DE69630122T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorfilterung von Videobildern - Google Patents

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/80Details of filtering operations specially adapted for video compression, e.g. for pixel interpolation
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    • H04N19/61Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding in combination with predictive coding

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, einen aktualisierten Videostrom aus einem Eingangsvideostrom zur Verwendung für Bildcodieranwendungen zu erzeugen sowie eine ein derartiges Verfahren durchführende Vorrichtung, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5.
  • Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bereits bekannt, beispielsweise aus EP-A-0 644 696, "Method for temporal filtering of video signals using a motion adaptive spatial filter". In diesem Dokument wird ein bewegungsadaptives räumliches Filterverfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung vorgestellt, die einen Teil einer Vorverarbeitung eines Videosignals durchführen, das nachfolgend codiert werden soll. Die dabei erfolgenden Filterschritte dienen dazu, 'temporales' Rauschen zu beseitigen oder zu verringern sowie eine Bandbegrenzung durchzuführen, um dadurch die Bildqualität und den Codierwirkungsgrad zu verbessern. Das zeitliche (temporale) Filtern hat den Zweck, Rauschkomponenten in Bewegung aufweisenden Bereichen aufeinanderfolgender Rahmen zu entfernen, ohne die darin enthaltenen Details zu beeinträchtigen.
  • Das gefilterte Signal wird dann weiter codiert, beispielsweise unter Verwendung von Standard MPEG-2-Codierverfahren. Dieses Codierverfahren identifiziert zuerst sogenannte Referenzrahmen im zu codierenden Videostrom, wendet einen Intra-Codieralgorithmus auf diese Referenzrahmen an und führt anschließend ein differenzielles Codieren der übrigen Rahmen bezüglich dieser Referenzrahmen durch. Sogar mit der erwähnten Vorverarbeitung des Standes der Technik bleibt der entstehende Bitstrom nach der MPEG-2-Codierung sehr stoßartig (bursty), was zu einem hohen Spitzen-zu-Effektivwert-Bitratenverhältnis des codierten aktualisierten Videostroms führt. Dieses große Spitzen-zu-Effektivwert-Bitratenverhältnis bewirkt ein ernsthaftes Problem bei der Übertragung dieser codierten Daten unter Verwendung von ATM-Übertragungsdiensten. Dieses Problem ließe sich durch Überdimensionieren des ATM-Netzes lindern, oder auch durch Verwendung eines glättenden MPEG-Transportstromes, bei dem der codierte aktualisierte Videoelementarstrom zu einem Paket-Elementarstrom paketiert wird und anschließend zu einem aus Paketen fester Länge bestehenden Transportstrom integriert wird. Aber auch diese Lösung führt zu einer ineffizienten Nutzung des Netzes, da eine Menge dieser feste Länge aufweisenden Pakete nutzlose Bits enthalten.
  • Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung eines aktualisierten Videostroms aus einem Eingangsvideostrom zur Verwendung bei Bildcodieranwendungen des zuvor beschriebenen bekannten Typs bereitzustellen, welches jedoch derart beschaffen ist, dass nach dem Codieren des aktualisierten Videostroms in Übereinstimmung mit einem speziellen Codierschema unter Verwendung von Referenzrahmen der codierte aktualisierte Videostrom verringerte Bursthaftigkeit aufweist, derart, dass er direkt für eine Übertragung über ein ATM-Dienstnetz geeignet ist.
  • Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel aufgrund der Tatsache erreicht, dass das Verfahren die Schritte wie dargelegt in Anspruch 1 beinhaltet und dass die dieses Verfahren durchführende Vorrichtung aufgebaut ist wie dargelegt in Anspruch 5.
  • Auf diese Weise enthält der aktualisierte Videostrom lediglich aktualisierte Referenzrahmen, hingegen sind dessen Nicht-Referenzrahmen bezüglich des ursprünglichen Videostroms unverändert. Der aktualisierte Referenzrahmen, der durch zeitliches Filtern einer ersten Mehrzahl von Rahmen erzeugt wird, weicht vom ursprünglichen Referenzrahmen in einem Maße ab, das vom zeitlichen Verlauf der Rahmen abhängt. Tatsächlich unterscheidet sich der aktualisierte Referenzrahmen umso mehr vom ursprünglichen Referenzrahmen, je schneller sich aufeinanderfolgende Rahmen des ursprünglichen Videostroms über den zeitlichen Verlauf ändern. Der aktualisierte Referenzrahmen wird daher in einer Sequenz aufeinanderfolgender Rahmen des aktualisierten Videostroms diskontinuierlich werden, was bedeutet, dass benachbart zu diesen aktualisierten Referenzrahmen befindliche Nicht-Referenzrahmen eine viel größere Abweichung gegenüber dem neu erzeugten Referenzrahmen aufweisen als gegenüber dem ursprünglichen Referenzrahmen. Demzufolge führt ein weiteres Codieren der Nicht-Referenzrahmen bezüglich dieser aktualisierten Referenzrahmen dazu, dass eine wesentliche größere Bitzahl für diese Nicht-Referenzrahmen benötigt wird, was das Spitzen-zu-Effektivwert-Bitratenverhältnis des codierten aktualisierten Videostroms verringert.
  • Ein zusätzliches kennzeichnendes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Verfahren einen weiteren räumlichen Filterungsschritt wie beschrieben in Ansprch 2 beinhaltet und dass die Vorrichtung weiter eine räumliche Filtereinrichtung wie beschrieben in Anspruch 6 beinhaltet.
  • Um das bereits verringerte Spitzen-zu-Effektivwert-Bitratenverhältnis des codierten aktualisierten Videosignals weiter zu verringern, wird während der Erzeugung des aktualisierten Referenzrahmens optional ein räumlicher Filterungsschritt durchgeführt. Dieser räumliche Filterungsschritt verringert die zur Codierung des Referenzrahmens benötigte Bitzahl weiter, was auch für eine Verringerung der durchschnittlichen Bitrate des codierten Signals von Vorteil ist.
  • Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der Erfindung liegt darin, dass der zeitliche Filterungsschritt nach Anspruch 3 durchgeführt wird und dass das Teil der Vorrichtung, welches diesen zeitlichen Filterungsschritt durchführt, gemäß Anspruch 7 realisiert ist.
  • Dies bedeutet, dass der zeitliche Filterungsschritt vom Inhalt sowie dem zeitlichen Verlauf des Inhaltes der Rahmen des ursprünglichen Videostroms abhängig gemacht wird, die zur Erzeugung des aktualisierten Referenzrahmens ausgewählt und verwendet werden. Wenn sich die gewählten Rahmen beträchtlich voneinander unterscheiden, hat ein adaptiver zeitlicher Filterungsschritt, der denjenigen Rahmen, welche am meisten vom ursprünglichen Referenzrahmen abweichen, eine größere relative Wichtigkeit erteilt, im Allgemeinen zur Folge, dass ein aktualisierter Referenzrahmen eine größere Abweichung gegenüber zu ihm benachbart liegenden Rahmen aufweist, und zwar verglichen mit einem zeitlichen Filterungsschritt, bei dem allen gewählten Rahmen eine feststehende Gewichtung erteilt wird. Daher wird die Bursthaftigkeit des anschließend codierten aktualisierten Videostroms erneut verringert. Somit ist ein zeitliches Filtern unter Verwendung zeitlicher Filterparameter, die in Abhängigkeit vom Inhalt und dem zeitlichem Verlauf des Inhaltes der Rahmen, welche zur Durchführung dieses zeitlichen Filterungsschrittes ausgewählt wurden, veränderlich sind, für eine Verringerung der Bursthaftigkeit des anschließend codierten Signals viel effektiver als ein zeitlicher Filterungsschritt mit vorbestimmten konstanten Gewichtungs- oder Filterparametern.
  • Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der räumliche Filterungsschritt nach Anspruch 4 durchgeführt wird und dass der Teil der Vorrichtung, das diesen räumlichen Filterungsschritt durchführt, wie dargelegt in Anspruch 8 realisiert ist.
  • Falls die zur Erzeugung des aktualisierten Referenzrahmens ausgewählten und verwendeten Rahmen fast identisch sind und dem ursprünglichen Referenzrahmen ähnlich sind. führt der zuvor erwähnte zeitliche Filterungsschritt zu fast demselben ursprünglichen Referenzrahmen, sogar wenn ein adaptiver zeitlicher Filterungsschritt verwendet wird. In diesem Fall lässt sich das Spitzen-zu-Effektivwert-Bitratenverhältnis des codierten aktualisierten Signals lediglich durch einen räumlichen Filterungsschritt verringern. Indem man dann diesen räumlichen Filterungsschritt adaptiv bezüglich des eigentlichen Inhaltes der gewählten Rahmen macht, in dem Sinne, dass Bilder mit hochfrequentem räumlichen Inhalt stärker gefiltert werden als Bilder mit niederfrequentem räumlichen Inhalt, und man die räumliche Inhaltsinformation. die auf den ursprünglichen Referenzrahmen bezogen ist, relativ stärker filtert, erreicht man, dass der aktualisierte Referenzrahmen, dessen Bitzahl bezüglich des ursprünglichen Rahmens verringert ist, ebenfalls stärker von den benachbart liegenden Rahmen abweicht als der ursprüngliche Rahmen, wodurch erneut das Spitzen-zu-Effektivwert-Bitratenverhältnis des anschließend codierten aktualisierten Signals verringert wird.
  • Die zuvor erwähnten sowie weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden deutlich und die eigentliche Erfindung lässt sich am besten dadurch verstehen, dass Bezug genommen wird auf die folgende Beschreibung einer Ausführungsform, in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, welche zeigen:
  • 1 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 einen Teil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • BESCHREIBUNG
  • Bei dem den Erfindungsgegenstand darstellenden Verfahren handelt es sich um ein Vorverarbeitungsverfahren, um einen aktualisierten Videostrom aus einem Eingangsvideostrom zu erzeugen, bevor dieser aktualisierte Videostrom einer Video-Codiervorrichtung zugeführt wird. Dieser aktualisierte Videostrom ist derart beschaffen, dass, falls er anschließend einer Codiervorrchtung zugeführt wird, die ein Codierverfahren unter Verwendung von Referenzrahmen durchführt, beispielsweise das bekannte MPEG-2-Codierverfahren, der entstehende codierte aktualisierte Videostrom eine geringere Bursthaftigkeit als ein codierter nicht aktualisierter Videostrom aufweist.
  • Das Verfahren erzeugt daher einen aktualisierten Satz von Referenzrahmen, welche die ursprünglichen Referenzrahmen ersetzen. 1 stellt ein Blockschema einer Vorrichtung A dar, die zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist. Der Eingangsvideostrom wird in der Vorrichtung A über einen Eingangsanschluss IN empfangen. Die Positionen der Referenzrahmen, die von der Codiervorrichtung während des Codiervorgangs ausgewählt werden, sind durch eine Steuereinrichtung CM als zweite vorbestimmte Information bekannt, die sich beispielsweise während des Hochfahrens programmieren lässt. Diese Steuereinrichtung CM bildet einen Teil der Vorrichtung A und erzeugt ein erstes Steuersignal C1, das auf dieser zweiten vorbestimmten Information und auf einer ersten vorbestimmten Information basiert, die Information über die Positionen der Rahmen einer ersten Mehrzahl enthält, die aus dem ursprünglichen Videostrom zur Erzeugung eines speziellen aktualisierten Referenzrahmens zu wählen ist. Im Allgemeinen beinhaltet diese erste vorbestimmte Information die Relativpositionen der zu wählenden Rahmen der ersten Mehrzahl bezüglich der Position des zu aktualisierenden Referenzrahmens. Beispielsweise können für einen speziellen Referenzrahmen des ursprünglichen Videostroms die zu wählenden Rahmen der ersten Mehrzahl aus diesem Referenzrahmen selber, den zwei folgenden Referenzrahmen und den zwei vor diesem Referenzrahmen liegenden Referenzrahmen bestehen. Die zweite vorbestimmte Information beinhaltet dann die Positionen der Referenzrahmen oder einen Algorithmus zur Berechnung dieser Positionen, hingegen beinhaltet die erste vorbestimmte Information die Relativpositionen der Rahmen, die für jeden Referenzrahmen zu wählen sind und bei denen es sich in diesem Beispiel um die Position des Referenzrahmen selber, die Positionen der zwei vorhergehenden Referenzrahmen und die zwei auf den betrachteten Referenzrahmen folgenden Referenzrahmen handelt, oder um einen Algorithmus zur Berechnung dieser Positionen. Wie im Fall der zweiten vorbestimmten Information kann die erste vorbestimmte Information während des Hochfahrens programmiert werden.
  • Die Steuereinrichtung CM liefert dieses erste Steuersignal C1 an eine Auswähleinrichtung SM. Diese Auswähleinrichtung SM, die auch in der Vorrichtung enthalten ist, dient dazu, für jeden Referenzrahmen aus dem zu aktualisierenden Eingangsvideostrom eine erste Vielzahl von Rahmen auszuwählen, wobei die Position der ausgewählten Rahmen von dieser ersten Vielzahl somit von der Position des zu ersetzenden Referenzrahmens abhängt, wie durch das erste Steuersignal C1 angegeben.
  • Eine derartige Auswähleinrichtung SM kann in einigen Ausführungsformen der Vorrichtung daher einen großen Speicher zur Speicherung großer Mengen an zugeführten und/oder in Abhängigkeit von einem speziellen Auswahlkriterium ausgewählten Rahmen beinhalten. Wie eine derartige Auswähleinrichtung zu realisieren ist, ist jedoch bei Fachleuten allgemein bekannt und wird daher hier nicht weiter beschrieben.
  • Nachdem diese erste Mehrzahl von Rahmen ausgewählt wurde, erfolgt bei diesen ein zeitlicher Filterungsschritt mittels einer zeitlichen Filtereinrichtung TF. Der Begriff 'zeitliches Filtern' ist dabei in ganz allgemeiner Weise so zu verstehen, dass die Bewegungsinformation, die in den in dieser ersten Vielzahl beinhalteten Rahmen enthalten ist, zur Erzeugung eines aktualisierten Referenzrahmens verwendet wird. In diesem Sinne ist ein bewegungsadaptives räumliches Filtern auch als zeitliches Filtern zu betrachten, wie Fachleuten allgemein bekannt ist. Solche und andere zeitliche Filtereinrichtungen wurden in der Literatur bereits ziemlich erschöpfend beschrieben. Mögliche Ausführungsformen bestehen aus einer Reihe parallel betriebener Schalter, wobei jeder Schalter einen der ausgewählten Rahmen der ersten Vielzahl empfärgt. Für derartige Ausführungsformen der zeitlichen Filtereinrichtung fließt die Bildinformation, die einzelne Rahmen der ersten Mehrzahl betrifft, zwischen der Auswähleinrichtung und der zeitlichen Filtereinrichtung über ein Bündel einzelner paralleler Verbindungsleitungen, wobei jede Verbindungsleitung einen einzelnen Schalter der zeitlichen Filtereinrichtung TF verbindet. Bei diesen Ausführungsformen besteht somit die Verbindung zwischen der Auswähleinrichtung SM und der zeitlichen Filtereinrichtung TF von 1 aus einem Bündel paralleler Verbindungsleitungen. Die Steuerung dieser Schalter kann feststehend erfolgen, oder sie kann in Abhängigkeit vom eigentlichen Bildinhalt der Rahmen variabel erfolgen. Die Rahmen, welche die Schalter durchlaufen haben, werden dann in einer Kombinationseinheit, die auch Teil der zeitlichen Filtereinrichtung ist, zu einem einzigen neuen Bild kombiniert, bei dem es sich um den aktualisierten Referenzrahmen handelt. Jedoch sind auch andere Ausführungsformen möglich und werden hier nicht weiter erläutert, da sie Fachleuten allgemein bekannt sind.
  • Der aktualisierte Referenzrahmen wird dann an eine Ersetzungseinrichtung RM weitergeleitet, die auch in der Vorrichtung A enthalten ist. Diese Ersetzungseinrichtung empfängt auch das ursprüngliche Eingangsvideosignal und ersetzt in diesem die ursprünglichen Referenzrahmen durch die entsprechenden aktualisierten Referenzrahmen.
  • Um diese Funktion durchzuführen, wird die Ersetzungseinrichtung RM durch die Steuereinrichtung CM mittels eines zweiten Steuersignals C2 gesteuert. Dieses zweite Steuersignal C2 informiert die Ersetzungseinrichtung RM über die Position der ursprünglichen Referenzrahmen im Eingangsvideostrom, wodurch die Ersetzungseinrichtung diese Rahmen identifizieren und diese durch die entsprechenden aktualisieren Rahmen ersetzen kann, wodurch ein sukzessiver Teil des aktualisierten Videostroms erzeugt wird. Die Ersetzungseinrichtung gibt dann diese sukzessiven Teile des aktualisierten Videostroms an einen Ausgangsanschluss OUT weiter.
  • Auch hier sind in Abhängigkeit von den Positionen der zu ersetzenden Referenzrahmen mehrere Ausführungsformen der Ersetzungseinrichtung RM möglich. Da jedoch das Realisieren einer derartigen Einrichtung basierend auf deren Funktionsbeschreibung für einen Fachmann ziemlich offensichtlich ist, werden die Details des Realisierens einer derartigen Ersetzungseinrichtung hier nicht beschrieben. Es sei angemerkt, dass in Abhängigkeit von der Verarbeitungszeit, die die zeitliche Filtereinrichtung benötigt, das Vorhandensein eines (nicht dargestellten) zusätzlichen Pufferspeichers in der Ersetzungseinrichtung, oder in der Vorrichtung zwischen Eigangsanschluss, Auswähleinrichtung und Ersetzungseinrichtung erforderlich sein kann, um zu ermöglichen, dass die Vorrichtung das Verfahren in korrekter Weise ausführen kann.
  • In dieser Hinsicht muss ein weiteres Augenmerk der Tatsache gewidmet werden, dass für ein korrektes und zeitlich genaues Funktionieren der Vorrichtung auch weitere Steuersignale, die durch die Steuereinrichtung CM bereitgestellt und an alle Teil der Vorrichtung bildenden funktionalen Blöcke verteilt werden, benötigt werden, auch wenn diese nicht in 1 dargestellt sind und hier nicht weiter beschrieben werden. Ein Fachmann ist jedoch mit diesen Operationsprinzipien vertraut und weiß, wie diese zu realisieren sind. Da sie für die eigentliche Erfindung nicht relevant sind, werden sie hier nicht weiter beschrieben.
  • Der Ausgangsanschluss OUT kann weiter mit einer (nicht dargestellten) Video-Codiereinrichtung verbunden sein, welche den aktualisierten Videostrom empfängt, um diesen dann zu codieren, und sie verwendet während der Durchführung des Codieralgorithmus die aktualisierten Referenzrahmen als Referenzrahmen.
  • Das Verfahren kann weiter optional einen räumlichen Filterungsschritt beinhalten, der durch eine (nicht in 1 dargestellte) räumliche Filtereinrichtung realisiert wird. Der Zweck dieses räumlichen Filterungsschrittes besteht darin, die Bitzahl der Information des aktualisierten Rahmens, der durch die zeitliche Filtereinrichtung erzeugt wird, weiter zu verringern. Dadurch lässt sich die Bitzahl der Information des aktualisierten Referenzrahmens auf einen deutlich unterhalb der Bitzahl der Information des ursprünglichen Referenzrahmens verringern, wodurch das Spitzen-zu-Effektivwert-Bitratenverhältnis des codierten aktualisierten Videostroms weiter verringert wird, was bei einem Transport über ATM-Netze von Vorteil ist.
  • Bei einer Variante des Verfahrens, das durch eine (nicht dargestellte) modifizierte Ausführungsform der Vorrichtung durchgeführt wird, wird der räumliche Filterungsschritt mit den ausgewählten Rahmen durchgeführt, bevor diese zeitlich gefiltert werden. Bei dieser modifizierten Ausführungsform ist die räumliche Filtereinrichtung zwischen die Auswähleinrichtung und die zeitliche Filtereinrichtung geschaltet. Bei einer weiteren Variante des Verfahrens wird der räumliche Filterungsschritt mit dem Ergebnis des zeitlichen Filterungsschritts durchgeführt, wobei es sich bei diesem Ergebnis um lediglich einen einzigen Rahmen handelt. Diese weitere Variante des Verfahrens wird durch eine (nicht dargestellte) weitere modifizierte Ausführungsform der Vorrichtung realisiert, bei welcher die räumliche Filtereinrichtung zwischen die zeitliche Filtereinrichtung und die Ersetzungseinrichtung geschaltet ist. Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, die eine dritte Variante des Verfahrens durchführt, können beide Schritte miteinander kombiniert werden, in dem Sinne, dass zuerst ein Teil des zeitlichen Filterungsschritts mit den einzelnen ausgewählten Rahmen der ersten Mehrzahl durchgeführt wird, was zu einem Satz zeitlich gefilterter Zwischen-Rahmen führt, und dieser Schritt wird gefolgt von einem einzeln durchgeführten räumlichen Filtern dieser Zwischen-Rahmen, und das Ergebnis davon wird dann in einer in der zeitlichen Filtereinrichtung enthaltenen Kombinationseinheit kombiniert, um den aktualisierten Referenzrahmen zu erzeugen.
  • Diese letzte Variante des Verfahrens wird durch eine Ausführungsform der Vorrichtung A realisiert, von der ein Teil in 2 dargestellt ist. Diese Figur zeigt in funktionaler Weise, wie ein aktualisierter Referenzrahmen zu erzeugen ist, der einen ursprünglichen Referenzrahmen, welcher sich im ursprünglichen Videostrom bei der Rahmenposition j befindet, ersetzen soll. In dieser Ausführungsform besteht die erste Vielzahl von Rahmen, die durch die Auswähleinrichtung SM aus dem Eingangsvideostrom ausgewählt wird, aus den Rahmen des ursprünglichen Videostroms, die sich bei den Rahmenpositionen j – bp, j – (b – 1)p, ..., j – 2p, j – p, j, j + p, j + 2p, ..., j + fp befinden, wobei p den Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden ursprünglichen Referenzrahmen des Eingangsvideostroms bezeichnet, und f und b ganzzahlig sind und die Anzahl an auf den Referenzrahmen j folgenden bzw. diesem vorhergehenden Referenzrahmen bezeichnen, die aus diesem Eingangsvideostrom zu verwenden sind. Es sei angemerkt, dass in anderen Ausführungsformen auch Nicht-Referenzrahmen zur Erzeugung des aktualisierten Referenzrahmens ausgewählt werden können.
  • Die Auswähleinrichtung SM dieser Ausführungsform wie dargestellt in 2 empfängt aufeinanderfolgende Rahmen des ursprünglichen Videostroms, wählt aus diesen sukzessive erste Mehrzahlen von Rahmen aus, die den speziellen Referenzrahmen entsprechen, und speichert vorübergehend aufeinanderfolgende erste Mehrzahlen von Rahmen. Für den Referenzrahmen bei Position j werden somit die Rahmen der Positionen j – bp, j – (b – 1)p, ..., j-2p, j – p, j, j + p, j + 2p, ..., j + fp vorübergehend in deren Speicher gespeichert, bevor diese zur zeitlichen Filtereinrichtung TF parallel weitergeleitet werden. Auch in dieser Ausführungsform besteht die Verbindung zwischen der Auswähleinrichtung SM und der zeitlichen Filtereinrichtung aus einem Bündel paralleler Verbindungsleitungen. Diese zeitliche Filtereinrichtung TF in dieser Ausführungsform der Vorrichtung besteht aus einer Anzahl von Schaltern, deren Anzahl so groß ist wie die Anzahl der in der ausgewählten ersten Mehrzahl enthaltenen Rahmen. In dieser Ausführungsform der Vorrichtung erfolgt die Steuerung der Schalter in variabler Weise und hängt vom Bildinhalt der ausgewählten Rahmen ab. Diese Abhängigkeit wird mittels einer ersten Steuereinheit realisiert, welche in dieser Ausführungsform in eine größere Steuereinheit CU eingebaut ist. Es sei angemerkt, dass nicht alle zeitlichen Filtereinrichtungen eine solche Steuereinheit benötigen, welche daher in 1, die lediglich ein Blockschema mit den wesentlichen Elementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, nicht hinzugefügt wurde. Daher sind die in dieser Steuereinheit erzeugten Steuersignale, welche zur zeitlichen Filtereinrichtung geschickt werden, nicht in 1 dargestellt.
  • Die erste Steuereinheit empfängt den Bildinhalt der ausgewählten Rahmen und bestimmt gemäß einem ersten vorbestimmten Algorithmus oder Kriterium die Steuerung der verschiedenen Schalter. Ein solcher Algorithmus kann darin bestehen, den Bildinhalt der ausgewählten Rahmen mit den ursprünglichen Rahmen zu vergleichen und die Abweichung bezüglich des ursprünglichen Referenzrahmens zu bestimmen, wodurch durch Schließen der entsprechenden Schalter und durch Öffnen der anderen Schalter den die größte Abweichung aufweisenden Rahmen eine größere relative Wichtigkeit verliehen wird. Es sei angemerkt, dass auch andere Algorithmen möglich sind. Die auf diese Weise zurückbehaltenen Rahmen werden anschließend zu einzelnen räumlichen Filtereinrichtungen gesendet, welche alle zusammen eine räumliche Filtereinrichtung SF dieser Ausführungsform der Erfindung bilden. Alle einzelnen räumlichen Filter werden wiederum mittels separater räumlicher Filterparameter gesteuert, die von einer zweiten Steuereinheit erzeugt werden, welche in dieser speziellen Ausführungsform erneut in die größere Steuereinheit CU eingebaut ist. Basierend auf dem räumlichen Bildinhalt der ausgewählten Rahmen bestimmt diese Steuereinheit gemäß einem zweiten Algorithmus die einzelnen räumlichen Filterparameter, welche die einzelnen räumlichen Filter der räumlichen Filtereinrichtung steuern. Ein solcher Algorithmus kann darin bestehen, den hochfrequenten räumlichen Inhalt eines jeden der Differenzbilder der einzelnen ausgewählten Rahmen der ersten Mehrzahl gegenüber dem ursprünglichen Referenzrahmen zu bestimmen und die Übertragungsfunktion der einzelnen Filter derart anzupassen, dass der hochfrequente räumliche Inhalt der einzelnen Rahmen separat verringert wird, wodurch bei den die größte Abweichung aufweisenden Rahmen eine weniger grobes räumliches Filtern erfolgt als bei den eine geringere Abweichung aufweisenden Rahmen, wodurch wiederum die Differenz des aktualisierten Referenzrahmen gegenüber dem benachbart liegenden Nicht-Referenzrahmen vergrößert wird. Dies verringert wiederum die Bursthaftigkeit des anschließend einem Codieren unterzogenen aktualisierten Videosignals.
  • Bei dieser speziellen Ausführungsform der Vorrichtung erfolgt die Steuerung sowohl der räumlichen als auch der zeitlichen Filtereinrichtung sogar in Abhängigkeit voneinander, was sich aufgrund der Tatsache realisieren lässt, dass sowohl räumliche als auch zeitliche Filtersteuerparameter in einer einzigen Steuereinheit CU berechnet werden, wie in 2 dargestellt. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht, dass der aktualisierte Videostrom für eine Verringerung der Bursthaftigkeit optimiert wird, und dabei, bei bereits vertretbar niedriger durchschnittlicher Bitrate, ein größtmögliches Qualitätsniveau erhalten bleibt. Dies lässt sich aus zwei Extrembeispielen von Eingangsvideoströmen verstehen: Dazu verwendet man einen ersten Videostrom mit fast identischen ausgewählten Rahmen, und einen zweiten Eingangsvideostrom mit sich beträchtlich unterscheidenden ausgewählten Rahmen. Im ersten Fall gibt es nur einen geringen Verstärkungsfaktor beim Ersetzen des ursprünglichen Referenzrahmens durch einen zeitlich gewichteten Durchschnitt dieser ausgewählten Rahmen.
  • Das Durchführen eines geeignet schwachen räumlichen Filterungsschrittes für den ursprünglichen Referenzrahmen, und zwar angepasst durch die Steuereinheit, damit die Qualität des ursprünglichen Videostroms nicht sichtbar beeinträchtigt, jedoch dabei weiterhin eine Verringerung des hochfrequenten Inhalts des Referenzrahmens bewirkt wird, ist die offensichtlichste Lösung zur Erzeugung des aktualisierten Referenzrahmens. Dies erfordert jedoch, dass die Steuerung der beiden Filter voneinander abhängig erfolgt. Im Fall, bei dem die ausgewählten aufeinanderfolgenden Rahmen sich erheblich voneinander unterscheiden, sollten die die größte Abweichung aufweisenden Rahmen mit einem höheren Gewichtungsfaktor für den neu erzeugten Referenzrahmen versehen werden als die eine geringere Abweichung aufweisenden Rahmen. Da über den zeitlichen Verlauf des ursprünglichen Videostroms die meiste Energie hier konzentriert ist, kann ein zusätzliches starkes räumliches Filtern bei der Erzeugung des neuen Referenzrahmens angewandt werden, was eine geringe sichtbare Beeinträchtigung der Qualität des ursprünglichen Videostroms zur Folge hat, wobei jedoch dies wiederum eine voneinander abhängige Steuerung beider Filter erfordert. In beiden Fällen ist das Endergebnis, dass benachbart liegende Nicht-Referenzrahmen sich viel stärker vom aktualisierten Referenzrahmen unterscheiden als dies gegenüber dem ursprünglichen Referenzrahmen der Fall war, wodurch die Bursthaftigkeit nach dem Codieren verringert wird. Im Übrigen ist die Bitzahl der Information des neu erzeugten Referenzrahmens nicht größer als die Bitzahl des ursprünglichen Referenzrahmens, bei immer noch hoher Qualität, wie dies von der Steuereinheit durch untereinander abhängiges Steuern aller Filterparameter festgelegt wird.
  • Die Rahmen, welche durch die Schalter durchgeleitet und einem räumlichen Filtern unterzogen wurden, werden dann in einer in der zeitlichen Filtereinrichtung TF enthaltenen Kombinationseinheit CO kombiniert, um einen einzigen aktualisierten Referenzrahmen bei Position j zu erzeugen. Dieser aktualisierte Referenzrahmen bei Position j wird anschließend zur Ersetzungseinrichtung geschickt, welche dann weiter den ursprünglichen Referenzrahmen bei Position j durch den aktualisierten Referenzrahmen bei Position j ersetzt und dieselbe Funktion für alle anderen Referenzrahmen durchführt, wie zuvor beschrieben wurde.
  • Selbstverständlich erfordert diese Ausführungsform die größte Verarbeitungsleistung und ist komplexer, verglichen mit einer Ausführungsform mit festen Filtersteuerparametern oder mit räumlichen und zeitlichen Filterparametern, welche nicht untereinander abhängig sind.
  • Falls erforderlich, kann die neu erhaltene Bildsequenz wiederum als Eingangsgröße zugeführt werden, um so in einer zweiten Iteration eine neue Bildsequenz zu berechnen, und zwar als Teil einer iterativen Prozedur.
  • Aus dieser Beschreibung wird klar, dass eine derartige Vorrichtung A den Eingangsvideostrom offline aktualisiert, da in Abhängigkeit von der auszuwählenden ersten Mehrzahl von Rahmen eine ziemlich beträchtliche Speicher- und Verarbeitungsleistung erforderlich sein kann.
  • Die beschriebene Vorrichtung kann als Hardware oder als Software implementiert sein, oder es kann eine Kombination aus beiden verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit und Flexibilität zu verbessern.
  • Auch wenn hier die Prinzipien der Erfindung in Verbindung mit einer speziellen Vorrichtung beschrieben wurden, ist es selbstverständlich, dass sich diese Beschreibung lediglich beispielhaft versteht und keine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung bedeutet.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Vorverarbeitung eines Einaangsvideostroms zur Verwendung in Bildcodieranwendungen, wobei das Verfahren einen Schritt beinhaltet, bei dem ein Rahmen (Einzelbild) des Eingangsvideostroms durch einen aktualisierten Rahmen ersetzt wird, der durch zeitliches Filtern einer ersten Mehrzahl von Rahmen aus dem Eingangsvideostrom bei Positionen erhalten wird, die von der Position des Rahmens abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen aus einem vorbestimmten Referenzrahmen besteht, wobei ein aktualisierter Videostrom erzeugt wird und dabei der Eingangsvideostrom mit dem jeweiligen vorbestimmten Referenzrahmen durch einen aktualisierten Referenzrahmen ersetzt wird, welcher bei einer anschließenden Videocodierung des aktualisierten Videostroms als Referenzrahmen für das Codierverfahren verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt beinhaltet, bei dem während der Erzeugung des aktualisierten Referenzrahmens ein räumliches Filter stattfindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des zeitlichen Filterns in Übereinstimmung mit einer Mehrzahl zeitlicher Filterparameter erfolgt, wobei der Wert eines jeden der zeitlichen Filterparameter von der ersten Mehrzahl von Rahmen abhängt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des räumlichen Filterns in Übereinstimmung mit einer Mehrzahl räumlicher Filterparameter erfolgt, wobei der Wert eines jeden der räumlichen Filterparameter von der ersten Mehrzahl von Rahmen abhängt.
  5. Vorverarbeitungsvorrichtung (A) zur Verwendung in Bildcodieranwendungen, wobei die Vorrichtung (A) beinhaltet: mindestens einen Eingangsanschluss (IN), der zum Empfangen aufeinanderfolgender Rahmen eines Eingangsvideostroms dient, eine Auswähleinrichtung (SM), die mit dem Eingangsanschluss (IN) verbunden ist, um aus dem Eingangsvideostrom, gesteuert durch ein erstes Steuersignal (C1) eine erste Mehrzahl von Rahmen auszuwählen, eine zeitliche Filtereinrichtung (TF), die mit der Auswähleinrichtung (SM) verbunden ist, um ein zeitliches Filtern der ersten Mehrzahl von Rahmen durchzuführen, wodurch ein aktualisierter Rahmen erzeugt wird, eine Ersetzungseinrichtung (RM), die mit der zeitlichen Filtereinrichtung (TF) verbunden ist, um, gesteuert durch ein zweites Steuersignal (C2), einen Rahmen des Eingangsvideostroms durch den aktualisierten Rahmen zu ersetzen, wodurch ein Rahmen eines aktualisierten Videostroms erzeugt wird, einen Ausgangsanschluss (OUT), der mit der Ersetzungseinrichtung verbunden ist und dazu dient, aufeinanderfolgende Rahmen des aktualisierten Videostroms auszugeben, eine Steuereinrichtung (CM), welche das erste Steuersignal (C1) und das zweite Steuersignal (C2) auf Basis von Information erzeugt, welche die Beziehung zwischen den Positionen der Rahmen dieser ersten Mehrzahl und die Position des zu ersetzenden Rahmens beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (CM) weiter geeignet ist, das erste Steuersignal (C1) und das zweite Steuersignal (C2) aus Positionen vorbestimmter Referenzrahmen zu erzeugen, wobei die Ersetzungseinrichtung (RM) weiter geeignet ist, einen vorbestimmten Referenzrahmen durch einen von der zeitlichen Filtereinrichtung (TF) erzeugten aktualisierten Referenzrahmen zu ersetzen, und zwar zur Verwendung als Referenzrahmen bei einem anschließenden Codieren des aktualisierten Videostroms.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter eine räumliche Filtereinrichtung beinhaltet,
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Filtereinrichtung (TF) durch eine Mehrzahl zeitlicher Filterparameter gesteuert wird, welche in einer in der Vorrichtung enthaltenen ersten Steuereinheit erzeugt werden, wobei die erste Steuereinheit geeignet ist, die erste Mehrzahl von Rahmen des Eingangsvideostroms zu empfangen und aus diesen den Wert der zeitlichen Filterparameter gemäß einem ersten vorbestimmten Algorithmus zu berechnen, wobei die Werte der zeitlichen Filterparameter Ausgangssignale der ersten Steuereinheit sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Filtereinrichtung durch eine Mehrzahl räumlicher Filterparameter gesteuert wird, welche in einer in der Vorrichtung enthaltenen zweiten Steuereinheit erzeugt werden, wobei die zweite Steuereinheit geeignet ist, die erste Mehrzahl von Rahmen des Eingangsvideostroms zu empfangen und aus diesen den Wert der räumlichen Filterparameter gemäß einem zweiten vorbestimmten Algorithmus zu berechnen, wobei die Werte der räumlichen Filterparameter Ausgangssignale der zweiten Steuereinheit sind.
DE69630122T 1996-11-04 1996-11-04 Verfahren und Vorrichtung zur Vorfilterung von Videobildern Expired - Lifetime DE69630122T2 (de)

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Publication Number Publication Date
DE69630122D1 DE69630122D1 (de) 2003-10-30
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DE69630122T Expired - Lifetime DE69630122T2 (de) 1996-11-04 1996-11-04 Verfahren und Vorrichtung zur Vorfilterung von Videobildern

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