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Die vorliegende Erfindung betrifft einen sehr wirksamen
Kodierer zum Kodieren eines Videosignals mit dem
Schirmseitenverhältnis von 4:3 und eines Videosignals mit einem
Seitenverhältnis von mehr als 4:3 (beispielsweise 16:9).
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Im allgemeinen ist das Videosignal äußerst groß in bezug auf
die Informationsmenge, und beim Aufzeichnen oder Senden wird
die Informationsmenge durch sehr wirksames Kodieren (Bitrate-
Verringerungskodierung) so verringert, daß eine
Bildqualitätsverschlechterung nicht offensichtlich sichtbar ist.
Beispielsweise wird ein Eingangsvideosignal gesperrt und orthogonal
transformiert und durch Quantisierung oder Kodierung mit
veränderbarer Länge kodiert, so daß die kodierte Datenmenge (die
kodierte Datenmenge wird als x angenommen) in jeder bestimmten
Anzahl von orthogonalen Transformationsblöcken (es werden m
Blöcke angenommen) konstant ist. Beispiele solcher Bitraten-
Verringerungstechniken können in "Visual Communication & Image
Processing '90", Proceedings SPIE, Band 1360, Nr. 2/3 Seiten
765-776 von M. Breeuwer u.a." Source Coding of HDTV with
compatibility to TV" gefunden werden, was vo dem Aufteilen des
Signals in ein mit dem Zeilensprungverfahren kompatibles TV-
Signal und drei zusätzliche Signale handelt, die von dem HDTV-
Kodierer verwendet werden. Die Quantisierung, das Kodieren mit
veränderbarer Länge und das Kodieren der Lauflänge der 3
zusätzlichen Signale wird im einzelnen behandelt.
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In bezug auf die vorliegende Erfindung ist auch EP-A-0 453 229
relevant, das am 23.10.91 veröffentlicht wurde und ein
Verfahren zum übertagen von Codewörtern veränderbarer Länge
betrifft. Diese Druckschrift offenbart ein Zwischenbild-DCT-
Kodiersystem, das ein normales TV-Signal mit einem
Seitenverhältnis von 4:3 kodieren kann, was verwendet wird, ein
kompatibles
Fernsehsignal zu kodieren, das von einem HDTV-Signal
gewonnen wird.
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Eine solche herkömmliche Ausgestaltung ist jedoch nicht
flexibel, als daß sie beide Signale mit unterschiedlichen
Seitenverhältnissen kodieren kann, wie beispielsweise ein Signal mit
dem Seitenverhältnis von 4:3 und ein Signal mit dem
Seitenverhältnis von 16:9. Üblicherweise hat das Signal mit dem
Seitenverhältnis von 16:9 ein breiteres Frequenzband als das Signal
mit dem Seitenverhältnis von 4:3, und daher ist die
Eingangsdatenmenge größer. Deshalb unterscheidet sich bei der
herkömmlichen Ausgestaltung, wenn die beiden Signale mit dem
Seitenverhältnis von 16:9 und dem Seitenverhältnis von 4:3 gesteuert
und so kodiert werden, daß die orthogonalen
Transformationsdaten von m Blöcken die konstante Kodierdatenmenge x werden, die
Kodierdatenmenge pro Zeiteineit zwischen den zwei Arten von
Signalen unterscheidet.
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Es ist daher eine Hauptzielsetzung der Erfindung, im Hinblick
auf die obigen Probleme beim Stand der Technik einen
Videosignalkodierer zu schaffen, der dem Seitenverhältnis von 4:3 und
einem größeren Seitenverhältnis (beispielsweise 16:9)
gewachsen ist und die Kodierdatenmenge pro Zeiteinheit beider
Signale gleichmachen kann.
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Um die obige Zielsetzung zu erreichen, schafft die Erfindung
einen Videosignal-Kodierer umfassend eine Einrichtung zum
selektiven Empfangen von entweder einem Bild A mit einem
Schirmseitenverhältnis größer als 4:3 oder von einem Bild B mit
einem Schirmseitenverhältnis von 4:3 und Einrichtungen zum
Unterteilen des genannten empfangenen Bildes A oder B in Blöcke
und Kodieren durch orthogonale Transformation,
dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt:
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eine Einrichtung zum Unterteilen des Bildes A in einen
Grundschirm mit dem Seitenverhältnis von 4:3, wobei der
genannte Grundschirm einem mittleren Abschnitt des Bildes A
entspricht,
und einen zusätzlichen Schirm, der von dem
Grundschirm verschieden ist;
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eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des genannten
Kodierens, so daß die kodierte Datenmenge pro Einheitszeit von
dem genannten empfangenen Bild A oder B genau dieselbe ist,
indem das genannte Kodieren so gesteuert wird, daß die Summe
der kodierten Datenmenge einer ersten, bestimmten Anzahl (m)
der orthogonalen Transformationsblöcke des Grundschirms und
der kodierten Datenmenge einer zweiten, bestimmten Anzahl (n)
orthogonaler Transformationsblöcke des zusätzlichen Schirms
innerhalb einer bestimmten Datenmenge (x) ist, wenn das Bild A
empfangen wird, und indem das genannte Kodieren so gesteuert
wird, daß die kodierte Datenmenge derselben Anzahl (m) von
orthogonalen Transformationsblöcken des Bildes B wie die erste,
bestimmte Anzahl (m) von orthogonalen Transformationsblöcken
des Grundschirms des Bildes A innerhalb der genannten,
bestimmten Datenmenge (x) ist, wenn das Bild B empfangen wird;
und
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eine Kodiereinrichtung zum Kodieren von orthogonalen
Transformationsdaten des Bildes A oder des Bildes B in
Abhängigkeit von der genannten Steuerungseinrichtung.
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Bei dieser Ausbildung enthält die bestimmte kodierte
Datenmenge x die kodierten Daten des Grundschirms mit genau
dergleichen Eingangsdatenmenge wie das Bild B mit dem
Schirmseitenverhältnis von 4:3 und die kodierten Daten des von dem
Grundschirm verschiedenen zusätzlichen Schirm in den kodierten
Daten des Bildes A. Noch dazu ist die Anzahl von orthogonalen
Transformationsblöcken des Grundschirms, die in der bestimmten
Kodierdatenmenge x enthalten sind, genau diegleiche Anzahl von
Blöcken wie in dem Fall des Bildes B. Daher ist, selbst wenn
das Bild A mit der größeren Eingangsdatenmenge als das Bild B
eingegeben wird, die kodierte Datenmenge pro Einheitszeit
genau dieselbe.
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Fig.1 ist ein Diagramm, das eine Ausgestaltung eines
Videosignalkodierers in einer Ausführungsform der
Erfindung zeigt.
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Fig. 2
und 3 sind Signalzusammensetzungsdiagramme der bildenden
Elemente, um die Arbeitsweise der gleichen
Ausführungsform zu erläutern.
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Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Konstruktion eines
Kodierers zum Zurückführen der Daten, die durch den
Kodierer kodiert worden sind, zurück zu dem
ursprunglichen Bild in einer Ausführungsform der Erfindung
zeigt.
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Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Ausgestaltung eines
Kodierers in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der
Kodierer kann selektiv Eingangssignale von einem Bild A, dessen
Schirmseitenverhältnis 16:9 ist, und einem Bild B mit dem
Seitenverhältnis von 4:3 empfangen. Zuerst wird der Fall der
Eingabe eines Signals mit dem Seitenverhältnis von 16:9
erläutert, woraufhin der Fall der Eingabe eines Signals mit dem
Seitenverhältnis von 4:3 folgt.
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Die Hauptelemente der Ausführungsform in Fig. 1 schließen eine
Eingangsklemme 1 zum Empfangen eines Bildes A, eine
Blockungseinrichtung 2 zum Blocken des Eingangsvideosignals, eine
orthogonale Übertragungseinrichtung 3 zum orthogonalen
Transformieren der geblockten Signale, eine Trenneinrichtung 4 zum
Trennen der orthogonal transformierten, gesperrten Signale in
Blöcke eines Grundschirms (Seitenverhältnis 4:3) und Blöcke
eines zusätzlichen Schirms (Seitenflächen außerhalb des
Grundschirms), eine Kodiersteuerschaltung 5 zum Bestimmen des
Kodierverfahrens, so daß die Summe der Datenmenge nach dem
Kodieren von m Blöcken des Grundschirms und von n Blöcken des
zusätzlichen Schirms nicht mehr als die bestimmte Datenmenge x
ist, eine Quantisierungskodierschaltung 6 zum Quantisieren und
Kodieren der orthogonalen Transformationsdaten von m Blöcken
des Grundschirms und von n Blöcken des zusätzlichen Schirms
durch die Kodierinformationen, die von der
Kodiersteuerschaltung 5 erhalten werden, und zum Einrichten mit der Datenmenge
x, und eine Ausgangsklemme 7.
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Die Kodiersteuerschaltung 5 umfaßt eine
Datenmengen-Berechnungseinrichtung 51 zum Berechnen der Datenmenge nach dem
Kodieren in die Einheit von m Blöcken des Grundschirms, eine
Datenmengen-Berechnungseinrichtung 52 zum Berechnen der
Datenmenge nach dem Kodieren in die Einheit von n Blöcken des
zusätzlichen Schirms, und eine Quantisierungsauswähleinrichtung
53 zum Auswählen einer Quantisierung, bei der die gesamte
Datenmenge nicht mehr als die Datenmenge x von der kodierten
Datenmenge von m Blöcken des Grundschirms, die von der
Datenmengen-Berechnungseinrichtung 51 erhalten worden sind, und der
Kodierdatenmenge von n Blöcken des zusätzlichen Schirms sein
soll, die von der Datenmengen-Berechnungseinrichtung 52
erhalten worden sind. Die Information der durch die
Quantisierungsauswähleinrichtung 53 ausgewählten Quantisierung wird an die
Quantisierungskodierschaltung 6 als Kodierinformation
geschickt.
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Die Quantisierungskodierschaltung 6 umfaßt eine
Quantisierungseinrichtung 61 zum Quantisieren der orthogonalen
Transformationsdaten des Grundschirms auf der Grundlage der
Bestimmung durch die Quantisierungsauswähleinrichtung 53, einen
Kodierer 62 zum Kodieren der quantisierten Daten mit
veränderbarer Länge, eine Quantisierungseinrichtung 63 zum Quantisieren
der orthogonalen Transformationsdaten des zusätzlichen
Schirms, einen Kodierer zum Kodieren der quantisierten Daten
mit veränderbarer Länge, und einen Multiplexer 65 zum
Multiplexen der kodierten Daten des Grundschirms, die von dem
Kodierer 62 erhalten worden sind, und der kodierten Daten des
zusätzlichen Schirms, die von dem Kodierer 64 erhalten worden
sind, und um sie an die Ausgangsklemme 7 zu schicken.
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Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform wird unten
beschrieben.
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Fig. 2 zeigt ein Signalzusammensetzungsdiagramm der bildenden
Elemente zum Erläutern der Arbeitsweise der Ausführungsform.
Das Diagramm (a) in Fig. 2 bezeichnet die Lagebeziehung des
Grundschirms und des zusätzlichen Schirms bei dem Bild A. Das
Bild A mit dem Seitenverhältnis von 16:9 wird in den
Grundschirm mit dem Seitenverhältnis von 4:3 im mittleren Bereich
davon und den zusätzlichen Schirm unterteilt, der aus zwei dem
Grundschirm auf der linken und rechten Seite benachbarten
Bereichen entspricht. Die Blockungseinrichtung 2 blockt das Bild
A, so daß es nicht die Grenze des Grundschirms und des
zusätzlichen Schirms bei (a) überschreitet, und die orthogonale
Transformationseinrichtung 3 transformiert orthogonal in jedem
Block. Die Trenneinrichtung 4 trennt diesen orthogonal
transformierten Block in den Grundschirm (b) und den zusätzlichen
Schirm (c).
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Die Kodiersteuerschaltung 5 nimmt m Blöcke von dem Grundschirm
(b) und n Blöcke von dem zusätzlichen Schirm (c) und steuert
so, daß die gesamten orthogonalen Transformationsdaten von m +
n Blöcken die bestimmte Kodierdatenmenge x sind. Wie es in (a)
gezeigt ist, ist die Eingangsdatenmenge des zusätzlichen
Schirms gleich dem Teil, der sich in der Breite von dem
Grundschirm mit dem Seitenverhältnis von 4:3 zu dem Bild A mit dem
Seitenverhältnis 16:9 fortsetzt. Deshalb ist das Verhältnis
der Eingangsdatenmenge des Grundschirms und des zusätzlichen
Schirms 3:1. In dieser Ausführungsform ist daher die Anzahl
der Blöcke m gleich 6, die aus dem Grundschirm herausgenommen
worden sind, und die Anzahl der Blöcke n gleich 2, die aus dem
zusätzlichen Schirm herausgenommen worden sind (siehe (d) und
(e) in Fig. 2).
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Die Datenmengen-Berechnungseinrichtung 51 berechnet zuerst die
kodierte Datenmenge, wenn die orthogonalen
Transformationsdaten für den Teil von sechs Blöcken des Grundschirms durch
mehrere
Quantisierungseinrichtungen quantisiert werden, die durch
diesen Kodierer gebildet sind, und werden weiter kodiert.
Ähnlich wird für zwei Blöcke des zusätzlichen Schirms die
Kodierdatenmenge zuerst durch die Datenmengen-Berechnungseinrichtung
52 berechnet. Die Quantisierungsauswähleinrichtung 53 erhält
die Kodierinformationen, indem die Quantisiereinrichtung
ausgewählt wird, die die Quantisierungsschrittweite aufweist, wo
die Kodierdatenmenge von sechs Blöcken des Grundschirms und
von zwei Blöcken des zusätzlichen Schirms nicht mehr als die
bestimmte Kodierdatenmenge x ist, auf der Grundlage der
Kodierdatenmenge, die durch die
Datenmengen-Berechnungseinrichtungen 51, 52 berechnet worden sind.
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Als nächstes quantisiert und kodiert in der
Quantisierungskodierschaltung 6 gemäß den Kodierinformationen die
Quantisierungseinrichtung 61 und der Kodierer 62 oder die
Quantisierungseinrichtung 63 und der Kodierer 64 jeweils die
orthogonalen Transformationsdaten des Grundschirms und des zusätzlichen
Schirms mit der bestimmten Quantisierungsschrittweite. Der
Multiplexer 65 richtet die kodierten Daten für den Teil von
sechs Blöcken des Grundschirms und von zwei Blöcken für den
zusätzlichen Schirm innerhalb des Rahmens der Kodierdatenmenge
x ein. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich in Abhängigkeit von den
Signalkomponenten, die in jedem Block enthalten sind,
üblicherweise die Datenmenge in jedem Block (beispielsweise wie in
(f), (g) in Fig. 2). Jedoch sind, da die kodierte Datenmenge
im voraus durch die Kodiersteuerschaltung 5 berechnet wird,
die kodierten Daten stets auf die Datenmenge x eingerichtet,
wie in (h) in Fig. 2. In dem Multiplexer 65 werden die
kodierten Daten des Grundschirms und die kodierten Daten des
zusätzlichen Schirms unterschiedlich eingerichtet. Das heißt, in (h)
in Fig. 2 werden die kodierten Daten für sechs Blöcke des
Grundschirms von dem linken Ende des Diagramms her
eingerichtet, während die kodierten Daten des zusätzlichen Schirms nach
rechts eingerichtet werden, so daß die kodierten Daten des
Grundschirms und des zusätzlichen Schirms innerhalb der
Datenmenge
x unterschieden werden können.
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Als nächstes wird, wenn das Bild B mit dem Seitenverhältnis
von 4:3 eingegeben wird, bei der in Fig. 1 gezeigten
Ausgestaltung, das Kodieren ausgeführt&sub1; indem nur die bildenden
Elemente für den Grundschirm in dem Bild A verwendet werden.
Das heißt, das Bild B ist mit dem Seitenverhältnis und mit der
Datemmenge identisch mit dem Grundschirm in dem Bild A mit dem
Seitenverhältnis von 16:9, so daß die Verarbeitung des
Grundschirms unmittelbar angewendet werden kann. In diesem Fall
ist, da nichts in den Block zum Verarbeiten des zusätzlichen
Schirms eingebracht wird, die kodierte Datenmenge durch die
Datenmengen-Berechnungseinrichtung 52 stets Null, und nur die
kodierte Datenmenge der Datenmengen-Berechnungseinrichtung 51
wird ausgegeben.
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Deshalb wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, die
Quantisierungseinrichtung so bestimmt, daß die kodierten Daten von
sechs Blöcken des Bildes B nicht mehr als die bestimmte
Datenmenge x sind, und das Quantisieren und Kodieren werden durch
die Quantisierungskodierschaltung 6 (siehe Fig. 3) ausgeführt
werden.
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Auf diese Weise wird das Bild B mit dem Schirmseitenverhältnis
von 4:3 genau so wie das Grundbild des Bildes A mit dem
Schirmseitenverhältnis von 16:9 mit der Ausnahme verarbeitet,
daß die Verdichtungsrate niedriger ist.
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Unten wird das Dekodieren der Daten erläutert, nachdem sie mit
dem obigen Verfahren kodiert worden sind. Fig. 4 ist ein
Blockdiagramm, das die Ausbildung eines Dekodierers zeigt, in
dem die kodierten Daten (entsprechend zu (h) in Fig. 2 oder 3)
von einem Eingangsanschluß 70 des Dekodierers eingegeben
werden. Die Arbeitsweise wird unten zuerst für den Fall
beschrieben, daß die kodierten Daten das Bild A sind. Die von der
Eingangsklemme 70 zu einer
Umkehrungs-Quantisierungsdekodierschaltung 60 geschickten Daten werden in dieser
Umkehr-Quantisierungsdekodierschaltung 60 in Daten von sechs Blöcken des
Grundschirms (entsprechend (f) in Fig. 2) und die Daten von
zwei Blöcken des zusätzlichen Schirms (entsprechend (g) in
Fig. 2) durch eine Trenneinrichtung 605 getrennt. Die
geteilten Sechs-Blockdaten werden dekodiert und umgekehrt
quantisiert (entsprechend zu (d) in Fig. 2) durch einen Dekodierer
602 und eine Umkehrquantisierungseinrichtung 601, und werden
ausgegeben. Andererseits werden die Zwei-Blockdaten dekodiert
und umgekehrt quantisiert (entsprechend zu (e) in Fig. 2)
durch einen Dekodierer 604 und eine
Umkehrquantisierungseinrichtung 603 und werden ausgegeben. Die zwei Signale von der
Umkehr-Quantisierungsdekodierschaltung 60 werden durch einen
Synthesierer 40 kombiniert, so daß der Schirm die weiten
Signale mit dem Seitenverhältnis von 16:9 anordnen kann, und
werden weiter zu einer orthogonalen Umkehrblockungseinrichtung
30 und einer Umkehrsperreinrichtung 20 geschickt und von einer
Ausgangsklemme 10 ausgegeben.
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Wenn die kodierten Daten, die durch die Eingangsklemme 70
eintreten, die kodierten Daten des Bildes B mit dem
Schirmseitenverhältnis von 4:3 sind, ist es das Gleiche, als wenn nur die
Daten von sechs Blöcken des Grundschirms des Bildes B in die
Trenneinrichtung 605 eingegeben werden. Es gibt daher keine
Daten, die von dem Dekodierer 604 und der
Umkehrquantisierungseinrichtung 603 in Fig. 4 zu verarbeiten sind, und sie
arbeiten nicht. Deshalb ist das Videosignal, das von dem
Synthesierer 40 durch die orthogonale
Umkehrtransformationseinrichtung 30 und die Umkehrblockungseinrichtung 20 erhalten
werden, das Bild B mit dem Schirmseitenverhältnis von 4:3.
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In dem Dekodierer werden übrigens die kodierten Daten, die
durch die Eingangsklemme 70 einzugeben sind, die kodierten
Daten des Bildes A mit dem Schirmseitenverhältnis von 16:9,
wobei aber in dem unten erläuterten Fall das Videosignal, das an
der Ausgangsklemme 10 herauskommt, das Bild B mit dem
Schirmseitenverhältnis von 4:3 ist. Die obige Ausgestaltung in Fig.
4 ist sehr einfach und die durch den Dekodierer 604 und die
Umkehrquantisierungseinrichtung 603 zu verarbeitenden Daten
können als ein Nein-Signal gesetzt werden. Eine solche
Funktion wird, wenn auf einem Bildschirm mit dem
Schirmseitenverhältnis von 4:3 wiedergegeben wird, beim Dekodieren verwendet,
obgleich das Eingangssignal, als die kodierten Daten erzeugt
wurden, das Bild A war, oder wenn nur der Bildschirm mit dem
Bildschirmseitenverhältnis von 4:3 beim Dekodieren verfügbar
war.
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Somit kann gemäß der Ausführungsform die Kodierverarbeitung
von dem Grundschirm mit dem Seitenverhältnis von 16:9 und von
den Daten mit dem Seitenverhältnis von 4:3 gemeinsam verwendet
werden, und in beiden Fällen kann die Datenmenge nach dem
Kodieren innerhalb der bestimmten Datenmenge x gesetzt werden.
Ferner können, indem nur die Daten des Grundschirms aus den
kodierten Daten mit dem Seitenverhältnis von 16:9 dekodiert
werden, diese als der Schirm mit dem Seitenverhältnis von 4:3
erzeugt werden.
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Übrigens kann, indem unterschieden wird, ob das
Seitenverhältnis 16:9 oder 4:3 in den Daten nach dem Kodieren zum Zeitpunkt
des Dekodierens ist, in dem Fall des Seitenverhältnisses von
16:9 die Information, zum Unterscheiden der Daten des
Grundschirms und des zusätzlichen Schirms im voraus zum Zeitpunkt
des Kodierens gemultiplext werden.
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In dieser Ausführungsform wird als Verfahren zum sehr
wirksamen Kodieren die orthogonale Transformation verwendet, aber
andere Kodierverfahren, wie prädiktive Kodierung, können
ebenso verwendet werden.