DE69519801T2 - Videokompressionsverfahren - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Videokompressionsverfahren und insbesondere auf ein Videokompressionsverfahren, das für die Anwendung bei der Übertragung eines Videobildes als digitales Videosignal bei sehr niedrigen Übertragungsraten vorgesehen ist.
• Ein Videobild wird digitalisiert, indem es in Pixel zerlegt wird und den Pixeln digitale Werte gegeben werden. Bei einem Schwarz-Weiß-Bild kann der Wert eines Pixels einfach der digital ausgedrückte Wert der Helligkeit des entsprechenden Pixels sein, der beispielsweise mit 8 Bits angegeben wird. Um ein Farbbild anzuzeigen, sind mehrere Signale erforderlich, und somit erfordert die digitale Darstellung beispielsweise Y-, U- und V-Pixel und deren digitale Werte, die die Informationen über die Helligkeit und die Farben des Bildes enthalten, Die Erfindung wird bei der Kompression aller Pixelinformationen in derselben Weise angewandt, weshalb sich diese Anwendung im allgemeinen primär auf Pixel, Pixelwerte und Wertinformationen bezieht.
• Wegen der beschränkten Kapazität der spezifisch zur Übertragung digitaler Bildinformationen verwendeten Kanäle müssen die Informationen vor der Übertragung komprimiert werden. Beispielsweise ist in der Praxis bei der Übertragung eines normalen Fernsehbildes auf einem UHF-Kanal, der eine Übertragungskapazität von 32 Mbit/s besitzt, eine Kompression von Bildinformationen in einem Verhältnis von 1 : 10-1 : 20 erforderlich. Wenn ein Videobild auf einem Kanal übertragen wird, der eine sehr niedrige Übertragungsrate besitzt, beispielsweise 8 kbit/s, ist eine sehr effiziente Kompression erforderlich, selbst wenn etwas an Bildqualität verloren geht.
• Zur Kompression eines Videobildes wurden mehrere verschiedene Techniken entwickelt. Diese Techniken werden bei der Codierung der Bildinformationen in dem Übertragungscodierer und entsprechend bei der Decodierung der Bildinformationen und der Rekonstruktion des Bildes auf der Empfängerseite angewandt. Diese Verfahren umfassen beispielsweise die Codierung mit variabler Länge (VLC), die prädiktive Codierung, die Bewegungskompensation, die Lauflängencodierung und die Transformationscodierung wie etwa die diskrete Kosinustransformationscodierung (DCT). Um die Rechnungen einfacher zu gestalten, wird ein Bild gewöhnlich in Blöcken codiert. Eine allgemein verwendete Blockgröße sind 8 · 8 Pixel. Die obenerwähnten Verfahren sind Fachleuten geläufig und werden hier, obwohl einige der Verfahren wie etwa die Codierung mit variabler Länge auch in dem Videokompressionsverfahren der Erfindung zur Verstärkung der Kompression verwendet werden können, nicht im einzelnen beschrieben, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind.
• Bei der Übertragung eines Videobildes als digitales Videosignal bei niedrigen Übertragungsraten besteht ein allgemein angewandtes Kompressionsverfahren darin, das Bild in Blöcke von n x m Pixeln zu unterteilen. Die Blöcke werden mit den entsprechenden Blöcken des zuvor verarbeitenden Bildes verglichen. Die veränderten Blöcke werden identifiziert und ihre codierten Informationen und die deren Ort angebenden Adreßdaten übertragen. Empfangsseitig werden diese Informationen und die Informationen des zuvor verarbeiteten Bildes verwendet, um das Bild zu rekonstruieren. Dieses Kompressionsverfahren ist bei der Übertragung eines Videobildes bei niedrigen Übertragungsraten sehr wirtschaftlich, was der Grund für die vorzugsweise Anwendung des Verfahrens der Erfindung ist, es ist jedoch auf diese Anwendung keinesfalls beschränkt.
• Das nächste Beispiel erläutert die Bedingungen der Übertragung eines Videobildes in einem Fall, in dem die verfügbare Kapazität des Übertragungskanals sehr gering ist und in dem es wirtschaftlich ist, das Verfahren der Erfindung anzuwenden. Die CIF-Auflösung des Bildes beträgt 176 Pixel/Zeile, wobei das Bild 144 Zeilen besitzt. Das Bild wird in Makroblöcke von 16 · 16 Pixeln zerlegt, wobei deren Gesamtzahl 9 · 11, d. h. 99, beträgt. Jeder Makroblock enthält vier Y-Blöcke (8 · 8 Pixel) und einen U-Block und einen V-Block (8 · 8 Pixel). Somit besitzt das Bild insgesamt 4 · 99 + 2 · 99 = 594 Blöcke. Unter der Annahme, daß die Kapazität des Kanals 8 kbit/s und die Bildfrequenz 8,3 Bilder pro Sekunde betragen, sind pro Bild 963 Bits verfügbar. Unter der weiteren Annahme, daß der Anteil der veränderten Makroblöcke 10% des Bildes beträgt, sind 0,1 · 595, d. h. ungefähr 60 Blöcke, zu codieren. Von den verfügbaren 963 Bits werden ungefähr 50 verwendet, um die veränderten Makroblöcke zu adressieren, beispielsweise durch Verwendung eines binären lauflängencodierten Pixelmusters. Die anderen 910 Bits bleiben für die Bildinformationen übrig, so daß 910/60, d. h. 15 Bits, pro Block verfügbar sind.
• Bei sehr niedrigen Übertragungsraten oder wenn die Anzahl der Änderungen in dem Bild größer als die zuvor angenommenen 10% ist, besteht ein allgemein angewandtes Verfahren darin, die Abtastrate zu verringern, so daß die Menge der übertragenen Bildinformationen und somit die Auflösung beibehalten werden können. Es ist bekannt, daß die Verringerung der Abtastrate die Qualität der Bewegung, die das Auge erkennen kann, herabsetzt. Eine Alternative zur Verringerung der Abtastrate ist eine effizientere Kompression, die darauf abzielt, die in einem Bildblock enthaltenen Informationen durch eine geringere Informationsmenge als zuvor darzustellen.
• In den Veröffentlichungen WO-A-93 23956 und EP-A-0 594 116 sind einige typische sogenannte VQ-basierte Videocodierungssysteme beschrieben. Die Bildblöcke eines Videorahmens werden mit Mustermodellen, die zuvor definiert wurden, verglichen. Dasjenige Mustermodell, das den Informationen des momentanen Bildblocks am meisten gleicht, wird zur Darstellung des Bildblocks gewählt. Der Musterinformationscode des ausgewählten Mustermodells wird zum Empfänger übertragen, in dem der entsprechende Bildblock über das ebenfalls im Speicher des Empfängers gespeicherte Mustermodell rekonstruiert wird.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Videokompressionsverfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, mit einer sehr kleinen Bitzahl codierte Bildinformationen zu übertragen und dennoch die Qualität des Bildes auf einer vernünftigen Ebene zu bewahren. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Bildinformationen eines Blocks mit 8 · 8 Pixeln über 14 Bits zu codieren.
• Zusätzlich zielen das Kompressionsverfahren der Erfindung und das entsprechende Rekonstruktionsverfahren darauf, die Kontinuität der Bildkonturen und den Kontrast zu bewahren. Das Verfahren ermöglicht außerdem eine Vergrößerung der Auflösung des Bildes durch Interpolation während der Rekonstruktion und der Rekonstruktion des Bildes für eine größere Anzahl von Pixeln, ohne daß die Konturen Zacken erhalten.
• Um diese Aufgaben zu lösen, sind die Verfahren der Erfindung durch die Merkmale in den Ansprüchen 1 und 10 gekennzeichnet.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird das Bild in Blöcke von 8 · 8 Pixeln oder, wenn die Codierung nicht genau genug ist, in Unterblöcke von 4 · 4 Pixeln zerlegt. Die in dem Block enthaltenen Informationen sind in Musterinformationen und Wertinformationen, die mit diesen verbunden sind, zerlegt. Gewöhnlich enthält ein Block ein Muster, daß aus einer oder zwei Konturen gebildet ist, wobei in diesem Fall das Muster durch die Konturen und die Ränder des Blocks definiert ist. Bei dem Verfahren der Erfindung wird im voraus eine relativ kleine Gruppe von Mustermodellen definiert, wobei jedem Modell ein relativ kurzer Code von beispielsweise 8 Bits zugewiesen wird. Die Mustermodelle werden so erzeugt, daß sie möglichst vielen unterschiedlichen Mustern nahekommen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dasjenige Mustermodell gesucht, das den Mustern des Blocks am meisten gleicht, wobei der für dieses Mustermodell definierte Code als Musterinformationscode festgelegt wird. Der Musterinformationscode wird mit einem Wertinformationscode, der den mit den Musterinformationen zusammenhängenden Wertinformationen entspricht, kombiniert.
• Außerdem besteht eine Möglichkeit zur genaueren Codierung darin, den Block in vier kleinere Unterblöcke zu zerlegen und das Verfahren der Erfindung zur Codierung der Bildinformationen eines Blocks auf diese Unterblöcke anzuwenden, indem aus einer vorgegebenen relativ kleinen Gruppe von Unterblockmustermodellen, die zusätzlich zu den Blockmustermodellen definiert wurden, die Mustermodelle für die Unterblöcke gesucht werden, die am ähnlichsten sind.
• Die dem momentan zu codierenden Block am nächsten liegenden zuvor codierten Blöcke können ebenfalls verwendet werden, um zur Codierung beizutragen und dafür zu sorgen, daß die Konturen kontinuierlich sind.
• Das Verfahren zur Rekonstruktion eines Blocks, der unter Anwendung des Verfahrens der Erfindung komprimiert wurde, ist durch die in Anspruch 12 angegebenen Merkmale gekennzeichnet. In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung kann der durch ein erfindungsgemäßes Verfahren komprimierte Block so rekonstruiert werden, daß er mehr Pixel als der ursprüngliche Block enthält, ohne daß eine Zackenbildung der Konturen in dem Block hervorgerufen würde.
• Im folgenden wird die Erfindung genauer beschrieben, wobei auf die mit eingeschlossenen Figuren Bezug genommen wird, worin:
• Fig. 1 die Block- und Unterblockmustermodelle, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, als binäre Bilder zeigt,
• Fig. 2 eine Gruppe von als Konturen dargestellten Mustermodellen und die entsprechenden Richtungscodes für die Konturen in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
• Fig. 3 ein Beispiel eines Blocks zeigt, der eine Kontur enthält und in ein binäres Bild umgesetzt wurde,
• Fig. 4 die Interpolation von Pixelwertinformationen in Verbindung mit der Rekonstruktion eines codierten Bildes zeigt und
• Fig. 5 ein Beispiel für die Umsetzung eines Konturmusters in ein Muster mit einer größeren Anzahl von Pixeln zeigt.
• Wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits dargelegt wurde, besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, zur Codierung der Bildinformationen des Blocks, die aus den Wertinformationen seiner Pixel gebildet sind, die Musterinformationen des Blocks und die mit ihnen verbundenen Wertinformationen zuerst aus den Bildinformationen abzuleiten. Die Musterinformationen können beispielsweise durch Erzeugung eines binären Bildes des Blocks unter Verwendung der Bildinformationen des Blocks abgeleitet werden. Die mit den Musterinformationen verbundenen Wertinformationen, beispielsweise die Wertinformationen einer Fläche eines binären Bildes können aus den Originalbildinformationen abgeleitet werden, indem beispielsweise der Mittelwert oder der Medianwert für die Pixelwerte der Fläche definiert wird oder indem der Wert eines bestimmten Pixels in der Fläche als Wertinformation gewählt wird. Um die Musterinformationen für ein Muster zu codieren, wird das Mustermodell mit der größten Ähnlichkeit zu dem betreffenden Muster gesucht, wobei der Code dieses Mustermodells als Musterinformationscode festgelegt wird. Wenn sich das ähnlichste Modell zu stark von dem Muster unterscheidet, kann es enger codiert werden oder es kann das Verfahren der Erfindung auf Teile des Blocks, sogenannte Unterblöcke, angewandt werden, für die es eine im voraus definierte Gruppe von Unterblockmustermodellen gibt.
• Fig. 1 zeigt eine vorgegebene Gruppe von Mustermodellen für Blöcke von 8 · 8 Pixeln und Unterblöcke von 4 · 4 Pixeln, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, als binäre Bilder. Es gibt 192 Blockmustermodelle und 47 Unterblockmustermodelle. Die Mustermodelle wurden so entworfen, daß sie auf die bestmögliche Weise so viele in der Praxis auftretende Muster wie möglich darstellen. So besitzen die meisten Blockmustermodelle nur eine Kontur, jedoch gibt es auch eine repräsentative Gruppe von Modellen mit zwei Konturen. Zusätzlich enthalten die Modelle einige karierte Modelle und einige Muster mit dichteren Zeilen, sogenannte dichte Muster, die nützlich sind, wenn beispielsweise dünne Linien oder entsprechende Muster mit kleinen Merkmalen codiert werden.
• Im Prinzip kann den Mustermodellen jede geeignete Form von Codes zugewiesen werden. In dem Beispiel aus Fig. 1 kann jedem Mustermodell eines Blocks von 8 · 8 Pixeln, der in den meisten Fällen verwendet werden kann, um die Blockmusterinformationen ausreichend genau darzustellen, beispielsweise ein 8-Bit-Code, zugewiesen werden, wobei mögliche 8-Bit-Codes übrig bleiben, um auch die enger beschriebenen Mustermodelle darzustellen. Andererseits ist es möglich, bei der Codierung der Musterinformationen die Codierung mit variabler Länge anzuwenden, wobei in diesem Fall den am häufigsten wiederholten Mustermodelle kürzere Codes zugewiesen werden. Dies spart Codierungskapazität zur Darstellung der enger beschriebenen Modelle oder zum Einschluß von Mustermodellen für alle vier Unterblöcke in den Musterinformationscode. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, daß es im Rahmen der für einen Block reservierten 8 Musterinformationsbits möglich ist, mehrere verschiedene Codierungsverfahren anzuwenden.
• Für einen Fachmann ist ebenso selbstverständlich, daß die heutigen Bildanalyseverfahren neben Entwicklung des binären Bildes weitere Möglichkeiten zur Ableitung der in den Blockbildinformationen enthaltenen Musterinformationen bieten. In dem Übertragungscodierer, in dem die Codierung der Bildinformationen erfolgt, ist gewöhnlich eine große Rechenkapazität vorhanden, die es ermöglicht, verschiedene Bildanalyseverfahren anzuwenden. Außerdem kann der Vergleich zwischen dem Muster, das der abgeleiteten Musterinformation entspricht, und den Mustermodellen auf verschiedenartigste Weise implementiert werden. Eine zweckmäßige Lösung besteht darin, das Muster einfach in einer bestimmen Reihenfolge mit allen möglichen Modellen zu vergleichen und das geeignetste Modell zu wählen. Das engere Definieren eines Modells kann falls erforderlich auch erfolgen, indem einfach in einer bestimmten Reihenfolge bestimmte definierte Alternativen, beispielsweise in der Reihenfolge, die sich auf deren Wahrscheinlichkeit gründet, ausprobiert werden.
• Fig. 2 bezieht sich auf eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Richtung und der Ort der Konturen in Mustern analysiert werden und die Musterinformationen durch Kombination des Richtungscodes und des Ortscodes der Kontur codiert werden. Diese Ausführungsform wurde durch Verwendung eines Falls untersucht, bei dem es nur eine Richtung in dem Muster gab. Fig. 2 zeigt als Beispiele 12 Blockzeichnungen, bei denen alle fett markierten Konturen eine bestimmte allgemeine Richtung und gleichzeitig eine bestimmte Form besitzen. In der obersten Ecke jeder Zeichnung befindet sich ein 4-Bit- Richtungscode, der dieser Richtung entspricht. Der Ort der Kontur in dem Block wurde in den Zeichnungen durch die Ziffern 1, 3, 5, 7 usw. markiert, der in der geforderten Weise codiert sein kann. Wenn der Ortscode ebenfalls durch 4 Bits dargestellt ist, sind insgesamt 8 Bits erforderlich, um die Mustermodelle dieses Beispiels zu definieren.
• Im folgenden wird ein Verfahren zur Konvertierung der Bildinformationen des Blocks in ein binäres Bild, das die Konturen des Musters definiert, beispielhaft aufgezeigt. Die Größe des Blocks beträgt 8 · 8 Pixel. Die Absolutwerte für die Differenzen der Pixel einer Zeile lassen sich in der folgenden Weise berechnen:
• Di = Pi ~ Pi+1
• D&sub7; = 0,
• wobei i die Werte 0, 1, ..., 6 zugewiesen werden, und
• Di = Absolutwert der Differenz im Pixel i
• Pi = Wert des Pixels i.
• Wenn die Pixel der Zeile die Werte 32, 30, 29, 10, 11, 20, 18 und 19 erhalten, betragen die entsprechenden Differenzen 2, 1, 19, 1, 9, 2, 1 und 0. Die Differenzen werden durch Anwendung eines Schwellenwerts in binäre Werte umgesetzt. Jene Werte, die größer oder gleich dem Schwellenwert sind, werden auf 1 gesetzt. Der Schwellenwert kann beispielsweise ein Viertel der größten Differenz, in diesem Fall 4,75, betragen. Nach Anwendung des Schwellenwerts betragen die Differenzen:
• 00101000
• Nun wird links begonnen, wobei alle Nullen mit 0 markiert werden, bis die Ziffer 1 gefunden ist, nach der alle Nullen mit 1 markiert werden. Wenn eine weitere Ziffer 1 gefunden ist, werden alle folgenden Nullen mit 0 markiert. Auf diese Weise ergeben sich die den Pixeln der Zeile entsprechenden Binärwerte:
• 00111000
• Durch Wiederholen dieser Operation für jede Zeile können die in dem Block enthaltenen vertikalen Konturen unterschieden werden und ein horizontal berechnetes binäres Bild des Blocks erhalten werden. In diesem binären Bild existiert für jedes Pixel ein aus den Absolutwerten der Differenzen der Pixel in der obenbeschriebenen Weise abgeleiteter Binärwert.
• Durch vertikales Ausführen der entsprechenden Berechnungen für die Pixel jeder Zeile in dem Block können die in dem Block enthaltenen horizontalen Konturen unterschieden werden, wobei ein vertikal berechnetes Binärbild des Blocks enthalten wird. Um das endgültige Binärbild zu bilden werden der Binärwert der Pixel in dem vertikal berechneten binären Bild und der Binärwert des Pixels in dem horizontal berechneten binären Bild für jedes Pixel logisch summiert. Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines binären Bildes, das eine Kontur enthält, die durch die Pixelränder zwischen den Pixeln mit verschiedenen Binärwerten definiert ist. Aus den Alternativen in Fig. 2 wurde die Kontur derjenigen Alternative mit der größten Ähnlichkeit zu dieser Kontur in Fig. 3 geschwärzt.
• Die nächste Stufe des Verfahrens besteht darin, die Richtung der in dem binären Bild enthaltenen Konturen zu berechnen. Die Berechnung erfolgt in Übereinstimmung mit dem Beispiel in Fig. 3 in der folgenden Weise. Subtrahiere den Binärwert jedes Pixels in der horizontalen Zeile 1 von dem Wert in der gleichen vertikalen Zeile der horizontalen Zeile 0, jeden Binärwert in der horizontalen Zeile 2 von dem entsprechenden Wert in der horizontalen Zeile 1 usw. und zuletzt jeden Binärwert in der horizontalen Zeile 7 von dem entsprechenden Wert in der horizontalen Zeile 6. Die Differenzen in jeder vertikalen Zeile werden unterhalb der vertikalen Zeilen in Fig. 3 angegeben. Die Differenzen werden addiert, wobei die Summe mit dem Zeichen Σve markiert wird. Entsprechend, subtrahiere den Binärwert jedes Pixels in der vertikalen Zeile 1 von dem Wert in der gleichen horizontalen Zeile der vertikalen Zeile 0 usw. und zuletzt jeden Binärwert in der vertikalen Zeile 7 von dem entsprechenden Wert in der vertikalen Zeile 6. Die Differenzen werden neben den horizontalen Zeilen auf der rechten Seite des Bildes angegeben. Die Differenzen werden addiert, wobei die Summe mit dem Zeichen Σpe markiert wird. Wenn Σve und Σpe sich von 0 unterscheiden, berechne das Verhältnis
• R = Σve/Σpe
• Der Richtungscode wird auf der Basis des Verhältnisses R unter Verwendung einer Tabelle definiert. Die Richtungen und ihre entsprechenden Codes können mit der erforderlichen Genauigkeit definiert werden. Die folgende Tabelle 1 ist ein Beispiel für eine zur Definition eines Richtungscodes verwendeten Tabelle. Tabelle 1
• Wenn Σve = Σpe = 0, ist die Fläche ungeteilt ohne jegliche Konturen. Wenn Σve = 0 und Σpe s 0, enthält das Muster eine vertikale Kontur, deren Code 1000 ist. Wenn Σpe = 0 und Σve + 0, enthält das Muster eine horizontale Kontur, deren Code 0000 ist. In dem Beispiel aus Fig. 3 sind Σve = 8 und Σpe = 3, so daß R = 2,67 und der entsprechende Richtungscode aus der obigen Tabelle 0100 lautet.
• Der Ort der Kontur in einem Muster kann durch Berechnung der Häufigkeit des Auftretens der Ziffer 1 (oder entsprechend der Ziffer 0) in dem binären Bild gefunden werden. Die Berechnungen beginnen in der oberen (oder unteren) linken Ecke und führen über die vertikalen Zeilen. Das Auftreten der Ziffer 1 wird entlang der Zeile bestimmt, bis 0 gefunden wird, worauf die Berechnung mit der nächsten Zeile fortgesetzt wird. Die Zahl für das Auftreten der Ziffer 1 wird mit der in einer spezifischen Tabelle für den Richtungscode angegebenen Zahl verglichen. In dem Beispiel aus Fig. 3 tritt die Ziffer 1 29 mal auf. Der in einer Tabelle angegebene nächste Wert wäre 32, wenn er aus demjenigen Modell der Mustermodelle aus Fig. 1 berechnet würde, das die größte Ähnlichkeit mit dem Muster besitzt. Die diesem Wert entsprechende Kontur ist in Fig. 3 geschwärzt. Die Konturerkennung kann ausgeführt werden, indem die Häufigkeit des Auftretens der Ziffer 1 oder 0 betrachtet wird. Der Ort der Kontur ist in der geforderten codierten Form festgelegt.
• Die Richtungs- und Ortscodes zusammen bilden einen Code, der bei der Rekonstruktion des Bildes verwendet wird, um beispielsweise aus den Modellen aus Fig. 1 dasjenige Mustermodell zu wählen, das dem Block am ähnlichsten ist.
• Die Differenz zwischen dem aus den Bildinformationen abgeleiteten Muster und dem Mustermodell, das diesem am ähnlichsten ist, kann beispielsweise durch Berechnung der Anzahl der Pixel in den Flächen, in denen sich die Konturen des Modells und des Musters unterscheiden, definiert werden. Wenn die Differenz den zulässigen Grenzwert überschreitet, wird das Modell enger definiert, indem diesem beispielsweise ein Fadenkreuz aus 2 Pixeln hinzugefügt wird und die Differenz anschließend neu definiert wird.
• Eine Möglichkeit, ein genaueres Modell für das Blockmuster zu finden, besteht darin, den Block in Unterblöcke zu unterteilen und in der obenbeschriebenen Weise aus einer Gruppe von im voraus definierten Unterblockmustermodellen nach einem Mustermodell für jeden Unterblock zu suchen. Eine Alternative besteht in der Umsetzung des Unterblocks in eine größere Anzahl von Pixeln, so daß Blockmustermodelle als Unterblockmustermodelle verwendet werden können. Natürlich müssen in diesem Fall dem Blockcode Informationen über das Zoomen hinzugefügt werden, in dem beispielsweise für die Rekonstruktion des Blocks in der korrekten Größe ein geeignetes Präfix verwendet wird.
• Eine Möglichkeit, das Blockmuster enger zu definieren, besteht darin, auf den Block ein Modell anzuwenden, das ein sogenanntes dichtes Muster enthält, das beispielsweise Linien geringer Dicke vor einem schwarzen Hintergrund enthält. Dichte Muster sind beispielsweise bei der Codierung von dünnen Linien oder anderen feinen Einzelheiten nützlich.
• Ein codierter Block kann rekonstruiert werden, indem ein Mustermodell und die mit diesem zusammenhängenden Wertinformationen entweder so wie sie sind oder durch Anwendung eines geeigneten Tiefpaßfilters verwendet werden. Eine Alternative besteht in einer interpoherten Rekonstruktion, bei der zusätzlich zu dem Mustermodell die Pixel, die in den Rändern des benachbarten Blocks hegen und an den momentan verarbeiteten Block angrenzen, ebenfalls verwendet werden. Fig. 4 zeigt eine Rekonstruktion, bei der Pixel-Zwischenwerte durch Interpolation gewonnen werden. Die Pixelwerte der in den verschiedenen Flächen des Blocks enthaltenen Pixel werden unter Verwendung der Pixel aus den Blöcken A, B und C, die dem Block am nächsten hegen, interpoliert. In der hellen Fläche in Fig. 4 werden zuerst die Intervalle C&sub7;&sub7;-D&sub7;&sub7; und B&sub7;&sub7;-D&sub7;&sub7; interpoliert und anschließend unter Verwendung dieser interpolierten Werte die übrigen Pixel interpoliert. Eine mögliche Reihenfolge der Interpolation ist durch die Pfeile in Fig. 4 angedeutet. Beispielsweise besitzt das Intervall C&sub7;&sub7;-D&sub7;&sub7; die folgenden interpolierten Werte:
• (7C&sub7;&sub7; + D&sub7;)/8, (6C&sub7;&sub7; + 2D&sub7;&sub7;)/8, (5C&sub7;&sub7; + 3D&sub7;&sub7;)/8, (4C&sub7;&sub7; + 4D&sub7;&sub7;)/8, (3C&sub7;&sub7; + 5D&sub7;&sub7;)/8, (2C&sub7;&sub7; + 6D&sub7;&sub7;)/8, (C&sub7;&sub7; + 7D&sub7;&sub7;)/8
• Die subjektive Genauigkeit der Rekonstruktion kann erhöht werden, indem jedes Pixel in dem rekonstruierten Bild in vier kleinere Pixel unterteilt wird, so daß die Größe des Rekonstruktionsblocks 16 · 16 Pixel beträgt. Die Kontur des rekonstruierten Bildes muß ebenfalls modifiziert werden. Fig. 5 zeigt die Umsetzung eines Blocks aus 8 · 8 Pixeln in einen Block aus 16 · 16 Pixeln durch Unterteilung jedes Pixels in vier kleinere Pixel. Die dunkle Fläche in der Figur ist das Muster nach dem Modifizieren der Kontur. In dieser Weise kann das Bild für eine größere Anzahl von Pixeln rekonstruiert werden, ohne daß die Konturen Zacken bekommen. Es soll angemerkt werden, daß das Umsetzen eines Bildes in eine größere Anzahl von Pixeln während der Rekonstruktion kein Hinzufügen zusätzlicher Informationen während der Codierung erfordert.
• Wenn ein Videobild unter Anwendung eines Kompressionsverfahrens übertragen wird, bei dem nur die Informationen der veränderten Blöcke übertragen werden, kann das Verfahren der Erfindung angewandt werden, um die veränderten Blöcke bei einer sehr kleinen Informationsmenge zu codieren. Wenn das Muster beispielsweise über 8 Bits codiert wird und zwei Wertinformationsanteile, beispielsweise Grauskalen, unter Verwendung von jeweils 3 Bits DPCM-codiert sind, erfordert die Codierung des Blocks 8 + 3 + 3 = 14 Bits. Wie oben angeführt wurde, kann der Mustercode in einigen Fällen kürzer sein. Beispielsweise kann ein Muster, das eine schwarze Fläche mit einer vertikalen und einer horizontalen Kontur enthält, durch Anwendung eines Codes, der einen Code für die schwarze Fläche und den Wert des Pixels in dem Eck des Musters in dem Block enthält, festgelegt werden.
• Der Vorteil dieses Verfahrens im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren besteht darin, daß die komprimierten Informationen die Musterinformationen des Blocks sind. Auf diese Weise kann der Kontrast des Originalbildes bewahrt werden. Zusätzlich kann die Qualität des rekonstruierten Bildes gesteigert werden, indem die Konturen der Muster durch Interpolation der Randpixel des Blocks über die benachbarten Blöcke den Mustern der benachbarten Blöcke angepaßt werden und das rekonstruierte Bild in eine größere Anzahl von Pixeln umgesetzt wird und einer Konturmodifikation unterzogen wird.
• Die beschriebene Erfindung ist nicht auf die oben gezeigten Beispiele beschränkt, sondern kann in den durch die folgenden Ansprüche gesetzten Grenzen angewandt werden.

Claims (13)

1. Videokompressionsverfahren, bei dem ein Videobild in mehrere Pixel enthaltende Blöcke unterteilt ist und bei dem die Bildinformationen eines Blocks aus den Wertinformationen seiner Pixel gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Codierung der Bildinformationen des Blocks:

Blockmusterinformationen aus den Bildinformationen des Blocks durch Definieren der Richtung und des Orts einer in dem Block enthaltenen Kontur und durch Bilden eines Musterinformationscodes aus einem der Richtung entsprechenden Richtungscode und einem dem Ort entsprechenden Ortscode abgeleitet werden und die mit den Blockmusterinformationen zusammenhängenden Wertinformationen aus den Bildinformationen des Blocks abgeleitet werden,

eine relativ kleine Gruppe von Blockmustermodellen im voraus vorbereitet wird, wobei jedem Modell ein relativ kurzer Code zugeordnet ist,

in der relativ kleinen Gruppe von Blockmustermodellen ein Mustermodell gesucht wird, das dem durch die Blockmusterinformationen definierten Muster des Blocks am ähnlichsten ist,

der dem Mustermodell zugeordnete Code als Musterinformationscode festgelegt wird und

der Musterinformationscode mit einem den mit den Musterinformationen zusammenhängenden Wertinformationen entsprechenden Wertinformationscode kombiniert wird.

2. Videokompressionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Differenz zwischen dem durch die Blockmusterinformationen definierten Muster und dem Mustermodell mit der größten Ähnlichkeit einen bestimmten festgelegten Grenzwert überschreitet, der Block in Unterblöcke zerlegt wird und das Verfahren zur Codierung der Bildinformationen des Blocks auf diese Unterblöcke angewandt wird, wobei für diese in einer im voraus definierten kleinen Gruppe von Unterblockmustermodellen die Modelle mit der größten Ähnlichkeit gesucht werden.

3. Videokompressionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe eines Blocks 8 · 8 Pixel beträgt und die Größe eines Unterblocks 4 · 4 Pixel beträgt.

4. Videokompressionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Musterinfonnationscode 8 Bits enthält.

5. Videokompressionsverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Musterinformationscode eine variable Länge besitzt.

6. Videokompressionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wertinformationscode zwei Wertinformationsanteile umfaßt, die beide DPCM-codiert sind.

7. Videokompressionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockmustermodell ein binäres Bild des Blocks ist, in dem die Pixel binäre Werte haben, und daß die Blockmusterinformationen aus den Bildinformationen des Blocks abgeleitet werden, indem aus diesen binäre Werte für die Pixel des Blocks erzeugt werden.

8. Videokompressionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungscode und der Ortscode der in dem Block enthaltenen Kontur definiert werden durch Verwendung eines binären Bildes des Blocks und durch

Subtrahieren des Binärwerts jedes Pixels in der horizontalen Zeile (n + 1) von dem Wert in der gleichen vertikalen Zeile der horizontalen Zeile n, wobei n = 0, 1, ..., (s - 1) und s die Anzahl der horizontalen Zeilen in dem binären Bild ist, und Berechnen der Summe der Differenzen (Σve),

Subtrahieren des Binärwerts jedes Pixels in der vertikalen Zeile (m + 1) von dem Wert in der gleichen horizontalen Zeile der vertikalen Zeile m, wobei m = 0, 1, ..., (t - 1) und t die Anzahl der horizontalen Zeilen in dem binären Bild ist, und Berechnen der Summe der Differenzen (Σpe),

Berechnen des Verhältnisses der erhaltenen Summen (Σve/Σpe), wenn beide Summen ungleich 0 sind, und Wählen eines dem Verhältnis entsprechenden Richtungscodes aus einer Tabelle, die die Wertebereiche des Verhältnisses und die diesen entsprechenden Richtungscodes enthält, und

Festlegen eines Codes für eine einheitliche Fläche als Richtungscode, wenn beide Summen gleich 0 sind, eines Codes für eine vertikale Kontur, wenn nur die erste Summe Σve gleich 0 ist, und eines Codes für eine horizontale Kontur, wenn nur die zweite Summe Σpe gleich 0 ist.

9. Videokompressionsverfahren nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ort und der Ortscode der Kontur definiert werden durch Verwendung eines binären Bildes des Blocks und Aufsummieren der Häufigkeit des Auftretens der Ziffer 1 oder entsprechend der Ziffer 0, zeilenweise in horizontaler Richtung, auf der linken Seite der Zeile beginnend und bei der ersten 0 oder entsprechend bei der ersten 1 endend, und durch Festlegen als Ortscode desjenigen Ortscodes, welcher der erhaltenen Gesamtzahl und dem definierten Richtungscode entspricht.

10. Verfahren zur Rekonstruktion eines Bildes, das unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 komprimiert wurde, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Code erhalten wird, der den Bildinformationen eines Blocks entspricht und den Musterinformationscode und den Wertinformationscode enthält,

nach dem Musterinformationscode durch Anwendung eines Mustermodells ein Muster gebildet wird, und

nach dem Wertinformationscode Wertinformationen zu dem Muster hinzugefügt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertinformationen der Pixel durch Verbesserung der Kontinuität der Konturen an den Rändern des Blocks und der benachbarten Blöcke enger definiert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertinformationen der Pixel durch Interpolation mit Hilfe der Pixel, die an den Rändern der benachbarten Blöcke liegen und an den momentan verarbeiteten Block angrenzen, enger definiert werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Genauigkeit des rekonstruierten Musters durch seine Umsetzung zu einer größeren Anzahl von Pixeln als beim Original erhöht wird durch

Zerlegen jedes Pixels in mehrere Pixel und

Modifizieren der Kontur des Musters zur Beseitigung der Zackenbildung.