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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
hochwirksames Kodieren zum Wandeln von Bildinformationen in Digitalsignale
mit kleinem Codeanteil zum wirksamen Übertragen, Speichern und Darstellen
der Bildinformationen. Ferner betrifft diese Erfindung hochwirksames
Kodieren für
Bewegtbilder mit vorausschauendem Bild-zu-Bild-Kodieren, welches
bei Kanalumschalten, Zufallszugriff etc. anwendbar ist.
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Hochwirksames Kodieren von Bewegtbildern mit
vorausschauendem Bild-zu-Bild-Kodieren stellt einen sehr kleinen
Anteil kodierter Daten bereit. Andererseits erfordert das vorausschauende Bild-zu-Bild-Kodieren
unabhängige
(von Bild zu Bild kodierte) Rahmen, die voneinander unabhängig kodiert
z. B. auf Kanalumschalten zwischen Fernsehkanälen oder Zufallszugriff auf
Speichermedien etc. anwendbar sind, weil das vorausschauende Bild-zu-Bild-Kodieren
bereits dekodierte unabhängige
Rahmen zum Dekodieren anderer Rahmen erfordert. Jeder unabhängige Rahmen
enthält
allgemein Codes, deren Umfang das drei- bis zehnfache eines vorausschauend
von Bild zu Bild kodierten Rahmens beträgt. Je mehr unabhängige Rahmen
es gibt, desto kleiner ist die Kodiereffizienz. Das vorausschauende Kodieren
von Bild zu Bild erfordert einen einer Zeitdauer von 0,5 Sekunden
entsprechenden unabhängigen
Rahmen bei jedem fünfzehnten
Rahmen.
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Das bildinterne Kodieren für ausschließlich niederfrequente
Komponenten bringt Codes im nicht im so großen Umfang, verglichen mit
vorausschauendem Bild-zu-Bild- Kodieren
hervor. Daher ist selbst bei vielen unabhängig bereitgestellten Rahmen
von niederfrequenten Komponenten die Kodierwirksamkeit nicht so
niedrig. Dies ist in der ungeprüften
Japanischen Patentanmeldung Nr. 1993 (5) – 122686 offenbart. Weil unabhängige Rahmen
in Form von Abbildern von niederfrequenten Komponenten wiedergegeben
werden, gibt Kanalumschalten oder Zufallszugriff eingangs niedrig
aufgelöste
Bilder und nachfolgend höher
aufgelöste
Bilder wieder, die sich nach und nach den ursprünglichen Bildern nähern.
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Das oben beschriebene Kodieren hat
jedoch Nachteile. Herkömmliches
Bewegtbildkodieren ergibt einen hohen Codeanteil für jeden
unabhängigen Rahmen,
wodurch die Schwierigkeit auftritt, dass bei hoher Kodierwirksamkeit
viele unabhängige
Rahmen bereitgestellt wurden. Es ist daher nicht auf Kanalumschalten,
Zufallszugriff, Hochgeschwindigkeitsbildsuche etc. anwendbar.
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Ferner erfordert die in der ungeprüften Japanischen
Patentanmeldung Nr. 1993 (5) – 122686
offenbarte Art des Kodierens Filter zum Entfernen von niederfrequenten
Komponenten zum Zwecke des Dekodierens. Kodefehler bleiben bestehen,
bis ein weiterer unabhängiger
Rahmen erzeugt wird.
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Das Kodieren von Bewegtbildern kann
natürlich
auch mit Feldern anstatt mit Rahmen erfolgen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Gerät
und ein Verfahren zum wirksamen Kodieren eines Bewegtbildsignals,
welches einen Bitstrom (eine Bitfolge) ergibt, die für schnelles
Kanalumschalten, Zufallszugriff, Hochgeschwindigkeitssuche und auch
Kodefehlerverbesserung dienen kann.
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Farber et. al haben in einem Paper
mit dem Titel „Stabile
H263-kompatible Videoübertragung
für mobilen
Zugriff auf Videoserver",
welches auf der International Conference on Image Processing (Internationale
Konferenz über
Bildbearbeitung) in Santa Barbara, CA, USA vom 26.–29. Oktober
1997 (S. 73–76)
ein Kodiergerät
mit einem Hauptkodierprozessor zum Kodieren eines einlaufenden Bewegtbildsignal
durch Bild-zu-Bild-Kodieren in Einheiten von einem Rahmen oder einem
Feld zum Ausgeben eines Hauptbitstroms, mit einem Nebenkodierprozessor
zum Kodieren bestimmter Rahmen oder Felder, die von dem einlaufenden
Bewegtbildsignal mitgeführt
sind, durch bildinternes Kodieren zum Ausgeben eines Nebenbitstroms,
wobei die bestimmten Rahmen oder Felder auch durch den Hauptprozessor
mittels Bild-zu-Bild-Kodierens kodiert sind, und mit einem Multiplexer
zum Multiplexen der Haupt- und Nebenbitströme zum Erzeugen eines ausgehenden
Bitstroms.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Gerät zum
wirksamen Kodieren eines Bewegtbildsignals durch bildinternes Kodieren
oder Bild-zu-Bild-Kodieren in Einheiten von Rahmen oder Feldern
bereit, mit:
- – einem Hauptkodierprozessor
zum wahlweisen Kodieren eines einlaufenden Bewegtbildsignals zum
Ausgeben eines Hauptbitstroms, wobei das Bild-zu-Bild-Kodieren periodisch
erfolgt;
- – einem
Nebenkodierprozessor zum Kodieren bestimmter Rahmen oder Felder,
welche von dem einlaufenden Bewegtbildsignal aufgrund bildinternen
Kodierens mitmitgeführt
werden, um einen Nebenbitstrom auszugeben, wobei diese bestimmten
Rahmen oder Felder auch vom Hauptkodierprozessor mittels Bild-zu-Bild-Kodierens kodiert
wurden; und
- – einem
Multiplexer zum Multiplexen der Haupt- und Nebenbitströme, sodass
jeder bestimmte Rahmen oder jedes bestimmte Feld, welcher oder welches
mittels bildinternen Kodierens durch den Nebenkodierprozes sor kodiert
wurde, in der Nachbarschaft eines entsprechenden bestimmten Rahmens
oder Felds, welcher oder welches mittels Bild-zu-Bild-Kodierens
durch den Hauptkodierprozessor kodiert wurde, eingefügt wird,
wodurch, wodurch ein ausgehender Bitstrom erzeugt wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ferner ein Gerät
zum wirksamen Dekodieren eines Bewegtbildsignals bereit. Das Dekodiergerät umfasst
einen Detektor, der die Kodierungsart eines einlaufenden Bitstroms
erfasst, welcher mittels Multiplexen eines Hauptbitstroms aus Rahmen
oder Feldern und Nebenbitströmen
gebildet ist, wobei die Nebenbitströme periodisch in der Nachbarschaft
einer vorbestimmten Anzahl von Rahmen oder Feldern in den Hauptbitstrom
eingefügt
werden, wobei der Hauptbitstrom mit Quantisierungs-Schritten kodiert
wurde, die kleiner als andere Quantisierungsschritte sind, mit denen
die Nebenbitströme
kodiert wurden, und eine Kodierungsartinformation, die angibt, ob
der Hauptbitstrom oder die Nebenbitströme einlaufen, wobei der Detektor
die Kodierungsartinformation erfasst und ein Kodierungsartsignal
erzeugt. Das Dekodierungsgerät umfasst
auch einen Steuerer, der sowohl die Haupt- als auch die Nebenbitströme wahlweise
in Antwort auf zumindest das Kodierungsartsignal in einer solchen
Weise ausgibt, dass der Steuerer die Haupt- und Nebenbitströme beide
ausgibt, wenn kein ständiges
Dekodieren erfolgt, während
der Steuerer nur den Hauptbitstrom ausgibt, wenn ständiges Dekodieren
erfolgt. Das Dekodiergerät
umfasst ferner einen Dekoder, der den (den Steuerer verlassenden)
ausgehenden Bitstrom dekodiert, um von dem eingehenden Bitstrom
mitgeführte
Bilder wiederherzustellen.
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Ferner stellt die vorliegende Erfindung
ein Gerät
zum wirksamen Dekodieren eines Bewegtbildsignals be reit. Das Dekodiergerät umfasst
einen ersten Detektor zum Erfassen einer Kodierungsart eines einlaufenden
Bitstroms, welcher vermittels Multiplexen eines Hauptbitstroms aus
Rahmen oder Feldern und Nebenbitströmen gebildet ist, wobei die
Nebenbitströme
periodisch in der Nachbarschaft einer vorbestimmten Anzahl von Rahmen
oder Feldern in den Hauptbitstrom eingefügt wird, wobei der Hauptbitstrom
mit Quantisierungsschritten quantisiert wurde, welche kleiner als
andere Quantisierungsschritte sind, mit denen die Nebenbitströme kodiert
wurden, sowie einer Kodierungsartinformation, welche angibt, ob
die Hauptbitströme
oder die Nebenbitströme
eingegeben werden, wobei der Detektor die Kodierungsartinformation
erfasst und ein Kodierungsartsignal erzeugt. Das Dekodiergerät umfasst
auch einen zweiten Detektor zum Erfassen eines Fehlers des einlaufenden
Bitstroms und zum Erzeugen eines einen Fehler anzeigenden Signals,
um den Hauptbitstrom eines Rahmens oder Felds durch einen in der Nachbarschaft
desselben dort, wo bei dem Nebenbitstrom der Fehler auftritt, durch
den Nebenbitstrom zu ersetzen. Das Dekodiergerät umfasst ferner einen Dekodierer
zum Dekodieren eines ausgehenden Bitstroms des Steuerers durch bildinternes
Kodieren oder vorausschauendes Bild-zu-Bild-Kodieren zum Wiederherstellen
von durch den einlaufenden Datenstrom mitgeführten Bildern.
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Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren
zum wirksamen Kodieren eines Bewegtbildsignals bereit. Ein eingehendes
Bewegtbildsignal wird durch bildinternes Kodieren oder Bild-zu-Bild-Kodieren
wahlweise in Einheiten von Rahmen oder Feldern kodiert, um einen
Hauptbitstrom auszugeben. Bestimmte Rahmen oder Felder, die von
dem eingehenden Bewegtbildsignal mitgeführt werden, werden mittels
bildinternen Kodierens kodiert, um einen Nebenbitstrom auszugeben,
wobei die bestimmten Rahmen oder Felder auch mittels Bild- zu-Bild-Kodieren
durch den Hauptkodierprozessor kodiert werden. Die Haupt- und Nebenbitströme werden
gemultiplext, sodass jeder bestimmte Rahmen oder jedes bestimmte
Feld, welcher oder welches mittels bildinternen Kodierens durch den
Nebenkodierprozessor kodiert wurde, in die Nachbarschaft eines entsprechenden
bestimmten Rahmen oder Feldes, welcher bzw. welches durch den Hauptkodierprozessor
mittels Bild-zu-Bild-Kodierens kodiert wurde, eingesetzt wird, wodurch
ein ausgehender Bitstrom erzeugt.
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Ferner stellt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum wirksamen Dekodieren eines Bewegtbildsignals bereit
wird. Es wird die Kodierungsart eines einlaufenden Bitstroms erfasst,
wobei der einlaufende Bitstrom durch Multiplexen eines Hauptbitstroms
aus Rahmen oder Feldern und Nebenbitstrom erzeugt wurde, und die
Nebenbitströme
periodisch in der Nachbarschaft einer vorbestimmten Anzahl von Rahmen
oder Feldern in den Hauptbitstrom eingefügt wurden, wobei der Hauptbitstrom
mit Quantisierungsschritten kodiert wurde, die kleiner als andere Quantisierungsschritte
sind, mit denen die Nebenbitströme
kodiert wurden, und auch eine Kodierungsartinformation, welche angibt,
ob der Hauptbitstrom oder die Nebenbitströme eingegeben wurden, und wobei
der Detektor die Kodierungsartinformation erfasst und ein Kodierungsartsignal
erzeugt. Die Haupt- und die Nebenbitströme werden in Antwort auf zumindest
das Kodierungsartsignal wahlweise in einer solchen Weise ausgegeben,
dass der Steuerer sowohl die Haupt-, als auch die Nebendatenströme ausgibt,
wenn kein ständiges
Dekodieren erfolgt, während
der Steuerer nur den Hauptdatenstrom ausgibt, wenn ein ständiges Dekodieren
erfolgt. Der ausgehende Bitstrom wird dekodiert, um von dem einlaufenden
Bitstrom mitgeführte
Bilder wiederherzustellen.
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Ferner stellt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren vom wirksamen Dekodieren eines Bewegtbildsignals bereit.
Es wird die Kodierungsart eines einlaufenden Bitstrom erfasst, wobei
der einlaufende Bitstrom vermittels Multiplexen eines Hauptbitstroms aus
Rahmen oder Feldern und Nebenbitströmen gebildet ist, und wobei
die Nebenbitströme
in der Nachbarschaft einer vorbestimmten Anzahl von Rahmen oder
Feldern periodisch eingefügt
wurden, der Hauptbitstrom mit Quantisierungsschritten kodiert wurde,
die kleiner als die anderen Quantisierungsschritte sind, mit denen
die Nebenbitströme
kodiert wurden, und eine Kodierungsartinformation, welche angibt,
ob die oder der Hauptbitstrom oder der Nebenbitstrom eingegeben
wurden, die Kodierungsartinformation erfasst wurde, und ein Kodierungsartsignal
erzeugt wurde. Es wird ein Fehler im einlaufenden Bitstrom erfasst,
um ein einen Fehler angebendes Signal zu erzeugen, das angibt, bei
welchem der Rahmen oder Felder auftritt. Der Hauptbitstrom eines Rahmen
oder Felds bei in der Nachbarschaft desselben dort, wo der Fehler
auftritt, eingefügtem
Nebenbitstrom, wird in Antwort auf die Kodierungsartsignale und
die einen Fehler anzeigenden Signale durch den Nebenbitstrom ersetzt.
Der Bitstrom, bei dem der Hauptbitstrom durch den Nebenbitstrom
ersetzt wird, wird mittels bildinternen Dekodierens oder vorausschauenden
Bild-zu-Bild-Kodierens
dekodiert, um von dem einlaufenden Bitstrom mitgeführte Bilder wiederherzustellen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ferner ein Speichermittel mit einem Bereich zum Speichern von Bewegtbilddaten
bereit. Der Bereich umfasst Hauptbitstromgebiete und Nebenstromgebiete.
Auf den Hauptbitstromgebieten sind durch bildinternes Kodieren und
durch vorausschauendes Bild-zu-Bild-Kodieren gebildete Hauptbitströme abgelegt,
die in Einheiten von Rahmen oder Feldern von Bewegtbildern umgeschal tet
werden. Auf den Nebenbitstromgebieten sind Nebenbitströme abgelegt,
die durch bildinternes Kodieren bestimmter Rahmen oder Felder aus Rahmen
oder Feldern gebildet sind, welche ebenfalls mittels des vorausschauenden
Bild-zu-Bild-Kodierens kodiert wurden, wobei die Haupt- und Nebenbitströme gemultiplext
werden, sodass jeder bestimmte Rahmen oder jedes bestimmte Feld,
das mittels des Bild-zu-Bild-Kodierens
durch den Nebenkodierprozessor kodiert wurde, in der Nachbarschaft
eines entsprechenden bestimmten Rahmen und Felds eingefügt wurde,
welcher oder welches mittels des Bild-zu-Bild-Kodierens durch den
Hauptkodierprozessor kodiert wurde. Der Begriff „Bild" meint in dieser Beschreibung „Rahmen" oder „Feld".
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Das Kodiergerät und das Kodierverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugen den ausgehenden Bitstrom, der den mittels bildinternen Kodierens
und Bild-zu-Bild-Kodierens erzeugten Hauptbildstrom und die mittels
Bild-zu-Bild-Kodierens erzeugten Nebenbitströme umfasst. Daher beeinträchtigt eine
Verringerung des Kodeanteils des mittels Bild-zu-Bild-Kodierens erzeugten
Hauptbitstroms nicht die Anwendbarkeit des ausgehenden Bitstroms
für ein
Dekodieren wie etwa bei Kanalumschalten, Zufallszugriff etc. wegen
der Nebenbitströme
beeinträchtigt.
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Ferner sorgt eine solche Verringerung
auch nicht für
eine Verringerung des Gesamtanteils des ausgehenden Bitstroms, wodurch
die Erfindung die Kodierwirksamkeit erhöht.
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Beim Dekodieren werden die mittels
bildinternen Kodierens erzeugten Nebenbitströme wie auch die mittels Bild-zu-Bild-Kodierens
erzeugten Hauptbitströme
dekodiert. Mit anderen Worten stellt die vorliegende Erfindung viele
Rahmen oder Felder, auf die für
Ka nalumschalten, Zufallszugriff, Hochgeschwindigkeitssuche zugegriffen
werden muss, bereit. Diese Erfindung sorgt daher für ein baldiges
Wiederherstellen beim Kanalumschalten und Zufallszugriff, sowie
für geglättete gesuchte
Bilder bei Hochgeschwindigkeitssuche.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN:
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1 ist
ein Blockschaubild einer bevorzugten Ausführungsform des Kodiergeräts für Bewegtbilder
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2A und 2B erläutern Quantisierungsschritte
für die
in 1 gezeigten Quantisierer
für die Haupt-
bzw. Nebenkodebearbeitung;
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3 stellt
Bitströme
und Zeittaktung für herkömmliches
Kodieren und Dekodieren dar;
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4 stellt
Bitströme
und Zeittaktung für
erfindungsgemäßes Kodieren
und Dekodieren dar;
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die 5A und B stellen ausgehende Kodeanteile für herkömmliches
Kodieren bzw. für
erfindungsgemäßes Kodieren
dar;
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6 ist
ein Blockschaubild der ersten bevorzugten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Dekodiergerät für Bewegtbilder;
und
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7 ist
ein Blockschaubild der zweiten bevorzugten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes Dekodiergerät für Bewegtbilder.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird eine bevorzugte Ausführungsform des
Kodiergeräts
für Bewegtbilder
unter Bezug auf die 1, 2A und 2B beschrieben.
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Das in 1 gezeigte
Kodiergerät
führt einen
Hauptkodiervorgang und einen Nebenkodiervorgang durch. Das Gerät wird mit
einem Nebenkodierprozessor versehen, der einen diskreten Kosinusumformer
(DCT) 1, einen Quantisierer 2, einen Kodierer 3 für variable
Längen
und einen Puffer 4, sämtlich
für die
Nebenkodierverarbeitung. Das Gerät
wird ferner mit einem Hauptkodierprozessor versehen, darunter auch
mit einem Subtrahierer 6, einem DCT 7, einem Quantisierer 8,
einem Kodierer 9 für
variable Längen, einem
Puffer 10, einem Umschalter 13, einem Rahmen-zu-Rahmen-Vorhersager 14 (Vorhersager
mit vorausschauend kodiertem Rahmen), einem Videospeicher 15,
einem Addierer 16, einem Umkehr-DCT 17, einem
Umkehr-Quantisierer 18,
sämtlich
für die Hauptkodierverarbeitung.
Das Gerät
umfasst auch einen Umschalter 11 für das Umschalten des Ausgangs
bei der Haupt- und Nebenkodierverarbeitung.
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Es wird dem DCT 1 für die Nebenkodierverarbeitung über einen
Eingangsanschluss 5 und auch dem Subtrahierer 6 für die Hauptkodierverarbeitung ein
Eingangsvideosignal zugeführt.
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Zunächst wird die Hauptkodierverarbeitung beschrieben.
Es wird auch ein vorausschauendes bildinternes Signal (mit vorausschauend
kodiertem Rahmen) dem Subtrahierer 6 aus dem Rahmen-zu-Rahmen-Vorhersager 14 über den
Schalter 13 zugeführt.
Der Subtrahierer 6 subtrahiert das vorausschauende Bild-zu-Bild-Signal von dem Eingangsvideosignal,
um ein vorausschauendes Fehlersignal zu erzeugen.
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Das vorausschauende Fehlersignal
wird dem DCT 7 zugeführt,
welcher in (8 × 8)-Pixelblöcken, der
durch das vorausschauende Fehlersignal mitgeführt wird, eine diskrete Kosinustransformation durchführt. Die
erzeugten Koeffizienten werden dem Quantisierer 8 zugeführt und
in Koeffizienten mit fester Länge
bei bestimmter Quantisierungsschrittbreite quantisiert.
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Die Koeffizienten mit fester Länge werden dann
dem Kodierer 9 mit variabler Länge zugeführt.
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Die dem Kodierer 9 für variable
Längen
zugeführten
zweidimensionalen (8 × 8)-Koeffizienten werden
gemäß einer
als Zickzackabtastfolge bekannten Folge angeordnet, welche auch
in Codes mit variabler Länge
aus Nullkoeffizienten und von Null verschiedenen Koeffizienten vermittels
Huffman-Kodierung transformiert werden. Das somit in Codes mit variabler
Länge transformierte
vorausschauende Fehlersignal wird dem Puffer 10 als Hauptbitstrom zugeführt und
in ihm abgelegt.
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Die Koeffizienten mit fester Länge werden auch
aus dem Quantisierer 8 dem Umkehr-Quantisierer 18 zugeführt. Der
Umkehr-Quantisierer 18 und der Umkehr-DCT 17 führen die
Verarbeitungsschritte durch, welche diejenigen der Quantisierer 8 bzw. DCT 7,
um das vorausschauende Fehlersignal wiederherzustellen.
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Das wiederhergestellte vorausschauende Fehlersignal
wird mittels des Addierers 16 zu dem vorausschauenden Rahmen-zu-Rahmen-Signal
hinzugefügt,
um das Videosignal wiederherzustellen. Das wiederhergestellte Videosignal
wird zunächst
in dem Videospeicher 15 abgelegt und dann dem Rahmen-zu-Rahmen-Vorhersager 14 zugeführt.
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Der Rahmen-zu-Rahmen-Vorhersager 14 erzeugt
das vorausschauende Rahmen-zu-Rahmen-Signal, welches dann dem Umschalter 13 zugeführt wird.
Die Erzeugung des vorausschauenden Rahmen-zu-Rahmen-Signals kann
mittels Bewegungsausgleichs erfolgen.
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Der Umschalter 13 kann mit
dem Eingangsvideosignal gleichgetaktet gesteuert werden. Wenn das
Eingangsvideosignal einen unabhängigen (bildintern
kodier ten) Rahmen mitführt,
wählt der
Umschalter 13 den Wert Null aus und führt dem Subtrahierer 6 und
dem Addierer 16 den Wert zu. In diesem Falle besteht die
Hauptkodierverarbeitung aus Bild-zu-Bild-Kodieren. Das einlaufende
Videosignal führt
jeden 30-ten bis 120-ten Rahmen (herkömmlicherweise als 10-ten bis
20-ten Rahmen) als unabhängigen
Rahmen mit sich.
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Andererseits wählt, wenn das einlaufende Videosignal
einen vorausschauend kodierten Rahmen mitführt, der Umschalter 13 von
dem Rahmen-zu-Rahmen-Vorhersager 14 das vorausschauende
Rahmen-zu-Rahmen-Signal aus. Das ausgewählte vorausschauende Rahmen-zu-Rahmen-Signal wird dann
dem Subtrahierer 6 und dem Addierer 16 zugeführt. In
diesem Falle besteht das Hauptkodierverarbeiten aus vorausschauendem
Rahmen-zu-Rahmen-Kodieren
(mit vorausschauend kodierten Rahmen). Im einzelnen wird, wenn das
einlaufende Videosignal vorausschauend kodierte Rahmen (P-Rahmen)
mitführt,
welche aus vorangehenden unabhängigen
Rahmen (I-Rahmen) oder P-Rahmen in der Folge erhalten wurden, die
Hauptkodierverarbeitung als einfach gerichtetes vorausschauendes
Rahmen-zu-Rahmen-Kodieren ausgeführt.
Im Gegensatz hierzu wird, wenn das einlaufende Videosignal zweifach
gerichtet vorausschauend kodierte Rahmen (B-Rahmen) mitführt, welche
aus den am nächsten
vorangehenden und/oder nachfolgenden I- oder P-Rahmen in der Folge
erhalten wurden, die Hauptkodierverarbeitung als zweifach gerichtet
vorausschauend kodiertes Rahmen-zu-Rahmen-Kodieren ausgeführt.
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Als nächstes wird eine Nebenkodierverarbeitung
beschrieben. Das dem DCT 1 zugeführte Eingangsvideosignal wird
in (8 × 8)-Pixelblöcken der
diskreten Kosinustransformation zugeführt. Die erzeugten Koeffizienten
werden dem Quantisierer 2 zugeführt und als Koeffizienten von
fester Länge
mit bestimmter Quan tisierungsschrittbreite quantisiert. Die Koeffizienten
von fester Länge
werden dann dem Kodierer 3 für variable Längen zugeführt.
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Die dem Kodierer 3 für variable
Längen
zugeführten
zweidimensionalen (8 × 8)-Koeffizienten werden
gemäß dem Zickzackabtasten
angeordnet und mittels Huffman-Kodierens
in Codes mit variablen Längen
aus Nullkoeffizienten und von Null verschiedenen Koeffizienten transformiert.
Das so in Codes mit variablen Längen
umgewandelte Signal wird dem Puffer 4 als Nebenbitstrom
zugeführt
und dort gespeichert.
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Beim Haupt- und Nebenkodierverarbeiten unterscheiden
sich die Quantisierungsschritte für den Quantisierer 8 (Hauptverarbeitung)
und den Quantisierer 2 (Nebenverarbeitung) voneinander
wie folgt:
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2A und 2B zeigen die Quantisierungsschritte
bei den Quantisierern 8 bzw. 2 (Rahmen-zu-Rahmen-Kodier-Parameter).
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Wie gezeigt, sind die Quantisierungsschritte beim
Quantisierer 2 größer als
beim Quantisierer B. Mit anderen Worten sind die Koeffizienten für die AC-Komponenten beim
Quantisierer 2 (2B)
verglichen mit denen für
den Quantisierer 8 (2A) umso
größer, desto
weiter sie von den DC-Komponenten („16" in 2A, „32" in 2B) entfernt sind.
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Ferner sind die Quantisierungsschritte,
je größer die
in 2B mit „-„ bezeichneten
Koeffizienten sind, die Quantisierungsschritte desto größer, sodass
die quantisierten Ergebnisse beim Nebenkodierverarbeiten sämtlich Null
sind. Dies ist auch mittels des Kodierers 3 für variable
Längen
erzielbar, um die Komponenten aus der DC-Komponente bis auf mehrere
-zig AC-Komponenten im Zickzack abzutasten, um das Abtasten abzubrechen.
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Ein nach dem Nebenkodierverarbeiten
wiederhergestelltes Bild zeigt daher eine niedrige Auflösung. Der
mittels des Nebenkodierverarbeitens erzeugte Codeanteil beträgt ca. 10
Prozent desjenigen des Rahmens, der beim Hauptkodierverarbeiten
als unabhängiger
Rahmen erzeugt wird.
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Der somit durch das Nebenkodierverarbeiten erhaltene
Nebenbitstrom wird in dem Puffer 4 abgelegt.
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Die in den Puffern 10 bzw. 4 abgelegten Haupt-
und die Nebenbitströme
werden unter Steuerung des Puffers 10 vom Umschalter 11 umgeschaltet.
Zum leichteren Verständnis
wird der Umschalter 11 nur als Umschalter dargestellt.
Der Umschalter 11 hat jedoch die Funktion des Multiplexens
der Haupt- und Nebenbitströme,
welche daher mittels eines Multiplexschaltkreises ausgeübt wird.
Der ausgehende Bitstrom des Umschalters 11 umfasst den
Hauptbitstrom aus unabhängigen
Rahmen, vorausschauend kodierten Rahmen und die Nebenbitströme, welche in
der Nachbarschaft (davor und dahinter) einer vorbestimmten Anzahl
von vorausschauend kodierten Rahmen periodisch eingefügt sind.
Beim Betiteler jedes Multiplexens wird eine Kodierungsartinformation gemultiplext,
welche angibt, ob der Bitstrom der Haupt- oder Nebenbitstrom ist,
und auch, ob der Bitstrom einen unabhängigen Rahmen (I oder i) oder
einen vorausschauend kodierten Rahmen (P oder B) mitführt. Ein
vorausschauend kodierter Rahmen wird mit dem Nebenbitstrom als jeder
4-te oder 12-te Rahmen erzeugt.
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Das Kodieren stellt bei der vorliegenden
Erfindung daher bei den Nebenbitströmen mehr vorausschauend kodierte
Rahmen als bei herkömmlichem
Kodieren be reit, welches als jeden 10-ten bis 20-ten Rahmen einen
unabhängigen
Rahmen bereitstellt. Vorausschauend kodierte Rahmen außer diesen
vorausschauend kodierten Rahmen bei den Nebenbitströmen werden
entfernt, nach dem Nebenkodierverarbeiten, oder auch unter Einsatz
eines (nicht kodierten) Umschalters, der vor dem DCT 1 bereitgestellt
ist.
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Vorausschauend kodierte Rahmen (P-Rahmen),
welche aus vorangehenden unabhängigen Rahmen
(I-Rahmen) oder P-Rahmen in der Folge erlangt wurden, sind Zweck
sowohl der Haupt- als Nebenkodierverarbeitung.
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Andererseits sind zweifach gerichtet
vorausschauend kodierte Rahmen (B-Rahmen), welche aus dem nächstvorangehenden
und/oder nachfolgenden I- oder P-Rahmen in der Folge Zweck der Hauptkodierverarbeitung,
nicht aber der Nebenkodierverarbeitung ist. Da die B-Rahmen nicht
als Bezugsrahmen für
Rahmen-zu-Rahmen-Vorhersage
verwendet werden, ist auch kein beständiges Dekodieren aus den B-Rahmen
möglich.
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Die Bitströme und ihre Zeittaktung sind
in den 3 und 4 dargestellt. Die in 3 gezeigte Bitfolge ZEICHENFOLGE
A wird durch das herkömmliche
Kodiergerät
erzeugt, welches aus den I-, B- und P-Rahmen besteht. Andererseits
wird der in 4 gezeigte
Bitstrom ZEICHENFOLGE A1 mittels des in 1 erfindungsgemäßen Kodiergeräts erzeugt,
und sie besteht aus I-, B- und P-Rahmen, und so auch die mit „i" bezeichneten Nebenbitströme. Die Länge (der
Kodeanteil) jedes in 3 und 4 gezeigten Bitstroms hängt von
Rahmen, die den Bitstrom darstellen.
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Bei der vorliegenden Erfindung folgen
die Nebenbitströme „i" vorzugsweise den
Hauptbitströmen
für Kanalumschalten
etc., d. h. die Zeichenfolgen „i" folgen P-Rahmen,
wie es in ZEICHENFOLGE A1 aus 4 gezeigt
ist. Da die Hauptbitströme
gerade nach den Nebenbitströmen
dekodiert werden, werden sie beim Kanalumschalten dekodiert.
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Andererseits können die Hauptbitströme den Nebenbitströmen zur
Fehlerkorrektur etc. folgen, d. h. dass die P-Rahmen den Nebenbitströmen „i" folgen (Diese Anordnung
ist nicht gezeigt.) Da die Nebenbitströme nur verwendet werden, wenn
Fehler erfasst werden, während
der Hauptbitstrom dekodiert wird, sollten die Nebenbitströme an erster
Stelle kommen und zur Fehlerverbergung beibehalten werden. Es können anstelle
von Rahmen für
eine kleinere Kapazität
zum Puffern Scheiben zum Zwecke des Fehlerverbergens verwendet werden,
um die Nebenbitströme
in einem Dekodiergerät
abzulegen. Im einzelnen wird, wenn in MPEG-Systemen ein Fehler auftritt,
dieser nicht nur den Block, in welchem der Fehler auftritt, sondern
auch andere Blöcke
oder Rahmen den Block beeinträchtigen.
Wenn ein Fehler auftritt, wird die Vorhersage in Einheiten von Scheiben
beendet, um die Wirkungen von Fehlern zu beseitigen.
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Der Anteil an Ausgangcodes ist in 5A für herkömmliches Kodieren und in 5B für die vorliegende Erfindung
dargestellt.
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Bei der Erfindung haben die P-Rahmen
mit den Nebenbitströmen
einen größeren Codeanteil
als andere P-Rahmen
ohne Nebenbitstrom. Die Codeanteile der P-Rahmen mit den Nebenbitströmen sind stark
kleiner als diejenigen der I-Rahmen.
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Es erfolgt ein Vergleich betreffend
die Kodiergeschwindigkeit (Wirksamkeit) bei der vorliegenden Erfindung
und beim herkömmlichen
Kodieren.
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Man nehme an, dass der durchschnittliche Codeanteil
an Rahmen im Hauptbitstrom wie folgt ist: I-Rahmen = 600 kbits,
P-Rahmen = 200 kbits, B-Rahmen = 100 kbits und „i"-Rahmen = 100 kbits.
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Herkömmlicherweise beträgt ein Intervall
M zwischen P-Rahmen gleich zwei, und ein Intervall N zwischen I-Rahmen
gleich acht, wie es in 5A gezeigt
ist, und die Kodiergeschwindigkeit beträgt 6,0 Mb/s. Hiermit verglichen,
ist bei der vorliegenden Erfindung M = 2, N = 16, und ein Intervall „n" zwischen „i"-Rahmen beträgt vier, wie es in 5B gezeigt ist, und die
Kodiergeschwindigkeit beträgt
5,8 Mb/s. Im einzelnen beträgt
die Kodiergeschwindigkeit beim Hauptbitstrom 5,24 Mb/s, und die
beim Nebenbitstrom beträgt
0,56 Mb/s.
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Ferner ist in MPEG-Systemen herkömmlicherweise
M = 3 und N = 15, und die Kodiergeschwindigkeit beträgt 4,8 Mb/s,
und andererseits stellt die vorliegende Erfindung M = 3, N = 60
und n = 6 bereit, und die Kodiergeschwindigkeit beträgt 4,65 Mb/s.
Die Frequenz der I-Rahmen
beträgt
bei der vorliegenden Erfindung 0,2 s, was kleiner als die 0,5 s
wie beim herkömmlichen
Kodieren ist.
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Die erste bevorzugte Ausführungsform
des Dekodiergeräts
für Bewegtbilder
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unter Bezug auf 6 beschrieben.
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Ein Bitstromausgang aus einem Kodiergerät, wie etwa
dem in 1 gezeigten Gerät, wird
einem Schalter 22 und über
einen Eingangsanschluss 21 einem Kodierungsarterfasser 26 zugeführt. Der
Bitstrom wird rahmenweise mittels des Umschalters 22, welcher
mittels eines Steuersignals aus einem Bitstromsteuerer 27 gesteuert
ist, umgeschaltet. Der einem vorausschauenden Fehlersignal entsprechende Bitstrom
wird über
einen Puffer 23 einem Dekodierer 24 für variable
Längen
und in Codes mit festen Längen
umwandelt, um zweidimensionale (8 × 8)-Koeffizienten zu erzielen.
Die Koeffizienten werden mittels eines Umkehr-Quantisierers 180 und einem
Umkehr-DCT 170 verarbeitet, um das vorausschauende Fehlersignal
wiederherzustellen. Es wird zu dem vorausschauenden Rahmen-zu-Rahmen-Signal
mittels eines Addierers 160 ein vorausschauendes Fehlersignal
hinzugefügt,
um das Bild wiederherzustellen.
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Das wiederhergestellte Bild wird über einen Ausgangsschluss 25 ausgegeben
und auch einem Videospeicher 150 zugeführt. Der Videospeicher 150 speichert
ein Bild eines Rahmens und führt
es einem Rahmen-zu-Rahmen-Vorhersager 140 zu.
Der Rahmen-zu-Rahmen-Vorhersager 140 erzeugt
ein vorausschauendes Rahmen-zu-Rahmen-Signal,
das über
einen Schalter 130 dem Addierer 160 zugeführt wird.
Der Schalter 130 wählt
den Wert Null aus, wenn ein unabhängiger Rahmen wiederhergestellt
wird, und daher wird keine Addition durchgeführt.
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Der Kodierungsarterfasser 26 erfasst
die am Betittler des einlaufenden Bitstroms gemultiplexte Kodiersartinformation,
um zu entscheiden, ob der einlaufende Bitstrom der Haupt- oder Nebenbitstrom, und
er führt
einen unabhängigen
Rahmen (I oder i) oder einen vorausschauend kodierten Rahmen (P oder
B) mit und erzeugt ein Kodierungsartsignal. Der Bitstromsteuerer 27 öffnet den
Umschalter 22 in Antwort auf as Kodierungsartsignal und
entfernt den Nebenbitstrom, wenn der Standardbitstrom bei üblichem
Zeitvorgeben eingegeben wird, und das Dekodieren erfolgt beständig. Dies
ist in 4 als NORMALES
DEKODIEREN dargestellt, und dies ist dasselbe wie in 3 bei herkömmlichem
Dekodieren.
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Andererseits wird im Falle, dass
Kanalumschalten, Zufallszugriff oder Hochgeschwindigkeitssuche erfolgt,
der einlaufende Bitstrom nach dem Umschalten entmultiplext, und
daher wird kein beständiges
Dekodieren durchgeführt.
Ein Dekodiervorgang muss ruhen, bis ein unabhängiger Rahmen (I oder i) des
Haupt- oder Nebenbitstroms
eingegeben wird, und er beginnt mit dem eingegebenen unabhängigen Rahmen.
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Nachdem dieser unabhängige Rahmen
eingegeben wurde, wird der Standardbitstrom im Falle von Kanalumschalten
(CS) oder Zufallszugriff (RA) beständig eingegeben, und daher
wird beständig
ein Dekodieren durchgeführt.
Dies wird in 4 als CS-, RA-DEKODIEREN
dargestellt. Da der Bitstrom bei der vorliegenden Erfindung mehrere
unabhängige Rahmen
(I und i) enthält
als bei herkömmlichem
Kodieren, sorgt die vorliegende Erfindung für eine geringere Leerlaufzeit
für ein
Dekodieren beim Kanalumschalten oder beim Zufallszugriff als wie
es als CS, RA-DEKODIEREN in 3 dargestellt
ist.
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Im Falle von Hochgeschwindigkeitssuche, muss
ein Dekodiervorgang ruhen, bis ein nächster unabhängiger Rahmen
eingegeben wird, weil der Bitstrom wieder entmultiplext wird, nachdem
der vorliegende unabhängige
Rahmen dekodiert wurde. Es können
entweder unabhängige
Rahmen I des Hauptbitstroms oder des Nebenbitstroms „i" bei Hochgeschwindigkeitssuche
wiederhergestellt werden. Der erstere (I) stellt Bilder mit einer
Auflösung
wieder her, die höher
ist als bei Bildern, die von den letzteren (i) wiederhergestellt
wurden. Im Gegensatz hierzu stellt letzterer Bilder mit einer Bewegung
wieder her, welche glatter als die mittels der ersteren hergestellten sind.
Weil bei der vorliegenden Erfindung der Bitstrom mehr unabhängige Rahmen
(I und i) als bei herkömmlichem
Kodieren enthält,
sorgt die vorliegende Erfin dung für eine geringere Wartezeit
beim Dekodieren bei Hochgeschwindigkeitssuche, wie es als in 4 als SUCHE dargestellt
ist, anders als es in 3 beim
herkömmlichen
Dekodieren als SUCHE dargestellt ist.
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Die zweite bevorzugte Ausführungsform
des Dekodiergeräts
für Bewegtbilder
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unter Bezug auf 7 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform
wird auf Elemente gleich wie bei oder analog zu den Elementen aus
der ersten Ausführungsform
des Dekodiergeräts für Bewegtbilder
mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen.
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Das in 7 gezeigte
Dekodiergerät
wird zusätzlich
zu den Elementen, die den Elementen aus 6 gleichen, mit einem Puffer 23a und
einem Fehlercodedetektor 41 versehen.
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Der Kodierungsarterfasser 26 erfasst
die Kodierungsartinformation, die am Betiteler des einlaufenden
Bitstroms gemultiplext wird, um festzustellen, ob der einlaufende
Bitstrom der Haupt- oder Nebenbitstrom ist, und er führt einen
unabhängigen
Rahmen (I-Rahmen oder i-Rahmen) oder einen vorausschauend kodierten
Rahmen (P-Rahmen oder B-Rahmen) mit und erzeugt ein Kodierungsartsignal. Ein
Bitstromsteuerer 42 öffnet
den Umschalter 22 in Antwort auf das Kodierungsartsignal
und entfernt den Nebenbitstrom, wenn der Standardbitstrom mit üblichem
Zeitvorgang eingegeben wird und ein Dekodieren wie bei der ersten,
in 6 gezeigten Ausführungsform
beständig
erfolgt.
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Der Codefehlererfasser 41 erfasst
Codefehler, welche auftreten, während
der Bitstrom mittels einer (nicht gezeigten) Übertragungsleitung übertragen wird,
welche das Dekodiergerät
und ein Kodiergerät wie
etwa das Gerät
aus 1 miteinander verbindet. Wenn
ein Codefehler erfasst wird, gibt der Codefehlererfasser 41 ein
einen Fehler anzeigendes Signal aus, welches angibt, in welchem
Teil eines Bildes der Fehler auftritt.
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Der Bitstromsteuerer 42 öffnet den
Umschalter 22, um den Nebenbitstrom zu entfernen, wenn das
einen Fehler anzeigende Signal, welches aus dem Kodefehlererfasser 41 zugeführt wurde,
keinen Fehler anzeigt.
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Andererseits wird, wenn im Hauptbitstrom ein
Fehler auftritt, der Bitstrom im Puffer 23a, um das Eingehen
des Nebenbitstroms abzuwarten, welcher einem Bild entspricht, bei
dem der Fehler auftritt. Der Schalter 22 wählt dann
den einlaufenden Nebenbitstrom aus und entfernt den Hauptbitstrom
einer Scheibe aus, bei der der Fehler auftritt.
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Wenn in einem Rahmen ein Fehler auftritt und
für den
Rahmen kein Nebenbitstrom kodiert wird, wählt der Schalter 22 den
Rahmen für
das Dekodieren aus. Der Fehler bewirkt jedoch das spätere Ankommen
von Rahmen. Wenn der Nebenbitstrom eingegeben wird, welcher einem
von dem Fehler beeinträchtigten
Bild entspricht, wählt
der Umschalter 22 den einlaufenden Nebenbitstrom aus und
entfernt den Hauptbitstrom einer Scheibe, bei der der Fehler auftritt.
Die Wirkungen von Fehlern werden daher im Moment des Auswählens des
Nebenbitstroms beseitigt.
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Auch wenn dies nicht offenbart ist,
kann bei dieser Erfindung ein Bewegungsausgleich eingesetzt werden.
In diesem Fall kann ein in einem Rahmen auftretender Fehler andere
Rahmen gemäß der Bildbewegung
beeinträchtigen.
Dies bedeutet, dass der in einer Scheibe des Rahmens aufgetretene
Fehler auch andere Scheiben des Rahmens beeinträchtigen kann. In diesem Fall wählt der
einlaufende Nebenbitstrom den Schalter 22 aus und entfernt
den Hauptbitstrom einer Scheibe, in der der Fehler auftritt.
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Die in 4 gezeigten
Bitströme
ZEICHENFOLGE A1 können
in dieser Reihenfolge erfindungsgemäß auf einem Speichermittel
aufgespeichert werden. Genauer umfasst das erfindungsgemäße Speichermittel,
welches mittels einer Apparatur zur Wiederherstellung lesbar ist,
welche ein Dekodiergerät, wie
etwa das in den 6 oder 7 gezeigte Gerät umfasst,
einen Bereich zum Ablegen von Bewegtbilddaten. Der Bereich hat Hauptbitstromgebiete,
auf denen die mittels rahmeninternen Kodierens und vorausschauenden
Rahmen-zu-Rahmen-Kodierens gebildeten Hauptbitströme abgelegt
sind, welche in Einheiten von Rahmen oder Feldern von Bewegtbildern umgeschaltet
werden. Der Bereich hat auch Nebenbitstromgebiete abgelegt, auf
denen die durch rahmeninternes Kodieren bestimmter Rahmen und vorausschauendes
Rahmen-zu-Rahmen-Kodieren
von bestimmten Rahmen zwischen Rahmen, die auch durch das rahmeninterne
vorausschauende Kodieren kodiert werden, kodierten Nebenbitströme abgelegt
sind. Die Haupt- und Nebenbitströme
werden gemultiplext, sodass Nebenbitströme in der Nachbarschaft der
Hauptbitströme
für bestimmte
Rahmen eingefügt
werden, wie es in 1 beschrieben
ist.
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Die vorliegende Erfindung ist zum
Verarbeiten eines Videosignals in Einheiten von Rahmen offenbart
worden, diese Erfindung ist jedoch auch auf das Verarbeiten eines
Videosignals in Einheiten von Feldern anwendbar.