EP2617198A1 - Kompression und dekompression von referenzbildern in einem videokoder - Google Patents

Kompression und dekompression von referenzbildern in einem videokoder

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EP2617198A1
EP2617198A1 EP12705230.6A EP12705230A EP2617198A1 EP 2617198 A1 EP2617198 A1 EP 2617198A1 EP 12705230 A EP12705230 A EP 12705230A EP 2617198 A1 EP2617198 A1 EP 2617198A1
Authority
EP
European Patent Office
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image data
image
compression
filter
decompression
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12705230.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Agthe
Robert Kutka
Peter Amon
Gero BÄSE
Andreas Hutter
Norbert Oertel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP12705230.6A priority Critical patent/EP2617198A1/de
Publication of EP2617198A1 publication Critical patent/EP2617198A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04N19/428—Recompression, e.g. by spatial or temporal decimation
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    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/46—Embedding additional information in the video signal during the compression process

Definitions

  • the invention relates to methods and apparatus for transforming first image data.
  • HDTV and future systems use digital compression information model to compress a series of video images such that they can be transferred for example via the Internet or via mobile radio channels. Due to the enlargement of the image formats, however, a computing power required for compressing the sequence of video data and the memory requirement thereby required increase considerably. One consequence of this is that even a data transfer between memory and arithmetic units, which realize the compression method, increases considerably.
  • JCT-VC Joint Colloborative Team on Video Coding
  • ISO / IEC ISO / IEC
  • FIG. 1 shows a known device for compressing a sequence of images with a reference image memory SRB.
  • images are coded by means of predictive coding, also known as INTER coding mode.
  • One of the images is decomposed into image blocks BB, for example with 16 ⁇ 16 pixels, and then coded block by frame. Then one of the image blocks, a reference image block RBB is searched for in a reference image REF, which guarantees ⁇ provides a good basis for an estimate of an image content of the image block.
  • the image block of a motion estimation unit ME is passed, comprising using a reference partial image REFT, the parts of the reference image REF after a image decompression by an image decompression unit PC, selects the Refe ⁇ ence image block from the reference frame and the chosen from ⁇ reference image block by a motion vector MV to a motion compensation unit MC signals.
  • the motion compensation unit provides the reference picture block based on the reference picture and the motion vector.
  • a difference image block BD is generated by subtracting the reference image block RBB from the image block BB.
  • the difference image block is subsequently subjected to a transformation in a transformation unit T, for example according to a discrete cosine transformation method.
  • Transformation coefficients TK are available at the output of the transformation unit, which are subsequently supplied to a quantization unit Q for quantization.
  • Quantized transformation coefficients TQ are available at the output of the quantization unit, which are converted into an output signal AS by an entropy coding performed by an entropy coding unit EC.
  • the quantized transformation coefficients TQ are determined by means of an inverse quantization.
  • control via an inverse quantization unit IQ performs in rekon ⁇ struette transform coefficients TKR.
  • These reconstructed transformation coefficients TKR are transformed by inverse transformation of an inverse transformation unit IT into a reconstructed difference image block BDR.
  • a reconstructed image block RBM is generated by adding the reconstructed difference image block BDR and the reference image block RBB.
  • the reconstructed image block is written directly into the reference image memory.
  • FIG. 2 shows a decoder corresponding to the encoder shown in FIG.
  • the output signal AS is decoded into quantized transformation coefficients TQ by means of an entropy decoding unit ED.
  • the quantum tarraen transform coefficients by means of inverse transformation unit IQ are inverse quantized in reconstructed transform coefficients ⁇ TKR.
  • IQ inverse quantized in reconstructed transform coefficients
  • the decoder also transmits, inter alia, the respective motion vector MV. From this, the decoder can use the reference partial image REFT by the motion compensation unit MC to determine the reference image block RBB, which is transferred by addition to the reconstructed differential image block into the reconstructed image block RBM.
  • the reconstructed image block RBM can be reproduced on a display, for example.
  • the reconstructed picture block RBM is subsequently transferred by means of compression by the image compression unit PC in the compressed reconstructed image block RBC, which is then stored in the Refe rence ⁇ image memory SRB.
  • the reconstructed in the reference image memory ⁇ stored compressed picture blocks can be decompressed by the image decompression unit in the PD Refe rence ⁇ field.
  • Document [1] describes a lossless image compression method / image decompression method in which, after a floating point DCT (DCT) transformation and a scanning of coefficients arranged two-dimensionally after the transformation, bit plane coding is performed in a one-dimensional representation.
  • DCT floating point DCT
  • a memory access bandwidth reduction technique is proposed.
  • a DC prediction and an entropy coding for the image compression unit PC or inverse step to it are proposed for the image decompression unit PD.
  • the invention relates to a method for transforming first image data that are stored in compressed form in a reference image memory by an image compression unit and decompressed at retrieval from the reference image memory into second image data by an image decompression unit, wherein the image data is transformed in such a way by means of a Kompressionsfil ⁇ ters before compression, that an increase in a compression rate of the image compression unit is generated.
  • the image compression unit In existing coding methods, the image compression unit often works without loss.
  • the Kom ⁇ pressionsfilters By applying the Kom ⁇ pressionsfilters a loss of image detail can be controlled by the image compression unit through a filter parameters of compression filter without interaction. It is also advantageous that an embodiment of the compression filter is individually adaptable to the properties of the image compression unit.
  • the compression filter is generated at least in response to one of the following parameters: a coding mode used for coding the first image data;
  • An improved compression can be achieved by controlling the compression filter as a function of at least one of the parameters mentioned above, since the control of the compression filter can be controlled specific characteristics of the first image ⁇ data, such as a specific coding mode, a used quantization parameter or an inserted motion vector, ,
  • the compression filter in the form of a subband filter, in particular ⁇ re with a suppression of quantization noise, which is included due to quantization in the first image data generated.
  • the determination of the Kompressionsfil ⁇ ters of a series of several options made such that one filter is selected, the function of an error optimized at a predetermined data rate of the first image data, that is, to minimize the error by the Comp ⁇ rim ist means of the compression error in fixed ra ⁇ te.
  • the compression filter is selected which achieves very good image quality at a predefinable data rate.
  • this development is that while maintaining quality one filter is selected which produces a lowest data rate ⁇ .
  • the second image data are generated in such a way that after decompression has been performed by the decompression unit, decoded image data are subjected to a decompression filter, whereby steps are performed inversely to the compression filter by the decompression filter.
  • the second image data can be generated such that a Dekompressionsfilter be subjected to after performing the decompression by the image decompression unit de ⁇ coded pictures, the compression filter and the Dekompressionsfilter perform at least one of the following operations:
  • a first number of pixels of the first image data is reduced by the compression filter, and a second number of pixels of the second image data is increased by the decompression filter such that the first number and the second number assume an identical value;
  • the invention also relates to apparatus for transforming first image data, stored in compressed form in a reference image memory by an image compression unit and from ⁇ call from the reference image memory in the second image data by an image decompression unit is decompressed, the apparatus comprising a compression filter for transforming the image data, the pression the first image data prior to Kom transformed such that an increase Kom ⁇ pressionsrate is generated in the image compression unit a.
  • the device is supplemented with a decompression filter for generating the second image data in such a way that after the decompression has been performed by the image decompression unit, decoded image data are subjected to the decompression filter, the decompression filter operating inversely to the compression filter.
  • a decompression filter for generating the second image data in such a way that after the decompression has been performed by the image decompression unit, decoded image data are subjected to the decompression filter, the decompression filter operating inversely to the compression filter.
  • Figure 1 is a well-known from the prior art encoder for
  • Figure 2 is a known from the prior art decoder for
  • Figure 3 is a first modified encoder illustrating a first variant of the invention
  • Figure 4 is a first modified decoder which illustrates the first variant of the invention
  • FIG. 5 shows a second encoder, which represents a second variant of the invention
  • FIG. 6 shows a second decoder, which represents the second variant of the invention.
  • Figures 1 and 2 show a use of an image compression unit PC and a picture decompression unit PD according to the prior art. Figures 1 and 2 have been explained in detail in the introduction, so that reference is made to the statements in the introduction at this point.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a procedural ⁇ ren for transforming, wherein Figure 3 also represents a device DEV for performing this method.
  • FIG. 3 differs from FIG. 1 in that immediately before the image compression unit PC, a compression filter CF is integrated in the signal processing chain.
  • the rekon ⁇ struATOR image block RBM also referred to as the first image data is supplied to the compression filter CF used to transform or filtering.
  • the first image data RBM gene before modified first image data RBMX is below thessenkompres- sion unit PC for compressing the modified first
  • FIG. 4 shows the use of the invention by way of example on a decoder or in the context of a decoding method, the structure according to FIG. 4 being identical to the structure according to FIG. 2 except for one change.
  • FIG. 2 shows the use of the invention by way of example on a decoder or in the context of a decoding method, the structure according to FIG. 4 being identical to the structure according to FIG. 2 except for one change.
  • FIG. 2 shows the structure according to FIG. 4 being identical to the structure according to FIG. 2 except for one change.
  • the compression filter CF is connected upstream in the feedback loop directly in front of the image compression unit PC into the signal processing.
  • Modified first image data RBMX be by use of the compression filter of the first Schemeda ⁇ th RBM CF.
  • the compression filter CF shown in each case is the same in both embodiments.
  • the compression filter CF is equipped in such a way that the latter transforms the first image data before compression by means of the image compression unit in such a way that an increase in a compression rate can be generated in the subsequent processing step of the image compression unit.
  • the compression filter CF which ⁇ ser is configured such that image details are controlled by a filter ⁇ parameters of compression filter can be reduced.
  • the compression filter may be in the form of a low-pass filter in which the cutoff frequency is adjustable by means of the filtering parameter and the high frequency by its Fil ⁇ ter characterizing play in the first image data to filter out. By filtering out the high-frequency image portions, the image compression unit is capable of compressing the modified first image data at a higher compression rate than the prior art.
  • the compression filter CF is designed in the form of a subband filter, which carries out the transformation of the first image data, in particular with a suppression of quantization noise, which is contained in the first image data due to quantization.
  • a subband filter which carries out the transformation of the first image data, in particular with a suppression of quantization noise, which is contained in the first image data due to quantization.
  • an on ⁇ number of pixels of the first image data and the modified first image data is identical, may, as will now be set forth in Figures 5 and 6, a size reduction, the That is, a reduction of a number of pixels by the compression filter is caused.
  • Figure 5 shows this in the feedback loop a signal processing of the first image data RBM means of the compression filter CF, the image compression unit and the PC Abspei ⁇ assurance in the reference picture memory SRB as already explained in detail in FIG. 3 Contrast to Figure 3, now that at visits to the second image data first a respective ger compressed reconstructed image block RBC read out from the reference image memory, through thessendekompressionsein- integrated PD in modified second image data RBCY, inverse Trans ⁇ formation of the modified second image data in the reference field REFT through a decompression filter DF.
  • the compression filter CF reduces Rudgrö ⁇ SSE of 100 x 100 pixels of the first image data in an image size of 50 x 50 pixels of the modified first image data. This pixel reduction is performed, for example, by a 2x2 filter which takes an amplitude value of each of the four points considered with a weight of
  • FIG. 6 shows the variant of the invention according to FIG. 5 with reference to a decoder.
  • the mode of operation of the variant is analogous to the embodiments according to FIG. 5.
  • the amplitude values of the pixels are reduced, for example by quantization, or increased, for example by inverse quantization.
  • the compression filter and optionally the decompression filter can be present in a multiplicity of design variants. For example, 5 low-pass filters with different cut-off frequencies may be available for selection.
  • a compression rate vs. Image quality ⁇ tiquesszel results by the respective compression filter and the image compression unit. For this, the corresponding cost value by means of a cost function, it averages ⁇ for each variant. After the cost values for all variants of the compression filter are available, the variant that achieves the lowest cost value is selected.
  • JCTVC-B103 "Reference frame compression using image coder"
  • ISO / IEC Document JCTVC-Bl 03, 2nd Meeting: Geneva, CH, 21-27 July, 2010, by Chong Soon Lim
  • JCTVC-B089 "Compressed Reference Frame Buffers (CRFB)"
  • ISO / IEC Document JCTVC-B089, 2nd Meeting: Geneva, CH, 21-28 July, 2010, by Mehmet Umut Demircin et al
  • JCTVC-B090 "ALF memory compression and IBDI / ALF coding efficiency test results in TMuC-0.1", JSO / IEC, Document: JCTVC-B090, Author: Madhukar Budagavi
  • JCTVC-B057 "DPCM-based memory compression", ISO / IEC

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Transformieren von Bilddaten, die vor Kompression und Speicherung in einem Referenzbildspeicher durch ein Kompressionsfilter transformiert werden. In einer Erweiterung findet beim Auslesen und Dekomprimieren von Bilddaten aus dem Referenzspeicher eine zum Kompressionsfilter inverse Transformation durch ein Dekompressionsfilter statt. Die Erfindung ist für Bildkompressionsverfahren und Bilddekompressionsverfahren einsetzbar, die Referenzbildspeicher einsetzen.

Description

Beschreibung
KOMPRESSION UND DEKOMPRESSION VON REFERENZBILDERN
IN EINEM VIDEOKODER
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Transformieren von ersten Bilddaten.
In den vergangenen Jahren wurden zu codierende Bildformate, beispielsweise durch Einführung von neuartigen Aufnahmesyste- men immer größer. So findet unter Anderem derzeit eine Umstellung von einem in den letzten 50 Jahren in Europa verwendeten Fernsehübertragungssystem PAL (Phase Alternation Line Verfahren) mit einer Vollbildgröße von 625 x 576 Bildpunkten zu einem HDTV (High Definition Television) mit 1920 x 1080 Bildpunkten bzw. 1280 x 720 Bildpunkten statt. Es ist zu erwarten, dass in Zukunft noch größere Bildformate in neuarti¬ gen Fernsehsystemen eingeführt werden.
HDTV und zukünftige Systeme verwenden digitale Kompressions¬ verfahren, um eine Folge von Videobildern derart zu komprimieren, dass diese beispielsweise über das Internet oder über Mobilfunkkanäle übertragbar sind. Durch die Vergrößerung der Bildformate nehmen jedoch eine zur Komprimierung der Folge von Videodaten benötigte Rechenleistung und der hierbei benötigte Speicherbedarf erheblich zu. Eine Folge hiervon ist, dass auch ein Datentransfer zwischen Speicher und Recheneinheiten, die die Kompressionsverfahren realisieren, erheblich ansteigt .
Daher arbeiten Arbeitsgruppen, wie beispielsweise das Joint Colloborative Team on Video Coding (JCT-VC), eine gemeinsame Arbeitsgruppe der ITU und der ISO/IEC (ITU - International Telecommunication Union, ISO - International Standardization Organisation, IEC - International Electrotechnical Commissi- on) nicht nur an einer Verbesserung der Kompressionsrate, sondern auch an standardisierten Methoden, um Videobilder in Referenzbildspeichern der jeweiligen Codecs effizient ablegen und in ressourcenschonender Weise zugreifen zu können.
Figur 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung zur Komprimierung ei- ner Sequenz von Bildern mit einem Referenzbildspeicher SRB. Hierbei werden Bilder bspw. mittels einer prädiktiven Kodierung, auch als INTER-Kodiermodus bekannt, kodiert. Eines der Bilder wird in Bildblöcke BB, beispielsweise mit 16 x 16 Bildpunkten, zerlegt und anschließend bildblockweise codiert. Dann wird für einen der Bildblöcke ein Referenzbildblock RBB in einem Referenzbild REF gesucht, der eine gute Grundlage für eine Schätzung eines Bildinhaltes des Bildblocks gewähr¬ leistet. Hierzu wird der Bildblock einer Bewegungsschätzeinheit ME übergeben, die anhand eines Referenzteilbildes REFT, das Teile des Referenzbildes REF nach einer Bilddekompression durch eine Bilddekompressionseinheit PC umfasst, den Refe¬ renzbildblock aus dem Referenzteilbild auswählt und den aus¬ gewählten Referenzbildblock mittels eines Bewegungsvektors MV an eine Bewegungskompensationseinheit MC signalisiert. Die Bewegungskompensationseinheit stellt den Referenzbildblock auf Basis des Referenzbildes und des Bewegungsvektors bereit.
In einem nächsten Schritt wird ein Differenzbildblock BD durch Subtraktion des Referenzbildblocks RBB von dem Bild- block BB erzeugt. Der Differenzbildblock wird im Folgenden einer Transformation in einer Transformationseinheit T, beispielsweise nach einem diskreten Cosinustransformationsverfahren, unterzogen. Am Ausgang der Transformationseinheit stehen Transformationskoeffizienten TK zur Verfügung, die nachfolgend zur Quantisierung einer Quantisierungseinheit Q zugeführt werden. Am Ausgang der Quantisierungseinheit stehen quantisierte Transformationskoeffizienten TQ zur Verfügung, die durch eine Entropiekodierung, durchgeführt durch eine Entropie-Codiereinheit EC, in ein Ausgangssignal AS überführt werden.
In einer Rückkoppelschleife werden die quantisierten Trans¬ formationskoeffizienten TQ mittels einer inversen Quantisie- rung durch eine inverse Quantisierungseinheit IQ in rekon¬ struierte Transformationskoeffizienten TKR überführt. Diese rekonstruierten Transformationskoeffizienten TKR werden durch inverse Transformation einer inversen Transformationseinheit IT in einen rekonstruierten Differenzbildblock BDR transformiert. In einem weiteren Schritt wird ein rekonstruierter Bildblock RBM durch Addition des rekonstruierten Differenzbildblocks BDR und des Referenzbildblocks RBB generiert. In älteren Codierverfahren wird der rekonstruierte Bildblock direkt in den Referenzbildspeicher geschrieben. In aktuell in der Standardisierung befindlichen Verfahren wird zur Reduktion eines Datenvolumens der rekonstruierte Bildblock zunächst noch einer Bildkompression durch eine Bildkompressionseinheit PC unterzogen, die ein Datenvolumen des rekonstruierten Bildblocks deutlich reduziert. Ein durch die Bildkompressionseinheit PC entstandener komprimierter rekonstruierter Bildblock RBC wird nachfolgend in dem Referenzbildspeicher abgelegt. Um der Bewegungsschätzeinheit und der Bewegungskompensationsein- heit einen Zugriff auf die benötigten Bilddaten zu gewähren, wird bei Anforderung eines Referenzbildes REF bzw. eines spe¬ zifischen Bildausschnitts des Referenzbildes zunächst der je¬ weilige komprimierte rekonstruierte Bildblock aus dem Refe¬ renzbildspeicher SRB ausgelesen und mittels einer Bilddekom- pression durch eine Bilddekompressionseinheit PD in einen Re¬ ferenzteilbild REFT überführt.
Figur 2 zeigt einen zum in Figur 1 gezeigten Encoder korrespondierenden Decoder. Hierbei wird das Ausgangssignal AS mit- tels einer Entropiedecodiereinheit ED in quantisierte Trans¬ formationskoeffizienten TQ decodiert. Ferner werden die quan- tisierten Transformationskoeffizienten mittels der inversen Transformationseinheit IQ in rekonstruierte Transformations¬ koeffizienten TKR invers quantisiert. Hieran schließt sich eine inverse Transformation der rekonstruierten Transformationskoeffizienten TKR in einen rekonstruierten Differenzbildblock BDR durch die inverse Informationseinheit IT an. Neben dem Ausgangssignal wird dem Decoder unter Anderem auch der jeweilige Bewegungsvektor MV übermittelt. Hieraus kann der Decoder unter Verwendung des Referenzteilbildes REFT durch die Bewegungs-Kompensationseinheit MC den Referenzbild¬ block RBB ermitteln, der durch Addition mit dem rekonstruierten Differenzbildblock in den rekonstruierten Bildblock RBM überführt wird.
Der rekonstruierte Bildblock RBM kann beispielsweise an einem Display wiedergegeben werden. Der rekonstruierte Bildblock RBM wird nachfolgend mittels einer Kompression durch die Bildkompressionseinheit PC in den komprimierten rekonstruierten Bildblock RBC überführt, der anschließend in dem Refe¬ renzbildspeicher SRB abgelegt wird. Die in dem Referenzbild¬ speicher abgelegten komprimierten rekonstruierten Bildblöcke können durch die Bilddekompressionseinheit PD in das Refe¬ renzteilbild dekomprimiert werden.
Dokument [1] beschreibt ein verlustloses Bildkompressionsver- fahren/Bilddekompressionsverfahren, bei dem nach einer Floating Point DCT-Transformation (DCT - Discrete Cosinus Transformation) und einem Scanning von, nach der Transformation zweidimensional angeordnete, Koeffizienten in einer eindimensionalen Darstellung eine Bitebenencodierung durchgeführt wird .
In einem Verfahren gemäß Dokument [2] wird eine Speicherzugriffsbandbreitenreduktiontechnik vorgeschlagen. Hierbei werden neben einer Transformation und einer Quantisierung auch eine DC Prädiktion und eine Entropiecodierung für die Bildkompressionseinheit PC bzw. inversen Schritt dazu für die Bilddekompressionseinheit PD vorgeschlagen.
In einem weiteren Dokument [3] werden Testergebnisse bei ei¬ ner Kompression bzw. Dekompression von Bilddaten vor und nach einem Deblockingbildspeicher vorgestellt. Schließlich wird in einem Dokument [4] eine eindimensionale DPCM basierte Bildspeicherkompressionsmethode (DPCM - Diskre¬ te Pulscode Modulation) vorgestellt.
Zumindest die in den Dokumenten [1] und [4] vorgeschlagenen Kompressionsmethoden sind verlustfrei.
Es besteht die Aufgabe Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, mit denen eine Kompression bzw. Dekompression der Bildkompressionseinheit bzw. Bilddekompressionseinheit gegenüber dem Stand der Technik erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transformieren von ersten Bilddaten, die in einem Referenzbildspeicher durch eine Bildkompressionseinheit komprimiert abgelegt und bei Abruf aus dem Referenzbildspeicher in zweite Bilddaten durch eine Bilddekompressionseinheit dekomprimiert werden, wobei die Bilddaten vor der Kompression mittels eines Kompressionsfil¬ ters derart transformiert werden, dass eine Erhöhung einer Kompressionsrate der Bildkompressionseinheit erzeugt wird.
In bestehenden Codierungsverfahren arbeitet die Bildkompressionseinheit oftmals verlustfrei. Durch Anwendung des Kom¬ pressionsfilters kann ein Verlust an Bilddetails durch einen Filterparameter des Kompressionsfilters ohne Interaktion mit der Bildkompressionseinheit gesteuert werden. Dabei ist auch vorteilhaft, dass eine Ausgestaltung des Kompressionsfilters an die Eigenschaften der Bildkompressionseinheit individuell anpassbar ist.
Vorzugsweise wird der Kompressionsfilter zumindest in Abhängigkeit von einem der folgenden Parameter erzeugt: - einen für eine Codierung der ersten Bilddaten verwendeten Codiermodus;
- einen für eine Codierung der ersten Bilddaten verwendeten Quantisierungsparameter;
- einen für eine prädiktive Codierung der ersten Bilddaten verwendeten Bewegungsvektor
Durch Steuerung des Kompressionsfilters in Abhängigkeit von zumindest einem der oben genannten Parameter kann eine verbesserte Kompression erzielt werden, da die Steuerung des Kompressionsfilters spezifische Eigenheiten der ersten Bild¬ daten, wie beispielsweise ein spezifischer Codiermodus, ein verwendeter Quantisierungsparameter oder ein eingesetzter Bewegungsvektor, gesteuert werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Kompressionsfilter in Form eines Teilbandfilters, insbesonde¬ re mit einer Unterdrückung von Quantisierungsrauschen, das aufgrund einer Quantisierung in dem ersten Bilddaten enthalten ist, erzeugt. Hierdurch kann eine Kompression der Bildkompressionseinheit dadurch verbessert werden, dass Bildin¬ halte, die nur mit großem Aufwand zu codieren sind, wie bei¬ spielsweise scharfkantige Linien, und „unnütze" Bildinhalte, wie Quantisierungsrauschen, gefiltert werden somit effizienter komprimierbar sind.
Vorteilhafter Weise wird die Bestimmung des Kompressionsfil¬ ters aus einer Reihe von mehreren Optionen derart vorgenommen, dass derjenige Filter ausgewählt wird, der einer Fehler- funktion bei einer vorgebbaren Datenrate der ersten Bilddaten optimiert, d.h. eine Minimierung des Fehlers durch die Komp¬ rimierung mittels des Kompressionsfehlers bei fester Datenra¬ te. Hierdurch wird nur derjenige Kompressionsfilter ausgewählt, der bei vorgebbarer Datenrate eine sehr gute Bildqua- lität erzielt. Analog dazu lässt sich diese Weiterbildung auch derart realisieren, dass bei gleichbleibender Qualität derjenige Filter ausgewählt wird, der eine niedrigste Daten¬ rate erzeugt. Vorzugsweise werden die zweiten Bilddaten derart erzeugt, dass nach Durchführen der Dekompression durch die Dekompres- sionseinheit decodierte Bilddaten einem Dekompressionsfilter unterzogen werden, wobei durch den Dekompressionsfilter in- verse Schritte zu dem Kompressionsfilter ausgeführt werden.
Durch diese Weiterbildung der Erfindung wird ermöglicht, dass auch Kompressionsfilter benutzt werden können, die nur eine Schärfe der ersten Bilddaten reduzieren. Hierzu können die zweiten Bilddaten derart erzeugt werden, dass nach Durchführen der Dekompression durch die Bilddekompressionseinheit de¬ codierte Bilder einem Dekompressionsfilter unterzogen werden, wobei der Kompressionsfilter und der Dekompressionsfilter zumindest einen der folgenden Operationen ausführen:
- durch den Kompressionsfilter wird eine erste Anzahl von Bildpunkten der ersten Bilddaten reduziert und durch den Dekompressionsfilter wird eine zweite Anzahl von Bildpunkten der zweiten Bilddaten derart erhöht, dass die erste Anzahl und die zweite Anzahl einen identischen Wert annehmen;
- durch den Kompressionsfilter wird eine dritte Anzahl
Bitebenen der Bildpunkte der ersten Bilddaten reduziert und durch den Dekompressionsfilter wird eine vierte Anzahl Bitebenen der Bildpunkte der zweiten Bilddaten derart erhöht, dass die erste Anzahl und die zweite Anzahl einen identischen Wert annehmen. Durch diese Erweiterung können die ersten Bilddaten in besonders effizienter Weise transformiert werden, so dass die Kom¬ pression durch die Bildkompressionseinheit äußerst effizient durchgeführt werden kann. Die Erfindung betrifft auch Vorrichtungen zum Transformieren von ersten Bilddaten, die in einem Referenzbildspeicher durch eine Bildkompressionseinheit komprimiert abgelegt und bei Ab¬ ruf aus dem Referenzbildspeicher in zweite Bilddaten durch eine Bilddekompressionseinheit dekomprimiert werden, wobei die Vorrichtung einen Kompressionsfilter zum Transformieren der Bilddaten aufweist, der die ersten Bilddaten vor der Kom pression derart transformiert, dass eine Erhöhung einer Kom¬ pressionsrate in der Bildkompressionseinheit erzeugt wird. Vorteile dieser Vorrichtungen sind den korrespondierenden Verfahrensansprüchen zu entnehmen.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung mit einem Dekompressions- filter zum Erzeugen der zweiten Bilddaten derart ergänzt, dass nach Durchführen der Dekompression durch die Bilddekompressionseinheit decodierte Bilddaten dem Dekompressionsfil- ter unterzogen werden, wobei der Dekompressionsfilter invers zu dem Kompressionsfilter arbeitet. Vorteile dieser Erweite¬ rung sind den korrespondierenden Verfahrensansprüchen zu ent nehmen .
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sind anhand von Zeich nungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 ein aus dem Stand der Technik bekannter Encoder zum
Komprimieren von Bilddaten;
Figur 2 ein aus dem Stand der Technik bekannter Decoder zum
Dekomprimieren von komprimierten Bilddaten;
Figur 3 ein erster modifizierter Encoder, der eine erste Variante der Erfindung darstellt;
Figur 4 ein erster modifizierter Decoder, der die erste Vari ante der Erfindung darstellt;
Figur 5 ein zweiter Encoder, der eine zweite Variante der Er findung darstellt; Figur 6 ein zweiter Decoder, der die zweite Variante der Erfindung darstellt.
In den Figuren sind Elemente mit gleicher Funktion und Wir- kungsweise mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Verwendung einer Bildkompressionseinheit PC und eine Bilddekompressionseinheit PD gemäß dem Stand der Technik. Die Figuren 1 und 2 wurden in der Ein- leitung ausführlich erläutert, so dass an dieser Stelle auf die Ausführungen in der Einleitung verwiesen wird.
Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Verfah¬ ren zum Transformieren, wobei Figur 3 ebenso eine Vorrichtung DEV zum Durchführen dieses Verfahrens repräsentiert. Figur 3 unterscheidet sich von Figur 1 dadurch, dass unmittelbar vor der Bildkompressionseinheit PC ein Kompressionsfilter CF in die Signalverarbeitungskette integriert ist. Der rekon¬ struierte Bildblock RBM, auch als erste Bilddaten bezeichnet, wird dem Kompressionsfilter CF zur Transformierung bzw. Filterung zugeführt. Am Ausgang des Kompressionsfilters CF lie¬ gen nach Durchführung der Transformation die ersten Bilddaten RBM als modifizierte erste Bilddaten RBMX vor. Diese modifi¬ zierten ersten Bilddaten werden nachfolgend der Bildkompres- sionseinheit PC zur Komprimierung der modifizierten ersten
Bilddaten in den komprimierten rekonstruierten Bildblock RBC zugeführt, wobei der komprimierte rekonstruierte Bildblock RBC abschließend in dem Referenzbildspeicher SRB abgelegt wird. Zum Auslesen und Verarbeiten der Daten des Referenz- bildspeichers wird der jeweilige komprimierte rekonstruierte Bildblock RBC der Bilddekompressionseinheit PD zugeführt, die hieraus durch Dekomprimierung das Referenzteilbild REFT, im Folgenden auch als zweite Bilddaten bezeichnet, generiert. Die weiteren Verfahrensschritte in Figur 3 sind analog zu den Verfahrensschritten in Figur 1, so dass hierauf nicht weiter eingegangen wird. Figur 4 zeigt die Verwendung der Erfindung beispielhaft an einem Decoder beziehungsweise im Rahmen eines Decodierverfah- rens, wobei der Aufbau gemäß Figur 4 bis auf eine Änderung identisch zum Aufbau gemäß Figur 2 ist. Im Unterschied zur Figur 2 wird in Figur 4 in der Rückkoppelschleife direkt vor der Bildkompressionseinheit PC der Kompressionsfilter CF in die Signalverarbeitung vorgeschaltet. Aus den ersten Bildda¬ ten RBM werden modifizierte erste Bilddaten RBMX durch Anwendung des Kompressionsfilters CF. Die weiteren Schritte sind analog zu den Ausführungen gemäß den Figuren 2 und 3.
Damit der Encoder in Figur 3 und der Decoder in Figur 4 ohne Trift arbeiten, ist der jeweils gezeigte Kompressionsfilter CF in beiden Ausführungen gleich.
Der Kompressionsfilter CF ist derart ausgestattet, dass die¬ ser die ersten Bilddaten vor der Kompression mittels der Bildkompressionseinheit derart transformiert, dass in dem nachfolgenden Verarbeitungsschritt der Bildkompressionsein- heit eine Erhöhung einer Kompressionsrate erzeugbar ist. In einem Ausführungsbeispiel des Kompressionsfilters CF ist die¬ ser derart ausgestaltet, dass Bilddetails durch einen Filter¬ parameter des Kompressionsfilters gesteuert reduzierbar sind. Hierbei kann der Kompressionsfilter in Form eines Tiefpass- filters ausgebildet sein, bei dem die Grenzfrequenz mittels des Filterparameters einstellbar ist und der durch seine Fil¬ tercharakteristik hochfrequente Anteile in den ersten Bilddaten herausfiltert. Durch Herausfiltern der hochfrequenten Bildanteile ist die Bildkompressionseinheit in der Lage, die modifizierten ersten Bilddaten gegenüber dem Stand der Technik mit einer höheren Kompressionsrate zu komprimieren. In einer alternativen Weiterbildung ist der Kompressionsfilter CF in Form eines Teilbandfilters ausgelegt, der insbesondere mit einer Unterdrückung von Quantisierungsrauschen, das auf- grund einer Quantisierung in den ersten Bilddaten enthalten ist, die Transformation der ersten Bilddaten durchführt. Neben der Veränderung der Bildschärfe beziehungsweise Bildde¬ tails innerhalb der ersten Bilddaten, wobei hierbei eine An¬ zahl an Bildpunkten der ersten Bilddaten und der modifizierten ersten Bilddaten identisch ist, kann, wie in Figur 5 und 6 nun ausgeführt wird, auch eine Formatreduktion, das heißt eine Reduktion einer Anzahl von Bildpunkten durch den Kompressionsfilter veranlasst werden.
Figur 5 zeigt hierzu in der Rückkoppelschleife eine Signal- Verarbeitung der ersten Bilddaten RBM mittels des Kompressionsfilters CF, der Bildkompressionseinheit PC und der Abspei¬ cherung in dem Referenzbildspeicher SRB wie bereits in Figur 3 ausführlich erläutert. Unterschied zur Figur 3 ist nun, dass bei Abfragen der zweiten Bilddaten zunächst ein jeweili- ger komprimierter rekonstruierter Bildblock RBC aus dem Referenzbildspeicher ausgelesen, durch die Bilddekompressionsein- heit PD in modifizierte zweite Bilddaten RBCY, inverse Trans¬ formation der modifizierten zweiten Bilddaten in das Referenzteilbild REFT durch ein Dekompressionsfilter DF. Bei- spielsweise reduziert das Kompressionsfilter CF eine Bildgrö¬ ße von 100 x 100 Bildpunkten der ersten Bilddaten in eine Bildgröße von 50 x 50 Bildpunkten der modifizierten ersten Bilddaten. Diese Bildpunktreduktion wird beispielsweise durch ein 2x2 Filter durchgeführt, das einen Amplitudenwert jedes der vier berücksichtigten Punkte mit einer Gewichtung von
0,25 multipliziert und die sich hieraus ergebenden gewichte¬ ten Amplitudenwerte aufsummiert. Hieraus ergibt sich aus 2x2 Bildpunkten ein neuer Bildpunkt der modifizierten ersten Bilddaten. Das Dekompressionsfilter erzeugt aus 50 x 50 Bild- punkten 100 x 100 Bildpunkte, beispielsweise durch Kopieren eines Bildpunktes an jede Position von 2x2 Bildpunkten des rekonstruierten Bildpunktes. Einem Fachmann auf dem Gebiet der Bildsignalverarbeitung sind weitere Verfahren zur Formatreduktion und -erhöhung bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht weiter eingegangen wird. Figur 6 zeigt die Variante der Erfindung gemäß Figur 5 anhand eines Decoders. Die Funktionsweise der Variante ist analog zu den Ausführungen gemäß Figur 5. In einer weiteren Ausgestaltung des Kompressions- und Dekom- pressionsfilters werden die Amplitudenwerte der Bildpunkte reduziert, beispielsweise durch Quantisierung, bzw. erhöht, bspw. durch inverse Quantisierung. In einer besonderen Ausführungsvariante arbeiten das Paar aus Kompressions- und Dekompressionsfilter verlustlos, d.h. Kompressionsfilter (CF) ® Dekompressionsfilter (DF) = 1 bzw. diese Verknüpfung ergibt eine Einheitsmatrix, wobei das Symbol ® einer Faltung oder einem Produkt entspricht.
Zusätzlich zu den bisherigen Beispielen kann der Kompressionsfilter und ggfs. der Dekompressionsfilter in einer Vielzahl von Ausführungsvarianten vorliegen. Beispielsweise können 5 Tiefpassfilter mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen zur Auswahl vorliegen. Vor der Anwendung einer der Ausführungsvarianten des Kompressionsfilters wird zunächst für jede Ausführungsvariante des Kompressionsfilters ermittelt, in wieweit sich hierdurch eine Kompressionsrate vs . Bildquali¬ tätsverlust durch den jeweiligen Kompressionsfilter und die Bildkompressionseinheit ergibt. Dazu wird für jede Variante der dazugehörige Kostenwert mittels einer Kostenfunktion er¬ mittelt. Nachdem die Kostenwerte für alle Ausführungsvarianten des Kompressionsfilters vorliegen wird diejenige Variante ausgewählt, die den niedrigsten Kostenwert erzielt.
Die jeweiligen in den Figuren 1-6 dargestellten Verfahrensschritte bzw. Mittel bzw. Einheiten, verkörpert durch die je¬ weiligen Rechtecke, können in Soft-, Hardware oder in einer Kombination aus Software und Hardware realisiert werden. So können diese in einem Programmcode in einem Programmspeicher abgelegt sein und durch einen Prozessor, der mit dem Programmspeicher und einer Schnittstelle zum Versenden und Emp- fangen von Daten, wie z.B. dem Bildblock oder der Ausgangssignal, verbunden ist, ausgelesen und verarbeitet werden.
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Transformieren von ersten Bilddaten (RBM) , die in einem Referenzbildspeicher (SRB) durch eine Bildkompressionseinheit (PC) komprimiert abgelegt und bei Abruf aus dem Referenzbildspeicher (SRB) in zweite Bilddaten (REFT) durch eine Bilddekompressionseinheit (PD) dekomprimiert wer¬ den,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Bilddaten (RBM) vor der Kompression mittels eines Kompressionsfilters (CF) derart transformiert werden, dass eine Erhöhung einer Kompressionsrate der Bildkompressionseinheit (PC) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kompressionsfilter (CF) zumindest in Abhängigkeit von einem der folgenden Parameter erzeugt wird:
- einem für eine Codierung der ersten Bilddaten (RBM) verwendeten Codiermodus (P, I, B) ;
- einem für eine Codierung der ersten Bilddaten (RBM) verwendeten Quantisierungsparameter (QP) ;
- einem für eine prädiktive Codierung der ersten Bilddaten (RBM) verwendeten Bewegungsvektor (MV) ;
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kompressionsfilter (CF) in Form eines Teilbandfilters (TBF) , insbesondere mit einer Unterdrückung von Quantisierungsrauschen, das aufgrund einer Quantisierung (Q) in den ersten Bilddaten (RBM) enthalten ist, erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Bestimmen des Kompressionsfilters (CF) aus einer Rei¬ he von mehreren Optionen derjenige Filter ausgewählt wird, der eine Rate-Distortion (RD) Funktion bei einer vorgebbaren Datenrate der ersten Bilddaten (RBM) optimiert.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweiten Bilddaten (REFT) derart erzeugt werden, dass nach Durchführen der Dekompression durch die Bilddekompressions- einheit (PD) decodierte Bilddaten einem Dekompressionsfilter (DF) unterzogen werden, wobei durch den Dekompressionsfilter (DF) inverse Schritte zu dem Kompressionsfilter (CF) ausgeführt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweiten Bilddaten (REFT) derart erzeugt werden, dass nach Durchführen der Dekompression durch die Bilddekompressions- einheit (PD) decodierte Bilddaten einem Dekompressionsfilter (DF) unterzogen werden, wobei der Kompressionsfilter (CF) und der Dekompressionsfilter (DF) zumindest eine der folgenden Operationen ausführen:
- durch den Kompressionsfilter (CF) wird eine erste Anzahl an Bildpunkten der ersten Bilddaten (RBM) reduziert und durch den Dekompressionsfilter (DF) wird eine zweite Anzahl an Bildpunkten der zweiten Bilddaten (REFT) derart erhöht, dass die erste Anzahl und die zweite Anzahl ei¬ nen identischen Wert annehmen;
- durch den Kompressionsfilter (CF) wird eine dritte Anzahl an Bit-Ebenen der Bildpunkte der ersten Bilddaten (RBM) reduziert und durch den Dekompressionsfilter (DF) wird eine vierte Anzahl an Bit-Ebenen der Bildpunkten der zweiten Bilddaten (REFT) derart erhöht, dass die erste Anzahl und die zweite Anzahl einen identischen
Wert annehmen.
7. Vorrichtung (DEV) zum Transformieren von ersten Bilddaten (RBM) , die in einem Referenzbildspeichers (SRB) durch eine Bildkompressionseinheit (PC) komprimiert ablegbar und bei Ab¬ ruf aus dem Referenzbildspeicher (SRB) in zweite Bilddaten (REFT) durch eine Bilddekompressionseinheit (PD) dekompri- mierbar sind, mit einem Kompressionsfilter (CF) zum Transformieren der ersten Bilddaten (RBM) vor der Kompression derart transformiert werden, dass eine Erhöhung einer Kompressionsrate der Bild¬ kompressionseinheit (PC) erzeugbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
mit einem Dekompressionsfilter (DF) zum Erzeugen der zweiten Bilddaten (REFT) derart, dass nach Durchführen der Dekompression durch die Bilddekompressionseinheit (PD) decodierte Bilddaten dem Dekompressionsfilter (DF) unterzogen werden, wobei der Dekompressionsfilter (DF) invers zu dem Kompressionsfilter (CF) arbeitet.
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