DE69414508T2

DE69414508T2 - Bildkompressions-, Bildwiedergabe- und Bildzeichengerät

Info

Publication number: DE69414508T2
Application number: DE69414508T
Authority: DE
Inventors: Masakazu C/O Int. Prop. Div. Sony Corp. Shinagawa-Ku Tokyo 141 Suzuoki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2014-09-14
Also published as: CA2131980C; EP0643530A3; TW243579B; KR950009410A; US5675667A; KR100329091B1; EP0643530A2; CA2131980A1; DE69414508D1; JP3442111B2; JPH0787489A; EP0643530B1

Description

Bildkompressionsvorrichtung, Bildwiedergabevorrichtung und Bildzeichenvorrichtung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildkompressionsvorrichtung, eine Bildwiedergabevorrichtung und eine Bildzeichenvorrichtung. Sie ist insbesondere auf komprimierte Bilddaten gerichtet, die dadurch erhalten werden, daß Original-Bilddaten in Blöcke aufgeteilt werden, deren jeder aus einer zuvor festgelegten Anzahl von Pixeln besteht, und durch Transformations-Codierung, Quantisierung und Codierung auf einer blockweisen Basis verarbeitet werden.
Die folgenden fünf Patentanmeldungen beziehen sich auf die vorliegende Anmeldung: EP-A-0 598 613, EP-A-0 599 579, EP-A-0 620 532, EP-A-0 632 407 und EP-A-0 633 533.
Bei einer gewissen konventionellen Fernsehspielvorrichtung werden zweidimensionale Bilddaten in einem rechteckigen Bildbereich abgebildet (hier als "Bruchteil" bezeichnet, zuweilen auch als "Kobold" bezeichnet): Die Bruchstücke bzw. -teile werden entsprechend den Formstücken eines Mosaiks auf einem Anzeigeschirm kombiniert, um ein Bild zu erzeugen. In solchen Systemen können Bilder nur als Kombinationen von zweidimensionalen Bildern erzeugt werden, die aus Bruchteilmustern produziert werden, welche zuvor gespeichert worden sind.
Das System zur Bildung oder zum Zeichnen eines Bildes unter Heranziehung eines derartigen Bruchteilmusters wird als ein Pseudofarbsystem bezeichnet, und es umfaßt in typischer Weise die Speicherung einer Vielzahl von Bruchteilmustern in einem Speicher. Das konventionelle Fernsehspielgerät erfordert einen großen Speicher zur Speicherung der Bruchteilmuster, die auf das Starten eines Videospieles hin wiedergegeben werden.
Jedes Bruchteilmuster umfaßt eine Matrix von Pixeln, die in einer 8-zu-8-Matrix bzw. -Anordnung angeordnet sind. Jeder Pixel weist einen Farbton auf, der durch Indexdaten repräsentiert ist, beispielsweise durch ein 8-Bit-Wort, wie dies in Fig. 1A veranschaulicht ist. Die Indexdaten werden als Adresse für eine Farbnachschlagtabelle (CLUT) herangezogen. Somit ist jedes Bruchteilmuster als eine 8 · 8-Matrix von Indexdaten gebildet.
Wie in Fig. 1B gezeigt, umfaßt die CLUT-Tabelle 256 Einträge entsprechend dem Adressierungsraum der 8-Bit-Indexdaten, wobei jeder Eintrag drei Farbwerte repräsentiert, wie als Daten für Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Die Nutzung der Indexdaten für jedes Bruchteilmuster anstatt der drei Farbwerte reduziert die Anzahl der Bits, die benötigt werden, um die Pixel in einem Bruchteilmuster anzugeben. Die Nutzung der CLUT-Tabelle reduziert die Anzahl an Speicherzugriffe, die erforderlich sind, wenn ein Bild gezeichnet wird, so daß eine Zeichenoperation mit höherer Geschwindigkeit vorgenommen werden kann.
In typischer Weise werden die Indexdaten der Bruchteilmuster durch eine diskrete Kosinus-Transformationsschaltung, eine Quantisierungsschaltung und eine Codierschaltung zur variablen Längencodierung für die Speicherung in dem Speicher komprimiert. Dies ermöglicht es, eine große Anzahl von Bruchteilmustern zu speichern, ohne einen Speicher mit einer hohen Speicherkapazität bereitzustellen.
Wenn ein Bild gezeichnet wird, wie in dem Fall, daß das Fernsehspiel begonnen wird, werden die komprimierten Bruchteilmuster beispielsweise von einer Platte in den Speicher gelesen, entsprechend einem in dem Fernsehspielgerät programmierten Software-Algorithmus expandiert und als Adressen an eine Farbnachschlagtabelle abgegeben. Die den Pixeln in den Bruchteilmustern entsprechenden Bilddaten werden aus der Farbnachschlagtabelle ausgelesen und an einen Video-RAM-Speicher mit wahlfreiem Zugriff abgegeben. Bilddaten, die eine Rastergröße haben, werden durch eine Vielzahl von Bruchteilmustern gebildet und an einen Fernsehempfänger abgegeben, um einen Ablauf des Fernsehspiels zu ermöglichen. Wie in Fig. 1C veranschaulicht, wird ein dem so verarbeiteten Bruchteilmuster entsprechendes Bild durch den Fernsehempfänger angezeigt.
Die Software-Algorithmen zum Komprimieren und Expandieren der Bruchteilmuster sind in typischer Weise durch die Speichergröße festgelegt. Diese Festlegung bzw. dieser Zwang begrenzt üblicherweise die Leistung, die erreicht werden kann.
Wenn die Indexdaten unter Heranziehung der konventionellen Technik der orthogonalen Transformation, der Quantisierung und der variablen Längencodierung komprimiert und dann expandiert bzw. gedehnt werden, zeigt sich die Neigung des Auftretens einer Datenverfälschung in den unteren Bits der Indexdaten. Da die Bilddaten von analogen Farbtönen nicht notwendigerweise in benachbarten Einträgen der Farbnachschlagtabelle gespeichert sind, führt die Datenverfälschung zu einer Differenz im Farbton zwischen dem Originalbild und dem decodierten (komprimierten und expandierten) Bild. Dieses Problem einer Differenz im Farbton ist bei einem sogenannten direkten Farbsystem nicht vorhanden, bei dem Bilddaten direkt kompressions-codiert, in einem Speicher gespeichert und expandiert werden, und zwar sogar dann, wenn die Original-Bilddaten während der Kompressions- und Expandierungsverarbeitung leicht verfälscht werden.
Je größer die Anzahl an Bruchteilmustern ist, die in dem Speicher gespeichert werden können, umso variationsreicher ist das Bild, das durch die Bruchteilmuster dargestellt wird. Es ist jedoch schwierig, ein Fernsehspielgerät für einen Haushaltgebrauch mit einem Speicher kosteneffektiv bereit zustellen, der über genügend Kapazität verfügt, um eine große Anzahl von Bruchteilmustern festzuhalten.
Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung JP-A-2.070.126 offenbart ein Bildkompressionssystem, bei dem Bilddaten vor einer Übertragung einer diskreten Kosinus-(DCT)-Transformation und Quantisierung unterzogen werden. Die komprimierten Daten werden dann außerdem vor der Übertragung decodiert und mit den Originaldaten verglichen, um eine Korrekturinformation zu erzeugen, die mit den Kompressionsdaten übertragen wird.
Die vorliegende Erfindung ist mit den zuvor erwähnten Nachteilen des Standes der Technik befaßt.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem mit der Bereitstellung einer Bildkompressionsvorrichtung, einer Bildwiedergabevorrichtung und einer Bildzeichenvorrichtung befaßt, wobei in diesen Vorrichtungen die Beschränkungen bzw. Zwänge hinsichtlich Software-Algorithmen für die Kompression und Dehnung von Bilddaten reduziert werden können.
Die vorliegende Erfindung ist ferner mit der Bereitstellung einer Bildkompressionsvorrichtung, einer Bildwiedergabevorrichtung und einer Bildzeichenvorrichtung befaßt, wobei in den betreffenden Vorrichtungen trotz Kompression der Original-Bilddaten die expandierten Bilddaten denselben Farbton zeigen wie die Original-Bilddaten, und zwar sogar dann, wenn das die Farbnachschlagtabelle verwendende Pseudofarbsystem verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem mit der Bereitstellung einer Bildkompressionsvorrichtung, einer Bildwiedergabevorrichtung und einer Bildzeichenvorrichtung befaßt, wobei kein übermäßiger Speicherbereich während der Wiedergabe der Bilddaten erforderlich ist.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung ist eine Bildkompressionsvorrichtung geschaffen, umfassend:
eine Vergleichseinrichtung für einen Vergleich von Original- Bilddaten mit decodierten Bilddaten zur Erzeugung eines Steuersignals;
eine Bitverschiebeeinrichtung zur Bitverschiebung der genannten Original-Bilddaten in Übereinstimmung mit dem genannten Steuersignal, bis das genannte Steuersignal anzeigt, daß die genannten decodierten Bilddaten mit den genannten Original-Bilddaten übereinstimmen;
eine Transformationseinrichtung für eine orthogonale Transformation der bitverschobenen Original-Bilddaten zur Erzeugung von Koeffizientendaten;
eine Quantisierungseinrichtung für eine Quantisierung der genannten Koeffizientendaten zur Erzeugung von quantisierten Daten;
und eine Decodiereinrichtung für ein Decodieren der genannten quantisierten Daten zur Erzeugung der genannten decodierten Bilddaten.
Die Original-Bilddaten können Indexdaten für ein Bruchteilmuster sein, wobei die betreffenden Indexdaten auf eine Farbnachschlagtabelle Bezug nehmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bildwiedergabevorrichtung geschaffen, umfassend:
eine Dequantisiereinrichtung für eine Dequantisierung von quantisierten Daten zur Erzeugung von wiedergewonnenen Koeffizientendaten;
eine Invers-Transformationseinrichtung für eine inverse orthogonale Transformation der genannten wiedergewonnenen Koeffizientendaten zur Erzeugung von bitverschobenen Bilddaten;
und eine Invers-Bitverschiebeeinrichtung für eine inverse Bitverschiebung der genannten bitverschobenen Bilddaten als Funktion eines Steuersignals, welches die genannten quan tisierten Daten begleitet, zur Erzeugung von decodierten Bilddaten.
Die an die Bildwiedergabevorrichtung abgegebenen quantisierten Daten können Indexdaten für ein Bruchteilmuster sein, die auf eine Farbnachschlagtabelle Bezug nehmen und, wie oben beschrieben, komprimiert worden sind.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bildzeichenvorrichtung geschaffen, umfassend:
eine Wiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe von komprimierten Bilddaten und Bitverschiebedaten von einem Aufzeichnungsträger;
eine Decodiereinrichtung, die eine Dequantisiereinrichtung für eine Dequantisierung der genannten komprimierten Daten zur Erzeugung von wiedergewonnenen Koeffizientendaten,
eine Invers-Transformationseinrichtung für eine inverse orthogonale Transformation der genannten wiedergewonnenen Koeffizientendaten zur Erzeugung von bitverschobenen Bilddaten und eine Invers-Bitverschiebeeinrichtung für eine inverse Bitverschiebung der genannten bitverschobenen Bilddaten als Funktion der genannten Bitverschiebedaten zur Erzeugung von decodierten Bilddaten enthält;
und eine Zeicheneinrichtung zur Formung der genannten decodierten Bilddaten zu Bilddaten für eine Anzeige durch eine Anzeigeeinrichtung.
Anhand von Zeichnungen werden besondere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nunmehr beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1A veranschaulicht Indexdaten für ein Bruchteilmuster.
Fig. 1B veranschaulicht eine Farbnachschlagtabelle, auf die durch die in Fig. 1A dargestellten Indexdaten Bezug genommen wird.
Fig. 1C veranschaulicht ein dem in Fig. 1A gezeigten Bruchteilmuster entsprechendes Bild.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Bildkompressionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine orthogonale Transformationsmatrix, die von der in Fig. 2 dargestellten Bildkompressionsvorrichtung verwendet wird.
Fig. 4 zeigt eine Quantisierungstabelle, die von der in Fig. 2 dargestellten Bildkompressionsvorrichtung verwendet wird.
Fig. 5 zeigt in einem Blockdiagramm einen lokalen Decoder der in Fig. 2 dargestellten Bildkompressionsvorrichtung.
Fig. 6 zeigt in einem Blockdiagramm eine Bildwiedergabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt in einem Blockdiagramm eine Bildzeichenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise in einer Bilddatenaufzeichnungs- und/oder -Wiedergabevorrichtung, in digitalen Videobandrecordern, in einem Fernseh-Telefon-System, in einem Telekonferenzsystem oder einer Telekonferenzeinrichtung einer Fernsehsendestation angewandt werden.
Digitale Bilddaten werden in einer ersten Iteration einer orthogonalen Transformation einer bestimmten Menge der Original-Bilddaten, wie als Indexdaten für ein Bruchteilmuster, komprimiert und die Transformationskoeffizienten werden quantisiert. Sodann werden die quantisierten Daten lokal decodiert, und die decodierten Daten werden mit den Original- Bilddaten verglichen. Wenn dabei keine Fehler auftreten, d. h. dann, wenn die decodierten Daten mit den Original-Bilddaten übereinstimmen, werden die quantisierten Daten einer variablen Längencodierung unterzogen, um komprimierte Daten für die Abgabe zu bilden, wie zur Aufzeichnung auf einem CD-ROM-Aufzeichnungsträger.
Wenn Fehler auftreten, dann wird eine nächste Iteration durchgeführt, bei der die Original-Bilddaten bit-verschoben und dann orthogonal transformiert werden, wobei die Transformationskoeffizienten quantisiert werden und wobei die quantisierten Daten lokal decodiert werden. Wie zuvor werden die decodierten Daten mit den Original-Bilddaten verglichen. Wenn keine Fehler vorliegen, werden die quantisierten Daten einer variablen Längencodierung unterzogen, um komprimierte Daten für die Abgabe zu bilden. Wenn indessen Fehler auftreten, werden sodann die Original-Bilddaten in einer nächsten Iteration weiter bit-verschoben, und der oben beschriebene Vorgang bzw. die beschriebene Verarbeitung wird solange wiederholt, bis keine Fehler auftreten.
Demgemäß können durch Einstellen der Größe der Bitverschiebung der Indexdaten Daten komprimiert und dann ohne Fehler aufgrund der Kompression wiedergewonnen werden. Eine derartige fehlerfreie Kompression wird hier als reversible Datenkompression bezeichnet.
Eine kürzere Länge von quantisierten Eingangs-Bilddaten, das heißt eine geringere Zahl an Bitverschiebung führt zu einer effizienteren Datenkompression. Wenn während einer lokalen Decodierung die Bilddaten vor einer Verschiebung gerundet werden, kann die Anzahl der erforderlichen Bitverschiebungen in dem Codierer verringert werden, beispielsweise um ein Bit, was zur Verbesserung des Kompressionswirkungsgrades beiträgt.
Mit einer reversiblen Datenkompression, wie sie durch die vorliegende Erfindung erzielt wird, weist das dekomprimierte Bild, welches auf einem Fernsehempfänger angezeigt wird, denselben Farbton auf wie das Originalbild.
Die Zwänge bzw. Einschränkungen hinsichtlich der Software- Algorithmen für die Kompression und Expandierung der Bruchteilmuster sind verringert, da die Codierung durch Hardware vorgenommen wird.
Nunmehr wird eine Bildkompressionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 2 zeigt eine Bildkompressionsvorrichtung, die eine CLUT- (Farbnachschlag)-Tabelle 1, eine Verschiebeeinrichtung 2, einen Komparator 3, eine eine orthogonale Transformation vornehmende orthogonale Transformationsschaltung 5, einen Quantisierer 6, einen Lauflängencodierer 7, einen lokalen Decoder 8, einen orthogonale Transformationsdaten speichernden orthogonalen Transformationsdatenspeicher 9, einen Quantisierungsdatenspeicher 10 und Ausgangsanschlüsse 11, 12, 13, 14 und 15 aufweist.
Die Farbnachschlag-(CLUT)-Tabelle 1 weist einen Pseudo-Farbdatenspeicher 1a zur Speicherung von 256 Gradationen von Farbdaten (Pseudofarbdaten) für jede der R-, G- und B-Farben sowie einen Indexspeicher 1b für die Speicherung von Indexdaten auf, welche Adressen für die in dem Pseudo-Farbdatenspeicher 1a gespeicherten Pseudo-Farbdaten angeben.
Zu Beginn einer Kompression wird der Pseudo-Farbdatenspeicher 1a derart betrieben, daß Pseudo-Farbdaten für Bruchteilmuster an dem Ausgangsanschluß 13 abgegeben werden, beispielsweise zur Übertragung zu einer CD-ROM hin.
Der Indexspeicher 1b wird derart betrieben, daß eine 8 · 8- Matrix von Indexdatenwörtern, welche Pixel eines Bruchteilmusters repräsentieren, an die Bit-Verschiebeeinrichtung 2 und den Komparator 3 abgegeben werden.
Der Komparator 3 arbeitet so, daß zunächst ein Verschiebedaten-Steuersignal an die Bit-Verschiebeeinrichtung 2 abgegeben wird, welche angibt, daß keine Bitverschiebung vorzunehmen ist und daß die Original-Indexdaten von dem Speicher 1b zu speichern sind. Der Komparator 3 arbeitet ferner so, daß die Wörter der gespeicherten Original-Indexdaten mit decodierten Datenwörtern verglichen werden, die ihm von dem lokalen Decoder 8 her zugeführt werden, und daß anschließend das Steuersignal für die Bit-Verschiebeeinrichtung 2 als Funktion des Vergleichs der Original-Indexdaten und der decodierten Daten modifiziert wird. Der Komparator 3 gibt außerdem das Verschiebedaten-Steuersignal an den lokalen Decoder 8 und an einem Ausgangsanschluß 15 ab.
Die Bit-Verschiebeeinrichtung 2 funktioniert so, daß jedes Wort der ihr zugeführten Indexdaten-Matrix um eine Größe verschoben wird, die durch das Steuersignal von dem Komparator 3 bestimmt ist. Bei der anfänglichen Iteration der in Fig. 2 dargestellten Kompressionsvorrichtung zeigt das Steuersignal keine Bit-Verschiebung an, so daß die Verschiebeeinrichtung 2 lediglich die Matrix bzw. Anordnung der Indexdaten zu der orthogonalen Transformationsschaltung 5 weiterleitet. Bei einer anschließenden Iteration kann das Steuersignal beispielsweise angeben, daß eine Verschiebung von zwei Bits erfolgen sollte, so daß die Verschiebeeinrichtung 2 das Wort um zwei Bits nach links verschiebt. Die Verschiebeeinrichtung 2 wird beispielsweise einen Wert von "1000 1111" zu 1000 1111 00" auf ein "Verschiebe-2-Bits"-Steuersignal hin verschieben.
Die Indexdaten-Matrix kann Wörter von der Länge von beispielsweise 8 Bits enthalten, und die verschobene Index- Datenmatrix A kann Wörter beispielsweise von der Länge von 16 Bits umfassen.
Die Anordnung bzw. Matrix A von Indexdaten, die durch die Bit-Verschiebeeinrichtung 2 selektiv verschoben ist, wird an die orthogonale Transformationsschaltung 5 abgegeben.
Der orthogonale Transformations-Datenspeicher 9 ist imstande, eine Matrix U von orthogonalen Transformationsdaten zu speichern, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist, und er ist imstande, diese Matrix an die orthogonale Transformationsschaltung 5 und an den lokalen Decoder 8 abzugeben.
Die orthogonale Transformationsschaltung 5 funktioniert so, daß sie die selektiv verschobene Anordnung bzw. Matrix A der Indexdaten in Übereinstimmung mit der orthogonalen Transformationsmatrix U einer orthogonalen Transformation unterzieht und die resultierende Matrix B von Transformationskoeffizienten an den Quantisierer bzw. die Quantisierungseinrichtung 6 abgibt. Die Schaltung 5 kann beispielsweise entsprechend der folgenden Gleichung arbeiten:
B = Ut · A · U,
wobei Ut so definiert ist, daß I = U · Ut ist, wobei I die Identitäts-Matrix Werte von 1 längs der Diagonalen von links oben bis rechts unten und sonst Werte von 0 aufweist.
Die orthogonale Transformationsschaltung 5 kann eine diskrete Kosinus-Transformation (DCT), eine Hadamard-Transformation, eine diskrete Sinus-Transformation, eine Karhunen-Loeve- Transformation, eine Schräg-Transformation oder eine andere orthogonale Transformation anwenden, wie dies vom Fachmann geschätzt wird.
Ein Quantisierungstabellen-Speicher 10 ist imstande, eine Tabelle von Quantisierungsschritten für die entsprechenden Werte der Transformationskoeffizientenmatrix zu speichern, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist, und diese Tabelle an die Quantisiereinrichtung 6 und an den lokalen Decoder 8 abzugeben. Die Quantisierungstabelle gibt unterschiedliche Quantisierungsgrade an, und zwar in Abhängigkeit von der Position eines Koeffizienten in der Koeffizientenmatrix.
Die Quantisiereinrichtung bzw. der Quantisierer 6 arbeitet so, daß die Transformationskoeffizientenmatrix in Übereinstimmung mit den entsprechenden Elementen der Quantisierungstabelle quantisiert wird und daß die quantisierten Daten an den lokalen Decoder 8 abgegeben werden. Nachdem die Iterationen der Vorrichtung gemäß Fig. 2 abgeschlossen sind, arbeitet die Quantisiereinrichtung 6 so, daß die quantisierten Daten an den Lauflängencoder 7 abgegeben werden.
Die orthogonalen Transformationsdaten und die quantisierten Daten, die für die Quantisierung eines Animations- bzw. Trickbildes herangezogen werden, unterscheiden sich von jenen, die zur Quantisierung eines natürlichen Bildes herangezogen werden. Die orthogonalen Transformationsdaten und die quantisierten Daten sind bekannt, bezüglich der nahezu alle Quantisierungskoeffizientendaten empirisch auf 0 gesetzt sein können. Die Quantisierungstabelle kann in Abhängigkeit davon verwendet werden, ob das zu quantisierende Bild ein Animations- bzw. Trickbild oder ein natürliches Bild ist. Die orthogonalen Transformationsdaten und die Quantisierungstabelle, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, sind so ausgelegt, daß nahezu sämtliche Indexdaten des Bruchteilmusters eines Animations- bzw. Trickbildes auf Null gesetzt sind.
Der lokale Decoder 8 funktioniert so, daß eine Decodierung, das heißt eine Dequantisierung, ein inverse orthogonale Transformation und eine inverse Bitverschiebung der ihm von der Quantisiereinrichtung 6 zugeführten quantisierten Daten entsprechend der Quantisierungstabelle von dem Speicher 10, der orthogonalen Transformationsmatrix vom Speicher 9 und der Verschiebedaten von der Bit-Verschiebeeinrichtung 2 durchgeführt wird, um decodierte Daten zu erzeugen, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 5 nachstehend im einzelnen erläutert wird, und um die decodierten Daten an den Komparator 3 abzugeben.
Bei jeder Iteration nimmt die in Fig. 2 dargestellte Kompressionsvorrichtung ein Auslesen, Bitverschiebungen, orthogonale Transformationen, ein Quantisieren und ein lokales Decodieren einer Reihe bzw. Matrix von Indexdaten vor und vergleicht die codierten Indexdaten mit den Original-Indexdaten. Die Kompressionsvorrichtung führt eine Iteration durch, erhöht die Größe der Bitverschiebung bei jeder Iteration solange, bis der Vergleich anzeigt, daß die codierten Indexdaten mit den Original-Indexdaten übereinstimmen, das heißt, daß jedes Wort der Original-Indexdaten genau in den decodierten Daten wiedergegeben wird. Eine Übereinstimmung tritt dann auf, wenn eine reversible Datenkompression möglich ist, nämlich dann, wenn die Werte der entsprechenden Worte des Originals und der decodierten Indexdaten dieselben sind.
Wenn der durch den Komparator 3 durchgeführte Vergleich zeigt, daß die Original-Indexdaten mit den decodierten Indexdaten übereinstimmen, dann gibt die Quantisiereinrichtung 6 die entsprechenden quantisierten Koeffizientendaten an den Lauflängencodierer 7 ab.
Der Lauflängencodierer 7 ist imstande, eine bestimmte Menge von reversibel komprimierten quantisierten Daten, beispielsweise eine Menge entsprechend einem Bruchteilmuster, zur Bildung von codierten Indexdaten einer variablen Längecodierung zu unterziehen, wobei die betreffenden codierten Indexdaten von derselben Länge für die jeweilige bestimmte Menge sind, und die codierten Indexdaten an einem Ausgangsanschluß 14 für eine weitere Verarbeitung abzugeben, wie für eine Aufzeichnung auf einem CD-ROM-Aufzeichnungsträger.
Da die Indexdaten aufgezeichnet werden, nachdem während der Kompression überprüft worden ist, daß eine reversible Wiedergabe möglich ist, entspricht das auf dem Fernsehempfänger angezeigte Bild den Bilddaten des Original-Bruchteilmusters, wodurch das Problem einer Differenz in Farbtönen zwischen dem Originalbild und dem angezeigten Bild nach der Kompression, Aufzeichnung und Dekomprimierung vermieden ist.
Die Anzahl der Pixel in einem Bruchteilmuster ist kein kritisches bzw. entscheidendes Merkmal. In entsprechender Weise ist die Größe der Farbnachschlagtabelle kein entscheidendes bzw. kritisches Merkmal.
Es können andere Bilddaten als Bruchteilmuster-Indexdaten komprimiert werden, welche eine Farbnachschlagtabelle indi zieren, solange die Bilddaten als Blöcke abgegeben werden, die eine bestimmte Anzahl von Pixeln umfassen.
Nunmehr wird der lokale Decoder 8 erläutert.
Fig. 5 zeigt einen Schaltungsaufbau für den lokalen Decoder 8, umfassend Eingangsanschlüsse 20, 25, 26, 27, eine Dequantisiereinrichtung 21, eine eine inverse orthogonale Transformation vornehmende Invers-Orthogonaltransformationsschaltung 22, eine Rundungsschaltung 23, eine Verschiebeeinrichtung 24 und einen Ausgangsanschluß 28.
Quantisierte Koeffizientendaten werden einem Eingangsanschluß 20 zugeführt, der in der Weise funktioniert, daß die quantisierten Koeffizientendaten an die Dequantisiereinrichtung 21 abgegeben werden.
Die in dem Quantisierungstabellen-Speicher 10 gespeicherte Quantisierungstabelle wird an dem Eingangsanschluß 25 abgegeben, der die Quantisierungstabelle an die Dequantisiereinrichtung 21 abgibt.
Die Dequantisiereinrichtung 21 ist imstande, die Quantisierungskoeffizientendaten unter Heranziehung der quantisierten Tabelle zu dequantisieren, um Transformationskoeffizienten zu bilden und um die Koeffizientendatenmatrix B an die eine inverse orthogonale Transformation vornehmende Invers-Orthogonaltransformationsschaltung 22 abzugeben.
Die in dem orthogonalen Transformationsspeicher 9 gespeicherte orthogonale Transformationsmatrix U wird dem Eingangsanschluß 26 zugeführt, der die orthogonale Transformationsmatrix an die eine inverse orthogonale Transformation vornehmende Invers-Orthogonaltransformationsschaltung 22 abgibt.
Die Invers-Orthogonaltransformationsschaltung 22 ist imstande, die Transformationskoeffizientenmatrix B einer inversen orthogonalen Transformation zu unterziehen, und zwar auf der Grundlage der orthogonalen Transformationsmatrix U, um eine Indexdatenmatrix A' zu erzeugen und um die Indexdaten an die Rundungsschaltung 23 abzugeben. Die Schaltung 22 kann beispielsweise entsprechend der folgenden Gleichung arbeiten:
A' = U · B · Ut
Da B = Ut · A · U ist, gilt folgendes:
A' = U · (Ut · A · U) · Ut = (U · Ut) · A · (U · Ut) = I · A · I A
Die Verschiebedaten von der Bit-Verschiebeeinrichtung 2 werden dem Eingangsanschluß 27 zugeführt, der die Verschiebedaten an die Rundungsschaltung 23 und die Verschiebeeinrichtung 24 abgibt.
Die Rundungsschaltung 23 ist imstande, einen durch die Verschiebedaten bestimmten Wert zu den Indexdaten von der Invers-Orthogonaltransformationsschaltung 22 hinzuzuaddieren, um gerundete Indexdaten zu bilden, und er ist imstande, die gerundeten Indexdaten an die Verschiebeeinrichtung 24, abzugeben. Wenn beispielsweise die Verschiebedaten eine 2-Bit- Verschiebung nach rechts anzeigen, dann wird der Wert "0000 0010" durch die Rundungsschaltung 23 hinzuaddiert. Die Rundung von Indexdaten durch die Rundungsschaltung 23 ermöglicht eine Reduzierung der Bitverschiebungsgröße durch die Verschiebeeinrichtung 2.
Die Verschiebeeinrichtung 24 ist imstande, die gerundeten Indexdaten einer inversen Verschiebung zu unterziehen, und zwar auf der Grundlage der Verschiebedaten, um decodierte Indexdaten zu bilden. Wenn beispielsweise die gerundeten Indexdaten gegeben sind mit "1000 1111 00" und die Verschiebedaten eine Verschiebung von zwei Bits anzeigen, dann bildet die Verschiebeeinrichtung 24 decodierte Indexdaten "1000 1111". Die Verschiebeeinrichtung gibt außerdem die decodier ten Indexdaten an einem Ausgangsanschluß 28 ab, der die decodierten Indexdaten dem Komparator 3 gemäß Fig. 2 liefert.
Nunmehr wird eine Bildwiedergabe-(Dekompressions-)-Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 6 veranschaulicht eine Bildwiedergabevorrichtung 33, umfassend Eingangsanschlüsse 40, 47, 48, 49, 50, einen Lauflängen-Decoder 41, einen Invers-Quantisierer 42, eine Invers- Orthogonaltransformationsschaltung 43, eine Rundungsschaltung 44, eine Verschiebeeinrichtung 45 und einen Speicher 46, der einen Pseudofarbdatenspeicher 46a und einen Indexdatenspeicher 46b aufweist.
Zu Beginn der Wiedergabe werden komprimierte Bilddaten von einer CD-ROM, quantisierte Daten, orthogonale Transformationsdaten, Pseudofarbdaten, Indexdaten und Verschiebedaten von der CD-ROM gelesen und den Eingangsanschlüssen 47, 48, 49, 40 bzw. 50 zugeführt, die imstande sind, die wiedergegebenen Daten der Dequantisiereinrichtung 42, der Invers- Orthogonaltransformationseinheit 43, dem Pseudofarbdatenspeicher 46a, dem Lauflängen-Decoder 41 bzw. der Verschiebeeinrichtung 45 zuzuführen.
Der Lauflängen-Decoder 41 ist imstande, die codierten quantisierten Koeffizientendaten von variabler Länge einer variablen Längen-Decodierung zu unterziehen und die decodierten Daten an die Dequantisiereinrichtung 42 abzugeben.
Die Dequantisiereinrichtung 42, die Invers-Orthogonaltransformationsschaltung 43, die Rundungsschaltung 44 sowie die Verschiebeeinrichtung 45 arbeiten generell in derselben Weise wie die entsprechenden Elemente des lokalen Decoders 8 gemäß Fig. 5 und werden hier der Kürze halber nicht beschrieben. Die Verschiebeeinrichtung 45 arbeitet so, daß invers verschobene Daten an den Indexdaten-Speicher 46b abgegeben werden.
Aus der CLUT-Tabelle 46 werden Bilddaten ausgelesen, um beispielsweise an einen Fernsehempfänger abgegeben zu werden. Insbesondere werden die das jeweilige Pixel des Bruchteilmusters repräsentierenden Indexdaten als Adresse dafür herangezogen, beispielsweise R-, G-, B-Farbdaten aus dem Pseudofarbdatenspeicher 46a als Bilddaten für das Pixel zu lesen.
Da bei der vorliegenden Erfindung die Expandierung der wiedergegebenen Daten durch Hardware erzielt wird, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist, kann die Expandierung schnell erfolgen. Ferner reduziert die Datenexpandierung gemäß der vorliegenden Erfindung die Zwänge bzw. Einschränkungen hinsichtlich der Software-Algorithmen, die für die Kompression und Expansion der Indexdaten genutzt werden.
Nunmehr wird eine Bildzeichenvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
In einer Bildzeichenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bild durch Wiedergabe und Dekomprimierung von Eingangs-Index-Bilddaten eines Bruchteilmusters eines zuvor festgelegten rechteckigen Bereiches gezeichnet, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung komprimiert worden ist, und die Indexbild-Daten werden unter Heranziehung einer Farbnachschlagtabelle in Daten für die Anzeige auf einem Fernsehanzeigeschirm konvertiert.
Fig. 7 veranschaulicht eine Bildzeichenvorrichtung, die eine Busleitung 30, eine Zentraleinheit bzw. einen zentralen Prozessor (CPU) 31, einen Hauptspeicher 32, einen Decoder 33, eine Direkt-Speicherzugriffs-Steuereinrichtung (DMAC) 34, ein Wiedergabesystem 35, ein Bildzeichensystem 36, einen Vollbildspeicher 37 sowie einen Digital-Analog-(D/A)-Wandler 38 aufweist.
Die Zentraleinheit bzw. CPU 31 ist imstande, den Betrieb der gesamten Bildzeichenvorrichtung zu steuern.
Zu Beginn einer Bildzeichenoperation arbeitet die CPU 31 so, daß das Wiedergabesystem 35 derart gesteuert wird, daß auf einer CD-ROM gespeicherte Daten wiedergegeben werden und daß die wiedergegebenen Daten an den Hauptspeicher 32 abgegeben werden. Die auf der CD-ROM gespeicherten Daten können beispielsweise komprimierte Indexdaten für Bruchteilmuster und zugehörige Quantisierungstabellendaten, orthogonale Transformationsmatrixdaten sowie wiedergegebene Verschiebedaten sein, wie dies oben beschrieben worden ist.
Die DMAC-Einrichtung 34 arbeitet so, daß das Schreiben der wiedergegebenen Daten von dem Wiedergabesystem 35 in den Hauptspeicher 32 gesteuert wird. Die DMAC-Einrichtung führt den Datentransfer zeitmultiplexmäßig aus, das heißt während der Zeit, während der die CPU 31 nicht über die Busleitung 30 zugreift.
Der Decoder 33 weist einen Pufferspeicher auf. Wenn ein Leerraum im Pufferspeicher vorhanden ist, arbeitet der Decoder 33 so, daß er eine Dateneinlese-Anforderung an die DMAC-Einrichtung 34 abgibt.
Die DMAC-Einrichtung 34 spricht auf die Dateneinleseanforderung von dem Decoder 33 dadurch an, daß sie das Auslesen von Daten, die von der CD-ROM wiedergegeben und die in dem Hauptspeicher 32 gespeichert sind, sowie das Einschreiben der wiedergegebenen Daten in den Decoder 33 steuert.
Der Decoder 33 weist ferner beispielsweise die in Fig. 6 gezeigte Bildwiedergabevorrichtung auf, und er funktioniert so, daß Bilddaten aus den wiedergegebenen Daten gebildet werden, die ihm von dem Hauptspeicher 32 zugeführt werden, und daß die Bilddaten temporär in seinen Pufferspeicher geschrieben werden. Wenn der Pufferspeicher gefüllt ist, arbeitet der Decoder 33 so, daß eine Datenausleseanforderung an die DMAC- Einrichtung 34 abgegeben wird.
Die DMAC-Einrichtung 34 spricht auf die von dem Decoder 33 her angeforderten Auslesedaten dadurch an, daß das Auslesen der Bilddaten aus dem Pufferspeicher des Decoders 33 und das Einschreiben der ausgelesenen Bilddaten in den Hauptspeicher 32 gesteuert wird.
Die Bildzeichenschaltung 36 arbeitet so, daß an die DMAC-Einrichtung 34 eine Bilddateneinleseanforderung abgegeben wird.
Die DMAC-Einrichtung 34 spricht auf die Bilddateneinleseanforderung von der Bildzeichenschaltung 36 dadurch an, daß das Auslesen der in dem Hauptspeicher 32 gespeicherten Bilddaten und das Einschreiben der Bilddaten in die Schaltung 36 gesteuert werden.
Die Bildzeichenschaltung arbeitet so, daß die Bilddaten von dem Hauptspeicher 32 in einem Vollbild von Bilddaten gebildet werden und daß das Vollbild der Bilddaten an den Vollbildspeicher 37 abgegeben wird.
Der Vollbild-Speicher 37 ist imstande, temporär zumindest ein Vollbild von Bilddaten von der Bildzeichenschaltung 36 zu speichern und das Vollbild an den D/A-Wandler 38 abzugeben, der derart funktioniert, daß das Vollbild der Bilddaten in analoge Signale umgesetzt wird und daß die analogen Signale an einen Fernsehempfänger abgegeben werden.
Somit kann ein den von der CD-ROM wiedergegebenen komprimierten Indexdaten entsprechendes Bild in dem Fernsehempfänger wiedergegeben werden.
Da die Busleitung 30 für die zeitmultiplexmäßige Datenübertragung durch die DMAC-Einrichtung 34 benutzt wird, können die oben beschriebenen Wiedergabe- und Anzeigeoperationen generell ohne Eingreifen durch die CPU 31 erfolgen. Damit ist die Verarbeitungsbelastung auf die CPU 31 verringert.
Da Bilddaten unter Heranziehung der DMAC-Einrichtung in den Speicher geschrieben oder aus diesem gelesen werden, um an die Bildzeicheneinrichtung abgegeben zu werden, kann das den Bilddaten entsprechende Bild ohne Einbeziehung der Zentraleinheit bzw. CPU gezeichnet werden, so daß es möglich ist, einen eine große Kapazität aufweisenden Speicher, wie einen Video-RAM-Speicher, für die Speicherung der Bilddaten von der Speichereinrichtung wegzulassen bzw. zu eliminieren.
Bei den Wiedergabe- und Anzeigeoperationen ist ein eine große Kapazität aufweisender Speicher, wie ein Video-RAM-Speicher für die Speicherung von Bilddaten von dem Hauptspeicher 32 nicht erforderlich. Deshalb kann eine große Anzahl von Bruchteilmustern zur Bildung eines Bildes herangezogen werden, was zu einem varationsreicheren Bild führt. Überdies sind die Software-Kompressions- und -Expansions-Algorithmen durch die Speichergröße nicht eingeengt.
Bei den Wiedergabe- und Anzeigeoperationen werden die auf der CD-ROM aufgezeichneten Daten derart komprimiert, daß eine reversible Wiedergabe, wie oben beschrieben, ermöglicht ist. Demgemäß stimmt das angezeigte Bild mit dem Originalbild überein, das heißt Differenzen im Farbton zwischen dem Originalbild und dem angezeigten Bild sind eliminiert.
Mit der Bildzeichenvorrichtung ist es möglich, auf einem Anzeigeschirm ein Bild zu zeichnen, das vollständig koinzident ist mit den einer vorherigen Kompression unterzogenen Eingangsbilddaten, und zwar ungeachtet der Tatsache, daß die Bilddaten komprimiert und unter Heranziehung der Farbnachschlagtabelle wiedergegeben sind.

Claims

1. Bildkompressionsvorrichtung umfassend:

eine Vergleichseinrichtung (3) für einen Vergleich von Original-Bilddaten mit decodierten Bilddaten zur Erzeugung eines Steuersignals;

eine Bitverschiebeeinrichtung (2) zur Bitverschiebung der genannten Original-Bilddaten in Übereinstimmung mit dem genannten Steuersignal, bis das genannte Steuersignal anzeigt, daß die genannten decodierten Bilddaten mit den genannten Original-Bilddaten übereinstimmen;

eine Transformationseinrichtung (5) für eine orthogonale Transformation der bitverschobenen Original-Bilddaten zur Erzeugung von Koeffizientendaten;

eine Quantisierungseinrichtung (6) für eine Quantisierung der genannten Koeffizientendaten zur Erzeugung von quantisierten Daten;

und eine Decodiereinrichtung (8) für ein Decodieren der genannten quantisierten Daten zur Erzeugung der genannten decodierten Bilddaten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte Decodiereinrichtung derart betrieben ist, daß die genannten quantisierten Daten in Übereinstimmung mit dem genannten Steuersignal decodiert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die genannte Decodiereinrichtung eine Dequantisiereinrichtung (21) für ein Dequantisieren der genannten quantisierten Daten zur Erzeugung von wiedergewonnenen Koeffizientendaten, eine Invers-Transformationseinrichtung (22) für eine inverse orthogonale Transformation der genannten wiedergewonnenen Koeffizientendaten zur Erzeugung von bitverschobenen Bilddaten und eine Invers-Bild- Verschiebeeinrichtung (24) für eine inverse Bitverschiebung der genannten bitverschobenen Bilddaten in Übereinstimmung mit dem genannten Steuersignal zur Lieferung der genannten decodierten Bilddaten enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die genannte Decodiereinrichtung ferner eine Rundungseinrichtung (23) zum Addieren eines Wertes auf der Grundlage des genannten Steuersignals zu den genannten bitverschobenen Bilddaten zur Erzeugung von gerundeten Daten enthält

und wobei die genannte Invers-Verschiebeeinrichtung derart betrieben ist, daß eine inverse Bitverschiebung der genannten gerundeten Daten zur Erzeugung der genannten decodierten Bilddaten erfolgt.

5. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die genannte Transformationseinrichtung derart betrieben ist, daß eine orthogonale Transformation der genannten verschobenen Original-Bilddaten als Funktion einer orthogonalen Transformationsmatrix erfolgt,

und wobei die genannten Decodiereinrichtung derart betrieben ist, daß die genannten quantisierten Daten als Funktion der genannten orthogonalen Transformationsmatrix decodiert werden.

6. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, umfassend ferner eine Codiereinrichtung (7) für eine variable Längencodierung der genannten quantisierten Daten zur Erzeugung von komprimierten Bilddaten.

7. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die genannten Original-Bilddaten ein Bruchteilmuster repräsentieren.

8. Bildwiedergabevorrichtung umfassend:

eine Dequantisiereinrichtung (42) für eine Dequantisierung von quantisierten Daten zur Erzeugung von wiedergewonnenen Koeffizientendaten;

eine Invers-Transformationseinrichtung (43) für eine inverse orthogonale Transformation der genannten wiedergewonnenen Koeffizientendaten zur Erzeugung von bitverschobenen Bilddaten;

und eine Invers-Bitverschiebeeinrichtung (45) für eine inverse Bitverschiebung der genannten bitverschobenen Bilddaten als Funktion eines Steuersignals, welches die genannten quantisierten Daten begleitet, zur Erzeugung von decodierten Bilddaten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, umfassend ferner eine Rundungseinrichtung (44) zum Addieren eines Wertes auf der Grundlage des genannten Steuersignals zu den genannten bitverschobenen Bilddaten zur Erzeugung von gerundeten Daten, und wobei die genannte Invers-Bitverschiebeeinrichtung derart betrieben ist, daß eine inverse Bitverschiebung der genannten gerundeten Daten zur Erzeugung der genannten decodierten Bilddaten erfolgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, umfassend ferner eine Decodereinrichtung (41) für eine variable Längendecodierung komprimierter Bilddaten zur Erzeugung der genannten quantisierten Daten.

11. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die genannten decodierten Bilddaten ein Bruchteilmuster präsentieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die genannten decodierten Bilddaten Indexdaten sind, und umfassend ferner einen Speicher (1) zum Speichern von Farbdaten (CLUT) unter entsprechenden Adressen und zum Auslesen der gespeicherten Farb daten unter Adressen, die durch die genannten Indexdaten angegeben sind.

13. Bildzeichenvorrichtung umfassend:

eine Wiedergabeeinrichtung (35) zur Wiedergabe von komprimierten Bilddaten und Bitverschiebedaten von einem Aufzeichnungsträger;

eine Decodiereinrichtung (33), die eine Dequantisiereinrichtung für eine Dequantisierung der genannten komprimierten Daten zur Erzeugung von wiedergewonnenen Koeffizientendaten, eine Invers-Transformationseinrichtung für eine inverse orthogonale Transformation der genannten wiedergewonnenen Koeffizientendaten zur Erzeugung von bitverschobenen Bilddaten, und eine Invers-Bitverschiebeeinrichtung für eine inverse Bitverschiebung der genannten bitverschobenen Bilddaten als Funktion der genannten Bitverschiebedaten zur Erzeugung von decodierten Bilddaten enthält;

und eine Zeicheneinrichtung (36) zur Formung der genannten decodierten Bilddaten zu Bilddaten für eine Anzeige durch eine Anzeigeeinrichtung.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, umfassend ferner eine Speichereinrichtung (32) zur Speicherung der wiedergegebenen komprimierten Bilddaten und der Bitverschiebedaten sowie eine Steuereinrichtung (34) zur Steuerung des Schreibens der genannten wiedergegebenen komprimierten Bilddaten und der Bitverschiebedaten von der genannten Wiedergabeeinrichtung in die Speichereinrichtung und zur Steuerung eines Lesens der gespeicherten komprimierten Bilddaten und der Bitverschiebedaten aus der Speichereinrichtung zu der genannten Decodiereinrichtung hin.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die genannte Speichereinrichtung außerdem derart betrieben ist, daß die genannten decodierten Bilddaten gespeichert werden, und wobei die genannte Steuereinrichtung ferner derart betrieben ist, daß das Schreiben der genannten decodierten Bilddaten von der genannten Decodiereinrichtung in die genannte Speichereinrichtung und das Lesen der gespeicherten decodierten Bilddaten aus der genannten Speichereinrichtung zu der genannten Zeicheneinrichtung hin gesteuert wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, umfassend ferner eine Speichereinrichtung zur Speicherung der decodierten Bilddaten und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schreibens der genannten decodierten Bilddaten von der genannten Decodiereinrichtung in die genannte Speichereinrichtung und zur Steuerung des Lesens der gespeicherten decodierten Bilddaten von der genannten Speichereinrichtung zu der genannten Zeicheneinrichtung hin.

17. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die genannte Decodiereinrichtung ferner eine Rundungseinrichtung zum Addieren eines Wertes auf der Grundlage der genannten Bitverschiebedaten zu den genannten bitverschobenen Bilddaten zur Erzeugung von gerundeten Daten enthält und wobei die genannte Invers-Bitverschiebeeinrichtung derart betrieben ist, daß eine inverse Bitverschiebung der genannten gerundeten Daten zur Erzeugung der genannten decodierten Bilddaten erfolgt.