ist.

3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kodiereinrichtung (7; 28; 330; 332) eine Quantisierungseinrichtung enthält und der erste Steuerparameter (Q&sub0;) ein Quantisierungsschritt ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des zweiten Steuerparameters (Q&sub1;) größer als der des ersten Steuerparameters (Q&sub0;) und die erste Menge (B&sub0;') größer als die zweite Menge (B&sub1;) ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kodiereinrichtung (7; 28; 330; 332) die Kodierung unter Einsatz einer Orthogonaltransformation durchführt.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe von eine Bildsequenz darstellenden Daten.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Pufferspeicher (8) zur Speicherung der von der ersten Kodiereinrichtung (7) kodierten Bilddaten.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Übertragungseinrichtung (9) zur Übertragung der von der ersten Kodiereinrichtung (7) kodierten Bilddaten über einen Übertragungsweg.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Dekodiereinrichtung (11) zur Dekodierung der von der ersten Kodiereinrichtung (7) kodierten Bilddaten.

10. Gerät nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

die lineare Annäherung auf der Verwendung der folgenden Formel beruht:

y = ak + b; a = (B&sub1;-B&sub2;)/(Q&sub1;-Q&sub2;); b = (Q&sub2;B&sub1;-Q&sub1;B&sub2;)/(Q&sub1;-Q&sub2;),

wobei y und k die vorbestimmte Datenmenge (B&sub0;) und den ersten Steuerparameter (Q&sub0;) darstellen und B&sub1;, B&sub2; die den zweiten und dritten Steuerparametern Q&sub1;, Q&sub2; entsprechenden zweiten und dritten Datenmengen darstellen.

11. Gerät nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

die lineare Annäherung auf der Verwendung der folgenden Formel beruht:

y = ak + b + β,

wobei y, a, k und b wie in Anspruch 10 angegeben definiert sind und β eine manuell oder automatisch entsprechend den Bildeigenschaften ausgewählte Konstante ist.

12. Gerät nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

die lineare Annäherung auf folgender Formel beruht:

y = (a + α)k + b + β,

wobei y, a, k, b und β wie in Anspruch 11 angegeben definiert sind und α eine Konstante ist.

13. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, auf mindestens einen zusätzlichen Steuerparameter (Q&sub3;, Q&sub4;) ansprechende Kodiereinrichtung zusätzlich zur ersten, zweiten und dritten Kodiereinrichtung, und einer Vergleichs- und Auswahleinrichtung zum Vergleich der von der ersten, zweiten und zusätzlichen Kodiereinrichtung kodierten Datenmengen und zur Auswahl von zwei am nächsten oberhalb und unterhalb der vorbestimmten Menge liegenden Datenmengen daraus, sowie zur Auswahl der entsprechenden Steuerparameter zur Eingabe in die Bestimmungseinrichtung als die jeweiligen zweiten und dritten Datenmengen und die jeweiligen zweiten und dritten Steuerparameter.

14. Gerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Parameterwerte mit gleichem Abstand zur Verwendung als Steuerparameter der zweiten, dritten und zusätzlichen Kodiereinrichtungen speichernde Speichereinrichtung.

15. Gerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Parameterwerte mit einem proportionalen Intervall zur Verwendung als Steuerparameter der zweiten, dritten und zusätzlichen Kodiereinrichtungen speichernde Speichereinrichtung, wobei sich die Intervalle zwischen den Parameterwerten proportional zum Parameterwert vergrößern.

16. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Parameterwerte zur Verwendung als zweite und dritte Steuerparameter enthaltende Speichereinrichtung.

17. Gerät nach den kombinierten Ansprüchen 4 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung auch Standard-Maximal- und Minimalparameter (Qmax, Qn) zur Verwendung als ersten Steuerparameter, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der zweiten und dritten Datenmengen mit der vorbestimmten Menge und eine Auswahleinrichtung zur Auswahl des Standard-Maximal- oder Minimalparameters als ersten Steuerparameter enthält, wenn die zweite Datenmenge die jeweilige vorbestimmte Menge übersteigt oder die vorbestimmte Menge die erste Datenmenge übersteigt.

18. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Kodiereinrichtung vollständige Kodiervorgänge zur Erzeugung der zweiten und dritten Mengen von kodierten Bilddaten durchführen.

19. Verfahren zur Kodierung von ein Bild darstellenden empfangenen Daten, wobei eine erste Menge (B&sub0;') von kodierten Bilddaten im Ansprechen auf einen ersten Steuerparameter (Q&sub0;) von einer ersten Kodiereinrichtung (7) erzeugt wird und der erste Steuerparameter derart angepaßt ist, daß die erste Menge (B&sub0;') eine vorbestimmte Menge (B&sub0;) nicht überschreitet,

gekennzeichnet durch die Schritte

Erzeugen einer zweiten Menge (B&sub1;) von kodierten Bilddaten aus den empfangenen Daten durch Steuerung einer zweiten Kodiereinrichtung (3) unter Verwendung eines zweiten Steuerparameters (Q&sub1;),

Erzeugen einer dritten Menge (B&sub2;) von kodierten Bilddaten aus den empfangenen Daten durch Steuerung einer zur zweiten Kodiereinrichtung (3) parallelen dritten Kodiereinrichtung (4) unter Verwendung eines vom zweiten Steuerparameter verschiedenen dritten Steuerparameters (Q&sub2;) und

Bestimmen des ersten Steuerparameters (Q&sub0;) aus den zweiten und dritten Datenmengen (B&sub1;, B&sub2;) mit den zweiten und dritten Steuerparametern (Q&sub1;, Q&sub2;) und der vorbestimmten Datenmenge (B&sub0;) als Grundlage für eine Annäherung.