DE69225621T2

DE69225621T2 - Vorrichtung zur Kodierung eines Videosignals

Info

Publication number: DE69225621T2
Application number: DE69225621T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Mishima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-01-17
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2012-01-17
Also published as: JPH05252499A; DE69230922D1; DE69230922T2; DE69225621D1; US5337087A; EP0495490B1; EP0495490A2; EP0806872A3; EP0495490A3; EP0806872B1; JP3074211B2; EP0806872A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Codierung eines Videosignais gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beschreibung des Standes der Technik

Wenn, in digitale Signale umgewandelte Videodaten direkt auf Band oder einem anderen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden, ist das Datenvolumen so groß, daß gewöhnlich die Grenze der aufnehmbaren Datenmenge des Aufzeichnungsmediums überschritten wird. Zur Aufzeichnung digitaler Videosignale auf Band oder einem anderen Aufzeichnungsmedium ist es deshalb notwendig das Videosignal so zu komprimieren, daß das Datenvolumen diese Grenze nicht überschreitet. Dazu wird bekanntlich das Videosignal durch eine Hochleistungs-Codier-Vorrichtung komprimiert.
Ein Beispiel einer solchen Hochleistungs-Codierung, die häufig eingesetzt wird, ist die Orthogonal-Transformations-Codierungsmethode, bei der die durch Orthogonal-Transformation der Originalsignale erhaltenen Transformations-Koeffizienten für die Codierung quantisiert werden. Diese Methode weist bekanntlich einen hohen Codierungs-Wirkungsgrad auf. Zur Codierung eines Videosignals nach dieser Methode, wird das Videosignal zunächst in Blöcke, bestehend aus n x n Pixel (wobei n ein Integer ist) aufgeteilt, eine Orthogonal- Transformation in jedem Block durchgeführt, um diesen in einen Transformations-Koeffizienten umzuwandeln, der n x n Frequenzbereiche darstellt, wobei dann anschließend der Transformations-Koeffizient quantisiert wird. Wenn jedoch alle Blöcke mit der gleichen Bitanzahl quantisiert werden, kann eine adequate Bildqualität für die Videoblöcke in flachen Bereichen erhalten werden, jedoch treten in Videoblöcken die Randbereiche umfassen, Störungen auf, da Fehler in der Nähe der Randzonen auftreten.
Eine beispielhafte Codier-Vorrichtung, die das vorstehende Problem vermeidet ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. JP-A-2-105792 offenbart. Die Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Codier-Vorrichtung, wie sie in dieser Patentveröffentlichung offenbart wurde. Diese Codier-Vorrichtung wird mit Bezug auf Fig. 1 nachstehend beschrieben. Ein Videosignal wird einem Blockbildungs-Schaltkreis 51 eingegeben, wo es in Blöcke aufgeteilt wird, und anschließend jeder Block einem Orthogonal-Transformations-Schaltkreis 52 zur Orthogonal-Transformation zugeführt wird. Der durch die Orthogonal-Transformation erhaltene Transformations- Koeffizient wird quantisiert durch einen Quantisierungs-Schaltkreis 53. Der Quantisierungs-Schaltkreis 53 hat die Fähigkeit, die Quantisierung durchzuführen unter Verwendung einer wechselnden Anzahl von Quantisierungs-Bits. Ein Randzonen-Feststellungs-Schaltkreis 54 ist vorgesehen, um die Ränder des Videosignals zu bestimmen, während ein Flach-Bereich-Bestimmungs-Schaltkreis 55 vorgesehen ist, um festzulegen, ob der Block einen Flachbereich darstellt. Anhand der Ausgänge des Randbereich-Bestimmungs-Schaltkreises 54 und des Flach-Bereich-Bestimmungs-Schaltkreises 55 bestimmt ein Block-Identifizierungs-Schaltkreis 56, ob der Block sowohl einen Flach-Bereich als auch einen Randzonen- Bereich einschließt. Das Ergebnis wird einem Quantisierungs-Schaltkreis 53 zugeführt, um die Zahl der Quantisierungs-Bits festzulegen. Wenn der gesamte Block flach oder wenn der gesamte Block eine komplizierte Struktur aufweist, wird festgelegt einen kleineren Bit- Code zur Quantisierung anzuwenden, da Störungen nicht merklich sichtbar werden. Andererseits, wenn der Block einen Randbereich sowohl, als auch einen Flach-Bereich einschließt, wird entschieden, einen höheren Bit-Code zur Quantisierung zu benutzen, um das Auftreten von Störungen im Flach-Bereich zu vermeiden. In der offenbarten Codier-Vorrichtung der oben erwähnten Patentveröffentlichung werden, um das vorstehend erwähnte Problem zu überwinden, die Transformations-Koeffizienten für Blöcke, die beides, Rand- und Flach-Bereiche enthalten, mit einem höheren Bit-Code quantisiert, um dadurch Störungen zu reduzieren und die Bildqualität nach der Decodierung zu verbessern. Die Bestimmungsfaktoren zur Festlegung der Rand- oder Flach-Bereiche in einem Block sind innerhalb des Blocks veränderlich, wie auch der Maximalwert des Blocks, der Dynamik-Bereichs des Blocks usw.. Diese Faktoren werden zusammenfassend als der Aktivitätsindex bezeichnet. In der vorstehenden Codier-Vorrichtung des Standes der Technik wird die Zahl der Quantisierungs-Bit(Quanti-sierungs-Niveau) für jeden Block anhand des Aktivitätsindexes festgelegt.
Der Ausgang des Quantisierungs-Schaltkreises 53 der Fig. 1 wird codiert, gewöhnlich unter Verwendung der Entropie-Codierung wie z.B. die Huffman-Codierung, in einen Variablen-Längen-Code für die Übertragung. Die Bit-Länge eines Blockes nach der variablen Längen- Codierung variiert von Block zu Block, und im Fall eines Aufzeichnungsmediums, wie ein Spiral-Scan-Digital-Video-Bandrekorder (VTR) mit einer festgelegten Spurlänge ist es üblich, die Zahl der pro Spur aufzuzeichnenden Datablöcken zu erfassen. Es ist daher übliche Praxis, zumindest die Zahl der Datenblöcke, die pro Spur erfaßt werden sollen, vorher zu bestimmen. Ebenso kann, wenn Block-Korrektur-Codes (z.B. BCH- Codes, Reed-Solomon-Codes, usw.) als Fehlerkorrektur- Codes eingesetzt werden, in der Praxis die Daten-Länge des Variablen-Längen-Codes für jeden Fehler-Korrektur- Block festgesetzt werden. Bei der Codierung von Video Signalen wird gewöhnlich ein Feld oder ein Rahmen in N- Segmente (wobei N ein Integer ist) aufgeteilt, wobei jedes Segment als eine Einheit dient und die maximale Datenmenge für jede der N Einheiten festgesetzt wird.
In einem Kanal jedoch, wie ein digitaler VTR, in dem die Daten-Länge für den Variablen-Längen-Code festgelegt ist, kann die Daten-Länge des Variablen-Längen- Codes von Code zu Code variieren, nach der Variablen- Längen-Codierung, in Abhängigkeit des zu verarbeitenden Bildes, und die gesamte Code-Länge nach der Variablen-Längen-Codierung kann dabei die festgelegte Länge des Kanals überschreiten, so daß ein Überlauf die Folge ist. Wenn dieses eintritt, wird die Übertragung aufgrund des Datenflusses abgebrochen, und es werden nicht nur die Überlauf-Daten, sondern auch die nachfolgenden Daten nicht übertragen. Die Unmöglichkeit, die Decodierung des Originalsignals korrekt durchzuführen, erweist sich als Problem.
Die Variable-Längen-Codierung eines Fernsehsignals wird gewöhnlich nacheinander von links nach rechts und von oben nach unten des Fernsehbildschirms durchgeführt. Das Problem ist daher, daß die oben erwähnten Verkürzungen in der Mitte des Bildschirmes auftreten können, indem die hauptsächlichen Bildelemente enthalten sind. IEEE TRANSACTIONS ON ACOUSTICS AND SPEECH AND SIGNAL PROCESSING; Band 37, Nr. 11, November 1989, NY, USA, Seite 1743-1749, NGAN et al.: "Adaptive Cosine Transform Coding of Images in Perceptual Domain" wird bereits eine Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals zur Kompression und Codierung eines digitalen Videosignals offenbart, um komprimierte codierte Daten innerhalb einer vorbestimmten Datenmenge zu erhalten. Dieses Gerät enthält Mittel zur Strukturierung von Blöcken jeder bestehend aus einer Mehrzahl von Pixeln im Videosignal, Mittel zur Durchführung einer Orthogonal-Transformation in jedem des strukturierten Blocks, um Transformations-Koeffizienten zu erhalten; Mittel zur Quantisierung der Transformations-Koeffizienten; Mittel zur Codierung der quantisierten Daten um codierte Daten zu erhalten; Mittel zur Codierung der quantisierten Daten um codierte Daten zu erhalten; Mittel zur Speicherung der erhaltenen codierten Daten und Mittel zur Steuerung der Quantisierungseinrichtungen auf der Basis der Menge der in den Speicher-Mitteln gespeicherten, codierten Daten.
In PAJP, Band 12, Nr. 124 (E 601) zeigt ein Bild-Signal-Übertragungssystem, das eine geglättete Wiedergabe von Bewegtbildern mit verbesserten Erscheinungsbild- Charakteristiken liefert, indem beide Oberflächen in verschiedene Bereiche aufgeteilt werden, die jeweiligen Bereiche mit Prioritäten versehen werden, und mehr Information in den Bereichen mit höherer Priorität als die Information in dem Bereich mit geringerer Priorität übertragen werden.
PAJP. Band 12, Nr. 355 (E 661) beschreibt eine Bild- Kompressionsvorrichtung, die um die Zahl der Quantisierungfehler zu reduzieren und die Bearbeitungszeit abzukürzen, vorprozessierungs-Mittel enthält, die die originalen Bilddaten vorab bearbeiten und einen Rück anordnungsabschnitt, der die orthogonal-transformierten Ausgänge in Blöcken derselben Frequenzkomponente wieder anordnet.
Weiter bezieht sich EP-A-0 322 955 auf einen Empfänger für ein hoch aufgelöstes Ferseh-Signal, bei dem das Signal vor der Übertragung auf einer Block-zu-Block- Basis entsprechend der Bewegung untergliedert wird. Das empfangene untergliederte Signal wird von einer Verschiebeeinrichtung zugeführt, die die Pixel der Blöcke in der Weise verschiebt, daß es invers zu dem vor der Übertragung erscheint.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals anzugeben, die in der Lage ist, die codierten Daten-Längen mit einer vorbestimmten Daten-Länge festzulegen, wobei Verzerrungen aus den Übertragungsverkürzungen nicht leicht sichtbar werden.
Diese erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Videosignal-Codiergerät gelöst, das die Eigenschaften des Anspruches 1 aufweist. Spezielle Ausgestaltungen dieses Gerätes sind in den Ansprüche 2 bis 7 definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Videosinal-Codiergerät zur Kompression und Codierung digitaler Videosignale, um codierte komprimierte Daten innerhalb einer vorbestimmten Datenmenge zu erhalten, Block- Strukturierungs-Mittel zur Strukturierung von Blöcken, bestehend aus einer Mehrzahl von Pixeln in dem Videosignal; Transformations-Mittel um eine Orthogonal- Transformation in jedem der strukturierten Blöcke durchzuführen, um Transformations-Koeffizienten zu erhalten; Quantisierungs-Mittel zur Quantisierung der Transformations-Koeffizienten; Codierungs-Mittel zur Codierung der quantisierten Daten, um codierte Daten zu erhalten; Speicher-Mittel um die codierten Daten abzuspeichern, mit einer Speicherkapazität, die in etwa gleich der erwähnten vorbestimmten Datenmenge ist; und Steuerungs-Mittel zur Steuerung der Ein/Aus-Operation besagter Codiermittel anhand der Menge der codierten in den Speicher-Mitteln gespeicherten Daten, gekennzeichnet durch Verschiebeeinrichtungen um die durch die besagte Block-Strukturierungseinrichtung strukturierter Blöcke zu verschieben, so daß die Blöcke nacheinander der Transformationseinrichtung zugeführt werden, wobei mit den Blöcken in der Bildschirmmitte begonnen wird.
Die vorstehenden und weiteren Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen dargelegt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Videosignal-Codier-Vorrichtung nach dem Stand der Technik darstellt.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Anordnung eines Videosignal-Codier-Gerätes mit einem variablen Längen- Codier-Schaltkreis und einem Zwischenspeicher darstellt.
Fig. 3 zeigt in einem Diagramm ein Beispiel einer Codierung während des Arbeitsablaufes.
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Scanningfolge während der Codierung.
Fig. 5 zeigt in einem Diagramm eine alternative Anordnung des Gerätes der Fig. 2.
Fig. 6 zeigt in einem Diagramm den Aufbau einer Videosignal-Codier-Vorrichtung nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 7 ist eine Serie von Diagrammen die in spezifischer Weise die Transmissionsfolgen, bestimmt durch den Verschiebe-Schaltkreis in Fig. 6 darstellt.
Fig. 8 zeigt in einem Diagramm eine alternative Anordnung der ersten Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 9 zeigt in einem Diagramm den Aufbau einer Videosignal-Codier-Vorrichtung in einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 10 zeigt in einem Diagramm eine Tabelle der Bit- Code-Auswahl zur Quantisierung in Übereinstimmung mit der zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 11 zeigt in einem Diagramm die Anordnung eines Ereignis-Umwandlungs-Schaltkreises in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 12 zeigt in einem Diagramm eine alternative Anordnung der zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 13 zeigt in graphischer Darstellung die durch die Verschiebung in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung vergleichmäßigten Codier-Längen-Änderungen.
Fig. 14 ist ein Diagramm das die Verschiebeeinheiten in einem Aufteilungsverhältnis von 4:1:1 in der zweiten Ausgestaltung darstellt.
Fig. 15 ist ein Diagramm das die Verschiebeeinheiten für ein Aufteilungsverhältnis von 4:2:0 in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung darstellt.
Fig. 16 ist ein Diagramm das ein Beispiel der Verschiebung in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung darstellt.
Fig. 17 ist ein Diagramm das Verschiebeeinheiten für ein Aufteilungsverhältnis von 4:1:0 in der zweiten Ausgestaltung darstellt.
Fig. 18 ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Videosignal-Codiereinrichtung nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung darstellt.
Fig. 19 ist ein Diagramm das den Ablauf der Verschiebung in einer dritten Ausgestaltung erklärt.
Fig. 20 ist ein Diagramm das das Prinzip der Verschiebung in der dritten Ausgestaltung erklärt.
Fig. 21 ist ein Diagramm das ein Beispiel der Verschiebung in der dritten Ausgestaltung der Erfindung darstellt.
Fig. 22 ist ein Diagramm das ein weiteres Beispiel der Verschiebung in der dritten Ausgestaltung der Erfindung darstellt.
Fig. 23 ist ein Diagramm das ein weiteres Beispiel der Verschiebung in der dritten Ausgestaltung zeigt.
Fig. 24 ist ein Diagramm das die Anordnung eines Verschiebe-Schaltkreises in der dritten Ausgestaltung der Erfindung darstellt.
In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Block- Aufteilungs-Schaltkreis um das digitale Eingangs- Videosignal in Blöcke aufzuteilen, wobei jeder aus einer Mehrzahl von Pixeln besteht. Jeder Block wird vom Block-Aufteilungs-Schaltkreis 1 an einen DCT-Schalt kreis 2 übertragen. Der DCT-Schaltkreis 2 führt eine diskrete Cosinus-Transformation (DCT) in jeden Block durch speist die erhaltenen Transformations-Koeffizienten (DCT-Koeffizient) in einen Wichtungs-Schaltkreis 3 ein. Der Wichtungs-Schaltkreis 3 führt eine Gewichtung für jeden DCT-Koeffizienten durch und gibt die gewichteten DCT-Koeffizienten an einen Quantisierungs- Schaltkreis 4 weiter. Der Quantisierungs-Schaltkreis quantisiert die gewichteten DCT-Koeffizienten mit der Zahl der Quantisierungs-Bits, die durch eine Steuerungseinrichtung 8 bestimmt wurden und speist die quantisierten DCT-Koeffizienten in einen Variablen-Längen- Codier-Schaltkreis 5 über einen Schalter 7 ein. Der Variable-Längen-Codier-Schaltkreis 5 codiert die quantisierten DCT-Koeffizienten in einen Variablen-Längen- Code und übermittelt die Variable-Längen-Codierten- Daten in einen Zwischenspeicher 6. Der Zwischenspeicher 6 besteht aus einem RAM oder ähnlichem und hat die Speicherkapazität entsprechend der Datenlänge einer Spur. Der Dateneingang in den Variablen-Längen- Schaltkreis 5 wird durch den Schalter 7 ein- und ausgeschaltet. Die Steuerungseinrichtung 8 steuert die Zahl der Quantisierungs-Bits für den Quantisierungs- Schaltkreis 4 wie auch die Schaltfunktion des Schalters 7, anhand der im Zwischenspeicher 6 gespeicherten Datenmenge.
Es wird nunmehr die Wirkungsweise beschrieben.
Die durch Abtasten des Videosignals erhaltenene Daten werden durch den Block-Aufteilungs-Schaltkreis 1 in Blöcke, jeder bestehend z.B. aus 8 Pixeln in beiden, der horizontalen und vertikalen Richtung aufgeteilt. Der DCT-Schaltkreis 2 führt eine DTC in jedem Block durch und die erhaltenen DTC-Koeffizienten werden einer Wichtung im Wichtungs-Schaltkreis 3 unterzogen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Gewichtung durchgeführt, sodaß die Wichtungsfaktoren für die DCT-Koeffizienten in höheren Frequenzbereichen kleinere Werte ergeben. Dies ist bedingt, weil die Bildauflösung für höhere Frequenzbereiche abnimmt, und eine Hochleistungs-Codierung ohne merkliche Verzerrung erlaubt. Als nächstes werden die DCT-Koeffizienten durch den Quantisierungs-Schaltkreis 4 quantisiert. Quantisierte n-Bitdaten können wie in Fig. 3 z.B. dargestellt werden. Diese Daten werden durch den Variablen-Längen-Codier-Schaltkreis 5 durch eindimensionales Scannen wie in Fig. 4 gezeigt in einen Variablen-Längen-Code codiert. Der Variable-Längen-Codier-Schaltkreis 5 ist ein Schaltkreis zur Codierung von Daten in einen Code, mit dessen Länge z.B. von der Abfolge der Nullen (Null-Lauf-Länge) und Ungleich-Null- Werten abhängt und gewöhnlich der Huffman-Codierung oder ähnlichen, häufig angewendeten Methoden unterliegt. Der Ausgang des Variablen-Längen-Codier-Schaltkreises 5 wird im Zwischenspeicher 6 zur Ausgabe in den Übertragungskanal gespeichert.
Die Länge des Variabel-Längen-Codeausgangs aus dem Variablen-Längen-Codier-Schaltkreis 5 variiert jedoch entsprechend dem Bildmuster und abhängig von der Situation, kann diese den maximal übertragbaren Längen- Code über- oder unterschreiten. Die Kontrolleinrichtung 8 sagt das Auftreten von Überlauf-Daten vorher durch Vergleich der Adresswerte, die im Zwischenspeicher 6 eingeschrieben wurden mit der Daten-Längenbegrenzung, und gibt Signale zur Steuerung der Zahl der Quantisierungs-Bits für den Quantisierungs-Schaltkreis 4 und für die Schaltfunktion des Schalters 7 aus.
Selbst wenn das Datenvolumen an einem bestimmten Teil des Bildes auf dem Bildschirm stetig zunimmt, kann der Zwischenspeicher 6 eine ausreichende Datenspeicher- Kapazität bereitstellen, und es tritt keine Situation ein die einen Überlauf zur Folge hat oder die Steuereinrichtung 8 veranlaßt, die Übertragung direkt zu unterbrechen.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm das eine alternative Anordnung darstellt. In dieser alternativen Anordnung steuert die Steuereinrichtung 8 nur die Schaltfunktion des Schalters 7. Die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beschrieben in bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

(Ausgestaltung 1)

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm das die Anordnung der ersten Ausgestaltung darstellt, wobei die Bezugsziffern die gleichen sind wie beim entsprechenden Teil in Fig. 2. In der ersten Ausgestaltung ist deshalb zwischen dem Block-Aufteilungs-Schaltkreis 1 und dem DCT-Schaltkreis 2 ein Verschiebe-Schaltkreis 9 vorgesehen, durch den die Blöcke herkommend vom Block-Aufteilungs-Schaltkreis 1 so verschoben werden, daß die Codierung der Bilddaten durchgeführt wird, indem vorzugsweise von der Bildschirmmitte begonnen wird und so die verschobenen Blöcke in den DCT-Schaltkreis 2 eingespeist werden.
Fig. 7 zeigt die Verschiebungsabfolge, wie sie durch den Verschiebe-Schaltkreis 9 durchgeführt wird.
Fig. 7(a) zeigt ein Beispiel, in dem die Verschiebung in der Weise durchgeführt wird, daß spiralig von der Bildschirmmitte nach außen vorgegangen wird. In Fig. 7(b) zeigt ein Beispiel bei dem die Verschiebung in vertikaler Richtung über den Bildschirm ausgehend von der Bildschirmmitte und abwechselnd nach beiden Seiten bis zum Bildschirmende sich bewegt. In Fig. 7(c) wird außerdem ein Beispiel gezeigt, in dem die Verschiebung in horizontaler Richtung über den Bildschirm ausgehend von der Bildschirmmitte sich abwechselnd von der Bildschirmoberkante zur Bildschirmunterkante sich bewegt.
In der ersten Ausgestaltung der Erfindung wird so die Codierung durchgeführt, daß vorzugsweise von der Bildschirmmitte begonnen wird und deshalb, wenn die Datenübertragung wegen des Auftretens von Überlaufdaten verkürzt wird, die Verkürzung in dem Randteil des Bildschirmes auftritt und die daraus resultierende Verzerrung der Verkürzung weniger sichtbar wird.
Die Verschiebesequenzen, die durch den Verschiebe- Schaltkreis 9 durchgeführt werden, sind nicht auf die Methoden begrenzt wie sie in den Figuren 7(a), 7(b) und 7(c) gezeigt sind, sondern können stattdessen Zufallszahlen eingesetzt werden. Der Bildschirm z.B. kann in fünf Abschnitte unterteilt werden, wie in Fig. 7(d) gezeigt ist und die Verschiebefolge innerhalb jeden Abschnittes kann durch Zufallszahlen bestimmt werden, wobei aus dem Bildschirmmittenbereich begonnen wird und alternierend nach beiden Seiten des Bildschirms weiter gegangen wird.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine alternative Anordnung der ersten Ausgestaltung der Erfindung zeigt. In dieser alternativen Anordnung steuert die Steuerungseinrichtung 8 nur die Schaltfunktion des Schalters 7.

(Ausgestaltung 2)

Nachfolgend wird die zweite Ausgestaltung der Erfindung beschrieben, in der die Zahl der Quantisierungs-Bits anhand des Aktivitätsindexes eines jeden Blocks und der Anzahl der auftretenden Ereignisse bestimmt wird. Die Variabel-Längen-Codier-Mittel weisen Codes unterschiedlicher Länge entsprechend der Datenhäufigkeit zu. Wenn die Datenzählung sich erhöht (z.B. wenn zehntausende bis hunderttausende von Codes-Folgen beobachtet werden), nimmt die Vorbelastung in der Code- Menge ab. Durch Simulation wurde bestätigt, daß wenn zehntausende bis hunderttausende Codes beobachtet werden, die durchschnittliche Code-Länge pro Ereignis (ein Ereignis bedeutet das Auftreten einer Null-Lauflänge und eines Ungleich-Null-Wertes) innerhalb 5 bis 7 Bits in etwa stabil ist. Wenn umgekehrt diese Eigenschaft benutzt wird, kann die gesamte Code-Menge durch Zählen der Anzahl der Ereignisse ziemlich genau festgelegt werden. Die zweite Ausgestaltung benützt solche Eigenschaften wie die Variablen-Längen-Codes um die Code-Menge vorherzubestimmen und legt die Zahl der Quantisierungs-Bits anhand des vorbestimmten Wertes fest.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer zweiten Ausgestaltung zeigt, wobei die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 sich auf gleiche oder entsprechende Teile beziehen, so daß auf die Beschreibung hier verzichtet wird. Der Quantisierungs-Schaltkreis 4 quantisiert die gewichteten DCT-Koeffizienten mit der Zahl der Quantisierungs-Bits, festgelegt durch einen Quantisierungs-Bit-Anzahl-Entscheidungs-Schaltkreis 14 und führt die quantisierten DCT-Koeffizienten einem Variablen-Längen-Codier-Schaltkreis 5 zu. Der Variable- Längen-Codier-Schaltkreis 5 codiert die quantisierten DCT-Koeffizienten in einen Variablen-Längen-Code; die Variablen-Längen-Code-Daten werden dann aus einem Zwischenspeicher 11 erstellt und einem RAM oder ähnlichem zugeführt. Der Variable-Längen-Codier-Schaltkreis 5 versorgt einen Daten-Restrukturierungs-Schaltkreis 10 mit Daten. Der Daten-Restrukturierungs-schaltkreis 10 restrukturiert die Daten aus den Variablen-Längen- Codier-Schaltkreis 13. Der Variable-Längen-Codier- Schaltkreis 13 codiert die Eingangsdaten in einen Variablen-Längen-code zur Übertragung an den Zwischenspeicher 15, erstellt aus einem RAM oder ähnlichem. Ein Schalter 12 legt den Datenausgang zwischen den Zwischenspeichern 11 und 15 fest. Der Variable-Längen- Codier-Schaltkreis enthält einen Null-Laufzähler 31 um die Null-Läufe im Ausgang des Quantisier-Schaltkreises 4 zu zählen; einen Ereigniszähler 32 zur Zählung der Anzahl der auftretenden Ereignisse durch den Zählwert des Null-Laufzählers 31; einen Ereignis-Urnwandlungs- Schaltkreis 33 zur Umwandlung eines Ereignisses, wie nachstehend beschrieben, in Übereinstimmung mit dem Zählwert des Ereigniszählers 32 und einen Variablen- Längen-Codierer 34 zur Codierung des Ausgangs des Ereignis-Umwandlungs-Schaltkreises 33 in einen Variablen-Längen-Code.
Diese Arbeitsweise wird nun beschrieben.
Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Quantisierungs-Bit- Code-Festlegung. In der zweiten Ausgestaltung der Erfindung werden die vorherbestimme Verwendung des Speichers im Pufferspeicher 11 und der Aktivitätsindex als Entscheidungsfaktoren herangezogen. Wenn so also verherbestimmt wird, daß das Speichermedium 11 sich seiner vollen Kapazität nähert,wird die Zahl der Quantisierungs-Bits reduziert, so daß die Wahrscheinlichkeit ansteigt, daß Nach-Quantisierungs-Werte zu Null werden. Im Ergebnis nimmt die Code-Länge nach einer Variablen-Längen-Codierung pro Pixel ab. Die Code-Menge nimmt in dem Maße ab, in dem der Pufferspeicher 11 sich seiner vollen Kapazität annähert, so daß eine effektive Steuerung gegen Überlauf bewirkt wird. Wenn diese Situation eintritt oder erwartet wird, daß der kritische Punkt für den Überlauf erreicht wird, wird die Variable-Längen-Codierung an einer Stelle auf der hochfrequenten Seite unterbrochen.
Im Variablen-Längen-Codier-Schaltkreis 5 wird gewöhnlich der Null-Laufzähler 31 zum Zählen der Null-Läufe vorgesehen, um den Inhalt der Ereignisse zu zählen (Null-Lauf-Länge und Ungleich-Null-Werte) in Vorbereitung der Variablen-Längen-Codierung. Der Null- Laufzähler 31 registriert das Auftreten eines Codes für jedes Ereignis für den Ereigniszähler 32, der die Anzahl der Ereignisse zählt, um die zu generierende Code- Menge vorherzubestimmen. Wenn z.B. die durchschnittliche Zahl der Ereignisse pro Block erhalten wird, die in den Quantisierungs-Bitzahl-Entscheidungs-Schaltkreis 14 zurückgeführt wird, legt dieser anhand der Durchschnittsanzahl und des Aktivitätsindexes die Zahl der Quantisierungs-Bits fest, wie in Fig. 10 gezeigt ist, und steuert dadurch den Code-Umfang.
Unabhängig von dem oben genannten Feedback wird die Zahl der Ereignisse durch den Ereigniszähler 32 gezählt und nach Zählung der Gesamtzahl der Ereignisse, steuert der Ereignis-Urnwandlungs-Schaltkreis 32 die Code-Menge. Wenn durch den Ereigniszähler 32 vorhergesagt wird, daß die Code-Menge z.B. vergrößert werden soll, wird die Steuerung in folgender Weise durchgeführt. Bei einigen Ereignissen kann der Ungleich-Null-Wert auf Null reduziert werden, wenn der Wert durch zwei geteilt und auf eine ganze Zahl zurückgeführt wird. Dies ist der Fall, wenn der Ungleich-Null-Wert gleich 1 ist. Wenn ein neuer Null-Wert in einem Ereignis auftritt, wird die Lauflänge dieses Ereignisses der Lauflänge des nächsten Ereignisses zuaddiert und wird weiter 1 dieser Summe hinzuaddiert, um so die Lauflänge des neuen Ereignisses zu erstellen. Dies kann im folgenden durch ein spezielles Beispiel beschrieben werden.
Angenommen, z.B.: das k-Ereignis hat eine Lauflänge von 5 und einen Ungleich-Null-Wert von 6; das (k+ 1)-Ereignis hat eine Lauflänge von 2 und einen Ungleich-Null- Wert von 1; und das (k+2)-Ereignis hat eine Lauflänge von 7 und einen Ungleich-Null-Wert von 17.
Wenn in diesem Beispiel die Steuerung als Ergebnis einer Code-Mengen-Vorherbestimmung durchgeführt wird um die Code-Menge zu reduzieren, wird das folgende Ergebnis erhalten.
Das k-Ereignis hat eine Lauflänge von 5 mit einem Ungleich-Null-Wert reduziert auf 3;
Das (k+1)-Ereignis hat eine Lauflänge von 2 mit einem Ungleich-Null-Wert reduziert auf Null; und
das (k+2)-Ereignis hat eine Lauflänge von 7 mit einem Ungleich-Null-Wert reduziert auf 8.
Da zu diesem Zeitpunkt ein neuer Null-Wert in dem (k+1)-Ereignis auftritt, wird das (k+2)-Ereignis mit dem (k+1)-Ereignis kombiniert um ein neues (k+ 1)-Ereignis zu erstellen. Das neue (k+1)-Ereignis hat eine Lauflänge von 10, was aus 2 + 7 + 1 folgt, und einen Ungleich-Null-Wert von 8. Das alte (k+3)-Ereignis ist jetzt ein neues (k+2)-Ereignis, das alte (k+4)-Ereignis ist jetzt ein neues (k+3)-Ereignis, und so werden aufeinanderfolgend neue Ereignisse erstellt, wobei die Anzahl der Ereignisse durch die Anzahl von neu erstellten Null-Werten reduziert wird.
Fig. 11 zeigt die innere Anordnung eines Ereignis-Umwandlungs-Schaltkreises 33, der die oben beschriebene Operation durchführt. Der Ereignis-Umwandlungs-Schaltkreis 33 umfaßt: einen Verzögerungs-Schaltkreis 35 zur Ausgabe der Eingabe-Lauflänge mit einer Verzögerung um ein Ereignis; ein Addier-Schaltkreis 36 der den Ausgang des Verzögerungs-Schaltkreises 35 zu der Eingangs- Lauflänge hinzuaddiert und weiterhin eine 1 dieser Summe hinzufügt; ein Schalter 37 der zwischen zwei Eingängen umgeschaltet werden kann ein Eingang der mit dem Ausgang des Verzzgerungs-Schaltkreises 35 beaufschlagt wird und der andere der mit dem Ausgang des Addier- Schaltkreises 36 beaufschlagt wird; einen Dividier- Schaltkreis 38 der den Eingangs-Ungleich-Null-Wert durch zwei teilt und das Ergebnis auf eine ganze Zahl zurückführt; ein Null-Entscheidungs-Schaltkreis 39 der ent-scheidet ob der Ausgang des Dividier-Schaltkreises Null ist oder nicht und der, wenn der Ausgang gleich Null ist, ein Steuerungssignal an den Schalter 37 abgibt und wenn der Ausgang Ungleich-Null ist, direkt den Ungleich-Null-Wert ausgibt; und ein Verzögerungs Schaltkreis 40 zur Ausgabe des Eingangs-Ungleich-Null- Wertes mit der Verzögerung um ein Ereignis. Wenn das Steuersignal vom Null-Entscheidungs-Schaltkreis 39 ausgegeben wird, legt der Schalter 37 den Ausgang auf den Addier-Schaltkreis 36 und wenn das Steuerungssignal nicht ausgegeben wird, legt dieser den Ausgang auf den Verzögerungs-Schaltkreis 35.
Indem der oben vorstehend umrissene Ereignis-Umwandlungs-Schaltkreis 33 vorgesehen wird, bietet sich der Vorteil z.B., daß die Zahl der Quantisierungs-Bits, einmal festgelegt für den Quantisierungs-Schaltkreis 4, leicht verändert werden kann, indem nur ein Null-Laufzähler verwendet wird. Ohne den Ereignis-Umwandlungs Schaltkreis 33 wären zwei Null-Laufzähler, einer zur Vorherbestimmung der Variablen-Längen-Code-Menge und der andere zum Einsatz nach der Veränderung der Anzahl der Quantisierungs-Bits, erforderlich.
Das Teilen von Ungleich-Null-Werten ist kein wesentliches Element für die Wirkungsweise des Ereignis-Umwandlungs-Schaltkreises 33; es ist auch möglich den Inhalt eines Ereignisses zu verändern durch die erzwungene Umwandlung auf Null eines Ungleich-Null-Wertes, dessen absoluter Wert kleiner als der Wert 1 ist. Die Ereignis-Umwandlung muß nicht notwendigerweise gleichförmig in jedem Block durchgeführt werden, sondern kann adaptiv mit Betonung z.B. auf Abschnitte, die mit höheren Bit-Codes quantisiert werden durch den Quan tisierungs-Schaltkreis 4 oder an Hochfrequenzkomponenten durchgeführt werden. Die Ereignis-Umwandlung, mit der 1/2-Teilung ist gleichbedeutend mit dem Wechsel der Zahl der Quantisierung-Bits von n-Bits zu (n-2)-Bits.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramrn, das eine alternative Anordnung einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung zeigt. In dieser Anordnung wird ein Code-Mengenzähler 30 zur Zählung der Code-Menge benutzt anstelle des Ereigniszählers 32 in Fig. 9. Der Code-Mengenzähler 30 zählt die generierte Code-Menge von der Null-Lauflänge und des Ungleich-Null-Wertes, stammend von dem Null- Laufzähler 31. Zum Abschluß eines jeden Blocks, wird eine Anzahl Bits wie EOB (Blockende, ein Zeichen, das den Abschluß des Blocks anzeigt) zu der gezählten Menge hinzugefügt, die durch die Zahl der schon gezählten Blocks dividiert wird, um das gesamte erforderliche Code-Volumen, vorherzusagen.
Daten die nicht übertragen werden wegen der Erstellung neuer Nullen durch den Ereignis-Umwandlungs-Schaltkreis 33 werden restrukturiert durch den Restrukturierungs- Schaltkreis 10. Wenn die Code-Menge den vorherbestimmten Wert nicht erreicht, können die restrukturierten Daten als zusätzliche Daten codiert werden, um eine weitere genaue Steuerung vorzusehen. Solche zusätzliche Daten werden durch den Variablen-Längen-Codier-Schaltkreis 13 codiert und im Speicher 15 abgespeichert, und falls der Ausgang des Zwischenspeichers 11 kleiner als die maximale übertragbare Code-Menge ausfällt, werden die zusätzlich im Zwischenspeicher 15 gespeicherten Daten übertragen durch Zeit-Multiplexing über den Schalter 12, um so die zusätzlich zu übertragenden Daten bis zur maximalen Übertragungsgrenze übertragen zu können.
Auf der anderen Seite, wenn die Code-Menge die vorhergesagte Code-Menge durch den Ereigniszähler 32 oder dem Code-Volumenzähler 30 die maximal übertragbare Grenze überschreitet, werden DCT-Koeffizienten mit kleineren absoluten Werten in aufsteigender Ordnung der absoluten Werte begrenzt, weil DCT-Koeffizienten mit kleineren absoluten Werten die Bildqualität bei Verkürzung weniger beeinflussen. Es ist deshalb wichtig, daß die Zahl der Ereignisse mit einem DCT-Koeffizienten mit kleineren absoluten Werten gezählt werden, indem die Code-Menge nach der Code-Mengensteuerung herangezogen wird. Speziell, wenn die Zahl der Ereignisse mit einem DCT-Koeffizienten mit absoluten Werten, 1, 2 oder 3 getrennt durch den Ereigniszähler 32 oder durch den Code-Mengenzähler 30 gezählt werden und die Ereignis-Umwandlung durchgeführt wird, kann eine weitere genaue Steuerung der Code-Menge erreicht werden, indem diese Zahl der Information in Verbindung mit dem Ergebnis der Code-Mengen-Festlegung verwendet wird.
Das heißt, die Ereignisse mit einem absoluten Wert 1 werden umgewandelt in Nicht-Übertragungs-Werte durch die oben erwähnte 1/2-Teilung, und durch genaues Erfassen der Zahl solcher Nicht-Übertragungs-Ereignisse ist es dann möglich, die Steuerungsgenauigkeit zu verbessern. Z.B. in den Fällen bei denen Ereignisse mit einem absoluten Wert 1 selten auftreten, aber Ereignisse mit absoluten Werten von 2 oder 3 häufig auftreten, ist es notwendig ein Nicht-Übertragungs-Ereignis durch eine 1/4-Teilung zu erstellen, wobei in diesem Fall der Ereignis-Umwandlungs-Schaltkreis 33 veranlaßt, eine 1/4-Teilung durchzuführen oder erzwingt, die Ereignisse mit absoluten Werten 1, 2 oder 3 auf Nicht-Übertragungs-Ereignisse umzuwandeln. Dies dient weiter zur Erhöhung der Steuergenauigkeit.
Wenn auf einem VTR-Band Daten aufgezeichnet werden unter Anwendung der vor beschriebenen Steuerung verändert sich die Code-Menge beträchtlich in Abhängigkeit von dem aufzuzeichnenden Bildmustern, wie bereits angeführt wurde. Es wurde ebenfalls bereits angeführt, daß es üblich ist, die Daten-Länge auf eine Länge festzulegen, die durch Teilung der Spurlänge durch einen Integer (Ganzzahl) berechnet wurde. Es ist ebenfalls sehr gebräuchlich, die Daten-Länge durch Teilung eines Feldes oder Rahmens oder m-Rahmen in n-Einheiten festzulegen. Fig. 13, z.B. zeigt die erzeugte Code- Menge, wenn ein Rahmen in zehn Einheiten unterteilt wird. Das Symbol -Δ- in Fig. 13 stellt die Code-Menge dar. Wie gezeigt, überschreiten vier von zehn Einheiten beträchtlich die Übertragungsgrenze, während die anderen sechs Einheiten sehr weit unterhalb dieser Grenze liegen. Da die Abschalt-Steuerung bei den vier Einheiten im großen Umfang durchgeführt wird, muß die Code-Menge reduziert werden, unter Einbuße des Signal- Rausch-Verhältnisses auf einen bestimmten Grad, während andererseits eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses in den verbliebenen sechs Einheiten erwartet werden kann, mit der Addition zusätzlicher Daten usw..
Wenn die Code-Menge zwischen den Einheiten nach der zweiten Ausgestaltung der Erfindung gesteuert wird, kann eine solche Ungleichheit in der Code-Mengenverteilung außer Acht bleiben, da der Code-Mengenüberlauf von den vier Einheiten übertragen werden kann,. indem die anderen sechs Einheiten (speziell unter Benutzung des nächsten Bereiches) übertragen werden.
Eine Bearbeitung jedoch, die zu viele Einheiten umfaßt, dient nur die Hardware-Anordnung zu komplizieren und erbringt keine nennenswerte Vorteile. Es ist wichtig so auszulegen, daß die Bearbeitung innerhalb einer Einheit abgeschlossen wird. Eine Möglichkeit diese Vergleichmäßigung der festgelegten Code-Menge innerhalb der Blöcke zu erreichen ist durch Verschiebung der Blöcke in der Weise gegeben, daß jeder vorgegebene DCT-Block und die Vier direkt benachbarten DCT-Blöcke zu diesem vorgegebenen DCT-Block unterschiedlichen Einheiten angehören. Die Codier-Menge als Ergebnis einer solchen Verschiebung ist dargestellt durch das Symbol -O- in Fig. 13. Wie aus der Fig. 13 ersehen werden kann, diente die Verschiebung einer wesentlichen Vergleichmäßigung der generierten Code-Menge. Die Steuerung der Code-Menge innerhalb jeder Einheit nach Vergleichmäßigung ist außerordentlich vorteilhaft aus Sicht der nachfolgenden Punkte. Wenn die Code-Mengen-Steuerung nur innerhalb einer Einheit durchgeführt wird ist die Hardware sehr einfach im Aufbau. Sogar wenn die Code- Mengen-Steuerung in jeder Einheit durchgeführt wird, besteht keine Notwendigkeit den Anteil für einen bestimmten Abschnitt in einem Rahmen zu reduzieren, was im Ergebnis dazu führt, daß eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses durch die Konzentrierung in einem bestimmten Abschnitt auf dem Bildschirm vermieden wird.
Wenn man spezielle Wiedergabe-Modes betrachtet, ist es eher üblich, wenn die Code-Menge nach Durchführung der oben erwähnten Verschiebung durch Gruppierung zusammen mit DCT-Blöcken des Farbsignals durchgeführt und eine geringere Anzahl von Abtastungen erhölt. Speziell wenn das Abtastungs-Verhältnis zwischen dem Helligkeits- und den Farbsignalen 4:1:1 ist, z.B. wenn vier horizontal aufeinanderfolgende DCT-Blocks wie in Fig. 14 in einer Verschiebeeinheit gruppiert sind und die Verschiebung in dieser Einheit durchgeführt und die Code-Menge innerhalb dieser Einheit gesteuert wird. Im Fall spezieller Wiedergabe-Modes können einige Blöcke nicht wiedergegeben werden, wenn jedoch die Verschiebung in der oben gestalteten Einheit durchgeführt wird, ist eine Wiedergabe sowohl der ausgeglichenen Helligkeitsund Farbsignale möglich. Ohne eine solche Verschiebung kann z.B. der zweite DCT-Block von links des Helligkeitssignals ausfallen, wodurch eine schwerwiegende Verschlechterung der Bildqualität bei einem speziellen Wiedergabe-Modus eintritt.
Wenn weiterhin das Abtast-Verhältnis zwischen den Helligkeits- und Farbsignalen 4:2:0 ist (sequentielle Farblinien-Verarbeitung) z.B., wird die oben beschriebene Verschiebung durch Gruppierung zweier horizontal aneinandergrenzender und zweier vertikal aneinandergrenzender DCT-Blöcke in einer Verschiebeeinheit durchgeführt. Mit dieser Anordnung, wird die Bereichsgröße, die ein DCT-Block für das Farbsignal auf dem Bildschirm einnimmt, gleich dem der Verschiebeeinheit des Helligkeitssignals. Mit diesem als eine Verschiebeeinheit, ist die Verschiebung gemäß Fig. 16 durchgeführt. Fig. 16 zeigt ein Beispiel einer Verschiebung im Fall der Verschiebeeinheit wie sie in Fig. 15 gezeigt ist, wenn das Abtast-Verhältnis zwischen den Helligkeitsund den Farbsignalen 4:2:0 ist und wenn ein Feld in fünf Einheiten aufgeteilt wurde. Fig. 17 ist ein Beispiel für die Verschiebung, wenn das Aufteilungs- Verhältnis zwischen den Helligkeits- und Farbsignalen 4:1:0 ist.

(Ausgestaltung 3 der Erfindung)

Wenn eine Mehrzahl von Blöcken in einer Einheit gruppiert sind, war es gewöhnlich üblich, die Codierung Einheit nach Einheit durchzuführen, wobei von einer bestimmten Position auf dem Bildschirm (z.B. von der oberen linken Seite des Bildschirmes) ausgegangen wurde. Die Code-Menge variierte deshalb stark von Einheit zu Einheit und es entstand das Problem, daß der Übertragungs-Wirkungsgrad abnahm, wenn die obere Grenze der Datenmenge festgelegt war, um die Einheiten einer größeren Daten-Menge anzupassen. Die dritte Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, um dieses Problem zu überwinden.
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Videosignal-Codier-Vorrichtung nach der dritten Ausgestaltung der Erfindung zeigt.
In Fig. 18 bezeichnen die Bezugsziffern 2, 3, 4 und 5 einen DCT-Schaltkreis, einen Wichtungs-Schaltkreis, einen Quantisierungs-Schaltkreis und einen Variable- Längen-Codier-Schaltkreis. Diese Schaltkreise sind identisch denen in Fig. 9. In der Eingangsstufe des DCT-Schaltkreises 2 ist ein Blockaufteilungs-/Verschiebe-Schaltkreis 41 zur Aufteilung eines digitalen Videosignals in Blöcke einer Mehrzahl von Pixeln und zur Verschiebung der so erhaltenen Blöcke vorgesehen. Die Blockdaten werden vom Blockaufteilungs-/Verschiebe- Schaltkreis 41 an den DCT-Schaltkreis 2 weiter übertragen. Der Quantisierungs-Schaltkreis 4 quantisiert die gewichteten DCT-Koeffizienten mit der Zahl der Quantisierungs-Bits, die durch eine Quantisierungs-Bit zahl-Bestimmungs-Schaltkreis 43 festgelegt wurden und speist die quantisierten DCT-Koeffizienten in einen Variable-Längen-Codier-Schaltkreis 5 ein. Der Variable- Längen-Codier-Schaltkreis 5 codiert die quantisierten DCT-Koeffizienten in einen Variable-Längen-Code und gibt diese Variable-Längen-Code-Daten an einen Pufferspeicher 42 ab.
Die Arbeitsweise wird nun im folgenden beschrieben.
Ein digitales Videosignal wird in der Bildzeilenfolge einem Blockaufteilungs-/Verschiebungs-Schaltkreis 41 eingegeben, wo das Signal in Blöcke von n x n-Pixel innerhalb eines Feldes oder eines Rahmens unterteilt wird und dann in Übereinstimmung z.B. mit dem Verschiebeformat der Fig. 19 verschoben wird. Ein Block in Fig. 19 entspricht einem DCT-Block und der äußere Rahmen entspricht dem des Bildschirmes. Wenn das Helligkeitssignal gemäß dem NTSC-System aufgeteilt wird mit einer Rate von 13,5 MHz z.B., umfaßt der effektive Scanning-Bereich pro Rahmen 720 Pixel in der horizontalen Richtung und 486 Pixel in der vertikalen Richtung. Wenn ein Rahmen in Blöcke von 8 x 8 Pixel unterteilt wird z.B., verbleiben 6 Pixel jeweils in der vertikalen Richtung; es ist deshalb hier nahegelegt, das Bildsignal für 720 x 480 Pixel zu codieren, wobei die Daten für die drei horizontalen Bildzeilen von oben und am unteren Ende des Bildschirmes weggelassen werden. Wenn das Videosignal in Blöcke von 8 x 8 Pixel unterteilt wird, bedeutet dies, daß 90 x 60 Blöcke existieren, d.h. 5.400 Blöcke insgesamt. Das bedeutet, wenn die Blockadresse in horizontaler Richtung innerhalb eines Rahmens als i bezeichnet wird und die in vertikaler Richtung als j, i ausgedrückt wird als 1≥i≥90 und j als 1≥j≥60.
5.400 Blöcke werden weiter in N Einheiten angeordnet. In Fig. 19 bezeichnen mit N = 5, die Buchstaben in A1, B1, etc., die jedem Block zugeordnet sind, die Namen der Einheiten. Da N = 5 ist, gibt es fünf Einheiten mit den Namen A bis E. Die numerischen Teile in A1, B1, usw. sind Zahlen, die die Codier-Sequenz innerhalb jeder einheit anzeigen.
In Fig. 19 wird in der Regel die Codierung von links nach rechts und von oben nach unten auf dem Bildschirm durchgeführt. In dem gezeigten Beispiel sind daher 90 Blöcke in horizontaler Richtung und die zweite Linie von oben in Fig. 19 beginnt mit der Nummer 19, die man durch Division von 90 durch N (=5) und die Hinzuaddierung von 1 zu dem Quotienten erhält. Deshalb kann die Blockadresse (i, j) für die k-Codierung in der u- Einheit ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung 1 (vorausgesetzt, daß (1, 1) die obere linke Ecke des Bildschirmes und (90, 60) die rechte untere Ecke bezeichnen):
.pa
[a]: Größter Integer der a nicht überschreitet.
Z.B. wenn u = 2 und k = 20 ist, sind die Blockadressen:
Auf diese Weise wird die Blockadresse (8, 2) erhalten. Mit u = 2 wird auch der Einheitenname als B bezeichnet, und in Fig. 19 bezeichnet die Adresse (8, 2) den Block B20. In ähnlicher Weise kann die Adresse für den Block C57 wie folgt aufgefunden werden:
das die Adresse (11, 4) ergibt. Das heißt, die Fig. 19 zeigt die Anordnung der Blöcke nach Durchführung der Verschiebung wie sie in der Gleichung 1 ausgedrückt ist.
Nach der oben genannten Verschiebung, wird jeder Block in den DCT-Schaltkreis 2 für die DCT-Transformation eingespeist und dann einer Gewichtung durch den Gewichtungs-Schaltkreis 3 durchgeführt. Der Quantisierungs- Bitzahl-Festlegungs-Schaltkreis 43 berechnet den Aktivitätsindex eines jeden Blocks, anhand dessen die Zahl der Quantisierungs-Bits für den Block festgelegt werden und diese Information in den Quantisierungs- Schaltkreis 4 eingegeben wird. Der gewichtete DCT-Koeffizient wird quantisiert durch den Quantisierungs- Schaltkreis 4 unter Benutzung der Zahl der Quantisierungs-Bits, die auf diese Weise festgelegt wurden; anschließend werden die quantisierten Daten durch den Variablen-Längen-Codier-Schaltkreis 5 codiert unter Benutzung von Methoden wie die Huffman-Codierung; anschließend werden die codierten Daten zur Speicherung dem Zwischenspeicher 42 übermittelt.
Als Folge der oben beschriebenen Verschiebung sind die Muster, die die zu codierenden Blöcke darstellen, gelegentlich gestört und die Code-Länge zwischen den Einheiten wird demzufolge ausgeglichen, wenn die Zahl der Blöcke größer als ein bestimmter Grad ist. In einer durch den Erfinder durchgeführten Simulation wurde gefunden, daß wenn die Einheiten durch Verschieben, wie in Fig. 19 zugeordnet werden, der Dispersionswert, der die Dispersion der Code-Menge bezeichnet, auf 1/5 bis auf 1/10 reduziert wird, im Vergleich zu einer bestimmten Position auf dem Bildschirm, die ohne Verschieben zusammen in einer Einheit angeordnet wurde.
Als nächstes werden die Merkmale dieser Verschiebung in Betracht gezogen. Angesichts der Effekte die die Verschiebung auf die Code-Menge hat, ist es wichtig die Konzentration von Blöcken mit gleichem Muster in der gleichen Einheit zu vermeiden, welches zu dem folgenden Punkt in Verbindung mit den Pixeln betrachtet führt.
Benachbarte Blöcke eines bestimmten Blocks haben oft ähnliche Muster; die Verarbeitung wird daher so durchgeführt, daß benachbarte Blöcke unterschiedlichen Einheiten zugeordnet werden. Diese Verarbeitung wird nachstehend beschrieben unter Benutzung des Konzepts der Nachbarschaft.
Jedes der neun Quadrate in Fig. 20 stellen einen DCT- Block dar. Es gibt acht Blöcke (A bis F in Fig. 20), die dem in Betracht gezogenen Block benachbart sind. Diese Blöcke werden als die acht Nachbar-Blöcke bezeichnet von denen die vier Blöcke A, B, C und D, die dem in Betracht gezogenen Block am nächsten liegen, deshalb als die vier Nachbarblöcke bezeichnet werden. In Rückbezug auf Fig. 19 kann gezeigt werden, daß wenn irgend ein vorgegebener Block in Betracht gezogen wird, keiner seiner vier Nachbarblöcke derselben Einheit angehört wie er selbst. Von seinen acht benachbarten Blöcken sind es nur zwei Blöcke, die derselben Einheit angehören. Die vier Nachbarblöcke die räumlich am nächsten zu dem in Betracht gezogenen Block liegen, sind so gestaltet, daß sie unterschiedlichen Einheiten angehören, damit die Konzentration ähnlicher Bildmuster in einer Einheit vermieden wird. Dies dient dazu, die Codier-Menge zu vergleichmäßigen.
Dieser Effekt kann erreicht werden, nicht nur durch die Gleichung (1), sondern auch durch viele andere Methoden. Die Figuren 21 bis 23 zeigen nur einige Beispiele dieser zahlreichen Methoden. In den Beispielen für die Verschiebung, gezeigt in den Figuren 21 bis 23 gibt es keine vier benachbarten Blöcke, die derselben Einheit angehören. Die Blockadresse (i, j) in Fig. 21 wird ausgedrückt durch die folgende Gleichung.
.pa
Z.B. um die Adresse des Blocks D98 aufzufinden, wenn u = 4 und k = 98 ist, ist:
welches die Adresse (7, 6) ergibt. Die Blockadresse (i, j) in Fig. 29 wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Z.B. um die Adresse des Blocks E102 aufzufinden, wenn u = 5 und k = 102 ist,
welches die Adresse (11, 7) ergibt. In ähnlicher Weise existiert eine Gleichung, die eine Verschiebung bewirkt, wie sie in Fig. 23 gezeigt ist, in Verbindung mit verschiedenen anderen Gleichungen, die andere Verschiebungs formate verwirklichen.
Der Schaltkreis der die Verschiebeoperation durchführt, kann in der Anordnung in Fig. 24 eingeführt sein. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 46 einen Block- Adressen-Berechnungs-Schaltkreis für die Berechnung der horizontalen Blockadresse (i) und der vertikalen Blockadresse (j) unter Benutzung der oben angegebenen Gleichungen und die durch den Block-Adress-Berechnungs- Schaltkreis 46 erhaltene Blockadresse wird einem Schreib-/Lese-Adress-Erzeugungs-Schaltkreis 45 zugeführt. Anhand der zugeführten Blockadresse gibt der Schreib-/Lese-Adress-Erzeugungs-Schaltkreis 45 eine Schreib-/Lese-Adresse an RAM 44 ab. In der RAM 44 wird jeder Block entsprechend der Adresse angeordnet, so daß eine Verschiebung wie sie in den Figuren 19, 21, 22 und 23 gezeigt ist, bewirkt wird.

Zusammenfassung

Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals

Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals, in der die in einem Quantisierungs-Schaltkreis verwendeten Quantisierungs-Bits vorbestimmt sind, auf der Basis des Aktivitätsindexes eines jeden Videoblocks und der Länge der codierten Daten, oder alternativ auf der Basis des Aktivitätsindexes eines jeden Videoblocks und der Zahl der Ereignisse (jedes Ereignis besteht aus der Null-Lauf-Länge und dem Ungleich-Null-Wert der quantisierten Daten). Das Videosignal wird in komprimierter Form nach Verschieben der Videoblöcke in der Weise codiert, daß bei einem, in Betracht gezogener Videoblock, dessen vier benachbarten Videoblöcke Einheiten angehören, die unterschiedlich von der Einheit des in Betracht gezogenen Videoblocks sind. Die Kompressionscodierung der Videoblöcke wird aufeinanderfolgend durchgeführt, beginnend in der Bildschirmmitte und dann weiter fortschreitend zu den Bildschirmseiten.

Claims

1. Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals zur Kompression und Codierung von digitalen Videosignalen zum Erhalt codierter, innerhalb einer vorbestimmten Datenmenge komprimierter Daten, umfassend:

Block-Strukturierungs-Mittel (1, 41) zur Block- Strukturierung für strukturierte Blöcke, jeder bestehend aus einer Mehrzahl von Pixeln in dem Videosignal;

Transformations-Mittel (2) zur Durchführung einer Orthogonal-Transformation in jedem der strukturierten Blöcke, um Transformations-Koeffizienten zu erhalten;

Quantisierungs-Mittel (4) zur Quantisierung der Transformations-Koeffizienten;

Codierungs-Mittel (5) zur Codierung der quantisierten Daten um codierte Daten zu erhalten;

Menge zur Speicherung der erhaltenen codierten Daten; und

Steuerungs-Mittel (8) zur Steuerung der Ein-Aus- Operation der Codierungs-Mittel auf der Basis der codierten gespeicherten Datenmenge in dem Speicher-Mittel, gekennzeichnet durch, Verschiebungs-Mittel (9) zur Verschiebung der strukturierten Blöcke, strukturiert durch die Block-Strukturierungs-Mittel (1), wobei die Blöcke nacheinander den Transformations-Mitteln (2) zugeführt werden, und mit dem Block in der Bildschirmmitte begonnen wird.

2. Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungs-Mittel (8) weiter die Anzahl der Quantisierungs-Bits für die Quantisierungs-Mittel (4) steuern, auf der Basis der codierten Datenmenge, die in den Speicher-Mitteln gespeichert ist.

3. Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, Entscheidungs-Mittel (43) zur Entscheidung der Anzahl der Quantisierungs-Bits für die Quantisierungs-Mittel auf der Basis eines Aktivitätsindexes eines jeden Blocks und der erhaltenen codierten Datenmenge; und

Einheiten-Strukturierungs-Mittel (41) zur Strukturierung von Einheiten, wobei jede Einheit eine Mehrzahl von Blöcken aufweist, und zwar vor der Orthogonal-Transformation durch die Transformations-Mittel (2), indem die Blöcke so verschoben werden, daß zu jedem vorgegebenen Verschiebungsblock vier benachbarte Verschiebungsblöcke unterschiedlichen Einheiten angehören.

4. Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einheiten-Strukturierungs-Mittel (41) zur Strukturierung von Einheiten, jede eine Mehrzahl von Blöcken umfassend, vor der Orthogonal-Transformation durch die Transformations-Mittel und durch Verschieben der Blöcke, in der Weise, daß ein vorgegebener Verschiebungsblock und vier die direkt benachbarten Verschiebungsblöcke zu diesem vorgegebenen Verschiebungsblock, unter schiedlichen Einheiten angehören;

Mittel (31, 32) zum Erhalt der Ereignisanzahl, gebildet durch die Null-Lauf-Länge und dem Ungleich-Null-Wert der quantisierten Daten durch Scannen der quantisierten Daten; und Entscheidungs-Mittel (14) zur Entscheidung der Anzahl der Quantisierungs-Bits für die Quantisierungs-Mittel auf der Basis der erhaltenen Ereignisanzahl und des Aktivitätsindexes eines jeden Blocks.

5. Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch Mittel zur kumulierten Addition der Code-Längen der codierten Daten, wobei jede Code-Länge auf der Basis der Null-Lauf- Länge und des Ungleich-Null-Werts, erhalten durch Scannen der quantisierten Daten, bestimmt wird und durch Erhalt des Quotientens aus der kumulierten Summe der Blockanzahl und Entscheidungs-Mittel (14) zur Entscheidung der Anzahl der Quantisierungs-Bits für die Quantisierungs-Mittel (4) auf der Basis des erhaltenen Quotientens und des Aktivitätsindexes eines jeden Blocks.

6. Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einheiten-Strukturierungs-Mittel (41) zur Strukturierung von Einheiten, jede eine Mehrzahl von Blöcken umfassend, vor der Orthogonal-Transformation durch die Transformations-Mittel, indem Blöcke in der Weise verschoben werden, daß jeder vorgegebene Verschiebungsblock und vier direkt benachbarte Verschiebungsblöcke zu dem vorgegebenen Verschiebungsblock, unterschiedlichen Einheiten angehören;

Mittel zur Vorbestimmung des Umfangs der codierten Daten, die durch Codierung der quantisierten Daten erhalten werden; und

Ereignis-Umwandlungs-Mittel (33) zur Umwandlung von Ereignissen, bestehend aus der Null-Lauf- Länge und dem Ungleich-Null-Wert der quantisierten Daten in Übereinstimmung mit dem vorherbestimmten Umfang der codierten Daten;

Codierungs-Mittel (5) zum Erhalt codierter Daten, vorgesehen zur Codierung von Daten eines jeden der konvertierten Ereignisse.

7. Vorrichtung zur Codierung eines Videosignals nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel (32) zum Zählen der Anzahl der Ereignisse, die einen Ungleich-Null-Wert aufweisen und deren absoluter Wert kleiner als ein vorgegebener Wert ist.