DE69226674T2

DE69226674T2 - Kodierung von komprimierten Datenbildern mit hohem Wirkungsgrad

Info

Publication number: DE69226674T2
Application number: DE69226674T
Authority: DE
Inventors: Michio Shinagawa-Ku Tokyo Nagai; Naofumi Shinagawa-Ku Tokyo Yanagihara
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2012-06-06
Also published as: DE69226674D1; JPH0583696A; US5321440A; EP0517256A2; EP0517256A3; EP0517256B1; CA2070550A1

Description

Die Erfindung betrifft die Bildcodierung und insbesondere eine hocheffiziente Bildcodierung unter Verwendung einer Orthogonal-Transformation wie der diskreten Cosinus-Transformation, um einen Synchronisierungsblock codierter Bilddaten zu bilden, wobei der Synchronisierungsblock eine feste Länge aufweist und eine maximale Datenmenge zeigt.
Verschiedene Codiertechniken wurden zur Komprimierung von Bildinformation wie Video-Information zum Zwecke der Übertragung von Bilddaten oder der Aufzeichnung von Bilddaten wie etwa durch magnetische Aufzeichnung entwickelt. Unter diesen Komprimierungstechniken sind Vorhersage-Codierung, Transformationscodierung und Vektor-Quantisierung.
Bei der Transformationscodierung werden zwei senkrechte Achsen zur Transformation von Bilddatenproben verwendet und die Menge der zur Darstellung der ursprünglichen Bildinformation gebrauchten Daten, die als Datenmenge bezeichnet wird, wird in Abhängigkeit von unkorrelierten Daten verringert. Für die Orthogonal-Transformationscodierung sind die Basisvektoren natürlich senkrecht zueinander und die mittlere Leistung der Konversionskoeffizienten, die durch Orthogonal-Transformation erzeugt werden, ist aufeinanderfolgend gleich der mittleren Signalleistung der Bilddaten, die vor der Transformation dargestellt werden.
Es ist bekannt, daß die durch Orthogonal-Transformation erzeugten Umwandlungskoeffizienten eine Gleichkomponente (DC-Komponente) und mehrere Wechselkomponenten (AC-Komponenten) aufweisen, und daß die niedrigftequenten AC- Komponenten allgemein eine höhere Leistungskonzentration als die hochfrequenten AC- Komponenten aufweisen. Dies erlaubt es, daß die höherfrequenten Komponenten der Umwandlungskoeffizienten ignoriert werden, wodurch die Datenmenge verringert wird, die erforderlich ist, um das Ursprungsbild zu repräsentieren, ohne daß eine merkliche Verschlechterung des Bildes hervorgerufen wird, das durch diese Umwandlungskoeffizienten wiedergegeben wird. Beispiele von Orthogonal-Transformationstechniken sind die Hadamard-Transformation, Kahrunen-Loeve-Transformation, Schräg- Transformation (Slant-Transformation), diskrete Sinus-Transformation und diskrete Cosinus-Transformation. Die Verwendung der diskreten Cosinus-Transformation ist vorteilhaft und ein Beispiel von deren Verwendung ist im US-Patent 5,006,931 derselben Anmelderin der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In dem Buch von R.J. Clark "Transform Coding of Images", 1985, S. 190 bis 193, wird ein Überblick über die sogenannten adaptiven Transformations-Codierverfahren gegeben. Insbesondere werden die Probleme kurz diskutiert, die mit der Quantisierung von Bildblöcken mit verschiedenen Aktivitätspegeln und der entsprechenden Auswahl einer optimalen Blockgröße verbunden sind.
Bei der diskreten Cosinus-Transformation (manchmal als DCT bezeichnet), wird ein Bild oder genauer gesagt Abtastungen, die ein Bild repräsentieren, in verschiedene Bildblöcke aufgeteilt, wobei jeder Block aus n Abtastungen in Horizontalrichtung und n in Vertikalrichtung angeordneten Abtastungen besteht. Das heißt, daß jeder Block aus einer räumlichen Anordnung bestehend aus n x n Abtastungen gebildet wird. Die Bilddaten- Abtastungen in jedem Bildblock werden durch eine Orthogonal-Transformation unter Verwendung der Cosinus-Funktion verarbeitet. Die Entwicklung von Schnellverarbeitungsalgorithmen, die auf einem einzigen LSI-Chip implementiert sind, hat die Echtzeit Diskret- Cosinus-Transformation von Bilddaten ermöglicht, und es ist nun nicht ungewöhnlich, daß DCT flir die Übertragung und/oder Aufzeichnung von Bilddaten verwendet wird. Tatsächlich ermöglicht die diskrete Cosinus-Transformation eine Codiereffizienz, die praktisch gleich derjenigen der Kahrunen-Loeve-Transformation ist, die in der Theorie am besten ist. Die Leistungskonzentration auf die Niedrigfrequenz-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten, die durch die diskrete Cosinus-Transformation erzeugt wird, ist praktisch die gleiche wie diejenige der Kahrunen-Loeve-Transformation, die, wie bekannt ist, direkt die Codiereffizienz beeinflußt. Durch Codierung nur derjenigen Komponenten der Umwandlungskoeffizienten, die eine Leistungskonzentration aufweisen, wird die Informations- oder Datenmenge (d.h. der Datenumfang), der für eine genaue Darstellung des ursprünglichen Bildes zu übertragen oder aufzuzeichnen ist, merklich verringert.
Als ein Beispiel der diskreten Cosinus-Transformation sei angenommen, daß ein 8 x 8- Block von Bilddaten-Abtastungen wie folgt repräsentiert ist:
wobei jede Zahl in diesem Block die Größe oder den Signalpegel der Bilddaten-Abtastung repräsentiert. Wenn die diskrete Cosinus-Transformation des 8 x 8-Blockes der Bilddaten- Abtastung abgeleitet wird, werden Umwandlungskoeffizienten Cij (i repräsentiert die Zeilennummer und j die Spaltennummer) wie folgt erzeugt:
wobei die Zahl, die jeden Umwandlungskoeffizienten repräsentiert, die relative Leistung des Umwandlungskoeffizienten repräsentiert. Der Umwandlungskoeffizient C&sub0;&sub0; wird als die DC-Komponente bezeichnet und repräsentiert den mittleren Luminanzwert des Bildblockes. Es wird deutlich, daß die elektrische Leistung der DC-Komponente merklich höher ist als diejenige der anderen Komponenten, die als AC-Komponenten bezeichnet werden. Wenn i zunimmt, nimmt die Frequenz der AC-Komponenten in Vertikalrichtung zu und mit j nimmt die Frequenz der AC-Komponenten in Horizontairichtung zu. Wenn und j zunimmt, nimmt die Frequenz der AC-Komponenten in Diagonalrichtung zu.
Die DC-Komponente der Umwandlungskoeffizienten zeigt den größten Wert und enthält so die meiste Information. Wenn die DC-Komponente mit einer großen Quantisierungsschrittweite quantisiert wird, d.h. einer groben Quantisierung unterworfen wird, werden Blockverzerrungen hervorgerufen, die als Rauschen auftreten, das in dem Videobild, das schließlich von den Umwandlungskoeffizienten wiedergegeben wird, visuell leicht entdeckt wird und so die Bildqualität verschlechtert. Um ein solches visuelles Rauschen zu minimieren, wird daher die DC-Komponente der Umwandlungskoeffizienten, d.h. C&sub0;&sub0; mit einer geringen Quantisierungsschrittweite quantisiert und wird durch eine größere Anzahl von Bits, wie 8 oder mehr Bits repräsentiert. Eine geringere Anzahl von Bits kann verwendet werden, um die höherfrequentigen AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten Cij (wobei i, j ≠ 0 ist) zu repräsentieren, da die höherfrequenten AC- Komponenten Änderungen der Video-Information des n x n-Blockes repräsentieren und das menschliche Auge nicht so leicht Details in einem sich schnell änderndem Bild wahrnehmen kann. Daher wird ein Beobachter einen Verlust von Detail-Information in dem Abschnitt eines Bildes, das sich von Punkt zu Punkt ändert, nicht feststellen. Daher ist es nicht notwendig, die höherfrequenten AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten mit einer großen Bitanzahl zu repräsentieren. Das bedeutet, daß eine größere Quantisierungsschrittweite zur Quantisierung der hochftequenten AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten verwendet werden kann. Ein Beispiel der Quantisierung der obigen Umwandlungskoeffizienten sieht wie folgt aus:
wobei die Quantisierung einer "Abrundung" der Umwandlungskoeffizienten analog ist.
In einem praktischen Übertragungs- oder Aufzeichnungsschema werden die quantisierten Umwandlungskoeffizienten durch Variabellängen-Codierung wie Huffman-Codierung oder Lauflängen-Codierung codiert, welches eine weitere Datenkomprimierung erzeugt. Für eine korrekte Übertragung oder Aufzeichnung werden weitere Signale wie Synchronisierungssignale, Paritätscodes und dergleichen den variabellängencodierten Umwandlungskoeffizienten hinzugefügt.
Bei einer Digitalaufzeichnung wie bei einem Digitalvideobandrecorder (DVTR) ist die Datenmenge, die zur Repräsentation eines vertikalen Intervalls wie eines Teilbildintervalls oder eines Vorbildintervalis aufgezeichnet wird, vorzugsweise von einer festen Länge. Das heißt, obwohl die Daten, die einen bestimmten Block von Bilddaten-Abtastungen repräsentieren, variabel sein können, ist die Gesamtdatenmenge, die zur Repräsentation einer festgelegten Anzahl dieser Blöcke verwendet wird, fest. Wenn eine festgelegte Anzahl von Bildblöcken in einem Synchronisierungsblock enthalten ist, dann ist, obwohl die Datenmenge (oder der Datenumfang) eines Bildblockes kleiner als derjenige eines anderen Blockes sein kann, die Datenmenge aller Synchronisierungsblöcke im wesentlichen konstant. Da der Datenumfang eines bestimmten Bildblockes durch die für diesen Block erzeugten Umwandlungskoeffizienten bestimmt wird, können die Umwandlungskoeffizienten einiger in einem Synchronisierungsblock enthaltener Bildblöcke mit einer größeren Quantisierungsschrittweite quantisiert werden als die Umwandlungskoeffizienten anderer Bildblöcke. Wenn eine größere Quantisierungsschrittweite verwendet wird, werden natürlich weniger Daten erzeugt, und, wie oben erwähnt, ist es nicht unüblich, die höherfrequenten AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten mit größeren Quantisierungsschrittweiten zu quantisieren, als diejenigen, die zur Quantisierung der niederfrequenten AC-Komponenten verwendet werden. Wenn daher mehrere verschiedene Quantisierer zusammengeschlossen sind, die jeweils eine unterschiedliche Quantisierungsschrittweite zeigen, kann ein Quantisierer zur Quantisierung der Umwandlungskoeffizienten eines Bildblockes und ein anderer zur Quantisierung der Umwandlungskoeffizienten eines anderen Bildblockes verwendet werden. So kann der Gesamtdatenumfang des Synchronisierungsblockes optimiert werden, ohne die Datenkapazität oder festgelegte Länge des Synchronisierungsblockes zu überschreiten. Wenn jedoch verschiedene Quantisierer für verschiedene Bildblöcke ausgewählt werden, muß die Identität des Quantisierers, der für einen bestimmten Block verwendet wird, übertragen oder aufgezeichnet werden. Diese Identifizierungsdaten repräsentieren keine sinnvolle Bildinformation und führen dazu zu einer Erhöhung des "Overhead" in einem Synchronisierungsblock. Dies ist ein unerwünschtes Nebenprodukt der Auswahl verschiedener Quantisierer, um den Datenumfang zu optimieren.
Ein Beispiel einer solchen Bilddaten-Codiervorrichtung ist beschrieben in der veröffentlichten Patentanmeldung DE-A-39 40 554. Die Bilddaten werden in Blöcken von 8 x 8 Pixel aufgeteilt und ein geeigneter Normalisierungskoeffizient für jeden Block wird gewählt. Ein Normalisierungskoeffizienten-Auswahlsignal, das den gewählten Normalisierungskoeffizienten angibt, wird erzeugt und zusammen mit den codierten Bilddaten jedes Blockes ausgegeben. Dieses Normal isiemngskoeffizienten-Auswahlsignal erhöht den "Overhead" in dem Synchronisierungsblock.
In der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP-A-0 401 854 ist eine Vorrichtung zur Orthogonal-Transformationscodierung beschrieben, indem jeder Bildblock weiter in mehrere kleine Blöcke aufgeteilt wird. Für jeden kleinen Block wird ein Quantisierungskoeffizient basierend auf dem Ergebnis einer Datenmengen-Abschätzberechnung gewählt. Daher ist für jeden kleinen Block ein Signal, das den gewählten Quantisierungskoeffizienten angibt, nötig, wodurch der Overhead-Datenbereich in jedem Synchronisierungsblock vergrößert wird.
Um den erwähnten "Overhead" zu vermeiden, ist es bevorzugt, den gleichen Quantisierer mit der gleichen Quantisierungsschrittweite für alle n x n Bildblöcke zu verwenden, die in einem Synchronisierungsblock enthalten sind. Es wird ewartet, daß manche Bildblöcke mehr Änderungen in dem Bild darin enthalten als andere. So haben die Hochftequenz-AC- Komponenten der Umwandlungskoeffizienten in manchen Bildblöcken eine höhere Leistungskonzentration als in anderen Bildblöcken. Wenn diese Änderungen der Bilddaten als die visuelle Aktivität des Bildblockes bezeichnet werden, dann haben diejenigen Bildblöcke mit einer höheren visuellen Aktivität eine geringere Konzentration von niederfrequenten AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten. Da wie oben erwähnt, Details in dem Abschnitt eines Bildes, das schnelle Änderungen enthält, d.h., das eine hohe visuelle Aktivität zeigt, nicht leicht wahrgenommen werden, kann ein Bildblock mit einer hohen Aktivität mit einer größeren Quantisierungsschrittweite quantisiert werden, ohne eine merkliche Bildverschlechterung zu erzeugen. Wenn jedoch ein Bildblock in dem gleichen Synchronisierungsblock eine geringe visuelle Aktivität hat, d.h., wenn der Bildblock ein monotones Bildmuster mit einem geringen Dynamikbereich enthält, sind die Umwandlungskoeffizienten in den niederfrequenten AC-Komponenten konzentriert. Wenn diese Umwandlungskoeffizienten mit einer großen Quantisierungsschrittweite quantisiert werden, d.h. wenn sie der gleichen groben Quantisierung unterworfen werden, die für die Bildblöcke hoher Aktivität in diesem Synchronisierungsblock verwendet werden kann. werden Blockverzerrungen erzeugt, die zu einer merklichen Verschlechterung des wiedergegebenen Bildes führen. Obwohl es wünschenswert ist, eine Quantisierungsschrittweite zu wählen, die für alle in einem Synchronisierungsblock enthaltenen Bildblöcke gleichmäßig ist, wird derjenige Abschnitt eines Bildes, der keine hohe visuelle Aktivität enthält, d.h. diejenigen Bildblöcke, die nicht viele A nderungen enthalten, in eine Anzahl von Bits quantisiert, die nicht ausreichend zur korrekten Repräsentation des Bildabschnittes ist, wenn die Quantisierungsschrittweite zu groß ist. Wenn andererseits ein Quantisierer mit einer relativ kleinen Quantisierungsschrittweite gewählt ist, wird ein Bildblock, der eine hohe visuelle Aktivität, d.h. eine große Anzahl von Änderungen darin enthält, durch eine unnötig große Anzahl von Bits repräsentiert, was ineffizient ist und was zu einem Übersteigen der Gesamtgrenze der Datenmenge in dem Synchronisierungsblock führen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Codiertechnik vorzuschlagen, die die beschriebenen Nachteile überwindet.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, die durch Orthogonal-Transformation eines Bildblockes erzeugten Umwandlungskoeffizienten zu codieren, um die Datenmenge zu maximieren, während die Bildblöcke grob quantisiert werden, wenn sie eine hohe visuelle Aktivität zeigen und fein quantisiert werden, wenn sie eine geringe visuelle Aktivität zeigen.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Codiertechnik des genannten Typs vorzuschlagen, bei der eine festgelegte Anzahl von Bildblöcken in einem Synchronisierungsblock enthalten ist, und die gleiche Quantisierungsschrittweite verwendet wird, um alle der Umwandlungskoeffizienten in allen Bildblöcken zu quantisieren, die den Synchronisierungsblock bilden, während gleichzeitig trotzdem eine grobe Quantisierung für solche Bildblöcke gewählt wird, die eine hohe visuelle Aktivität zeigen und eine feine Quantisierung für diejenigen Bildblöcke gewählt wird, die eine geringe visuelle Aktivität zeigen.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Codiertechnik des genannten Typs vorzuschlagen, bei der Blockverzerrungen, Quantisierungsverzerrungen und eine Verschlechterung der Qualität des letztendlich aus den codierten Umwandlungskoeffizienten wiedergegebenen Videobildes minimiert sind.
Noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Codiertechnik des genannten Typs vorzugschlagen, bei der die quantisierten Umwandlungskoeffizienten invers bezüglich der visuellen Aktivität des Bildblockes gewichtet werden, von dem diese Umwandlungskoeffizienten abgeleitet sind, wodurch es allen Bildblöcken in einem Synchronisierungsblock erlaubt wird, mit der gleichen Synchronisierungsschrittweite synchronisiert zu werden.
Verschiedene andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich und die neuen Merkmale werden insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen hervorgehoben.
In der veröffentlichten Patentanmeldung DE-A-39 40 554 wird eine Bildcodiervorrichtung beschrieben, in der ein für einen Block von Bilddaten angepaßter Normalisierungskoeffizient gewählt wird. Die Bildcodiervorrichtung normalisiert die Bilddaten mit dem Norrnalisierungskoeffizient und wählt dadurch ein angemessenes Komprimierungs verhältnis. Die Bildcodiervorrichtung wählt den Normalisierungskoeffizienten in Abhängigkeit der Addition der Aktivitäten der individuellen Blöcke und normalisiert die Bilddaten durch diesen Normalisierungskoeffizienten derart, daß die Menge der codierten Daten immer konstant ist. Die Bildcodiervorrichtung normalisiert ferner Bilddaten durch Multiplikation mit dem Reziprokwert des Normalisierungskoeffizienten, so daß eine Division nicht notwendig ist.
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung werden Bilddaten in Synchronisierungsblöcke fester Länge und einer maximalen Datenmenge codiert. Ein vertikales Intervall von Bilddaten-Abtastungen, wie ein Teilbild oder ein Vollbild von Bilddaten-Abtastungen wird in mehrere Bildblöcke aufgeteilt. Die Orthogonal-Transformation der Bilddaten- Abtastungen in jedem Bildblock wird abgeleitet, um Umwandlungskoeffizienten mit einer DC-Komponente und mehreren AC-Komponenten für jeden Block zu erzeugen. Die Umwandlungskoeffizienten eines Bildblockes werden mit der gleichen Quantisierungsschrittweite quantisiert, um gewichtete, quantisierte Umwandlungskoeffizienten mit einem Gewichtsfaktor zu erzeugen, der eine Funktion der erfaßten visuellen Aktivität des Blockes ist. Die gewichteten, quantisierten Umwandlungskoeffizienten werden durch Variabellängen-Codierung codiert und die resultierenden variabellängencodierten Daten für jeden einer festgelegten Anzahl von Bildblöcken werden in einen Synchronisierungsblock kombiniert, dessen Datenmenge die feste Kapazität des Synchronisierungsblockes nicht übersteigt.
Als ein Merkmal dieser Erfindung werden die Umwandlungskoeffizienten eines Bildblockes durch Erzeugung eines Gewichtungskoeffizienten als Funktion der erfaßten visuellen Aktivität des Bildblockes, Multiplikation der Umwandlungskoeffizienten des Bildblockes durch den Gewichtungskoeffizienten und dann Quantisierung der gewichteten Umwandlungskoeffizienten mit einem ausgewählten von mehreren verschiedenen Quantisierungsschritten quantisiert. Als ein Aspekt werden die gewichteten Umwandlungskoeffizienten mit verschiedenen Quantisierungsschritten gleichzeitig durch mehrere miteinander verbundene Quantisierer quantisiert. Die Ausgangssignale der jeweiligen Quantisierer werden durch jeweilige Variabellängen-Codierer codiert und ein Synchronisierungsblock codierter Daten von jedem Codierer wird gespeichert. Derjenige Synchronisierungsblock, der die größte Datenmenge zeigt und die Kapazität der Speichereinrichtung nicht übersteigt, in welcher er gespeichert ist, wird erfaßt und diejenige Quantisierungsschritweite gewählt, die diesen Synchronisierungsblock erzeugt. Beispielsweise wird der Speicherüberlauf einer Speichervorrichtung erfaßt und die nächstgrößere Quantisierungsschrittweite, die zur Erzeugung eines Synchronisierungsblockes verwendet wird, der nicht zu einem Speicherüberlauf führt, wird gewählt.
Alternativ wird die korrekte Quantisiersungsschrittweite durch Verwendung mehrerer miteinander verbundener Quantisierer, jeweils mit einer anderen Quantisierungsschrittweite, gewählt, um die gewichteten Umwandlungskoeffizienten zu quantisieren. Diejenige Datenmenge, die erhalten würde, wenn eine gegebene Quantisierungsschrittweite verwendet wird, wird vorhergesagt und wenn die vorhergesagte Datenmenge innerhalb einer festgelegten Grenze liegt, wird der Quantisierer mit dieser Quantisierungsschrittweite gewählt.
Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung ist, daß die visuelle Aktivität jedes Bildblockes als Funktion der AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten des Blockes erfaßt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Absolutwerte der AC-Komponenten, insbesondere der höherfrequenten AC-Komponenten summiert, um eine Angabe der visuellen Aktivität zu liefern.
Die folgende detaillierte Beschreibung anhand von Beispielen ist nicht beabsichtigt, um die Erfindung lediglich auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele zu beschränken und wird anhand der beiliegenden Zeichnungen am besten verständlich, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bildcodierers ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Digital-Videorecorders ist, in dem die vorliegenden Erfindung Anwendung findet;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Digitalvideo-Wiedergabegerätes ist, um Videosignale wiederzugewinnen, die erfindungsgemäß codiert wurden,
Fig. 4 nützlich ist zum Verständnis der Typen verschiedener Quantisierungsschrittweiten, die bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Synchronisierungsblockes von Bilddaten gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6A bis 6C schematische Darstellungen von verschiedenen Bildblöcken sind, die nützlich sind zur Erläuterung der Vorteile, die von der erfindungsgemäßen Technik zur Berechnung der visuellen Aktivität abgeleitet werden;
Fig. 7 eine schematische Darstellung ist, wie die visuelle Aktivität eines Bildblockes aus einem Block von Umwandlungskoeffizienten berechnet wird; und
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Codiervorrichtung ist.
Die vorliegende Erfindung ist bei der effizienten Datenkomprimierungscodierung von Bildinformation, wie Videosignalen anwendbar. Die codierten Bilddatensignale können übertragen werden, wie bei einer Femsehausstrahlung oder einer Videomformations- Weiterleitung oder die codierten Bilddaten können aufgezeichnet werden, beispielsweise durch einen Digital-Videobandrecorder (DVTR). Der Einfachheit halber wird die Verwendung der vorliegenden Erfindung in einem Digital-Videobandrecorder beschrieben.
In Fig. 2 sind in Blockdiagrammform die Hauptkomponenten eines Digital-Videobandrecorders illustriert, der die vorliegende Erfindung zur Aufzeichnung digitalisierter Farbvideosignale enthält. Die Aufzeichnungsvorrichtung weist einen Analog-Digital(A/D)- Wandler 11, eine Blockbildungsschaltung 12, eine Orthogonal-Transformationsschaltung 13, einen Quantisierer 14, einen Codierer 15, eine Paritätsschaltung 17 und einen Kanalcodierer 20 auf. Der A/D-Wandler 11 ist ausgebildet, die Luminanzkomponente Y und die Chrominanzkomponenten U und V eines Analog-Videosignais abzutasten. Die Luminanzund Chrominanzkomponenten werden Eingangsanschlüssen 2 zugeführt, die mit dem A/D- Wandler 11 verbunden sind. Der A/D-Wandler arbeitet in einer herkömmlichen Weise, um ein vertikales Intervall von Pixeln zu erzeugen, die die Luminanzkomponente Y und die Chrominanzkomponenten U und V enthalten. Das Vertikal-Intervall kann ein Teilbild von Pixeln oder ein Vollbild von Pixeln enthalten. Ferner kann der A/D-Wandler auf eine Weise ähnlich wie eine Zeilenfolge-Abtastung arbeiten, um ein Vertikal-Intervall von Luminanz-Bilddatenabtastungen wie auch ein Vertikal-Intervall von Chrominanz- Bilddatenabtastungen zu erzeugen. Diese Bilddaten-Abtastungen werden an Ausgangsanschlüssen 4 des A/D-Wandlers zur Verfügung gestellt und von diesen der Blockbildungsschaltung 12 zugeführt.
Die Blockbildungsschaltung arbeitet, ein Vertikal-Intervall der durch den A/D-Wandler 11 erzeugten Bilddaten-Abtastungen in kleinere Bildblöcke aufzuteilen. Diese Bildblöcke sind hier durch Bildblöcke Gh identifiziert und jeder Bildblock besteht aus einem räumlichen Muster von n x n Bilddaten-Abtastungen. Es sei erwähnt, daß dann die Anzahl von Bildblöcken, die ein Vertikal-Intervall bilden, eine Funktion der Anzahl von Pixeln oder Bilddaten-Abtastungen, die in dem Vertikal-Intervall enthalten sind, dividiert durch die Anzahl von Bilddaten-Abtastungen ist, die in dem Bildblock enthalten ist. Wenn daher H die Anzahl der in einem Vertikal-Intervall enthaltenen Bildblöcke repräsentiert und wenn N die Anzahl von in dem Vertikal-Intervall enthaltenen Bilddaten-Abtastungen repräsentiert, dann ist H = N/n² . In dem vorher erwähnten US-Patent US-A-5,006,931 wird vorgeschlagen, daß ein Teilbild-Intervall aus 2.700 Blöcken besteht, die Anzahl von effektiven Zeilen (d.h. Zeilenintervallen, die nützliche Videomformation enthalten), in einem Teilbild 240 ist, und die Anzahl von Pixeln in einer Zeile 720 ist. Wenn jeder Bildblock aus einer räumlichen Anordnung von 8 x 8 Bilddaten-Abtastungen besteht, dann ist H = (720 x 240)/(8 x 8) = 2.700. Wenn daher die Bildblöcke in einem Vertikal- Intervall durch Gh repräsentiert sind, dann variiert h von 0 bis H und in dem genannten Beispiel ist H = 2.700.
Die Orthogonal-Transformationsschaltung 13 ist mit der Blockbildungsschaltung 12 gekoppelt und ausgebildet, die Orthogonal-Transformation jedes Bildblockes abzuleiten, der von der Blockbildungsschaltung zugeführt wird, um Umwandlungskoeffizienten zu erzeugen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Orthogonal-Transformation eine diskrete Cosinus-Transformation, wobei auch anderere Orthogonal-Transformationen, die dem Fachmann bekannt sind, verwendet werden können. Die Theorie und die Funktionsweise der diskreten Cosinus-Transformation ist bekannt und wie oben erwähnt, enthalten die durch Ableitung der diskreten Cosinus-Transformation erzeugten Umwandlungskoeffizienten eines Bildblockes eine DC-Komponente und mehrere AC-Komponenten. Wenn jeder Umwandlungskoeffizient als Cij (wobei i von 0 bis n-1 und j von 0 bis n-1 variiert) repräsentiert ist, repräsentiert C&sub0;&sub0; die DC-Komponente und alle anderen Umwandlungskoeffizienten sind AC-Komponenten. Umwandlungskoeffizienten mit höheren Werten von i sind höherfrequente AC-Komponenten in Vertikairichtung und Umwandlungskoeffizienten mit höheren Werten von j sind höherftequente AC- Komponenten in Horizontalrichtung.
Die Orthogonal-Transformationsschaltung 13 ist mit der Quantisierungsschaltung 14 gekoppelt, um die Umwandlungskoeffizienten, die durch Ableitung der Orthogonal- Transformation jedes Bildblockes erzeugt wurden, der Quantisierungsschaltung zuzuführen. Die Quantisierungsschaltung ist ausgebildet, die Umwandlungskoeffizienten zu quantisieren, und, wie später beschrieben wird, wird eine bestimmte Quantisierungsschrittweite zur Quantisierung der Umwandlungskoeffizienten in einer festgelegten Anzahl von Bildblöcken verwendet, um eine Änderung der Quantisierungsschrittweite von Block zu Block zu vermeiden. Wenn ein Synchronisierungsblock aus dieser festgelegten Anzahl von Bildblöcken besteht, dann wird eine gegebene Quantisierungsschrittweite verwendet, um die in einem Synchronisierungsblock erzeugten Umwandlungskoeffizienten zu quantisieren. Wie auch beschrieben werden wird, wird die Quantisierungsschrittweite ausgewählt, um eine maximale Datenmenge (als Datenumfang bezeichnet) in dem Synchronisierungsblock zu erzeugen, wobei vorausgesetzt ist, daß diese Datenmenge die maximale Datenmenge nicht übersteigt, die in dem Synchronisierungsblock enthalten sein kann. Es sei erwähnt, daß durch Verwendung der kleinsten Quantisierungsschrittweite, die nicht zu einer Überschreitung der Datenkapazität eines Synchronisierungsblockes führt, die vorher erwähnten Probleme der Blockverzerrung, der Quantisierungsverzerrung des Moskito-Rauschens und dergleichen, die alle zu einer Verschlechterung der Videobildqualität führen, vermieden oder wenigstens minimiert werden.
Die Quantisierungsschaltung 14 ist mit der Codierschaltung 15 gekoppelt, um die quantisierten Umwandlungskoeffrzienten dieser zur Verfügung zu stellen. Die Codierschaltung ist ausgebildet, jeden quantisierten Umwandlungskoeffizienten als Code variabler Länge zu codieren und so variabellängencodierte Umwandlungskoeffizienten VLCij zu erzeugen. Beispiele geeigneter Variabellängen-Codes sind die Huffinan-Codierung, die Lauflängen-Codierung und dergleichen. Es sei erwähnt, daß die Variabellängen-Codierung eine weitere Komprimierung des codierten Digitalsignals hervorruft und so die gesamte Codiereffizienz verbessert.
Der Codierer 15 ist mit der Paritätsschaltung 17 gekoppelt, die ausgebildet ist, Paritätsbits als Funktion der in dem codierten Synchronisierungsblock, der von dem Codierer geliefert wird, zu erzeugen. Die Paritätsschaltung ist herkömmlich und fügt die erzeugten Paritätsbits den codierten Daten hinzu. Der Ausgang der Paritätsschaltung 17 ist mit dem Kanalcodierer 20 mittels eines Auswahlschalters 16, einer Synchronisierungs- und ID- Einfügungsschaltung 18 und eines Parallel-Seriell(P/S)-Wandlers 19 gekoppelt, die alle in Reihenschaltung verbunden sind. Der Auswahlschalter 16 ist ausgebildet, die Paritätsschaltung oder einen externen Koppelanschluß 6 mit der Synchronisierungs- und ID-Einfügungsschaltung 18 zu koppeln. Wie unten beschrieben werden wird, ist der externe Anschluß mit der Synchronisierungs- und ID-Einfügungsschaltung während eines Überspielvorganges gekoppelt, während ein codiertes Videosignal, das von einem anderen Aufzeichnungsmedium wiedergegeben wird, direkt mit der Synchronisierungs- und ID- Einfügungsschaltung 18 gekoppelt ist, ohne erst decodiert, requantisiert, in Analogform rückumgewandelt und dann digitalisiert, wieder quantisiert und wieder codiert zu werden.
Die Synchronisierungs- und ID-Einfügungsschaltung dient dazu, dem Synchronisierungsblock Identifizierungsbits zum Zwecke der Identifizierung des Synchronisierungsblocks hinzuzufügen. Wenn der Synchronisierungsblock codierte Umwandlungskoeffizienten, beispielsweise abgeleitet von den Bildblöcken G&sub1;, G&sub2;, ... Gx enthält, identifizieren Identifikationsbits, die der Identifizierung des Synchronisierungsblockes dienen, diese Bildblöcke; und diese ID-Bits werden durch die Synchronisierungs- und ID-Einfügungsschaltung 18 erzeugt und den Synchronisierungsblockdaten hinzugefügt. Zusätzlich wird ein Synchronisierungssignal, das normalerweise als Kopfteil eines Synchronisierungsblockes vorgesehen ist, durch die Synchronisierungs- und ID-Einfügungsschaltung erzeugt.
Der Ausgang der Synchronisierungs- und ID-Einfügungsschaltung 18 ist mit einem Anschluß 5 gekoppelt, mit dem der P/S-Wandler 19 verbunden ist. Es sei erwähnt, daß der Synchronisierungsblock mit Anschluß 5 durch aufeinanderfolgende Mehrfachbitzeichen wie 8-Bit-Wörter gekoppelt ist. Diese 8 Bit (oder jede andere Anzahl von parallelen Bits, die verwendet wird) werden durch den P/S-Wandler 19 serialisiert und einem Kanalcodierer 20 zugeführt. Der Kanalcodierer verarbeitet die serialisierten Synchronisierungsblockdaten in eine zur Aufzeichnung auf einem magnetischen Medium, wie einem magnetischen Band 1, durch einen Schreibkopf 21 geeigneten Form. Solch eine Verarbeitung kann eine Verwürfelung und/oder Modulation wie eine NRZI-Modulation enthalten.
In Fig. list detaillierter ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Quantisierers 14 und des Codierers 15 in Übereinstimmung mit einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel illustriert. Der Quantisierer 14 besteht aus einer Aktivitäts-Berechnungsschaltung 51, einem Gewichtungskoeffizientengenerator 52, einem Multiplizierer 53 und einem Satz gemeinsam verbundener Quantisierungsschaltungen Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM Die Quantisierungsschaltungen können als Qm identifiziert werden, wobei m = 1 bis M. Die Aktivitäs- Berechnungsschaltung 51 ist mit der Orthogonal-Transformationsschaltung 13 gekoppelt und ausgebildet, eine Repräsentation der Größe der in einem Bildblock enthaltenen visuellen Aktivität zu berechnen. Wie vorher erwähnt, bilden Änderungen in einem Bildblock die visuelle Aktivität, und ein Bildblock, der mehr Änderungen enthält, insbesondere schnelle Änderungen, zeigt eine höhere visuelle Aktivität als ein Bildblock, der vergleichsweise seltene oder sich langsam ändernde Änderungen enthält. Entsprechend ist die Aktivitäts-Berechnungsschaltung 51 verbunden, aufeinanderfolgende Bildblöcke mit Umwandlungskoeffizienten Cij von der Orthogonal-Transformationsschaltung zu empfangen und berechnet, wie beschrieben werden wird, den Aktivitätspegel Ah des Blockes Gh als Funktion der höherftequenten AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten in dem Bildblock.
Der Gewichtungskoeffizientengenerator 52 ist mit der Aktivitäts-Berechnungseinrichtung 51 gekoppelt und ausgebildet, einen Gewichtungskoeffizienten Kh für jeden Bildblock Gh zu erzeugen, der eine inverse Beziehung zu der berechneten visuellen Aktivität Ah hat. Wenn so der berechnete Pegel der visuellen Aktivität zunimmt, nimmt der Wert des Gewichtungskoeffizienten K ab. Umgekehrt nimmt der Wert des Gewichtungskoeffizienten zu, wenn der berechnete Pegel der visuellen Aktivität abnimmt. Der durch den Gewichtungskoeffizientengenerator erzeugte Gewichtungskoeffizient Kh wird mit dem Multiplizierer 53 gekoppelt, der auch mit der Orthogonal-Transformationsschaltung 13 verbunden ist. Der Multiplizierer dient dazu, jeden für einen Bildblock Gh von der Orthogonal-Transformationsschaltung erzeugten Umwandlungskoeffizient Cij mit dem Gewichtungskoeffizienten Kh für den Bildblock zu multiplizieren. Die durch den Multiplizierer erzeugten resultierenden gewichteten Umwandlungskoeffizienten KCij werden gemeinsam den Quantisierungsschaltungen Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM zugeführt.
Jede Quantisierungsschaltung arbeitet, die diesen zugeführten gewichteten Umwandlungskoeffizienten durch eine jeweilige Quantisierungsschrittweite zu quantisieren. Beispielsweise kann die Quantisierungsschaltung Q&sub1; die kleinste Quantisierungsschrittweite aufweisen und die Quantisierungsschaltung QM die größte Quantisierungsschrittweite aufweisen. Wenn q die Quantisierungsschrittweite repräsentiert, kann die Quantisierungsschrittweite der Quantisierungsschaltung Q&sub1; q sein, die Quantisierungsschrittweite der Quantisierungsschaltung Q&sub2; 2q sein, die Quantisierungsschrittweite der Quantisierungsschaltung Q&sub3; kann 4q sein usw.. Als anderes Beispiel kann die Quantisierungsschaltung Q&sub1; den gewichteten Umwandlungskoeffizienten in ein 8-Bit-Signal quantisieren, die Quantisierungsschaltung Q&sub2; kann den gewichteten Umwandlungskoeffizienten in ein 4-Bit- Signal quantisieren, die Quantisierungsschaltung Q&sub3; kann den gewichteten Umwandlungskoeffizienten in ein 2-Bit-Signal quantisieren usw.. Es versteht sich von selbst, daß mehr Information oder mehr Bit verwendet werden, um einen quantisierten, gewichteten Umwandlungskoeffizienten zu repräsentieren, wenn eine kleinere Quantisierungsschrittweite verwendet wird, als wenn eine größere Quantisierungsschrittweite verwendet wird. Anders ausgedrückt wird eine feine Quantisierung durch die Quantisierungsschaltung erreicht, die eine kleine Quantisierungsschrittweite hat und eine grobe Quantisierung wird durch eine Quantisierungsschaltung erreicht, die eine größere Quantisierungsschrittweite hat. Wie unten beschrieben werden wird, wird ein Bildblock, der eine vergleichsweise geringe visuelle Aktivität zeigt, einer feinen Quantisierung unterworfen und ein Bildblock, der eine relativ hohe visuelle Aktivität enthält, wird einer groben Quantisierung unterworfen. Obwohl eine grobe Quantisierung typischerweise zu deutlicheren Quantisierungsfehlem führt, werden solche Fehler durch das menschliche Auge nicht wahrgenommen, wenn das Bild selbst ein signifikantes Maß visueller Aktivität enthält. Da ein sehr aktiver Bildblock grob quantisiert wird, werden solche Quantisierungsfehler nicht einfach erfaßt.
Es sei festgehalten, daß jede Quantisierungsschaltung Q&sub1;, Q&sub2;, ., QM so quantisierte Daten für einen gegebenen Bildblock Gh mit einer Datenmenge erzeugt, die von den quantisierten Daten abweichen, die durch die anderen Quantisierungsschaltungen erzeugt wird. In dem oben beschriebenen Beispiel erzeugt die Quantisierungsschaltung Q&sub1; quantisierte Daten mit einer größeren Daterimenge als die Quantisierungsschaltung QM.
Ein Beispiel der unterschiedlichen Quantisierungsschrittweiten der jeweiligen Quantisierungsschaltungen wird in Fig. 4 demonstriert. Hier wird ein Block von Umwandlungskoeffizienten Cij als Block 80 repräsentiert. Dieser Block von Umwandlungskoeffizienten ist in verschiedene Bereiche 81, 82 und 83 aufgeteilt und jeder Bereich ist einem entsprechenden Quantisierungsschritt zugeordnet. Die Umwandlungskoeffizienten, die in jedem jeweiligen Bereich vorhanden sind, werden in Übereinstimmung mit der diesem Bereich zugewiesenen Quantisierungsschrittweite quantisiert. Beispielsweise quantisiert die Quantisierungsschaltung Q&sub1; die in dem Bereich 81 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten mit der Quantisierungsschrittweite q, die in dem Bereich 82 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten auch mit der Quantisierungsschrittweite q und die in dem Bereich 83 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten ebenfalls mit der Quantisierungsschrittweite q. Die Quantisierungsschaltung Q&sub2; quantisiert die in den Bereichen 81 und 82 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten mit der Quantisierungsschrittweite q und die in dem Bereich 83 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten mit der Quantisierungsschrittweite 2q. Die Quantisierungsschaltung Q&sub3; quantisiert die in dem Bereich 81 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten mit der Quantisierungsschrittweite q und die in den Bereichen 82 und 83 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten mit der Quantisierungsschrittweite 2q. Die Quantisierungsschaltung Q&sub4; quantisiert die in den Bereichen 81, 82 und 83 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten mit der Quantisierungsschrittweite 2q. Es sei ohne weitere Erläuterung erwähnt, daß die verbleibenden Quantisierungsschaltungen die in den verschiedenen Bereichen 81, 82 und 83 vorhandenen Umwandlungskoeffizienten mit ähnlichen, unterschiedlichen Quantisierungsschrittweiten quantisiert. So quantisieren für einen gegebenen Bildblock Gh die verschiedenen Quantisierungsschaltungen die Umwandlungskoeffizienten, wie erwähnt, mit verschiedenen Quantisierungsschrittweiten, um quantisierte Daten mit unterschiedlichen Datenmengen zu erzeugen.
Es sei festgehalten, daß die durch den Quantisierer 14 quantisierten Umwandlungskoeffizienten von Bilddaten-Abtastungen abgeleitet werden, die Farbvideosignale repräsentieren. Wenn die Farbvideosignale beispielsweise im zeilenweisen Format dargestellt sind, sind die aus der Luminanzkomponente abgeleiteten Umwandlungskoeffizienten verschieden von den aus der Chrominanzkomponente abgeleiteten Umwandlungskoeffizienten. Der Gewichtungskoeffizientengenerator 52 wird in Abhängigkeit von Luminanz- und Chrominanz-Umschaltesignalen, die diesen beispielsweise über den Anschluß 59 zugeführt werden, gesteuert, um einen Gewichtungskoeffizienten für die von der Luminanzkomponente Y abgeleiteten Umwandlungskoeffizienten, einen Gewichtungskoeffizienten für die Chrominanzkomponente U und einen Gewichtungskoeffizienten für die Chrominanzkomponente V zu erzeugen. So wird der Gewichtungskoeffizientengenerator gesteuert oder geschaltet, um einen geeigneten Gewichtungskoeffizienten für die Y-, U- bzw. V-Komponenten zu liefern.
Ein Codierer 15 besteht aus mehreren Variabellängen-Codierschaltungen COD&sub1;, COD&sub2;, ..., CODM, wobei eine bestimmte Codierschaltung CODm mit der zugehörigen Quantisierungsschaltung Qm gekoppelt ist. Jede Codierschaltung CODm ist ausgebildet, die quantisierten, gewichteten Umwandlungskoeffizienten KCij durch Variabellängen- Codierung zu codieren, um codierte Daten VLCij. zu erzeugen. Da die quantisierten Daten KCij unter Verwendung verschiedener Quantisierungsschrittweiten erzeugt werden, ist zu erwarten, daß jede Codierschaltung codierte Daten VLCij erzeugt, die eine Datenmenge aufweisen, die unterschiedlich ist von derjenigen der codierten Daten, die durch die anderen Codierschaltungen erzeugt werden. So ist zu erwarten und konsistent mit dem oben beschriebenen Beispiel, daß die Datenmenge der durch die Codierschaltung COD&sub1; codierten Daten größer ist als die Datenmenge der durch die Codierschaltung COD&sub2; erzeugten Daten usw..
Jede Codierschaltung CODm ist mit einem Pufferspeicher BUFm gekoppelt, der ausgebildet ist, die codierten Daten VLCij des gesamten Synchronisierungsblockes zu speichern. Jeder Pufferspeicher weist eine festgelegte Speicherkapazität auf, und in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Speicherkapazität aller Pufferspeicher BUFm die gleiche. Da jedoch die codierten Daten VLCij, die durch die verschiedenen Codierschaltungen COD&sub1;, ..., CODM erzeugt werden, verschiedene Datenmengen aufweisen, ist es nicht ungewöhnlich, daß die Datenmenge der einem Pufferspeicher zugeführten Daten die Speicherkapazität des Pufferspeichers übersteigt. Wenn ein Synchronisierungsblock codierter Daten in einen Pufferspeicher geschrieben wird, kann daher der Pufferspeicher überlaufen. Eine Steuerschaltung 55 ist mit allen der Pufferspeicher BUF&sub1;, ..., BUFM gekoppelt und ausgebildet, zu bestimmen, bei welchem Pufferspeicher die Speicherkapazität durch den Synchronisierungsblock der diesem zugeführten Daten überschritten wird und bei welchen Pufferspeichern die Speicherkapazität nicht überschritten wird. Anders ausgedrückt erfaßt die Steuerschaltung 55 einen Überlauf der jeweiligen Pufferspeicher.
Die Steuerschaltung 55 erzeugt eine Ausgabebezeichnung m, die denjenigen Pufferspeicher identifiziert, dessen Speicherkapazität nicht überschritten ist und der einen Synchronisierungsblock codierter Daten der größten Datenmenge speichert. Wenn beispielsweise, in Übereinstimmung mit dem beschriebenen Beispiel keiner der Pufferspeicher überläuft, da der Pufferspeicher BUF&sub1; einen Synchronisierungsblock codierter Daten speichert, der mit der kleinsten Quantisierungsschrittweite erzeugt wurde, hat der in dem Pufferspeicher BUF&sub1; gespeicherte Synchronisierungsblock codierter Daten die größte Datenmenge und die durch die Steuerschaltung erzeugte Ausgangsangabe zeigt dies an (m = 1). Wenn jedoch die Datenmenge des dem Pufferspeicher BUF&sub1; zugeführten Synchronisierungsblocks codierter Daten dessen Speicherkapazität übersteigt, läuft der Pufferspeicher BUF&sub1; über und wenn der Pufferspeicher BUF&sub2; nicht überläuft, erzeugt die Steuerschaltung 55 eine Ausgangsangabe, daß der Pufferspeicher BUF&sub2; den Synchronisierungsblock mit der größten Datenmenge speichert (m = 2). So gibt die durch die Steuerschaltung 55 erzeugte Ausgangsangabe in Abhängigkeit davon, welche Pufferspeicher überlaufen und welche nicht, denjenigen Pufferspeicher an, in dem ein Synchronisierungsblock codierter Daten gespeichert ist, der die größte Datenmenge hat.
Eine Auswahlschaltung 54 ist mit jedem der Pufferspeicher BUF&sub1;, ..., BUFM gekoppelt und enthält einen mit der Steuerschaltung 55 gekoppelten Auswahisteuereingang, um die durch die Steuerschaltung erzeugte Auswahlangabe zu empfangen. Die Steuerschaltung, die man sich als Auswahischalter oder Multiplexer vorstellen kann, wählt den Pufferspeicher aus, der durch die zugeführte Angabe angegeben ist und der in dem Pufferspeicher gespeicherte Synchronisierungsblock codierter Daten wird über die Auswahl schaltung als codierte Daten VLC ausgelesen. So wird der gleiche Synchronisierungsblock parallel mit verschiedenen Quantisierungsschrittweiten durch die Quantisierungsschaltungen Q&sub1;, .., QM verarbeitet und der verarbeitete Synchronisierungsblock mit der größten Datenmenge, die die festgelegte Speicherkapazität des Pufferspeichers nicht übersteigt, wird ausgewählt. Es sei festgehalten, daß der ausgewählte Synchronisierungsblock so codierte Daten VLCij enthält, die mit der minimalen Quantisierungsschrittweite quantisiert sind, so daß die Daterunenge des Synchronisierungsblockes maximal ist, aber eine festgelegte Datenmenge nicht überschreitet. Der Synchronisierungsblock besteht aus einer festen Anzahl von Bildblöcken und durch Sicherstellung, daß die Datenmenge des ausgewählten Synchronisierungsblockes maximal ist, aber eine festgelegte Menge nicht übersteigt, werden die Umwandlungskoeffizienten des ausgewählten Synchronisierungsblockes feinstmöglichst quantisiert.
Der ausgewählte Synchronisierungsblock der codierten Daten VLC wird über die Auswahlschaltung 54 mit einem Multiplexer 58 gekoppelt. Dieser Multiplexer ist auch mit der Steuerschaltung 55 gekoppelt, um die Ausgangsangabe m zu empfangen, die dazu dient, den entsprechenden Quantisierungskanal (gebildet durch die Quantisierungsschaltung Qm, die Codierschaltung CODm und den Pufferspeicher BUFm) zu identifizieren, der gewählt ist. Der Multiplexer ist auch mit der Aktivitäts-Berechnungsschaltung 51 gekoppelt, um den berechneten visuellen Aktivitätspegel Ah jedes Bildblockes Gh zu empfangen, der in dem Synchronisierungsblock vorhanden ist. Ebenfalls ist der Multiplexer mit einem Paritätsgenerator 56 gekoppelt, um die für den Synchronisierungsblock erzeugten Paritätsbits zu empfangen, und der Multiplexer ist ferner mit einem Synchronisierungssignalgenerator 57 gekoppelt, um Synchronisierungssignale zu empfangen, die an dem Kopfabschnitt jedes Synchronisierungsblockes erzeugt werden. Der Ausgang des Multiplexers 58 ist mit einem Anschluß 5 (auch in Fig. 2 gezeigt) gekoppelt, um den Synchronisierungsblock beispielsweise dem Parallel/Seriell-Umsetzer 19 von Fig. 2 zuzuführen. Obwohl nicht gezeigt sei festgehalten, daß der Synchronisierungssignalgenerator 57 ID-Bits an den Multiplexer liefert, um den bestimmten Synchronisierungsblock zu identifizieren, der durch die Quantisierungs- und Codiervorrichtung verarbeitet wird.
Der Multiplexer 58 verbindet die Synchronisierungssignale und die Synchronisierungsblock-ID-Bits, die diesem durch den Synchronisierungssignalgenerator 57 zugeführt werden, die Ausgangsangabe m, die diesem durch die Steuerschaltung 55 zugeführt wird, den für jeden Bildblock durch die Aktivitäts-Berechnungseinrichtung 51 berechneten visuellen Aktivitätspegel Ah, die codierten, quantisierten Umwandlungskoeffizienten VLC für jeden der Bildblöcke, die in dem Synchronisierungsblock enthalten und durch die Auswahischaltung 54 ausgewählt sind, und die Paritätsbits, die durch den Paritätsgenerator 56 erzeugt werden, in einem Zeitmultiplex-Format. Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der durch den Multiplexer 58 erzeugten zeitgemultiplexten Daten. Aus Gründen der Variabellängen-Codierung kann sich die Länge jedes Bildblockes Gh von codierten Daten von Bildblock zu Bildblock unterscheiden. Da jedoch die Datenmenge des Synchronisierungsblockes zu einem Maximum gewählt ist, ist die Gesamtlänge des Synchronisierungsblockes fest. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, kann auch ein gewisser Rand oder eine Toleranz zwischen den codierten Daten des letzten in einem Synchronisierungsblock enthaltenen Bildblock und den Paritätsbits vorhanden sein, da die Datenmenge jedes Synchronisierungsblockes, obwohl maximal, trotzdem von einem Synchronisierungsblock zum nächsten variieren kann. Jedoch ist dieser Rand minimal und verschlechtert die Effizienz der beschriebenen Codiertechnik nicht.
Da die Funktionsweise der in Fig. 1 illustrierten Vorrichtung aus der vorstehenden Diskussion bekannt ist, wird dessen Beschreibung hier nur kurz ausgeführt. Wie erwähnt, wird ein Vertikal-Intervall von Bilddaten-Abtastungen wie ein Teilbild oder Voilbild von Bilddaten-Abtastungen mittels Anschlüssen 4 der Blockbildungsschaltung 12 zugeführt. Vorzugsweise werden die Bilddaten-Abtastungen der Luminanzkomponente Y separat von den Bilddaten-Abtastungen der Chrominanzkomponenten U und V verarbeitet. Die Blockbildungsschaltung teilt das Vertikalintervall der Bilddaten-Abtastungen in kleinere Bildblöcke Gh auf und jeder Bildblock besteht aus einer räumlichen Anordnung von n x n Bilddaten-Abtastungen. Die Orthogonal-Transformationsschaltung 13, die vorzugsweise eine Diskret-Cosinus-Transformationsschaltung ist, leitet von jedem Bildblock Umwandlungskoeffizienten Cij ab. Es sei angemerkt, daß eine festgelegte Anzahl von Bildblöcken einen Synchronisierungsblock bildet.
Die Umwandlungskoeffizienten Cij eines Bildblockes werden der Aktivitäts-Berechnungseinrichtung zugeführt, die den visuellen Aktivitätspegel Ah des Bildblockes Gh berechnet. Diese Berechnung wird als Funktion der hochftequenteren AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten im Block Gh bestimmt. Die visuelle Aktivität kann durch Erfassung des Maximalwertes der höherfrequenteren AC-Komponenten, durch Erfassung von Abweichungen unter den hochftequenten AC-Komponenten oder vorzugsweise durch Summierung der Absolutwerte der höherfrequenteren AC-Komponenten bestimmt werden. Die Auswahl der feinen oder groben Quantisierung des Bildblockes der Umwandlungskoeffizienten wird durch die berechnete visuelle Aktivität bestimmt. Eine feine Quantisierung wird gewählt, wenn ein geringer Pegel visueller Aktivität berechnet wird und eine grobe Quantisierung wird gewählt, wenn ein hoher Pegel visueller Aktivität berechnet wird. Es sei angemerkt, daß eine grobe oder feine Quantisierung eine Funktion der Gewichtungskoeffizienten ist, mit welchen die Umwandlungskoeffizienten des Bildblockes multipliziert werden. Ein höherer Gewichtungskoeffizient entspricht einer feineren Quantisierung.
Der Gewichtungskoeffizient ist in einer inversen Beziehung zu dem berechneten visuellen Aktivitätspegel, so daß die Umwandlungskoeffizienten für eine geringere visuelle Aktivität höher gewichtet werden. So werden die Umwandlungskoeffizienten für eine geringere visuelle Aktivität feiner quantisiert, auch wenn die gleiche Quantisierungsschaltung Qm für alle Bildblöcke Gh in einem Synchronisierungsblock verwendet wird.
Durch Verwendung der höherftequenteren AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten zur Berechnung der visuellen Aktivität können Fehler in den Berechnungen der visuellen Aktivität, die andernfalls in bestimmten monotonen Bildern auftreten können, verhindert werden. Dies wird am besten unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6C deutlich. Bildblock 90 in Fig. 6A repräsentiert ein Bild mit einem dunklen Unterbereich 91 und einem hellen Unterbereich 92, die eine vertikale Grenze zwischen ihnen definieren. Die AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten, die von dem Bildblock 90 abgeleitet werden, zeigen höhere Werte in der Horizontalrichtung. Wenn jedoch der Bildblock als Bildblock 90' in Fig. 6A erscheint, der durch einen dunklen Unterbereich 93 und einen hellen Unterbereich 94 gebildet wird, um eine horizontale Grenze dazwischen zu definieren, zeigen die AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten höhere Werte in Vertikalrichtung. Wenn die AC-Komponenten der von dem Bildblock 90 oder von dem Bildblock 90' abgeleiteten Umwandlungskoeffizienten einfach summiert werden oder wenn die maximale AC-Komponente erfaßt wird, um die visuelle Aktivität zu erfassen, wird die für die Bildblöcke 90 und 90' berechnete visuelle Aktivität relativ groß sein, obwohl diese Bildblöcke allgemein monoton sind. Wenn die Umwandlungskoeffizienten als Funktion des so berechneten Aktivitätspegels quantisiert werden, unterliegen die Umwandlungskoeffizienten einer groben Quantisierung, auch wenn die Bildblöcke eine relativ geringe visuelle Aktivität enthalten, wodurch in dem letztendlich wiedergegebenen Videobild etwas erzeugt wird, was als Moskito-Rauschen bekannt ist.
Der beschriebene Fehler bei der Berechnung der visuellen Aktivität wird durch Summierung der Absolutwerte der höherfrequenten AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten vermieden. Dies ist in Fig. 7 demonstriert, in der ein Block 100 von Umwandlungskoeffizienten repräsentiert ist. Unterbereich 101 identifiziert den Bereich des Blockes von Umwandlungskoeffizienten, der die höherfrequenten AC-Komponenten enthält. Wenn die Umwandlungskoeffizienten von dem Bildblock 90 in Fig. 6A oder dem Bildblock 90' in Fig. 6B abgeleitet werden, wird deutlich, daß die AC-Komponenten im Unterbereich 101 eine relativ geringe Größe haben. Daher ist die durch Summierung der Absolutwerte der AC-Komponenten im Unterbereich 101 berechnete visuelle Aktivität der Bildblöcke 90 und 90' vergleichsweise gering. So werden die Umwandlungskoeffizienten fein quantisiert, was die geeignete Quantisierung für ein monotones Muster ist, wobei ein Moskito-Rauschen vermieden oder wenigstens minimiert wird.
Wenn der in Fig. 6C gezeigte Bildblock 90" für die Orthogonal-Transformationsverarbeitung und Aktivitätsberechnung präsentiert wird, erzeugt die schräge Grenze, die durch den dunklen bzw. hellen Unterbereich 95 bzw. 96 definiert wird, Umwandlungskoeffizienten, deren höherfrequentere Komponenten in Horizontal- und Vertikalrichtung zunehmen. Daher wird der Aktivitätspegel des Bildblockes 90" als relativ hoch berechnet, was zu einer Grobquantisierung der Umwandlungskoeffizienten führt. Während dieses die Daten und so das Detail der codierten Daten verringert, die den Bildblock 90" repräsentieren, wird ein Quantisierungsrauschen aufgrund der schnellen Änderungen der Bildinformation, wie durch die sich schräg erstreckenden Komponenten gezeigt, nicht so einfach wahrgenommen.
Wiederum in Fig. 1, wird der durch die Aktivitäts-Berechnungsschaltung 51 berechnete Aktivitätspegel Ah für den Bildblock Gh dem Gewichtungskoeffizientengenerator 52 zugeführt, der den Gewichtungskoeffizienten Kh für diesen Bildblock erzeugt. Der Gewichtungskoeffizient wird verwendet, um alle von diesem Bildblock abgeleiteten Umwandlungskoeffizienten Cij zu gewichten oder zu multiplizieren. Die gewichteten Umwandlungskoeffizienten werden gemeinsam den verschiedenen Quantisierungsschaltungen Q&sub1;, .., QM zugeführt, wo die Umwandlungskoeffizienten gleichzeitig mit verschiedenen Quantisierungsschrittweiten quantisiert werden, wodurch unterschiedlich quantisierte Daten für den gleichen Bildblock erzeugt werden. Codierschaltungen COD&sub1;, ..., CODM codieren die für den Bildblock Gh erzeugten, verschieden quantisierten Daten durch Variabellängen-Codierung und die so durch jede Codierschaltung erzeugten variabellängencodierten Daten werden in einem jeweiligen der Pufferspeicher BUF&sub1;, ..., BUFM gespeichert.
Das vorangehende Verfahren wird für jeden in einem Synchronisierungsblock enthaltenen Bildblock wiederholt, wodurch in jedem Pufferspeicher der gleiche Synchronisierungsblock akkumuliert wird, jedoch ist der in einem jeweiligen Pufferspeicher gespeicherte Synchronisierungsblock mit einer unterschiedlichen Quantisierungsschrittweite quantisiert. So kann die Speicherkapazität einiger der Pufferspeicher durch den darin gespeicherten Synchronisierungsblock überschritten werden, während die Datenmenge von in anderen Pufferspeichern gespeicherten Synchronisierungsblöcken geringer sein kann als dessen Speicherkapazität. Es sei festgehalten, daß, wenn die Speicherkapazität eines Pufferspeichers überschritten wird, der Pufferspeicher ein Überlaufsignal an die Steuerschaltung 55 liefert. Die Steuerschaltung liefert der Auswahlschaltung 54 eine Ausgangsangabe des Pufferspeichers, daß kein Überlauf besteht und ferner, daß dieser einen Synchronisierungsblock speichert, der aus codierten Umwandlungskoeffizienten erzeugt ist, die mit der geringsten Quantisierungsschrittweite quantisiert sind, welche nicht zu einem Überlauf führt. Wenn beispielsweise der Pufferspeicher BUF&sub1; überläuft, aber der Pufferspeicher BUF&sub2; nicht, gibt die von der Steuerschaltung 55 der Auswahischaltung 54 zugeführte Ausgangsangabe den Pufferspeicher BUF&sub2; an. Wenn die Pufferspeicher BUF&sub1; und BUF&sub2; beide überlaufen, nicht jedoch Pufferspeicher BUF&sub3;, dann gibt auf ähnliche Weise die der Auswahlschaltung zugeführte Ausgangsangabe den Pufferspeicher BUF&sub3; an. Der in dem Pufferspeicher, der von der Ausgangsangabe bezeichnet ist, die der Auswahlschaltung 54 durch die Steuerschaltung 55 zugeführt wird, gespeicherte Synchronisierungsblock wird aus dem Pufferspeicher als codierte Daten VLC ausgelesen und einem Multiplexer 58 zugeführt, wo die vorher erwähnten Synchronisierungssignale, Synchronisierungsblock-ID-Bits, Ausgangsangabe und der visuelle Aktivitätspegel alle zeitgemultiplext werden, wodurch der schematisch in Fig. 5 gezeigte Synchronisierungsblock erzeugt wird. So wird deutlich, daß der aus codierten Daten VLC bestehende Synchronisierungsblock aus von einer festgelegten Anzahl von Bildblöcken Gh abgeleiteten Umwandlungskoeffizienten besteht und die gewichteten Umwandlungskoeffizienten aller dieser Bildblöcke, die in dem Synchronisierungsblock enthalten sind, mit der gleichen Quantisierungsschrittweite quantisiert werden. So werden in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel keine verschiedenen Quantisierungsschrittweiten zur Quantisierung der Umwandlungskoeffizienten verschiedener in dem gleichen Synchronisierungsblock enthaltener Bildblöcke verwendet.
Synchronisierungsblöcke, die durch die in Fig. 1 gezeigte Codiervorrichtung erzeugt und durch die in Fig. 2 illustrierte Aufzeichnungsanordnung aufgezeichnet werden, können von dem Aufzeichnungsmedium, wie einem Magnetband 1 durch die in Fig. 3 illustrierte Wiedergabevorrichtung wiedergegeben werden. Wie gezeigt enthält diese Wiedergabevorrichtung einen Kanal-Decoder 32, einen Synchronisierungsdetektor 34, eine Fehlerkorrekturschaltung 36, einen Variabellängen-Decoder 37, einen Dequantisierer 38, eine inverse diskrete Cosinus-Transformationsschaltung 39, eine inverse Blockbildungsschaltung 40, eine Fehlerkorrekturschaltung 41 und einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 42. Der Kanal-Decoder 32 ist mit einem Abspielkopf 31 gekoppelt, um die modulierten Signale zu empfangen, die auf das Magnetband 1 durch den Schreibekopf 21 von Fig. 2 aufgezeichnet wurden. Entsprechend ist der Kanal-Decoder ausgebildet, die wiedergegebenen Signale zu demodulieren und/oder zu entwürfeln, um die digitale Information von diesen wiederzugewinnen. Wenn als Beispiel die aufgezeichneten Signale mit NRZI-Modulation moduliert wurden, enthält der Kanal-Decoder einen NRZI- Demodulator.
Der Kanal-Decoder 32 ist über einen Seriell-Parallel(S/P)-Umsetzer 33 mit einem Synchronisierungsdetektor 34 gekoppelt. Es sei erwähnt, daß die Mehrfachbitzeichen vor der Aufzeichnung durch den Parallel/Seriell-Umsetzer 19 serialisiert wurden, und der Seriell/Parallel-Umsetzer arbeitet, die serialisierten Mehrbitzeichen in Parallelform zurückzuführen. Diese Parallelbitzeichen werden dem Synchronisierungsdetektor 34 zugeführt, wo die in dem in Fig. 5 gezeigten Synchronisierungsblock enthaltenen Synchronisierungssignale erfaßt werden. Dies sichert eine synchrone Erfassung und Wiedergewinnung der wiedergegebenen Synchronisierungsblöcke.
Der Synchronisierungsdetektor ist ausgebildet, die codierten Daten VLCij wiederzugeben, welcher Synchronisierungsdetektor über die Zeitbasis-Korrekturschaltung 35 mit der Fehlerkorrekturschaltung 36 gekoppelt ist. Die Zeitbasis-Korrekturschaltung ist eine herkömmliche Vorrichtung, die zur Eliminierung von Jitter und anderen Zeitbasisfehlern verwendet wird, die während der Wiedergabe der codierten Daten von dem Magnetband 1 erzeugt werden können. Wenn der Jitter korrigiert oder beseitigt ist, arbeitet die Fehlerkorrekturschaltung 36, Fehler, die in dem wiedergewonnenen Synchronisierungsblock enthalten sein können, unter Verwendung der darin enthaltenen Synchronisierungsbits zu korrigieren. Wenn jedoch die Paritätsbits nicht verwendet werden können, um einen Fehler zu korrigieren, beispielsweise wenn der Fehler zu groß ist, wird ein Fehlerkennzeichen gesetzt, um den nicht korrigierbaren Fehler zu identifizieren.
Dann wird nach der Fehlerkorrektur der Synchronisierungsblock mit dem Variabellängen- Decoder 37 gekoppelt, der die variabellängencodierten, quantisierten Umwandlungskoeffizienten decodiert. Insbesondere arbeitet der Decoder 37, die Variabellängen- Codierung komplementär auszuführen, die durch die Codierschaltungen COD&sub1;,..., CODM ausgeführt wurden, die in Fig. 1 gezeigt sind. Daher gewinnt der Decoder 37 die quantisierten Umwandlungskoeffizienten wieder und diese quantisierten Umwandlungskoeffizienten werden mit dem Dequantisierer 38 gekoppelt, der komplementär zu der gewählten Quantisierungsschaltung Q&sub1;, ..., QM arbeitet, die für die Aufzeichnung verwendet wurde. Der Synchronisierungsblock, der aufgezeichnet und von dem Magnetband 1 wiedergegeben wurde, enthält darin die Ausgabeangabe m wie in Fig. 5 gezeigt ist, und diese Ausgabeangabe wird verwendet, um die Quantisierungsschrittweite zu identifizieren, die zur Quantisierung der Umwandlungskoeffizienten verwendet wurde. Es sei erwähnt, daß der komplementäre Dequantisierer durch diese Angabe m gewählt wird, um eine korrekte Dequantisierung zu erreichen.
Wenn sie dequantisiert sind, werden die Umwandlungskoeffizienten mit der inversen Diskret-Cosinus-Transformationsschaltung 39 gekoppelt, die invers zu der diskreten Cosinus-Transformationsschaltung 13 arbeitet. Somit werden die Umwandlungskoeffizienten Cij durch die inverse diskrete Cosinus-Transformationsschaltung 39 verwendet, um die n x n-Anordnung von Bilddatenproben, die in jedem der Bildblöcke, die einen Synchronisierungsblock bilden, enthalten sind, wiederzugewinnen. Die so wiedergewonnenen Bildblöcke der Bilddaten-Abtastungen werden in ein Vertikal-Intervall wie ein Teilbild oder ein Vollbild durch die inverse Blockbildungsschaltung 40 zurückgebildet.
Das wiedergewonnene Vertikal-Intervall der Bilddaten-Abtastungen ist mit einer Fehlerkorrekturschaltung 41 gekoppelt, in der solche Fehler, die durch die Fehlerkorrekturschaltung 36 nicht korrigiert werden, hier durch aufwendigere, bekannte Techniken, wie durch Interpolation korrigiert werden. Solche Fehlerkorrekturen werden unter Verwendung der Fehlermarkierungen erreicht, die durch die Fehlerkorrekturschaltung 36 gesetzt wurden.
Das fehlerkorrigierte zurückgebildete Vertikal-Intervall der Bilddaten-Abtastungen wird mit dem DAC 42 gekoppelt, wo es von Digitalform in Analogform umgewandelt und als Analogsignale den Ausgangsanschlüssen 3 zugeführt wird. Da die Luminanz- und Chrominanzkomponenten separat verarbeitet und aufgezeichnet werden, wie oben beschrieben wurde, gewinnt die in Fig. 3 illustrierte Wiedergabevorrichtung die Luminanz- und Chrominanzkomponenten Y und U, V separat, um später einer (nicht gezeigten) anderen Schaltungsanordnung zugeführt zu werden.
Es sei erwällnt, daß der Synchronisierungsdetektor 34 ausgebildet ist, die Ausgangsangabe m und den (in Fig. 5 gezeigten) visuellen Aktivitätspegel Ah aus dem aufgezeichneten Synchronisierungsblock wiederzugewinnen. Die Ausgangsangabe m, die die während des Aufzeichnungsvorgangs verwendete Quantisierungsschrittweite repräsentiert, wird dem Decoder 37 und dem Dequantisierer 38 zugeführt, um die korrekte Dequantisierungsschaltung auszuwählen, die die entsprechende Quantisierungsschrittweite aufweist. Ähnlich wird der wiedergewonnene visuelle Aktivitätspegel Ah von dem Synchronisierungsdetektor 34 dem Dequantisierer 38 zugeführt, um den korrekten inversen Gewichtungskoeffizienten 38 auszuwählen, mit dem die decodierten, dequantisierten Umwandlungskoeffizienten multipliziert werden. So werden die gewichteten Umwandlungskoeffizienten in ihren ursprünglichen, ungewichteten Werten wiedergewonnen. Es wird deutlich, daß, da der visuelle Aktivitätspegel Ah den Gewichtungskoeffizienten Kh bestimmt, es eine einfache Aufgabe ist, den inversen Gewichtungskoeffizienten 1/Kh aus dem gleichen visuellen Aktivitätspegel auszuwählen.
Die in Fig. 2 gezeigte VTR-Aufzeichnungsvorrichtung und die in Fig. 3 gezeigte VTR- Wiedergabevorrichtung sind insbesondere zum Überspielen eines von einem Magnetband wiedergegebenen Digital-Videosignais auf ein anderes ausgebildet. In einem typischen Digital-VTR werden Digital-Videosignale, die von einem Magnetband wiedergegeben werden, allgemein einer Digitalverarbeitung unterworfen, die Fehlerkorrektur, Decodierung, Dequantisierung, inverse Transformation und Digital-Analog-Aufzeichnung umfaßt, um Analogsignale wiederzugewinnen, die dann digitalisiert, transformiert, wieder quantisiert und vor der Wiederaufzeichnung codiert werden. Es sei angemerkt, daß die Schritte Quantisierung/Dequantisierung, Transformation/Invers-Transformation und A/D/A-Wandlung nicht nur Fehler in die ursprüngliche Information einfügen, sondern solche Fehler auch verstärken. Beispielsweise erzeugt die A/D-Wandlung inhärent einen kleinen Digitalisierungsfehler und dieser kleine Fehler verbindet sich mit der D/A- Wandlung, was zu einem Analogsignal führt, dessen Pegel erwartungsgemäß etwas von dem ursprünglichen Analogsignal abweicht. Ähnlich sind die Umwandlungskoeffizienten, die durch Ableitung der Orthogonal-Transformation von Digital-Videoabtastungen, obwohl sie eine sehr nahe Annäherung an die Original-Videoinformation sind, trotzdem keine präzise, exakte Repräsentation. Daher führen die Signalverarbeitungsvorgänge, die zur Wiedergabe und Wiederaufzeichnung (oder Überspielen) von Digital-Videosignalen mit hocheffizienter Codierung ausgeführt werden, Fehler in die wiederaufgezeichneten Digital- Videosignale ein. Wenn die höherfrequenten Komponenten der Umwandlungskoeffizienten Cij einer groben Quantisierung unterworfen werden, wie es gewünscht ist, um die Bandbreite zu begrenzen, die zur Repräsentation der Digital-Videosignale erforderlich ist, werden Verarbeitungsfehler akkumuliert, wenn ein Überspielvorgang ausgeführt wird, wodurch die Qualität des Videobildes, das schließlich von den Videosignalen wiedergegeben wird, abnimmt.
Dieser Nachteil wird durch Zurverfügungstellung von Überspielbuchsen oder Anschlüssen in der VTR-Aufnahmevorrichtung wie auch in der VTR-Wiedergabevorrichtung überwunden, die, wenn sie verbunden werden, diese Schaltungen, die inhärent Fehler in die verarbeiteten Digitalsignale einfügen, umgehen, und die direkte Wiederaufzeichnung der Digitalsignale ermöglichen, ohne diese Signale einer Digital/Analog/Digital-Wandlung zu unterwerfen. Diese Ausgangsbuchsen sind als Ausgangsanschlüsse 7 (Fig. 3) und 6 (Fig. 2) gezeigt, die in der Wiedergabevorrichtung bzw. der Aufzeichnungsvorrichtung vorgesehen sind. Der Ausgangsanschluß 7 ist mit dem Ausgang der Fehlerkorrekturschaltung 36 verbunden, um ein fehlerkorrigiertes, zeitbasiskorrigiertes, paralleles Digitalsignal zu liefern, das die quantisierten, gewichteten Umwandlungskoeffizienten in der festgelegten Anzahl von Bildblöcken repräsentiert, die einen Synchronisierungsblock bilden. Das heißt, der in Fig. 5 illustrierte Synchronisierungsblock wird am Ausgangsanschluß 7 zur Verfügung gestellt und dieser Ausgangsanschluß 7 ist mit dem externen Anschluß 6 in Fig. 2 verbunden. In dem Überspielmodus wird der Auswahlschalter 16 der in Fig. 2 gezeigten Aufzeichnungsvorrichtung mit dem externen Anschluß 6 verbunden, um den durch die Wiedergabevorrichtung von Fig. 3 wiedergegebenen Synchronisierungsblock dem Parallel/Seriell-Wandler 19 und dem Kanal-Codierer 20 zur Wiederaufzeichnung auf das Magnetband durch den Schreibekopf 21 zuzuführen. So werden die von dem Lesekopf 31 wiedergegebenen Digital-Videodaten überspielt, ohne decodiert, dequantisiert, invers transformiert, DIA-gewandelt, A/D-gewandelt, orthogonal transformiert, requantisiert und recodiert zu werden, wie es bei bekannten Überspielanordnungen der Fall ist. Daher unterliegt Digital-Videoinformation, die mit der gewünschten hohen Effizienz komprimiert wurde, nicht inhärenten Verarbeitungsfehlern, wenn diese komprimierte Digital-Videoinformation auf ein anderes Aufzeichnungsmedium überspielt wird.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Quantisierers 14 und des Codierers 15 der Digital- Videoaufzeichnungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 8 illustriert. Hier weist der Quantisierer einen Pufferspeicher 64, eine Gewichtungsschaltung 65, einen wählbaren Quantisierer 66 und eine Datenmengen-Abschätzeinrichtung 70 auf. Der Pufferspeicher 64 ist mit einer Orthogonal-Transformationsschaltung 63 gekoppelt, um die durch diese erzeugten Umwandlungskoeffizienten Cij zu empfangen. Wie vorher kann die Orthogonal- Transformationsschaltung eine Diskret-Cosinus-Transformationsschaltung sein und arbeitet, die Umwandlungskoeffizienten in einem Bildblock der Bilddaten-Abtastungen abzuleiten, die durch die Blockbildungsschaltung 32 erzeugt werden. Diese Bilddaten- Abtastungen sind Digital-Abtastungen, die durch einen A/D-Wandler 61 von Analog- Videosignalen erzeugt werden, die mittels eines Eingangsanschlußes 8 angekoppelt sind. Es sei erwähnt, daß daher der A/D-Wandler 61, die Blockbildungsschaltung 62, die Orthogonal-Transformationsschaltung 63 im wesentlichen ähnlich wie der vorher beschriebene A/D-Wandler 11, Blockbildungsschaltung 12 und Orthogonal- Transformationsschaltung 13, gezeigt in Fig. 2, sein kann.
Der Pufferspeicher 64 ist ausgebildet, einen Synchronisierungsblock von Umwandlungskoeffizienten zu speichern, die anschließend in die Gewichtungsschaltung 65 ausgelesen werden. So hat der Pufferspeicher eine Speicherkapazität, die ausreichend ist, um die von den Bildblöcken G&sub1;, G&sub2;, ..., Gh abgeleiteten Umwandlungskoeffizienten Cij zu speichern, wobei h die festgelegte Anzahl von Bildblöcken ist, die einen Synchronisierungsblock bilden. Die Gewichtungsschaltung 65 kann einen Multiplizierer ähnlich wie der vorher beschriebene Multiplizierer 53 (Fig. 1) aufweisen und ist ausgebildet, die von dem Pufferspeicher 64 ausgelesenen Umwandlungskoeffizienten mit einem Gewichtungskoeffizienten Kh zu multiplizieren oder zu gewichten, wobei Kh der Gewichtungskoeffizient ist, der für den bestimmten Bildblock bestimmt wurde, der aus dem Pufferspeicher ausgelesen wurde. Der Gewichtungskoeffizient Kh wird durch die Klassifizierungsschaltung 72 erzeugt, die in der Datenmengen-Abschätzschaltung 70 enthalten ist, wie erläutert werden wird.
Die durch die Gewichtungsschaltung 65 erzeugten gewichteten Umwandlungskoeffizienten KCij werden mit dem wählbaren Quantisierer 66 gekoppelt, der mehrere Quantisierungsschaltungen Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM aufweist, die ähnlich den vorher beschriebenen Quantisierungsschaltungen Q&sub1;, ..., QM von Fig. 4 sein können. Die in dem wählbaren Quantisierer enthaltenen Quantisierungsschaltungen können so verschiedene Quantisierungsschrittweiten haben, und der Einfachheit halber sei angenommen, daß die Quantisierungsschaltung Q&sub1; die kleinste Quantisierungsschrittweite hat, um eine feine Quantisierung zu erzeugen und die Quantisierungsschaltung QM die größte Quantisierungsschrittweite hat, um eine grobe Quantisierung zu erzeugen. Diese Quantisierungsschaltungen sind mit einer Auswahlschaltung 66a gekoppelt, die durch ein Auswahl- Steuersignal gesteuert wird, das durch die Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 erzeugt wird, die in der Datenmengen-Abschätzschaltung 70 enthalten ist. Wie unten beschrieben werden wird, ist die Datenmengen-Abschätzschaltung ausgebildet, die kleinste Quantisierungsschrittweite zu bestimmen, die zur Quantisierung der Umwandlungskoeffizienten in einem Synchronisierungsblock verwendet werden sollte, die eine maximale Datenmenge erzeugt, die die Datenmengenkapazität des Synchronisierungsblocks nicht übersteigt. Die Auswahlschaltung 66a wählt diese Quantisierungsschaltung und koppelt deren Ausgang mit einem Codierer 67. Daher wird dem Codierer 67 ein Synchronisierungsblock quantisierter, gewichteter Umwandlungskoeffizienten zugeführt, die die kleinste Quantisierungsschrittweite haben, die in dem Synchronisierungsblock aufgenommen werden kann.
Der Codierer 67 ist vorzugsweise ein Variabellängen-Codierer ähnlich den Codierschaltungen COD&sub1;, ..., CODM, die in Fig. 1 gezeigt sind. Der Codierer arbeitet, die diesen durch die Auswahischaltung 66a zugeführten, quantisierten Umwandlungskoeffizienten durch Variabellängen-Codierung wie Huffman-Codierung, Lauflängen- Codierung oder dergleichen zu codieren. Die durch den Codierer 67 erzeugten variabellängencodierten Daten VLC werden mit einem Ausgangsanschluß 69 gekoppelt, die codierten Daten beispielsweise einer Paritätsschaltung 17 von Fig. 2 zuführen.
Wie oben erwähnt, ist die Datenmengen-Abschätzschaltung 70 ausgebildet, die kleinste Quantisierungsschrittweite, die zur Quantisierung der gewichteten Umwandlungskoeffizienten verwendet werden kann, um einen Synchronisierungsblock maximaler Datenmenge zu erzeugen, die trotzdem eine festgelegte Datenmengengrenze nicht überschreitet, abzuschätzen oder vorherzusagen. Das heißt, die maximale Datengröße oder Datengrenze des in Fig. 5 gezeigten Synchronisierungsblocks kann nicht überschritten werden. Die Datenmengen-Abschätzschaltung enthält einen Aktivitätsdetektor 71, eine Klassifizierungsschaltung 72, einen variablen Quantisierer 73, einen Multiplizierer 74 und eine Datenmengen-Vorhersageschaltung 75. Der Aktivitätsdetektor 71 kann ähnlich der vorher beschriebenen Aktivitäts-Berechnungsschaltung 51 sein und ist ausgebildet, den Aktivitätspegel Ah eines Bildblockes Gh als Funktion der höherfrequenten AC- Komponenten der in dem Bildblock enthaltenen Umwandlungskoeffizienten Cij zu berechnen, die dem Aktivitätsdetektor durch die Orthogonal-Transformationsschaltung 63 zugeführt werden. Die Klassifizierungsschaltung 72 ist mit dem Aktivitätsdetektor 71 gekoppelt und ausgebildet, den Gewichtungskoeffizienten Kh als Funktion des für den Bildblock erfaßten Aktivitätspegels zu berechnen, der dem Aktivitätsdetektor zugeführt wird. Dieser Gewichtungskoeffizienten Kh wird mit der Gewichtungsschaltung 65 und, wie oben erwähnt, auch dem Multiplizierer 74 gekoppelt.
Als ein Beispiel ist die Klassifizierungsschaltung 72 ausgebildet, den Aktivitätspegel des Bildblockes Gh in hohe und niedrige Aktivitätspegel in Abhängigkeit von dem durch den Aktivitätsdetektor 71 erzeugten Aktivitätspegel Ah zu klassifizieren. Wenn der Aktivitätspegel Ah einen festgelegten Schwellenpegel THE übersteigt, klassifziert die Klassifizierungsschaltung den Bildblock als Hochaktivitätsblock, und wenn der erfaßte Aktivitätspegel Ah geringer ist als dieser Schwellenpegel THE, klassifiziert die Klassifizierungsschaltung 72 den Bildblock Gh als Niedrig-Aktivitätsblock. Beispielsweise kann der durch die Klassifizierungsschaltung 72 erzeugte Gewichtungskoeffizienten Kh = 1/2 sein, wenn der Aktivitätspegel Ah größer ist als der Schwellenpegel (Ah > THE) und Kh = 1 sein, wenn der Aktivitätspegel geringer ist als der Schwellenpegel (Ah < THE).
Der variable Quantisierer 73 ist mit der Orthogonal-Transformationsschaltung 63 gekoppelt, um aufeinanderfolgende Bildblöcke von Umwandlungskoeffizienten Cij zu empfangen. Dem variablen Quantisierer wird auch ein rückgekoppeltes Steuersignal von der Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 zugeführt, das verwendet wird, um den Quantisierungspegel des variablen Quantisierers selektiv zu ändern. Wenn beispielsweise die Datenmengen-Vorhersageschaltung eine Datenmenge eines Synchronisierungsblocks vorhersagt, die größer als der festgelegte Grenzwert oder die festgelegte Datenkapazität des Synchronisierungsblocks ist, wenn eine bestimmte Quantisierungsschrittweite durch den variablen Quantisierer 73 verwendet wird, erhöht das zu dem variablen Quantisierer rückgekoppelte Steuersignal die Quantisierungsschrittweite, die wiederum die abgeschätzte Datenmenge des Synchronisierungsblockes verringert. Wenn die nun durch die Datenmenge-Vorhersageschaltung 75 für diese erhöhte Quantisierungsschrittweite abgeschätzte Datenmenge den festgelegten Grenzwert immer noch übersteigt, ruft das zu dem variablen Quantisierer 73 rückgekoppelte Steuersignal eine weitere Zunahme der Quantisierungsschrittweite hervor. Somit wird eine bestimmte Quantisierungsschrittweite ausgewählt, die die kleinste Quantisierungsschrittweite ist, die zur Quantisierung der Umwandlungskoeffizienten verwendet werden kann, ohne die Datenmengenkapazität eines Synchronisierungsblockes zu überschreiten.
Der variable Quantisierer 73 ist mit der Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 durch den Multiplizierer 74 gekoppelt. Dieser Multiplizierer kann ähnlich wie der Multiplizierer 65 sein und ist ausgebildet, die durch den variablen Quantisierer erzeugten, quantisierten Umwandlungskoeffizienten mit dem durch die Klassifizierungsschaltung 72 erzeugten Gewichtungskoeffizienten Kh zu multiplizieren. So werden der Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 gewichtete, quantisierte Umwandlungskoeffizienten zugeführt, um eine gute Approximation der aus den quantisierten, gewichteten Umwandlungskoeffizienten resultierenden Datenmenge zu liefern.
Der Fachmann erkennt, daß die Bildinformation in benachbarten Bildblöcken, die durch 8 x 8-Pixelanordnungen gebildet wird, sich nicht signifikant ändert. Obwohl die Bildinformation in benachbarten Bildblöcken nicht identisch sein muß, wird eine große Änderung einer solchen Bildinformation nicht erwartet und ist sehr unwahrscheinlich. Daher kann unter dem Aspekt einer statistischen Analyse eine vernünftige Abschätzung der zur Repräsentation einer festgelegten Anzahl von Bildblöcken, wie der Anzahl von Bildblöcken, die einen Synchronisierungsblock bilden, erforderlichen Datenmenge auf Basis der Datenmenge ausgeführt werden, die zur Repräsentation eines dieser Bildblöcke erforderlich ist. Dies ist die Funktion der Datenmengen-Vorhersageschaltung 75. Beispielsweise sei der variable Quantisierer ursprünglich mit der kleinsten Quantisierungsschrittweite eingestellt. Die in dem ersten Bildblock eines Synchronisierungsblockes enthaltenen Umwandlungskoeffizienten werden mit dieser Quantisierungsschrittweite quantisiert und dann in dem Multiplizierer 74 durch den Gewichtungskoeffizienten K multipliziert. Die Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 arbeitet, die Datenmenge dieses Bildblockes basierend auf der für den variablen Quantisierer 73 gewählten Quantisierungsschrittweite abzuschätzen. Die abgeschätzte Datenmenge des Synchronisierungsblockes kann durch Multiplikation der abgeschätzten Datenmenge des Synchronisierungsblockes mit der Anzahl von in dem Synchronisierungsblock enthaltenen Bildblöcken approximiert werden. Wenn die abgeschätzte Datenmenge des Synchronisierungsblockes dessen Kapazität übersteigt, koppelt die Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 ein Steuersignal zu dem variablen Quantisierer 73 zurück, um die Quantisierungsschrittweite zu erhöhen. Wenn daher der nächste Bildblock von Umwandlungskoeffizienten dem variablen Quantisierer durch die Orthogonal-Transformationsschaltung 63 zugeführt wird, werden die Umwandlungskoeffizienten mit dieser größeren Quantisierungsschrittweite quantisiert. Die Datenmengen-Vorhersageschaltung schätzt wiederum die Datenmenge dieses Bildblockes ab und diese abgeschätzte Datenmenge wird verwendet, um die Datenmenge des Synchronisierungsblockes zu approximieren, wenn diese größere Quantisierungsschrittweite verwendet wird. Wenn die approximierte Datenmenge die festgelegte Grenze immer noch übersteigt, wird der vorhergehende Rückkoppelvorgang wiederholt. Schließlich übersteigt die durch die Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 approximierte Synchronisierungsblock-Datenmenge die Synchronisierungsblock-Datenmengenkapazität nicht und die Quantisierungsschrittweite, die zur Erzeugung dieser Approximation gewählt wurde, wird durch das Auswahl-Steuersignal repräsentiert, das von der Datenmengen Vorhersageschaltung der Auswahischaltung 66 zugeführt wird, wodurch diejenige Quantisierungsschaltung Qm ausgewählt wird, die die entsprechende Quantisierungsschrittweite hat.
Wenn ein Bildblock von Umwandlungskoeffizienten aufeinanderfolgend dem variablen Quantisierer 73 zugeführt wird, wird dieser Bildblock auch dem Pufferspeicher 64 zugeführt und darin gespeichert. Es sei erwähnt, daß auch im schlimmsten Fall die Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 und der variable Quantisierer 73 zusammenwirken, um die kleinste Quantisierungsschrittweite auszuwählen, um eine maximale erlaubte Datenmenge (d.h. eine Datenmenge, die die festgelegte Grenze nicht überschreitet) auszuwählen, bevor ein gesamter Synchronisierungsblock von Umwandlungskoeffizienten in dem Pufferspeicher gespeichert wird. Nachdem ein Synchronisierungsblock abgespeichert ist, werden die Umwandlungskoeffizienten von dem Pufferspeicher 64 in die Gewichtungsschaltung 65 ausgelesen, wo sie mit dem durch die Klassifizierungsschaltung 72 erzeugten Gewichtungskoeffizienten K multipliziert werden. Die gewichteten Umwandlungskoeffizienten KCij werden gemeinsam den Quantisierungsschaltungen Ql, ..., QM zugeführt und die Auswahischaltung 66 spricht auf das von der Datenmengen- Vorhersageschaltung 75 erzeugte Steuersignal an, die Quantisierungsschaltung auszuwählen, die die kleinste Quantisierungsschrittweite aufweist, die gemaß Abschätzung zu einer Synchronisierungsblock-Datenmenge führt, die die Synchronisierungsblock- Datenkapazitäten nicht übersteigt. Das heißt, die feste Länge des Synchronisierungsblockes (wie in Fig. 5 gezeigt) wird nicht überschritten.
Der gewählte Quantisierer wird verwendet, um die gewichteten Umwandlungskoeffizienten für einen gesamten Synchronisierungsblock zu quantisieren, auch wenn der Synchronisierungsblock von Block zu Block variieren kann, und die so erzeugten quantisierten, gewichteten Umwandlungskoeffizienten werden durch den Codierer 67 mit variabler Länge codiert. Die variabellängencodierten Umwandlungskoeffizienten VLC werden dem Multiplexer 58 (Fig. 1) beispielsweise mittels eines Ausgangsanschlusses 69 zugeführt. Ähnlich wird das durch die Datenmengen-Vorhersageschaltung 75 erzeugte Auswahl-Steuersignal auch dem Multiplexer mittels eines Ausgangsanschlusses 76 zugeführt. Das Auswahl-Steuersignal wird auf die gleiche Weise wie die Ausgangsangabe m verwendet, die durch die Steuerschaltung 55 von Fig. 1 erzeugt wird. Das heißt, das Auswahl-Steuersignal wird während eines Wiedergabevorganges zur Auswahl des korrekten Dequantisierers verwendet, der komplementär zu der Quantisierungsschaltung ist, die durch die Auswahischaltung 66 bei der Aufzeichnung ausgewählt wurde.
So wird deutlich, daß das in Fig. 8 gezeigte Ausführungsbeispiel die gleichen wünschenswerten Aufgaben erfüllt wie das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel, wobei die gleiche Quantisierungsschrittweite verwendet wird, um die Umwandlungskoeffizienten für einen gesamten Synchronisierungsblock zu quantisieren, wobei trotzdem eine feine Quantisierung für solche Bildblöcke genutzt wird, die einen vergleichsweise geringen Pegel visueller Aktivität aufweisen und eine grobe Quantisierung für diejenigen Bildblöcke genutzt wird, die einen relativ hohen Pegel visueller Aktivität aufweisen. Durch Gewichtung der Umwandlungskoeffizienten mit einem Gewichtsfaktor, der eine inverse Beziehung zu der erfaßten visuellen Aktivität des Bildblockes aufweist, kann eine feine Quantisierung für einen Bildblock mit einer geringen visuellen Aktivität durch Gewichtung der Umwandlungskoeffizienten mit einem höheren Gewichtsfaktor als dem für einen Bildblock mit einer hohen visuellen Aktivität verwendeten erreicht werden. Es ist selbstverständlich, daß, wenn eine größere Quantisierungsschrittweite zur Quantisierung eines Umwandlungskoeffizienten mit einem höheren Gewichtsfaktor verwendet wird, das Ergebnis äquivalent zu einer feinen Quantisierung ist. Wenn umgekehrt die gleiche Quantisierungsschrittweite zur Quantisierung eines Umwandlungskoeffizienten mit einem kleineren Gewichtsfaktor verwendet wird, ist das Ergebnis äquivalent einer groben Quantisierung.
In den in Fig. 1 und 8 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Aktivitäts-Berechnungsschaltung 51 und der Aktivitätsdetektor 71 ausgebildet, die visuelle Aktivität Ah eines Bildblockes Gh als Funktion der höherfrequenten AC-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten Cij zu berechnen oder zu erfassen. In einem Ausführungsbeispiel wird der Aktivitätspegel aus der Summe der Absolutwerte dieser Umwandlungskoeffizienten bestimmt. Beispielsweise repräsentiert die Summe der Absolutwerte der Umwandlungskoeffizienten Cij, wobei i = 6 oder 7 und j = 0 - 7 ist, die Hochfrequenzkomponenten in senkrechter Richtung eines Bildes. Dieses liefert eine genügend genaue Angabe der visuellen Aktivität. In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie etwa in Fig. 7 gezeigt, können die Absolutwerte der Umwandlungskoeffizienten Cij wobei i = 4 - 7 und j = 4 - - 7 ist, summiert werden.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und erläutert wurde, sei erwähnt, daß durch den Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung von dem Umfang der Erfindung ausgeführt werden können. Beispielsweise können die Gewichtungskoeffizienten ohne Verwendung separater Gewichtungsschaltungen oder Multiplizierer 53 und 65 (in Fig. 1 und 8 gezeigt) erhalten werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann der Multiplizierer 53, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist umgangen werden, so daß die durch die Orthogonal-Transformationsschaltung 30 erzeugten Umwandlungskoeffizienten Cij direkt mit den Quantisierungsschaltungen Ql, ..., QM gekoppelt werden. Bei dieser Alternative wird der durch den Gewichtungskoeffizientengenerator 52 erzeugte Gewichtungskoeffizient K mit der Steuerschaltung 55 gekoppelt, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, und wird durch die Steuerschaltung verwendet, um eine Ausgangsangabe m zu erzeugen, durch die die Auswahischaltung 54 den Quantisierer-Codierer-Puffer-Kanal auswählt, der durch den Gewichtungskoeffizienten bestimmt wird. So wird in Abhängigkeit von der erfaßten visuellen Aktivität Ah eines Bildblockes der Bildblock mit einer bestimmten Quantisierungsschrittweite quantisiert, was den gleichen Effekt hat wie die Quantisierung eines gewichteten Umwandlungskoeffizienten. Das heißt, in dem durch die gestrichelten Linien gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel in Fig. 1 werden die Umwandlungskoeffizienten Cij eines Bildblockes mit verschiedenen Quantisierungsschrittweiten gleichzeitig durch gemeinsam gekoppelte Quantisierungsschaltungen Ql, ..., QM quantisiert, wobei eine dieser Quantisierungsschrittweiten durch die Auswahischaltung 54 unter Steuerung durch die Steuerschaltung als Funktion des Gewichtungskoeffizienten K, der der Steuerschaltung durch den Gewichtungskoeffrzientengenerator 52 zugeführt wird, ausgewählt wird. So werden auch in diesem modifizierten Ausführungsbeispiel gewichtete, quantisierte Umwandlungskoeffizienten mit einem Gewichtungsfaktor, der eine Funktion der erfaßten visuellen Aktivität des Bildblockes ist, produziert, variabellängencodiert und durch die Auswahischaltung 54 einem Multiplexer 58 zugeführt.
In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Orthogonal-Transformationsschaltungen 13 und 63 durch einen digitalen Signaiprozessor (DSP) oder durch einen geeigneten programmierten Mikroprozessor implementiert werden. Orthogonal- Transformationen und deren Implementierungen sind dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise ist die Orthogonal-Transformation eine diskrete Cosinus-Transformation, aber wie oben erwähnt, können, wenn gewünscht, auch andere Arten von Orthogonal- Transformationen verwendet werden.
Es ist beabsichtigt, daß die beiliegenden Ansprüche als die spezifischen hier insbesondere beschriebenen Ausführungsbeispiele, die oben erwähnten Alternativen und alle Äquivalente dazu umfassend interpretiert werden.

Claims

1. Bildcodiervorrichtung zur Codierung von Bilddaten in Synchronisationsblöcke einer festen Unge und einer maximalen Datenmenge, aufweisend:

eine Blockbildungseinrichtung (12; 62) zur Bildung von mehreren Blöcken von Bilddatenabtastungen, wobei jeder Block eine räumliche Anordnung von n x n Bilddatenabtastungen aufweist;

eine Orthogonal-Transformationseinrichtung (13; 63) zur Ableitung der Orthogonal- Transformation von Bilddatenabtastungen jedes Blockes, um Umwandlungskoeffizienten mit einer Gleich- und mehreren Wechsel-Komponenten für jeden Block zu erzeugen;

eine Aktivitätserfassungseinrichtung (51; 71) zur Erfassung der visuellen Aktivität des Blockes in Abhängigkeit von den Wechsel-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten eines Blockes;

eine Gewichtungseinrichtung (52; 72) zur Gewichtung der Umwandlungskoeffizienten des Blockes als eine Funktion der erfaßten Aktivität des Blockes; gekennzeichnet durch mehrere Quantisierungseinrichtungen (Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM) zur Quantisierung der gewichteten Umwandlungskoeffizienten, mit einer jeweils unterschiedlichen Quantisierungsschrittweite, eine Auswahleinrichtung (54, 66a) zur Auswahl eines der Quantisierer (Q&sub1;, Q&sub2;, ... , QM) zur Quantisierung der gewichteten Umwandlungskoeffizienten einer festgelegten Anzahl von Blöcken, wobei die gleiche Quantisierungsschrittweite für jeden der festgelegten Anzahl von Blöcken ungeachtet von Anderungen der visuellen Aktivität des Blockes verwendet wird, und zur Auswahl der Quantisierungsschrittweite, die den Synchronisierungsblock erzeugt, der die höchste Datenmenge zeigt, die einen festgelegten Wert nicht übersteigt,

eine Variabellänge-Codiereinrichtung(COD&sub1;, COD&sub2;, .., CODM; 67) zur Codierung der gewichteten Umwandlungskoeffizienten von jedem der Quantisierer (Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM).

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Aktivitätserfassungseinrichtung (51; 71) ausgebildet ist, eine Angabe der visuellen Aktivität eines Blockes als Funktion der Absolutwerte der Wechsel-Komponenten der Umwandlungskocffizienten in Horizontal- und Vertikairichtung zu erzeugen.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Orthogonal-Transformationseinrichtung (13; 63) eine Diskret-Cosinus-Transformationseinrichtung zur Ableitung einer diskreten Cosinus-Transformation der Bilddatenabtastungen jedes Blockes aufweist.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Variabelläng-Codiereinrichtung ausgebildet ist, verschiedene Ausgangscodes variabler Länge zu erzeugen, und wobei die Auswahleinrichtung (54) ausgebildet ist, den durch die Codiereinrichtung (COD&sub1;, COD&sub2;, ..., CODM) erzeugten Ausgangscode variabler Länge auszuwählen, der eine minimale Quantisierungsweite und eine maximale Datenmenge aufweist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Codiereinrichtung (COD&sub1;, COD&sub2;, ..., CODM) mehrere Variabellänge-Codierer (COD&sub1;, COD&sub2;, ..., CODM) aufweist, die jeweils mit einem entsprechenden Quantisierer (Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM) gekoppelt sind, um einen entsprechenden Code variabler Länge zu erzeugen, und wobei die Auswahleinrichtung (54) ferner ausgebildet ist, den Ausgangscode variabler Länge auszuwählen, dessen maximale Datenmenge eine festgelegte Lange nicht übersteigt.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Auswahleinrichtung (66a) mit den Quantisierern (Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM) zur Kopplung der quantisierten, gewichteten Umwandlungskoeffizienten gekoppelt ist, die durch einen der Quantisierer (Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM) der Codiereinrichtung (67) erzeugt werden, und wobei diese ferner eine Auswahlsteuereinrichtung (75) zur Steuerung der Auswahleinrichtung (66a) aufweist, um einen der Quantisierer (Q&sub1;, Q&sub2;, ..., QM) als eine Funktion einer vorhergesagten Datenmenge des Codes variabler Länge auszuwahlen.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, ferner aufweisend eine Steuereinrlchtung (75) zur Steuerung der Auswahleinrichtung (54; 66a) als eine Funktion der erfaßten visuellen Aktivität.

8. Verfahren zur Codierung von Bilddaten in Synchronisierungsblöcke einer festen Länge und einer maximalen Datenmenge, aufweisend die Schritte: Aufteilung eines Vertikalintervalis der Bilddatenabtastungen in mehrere Bildblöcke (G&sub1;, G&sub2;, ...);

Ableitung der Orthogonal-Transformation der Bilddatenabtastungen in jedem Bildblock (G&sub1;, G&sub2;, ...) zur Erzeugung von Umwandlungskocffizienten mit einer Gleich-Komponente und mehreren Wechsel-Komponenten für jeden Bildblock (G&sub1;, G&sub2;, ...);

Erfassung der visuellen Aktivität jedes Bildblockes (G&sub1;, G&sub2; ...), Gewichtung der Umwandlungskoeffizienten jedes Blockes als eine Funktion der erfaßten Aktivität;

Quantisierung der Umwandlungskoeffizienten eines Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...) mit einer gemeinsamen Quantisierungsschrittweite, um quantisierte Daten bestehend aus gewichteten, quantisierten Umwandlungskoeffizienten mit einem Gewichtsfaktor zu erzeugen, der eine Funktion der erfaßten visuellen Aktivität des Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...) ist;

Codierung der quantisierten Daten eines Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, . ..) durch eine Codierung variabler Länge, um codierte Daten zu erzeugen; und

Zusammenfügung der codierten Daten einer festgelegten Anzahl von Bildblöcken (G&sub1;, G&sub2;, ...) zu einem Synchronisierungsblock codierter Daten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Quantisierung die Erzeugung eines gewichteten Koeffrzienten für einen Bildblock (G&sub1;, G&sub2;, ...) als eine Funktion der erfaßten visuellen Aktivität des Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...), die Multipllkation der Umwandlungskoeffizienten eines Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...) mit dem Gewichtskoeffizienten zur Erzeugung eines gewichteten Umwandlungskoeffizienten, und die Quantisierung der gewichteten Umwandlungskoeffizienten mit unterschiedlichen Quantisierungsschrittweiten zur gemeinsamen Erzeugung unterschiedlich quantisierter Daten, und die Auswahl des Quantisierungsschrittes, der den Synchronisierungsblock erzeugt, der die höchste Datenmenge hat, die einen festgelegten Wert nicht übersteigt, umfaßt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend den Schritt der Codierung variabler Länge jeder der unterschiedlich quantisierten Daten, Speicherung von mehreren Synchronisierungsblöcken, von denen jeder codierte Daten variabler Unge aufweist, die durch unterschiedliche Quantisierungsschrittweiten erzeugt wurden, und Auswahl der Quantisierungsschrittweite, die den Synchronisierungsblock erzeugt, der die größte Datenmenge zeigt, die eine gegebene Speicherkapazität nicht übersteigt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt der Auswahl der Quantisierungsschrittweite die Erfassung von Speicherüberläufen jeweiliger der gespeicherten Synchronisierungsblöcke und Auswahl der nächstgrößeren Quantisierungsschrittweite umfaßt, die verwendet wird, um einen Synchronisierungsblock zu erzeugen, der keinen Speicherüberlauf hervorruft.

11. Verfahren gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend den Schritt der Vorhersage der Datenmenge jedes durch verschieden quantisierte Daten gebildeten Synchronisierungsblockes, und Auswahl der Quantisierungsschrittweite, die den Synchronisierungsblock mit der größten vorhergesagten Datenmenge innerhalb eines festgelegten Grenzwertes erzeugt.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Schritt der Vorhersage der Datenmenge jedes Synchronisierungsblocks aufweist:

(a) Auswahl einer Vorquantisierungsschrittweite eines Minimalwertes zur Vorquantisierung der Umwandlungskoeffizienten eines Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...),

(b) Gewichtung der vorquantisierten Umwandlungskoeffizienten jedes Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...) zur Erzeugung von gewichteten vorquantisierten Daten,

(c) Berechnung einer abgeschätzten Datenmenge aus den gewichteten vorquantisierten Daten eines Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...),

(d) Bestimmung, wenn die abgeschätzte Datenmenge den festgelegten Grenzwert übersteigt,

(e) Erhöhung des Wertes der Vorquantisierungsschrittweite, wenn die abgeschätzte Datenmenge den festgelegten Grenzwert überschreitet,

(f) Wiederholung der Schritte (a) bis (d), und

(g) Erfassung, wenn die abgeschätzte Datenmenge den festgelegten Grenzwert nicht übersteigt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Schritt der Auswahl der Quantisierungsschrittweite aufweist:

(h) Auswahl einer Quantisierungsschrittweite entsprechend dem Wert der kleinsten Quantisierungsschrittweite, die zu einer abgeschätzten Datenmenge führt, die den festgelegten Grenzwert nicht übersteigt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt der Quantisierung die Erzeugung eines Gewichtskoeffizienten für einen Bildblock (G&sub1;, G&sub2;, ...) als eine Funktion der erfaßten visuellen Aktivität eines Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...), die gleichzeitige Quantisierung der Umwandlungskocfzzienten eines Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...) mit unterschiedlichen Quantisierungsschrittweiten, und Auswahl einer der Quantisierungsschrittweiten als eine Funktion des Gewichtungskoeffizienten umfaßt.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die visuelle Aktivität jedes Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...) als eine Funktion der Wechsel- Komponenten der Umwandlungskoeffizienten des Blockes erfaßt wird.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Schritt der Erfassung der visuellen Aktivität jedes Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...) die Summierung der Absolutwerte der Hochfrequenz-Wechsel-Komponenten der Umwandlungskoeffizienten des Blockes umfaßt.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei der Schritt der Ableitung der Orthogonal-Transformation die Ableitung der diskreten Cosinus-Transformation der Bilddatenabtastungen jedes Bildblockes (G&sub1;, G&sub2;, ...) umfaßt.