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Diese
Erfindung betrifft eine Signalcodiereinrichtung, Signalcodierverfahren,
Signalaufzeichnungsmedien, und Signalübertragungsverfahren. Genauer
gesagt, betrifft die Erfindung (allerdings nicht ausschließlich) eine
derartige Einrichtung und derartige Verfahren und Medien, bei denen
hocheffiziente Codierung eines digitalen Signals auf einer Übertragungsseite
eingesetzt wird. Bei einer bevorzugten Form der Realisierung der
Erfindung wird eine Signalcodiereinrichtung, ein Signalcodierverfahren, ein
Signalaufzeichnungsmedium und ein Signalübertragungsverfahren zum Codieren
eines Bewegtbildsignals mit einer variablen Bitratensteuerung vorgeschlagen.
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Da
ein digitales Videosignal einen extrem großen Datenumfang hat, ist es
unabdingbar, beim Aufzeichnen des Signals für eine lange Zeit auf einem
Aufzeichnungsmedium mit einer geringen Speicherkapazität Mittel
bereitzustellen, um das Videosignal mit hoher Effizienz zu codieren.
Um einerderartigen Anforderung zu begegnen, wurden hocheffiziente
Codierverfahren vorgeschlagen, die von Videosignalkorrelation Gebrauch
machen. Eines der Verfahren ist das MPEG-Verfahren. Dieses MPEG
("Moving Picture
Image Coding Experts Group")
ist nach Diskussion in der ISO-IEC/JTC1/SC2/WG11 als ein Standardverfahren
vorgeschlagen worden. Das MPEG-Verfahren
ist ein Hybridverfahren, welches Bewegungskompensationscodierung
in Kombination mit einer diskreten Cosinustransformation (DCT) verwendet.
Beim MPEG-Verfahren wird als erstes eine Videosignaldifferenz zwischen
Einzelbildern bzw. Frames bestimmt, um eine Redundanz in der Zeitachse
zu entfernen. Sodann wird die diskrete Cosinustransformation verwendet,
um eine Redundanz in der räumlichen
Achse zu entfernen. Hierdurch wird es ermöglicht, ein Videosignal mit
einer großen
Effizienz zu codieren.
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Im
allgemeinen ist ein Videosignal nicht stationär, sondern eine Bildinformationsmenge ändert sich
im Verlauf der Zeit. Wenn eine Codierung mit variabler Bitrate verwendet
wird, kann hierfür
im Vergleich zu einer Codierung mit konstanter Bitrate eine höhere Bildqualität erhalten
werden, wenn ein identischer Codeumfang vorliegt.
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Zum
Beispiel ist ein auf einem sogenannten DVD-Video aufgezeichnetes
Videosignal normalerweise mit einer variablen Bitratencodierung
eines Zwei-Pfad-Typs codiert. Dieses Zwei-Pfad-Verfahren ist beispielsweise
in der Spezifikation und den Zeichnungen der japanischen Patentanmeldung 7-3313348
offenbart, die von den vorliegenden Anmeldern eingereicht wurde.
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Hier
ist 1 ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines
Aufbaus einer Bewegtbild-Codiereinrichtung zeigt, bei der eine variable
Bitratencodierung vom Zwei-Pfad-Typ
verwendet wird. 2 ist ein Flussdiagramm, das
eine variable Bitratencodierprozedur vom Zwei-Pfad-Typ zeigt. Unter
Bezugnahme auf dieses Flussdiagramm wird die Arbeitsweise des Blockdiagramms
der 1 erläutert.
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Als
erstes wird in Schritt 301 der 2 ein Bewegtbildsignal
von einem Anschluss 200 einer Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 201 zugeführt, der
eine Codierschwierigkeit eines Eingangsbildes pro Einheitzeit berechnet.
Hierbei wird die Berechnung der Codierschwierigkeit mit einem DCT-Koeffizienten
ausgeführt,
der nur mit einer festen Quantisierung in einer MPEG-Verfahren-Codiereinrichtung
quantisiert ist, um so eine erzeugte Codemenge pro Einheitzeit zu
berechnen. Die vorgenannte Einheitzeit liegt beispielsweise in der
Größenordnung
von 0.5 Sekunden. Die berechnete Codierschwierigkeit 'd' wird einer Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 zugeführt.
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Nach
dem Abschluss der Berechnung der Codierschwierigkeit bis zu dem
letzten Eingangs-Bewegtbild-Bildsignal, berechnet als nächstes in
Schritt 302 die Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 eine
Zuweisungsbitmenge für
das Eingangsbild pro Einheitzeit, und zwar gemäß der vollständigen Codierschwierigkeit
und der Codierbitmenge, die verwendet werden kann. Beispielsweise
wird die Zuweisungs-(Ziel-)Bitmenge
pro Einheit berechnet, indem die Gesamtmenge der verwendbaren Codierbits
gemäß der Codierschwierigkeit
für jede
Einheitzeit verteilt wird.
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Es
ist anzumerken, dass ein Verzögerungselement 203 verwendet
wird, um die Eingabe des Eingangs-Bewegtbild-Bildsignals in eine
Bewegtbild-Bildcodiereinrichtung 204 zu verzögern, bis
die Verarbeitung der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 201 und
der Zuweisungsbitumfangs-Berechnungseinheit 202 für die vollständige Zeitlänge des
Eingangsbild-Bildes abgeschlossen ist.
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Als
nächstes
codiert in Schritt 303 die Bewegtbild-Codiereinrichtung 204 das
Eingangs-Bewegtbild-Bild pro Einheitzeit in die in Schritt 302 berechnete
Zuweisungsmenge.
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Die
Verarbeitung in Schritt 301 und Schritt 302 stellt
eine Erster-Pfad-Verarbeitung dar, in der die Codierschwierigkeit
und die Zuweisungsbitmenge berechnet werden. Die Verarbeitung in
Schritt 303 stellt eine Zweiter-Pfad-Verarbeitung dar,
die die tatsächliche
Bewegtbild-Bildcodierung ausführt.
Bei diesem Zwei-Pfad-Verfahren besteht ein Vorzug darin, dass es
möglich
ist, eine verwendbare Codierbitmenge effektiv zu nutzen. Allerdings
besteht auch der Mangel. dass die Verarbeitung etwa die doppelte Zeit
der Zeitlänge
der Bewegtbild-Bildsequenz erfordert. Diese Verarbeitung ist für Echtzeitverarbeitung ungeeignet.
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Um
diese Verarbeitungszeit zu reduzieren, ist ein variables Bitraten-Codierverfahren
vom Ein-Pfad-Typ in der Spezifikation und den Zeichnungen der japanischen
Patentanmeldung 7-311418 offenbart, die von den vorliegenden Anmeldern
eingereicht wurde.
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Eine
Bewegtbild-Bildcodiereinrichtung, die das variable Bitratencodierverfahren
vom Ein-Pfad-Typ einsetzt, hat einen zu dem des in der 1 gezeigten
Blockdiagramms identischen Aufbau. Allerdings ist das Steuerungsverfahren
der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 und des
Verzögerungselementes 203 beim
Ein-Pfad-Typ unterschiedlich zu dem des Zwei-Pfad-Typs. 3 ist
ein Flussdiagramm, das die variable Bitratencodierverarbeitung vom
Ein-Pfad-Typ zeigt. Unter Bezugnahme auf dieses Flussdiagramm wird
die Arbeitsweise des Blockdiagramms der 1 erklärt.
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In
Schritt 4-1 der 3 wird ein Bewegtbild-Bildsignal
der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 201 der 1 zugeführt, um
eine Codierschwierigkeit des Eingangsbildes pro Einheitzeit zu berechnen.
Die vorgenannte Einheitzeit liegt beispielsweise in der Größenordnung
von 0.5 Sekunden.
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Als
nächstes
wird in Schritt 402 eine Codierschwierigkeit 'd' vorweg mit einer Zuweisungsbitmenge 'b' pro Einheitzeit in Beziehung gesetzt,
und zwar beim Ausführen
einer variablen Bitratencodierung einer Referenz-Bewegtbild-Bildsequenz
mit einer vorgegebenen Durchschnittsbitrate.
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Hierbei
wird die gesamte Zuweisungsbitmenge pro Einheitzeit für die Referenz-Bewegtbild-Bildsequenz
auf einen Wert gesetzt, der gleich zu oder unter einer Speicherkapazität eines
Ziel-Aufzeichnungsmediums ist. Diese Beziehung zwischen der Codierschwierigkeit 'd' und der Zuweisungsbitmenge 'b' ist in 4 gezeigt.
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In 4 repräsentiert
die horizontale Achse eine Auftrittswahrscheinlichkeit h(d) einer
Codierschwierigkeit 'd' bei der Referenz-Bewegtbild-Bildsequenz.
Eine Zuweisungsbitmenge für
eine beliebige Codierschwierigkeit wird gemäß der Funktion b(d) berechnet.
Diese Beziehung kann durch Codieren vieler Bewegtbild-Bildsequenzen
(beispielsweise eines Films) mit einer vorgegebenen Durchschnittsbitrate
und Evalu ieren der erhaltenen Bildqualität empirisch erhalten werden.
Somit hat die Beziehung allgemeine Gültigkeit und kann auf die meisten
Sequenzen dieser Welt angewendet werden. Gemäß dieser Beziehung der 4 ist
eine Zuweisungsbitmenge 'b' für eine Codierschwierigkeit 'd' pro Einheitzeit des Eingangsbildes
vom Anschluss 200 gegeben.
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Bei
diesem Ein-Pfad-Typ ist das Verzögerungselement 203 vorgesehen,
um die Eingabe eines Eingangsbildsignals in die Bewegtbild-Codiereinrichtung 204 um
die Einheitzeit zu verzögern,
bis die Verarbeitung in der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 201 und
der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 für das Eingangsbild
der Einheitzeitlänge
abgeschlossen ist.
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Als
nächstes
codiert in Schritt 403 die Bewegtbild-Codiereinrichtung 204 das
Eingangs-Bewegtbild-Bild pro Zeiteinheit in die von der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 demgemäß zur Verfügung gestellte
Zuweisungsbitmenge.
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Bei
einem derartigen Ein-Pfad-Verfahren ist es gemäß dem Eingang des Bildsignals
möglich,
eine variable Bitratencodierung mit einer gemäß der Codierschwierigkeit optimalen
Zuweisungsbitmenge nahezu in Echtzeit durchzuführen.
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Obwohl
die Beziehung der 4 auf nahezu alle Bewegtbildsequenzen
angewendet werden kann, gibt es auch spezielle Sequenzen, die nicht
mit dieser Beziehung behandelt werden können. Es gibt einen Fall, bei
dem die in der Bewegtbild-Codiereinrichtung 204 erzeugte
Gesamtbitmenge eine verwendbare Gesamtbitmenge überschreitet, d.h. die Bewegtbildsequenz
kann nicht auf dem Ziel-Aufzeichnungsmedium
enthalten sein.
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Es
ist unmöglich,
ein Zwei-Pfad-Verfahren zu verwenden, um eine vorgegebene zeitliche
Länge einer
Bewegtbildsequenz mit einer variablen Bitrate in Echtzeit so zu
codieren, dass diese auf einem Aufzeichnungsmedium einer vorgegebenen
Speicherkapazität
aufgezeichnet wird. Obwohl das Ein-Pfad-Verfahren nahezu alle Bewegtbildsequenzen
in Echtzeit mit einer variablen Bitrate codieren kann, so dass eine
vorgegebene zeitliche Länge
einer Sequenz auf einem Aufzeichnungsmedium mit einer vorgegebenen
Speicherkapazität
enthalten ist, gibt es darüberhinaus
auch eine spezielle Sequenz, bei welcher die Gesamt-Codierbitmenge
eine verwendbare Gesamtbitmenge überschreitet,
d.h. eine vorgegebene zeitliche Länge der Sequenz ist u. U. nicht
auf dem Ziel-Aufzeichnungsmedium enthalten.
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EP 0 540 961 A beschreibt
ein System zum Codieren von MPEG-Signalen, dass so arbeitet, dass
Bildern einer Eingangsdigitalsequenz Bits zugewiesen werden und
Transformationskoeffizienten adaptiv in unterschiedlichen Bereichen
eines Bildes quantisiert werden, um bei gegebener Anzahl an diesem
Bild zugewiesenen Bits die beste visuelle Qualität zur Verfügung zu stellen. Der Schwierigkeitsgrad bei
der Codierung eines jeden von einer Anzahl vorgegebener Bildtypen
und die bekannten Anzahlen von jedem der vorgegebenen Bildtypen
im dem Satz werden verwendet, um eine Bitzuweisung für jedes Bild
zu berechnen. Beim Abschätzen
der einem bestimmten Bild zuzuweisenden Anzahl an Bits wird eine
feste Anzahl an Bildern in der Sequenz berücksichtigt, die noch zu codieren
sind.
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EP 0 742 674 A beschreibt
ein System zum Bestimmen von Quantisierungsgradversus-Bitraten-Charakteristiken
von Videosignalen. Die Quantisierungsgrade werden während einer
Vor-Codierungsphase zugewiesen, um eine Bitrate für jeden Quantisierungsgrad
zu bestimmen. Die Vor-Codierung wird für eine Mehrzahl von Frames
des Videosignals wiederholt, um Quantisierungsgrad-versus-Bitraten-Statistiken
auf einer Frame-zu-Frame-Basis abzuleiten. Diese Statistiken werden
dann während der
Codierung oder nachfolgender Neucodierung des Videosignals verwendet.
Das System ist auf die Mehrfach-Pfad-Codierung von Videosignalen
gerichtet.
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EP 0 655 867 A beschreibt
eine Einrichtung zum Codieren eines Videosignals. Die Einrichtung weist
ein proportional integrierendes Steuermittel auf, dass so arbeitet,
dass die Quantisierungsschrittgröße in einer
derartigen Weise gesteuert wird, dass die Inhalte eines Ausgabezwischenspeichers
in Übereinstimmung
mit einem Zielwert stehen. Das Steuermittel erlaubt es, innerhalb
enger Grenzen eine feste Anzahl von Bits pro Bild oder Bildgruppe
zu erhalten. Das Steuermittel steuert die Quantisierungsschrittgröße gemäß einem
Zielwert unter Verwendung eines Steuersignals, das die Differenz
zwischen aufeinanderfolgenden akkumulierten lokalen Zielwerten für Unterbilder
und die Anzahl an Bits repräsentiert,
die von dem Codierer hervorgebracht werden.
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EP 0 541 302 A beschreibt
eine Einrichtung zur Videosignalquantisierung für MPEG-codierende Umgebungen. Die Einrichtung
wählt die
Quantisierungsparameter in Abhängigkeit
von dem Folgenden aus:
- (a) einer ermittelten
Rauschwahrnehmungs-Sensitivitätsklasse
("Perceptual Noise
Sensitivity class",
PNS), die auf Bildcharakteristiken basiert wie etwa der Varianz
von räumlicher
Aktivität
und Bildstrukturen (glatt oder hochgradig strukturiert);
- (b) einem von einer Anzahl von vorgegebenen Graden Q psychovisueller
Qualität,
der so ausgewählt
wird, dass die abgeschätzte
Anzahl an Bits, die bei dem gewählten
Q-Wert hervorgebracht wird,
kleiner ist als eine Zielanzahl von Bits für das vollständige Frame;
- (c) einem (empirisch hergeleiteten) Modell der Beziehung zwischen
PNS-Klassen, psychovisuellen Qualitätsgraden und Werten der Quantisierungsparameter,
wobei die Quantisierungsparameter in Abhängigkeit von den PNS-Klassen
und dem gewählten
Q-Wert ausgewählt
werden.
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Um
einen Speicherüberlauf
zu verhindern, der als Ergebnis auftritt, wenn während der momentanen Codierverarbeitung
zu viele Bits erzeugt werden, stellt der Teil der Einrichtung, der
die PNS-Kategorisierung durchführt,
den psychovisuellen Qualitätsfaktor
Q in Abhängigkeit
von dem Füllungsgrad des
Codierzwischenspeichers ein.
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EP 0 751 687 A beschreibt
eine Steuereinheit zum Einsatz in einem videosignalcodierenden System
zum Codieren eines Videosignals, das eine Mehrzahl von Bildgruppen
("groups of pictures", GOPS) aufweist.
Jedes Bild in einem GOP wird als zugehörig zu einem von drei Bildtypen
klassifiziert und wird in Makroblöcke unterteilt. Die Codierung
wird Makroblock für
Makroblock durchgeführt.
Die Steuereinheit erzeugt für
jeden Makroblock einen Satz von Steuerwerten, die den Bildcodiermodus
(Intra oder Inter), den Feld/Frame-DCT-Modus und den Quantisierungsparameter
angeben. Der Quantisierungsparameter wird bestimmt, indem eine Gruppe
vorgegebener Gleichungen berechnet wird, und zwar basierend auf
der sequentiellen Nummer des Makroblockes, der momentan codiert
wird, und vorgegebenen anfänglichen
konstanten Werten. Die Bitrate der codierten Sequenz wird durch
Anpassung des Quantisierungsparameters Makroblock für Makroblock
gesteuert. Die beschriebene Ausführungsform
schließt eine
Drei-Stufen-Verarbeitung ein, bei der zuerst die Anzahl an Bits
abgeschätzt
wird, die für
die Codierung eines nächsten
Bildframes zur Verfügung
stehen. Als zweites wird ein Referenzwert für den Quantisierungsparameter
abgeschätzt,
und zwar basierend auf dem Konzept eines virtuellen Zwischenspeichers.
Als drittes wird der Quantisierungsparameter in Abhängigkeit
von der räumlichen
Aktivität
des Makroblockes modifiziert, um zu dem tatsächlichen Quantisierungsparameter
zu gelangen.
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EP 0 797 359 A beschreibt
eine Einrichtung zum Codieren und/oder Komprimieren von Videodaten.
Gemäß einer
Anordnung führt
die Einrichtung Eingabedaten einer ersten codierenden Einrichtung zu,
die eine versuchsweise Codierung vornimmt. Weiterhin führt die
Einrichtung die Eingabedaten über
ein Verzögerungselement
einer zweiten Codiereinrichtung zu. Eine Ziel-Codemenge wird in
Abhängigkeit
von Schwierigkeitsdaten berechnet, die von der ersten Codiereinrichtung
erhalten werden. Die berechnete Ziel-Codemenge wird bei der Durchführung der
tatsächlichen
Codierung in der zweiten Codiereinrichtung verwendet. Die Ziel-Codemenge kann
aus Schwierigkeitsdaten bestimmt werden, die einer Gruppe von Bildern
zugeordnet sind, die dem momentanen Bild zugeordnet ist, so dass
die Ziel-Codemenge für
das i-te Bild aus den Codierschwierigkeiten der Bilder j bis j +
n (n ist ein Integer) bestimmt wird, die Ziel-Codemenge für das i
+ 1-te Bild aus den Codierschwierigkeiten der Bilder j + 1 bis j
+ 1 + n bestimmt wird, etc. Alternativ kann die Ziel-Codemenge aus
dem Produkt der L Bildern zugewiesenen Durchschnittszahl von Bits
und einem Verhältnis
der Schwierigkeit des momentanen Bildes zu einer Summe von Schwierigkeiten
berechnet werden, welche die Schwierigkeit der L Bilder angibt.
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Entsprechende
unterschiedliche Aspekte der Erfindung werden in den entsprechenden
unabhängigen
Ansprüchen
dieser Anmeldung dargelegt.
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Gemäß einer
bevorzugten Form der Realisierung der Erfindung, die hiernach im
Detail beschrieben wird, wird eine Zuweisungszeichenmenge mit einer
Codierschwierigkeit für
jede Einheitzeit verknüpft,
die im voraus unter Verwendung eines normalen Eingangssignals des
Typs, zu dem ein Eingangssignal gehört, standardisiert wird, um
so eine Codierschwierigkeit des Eingangssignals für jede Einheitzeit
zu bestimmen. Für
die Codierschwierigkeit des Eingangssignals für jede Einheitzeit wird für jede Einheitzeit
ein Referenzwert der verknüpften
Zuweisungszeichenmenge bestimmt. Der Referenzwert der Zuweisungszeichenmenge
wird in eine tatsächliche
Zuweisungszeichenmenge abgewandelt. Das Eingangssignal wird in jeder
Einheitzeit gemäß dieser
tatsächlichen
Zuweisungszeichenmenge codiert, um so codierte Daten zu erzeugen.
Damit ist es möglich,
eine Codierung mit einer optimalen Zuweisungszeichenmenge gemäß einer
Komplexität
eines Eingangssignals in Echtzeit auszuführen.
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Die
vorstehend erwähnte
Modifikation der Zuweisungszeichenmenge zu einer tatsächlichen Zuweisungszeichenmenge
wird durch Steuern der tatsächlichen
Zuweisungszeichenmenge ausgeführt, so
dass eine insgesamt erzeugte Bitmenge, die erzeugt wird, wenn eine
zeitliche Länge
eines Signals, das auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden
kann, gleich zu oder unter einer Bitmenge ist, die auf dem Aufzeichnungsmedium
zur Signalaufzeichnung zur Verfügung
steht.
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Genauer
gesagt, wird – im
Falle des Codierens eines Eingangssignals mit einer konstanten Zuweisungsbitmenge
b_av für
jede Einheitzeit – eine Gesamtheit
B_av von Zuweisungsbitmengen bis zum jetzigen Zeitpunkt mit einer
Gesamtheit B_gen der tatsächlich
erzeugten Codierbitmenge bis zum jetzigen Zeitpunkt verglichen.
Ist ein Wert (B_av – B_gen) positiv,
ist es zulässig,
eine Zuweisungsbitmenge gleich oder über b_av zuzuordnen, um so
das zuvor erwähnte
zu garantieren. Hierbei ist b_av durch die folgende Gleichung gegeben.
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Diese
lautet b_av = T_GOP × BV/T_SEQ, wobei
BV eine Bitmenge ist, die auf einem Signalaufzeichnungsmedium zur
Aufzeichnung von Bewegtbild-Bildern verfügbar ist; T_SEQ ist eine Bewegtbild-Bildsequenz,
die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann;
und T_GOP ist eine Einheitzeitlänge
bzw. -spanne.
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Gemäß einer
Information, die beim Abwandeln en des vorerwähnten Zuweisungszeichenmengen-Referenzwertes
in eine tatsächliche
Zuweisungszeichenmenge verwendet wird, wird das Eingangssignal einer
Vor-Filterverarbeitung unterworfen und wird das verarbeitete Signal
codiert, so dass es möglich
wird, eine Signalcodierungsverschlechterung weniger bemerkbar zu
machen. Genauer gesagt wird dann, wenn die tatsächliche Zuweisungszeichenmenge
unter den Zuweisungszeichenmengen-Referenzwert gedrückt wird, ein Eingabebild einer
Tiefpassfilterverarbeitung unterzogen, so dass es möglich wird,
die Codierungsverschlechterung des Bildes weniger bemerkbar zu machen.
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Wird
das Codieren eines Signals und Aufzeichnen des codierten Signals
auf einem Aufzeichnungsmedium in mehreren Zeitabschnitten durchgeführt, wird
der Wert (B_av – B_gen)
oder ein Wert, der äquivalent
zu dem Wert ist, auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet. So wird
beim nächsten
Mal, wenn ein Signal in einem leeren Bereich des Aufzeichnungsmedium
aufgezeichnet wird, vor der Signalaufzeichnung der Wert (B_av – B_gen)
oder der Wert, der äquivalent
zu dem Wert ist, aus dem Aufzeichnungsmedium ausgelesen. Gemäß dem Wert wird
eine Zuweisungsbitmenge eines Eingangssignals für jede Einheitzeit berechnet.
Dies ermöglicht es,
die Speicherkapazität
des Aufzeichnungsmediums effektiv zu nutzen.
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Weiterhin
wird in dem Falle, dass das Eingangssignal ein Bewegtbild-Bildsignal
ist, die Codierschwierigkeit für
jede vorgegebene zeitliche Länge gemäß einer
bildbezogenen charakteristischen Information des Eingabebildes bestimmt
und das Codieren wird mit einer Zuweisungszeichenmenge ausgeführt, welche
die menschliche sensori sche Charakteristik, basierend auf den bildbezogenen
charakteristischen Informationen, reflektiert.
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In
der bevorzugten Form der Realisierung der Erfindung wird ein Bewegtbild-Bildcodierverfahren,
eine Bewegtbild-Codiereinrichtung und ein Aufzeichnungsmedium für codierte
Signale (welches Daten enthält,
die durch die Codiereinrichtung aufgezeichnet wurden) vorgeschlagen,
die garantieren, dass eine vorgegebene Zeitlänge einer Bewegtbildsequenz
in Echtzeit mit einer variablen Bitrate aufgezeichnet wird, so dass
die insgesamt codierten Bits, die erzeugt wurden, auf einem Aufzeichnungsmedium
enthalten sein können,
welches eine vorgegebene Speicherkapazität hat.
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Die
Erfindung wird nunmehr mittels illustrativer und nicht einschränkender
Beispiele näher
beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen:
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Aufbaus einer Bewegtbild-Codiereinrichtung
zeigt, welche ein vorhergehend vorgeschlagenes variables Bitraten-Codierverfahren vom Zwei-Pfad-
oder Ein-Pfad-Typ einsetzt.
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2 ist
ein Flussdiagramm zur Erklärung der
variablen Bitraten-Codierverarbeitung bei dem vorhergehend vorgeschlagenen
Zwei-Pfad-Verfahren.
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3 ist
ein Flussdiagramm zur Erklärung der
variablen Bitraten-Codierverarbeitung bei dem vorhergehend vorgeschlagenen
Ein-Pfad-Verfahren.
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4 zeigt
eine Auftretenswahrscheinlichkeit h(d) einer Codierschwierigkeit
d eines Bildes pro Einheitzeitlänge
innerhalb einer Referenz-Bewegtbildsequenz und eine Funktion b(d),
die eine Zuweisungsbitmenge b bei einer vorgegebenen Durchschnittsbitrate
für die
Codierschwierigkeit d angibt.
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5 ist
ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel des Aufbaus einer Bewegtbild-Codiereinrichtung
zeigt, die auf einem Bewegtbild-Codierverfahren gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung basiert.
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6 ist
ein Blockdiagramm, welches ein erstes Beispiel des Aufbaus einer
Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 der 5 zeigt.
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7 ist
ein Blockdiagramm, welches ein zweites Beispiel des Aufbaus einer
Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 der 5 zeigt.
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8 ist
ein Flussdiagramm, welches einen Algorithmus zum Abwandeln eines
Zuweisungsbitmengen-Referenzwertes 'b' (der
von einer Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 der 5 zugeführt wird)
in eine tatsächliche
Bitmenge 'bx' zeigt.
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9 ist
ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines Aufbaus einer Bewegtbild-Codiereinrichtung 18 der 5 zeigt.
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10 ist
ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau zum Aufzeichnen eines codierten
Bitstroms auf einer Optical Disk zeigt, die ein Beispiel für ein Signalaufzeichnungsmedium
ist.
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Nachfolgend
richtet sich die Beschreibung anhand bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen auf ein Signalcodierverfahren und eine Signalcodiereinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung sowie ein Aufzeichnungsmedium, welches durch die Codiereinrichtung
aufgezeichnete Daten enthält,
und ein Signalübertragungsverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Hierbei beziehen sich die Erklärungen
in den unten dargestellten Ausführungsformen
auf einen Fall einer Bewegtbild-Bildsignalcodierung zum Codieren
eines Bewegtbild-Bildsignals.
Als erstes wird das Bewegtbild-Codierverfahren und die entsprechende
Einrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 erklärt.
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Als
erstes wird der gesamte Aufbau kurz erklärt. Ein von einem Anschluss 11 zugeführtes Bewegtbild-Bildsignal
S1 wird an eine Bewegungsvektor-Berechnungseinheit 12 herangeführt. Die
Bewegungsvektor-Berechnungseinheit gibt eine Bewegungsvektor-Information
(Bewegungsvektor und dessen Vorhersagerest) des Eingabe- bzw. Eingangs-Bewegtbild-Bildes
aus. Weiterhin werden das Bewegtbild-Bildsignal S1 und die vorerwähnte Bewegungsvektor-Information
einer Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 zugeführt. Die
Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 berechnet eine
Codierschwierigkeit 'd' für jede Einheitzeit
des Eingabebildes S1. Die Codierschwierigkeit 'd' wird
einer Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 zugeführt. Die
Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 berechnet einen
Zuweisungsbitmengen-Referenzwert 'b' zum
Codieren des Eingabebildes für
jede Einheitzeit. Der Zuweisungsbitmengen-Referenzwert 'b' wird einer Steuerungseinheit 15 zugeführt. Die
Steuerungseinheit 15 wandelt den Zuweisungsbitmengen-Referenzwert 'b' in eine tatsächliche Zuweisungsbitmenge 'bx' für die Ausgabe
ab. Weiterhin gibt die Steuerungseinheit 15 auch eine Verarbeitungsinformation
S5 eines Vor-Filters 17 aus. Ein Verzögerungselement 16 verzögert die
Eingabe des Bewegtbild-Bildsignals S1 an den Vor-Filter 17 um
die Einheitzeit, bis zum Abschluss der Verarbeitung für das Eingangssignal
S1 der Einheitzeitlänge
in der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 14, der
Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 und der Steuereinheit 15.
Das vom Verzögerungselement 16 verzögerte Eingabe-Bewegtbild-Bildsignal
S2 wird gemäß der Verarbeitungsinformation
S5 einer Verarbeitung im Vor-Filter 17 unterzogen und ein
verarbeitetes Bildsignal S3 wird ausgegeben. Eine Bewegtbild-Bildcodiereinrichtung 18 codiert
das vorerwähnte
verarbeitete Bildsignal S3 der Einheitzeitlänge so, dass es die Zuweisungsbitmenge 'bx' darstellt. Die Bewegtbild-Bildcodiereinrichtung 18 gibt
einen codierten Bitstrom S6 und eine erzeugte Bitmenge 'gen' für jede Einheitzeit
aus. Der codierte Bitstrom S6 wird von einem Anschluss 19 ausgegeben.
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Als
nächstes
wird ein spezifisches Beispiel der Komponenten des Blockdiagramms
der 5 detailliert erklärt. Die Bewegungsvektor-Berechnungseinheit 12 berechnet
einen Bewegungsvektor auf Basis des von MPEG bekannten Makroblockes (16 × 16 Pixel,
hiernach als MB bezeichnet). Ein Bewegungsvektor wird mittels Musterabgleich
zwischen einem Referenzframe und einem momentanen MB erfasst. Das
heißt,
wie in Gleichung (1) unten gezeigt, es wird eine Summe Ef der Absolutwerte
von Differenzen zwischen einem momentanen MB-Signal A [i, j] und
einem MB-Signal F [x + 1, y + j] erhalten, referenziert durch einen
beliebigen Bewegungsvektor (x, y). Ef = Σ|A[i,
j] – F[x
+ 1, y + j]| (i = 0 bis 15, j = 0 bis 15) (1)
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Die
Bewegungsvektor-Berechnungseinheit 12 geht von Koordinaten
(x, y) aus, was die zuvor erwähnte
Summe Ef als einen Bewegungsvektor des momentanen MBs (Makroblocks)
minimiert, und gibt die Summe Ef als einen Vorhersage-Rest des Bewegungsvektors
aus.
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Die
Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 in 5 berechnet
eine Codierschwierigkeit. Diese ist ein Paramater der Informationsmenge
des Eingabebildes S1 für
jede Einheitzeit, durch den der Grad der Codierverschlechterung
reflektiert wird. Die vorerwähnte
Einheitzeit beträgt
beispielsweise 0.5 Sekunden.
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6 ist
ein Blockdiagramm, welches ein erstes Beispiel eines Aufbaus der
Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 zeigt. Eine
Berechnungseinheit 27 berechnet einen Vorhersage-Rest eines
Bewegungsvektors, d.h. die Gesamtheit D1 der nach der vorerwähnten Gleichung
(1) berechneten Summen Ef für
jede Einheitzeit, und bezieht sodann den Parameter α ein, der
die Codierverschlechterungs-Bemerkbarkeit angibt, um die Codierschwierigkeit
d = D1 × α des Eingangsbildes
für jede
Einheitzeit auszugeben.
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Eine
Bildinformations-Berechnungseinheit 26 berechnet einen
Parameter, der die Ebenheit des Eingabebildes angibt, z.B. einen
Dispersionswert des MB-Signals, als einen Parameter, der die Codierverschlechterungs-Bemerkbarkeit
angibt. Im allgemeinen ist ein Codierrauschen in einem ebenen Bildbereich
für das
menschliche Auge bemerkbar, ist aber in einem komplizierten Bildbereich
nicht einfach unterscheidbar. Basierend hierauf wird der Wert von α kleiner
gemacht, wenn der Bilddispersionswert zunimmt. Im Gegensatz hierzu
wird der Wert von α größer gemacht,
wenn der Bilddispersionswert abnimmt. Es ist anzumerken, dass es
besser ist, eine Gesamtheit der durch die Bildinformations-Berechnungseinheit 26 für jede Einheitzeit
berechneten Dispersionswerte des MB-Signals als den vorerwähnten Wert
D1 zu verwenden, wenn ein Eingabebild innerhalb eines Frames durch
einen Bildcodiermodus (nicht dargestellt) codiert wird (Intra-Codierung).
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7 ist
ein Blockdiagramm, welches ein zweites Beispiel eines Aufbaus der
Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 der 5 zeigt.
Dieses Beispiel verwendet ein Hybrid-Verfahren, bei welchem die
bewegungs-kompensierende Frame-zu-Frame-Vorhersage und die DCT in Kombination
eingesetzt werden. Hierbei wird eine insgesamt erzeugte Bitmenge
D2 für
jede Einheitzeit berechnet, wenn der Quantisierungschritt des Quantisierers
fest ist. Die Gesamtheit D2 wird durch einen Parameter α modifiziert,
der die Codierverschlechterungs-Bemerkbarkeit angibt. Somit wird
die Codierschwierigkeit d = D2 × α des Eingangsbildes
für jede
Einheitzeit ausgegeben. Hierbei ist der Wert α identisch zu dem oben erklärten Wert α.
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Das
Blockdiagramm der 7 wird nachfolgend detailliert
erläutert.
Ein Eingangsbild-MB-Signal wird von einem Anschluss 30 zugeführt. Sein
Bewegungsvektor 31 wird von einem Anschluss 31 zugeführt. Eine
Bewegungskompensationsschaltung 38 verfügt über einen Bildspeicher, aus
dem ein Vorhersage-MB-Signal gemäß dem Bewegungsvektor
ausgelesen wird. Eine Berechnungseinheit 32 führt unter Verwendung
des Eingangs-MB-Signals vom Anschluss 30 als Additionssignal
und des vorerwähnten Vorhersage-MB-Signals
von der vorerwähnten
Bewegungskompensationsschal tung 38 als Subtraktionssignal
eine Addition aus, um so eine Differenz zwischen dem Eingabe-MB-Signal
und dem Vorhersage-MB-Signal zu erhalten. Diese Differenz wird als ein
Vorhersage-Rest-MB-Signal ausgegeben. Es ist anzumerken, dass dann,
wenn ein Bildcodiermodus (nicht dargestellt) die Ausführung einer
Intra-Frame-Codierung
des Eingabebildes spezifiziert, keine Vorhersage ausgeführt wird
und das Eingabe-MB-Signal von der Berechnungseinheit 32 so
ausgegeben wird, wie es ist. Das vorerwähnte Vorhersage-Rest-MB-Signal
(oder das Eingangs-MB-Signal, wenn keine Vorhersage durchgeführt wird)
wird einer DCT-Schaltung 33 zugeführt. Die DCT-Schaltung führt eine
zweidimensionale DCT auf dem vorerwähnten Vorhersage-Rest-MB-Signal durch.
Ein von dieser DCT-Schaltung 33 ausgegebener DCT-Koeffizient wird
in einer Quantisierungsschaltung 34 mit einem vorgegebenen
festen Wert der Schrittgröße quantisiert.
Diese Quantisierungsschaltung 34 gibt ein quantisiertes
Ausgabesignal aus, welches einer Variable-Länge-Codierschaltung 39 und
einer Rückwärts-Quantisierungsschaltung 35 zugeführt wird.
In der Variable-Länge-Codierschaltung 39 wird
das vorerwähnte
quantisierte Ausgabesignal beispielsweise einer Huffman-Codierung
unterworfen. Ein Ausgabesignal dieser Variable-Länge-Codierschaltung 39 wird einem
Erzeugte-Codemenge-Zähler 40 zugeführt, wo
die insgesamt erzeugte Codemenge D2 für jede Einheitzeit berechnet
wird. Auf der anderen Seite wird in der Rückwärts-Quantisierungsschaltung 35 das
vorerwähnte
quantisierte Ausgabesignal einer Rückwärts-Quantisierung gemäß dem in
der Quantisierungsschaltung 34 verwendeten Quantisierungsschritt
unterworfen. Eine Ausgabe der Rückwärts-Quantisierungsschaltung 35 wird
einer Rückwärts-DCT-Schaltung 36 zugeführt, um
einer Rückwärts-DCT-Verarbeitung
zugeführt
zu werden. Das decodierte Vorhersage-Rest-MB-Signal wird einer Berechnungseinheit 37 zugeführt. Dieser
Berechnungseinheit 37 wird auch ein Signal zugeführt, das identisch
zu dem Vorhersage-MB-Signal
ist, welches der vorerwähnten
Berechnungseinheit 32 zugeführt wird. Die Berechnungseinheit 37 addiert
das Vorhersage-MB-Signal zu dem vorerwähnten decodierten Vorhersage-Rest-MB-Signal.
Somit wird ein teilweise decodiertes Bildsignal erhalten. Das teilweise
decodierte Bild wird im Bildspeicher der Bewegungskompensationsschaltung
gespeichert, um als Referenzbild für die nächste Bewegungskompensation
verwendet zu werden.
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Als
nächstes
berechnet die Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 der 5 einen
Zuweisungsbit-Referenzwert 'b' für die Codierschwierigkeit 'd' des Eingangsbildes für die Einheitzeit.
Zum Beispiel besteht bei dem vorerwähnten Variable-Bitrate-Codierverfahren
vom Ein-Pfad-Typ eine Beziehung zwischen der Codierschwierigkeit
für jede
Einheitzeit und der Zuweisungsbitmenge, wenn eine Referenz- Bewegtbild-Bildsequenz
mittels einer variablen Bitratencodierung mit einer vorgegebenen
Durchschnittsbitrate codiert wird. Gemäß dieser Beziehung wird der
Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b für die durch die Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 berechnete
Codierschwierigkeit d ausgegeben. Die in 4 gezeigte
Beziehung ist effektiver, wenn zwischen den Eingangs-Bewegtbild-Bildtypen umgeschaltet
wird, zum Beispiel zwischen einer Filmquelle und einer Kameravideoquelle.
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Die
Steuereinheit 15 der 5 wandelt
den Zuweisungsbitmengen-Referenzwert 'b' der
Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 in eine tatsächliche
Zuweisungsbitmenge 'bx' für die Ausgabe ab.
Die Steuereinheit 15 steuert die tatsächliche Zuweisungsbitmenge 'bx' so, dass eine insgesamt
erzeugte Bitmenge, die beim Codieren einer Bewegtbild-Bildsequenz
mit einer zeitlichen Länge
erzeugt wird, die auf einem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet
werden kann, gleich zu oder kleiner als eine/r Bitmenge ist, die
auf dem Signalaufzeichnungsmedium verfügbar ist, d.h. zur Aufzeichnung
des Bewegtbildes verfügbar
ist.
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Ein
spezifisches Beispiel eines Algorithmus in der Steuereinheit 15 zum
Abwandeln des Zuweisungsbitmengen-Referenzwertes 'b' in die tatsächliche Zuweisungsbitmenge 'bx' wird unter Bezugnahme
auf ein Flussdiagramm der 8 erläutert.
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In
Schritt 100 der 8 wird ein Anfangswert des Wertes
S (= B_av – B_gen)
eingestellt, wobei B_av eine Gesamtheit der Zuweisungsbitmengen
bis zum momentanen Zeitpunkt ist, und zwar beim Codieren eines Eingabe-Bewegtbildes
mit einer konstanten Bitrate R_av. B_gen ist eine Gesamtheit der erzeugten
Bitmengen, die tatsächlich
bis zu dem momentanen Zeitpunkt erzeugt worden sind. Hierbei ist R_av
definiert als R_av = BV/T_SEQ, wobei BV eine Bitmenge ist, die auf
einem Signalaufzeichnungsmedium für das Aufzeichnen eines Bewegtbildes
verfügbar
ist, und wobei T_SEQ eine zeitliche Länge der Bewegtbildsequenz ist,
die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann.
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Beim
Aufzeichnen eines Signals von Beginn an auf einem neuen Aufzeichnungsmedium
wird S = 0 eingestellt, oder, falls ein vorgegebener Umfang des
Spielraums bei der Speicherkapazität des Aufzeichnungsmediums
definiert ist, wird die Spielraummenge als der Anfangswert von S
eingestellt. Alternativ wird beim Aufzeichnen eines Signals in einem leeren
Bereich eines Aufzeichnungsmediums, das bereits benutzt worden ist,
der letzte Wert von S von der vorherigen Signalaufzeichnung (oder
ein zu S äquivalenter
Wert) auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet, damit dieser als
der Anfangswert für die
nunmehrige Signalaufzeichnung ausgelesen werden kann.
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In
Schritt 1-1 wird die Eingabe einer Bewegtbild-Bildsequenz gestartet.
Als nächstes
liest die Steuereinheit 15 in Schritt 102 den
Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b zum Codieren der momentanen Einheitzeitlänge des
Eingangsbildes ein, ein Wert, der von der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 in 5 zugeführt wird.
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Als
nächstes
wird in Schritt 103 der vorerwähnte Zuweisungsbitmengen-Referenzwert
b mit der Durchschnitts-Zuweisungsbitmenge b_av = T_GOP × BV/T_SEQ
verglichen, wobei BV eine Bitmenge ist, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium zur
Aufzeichnung des Bewegtbildes verfügbar ist; T_SEQ ist eine zeitliche
Länge der
Bewegtbildsequenz, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet
werden kann; und T GOP wird durch die Einheitzeitlänge angegeben.
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Wird
der vorerwähnte
Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b größer als die Durchschnitts-Zuweisungsbitmenge
b_av (b > b_av), geht
die Steuerung auf den Schritt 104 über. Wird auf der anderen Seite
der Referenzwert b gleich zu oder kleiner als b_av, geht die Steuerung
auf den Schritt 107 über.
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Wird
in Schritt 104 festgestellt, dass der Wert S größer als
der Wert (b – b_av)
ist, d.h. ist (S ≥ b – b_av),
geht die Steuerung auf den Schritt 105 über. Ist auf der anderen Seite
der Wert S kleiner als der Wert (b – b_av), geht die Steuerung
auf den Schritt 106 über.
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In
Schritt 105 wird die tatsächliche Zuweisungsbitmenge
bx, d.h. der von der Steuereinheit 15 der 5 ausgegebene
Wert auf den vorerwähnten Referenzwert
b eingestellt (bx = b).
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In
Schritt 106 wird die tatsächliche Zuweisungsbitmenge
bx auf den Wert b_av eingestellt (bx = b_av). In Schritt 107 wird
die tatsächliche
Zuweisungsbitmenge bx auf den Wert b eingestellt (bx = b).
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Nach
diesen Schritten 105, 106 und 107 geht die
Steuerung auf den Schritt 108 über. In Schritt 108 wird
die momentane Einheitzeitlänge
des Eingangsbildes durch die Bewegtbild-Codiereinrichtung 18 codiert,
so dass sie die Zuweisungsbitmenge bx aufweist. Nach Abschluss dieser
Codierung wird die tatsächlich
durch die Bewegt bild-Codiereinrichtung 18 erzeugte Codierbitmenge
b_gen ausgegeben, um der Steuereinheit 15 zugeführt zu werden.
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In
Schritt 109 wird der Wert (b_av – b_gen) zu dem vorerwähnten Wert
S addiert. Das heißt,
S = S + (b_av – b_gen).
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In
Schritt 110 wird die Einheitzeitlänge des Eingangsbildes verarbeitet.
Als nächstes
wird in Schritt 111 festgestellt, ob die Eingabe der Bewegtbild-Bildsequenz
abgeschlossen ist, d.h. ob die Endsequenz erreicht ist. Falls ja,
wird die Codierverarbeitung beendet. Andernfalls wird die Steuerung
an den Schritt 102 zurückgegeben,
um die Abfolge der Verarbeitungen zu wiederholen.
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Die
Steuereinheit 15 der 5 führt beispielsweise
eine Verarbeitung gemäß der Prozedur der 8 aus
und spezifiziert die tatsächliche
Zuweisungsbitmenge bx für
die Bewegtbild-Codiereinrichtung 18.
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Das
Verzögerungselement 16 der 5 verzögert die
Eingabe des Eingabe- bzw. Eingangsbildes S1 der Einheitzeitlänge an den
Vor-Filter 16 um eine Einheitzeit. Es ist anzumerken, dass
in dem Falle, in dem die Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 den Aufbau
des Blockdiagramms der 6 aufweist, das Verzögerungselement 16 u.
U. nicht enthalten ist.
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Der
Vor-Filter 17 der 5 unterzieht
gemäß der Verarbeitungsinformation
S5 der Steuereinheit 15 das Eingangsbild S2 adaptiv einer
Tiefpassfilter-Verarbeitung und gibt ein verarbeitetes Bild S3 aus.
Befindet sich die Steuereinheit 15 in dem Zustand des Schrittes 106 des
vorerwähnten
Flussdiagramms der 8 (d.h. die Codierschwierigkeit
des Eingangsbildes der Einheitzeit ist vergleichsweise hoch und
der Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b ist größer als die Durchschnitts-Zuweisungsbitmenge b_av,
aber die tatsächliche
Zuweisungsbitmenge bx wird unter b_av gedrückt), wird die Verarbeitungsinformation
S5 zur Tiefpassfilter-Verarbeitung des Eingangsbildes im Vor-Filter 17 ausgegeben,
so dass die Codierverschlechterung weniger bemerkbar wird. Die Inhalte
der Verarbeitungsinformation S5 sind vorzugsweise solche, dass dann,
wenn der Wert (b – b_av)
zunimmt, die Tiefpassfilter-Verarbeitung
ein schmaleres Durchlassband hat. Befindet sich die Steuereinheit 15 im
Zustand des Schrittes 105 oder Schrittes 107 des
Flussdiagramms der 8, gibt der Vor-Filter 17 das
Bild S2 direkt als Bild S3 aus.
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Es
ist anzumerken, das in dem Blockdiagramm der 5 der Vor-Filter
nicht unverzichtbar ist, aber sein Einsatz ermöglicht eine Verbesserung des
Effektes, die Codierverschlechterung weniger bemerkbar zu machen.
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Die
Bewegtbild-Codiereinrichtung 18 der 5 codiert
das Eingangsbild S3, so dass dieses die Zuweisungsbitmenge bx aufweist. 9 ist
ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines Aufbaus der Bewegtbild-Codiereinrichtung 18 zeigt,
bei dem die meisten der Komponenten identisch zu denen der vorerwähnten Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit
der 7 sind. Sie sind mit identischen Blockziffern
bezeichnet. Es werden diejenigen Komponenten erläutert, die sich von denen der 7 unterscheiden.
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Die
Zuweisungsbitmenge bx wird von einem Anschluss 50 zugeführt und
wird einer Quantisierungsskalierungs-Steuereinheit 51 zugeführt. Eine Variable-Länge-Codiereinrichtung 39 gibt
einen Bitstrom aus, der zum Beispiel auf der Syntax von ISO/IEC
13818-2 basiert (ein MPEG-2-Video). Ein Erzeugte-Zeichenmenge-Zähler 52 zählt eine
von der Variable-Länge-Codiereinrichtung 39 innerhalb der
Einheitzeit ausgegebene Zeichenmenge und führt den Zählerwert S7 der Quantisierungsskalierungs-Steuereinheit 51 zu.
Die Quantisierungsskalierungs-Steuereinheit 51 gibt einen
Quantisierungsschritt S8 an einen Quantisierer 53 aus,
um so zu bewirken, dass die während
der Einheitzeit erzeugte Zeichenmenge S7 gleich zu der Zuweisungsbitmenge
bx wird. Der vorerwähnte
Bitstrom wird einem Zwischenspeicher 54 zugeführt und
wird von einem Anschluss 55 mit einer vorgegebenen Bitrate
ausgelesen. Die während
der Einheitzeit erzeugte Bitmenge b_gen wird von einem Anschluss 56 ausgegeben.
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Der
codierte Bitstrom S6 wird von einem Anschluss 19 in 5 ausgegeben.
Dieser Bitstrom wird auf einem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet
und über
einen Übertragungspfad übertragen.
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10 erläutert ein
Beispiel unter Verwendung einer Optical Disk 85 als Signalaufzeichnungsmedium.
In dieser 10 wird einem Anschluss 80 der
vorerwähnte
Bitstrom S6 zugeführt.
Der Bitstrom S6 wird einem Multiplexer 81 zugeführt. Der
Multiplexer 81 multiplext den Bitstrom S6 mit einem codierten Bitstrom,
wie etwa einem anderen Audiosignal (nicht dargestellt) mittels Zeiteinteilung
(Time Division), so dass sich ein einziger gemultiplexter Bitstrom
ergibt. Diesem gemultiplexten Bitstrom wird durch einen ECC-Codierer 82 ein
Fehlerkorrekturcode (Error Correction Code) hinzugefügt. Der
gemultiplexte Bitstrom wird sodann an eine Modulations schaltung 83 übertragen.
In dieser Modulationsschaltung 83 wird die Ausgabe des
ECC-Codierers 82 einer vorgegebenen Modulationsverarbeitung
unterzogen, wie etwa einer 8-14-Modulation. Eine Ausgabe dieser Modulationsschaltung 83 wird
an einen Aufzeichnungskopf 84 übertragen, so dass das Signal
durch diesen Aufzeichnungskopf auf der Optical Disk 85 aufgezeichnet
wird.
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Es
ist anzumerken, dass in dem Beispiel der 10 das
Signalaufzeichnungsmedium eine Optical Disk ist, aber das von der
die Erfindung verkörpernde
Einrichtung codierte Signal kann auch auf einem Signalaufzeichnungsmedium
aufgezeichnet werden, welches ein bandförmiges Aufzeichnungsmedium
(wie etwa einem Magnetband) oder ein Magnetplattenmedium sein kann,
wie etwa eine Festplatte und eine Diskette und auch eine IC-Karte
und verschiedene Speichereinrichtungen. Darüberhinaus können als Optical Disk verschiedene
Typen von Disks verwendet werden: eine Disk zum Aufzeichnen in Pits
und eine magneto-optische Disk, ebenso auch eine Disk vom phasen-verändernden
Typ und eine Optical Disk vom Organischen-Pigment-Typ, eine optische
Disk zum Aufzeichnen mit einen Ultraviolett-Laserstrahl, eine Optical
Disk mit einer Mehrlagen-Aufzeichnungsschicht und dergleichen.
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Darüberhinaus
ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorerwähnten Ausführungsformen
beschränkt.
Zum Beispiel ist ein verarbeitetes digitales Signal nicht auf ein
Bewegtbild-Videosignal beschränkt,
sondern kann auf ein Audiosignal und dergleichen angewendet werden.
Die vorangehende Offenbarung kann im Geltungsbereich der Erfindung auf
verschiedene Weise modifiziert werden.
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Gemäß der vorangehenden
Offenbarung wird eine Zuweisungszeichenmenge mit einer Codierschwierigkeit
für jede
Einheitzeit verknüpft,
die im voraus von einem generellen Eingangssignal eines Typs, zu
dem ein bestimmtes Eingangssignal gehört, standardisiert wird, um
so eine Codierschwierigkeit des Eingangssignals für jede Einheitzeit
zu bestimmen. Für
die Codierschwierigkeit für
jede Einheitzeit dieses Eingangssignals wird für jede der vorerwähnten verknüpften Einheitzeiten
ein Zuweisungszeichenmengen-Referenzwert bestimmt. Der vorerwähnte Zuweisungszeichenmengen-Referenzwert wird
in eine tatsächliche
Zuweisungszeichenmenge abgewandelt, so dass gemäß dieser tatsächlichen Zuweisungszeichenmenge
das Eingangssignal in jeder Einheitzeit codiert wird, um so codierte
Daten zu erzeugen. Demzufolge ist es möglich, eine Codierung mit einer
optimalen Zuweisungszeichenmenge gemäß der Komplexität eines
Signals in Echtzeit gemäß der Eingabe
des Signals auszuführen.
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Das
vorerwähnte
Beispiel der Abwandlung des Zuweisungszeichenmengen-Referenzwertes in eine
tatsächliche
Zuweisungszeichenmenge dient dazu, dass die insgesamt erzeugte Bitmenge
(die beim Codieren einer zeitlichen Länge eines Signals erzeugt wird,
das auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann) gleich
zu oder kleiner als eine/r Bitmenge ist, die auf dem Aufzeichnungsmedium
zur Signalaufzeichnung verfügbar
ist. Auf diese Weise wird die tatsächliche Zuweisungsbitmenge
gesteuert, was wiederum garantiert, dass eine vorgegebene zeitliche
Länge eines
Signals auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann,
das eine vorgegebene Speicherkapazität hat.
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Wird
zum Beispiel ein Eingangssignal für jede Einheitzeit mit einer
vorgegebenen Zuweisungsbitmenge b_av codiert, wird die Gesamtheit
B_av der Zuweisungsbitmenge bis zum jetzigen Zeitpunkt mit der Gesamtheit
B_gen der tatsächlich
bis zum jetzigen Zeitpunkt erzeugten Codierbitmenge verglichen. Ist
der Wert (B_av – B_gen)
positiv, ist es zulässig, eine
Zuweisungsbitmenge gleich zu oder über dem Wert b_av zuzuordnen.
Hierbei ist b_av wie folgt definiert: b_av = T_GOP × BV/T_SEQ,
wobei BV eine Bitmenge ist, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium
zum Aufzeichnen eines Bewegtbildes verwendet werden kann; T_SEQ
ist eine zeitliche Länge
der Bewegtbild-Bildsequenz, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium
aufgezeichnet werden kann; und T_GOP ist gegeben als eine Einheitzeitlänge. Somit ist
es möglich,
zu garantieren, dass eine vorgegebene zeitliche Länge eines
Signals auf einem Aufzeichnungsmedium mit einer vorgegebenen Speicherkapazität aufgezeichnet
werden kann.
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Das
Eingangssignal wird gemäß der Information,
die beim Abwandeln des vorerwähnten
Zuweisungszeichenmengen-Referenzwertes in eine tatsächliche
Zuweisungsmenge verwendet wird, einer Vor-Filter-Verarbeitung unterzogen
und das verarbeitete Signal wird codiert, wodurch es ermöglicht wird,
dass die Signalcodierungsverschlechterung weniger bemerkbar ist.
Genauer gesagt, wird beim Drücken
der vorerwähnten
tatsächlichen
Zuweisungsmenge unter den Zuweisungszeichenmengen-Referenzwert das
Eingangsbild einer Tiefpassfilter-Verarbeitung unterzogen, wodurch
es ermöglicht wird,
dass die Bildcodierungsverschlechterung weniger bemerkbar wird.
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Beim
Ausführen
einer Signalcodierung und Aufzeichnung des codierten Signals auf
einem Aufzeichnungsmedium in mehreren Zeitabschnitten wird der vorerwähnte Wert
(B_av – B_gen)
oder ein hierzu äquivalenter
Wert auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet. So wird beim nächsten Mal,
wenn ein Signal in einem leeren Bereich des Aufzeichnungsmedium
aufgezeichnet wird, vor der Signalaufzeichnung der Wert (B_av – B_gen)
oder der hierzu äquivalente
Wert aus dem Aufzeichnungsmedium ausgelesen. Gemäß diesem Wert wird die Zuweisungsbitmenge
des Eingangssignals für
jede Einheitzeit berechnet. Dies ermöglicht es, die Speicherkapazität des Aufzeichnungsmediums
effektiv zu nutzen.
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Weiterhin
wird dann, wenn das vorerwähnte Eingangssignal
ein Bewegtbild-Bildsignal
ist, die vorerwähnte
Codierschwierigkeit des Eingabebildes gemäß der bildbezogenen charakteristischen
Information für
jede vorgegebene Zeitspanne bestimmt, so dass das Codieren mit einer
Zuweisungszeichenmenge ausgeführt
wird, welche die menschliche sensorische Charakteristik, basierend
auf den bildbezogenen charakteristischen Informationen, reflektiert. Somit
wird die Realisierung einer hocheffizienten Bewegtbild-Bildcodierung
ermöglicht.