DE69232913T2 - Gerät zur Dekomprimierung von Video-Daten - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Dekomprimierung komprimierter Videodaten.
• Im Laufe der letzten beiden Jahrzehnte sind erhebliche Anstrengungen bezüglich der Komprimierung digitalisierter Videosignale zwecks Bildspeicherung und Bildübertragung unternommen worden. Daraufhin wurden zahlreiche Komprimierlösungen entwickelt, u. a. diskrete Cosinustransformationen, Unterband-Kodierung, Pyramiden- Transformationen, Intrabild-Kodierung, Interbild-Kodierung und Kombinationen der oben genannten Lösungen, um nur einige zu nennen. Vor kurzem ist eine Videokomprimiernorm für die Verwendung in Videospeicheranwendungen, wie der CD-ROM, von der International Organization for Standardization entwickelt worden. Dieser Normentwurf wird im Dokument "Coding of Moving Pictures and Associated Audio", ISO-IEC JTC1/SC2/WG11, MPEG 901176 Rev.2; December 18, 1990 beschrieben. Nachfolgend wird dieses System als MPEG bezeichnet.
• Ein Merkmal der MPEG-Norm ist die Verwendung von Intrabild- und Interbild- Kodierlösungen in Verbindung mit diskreten Cosinustransformationen, Lauflängen- (run- length)-Kodierung und statistischer (Huifman-) Kodierung. Allgemein ausgedrückt, erfolgt bei der Infrabild-Kodierung die Kodierung eines Bildes aus einem einzigen Quellenbild zur Bildung ausreichend kodierter Daten für die Rekonstruktion eines Bildes lediglich anhand der intrabild-kodierten Daten. Interbild-Kodierung ist die Erzeugung kodierter Bilddaten, zum Beispiel der Unterschiede zwischen Daten eines aktuellen Quellenbilds und eines aus vorausgegangenen Bildern vorhergesagten Bilds. Da derartige Bilder nicht ohne Informationen aus vorhergehenden Bildern anhand eines Bilds mit interbild-kodierten Daten rekonstruiert werden können, arbeitet das MPEG-System mit zwei verschiedenen Interbild-Kodiermethoden. Bei der ersten Methode werden anhand des aktuellen Bilds und eines einzigen vorausgehenden Bilds vorausgesagte Bilder (sogenannte P-Bilder) entwickelt. Bei dem zweiten Verfahren werden anhand des aktuellen Bilds sowie eines einzelnen vorhergehenden oder eines einzelnen darauffolgenden Bilds beziehungsweise anhand dieser beiden letzteren Bilder bidirektionale Prädiktiv- Bilder (sogenannte B-Bilder) entwickelt. Es sei z. B. angenommen, dass Bilder in einer Reihenfolge FI, F2, F3, F4 ... auftreten und dass das Bild FI intrabild-kodiert werden soll (als I-Bild bezeichnet), die Bilder F2 und F3 B-Bild-kodiert werden sollen, und das Bild F4 P-Bild-kodiert werden soll. Das P-kodierte Bild wird anhand von Unterschieden zwischen Bild F4 und einem anhand einer dekodierten Version des I-Bilds FI vorhergesagten Bilds erzeugt. Das B-kodierte Bild, das das Bild F2 (F3) repräsentiert, wird anhand von Unterschieden zwischen Bild F2 (F3) und vorhergesagten Bildern, die aus einer dekodierten Version des I-Bilds FI und einer dekodierten Version des P-Bilds F4 erzeugt wurden, entwickelt. Eine beispielhafte Schaltung für die Erzeugung von I-, B- und P- kodierten Bildern wird in "A Chip Set Core for Image Compression" von Alvin Artieri und Oswald Colavin beschrieben. Dieses Dokument ist zu beziehen über SGS Thomson Microelectronics, Image Processing Business Unit, 17 avenue des Martyrs-B. P. 217, 38019 Grenoble Cedex France.
• Fig. 1A stellt eine beispielhafte Folge von I-, B- und P-kodierten Bildern dar. In Fig. 1A entsprechen die oberen Blöcke den ungeraden Halbbildern mit verschachtelten Bilddaten, und die unteren Blöcke entsprechen geraden Halbbildern mit verschachtelten Bilddaten. Das MPEG-Systemprotokoll legt fest, dass nur die ungeraden Halbbilder der entsprechenden Bilder kodiert werden sollen. Die beispielhafte Folge enthält 9 Bilder mit I-, B- und P-kodierten Daten; diese Folgen wiederholen sich zyklisch. Die Menge der als I-Bilder kodierten Daten ist signifikant höher als die Menge der als P-Bilder kodierten Daten, und die Menge der als B-Bilder kodierten Daten ist niedriger als die der kodierten P-Bilder. Die Anzahl von P-Bildern zwischen I-Bildern und die Anzahl von B-Bildern zwischen P-Bildern oder I-Bildern und P-Bildern ist variabel, d. h. sie kann vom Anwender innerhalb gewisser Grenzen festgelegt werden. Nominal ist diese Wahl abhängig von der Kanalbandbreite und dem Bildinhalt.
• Der Grad der vom MPEG-Protokoll vorgesehenen Kodierung (beispielsweise nur ungerade Halbbilder und eine kontinuierliche Datenübertragungsgeschwindigkeit von 1,5 Mbit/s) reicht zur Erzeugung akzeptabler Bilder für Computerbildschirme aus. Fachleute auf dem Gebiet der Fernsehsignalverarbeitung können jedoch ohne weiteres feststellen, dass das definierte MPEG-Protokoll nicht in der Lage ist, Bilder in heutiger Sendequalität zu liefern. Es wird überdies klar, dass kleine Änderungen am Protokoll ausreichende Datenmengen für Fernsehbilder in Sendequalität oder sogar HDTV-Bilder liefern können. Diese Änderungen bestehen unteranderem in der Verdopplung der Anzahl zu kodierender Halbbilder sowie der Erhöhung der Anzahl der Zeilen pro Halbbild und der Anzahl der Pixel pro Zeile. Allerdings bleiben auch bei entsprechenden Änderungen am MPEG-Protokoll bestimmte Mängel bestehen, die eine für den Bildempfang akzeptable Qualität ausschließen.
• Im Fernsehumfeld besteht ein wesentlicher Nachteil des MPEG-Systems in der zeitlichen Verzögerung der Bilderzeugung nach dem Einschalten des Empfängers oder einem Kanalwechsel. Ein Bild kann erst dann reproduziert werden, wenn dem Empfänger ein intrabild-kodiertes Datenbild zur Verfügung steht. Bei der Folge von kodierten Bildern in Fig. 1A hat die Bildreproduktion im ungünstigsten Fall eine Verzögerung von mindestens neun Bild-Intervallen. Ein zweiter Nachteil besteht in der Dauer der Bildbeschädigung aufgrund der Beschädigung oder des Verlustes von Daten bei der Datenübertragung. Das heißt, wenn Daten für ein kodiertes I-Bild verlorengehen oder beschädigt sind, führt das dazu, daß die in den darauffolgenden acht Bildern erzeugten Bilder fehlerbehaftet sind. Dieser Fehler kann sich im Laufe des Intervalls weiter verschlimmern.
• Die unabhängige Kodierung der Daten der ungeraden und geraden Halbbilder dergestalt, dass intrabild-kodierte, ungerade Halbbilder sich in der Mitte zwischen intrabildkodierten geraden Halbbildern befinden, kann zu einer signifikanten Verringerung des Startintervalls und Beschleunigung des Bildaufbaus beim Umschalten zwischen Kanälen genutzt werden. Darüberhinaus liefert diese Form der Kodierung Signalinformationen, die zur Verdeckung von Signalfehlern genutzt werden können.
• IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, Band 7, Nr. 5, Juni 1989, Seiten 807-814, XP000036749 MASAHIRO WADA: "SELECTIVE RECOVERY OF VIDEO PACKET LOSS USING ERROR CONCEALMENT" zeigt ein Verfahren zur Fehlerverdeckung für in Packungen übertragene Videosignale, wobei das Videosignal durch Anwendung einer Bewegungskompensation kodiert wird. Wenn eine Packung während der Übertragung verlorengegangen ist, wird eine Fehlermarkierung erzeugt und beim Sender gespeichert und in einer Fehlerdarstellung verbreitet. Auf der Grundlage der Daten in der Fehlerdarstellung erfolgt eine Fehlerverdeckung durch Ersatz beschädigter Bildblöcke durch Blöcke von vorangehenden Vollbildern.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Videosignal-Empfängervorrichtung zur Dekomprimierung eines ein Bild darstellenden komprimierten Signals, das in Gruppen von Vollbildern komprimiert ist, wobei jede Gruppe von Vollbildern nur ein Intrabildkodiertes Vollbild aufweist und eines der übrigen Vollbilder jeder Gruppe voraussagekodiert worden ist, und wobei Vollbilder jeweiliger Gruppen von Vollbildern, aus denen andere Vollbilder voraussagekodiert worden sind, hier als Ankervollbilder bezeichnet werden, und das ein Bild darstellende komprimierte Signal in Datensegmenten von weniger als einem Vollbild auftritt und während der Übertragung auftretenden Fehlern unterliegt, und wobei die Segmente Fehlerprüfbit enthalten, aus denen Fehler in den Segmenten detektiert werden können, mit:
• Fehler-Detektions/Korrekturmitteln, die auf das ein Bild darstellende komprimierte Signal ansprechen, zur Detektion von Fehlern in jeweiligen Datensegmenten, die nicht korrigierbar sind, und zum Erzeugen von Fehleranzeigen E für jeweilige, derartige Fehler enthaltende Datensegmente,
• auf die Fehleranzeigen E ansprechenden Mitteln zur Darstellung der unkorrigierbaren Fehler in einer Fehleraufstellung und zur Verbreitung von Fehleranzeigen E der Ankervollbilder in entsprechenden Darstellungslagen von aufeinanderfolgenden nicht- Intrabild-kodierten Ankervollbildern innerhalb einer Gruppe von Vollbildern und auf die verbreiteten Fehleranzeigen ansprechenden Mitteln zur Bildung von Ersatz- Bilddaten für Teile jeweiliger Vollbilder mit Fehlern, die durch die dargestellten Anzeigen E angezeigt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
• Fig. 1A, 1B und 1C sind bildhafte Darstellungen von kodierten Folgen von Halbbildern aus Videosignalen zur Beschreibung der Erfindung.
• Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Videosignal-Kodiersystems mit Anwendung der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Videosignal-Komprimiervorrichtung.
• Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Videosignal-Dekodiersystems.
• Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften VideosignalDekomprimiervorrichtung.
• Fig. 6 ist eine bildliche Darstellung des komprimierten Signalformats.
• Fig. 7 ist eine bildhafte Darstellung eines Halbbildfehlerspeichers zur Beschreibung der Erfindung.
• Fig. 8 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens für die Erzeugung einer Bildsignal-Fehlertabelle.
• Fig. 9 ist ein Flussdiagramm der Startfolge des Geräts in Fig. 5.
• Die Erfindung wird im Zusammenhang mit dem MPEG-Halbbild/Bild-Protokoll beschrieben. Allerdings sollte berücksichtigt werden, dass sie auf jedes Kodierformat anwendbar ist, das mit zyklischen Folgen komprimierter Intrabild- und Interbild-Signale arbeitet.
• Bei Fig. 1A bezieht sich die Reihe von Kästchen auf entsprechende Halbbilder des kodierten Videosignals. Gerade und ungerade nummerierte Kästchen entsprechen geraden bzw. ungeraden Halbbildern. Das auf die jeweiligen Halbbilder (I, B oder P) angewandte Kodierverfahren wird durch den Buchstaben über dem jeweiligen Kästchen angegeben. Wie oben angedeutet, entspricht die Folge der ungeraden Halbbilder dem MPEG-Protokoll. Durch Hinzufügen der geraden Halbbilder zur Folge, Erhöhung der Anzahl von Zeilen pro Halbbild und der Anzahl von Pixeln pro Zeile ändert sich das Protokoll so, dass ausreichend Informationen für die Fernsehbildwiedergabe verfügbar sind.
• Fig. 1B stellt ein entsprechend der Erfindung verbessertes Kodierformat zur Verringerung der Bildwiedergabeverzögerung und zur Verdeckung des Datenverlustes oder der Beschädigung von Daten bei der Signalübertragung dar. In Fig. 1B werden die geraden Halbbilder unabhängig von den ungeraden Halbbildern kodiert, und die intrabildkodierten Halbbilder werden um etwa die Hälfte der Anzahl von Halbbildern in der zyklischen Folge verschoben. Die sich aus der Folge in Fig. 1B ergebenden Vorteile sind folgende: Damit die Bildwiedergabe beginnen kann, ist ein I-Halbbild/Bild erforderlich. Die Folge in Fig. 1B enthält alle 9 Halbbilder ein I-Halbbildlein I-Bild, wohingegen die Folge in Fig. 1A nur alle 17 Halbbilder ein I-Halbbild/ein I-Bild aufweist. Damit liefert die Folge in Fig. 1B Signaleingabepunkte in halb so langen Intervallen wie die Folge in Fig. 1A, ohne dass hieraus eine Erhöhung der kodierten Datenmenge resultiert. Die Wiedergäbe eines Bildes kann ausschließlich anhand der geraden Halbbilddaten oder ausschließlich anhand der ungeraden Halbbilddaten erfolgen, allerdings mit einer halbierten Vertikalauflösung. Bei der Bildwiedergabe beim Umschalten zwischen Kanälen und beim Einschalten (Start) ist es jedoch wesentlich akzeptabler, schnell ein Bild mit reduzierter Auflösung zu erhalten als doppelt so lange auf ein Bild mit voller Auflösung warten zu müssen. Hinsichtlich der Fehlerverdeckung sei angenommen, dass Daten eines Teils der I-Halbbilder 1 und 2 in Fig. 1A verlorengegangen sind. Dieser Datenverlust wirkt sich auf die Wiedergabe der Bilder von den Halbbildern 1-18 aus und kann zu inakzeptablen Bildstörungen (Artifakten) führen. Betrachten wir einen äquivalenten Datenverlust für die Halbbilder 1 und 2 der Folge in Fig. 1B. Datenverluste bei Halbbild 2 wirken sich nur auf das dem Halbbild 2 entsprechende wiedergegebene Bild aus, da das Halbbild 2 bidirektional prädiktivkodiert ist. Datenverluste beim ungeraden I-Halbbild 1 können sich potentiell auf alle ungeraden Halbbilder in der Folge auswirken und damit alle Bilder in der Folge beschädigen. Bei der Erkennung von Datenverlusten in der ungeraden Halbbildfolge können Daten aus der geraden Halbbildfolge für die Wiedergabe ersetzt werden. Ein derartiger Ersatz wirkt sich in einer vorübergehend niedrigeren Bildauflösung aus; diese ist jedoch wesentlich eher zu akzeptieren als beschädigte Bilder.
• Die Fig. 1A und 1B stellen normale Halbbildfolgen dar (unabhängig von dem Kodiertyp). Fig. 1C zeigt eine Halbbildfolge so, wie sie in einem MPEG-System übertragen würde. Es wird daran erinnert, dass beispielsweise die bidirektional voraussagekodierten Halbbilder 3 und 5 teilweise aus I-Halbbild 1 und P-Halbbild 7 erzeugt werden. Damit die B-Halbbilder 3 und 5 dekodiert werden können, müssen das I-Halbbild 1 und das P-Halbbild 7 zuvor dekodiert worden sein. Daher werden zur Erleichterung der Dekodierung und zur Verringerung der Datenspeicherkapazitäten in Empfängern die kodierten B-Halbbilder so angeordnet, dass sie dem Erscheinen von I- und P-Halbbildern folgen, von denen die Dekodierung abhängig ist. Die in Fig. 1C gezeigte Halbbild- Übertragungsanordnung entspricht der Kodierfolge in Fig. 1B.
• Ein Gerät zur Kodierung von Videosignalen, z. B. gemäß dem Halbbildformat in Fig. 1C, ist in Fig. 2 gezeigt. Das Videosignal wird von einer Quelle 10 geliefert, die aus einer Videokamera und einer Vorverarbeitungsschaltung bestehen kann. Die Vorverarbeitungsschaltung liefert Videosignal-Halbbilder in einem verschachtelten Abtastformat und in einem Impulscode modulierten Format (PCM). In der Regel liefert die Quelle 10 Luminanz Y und Farbdifferenzsignale (Chrominanz U und V), aber im Rahmen dieser Offenbarung werden sie gemeinsam als Videosignal bezeichnet. Nominell werden das Luminanz- und das Chrominanzsignal unabhängig voneinander komprimiert oder kodiert und dann für die Übertragung kombiniert. Fachleute auf dem Gebiet der Videosignalkomprimierung werden jedoch mit diesen Lösungen vertraut und ohne weiteres in der Lage sein, diese durchzuführen.
• Das Videosignal der Quelle 10 wird einem Multiplexer 12 zugeführt, der die geraden Halbbild-Videodaten an eine erste Komprimiervorrichtung 16 und die ungeraden Halbbild-Videodaten an eine zweite Komprimiervorrichtung 17 weiterleitet. Der Multiplexer 12 wird von einer Systemsteuerschaltung 14 gesteuert, die auf Halbbildintervall-Taktsignale von der Videoquelle 10 reagiert.
• Der Komprimierer 16 wird von der Steuerschaltung 14 zur Komprimierung entsprechender gerader Halbbilder-Videodaten gemäß einer festgelegten Folge von Intrabild- und Interbild-Kodierungsmodi veranlaßt, z. B. I-, B- und P-Modi. Die komprimierten Videodaten werden einem Pufferspeicher 18 zugeführt. Die komprimierten Daten vom Puffer 18 werden einer Transportpaketierschaltung 20 zugeführt. Die Paketierschaltung 20 enthält eine Schaltung zur Analyse der Daten in Blöcke mit festgelegten Datenmengen einschließlich Header-Informationen zur Identifizierung jedes einzelnen Blocks sowie Informationen, wie z. B. Barker-Codes, für die Synchronisation der betreffenden Blöcke im entsprechenden Empfänger. Die Schaltung 20 kann auch Fehlerkorrekturschaltungen zum Anfügen von Fehlerprüfcodes an die zu übertragenden Daten enthalten. Die Fehlerkorrekturschaltung kann beispielsweise die Form eines Reed-Solomon- Fehlerkorrekturkodierers haben. Die Transportblöcke werden einem Übertrager 21 zugeführt, der ein einfacher Datenbus oder ein komplexer Sender sein kann. Im letzteren Fall können die Transportdatenblöcke ein Trägersignal für die Zuführung zu einer Sendeantenne amplitudenquadraturmodulieren (QAM).
• Der Komprimierer 17 wird von der System-Steuereinheit 14 zur Komprimierung der ungeraden Halbbild-Videodaten gemäß einer festgelegten Folge von Intrabild- und Interbild-Kodierungsmodi veranlaßt, z. B. I, B, P. Die Folge der Modi kann ähnlich sein wie für die geraden Halbbilder, es kann sich aber auch um eine alternative Folge handeln. In beiden Fällen wird die für die ungeraden Halbbilder verwendete Folge so gewählt, dass die intrabild-kodierten ungeraden Halbbilder etwa in der Mitte zwischen intrabildkodierten geraden Halbbildern erscheinen, bzw. umgekehrt.
• Von dem Komprimierer 17 kommende komprimierte Videodaten ungerader Halbbilder werden der Transportpaketierschaltung 20 über einen Pufferspeicher 19 zugeführt.
• Die Steuerschaltung 14 wirkt auf die Transportpaketierschaltung so ein, dass diese abwechselnd die geraden Halbbilder mit komprimierten Daten vom Puffer 18 und die ungeraden Halbbilder mit komprimierten Daten vom Puffer 19 bearbeitet.
• Die Puffer 18 und 19 sind vorgesehen, da die Menge der komprimierten Daten für die betreffenden Halbbilder sich je nach verwendetem Komprimierverfahren und in Abhängigkeit vom Detailreichtum des durch das Videodaten-Halbbild dargestellten Bildes unterscheiden. Die Unterschiede bei den Datenmengen führen dazu, dass Halbbilder mit komprimierten Daten verschiedene Zeitintervalle belegen, und damit dazu, dass die Datenausgabe der Komprimiervorrichtungen 16 und 17 nicht zu günstigsten Zeiten für die Verschachtelung der ungeraden und geraden komprimierten Halbbilddaten erfolgt. Die Puffer kompensieren die Abweichungen der Datenausgabe der von den jeweiligen Komprimierern kommenden komprimierten Daten.
• Das Gerät in Fig. 2 ist mit der ersten und der zweiten separaten Komprimierschaltung zur Komprimierung der geraden und ungeraden Daten-Halbbilder dargestellt. Es ist zu beachten, dass ein einziger Komprimierer zur Komprimierung der geraden und der ungeraden Halbbilder eingesetzt werden kann.
• Fig. 3 stellt einen beispielhaften Komprimierer dar, der zur Komprimierung von geraden und ungeraden Halbbildern gemäß der in Fig. 1C dargestellten Folge verwendet werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass Quellenvideosignal-Halbbilder so neu angeordnet worden sind, dass sie in der in Fig. 1C dargestellten nummerierten Folge auftreten. Der Komprimierer liefert komprimierte Daten gemäß den Modi I, B und P. Bei der Intrabild-Komprimierung werden diskrete Cosinustransformationen über 8 · 8- Pixelblöcke und eine darauffolgende variable Längenkodierung der Transformationskoeffizienten durchgeführt. Bei der Voraussage-Komprimierung (P-Halbbilder) werden Bewegungsvektoren ermittelt, die 16 · 16-Pixelblöcke von einem vorhergehenden 1- Halbbild anzeigen, die den 16 · 16-Pixelblöcken im aktuellen Halbbild am besten entsprechen. Ein vorausgesagtes Halbbild wird anhand der Bewegungsvektoren und der Daten des vorhergehenden I-Halbbildes erzeugt, und das vorausgesagte Halbbild wird pixelweise vom aktuellen Halbbild subtrahiert, so dass Restwerte entstehen. Anschließend wird eine diskrete Cosinustransformation mit den 8 · 8-Blöcken der Restwerte durchgeführt. Die Transformationskoeffizienten der Restwerte werden mit variabler Länge kodiert, und die Bewegungsvektoren werden mit den Restwert-Koeffizienten nicht-additiv zu kodierten P-Halbbildern kombiniert. Bidirektionale Voraussage- Halbbilder (B) werden in ähnlicher Weise gebildet wie P-Halbbilder, abgesehen davon, dass die Bewegungsvektoren und die zugehörigen Restwerte mit vorhergehenden und nachfolgenden Videodaten-Halbbildern assoziiert werden.
• Die dargestellte Vorrichtung verfügt nur über die zur Erzeugung komprimierter Luminanzdaten erforderlichen Schaltungen. Eine ähnliche Vorrichtung ist zur Erzeugung komprimierter Chrominanzdaten (U und V) erforderlich. In Fig. 3 sind die Arbeitsspeicher- und Massenspeicherelemente 101, 102, 114 und 115 jeweils so angeordnet, dass ein ungerades Daten-Halbbild und ein gerades Daten-Halbbild in getrennten Arbeitsspeicherbereichen gespeichert werden. Wenn ein gerades (ungerades) Halbbild verarbeitet wird, erfolgt ein Zugriff auf die Bereiche der entsprechenden Arbeits- und Massenspeicherelemente, die für die Speicherung der geraden (ungeraden) Halbbilder vorgesehen sind. Darüberhinaus sind die Elemente 104 und 105 als Elemente für die Berechnung von Vorwärts- bzw. Rückwärts-Bewegungsvektoren vorgesehen. Ob es sich bei einem Bewegungsvektor um einen Vorwärts- oder einen Rückwärts- Bewegungsvektor handelt, hängt nur davon ab, ob das aktuelle Halbbild hinsichtlich eines vorhergehenden oder hinsichtlich eines darauffolgenden Halbbildes analysiert wird. Daher sind beide Elemente mit ähnlichen Schaltungen aufgebaut. Es ist sogar so, dass die Elemente 104 und 105 Halbbild/Bild-bezogen zwischen der Erzeugung von Vorwärts- und Rückwärtsvektoren wechseln. Die Elemente 104 und 105 können mit integrierten Schaltungen des Typs STI 3220 MOTION ESTIMATION PROCESSOR von SGS-THOMSON MICROELECTRONICS realisiert werden. Damit die erforderlichen Verarbeitungsgeschwindigkeiten erreicht werden, können die Elemente 104 und 105 jeweils mehrere derartige integrierte Schaltungen enthalten, die gleichzeitig verschiedene Bereiche der jeweiligen Bilder verarbeiten.
• Das Element 109 (DCT & Quantize) führt die diskrete Cosinustransformation und die Quantisierung von Transformationskoeffizienten aus und kann mit integrierten Schaltungen des Typs STV 3200 DISCRETE COSINE TRANSFORM von SGS-THOMSON MICROELECTRONICS realisiert werden. Das Element 109 kann auch mit mehreren solcher parallel betriebenen Komponenten realisiert werden, so dass gleichzeitig mehrere Bildbereiche verarbeitet werden können.
• Gerade und ungerade Halbbilder kommen alternierend und sequentiell vor, und der Komprimierer in Fig. 3 komprimiert alternierend ungerade und gerade Halbbilder. Die Komprimierung gerader und ungerader Halbbilder wird, abgesehen von der relativen Folge der Komprimiermodi Intrabild und Interbild, in ähnlicher Weise durchgeführt. Die Folge wird in die Steuereinheit 116 für gerade und ungerade Halbbildfolgen programmied und den entsprechenden Verarbeitungselementen über einen Steuerbus CB mitgeteilt. Da die Komprimierfunktion vom Aufbau her für gerade und ungerade Halbbildfolgen gleich ist, erfolgt nachstehend nur eine Erläuterung des Komprimierverfahrens für gerade Halbbilder.
• In Fig. 1C wird angenommen, dass das gerade Halbbild 10 derzeit verfügbar ist. Das vorhergehende gerade P-Halbbild 4 wurde abgegriffen und im geraden Halbbildbereich des Pufferspeichers B 101 abgelegt. Außerdem wurde ein zuvor erzeugtes vorausgesagtes gerades Halbbild 4 im geraden Halbbildbereich eines der Puffer- Massenspeicherelemente 114 oder 115 abgelegt. Beim Auftreten von Halbbild 10 wird es im geraden Halbbildbereich des Pufferspeichers A 102 abgelegt. Außerdem wird das Halbbild 10 einem aktiven Puffer-Arbeitsspeicher 100 zugeführt. Erscheint Halbbild 10, werden geeignete Bilddatenblöcke vom Arbeitsspeicher 100 dem Minuenden-Eingang eines Subtrahierers 108 zugeführt. Während der Komprimierung der I-Halbbilder wird der Subtrahenden-Eingang des Subtrahierers 108 auf einem Nullwert gehalten, so dass Daten unverändert durch den Subtrahierer 108 laufen. Diese Daten werden dem DCT und dem Quantisiererelement 109 zugeführt, das zu den Elementen 110 und 112 quantisierte Transformationskoefirizienten liefert. Das Element 112 führt eine inverse Quantisierung und eine inverse DCT-Transformation der Koeffizienten durch und erzeugt so ein rekonstruiertes Bild. Das rekonstruierte Bild wird über einen Addierer 113 in dem geraden Halbbildbereich einem der Puffermassenspeicherelemente 114 und 115 zugeführt und gespeichert, um für die Komprimierung der darauffolgenden B- und P- Halbbilder verfügbar zu sein. Während der Komprimierung der I-Bilder werden keine Informationen (vom Addierer 113) den vom Element 112 gelieferten rekonstruierten Bilddaten hinzugefügt.
• Das Element 110 führt eine variable Längenkodierung (VLC) der von dem Element 109 erzeugten DCT-Koeffizienten durch. Die VLC-Codewörter werden einem Formatierer 111 zugeführt, der die Daten segmentiert und die passenden Header-Informationen anhängt, um die Dekodierung zu erleichtern. Kodierte Daten vom Element 111 werden dann zu einem weiteren Pufferspeicher (nicht dargestellt) weitergeleitet. Der Formatierer kann auch so angeordnet sein, dass er der Transportpaketierschaltung Halbbildkennungen zur Erzeugung entsprechender Transportblock-Header liefert. Die Elemente 109, 110 und 111 werden durch die System-Steuereinheit 116 jeweils so gesteuert, dass sie zum richtigen Zeitpunkt die richtigen Operationen ausführen.
• Nach dem Erscheinen und der Komprimierung des geraden Halbbilds 10 erscheint ein gerades Halbbild 6 (B), das in den Pufferspeicher 100 geladen wird. Daten vom geraden Halbbild 6 werden den Elementen 104 und 105 zugeführt. Das Element 104, das auf Daten vom im Speicher 100 abgelegten geraden Halbbild 6 und Daten vom geraden Halbbild 4 in Speicher 101 reagiert, berechnet Vorwärts-Bewegungsvektoren für entsprechende Blöcke von 16 · 16-BÜddatenpixeln. Außerdem liefert es ein Verzerrungssignal, das die relative Genauigkeit der jeweiligen Vorwärts-Bewegungsvektoren angibt. Die Vorwärts-Bewegungsvektoren und die entsprechenden Verzerrungssignale werden einem Analysator 106 zugeführt.
• Das Element 105 reagiert auf Daten von im Speicher 100 abgelegten Daten vom Halbbild 6 und Daten vom I-Halbbild 10, die im Speicher 102 abgelegt sind, erzeugt Rückwärts-Bewegungsvektoren und entsprechende Verzerrungssignale, die ebenfalls dem Analysator 106 zugeführt werden. Der Analysator 106 vergleicht die Verzerrungssignale mit einem Schwellwert. Überschreiten beide Signale den Schwellwert, liefert er den Vorwärts- und den Rückwärts-Bewegungsvektor als Bewegungsvektor und liefert außerdem ein entsprechendes Signal für das Verhältnis der Verzerrungssignale. Nach der Rekonstruktion werden mit Vorwärts- und Rückwärts-Vektoren und entsprechenden Halbbilddaten vorausgesagte Bilder erzeugt. Anhand der vorwärts und rückwärts vorhergesagten Halbbilder wird ein interpoliertes Halbbild erzeugt, das dem Verhältnis der Verzerrungssignale entspricht. Wenn die Verzerrungssignale für die Vorwärts- und Rückwärts-Bewegungsvektoren unter dem Schwellwert liegen, wird der Bewegungsvektor mit dem entsprechend geringeren Verzerrungssignal als Blockbewegungsvektor gewählt.
• Ist der Bewegungsvektor ermittelt, wird er dem bewegungskompensierten Prädiktor 107 zugeführt, der auf den passenden Datenblock zugreift, der von dem/den Vektor(en) vom zuvor erzeugten Halbbild 10, Halbbild 4 oder beiden definiert ist und im geraden Halbbildbereich der Massenspeicherelemente 114 und 115 gespeichert ist. Dieser Datenblock wird dem Subtrahenden-Eingang des Subtrahierers 108 zugeführt, wo er pixelweise vom entsprechenden Pixeldatenblock des aktuellen Halbbilds 6 vom Pufferspeicher 100 subtrahiert wird. Die Unterschiede oder Restwerte werden dann in dem Element 109 kodiert, und die Koeffizienten werden dem Element 110 zugeführt. Der entsprechende Blockvektor wird gleichfalls dem Element 110 zugeführt. Die Bewegungsvektoren werden mit variabler Länge im Element 110 kodiert. Die kodierten Vektoren und Koeffizienten werden dann zum Formatierer 111 übertragen. Die kodierten B- Halbbilder werden im Element 112 nicht invers quantisiert und transformiert, da sie für die darauffolgende Kodierung nicht verwendet werden.
• P-Halbbilder werden in ähnlicher Weise kodiert, abgesehen davon, daß nur Vorwärts- Bewegungsvektoren erzeugt werden. Das P-Halbbild 16 wird beispielsweise mit Bewegungsvektoren kodiert, die zu entsprechenden Blöcken vom I-Halbbild 10 und P- Halbbild 16 gehören. Bei der Kodierung der P-Halbbilder liefert das Element 112 die entsprechenden dekodierten Restwerte, und das Element 107 liefert das entsprechende vorausgesagte P-Halbbild. Das vorausgesagte Halbbild und die Restwerte werden im Addierer 113 pixelweise addiert, so dass das rekonstruierte Halbbild erzeugt wird, das im geraden Halbbildbereich desjenigen Speicherelements (114 oder 116) gespeichert wird, das nicht die gerade Halbbildinformation enthält, anhand derer das vorausgesagte gerade P-Halbbild erzeugt wird. Das rekonstruierte und gespeicherte gerade P-Halbbild wird für die Kodierung der darauffolgenden geraden B-Halbbilder verwendet. Sowohl für P- als auch für B-Halbbilder gilt, dass DCTs blockweise erfolgen (ein Block kann beispielsweise eine Matrix von 8 · 8 Pixeln sein), aber Bewegungsvektoren für Makroblöcke berechnet werden (z. B. eine 2 · 2-Blockluminanzmatrix oder eine 16 · 16-Pixelmatrix).
• Fig. 4 stellt einen beispielhaften Empfänger zur Verarbeitung übertragener komprimierter Videosignale dar, die als verschachtelte ungerade und gerade Halbbilder auf treten, die unabhängig voneinander in Folgen von Intrabild- und Interbild-Kodiermodi kodiert wurden. Das übertragene Signal wird von einem Detektor 40 erkannt, der aus einem Tuner, ZF-Schaltungen und einem QAM-Demodulator bestehen kann. Der Detektor 40 liefert ein Signal, das mit dem vom Transportpaketierer 20 von Fig. 2 gelieferten Signal übereinstimmt. Dieses Signal wird einer Transportverarbeitungsschaltung 43 zugeführt. Die Transportverarbeitungsschaltung 43 enthält eine Fehlerprüf-/korrekturschaltung, die auf die Fehlerprüfcodes reagiert, die dem übertragenen Signal hinzugefügt werden, und Signalfehler korrigiert, die bei der Übertragung aufgetreten sind. Wenn nicht korrigierbare Fehler auftreten, wird eine Marke (Flag) erzeugt und an die Steuereinheit 42 im Empfängersystem weitergeleitet. Der Transportprozessor 43, der auf Transportheaderinformationen in den Transportblöcken reagiert, identifiziert ungerade und gerade Daten-Halbbilder und rekonfiguriert das übertragene Signal vom Transportblockformat in ein Format, das sich nach den komprimierten Informationen richtet, die von den Pufferspeichern 18 und 19 von Fig. 2 kommen. Die rekonfigurierten Daten werden einem Multiplexer 44 zugeführt. Ein dem aktuellen Halbbildtyp (ungerade/gerade) entsprechendes Steuersignal wird vom Transportprozessor 43 geliefert und veranlaßt den Multiplexer 44 dazu, ungerade Halbbilddaten an eine Dekomprimiervorrichtung 45 und gerade Halbbilddaten an eine Dekomprimiervorrichtung 46 zu leiten. Die Dekomprimierer 45 und 46 führen die Dekomprimierung der ungeraden und geraden komprimierten Halbbilder-Videodaten durch und liefern ein dekomprimiertes Videosignal an die Pufferspeicher 47 und 48.
• In diesem Beispiel wird angenommen, dass das komprimierte Signal die in Fig. 1C dargestellte Form hat, dass jedoch die Dekomprimierschaltungen 45 und 46 dekomprimierte Daten liefern, die in der normalen Halbbildabfolge (wie beispielsweise in Fig. 1B gezeigt) neu angeordnet sind. Die neu angeordneten Halbbilder von den Pufferspeichern 47 und 48 werden einem Multiplexer 51 zugeführt, der im stabilen Zustand ohne Datenverlust oder Beschädigung von Daten im Wechsel ungerade und gerade Daten- Halbbilder einem Video-RAM-Baustein 52 zuführt. Es wird angenommen, dass das Wiedergabe-RAM über ausreichend Speicherkapazität für die Daten eines Bildes verfügt. Daten für Bilder werden danach vom Wiedergabe-RAM zur Bildschirmdarstellung entweder im verschachtelten oder nicht verschachtelten Format abgerufen. Der Empfänger wird von der Steuereinheit 42 gesteuert, die für die Koordinierung der Dekomprimierung und die Anzeige der empfangenen Videodaten in einem normalen Arbeitszyklus programmiert ist.
• Direkt nach dem Einschalten des Systems oder einem Kanalwechsel über die Benutzersteuerung 41 löst die System-Steuereinheit 42 einen Startzyklus aus, um möglichst schnell ein Bild zu erzeugen. Ist die Anzeige einer vollständigen Folge von Daten- Halbbildern erfolgt (eine Folge mit zwei aufeinanderfolgenden intrabild-kodierten, sich wechselseitig ausschließenden ungeraden oder geraden Halbbildern), schaltet die Steuereinheit in den normalen Dekomprimier-Arbeitszyklus um. Bei einem Systemstart kann erst dann eine Bildwiedergabe erfolgen, wenn mindestens ein intrabild-kodiertes Halbbild empfangen wurde, da für die Wiedergabe interbild-kodierter Halbbilder (P oder B) Daten von einem intrabild-kodierten Halbbild benötigt werden. Die Steuereinheit 42 überwacht die empfangenen Halbbildtypen, wobei sie auf Header-Daten vom Transportprozessor 43 reagiert. Die Steuereinheit sperrt die Anzeige von empfangenen Halbbilddaten, bis ein intrabild-kodiertes Halbbild erkannt wird. Dessen Halbbildtyp (ungerade oder gerade) wird überprüft, und es erfolgt eine Dekomprimierung der darauffolgenden Halbbilder des gleichen Typs wie das erste erscheinende intrabild-kodierte Halbbild. Die Bildschirmanzeige der Halbbilder des entgegengesetzten Halbbildtyps wird bis zum Erscheinen des ersten intrabild-kodierten Halbbild dieses Typs gesperrt, das eine bekannte Anzahl von Halbbildern nach der Erkennung des ersten intrabild-kodierten Halbbilds erscheint. Beim Systemstart kann die Anzeige des ersten dekomprimierten I-Bilds um die Anzahl von Bild-Intervallen wiederholt werden, die zwischen einem I-kodierten Halbbild und dem ersten B-kodierten Halbbild nach dem ersten P-kodierten Halbbild liegen, das nach dem I-kodierten Halbbild erscheint. Fig. 1C ist zu entnehmen, dass, wenn Halbbild 10 das erste erscheinende I-kodierte Halbbild ist, die B-Halbbilder 6 und 8 nicht ohne das vorhergehende P-kodierte Halbbild 4 (das nicht verfügbar ist) dekodiert werden können. Das nächste nach dem I-Halbbild 10 in der normalen Anzeige- Halbbildfolge anzuzeigende gerade Halbbild ist Halbbild 12, das vier Bild-Intervalle nach Halbbild 10 erscheint. Alternativ kann die Bildschirmanzeige für beispielsweise vier Bilder nach dem Erscheinen des ersten I-Halbbildes gesperrt werden, statt das erste erscheinende I-Halbbild mehrmals wiederzugeben.
• Beim Kanalwechsel kann das System so eingestellt werden, dass es das letzte Bild des vorhergehenden Kanals wiederholt anzeigt, bis das System so synchronisiert ist, dass es Bilder des neu eingestellten Kanals wiedergeben kann.
• Es wird angenommen, dass das erste intrabild-kodierte Halbbild ungerade ist. Aufeinanderfolgende ungerade Halbbilder werden dekomprimiert und vom Pufferspeicher 47 an den Multiplexer 51 geliefert. An diesem Knotenpunkt stehen mehrere Optionen für die Anzeige der empfangenen Daten zur Verfügung. Die erste besteht darin, die ungeraden Halbbilder in die Zeilen für ungerade Halbbilder des Wiedergabe-RAM-Bausteins 52 zu schreiben und die geraden Halbbildzeilen des Wiedergabe-RAM beispielsweise auf einen vorläufigen Grauwert zu setzen und das Bild anzuzeigen. Eine zweite Option besteht darin, die ungeraden Halbbilddaten in die Zeilen für ungerade Halbbilder des Wiedergabe-RAM zu schreiben und dann dieselben ungeraden Halbbilddaten ein zweites Mal aus dem Pufferspeicher 47 auszulesen, sie dann in die Zeilen für gerade Halbbilder des Wiedergabe-RAM zu schreiben und dann das Bild anzuzeigen. Die zweite Option liefert ein helleres Bild als die erste, wobei die Auflösung offensichtlich höher ist. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, die ungeraden Halbbilddaten in die Zeilen für ungerade Halbbilder des VRAM zu schreiben, dann dasselbe Halbbild aus dem Pufferspeicher 47 auszulesen und es anschließend über einen Multiplexer 49 einem Interpolator 50 zuzuführen. Der Interpolator 50 kann so angeordnet werden, dass er interpolierte Datenzeilen anhand aufeinanderfolgender Zeilenpaare des ungeraden Halbbildsignals (vertikale Mittlung) und damit pseudogerade Datenzeilen erzeugt, die dann in die geraden Halbbildzeilen des Wiedergabe-RAM 52 geschrieben werden. Bei dieser Option werden Bilder erzeugt, die offensichtlich eine höhere Auflösung als bei der zweiten Option haben.
• Die jeweils verwendete Option wird in der Steuereinheit 42 programmiert und ist Teil des Systemstartzyklus. Die Steuereinheit, die auf die vom Transportprozessor 43 kommenden Daten reagiert, steuert das Auslesen der Daten vom Pufferspeicher 47 oder 48 (welcher Pufferspeicher verwendet wird, richtet sich danach, ob das erste intrabildkodierte Halbbild ungerade oder gerade ist) und steuert das Schalten der Multiplexer 49 und 51. Wird beispielsweise die dritte Option unter der Annahme betrachtet, dass das erste intrabild-kodierte Halbbild ungerade ist, wird der Pufferspeicher 47 so eingestellt, dass er jedes Signal eines Halbbildes zweimal liest. Der Multiplexer 49 wird so eingestellt, dass er das Signal vom Pufferspeicher 47 weiterleitet, und der Multiplexer 51 wird so eingestellt, dass er im Wechsel Signale von Halbbildern vom Pufferspeicher 47 und vom Interpolator 50 weiterleitet. Nachdem eine festgelegte Zahl von Halbbildern in dieser Weise verarbeitet worden ist, schaltet die Steuereinheit in den stetigen Steuerzyklus um und dekomprimiert die Daten von ungeraden und geraden Halbbildtypen.
• Wie oben angedeutet, kann der Transportprozessor Fehlermarken liefern, die Datenverluste oder nicht korrigierbare Fehler kennzeichnen. Zur Verbesserung potentiell inakzeptabler Bildbeschädigungen aufgrund derartiger Fehler oder aufgrund verlorener Daten kann die Steuereinheit so angeordnet werden, dass sie das Empfängersystem so einstellt, dass das defekte Signal durch ein intaktes Signal ersetzt wird. Wenn sich die verlorenen oder fehlerhaften Daten beispielsweise in einem intrabild-kodierten Halbbild befinden, kann die Steuereinheit so angeordnet werden, dass sie den Verarbeitungsprozeß auf ein Verfahren umstellt, wie es in Option Drei oben beschrieben wurde (allerdings muß hier nicht auf das erste intrabild-kodierte Halbbild gewartet werden, vorausgesetzt, dass der Datenverlust nur in einem ungeraden oder einem geraden Halbbild erfolgt ist; traten Datenverluste sowohl in ungeraden als auch in geraden Halbbildern auf, schaltet die Steuereinheit in den Systemstartzyklus um). Liegen Datenverluste in einem P-Halbbild vor, kann die Steuereinheit wieder so angeordnet werden, dass sie das System so einstellt, dass es entsprechend Option Drei arbeitet. Bei Datenverlusten in einem B-Halbbild kann die Steuereinheit dagegen so angeordnet werden, dass sie das System dazu veranlaßt, diese Daten halbbildweise oder teilbildweise durch interpolierte Daten gemäß Option Zwei oder Drei zu ersetzen.
• Fig. 5 stellt beispielhaft eine Anordnung einer einzelnen Vorrichtung zur Dekomprimierung von geraden und ungeraden Halbbilddaten dar.
• Im allgemeinen werden die Schaltungen in Fig. 5 so angeordnet, dass die gelieferten Videodaten in einem MPEG-ähnlichen Format kodiert werden. Die Vorrichtung enthält zwei Pufferspeicher 314 und 316, die jeweils über genügend Kapazität für die Speicherung eines ungeraden Halbbilds und eines geraden Halbbilds mit dekomprimierten Bilddaten verfügen. Werden ungerade (gerade) Halbbilder dekomprimiert, werden die ungeraden (geraden) Halbbildbereiche des Speichers aktiviert bzw. umgekehrt. Dekomprimierte Daten werden von einem Addierer 312 geliefert und einem Multiplexer 320 sowie dem Speicher 314 und 316 zugeführt. Wenn B-Halbbilder dekomprimiert werden, werden diese Bilddaten vom Multiplexer 320 vom Addierer 312 an das VRAM 31ß (über den Multiplexer 322) weitergeleitet. Wenn I- oder P-Halbbilder dekomprimiert werden, werden die dekomprimierten Bilddaten in einen der Pufferspeicher 314 oder 316 geschrieben und an das VRAM nach der Dekomprimierung der darauffolgenden B- Halbbilder (über die Multiplexer 320 und 322) übergeben. So wird die übertragene Halbbildfolge entsprechend der normalen Halbbildfolge neu angeordnet. Nominell ist der Multiplexer 322 für die Weiterleitung von Bilddaten vom Multiplexer 320 an das VRAM 318 eingestellt. Während Intervallen, in denen eine Fehlerverdeckung erforderlich ist, wird der Multiplexer 322 so eingestellt, dass er Bilddaten von einem Halbbildspeicher 324 weiterleitet. Die Fehlerverdeckung erfolgt entsprechend der oben beschriebenen Option Drei. Bei der Lieferung jedes Daten-Halbbildes vom Multiplexer 320 wird ein interpoliertes Daten-Halbbild anhand des aktuellen Halbbildes erzeugt und im Halbbildspeicher 324 zur Einsetzung als Ganzes oder als Teil im nächsten erscheinenden Halbbild gespeichert. Beim Systemstart oder beim Umschalten zwischen Kanälen werden Halbbilderdaten im Wechsel dem VRAM vom Multiplexer 320 und dem Halbbildspeicher 324 zugeführt.
• Komprimierte Videodaten vom Transportprozessor 43 werden einem Pufferspeicher 300 zugeführt. Der Zugriff auf diese Daten erfolgt über die Dekomprimier-Steuereinheit 302, in der Header-Daten zur Programmierung der Steuereinheit 302 extrahiert werden. Die den DCT-Koeffizienten entsprechenden variablen Längen-Codewörter werden extrahiert und einem Dekoder für variable Längen (VLD) 308 zugeführt. Die den Bewegungsvektoren entsprechenden variablen Längen-Codewörter werden dem Dekoder für variable Längen (VLD) 306 zugeführt. Die VLD 308 enthält ein Gerät zur Durchführung variabler Längendekodierungen und inverser Lauflängen-Dekodierungen entsprechend der Steuerung durch die Steuereinheit 302. Dekodierte Daten vom VLD 308 werden einer inversen DCT-Schaltung 310 zugeführt, die Schaltungen zur inversen Quantisierung der jeweiligen DCT-Koeffizienten und zur Umwandlung der Koeffizienten in eine Pixeldaten- Matrix enthält. Die Pixeldaten werden dann einem Eingang eines Addierers 312 zugeführt, dessen Ausgabe wiederum dem Multiplexer 320 und den Pufferspeichern 314 und 316 zugeführt wird.
• Der VLD 306 enthält von der Steuereinheit 302 gesteuerte Schaltungen zur Dekodierung der mit variabler Länge kodierten Bewegungsvektoren. Dekodierte Bewegungsvektoren werden einem bewegungskompensierten Prädiktor 304 zugeführt. Der auf Bewegungsvektoren reagierende Prädiktor greift auf entsprechende Pixelblöcke zu, die in einem der beiden Pufferspeicher 314 und 316 (vorwärts) oder beiden (vorwärts und rückwärts) gespeichert sind. Der Prädiktor liefert einen Datenblock (von einem der Pufferspeicher) oder einen interpolierten Datenblock (von den entsprechenden Blöcken beider Pufferspeicher abgeleitet) an einen zweiten Eingang des Addierers 312.
• Die Dekomprimierung erfolgt so: Wenn ein Halbbild mit Eingangsvideodaten intrabildkodiert wird, sind keine Bewegungsvektoren vorhanden, und die dekodierten DCT- Koeffizienten entsprechen Blöcken von Pixelwerten. Damit führt der Prädiktor 304 für die intrabild-kodierten Daten einen Wert von Null zu dem Addierer 312, und die dekodierten DCT-Koeffizienten werden unverändert vom Addierer 312 an denjenigen der Pufferspeicher 314 und 316 weitergeleitet, in dem nicht das fetzte dekomprimierte P- Halbbild gespeichert ist, um die nachfolgenden bewegungskompensierten Bilder (B oder P) zu dekodieren.
• Wenn ein Halbbild aus Eingangsdaten einem vorwärtsbewegungskompensierten P- Halbbild entspricht, entsprechen die dekodierten DCT-Koeffizienten Restwerten oder Unterschieden zwischen dem aktuellen, z. B. geraden, Halbbild und dem zuletzt erschienenen geraden I- oder P-Halbbild. Der auf dekodierte Bewegungsvektoren reagierende Prädiktor 304 greift auf den entsprechenden I- oder P-Halbbilddatenblock zu, der entweder im Pufferspeicher 314 oder 316 gespeichert ist, und liefert diesen Datenblock an den Addierer, in dem die Restwertblöcke den entsprechenden Pixeldatenblöcken hinzugefügt werden, die vom Prädiktor 304 kommen. Die vom Addierer 312 gebildeten Summen entsprechen den Pixelwerten für die jeweiligen P-Halbbild-Blöcke, und diese Pixelwerte werden demjenigen der Pufferspeicher 314 und 316 zugeführt, in dem nicht das I- oder P-Pixeldaten-Halbbild gespeichert ist, mit dem die vorhergesagten Pixeldaten erzeugt werden.
• Für bidirektional kodierte (B) Halbbilder ist der Vorgang ähnlich, abgesehen davon, dass der Zugriff auf vorausgesagte Werte anhand der in den Pufferspeichern 314 und 316 gespeicherten I- und P-Pixeldaten erfolgt, jenachdem, ob es sich bei den jeweiligen Bewegungsvektoren um Vorwärtsvektoren, Rückwärtsvektoren oder um beides handelt. Die erzeugten B-Halbbild-Pixelwerte werden über den Multiplexer 320 zur Aktualisierung des VRAM 318 genutzt, werden aber in keinem der Pufferspeicher 314 und 316 gespeichert, da B-Halbbilddaten nicht zur Erzeugung anderer Halbbilddaten benutzt werden.
• Beim Systemstart und Umschalten zwischen Kanälen kann die Bildverzögerung bei unbedeutenden Bildfehlern verkürzt werden. Es wird angenommen, dass das Halbbild 10 (Fig. 1C) das zuerst erscheinende I-Halbbild nach dem Systemstart oder dem Umschalten des Kanals ist. Damit die nachfolgenden B-Halbbilder 6 und 8 dekomprimiert werden können, wird ein dekomprimiertes P-Halbbild 4 benötigt, das natürlich nicht zur Verfügung steht. Es wird jedoch allgemein angenommen, dass aufeinanderfolgende Halbbilder/Bilder stark redundant sind. Damit dürfte das dekomprimierte I-Halbbild 10 dem dekomprimierten P-Halbbild 4 ähnlich sein und kann für dieses eingesetzt werden. Dies erfolgt einfach durch Schreiben des ersten dekomprimierten I-Halbbilds in die Speicher 314 und 316. Danach können die B-Halbbilder 6 und 8 dekomprimiert und wiedergegeben werden.
• Die Steuereinheit 302 ist darauf programmiert, die einzelnen Verarbeitungselemente gemäß einer bestimmten Abfolge empfangener ungerader und gerader Halbbilder zu durchlaufen. Außerdem sind Systemstart und Kanalumschaltefolgen in der Steuereinheit programmiert, die durch Steuersignale vom Steuerbus CB der System- Steuereinheit ausgelöst werden. Beim Systemstart wird die Anzeige so lange gesperrt, bis das erste I-Halbbild empfangen wird. Der Typ dieses Halbbilds (ungerade/gerade) wird durch die im empfangenen Signal enthaltenen Headerdaten bestimmt, und je nach Datentyp werden nur die ungeraden oder geraden Halbbilder für eine festgelegte Anzahl von Halbbildintervallen an den Multiplexer 320 weitergeleitet. Während dieses Zeitraums wird der Multiplexer 322 so eingestellt, dass er mit Halbbildgeschwindigkeit umschaltet, so dass er Halbbilder mit echten Bilddaten vom Multiplexer 320 mit interpolierten Halbbilderdaten vom Halbbildspeicher 324 verschachtelt. Beim Umschalten des Kanals kann das System so eingestellt werden, dass es in ähnlicher Weise arbeitet oder anstelle der Sperre der Anzeige bis zum Empfang eines I-Halbbilds ein Standbild anhand von Daten aus dem VRAM vom zuletzt empfangenen Kanal wiedergibt.
• Der Interpolator 323 wurde als räumlicher Interpolator beschrieben, der Durchschnittswerte von Zeilen innerhalb eines bestimmten Halbbildes bildet. Es sollte beachtet werden, dass der Interpolator 323 so angeordnet werden kann, dass er zeitlich gemittelte Daten vom aktuellen Halbbild und einem vorhergehenden Halbbild gleichen Typs (ungerade oder gerade) erzeugt.
• Die Verdeckung zwischenzeitlich auftretender Datenverluste, die durch die Fehlerhinweise des Transportprozessors 43 gemeldet werden, kann durch einfaches Ein stellen des Systems auf den Kanalumschaltmodus durchgeführt werden. Eine derartige Verdeckung ruft Ruckeln (jerkiness) und andere Bildstörungen hervor. Wenn allerdings Datenverluste oder Datenbeschädigungen in einem B-Halbbild erscheinen, können die B-Halbbilder durch interpolierte Halbbilder ohne gravierende Störungen des wiedergegebenen Bilds ersetzt werden.
• Fig. 6 stellt die Kodierhierarchie des komprimierten Signals dar. Ganz oben sind das komprimierte Signal als Halbbildgruppen GOFi (groups of fields) (ungerade oder gerade) dargestellt, die jeweils mindestens ein I-Halbbild enthalten. Jedes Halbbild ist in Streifen (slice) unterteilt. Ein Streifen besteht aus einer Reihe von Makroblöcken. Jeder Makroblock umfaßt Luminanzdaten (Y) und Chrominanzdaten (U, V). Diese Daten werden in Blöcken angeordnet, die jeweils Informationen von einer 8 · 8-Array-Matrix von Bildpixeln enthalten. Als solcher enthält jeder Makroblock Informationen von 16 benachbarten Halbbildzeilen des kodierten Bildes. Wenn es sinnvoll ist, enthalten die Makroblöcke auch Bewegungsvektoren und andere zur Dekodierung notwendige Kennungen.
• Angenommen, dass der Transportpaketierer 20 Fehlererkennungscodes streifenweise in die komprimierten Daten einkoppelt, so dass zumindest erkannt werden kann, in welchem Streifen der Übertragungsfehler auftritt. Bei dieser Datenkonfiguration kann je Streifen eine lokalisierte Fehlerverdeckung im Empfänger erfolgen. Es gilt jedoch zu beachten, dass sich ein Fehler in einem Streifen eines I- oder P-Halbbildes über alle übrigen GOF ausbreiten kann. Wenn also eine Fehlerverdeckung erfolgt, muß darauf geachtet werden, in welchem Halbbildtyp dieser Fehler aufgetreten ist.
• Die System-Steuereinheit 42 im Empfänger kann einen Fehlerspeicher zur Speicherung von Hinweisen auf Fehler in den entsprechenden Streifen der entsprechenden Halbbilder enthalten. Diese Fehlerhinweise werden vom Transportprozessor 43 geliefert. Fig. 7 stellt einen (zur Steuereinheit 42 gehörigen) Fehlerspeicher dar, der über ausreichend Kapazität zur Speicherung von Streifenfehlerdaten für eine GOF verfügt. Jede Spalte des Halbbildfehlerspeichers stellt Streifenfehlerdaten für ein bestimmtes Halbbild in der GOF dar. Der Typ jedes Halbbildes wird durch die Buchstaben I, B und P oben über jeder Spalte angegeben. Betrachtet man Spalte 1, die Fehlerdaten für ein I-Halbbild der GOF enthält. Eine "1" in einer Speicherposition weist darauf hin, dass ein Fehler in einem entsprechenden Streifen erkannt wurde; eine "0" zeigt an, dass keine Fehler vorliegen. Ein Fehler wurde im Streifen 3 festgestellt. Dieser Fehler kann sich bei der Deprimierung über alle übrigen Halbbilder in der GOF ausbreiten. Daher muß die Fehlermeldung im Fehlerspeicher weitergeleitet werden, damit eine wirkungsvolle Fehlerverdeckung erfolgen kann. Die Weiterleitung der Fehlermeldung wird durch den Pfeil im Streifen 3 von Spalte 1 bis Spalte 9 verdeutlicht. In ähnlicher Weise wird die Weiterleitung von Fehlermeldungen für P-Halbbilder durch entsprechende Pfeile im Speicher angezeigt. (Die Speicherbank war der Einfachheit halber nicht voll mit Einsen und Nullen belegt).
• Die Ausbreitung von Fehlerhinweisen im Halbbildfehlerspeicher kann über einen zusätzlichen Arbeitsspeicher I/P erfolgen. Allgemein gesagt, werden die I-Halbbild- Streifenfehlerdaten in den I-Halbbild-Bereich des Halbbildfehlerspeichers und in den I/P-Speicher geladen. Wenn B-Halbbild-Streifenfehlerdaten erzeugt werden, erfolgt ein ODER-Vergleich mit den entsprechenden Streifenfehlerdaten im I/P-Speicher, und die Ergebnisse werden in die entsprechenden B-Halbbildpositionen des Halbbildfehlerspeichers geladen. Bei der Erzeugung darauffolgender P-Halbbild-Streifenfehlerdaten erfolgt ein ODER-Vergleich (606) mit den entsprechenden Streifenfehlerdaten im I/P- Speicher, und die Ergebnisse werden in die entsprechenden P-Halbbildpositionen des Halbbildfehlerspeichers FEM geladen und ersetzen überdies die entsprechenden Streifenfehlerdaten im I/P-Speicher. Auf diese Weise werden I-Halbbild-Fehlerdaten und P- Halbbild-Fehlerdaten über entsprechende Halbbilder des Halbbildfehlerspeichers für eine GOF verbreitet.
• Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm für den Vorgang der Erzeugung der Fehlertabelle. Es werden entsprechende Fehlertabellen für ungerade und gerade Halbbildgruppen erzeugt; das Flußdiagramm zeigt allerdings lediglich den Vorgang der Erzeugung einer Tabelle für eine ungerade oder gerade GOF. In der Regel wird dieser Vorgang durch die Eingabe des stetigen Dekomprimierzyklus gestartet. Sobald das System initialisiert ist, wartet es auf einen Halbbildsynchronimpuls (600) und liest dann die Halbbildtypdaten im Header eines Transportpakets (601). Der Halbbildtyp wird darauf geprüft (602), ob es sich um ein I-kodiertes Halbbild handelt. Ist das betreffende Halbbild ein 1- Halbbild, wird ein Zähler (607) auf null gesetzt, und Streifenfehlerhinweise werden in den I-Bereich des Halbbildfehlerspeichers (FEM) geladen, und es erfolgt ein ODER- Vergleich mit den entsprechenden Streifenfehlerdaten im I/P-Speicher. Die Ergebnisse des ODER-Vergleichs werden ersatzweise in den UP-Speicher eingesetzt (603). Es ist hier zu beachten, dass keine I-Halbbild-Streifenfehlerdaten beim Erscheinen eines 1- Halbbildes in den I/P-Speicher geladen werden, da beispielsweise zwei darauffolgende B-Halbbilder von der vorhergehenden GOF noch dekomprimiert werden müssen.
• I-Halbbild-Fehlerdaten werden im I/P-Speicher nach dem Empfang dieser B-Halbbilder eingesetzt. Dies erfolgt über eine Zählung (607) der Halbbildsynchronimpulse, und wenn die entsprechende Anzahl von Halbbildern (608) nach dem Empfang eines I- Halbbildes aufgetreten ist, werden die Streifenfehlerdaten für dieses I-Halbbild vom FEM in den I/P-Speicher (609) gelesen.
• Wenn das empfangene Halbbild kein I-kodiertes Halbbild ist, wird es darauf hin überprüft (604), ob es ein P-kodiertes Halbbild ist. Handelt es sich bei dem empfangenen Feld nicht um ein I-kodiertes Feld, wird überprüft (609), ob es sich um ein P-kodiertes Halbbild handelt. Wenn es sich um ein P-kodiertes Halbbild handelt, erfolgt ein ODER- Vergleich der Streifenfehlerdaten mit entsprechenden Streifenfehlerdaten im I/P- Speicher (605), und die Ergebnisse werden in den I/P-Speicher und den entsprechenden Teil des P-Halbbildes des FEM geladen. Ist das empfangene Halbbild kein Pkodiertes Halbbild, handelt es sich automatisch um ein B-kodiertes Halbbild. Es erfolgt ein ODER-Vergleich der Streifenfehlerdaten (606) mit den entsprechenden Streifenfehlerdaten im I/P-Speicher, und die Ergebnisse werden in die entsprechenden B- Halbbildpositionen des FEM geladen.
• Der vorstehende Vorgang zur Erzeugung von Fehlertabellen liefert Fehlerdaten, die die Verdeckung von Fehlern erlauben, die sich zeitlich in einer Bild-Gruppe und horizontal innerhalb eines Streifens ausbreiten. Es sollte jedoch klar sein, dafl Fehler sich aufgrund der Bildbewegung auch vertikal in aufeinanderfolgenden Halbbildern ausbreiten können. Die Verdeckung von sich vertikal ausbreitenden Fehlern kann durch die vertikale Streuung der Streifenfehlerdaten erfolgen. Wenn beispielsweise ein Streifenfehler in Streifen 3 von I-Halbbild 1 auftritt, kann dieser Fehlerhinweis auch in die Speicherfehlerpositionen aufgenommen werden, die den Streifen 2 und 4 entsprechen. Bei den meisten Bildern erfolgt die Bewegung in erster Linie in horizontaler Richtung, und es findet in vertikaler Richtung nur wenig Bewegung statt. Daher kann die vertikale Fehlerausbreitung im allgemeinen vernachlässigt werden; es treten nur sehr geringfügige Beeinträchtigungen des Bildes auf.
• Die Fehlertabellendaten werden beispielsweise zu der Dekomprimierungs-Steuereinheit 302 geleitet. Der Multiplexer 322 wird daraufhin veranlaßt, im VRAM 318 vorhandene Streifen mit dekomprimierten Bilddaten, die als fehlerbehaftet gemeldet wurden, durch interpolierte Streifen vom vorausgehenden Halbbild zu ersetzen.
• Fig. 9 stellt ein Flußdiagramm einer beispielhaften Systestart-Kanalumschaltungsfolge für die System-Steuereinheit 42 dar. Beim Systemstart oder Umschalten zwischen Kanälen werden Marken erzeugt. Diese Marken werden darauf untersucht (300), ob ein Systemstart oder ein Umschalten des Kanals ausgeführt werden soll. Wenn der Systemstartmodus verlangt wird, erfolgt eine Sperre der Anzeige der Bilddaten, und der Halbbildzähler (303) wird deaktiviert (301). Wird eine Kanalumschaltung verlangt, wird die Anzeigevorrichtung darauf eingestellt, die Bilddaten im VRAM zu wiederholen, und der Halbbildzähler (303) wird deaktiviert. Das System wartet (302) auf den nächsten Halbbildsynchronimpuls, und wenn dieser erfolgt, werden die Transportheaderdaten geprüft (305). Das System wartet auf das Erscheinen eines I-kodierten Halbbildes (306), das dann darauf untersucht wird, ob der Halbbildtyp ungerade oder gerade ist (307). Beim Erscheinen eines I-Halbbildes wird der Zähler aktiviert (303). Wenn das I-Halbbild ein gerades Halbbild ist, wird es dekomprimiert (308), aber erst in das VRAM geschrieben, wenn eine festgelegte Zahl (N) von Halbbildern empfangen wurde (309). Die Zahl N wird so ermittelt, dass sie der Verzögerung zwischen dem Empfang eines I-Halbbildes und der Zeit, die für die kontinuierliche Lieferung dekomprimierter Halbbilder benötigt wird, entspricht. Nach dem Empfang von N Halbbildern werden die dekomprimierten Daten in das VRAM geschrieben, und der Anzeigemodus wird aktiviert (312). Ausserdem werden interpolierte ungerade Halbbilder, die anhand von dekomprimierten geraden Halbbildern erzeugt wurden, in das VRAM geschrieben. Dieser Modus bleibt so lange aktiv, bis M Halbbilder empfangen wurden (315). Zu diesem Zeitpunkt wird der stetige Dekomprimiermodus (316) aktiviert. Die Zahl M ist die Zahl von Halbbildern nach dem Erscheinen eines geraden (ungeraden) Halbbildes, für die noch gültige dekomprimierte ungerade (gerade) Halbbilddaten verfügbar sind. Die Zahl M ist beispielsweise in Fig. 1C = N + 9 Halbbilder.
• Ein ähnlicher Vorgang (310, 311, 314, 315, 316) findet statt, wenn das erste erkannte 1- kodierte Halbbild ungerade (307) ist.
• Das System folgt einer ähnlichen Folge, wenn eine Kanalumschaltung angefordert wird. Der einzige Unterschied besteht hier darin, dass die Anzeige nicht gesperrt wird. An den Kontrollpunkten (312) oder (314) erfolgt der Bildwechsel automatisch, da die Anzeige nicht gesperrt ist, wenn neue Daten in das VRAM geschrieben werden.

Claims (6)

1. Videosignal-Empfängervorrichtung zur Dekomprimierung eines ein Bild darstellendes komprimierten Signals, das in Gruppen von Vollbildern komprimiert ist, wobei jede Gruppe von Vollbildern nur ein Intrabildkodiertes Vollbild aufweist und eines der übrigen Vollbilder jeder Gruppe voraussagekodiert worden ist, und wobei Vollbilder jeweiliger Gruppen von Vollbildern, aus denen andere Vollbilder voraussagekodiert worden sind, hier als Ankervollbilder bezeichnet werden, und das ein Bild darstellende komprimierte Signal in Datensegmenten von weniger als einem Vollbild auftritt und während der Übertragung auftretenden Fehlern unterliegt, und wobei die Segmente Fehlerprüfbits enthalten, aus denen Fehler in den Segmenten detektiert werden können, mit:

Fehler-Detektions/Korrekturmitteln, die auf das ein Bild darstellende komprimierte Signal ansprechen, zur Detektion von Fehlern in jeweiligen Datensegmenten, die nicht korrigierbar sind, und zum Erzeugen von Fehleranzeigen E für jeweilige, derartige Fehler enthaltende Datensegmente,

auf die Fehleranzeigen E ansprechenden Mitteln zur Darstellung der unkorrigierbaren Fehler in einer Fehleraufstellung und zur Darstellung von sich fortpflanzenden Fehleranzeigen E der Ankervollbilder in entsprechenden Darstellungslagen von aufeinanderfolgenden nicht-Intrabild-kodierten Ankervollbildern innerhalb einer Gruppe von Vollbildern und

auf die sich fortpflanzenden Fehleranzeigen ansprechenden Mitteln zur Bildung von Ersatz-Bilddaten für solche Teile entsprechender Vollbilder, die Fehler, die durch die dargestellten Anzeigen E angezeigt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fehlerforipflanzungsanzeige-Mittel für ODER-Fehler-Anzeigen eines laufenden Ankervollbildes mit Fehleranzeigen bei entsprechenden räumlichen Lagen der früheren Ankervollbilder innerhalb einer Gruppe von Vollbildern enthalten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mittel zur Verbreitung der Fehleranzeigen Mittel zur Anzeige von der Fehlerfortpflanzungsanzeigen in solchen Lagen enthalten, die den vertikal benachbarten Bildbereichen entsprechen.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mittel zur Bildung der Ersatzdaten folgendes enthalten:

auf die detektierten Datensegmente ansprechende Mittel zur Erzeugung von dekomprimierten Bilddaten,

einen auf die dekomprimierten Bilddaten ansprechenden Interpolator zur Erzeugung eines interpolierten Signals aus fehlerfreien Bilddaten und

Mittel zur Zuführung dekomprimierter Bilddaten zu Anwendungsmitteln bei der Abwesenheit von Fehleranzeigen, die auf Fehleranzeigen in der Fehleraufstellung ansprechen, zur Zuführung interpolierter Bilddaten zu den Anwendungsmitteln.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ungeraden und die geraden Halbbilder jeweiliger Vollbilder unabhängig voneinander komprimiert und in dem Videosignalprozessor unabhängig voneinander dekomprimiert werden, und die Mittel zur Bildung der Ersatzdaten Mittel enthalten, die auf Fehleranzeigen in der Fehleraufstellung ansprechen zum Ersatz dekomprimierter Bilddaten ungerader Halbbilder für die dekomprimierten Bilddaten gerader Halbbilder entsprechend den Segmenten der komprimierten Daten mit unkorrigierbaren Fehlern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Darstellung der unkorrigierbaren Fehler und die Fehlerfortpflanzungsanzeige-Mittel einen Fehlerabbildungsspeicher und einen Arbeitsspeicher enthalten.