DE69307119T2

DE69307119T2 - Statische und dynamische integrierte Kompandierung

Info

Publication number: DE69307119T2
Application number: DE69307119T
Authority: DE
Inventors: William Herz; David Rossmere
Original assignee: Sony Electronics Inc
Current assignee: Sony Electronics Inc
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2013-09-11
Also published as: EP0606701A2; JPH0723380A; EP0606701A3; US5357278A; DE69307119D1; EP0606701B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der digitalen Videosysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die statische und dynamische Kompandierung, die in bezug auf diese digitalen Videosysteme durchgeführt wird.
Bei digitalen Videosystemen ist es allgemein üblich, digitale Videodaten zu finden, die von einem Bereich zum anderen, beispielsweise von 0 bis 255 bis 16 - 235 oder von 0 - 255 bis 1 - 254 verschoben/modifiziert sind. Die digitalen Videodaten können aus einer Vielzahl von Gründen verschoben/modifiziert sein, die unter anderen das Filtern einschließen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Bei dem Verfahren zur Verschiebung/Modifizierung von digitalen Daten treten Rundungsfehler auf. Beispielsweise beim Verschieben/Modifizieren von Daten von 0 - 255 nach 16 - 235 würden die 8-Bit-Ausgangsdaten aus der Übertragungsfunktion Daten_out = gerundet (Daten_in x (219/255 + 16) berechnet werden. Daten_out würde sowohl für Daten_in = als auch für Daten_in = 1 gleich 16 sein; Daten_out würde sowohl für Daten in = 7 als auch für Daten_in = 8 gleich 22 sein; usw.. Die dynamische Kompandierung oder das Runden wird sehr oft dazu verwendet, die Auswirkung von Rundungsfehlern auf ein Minimum zu begrenzen, d.h., ein Phänomen, welches selbst als visuelle Streifen erscheinen kann. Die. dynamische Kompandierung ist ein Verfahren, welches Quantisierungsbereiche variiert, um Rundungsfehler oder die visuellen Streifen zu verdecken, wobei auf der Basis der Wahrscheinlichkeit im Gegensatz zur einfachen Rundung bevorzugt aufgerundet oder abgerundet wird.
Das Kompandieren ist beispielsweise in der EP-A 0345 977 und der EP-A 0 270 259 beschrieben. Die letztgenannte Veröffentlichung beschreibt die Requantisierung von 16-Bit- Farbsignalen in 8-Bit-Signale, wobei das niedrigstwertige Bit schwankt, indem die unteren Bits des Ursprungssignals mit einer Pseudo-Zufallszahl verglichen werden.
Es gibt jedoch einen Überschreitungsausgleich bei der üblichen dynamischen Kompandierung, um die Rundungsfehlersituation zu verbessern. In das Videobild wird ein Zufallsrauschen als Ergebnis des Abrundens oder des Aufrundens auf der Basis der Wahrscheinlichkeit eingeführt. Das zusätzliche Zufallsrauschen kann die Klarheit des Bildes reduzieren, da das Gesamtbild ein zusätzliches Rauschen haben wird. Außerdem sind die übliche dynamische Kompandierung oder Rundungsannäherungen üblicherweise unkontrollierbar. Das heißt, eine identische dynamische Kompandierung kann trotz einem Zufall innerhalb eines bestimmten Zwischen-Vollbildbereichs nicht in einem ähnlichen anderen Bereich wiederholt werden. Daher kann das zusätzliche Zufallsrauschen außerdem die Qualität des Bilds als Folge ihrer Zwischenvollbildunabhängigkeit reduzieren. Somit ist es wünschenswert, wenn das digitale Videosystem die digitalen Videodaten nur dann dynamisch runden würde, wenn dies notwendig ist (da Rundungsfehler horizontal oder vertikal benachbart zueinander auftreten). Außerdem ist es wünschenswert, wenn die dynamische Kompandierung innerhalb einer horizontalen Zeile, eines Zwischen-Vollbildbereichs oder eines Vollbildes kontrollierbar wäre. Dann kann die Rundungsfehlersituation mit minimalen Kompromissen in bezug auf die Videoqualität des Videobilds verbessert werden.
Während die dynamische Kompandierung oft dazu benutzt wird, um die Rundungsfehler oder die visuellen Streifen zu minimieren, gibt es in Abhängigkeit von der Anwendung Situationen, wo die lineare oder nichtlineare statische Kompandierung geeigneter ist, um die Rundungsfehlersituation zu verbessern. Die statische Kompandierung ist ein Verfahren, welches die Quantisierungsbereiches variiert, um die Rundungsfehler oder die visuellen Streifen abzudecken, wobei auf der Basis einer vorgegebenen Weise auf- oder abgerundet wird. Somit ist es wünschenswert, wenn das digitale Videosystem parallele lineare/nichtlineare statische Kompandierungssysteme und dynamische Kompandierungssysteme in einer integrierten Weise unterstützen würde.
Wie offenbart werden wird stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Durchführung einer steuerbaren dynamischen Kompandierung und einer linearen/nichtlinearen statischen Kompandierung in einem digitalen Videosystem bereit, mit dem die oben erwähnten wünschenswerten Ergebnisse erzielbar sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein digitales Videosystem bereitgestellt, welches aus einem Gerät zur wahlweisen Durchführung einer statischen und dynamischen Kompandierung für mehrere digitale Videodaten besteht, wobei mehrere Übertragungsfunktionen zur Verschiebung/Modifizierung der digitalen Videodaten von einem ersten der mehreren Datenbereiche zu einem zweiten entsprechenden der mehreren Datenbereiche verwendet werden, wobei das Gerät aufweist:
(a) eine Speichereinrichtung (16) zum Speichern einer integrierten Sammlung von Nachschlagetabellen (24a-24d, 16a- 26ff), die Werte haben, die dazu verwendet werden, eine statische und dynamische Kompandierung entsprechend den Übertragungsfunktionen durchzuführen, wobei auf die Werte, die dazu verwendet werden, die statische und dynamische Kompandierung durchzuführen, unter Verwendung von zusammengesetzten Adressen zugegriffen wird, wobei jede der zusammengesetzten Adressen aus mehreren Bits besteht;
(b) einen Teiladreßgenerator (14), der mit der Speichereinrichtung (16) gekoppelt ist, um mehrere Auswahlsteuersignale für das statische/dynamische Kompandierungssystem und steuerbare Pseudo-Zufallszahlen als Eingangssignale zu empfangen und mehrere werthöhere Bits für jede der zusammengesetzten Adressen zu erzeugen, wobei die verbleibenden wertniedrigeren Bits für jede der zusammengesetzten Adressen entsprechend gleich den digitalen Videodaten durch einen Prozessor des digitalen Videosystems, der mit der Speichereinrichtung (16) gekoppelt ist, gesetzt werden;
(c) eine Auswahlsteuersignalerzeugungseinrichtung für das Kompandierungssystem, die mit dem Teiladreßgenerator (14) gekoppelt ist, um die Auswahlsteuersignale für das Kompandierungssystem zu erzeugen; und
(d) einen Pseudo-Zufallszahlgenerator (12), der mit dem Teiladreßgenerator (14) gekoppelt ist, um Werte eines Videosteuerzählers zu empfangen und um die steuerbaren Pseudo- Zufallszahlen zu erzeugen, wobei die erzeugten steuerbaren Pseudo-Zufallszahlen innerhalb eines angegebenen Bereichs des Videobilds, der durch den Videosteuerzähler gesteuert wird, wiederholbar sind.
Ein entsprechendes Verfahren, welches im Patentanspruch 12 definiert ist, wird außerdem bereitgestellt.
Damit kann mittels der Erfindung in einer integrieten Weise wahlweise eine steuerbare dynamische Kompandierung wie auch eine lineare/nichtlineare statische Kompandierung in einem digitalen Videosystem durchgeführt werden. Bei dem offenbarten Verfahren und dem Gerät wird sowohl die dynamische als auch statische Kompandierung in vorteilhafter Weise unterstützt. Außerdem ist die dynamische Kompandierung steuerbar, und die statische Kompandierung kann eine lineare wie auch eine nichtlineare statische Kompandierung umfassen. Die vorteilhaften Ergebnisse werden durch Bereitstellung des Speichermoduls, des Teiladreßgenerators und des steuerbaren Pseudo-Zufallszahlgenerators für das digitale Videosystem erzielt, um Kompandierungswerte digitaler Videodaten zu erzeugen, die unabhängig davon verschoben/modifiziert werden, ob die digitalen Videodaten durch lineare oder nichtlineare statische Kompandierung oder statische Kompandierung verschoben/modifiziert sind.
Die Nachschlagetabellen können Werte besitzen, die dazu verwendet werden, die lineare/nichtlineare statische Kompandierung durchzuführen. Für jeden Satz der Nachschlagetabellen, die Werte haben, die dynamische Kompandierung durchzuführen, können die Werte, die dazu verwendet werden, die dynamische Kompandierung für einen bestimmten digitalen Videodatenwert durchzuführen, der die gewichteten Wahrscheinlichkeiten des Rundens in der aufwärts oder abwärts Richtung widerspiegelt, unter den Nachschlagetabellen in dem Satz zufallsmäßig gestreut sein. Die Werte, die dazu benutzt werden, die statische/dynamische Kompandierung durchzuführen, werden wiederaufgefunden, wobei zusammengesetzte Adressen verwendet werden. Die werthöheren Bits einer zusammengesetzten Adresse können eine bestimmte Nachschlagetabelle in der Sammlung identifizieren, und die wertniedrigeren Bits der zusammengesetzten Adresse können einen bestimmten Wert innerhalb der identifizierten Nachschlagetabelle identifizieren.
Wenn die Kompandierungssystems-Auswahlsteuersignale eine bestimmte Nachschlagetabelle auswählen, die Werte hat, die verwendet werden, die statische Kompandierung durchzuführen, werden die Auswahlsteuersignale für das statische Kompandierungssystem als werthöhere Bits der zusammengesetzten Adresse ausgegeben. Wenn andererseits die Auswahlsteuersignale für das Kompandierungssystem einen bestimmten Satz von Nachschlagetabellen auswählen, die Werte haben, die verwendet werden, die dynamische Kompandierung durchzuführen, kann die Pseudo-Zufallszahl als werthöhere Bits der zusammengesetzten Adresse ausgegeben werden.
Der steuerbare Pseudo-Zufallszahlgenerator erzeugt Pseudo-Zufallszahlen für den Teiladreßgenerator auf der Basis des laufenden Werts eines digitalen Videosteuerzählers, die er als Eingangssignal empfängt. Damit wird die Pseudo-Zufallszahlfolge wiederholt, wenn der Videosteuerzähler auf einen vorgegebenen Wert zurückinitialisiert wird, beispielsweise auf 0, und das Schieberegister, welches im Pseudo-Zufallszahlgenerator gesetzt wird, wird auf einen vorgegebenen Zustand, beispielsweise einem Nullzustand zurückgesetzt. So mit kann das gleiche dynamische Kompandieren für verschiedene Fälle des Videobildbereichs, der durch den Videosteuerzähler gesteuert wird, wiederholt werden.
Bei einer Ausführungsform erzeugt der steuerbare Pseudo-Zufallszahlgenerator die Pseudo-Zufallszahlen auf der Basis des Horizontal-Pixelzählers. Die Pseudo-Zufallszahlfolge wird wiederholt, wenn der horizontale Pixelzähler auf Null für eine neue horizontale Zeile reinitialisiert wird, und das Schieberegister, welches im Pseudo-Zufallszahlgenerator gesetzt ist, auf einen Nullzustand zurückgesetzt wird. Als Folge davon wird die gleiche dynamische Kompandierung für jede horizontale Zeile des Videobilds wiederholt.
Zusätzlich ist bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ein Quantisierungs-Fehlerdetektor für das digitale Videosystem vorgesehen, um die Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem zum Teiladreßgenerator zu liefern. Der Quantisierungsfehler-Detektor liefert die Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem, wenn Quantisierungsfehler ermittelt werden, wodurch die dynamische Kompandierung gesteuert und veranlaßt wird, daß sie nur für eine bestimmte Datenverschiebe/Modifikation durchgeführt wird, wenn dies notwendig ist. Die Auswahlsteuersignale für das statische Kompandierungssystem werden durch den Prozessor des digitalen Videosystems bereitgestellt.
Die Erfindung wird nun weiter durch Ausführungsbeispiele in der folgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten und verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die integrierte lineare/nichtlineare statische und die steuerbare dynamische Kompandierung zeigt;
Fig. 2 die integrierte Sammlung von Nachschlagetabellen der vorliegenden Erfindung für die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform sowie den Zugriff auf diese Nachschlagetabellen zeigt;
Fig. 3 eine zugegriffene Nachschlagetabelle zeigt sowie den Zugriff auf die Werte, die verwendet werden, um die statische/dynamische Kompandierung durchzuführen;
Fig. 4 zeigt, wie der Teiladreßgenerator von Fig. 1 die werthöheren Bits der zusammengesetzten Zugriffsadresse erzeugt.
Es wird nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Durchführung einer steuerbaren dynamischen Kompandierung und einer linearen/nichtlinearen statischen Kompandierung in einer integrierten Weise bei einem digitalen Videosystem offenbart. Bei dem offenbarten Verfahren und dem Gerät wird sowohl die dynamische als auch die statische Kompandierung in vorteilhafter Weise unterstützt. Außerdem ist die dynamische Kompandierung steuerbar, und die statische Kompandierung schließt sowohl eine lineare als auch eine nichtlineare statische Kompandierung ein. Bei der folgenden Beschreibung sind für Erklärungszwecke spezielle Zahlen, Materialien und Konfigurationen angegeben, um ein Gesamtverständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es wird jedoch für die Fachmann deutlich sein, daß die Erfindung ohne die speziellen Details ausübbar ist. In einigen Beispielen sind bekannte Systeme als Diagramm oder in Blockdiagrammform gezeigt, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
In Fig. 1 ist nun eine Blockdarstellung, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für eine lineare/nichtlineare statische und steuerbare dynamische Kompandierung zeigt, gezeigt. Gezeigt ist ein Speichermodul 16, welches mit einem Teiladreßgenerator 14 gekoppelt ist. Der Teiladreßgenerator 14 wiederum ist mit einem Quantisierungsfehler-Detektor 18 und einem steuerbaren Pseudo-Zufallszahlgenerator 12 gekoppelt. Diese arbeiten so zusammen, um Werte zu liefern, die dazu verwendet werden, um eine statische/dynamische Kompandierung für digitale Videodaten, die verschoben/modifiziert werden, durchzuführen. Jedes dieser Elemente 12 bis 18 sowie die Art und Weise, wie sie miteinander zusammenarbeiten, wird mit wiederkehrenden zusätzlichen Bezugszeichen bei den übrigen Figuren beschrieben.
Das Speichermodul wird nun zuerst mit Hilfe von zusätzlichen Hinweisen in bezug auf Fig. 2 und 3 beschrieben. Das Speichermodul 16 wird dazu verwendet, eine einheitliche Sammlung von Nachschlagetabellen 20 zu speichern, die mehrere Nachschlagetabellen 24a bis 24d umfassen, die Werte haben, die dazu verwendet werden, die lineare/nichtlineare statische Kompandierung durchzuführen, und zumindest einen Satz von Nachschlagetabellen 26a bis 26f, die Werte haben, die dazu verwendet werden, die dynamische Kompandierung durchzuführen. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Nachschlagetabellensammlung 20 vier Nachschlagetabellen 24a bis 24d, die Werte haben, die dazu verwendet werden, die lineare/nichtlineare statische Kompandierung durchzuführen, und einen Satz von 32 Nachschlagetabellen 26a bis 26ff, die Werte haben, die dazu verwendet werden, die dynamische Kompandierung durchzuführen. Jede der vier Nachschlagetabellen 24a bis 24d hat Werte, die dazu verwendet werden, die lineare/nichtlineare statische Kompandierung durchzuführen, und liefert 8-Bit-Werte, um die statische Kompandierung für eine bestimmte Datenverschiebe/Modifikationsfunktion von 8-Bit-Digitalvideodaten durchzuführen. In jedem der vier Fälle wird das Runden deterministisch durchgeführt. Der Satz von 32 Nachschlagetabellen 26a bis 26ff, der Werte hat, die dynamische Kompandierung durchzuführen, liefert kollektiv 8-Bit-Werte, um die dynamische Kompandierung für eine bestimmte Datenverschiebe/Modifikationsfunktion von 8-Bit-Digitalvideodaten durchzuführen. In diesem Fall wird das Runden stochastisch durchgeführt.
So kann beispielsweise die erste Nachschlagetabelle 24a, die Werte hat, die für die Durchführung der statischen Kompandierung verwendet werden, Werte bereitstellen, die lineare statische Kompandierung für digitale Videodaten durchzuführen, die von 0-255 bis 1-254 verschoben/modifiziert sind, wobei das Runden in einer deterministischen Weise durchgeführt wird; die zweite Nachschlagetabelle 24b kann eine Gamma-Kurve mit verteilten Werten bereitstellen, um eine nichtlineare statische Kompandierung für digitale Videodaten zu liefern, die von 0-255 bis 16-235 verschoben/modifiziert sind, wobei das Runden ebenfalls deterministisch durchgeführt wird, usw.; und der Satz von 32 dynamischen Kompandierungsnachschlagetabellen 26a - 26ff, die Werte haben, die verwendet werden, die dynamische Kompandierung durchzuführen, kann Werte liefern, die dynamische Kompandierung für digitale Videodaten durchzuführen, die von 0-255 bis 16-235 verschoben/modifiziert sind, wobei das Runden stochastisch durchgeführt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung bei einer Ausführungsform beschrieben wurde, bei der vier Nachschlagetabellen vorhanden sind, die Werte haben, die verwendet werden, die statische Kompandierung durchzuführen, sowie einen Satz von 32 Nachschlagetabellen, die Werte haben, die verwendet werden, um die dynamische Kompandierung durchzuführen, sieht man aufgrund der übrigen Beschreibung, daß die vorliegende Erfindung mit zusätzlichen Nachschlagetabellen ausgeübt werden kann, die Werte haben, die verwendet werden, um die statische Kompandierung durchzuführen, sowie einen größeren Satz und/oder zusätzliche Sätze von Nachschlagetabellen, die Werte haben, die verwendet werden um dynamische Kompandierung durchzuführen, vorausgesetzt, daß andere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung, beispielsweise die Größe der zusammengesetzten Zugriffsadresse und die Anzahl der Auswahlsteuersignale für das Kompandierungssystem entsprechend eingestellt sind.
Bei dieser Ausführungsform (Fig. 1 bis 3) wird auf die Werte, die verwendet werden, um die statische/dynamische Kompandierung durchzuführen, zugegriffen, wobei zusammengesetzte Adressen von dreizehn Bits verwendet werden. Die fünf werthöheren Bits einer zusammengesetzten Adresse identifizieren eine bestimmte Nachschlagetabelle 24a, ... oder 26ff, und die acht wertniedrigeren Bits identifizieren einen Wert, der verwendet wird, die statische/dynamische Kompandierung innerhalb der identifizierten Nachschlagetabelle 24* oder 26* durchzuführen. Die werthöheren Bits werden durch den Teiladreßgenerator 14 erzeugt, und die wertniederen Bits werden durch den Prozessor des digitalen Videosystems so eingestellt, daß sie gleich den digitalen Videodaten sind. Die werthöheren Bits werden in einer Weise erzeugt, daß jede der Nachschlagetabellen innerhalb des Satzes der Nachschlagetabellen, die Werte haben, die verwendet werden, die dynamische Kompandierung durchzuführen, eine gleiche Wahrscheinlichkeit haben, daß auf sie zugegriffen wird, wenn auf Werte, die verwendet werden, die dynamische Kompandierung durchzuführen, zugegriffen wird. Der Teiladreßgenerator 14 und die Erzeugung der werthöheren Bits wird anschließend ausführlich beschrieben.
Die Werte, die in dem Satz der Nachschlagetabellen 26a-26ff gespeichert sind, um die dynamische Kompandierung für einen bestimmten Digital-Videodatenwert durchzuführen, spiegeln die gewichteten Wahrscheinlichkeiten des Rundens der verschobenen/modifizierten digitalen Videodatenwerts in der Aufwärts- oder Abwärtsrichtung wider. Diese gewichteten Wahrscheinlichkeiten werden durch den Bruchwert des digitalen Videodatenwerts bestimmt, welcher verschoben/modifiziert wird. So ist beispielsweise für den verschobenen/modifizierten Wert eines beispielhaften Eingangswerts von 10 beim oben beschriebenen Beispiel der Verschiebung/Modifizierung von digitalen Videodaten von 0-255 bis 16-235 die gewichtete Wahrscheinlichkeit des Aufrundens 59% (Bruch (10x219/255)), und die gewichtete Wahrscheinlichkeit des Abrundens ist 41% (1-Bruch (10x219/255)). Die Zahl der Werte, die einen verschobenen/modifizierten digitalen Videodatenwert nach oben oder un ten runden, werden wiederum durch Teilen der gewichteten Wahrscheinlichkeiten mit der Nachschlagetabellen-Zugriffswahrscheinlichkeit bestimmt (3,125% oder 1/32 für den Satz von 32 Nachschlagetabellen bei dieser Ausführungsform). Anders ausgedrückt gibt es bei dem Satz von 32 Nachschlagetabellen bei dieser Ausführungsform für den beispielhaften digitalen Videodatenwert von 10 bei dem oben beschriebenen Beispiel 19 Werte, die den verschobenen/modifizierten Wert (19/32 = 59%) aufrunden, und dreizehn Kompandierungswerte, die den verschobenen/modifizierten Wert abrunden (13/33 41%). Die Werte sind zufallsmäßig unter den Nachschlagetabellen im Satz verstreut, so daß sie in bezug auf die bestimmte Wahrscheinlichkeit echter sind.
Eine bestimmte Annäherung, um diese Charakteristiken zu erzielen, besteht darin, die Werte, die dazu verwendet werden, die dynamische Kompandierung durchzuführen, in den Nachschlagetabellen 26a-26ff zu speichern, wobei ein Wert X mit einem Wert Y verglichen wird, wobei X der Bruchwert von n/N ist, und Y der Bruchwert der verschobenen/modifizierten digitalen Videodaten ist, wobei n eine zufällig ausgewählte ganze Zahl zwischen 1 und N ist, und wobei die Zufallsauswahl durchgeführt wird, ohne die ganzen Zahlen zu ersetzen, und N die Zahl der Nachschlagetabellen im Satz ist. Damit ist für einen Satz von 32 Nachschlagetabellen bei dieser Ausführungsform N gleich 32 und n eine zufällig ausgewählte ganze Zahl zwischen 1 und 32. Wenn X größer als Y ist, wird ein verschobener/modifizierter digitaler Videodatenwert, der abgerundet wurde, ersetzt. Wenn andererseits X kleiner oder gleich Y ist, wird ein verschobener/modifizierter digitaler Videodatenwert, der aufgerundet ist, ersetzt. Wenn man beispielsweise annimmt, daß die ganze Zahl n für eine der 32 Nachschlagetabellen gleich drei ist, ist der Wert X gleich 0,09375 (3/32). Daher ist der Wert, welcher in der Nachschlagetabelte für den beispielhaften Wert 10 beim oben beschriebenen Beispiel gespeichert ist, der verschobene/modifizierte Wert, der aufgerundet wurde, d.h., der Wert 25, da X kleiner ist als Y, Y gleich 0,59 (Bruch (10x219/255)) ist. Wenn andererseits die ganze Zahl n für die Nachschlagetabelle gleich ist, ist der Wert X gleich 0,9375 (30/32). Daher ist der Wert, welcher in der Nachschlagetabelle für den beispielhaften Wert von 10 beim oben beschriebenen Beispiel gespeichert ist, der verschobene/modifizierte Wert, der abgerundet ist, d.h., der Wert 24, da X größer ist als Y.
Es wird nun mit Hilfe von Fig. 1 bis 4 der Teiladreßgenerator 14 beschrieben. Wie vorher beschrieben erzeugt der Teiladreßgenerator 14 die werthöheren Bits der zusammengesetzten Adresse, um auf die Werte der Nachschlagetabelle, die im Speichermodul 16 gespeichert sind, zuzugreifen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform erzeugt der Teiladreßgenerator 14 die fünf werthöheren Bits auf der Basis einer Zahl der Auswahlsteuersignale für das Kompandierungssystem und einer Pseudo-Zufallszahl, die er als Eingangssignale empfängt. Der Teiladreßgenerator 14 empfängt ein Ein-Bit-Auswahlsteuersignal für das dynamische Kompandierungssystem (dynamische Rundungsfreigabe (DRE)) vom Quantisierungsfehler-Detektor 18, ein Zwei-Bit-Auswahlsteuersignal für das statische Kompandierungssystem (B< 0> und B< 1> ) vom Prozessor des digitalen Videosystems und eine Fünf-Bit-Pseudo-Zufallszahl (PRN< 0>- PRN< 4> ) vom Pseudo-Zufallszahlgenerator 12. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, gibt, wenn die DRE auf Freigabe eingestellt ist, der Teiladreßgenerator 14 die Pseudo-Zufallszahl als die werthöheren Bits aus, d.h., A< 9> - A< 13> gleich PRN< 0>- PRN< 4> , wobei er ansonsten das gepolsterte Auswahlsteuersignal für das statische Kompandierungssystem als werthöhere Bits ausgibt, d.h., A< 9> - A< 13> gleich B< 0> , B< 1> ,000. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist der Teiladreßgenerator 14 durch eine programmierbare Teilbildgatematrix (FPGA) ergänzt, welche Stand der Technik ist und nicht weiter beschrieben werden muß. Alternativ dazu kann der Teiladreßgenerator durch eine andere Schaltung ergänzt werden, die äquivalente Funktionen bereitstellt.
Mit Hilfe von Fig. 1 wird nun der Quantisierungsfehler-Detektor 18 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Quantisierungsfehler-Detektor 18 das DRE-Signal für den Teiladreßgenerator 14. Der Quantisierungsfehler-Detektor 18 erzeugt das DRE-Signal immer dann, wenn er einen Potential-Kompandierungsfehler auf der Basis der 8-Bit digitalen Videodaten ermittelt, die er als Eingangssignale empfängt, wobei er die dynamische Kompandierung veranlaßt und steuert, daß diese nur dann durchgeführt wird, wenn dies notwendig ist. Durch den Quantisierungsfehler-Detektor 18 soll eine breite Kategorie von Quantisierungsfehler-Detektoren aufgezeigt werden.
So erzeugt zum Beispiel ein solcher Quantisierungsfehler-Detektor ein DRE-Signal, wenn verschiedene benachbarte Wertzustände, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, ein Nachbarwert in der horizontalen und vertikalen Abmessung der Pixelnachbarschaft ermittelt wird. Obwohl die vorliegende Erfindung mit dem dynamischen Auswahlsignal für die dynamische Kompandierung beschrieben wurde, welches durch einen Quantisierungsfehler-Detektor geliefert wird, sieht man, daß die vorliegende Erfindung mit Auswahlsignalen für das dynamische Kompandierungssystem in anderer Weise ausgeübt werden kann.
Mit Hilfe von Fig. 1 wird nun der steuerbare Pseudo- Zufallszahlgenerator 12 beschrieben. Der steuerbare Pseudo- Zufallsgenerator 12 erzeugt die Pseudo-Zufallszahl auf der Basis des laufenden Werts eines Videosteuerzählers, wodurch die Pseudo-Zufallszahl und wiederum die dynamische Kompandierung innerhalb eines bestimmten Bereichs des Videobilds, welcher durch den Videosteuerzähler gesteuert wird, wiederholt werden kann. Besondere Beispiele eines Videosteuerzählers schließen einen Horizontal-Pixelzähler, einen Zeilenzähler, einen Vollbildzähler und einen Teilbildzähler ein. Bei dieser Ausführungsform ist der verwendete Videosteuerzähler ein 5- Bit-Horizontal-Pixelzähler. Die 5-Bit-Pseudo-Zufallszahlen werden auf der Basis des laufenden Wertes des 5-Bit-Horizontal-Pixelzählers erzeugt, wodurch die Pseudo-Zufallszahl und wiederum die dynamische Kompandierung so durchgeführt werden kann, daß sie innerhalb einer horizontalen Zeile des Videobilds wiederholt wird. Der steuerbare Pseudo-Zufallszahlgenerator 12 soll stellvertretend für eine breite Kategorie von steuerbaren Pseudo-Zufallszahlgeneratoren sein.

Claims

1. Digitales Videosystem, welches aus einem Gerät zur wahlweisen Durchführung einer statischen und dynamischen Kompandierung für mehrere digitale Videodaten besteht, wobei mehrere Übertragungsfunktionen zur Verschiebung/Modifizierung der digitalen Videodaten von einem ersten der mehreren Datenbereiche zu einem zweiten entsprechenden der mehreren Datenbereiche verwendet werden, wobei das Gerät aufweist:

(a) eine Speichereinrichtung (16) zum Speichern einer integrierten Sammlung von Nachschlagetabellen (24a-24d, 16a- 26ff), die Werte haben, die dazu verwendet werden, eine statische und dynamische Kompandierung entsprechend den Übertragungsfunktionen durchzuführen, wobei auf die Werte, die dazu verwendet werden, die statische und dynamische Kompandierung durchzuführen, unter Verwendung von zusammengesetzten Adressen zugegriffen wird, wobei jede der zusammengesetzten Adressen aus mehreren Bits besteht;

(b) einen Teiladreßgenerator (14), der mit der Speichereinrichtung (16) gekoppelt ist, um mehrere Auswahlsteuersignale für das statische/dynamische Kompandierungssystem und steuerbare Pseudo-Zufallszahlen als Eingangssignale zu empfangen und mehrere werthöhere Bits für jede der zusammengesetzten Adressen zu erzeugen, wobei die verbleibenden wertniedrigeren Bits für jede der zusammengesetzten Adressen entsprechend gleich den digitalen Videodaten durch einen Prozessor des digitalen Videosystems, der mit der Speichereinrichtung (16) gekoppelt ist, gesetzt werden;

(c) eine Auswahlsteuersignalerzeugungseinrichtung für das Kompandierungssystem, die mit dem Teiladreßgenerator (14) gekoppelt ist, um die Auswahlsteuersignale für das Kompandierungssystem zu erzeugen; und

(d) einen Pseudo-Zufallszahlgenerator (12), der mit dem Teiladreßgenerator (14) gekoppelt ist, um Werte eines Videosteuerzählers zu empfangen und um die steuerbaren Pseudo- Zufallszahlen zu erzeugen, wobei die erzeugten steuerbaren Pseudo-Zufallszahlen innerhalb eines angegebenen Bereichs des Videobilds, der durch den Videosteuerzähler gesteuert wird, wiederholbar sind.

2. Digitales Videosystem nach Anspruch 1, wobei die integrierte Nachschlagetabellensammlung aus vier Nachschlagetabellen (24a-d) besteht, die Werte haben, die dazu verwendet werden, die lineare/nichtlineare statische Kompandierung für eine erste bis vierte Übertragungsfunktion durchzuführen, um die digitalen Videodaten von einem Eingangsdatenbereich zu einem ersten bis vierten entsprechenden Datenbereich zu verschieben/modifizieren, und aus einem Satz von zweiunddreißig Nachschlagetabellen (26a-26ff), die Werte haben, die dazu verwendet werden, die dynamische Kompandierung für eine fünfte Übertragungsfunktion durchzuführen, um die digitalen Videodaten vom Eingangsdatenbereich zu einem fünften Datenbereich zu verschieben/zu modifizieren;

jede der digitalen Videodaten und Werte, die dazu verwendet werden, die statische und dynamische Kompandierung durchzuführen, eine Größe von 8-Bits besitzen;

jede der zusammengesetzten Adressen eine Größe von 13 Bits besitzen, wobei die fünf werthöheren Bits durch den Teiladreßgenerator (14) erzeugt werden und die acht wertniedrigeren Bits durch den Prozessor des digitalen Videosystems so gesetzt werden, daß sie gleich den digitalen Videodaten sind.

3. Digitales Videosystem nach Anspruch 1, wobei

jede der zusammengesetzten Adressen eine Größe von 13 Bits besitzt, wobei die fünf werthöheren Bits durch den Teiladreßgenerator (14) erzeugt werden, und die acht wertniedrigeren Bits durch den Prozessor des digitalen Videosystems so gesetzt werden, daß sie gleich den digitalen Videodaten sind;

jedes der Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem eine Größe von einem Bit besitzt; und

jede der steuerbaren Pseudo-Zufallszahlen eine Größe von fünf Bits besitzt.

4. Digitales Videosystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Teiladreßgenerator (14) aus einer teilbild-programmierbaren Gate-Matrix besteht, die mit der Auswahlsteuersignalerzeugungseinrichtung für das Kompandierungssystem, mit dem Pseudo-Zufallszahlgenerator (12) und der Speichereinrichtung (16) gekoppelt ist, um die Auswahlsteuersignale für das statische/dynamische Kompandierungssystem von der Auswahlsteuersignalerzeugungseinrichtung für das Kompandierungssystem und die Pseudo-Zufallszahlen von dem Pseudo-Zufallszahlgenerator (12) als Eingangssignale zu empfangen, und um die fünf werthöheren Bits jeder der zusammengesetzten Adressen für die Speichereinrichtung (16) zu erzeugen.

5. Digitales Videosystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Auswahlsteuersignalerzeugungseinrichtung für das Kompandierungssystem aus einer Quantisierungsfehlerermittlungseinrichtung (18) besteht, die mit dem Teiladreßgenerator (14) gekoppelt ist, um die digitalen Videodaten zu empfangen und bedingungsweise die Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem der mehreren Auswahlsteuersignale für das statische/dynamische Kompandierungssystem für den Teiladreßgenerator (14) zu erzeugen, wobei die Quantisierungsfehlerermittlungseinrichtung (18) eines der Auswahlsteuersignale für die dynamische Kompandierung erzeugt, wenn sie einen Potential-Quantisierungsfehler auf der Basis der empfangenen digitalen Videodaten ermittelt.

6. Digitales Videosystem nach Anspruch 5( wobei die Quantisierungsfehlerermittlungseinrichtung (18) eines der Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem erzeugt, wenn sie einen benachbarten Wertzustand in zumindest einer horizontalen oder einer vertikalen Abmessung einer Pixelnachbarschaft auf der Basis der empfangenen digitalen Videodaten ermittelt.

7. Digitales Videosystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein jedes der Auswahlsteuersignale des dynamischen Kompandierungssystems ein Freigabesignal von einem Bit ist.

8. Digitales Videosystem nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Auswahlsteuersignalerzeugungseinrichtung für das Kompandierungssystem aus dem Prozessor des digitalen Videosystems besteht, der mit dem Teiladreßgenerator (14) gekoppelt ist, um die Auswahlsteuersignale für das statische Kompandierungssystem der mehreren Auswahlsteuersignale für das statische/dynamische Kompandierungssystem für den Teiladreßgenerator (14) zu erzeugen.

9. Digitales Videosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein jedes der Auswahlsteuersignale des statischen Kompandierungssystems ein Zwei-Bit-Signal ist.

10. Digitales Videosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Videosteuerzähler, der Werte zum Pseudo-Zufallszahlgenrator (12) liefert, ein Fünf-Bit-Horizontal-Pixelzähler ist, der Horizontal-Pixelzählwerte einer horizontalen Zeile eines Videobildes zum Pseudo-Zufallszahlgenerator (12) bereitstellt.

11. Digitales Videosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches außerdem aufweist:

einen Prozessor zur Verarbeitung von mehreren digitalen Videodaten;

einen digitalen Videosteuerzähler, der mit dem Prozessor gekoppelt ist, um einen Bereich eines Videobilds zu steuern, wobei die Speichereinrichtung (16) und das Auswahlsteuersignalgerät für das Kompandierungssystem mit dem Prozessor und der Pseudo-Zufallszahlgenerator (12) mit dem Videosteuerzähler gekoppelt ist.

12. Verfahren zur wahlweisen Durchführung der statischen und dynamischen Kompandierung bei mehreren digitalen Videodaten durch Verwendung mehrerer Übertragungsfunktionen zum Verschieben/Modifizieren der digitalen Videodaten von mehreren ersten Datenbereichen zu mehreren zweiten entsprechenden Datenbereichen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) Speichern einer einheitlichen Sammlung von Nachschlagetabellen (20), die mehrere Nachschlagetabellen (24a- 24d, 26a-26ff) besitzen, die Werte haben, die dazu verwendet werden, eine statische und dynamische Kompandierung entsprechend den Übertragungsfunktionen durchzuführen, wobei auf die Werte, die verwendet werden, um die statische und dynamische Kompandierung durchzuführen, durch Verwendung von zusammengesetzten Adressen zugegriffen wird, wöbei jede der zusammengesetzten Adressen aus mehreren Bits besteht;

(b) wahlweises Erzeugen von Auswahlsteuersignalen für das statische und dynamische Kompandierungssystem;

(c) Erzeugen von steuerbaren Pseudo-Zufallszahlen auf der Basis der Werte eines Videosteuerzählers, wobei die erzeugten steuerbaren Pseudo-Zufallszahlen innerhalb eines bestimmten Bereichs eines Videobilds wiederholbar sind, der durch den Videosteuerzähler gesteuert wird;

(d) Erzeugen von werthöheren Bits für eine jede der zusammengesetzten Adressen auf der Basis der Auswahlsteuersignale für das Kompandierungssystem und der erzeugten steuerbaren Pseudo-Zufallszahlen;

(e) Setzen der wertniedrigeren Bits einer jeden der zusammengesetzten Adressen entsprechend so, daß sie gleich den digitalen Videodaten sind; und

(f) Zugreifen auf die Werte, die verwendet werden, um die statische und dynamische Kompandierung durchzuführen, wobei die zusammengesetzten Adressen verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei

die integrierte Sammlung der Nachschlagetabellen (20) aus vier Nachschlagetabellen (24a-d) besteht, die Werte haben, die dazu verwendet werden, eine lineare/nichtlineare statische Kompandierung für eine erste bis vierte Übertragungsfunktion durchzuführen, um die digitalen Videodaten von einem Eingangsdatenbereich zu einem ersten bis vierten entsprechenden Datenbereich zu verschieben/zu modifizieren, und aus einem Satz von zweiunddreißig Nachschlagetabellen (26a- ff), die Werte haben, die verwendet werden, die dynamische Kompandierung für eine fünfte Übertragungsfunktion durchzuführen, um die digitalen Videodaten von dem genannten Datenbereich zu einem fünften Datenbereich zu verschieben/zu modifizieren;

jede der digitalen Videodaten und der Werte, die verwendet werden, um die statische und dynamische Kompandierung durchzuführen, eine Größe von acht Bits besitzt;

jede der zusammengesetzten Adressen eine Größe von dreizehn Bits besitzt, wobei die fünf werthöheren Bits auf der Basis der Auswahlsteuersignale für die statische/dynamische Kompandierung und der Pseudo-Zufallszahlen erzeugt werden, und die acht wertniedrigeren Bits so gesetzt werden, daß sie gleich den digitalen Videodaten sind.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei

eine jede der zusammengesetzten Adressen eine Größe von dreizehn Bits besitzt, wobei die fünf werthöheren Bits auf der Basis der Auswahlsteuersignale für die statische/dynamische Kompandierung und der Pseudo-Zufallszahlen erzeugt werden, und die acht wertniedrigeren Bits so gesetzt werden, daß sie gleich den digitalen Videodaten sind;

ein jedes der Auswahlsteuersignale für die dynamische Kompandierung eine Größe von einem Bit besitzt; und

eine jede der steuerbaren Pseudo-Zufallszahlen eine Größe von fünf Bits besitzt.

15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei der Schritt (d) die Schritte zum Empfang von Ein-Bit-Auswahlsteuersignalen für das dynamische Kompandierungssystem, von Zwei- Bit-Auswahlsteuersignalen für das statische Kompandierungssystem und von Fünf-Bit-Pseudo-Zufallszahlen als Eingangssignale, und die Erzeugung der fünf werthöheren Bits einer jeden der zusammengesetzten Adressen umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15, wobei der Schritt (b) die Schritte zum Empfang der digitalen Videodaten und bedingungsweise die Erzeugung der Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem der mehreren Auswahlsteuersignale des statischen/dynamischen Kompandierungssystems umfaßt, wobei ein jedes der Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem erzeugt wird, wenn ein Potential-Quantisierungsfehler auf der Basis der empfangenen digitalen Videodaten ermittelt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein jedes der Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem erzeugt wird, wenn ein benachbarter Wertzustand in zumindest einer horizontalen oder einer vertikalen Abmessung von benachbarten Pixeln auf der Basis der empfangenen digitalen Videodaten ermittelt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein jedes der Auswahlsteuersignale für das dynamische Kompandierungssystem, die im Schritt (b) erzeugt werden, ein Ein-Bit-Freigabesignal ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei ein jedes der Auswahlsteuersignale für das statische Kompandierungssystem, die im Schritt (b) erzeugt werden, ein Zwei-Bit-Signal ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei der Videosteuerzähler, unter welchem die Pseudo-Zufallszahlen im Schritt (c) erzeugt werden, ein Fünf-Bit-Horizontal-Pixelzähler ist, wobei bei dessen horizontalen Pixelzählwerten einer horizontalen Zeile eines Videobildes die Pseudo- Zufallszahlen im Schritt (c) erzeugt werden.