DE69318516T2 - Vorrichtung zur Grössenkontrolle eines digitalen Videosignalkodes - Google Patents

Vorrichtung zur Grössenkontrolle eines digitalen Videosignalkodes

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Größensteuerung eines digitalen Videosignalkodes, welche zur Videobearbeitung und Übertragung unter Verwendung eines Mediums verwendet wird, welches das Video in einem digitalen Format speichert.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Mit den jüngsten Fortschritten in der Videokodierungstechnologie ist es möglich geworden, Videobildsignale unter Verwendung ausgewählter Merkmale menschlicher visueller Wahrnehmung effizient zu kodieren und zu komprimieren. Z.B. kann das JPEG-(Joint Photographic Experts Group)-Kompressionsverfahren Bildsignale auf etwa 1/20 der Größe des Quell-Bildsignals mit minimaler visueller Wahrnehmungs-Beeinträchtigung komprimieren.
  • Bei hochwirksamen Kompressionsverfahren wie diesen variiert jedoch die Datenm enge nach der Kodierung, d.h. die kodierte Datengröße, mit dem kodierten Bild. Eine Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal steuert den Kodierungsvorgang, so daß die kodierten Daten innerhalb einer festen Blockgröße gespeichert werden können. Ein Blockschaltbild dieser konventionellen Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal ist in Fig. 10 gezeigt.
  • Diese konventionelle Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal umfaßt einen Bildspeicher 1001, welcher das Quellen-Bildsignal speichert, eine JPEG-Kompressionsvorrichtung 1002, welche die tatsächliche Datenkompression handhabt, einen Standard-Nachschlagetabellen-Speicher 1003, welcher die Standard-Quantisierungstabelle speichert (ein bestimmtes Beispiel dieser ist in Fig. 11 gezeigt), einen Koeffizientenspeicher 1004 zum Speichern einer Realzahl, multipliziert mit jedem Element der in Fig. 11 gezeigten Standard-Quantisierungstabelle, einen Vorgabewertspeicher 1006, welcher den Vorgabewert "1" des Koeffizientenspeichers 1004 speichert, einen Kodegrößen-Komparator 1007 zum Vergleichen der aus der Kompression durch die JPEG-Kompressionsvorrichtung 1002 resultierenden Kodegröße mit der vorbestimmten Zielblockgröße, einen Summanden-Speicher 1008, welcher die Konstante "1" speichert, einen Addierer 1009, welcher den von dem Summanden-Speicher 1008 geholten Wert zu dem Wert addiert, der in dem Koeffizientenspeicher 1004 gespeichert ist, einen Auswahlschalter 1010 und einen Ausgabeschalter 1011.
  • Der Datenkompressionsalgorithmus der JPEG-Kompressionsvorrichtung 1002 ist beschrieben unter "DCT (discrete cosine transformation) based Systems" in dem "Draft (Revision 6) of the JPEG algorithm" (ISO/IEC, JTC1/5C2/WG8) vom 24. Juni 1990. Die in dem Standard-Quantisierungstabellenspeicher 1003 gespeicherten Parameter werden von dem Multiplizierer 1005 mit dem Wert in dem Koeffizientenspeicher 1004 multipliziert und die Produkte werden als die überarbeiteten Quantisierungstabellenwerte zu der JPEG-Kompressionsvorrichtung 1002 ausgegeben.
  • Der Auswahlschalter 1010 arbeitet wie folgt. Wenn das Bild in den Bildspeicher 1001 eingegeben wird, selektiert der Auswahlschalter 1010 den Eingang des Vorgabewert-Speichers 1006. Wenn der Kodierungsgrößenkomparator 1007 bestimmt, daß die Größe der von der JPEG-Kompressionsvorrichtung 1002 ausgegebenen, kodierten Daten größer als die Zielblockgröße ist, selektiert der Auswahlschalter 1010 den Eingang des Addierers 1009. Zu allen anderen Zeitpunkten schaltet der Auswahlschalter 1010 AUS, so daß sich der in dem Koeffizientenspeic her 1004 gespeicherte Wert nicht ändert.
  • Der Ausgabeschalter 1011 gibt das Kompressionsergebnis nur dann aus, wenn der Kodierungsgrößenkomparator 1007 bestimmt, daß die Größe der von der JPEG- Kompressionsvorrichtung 1002 ausgegebenen, kodierten Daten die Zielblockgröße nicht überschreitet. Die Wirkungsweise der in Fig. 10 gezeigten konventionellen Kodegrößen- Steuerungsvorrichtung för ein digitales Videosignal ist unten beschrieben.
  • Die Bilder werden vorübergehend in dem Bildspeicher 1001 gesammelt, während der Auswahlschalter 1010 selektiert, daß der Vorgabewertspeicher 1006 einen Wert von "1" in dem Koeffizientenspeicher 1004 einstellt. Die in der Standard- Quantisierungstabelle in Fig. 11 gezeigten Quantisierungstabellenwerte werden erhalten, da jedes der Elemente in dem Standard-Quantisierungstabellenspeicher 1003 mit dem Wert "1" von dem Koeffizientenspeicher 1004 multipliziert wird und diese Quantisierungstabellenwerte werden von der JPEG-Kompressionsvorrichtung 1002 verwendet, um das Bild in dem Bildspeicher 1001 zu komprimieren. Die komprimierte Kodegröße wird dann durch den Kodegräßenkomparator 1007 mit der vorbestimmten Zielblockgröße verglichen, und wenn die komprimierte Kodegröße größer als die Ziel blockgröße ist, stellt der Kodierungsgrößenkomparator 1007 den Auswahlschalter 1010 auf die Seite des Addierer 1009. Der Wert des Summanden- Speichers 1008 wird daher zu dem Wert von dem Koeffizientenspeicher 1004 addiert und resultiert in einem neuen Koeffizienten von 2. Die Quantisierungstabellendaten werden somit neu geschrieben und verdoppeln jeden der Parameter in der Standard-Quantisierungstabelle. Diese neuen Parameter werden dann von der JPEG-Kompressionsvorrichtung 1002 verwendet, um das Bild in dem Bildspeicher 1001 erneut zu komprimieren. Diese Folge von Abläufen wird wiederholt, bis der Kodegrößenkomparator 1007 feststellt, daß das Kompressionsergebnis die Zielblockgröße nicht überschreitet.
  • Wenn der Kodegrößenkomparator 1007 feststellt, daß das Kompressionsergebnis die Zielblockgröße nicht überschreitet, wird der Ausgabeschalter 1011 AN- geschaltet (hinter dem Ausgang der JPEG-Kompressionsvorrichtung 1002) und das Kompressionsergebnis wird ausgegeben.
  • Die konventionelle Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal gibt somit stets ein komprimiertes Bild aus, das kleiner als die vorbestimmte Zielblockgräße ist.
  • Da diese konventionelle Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal die Quelldaten kodiert und dann das Ergebnis mit der festen Blockgröße vergleicht, kann die Anzahl der erforderlichen Schleifen, damit das Kodierungsergebnis gleich der festen Blockgröße ist, nicht vorhergesagt werden, und die erforderliche Zeit zum Komprimieren und Kodieren eines einzelnen Bildes kann nicht vorherbestimmt werden.
  • Als Ergebnis ist eine Echtzeitkodierung innerhalb einer vorbestimmten fßsten Blockgröße nicht möglich, wenn schnell bewegende digitale Bilder, wie NTSC- oder PAL-Format-FernsehrundfunkBilder mit 60 oder 50 Teilbildern pro Sekunde, in eine konventionelle Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal, wie oben beschrieben, eingegeben werden.
  • Die DE-A-39 40 554 offenbart z.B. einen Kodierer mit einer Kodegrößensteuerung, wobei die Bildaktivität zur Berechnung eines Normalisierungsparameters für Transformationskoeffizienten verwendet wird.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kodegräßen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal zum Kodieren eines NTSC- und PAL- Format-Videobildes in Echtzeit auf eine feste Blockgräße anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 verwirklicht. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgend gegebenen, detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Dabei zeigen:
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild der Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 Wellenformen zum Beschreiben der Wirkungsweise des in Fig. 1 gezeigten Extrahierers für ein wirksames Teilbild, basierend auf dem vertikalen Synchronisationssignal;
  • Fig. 3 Wellenformen, welche Einzelheiten eines in Fig. 2 gezeigten Teiles zeigen;
  • Fig. 4 ein Diagramm, welches einen Beispielinhalt des in Fig. 1 gezeigten Nachschlagetabellen-Speichers zeigt;
  • Fig. 5 ein Zeitdiagramm einer Wirkungsweise der Vorrichtung in Fig. 1;
  • Fig. 6 ein Blockschaltbild der Kodegräßen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 7 ein detailliertes Blockschaltbild des in Fig. 6 gezeigten Nachschlagetabellen-Selektors;
  • Fig. 8 ein detailliertes Blockschaltbild des in Fig. 7 gezeigten kumulativen Speichers;
  • Fig. 9 ein Diagramm, welches einen Beispielinhalt des in Fig. 7 gezeigten Nachschlagetabellenspeichers zeigt;
  • Fig. 10 ein Blockschaltbild einer konventionellen Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal; und
  • Fig. 11 ein Diagramm, welches Beispielinhalte des Standard-Nachschlagetabellenspeichers in Fig. 10 zeigt.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal ist unten anhand von Fig. 1 beschrieben.
  • In Fig. 1 empfängt ein Extrahierer für ein wirksames Teilbild 101 ein NTSC- Eingangssignal 201 mitvideodaten und extrahiert ein Videosignal eines wirksamen Teilbildes 208, ein vertikales Synchronisationssignal 202 und das horizontale Synchronisationssignal 302. Dieser Vorgang wird detailliert in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 unten beschrieben.
  • In Fig. 2 erfaßt der Extrahierer für ein wirksames Teilbild 101 den vertikalen Synchronisationsimpuls in drei horizontalen Abtastperioden während der vertikalen Austastperiode des NTSC-Eingangssignals 201 und gibt das vertikale Synchronisationssignal 202 als Signal mit einem HIGH-Pegel während dieser Periode und als Signal mit einem LOW-Pegel während aller anderen Perioden aus.
  • In Fig. 3 ist ein Teil des NTSC-Eingangssignals 201 insbesondere in dem Kreis 203 in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Der Extrahierer für ein wirksames Teilbild 101 erfaßt die horizontalen Synchronisationsimpulse und erzeugt das horizontale Synchronisationssignal 302, dessen Signal während dieser Periode auf einem HIGH-Pegel ist und dessen Signal während aller anderen Perioden auf einem LOW-Pegel ist. Ein H-Zähler 1 und ein H-Zähler 2 beginnen die Zählung des Punkt- Taktes als Reaktion auf die ansteigende Flanke des horizontalen Synchronisationssignals 302. Der H-Zähler 1 erzeugt ein Ausgangssignal 303, welches an der ansteigenden Flanke des horizontalen Synchronisationssignals 302 einen LOW-Pegel aufweist und nach einer Periode HT1 einen HIGH-Pegel annimmt. Der H-Zähler 2 erzeugt ein Ausgangssignal 304, welches an der ansteigenden Flanke des horizontalen Synchronisationssignals 302 einen HIGH-Pegel aufweist und nach einer Periode HT2 einen LOW-Pegel annimmt. Das horizontale Extraktionssignal des wirksamen Bereichs 305, welches in der Periode H1 nach der ansteigenden Flanke des horizontalen Synchronisationssignals 302 ansteigt, welches für die Periode (HT2 - HT1) auf einem HIGH-Pegel bleibt und dann auf einen LOW-Pegel abfällt, wird erhalten durch Ausführen einer AND-Verknüpfung des Ausgangssignals 303 des H-Zählers 1 und des Ausgangssignals 304 des H-Zählers 2. Wenn der Punkt- Takt 14,3 MHz beträgt, HT1 = 200 und HT2 = 839, sind 640 Bildpunkte, ohne das Farb-Burstsignal einzuschließen, in dem Extraktionssignal des wirksamen Bereichs 305 in jeder Abtastzeile in der horizontalen Richtung vorhanden.
  • In Fig. 2 beginnen der V-Zähler 1 und der V-Zähler 2 das Zählen der ansteigenden Flanken des horizontalen Synchronisationssignals 302 mit der ansteigenden Flanke des vertikalen Synchronisationssignals 202. Der Ausgang 204 des V-Zählers list bei der ansteigenden Flanke des vertikalen Synchronisationssignals 202 LOW und wird nach einer Periode VT1 HIGH. Der Ausgang 205 des V-Zählers 2 ist bei der ansteigenden Flanke des vertikalen Synchronisationssignals 202 HIGH und wird nach einer Periode VT2 LOW. Das vertikale Extraktionssignal des wirksamen Bereichs 206, welches bei einer Periode VT1 nach der ansteigenden Flanke des vertikalen Synchronisationssignals 202 ansteigt, für die Periode (VT2 - VT1) HIGH bleibt und dann auf LOW abfällt, wird durch Ausführen einer AND-Verknüpfung des Ausgangssignals 204 des V-Zählers 1 und des Ausgangssignals 205 des V-Zählers 2 erhalten. Wenn VT1 = 18 und VT2 = 257, sind 240 vertikale Abtastzeilen in dem vertikalen Extraktionssignal des wirksamen Bereichs 206 enthalten, ohne die Austastperiode einzuschließen.
  • Das Extraktionssignal des wirksamen Bereichs 207 wird erhalten durch Ausführen einer AND-Verknüpfung des horizontalen Extraktionssignales des wirksamen Bereichs 305 und des vertikalen Extraktionssignals des wirksamen Bereichs 206. Das Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 des extrahierten Bereiches, der tatsächlich das Bildsignal enthält, wird erhalten durch Durchreichen des NTSC- Eingangssignals 201 nur dann, wenn das Extraktionssignal des wirksamen Bereichs 207 HIGH ist, und Nichtdurchreichen des NTSC-Eingangssignals 201, wenn das Extraktionssignal des wirksamen Bereichs 207 nicht HIGH ist. Es ist anzumerken, daß ein Teilbild in dem Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 240 Zeilen/Teilbild und 640 Punkte/Zeile umfaßt. Es ist ebenfalls anzumerken, daß jeder Bildpunkt nur das Luminanzelement umfaßt und durch acht Bits ausgedrückt ist.
  • Das Videosignal des wirksamen Teilbildes wird dann in einen FIFO-(first-in-first-out)- Speicher 102 mit drei Bereichen zum Speichern von drei Bildpunktdaten eingegeben. Der Rücksetzschalter 103 setzt zurück (ist AN), wenn das horizontale Synchronisationssignal 302 HIGH ist, um den FIFO-Speicher 102 zu löschen. Der FIFO-Speicher 102 speichert vorübergehend drei aufeinanderfolgende Bildpunkte aus dem Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 für jede Abtastzeile. Jeder der drei Bildpunktwerte in dem FIFO-Speicher 102 wird multipliziert mit Koeffizienten "-1", "2" und "-1", welche von den Koeffizientengeneratoren 104, 105 und 106 erzeugt werden und die Produkte werden von einem Addierer 107 summiert. Der Absolutwert des Ausgangssignals des Addierers 107 wird dann durch den Absolutwert-Extrahierer 108 erhalten und zur Akkumulation in einem kumulativen Speicher 109 an einen Addierer 112 angelegt. Der Wert des kumulativen Speichers 109 wird durch einen Rücksetzschalter 110 bei einer ansteigenden Flanke des vertikalen Synchronisationssignals 202 auf Null gelöscht. Ein Auswahlschalter 111 schaltet zu dem Nachschlagetabellenspeicher 113, wenn das vertikale Synchronisationssignal 202 HIGH ist, und schaltet zu allen anderen Zeitpunkten zu dem Addierer 112.
  • Da der Auswahlschalter 111 normalerweise zu dem Addierer 112 geschaltet ist, wird das Ausgangssignal des Absolutwert-Extrahierers 108 kontinuierlich zu dem Wert in dem kumulativen Speicher 109 addiert. Wenn das Addieren für ein Teil bild endet, schaltet der Auswahlschalter 111 zu dem Nachschlagetabellenspeic her 113 um, der mehrere Quantisierungstabellen für die Datenquantisierung enthält.
  • Es ist anzumerken, daß das Ausgangssignal des Absolutwert-Extrahierers 108 ansteigt, wenn die Differenz zwischen den drei in dem FIFO-Speicher 102 gespeicherten Bildpunkten zunimmt. Das durch Akkumulieren dieser Werte erhaltene Ausgangssignal des kumulativen Speichers 109 nimmt zu, wenn der Bildpunktwechsel über einem kompletten Teilbild zunimmt, d.h., wenn die Hochfrequenzkomponente der Raumfrequenz zunimmt, und sinkt, wenn die Luminanzwerte über dem einen Teilbild flacher werden, d.h., wenn die Hochfrequenzkomponente der Raumfrequenz abnimmt. Mit anderen Worten, wenn das Bild des Teilbildes einfach ist, wie ein rein weißes Bild, ist das Ausgangssignal des kumulativen Speichers 109 relativ niedrig, aber wenn das Bild des Teil bildes kompliziert ist oder viele Änderungen in Farben und Figuren aufweist, wie ein Schachbrettbild mit kleinen Quadraten mitverschiedenen Farben, ist das Ausgangssignal des kumulativen Speichers 109 relativ hoch. Der von dem kumulativen Speicher 109 ausgegebene Wert drückt daher die Stärke der Hochfrequenzkomponente in dem Teilbild aus; dieser Wert wird bezeichnet als "Hochfrequenzkomponentenstärke Q". Durch die Verwendung der Stärke Q wie von dem Schalter 111 am Ende jedes Teilbildes erzeugt, wird eine Nachschlagetabelle aus mehreren in dem Nachschlagetabellenspeicher 113 gespeicherten Nachschlagetabellen ausgewählt. Die ausgewählte Nachschlagetabelle wird auf eine JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 angewendet.
  • Der Inhalt des Nachschlagetabellenspeichers 113 ist in Fig. 4 gezeigt. Die Tabellen in Fig. 4 zeigen die Beziehung zwischen den von der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 verwendeten Quantisierungstabellendaten F und der Hochfrequenzkomponentenstärke Q, wenn die Datenkompression pro Teilbild auf weniger als 20kB verringert ist. Vor Auswählen einer Quantisierungstabelle aus dem Nachschlagetabellenspeicher 113 wird die Hochfrequenzkomponentenstärke Q zuerst durch 2¹&sup5; dividiert. Ist das Ergebnis 40, wird eine Quantisierungstabelle 401 selektiert und zu der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 ausgegeben. Wenn das Ergebnis der Division der Hochfrequenzkomponentenstärke Q durch 2¹&sup5; 96 ist, wird eine Quantisierungstabelle 402 selektiert und zu der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 ausgegeben. Wie in Fig. 4 erkennbar ist, weist jede Quantisierungstabelle 64 Quantisierungsparameter in 8x8-Matrixanordnung auf. Die 64 Quantisierungsparameter sind definiert als Pij (1≤i≤8, 1≤j≤8), wobei i die Spalte und j die Zeile darstellt. Somit ist in der Nachschlagetabelle 401 P&sub2;&sub3;= 13.
  • Das Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 wird an die JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 angelegt, welche den Kompressionsalgorithmus anwendet, der festgelegt ist in "DCT based systems" in "Draft (Revision 6) of the JPEG algorithm" (ISO/IEC, JTC1/SC2/WG8) vom 24. Juni 1990. Während der Verarbeitung eines Teil bild-Videosignals wird die gleiche ausgewählte Quantisierungsta beile F aus dem Nachschlagetabellenspeicher 113 wiederholt verwendet.
  • In dem von der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 verwendeten Kompressionsalgorithmus wird das Videosignal eines Teilbildes in mehrere Blöcke aufgeteilt, wobei jeder Block 8x8 Bildpunkte enthält. Ein diskreter Kosinustransformations(DCT)-Vorgang wird von einer DCT-Verarbeitungseinheit 11 4d mit einem Block zur Zeit ausgeführt, um 64 Koeffizienten in 8x8-Matrixanordnung im Frequenzbereich zu erzeugen. Die 64 Koeffizienten sind definiert als Cij (1≤i≤8, 1≤j≤8), wobei i die Spalte und j die Zeile darstellt. Die JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 weist einen Dividierer 114a zum Dividieren von Cij durch Pij auf, um reduzierte Koeffizienten C'ij zu erhalten. Mit anderen Worten, der Dividierer 114a führt die folgende Berechnung aus:
  • Cij : Pij = C'ij.
  • Ein Runder 114b ist ebenfalls in der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 vorgesehen, um die Zahlen hinter dem Dezimalpunkt in dem Quotienten C'ij zu beseitigen, um gerundete, verringerte Koeffizienten C"ij zu erzeugen. Somit sind viele gerundete, verringerte Koeffizienten C"ij gleich Null, insbesondere in dem rechten unteren Eckabschnitt der 8x8-Matrixanordnung. Somit weisen, wenn die gerundeten, verringerten Koeffizienten C"ij durch eine veränderbare Längenkodierungseinheit 114c kodiert werden, welche ebenfalls in der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 vorgesehen ist, die gesamte Datenlänge für das klare Bild und diejenige für das komplizierte Bild beide weniger als eine begrenzte Länge wie 20kB auf. Somit erzeugt die JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 ein kodiertes Signal G mit einer Datenlänge von etwa 20kB oder weniger für jedes Teilbild.
  • Der DCT-Vorgang wird für eine Anzahl von Blöcken in einem Teilbild wiederholt ausgeführt, aber unter Verwendung der gleichen, ausgewählten Quantisierungstabelle zum Verarbeiten des Videosignals in einem Teilbild. Zum Verarbeiten des Videosignals in dem nächsten Teilbild wird eine weitere, ausgewählte Quantisierungstabelle abhängig von der Hochfrequenzkomponentenstärke Q verwendet, welche von dem Schalter 111 erzeugt wird. Ein Beispiel einer JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 ist offenbart in "DCT (discrete cosine transformation) based systems" in dem "Draft (Revision 6) of the JPEG algorithm" (ISO/IEC, JTC1/SC2/WG8) vom 24. Juni 1990, auf welchen hier Bezug genommen wird.
  • Wenn die Hochfrequenzkomponentenstärke Q hoch ist, so daß das Teilbild eine starke, hohe Raumfrequenzkomponente aufweist, bedeutet dies, daß das Bild des Teilbildes nicht ein klares Bild, sondern ein kompliziertes Bild ist. Wenn das DCT- verarbeitete Videosignal dieses Teilbildes mit dem kqmplizierten Bild durch die gleichen Quantisierungsparameter Pij aufgeteilt ist, wie die für das Teilbild mit einem einfachen Bild verwendeten, werden die Dividenden Cij hoch, aber die Divisoren Pij werden relativ klein und führen zu einer größeren Kodierungsgröße nach der Kompression. Wenn z.B. die durch 2¹&sup5; dividierte Hochfrequenzkomponentenstärke Q 40 ist und das Signal unter Verwendung der Quantisierungsparameter in Tabelle 401 komprimiert wird, beträgt die komprimierte Größe etwa 20kB, wenn aber die durch 2¹&sup5; dividierte Hochfrequenzkomponentenstärke Q 96 ist und das Signal unter Verwendung der Quantisierungsparameter in Tabelle 401 komprimiert wird, wird die komprimierte Größe etwa 30kB.
  • Wenn die Hochfrequenzkomponentenstärke Q hoch ist, kann daher die Anzahl der gerundeten, verringerten Koeffizienten C"ij mit einem Wert gleich Null erhöht werden und verringert möglicherweise die durch die Kodierungseinheit mit veränderbarer Länge 114c kodierten Daten. Dies wird verwirklicht durch Ändern der Quantisierungsparameter Pij nach jeder Verarbeitung eines Teilbildsignals in der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114. Wenn somit die durch 2¹&sup5; dividierte Hochfrequenzkomponentenstärke Q 96 ist, kann eine Kodegröße von etwa 20kB durch Datenkompression unter Verwendung der in Tabelle 402 gezeigten, geeigneten Quantisierungsparameter erhalten werden.
  • Der FIFO-Speicher 102 liefert das Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 zur vorübergehenden Speicherung einesteilbild-Videosignals zu dem Teilbildspeicher 115. Wenn das durch den Teilbildspeicher 115 um eine vertikale Synchronisationsperiode verzögerte Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 ausgegeben wird, steigt das zu der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 abgegebene vertikale Synchronisationssignal 202 an. Das von dem Teilbildspeicher 115 ausgegebene Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 wird somit von der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 unter Verwendung der Quantisierungsdaten von der ausgewählten Quantisierungstabelle F komprimiert und das komprimierte Ergebnis wird als das komprimierte, kodierte Signal G ausgegeben.
  • Ein Zeitdiagramm für diesen Ablauf ist in Fig. 5 gezeigt.
  • Zum Zeitpunkt 501 wird das Videosignal des N. wirksamen Teilbildes 208 von dem Extrahierer für das wirksame Teilbild 101 ausgegeben.
  • Zum Zeitpunkt 502 schaltet der Auswahlschalter 111 und die Hochfrequenzkomponentenstärke Q für das N. Teilbild wird von dem kumulativen Speicher 109 ausgegeben.
  • Zum Zeitpunkt 503 wird die Quantisierungstabelle F für das N.Teilbild basierend auf der Hochfrequenzkomponentenstärke Q von dem Nachschlagetabellenspeicher 113 ausgegeben.
  • Zum Zeitpunkt 504 wird das um eine vertikale Synchronisationsperiode verzögerte Videosignal des wirksamen Teil bildes 208 von dem Teilbildspeicher 115 gleichzeitig mit dem Start des von dem Extrahierer für das wirksame Teilbild 101 ausgegebenen N. + 1 Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 ausgegeben.
  • Zum Zeitpunkt 505 wird das Videosignal des N. wirksamen Teilbildes 208 von der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 unter Verwendung der N. Quantisierungstabellendaten F komprimiert und das Ergebnis wird als das N.komprimierte, kodierte Signal G ausgegeben.
  • Durch dieses Extrahieren des Bereiches mit dem tatsächlichen Teilbild aus dem NTSC-Signal durch einen Extrahierer für ein wirksames Teilbild 101, Berechnen der Hochfrequenzkomponentenstärke Q unter Verwendung des FIFO-Speichers 102 und weiterer Komponenten, Erhalten der Quantisierungstabellendaten F aus dem Nachschlagetabellenspeicher 113 und Sicherstellen einer einwandfreien Korrelation zwischen dem Teilbild und den Quantisierungstabellendaten F durch den Teilbildspeicher 115 ist eine Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in der Lage, einen kontinuierlich eingegebenen NTSC-Signalstrom Teilbild für Teilbild in Echtzeit mit einer gewünschten Blockgröße zu komprimieren.
  • Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal ist unten anhand des in Fig. 6 gezeigten Blockschaltbildes beschrieben.
  • Wie in Fig. 6 gezeigt, wird das NTSC-Eingangssignal 201 in den Extrahierer für ein wirksames Teilbild 101 eingegeben, welcher das Signal des wirksamen Teilbildes 208 extrahiert, welches die Komponente des NTSC-Eingangssignals 201 ist, welche die tatsächlichen Videodaten enthält. Es ist anzumerken, daß der Extra hierer för das wirksame Teilbild 101 identisch mit dem in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist. Das aus dem NTSC-Eingangssignal 201 durch den Extrahierer für das wirksame Teilbild 101 extrahierte Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 umfaßt 240 Zeilen/Teilbild bei 640 Punkten/Zeile. Es ist ebenfalls anzumerken, daß jeder Bildpunkt nur das Luminanzelement umfaßt und durch acht Bits ausgedrückt ist.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform wird das Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 zu dem FIFO-Speicher 102 und ebenfalls zu einem XY-Positionierer für einen wirksamen Bildpunkt 602 ausgegeben.
  • Wenn das Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 in den XY-Positionierer 602 eingegeben wird, werden die Koordinaten (X, Y) des gegenwärtigen Bildpunktes ausgegeben, wobei X ein Wert zwischen 1 und 640 auf der X-Achse und Y ein Wert zwischen 1 und 240 auf der Y-Achse ist. Die Bildpunktkoordinaten-Daten (X, Y) werden als Bildpunktpositionssignal H ausgegeben.
  • Der Rücksetzschalter 103 setzt zurück (ist AN), wenn das horizontale Synchronisationssignal 302 HIGH ist, um den FIFO-Speicher 102 zu löschen. Der FIFO-Speicher 102 speichert vonibergehend drei aufeinanderfolgende Bildpunkte aus dem Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 für jede Abtastzeile. Jeder der Bildpunktwerte in dem FIFO-Speicher 102 wird mit den Koeffizienten 104, 105 und 106 multipliziert und die Produkte werden von dem Addierer 107 summiert. Der Absolutwert des Ausgangssignals des Addierers 107 wird dann durch den Absolutwertextrahierer 108 erhalten und an einen Quantisierungstabellenselektor 610 angelegt. Der Quantisierungstabellenselektor 610 gibt die Quantisierungstabelle F basierend auf dem Ausgangssignal des Absolutwert-Extrahierers 108, dem vertikalen Synchronisationssignal 202 und dem Bildpunkt-Positionssignal H aus.
  • Ein detailliertes Blockschaltbild des Quantisierungstabellenselektors 610 ist in Fig. 7 gezeigt.
  • In Fig. 7 werden das Ausgangssignal von dem Absolutwert-Extrahierer 108 und das Bildpunkt-Positionssignal H in einen Multiplexer 701 eingegeben, welcher das Ausgangssignal von dem Absolutwert-Extrahierer 108 auf vier kumulative Speicher 702, 703, 704 und 705 entsprechend dem Bildpunkt-Positionssignal H verteilt. Das vertikale Synchronisationssignal 202 wird ebenfalls in den kumulativen Speicher 702, 703, 704 und 705 und in den Modulo-4-Zähler 720 eingegeben. Das Ausgangssignal des Absolutwert-Extrahierers 108 wird einem der Speicher wie folgt zugeordnet.
  • Wenn die Koordinaten des Bildpunkt-Positionssignals H in (1≤X≤320) und (1≤Y≤120) sind, d.h., in dem oberen linken Viertel des Teilbildes, wird das Bildpunkt-Positionssignal H in den ersten kumulativen Speicher 702 eingegeben; sind sie in (321≤X≤640) und (1≤Y≤120), d.h., in dem oberen rechten Viertel des Teilbildes, in den zweiten kumulativen Speicher 703; sind sie in (1≤X≤320) und (121≤Y≤240), d.h., in dem unteren linken Viertel des Teilbildes, in den dritten kumulativen Speicher 704; und sind sie in (321≤X≤640) und (121≤Y≤240), d.h., in dem unteren rechten Viertel des Teilbildes, in den vierten kumulativen Speicher 705.
  • Jeder der kumulativen Speicher 702 - 705 weist einen in Fig. 8 gezeigten Aufbau auf.
  • In Fig. 8 wird das Ausgangssignal des Absolutwert-Extrahierers 609 durch den Multiplexer 701 zur Akkumulation in dem kumulativen Speicher 801 an den Addierer 804 angelegt. Der Wert des kumulativen Speichers 801 wird durch einen Rücksetzschalter 802 bei der ansteigenden Flanke des vertikalen Synchronisationssignales 202 auf Null gelöscht. Der Auswahlschalter 803 schaltet zu dem Addierer 804 um, wenn das vertikale Synchronisationssignal 202 LOW ist, und schaltet zum Erzeugen des Inhalts des kumulativen Speichers 801 aus dem kumulativen Speicher um, wenn das vertikale Synchronisationssignal 202 HIGH ist. Der Inhalt des von dem Auswahlschalter 803 erzeugten kumulativen Speichers 801 wird durch eine Verschiebeeinrichtung 805 um dreizehn Bits nach rechts verschoben. Das bitverschobene Signal ist das Ausgangssignal des kumulativen Speichers, welches die Hochfrequenzkomponentenstärke Q für einen entsprechenden Teilbildviertel- Bildbereich darstellt.
  • In Fig. 7 werden die gemeinsamen Logarithmen der Ausgangssignale des ersten, zweiten, dritten und vierten kumulativen Speichers 702, 703, 704 und 705 dann jeweils durch entsprechende Logarithmenoperatoren 706, 707, 708 und 709 erhalten. Die gemeinsamen Logarithmen werden dann von einem Addierer 710 addiert und die Logarithmensumme wird zu jedem der Dividierer 711, 712, 713 und 714 ausgegeben.
  • Das Ausgangssignal des ersten Logarithmenoperators 706 wird ebenfalls in den ersten Dividierer 711 eingegeben und durch das Ausgangssignal des Addierers 710 dividiert. Die Ausgangssignale der anderen Logarithmenoperatoren 707, 708 und 709 werden ebenso in die entsprechenden Dividierer 712, 713 und 714 eingegeben und durch das Ausgangssignal von dem Addierer 710 dividiert. Als Ergebnis drücken die Ausgangssignale der Dividierer 711, 712, 713 und 714 das Verhältnis jedes Logarithmusoperatorausgangssignals zu der Summe der Ausgangssignale der Logarithmenoperatoren 706, 707, 708 und 709 aus.
  • Die vorbestimmte Zielblockgröße für das vollständige Teilbild ist in dem Gesamtkodegrößenspeicher 715 gespeichert.
  • Das Ausgangssignal des ersten Dividierers 711 wird mit dem Ausgangssignal des Gesamtkodegrößenspeichers 715 durch einen ersten Mulitplizierer 716 multipliziert. Das Produkt 1 verteilt somit die Zielblockgröße des gesamten Teilbildes entsprechend dem Verhältnis des Logarithmus der Teilbild-Hochfrequenzkomponentenstärke Q. Dieser Wert wird während der Kompression des entsprechenden Teilbildes die Zielblockgröße und wird nachfolgend als "Teilbild-Zielblockgröße" bezeichnet.
  • Das Ausgangssignal des zweiten Dividierers 712 wird ebenso mit dem Ausgangssignal des Gesamtkodegrößenspeichers 715 durch den zweiten Multiplizierer 717 multipliziert, das Ausgangssignal des dritten Dividierers 713 wird durch den dritten Multiplizierer 718 mit dem Ausgangssignal des Gesamtkodegrößenspeichers 715 multipliziert und das Ausgangssignal des vierten Dividerers 714 wird durch den vierten Multiplizierer 719 mit dem Ausgangssignal des Gesamtkodegrtßenspeichers 715 multipliziert, um so die Teilbild-Zielblockgröße I für jedes der entsprechenden Teilbilder zu erhalten.
  • Der Modulo-4-Zähler 720 zählt mit hoher Geschwindigkeit von 0 bis 3, während der Wert des vertikalen Synchronisationssignals HIGH ist.
  • Wenn das Ausgangssignal des Modulo-4-Zählers 720 "0" ist, selektiert der Selektor 721 die Ausgangssignale der ersten kumulativen Speichersteuerung 702 und des ersten Multiplizierers 716 und gibt sie aus; bei "1" selektiert der Selektor 721 die Ausgangssignale der zweiten kumulativen Speichersteuerung 703 und des zweiten Multiplizierers 717 und gibt sie aus; bei "2" die Ausgangssignale der dritten kumulativen Speichersteuerung 704 und des dritten Multiplizierers 718; und bei "3" die Ausgangssignale der vierten kumulativen Speichersteuerung 705 und des vierten Multiplizierers 719. Die ausgewählten Teilbild-Ausgangssignale werden somit nacheinander in den Nachschlagetabellenspeicher 722 eingegeben, welcher mehrere Nachschlagetabellen speichert, die unterschiedliche Quantisierungsdaten enthalten. Aus der Mehrzahl der in dem Nachschlagetabellenspeicher 722 gespeicherten Nachschlagetabellen wird eine Nachschlagetabelle unter Verwendung der Teilbild-Hochfrequenzkomponentenstärke Qund der Teilbild-Zielblockgröße I als Adreßdaten selektiert. Der Inhalt des Nachschlagetabellenspeichers 722 ist teilweise in Fig. 9 gezeigt.
  • In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß die Teilbild-Hochfrequenzkomponentenstärke Q für den oberen linken Bildquadranten und den unteren linken Bildquadraten des Teilbildes 40 ist, die Teilbild-Hochfrequenzkomponentenstärke Q für den oberen rechten Bildquadranten und den unteren rechten Bildquadranten des Teilbildes 96 ist und die in dem Gesamtkodegrößenspeicher 715 gespeicherte Zielblockgröße für das gesamte Teilbild 18kB ist. Die Teilbild-Zielblockgröße für jeden der Teilbildbereiche ist unter Annahme dieser Parameter etwa 4kB für die linken oberen und unteren Quadranten und etwa 5kB für die rechten oberen und unteren Quadranten.
  • Wenn das Ausgangssignal des Modulo-4-Zählers 720 bei dem Teilbild-Hochfrequenzkomponentenstärken-Q-Wert von 40 0 ist und die Teilbiid-Zielblockgröße 14kB ist, selektiert und erzeugt der Nachschlagetabellenspeicher 722 selektierte Daten F, welche in diesem Fall die Quantisierungstabelle 901 sind. Die selektierte Quantisierungstabelle 901 wird durch den Multiplexer 723 gesendet und in einer selektierten Quantisierungstabelle 724 gespeichert.
  • Wenn das Ausgangssignal des Modulo-4-Zählers 720 1, 2 und 3 ist, selektiert und erzeugt der Nachschlagetabellenspeicher 722 ebenso entsprechend Quantisierungstabellen 904, 901 und 904. Die selektierten Quantisierungstabellen 904, 901 und 904 werden durch den Multiplexer 723 gesendet und in selektierten Quantisierungstabellenspeichern 725, 726 und 727 gespeichert. Der Multiplexer 723 leitet die selektierten Daten Fjeweils zu dem selektierten Quantisierungstabellenspeicher 724, 725, 726 und 727 weiter, wenn das Ausgangssignal des Modulo-4-Zählers 720 0, 1, 2 und 3 ist.
  • Der Selektor 728 wiederum gibt die Quantisierungstabellenparameter aus dem ersten selektierten Quantisierungstabellenspeicher 724 als das Ausgangssignal des Quantisierungstabellenselektors 610 aus, wenn die Koordinaten des Bildpunkt- Positionssignals H (1 ≤X≤320) und (1≤Y≤120) sind; die Quantisierungstabellenparameter aus dem zweiten selektierten Quantisierungstabellenspeicher 725, wenn die Koordinaten (321≤X≤640) und (1≤Y≤120) sind; die Parameter aus dem dritten selektierten Quantisierungstabellenspeicher 726, wenn die Koordinaten (1≤X≤320) und (121≤Y≤240) sind; und die Parameter aus dem vierten selektierten Quantisierungstabellenspeicher 727, wenn die Koordinaten (321≤X≤640) und (121≤Y≤240) sind.
  • In Fig. 6 wird das Videosignal des wirksamen Teilbildes 208 von der JPEG-Kompressionsvorrichtung 114 in der gleichen Weise komprimiert, wie oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben.
  • Als Ergebnis ist eine Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal gemäß dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung in der Lage, einen kontinuierlich eingegebenen NTSC-Signalstrom Teilbild für Teiibild in Echtzeit in einer festen Blockgröße zu komprimieren, auch wenn eine Vorbelegung in der räumlichen Hochfrequenzkomponente des gegenwärtigen Teilbildes vorhanden ist, nachdem der Bereich mit dem tatsächlichen Teilbild aus dem NTSC-Signal durch den Extrahierer für das Teilbild 101 extrahiert ist durch Berechnen der Teilbild Hochfrequenzkomponentenstärke Q unter Verwendung des FIFO-Speichers 102 und weiterer Komponenten, Zuordnen der geeigneten Teilbild-Hochfrequenzkomponentenstärke Q entsprechend dem berechneten Verhältnis, Erhalten einer geeigneten Quantisierungstabelle F, welche erlaubt, daß das Teilbiid innerhalb einer Teilbild-Zielblockgröße I aus dem Nachschlagetabellenspeicher 722 komprimiert wird, und Sicherstellen einer einwandfreien Korrelation zwischen dem Teilbild und den Quantisierungstabellendaten F durch den Teilbildspeicher 115.
  • Es ist offensichtlich, daß die so beschriebene Erfindung in vielfältiger Weise veränderbar ist. Solche Veränderungen werden als im Umfang der folgenden Ansprüche enthalten betrachtet.

Claims (4)

1. Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal zum Kodieren eines Videosignals, mit:
einem Teilbildspeicher (115) zum Speichern wenigstens eines Teilbildes des Videosignals;
einer Hochfrequenzkomponentenmeßeinrichtung (102, 112) zum Messen einer Hochfrequenzkomponentenstärke (Q) eines in dem Videosignal enthaltenen Bildes; einer Parametererzeugungseinrichtung (113) zum Erzeugen selektierter Parameter abhängig von der Hochfrequenzkomponentenstärke (Q); und
einer Kodierungseinrichtung (114) zum Kodieren des Videosignals in dem Teilbildspeicher (115) unter Verwendung der selektierten Parameter zum Erzeugen eines kodierten Videosignals eines Teilbildes innerhalb einer vorgewählten Datenlänge;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Parametererzeugungseinrichtung (113) einen Nachschlagetabellen-Speicher umfaßt, welcher mehrere Nachschlageta bellen enthält, wobei jede Tabelle mehrere Parameter Pij in einem Matrixformat enthält, wobei 1 eine Spalte darstellt und j eine Zeile darstellt, wobei die Hochfrequenzkomponentenstärke (Q) als Adresse zum Selektieren einer Nachschlagetabelle verwendet wird, wobei eine Nachschlagetabelle mit größeren Parametern aus den Nachschlagetabellen selektiert wird, wenn die Hochfrequenzkomponentenstärke (Q) zunimmt; und
die Kodierungseinrichtung (114) eine JPEG-Kompressionseinrichtung umfaßt, welche eine diskrete Kosinustransformationsverarbeitungseinrichtung (114d) zum Erzeugen mehrerer Koeffizienten Cij in einem Matrixformat beinhaltet, wobei i eine Spalte darstellt und j eine Zeile darstellt;
eine Divisionseinrichtung (114a) zum Dividieren der Koeffizienten Cij durch entsprechende Parameter Pij zum Erhalten reduzierter Koeffizienten C'ij;
eine Rundungseinrichtung (114b) zum Beseitigen der Zahlen hinter dem Dezimalkomma in den reduzierten Koeffizienten C'ij zum Erzeugen reduzierter Koeffizienten C"ij; und
eine variable Längenkodierungseinrichtung (114c) zum Kodieren der gerundeten, reduzierten Koeffizienten C"ij.
2. Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal nach Anspruch 1,
bei welcher die Hochfrequenzkomponentenmeßeinrichtung (102-112) umfaßt: eine Bildpunktspeichereinrichtung (102) zum Speichern einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Bildpunkte;
eine Gewichtungseinrichtung (104-106) zum Gewichten der in der Bildpunktspeichereinrichtung (102) gespeicherten Bildpunkte durch vorbestimmte Gewichtungswerte und zum Erzeugen gewichteter Werte;
eine Addiereinrichtung (107) zum Addieren der gewichteten Werte und zum Erzeugen einer Summe;
eine Absolutwerteinrichtung (108) zum Erhalten eines Absolutwertes der Summe; und
eine Akkumulationseinrichtung (109, 112) zum Akkumulieren des Absolutwertes der Summe, wobei die akkumulierte Summe als die Hochfrequenzkomponentenstärke (Q) erzeugt wird.
3. Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal nach Anspruch 1, mit einer Daten-Aufteilungseinrichtung (602, 701) zum Aufteilen des Videosignals eines Teilbildes in ein Videosignal mehrerer Sektionen und wobei die Hochfrequenzkomponentenmeßeinrichtung (102-112) und die Parametererzeugungseinrichtung (113) für jede der Sektionen vorgesehen sind.
4. Kodegrößen-Steuerungsvorrichtung für ein digitales Videosignal nach Anspruch 3, mit einer Kodegrößen-Belegungseinheit (715 - 719) zum Belegen einer Ziel- Kodegröße für jede Sektion basierend auf der Hochfrequenzkomponentenstärke (Q) der Sektion.
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