DE69434018T2 - Bildkodierungsverfahren und -vorrichtung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bildcodierverfahren und eine Bildcodiervorrichtung und insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Bildcodierverfahren und eine Bildcodiervorrichtung zum Ermitteln eines Skaliertaktors gemäß einer Komplexität und zum anschließenden Quantisieren des Bildes, um Bilder mit unterschiedlichen Komplexitäten mit einer konstanten Bitrate zu codieren.
  • Aufgrund der jüngsten Fortschritte im Bereich der Computer, bei der Halbleiterherstellung und in der digitalen Signalverarbeitung haben sich auch die Speicher- und Kommunikationstechniken in letzter Zeit rapide weiterentwickelt. Diese neuen Entwicklungen verlangen nach verbesserten Verfahren zum effizienten Speichern von Bildinformationen auf einem Aufnahmemedium und zum Verbessern der Qualität eines reproduzierten Bildes in einer digitalen Bildvorrichtung wie etwa einem digitalen Videorecorder, einem hochauflösenden Fernseher, einer digitalen Videokamera, einem Videotelefon oder einem Fernseh-Telefon-Set. Ein digitales Bildsignal umfasst hierbei eine viel größere Datenmenge als ein analoges Bildsignal, weshalb zur effizienten Nutzung des Aufnahmemediums und der Kommunikationskanäle eine Kompression der Bilddaten notwendig ist. Verfahren zur Bildsignal-Kompression beinhalten das Verfahren der diskreten Kosinustransformation (DCT) und ein Verfahren zum Codieren mit variabler Länge (VLC).
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer herkömmlichen Bildsignal-Codiervorrichtung darstellt. In 1 empfängt eine DCT-Einheit 11 als Eingabe einen Zeitbereich-Bildblock mit einer konstanten Größe (z.B. 8×8) und erzeugt 64 diskrete Kosinus-Koeffizienten im Frequenzbereich. Ein Quantisierer 12 quantisiert die von DCT-Einheit 11 ausgegebenen diskreten Kosinus-Koeffizienten mit einer vorgegebenen Quantisierungsschritt-Größe. Anschließend erzeugt eine VLC-Einheit 13 in der Länge variable Codierdaten, so dass Daten von geringerer Quantität (bzw. Daten, deren Informationswert geringer ist) weniger Bits zugewiesen werden und Daten von größerer Quantität (bzw. Daten, deren Informationswert höher ist) mehr Bits zugewiesen werden.
  • Dadurch wird die Anzahl der für das Codieren notwendigen Bits minimiert. Da die Länge der von VLC-Einheit 13 ausgegebenen Daten nicht konstant ist, werden diese Daten vorübergehend in einem Puffer 14 gespeichert, so dass codierte Daten mit einer konstanten Bitrate ausgegeben werden können.
  • Bei Verfahren, die dem Stand der Technik entsprechen, unterteilt DCT-Einheit 11 ein Eingabebild in kleinere Bilder mit einer Größe von 8×8 Blocks und verarbeitet anschließend jeden unterteilten Bildblock unabhängig. Quantisierer 12 quantisiert die DCT-Koeffizienten mit einer Quantisierungsschritt-Größe, die sich aus dem Zustand von Puffer 14 und der Komplexität des gerade anliegenden Eingabebildes ergibt. Falls der Unterschied in den Quantisierungsschritt-Größen von aneinander grenzenden Blöcken groß ist, geht daher die Korrelation zwischen aneinander grenzenden Blöcken entlang der Grenzen verloren. Dies führt zu einem „Blockeffekt"-Phänomen.
  • Wird die Quantisierung der entsprechenden Makroblöcke mit einer konstanten Quantisierungsschritt-Größe durchgeführt, treten im Bild zudem uneinheitlich Fehler auf, da die Komplexität eines jeden Blocks unterschiedlich ist – selbst innerhalb eines bestimmten Einzelbildes. Diese Fehler bilden Artefakte aus, wodurch sich die Bildqualität eines bestimmten Gebiets verschlechtert. Um das Auftreten von derartigen Artefakten zu verhindern, ist es daher unablässig, eine geeignete Quantisierungsschritt-Größe zu bestimmen.
  • Da die Codelänge, die beim Codieren mit variabler Länge erzeugt wird, variabel ist, wird das Reproduzieren andererseits schwierig, wenn besondere Reproduzier-Funktionen ausgeführt werden, wie etwa das Hochgeschwindigkeits-Suchen. Dementsprechend muss die Bitmenge so gesteuert werden, dass sie ständig konstant bleibt. Zudem wird die Quantisierungsschritt-Größe in der Quantisiereinheit durch einen Skalierfaktor bestimmt, der ein wichtiger Parameter zur Bestimmung der Bitrate ist, und der wiederum gleichzeitig die Kompressionsrate bestimmt und die Auflösung des Bildes beeinflusst.
  • Wird wie in 1 gezeigt ein Puffer zum Bereitstellen einer konstanten Bitrate verwendet, können jedoch abhängig von der Komplexität eines Einzelbildes Schwierigkeiten in der Bitzuweisung für ein bestimmtes Gebiet (oder einen Makroblock) auftreten, da die Quantisierungsschritt-Größe durch das Fülleverhältnis des Puffers gesteuert wird.
  • EP-A-0.554.871 (Sony Corporation) enthüllt das Ausbilden eines codierten digitalen Bildes durch das Platzieren einer ganzzahligen Nummer eines Makroblocks, die orthogonal transformierte Bilddaten für einen bestimmten Bereich des Bildes darstellt, in einen Sync-Block. Wird ein Sync-Block mit Hochgeschwindigkeit reproduziert, entsprechen die reproduzierten Daten einem darstellbaren Teil des Bildes mitsamt DC-Komponenten sowie sowohl hoch- als auch tieffrequenten AC-Komponenten.
  • Des weiteren enthüllt das United-States-Patent Nr. 5.253.075 ein Bildsignal-Codier/Decodier-System, das nach dem Erfassen der Komplexität eines DCT-Transformations-Blocks die Quantisierungsschritt-Größe des Quantisierers entsprechend des Verhältnisses von aneinander grenzenden DCT-Transformations-Blöcken adaptiv steuert, um so das Blockeffekte-Phänomen abzumildern. In einer solchen Vorrichtung wird die Komplexität eines Bildes basierend auf den Informationen im Frequenzbereich erfasst, um so die Quantisierungsschritt-Größe zu steuern. Dieses dem Stand der Technik entsprechende Bild-Codier/Decodier-System stellt jedoch keine Einrichtung zum Codieren eines bestimmten Blocks (oder Makroblocks) mit einer konstanten Bitrate bereit.
  • Dementsprechend ist ein Ziel von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen eines Bildcodierverfahrens zum Bestimmen eines Skaliertaktors, wobei codierte Bilddaten eine konstante Bitrate besitzen, die adaptiv ist zu einer Komplexität, die für jeden aus einer vorgegebenen Anzahl von Einzelblöcken bestehenden Teilblock bestimmt wurde.
  • Ein weiteres Ziel ist das Bereitstellen eines Bildcodierverffahrens zum Steuern der Quantisierungsschritt-Größe, die adaptiv ist zur pro Makroblock im Raumbereich und im Frequenzbereich erfassten Komplexität.
  • Ein weiteres Ziel ist das Bereitstellen einer Bildcodiervorrichtung zum Ermitteln eines Skalierfaktors, der adaptiv ist zur pro Teilblock erfassten Komplexität.
  • Gemäß eines ersten Gesichtspunkts der Erfindung wird ein Bildcodierverfahren bereit gestellt zum Unterteilen eines Eingabebildes in Teilblöcke, die aus einer vorgegebenen Anzahl von Einzelblöcken bestehen, zum Quantisieren des unterteilten Bildsignals mit einer Quantisierungsschritt-Größe, die gemäß eines Skalierfaktors bestimmt wird, und zum anschließenden Codieren, wobei das Bildcodierverfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Erzeugen eines Komplexitäts-Normalisierungswertes entsprechender Teilblöcke auf Basis einer Komplexität im Raumbereich bezüglich des Eingabebildes; Erzeugen einer Nullkoeffizienten-Summe durch Durchführen eines Vorgangs diskreter Kosinustransformation des Eingabebildes und Zählen der Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation innerhalb eines vorgegebenen Bereichs; Erzeugen eines Nullkoeffizienten-Normalisierungswertes für entsprechende Teilblöcke gemäß der Nullkoeffizienten-Summe; Erzeugen einer Übergangsgewichtung für entsprechende Teilblöcke gemäß der Nullkoeffizienten-Summe und eines vorgegebenen Kompressionsverhältnisses; und Summieren des Komplexitäts-Normalisierungswertes, des Nullkoeffizienten-Normalisierungswertes und der Übergangsgewichtung, um den Skalierfaktor zu erzeugen.
  • Der Schritt zum Erzeugen eines Komplexitäts-Normalisierungswerts sollte möglichst für ein Helligkeitssignal durchgeführt werden.
  • Der vorgegebene Bereich sollte möglichst von –1 bis +1 reichen.
  • In besagtem Schritt zum Erzeugen einer Nullkoeffizienten-Summe sollte der Koeffizient, dessen Koeffizient der diskreten Kosinustransformation gleich oder größer als –1 und gleich oder kleiner als +1 ist, möglichst der Koeffizient für das Helligkeitssignal sein.
  • Der Teilblock kann ein Makroblock sein.
  • Der Schritt zum Erzeugen eines Komplexitäts-Normalisierungswerts sollte möglichst die folgenden Schritte umfassen:
    • Erzeugen einer Durchschnittskomplexität für entsprechende Einzelblöcke in einem Makroblock;
    • Erzeugen einer Durchschnittskomplexität für den Makroblock auf Basis der Durchschnittskomplexitäten entsprechender Einzelblöcke; Erzeugen einer Differenz zwischen der Durchschnittskomplexität und einem realen Pixelwert eines Einzelblocks, um so einen quadratischen Durchschnittswert eines Einzelblocks zu erzeugen;
    • Addieren von Eins zu dem minimalen Wert unter den quadratischen Durchschnittswerten für entsprechende Einzelblöcke in einem Makroblock, um einen minimalen quadratischen Durchschnittswert des Makroblocks zu erzeugen; und Normalisieren der entsprechenden Makroblöcke gemäß des minimalen quadratischen Durchschnittswerts und der Durchschnittskomplexität des Makroblocks, um einen Komplexitäts-Normalisierungswert entsprechender Makroblöcke zu erzeugen.
  • Der Schritt zum Erzeugen eines Nullkoeffizienten-Normalisierungswerts sollte möglichst die folgenden Schritte umfassen:
    • Summieren aller Nullkoeffizienten-Summen von Makroblöcken, um eine Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe zu erzeugen;
    • Erzeugen einer Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe von Makroblöcken gemäß der Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe;
    • Erzeugen eines quadratischen Durchschnittswertes der Nullkoeffizienten eines Makroblocks gemäß der Differenz zwischen der Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe von Makroblöcken und der Nullkoeffizienten-Summe des Makroblocks; und Normalisieren gemäß des quadratischen Durchschnittswerts der Nullkoeffizienten und der Nullkoeffizienten-Summe des Makroblocks, um einen Nullkoeffizienten-Normalisierungswert jedes Makroblocks zu erzeugen.
  • Der Schritt zum Erzeugen einer Übergangsgewichtung sollte des weiteren möglichst die folgenden Schritte umfassen:
  • Summieren aller Nullkoeffizienten-Summen, um eine Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe zu erzeugen;
    • Erzeugen einer Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe von Makroblöcken gemäß der Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe; und
    • Ereugen einer Übergangsgewichtung entsprechender Makroblöcke gemäß der Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe von Makroblöcken und einem vorgegebenen Skalierfaktor.
  • Gemäß eines zweiten Gesichtspunkts der Erfindung wird eine Bildcodiervorrichtung bereit gestellt, die Folgendes umfasst:
    • eine Einheit für diskrete Kosinustransformation, die eine diskrete Kosinustransformationsfunktion in Bezug auf ein Eingabebild durchführt, das in Teilblöcke zu unterteilen ist, die aus einer vorgegebenen Anzahl von Einzelblöcken bestehen, um einen Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation zu erzeugen;
    • eine Quantisiereinheit, die den Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation mit einer vorgegebenen Quantisierungsschritt-Größe quantisiert, die gemäß einem Skalierfaktor bestimmt wird; und
    • eine Einheit für Codierung mit variabler Länge, die den quantisierten Koeffizienten zu einem Code mit variabler Länge codiert; gekennzeichnet
    • dadurch, dass die Einheit für diskrete Kosinustransformation die diskrete Kosinustransformationsfunktion an einem Teilblock als Zetbereichs-Daten durchführt, um einen Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation als Frequenzbereichs-Daten zu erzeugen;
    • durch eine Komplexitäts-Berechnungseinheit, die eine Komplexität gemäß eines Pixelwerts eines Eingabebildes pro Teilblock erzeugt;
    • eine Komplexitäts-Normalisierungseinheit, die die Komplexität für entsprechende Teilblöcke normalisiert;
    • eine Nullkoeffizienten-Zähleinheit, die die Nullkoeffizienten innerhalb eines vorgegebenen Bereiches pro Teilblock unter den Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation von der Einheit für diskrete Kosinustransformation zählt; eine Nullkoeffizienten-Normalisierungseinheit, die die Nullkoeffizienten für entsprechende Teilblöcke normalisiert;
    • eine Gewichtungs-Berechnungseinheit, die eine Übergangsgewichtung gemäß des Nullkoeffizienten und eines vorgegebenen Kompmmierungsverhältnisses erzeugt; und einen Skaliertaktor-Generator, der den Komplexitäts-Normalisierungswert, den Nullkoeffizienten-Normalisierungswert und die Übergangsgewichtung summiert, um den Skalierfaktor zu generieren und den Skaliertaktor der Quantisiereinheit zuzuführen.
  • Der Teilblock sollte möglichst eine Makroblockeinheit sein.
  • Der vorgegebene Bereich sollte möglichst von –1 bis +1 reichen.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und um darzulegen, wie Ausführungsformen der selben verwendet werden können, wird nun beispielhaft auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, bei denen gilt:
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Bildcodiervorrichtung;
  • die 2A–2C sind Diagramme eines Eingabebildes gemäß des CCIR-601-Formats;
  • die 3A und 3B sind Zusammensetzungskarten bezüglich des in 2A gezeigten Signals Y;
  • 4 ist ein Flussdiagramm zum Bestimmen eines Skalierfaktors gemäß eines Ausführungsform des Büdcodiervertahrens der Erfindung; und
  • 5 ist ein Blockdiagramm einer Bildcodiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 2A–2C stellen das 4:2:2-Format von Bildern basierend auf der Empfehlung von CCIR 601 dar. Die 3A und 3B sind Ansichten zur Veranschaulichung des Aufbaus von Makroblöcken bezüglich des Y-Bildes. Jedes Bild besteht aus Y- (gezeigt in 2A), Cr- (gezeigt in 2B) und Cb-Signalen (gezeigt in 2C). Die entsprechenden Signale werden in Makroblöcke unterteilt. In den entsprechenden Makroblöcken besteht das Y-Signal aus vier 8×8-Pixel-Blocksignalen. Die Cr- und Cb-Signale bestehen aus zwei 8×8-Pixel-Blocksignalen. 3A stellt ein Einzelbild des Y-Signals dar. 3B stellt einen Makroblock aus 16×16-Pixeln bezüglich des Y-Signals dar.
  • 4 ist ein Flussdiagramm zum Bestimmen eines Skalierfaktors gemäß einer Ausführungsform des erfundenen Bildcodierverfahrens. Nun wird das Verfahren zum Bestimmen eines Skalierfaktors auf einem Eingabebild mit Verweis auf die 2A–C und 3A & 3B detailliert beschrieben. In den folgenden Rechnungen dieses Verfahrens ist Pix(k,l) ein Pixelwert, bei dem k und Iganze Zahlen von 0 bis 7 sind, N bezieht sich auf die Anzahl der Blocks (in dieser Ausführungsform gilt N=4), MB bezieht sich auf die Anzahl der Makroblocks (in dieser Ausführungsform gilt MB=30×45); i ist eine Zahl von 0 bis MB-1 und j eine Zahl von 0 bis N-1.
  • Um einen Komplexitäts-Normalisierungswert bezüglich entsprechender Makroblöcke gemäß der Komplexität eines Raumbereichs zu ermitteln, wird als erstes bezüglich des Eingabebilds im 4:2:2-Format (Schritt 410) eine Durchschnittskomplexität eines Bildes pro 8×8-Block (hierin zukünftig als Einzelblock bezeichnet) in einem Makroblock erzeugt (Schritt 421).
  • Die Komplexität wird unter Verwendung des Pixelwerts des Bildes in Bezug auf das Helligkeitssignal Y berechnet. Die Durchschnittskomplexität Ayb[j] eines Einzelblocks kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
  • Figure 00080001
  • Eine Durchschnittskomplexität Ayt[i] wird erzeugt, indem alle Durchschnittskomplexitäten der Einzelblöcke bezüglich des Makroblocks summiert werden und das Ergebnis anschließend durch die Anzahl der Einzelblöcke geteilt wird (Schritt 422).
  • Figure 00090001
  • Nun wird ein quadratischer Durchschnittswert σ2 BT[j] eines Einzelblocks bezüglich der Differenz zwischen der Durchschnittskomplexität und dem realen Pixelwert entsprechender Einzelblöcke in einem Makroblock erzeugt (Schritt 423).
  • Figure 00090002
  • Nach dem Erzeugen eines minimalen quadratischen Durchschnittswerts unter den quadratischen Durchschnittswerten entsprechender Einzelblöcke unter Bezug auf vier Y-Einzelblöcke (1 variiert von 0 bis 3) der entsprechenden Makroblöcke wird zum Ergebniswert Eins addiert, um dadurch den minimalen quadratischen Durchschnittswert σ2 BTmin[j] entsprechender Makroblöcke zu ermitteln (Schritt 424).
  • Figure 00090003
  • Durch die Addition von Eins wird gewährleistet, dass der minimale quadratische Durchschnittswert nicht gleich Null ist.
  • Jeder Makroblock wird gemäß des minimalen quadratischen Durchschnittswert des Makroblocks und der Durchschnittskomplexität des Makroblocks normalisiert, um einen Komplexitäts-Normalisierungswert NOrACT[I] des Makroblocks zu ermitteln (Schritt 425).
  • Figure 00090004
  • Hierbei ist α eine Normalisierungskonstante.
  • Um einen Nullkoeffizienten-Normalisierungswert und einen Übergangsgewichtungswert des entsprechenden Makroblocks im Frequenzbereich eines Bildsignals zu ermitteln wird in einem zweiten Schritt ein Vorgang diskreter Kosinustransformation am Eingabebild im 4:2:2-Format durchgeführt, um auf diese Weise einen Koeffizienten PixCoeff(u,v) zu erzeugen (Schritt 431).
  • Figure 00100001
  • Hierbei sind u und v ganze Zahlen von 0 bis 7. Sollten sie gleich Null sein, sind C(u) und C(v) gleich 1/12, ansonsten aber stets gleich Eins.
  • Innerhalb eines Makroblocks werden alle Y-Blöcke, deren Koeffizient der diskreten Kosinustransformation größer oder gleich –1 und kleiner oder gleich +1 ist, gezählt, um so eine Nullkoeffizienten-Summe Z[i] des Makroblocks zu erzeugen (Schritt 432).
  • Figure 00100002
  • Die Nullkoeffizienten-Summen entsprechender Makroblöcke werden summiert, um eine Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe Zr aller Makroblöcke zu erzeugen (Schritt 433).
  • Figure 00100003
  • Die Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe wird durch die Anzahl der Makroblöcke dividiert, um eine Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe AZERO der Makroblöcke zu erzeugen (Schritt 434).
  • Figure 00100004
  • Die Differenz zwischen der Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe der Makroblöcke und der Nullkoeffizienten-Summe der Makroblöcke wird quadriert, um einen quadrati schen Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Wert σ2 ZERO[i] der Makroblöcke zu erzeugen (Schritt 435).
  • Figure 00110001
  • Das Normalisieren wird gemäß des quadratischen Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Werts und der Nullkoeffizienten-Summe pro Makroblock durchgeführt, um einen Nullkoeffizienten-Normalisierungswert NorZERO[i] entsprechender Makroblöcke zu erzeugen (Schritt 436).
  • Figure 00110002
  • Hierbei ist α eine Normalisierungskonstante.
  • Der Skalierfaktor variiert entsprechend der Komplexität des Bildes, und das Quantisierungsschritt-Größenintervall wird durch diesen Faktor bestimmt. Da die Quantisierungsschritt-Größe entsprechend der Erzeugung von Nullkoeffizienten variiert und der Skalierfaktor gemäß des Kompressionsverhältnisses gesteuert werden kann, kann die Übergangsgewichtung W des Skalierfaktors folgendermaßen ausgedrückt werden:
  • Figure 00110003
  • Hierbei sind β und γ Gewichtungskonstanten. R stellt ein vorgegebenes Kompressionsverhältnis dar.
  • Demnach wird eine Übergangsgewichtung W entsprechender Makroblöcke gemäß der Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe und eines Kompressionsverhältnisses des Makroblocks erzeugt (Schritt 441).
  • Der Skalierfaktor SF[i] einer Makroblockeinheit wird somit durch die Summe des Komplexitäts-Normalisierungswerts, des Nullkoeffizienten-Normalisierungswerts und der Übergangsgewichtung bestimmt (Schritt 450).
  • Figure 00110004
  • Die Quantisierungsschritt-Größe wird durch den Skalierfaktor bestimmt. Sie wird für den DCT-Koeffizienten entsprechend der Quantisierungsmatrix im Quantisierer benötigt.
  • Mit anderen Worten gilt: je größer die Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe des Makroblocks und je kleiner das Kompressionsverhältnis, desto größer ist die Übergangsgewichtung W. Wird die Übergangsgewichtung erhöht, wird gleichzeitig der Skaliertaktor erhöht und das Quantisierungsintervall wird verkleinert.
  • 5 ist ein Blockdiagramm gemäß einer Ausführungsform der Bildcodiervorrichtung der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich zu einer Einheit für diskrete Kosinustransformation 51, einem Quantisierer 58 und einer Einheit für Codierung mit variabler Länge (VLC) 59, die dem Stand der Technik entsprechend zusammen gesetzt sind, umfasst die Vorrichtung außerdem ein Element zum Erzeugen eines Skaliertaktors auf einem Eingabebild. Hierbei führt DCT-Einheit 51 unter Bezug auf ein in Makroblöcke von Y-, Cr und Cb-Signalen unterteiltes Eingabebild eine diskrete Kosinustransformationsfunktion an Makroblockdaten als Zeitbereichs-Daten durch und erzeugt DCT-Koeffizienten als Frequenzbereichs-Daten. Quantisierer 58 quantisiert die von DCT-Einheit 51 ausgegebenen DCT-Koeffizienten mit einer vorgegebenen Quantisierungsschritt-Größe. VLC-Einheit 59 erzeugt gemäß der Informationsquantität Codierdaten mit variabler Länge, was zu einer Minimierung der Gesamtanzahl an Bits bei der Codierung führt.
  • Als nächstes werden hierin nun die zusätzlichen Elemente unter Verweis auf 5 erklärt.
  • Ein Komplexitäts-Berechner 52 erzeugt entsprechend der Pixelwerte eines Eingabebildes eine Komplexität. Eine Komplexitäts-Normalisierungseinheit 53 normalisiert die Komplexität für entsprechende Makroblöcke.
  • Ein Nullkoeffizienten-Zähler 54 zählt die Nullkoeffizienten unter den DCT-Koeffizienten von DCT-Einheit 51, die größer oder gleich –1 und kleiner oder gleich +1 sind. Eine Nullkoeffzienten-Normalisierungseinheit 55 normalisiert die Nullkoeffizienten für entsprechende Makroblöcke.
  • Ein Gewichtungswert-Berechner 56 berechnet eine Übergangsgewichtung für jeden Makroblock basierend auf den in Nullkoeffizienten-Zähleinheit 54 gezählten Nullkoeffizienten und dem Kompressionsverhältnis. Ein Addierer 57 summiert den Komplexitäts-Normalisierungswert, den Nullkoeffizienten-Normalisierungswert und die Übergangsgewichtung, um einen Skalierfaktor an Quantisierer 58 auszugeben.
  • Die Quantisierungsschritt-Größe für den DCT-Koeffizienten wird auf Basis des Skalierfaktors und der Quantisierungsmatrix bestimmt. Die Quantisierungsmatrizen für alle Eingabebilder unterscheiden sich entsprechend des Grads an Aktivität, der Eigenschaften der Farbkomponenten, der Auflösung und des Gegenstands der Anwendung, so dass eine geeignete Quantisierungsmatrix erzeugt wird. Diese Quantisierungsmatrix wird unter Beachtung der Ergebnisse zahlreicher psychologischer und visueller Experimente bestimmt, die die Eigenschaften des menschlichen Sehsinns mit den Charakteristiken der DCT-Koeffizienten in Verbindung bringen.
  • Quantisierer 58 quantisiert das Bildsignal entsprechend der vorgegebenen Quantisierungsschritt-Größe. Die quantisierten Ergebnisse werden an VLC-Einheit 59 angelegt, um einen komprimierten Bitstrom mit der erwünschten Bitrate zu erhalten.
  • Obwohl das Codieren auf eine Weise erfolgt, nach der eigentlich die Makroblöcke in der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine konstante Bitrate haben sollten, so können doch auch Blöcke, die größer sind als ein Makroblock, eine konstante Bitrate besitzen.
  • Wie oben beschrieben wird für ein Eingabebild entsprechend der Komplexität im Raumbereich und der Komplexität im Frequenzbereich ein Skalierfaktor zum Codieren mit einer konstanten Bitrate erzeugt (was dem Erzeugen eines Nullkoeffizienten entspricht), um die Quantisierungsschritt-Größe des Quantisierers zu steuern. Dies führt zu dem Ergebnis, dass das Codieren selbst für ein Bild, das aus mehreren Bildern mit verschiedenen Komplexitäten zusammen gesetzt ist, mit einer konstanten Bitrate und ohne Verschlechterung der Bildqualität durchgeführt werden kann.

Claims (11)

  1. Bildcodierverfahren zum Unterteilen eines Eingabebildes in Teilblöcke, die aus einer vorgegebenen Anzahl von Einzelblöcken bestehen, Quantisieren des unterteilten Bildsignals in eine Quantisierungsschritt-Größe, die gemäß einem Skalierfaktor bestimmt wird, und anschließendem Codieren, wobei das Bildcodierverfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Erzeugen (425) eines Komplexitäts-Normalisierungswertes entsprechender Teilblöcke auf Basis einer Komplexität in dem Raumbereich bezüglich des Eingabebildes; Erzeugen (432) einer Nullkoeffizienten-Summe durch Durchführen eines Vorgangs diskreter Kosinus-Transformation des Eingabebildes und Zählen der Koeffizienten der diskreten Kosinus-Transformation innerhalb eines vorgegebenen Bereiches; Erzeugen (434) eines Nullkoeffizienten-Normalisierungswertes für entsprechende Teilblöcke gemäß der Nullkoeffizienten-Summe; Erzeugen (440) einer Übergangsgewichtung für entsprechende Teilblöcke gemäß der Nullkoeffizienten-Summe und eines vorgegebenen Kompressionsverhältnisses; und Summieren (450) des Komplexitäts-Normalisierungswertes, des Nullkoeffizienten-Normalisierungswertes und der Übergangsgewichtung, um den Skaliertaktor zu erzeugen.
  2. Bildcodierverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens eines Komplexitäts-Normalisierungswertes für ein Helligkeitssignal durchgeführt wird.
  3. Bildcodierverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der vorgegebene Bereich von –1 bis +1 reicht.
  4. Bildcodierverfahren nach Anspruch 3, wobei in dem Schritt des Erzeugens einer Nullkoeffizienten-Summe der Koeffizient, dessen Koeffizient der diskreten Kosinustransformation gleich oder größer –1 und gleich oder kleiner +1 ist, der Koeffizient für das Helligkeitssignal ist.
  5. Bildcodierverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Teilblock ein Makroblock ist.
  6. Bildcodierverfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Erzeugens eines Komplexitäts-Normalisierungswertes die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen (421) einer Durchschnittskomplexität für entsprechende Einzelblöcke in einem Makroblock; Erzeugen (422) einer Durchschnittskomplexität für den Makroblock auf Basis der Durchschnittskomplexitäten entsprechender Einzelblöcke; Erzeugen (423) einer Differenz zwischen der Durchschnittskomplexität und einem realen Pixelwert eines Einzelblocks, um so einen quadratischen Durchschnittswert eines Einzelblocks zu erzeugen; Addieren (424) von Eins zu dem minimalen Wert unter den quadratischen Durchschnittswerten für entsprechende Einzelblöcke in einem Makroblock, um einen minimalen quadratischen Durchschnittswert des Makroblocks zu erzeugen; und Normalisieren (425) der entsprechenden Makroblöcke gemäß dem minimalen quadratischen Durchschnittswert und der Durchschnittskomplexität des Makroblocks, um einen Komplexitäts-Normalisierungswert entsprechender Makroblöcke zu erzeugen.
  7. Bildcodierverfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Erzeugens eines Nullkoeffizienten-Normalisierungswertes die folgenden Schritte umfasst: Summieren (430) aller Nullkoeffizienten-Summen von Makroblöcken, um eine Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe zu erzeugen; Erzeugen (434) einer Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe von Makroblöcken gemäß der Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe; Erzeugen (435) eines quadratischen Durchschnittswertes der Nullkoeffizienten eines Makroblocks gemäß der Differenz zwischen der Durchschnitts-Nullkoeftizienten-Summe von Makroblöcken und der Nullkoeffizienten-Summe des Makroblocks; und Normalisieren (436) gemäß dem quadratischen Durchschnittswert der Nullkoeffizienten und der Nullkoeffizienten-Summe des Makroblocks, um einen Nullkoeffizienten-Normalisierungswertes jedes Makroblocks zu erzeugen.
  8. Bildcodierverfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Erzeugens einer Übergangsgewichtung des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Summieren (430) aller Nullkoeffizienten-Summen, um eine Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe zu erzeugen; Erzeugen (433) einer Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe von Makroblöcken gemäß der Gesamt-Nullkoeffizienten-Summe; und Erzeugen (440) einer Übergangsgewichtung entsprechender Makroblöcke gemäß der Durchschnitts-Nullkoeffizienten-Summe vom Makroblöcken und einem vorgegebenen Skalierfaktor.
  9. Bildcodiervorrichtung, die umfasst: eine Einheit (51) für diskrete Kosinustransformation, die eine diskrete Kosinustransformationsfunktion in Bezug auf ein Eingabebild durchführt, das in Teilblöcke zu unterteilen ist, die aus einer vorgegebenen Anzahl von Einzelblöcken bestehen, um einen Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation zu erzeugen; eine Quantisiereinheit (58), die den Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation auf eine vorgegebene Quantisierungsschritt-Größe quantisiert, die gemäß einem Skalierfaktor bestimmt wird; und eine Einheit (59) für Codierung mit variabler Länge, die den quantisierten Koeffizienten zu einem Code mit variabler Länge codiert; gekennzeichnet dadurch, dass Einheit (51) für diskrete Kosinustransformation die diskrete Kosinustransformationsfunktion an einem Teilblock als Zeitbereichs-Daten durchführt, um einen Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation als Frequenzbereichs-Daten zu erzeugen; durch eine Komplexitäts-Berechnungseinheit (52), die eine Komplexität gemäß einem Pixelwert eines Eingabebildes pro Teilblock erzeugt; eine Komplexitäts-Normalisierungseinheit (53), die die Komplexität für entsprechende Teilblöcke normalisiert; eine Nullkoeffizienten-Zähleinheit (54), die die Nullkoeffizienten innerhalb eines vorgegebenen Bereiches pro Teilblock unter den Koeffizienten der diskreten Kosinustransformation von der Einheit für diskrete Kosinustransformation zählt; eine Nullkoeffizienten-Normalisierungseinheit (55), die die Nullkoeffizienten für entsprechende Teilblöcke normalisiert; eine Gewichtungs-Berechnungseinheit (56), die eine Übergangsgewichtung gemäß dem Nullkoeffizienten und einem vorgegebenen Komprimierungsverhältnis erzeugt; und einen Skalierfaktor-Generator (57), der den Komplexitäts-Normalisierungswert, den Nullkoeffizienten-Normalisierungswert und die Übergangsgewichtung summiert, um den Skalierfaktor zu generieren und den Skalierfaktor der Quantisiereinheit zuzuführen.
  10. Bildcodiervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Teilblock eine Makroblockeinheit ist.
  11. Bildcodiervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der vorgegebene Bereich von –1 bis +1 reicht.
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