DE69633815T2 - Vorrichtung zur Codierung und Decodierung eines digitalen Bildsignales - Google Patents

Vorrichtung zur Codierung und Decodierung eines digitalen Bildsignales Download PDF

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/60—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding
    • H04N19/61—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding in combination with predictive coding

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Codiervorrichtung und eine Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal.
  • Diskussion des Hintergrundes
  • 12 ist ein Blockschaltbild eines Codierers mit Bezug auf einen Bildsignalteil für die Codierung einer Informationsquelle in MPEG (Moving Picture Experts Group) 1, der beschrieben ist auf S. 105 von "Pointwisely illustrated Newest MPEG Textbook", redigiert von Hiroshi Fujiwara, aufbereitet durch die "Multimedia Communication Research Association" und herausgegeben von ASCII Corporation am 01. August 1994.
  • In 12 bezeichnet die Zahl 1 eine Videoeingabeeinheit, die Zahl 2 bezeichnet eine Differenzbildungsvorrichtung, die Zahl 3 bezeichnet eine Codiersteuereinheit, die Zahl 4 bezeichnet eine DCT (diskrete Cosinustransformation)-Transformationsvorrichtung, die Zahl 5 bezeichnet einen Quantisierer, die Zahl 6 bezeichnet einen Dequantisierer, die Zahl 7 bezeichnet eine inverse DCT-Transformationsvorrichtung, die Zahl 8 bezeichnet einen Addierer, die Zahlen 9 und 10 bezeichnen Schalter, die Zahlen 11 und 12 bezeichnen Vorhersagespeicher, und die Zahl 13 bezeichnet eine Durchschnittswertbildungsschaltung.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung der Arbeitsweise gegeben. Ein Bildsignal wird von der Videoeingabeeinheit 1 erhalten, und das Signal wird gemäß den Standards des MPEG codiert. Es wird bei MPEG 1 eine diskrete Cosinustransformation (nachfolgend "DCT") als ein Codierverfahren mit hohem Wirkungsgrad verwendet, das eine räumliche Korrelation und eine bidirektionale bewegungskompensierende Intervollbild-Vorhersage als ein Mittel zum Anwenden einer zeitlichen Korrelation benutzt. Die DCT-Berechnung wird durch die DCT-Transformationsvorrichtung 4 durchgeführt. Bilddaten werden an einer Position, an der die Bewegung kompensiert wird, aus dem Vorhersagespeicher 11 oder dem Vorhersagespeicher 12 gelesen und eine Differenz wird in der Differenzbildungsvorrichtung 2 berechnet. Weiterhin werden die Daten in Daten in Frequenzen durch die DCT-Transformationsvorrichtung 4 transformiert, und danach wird eine Quantisierung, die Quantisierungspegel entsprechend angenäherten repräsentativen Werten mit Bezug auf das Ergebnis der Berechnung durch die DCT-Transformationsvorrichtung zuweist, durch den Quantisierer 5 durchgeführt. Obgleich dies in 12 nicht ausgedrückt ist, werden Informatio nen über einen Bewegungsvektor, einen Makroblocktyp, Quantisierungsbezeichnungsinformationen und der Quantisierungstranformationskoeffizient verdichtet durch Verwendung einer variablen Codelängenformation, die eine Codelänge gemäß der Frequenz des Auftretens von Daten zuweist.
  • Der von dem Quantisierer 5 ausgegebene Quantisierungstransformationskoeffizient wird durch den Dequantisierer 6 in einen repräsentativen Wert transformiert, während er in einem Code variabler Länge gebildet wird. Durch Wiederherstellen des Ergebnisses in Daten in dem räumlichen Bereich durch die inverse DCT-Transformationsvorrichtung 7 wird ein Wert angenähert dem von Daten vor deren Eingabe in die DCT-Transformationsvorrichtung 4 wieder hergestellt. Die Daten, die der inversen DCT-Transformation unterzogen wurden, werden an einer Position, an der die Bewegung kompensiert wird, zu Bilddaten hinzugefügt, die aus dem Vorhersagespeicher 11 oder dem Vorhersagespeicher 12 gelesen wurden. Dieses Hinzufügen wird durch den Addierer 8 durchgeführt. Auf diese Weise werden die Daten in die Daten in dem räumlichen Bereich wieder herstellt, in welchem die bewegungskompensierende Vorhersage in einen anfänglichen Zustand wieder hergestellt wird, und daher können die Daten bei der nächsten Vorhersage verwendet werden.
  • Die Durchschnittswertbildungsschaltung 13 ist eine Schaltung, die den Durchschnittswert bildet durch zeitliches Abrunden einer Vorhersage in der Vorwärtsrichtung und zeitlich einer Vorhersage in der Rückwärtsrichtung zwischen entsprechenden Pixeln. Der Schalter 10 wird so gesteuert, dass er entsprechend der Vorhersagebetriebsart oder einem Speicherzustand des Speichers 11 oder 12 schaltet. Diese Steuerung wird durch die Codiersteuereinheit 3 bestimmt.
  • Eine Bildinformation für die Vorhersage eines zeitlich codierten Rahmens aus der Zukunft und eine Bildinformation für die Vorhersage hiervon aus der Vergangenheit werden in den beiden Vorhersagespeichern 11 und 12 gespeichert, und die Schalter auf der Codiererseite verwenden sie. Es gibt zwei Vorhersagebetriebsarten, nämlich den Intrabetrieb, der keine zeitlich vorhergehenden und nachfolgenden Vollbilder verwendet, und die MC (bewegungskompensierende)-Betriebsart. Gemäß der MC-Betriebsart können eine der Vorhersagungen der beiden Vorhersagespeicher 11 und 12 oder ein Durchschnittswert der beiden Vorhersagen verwendet werden.
  • Um die bidirektionale Vorhersage gemäß MPEG zu realisieren, werden Bilder mit I-Bild (Intra-Bild), P-Bild (vorhersagendes Bild) und B-Bild (bidirektional vorhersagendes Bild) vorgesehen. Das I-Bild wird als ein Vollbild bezeichnet, das ohne Verwendung einer Intervollbild-Vorhersage aus einer Ansammlung von dynamischen Bildern (nachfolgend "GOP" (Gruppe von Bildern)) gebildet wird, und ein Minimum von einem Bild ist in einer GOP erforderlich. Das P-Bild ist ein Bild, das durch Durchführung einer Vorhersage von einem I- oder P-Bild gebildet wird, wobei die Vorhersage in der Vorwärtsrichtung verwendet wird. In diesem Bild kann die Intra-Betriebsart, bei der das Muster des Makroblocks keine Vorhersage verwendet, gemischt werden. Das B-Bild ist in einer Form, die mit einem Durchschnittswert der Vorhersage in beiden Richtungen der Vorhersage nur in der Vorwärtsrichtung und der Vorhersage nur in der Rückwärtsrichtung gemischt ist, und der Intra-Betriebsart.
  • Die Beziehung zwischen den jeweiligen Bildern ist normalerweise eine konstante Beziehung. Das heißt, der Abstand zwischen I-Bildern ist gleich dem Abstand zwischen GOPn und B-Bilder werden zwischen einem I-Bild und einem P-Bild eingefügt, und diese Beziehung verbleibt normalerweise in der Mitte der Codierung ungeändert. 13 ist ein Diagramm, das diese Beziehung zeigt.
  • Das ursprüngliche Bild wird von der Videoeingabeeinheit 1 eingegeben, und normalerweise wird eine Ansammlung von 15 Vollbildern von dynamischen Bildern häufig codiert. In diesem Fall wird die GOP gebildet durch eine Einheit von 15 Vollbildern, und ein I-Bild wird häufig bei einem dritten Vollbild in der GOP zugewiesen. Am Beginn der Codierung kann mit Bezug auf B-Bilder bei anfänglich zwei Vollbildern vor dem I-Bild, obgleich die Vorhersage in der Rückwärtsrichtung durchgeführt wird, in der Mitte der Codierung die bidirektionale Vorhersage von dem letzten von P-Bildern in der vorhergehenden GOP und dem I-Bild in der gegenwärtigen GOP durchgeführt werden.
  • Auch wenn gemäß 13 zwei Vollbilder von B-Bildern zwischen dem I-Bild und dem P-Bild eingefügt.
  • Es ist erforderlich, Vollbilder durch Wiederherstellen der Reihenfolge der Vollbilder aufgrund der Anwesenheit von B-Bildern zu codieren und auszugeben. Wenn die I-Bilder oder die P-Bilder codiert sind, werden sie unmittelbar ausgegeben. Jedoch werden mit Bezug auf B-Bilder codierte Daten gespeichert und ausgegeben, nachdem die I-Bilder oder P-Bilder ausgegeben wurden. Das heißt, es wird bestimmt, dass die Daten in einer Reihenfolge ausgegeben werden, die in den Daten in einer Stufe der Codierung in 13 bestimmt sind.
  • Daher ist es erforderlich, dass die Daten, die einmal in dem Frequenzbereich der DCT quantisiert wurden, in Daten in dem ursprünglichen räumlichen Bereich wieder hergestellt werden und weiterhin in Daten, bei denen die bewegungskompensierende Vorhersage wieder hergestellt ist, und ein Speicher von zwei Vollbildern der bidirektionalen Vorhersage ist vorgesehen. Die Vorhersagespeicher 11 und 12 werden für diesen Zweck hergestellt.
  • Jedoch müssen die Vorhersagespeicher 11 und 12 eine große Datenmenge von 8 MBits in dem Fall des NTSC (National Television System Committee)-Systems speichern, da die Anzahl von Pixeln gleich 720 × 480 Pixel pro Vollbild ist, ein Pixel durch 8 Bits gebildet wird und das Helligkeitssignal und das Farbsignal enthalten sind. Es ist schwierig, einen derart großen Speicher auf einer einzelnen LSI anzubringen, und selbst wenn ein DRAM usw. zusätzlich hierzu vorgesehen ist, ist seine Kapazität groß, was einen Anstieg der Kosten bewirkt.
  • Der codierte Teil der Informationsquelle des Bildsignals wird zusammen mit einem codierten Ausgangssignal eines Audiosignals durch Bildung eines Codes mit variabler Länge einer Multiplexverarbeitung unterzogen und zu einem Übertragungspfad gesandt. 14 illustriert diesen Vorgang. Die Demultiplexverarbeitung von Bilddaten und Audiodaten wird über den Übertragungspfad durchgeführt, die jeweiligen Daten werden decodiert und die Bilddaten und die Audiodaten werden durch Betrachter über Monitore bzw. Lautsprecher wahrgenommen.
  • Weiterhin werden mit Bezug auf den Übertragungspfad die Daten mittels Radiowellen durch die Luft übertragen, wie in 15 gezeigt ist, oder über Kabel übertragen oder durch gespeicherte Medien übertragen. Die Daten werden der Kommunikationspfadcodierung in einer Form unterzogen, die in Übereinstimmung mit dem Übertragungspfad ist. Beispielsweise werden die Daten über eine Signalverarbeitung wie Fehlerkorrektur oder digitale Modulation übertragen.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung der Seite der Decodierung gegeben. 16 ist ein Blockschaltbild eines Decodierers für einen Bildsignalteil einer codierten Informationsquelle nach MPEG 1, wie auf Seite 105 von "Pointwisely Illustrated Newest MPEG Text Book", redigiert von Hiroshi Fujiwara, aufbereitet durch die "Multimedia Communication Research Association" und herausgegeben von ASCII Corporation am 01. August 1994, beschrieben ist.
  • In 16 bezeichnet die Zahl 14 einen Dequantisierer, die Zahl 15 bezeichnet eine inverse DCT-Transformationsvorrichtung, die Zahl 16 bezeichnet einen Addierer, die Zahlen 17, 21 und 22 bezeichnen Schalter, die Zahlen 18 und 19 bezeichnen Vorhersagespeicher, die Zahl 20 bezeichnet eine Durchschnittswertbildungsschaltung und die Zahl 23 bezeichnet einen Monitor.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung der Arbeitsweise gegeben. Die Daten, die dem Vorgang der Codierung der Bildinformationsquelle unterzogen wurden und dem Vorgang der Codierung in Bezug auf einen Kommunikationspfad und übertragen wurden, werden dem Vorgang der Decodierung mit Bezug auf den Kommunikationspfad unterzogen. Nur Bilddaten hiervon werden herausgezogen und der Code mit variabler Länge wird decodiert und die Daten werden in den Decodierer als Daten eingegeben, deren Quantisierungscharakteristik-Bezeichnungsinformationen, Makroblocktyp, Bewegungsvektor und Quantisierungstransformationskoeffizient herausgezogen wurden. Die Dequantisierer 14 dequantisiert die Daten von den Quantisierungscharakteristik-Bezeichnungsinformationen und den Quantisierungstransformationskoeffizienten, um sie in repräsentative Werte in dem Frequenzbereich der DCT zu transformieren, und die inverse DCT-Transformationsvorrichtung 15 stellt die Daten wieder als die Daten in dem räumlichen Bereich her. Auf der Grundlage der Daten in dem räumlichen Bereich und des Bewegungsvektors werden erforderliche Teile der Daten von vorhergehenden und nachfolgenden Vollbildern aus dem Vorhersagespeicher 18 und dem Vorhersagespeicher 19 in einer kompensierten Form gelesen, indem sie um die Größe der Bewegung verschoben werden, und sie werden durch den Addierer 16 zu den Daten in dem räumlichen Bereich hinzugefügt. Dieser Vorgang entspricht der Decodierung eines Differenzwertes von einem Vorhersagewert, und in dieser Stufe ist die Decodierung der bewegungskompensierenden Vorhersage und der DCT-Transformation beendet.
  • Bei dieser Gelegenheit werden die Schalter 21 und 22 auf der Grundlage der Informationen über den Makroblocktyp gesteuert. Der Makroblocktyp wird als ein Betriebsartentyp bezeichnet, der für jeden Makroblock zugelassen ist, der bei dem vorgenannten Bildtyp erläutert wurde. Die Durchschnittswertbildungsschaltung 20 ist eine Schaltung zum Berechnen eines Durchschnittswertes mit einer Abrundung der Vorhersage in der Vorwärtsrichtung und der Vorhersage in der Rückwärtsrichtung als ein Ergebnis der bidirektionalen Vorhersage mit Bezug auf einen Makroblocktyp des B-Bildes unter den Makroblocktypen.
  • Es besteht eine Übereinstimmung, dass die Reihenfolge von Vollbildern auch auf der Seite der Decodierung wieder geordnet wird, um das Codieren und Decodieren in einer solchen Weise durchzuführen. Dieser Vorgang ist durch 13 angezeigt. Die Stufe der Decodierung in 13 zeigt die Eingangsreihenfolge des Decodierers in 16 an. Das B-Bild in den Daten wird unmittelbar nach der Decodierung ausgegeben. Jedoch wird ein I-Bild oder B-Bild nach dem Ausgeben des B-Bildes ausgegeben. Daher ist es erforderlich, dass einmal decodierte I-Bild und P-Bild in den Speichern 18 und 19 zu halten, bis die B-Bilder dazwischen decodiert wurden.
  • Zu diesem Zweck muss in dem Fall beispielsweise eines NTSC (National Television System Committee)-Signals eine große Datenmenge von 8 MBits gespeichert werden, da die Anzahl von Pixeln gleich 720 × 480 Pixel pro Vollbild ist, ein Pixel durch 8 Bits gebildet wird und das Helligkeitssignal und das Farbsignal ebenfalls enthalten sind. Jedoch ist es schwierig, einen derartig großen Speicher auf einer einzelnen LSI anzubringen, und selbst wenn ein DRAM zusätzlich vorgesehen ist, ist die Kapazität hiervon groß, was zu einem Anstieg der Kosten führt.
  • Weiterhin ist es erforderlich, dass die Zeitachse der Bilddaten in Ausrichtung mit der Zeitachse der Audiodaten gebracht wird. Anderenfalls gibt es, wenn die Zeiten der beiden Signale in dem Vorgang des Codierens und Decodierens voneinander verschoben werden, keinen Mechanismus zum Einstellen der Verschiebung. Daher wird vorgeschrieben, dass Zeitinformationen für die jeweiligen Daten in einer Multiplexeinheit in 14 einer Multiplexverarbeitung unterzogen werden. 17 ist ein Diagramm, das einen Bereich zum Einfügen der Zeitinformationen hierfür zeigt.
  • 17 ist ein Diagramm, das ein Bitstromformat von PES (in Paketen dargestellter Elementarstrom) zeigt. Wie in dem Diagramm illustriert ist, wird das Video- oder Audiosignal in ein als PES bezeichnetes Paket verarbeitet, und es ist vorgeschrieben, dass Zeitinformationen, die als Zeitstempel bezeichnet werden, zu dieser Zeit einer Multiplexverarbeitung unterzogen werden. Zwei Zeitstempel für den Präsentationszeitstempel und den Decodierzeitstempel werden erzeugt, um in der Lage zu sein, die Wiederanordnung der Vollbildreihenfolge bei der Ausführung der bidirektionalen Vorhersage von MPEG zu handhaben. Die Präsentationszeit wird dargestellt durch PTS (Präsentationszeitstempel), und die Decodierzeit wird dargestellt durch DTS (Decodierzeitstempel). Die Synchronisation wird durchgeführt unter Verwendung dieser Zeitinformationen.
  • Wenn daher eine Verarbeitung zusätzlich zu der normalen Verarbeitung eingefügt ist, wird ein Widerspruch bei einer derartigen Zeitsteuerung bewirkt und die Synchronisationsbeziehung bricht zusammen.
  • Wie vorstehend festgestellt ist, ist, wenn die Codierung durchgeführt wird unter Verwendung der Bewegungskompensationsvorhersage und der DCT-Transformation eine große Speichermenge für die Vorhersage erforderlich, was zu hohen Kosten führt. Auch ist es in Bezug auf den Maßstab und die Kapazität schwierig, den Speicher auf einem einzelnen Chip eines Halbleiters anzubringen.
  • Zusätzlich hierzu ist, wenn die Decodierung durchgeführt wird, durch Verwendung der Bewegungskompensationsvorhersage und der DCT-Transformation, eine große Speichermenge erforderlich für die Vorhersage, was zu hohen Kosten führt. Auch ist es in Bezug auf den Maßstab und die Kapazität schwierig, den Speicher auf einem einzelnen Chip eines Halbleiters zu montieren. Wenn eine Verarbeitung versucht wird, um den Speicher einzusparen, wird die Zeit verschoben und die Zeiten von Audio- und Bilddaten werden gegeneinander verschoben.
  • EP-A-0 687 111 (Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ) bezieht sich auf ein Verfahren zum Codieren/Decodieren eines Datenstroms, in welchem Daten wie Bezugsbilddaten vor der Speicherung in einem Speicher verdichtet werden.
  • EP-A-0 542 195 bezieht sich auf einen wesentlichen MPEG-Standardcodierer.
  • EP-A-0 535 272 bezieht sich auf einen Hybridcodierer. DCT-Koeffizienten werden für Bildblöcke abgeleitet. Nur einige der DCT-Koeffizienten werden in einem Speicher gespeichert, mit dem Ergebnis, dass die weniger sichtbaren Hochfrequenzdaten minimiert werden. Die gespeicherten Koeffizienten werden wieder hergestellt durch Hinzufügen von Nullen, um die ursprüngliche Anzahl von Koeffizienten zu bilden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt in Anbetracht der vorbeschriebenen Probleme, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Codier- und/oder Decodiervorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, die Kapazität eines Speichers, der für die Codierung und Decodierung eines Bildsignals verwendet wird, so klein wie möglich zu machen. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Codier- und/oder Decodiervorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, eine Verschiebung zwischen Zeiten von Audio- und Bildsignalen zu beschränken.
  • Die Erfindung sieht eine Codiervorrichtung wie im Anspruch 1 wiedergegeben, eine Decodiervorrichtung wie im Anspruch 2 wiedergegeben und ein Verfahren zum Codieren und/oder Decodieren von Daten, wie im Anspruch 12 wiedergegeben vor.
  • Bei der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Blockbildung der Bezugsbilddaten zum Codieren der Bilder für die bidirektionale Vorhersage durch die Blockbildungsmittel in einer Form, die ähnlich der eines DCT-Blockes ist, das Codieren wird mit hohem Wirkungsgrad in Bezug auf die Daten in dem Block durchgeführt, wodurch die Daten in den Speicher geschrieben werden, nachdem die in dem Speicher zu speichernden Informationen minimiert wurden und die Daten eingelesen wurden, und die Daten werden hierauf bezogen nach dem Decodieren der Daten.
  • Bei der Codiervorrichtung eines digitalen Bildsignals gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Blockbildung der Bezugsbilddaten zum Codieren der Bilder für die bidirektionale Vorhersage durch die Blockbildungsmittel in einer Form, die ähnlich der des DCT-Blocks ist, das Codieren wird mit hohem Wirkungsgrad in Bezug auf die Daten in dem Block durchgeführt, wodurch die Daten in den Speicher geschrieben werden, nachdem die in dem Speicher zu speichernden Informationen minimiert wurden und die Daten eingelesen wurden, und die Daten werden hierauf bezogen nach dem Decodieren der Daten und weiterhin wird das Codieren so durchgeführt, dass die Zeitachse des Bildsignals in Ausrichtung mit der Zeitachse des Audiosignals gebracht wird.
  • Bei der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Bezugsbilddaten in eine Form transformiert, die ähnlich einem durch die Rastertransformationsmittel eingegebenen Schirm ist, das Codieren wird mit hohem Wirkungsgrad mit Bezug auf die rastertransformierten Daten durchgeführt und die Daten werden in den Speicher geschrieben, nachdem die in dem Speicher zu speichernden Informationen minimiert und die Daten eingelesen wurden, und die Daten werden hierauf bezogen nach dem Decodieren der Daten.
  • Bei der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Vorhersagewert von dem angrenzenden Pixel berechnet und die Differenz gegenüber dem Vorhersagewert wird berechnet, wodurch sich das Berechnungsergebnis auf die Nähe von Null konzentriert. Demgemäß werden die in dem Speicher zu speichernden Informationen nahezu ohne Verschlechterung der Bildqualität herabgesetzt, selbst wenn eine grobe Quantisierung in anderen Bereichen als dem konzentrierten Bereich durchgeführt wird, und der Umfang wird beträchtlich verringert.
  • Bei der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das angrenzende Pixel, dessen Lage die naheste zu den Daten in Bezug auf den Raum und die Zeit des Schirms ist, ausgewählt, wodurch der Grad der Konzentration des Wertes der Daten erhöht wird. Demgemäß wird der Draht der Verschlechterung weiter herabgesetzt und dennoch bleibt der Umfang nahezu ohne Vergrößerung.
  • Bei der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Blockbildung der Daten durchgeführt, der dynamische Bereich wird berechnet und die Quantisierung wird innerhalb des Bereichs zugewiesen. Daher ist es möglich, Quantisierungspegel zu setzen, wobei auf die umständliche Quantisierung aus dem dynamischen Bereich heraus verzichtet wird, wodurch, selbst wenn eine weitere grobe Quantisierung durchgeführt wird, nahezu keine Verschlechterung der Bildqualität erfolgt, und demgemäß werden die in dem Speicher zu speichernden Informationen weiter reduziert, und dennoch bleibt der Umfang nahezu ohne Vergrößerung.
  • Bei der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Blockbildung der Daten, die Quantisierung wird gemäß der Verteilung der Daten zugewiesen, und daher ist es möglich Quantisierungspegel zu setzen, die nicht durch Rauschen beeinträchtigt sind, wodurch sich keine Verschlechterung der Bildqualität mit Bezug auf Rauschen ergibt. Weiterhin ist es möglich, die Quantisierungspegel zu setzen, wobei eine umständliche Quantisierung aus der Verteilung heraus verzichtet wird, wodurch, selbst wenn eine grobe Quantisierung durchgeführt wird, nahezu keine Verschlechterung der Bildqualität erfolgt.
  • Bei Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Blöcke so ausgewählt, dass die Blöcke einander am nahesten sind mit Bezug auf den Raum innerhalb derselben Zeitperiode des Schirms, wodurch der Grad der Konzentration des Wertes der Daten erhöht wird, und demgemäß wird der Grad der Verschlechterung der Bildqualität weiter herabgesetzt, und dennoch bleibt der Umfang nahezu ohne Vergrößerung.
  • Bei Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die den Fehler vergrößernden Quantisierungspegel berechnet und die jeweiligen Werte werden codiert, wodurch der Fehler der Quantisierung extrem klein gemacht wird, selbst wenn die Daten decodiert werden.
  • Bei dem Decodierer für ein digitales Bildsignal gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Blockbildung der Bezugsbilddaten zum Codieren der Bilder für die bidirektionale Vorhersage durch die Blockbildungsmittel in einer Form, die ähnlich der des DCT-Blocks ist, das Codieren wird mit hohem Wirkungsgrad mit Bezug auf die Daten des Blocks durchgeführt, und die Bezugnahme der Daten wird durchgeführt durch Decodieren der Daten beim Schreiben und Lesen der Daten in und aus dem Speicher, nachdem die in dem Speicher zu speichernden Informationen minimiert wurden.
  • Bei der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Blockbildung der Bezugsbilddaten zum Codieren der Bilder für die bidirektionale Vorhersage durch die Blockbildungsmittel in einer Form, die ähnlich der des DCT-Blocks ist, das Codieren wird mit hohem Wirkungsgrad mit Bezug auf die Daten des Blocks durchgeführt, und die Bezugnahme der Daten wird durchgeführt durch Decodieren der Daten beim Schreiben und Lesen der Daten in und aus dem Speicher, nachdem die in dem Speicher zu speichernden Informationen minimiert wurden, und weiterhin wird das Decodieren so durchgeführt, dass die Zeitachse der Bilddaten in Ausrichtung mit der Zeitachse des Audiosignals gebracht wird.
  • Bei der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Bezugsbilddaten in eine Form transformiert, die ähnlich der eines durch die Rastertransformationsmittel eingegebenen Schirms ist, das Codieren wird mit hohem Wirkungsgrad mit Bezug auf die rastertransformierten Daten durchgeführt und die Bezugnahme der Daten wird durchgeführt durch Codieren der Daten beim Schreiben und Lesen der Daten in den und aus dem Speicher, nachdem die in dem Speicher zu speichernden Informationen minimiert wurden.
  • Bei der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Vorhersagewert von dem angrenzenden Pixel berechnet und die Differenz gegenüber dem Vorhersagewert wird berechnet, wodurch sich das Berechnungsergebnis auf die Nähe von Null konzentriert. Daher wird, selbst wenn eine grobe Quantisierung in anderen Bereichen als dem konzentrierten Bereich durchgeführt wird, die in dem Speicher zu speichernde Information herabgesetzt nahezu ohne Verschlechterung der Bildqualität und weiterhin wird der Umfang beträchtlich verringert.
  • Bei der Decodiervorrichtung für ein digitales Bild signal gemäß einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das angrenzende Pixel, dessen Lage den Daten mit Bezug auf den Raum und die Zeit des Schirms am nahesten ist, ausgewählt, wodurch der Grad der Konzentration des Wertes der Daten erhöht wird. Demgemäß wird der Grad der Verschlechterung der Bildqualität weiter verringert, und dennoch bleibt der Umfang nahezu ohne Vergrößerung.
  • Bei der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Blockbildung der Daten, der dynamische Bereich wird berechnet und die Quantisierung wird innerhalb des Bereichs zugewiesen. Daher ist es möglich, Quantisierungspegel zu setzen, wobei auf umständliche Quantisierung aus dem dynamischen Bereich heraus verzichtet wird, wodurch, selbst wenn eine weitere grobe Quantisierung durchgeführt wird, nahezu keine Verschlechterung der Bildqualität resultiert und daher werden die in dem Speicher zu speichernden Informationen weiterhin reduziert, und dennoch bleibt der Umfang nahezu ohne Vergrößerung.
  • Bei der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Blockbildung der Daten, die Quantisierung wird gemäß der Verteilung der Daten zugewiesen, und daher ist es möglich, Quantisierungspegel zu setzen, die nicht durch Rauschen beeinträchtigt sind und zu keiner Verschlechterung der Bildqualität in Bezug auf Rauschen führen. Weiterhin ist es möglich, die Quantisierungspegel zu setzen, wobei auf eine umständliche Quantisierung aus der Verteilung heraus verzichtet wird, wodurch, selbst wenn eine weitere grobe Quantisierung durchgeführt wird, nahezu keine Verschlechterung der Bildqualität resultiert.
  • Bei der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Blöcke so ausgewählt, dass die Blöcke einander am nächsten sind mit Bezug auf den Raum innerhalb derselben Zeitperiode des Schirms, wodurch der Grad der Konzentration des Wertes der Daten erhöht wird, und daher wird der Grad der Verschlechterung der Bildqualität weiter herabgesetzt, und dennoch bleibt der Umfang nahezu ohne Vergrößerung.
  • Bei der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die den Fehler vergrößernden Quantisierungspegel berechnet und die repräsentativen Werte werden codiert, wodurch der Quantisierungsfehler extrem klein gemacht wird, selbst wenn die Daten decodiert werden.
  • Bei der Codier- und Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß einem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Weg der Verwendung der Vorhersagespeicher für die Codierung der Informationsquelle durch Verwendung der bidirektionalen Vorhersage des Bildsignals und der DCT-Transformation als die Information übertragen und wird auf der Seite der Decodierung verwendet, wodurch dieselbe Operation mit Bezug auf die Information auf der Seite des Codierens und auf der Seite des Decodierens durchgeführt wird. Als ein Ergebnis kann die Speichergröße in einen Zustand herabgesetzt werden, in welchem die Verschlechterung extrem klein ist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 illustriert ein Blockschaltbild einer Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung und eine Codiereinheit einer Codier- und Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 3 hiervon;
  • 2(A) und 2(B) sind Diagramme, die eine Codiersteuerung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 1 und eine Decodiersteuerung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 erläutern;
  • 3 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise einer Blockbildungsschaltung in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 1 und die Arbeitsweise einer Blockbildungsschaltung in einer Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 erläutert;
  • 4 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise eines Codierers mit Bezug auf eine Differenz von einer Vorhersage in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 1 und die Arbeitsweise eines Codierers mit Bezug auf eine Differenz von einer Vorhersage in der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 erläutert;
  • 5 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise einer Blockbildungsschaltung, die Blöcke mit unbeträchtlicher Verschlechterung der Bildqualität in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 1 bilde, und die Arbeitsweise einer Blockbildungsschaltung, die Blöcke mit unbeträchtlicher Verschlechterung der Bildqualität in der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 bildet, erläutert;
  • 6 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise des Codierers mit Bezug auf einen dynamischen Bereich in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 1 und die Arbeitsweise des Codierers mit Bezug auf einen dynamischen Bereich in der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 erläutert;
  • 7 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise des Codierers mit Bezug auf eine Verteilung von Bilddaten in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 und die Arbeitsweise des Codierers mit Bezug auf eine Verteilung von Bilddaten in der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 erläutert;
  • 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Arbeitsweise der Blockbildungsschaltung in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 1 und ein Beispiel für die Arbeitsweise der Blockbildungsschaltung in der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 erläutert;
  • 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Arbeitsweise der Blockbildungsschaltung bei der Codierung von Daten von dem dynamischen Bereich oder der Verteilung von Bilddaten in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 1 und ein Beispiel für die Arbeitsweise der Blockbildungsschaltung bei der Codierung von Daten von dem dynamischen Bereich oder der Verteilung von Bilddaten in der Decodiervorrichtung eines digitalen Bildsignals gemäß Ausführungsbeispiel 2 erläutert;
  • 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Arbeitsweise in dem Fall, in welchem ein Codierer, der arbeitet, um repräsentative Werte durch eine Codierschaltung bei der Codierung von Daten von dem dynamischen Bereich oder der Verteilung von Bilddaten zu ersetzen, in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 gebildet ist, und ein Beispiel für die Arbeitsweise der Blockbildungsschaltung in dem Fall, in welchem repräsentative Werte durch eine Codierschaltung bei der Codierung von Daten von dem dynamischen Bereich oder der Verteilung von Bilddaten in der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 ersetzt werden, erläutert;
  • 11 ist ein Blockschaltbild einer Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 2 und ein Blockschaltbild einer Decodiereinheit der Codier- und Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gemäß Ausführungsbeispiel 3;
  • 12 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal;
  • 13 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise der herkömmlichen Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal erläutert;
  • 14 ist ein Blockschaltbild, das das gesamt herkömmliche Codier- und Decodiersystem für ein digitales Bildsignal erläutert;
  • 15 ist ein Blockschaltbild, das den Umriss der Signalverarbeitung für die herkömmliche Codier- und Decodieroperation für ein digitales Bildsignal zeigt;
  • 16 ist ein Diagramm einer herkömmlichen Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal; und
  • 17 ist ein Diagramm, das die Zeitachseninformations-Multiplexregel bei der herkömmlichen Codiervorrichtung und der herkömmlichen Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal erläutert.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiel
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Es wird eine Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen wie folgt gegeben.
  • 1 ist ein Blockschaltbild, das eine Verarbeitungseinheit für ein digitales Bildsignal in einer Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal zeigt, die eine Stufe vor einem Schritt zum Bilden eines Codes variabler Länge bildet. In 1 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie diejenigen in 12 jeweils dieselben oder die entsprechenden Teile, die Zahl 24 bezeichnet eine Blockbildungsschaltung oder eine Abtasttransformationsschaltung, die Zahl 25 bezeichnet einen Codierer, die Zahlen 26 und 27 bezeichnen Decodierschaltungen und die Zahlen 28 und 29 bezeichnen Blockauflösungsschaltungen oder inverse Abtasttransformationsschaltungen.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung der Arbeitsweise gegeben. In 1 führen Teile, die dieselben Bezugszeichen wie diejenigen in 12 haben, im wesentlichen dieselbe Operation durch, und demgemäß wird deren Erläuterung weggelassen. Jedoch basiert die folgende Erläuterung auf MPEG 2. Das heißt, die Erläuterung betrifft ein verschachteltes Abtastbild. Daher gibt es auch eine Betriebsart, die eine DCT-Halbbildtransformation durchführt. Daten, die in dem Frequenzbereich der DCT quantisiert wurden, werden ausgegeben, um einen Code variabler Länge zu bilden, wobei keine Verschlechterung der Information stattfindet. In der Zwischenzeit werden die Daten dequantisiert, der inversen DCT-Transformation unterzogen, in Daten in dem ursprünglichen Raumbereich verarbei tet, mit Bezug auf die Bewegungskompensationsvorhersage in dem Addierer 8 decodiert und in den Vorhersagespeichern 11 und 12 gespeichert, über die Blockbildungsschaltung oder die Abtasttransformationsschaltung 24 und den Codierer 25.
  • Daten, die im wesentlichen gleich den ursprünglichen Bilddaten sind, werden bei jedem DCT-Block von dem Addierer 8 ausgegeben. Es erfolgt eine weitere Blockbildung oder Abtasttransformation der Daten oder Blockbildung und Abtasttransformation durch die Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 24. Die Daten werden in eine feste Codelänge durch den Codierer 25 verdichtet, um hierdurch Bits zu verdichten. Wenn beispielsweise eine Differenz hiervon mit Bezug auf ein angrenzendes Pixel in einem Block berechnet wird, da normalerweise das angrenzende Pixel nahezu denselben Wert hat, nähert sich der Differenzwert Null an. Daher weicht der effektive dynamische Bereich des Differenzwertes ab. Obgleich die Daten vor der Berechnung des Differenzwertes alle 8 Bits benötigen, werden, wenn die Daten durch den Differenzwert ersetzt werden, die Daten des Differenzwertes nicht so stark beeinflusst, wenn sie mit dem Wert von 5 Bits oder 6 Bits quantisiert werden.
  • Obgleich bei diesem Ausführungsbeispiel das Pixel zum Berechnen der Differenz als das angrenzende Pixel ausgedrückt wird, erfolgt dies daher, dass der Wert des angrenzenden Pixels als der Vorhersagewert des Pixels bestimmt wird, und daher kann ein Durchschnitt hiervon mit Bezug auf ein anderes angrenzendes Pixel der Vorhersagewert des Pixels sein. Wenn nur ein Pixel als ein Pixel mit einem Wert für die Nichtberechnung des Differenzwertes in einem Block vorgesehen ist, kann das Pixel wieder hergestellt werden als unabhängige Daten in jedem Block während des Vorgangs der Decodierung. Daher wird dieser Vorgang normalerweise durchgeführt.
  • Mit anderen Worte, selbst wenn die Quantisierungspegel so verteilt sind, dass, je näher die Pegel bei Null sind, desto dichter sie verteilt sind, und je entfernter die Pegel von Null sind, desto gröber sie verteilt sind, sich kein bemerkenswerter nachteiliger Einfluss ergibt. Weiterhin kann, wenn das Vorzeichen der Differenz bestimmt ist und der negative Differenzwert berechnet wird, um von dem maximalen Wert des Bereichs abgezogen zu werden, ein Bit des dynamischen Bereichs weiterhin eingespart werden. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Seite der Decodierung den Quantisierungspegel in dem Fall wieder zuweist, in welchem der Bereich, der negativ wird, von dem maximalen Wert subtrahiert wird, um die fehlerhafte Bestimmung der Positivheit oder Negativheit des Bereichs zu vermeiden. Wenn eine derartige Differenzquantisierung vom Vorzeichenbestimmungstyp durchgeführt wird, ist selbstverständlich, dass, je näher die Quantisierungspegel bei Null und je näher die Pegel bei dem maximalen Wert sind, desto dichter die vorgenannten Quantisierungspegel verteilt sind, und je näher die Pegel an einem Zwischenbereich sind, desto gröber die Quantisierungspegel verteilt sind.
  • Wenn ein derartiger Vorgang durchgeführt wird, wird die in die Vorhersagespeicher 11 und 12 geschriebene Datenmenge angenähert halbiert, wodurch Speicher gespart werden kann. Gemäß einem Simulationsergebnis der Erfinder wurde gefunden, dass, selbst wenn die Informationsmenge durch Verwendung eines derartigen Verfahrens halbiert wird, die Bildqualität hierdurch nicht so stark beeinflusst wird.
  • Die quantisierten Daten mit einer festen Länge werden in dem Vorhersagespeicher 11 oder dem Vorhersagespeicher 12 gespeichert und zu einem Speicherelement eines Bezugsbilds gegeben für die Berechnung eines Bewegungsvektors oder die Berechnung der Bewegungskompensationsvorhersage. Wenn der Speicher normalerweise in einer 1 : 1-Beziehung mit Bezug auf die Position des Bildes ist, kann eine den Speicher steuernde Schaltung verkleinert werden.
  • Um den quantisierten Wert des Differenzwertes in einem Wert wieder herzustellen, der angenähert gleich dem ursprünglichen Wert ist, durch Herausziehen des Bewegungsvektors oder durch Herausnehmen von Daten mit Bezug auf die Position des berechneten Bewegungsvektors aus den Speichern 11 und 12, werden die Daten durch die Decodierschaltungen 26 und 27 und die Blockauflösungsschaltungen oder inversen Abtasttransformationsschaltungen 28 und 29 verarbeitet. In den Decodierschaltungen 26 und 27 wird die Decodierung begonnen mit dem Pixel, in Bezug auf das keine Differenzberechnung in einem Block als ein Startpunkt durchgeführt wird. Zuerst werden die quantisierten Daten durch einen repräsentativen Wert entsprechend den Quantisierungspegeln ersetzt und der Differenzwert wird auf einen Wert wieder hergestellt, der angenähert gleich dem ursprünglichen Wert ist, indem er zu dem Wert des Pixels, dessen Differenzwert nicht berechnet ist, addiert wird. Als nächstes werden das Ersetzen und die Addition in der Reihenfolge der Abtastung wiederholt. Wenn die Bezugsquantisierung vom Vorzeichenbestimmungstyp bei dieser Gelegenheit durchgeführt wird, wird der Wert ersetzt durch eine Restberechnung des dynamischen Bereichs, wenn er den dynamischen Bereich als ein Ergebnis der Addition überschreitet.
  • Die Blockauflösungsschaltungen oder inversen Abtasttransformationsschaltungen 28 und 29 führen eine Operation durch, die invers zu der der Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 27 ist, und steuern die Transformation der Daten derart, dass die Differenz bei der Differenzbildungsvorrichtung 2 gebildet wird, bei der die Zeit in Ausrichtung mit der Seite der Videoeingangseinheit gebracht ist. In der Zwischenzeit werden die nahesten Teile der Bilddaten gesucht, um den Bewegungsvektor zu berechnen, wodurch der Bewegungsvektor berechnet wird. Die Blockauflösung und die inverse Abtasttransformation werden in Übereinstimmung mit der Anforderung der Suche durchgeführt.
  • Auf diese Weise kann die Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal, die zur Durchführung einer äquivalenten Verdichtung in der Lage ist, während der Bereich des Speichers reduziert wird, gebildet werden.
  • Jedoch wird tatsächlich das Bildsignal normalerweise zusammen mit dem Audiosignal übertragen, und daher ist es erforderlich, diese beiden Daten in Ausrichtung miteinander mit beträchtlicher zeitlicher Genauigkeit zu bringen. Gemäß MPEG wird für diesen Zweck eine Zeitachseninformation als ein bei 90 kHz gezählter Zeitgeber einer Multiplexverarbeitung unterzogen. Daher muss die Verarbeitung vorher durch diesen Zeitbetrag durchgeführt werden. Die 2(A) und 2(B) zeigen einen derartigen Zustand an. Wenn die Signalverarbeitungszeit, die im Ausführungsbeispiel 1 auf den Codier- und Decodiervorgang zentriert ist, durch Δt Sekunden bezeichnet ist und die herkömmliche Verarbeitungszeit, wie in 2(A) illustriert ist, wird die Speichersteuerung durchgeführt mit Bezug auf die Verarbeitungszeit beim Ausführungsbeispiel 1 in der Weise, dass das Lesen aus den Speichern um Δt Sekunden früher begonnen wird, wie in 2(B) illustriert ist. Daher kann die Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal ohne durch die Verarbeitung bewirkte Verschiebung gebildet werden.
  • Die Verarbeitungszeit kann in dem Fall der Bildung eines Codes mit einer festen Länge genau berechnet werden. Daher ist es für ein Codiersystem für die Steuerung der Verarbeitung und Zeitsteuerung vorteilhaft, einen Code mit einer festen Länge zu bilden. Die Verarbeitungszeit ist zulässig, wenn sie kürzer als eine Zeitperiode ist, während der die Daten des Bewegungsvektors in den Suchbereich geschrieben wurden. Daher ist mit Bezug auf einen großen Schirm mit etwa 720 Pixeln wie bei dem NTSC-Pegel die Verarbeitungszeit sehr viel kürzer als die Zeit eines Vollbilds, und daher wird kein Widerspruch bei der Verarbeitung bewirkt.
  • Als nächstes wird hinsichtlich des Blockbildungsvorgangs die Bezugnahme der Verarbeitung durch einen kleinen Block gebildet, der normalerweise 8 Pixel × 8 Pixel aufweist, der als DCT bezogen ist, selbst wenn ein Makroblock angewendet wird, vier DCT-Blöcke werden dem Helligkeitssignal zugewiesen und zwei DCT-Blöcke werden dem Chrominantsignal zugewiesen, die an derselben Position auf einem Schirm angeordneten Daten bilden die Verarbeitungseinheit, vier Bewegungsvektoren sind für einen Makroblock vorgesehen, und demgemäß ist es zweckmäßig, die Daten in einem blockweisen Zustand zu handhaben, obgleich dies nicht un erlässlich ist. Es ist natürlich zulässig, die Daten in einer einzelnen horizontalen Reihe als eine Ansammlung wie bei der Abtastzeile bei NTSC zu handhaben.
  • Um die Daten von DCT-Blöcken durch die Einheit einer Abtastzeile in dem Fall von NTSC zu handhaben, kann die Arbeitsweise der Blockbildungsschaltung und Abtasttransformationsschaltung 24 so ausgebildet sein, dass der Rastertransformationsvorgang mit 1 vertikalen Pixel × 720 horizontalen Pixeln durchgeführt wird. Auf diese Weise können die Daten in dem Vorhersagespeicher gespeichert werden mit einer Datenanordnung, die dieselbe wie diejenige in dem Eingangsschirm ist.
  • Die Rastertransformation kann natürlich durchgeführt werden mit Bezug auf kleine Unterteilungen wie 1 vertikalen Pixel × 16 horizontalen Pixeln, und eine ähnliche Operation kann durchgeführt werden durch Betrachtung des Transformationsergebnisses als einen Block.
  • Das heißt, es ist nicht erforderlich, die Verarbeitung der Berechnung der Differenz zu ändern in Übereinstimmung damit, ob der Block zum Berechnen der Differenz in einer quadratischen Form oder in einer linearen horizontalen Form ist. Wenn der Vorhersagewert von dem vorgenannten angrenzenden Pixel berechnet wird (das angrenzende Pixel kann den Vorhersagewert so wie es ist bilden), wird der Differenzwert hiervon mit Bezug auf den Vorhersagewert berechnet, und der Wert wird codiert und in den Vorhersagespeichern 11 und 12 gespeichert, wodurch der Bereich des Speichers unveränderbar auf etwa die Hälfte hiervon eingespart werden kann.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung des Abtastvorgangs gegeben. Es wird beispielsweise ein Fall betrachtet, in welchem der DCT-Block wie er sich als ein Block codiert wird. Wenn die Abtastung in einem Block von 8 Pixeln × 8 Pixeln durchgeführt wird und die Codierung durchgeführt wird, kann die Abtastung zickzackförmig durchgeführt werden mit einem obersten linken Pixel als das Pixel für die Nichtberechnung des Differenzwertes, wie in 3 illustriert ist. Die Positionsbeziehung zwischen Pixeln, die in der Pfeilrichtung angeordnet sind, bildet angrenzende Pixel. Das heißt, wenn ein angrenzendes Pixel ein Pixel des Vorhersagewertes wie es ist bildet, wird der Differenzwert eines Pixels A in 3 als ein Ergebnis der Subtraktion mit Bezug auf ein Pixel B erhalten.
  • Weiterhin kann der Vorhersagewert berechnet werden nicht nur durch Anwendung eines Pixels, das in der Richtung angeordnet ist, die invers zu der Fortschreitungsrichtung des Pfeils ist, aber durch Einbeziehen beispielsweise auch eines Pixels mit einer Positionsbeziehung, die orthogonal die Fortschreitungsrichtung schneidet oder durch Setzen eines Pixels unter Berücksichtigung einer zweidimensionalen Anordnung, wie in 4 illustriert ist, und durch Durchführen einer Durchschnittswertberechnung usw. In diesem Fall kann bei der Abtastung der Daten wie in 3 illustriert ist, an einem Endpunkt, an dem ein derartiges Pixel in dem Block nicht existiert, der Wert eines Pixels, das orthogonal die Fortschreitungsrichtung schneidet, erhalten werden als derselbe wie der Wert des Pixels in der zu der Fortschreitungsrichtung umgekehrten Richtung. Weiterhin ist selbstverständlich, obgleich der Anfangspunkt in dem Block den Punkt für die Nichtberechnung der Differenz bildet, dass eine Differenz mit Bezug auf Null erzeugt werden kann, wodurch die Quantisierung durchgeführt wird.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung der Optimierung des Abtastvorgangs gegeben. Die Erläuterung bezieht sich auf Bilder, die auf ein verschachteltes Abtastbild wie bei MPEG 2 zentriert sind. Das heißt, dynamische Bilder werden dargestellt durch abwechselndes Bilden von Halbbildern durch zeitlich unterschiedliche Bilder und auch durch räumlich unterschiedliche Bilder. Wenn die abwechselnd auftretenden Halbbilder in obere Halbbilder bzw. untere Halbbilder klassifiziert werden, wenn die Daten der inversen DCT-Transformation unterzogen werden und die bewegungskompensierende Vorhersage decodiert wird, ist der Schirm so ausgebildet, dass die Abtastzeilen des unteren Halbbildes zwischen die Abtastzeilen des oberen Halbbildes eingefügt sind, wie in 5 illustriert ist. Wenn daher die Abtasttransformation fest mit Bezug auf das obere Halbbild und das untere Halbbild durchgeführt wird, wenn beispielsweise eine Bewegung bewirkt wird und das obere Halbbild und das untere Halbbild Bilder darstellen, die um den Betrag der Bewegung unterschiedlich sind, ist es schwierig, die Differenzwerte der angrenzenden Pixel auf Null zu konzentrieren. Daher wird der dynamische Bereich von Differenzwerten erweitert und Bereiche, die die Verschlechterung der Bildqualität vergrößern, treten durch die Quantisierung auf.
  • Um diese Erscheinung zu verhindern, wird die Steuerung der Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 24 geändert und die angrenzenden Pixel werden gesucht, indem der Blockbildungsvorgang wie durch die Feinmarkierungen in 5 illustriert durchgeführt wird. Das heißt, die Abtastung wird gesteuert mit einer Priorität mit Bezug auf dasselbe Halbbild. Durch diese Steuerung konzentrieren sich die Differenzen mit Bezug auf die Vorhersagewerte in der Nähe von Null, selbst wenn eine Bewegung bewirkt wird.
  • Obgleich das obere Halbbild und das untere Halbbild in 5 in einem Block gemischt sind, können sie in vollständig verschiedene Blöcke getrennt sein, wie in 9 illustriert ist. Es gibt eine Stelle in 5, an der das obere Halbbild und das untere Halbbild die Positionsbeziehung von aneinander grenzenden Pixeln bilden, und wenn eine Bewegung in diesem Bereich bewirkt wird, bleibt dasselbe Problem wie das vorbeschriebene Problem. Jedoch ist ein derartiger Bereich extrem klein mit Bezug auf die Fläche, und das Problem kann vernachlässigt werden. Weiterhin wird, obgleich der DCT-Block in 3 einen Block bildet, der DCT-Block durch Vollbild sowie durch Halbbild abgetastet und die Leseberechnung aus dem Speicher wird kompliziert. Unterdessen ist der in 5 illustrierte Abtastvorgang sehr zweckmäßig, da der Vorgang durch den DCT-Block nicht beeinflusst wird.
  • Obgleich die Erläuterung der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gegeben wurde, die Informationen durch Quantisieren der Differenzen mit Bezug auf die Vorhersagewerte, die von den angrenzenden Pixeln abgeleitet wurden, und Schreiben von diesen in Speicher verdichtet, wird nachfolgend eine Erläuterung einer Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gegeben, die Informationen mit Blöcken als Aggregationen verdichtet und sie im Speicher schreibt.
  • 6 ist ein Diagramm zum Erläutern des Konzepts einer Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal, die Informationen mit Blöcken als Aggregationen verdichtet und sie im Vorhersagespeicher schreibt. Ein maximaler Wert und ein minimaler Wert aller Pixel in jedem Block werden jeweils berechnet. Die Werte von Pixeln in jedem Block fallen in einen durch den jeweiligen maximalen Wert und minimalen Wert bestimmten Bereich. Der Abstand zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert bildet den dynamischen Bereich DR und Quantisierungsschwellenwerte, die DR gleichförmig teilen, werden gesetzt. Diese werden als Quantisierungsbezugswerte bezeichnet. 6 illustriert den Quantisierungsvorgang, bei dem der Abstand von dem maximalen Wert zu dem minimalen Wert in vier geteilt wird und jeweilige Werte normal als Durchschnittswerte der Quantisierungsschwellenwerte berechnet werden.
  • Die Decodierung wird mit Bezug auf den maximalen Wert, den minimalen Wert und die Quantisierungsergebnisse der jeweiligen Pixel durchgeführt wird. Ein Ausdruck von zwei Bits wird für die Quantisierungsergebnisse der jeweiligen Pixel jeweils gemäß 6 gegeben. Auch können anstelle des maximalen Wertes und des minimalen Wertes entweder der maximale Wert oder der minimale Wert und der dynamische Bereich DR codiert werden.
  • Wenn 8 Bit-Daten von 8 Pixeln × 8 Pixeln durch 8 Bits des maximalen Wertes und des minimalen Wertes und zwei Bits der Quantisierungsergebnisse ausgedrückt werden, beträgt die Verdichtungsrate 9/32. Gemäß dieser Codierung ist die Abtastung notwendig nur für die Berechnung des maximalen Wertes und des minimalen Wertes, und demgemäß besteht kein Problem der Abtasttransformation, obgleich das Problem der Optimierung der Blockbildung verbleibt.
  • Die Daten können durch den maximalen Wert und den minimalen Wert (oder diesen entsprechende Daten) und die Quantisierungsergebnisse von erforderlichen Pixeln decodiert werden. In der Zwischenzeit ist es gemäß dem Weg der Berechnung, wodurch die Differenz mit Bezug auf den von dem angrenzenden Pixel abgeleiteten Vorhersagewert berechnet wird, für die Decodierung eines Pixels erforderlich, alle Daten zu decodieren, die vor dem einen Pixel abgetastet, und wenn der Vorgang bei der bewegungskompensierenden Vorhersage, die das Lesen einer willkürlichen Position erfordert, verwendet wird, wird die Steuerung des Speichers kompliziert. Jedoch hängen in einem derartigen Fall die Quantisierungsergebnisse der jeweiligen Pixel nur von dem maximalen Wert und dem minimalen Wert (oder diesen entsprechenden Daten) ab, und demgemäß wird die Lesesteuerung des Speichers vereinfacht und die Zugriffsfrequenz wird herabgesetzt.
  • Als nächstes wird die Erläuterung eines Falles gegeben, in welchem die Quantisierungsbezugswerte nicht durch direktes Bestimmen der Quantisierungsbezugswerte aus dem maximalen Wert und dem minimalen Wert bestimmt werden, sondern durch einen weiteren Verarbeitungsvorgang.
  • Normalerweise ist Rauschen in einigen Formen häufig Bildern überlagert. Beispielsweise gibt es Rauschen bei CCDs einer Videokamera und Rauschen, das bei der Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal erzeugt wird. Dies ist Zufallsrauschen und eine Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal codiert auch diese Rauschkomponenten wahrheitsgemäß. Jedoch werden der maximale Wert und der minimale Wert in dem Block hierdurch beeinflusst, wodurch die Quantisierungsbezugswerte nachteilig beeinflusst werden. Daher wird, um den Einfluss von Rauschen zu vermeiden, ein Durchschnittswertbildungsvorgang bei der Berechnung der Quantisierungsbezugswerte eingeführt.
  • Beispielsweise wird in dem Fall der Durchführung einer Quantisierungsoperation mit vier repräsentativen Werten der maximale Wert in dem Block als Lmx bezeichnet, der minimale Wert wird als Lmn, ein maximaler repräsentativer Wert wird als Pmx bezeichnet, ein minimaler repräsentativer Wert wird als Pmn bezeichnet, ein zentraler Quantisierungsbezugswert wird durch Pa bezeichnet und andere Bezugswerte werden als P1 und P2 bezeichnet, in einem in 7 gezeigten Block. In diesem Fall werden Pmx, Pmn, Pa, P1 und P2 berechnet, um die folgenden Beziehungen herzustellen. Ein Wert eines Pixels, das sich an einem Ort (i, j) befindet, wird durch Xij bezeichnet und ein Quantisierungsergebnis hiervon wird als Φi bezeichnet. Pmx = (ΣXij)/Nmx;wobei Xij einen Wert eines Pixels mit dem Wert (3Lmx + Lmn)/4 oder mehr bezeichnet und Nmx eine Anzahl von Pixeln in einem Block, die jeweils einen Wert von (3Lmx + Lmn)/4 oder mehr haben, ist. Pmn = (ΣXij)/Nmn;wobei Xij einen Wert eines Pixels mit dem Wert von (Lmx + 3Lmn)/4 oder mehr bezeichnet und Nmn eine Anzahl von Pixeln in einem Block mit jeweils einem Wert von (Lmx + 3Lmn)/4 oder mehr bezeichnet. LD = Pmx – Pmn Pa = (Pmx + Pmn)/2worin i, j eine Sorte in einem Block bezeichnen.
    {wenn (Xij ≤ P1) Φij = 00
    ansonsten, wenn (Xij ≤ Pa) Φij = 01
    ansonsten, wenn (Xij ≤ P2) Φij = 10
    ansonsten Φij = 11}
  • Der Codiervorgang in diesem Fall erfolgt mit Bezug auf Φij, Pa und LD.
  • Wenn bestimmte Schwellenwerte anhand des maximalen Wertes und des minimalen Wertes berechnet werden und Durchschnittswerte von Pixeln, die diese Schwellenwerte überschreiten, auf diese Weise berechnet werden, werden Veränderungen der Quantisierungsbezugswerte aufgrund von Rauschen vermieden, und daher wird die Bildqualität hierdurch nicht nachteilig beeinflusst. Auch werden diese Berechnungsvorgänge durch einfache Berechnungen auf der Grundlage der Berechnungen von Durchschnittswerten gebildet, und daher können diese Operationen durch eine vereinfachte Schaltungsstruktur realisiert werden.
  • Zusätzlich kann eine breite zwischen den Quantisierungsbezugswerten von P2 – Pa anstelle von Ld codiert werden. P2 – Pa ist ein Wert, der gleich oder kleiner als eine Hälfte oder weniger von LD ist, und daher kann die Anzahl von Bits für die Codierung verringert werden.
  • Die Codierung wird auf diese Weise durchgeführt, und die codierten Daten werden in den Vorhersagespeicher 11 und den Vorhersagespeicher 12 geschrieben, durch die der Bewegungsvektor berechnet wird oder das Lesen von Teilen, die für die bewegungskompensierende Vorhersage erforderlich sind, wird durchgeführt. In diesem Fall weisen die gelesenen Daten nur Pa und LD (oder diesen entsprechende Daten) und die Quantisierungsergebnisse Φij von erforderlichen Pixeln auf.
  • Wenn die Daten gelesen und decodiert werden, wird die Decodierung gemäß den folgenden Gleichungen durchgeführt. Das decodierte Ergebnis von Φij wird durch Yij bezeichnet.
    wenn (Φij = 00) Yij = Pa – LD/2
    wenn (Φij = 01) Yij = Pa – LD/6
    wenn (Φij = 10) Yij = Pa + LD/6
    wenn (Φij = 11) Yij = Pa + LD/2
  • Die Decodierung wird in dieser Weise durchgeführt und daher ist die Berechnung hiervon beträchtlich vereinfacht im Vergleich mit der Berechnung bei der Codierung, und demgemäß ist dies sehr zweckmäßig in dem Fall, in welchem zwei Blöcke des Decodierungsschritts wie in der in 1 gezeigten Figur erforderlich sind. Entsprechend der Weise der Berechnung der Differenz mit Bezug auf den von dem angrenzenden Pixel abgeleiteten Vorhersagewert ist es für die Decodierung eines Pixels erforderlich, alle Daten zu decodieren, die vor der Decodierung des einen Pixels abgetastet wurden und die Steuerung des Speichers ist kompliziert, wenn sie bei der bewegungskompensierenden Vorhersage verwendet wird, die das Lesen einer beliebigen Position erfordert. Jedoch sind in einem derartigen Fall die Quantisierungsergebnisse der jeweiligen Pixel nur von dem maximalen Wert und dem minimalen Wert (oder diesen entsprechenden Daten) abhängig, und demgemäß wird die Lesesteuerung des Speichers vereinfacht und die Zugriffsfrequenz wird ver ringert.
  • Obgleich die vorstehende Erläuterung mit Bezug auf 8 Pixel × 8 Pixel gegeben wurde, wenn die Operation in einem kleineren Bereich wie 4 Pixel × 4 Pixel durchgeführt wird, nimmt der dynamische Bereich oder LD ab, und daher wird die Verschlechterung der Bildqualität verringert, was bevorzugt ist, Das heißt, es ist selbstverständlich, dass es nicht erforderlich ist, eine besondere Größe oder Gestalt des Blocks zu haben, und der Block kann freigesetzt werden, beispielsweise kann der Block aus 8 Pixeln × 2 Pixel gebildet sein. Obgleich die Fläche des Blocks von 8 Pixeln × 2 Pixel dieselbe wie die von 4 Pixeln × 4 Pixel ist, kann die Größe des Widerstands (oder Speichers) bei dem Blockbildungsvorgang herabgesetzt werden.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung der Optimierung der Blockbildung in diesem Fall gegeben. Wenn beispielsweise ein Block durch 4 Pixel × 4 Pixel gebildet wird, ist es möglich, den DCT-Block in vier in einer Form von angesammelten Quadraten zu teilen, wie in 8 gezeigt ist. Wenn jedoch eine Bewegung in dem verschachtelten Abtastbild bewirkt wird, geht die Korrelation von Daten zwischen den Halbbildern verloren, und demgemäß ist es bevorzugt, die Datenblöcke in demselben Halbbild zu bilden. Das heißt, wie in 9 illustriert ist, die Blockbildung wird durchgeführt, um 4 Pixel × 4 Pixel in dem oberen Halbbild und 4 Pixel × 4 Pixel zu bilden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Codierung vorzusehen, durch die der dynamische Bereich oder LD verringert wird und die Verschlechterung der Bildqualität minimiert wird, selbst wenn das Bild eine Bewegung hat.
  • Die Blockbildung kann natürlich in Übereinstimmung mit der Bewegung geschaltet werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, nicht nur die Art der Blockbildung in Übereinstimmung mit der Bewegung zu ändern, sondern die Informationen über die Art der Blockbildung zu codieren. Das heißt, die Halbbild-Blockbildung und die Vollbild-Blockbildung werden durch den Bewegungsvektor geschaltet und die Art der DCT-Blockbildung und das Schalten der Blockiervorrichtung wird codiert. Es ist selbstverständlich, dass der Vorgang nicht auf die Blockbildung von 4 Pixeln × 4 Pixeln beschränkt ist, sondern die Blockbildung von 4 Pixeln × 4 Pixeln kann zu der von 8 Pixeln × 2 Pixeln oder umgekehrt geschaltet werden, um den Wert des dynamischen Bereichs oder LD zu minimieren.
  • Als nächstes wird eine weitere Gegenmaßnahme gegen die Bildverschlechterung beschrieben. Die vorgenannten Quantisierungsbezugswerte oder repräsentativen Werte werden einwertig anhand des maximalen Wertes, des minimalen Wertes oder von Pa, LD oder diesen entsprechenden Werten bestimmt. Wenn die jeweiligen Pixel passend verteilt sind, ist eine derartige Quantisierung oder Berechnung von repräsentativen Werten angemessen. Jedoch besteht tatsächlich eine Abweichung in der Verteilung. Wenn beispielsweise eine weiße Linie sich vor einem dunklen Hintergrund befindet, sind die Pixel wie in 10 illustriert verteilt. In diesem Fall wird der repräsentative Wert des Pegels 00 durch den Einfluss der Umgebung der Linie geändert. Die größte Anzahl von Pixeln ist verteilt zentriert auf einem Pegel, der durch eine strichlierte Linie gekennzeichnet ist, in Bezug zu dem repräsentativen Wert des Pegels 00, und der Fehler der Pixel ist minimiert durch Auswahl des Pegels der strichlierten Linie als einen repräsentativen Wert. Wenn jedoch die Quantisierungsbezugswerte oder die repräsentativen Werte einwertig bestimmt sind anhand des maximalen Wertes und des minimalen Wertes, oder von Pa und LD oder diesen entsprechenden Werten in der Verteilung, wird die Bestimmung ungeachtet der Frequenz der Verteilung durchgeführt, was eine Verschlechterung der Bildqualität wie eine Blockverzerrung usw. bewirken kann.
  • Demgemäß werden durch Untersuchen der Differenz zwischen dem repräsentativen Wert eines einmal quantisierten Ergebnisses und den ursprünglichen Daten repräsentative Werte mit bemerkenswerte Fehleransammlung geändert, und die Zahl (00 in diesem Beispiel) des zu ändernden repräsentativen Wertes, die Differenz gegenüber dem anfänglichen repräsentativen Wert und der Wert des neuen repräsentativen Wertes so wie er ist werden codiert und zusammen mit den Daten in den Vorhersagespeichern 11 und 12 gespeichert.
  • Auf diese Weise kann, wenn der Decodierer 26 oder 27 die Daten derart decodiert, dass das Ersetzen durchgeführt wird auf der Grundlage der Informationen über die Ersetzung des repräsentativen Wertes, und der anfängliche repräsentative Wert (Pa – LD/2) ersetzt wird durch einen neuen Wert entsprechen dem Quantisierungsergebnis entsprechend der Zahl des repräsentativen Wertes (Φ00 in diesem Beispiel), die Decodierung durchgeführt werden, um ein Bild mit kleinem Fehler zu erzeugen, und die Verschlechterung der Bildqualität kann minimiert werden.
  • Als ein Kriterium zum Bestimmen der Größe oder Kleinheit des Fehlers gibt es eine Summierung von Absolutwerten von Differenzen von den anfänglichen Daten, eine Summierung von Quadraten der Differenzen und dergleichen, die jeweils verwendet werden können. Auch kann umgekehrt eine Integration der Differenzwerte anstelle der Summierung von absoluten Werten oder dergleichen für jeden Pegel durchgeführt werden, oder eine Integration der Summierung von Quadraten der Differenzen kann durchgeführt werden durch Anbringen des anfänglichen Vorzeichens an diesen auf der Grundlage der Art des Denkens, dass die Optimierung erzielt wird, wenn die Durchschnittswertbildung von Fehlern Null ergibt.
  • Mit Bezug auf den Ersetzungsvorgang für den Pegel des repräsentativen Wertes mit großem Fehler kann ein Pegel des repräsentativen Wertes, durch den eine Anzahl von Pixeln mit kleinem Fehler am meisten zunimmt, oder ein Durchschnittswert von Pixeln, der ein Quantisierungsergebnis bildet, das den Fehler in Anbetracht der gesamten Quantisierungspegel minimiert, berechnet werden.
  • Gemäß der vorstehenden Erläuterung sind die Decodierer 26 und 27 und die Blockauflösungsschaltungen oder inversen Abtasttransformationsschaltungen 28 und 29 unabhängig mit Verarbeitungsschaltungen auf den Ausgangsseiten der Vorhersagespeicher 11 und 12 versehen. Jedoch kann die Verarbeitung natürlich durch eine einzelne Schaltung realisiert werden, wenn eine Operation mit einer Geschwindigkeit, die doppelt so hoch ist wie die der Verarbeitungsschaltungen, durchgeführt wird, und eine Zeitteilungsverarbeitung erfolgt.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Als nächstes wird eine Erläuterung des Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen gegeben. 11 ist ein Blockschaltbild, das eine digitale Bildsignal-Verarbeitungseinheit in einer Decodiervorrichtung eines digitalen Bildsignals und einen Schritt des Bildens eines decodierten Signals mit einer variablen Länge und danach zeigt. In 11 kennzeichnen die Bezeichnungen, die dieselben wie diejenigen in 16 sind, jeweils dieselben oder entsprechende Teile, die Zahl 30 bezeichnet eine Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung, die Zahl 31 bezeichnet einen Codierer, die Zahlen 32 und 33 bezeichnen Decodierschaltungen und die Zahlen 34 und 35 bezeichnen Blockbildungsschaltungen oder inverse Abtasttransformationsschaltungen.
  • Als nächstes wird eine Beschreibung der Arbeitsweise gegeben. Die Teile in 11, die dieselben Bezeichnungen in 16 haben, führen im wesentlichen dieselbe Operation durch und die Erläuterung wird weggelassen. Jedoch basiert die folgende Erläuterung auf MPEG 2. Das heißt, die Erläuterung bezieht sich auf das verschachtelte Abtastbild. Demgemäß gibt es auch eine Betriebsart, die eine Halbbild-DCT durchführt. Daten, die einmal in dem Frequenzbereich der DCT quantisiert wurden, werden ausgegeben, um sie der Codierung mit variabler Länge ohne Verschlechterung der Informationen zu unterziehen, in der Zwischenzeit werden sie quantisiert, der inversen DCT-Bildung unterzogen, in Daten im ursprünglichen Raumbereich verarbeitet, mit Bezug auf die bewegungskompensierende Vorhersage in dem Addierer 16 decodiert, und die Daten werden über die Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 30 und dem Codierer 31 in den Vorhersagespeichern 18 und 19 gespeichert.
  • Daten, die im wesentlichen gleich den ursprünglichen Bilddaten sind, werden bei jedem DCT-Block von dem Addierer 16 ausgegeben. Die Daten werden weiterhin einer Blockbildung unterzogen oder abtasttransformiert, oder einer Blockbildung unterzogen und abtasttransformiert mittels der Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 30. Die Daten werden in einer festen Codelänge durch den Codierer 31 verdichtet, um Bits zu verdichten. Wenn beispielsweise ein Differenzwert mit Bezug auf ein angrenzendes Pixel in einem Block berechnet wird, nähert sich der Differenzwert Null an, da normalerweise das angrenzende Pixel im wesentlichen denselben Wert hat. Daher weicht der wirksame dynamische Bereich der Differenzwerte ab, und obgleich die Daten alle 8 Bits für den Wert hiervon vor der Berechnung der Differenz benötigen, wenn sie durch den Differenzwert ersetzt werden, werden die Differenzwertdaten nicht zu stark beeinflusst, selbst wenn der Differenzwert mit dem Wert von 5 Bits oder 6 Bits quantisiert wird. Obgleich das Pixel zum Berechnen des Differenzwertes als das angrenzende Pixel ausgedrückt wird, erfolgt dies aus dem Grund, dass der Wert des angrenzenden Pixels als der Vorhersagewert des Pixels bestimmt wird, und daher kann ein Durchschnittswert hiervon mit Bezug auf ein anderes angrenzendes Pixel der Vorhersagewert des Pixels sein. Wenn nur ein Pixel als ein Pixel mit einem Wert für die Nichtberechnung des Differenzwertes in einem Block vorgesehen ist, kann der Wert des Pixels wieder hergestellt werden als unabhängige Daten für jeden Block bei dem Decodiervorgang. Daher wird dieser Vorgang normalerweise durchgeführt.
  • Das heißt, es ergibt sich kein bemerkenswerter nachteiliger Einfluss, selbst wenn je näher die Quantisierungspegel an Null sind, desto dichter sie verteilt sind, und je entfernter die Quantisierungspegel von Null sind, desto gröber sie verteilt sind. Wenn weiterhin das Vorzeichen der Differenz bestimmt wird und die Berechnung derart durchgeführt wird, dass der negative Bezugswert von dem maximalen Wert des Bereichs subtrahiert wird, kann ein Bit des dynamischen Bereichs weiter eingespart werden. In diesem Fall ist es erforderlich, das die Decodierseite die Quantisierungspegel wieder zuweist, wenn der Bereich, der negativ wird, von dem maximalen Wert subtrahiert wird, um die fehlerhafte Bestimmung der Positivheit und Negativheit des Bereichs zu vermeiden. Wenn eine derartige Differenzquantisierung vom Vorzeichenbestimmungstyp durchgeführt wird, ist es selbstverständlich, dass, je näher die vorgenannten Quantisierungspegel bei Null sind oder je näher sie bei dem maximalen Wert sind, desto dichter sie verteilt sind, und je näher sie an einem Zwischenbereich sind, desto gröber sind sie verteilt. Auf diese Weise kann der Speicher auf etwa die Hälfte hiervon eingespart werden. Die quantisierten Daten mit einer festen Länge werden in dem Vorhersagespeicher 18 oder dem Vorhersagespeicher 19 gespeichert und werden ein Speicherelement von Bezugsbildern für die Berechnung eines Bewegungsvektors oder die Berechnung der Bewegungskompensationsvorhersage. Wenn die Speicher jeweils normalerweise in einer 1-2-1-Beziehung mit Bezug auf die Position des Bildes sind, kann eine Schaltung zum Steuern der Speicher verkleinert werden.
  • Die Daten werden durch die Decodierer 32 und 33 und die Blockauflösungsschaltungen oder inversen Abtasttransformationsschaltungen 34 und 35 verarbeitet, um den Bewegungsvektor aus den Speichern 18 und 19 herauszuziehen oder einen quantisierten Wert des Differenzwerts als einen Wert wieder herzustellen, der im wesentlichen gleich dem anfänglichen Wert ist, durch Herausnehmen der Daten der Position des berechneten Bewegungsvektors hiervon. Die Decodierung beginnt in den Decodierern 32 und 33 mit einem Pixel für die Nichtberechnung der Differenz in einem Block als ein Startpunkt. Zuerst werden die quantisierten Daten ersetzt durch einen repräsentativen Wert entsprechend dem Quantisierungspegel, der zu dem Wert eines Pixels für die Nichtberechnung der Differenz addiert wird, wodurch der Differenzwert als der Wert wieder hergestellt wird, der im wesentlichen gleich dem anfänglichen Wert ist. Als nächstes werden das Ersetzen und die Addition in der Reihenfolge der Abtastung wiederholt. Auf diese Weise wird, wenn die Differenzquantisierung vom Vorzeichenbestimmungstyp durchgeführt wird, wenn die Daten den dynamischen Bereich als ein Ergebnis der Addition überschreiten, der Wert durch eine Restberechnung des dynamischen Bereichs ersetzt.
  • Die Operation, die invers zu der der Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 30 ist, wird in den Blockauflösungsschaltungen oder inversen Abtasttransformationsschaltungen 32 und 33 durchgeführt, und die Schaltungen werden gesteuert, um die Daten so zu transformieren, dass eine Differenz gebildet wird in Ausrichtung mit der Zeit der Ausgabe der Daten bei der inversen DCT-Bildung in dem Addierer 16.
  • Auf diese Weise kann die Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gebildet werden, die in der Lage ist, die Daten äquivalent zu verdichten, während der Bereich der Speicher reduziert wird.
  • Jedoch werden tatsächliche Bilddaten normalerweise zusammen mit dem Audiosignal übertragen, und die Ausrichtung sollte zwischen den beiden Daten mit bemer kenswerter zeitlicher Genauigkeit durchgeführt werden. Zu diesem Zweck werden gemäß MPEG die Daten übertragen, indem sie einer Multiplexverarbeitung mit Zeitachseninformationen als ein bei 90 kHz gezähltes Zeitglied unterzogen werden. Das Bild- und das Audiosignal müssen zu Monitoren oder Lautsprechern entsprechend den Zeitachseninformationen ausgegeben werden. Daher muss die Verarbeitung vorher um diesen Zeitbetrag durchgeführt werden. Die 2(A) und 2(B) illustrieren diesen Zustand. Wenn eine Signalverarbeitungszeit, die auf den Codier- und Decodiervorgang des Ausführungsbeispiels 2 zentriert ist, durch Δt Sekunden bezeichnet wird, wenn die herkömmliche Verarbeitungszeit wie in 2(A) illustriert mit Bezug auf die Verarbeitungszeit des Ausführungsbeispiels 2 ist, wird die Speichersteuerung so durchgeführt, dass das Lesen aus dem Speicher um Δt Sekunden früher begonnen wird, wie in 2(B) illustriert ist. Auf diese Weise kann eine Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal ohne Verschiebung aufgrund der Verarbeitung gebildet werden.
  • Mit Bezug auf die Verarbeitungszeit kann, wenn ein Code mit einer festen Länge gebildet wird, die Zeit strikt berechnet werden, und daher ist die Bildung eines Codes mit einer festen Länge als ein Codiersystem vorteilhaft in Anbetracht der Steuerung der Verarbeitung und der Zeitsteuerung.
  • Weiterhin ist die Verarbeitungszeit zulässig, wenn sie kleiner als eine Zeitperiode ist, in der Daten in dem Bereich des Bewegungsvektors geschrieben wurden. Daher ist in dem Fall eines großen Schirms mit angenähert 720 Pixeln wie bei dem NTSC-Pegel die Verarbeitungszeit sehr kurz im Vergleich mit einer Zeitperiode eines Vollbilds, wodurch der Widerspruch der Verarbeitung nicht bewirkt wird.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung des Blockbildvorgangs gegeben. Die Bezugnahme der Verarbeitung wird gebildet durch einen kleinen Block, der normalerweise 8 Pixel × 8 Pixel aufweist, der als DCT bezogen ist, selbst wenn ein Makroblock angewendet wird, wobei vier DCT-Blöcke dem Helligkeitssignal zugewiesen sind und zwei DCT-Blöcke dem Chrominanzsignal zugewiesen sind, die an derselben Position in einem Schirm befindlichen Daten die Einheit der Verarbeitung bilden, vier Bewegungsvektoren eine Makroblock zu gewiesen sind, und demgemäß es zweckmäßig ist, die Daten in einem Blockzustand zu behandeln, obgleich dies nicht unverzichtbar ist. Es ist natürlich zulässig, die Daten in einer horizontalen Reihe als eine Anhäufung wie in der Abtastzeile bei NTSC zu handhaben.
  • Um die Daten von DCT-Blöcken durch die Einheit einer Abtastzeile in dem Fall von NTSC zu handhaben, kann die Arbeitsweise der Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 30 so ausgebildet sein, dass die Rastertransformationsoperation in einem vertikalen Pixel × 27 horizontalen Pixeln usw. durchgeführt wird. Die Rastertransformation kann natürlich in kleinen Unterteilungen wie in einem vertikalen Pixel × 16 horizontalen Pixeln durchgeführt werden, und eine ähnliche Operation kann vorgenommen werden durch Betrachten des Transformationsergebnisses als einen Block.
  • Das heißt, es ist nicht erforderlich, die Verarbeitung der Berechnung der Differenz in Abhängigkeit davon zu ändern, ob der Block zum Berechnen der Differenz in einer quadratischen Form oder einen horizontalen linearen Form ist. Der Vorhersagewert wird von dem vorgenannten angrenzenden Pixel (das angrenzende Pixel kann der Vorhersagewert wie er ist sein) berechnet, der Differenzwert hiervon mit Bezug auf den Vorhersagewert wird berechnet und die Daten werden codiert und in den Vorhersagespeichern 18 und 19 gespeichert, wodurch der Bereich des Speichers unveränderlich auf etwa eine Hälfte unveränderlich eingespart werden kann.
  • Als nächstes erfolgt eine Erläuterung des Abtastvorganges. Es wird beispielsweise der Fall betrachtet, in welchem der DCT-Block wie er ist als ein Block codiert wird. Das heißt, wenn die Codierung durch Abtasten eines Blocks von 8 Pixeln × 8 Pixeln durchgeführt wird, kann die Abtastung zickzackförmig mit einem obersten linken Pixel als dem Pixel für die Nichtberechnung des Differenzwertes durchgeführt werden, wie in 3 illustriert ist. In diesem Fall bildet die Positionsbeziehung zwischen Pixeln, die in der Richtung der Pfeilmarkierung angeordnet sind, angrenzende Pixel. Das heißt, wenn das angrenzende Pixel das Vorhersagepixel wie es ist bildet, wird der Differenzwert eines Pixels A in 3 erhalten als ein Ergebnis der Subtraktion mit Bezug auf ein Pixel B.
  • Weiterhin kann der Vorhersagewert nicht durch Anwenden eines Pixels, das in der Richtung umgekehrt zu der Fortschreitungsrichtung der Pfeilmarkierung angeordnet ist, berechnet werden, sondern enthaltend beispielsweise auch ein Pixel mit einer Positionsbeziehung, die z. B. die Fortschreitungsrichtung orthogonal schneidet oder durch Setzen eines Pixels unter Betrachtung einer zweidimensionalen Anordnung, wie in 4 illustriert ist, und indem eine Durchschnittswertberechnung usw. durchgeführt wird. In diesem Fall kann bei der Abtastung der Daten wie in 3 illustriert an einem Endpunkt, an dem ein derartiges Pixel in dem Block nicht existiert, der Wert eines Pixels, das die Fortschreitungsrichtung orthogonal schneidet, als derselbe erhalten werden wie der Wert des Pixels, das in der zu der Fortschreitungsrichtung umgekehrten Richtung angeordnet ist. Weiterhin ist es selbstverständlich, obgleich der anfängliche Punkt in dem Block als der Punkt für die Nichtberechnung der Differenz gemacht wird, dass eine Differenz in Bezug auf Null erzeugt und die Quantisierung durchgeführt wird.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung der Optimierung des Abtastvorgangs gegeben. Die Erläuterung bezieht sich auf Bilder, die sich auf ein Verschachtelungsabtastbild wie bei NMPEG 2 usw. zentrieren. Das heißt, dynamische Bilder werden dargestellt, indem Halbbilder abwechselnd durch zeitlich verschiedene Bilder und auch durch räumlich verschiedene Bilder gebildet werden. Wenn die abwechselnd auftretenden Halbbilder jeweils in obere Halbbilder und untere Halbbilder klassifiziert werden, wenn die Daten der inversen DCT-Transformation unterzogen werden und die bewegungskompensierende Vorhersage decodiert wird, wird der Schirm so gebildet, dass die Abtastzeilen des unteren Halbbildes zwischen die Abtastzeilen des oberen Halbbildes eingefügt werden, wie in 5 illustriert ist. Daher ist es, wenn die Abtasttransformation fest mit Bezug auf das obere Halbbild und das untere Halbbild durchgeführt wird, wenn beispielsweise eine Bewegung bewirkt wird und das obere Halbbild und das untere Halbbild Bilder ergeben, die um die Größe der Bewegung unterschiedlich sind, schwierig, die Differenzwerte der angrenzenden Pixel auf Null zu konzentrieren. Daher wird der dynamische Bereich des Differenzwertes erweitert und es treten durch den Quantisierungsvorgang Bereiche auf, die die Verschlechterung der Bildqualität vergrößern.
  • Um diese Erscheinung zu verhindern, wird die Steuerung der Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 30 geändert, und angrenzende Pixel werden gesucht, indem der Blockbildungsvorgang wie durch die Pfeilmarkierungen in 5 angezeigt durchgeführt wird. Das heißt, die Abtastung wird mit Priorität mit Bezug auf dasselbe Halbbild gesteuert. Auf diese Weise konzentrieren sich die Differenzen mit Bezug auf den Vorhersagewert in der Nähe von Null, selbst wenn die Bewegung bewirkt wird.
  • Obgleich das obere Halbbild und das untere Halbbild in 5 in einem Block gemischt sind, können sie in vollständig verschiedene Blöcke getrennt sein, wie in 9 illustriert ist.
  • Es gibt eine Stelle in 5, an der das obere Halbbild und das untere Halbbild eine Positionsbeziehung von angrenzenden Pixeln bilden, und wenn eine Bewegung in diesen Bereich bewirkt wird, bleibt dasselbe Problem wie das vorbeschriebene Problem. Jedoch ist ein derartiger Bereich extrem klein mit Bezug auf die Fläche und demgemäß kann das Problem außer acht gelassen werden. Weiterhin wird, obgleich der DCT-Block in 3 einen Block bildet, der DCT-Block vollbild- oder halbbildmäßig abgetastet, und daher ist die Leseberechnung aus dem Speicher kompliziert. Unterdessen ist der in 5 illustrierte Abtastvorgang sehr zweckmäßig, da der Vorgang nicht durch den DCT-Block beeinflusst wird.
  • Obgleich eine Erläuterung der Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal, das Informationen verdichtet durch Quantisierung der Differenzen mit Bezug auf die von den angrenzenden Pixeln abgeleiteten Vorhersagewerte und Schreiben von diesen in Speicher, gegeben wurde, wird nachfolgend eine Erläuterung einer Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gegeben, die Informationen mit Blöcken als Aggregationen verdichtet und sie in Speicher schreibt.
  • 6 ist ein Diagramm zum Erläutern des Konzeptes einer Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal, die Informationen mit Blöcken als Aggregationen verdichtet und diese im Vorhersagespeicher schreibt. Ein maximaler Wert und ein minimaler Wert aller Pixel in jedem Block werden jeweils berechnet. Die Werte der Pixel in jedem Block fallen in einen Bereich, der durch den jeweiligen maximalen Wert und minimalen Wert bestimmt ist. Das Intervall zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert bildet den dynamischen Bereich DR, und Quantisierungsschwellenwerte, die DR gleichförmig teilen, werden gesetzt. Diese werden als Quantisierungsbezugswerte bezeichnet.
  • 6 illustriert den Quantisierungsvorgang, bei dem das Intervall von dem maximalen Wert bis zu dem minimalen Wert in vier geteilt wird und repräsentative Werte werden normalerweise berechnet als Durchschnittswerte der jeweiligen Quantisierungsschwellenwerte.
  • Die Decodierung wird mit Bezug auf den maximalen Wert, den minimalen Wert und die Quantisierungsergebnisse der jeweiligen Pixel durchgeführt. Ein Ausdruck durch 2 Bits ist den Quantisierungsergebnissen der jeweiligen Pixel gemäß 6 gegeben. Anstelle des maximalen Wertes und des minimalen Wertes können ei ner von dem maximalen Wert und dem minimalen Wert und der dynamische Bereich DR codiert werden.
  • Wenn 8 Bit-Daten von 8 Pixeln × 8 Pixeln durch 8 Bits des maximalen Wertes und des minimalen Wertes und 2 Bits der Quantisierungsergebnisse ausgedrückt werden, beträgt die Verdichtungsrate 9/32. Gemäß dieser Codierung ist die Abtastung nur für die Berechnung des maximalen Wertes und des minimalen Wertes erforderlich, und daher besteht kein Problem der Abtasttransformation, obgleich das Problem der Optimierung der Blockbildung bleibt.
  • Diese Daten können durch den maximalen Wert und den minimalen Wert (oder diesem entsprechende Daten) und die Quantisierungsergebnisse von erforderlichen Pixeln decodiert werden. In der Zwischenzeit ist es gemäß der Weise der Berechnung, wodurch die Differenz mit Bezug auf den von dem angrenzenden Pixel abgeleiteten Vorhersagewert berechnet wird, für die Decodierung eines Pixels erforderlich, alle Daten zu decodieren, die vor der Decodierung des einen Pixels abgetastet wurden, und wenn die Operation bei der bewegungskompensierenden Vorhersage verwendet wird, die das Lesen einer beliebigen Position erfordert, ist die Steuerung des Speichers kompliziert. Jedoch hängen in einem derartigen Fall die Quantisierungsergebnisse für die jeweiligen Pixel nur von dem maximalen Wert und dem minimalen Wert (oder diesen entsprechenden Daten) ab, und daher wird die Lesesteuerung des Speichers vereinfacht und die Zugriffsfrequenz wird verringert.
  • Als nächstes wird die Erläuterung eines Falles gegeben, in welchem die Quantisierungsbezugswerte nicht durch Bestimmen der Quantisierungsbezugswerte direkt aus dem maximalen Wert und dem minimalen Wert bestimmt werden, sondern durch einen weiteren Verarbeitungsvorgang.
  • Normalerweise ist Rauschen in einigen Formen häufig Bildern überlagert. Beispielsweise gibt es Rauschen bei CCDs einer Videokamera und Rauschen, das bei der Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal erzeugt wird. Dieses ist Zufallsrauschen und eine Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal überträgt einen codierten Bitstrom, nachdem diese Rauschkomponenten wahrheitsgetreu codiert wurden. Daher wird ein Bild enthaltend die Rauschkomponenten als ein Ergebnis der Decodierung des Bitstroms decodiert. Jedoch wird der maximale Wert oder der minimale Wert in dem Block durch das Rauschen beeinflusst, was die Quantisierungsbezugswerte nachteilig beeinflusst. Daher wird ein Durchschnittswertbildungsvorgang eingeführt, um die Quantisierungsdifferenzwerte zu berechnen, damit der Einfluss vermieden wird.
  • Beispielsweise wird, wenn ein Quantisierungsvorgang mit vier repräsentativen Werten durchgeführt wird, in einem in 7 gezeigten Block der maximale Wert in dem Block durch Lmx bezeichnet, der minimale Wert durch Lmn bezeichnet, ein maximaler repräsentativer Wert durch Pmx bezeichnet, ein minimaler repräsentativer Wert durch Pmn bezeichnet, ein mittlerer Quantisierungsbezugswert durch Pa bezeichnet und andere Bezugswertes durch P1 und P2 bezeichnet. In diesem Fall werden Pmx, Pmn, Pa, P1 und P2 berechnet, um die folgenden Beziehungen herzustellen. Ein Wert eines an einer Position (ij) befindlichen Pixels wird durch Xij bezeichnet, und ein Quantisierungsergebnis wird durch Φi bezeichnet. Pmx = (ΣXij)/Nmxworin Xij einen Wert eines Pixels mit dem Wert von (3Lmx + Lmn)/4 oder mehr bezeichnet und Nmx eine Anzahl von Pixeln in jedem Block ist, die jeweils einen Wert von (3Lmx + Lmn)/4 oder mehr haben.
    Pmn = (ΣXij)/Nmnworin Xij einen Wert eines Pixels mit dem Wert von (Lmx + 3Lmn)/4 oder mehr bezeichnet und Nmn eine Anzahl von Pixeln in einem block bezeichnet, die jeweils einen Wert von (Lmx + 3Lmn)/4 oder mehr haben. LD = Pmx – Pmn Pa = (Pmx + Pmn)/2worin i, j eine Sorte in einem Block bezeichnen.
    {wenn (Xij ≤ P1) Φij = 00
    ansonsten, wenn (Xij ≤ Pa) Φij = 01
    ansonsten, wenn (Xij ≤ P2) Φij = 10
    ansonsten Φij = 11}
  • Der Codiervorgang wird mit Bezug auf Φij, Pa und LD durchgeführt.
  • Wenn bestimmte Schwellenwerte anhand des maximalen Wertes und des minimalen Wertes berechnet werden und Durchschnittswerte von Pixeln, die diese Schwellenwerte überschreiten auf diese Weise berechnet werden, werden Veränderungen der Quantisierungsbezugswerte aufgrund von Rauschen vermieden, und daher wird die Bildqualität hierdurch nicht nachteilig beeinflusst. Weiterhin werden diese Berechnungen durch einfache Berechnungen gebildet, die auf den Berechnungen von Durchschnittswerten beruhen und daher können die Operationen durch eine vereinfachte Schaltungsstruktur realisiert werden. Anstelle von LD kann eine Breite zwischen den Quantisierungsdifferenzwerten von P2 – Pa codiert werden. Die Anzahl von Bits zum Codieren kann reduziert werden, da P2 – Pa mit einem Wert von der Hälfte oder weniger von LD vorgesehen ist.
  • Das Codieren wird auf diese Weise durchgeführt, die codierten Daten werden in den Vorhersagespeicher 11 und den Vorhersagespeicher 12 geschrieben, und Teile, die für die Decodierung der bewegungskompensierenden Vorhersage erforderlich sind, werden gelesen. Bei dieser Gelegenheit sind die gelesenen Daten Pa und LD (oder diesen entsprechende Daten) und die Quantisierungsergebnisse Φij von erforderlichen Pixeln.
  • Wenn die Daten gelesen und decodiert werden, wird die Decodierung gemäß den folgenden Gleichungen durchgeführt. Die decodierten Ergebnisse von Φij werden durch Yij bezeichnet.
    wenn (Φij = 00) Yij = Pa – LD/2
    wenn (Φij = 01) Yij = Pa – LD/6
    wenn (Φij = 10) Yij = Pa + LD/6
    wenn (Φij = 11) Yij = Pa + LD/2
  • Das Decodieren wird auf diese Weise durchgeführt, und daher wird die Berechnung hiervon beträchtlich vereinfacht im Vergleich mit der Berechnung bei der Codierung. Daher ist es in dem Fall sehr zweckmäßig, in welchem zwei Blöcke von Decodierschritten erforderlich sind, wie bei der Vorrichtung nach 1. Gemäß der Weise der Berechnung, bei der die Differenz mit Bezug auf den von dem angrenzenden Pixel abgeleiteten Vorhersagewert, ist es für die Decodierung ei nes Pixels erforderlich, alle Daten zu decodieren, die vor der Decodierung des einen Pixels abgetastet wurden, und die Steuerung des Speichers ist kompliziert, wenn er bei der bewegungskompensierenden Vorhersage verwendet wird, die das Lesen einer beliebigen Position erfordert. Jedoch sind in einem derartigen Fall die Quantisierungsergebnisse der jeweiligen Pixel nur von dem maximalen Wert und dem minimalen Wert (oder diesen entsprechenden Daten) abhängig, und daher ist die Lesesteuerung des Speichers vereinfacht und die Zugrifffrequenz ist minimiert.
  • Obgleich die vorstehende Erläuterung mit Bezug auf 8 Pixel × 8 Pixel gegeben wurde, wird der dynamische Bereich oder LD verringert, wenn die Operation mit Bezug auf einen kleineren Bereich wie 4 Pixel × 4 Pixel durchgeführt wird, und demgemäß ist es bevorzugt, da die Verschlechterung der Bildqualität reduziert wird. Das heißt, es ist selbstverständlich, dass es nicht erforderlich ist, eine besondere Größe oder Gestalt des Blocks zu haben, und der Block kann freigesetzt werden, beispielsweise kann der Block durch 8 Pixel × 2 Pixel gebildet sein. Obgleich die Fläche des Blocks von 8 Pixeln × 2 Pixel dieselbe ist wie die von 4 Pixeln × 4 Pixel, kann die Größe des Widerstands (oder Speichers) bei der Blockbildung verringert werden.
  • Als nächstes wird eine Erläuterung der Optimierung der Blockbildung in diesem Fall gegeben. Wenn beispielsweise ein Block durch 4 Pixel × Pixel gebildet ist, können die DCT-Blöcke in 4 geteilt werden in einer Form von angehäuften Quadraten, wie in 8 illustriert ist. Wenn jedoch eine Bewegung in einem verschachtelten Abtastbild bewirkt wird, geht die Korrelation von Daten zwischen den Halbbildern verlo ren, und daher ist es bevorzugt, die Blockbildung der Daten in demselben Halbbild durchzuführen. Das heißt, die Blockbildung wird durchgeführt, um 4 Pixel × 4 Pixel in dem oberen Halbbild und 4 Pixel × 4 Pixel in dem unteren Halbbild zu bilden, wie in 9 gezeigt ist. Auf diese Weise kann der dynamische Bereich oder LD reduziert werden, selbst wenn das Bild eine Bewegung hat, wodurch die Daten mit extrem kleiner Verschlechterung der Bildqualität codiert werden können.
  • Die Blockbildung kann natürlich so gesteuert werden, dass sie entsprechend der Bewegung geschaltet wird. In diesem Fall ist es bevorzugt, nicht nur die Art der Blockbildung entsprechend der Bewegung zu ändern, sondern den Code der Informationen über die Art der Blockbildung. Das heißt, die Halbbild-Blockbildung und die Vollbild-Blockbildung werden so gebildet, dass sie durch den Bewegungsvektor und die Art der DCT-Blockbildung geschaltet werden, und das Schalten der Blockbildungsvorrichtung wird codiert. Es ist selbstverständlich, dass dieser Vorgang nicht auf die Blockbildung von 4 Pixeln × 4 Pixel beschränkt ist, sondern 4 Pixel × 4 Pixel und 8 Pixel × 2 Pixel können untereinander geschaltet werden, um den Wert des dynamischen Bereichs oder von LD zu minimieren.
  • Als nächstes wird eine weitere Gegenmaßnahme gegen die Verschlechterung des Bildes beschrieben. Die vorgenannten Quantisierungsdifferenzwerte und repräsentativen Werte sind einwertig bestimmt anhand des maximalen Wertes und des minimalen Wertes oder von Pa und LD oder diesen entsprechenden Werten. Wenn die jeweiligen Pixel sachdienlich verteilt sind, ist eine derartige Quantisierung oder Berechnung von repräsentativen Werten angemessen. Jedoch besteht tatsächlich eine Abweichung in der Verteilung. Beispielsweise in dem Fall, in welchem eine weiße Linie vor einem dunklen Hintergrund angeordnet ist, sind die Pixel wie in 10 illustriert verteilt. In einem derartigen Fall wird der repräsentative Wert des Bildes 00 durch den Einfluss der Umgebung der Linie geändert. Die größte Anzahl von Pixeln ist auf einen Pegel zentriert verteilt, der durch eine gestrichelte Linie mit Bezug auf den Pegel 00 gekennzeichnet ist, und der Fehler der Pixel wird minimiert durch Auswahl des Pegels der gestrichelten Linie als einen repräsentativen Wert. Wenn jedoch die Quantisierungsbezugswerte oder die repräsentativen Werte einwertig anhand des maximalen Wertes und des minimalen Wertes oder von Pa und LD oder diesen entsprechenden Werten in der Verteilung bestimmt sind, wird die Verteilung durchgeführt ungeachtet der Frequenz der Verteilung, was eine Verschlechterung der Bildqualität wie eine Blockverzerrung usw. bewirken kann.
  • Demgemäß werden repräsentative Werte mit einer signifikanten Ansammlung von Fehlern geändert durch Untersuchen der Differenz zwischen dem repräsentativen Wert eines einmal quantisierten Ergebnisses und den ursprünglichen Daten, und die Anzahl (in diesem Beispiel 00) der zu ändernden repräsentativen Werte, die Differenz von dem anfänglichen repräsentativen Wert und repräsentativen Wert wie er ist werden codiert und in den Vorhersagespeichern 18 und 19 zusammen mit den Daten gespeichert. Hierdurch kann, wenn der Decodierer 26 oder 27 die Daten derart decodiert, dass das Ersetzen auf der Grundlage der Informationen der Ersetzung des repräsentativen Wertes durchgeführt wird und der anfängliche repräsentative Wert (Pa – LD/2) ersetzt wird durch einen neuen Wert entsprechend dem Quantisierungsergebnis entsprechend der An zahl von repräsentativen Werten (bei diesem Beispiel Φ00), die Decodierung durchgeführt werden, um ein Bild mit kleinem Fehler zu erzeugen, wodurch die Verschlechterung der Bildqualität minimiert werden kann.
  • Als ein Kriterium für die Bestimmung der Größe oder Kleinheit eines Fehlers gibt es eine Summierung von absoluten Werten von Differenzen gegenüber den anfänglichen Daten, eine Summierung von Quadraten der Differenz und dergleichen, von denen eine verwendet werden kann. Umgekehrt kann eine Integration der Differenzwerte für jeden Pegel durchgeführt werden anstelle der Summierung von absoluten Werten usw., oder eine Integration kann durchgeführt werden durch Anbringen des anfänglichen Vorzeichens an der Summierung der Quadrate oder der Differenzen auf der Grundlage der Annahme, dass die Optimierung erreicht ist, wenn der Durchschnittswert von Fehlern Null ergibt.
  • Mit Bezug auf den Ersetzungsvorgang für den Pegel des repräsentativen Wertes mit großem Fehler kann ein Pegel des repräsentativen Wertes, wodurch eine Anzahl von Pixeln mit kleinem Fehler am meisten erhöht wird, berechnet werden, oder ein Durchschnittswert von Pixeln, der ein Quantisierungsergebnis bildet, das dem Fehler in Anbetracht der gesamten Quantisierungspegel minimiert, kann berechnet werden.
  • Gemäß der vorstehenden Erläuterung sind Decodierer 32 und 33 und die Blockauflösungsschaltungen oder inversen Abtasttransformationsschaltungen 34 und 35 unabhängig vorgesehen mit Verarbeitungsschaltungen an den Ausgangsseiten der jeweiligen Vorhersagespeicher 18 und 19. Jedoch ist selbstverständlich, dass, wenn eine Operation mit der zweifachen Geschwindigkeit von der der Verarbeitungsschaltungen durchgeführt wird und eine Zeitteilungsverarbeitung vorgenommen wird, diese Verarbeitungsschaltungen durch eine einzelne Schaltung realisiert werden kann.
  • Die Erläuterung wurde für die Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal und die Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal derart gegeben, dass sie durch Schaltungsblöcke gebildet sind. Jedoch können diese Vorrichtungen so gebildet sein, dass sie Vorrichtungen verwenden, deren Arbeitsweise änderbar ist wie bei einer feldprogrammierbaren Toranordnung (FPGA) oder eine Vorrichtung durch ein Softwareprogramm durch Verwendung eines digitalen Signalprozessors (DSP) oder durch ein Softwareprogramm unter Verwendung eines Mikrocomputers betätigen. Weiterhin können diese Vorrichtungen natürlich ein System einer einfachen Fernsehkonferenz bilden, wenn sie in Personalcomputern enthalten sind.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Es wird eine Erläuterung des Ausführungsbeispiels 3 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen gegeben. Gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 wird eine Codier- und Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal durch eine Kombination der in 1 illustrierten Codiervorrichtung und der in 11 illustrierten Decodiervorrichtung gebildet.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 werden bei einer Kombination, bei der Informationen eines digitalen Bildsignals durch die in 1 gezeigte Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal verdichtet und übertragen werden und empfangene Daten durch die in 11 gezeigte Decodiervorrichtung für ein digitales Bildsignal gedehnt und in die anfänglichen Daten wieder hergestellt werden, Informationen, die anzeigen, welche Art von Blockbildungsverfahren, welche Art von Abtasttransformation und welche Art von Codierverfahren (als ein speichersparendes Codierverfahren enthaltend Blockbildung usw. bezeichnet) verwendet werden durch die Blockbildungsschaltung oder Abtasttransformationsschaltung 24 und den Codierer 25 in der Codiervorrichtung für ein digitales Bildsignal, zusätzlich zu den in 1 gezeigten Ausgangssignalen übertragen durch Multiplexverarbeitung von diesen mit den codierten Daten zusammen mit dem Quantisierungstransformationskoeffizienten usw., die Informationen des speichersparenden Multiplex-Codierverfahrens werden getrennt und zu der Blockbildungsschaltung oder der Abtasttransformationsschaltung 30 und der Codierschaltung 31 gesandt, und eine Operation hiervon wird durchgeführt, um die Informationen zu den anfänglichen zu schalten.
  • Durch diese Operation können beispielsweise, selbst wenn das Codierverfahren geändert und bei jedem Block optimiert wird, die Daten in den Speichern gespeichert werden, indem Codierverfahren verwendet werden, die in Übereinstimmung mit der Codiervorrichtung und der Decodiervorrichtung gebracht sind. Das heißt, die bewegungskompensierende Vorhersage und deren Decodierung werden in der Differenzbildungsvorrichtung 2 und dem Addierer 8 in der Codiervorrichtung durchgeführt, und der Vorgang erfolgt derart, dass ein Ergebnis in dem Addierer 16 der Decodiervorrichtung erhalten wird, das dasselbe wie das durch die Decodierung ist. Daher kann die Verschlechterung des Bildes aufgrund der Codierung und Decodierung in der bewegungskompensierenden Vorhersageschleife minimiert werden.
  • Wenn der Vorgang derart durchgeführt wird, dass das Codierverfahren bei jedem Block unter einer derartigen Ausbildung unterschiedlich ist, ist es bevorzugt, dass das Codierverfahren in den Vorhersagespeichern 11 und 12 gespeichert wird durch Ausdrücken des Codierverfahrens auch zwischen den Codierer 25 und den Decodierern 26 und 27 in der Codiervorrichtung. In ähnlicher Weise ist es bevorzugt, dass das Codierverfahren in den Vorhersagespeichern 18 und 19 gespeichert wird durch Ausdrücken des Codierverfahrens auch zwischen dem Codierer 31 und den Decodierern 32 und 33 in der Decodiervorrichtung.
  • In diesem Fall ist es am sachdienlichsten, wenn das Codierverfahren des Codierers 31 dasselbe ist wie das übertragene Codierverfahren der Codiervorrichtung.
  • Es gibt verschiedene Wege als Verfahren zum Ändern des Codierverfahrens in Übereinstimmung mit Blöcken, wie die Auswahl eines Codierverfahrens, das eine Gesamtsumme von Fehlern in einem Block mit Bezug auf die Daten vor der Codierung, die durch den Codier- und Decodiervorgang bewirkt sind, minimiert, Auswahl eines Codierverfahrens, das die Anzahl von Pixeln in dem Block, die einen Fehler mit Bezug auf die Daten vor dem Codieren, der durch den Codier- und Decodiervorgang bewirkt wird, kleiner macht als einen bestimmten Schwellenwert, am meisten erhöht, oder eine Kombination von diesen. Weiterhin gibt es mit Bezug auf die Fehler Berechnungsverfahren wie die Berechnung von absoluten Werten von Differenzen, quadratischen Werten usw. Diese werden geändert in Übereinstimmung mit zahlreicheren Bildern und der Codierbitrate der Codiervorrichtung, und daher ist es bevorzugt, sie in Übereinstimmung mit Fällen auszuwählen.

Claims (13)

  1. Codiervorrichtung zum Codieren von Bilddaten unter Verwendung einer bidirektionalen Bewegungskompensationsvorhersage und einer DCT-Transformation, welche Vorrichtung aufweist: Mittel (24) zur Blockbildung von Bezugsbilddaten für die Bildung von Blöcken von Daten entsprechend Untergruppen der Bezugsbilddaten, Mittel (25) zum Codieren der blockweisen Daten auf einer Blockbasis in der räumlichen Domäne, Mittel (3, 9) zum Schreiben der codierten Daten in einen Speicher (11, 12), wobei der Speicher (11, 12) codierte Daten speichert, die erste und zweite Bezugsbilder für die Verwendung bei bidirektionaler Vorhersage darstellen, welche Vorrichtung weiterhin aufweist: Mittel zum Lesen von Daten aus dem Speicher, Mittel (26, 27) zum Decodieren der aus dem Speicher (11, 12) gelesenen Daten, und Mittel (28, 29) zum Beseitigen der Blockbildung bei den decodierten Daten, um Bezugsbilddaten für die Verwendung bei der bidirektionalen Vorhersage wiederzugeben, welche Vorrichtung weiterhin Durchschnittswert-Bildungsmittel (13) aufweist für die Durchschnittswertbildung von ersten und zweiten Bezugsbilddaten, die von den Mitteln zum Beseitigen der Blockbildung (28, 29) ausgegeben sind.
  2. Decodiervorrichtung zum Decodieren von Bilddaten, die unter Verwendung einer bidirektionalen Bewegungskompensationsvorhersage und einer DCT- Transformation codiert sind, welche Vorrichtung aufweist: Mittel (30) zur Blockbildung von Bezugsbilddaten für die Bildung von Blöcken von Daten entsprechend Untergruppen der Bezugsbilddaten, Mittel (31) zum Codieren der blockweisen Daten auf einer Blockbasis in der räumlichen Domäne, Mittel (21) zum Schreiben der codierten Daten in einen Speicher (18, 19), wobei der Speicher (18, 19) codierte Daten speichert, die erste und zweite Bezugsbilder für die Verwendung bei der Decodierung unter Anwendung der bidirektionalen Vorhersage darstellen, welche Vorrichtung weiterhin aufweist: Mittel zum Lesen von Daten aus dem Speicher, Mittel zum Decodieren der aus dem Speicher (18, 19) gelesenen Daten und Mittel (34, 35) zum Beseitigen der Blockbildung bei den decodierten Daten, um Bezugsbilddaten für die Verwendung bei der Decodierung unter Anwendung der bidirektionalen Vorhersage wiederzugeben, welche Vorrichtung weiterhin Durchschnittswert-Bildungsmittel (20) für die Bildung des Durchschnittswert der von den Mitteln zum Beseitigen der Blockbildung (34, 35) ausgegebenen ersten und zweiten Bezugsbilddaten aufweist.
  3. Codier- oder Decodiervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zum Codieren oder Decodieren eines digitalen Bildsignals, das mit verdichteten digitalen Audiosignaldaten einer Multiplexverarbeitung in Bezug auf Zeitachsen unterzogen ist, bei der die Mittel zum Lesen von Bezugsdaten aus dem Speicher (11, 12) die Bezugsdaten eine Verarbeitungszeitperiode vor einem vorbestimmten Zeitpunkt lesen, so dass sie in Ausrichtung mit den Zeitachsen-Multiplexdaten sind.
  4. Codier- oder Decodiervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Mittel (25, 31) zum Codieren der blockweisen Daten für ein gegebenes Pixel aufweisen: Mittel zum Berechnen eines Vorhersagewertes anhand zumindest eines angrenzenden Pixels; Mittel zum Berechnen der Differenz von dem Vorhersagewert; und Mittel zum Quantisieren der Differenz.
  5. Codier- oder Decodiervorrichtung nach Anspruch 4, bei der sich der Vorhersagewert auf ein räumlich nahe liegendes angrenzendes Pixel in demselben Halbbild bezieht.
  6. Codier- oder Decodiervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Mittel (25, 31) zum Codieren der blockweisen Daten aufweisen: Mittel zum Berechnen eines dynamischen Bereichs auf der Grundlage eines maximalen Wertes und eines minimalen Wertes von Werten von Pixeln in einem Block; Mittel zum Berechnen von Bezugswerten anhand des dynamischen Bereichs und Mittel zum Quantisieren der Daten gemäß den Bezugswerten.
  7. Codier- oder Decodiervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Mittel (26, 27, 30) zum Codieren der blockweisen Daten aufweisen: Mittel zum Berechnen von Quantisierungsbezugswerten anhand einer Verteilung von Werten von Pixeln in einem Block; Mittel zum Codieren eines Pegels unter den Quantisierungsbezugswerten; Mittel zum Codieren einer Quantisierungsbreiteninformation; und Mittel zum Quantisieren der Daten gemäß den Quantisierungsbezugswerten.
  8. Codier- oder Decodiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Blockbildungsmittel (24) die Blockbildung von Daten in demselben Halbbild bei der Blockbildung der Daten durchführen.
  9. Codier- oder Decodiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Mittel (25) zum Codieren der blockweisen Daten die Daten derart codieren, dass bei der Quantisierung der Daten durch Berechnung der Quantisierungsbezugswerte anhand der Werte der Pixel in dem Block, wenn ein Fehler zwischen einem Wert der Daten vor der Quantisierung der Daten und einem Wert hiervon, der quantisiert und in einen repräsentativen Wert transformiert ist, groß ist, der repräsentative Wert durch einen den Fehler verringernden repräsentativen Wert ersetzt wird.
  10. Codier- und Decodiervorrichtung, aufweisend eine Codiervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 9, soweit sie von Anspruch 1 abhängig sind, und eine Decodiervorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 9, soweit sie von Anspruch 2 abhängig sind.
  11. Codier- und Decodiervorrichtung nach Anspruch 10, aufweisend Mittel zum Hinzufügen von Informationen, die das von den Mitteln zum Codieren der blockweisen Daten angewendete Verfahren anzeigen; Mittel zum Eingeben von Bezugsbildern nach der Übertragung zum Decodieren von Bildern für die bidirektionale Vorhersage und Blockbildung der Daten auf der Grundlage der das Verfahren der Codierung der blockweisen Daten anzeigenden Informationen.
  12. Verfahren zum Codieren und/oder Decodieren von Bilddaten, die unter Verwendung einer bidirektionalen Bewegungskompensationsvorhersage und einer DCT-Transformation verdichtet sind, bei dem erste und zweite Bezugsbilder darstellende Daten gespeichert und zum Berechnen oder Decodieren von Vorhersagedaten verwendet werden, welches Verfahren aufweist: Blockbildung der Bezugsbilddaten zum Bilden von Blöcken von Daten entsprechend Untergruppen der Bezugsbilddaten, Codieren der blockweisen Daten auf einer Blockbasis in der räumlichen Domäne, um die Daten zu verdichten, Schreiben der erste und zweite Bezugsbilder darstellenden codierten Daten zur Speicherung in einen Speicher (11, 12), welches Verfahren weiterhin aufweist: Lesen und Decodieren von Daten aus dem Speicher (11, 12) und Beseitigen der Blockbildung bei den decodierten Daten, um das erste und das zweite Bezugsbild für die Verwendung bei der bidirektionalen Vorhersage wiederzugeben, und Bilden des Durchschnitts der Daten des ersten und zweiten Bezugsbildes.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die verdichteten Bezugsbilddaten in Blöcken angeordnet sind, die jeweilige räumliche Bereiche darstellen.
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