DE69835801T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Kompressionskodierung von Bildsignalen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Kompressionskodierung von Bildsignalen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein progressives Bildsignal-Kompressionscodierverfahren und eine zugehörige Vorrichtung und insbesondere auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Kompressionscodieren eines Einzelbildes, das in Halbbilder, bei denen jedes Halbbild unter Verwendung von Daten verarbeitet wird, die lediglich von ihm stammen, und Halbbilder geteilt ist, bei dem jedes Halbbild unter Verwendung einer Differenzkomponente zwischen zwei Halbbildern innerhalb eines Einzelbilder verarbeitet wird.
  • Ein herkömmliches Bildsignal-Kompressionscodierverfahren wird unter Verwendung von Einzelbildern als Basiseinheiten ausgeführt, d.h. Intra- (I) Einzelbildern, bei denen jedes Einzelbild unter Verwendung von Informationen kompressionscodiert wird, die lediglich von ihm selbst stammen, Prädiktions- (P-) Einzelbildern, bei denen eine Differenzkomponente, die aus den vorausgehenden I- oder P-Einzelbildern erfasst wird, die dem vorliegenden Einzelbild zeitlich vorausgehen, kompressionscodiert wird und Bidirektionalprädiktions- (B-) Einzelbildern, bei denen eine Differenzkomponente, die aus den vorausgehenden I- oder P-Bildern oder den folgenden I- oder P-Bildern erfasst wird, kompressionscodiert wird.
  • Wie es oben beschrieben wurde, werden beim herkömmlichen Bildsignal-Kompressionscodierverfahren Ausgangsdaten unter Verwendung der Zwischeneinzelbild-Informationen ausgebildet, wobei Einzelbilder als Basiseinheiten verwendet werden. Obwohl ein derartiges Kompressionscodierverfahren bei der Ausbildung des Ausgangsdaten unter Verwendung der Zwischeneinzelbilddaten-Informationen geeignet ist, können die Intra-Einzelbilddaten-Informationen nicht verwendet werden.
  • ISO/IEC CD 13818, "Information technology – Generic coding of moving pictures and associated audio information – Part 2: Video" vom 1. Dezember 1993 bezieht sich auf die codierte Darstellung von Videodaten und den Decodiervorgang, der erforderlich ist, um die Bilder wiederherzustellen. Es wird angenommen, dass bei progressiven Bildsequenzen eine Sequenz aus einer Abfolge von Einzelbildern besteht, die zeitlich durch eine Einzelbildperiode getrennt sind, wobei jedes Bild der Sequenz ein Einzelbild-Bild ist. Es wird weiter davon ausgegangen, dass verschachtelte Bildsequenzen aus einer Abfolge von Halbbildern bestehen, die durch eine Halbbildperiode zeitlich getrennt sind, wobei die beiden Halbbilder eines Einzelbildes unabhängig voneinander codiert sein können (Halbbild-Bilder) oder zusammen als ein Einzelbild codiert sein können (Einzelbild-Bilder). Wenn das erste Halbbild des Einzelbildes als I-Bild codiert ist, kann das zweite Halbbild des Einzelbildes entweder als I-Bild oder als P-Bild codiert sein.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Kompressionscodieren eines eingegebenen progressiven Bildsignals anzugeben, das aus Einzelbildern besteht.
  • Das Ziel wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bildsignal-Kompressionscodierverfahren zum Codieren eines Halbbildes durch Codieren von Daten lediglich aus diesem Halbbild und Codieren des anderen Halbbildes durch Codieren einer Differenzkomponente zwischen zwei Halbbildern innerhalb eines Einzelbildes anzugeben.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildsignal-Kompressionscodiervorrichtung zum Codieren eines Halbbildes durch Codieren von Daten lediglich aus diesem Halbbild und Codieren des anderen Halbbildes durch Codieren einer Differenzkomponente zwischen zwei Halbbildern innerhalb eines Einzelbildes anzugeben.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Bildsignal-Kompressionscodierverfahren angegeben, enthaltend die Schritte (a) der Kompressionscodierung eines Halbbildes eines eingegebenen progressiven Bildsignals, das aus Einzelbildern besteht, unter Verwendung von Daten lediglich aus diesem Halbbild und (b) der Kompressionscodierung des anderen Halbbildes unter Verwendung von Differenzdaten zwischen dem vorangehenden Halbbild und diesem Halbbild.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Bildsignal-Kompressionscodiervorrichtung angegeben, enthaltend eine Vorverarbeitungseinrichtung zum Ausgeben von Daten eines Halbbildes eines eingegebenen progressiven Bildsignals, das aus Einzelbildern besteht, in unveränderter Form und Ausgeben des anderen Halbbildes als Differenzdaten zwischen diesem Halbbild und dem vorausgehenden Halbbild und eine Codiereinrichtung zum Erzeugen codierter Daten durch Ausführen einer Kompressionscodierung an der Ausgabe der Vorverarbeitungseinrichtung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben beschriebenen Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
  • 1 ist ein Blockschaltbild einer Bildsignal-Kompressionscodiereinrichtung in Gestalt einer allgemeinen digitalen Video-Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung;
  • 2 zeigt den Umfang von Ausgangsdaten der Bildsignal-Kompressionscodiereinrichtung aus 1;
  • 3 ist ein Blockschaltbild einer Bildsignal-Kompressionscodiereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 zeigt den Umfang von Ausgangsdaten der Bildsignal-Kompressionscodiereinrichtung aus 3; und
  • 5A sowie 5B stellen das Format von Daten dar, die in die Bildsignal-Kompressionscodiereinrichtung aus 3 eingegeben werden.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im folgenden werden ein Bildsignal-Kompressionscodierverfahren und eine zugehörige Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Wird ein Kompressionscodierverfahren tatsächlich bei einer digitalen Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung angewendet, werden P-Einzelbilder und B-Einzelbilder, bei denen Bewegungsvektoren zwischen Einzelbildern benutzt werden, nicht verwendet, wobei in vielen Fällen auf die Zweckmäßigkeit der Signalverarbeitung und des Trick-Play Rücksicht genommen wird, und finden normalerweise lediglich 1-Einzelbilder auf der Basis eines Einzelbildes Verwendung. 1 ist ein Blockschaltbild einer Bildsignal-Kompressionscodiereinrichtung in Gestalt einer allgemeinen digitalen Video-Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung.
  • Wenn in 1 ein progressives Bildsignal, das aus Einzelbildern besteht, einer diskreten Kosinuns-Transformations- (DCT-) Verarbeitungseinrichtung 102 zugeführt wird, verarbeitet die DCT-Verarbeitungseinrichtung 102 das progressive Bildsignal in Einheiten von DCT-Blöcken (8 Pixel × 8 Zeilen) durch DCT und führt die DCT-Koeffizienten einer Frequenzdomäne einer Quantisiereinrichtung 104 zu.
  • Die Quantisiereinrichtung 104 quantisiert und komprimiert die DCT-Koeffizienten gemäß einer Quantisierschrittgröße, die durch eine fixierte Bitrate für jedes Einzelbild eingestellt ist und von einem Bitraten-Controller 110 ausgegeben wird. Eine Codiereinrichtung mit variabler Länge (VLC) 106 codiert die quantisierten Koeffizienten, die von der Quantisiereinrichtung 104 zugeführt werden mit variabler Länge, wobei die mit variabler Länge codierten Daten vorübergehend in einem Puffer 108 gespeichert werden.
  • 2 zeigt den Umfang von Ausgangsdaten der Kompressionscodiereinrichtung aus 1. Die Bitraten sind in Einheiten von Einzelbildern fixiert. Wenn das einzelbildbasierte Verarbeitungsergebnis auf eine vorbestimmte Größe fixiert ist, betragen somit die Daten eines Halbbildes die Hälfte eines Einzelbildes.
  • Somit werden bei der herkömmlichen Kompressionscodiereinrichtung, bei der Zwischen-Einzelbilddaten-Informationen auf der Basis eines Bewegungsvektors verwendet werden, und der allgemeinen Kompressionscodiereinrichtung aus 1 Intra-Einzelbilddaten-Informationen überhaupt nicht verwendet.
  • 3 ist ein Blockschaltbild einer Bildsignal-Kompressionscodiereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Kompressionscodierung unter Verwendung einer Korrelation von Daten zwischen Halbbildern innerhalb eines Einzelbildes ausgeführt wird. In 3 wird ein progressives Bildsignal, das aus Einzelbildern besteht in Halbbildeinheiten eingegeben und Halbbilddaten gleichzeitig einem Halbbildspeicher 202 sowie einem Eingangsanschluss einer Wähleinrichtung 206 zugeführt.
  • Eine Subtrahiereinrichtung 204 subtrahiert die vorausgehenden Halbbilddaten, die im Halbbildspeicher 202 gespeichert sind, von eingegebenen Halbbilddaten und führt eine Differenzkomponente einem zweiten Eingangsanschluss der Wähleinrichtung 206 zu.
  • Gemäß dem Halbbild-Unterscheidungssignal wählt für den Fall eines Halbbildes (z.B. eines ersten Halbbildes oder eines ungeraden Halbbildes) eines Einzelbildes die Wähleinrichtung 206 Daten eines Halbbildes, das derzeit dem ersten Eingangsanschluss zugeführt wird, und führt die gewählten Daten der DCT-Verarbeitungseinrichtung 208 zu, um eine Kompressionscodierung auszuführen. Diese ist dieselbe wie die Kompressionscodierung, die von der Kompressionscodiereinrichtung aus 1 ausgeführt wird, mit der Ausnahme, dass die Verarbeitungseinheit nicht ein Einzelbild sondern ein Halbbild ist.
  • Zudem führt gemäß dem Halbbild-Unterscheidungssignal für den Fall anderer Halbbilder (z.B. ein zweites Halbbild oder ein gerades Halbbild) eines Einzelbil des die Wähleinrichtung 206 eine Differenzkomponente zwischen zwei Halbbildern innerhalb eines Einzelbildes der DCT-Verarbeitungseinrichtung 208 zu, um eine Kompressionscodierung nur an der Differenzkomponente auszuführen.
  • Mit anderen Worten verarbeitet die DCT-Verarbeitungseinrichtung 208 die Daten, die durch die Wähleinrichtung 206 gewählt werden, mit DCT und führte DCT-Koeffizienten einer Frequenzdomäne einer Quantisiereinrichtung 210 zu. Die Quantisiereinrichtung 210 quantisiert und komprimiert die DCT-Koeffizienten gemäß einer Quantisierschrittgröße, die durch eine fixierte Bitrate für jedes Einzelbild eingestellt ist und von einem Bitraten-Controller 216 ausgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Quantisierschrittgröße, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kleiner als jene, die bei der Kompressionscodiereinrichtung Verwendung findet, die in 1 dargestellt ist, wenn die fixierte Bitrate für jedes Einzelbild dieselbe ist, wie jene der Kompressionscodiereinrichtung aus 1. Somit kann bei der vorliegenden Erfindung ein größerer Umfang codierter Daten einem Halbbild zugemessen werden als für den Fall der einzelbildbasierten Kompressionscodierung.
  • Eine Codiereinrichtung 212 mit variabler Länge codiert die quantisierten Koeffizienten, die von der Quantisiereinrichtung 210 zugeführt werden, mit variabler Länge, wobei die codierten Daten mit variabler Länge vorübergehend in einem Puffer 214 gespeichert werden. Ein Bitraten-Controller 216 stellt die Quantisierschrittgröße derart ein, dass die Bitrate der Daten, die im Puffer 214 gespeichert sind, nicht die fixierte Bitrate für jedes Einzelbild überschreitet.
  • Hier können der Halbbildspeicher 202, die Subtraktionseinrichtung 204 und die Wähleinrichtung 206 als Vorverarbeitungseinrichtung bezeichnet werden. Zudem können die anderen Blöcke, die in 3 gezeigt sind und die DCT-Verarbeitungseinrichtung bis zum Bitraten-Controller 208 bis 216 und dergleichen beinhalten, als Codiereinrichtung bezeichnet werden, die hier nur als veranschaulichende Ausführungsform beschrieben ist, da zahlreiche andere Anwendungen möglich sind.
  • Unter der Bedingung, dass der Gesamtumfang der Ausgangsdaten eines Einzelbildes, das durch den Aufbau aus 3 kompressionscodiert ist, derselbe ist, wie jener eines Einzelbildes aus 2, kann zudem gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Daten der Halbbilder, in denen lediglich Differenzkomponenten zwischen den Halbbildern kompressionscodiert werden, gering sind, eine große Menge von Bits, die in einem weiteren Halbbild verarbeitet werden, bezogen werden. Somit können mehr Eingabedaten verarbeitet werden als beim herkömmlichen Stand der Technik, was zu einer besseren Bildqualität führt.
  • Mit anderen Worten ist, wie in 4 gezeigt, die Bitmenge des Halbbildes, in dem lediglich seine eigenen Daten verarbeitet werden (gekennzeichnet durch I-Halbbilddaten), größer als jene des Halbbildes, in dem eine Zwischen-Halbbild-Differenzkomponente verarbeitet wird (gekennzeichnet durch P-Halbbilddaten).
  • 5A und 5B zeigen das Format von Daten, die in die Bildsignal-Kompressionscodiereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingegeben werden. 5A zeigt das Bild, das aus Einzelbildern besteht, und 5B zeigt das Format der eingegebenen Daten, die in Halbbilder geteilt sind.
  • Gemäß dem Bildsignal-Kompressionscodierverfahren der vorliegenden Erfindung wird, sofern ein progressives Bildsignal, das aus Einzelbildern besteht, in Einheiten von Halbbildern eingegeben wird, das eingegebene Signal derart kompressionscodiert, dass ein Halbbild ausschließlich unter Verwendung seiner eigenen Daten kompressionscodiert wird, wobei das andere Halbbild unter Verwendung von Differentialdaten zwischen dem vorangehenden Halbbild und dem vorliegenden Halbbild (ohne Berücksichtigung eines Bewegungsvektors) auf der Basis der Eigenschaften des eingegebenen progressiven Bildsignals kompressionscodiert wird, das aus Einzelbildern besteht. Auf diese Weise kann der Umfang von Ausgangsdaten des anderen Halbbildes beträchtlich verringert werden, so dass der Umfang von Ausgangsdaten eines Halbbildes zunimmt.
  • Wie es oben beschrieben wurde wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Kompressionscodierung in Einheiten von Halbbildern derart ausgeführt, dass ein Halbbild ausschließlich unter Verwendung von Daten aus diesem Halbbild kom pressionscodiert wird, wobei das andere Halbbild unter Verwendung von Differenzdaten zwischen zwei Halbbildern innerhalb eines Einzelbildes kompressionscodiert wird, wodurch ein Bildsignal mit hoher Auflösung verarbeitet werden kann.

Claims (9)

  1. Bildsignal-Kompressionscodierverfahren zum Kompressionscodieren eines eingegebenen progressiven Bildsignals, das aus Einzelbildern besteht, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Teilen jedes der Einzelbilder in zwei verschachtelte Halbbilder der gleichen Größe; b) Kompressionscodieren eines der zwei Halbbilder unter Verwendung von Daten lediglich aus dem einen Halbbild; und c) Kompressionscodieren des anderen der zwei Halbbilder unter Verwendung von Differenzdaten zwischen dem einen Halbbild und dem anderen Halbbild des gleichen Einzelbildes.
  2. Bildsignal-Kompressionscodierverfahren nach Anspruch 1, wobei die Differenzdaten mit den folgenden Schritten gewonnen werden: Zuführen verzögerter Halbbilddaten, die durch Verzögern des einen Halbbildes gewonnen werden; und Erfassen von Differenzdaten zwischen den verzögerten Halbbilddaten und den anderen Halbbilddaten.
  3. Bildsignal-Kompressionscodierverfahren nach Anspruch 2, das des Weiteren den Schritt des Zuführens von Daten, die abwechselnd aus den Daten des einen Halbbildes und den Differenzdaten ausgewählt werden, entsprechend einem Halbbild-Unterscheidungssignal umfasst.
  4. Bildsignal-Kompressionscodierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kompressionscodieren unter Verwendung eines vorgegebenen Kompressionscodier-Algorithmus durchgeführt wird.
  5. Bildsignal-Kompressionscodierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das eine Halbbild der zwei Halbbilder ein ungeradzahliges Halbbild ist und das andere Halbbild der zwei Halbbilder ein geradzahliges Halbbild ist.
  6. Bildsignal-Kompressionscodiervorrichtung zum Kompressionscodieren eines eingegebenen progressiven Bildsignals, das aus Einzelbildern besteht, die eine Codiereinrichtung zum Erzeugen codierter Daten durch Durchführen von Kompressionscodierung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren umfasst: eine Teileinrichtung, die jedes Einzelbild des eingegebenen progressiven Bildsignals in zwei verschachtelte Halbbilder der gleichen Größe teilt; und eine Vorverarbeitungseinrichtung, die an die Codiereinrichtung Daten eines der zwei Halbbilder unverändert ausgibt und an die Codiereinrichtung das andere der zwei Halbbilder als Differenzdaten zwischen dem einen Halbbild und dem anderen Halbbild des gleichen Einzelbildes ausgibt.
  7. Bildsignal-Kompressionscodiervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorverarbeitungseinrichtung umfasst: einen Halbbild-Speicher (202) zum Zuführen verzögerter Halbbilddaten, die durch Verzögern eines der zwei Halbbilder gewonnen werden; eine Erfassungseinrichtung (204) zum Erfassen von Differenzdaten zwischen dem anderen der zwei Halbbilder und den verzögerten Halbbilddaten; und eine Auswähleinrichtung (206), die entsprechend einem Halbbild-Unterscheidungssignal selektiv entweder unverändert die Daten des einen Halbbildes oder die Differenzdaten ausgibt.
  8. Bildsignal-Kompressionscodiervorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, wobei die Codiereinrichtung umfasst: eine diskrete Kosinus-Transformations-Verarbeitungseinrichtung (208) zur diskreten Kosinus-Transformationsverarbeitung der von der Vorverarbeitungseinrichtung ausgegebenen Daten und zum Ausgeben diskreter Kosinus-Transfonnations-Koeffizienten; eine Quantisiereinrichtung (210) zum Quantisieren der diskreten Kosinus-Transformations-Koeffizienten entsprechend einer Quantisierungsschrittgröße und zum Ausgeben quantisierter Daten; eine Codiereinrichtung (212) mit variabler Länge zum Codieren der quantisierten Daten mit variabler Länge und zum Ausgeben mit variabler Länge codierter Daten; und eine Bitraten-Steuereinrichtung (216) zum Regulieren der Quantisierungsschrittgröße, um so die Bitrate der mit variabler Länge codierten Daten so zu steuern, dass sie sich einer Soll-Bitrate nähert, die für jedes Einzelbild festgelegt ist.
  9. Bildsignal-Kompressionscodiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das eine Halbbild der zwei Halbbilder ein ungeradzahliges Halbbild ist und das andere Halbbild der zwei Halbbilder ein geradzahliges Halbbild ist.
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