NL9100234A - Codeerschakeling voor transformatiecodering van een beeldsignaal en decodeerschakeling voor het decoderen daarvan. - Google Patents

Description

Codeerschakeling voor transformatiecodering van een beeldsignaal en decodeerschakeling voor het decoderen daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een codeerschakeling voor transformatiecodering van een beeldsignaal. De uitvinding heeft tevens betrekking op een decodeerschakeling voor het decoderen van een door de codeerschakeling geleverd gecodeerd signaal.

Een dergelijke codeer- en decodeerschakeling kan deel uitmaken van een televisie-omroepsysteem, in welk geval de codeerschakeling deel uitmaakt van een televisiezender en elke televisieontvanger van een decodeerschakeling is voorzien. Ook kunnen de codeer- en decodeerschakeling deel uitmaken van een videorecorder.

Zoals algemeen bekend kan een televisiebeeld worden opgevat als een tweedimensionaal array van beeldelementen. In een 625-lijnen televisie systeem bestaat het beeld uit 576 zichtbare beeldlijnen en omvat elke beeldlijn 720 zichtbare beeldelementen. Het televisiebeeld omvat aldus 576*720 beeldelementen. Als nu de helderheid van elk beeldelement door bijvoorbeeld 8 bits wordt gerepresenteerd, dan is voor de overdracht van 25 beelden per seconde alleen al voor de helderheidsinformatie een bitrate nodig van ongeveer 83 Mbit/sec. Dit blijkt in de praktijk ontoelaatbaar hoog te zijn.

Door elk beeld te onderwerpen aan een tweedimensionale transformatie kan het aantal bits per beeld en daarmee de bitrate aanzienlijk worden beperkt. Voor het uitvoeren van een dergelijke transformatie wordt het beeld opgedeeld in deelbeelden van elk N*N beeldelementen, bijvoorbeeld in 72*90=6480 deelbeelden van elk 8*8 beeldelementen. Elk deelbeeld wordt vervolgens door middel van tweedimensionale transformatie omgezet in een blok van N*N coëfficiënten. De bedoeling van de transformatie is om een blok coëfficiënten te verkrijgen die onderling ongecorreleerd zijn. Van de bekende transformaties wordt de discrete cosinus transformatie (DCT) algemeen hiervoor als het beste alternatief beschouwd.

Een inzichtelijke voorstelling van de tweedimensionale transformatie is de volgende. Bij de gekozen transformatie behoort een verzameling van N2 onderling orthogonale basisbeelden B(i,k) met i,k=0,l,2,...N, die ieder uit N*N beeldelementen bestaan. Van deze basisbeelden heeft B(0,0) een gelijkmatige helderheid. Naarmate de index k toeneemt bevat het basisbeeld B(i,k) in horizontale richting hogere ruimtelijke frequenties, dus meer detail. Naarmate de index i toeneemt bevat het hogere ruimtelijke frequenties in verticale richting. Bij de tweedimensionale transformatie nu wordt ieder deelbeeld beschouwd als de gewogen som van genoemde basisbeelden B(i,k), elk met zijn eigen gewichtsfactor y(i,k); i,k=0,l,2,...N. De gewichtsfactoren y(i,k) corresponderen met de eerder genoemde coëfficiënten. Het zijn deze coëfficiënten die worden overgedragen in plaats van de oorspronkelijke beeldelementen.

Reductie van het aantal per beeld over te dragen bits wordt nu bereikt door alleen de coëfficiënten over te dragen die een significante waarde hebben. Zo wordt bijvoorbeeld de coëfficiënt y(0,0), zijnde de gewichtsfactor van het basisbeeld B(0,0) en derhalve een maatstaf voor de gemiddelde helderheid van het deelbeeld, altijd overgedragen. Deze coëfficiënt y(0,0) wordt ook wel dc-coëfficiënt genoemd. De overige coëfficiënten, ac-coëfficiënten genoemd, worden alleen overgedragen als ze in absolute waarde groter zijn dan een vooraf bepaalde drempelwaarde. Dit wordt treshold coding genoemd. Hierbij kunnen de coëfficiënten eventueel grover worden gekwantiseerd naarmate het corresponderende basisbeeld meer detail bevat omdat het menselijk oog fijne details minder goed kan waarnemen. Dit laatste wordt ook wel frequentie-afhankelijke kwantise-ring genoemd. In de praktijk worden frequentie-afhankelijke kwantisering en treshold coding veelal gecombineerd. Alleen die coëfficiënten worden dan overgedragen die na kwantisering nog een waarde ongelijk aan nul hebben.

De overdracht van alleen de coëfficiënten met een waarde ongelijk aan nul impliceert dat tevens het adres van de plaats van deze coëfficiënten in het tweedimensionale coëfficiëntenblok dient te worden overgedragen. In de praktijk wordt het coëfficiëntenblok daartoe in een vooraf bepaalde volgorde uitgelezen zodat voor ieder blok een reeks van coëfficiënten ontstaat waarin genoemd adres door een aftastvolgordenummer wordt gerepresenteerd. In referentie 1 is een aftasting van het coëfficiëntenblok volgens een zigzag patroon beschreven, te beginnen met de dc-coëfficiënt y(0,0). In het algemeen is het grootste gedeelte van de signaalenergie in een deelbeeld geconcentreerd in de lage ruimtelijke frequenties. De significante coëfficiënten zijn dan ook veelal de coëfficiënten y(i,k) met een kleine waarde voor i en k. De bekende zigzag aftasting bewerkstelligt dat de significante coëfficiënten lage aftastvolgordenummers verkrijgen en dat de coëfficiënten met de waarde nul verregaand worden geclusterd en hoge aftastvolgordenummers verkrijgen. Een dergelijke reeks coëfficiënten kan efficiënt worden overgedragen.

Het zigzag aftastpatroon is echter niet efficiënt voor bewegende beelden. Bij aanwezigheid van beweging binnen een deelbeeld ontstaat namelijk een drastische toename van de waarde van de coëfficiënten die hoge ruimtelijke frequenties in verticale richting representeren. Dit zijn de coëfficiënten y(i,k) met een grote waarde voor i. De in figuur lc van referentie 1 weergegeven verticale aftasting is nu efficiënter gebleken.

De uitvinding beoogt een codeerschakeling aan te geven waarmee een nog verdere bitrate reductie wordt bereikt.

Overeenkomstig de uitvinding vertoont het aftastpatroon daartoe tenminste één sprong naar een vooraf bepaalde coëfficiënt die niet grenst aan een eerder uitgelezen coëfficiënt.

De uitvinding berust op het inzicht dat een coëfficiëntenblok het meest efficiënt wordt overgedragen indien de coëfficiënten minder significant zijn naarmate hun aftastvolgordenummer hoger is. Met de codeerschakeling volgens de uitvinding wordt bereikt dat de vooraf bepaalde coëfficiënt, bijvoorbeeld y(7,0) welke representatief is voor de beweging in het deelbeeld, eerder wordt uitgelezen dan de aan deze coëfficiënt grenzende coëfficiënten en dus eerder wordt overgedragen dan bij de bekende aftastpatro-nen het geval is. Hierdoor worden de coëfficiënten zoveel mogelijk in de volgorde van hun significantie overgedragen. Meer in het bijzonder ontstaan hierdoor minder en langere deelreeksen van coëfficiënten met de waarde nul hetgeen de coderingsefficiency aanzienlijk ten goede komt. Zoals in referentie 2 is aangegeven wordt aan deelreeksen van coëfficiënten met de waarde nul één compacte "run-length-code" toegekend. Verder treden deze deelreeksen met grotere waarschijnlijkheid op aan het einde van de aftasting. In dat geval behoeft zelfs de genoemde "run-length-code" niet te worden overgedragen, maar volstaat een code die het einde van het blok aangeeft.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de codeerschakeling waarbij het deelbeeld twee geïnterlinieerde subdeelbeelden omvat, heeft het kenmerk, dat de transfor-matieschakeling is ingericht om het blok coëfficiënten door afzonderlijke transformatie van de subdeelbeelden op te delen in subblokken, en dat de vooraf bepaalde coëfficiënt deel uitmaakt van een ander subblok dan de eerder uitgelezen coëfficiënten. Hiermee wordt bereikt dat per deelbeeld één seriële reeks coëfficiënten wordt verkregen, waarin aan de meest significante coëfficiënten de laagste aftastvolgordenummers zijn toegekend. Opgemerkt zij dat het op zichzelf uit referentie 3 bekend is om bij beweging twee geïnterlinieerde subdeelbeelden afzonderlijk in subblokken te transformeren. Bij deze bekende codeerschakeling worden de subreeksen echter ieder afzonderlijk overgedragen. Omdat het totaal aantal subblokken per beeld afhankelijk van de hoeveelheid beweging in het beeld is, dus variabel, is ook het aantal overgedragen coëfficiëntenreeksen bewegings-afhankelijk. In de praktijk blijkt dit nadelige effecten te hebben. Onder andere wordt elke reeks coëfficiënten door een meerbits ’end-of-block’ code afgesloten hetgeen bij veel beweging, dus veel reeksen, ten koste gaat van de coderingsefficiëntie. Bij de codeerschakeling volgens de uitvinding blijft het totaal aantal reeksen per beeld constant.

Referenties 1. Variable control method for DCT coding using motion-compensated prediction. Voordracht tijdens de Algemene Nationale Vergadering van het Institute of Television Engineers of Japan, 1986.

2. Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bitratenreduktion.

Europaische Patentanmeldung EP 0 260 748 A2.

3. Television system in which digitalised picture signals subjected to a transform coding are transmitted from an encoding station to a decoding station.

European Patent Application EP 0 282 135 Al.

In figuur 1 is schematisch een videorecorder weergegeven die is voorzien van een codeerschakeling en een decodeerschakeling volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een transformatieschakeling welke in figuur 1 is aangegeven.

Figuur 3 toont een stuurschakeling voor het besturen van de in figuur 2 aangegeven transformatieschakeling.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een aftast- en weegschake-ling welke in figuur 1 is aangegeven.

Figuur 5 toont de inhoud van een coëfficiëntengeheugen dat in figuur 2 is aangegeven.

Figuur 6 en figuur 7 tonen voorbeelden van de volgorde waarin het in figuur 2 aangegeven coëfficiëntengeheugen wordt uitgelezen.

Figuur 8 en figuur 9 tonen voorbeelden van weegfactoren voor toepassing in de aftast- en weegschakeling welke in figuur 4 is aangegeven.

Figuur 10 geeft een verder uitvoeringsvoorbeeld weer van de in figuur 1 aangegeven transformatieschakeling.

Figuur 11 toont de inhoud van een coëfficiëntengeheugen dat in figuur 10 is aangegeven.

Figuur 12 toont een voorbeeld van de volgorde waarin het in figuur 10 aangegeven coëfficiëntengeheugen wordt uitgelezen.

Figuur 13 toont een verder voorbeeld van weegfactoren voor toepassing in de aftast- en weegschakeling welke in figuur 4 is aangegeven.

Figuur 14 geeft een verder uitvoeringsvoorbeeld van de in figuur 1 aangegeven aftast- en weegschakeling.

Figuur 15 geeft een uitvoeringsvorm weer van een blokvormingscircuit dat in figuur 1 is aangegeven.

In figuur 1 is schematisch een videorecorder aangegeven die is voorzien van een codeerschakeling 2 en een decodeerschakeling 8 volgens de uitvinding. De videorecorder ontvangt een beeldsignaal x(t) van een beeldsignaalbron 1. Het beeldsignaal x(t) wordt toegevoerd aan de codeerschakeling 2. Deze codeert het beeldsignaal x(t) in een pulsreeks z(j) en voert deze via een modulator 3 toe aan een schrijfkop 4 welke is gekoppeld met een magneetband 5. Een leeskop 6 voert de opgetekende pulsreeks z’(j) via een demodulator 7 toe aan de decodeerschakeling 8. Deze decodeert de pulsreeks z’(j) en levert een analoog beeldsignaal x’(t) dat aan een monitor 9 wordt toegevoerd.

In de codeerschakeling 2 wordt het analoge beeldsignaal x(t) in een analoog-naar-digitaal omzetter 20 bemonsterd met een bemonsterfrequentie fs van bijvoorbeeld 13.5 MHz en omgezet in 8-bits beeldelementen x(n). Deze worden toegevoerd aan een beeldgeheugen 21. Uit dit beeldgeheugen worden de beeldelementen gelezen in de vorm van deelbeelden van bijvoorbeeld 8*8 beeldelementen en toegevoerd aan een transformatieschakeling 22 alsmede aan een bewegingsdetector 23 welke een bewegingssignaal MD opwekt. Bewegingsdetector 23 is op zichzelf bekend en kan bijvoorbeeld zijn uitgevoerd op een wijze zoals beschreven is in referentie 3. De transformatieschakeling 22 onderwerpt de deelbeelden aan een discrete cosinus transformatie en wekt voor ieder deelbeeld een blok van 8*8 coëfficiënten y(i,k) op. Uitvoeringsvormen van deze transformatieschakeling 22 zullen later worden beschreven. Opgemerkt zij hier reeds dat de transformatieschakeling eventueel op bewegingsadaptieve wijze kan opereren. In dat geval ontvangt de transformatieschakeling het bewegingssignaal MD hetgeen in figuur 1 gestippeld is aangegeven. Het blok van coëfficiënten y(i,k) van de transformatieschakeling 22 wordt vervolgens toegevoerd aan een aftast- en weegschake-ling 24 die eveneens het bewegingssignaal MD ontvangt. De aftast- en weegschakeling, welke nog nader zal worden beschreven, levert voor elk blok een seriële reeks coëfficiënten y(n) aan een variabele-lengte-codeercircuit 25. Dit circuit 25 is op zichzelf bekend en bijvoorbeeld uitgevoerd op een wijze zoals is beschreven in referentie 2. Het codeert elke reeks coëfficiënten y(n) in codereeksen van variabele lengte die aanzienlijk minder bits omvatten dan het overeenkomstige blok van 8*8 coëfficiënten y(i,k). De codereeksen en het bewegingssignaal MD kunnen óf ieder afzonderlijk óf in een tijdmultiplex formaat aan de magneetband worden toegevoerd. In het laatste geval is een multiplex circuit 26 noodzakelijk dat op gebruikelijke wijze kan zijn uitgevoerd.

In de decodeerschakeling 8 vinden de omgekeerde bewerkingen plaats. In een demultiplexer 81 worden uit de opgetekende pulsreeks z’(j) de codereeksen en het bewegingssignaal MD’ teruggewonnen. De codereeksen worden toegevoerd aan een variabele-lengte-decodeercircuit 82 voor het reconstrueren van de seriële reeksen coëfficiënten y’(n). Een blokvormingscircuit 83 ontvangt de seriële reeksen alsmede het bewegingssignaal MD’ en stelt daaruit weer de blokken van 8*8 coëfficiënten y’(i,k) samen. Deze worden op hun beurt weer toegevoerd aan een inverse transformatieschake- ling 84 waardoor elk blok coëfficiënten wordt teruggetransformeerd in een deelbeeld van 8*8 beeldelementen. Deze deelbeelden worden opgeslagen in een beeldgeheugen 85. De beeldelementen in het beeldgeheugen vormen tezamen een volledig beeld en worden door middel van een digitaal-analoog-omzetter 86 geconverteerd in een weergeefbaar analoog beeldsignaal x’(t).

Een uitvoeringsvoorbeeld van de transformatieschakeling 22 is weergegeven in figuur 2. De transformatieschakeling ontvangt deelbeelden van 8*8 beeldelementen. In het hierna volgende zal een deelbeeld in matrixnotatie worden aangeduid met X en de beeldelementen daarvan met x(i,k). De beeldelementen x(i,k) worden rij voor rij toegevoerd aan een 1-dimensionale transformator 30 waarin elke rij wordt onderworpen aan een horizontale discrete cosinus transformatie (HDCT) door vermenigvuldiging met een 8*8 transformatiematrix A. De hieruit verkregen produktmatrix P bevat 8*8 elementen p(i,k). Deze elementen p(i,k) worden rij voor rij in een transpositiegeheugen 31(.) geschreven. Transpositiegeheugen 31(.) is dubbel uitgevoerd zodat tijdens het schrijven van de produktmatrix de produktmatrix van het vorige deelbeeld kan worden gelezen. De elementen p(i,k) worden kolom voor kolom uit het transpositiegeheugen 31(.) gelezen waardoor de produktmatrix P wordt getransponeerd. De getransponeerde produktmatrix PT wordt toegevoerd aan een verdere 1-dimensionale transformator 32 waarin de kolommen worden onderworpen aan een verticale discrete cosinus transformatie (VDCT) door deze opnieuw te vermenigvuldigen met de transformatiematrix A. De nu verkregen matrix Y bevat 8*8 coëfficiënten y(i,k). Deze coëfficiënten worden rij voor rij in een eveneens dubbel uitgevoerd coëfficiëntengeheugen 33(.) geschreven. De genoemde matrix Y wordt in het hierna volgende een blok genoemd. Het coëfficiëntengeheugen 33(.) omvat aldus voor elk deelbeeld van 8*8 beeldelementen een blok van 8*8 coëfficiënten.

Voor het besturen van de in figuur 2 aangegeven transformatieschakeling is een stuurschakeling aanwezig welke in figuur 3 is weergegeven. De stuurschakeling omvat een klokpulsgenerator 40 die klokpulsen met de bemonsteringsfrequentie fs levert aan een modulo-64 teller 41. Deze teller wordt aan het begin van elk beeld gereset door beeld reset pulsen FRS die door de beeldsignaalbron 1 (zie figuur 1) worden geleverd. De modulo-64 teller wekt voor ieder deelbeeld van 8*8 beeldelementen 64 successievelijke telstanden CNT op. Deze telstanden worden toegevoerd aan de adresingangen van twee ROM’s 43(1) en 43(2) welke op hun beurt adressen opwekken die via een dubbele multiplexer 44 aan het transpositiegeheugen 31(.) worden toegevoerd. Meer in het bijzonder wekt ROM 43(1) schrijfadressen op welke de volgorde bepalen waarmee de produktelementen p(i,k) van transformator 30 in het transpositiegeheugen 31(.) worden geschreven, en wekt ROM 43(2) leesadressen op welke de volgorde bepalen waarmee de elementen p(i,k) uit het geheugen 31(.) worden gelezen en aan transformator 32 worden toegevoerd. De dubbele multiplexer 44 wordt bestuurd door een uitgang van een toggle-flipflop 42 die aan het begin van elk deelbeeld een klokpuls van de modulo-64 deler 41 ontvangt. Hierdoor wordt afwisselend het ene geheugen 31(.) met nieuwe elementen p(i,k) beschreven terwijl eerder opgeslagen elementen p(i,k) uit het andere geheugen 31(.) gelezen worden.

De telstanden CNT van de modulo-64 teller 41 worden tevens toegevoerd aan de adresingangen van een ROM 45. Dit ROM wekt de schrijfadressen op welke de volgorde bepalen waarmee de door transformator 32 opgewekte coëfficiënten y(i,k) in het coëfficiëntengeheugen 33(.) worden geschreven. De nog nader te beschrijven aftasten weegschakeling 24 (zie figuur 1) levert de leesadressen welke de aftastvolgorde bepalen waarmee de coëfficiënten uit dit geheugen worden gelezen. Deze leesadressen, welke in figuur 3 met SCAN zijn aangegeven, en genoemde schrijfadressen worden via een dubbele multiplexer 46 aan het coëfficiëntengeheugen 33(.) toegevoerd. De dubbele multiplexer 46 wordt bestuurd door de eerder genoemde uitgang van toggle-flipflop 42.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvoorbeeld van de aftast- en weegschakeling 24. De schakeling omvat twee ROM’s 50 en 51 waaraan de telstand CNT van de modulo-64 teller 41 (figuur 2) wordt toegevoerd. Tevens wordt aan deze ROM’s toegevoerd het bewegingssignaal MD dat door de bewegingsdetector 23 (figuur 1) wordt opgewekt. Het bewegingssignaal MD heeft gedurende een deelbeeld de logische waarde T als door de bewegingsdetector binnen het deelbeeld een merkbare hoeveelheid beweging is gedetecteerd.

ROM 50 wekt het eerder genoemde leesadres SCAN op dat aan het coëfficiëntengeheugen 33(.) (figuur 2) wordt toegevoerd. Zoals in figuur 5 is aangegeven bevat het coëfficiëntengeheugen 64 coëfficiënten y(i,k); i,k=0,l,2..7. Het leesadres SCAN bepaalt nu welke coëfficiënt y(i,k) uit dit geheugen worden gelezen. In figuur 6 is voor elke index (i,k) aangegeven bij welke telstand CNT de coëfficiënt y(i,k) wordt gelezen in het geval het bewegingssignaal MD = ’0’ is. Hierbij is aangenomen dat de telstand CNT successievelijk de waarden 1,2,..64 aanneemt. In het hierna volgende wordt de telstand CNT ook wel het aftastvolgordenummer genoemd. Uit figuur 6 blijkt dat de aftasting van het coëfficiëntengeheugen volgens een zigzag patroon plaats vindt. Een dergelijk aftastpatroon is bij beeldtransformatie gebruikelijk. Zoals in de inleiding reeds is vermeld, bewerkstelligt een dergelijke aftasting dat de coëfficiënten met de waarde nul zoveel mogelijk bij elkaar worden geclusterd en daarbij hoge aftastvolgordenummers krijgen.

Is binnen een deelbeeld een merkbare hoeveelheid beweging gedetecteerd dan heeft het aan ROM 50 toegevoerde bewegingssignaal MD de logische waarde ’Γ. In figuur 7 is voor elke index (i,k) aangegeven bij welke telstand CNT de coëfficiënt y(i,k) in het geval van beweging wordt gelezen. In dit uitvoeringsvoorbeeld begint het aftastpatroon met de dc-coëfficiënt y(0,0) en enige daaraan grenzende coëfficiënten. Vervolgens wordt een sprong gemaakt naar de coëfficiënt y(7,0) die bij beweging een significante waarde heeft. Zoals uit de figuur blijkt omvat de door dit aftastpatroon verkregen seriële reeks van coëfficiënten als het ware twee in elkaar vervlochten subreeksen die in de figuur met I en II zijn aangegeven. Subreeks I omvat de coëfficiënten van een gedeelte van het coëfficiëntenblok dat nagenoeg niet door de beweging wordt beïnvloed en dat volgens het op zichzelf efficiënte zigzag patroon wordt afgetast. Subreeks II omvat de coëfficiënten welke representatief zijn voor de beweging. De subreeksen zijn zodanig vervlochten dat in de seriële reeks zo groot mogelijke clusters van coëfficiënten met de waarde nul ontstaan.

Bij de signaalverwerking na de transformatie wordt de dc-coëfficiënt veelal afzonderlijk en met een grotere precisie verwerkt dan de overige coëfficiënten. De ac-coëfficiënten worden grover gekwantiseerd naarmate ze meer ruimtelijk detail in het deelbeeld vertegenwoordigen. Een dergelijke frequentie-afhankelijke kwantisatie wordt bijvoorbeeld bereikt door elke ac-coëfficiënt y(i,k) met een weegfactor Q(i,k) te vermenigvuldigen. Zoals in figuur 4 is aangegeven, wordt de telstand CNT van de modulo-64 teller 41 (figuur 2) tevens toegevoerd aan ROM 51. Dit ROM bevat voor elke telstand de weegfactor Q(i,k) en voert deze toe aan een vermenigvuldiger 52 voor vermenigvuldiging met de corresponderende coëfficiënt y(i,k). In figuur 8 is een voorbeeld aangegeven van de weegfactoren Q(i,k). Uit deze figuur blijkt dat een eerste groep ac-coëfficiënten vermenigvuldigd wordt met de weegfactor 1, een tweede groep met weegfactor 0.8, een derde groep met weegfactor 0.6 en een vierde groep met weegfactor 0.4. Het bewegings-signaal MD wordt aan het ROM 51 toegevoerd teneinde de weging van coëfficiënten bewegingsadaptief te maken. In figuur 9 is een voorbeeld aangegeven van de weegfactoren Q(i,k) in het geval het bewegingssignaal MD=T is. Coëfficiënt y(7,0) en de ac-coëfficiënten in diens onmiddellijke nabijheid, welke de bewegingsinformatie vertegenwoordigen, worden nu nauwkeuriger gekwantificeerd dan in het geval geen beweging aanwezig is. Dit komt de beeldkwaliteit aanzienlijk ten goede.

Figuur 10 geeft een verder uitvoeringsvoorbeeld weer van de in figuur 1 aangegeven transformatieschakeling 22. Het betreft een bewegingsadaptieve transformatie-schakeling welke een deelbeeld van 8*8 beeldelementen transformeert in één blok van 8*8 coëfficiënten indien in het deelbeeld geen beweging is gedetecteerd, en het deelbeeld transformeert in twee. subblokken van 4*8 coëfficiënten in het geval wèl beweging is gedetecteerd. De in figuur 10 weergegeven transformatieschakeling onderscheidt zich van de in figuur 2 weergegeven transformatieschakeling doordat hij is voorzien van twee schakelaars 34 en 36 alsmede een verdere 1-dimensionale transformator 35. In het hierna volgende zal slechts het verschil met de in figuur 2 aangegeven transformatieschakeling worden beschreven. De bewegingsadaptieve transformatie is verder uitvoerig beschreven in referentie 3.

Wanneer het bewegingssignaal MD = ’0’ is, hetgeen betekent dat er binnen een deelbeeld geen merkbare beweging is gedetecteerd, dan staan de schakelaars 34 en 36 in de getekende stand en opereert de transformatieschakeling op de eerder beschreven wijze. In het coëfficiëntengeheugen 33(.) wordt dan één blok van 8*8 coëfficiënten geschreven zoals weergegeven in figuur 5.

Is echter MD = T, dan staan de schakelaars 34 en 36 in de andere stand. In deze toestand worden de elementen p(i,k) in een andere volgorde, uit het transpositiegeheugen 31(.) gelezen dan wanneer MD = ’0’ is. Meer in het bijzonder wordt de produktmatrix P in het transpositiegeheugen 31(.) nu opgedeeld in een eerste 4*8 matrix welke de elementen p(i,k) van de oneven rijen omvat en een tweede 4*8 matrix welke de elementen p(i,k) van de even rijen omvat. Genoemde opdeling wordt verkregen door het toevoeren van geschikte leesadressen vanuit ROM 43(2) (zie figuur 3) aan het transpositiegeheugen. Via de schakelaar 34 worden de beide 4*8 matrices na elkaar en kolom voor kolom toegevoerd aan de transformator 35 en daarin onderworpen aan een verticale discrete cosinus transformatie (VDCT). In transformator 35 worden de kolommen met een 4*4 transformatiematrix A’ vermenigvuldigd. Hierdoor worden twee subblokken van elk 4*8 coëfficiënten verkregen. Het eerste subblok is ontstaan door discrete cosinus transformatie van een subdeelbeeld van 4*8 beeldelementen dat de oneven lijnen van het deelbeeld X omvat. Dit subdeelbeeld wordt verder het oneven subdeelbeeld genoemd. Het tweede subblok is ontstaan door transformatie van een subdeelbeeld dat de even lijnen van het deelbeeld X omvat en wordt verder het even subdeelbeeld genoemd.

Figuur 11 geeft weer hoe de beide subblokken in het coëfficiëntengeheugen 33(.) zijn opgeslagen. Het geheugen omvat een subblok I met coëfficiënten yG(i,k) van het oneven subdeelbeeld en een subblok II met coëfficiënten yE(i,k) van het even subdeelbeeld. Hierin is i=0,1,--3 en k=0,1,..7. De coëfficiënten yo(0,0) en yE(0,0) representeren nu de gemiddelde helderheid van het oneven respectievelijk even subdeelbeeld en zijn dus beide een dc-coëfficiënt. De overige coëfficiënten yo(0,l)..yo(3,7) en yE(0,l)..yE(3,7) zijn ac-coëffïciënten.

Figuur 12 geeft een voorbeeld van een aftastpatroon dat bij de in figuur 10 aangegeven transformatieschakeling toegepast wordt. De dc-coëfficiënten yo(0,0) van subblok I en yE(0,0) van subblok II worden onmiddelijk na elkaar uitgelezen. Beide subblokken worden volgens het effectieve zigzag patroon afgetast waarbij afwisselend een coëfficiënt van het ene en het andere subblok wordt uitgelezen. Opgemerkt wordt dat de 4*8 subblokken meer signaalenergie bevatten in horizontale richting dan in verticale richting. Het is dan ook zinvol om de aftasting in horizontale richting enigermate te versnellen. Dit wordt bereikt met de in de figuur aangegeven stippellijn. De aangegeven aftastvolgorde is vastgelegd in het ROM 50 van de in figuur 4 aangegeven aftast- en weegschakeling. Figuur 13 geeft een voorbeeld van de met dit patroon corresponderende weegfactoren die in ROM 51 (zie eveneens figuur 4) zijn vastgelegd.

Toepassing van de in figuur 10 aangegeven bewegingsadaptieve transformatieschakeling betekent dat voor deelbeelden waarin beweging is gedetecteerd twee dc-coëfficiënten afzonderlijk verwerkt moeten worden. Bij niet-bewegende deelbeelden is echter slechts één dc-coëfficiënt voorhanden. Het is zinvol gebleken om een blok coëfficiënten in beide gevallen op gelijke wijze te verwerken. Figuur 14 geeft een uitvoeringsvoorbeeld van een hiervoor geschikte aftast- en weegschakeling weer. Ten opzichte van de in figuur 4 aangegeven schakeling omvat deze aftast- en weegschakeling bovendien een decoder 53, een vertragingselement 54, een aftrekschakeling 55 en een multiplexer 56. Tijdens het uitlezen van de tweede dc-coëfficiënt yE(0,0) uit het coëfficiëntengeheugen bevat het vertragingselement 54 nog de daarvóór uitgelezen eerste dc-coëfficiënt yo(0,0). In de aftrekschakeling 55 wordt het verschil van beide bepaald en als verschilcoëfficiënt yo(0,0)-yE(0,0) toegevoerd aan de multiplexer 56. De multiplexer wordt door de decoder 53 zodanig bestuurd dat in plaats van de tweede dc-coëfficiënt yE(0,0) genoemde verschilcoëfficiënt wordt uitgevoerd. Deze verschilcoëfficiënt wordt nu verder als een quasi ac-coëfficiënt verwerkt. Omdat de verschilcoëfficiënt in de praktijk klein is en nauwkeurig (weegfactor 1) wordt gekwantiseerd, kan aan de ontvangzijde de oorspronkelijke tweede dc-coëfficiënt yE(0,0) voldoende nauwkeurig worden gereconstrueerd. Opgemerkt zij dat het tevens mogelijk is om ook de eerste dc-coëfficiënt y0(o,o) niet afzonderlijk over te zenden doch in plaats daarvan een quasi dc-coëfficiënt, welke de som yo(0,0)+yE(0,0) representeert. In dat geval worden kwantiseringsfouten gelijk over beide dc-coëfficiënten verdeeld.

Voor het terugwinnen van de oorspronkelijke beeldelementen is de decodeerschakeling 8 (zie figuur 1) voorzien van een blokvormingscircuit 83 en een inverse transformatieschakeling 84. Een uitvoeringsvorm van de inverse transformatie-schakeling wordt verkregen door in de transformatieschakelingen welke in figuur 2 en figuur 10 zijn aangegeven, de signaalrichtingen om te keren en voor de diverse geheugens de lees- en schrijfsignalen te verwisselen.

Een uitvoeringsvorm van het blokvormingscircuit is weergegeven in figuur 15. Het omvat een teller 60 welke voor elke ontvangen coëfficiënt een klokpuls fc ontvangt en bij de eerste coëfficiënt van elk blok gereset wordt door een start blok signaal SB. De tellerstand van teller 60 wordt toegevoerd aan een eerste ROM 61 dat voor elke coëfficiënt een inverse weegfactor 1/Q(i,k) toevoert aan een vermenigvuldiger 63. Aan de uitgang van de vermenigvuldiger zijn nu de gereconstrueerde coëfficiënten y’(i,k) beschikbaar voor opslag in het coëfficïentengeheugen van de inverse transformatieschakeling. Het geheugen wordt hierbij geadresseerd door schrijfadressen SCAN’ welke voor elke tellerstand zijn opgeslagen in een tweede ROM 62.

In figuur 15 is gestippeld een dc-herstelschakeling 64 aangegeven voor het herstellen van de tweede dc-coëfficiënt van een blok welke noodzakelijk is indien in de codeerschakeling de in figuur 14 weergegeven aftast- en weegschakeling is toegepast. De dc-herstelschakeling omvat een vertragingselement 641, een opteller 642, een multiplexer 643 en een decoder 644. Bij de ontvangst van de verschilcoëfficiënt yo(0,0)-y_ E(0,0) bevat het vertragingselement 641 nog de daarvóór ontvangen eerste dc-coëfficiënt yo(0,0) zodat opteller 642 de tweede dc-coëfficiënt yE(0,0) levert.

Claims (13)

1. Codeerschakeling voor transformatiecodering van een beeldsignaal, omvattende: middelen voor het opdelen van beelden in deelbeelden, een transformatieschakeling voor het transformeren van elk deelbeeld in een tweedimensionaal blok van aan elkaar grenzende coëfficiënten, een bewegingsdetector die de deelbeelden ontvangt en die een bewegingssignaal opwekt bij detectie van een binnen het deelbeeld merkbare beweging, aftastmiddelen om het blok coëfficiënten volgens een van het bewegingssignaal afhankelijk aftastpatroon uit te lezen en om te zetten in een seriële reeks van coëfficiënten, met het kenmerk, dat het aftastpatroon tenminste één sprong vertoont naar een vooraf bepaalde coëfficiënt die niet grenst aan een eerder uitgelezen coëfficiënt.

2. Codeerschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vooraf bepaalde coëfficiënt representatief is voor de aanwezigheid van beweging in het deelbeeld.

3. Codeerschakeling volgens conclusie 1, waarbij het deelbeeld twee geïnterlinieerde subdeelbeelden omvat, met het kenmerk, dat de transformatieschakeling is ingericht om het blok coëfficiënten door afzonderlijke transformatie van de subdeelbeelden op te delen in subblokken, en dat de vooraf bepaalde coëfficiënt deel uitmaakt van een ander subblok dan de eerder uitgelezen coëfficiënten.

4. Codeerschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de vooraf bepaalde coëfficiënt de dc-coëfficiënt is van het betreffende subblok.

5. Codeerschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de aftastmidden verder zijn ingericht om de afzonderlijke subblokken volgens een zigzag patroon uit te lezen.

6. Codeerschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de aftastmiddelen verder zijn ingericht om afwisselend coëfficiënten van beide subblokken uit te lezen.

7. Codeerschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de codeerschakeling verder is voorzien van middelen voor het omzetten van de dc-coëffici-enten van beide subblokken in een verschilcoëfficiënt welke het verschil van genoemde dc-coëfficiënten representeert.

8. Decodeerschakeling voor decodering van een getransformeerd beeldsig-naal dat geleverd wordt door een codeerschakeling volgens conclusie 1 of 2, omvattende: middelen voor het regenereren van het bewegingssignaal, opslagmiddelen om een seriële reeks coëfficiënten volgens een van het bewegingssignaal afhankelijk opslagpatroon op te slaan in een twee-dimensionaal blok van aan elkaar grenzende adresseerbare geheugenlokaties, een inverse transformatieschakeling voor het transformeren van de in het blok opgeslagen coëfficiënten in een deelbeeld, met het kenmerk, dat het opslagpatroon tenminste één sprong vertoont naar een vooraf bepaalde geheugenlokatie die niet grenst aan eerder geadresseerde geheugenlokatie.

9. Decodeerschakeling volgens conclusie 8 voor decodering van een getransformeerd beeldsignaal dat geleverd wordt door een codeerschakeling volgens een van de conclusies 3-6, met het kenmerk, dat de inverse transformatieschakeling is ingericht om het blok coëfficiënten op te delen in twee subblokken en deze afzonderlijk in twee geïnterlinieerde subdeelbeelden te transformeren, en dat de vooraf bepaalde geheugenlokatie deel uitmaakt van een ander subblok dan de eerder geadresseerde geheugenlokaties.

10. Decodeerschakeling volgens conclusie 9 voor decodering van een getransformeerd beeldsignaal van een codeerschakeling volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de decodeerschakeling verder is voorzien van middelen voor het terugwinnen van de twee dc-coëfficiënten uit de ontvangen verschilcoëfficiënt.

11. Zender van televisie signalen, voorzien van een codeerschakeling volgens een van de conclusies 1-7.

12. Ontvanger van televisie signalen, voorzien van een decodeerschakeling volgens conclusie 8, 9 of 10.

13. Videorecorder voor het opnemen en weergeven van televisie signalen, voorzien van een codeerschakeling volgens een van de conclusies 1-7 en een decodeerschakeling volgens conclusie 8, 9 of 10.