DE69434271T4

DE69434271T4 - Adaptives variables Längenkodierungsverfahren für Videodaten

Info

Publication number: DE69434271T4
Application number: DE1994634271
Authority: DE
Inventors: Jae Moon Bundang-gu Jo; Je Chang Seocho-gu Seoul Jeon
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2014-12-17
Also published as: EP1494484A1; USRE40782E1; DE69434667T2; EP0685137A1; CN100355287C; EP1484926A3; USRE40981E1; JPH08507191A; JP2898757B2; EP1863290A3; HK1073197A1; DE69434271T2; EP1863292A2; EP1863290A2; DE69434271D1; USRE41026E1; CN1222110C; CN1592413A; EP1863292A3; EP0987899A2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft adaptive Codierverfahren mit variabler Länge für digitale Bilddaten und insbesondere adaptive Codierverfahren mit variabler Länge, die den Kompressionswirkungsgrad von Übertragungsdaten verbessern, indem Codierung mit variabler Länge entsprechend den statistischen Merkmalen von Bilddaten adaptiv durchgeführt wird.
Stand der Technik
EP A-0-542,474 offenbart den Gebrauch einer Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge, die nur zum Gebrauch auf der Basis eines Bildtyps ausgewählt werden.
In letzter Zeit ist in einer Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Video- und Audiosignalen ein Verfahren in großem Umfang angenommen worden, durch das Video- und Audiosignale in digitale Signale codiert werden, um dann gesendet oder in einem Speicher gespeichert zu werden, und die digitalen Signale decodiert werden, um dann wiedergegeben zu werden.
Im Fall des Codierens eines Videosignals in digitale Daten ist die Datenmenge jedoch groß. Um die Gesamtdatenmenge durch Entfernen redundanter Daten, die in dem digitalen Videosignal enthalten sind, zu verringern, sollte daher Diskrete-Kosinus-Transformations-(DCT)Codierung, Differenzial-Pulscode-Modulation (DPCM), Vektorquantisierung oder Codierung mit variabler Länge (VLC) durchgeführt werden.
1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines allgemeinen Codiersystems für Bilddaten. Die Vorrichtung enthält Einrichtungen 11 und 12 zum Durchführen einer DCT-Funktion in Bezug auf einen N×N Block und zum Quantisieren von DCT-Koeffizienten, Einrichtungen 13 und 14 zum Codieren mit variabler Länge der quantisierten Daten und zum weiteren Verdichten der Datenmenge und Einrichtungen 15, 16, 17, 18, 19, A1, A2m SW1 und SW2, die die inverse Quantisierung und DCT-Operationen in Bezug auf die quantisierten Daten betreffen, um dann eine Bewegungskompensation durchzuführen, um Bilddaten in einem Intra-Modus oder Inter-Modus zu codieren.
2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines allgemeinen Decodiersystems für Bilddaten. Die Vorrichtung decodiert die durch das in 1 gezeigte Codiersystem codierten Bilddaten und gibt sie wieder.
Die Arbeitsweise des Codiersystems und Decodiersystems, die in 1 bzw. 2 gezeigt werden, wird kurz beschrieben.
In 1 wird das durch einen Eingangsport 10 eingegebene Videosignal ein Signal einer Frequenzdomäne in den Einheiten von N×N Blöcken in OCT 11, wo, obwohl die Größe eines Blockes im Allgemeinen N₁×N₂ ist, aus Bequemlichkeit angenommen wird, dass N₁ = N₂ = N. Die Energie von Transformationskoeffizienten ist hauptsächlich in einer Niederfrequenzdomäne konzentriert. Datentransformationen für jeden Block werden durch ein diskretes Kosinus-Transformations-, Walsh-Hadamard-Transformations-, diskretes Fourier-Transformations- oder diskretes Sinus-Transformationsverfahren durchgeführt. Hier werden die Transformationskoeffizienten durch eine DCT-Operation erhalten.
Ein Quantisierer 12 ändert die DCT-Koeffizienten in repräsentative Werte eines konstanten Pegels durch einen vorbestimmten Quantisierungsprozess.
Ein Encoder variabler Länge 13 codiert mit variabler Länge die repräsentativen Werte unter Verwendung ihrer statistischen Merkmale, um dadurch die Daten weiter zu verdichten.
Unterdessen steuert eine Quantisierungsschrittgröße Q_ss, die abhängig von dem Zustand (eine Fülle) eines Puffers 14 verändert wird, in dem die mit variabler Länge codierten Daten gespeichert werden, den Quantisierer 12, um dadurch eine Übertragungsbitrate zu justieren. Die Quantisierungsschrittgröße Q_ss wird auch an eine Empfängerseite gesendet, um in einem Decodiersystem verwendet zu werden.
Außerdem gibt es im Allgemeinen viele ähnliche Abschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Schirmen. Im Fall eines Schirmes mit Bewegung wird daher ein Bewegungsvektor MV durch Schätzen der Bewegung erlangt, und Daten werden unter Verwendung des Bewegungsvektors MV kompensiert. Dann wird ein Differenzsignal zwischen aneinandergrenzend gelegenen Schirmen sehr klein, wodurch Übertragungsdaten starker verdichtet werden können.
Um eine solche Bewegungskompensation durchzuführen, quantisiert ein in 1 gezeigter inverser Quantisierer (Q^–1) 15 invers die von dem Quantisierer 12 ausgegebenen quantisierten Daten.
Danach werden die invers quantisierten Daten in einer Invers-DCT-Einrichtung (DCT^–1) 16 Invers-DCT-verarbeitet, um dann ein Videosignal einer Raumdomäne zu sein. Das von der Invers-DCT-Einrichtung 16 ausgegebene Videosignal wird in einem Rahmenspeicher 17 in Rahmeneinheiten gespeichert. Ein Bewegungsschätzer 18 sucht einen Block mit dem Muster, das dem eines N×N Blocks des Eingangsports 10 am ähnlichsten ist, unter den im Rahmenspeicher 17 gespeicherten Rahmendaten und schätzt die Bewegung zwischen Blöcken, um einen Bewegungsvektor MV zu erlangen. Der Bewegungsvektor MV wird an eine Empfängerseite gesendet, um in einem Decodiersystem benutzt zu werden, und wird gleichzeitig an einen Bewegungskompensator 19 gesendet.
Der Bewegungkompensator 19 empfängt den Bewegungsvektor MV von dem Bewegungsschätzer 18 und liest einen N×N Block, der dem Bewegungsvektor MV entspricht, aus dem vorherigen von dem Rahmenspeicher 17 ausgegebenen Rahmen, um dann den gelesenen N×N Block an einen mit dem Eingangsport 10 verbundenen Subtrahierer A1 zu liefern. Der Subtrahierer A1 erlangt dann die Differenz zwischen dem an den Eingangsport 10 gelieferten N×N Block und dem N×N Block mit dem ähnlichen Muster, der von dem Bewegungskompensator 19 geliefert wird. Die Ausgangsdaten des Subtrahierers A1 werden codiert und dann an die Empfängerseite gesendet, wie oben beschrieben. Das heißt, zu Anfang wird das Videosignal eines Schirms (Intra-Frame) ganz codiert, um dann gesendet zu werden. Für das Videosignal des folgenden Schirmes (Inter-Frame) wird nur das Differenzsignal infolge der Bewegung codiert, um dann gesendet zu werden.
Unterdessen werden die Daten, deren Bewegung im Bewegungskompensator 19 kompensiert werden, mit dem von der Invers-DCT-Einrichtung 16 ausgegebenen Videosignal in einem Addierer A2 summiert und danach im Rahmenspeicher 17 gespeichert.
Auffrischungsschalter SW1 und SW2 werden in einem bestimmten Intervall ausgeschaltet (hier ist die Periode eine Gruppe von Bildern oder GOP-Periode), sodass ein eingegebenes Videosignal in einem PCM-Modus codiert wird, um dann im Fall eines Intraframe-Mo dus gesendet zu werden, und sodass nur das Differenzsignal codiert wird, um dann im Fall eines Interframe-Modus gesendet zu werden, wodurch kumulative Codierfehler für eine konstante Periode (eine GOP) aufgefrischt werden. Ferner erlaubt ein Auffrischungsschalter SW2, dass Übertragungsfehler auf einem Kanal von der Empfängerseite in der konstanten Zeitperiode (eine GOP) abweichen.
Auf diese Weise werden die codierten Bilddaten V_c an die Empfängerseite gesendet, um dann in das in 2 gezeigte Decodiersystem eingegeben zu werden. Die codierten Bilddaten V_c werden durch den Umkehrprozess zu dem Codierprozess in einem Decoder mit variabler Länge 21 decodiert. Die von dem Decoder 21 ausgegebenen Daten werden in einem Invers-Quantisierer 22 invers quantisiert. Zu dieser Zeit justiert der Invers-Quantisierer 22 die Größe der ausgegebenen DCT-Koeffizienten abhängig von der von dem Codiersystem ausgegebenen Quantisierungsschrittgröße Q.
Eine Invers-DCT-Einrichtung 23 verarbeitet Invers-DCT die von dem Invers-Quantisierer 22 gelieferten DCT-Koeffizienten einer Frequenzdomäne in die Bilddaten einer Raumdomäne.
Ferner wird der von dem in 1 gezeigen Codiersystem gesendete Bewegungsvektor MV an einen Bewegungskompensator 24 des Decodiersystems geliefert. Der Bewegungskompensator 24 liest den N×N Block, der dem Bewegungsvektor MV entspricht, aus den vorher in einem Rahmenspeicher 25 gespeicherten Rahmendaten, kompensiert die Bewegung und liefert dann den kompensierten N×N Block an einen Addierer A3. Der Addierer A3 addiert dann die Invers-DCT-verarbeiteten DPCM-Daten zu den von dem Bewegungskompensator 24 gelieferten N×N Blockdaten, um sie dann an eine Anzeige auszugeben.
3A, 3B und 3C zeigen schematisch den Prozess des Codierens von Bilddaten. Die Abtastdaten eines in 3A gezeigten N×N Blocks werden zu DCT-Koeffizienten einer Frequenzdomäne durch das DCT-Verfahren usw. DCT-verarbeitet, wie in 3B gezeigt. Die OCT-Koeffizienten werden quantisiert und in einem Zickzackmuster abgetastet, um dann in der Form von Lauflänge und Pegellänge codiert zu werden, wie in 3C gezeigt.
Während die Abtastung von einer niederfrequenten Komponente zu einer hochfrequenten Komponente beim Abtasten des N×N Blocks, wie in 3C gezeigt, durchgeführt wird, werden "Lauf" und "Pegel" als ein Paar, ausgedrückt als (Lauf, Pegel), festgelegt und dann codiert. Lauf stellt hier die Zahl von Nullen dar, die zwischen Koeffizienten vorhanden sind, die unter den quantisierten Koeffizienten eines N×N Blocks nicht "0" sind, und der Pegel entspricht dem Absolutwert der Koeffizienten, die nicht "0" sind.
Zum Beispiel ist im Fall eines N×N Blocks der Lauf von "0" bis "63" verteilt, und der Pegel variiert abhängig von dem von einem Quantisierer ausgegebenen Datenwert. Das heißt, wenn der quantisierte Ausgabewert als eine Ganzzahl im Bereich von "–255" bis "+255" angegeben wird, hat der Pegel einen Wert im Bereich von "1" bis "+255". Unterdessen wird das positive oder negative Vorzeichen durch ein zusätzliches Bit ausgedrückt. Wenn in dieser Weise ein (Lauf, Pegel) Paar als ein Symbol festgelegt wird, ist, wenn der Lauf oder Pegel groß ist, die Wahrscheinlichkeit des Symbols statistisch sehr niedrig.
Daher wird, wie in 4 gezeigt, der Block in einen regulären Bereich und einen Escape-Bereich entsprechend der Wahrscheinlichkeit des Symbols geteilt. Für den regulären Bereich, wo die Wahrscheinlichkeit des Symbols relativ hoch ist, wird ein Huffman-Code beim Dodieren benutzt. Für den Escape-Bereich, wo die Wahrscheinlichkeit des Symbols niedrig ist, werden Daten einer vorbestimmten festen Länge beim Codieren benutzt. Dem Huffman-Code entsprechend wird hier der Code umso kürzer festgelegt, je höher die Wahrscheinlichkeit des Symbols ist, und umgekehrt. Ferner besteht die Escape-Sequenz ESQ, in der die Daten des Escape-Bereiches codiert werden, aus einem Escape-Code, Lauf, Pegel und Vorzeichendaten S, die je eine vorbestimmte Zahl von Bits aufweisen, wie in der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt: ESQ = ESC + RUN + L + S (1)
Wenn z. B., wie oben beschrieben, der quantisierte Wert in einem 8×8 Block zwischen "–255" und "+255" liegt, hat die Escape-Sequenz eine kontstante Datenlänge von insgesamt 21 Bits, da die Escape-Codedaten ESC sechs Bits, die Laufdaten RUN sechs Bits, die Pegeldaten L acht Bits und die Vorzeichendaten S ein Bit sind.
Auf diese Weise ist, da nach dem herkömmlichen Codierverfahren mit variabler Länge auch verschiedene Zusatzinformationen zusammen mit codierten Daten gesendet werden und die durch eine Tabelle zur Codierung mit variabler Länge festgelegte Escape-Sequenz abhängig von den statistischen Merkmalen von Daten eine konstante feste Länge hat, eine Grenze beim Komprimieren einer Datenmenge durch Codieren gesendeter Daten vorhanden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein adaptives Codierverfahren mit Variabler Länge bereitzustellen, das den Kompressionswirkungsgrad durch Auswählen einer optimalen Tabelle zur Codierung mit variabler Länge und einer Vielzahl von Tabellen zur Codierung mit variabler Länge entsprechend der momentanen Abtastposition und Quantisierungsschrittgröße verbessert, wobei in einem Zickzack-Muster nach Blocktyp, d. h. Inter-/Intra-Modus, abgetastet wird.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Decodieren von Daten bereitzustellen, die durch das obige adaptive Codierverfahren mit variabler Länge codiert werden.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein adaptives Verfahren zur Codierung mit variabler Länge bereitgestellt, bei dem quantisierte Orthogonaltransformations-Koeffizienten jedes einer Vielzahl von Blöcken in einem vorgegebenen Muster abgetastet werden und dann in einem Codiersystem für Bilddaten mit variabler Länge codiert werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Auswählen einer aus einer Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge, und
Codieren der quantisierten Orthogonaltransformations-Koeffizienten mit variabler Länge entsprechend der ausgewählten Tabelle für Codierung mit variabler Länge, dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswahl einer der Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge entsprechend Intra-/Inter-Modus-Information, Abtastposition innerhalb eines Blocks und Quantisierungsschrittgröße getroffen wird.
Die Tabellen für Codierung mit variabler Länge können unterschiedliche Muster eines regulären Bereiches und eines Escape-Bereiches haben. Der Schritt des Auswählens der Tabelle für Codierung mit variabler Länge enthält eine Auswahl aus einer Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge, wobei die Auswahl einer bestimmten Tabelle für eine gegebene Kombination von Abtastposition innerhalb des Blocks und Quantisierungsschrittgröße davon abhängt, ob der aktuelle Block in dem Intra-Modus oder dem Inter-Modus verarbeitet wird.
Der Auswählschritt kann eine Auswahl aus einer Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge einschließen, von denen jede unterschiedliche Codierkriterien zum Zuweisen von Codewörtern variabler Länge eines regulären Bereiches und eines Escape-Bereiches aufweist, wobei die Auswahl einer bestimmten Tabelle für eine gegebene Kombination von Zickzack-Abtastposition innerhalb der Tabelle für Codierung mit variabler Länge und Quantisierungsschrittgröße davon abhängt, ob der aktuelle Block in dem Intra-Modus oder dem Inter-Modus verarbeitet wird.
Der reguläre Bereich kann einer sein, in dem Daten entsprechend einem ersten Code codiert werden, und der Escape-Bereich ist einer, in dem Daten entsprechend einem zweiten Code codiert werden.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum adaptiven Codieren mit variabler Länge für Codierung von Bilddaten:
einen Zickzack-Scanner zum Abtasten quantisierter Orthogonaltransformations-Koeffizienten jedes einer Vielzahl von Blöcken in einem Zickzackmuster und Modifizieren der transformierten Koeffizienten zu Run-, Level-Daten, wobei ein Run-Wert die Anzahl von Nullen darstellt, die zwischen quantisierten Nicht-Null-Koeffizienten vorhanden sind, und ein Level-Wert dem Absolutwert eines Nicht-Null-Koeffizienten entspricht;
einen Codierer mit variabler Länge zum Codieren der Run-, Level-Daten mit variabler Länge; eine Einrichtung zum Aufstellen einer Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge, die verschiedene Codierkriterien zum Zuweisen von Codewörtern mit variabler Länge aufweisen, und
eine Auswähleinrichtung für eine Tabelle für Codierung mit variabler Länge zum Auswählen einer der Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge;
wobei der Codierer mit variabler Länge so betrieben werden kann, dass die Orthogonaltransformations-Koeffizienten entsprechend der ausgewählten Tabelle für Codierung mit variabler Länge mit variabler Länge codiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswähleinrichtung für eine Tabelle für Codierung mit variabler Länge dazu dient, eine der Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge entsprechend Intra-/Inter-Information des aktuell verarbeiteten Blocks, der Zickzack-Abtastposition und der Quantisierungsschrittgröße auszuwählen.
Die Auswähleinrichtung für eine Tabelle für Codierung mit variabler Länge kann so betrieben werden, dass sie eine Auswahl aus einer Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge trifft, von denen jede verschiedene Codierkriterien für Codierung mit variabler Länge von mit variabler Länge codierten Daten eines regulären Bereiches und eines Escape-Bereiches hat, wobei die Auswahl einer bestimmten Tabelle für eine gegebene Kombination von Zickzack-Abtastposition und Quantisierungsschrittgröße davon abhängt, ob der aktuell verarbeitete Block in dem Intra-Modus oder dem Inter-Modus ist.
Der reguläre Bereich kann einer sein, in dem Daten entsprechend einem Huffman-Code codiert sind, und er Escape-Bereich ist einer, in dem Daten mit einem Code fester oder variabler Länge codiert sind.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum adaptiven Codieren mit variabler Länge bereitgestellt, wobei die quantisierten Orthogonaltransformations-Koeffizienten in einem Zickzack-Muster abgetastet und zu Run-, Level-Daten modifiziert werden können, wobei das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt umfassen kann:
Aufstellen einer Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge, die entsprechend statistischer Merkmale von Run-, Level-Daten unterschiedliche Anteile und Verteilungen eines regulären Bereiches und eines Escape-Bereiches haben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild eines allgemeinen Codiersystems für Bilddaten.
2 ist ein Blockschaltbild eines allgemeinen Decodiersystems für Bilddaten.
3A und 3B sind schematische Diagramme zum Erklären von Schritten des Datenverarbeitungsprozesses entsprechend der in 1 gezeigten Vorrichtung.
4 zeigt eine herkömmliche Tabelle für Codierung und Decodierung mit variabler Länge.
5 ist ein Blockschaltbild eines Encoders mit variabler Länge zur Implementierung eines erfindungsgemäßen adaptiven Codierverfahrens mit variabler Länge.
6A und 6B veranschaulichen ein Verfahren zum Auswählen einer Tabelle für Codierung mit variabler Länge, die durch eine vorgegebene Zahl in dem erfindungsgemäßen adaptiven Codierverfahren mit variabler Länge unterteilt wird, wobei 6A den Intra-Modus darstellt, und 6B den Inter-Modus darstellt.
7A, 7B und 7C sind Histogramme [Run, Level] für jedes Symbol in dem in 6A und 6B gezeigten ersten, zweiten und P-ten Bereich.
Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
In dem erfindungsgemäßen adaptiven Codierverfahren mit variabler Länge werden eine Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge verwendet. Die Tabelle wird entsprechend einem Blocktyp, einer Quantisierungsschrittgröße und einer aktuellen Abtastposition ausgewählt, während ein Block in einem Zickzackmuster abgetastet wird. Diese Auswahl ist in Übereinstimmung mit den statistischen Merkmalen von (Run, Level) Daten, die abhängig von Blocktyp, z. B. Intra-Modus/Inter-Modus oder Luminanzsignal/Farbsignal, Quantisierungsschrittgröße, und einer aktuellen Zickzack-Abtastposition variieren und im Einzelnen beschrieben werden.
Der Inter-Modus zum Codieren des Differenzsignals zwischen den aktuellen Blockdaten und bewegungskompensierten Blockdaten erzeugt die meisten der DCT-Koeffizienten als "0", erzeugt aber selten große Werte, verglichen mit dem Intra-Modus zum sequenziellen Co-dieren von eingegebenen Blockbilddaten. Der Grund ist, dass die Variation in einem Bewedungskompensations-Schätzfehler desselben typischerweise kleiner ist als der des ursprünglichen Videosignals.
Ferner unterscheiden sich die statistischen Mekmale von Farbe, die von der Dezimierung in der Raumdomäne und schmaler Bandbreite abhängen, von denen der Luminanz.
Entsprechend dem Intra-/Inter-Modus und Luminanz-/Farb-Information gibt es daher vier Blocktypen, d. h., (Intra-Luminanz), (Intra-Farbe), (Inter-Luminanz) und (Inter-Farbe). Für den Blocktyp in der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Luminanz-/Farb-Information ausgeschlossen, und nur der Intra-/Inter-Modus wird in Betracht gezogen, weil die Farbstatistiken von der Abwärts-Sampling-Struktur des Farbsignals abhängen.
Ferner sind im Fall einer großen Quantisierungsschrittgröße DCT-Koeffizienten in den hochfrequenten Komponenten nicht hoch und viele werden als "0-en" erzeugt, während der Quantisierer in einem Zickzackmuster abtastet. Das heißt, um die menschlichen Seheigenschaften zu nutzen, werden die DCT-Koeffizienten in Haupt-Gewichtungsmatrizes geteilt. Da die Gewichtungsmatrix für hochfrequente Komponenten hoch ist, wenn die gegenwärtige Abtastung eine hochfrequente Komponente ist, werden oft kleine Werte (einschließlich "0") erzeugt, aber große Werte werden selten erzeugt.
Die vorliegende Erfindung schlägt daher ein adaptives Codier-/Decodier-Verfahren mit varibier Länge vor, das eine Vielzahl von Tabellen für Codierung/Decodierung mit variabler Länge verwendet, in denen der Blocktyp (Intra-/Inter-Modus), Abtastposition und Quantisierungsschrittgröße kombiniert werden, was ein Huffman-Codebuch genannt wird.
Die vorliegende Erfindung wird auch für ein in 1 gezeigtes allgemeines Codiersystem und für ein in 2 gezeigtes allgemeines Decodiersystem angenommen.
5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Encoders mit variabler Länge zur Implementierung eines erfindungsgemäßen adaptiven Codierverfahrens mit variabler Länge. Gemäß 5 werden quantisierte DCT-Koeffizienten durch einen Zickzack-Scanner 31 in einem Zickzackmuster abgetastet.
Die Auswähleinrichtung 32 für eine Tabelle für Codierung mit variabler Länge gibt ein Steuersignal zum Auswählen einer ersten bis P-ten Tabelle für Codierung mit variabler Länge 33.1, 33.2, ..., 33.P entsprechend dem Blocktyp (Intra-/Inter-Modus), der Quantisierungsschrittgröße Qss und der Abtastposition SP aus.
Die von dem Zickzack-Scanner 31 ausgegebenen quantisierten Koeffizienten werden entsprechend der ausgewählten Tabelle für Codierung variabler Länge mit variabler Länge codiert, um dann an den in 1 gezeigten Puffer 14 gesendet zu werden.
Der Decoder mit variabler Länge 21 des in 2 gezeigten Decodiersystems decodiert mit variabler Länge Daten, die in der umgekehrten Folge zu der des Codierprozesses mit variabler Länge codiert sind, wie in 5 gezeigt.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Auswählen einer Vielzahl von Tabellen für Codie rung/Decodierung mit variabler Länge im Einzelnen mit Verweis auf 6A, 6B und 7A bis 7C beschrieben.
6A zeigt P Tabellen für Codierung mit variabler Länge T₁, T₂, ..., T_p, die entsprechend der Quantisierungsschrittgröße Q_ss und der akuellen Abtastposition SP (während Zickzack-Abtastung) für den intra-Modus ausgewählt werden. 6B zeigt P Tabellen für Codierung mit variabler Länge T₁, T₂, ..., T_p, die entsprechend der Quantisierungsschrittgröße Q_ss und der akuellen Abtastposition SP (während Zickzack-Abtastung) für den Inter-Modus ausgewählt werden.
Die "0" Abtastposition SP entspricht der DC-Komponenten, die "63" Abtastposition SP stellt die letzte Abtastposition in dem entsprechenden Block dar, und die Quantisierungsschritt-größe Q_ss hat Werte im Bereich von "0" bis "62".
Um eine der P Tabellen für Codierung mit variabler Länge T₁, T₂, ..., T_p auszuwählen, wird zuerst bestimmt, ob der aktuelle Prozessblockmodus ein Inter-Modus oder Intra-Modus ist.
Das heißt, wie in 6A und 6B gezeigt, unterscheiden sich die Blöcke zum Auswählen der Tabellen für Codierung mit variabler Länge T₁, T₂, ..., T_p abhängig von dem Modus. Mit anderen Worten, verglichen mit dem Inter-Modus hat der Intra-Modus größere Auswahlblöcke für die erste und zweite Tabelle für Codierung mit variabler Länge T₁, T₂ und einen kleineren Auswahlblock für die P-te Tabelle für Codierung mit variabler Länge T.
In dem bestimmten Modus wird die erste, zweite oder P-te Tabelle für Codierung mit variabler Länge T₁, T₂ oder T_p entsprechend der Quantisierungsschrittgröße Q_ss und der Abtastposition SP ausgewählt.
Quantisierte OCT-Koeffizienten werden entsprechend der ausgewählten Codiertabelle mit variabler Länge codiert.
Hier kann ein Beispiel von P Bereichen, die entsprechend den in 6A und 6B gezeigten Intra- und Inter-Modi auf einer (SF, Q_ss) Ebene unterteilt werden, wie folgt ausgedrückt werden:
In dem Intra-Modus:

Bereich 1: SP + Q_ss < K₁;
Bereich 2: K₁ <= SP + Q_ss < K₂, und
Bereich 3: K_p – 1 <= SP + Q_ss < K_p

In dem Inter-Modus:

Bereich 1: SP + Q_ss < L₁;
Bereich 2: L₁ <= SP + Q_ss < L₂, und
Bereich 3: L_p – 1 <= SP + Q_ss < L_p

Die richtige Unterteilung wie oben kann empirisch basierend auf ausreichender statistischer Analyse für verschiedene Experimentierzustände gesucht werden. Diese Zustände umfassen solche Faktoren wie Videosequenz, Bitrate, GOP und Unterteilungsverfahren.
7A, 7B und 7C zeigen Beispiele der in 6A und 6B gezeigten Tabellen für Codierung mit variabler Länge.
Die Tabellen für Codierung mit variabler Länge haben einen regulären Bereich und einen Escape-Bereich, die sich abhängig von den statistischen Merkmalen von (Run, Level) unterscheiden.
Das heißt, die erste, zweite, ..., P-te Tabelle T₁, T₂, ..., T_p haben den regulären Bereich und Escape-Bereich mit verschiedenen Mustern, und die P-te Tabelle T hat einen kleineren regulären Bereich als die erste oder zweite Tabelle T₁ oder T₂.
Unterdessen hat das (Run, Level) Symbol eine niedrige Wahrscheinlichkeit, wenn die Run- und/oder Level-Länge einen großen Wert haben. Wie in 4 gezeigt, hat das betreffende Symbol des Escape-Bereiches eine feste Länge von 21 Bits, die durch Addieren eines 6-Bit Escape-Codes, eines 8-Bit Run und 1-Bit Vorzeichendaten erhalten werden.
Da es jedoch bei der Escape-Codierung Redundanz in den Feldern Run und Level gibt, kann die Datenmenge verringert werden. Das heißt, die zum Ausdrücken von Run benötigte Bitanzahl hängt von der Abtastposition während des Zickzack-Abtastens für zweidiemensionale DCT-Koeffizienten ab, und die zum Ausdrücken von Level benötigte Bitanzahl hängt von der Quantisierungsschrittgröße ab. Ferner unterscheiden sich Gewichtungsmatrizes von intracodierten Blöcken und intercodierten Blöcken voneinander.
Die neue Escape-Sequenz ESQ mit einer festen Länge von 21 Bits kann in die mit einer vari ablen Länge modifiziert werden, indem die vorerwähnten Merkmale entsprechend Gleichung (1) oben verwendet werden, wo ESQ aus sechs Bits besteht, RUN aus null bis sechs Bits besteht, L aus ein bis acht Bits besteht, S aus einem Bit besteht, die Run-Daten von der Abtastposition abhängen, und der Level von dem Quantisierer abhängt.
Da die modifizierte Escape-Sequenz eine variable Länge im Bereich von acht bis 21 Bits, verglichen mit der festen Länge von 21 Bits, hat, können daher die Bilddaten weiter verdichtet werden.
Da beim Decodieren der neuen Escape-Sequenz die jeweiligen aktuellen Abtastpositionen automatisch für das Codiersystem und das Decodiersystem angepasst werden, kann die zum Ausdrücken des Run-Wertes benötigte Anzahl von Bits angepasst werden, ohne zusätzliche Information zu übertragen. Ferner kann im Fall der Level-Länge, da die Quantisierungsschrittgröße zur inversen Quantisierung an das Decodiersystem gesendet wird, kann die gesendete Quantisierungsschrittgröße beim Synchronisieren der zum Ausdrücken von Level benötigten Anzahl von Bits benutzt werden, wodurch keine zusätzliche Information übertragen werden muss.
Die oben beschriebenen Codier- und Decodierverfahren mit variabler Länge, die den Verdichtungswirkungsgrad durch variables Justieren der Länge der Escape-Sequenz verbessern, werden in dem US-Patent US-A-5,402,123 , eingereicht am 1. Juni 1993 durch den Zessionar der vorliegenden Erfindung, beschrieben.
Erfindungsgemäß werden eine Vielzahl von Tabellen variabler Länge sowohl für die Codierseite als auch die Decodierseite bereitgestellt, die, verglichen mit dem Fall des Verwendens einer herkömmlichen einzelnen Tabelle, etwas komplexer in Hardware sein können. Die vorliegende Erfindung wird jedoch für den Fall angenommen, wenn ein hohe Datenverdichtungsrate erforderlich ist. Ferner wird die entsprechende auf der Codierseite erzeugte Modus-, Quantisierungsschrittgrößen- und Abtastpositionsinformation zu der Decodierseite übertragen. Die Modus- und Quantisierungsschrittgrößen-Information wird in einer konstanten Zeitperiode übertragen, oder wird übertragen, wann immer es eine Änderung gibt. Die Abtastpositionsinformation wird nicht getrennt übertragen, sondern wird automatisch erhalten, indem die Run-Werte nach Erlangen von (Run, Level) Werten der Decodierseite akkumuliert werden.
Obwohl die Information über die ausgewählte Tabelle für Codierung mit variabler Länge in Bezug auf die an die Decodierseite gesendeten Blockdaten nicht getrennt gesendet werden, kann die während des Codierens ausgewählte Tabelle für Codierung mit variabler Länge aus der von der Codierseite gesendeten Modus- und Quantisierungsschrittgrößen-Information und der aus dem Run-Wert auf der Decodierseite automatisch berechneten Positionsinformation identifiziert werden. Dann wird die gleiche Tabelle für Codierung mit variabler Länge wie die zum Codieren angenommene zur Decodierung der gesendeten Blockdaten benutzt.
Wie oben beschrieben, kann das erfindungsgemäße Verfahren den Datenverdichtungswirkungsgrad erhöhen, sodass Bilddaten codiert und decodiert werden, indem eine einer Vielzahl von Tabellen für Codierung variabler Länge mit einem regulären Bereich und einem Escape-Bereich unter Verwendung von Modus-, Quantisierungsschrittgrößen- und Zickzack-Abtastpositions-Information ausgewählt wird.
Ferner muss erfindungsgemäß kein zusätzliches Bit, das die während des Codierens ausgewählte Tabelle für Codierung mit variabler Länge ausdrückt, zur Decodierung übertragen werden. Die Übertragungsdaten können weiter verdichtet werden, indem die Run- und Level-Längen der in dem Escape-Bereich der ausgewählten Tabelle für Codierung mit variabler Länge zu codierenden Daten variabel justiert werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Ein erfindungsgemäßes adaptives Verfahren für Codierung mit variabler Länge kann den Verdichtungswirkungsgrad von digital übertragenen Daten verbessern und ist auf verschiedene technologische Gebiete anwendbar, einschließlich Digitalkommunikations-, Multimedia- und Personal Computersystemen und digitaler Videovorrichtungen, wie z. B. ein Hochzeilen-Fernseher oder digitaler Videokassettenrekorder.
ABSTRAKT ADAPTIVES CODIER- UND DECODIERVERFAHREN MIT VARIABLER LÄNGE FÜR BILDDATEN
Ein adaptives Codier-/Decodierverfahren mit variabler Länge führt eine optimale Codierung und Decodierung mit variabler Länge abhängig von einer Intra-Modus-/Inter-Modus-Bedingung, einer Quantisierungsschrittgröße und einer aktuellen Zickzack-Abtastposition so durch, dass eine Vielzahl von Codiertabellen variabler Länge mit unterschiedlichen Mustern eines regulären Bereiches und eines Escape-Bereiches entsprechend statistischen Merkmalen der (Run, Level) Daten aufgestellt werden. Eine der Codiertabellen variabler Länge wird entsprechend dem Modus, der Quantisierungsschrittgröße und der Abtastposition ausgewählt, und die Orthogonaltransformations-Koeffizienten werden entsprechend der ausgewählten Codietabelle variabler Länge mit variabler Länge codiert.

Claims

Verfahren zum adaptiven Codieren mit variabler Länge, bei dem quantisierte Orthogonaltransformations-Koeffizienten jedes einer Vielzahl von Blöcken in einem vorgegebenen Muster abgetastet werden und dann in einem Codiersystem für Bilddaten mit variabler Länge codiert werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Auswählen einer aus einer Vielzahl von Tabellen (33) für Codierung mit variabler Länge; und Codieren der quantisierten Orthogonaltransformations-Koeffizienten mit variabler Länge entsprechend der ausgewählten Tabelle für Codierung mit variabler Länge, dadurch gekennzeichnet, dass: die Auswahl einer der Vielzahl von Tabellen für Codierung mit variabler Länge entsprechend Intra-/Inter-Modus-Informationen, Abtastposition (SP) innerhalb eines Blocks und Quantisierungsschritt-Größe (Qss) getroffen wird.
Verfahren zum adaptiven Codieren mit variabler Länge nach Anspruch 1, wobei die Tabellen (33) für Codierung mit variabler Länge unterschiedliche Muster eines regulären Bereiches und eines Escape-Bereiches haben.
Verfahren zum adaptiven Codieren mit variabler Länge nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schritt des Auswählens der Tabelle (33) für Codierung mit variabler Länge eine Auswahl aus einer Vielzahl von Tabellen (33) für Codierung mit variabler Länge einschließt und die Auswahl einer bestimmten Tabelle für eine gegebene Kombination von Abtastposition (SP) innerhalb eines Blocks und Quantisierungsschritt-Größe (Qss) davon abhängt, ob der aktuelle Block in dem Intra-Modus oder dem Inter-Modus verarbeitet wird.
Vorrichtung zum adaptiven Codieren mit variabler Länge für Codierung von Bilddaten, die umfasst: eine Zickzack-Abtasteinrichtung (31), die quantisierte Orthogonaltransformations-Koeffizienten jedes einer Vielzahl von Blöcken in einem Zickzackmuster abtastet und die Transformationskoeffizienten in Run-, Level-Daten modifiziert, wobei ein Run-Wert die Anzahl von Nullen darstellt, die zwischen quantisierten Nicht-Null-Koeffizienten vorhanden sind, und ein Level-Wert dem Absolutwert eines Nicht-Null-Koeffizienten entspricht; eine Einrichtung zum Codieren mit variabler Länge, die die Run-, Level-Daten mit variabler Länge codiert; eine Einrichtung zum Aufstellen einer Vielzahl von Tabellen (33) für Codierung mit variabler Länge, die verschiedene Codierkriterien für die Codierung mit variabler Länge codierter Daten mit variabler Länge haben; und eine Auswähleinrichtung (32) für eine Tabelle für Codierung mit variabler Länge, die eine der Vielzahl von Tabellen (33) für Codierung mit variabler Länge auswählt; wobei die Einrichtung zum Codieren mit variabler Länge so betrieben werden kann, dass sie die Orthogonaltransformations-Koeffizienten entsprechend der ausgewählten Tabelle (33) für Codierung mit variabler Länge mit variabler Länge codiert, dadurch gekennzeichnet, dass: die Auswähleinrichtung (32) für eine Tabelle für Codierung mit variabler Länge dazu dient, eine der Vielzahl von Tabellen (33) für Codierung mit variabler Länge entsprechend Intra-/Inter-Modus-Informationen des aktuell verarbeiteten Blocks, der Zickzack-Abtastposition (SP) und der Quantisierungsschritt-Größe (Qss) auszuwählen.
Vorrichtung zum adaptiven Codieren mit variabler Länge nach Anspruch 4, wobei die Auswahleinrichtung (32) für eine Tabelle für Codierung mit variabler Länge so betrieben werden kann, dass sie eine Auswahl aus einer Vielzahl von Tabellen (33) für Codierung mit variabler Länge trifft, von denen jede verschiedene Codier- Kriterien für Codierung mit variabler Länge von mit variabler Länge codierten Daten eines regulären Bereiches und eines Escape-Bereiches hat, wobei die Auswahl einer bestimmten Tabelle für eine gegebene Kombination von Zickzack-Abtastposition (SP) und Quantisierungsschritt-Größe (Qss) davon abhängt, ob der aktuell verarbeitete Block in dem Intra-Modus oder dem Inter-Modus ist.
Vorrichtung zum adaptiven Codieren mit variabler Länge nach Anspruch 5, wobei der reguläre Bereich ein Bereich ist, in dem Daten entsprechend einem Huffmann-Code codiert sind, und der Escape-Bereich ein Bereich ist, in dem Daten mit einem Code fester oder variabler Länge codiert sind.