NO177519B - Bildekodingsinnretning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en bildekodingsinnretning omfattende en differansesignalgenererende anordning for utmating av et differansesignal ved benyttelse av digitaliserte inngangsbildedata og et forutsigelsessignal, en overføringsbildedata-utgangs-anordning for kvantisering og koding av differansesignalet ved benyttelse av et kvantiseringskarakteristikk-styresignal, for lagring av signalet i en overføringsbuffer og for utmating av overføringsbildedata, en anordning for generering av et dekodet bildesignal for dekoding av en kvantiseringsindeks i overensstemmelse med kvantiseringskarakteristikk-styresignalet, for oppnåelse av et dekodet differansesignal og for utmating av et dekodet bildesignal ut fra det dekodede differansesignal og forutsigelsessignalet, et lager for lagring av det dekodede bildesignal og for utmating av forutsigelsessignalet med en tidsforsinkelse, og en kodingskontroller for mottakelse av graden av bufferopptattid fra overføringsbildedata-utgangsanordningen og for utmating av kvantiseringskarakeristikk-styresignalet.

Bildekodingsinnretninger som i hovedsaken er av ovennevnte type, er kjent fra de japanske patentpublikasjoner 58-14688 (A) og 57-61387 (A). Førstnevnte publikasjon viser en innretning hvor kvantiseringskarakteristikken omkoples i overensstemmelse med det forhåndenværende parti av et bilde, dvs. om partiet er i en ensartet del eller i en kantdel av bildet. Den andre publikasjon viser en innretning hvor kvantiseringskarakteristikken gjøres grov når datamengden av det kodede bilde som er lagret i et overføringsbuf f erlager er stor, og hvor kvantiseringskarakteristikken gjøres fin når datamengden av det kodede bilde som er lagret i overføringsbufferlageret er liten. Ved denne prosedyre styres en kvantiseringskarakteristikk ved benyttelse av den tidligere helbilde-kvantiseringskarakteristikk, slik at en kvantiseringskarakteristikk ikke endres plutselig for hvert helbilde.

Disse publikasjoner viser imidlertid ikke at kvantiseringskarakteristikken eller en fornyelsesenhet endres basert på de genererte informasjonsmengder som beregnes av forskjellige enheter under koding.

I det følgende skal det gis en beskrivelse av kjent teknikk under henvisning til fig. 1 og 2.

Fig. 1 er et blokkskjerna som viser sammensetningen av en bildekodingsinnretning ifølge den kjente teknikk som arbeider med en bestemt overføringshastighet, slik det er vist i en artikkel av Murakami, Assai m.fl. med tittelen "Adaptive Type Vector Quantization System Interframe Coding" i Technical Report IE84-1 fra the Institute of Electronic and Communication Engineers i Japan (3. april 1984). På fig. 1 omfatter innretningen en helbilde-overhoppingsprosessor (frame skip processor) 1 for utførelse av en bildeoverhoppingsbehandling på inngangsbildedata 101 for hvert helbilde, en subtraktor 11 for utførelse av subtraksjon mellom gjenværende inngangsbildedata 102 etter bildeoverhoppingsbehandlingen og et interbilde- eller mellombilde-forutsigelsessignal 107, en kvantiserer 2 for blokkdannelse av et utmatet mellombilde-differansesignal 103 fra subtraktoren 11 og deretter kvantisering av blokken (heretter omtalt som "kvantiseringsblokk (QB)") ved benyttelse av foreskrevne kvantiseringskarakteristikker som er tilordnet ved hjelp av et kvantiseringskarakteristikk-styresignal 112, og utmating av en kvantiseringsindeks 104, en kvantiseringsdekoder 3 for dekoding av kvantiseringsindeksen 104 ved benyttelse av kvantiseringskarakteristikk-styresignalet 112, og utmating av et dekodet differansesignal 105, en adderer 12, et helbildelager 4 for generering av mellombilde-forutsigelsessignalet 107, en koder 5 med variabel ordlengde, en overførings- eller sendebuffer 6 for utmating av overføringsbildedata 113, og en konvensjonell kodingskontroller eller kodings-styreenhet 7b for styring av bildeoverhoppingen i helbildeoverhoppingsprosessoren 1 i overensstemmelse med en bufferopptatt-tid 108 fra overførings-buf feren 6, og styring av kvantiseringskarakteristikken i kvantisereren 2.

I det følgende skal virkemåten beskrives. I helbildeoverhoppingsprosessoren 1 utføres først en bildeoverhoppingsbehandling på inngangsbildedata 101 for hvert helbilde i overensstemmelse med et bildeoverhoppings-styresignal 111 som tilordner antallet av bildeoverhoppinger. Gjenværende inngangsbildedata 102 som utmates fra helbildeoverhoppingsprosessoren 1, utsettes for subtraksjon av et mellombilde-forutsigelsessignal 107 i subtraktoren 11 i det bakre trinn. Som et resultat genereres et mellombilde-differansesignal 103 redusert med tidsredundansen. I kvantisereren 2 oppdeles mellombilde-dif f eransesignalet 103 i kvantiseringsblokker QB, og for hver n x QB (n = naturlig tall) (hver foreskrevet kvantiseringsblokk) eller hvert helbilde utføres kvantisering av kvantiseringsblokkene QB ved benyttelse av foreskrevne kvantiseringskarakteristikker som er tilordnet blant et antall kvantiseringskarakteristikker ved benyttelse av et kvantiseringskarakteristikk-styresignal 112. Den konvensjonelle kodingskontroller 7b utmater et bildeoverhoppings-styresignal 111 og et kvantiseringskarakteristikk (kvantiseringstrinnstørrelse)-styresignal 112 i overensstemmelse med en bufferopptattid 108 fra overføringsbufferen 6.

Fig. 2 viser et blokkskjerna av den konvensjonelle kodingskontroller 7b. Henvisningstallet 81 betegner en tredje kvantiseringskarakteristikk-styretabell. Relasjonen eller forbindelsen mellom bufferopptattiden B og kvantiseringskarakteristikken (kvantiseringstrinnstørrelsen) G og antallet av bildeoverhoppinger M er som følger:

Kvantiseringsindeksen 104 og kvantiseringskarakteristikk-styresignalet 112 kodes og multiplekses i koderen 5 med variabel ordlengde og overføres til overføringsbufferen 6 og lagres midlertidig, og blir deretter overført som overførings-bildedata 113. I kvantiseringsdekoderen 3 dekodes kvantiseringsindeksen 104 ved benyttelse av kvantiseringskarakteristikk-styresignalet 112, og som et resultat av dekoding av kvantiseringsindeksen 104 utmates et dekodet differansesignal 105 til addereren 12. Mellombilde-forutsigelsessignalet 107 adderes til det dekodede differansesignal 105 ved hjelp av addereren 12, og et dekodet videosignal 106 frembringes. I helbildelageret 4 utsettes det dekodede videosignal 106 for bildeforsinkelsen og utmates som mellombilde-forutsigelsessignalet 107.

Da bildekodingsinnretningen ifølge den kjente teknikk er sammensatt slik som foran beskrevet, oppdeles mellombilde-dif f eransesignalet i kvantiseringsblokkene QB, og dekodingskon-trollen for hver n x QB eller hvert helbilde utføres i overensstemmelse med bufferopptattiden 108. Det eksisterer følgelig problemer ved at bildekvaliteten, når kontrollen eller styringen

utføres for hver n x QB, kan bli ikke-ensartet lokalt, hvilket resulterer i forringelse av den subjektive kvalitet, og på grunn av at når kontrollen utføres for hvert helbilde, da kodingskontrollen er forsinket, kan en større trinnstørrelse bli valgt eller bildeoverhoppingen kan opptre hyppig.

Med andre ord er kodingskontroll for hvert helbilde i fordelaktig ved at forholdsvis ensartet kvalitet oppnås i det kodede bilde og kontrollen utføres på fluktuasjonene i en lang periode av det antall biter som frembringes ved koding av bildet i avhengighet av innholdet av scenen, men er ufordelaktig ved at når antallet av biter som frembringes ved koding, øker, er et rykkende eller urolig bilde tilbøyelig til å opptre ledsaget av økning og vesentlig fluktuasjon av antallet av bildeoverhoppinger. På den annen side, ved kodingskontroll for hver blokk (n x QB) hvor et bilde er blokket (for eksempel 4 bilde-elementer x 4 linjer), eksisterer fordeler ved at antallet av bildeoverhoppinger er forholdsvis konstant og kontrollen utføres på fluktuasjonen i en kort periode av det antall biter som frembringes ved koding av bildet i hvert parti av scenen, men ulemper eksisterer ved at kodings forvrengningen konsentreres til et bestemt parti av bildet og en unaturlig bildekvalitet er tilbøyelig til å opptre.

For å løse de ovenfor omtalte problemer ved den kjente teknikk er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en bildekodingsinnretning hvor den lokale forringelse av bildekvaliteten er hindret og forsinkelsen av kodingskontrollen er redusert.

Ovennevnte formål oppnås med en bildekodingsinnretning av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at kodingskontrolleren omfatter

en første beregningsanordning for beregning og utmating av det antall biter som frembringes ved koding av en første på forhånd definert andel av de digitaliserte inngangsbildedata,

en andre beregningsanordning for beregning og utmating av det antall biter som frembringes ved koding av en andre på forhånd definert andel av de digitaliserte inngangsbildedata, og

en bestemmelsesanordning for å bestemme kvantiseringskarakteristikken for den første og andre på forhånd definerte andel av de digitaliserte inngangsbildedata blant et antall kvantiseringskarakteristikker ved benyttelse av utgangssignalene fra de første og andre beregningsanordninger, og for å utmate kvantiseringskarakteristikk-styresignalet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der

fig. 1 er et blokkskjerna som illustrerer sammensetningen av en bildekodingsinnretning ifølge den kjente teknikk,

fig. 2 er et blokkskjerna som illustrerer sammensetningen av en kodingskontroller ifølge den kjente teknikk,

fig. 3 er et blokkskjerna som illustrerer sammensetningen av en bildekodingsinnretning ifølge en utførelse av oppfinnelsen,

fig. 4 er et blokkskjerna som illustrerer sammensetningen av en kodingskontroller ifølge en utførelse av oppfinnelsen, og

fig. 5 er et forklarende diagram som illustrerer forbindelsen mellom kvantiseringskarakteristikken og det normaliserte antall av biter som frembringes ved koding.

En foretrukket utførelse av oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til fig. 3-5. På fig. 3, hvor deler som svarer til de som er vist på fig. 1, er betegnet med samme henvisningstall, bestemmer en kodingskontroller 7a antallet av bildeoverhoppinger og kvantiseringskarakteristikken i overensstemmelse med en bufferopptattid 108, en videohastighet (video rate) 109 og en helbildehastighet (frame rate) 110. Fig.

4 er et blokkskjerna som viser sammensetningen av kodingskontrolleren 7a i bildekodingsinnretningen ifølge en utførelse av oppfinnelsen. På fig. 4 utmater en helbildeoverhop-pingskontroller 71 for bestemmelse av bildeoverhoppingsantallet et bildeoverhoppings-styresignal 111. Kodingskontrolleren 7a omfatter en del eller seksjon 72 for beregning av et første antall biter, nærmere bestemt for beregning av det antall biter 701 som frembringes ved koding av n x QB, en del eller seksjon 73 for beregning av et andre antall biter, nærmere bestemt for beregning av det antall av biter 702 som frembringes ved koding av et helbilde, og utmating av dette, en første forsinkelseskrets 74 for tilveiebringelse av en forsinkelse som svarer til n x QB,

en andre forsinkelseskrets 75 for tilveiebringelse av en

forsinkelse som svarer til et helbilde, en første normaliseringsseksjon 76 for beregning av en normalisert verdi for antallet av biter 701 pr. n x QB som er uavhengig av videohastigheten 109 og helbildehastigheten 110, en andre normali-ser ingsseks jon 77 for beregning av en normalisert verdi for antallet av biter 702 pr. helbilde, en første kvantiseringskarakteristikk-styretabell (quantization characteristics Control

table) 78 for bestemmelse av foreskrevne kvantiseringskarakteristikker blant et antall kvantiseringskarakteristikker ved benyttelse av den første normaliserte verdi 705 som er beregnet av den første normaliseringsseksjon 76, en andre kvantiseringskarakteristikk-styretabell 79 for bestemmelse av foreskrevne kvantiseringskarakteristikker blant et antall kvantiseringskarakteristikker ved benyttelse av den andre normaliserte verdi 706 som er beregnet av den andre normaliseringsseksjon 77, og en velger 80 for utvelgelse av enten det første kvantiseringskarakteristikk-styresignal 707 som utmates fra den første kvantiseringskarakteristikk-styretabell 78, eller det andre kvantiseringskarakteristikk-styresignal 708 som utmates fra den andre kvantiseringskarakteristikk-styretabell 79 i overensstemmelse med den første normaliserte verdi 705. Innretningen omfatter også mellombilde-differansesignalgenererende anordninger 1, 11, overføringsbildedata-utgangsanordninger 2, 5, 6, anordninger 3, 12 for generering av dekodet videosignal, anordninger 72, 74, 76 for beregning av den første normaliserte verdi 705, og anordninger 73, 75, 77 for beregning av den andre normaliserte verdi 706.

Generelt har kvantiseringskarakteristikken og det antall biter som frembringes ved koding, den relasjon som er vist på fig. 5. I et bilde som inneholder mye bevegelse og kompli-serte mønstre, beveger karakteristikk-kurven seg mot den høyre, øvre side. I et bilde som inneholder lite bevegelse og enkle mønstre, beveger derimot karakteristikk-kurven seg mot den venstre, nedre side. I denne utførelse er flere karakteristikk-kurver oppsatt tidligere ved hjelp av et forberedende eksperi-ment, og blant disse kurver velges den karakteristikk som svarer til kodingsresultatene for det foregående helbilde (eller n x QB), og denne skal gjøres til karakteristikk-kurve i det eksisterende helbilde (eller n x QB).

For en vilkårlig bestemt terskelverdi TH endres kodingskontrollen fra hvert helbilde til hver blokk dersom man har at

Etter m x n x QB (m = naturlig tall) endres kodingskontrollen til hvert helbilde dersom det er tilfredsstilt at I denne utførelse kan kontrollen for hvert helbilde endres til kontroll for hver blokk dersom det for en vilkårlig bestemt terskelverdi TH' følger at

og derved kan en liknende virkning oppnås.

I det følgende skal virkemåten beskrives. I seksjonen 72 for beregning av første antall biter på fig. 4 beregnes først antallet av biter I1 (701) pr. n x QB ved benyttelse av en bufferopptattid 703 før n x QB utmates fra den første forsinkelseskrets 74 som tilveiebringer en forsinkelse på n x QB i forhold til den eksisterende bufferopptattid 108. I seksjonen 73 for beregning av andre antall biter beregnes derimot antallet av biter I2 (702) pr. helbilde ved benyttelse av en bufferopptattid 704 før et helbilde utmates fra den andre forsinkelseskrets 75 som tilveiebringer en forsinkelse på ett helbilde i forhold til den eksisterende bufferopptattid 108. I den første normaliseringsseksjon 76 beregnes en normalisert verdi som er uavhengig av en videohastighet R, (109) og en helbildehastighet Rf (110) for antallet av biter I1 (701) pr. n x QB, og utmates som en første normalisert verdi N1 (705). Dersom antallet av kvantiseringsblokker pr. helbilde settes lik £, kan relasjonen mellom den første normaliserte verdi 1^ (705) og antallet av biter Ix (701) pr. n x QB, videohastigheten Rv (109) og helbildehastigheten Rf (110), uttrykkes ved følgende formel: Også i den andre normaliseringsseksjon 77 beregnes en normalisert verdi for antallet av biter I2 (702) pr. helbilde, og utmates som en andre normalisert verdi N2 (706):

I den første kvantiseringskarakteristikk-styretabell 78 og den andre kvantiseringskarakteristikk-styretabell 79 bestemmes foreskrevne kvantiseringskarakteristikker blant et antall kvantiseringskarakteristikker ved å benytte henholdsvis den første normaliserte verdi Nx (705) og den andre normaliserte verdi N2 (706). Som vist på fig. 5, består bestemmelsesprose-dyren for kvantiseringskarakteristikken i at (l) en passende karakteristikk-kurve velges blant et antall karakteristikk-kurver som angir relasjonen mellom kvantiseringskarakteristikken og den normaliserte verdi i overensstemmelse med den tidligere relasjon mellom kvantiseringskarakteristikken og den normaliserte verdi, og kvantiseringskarakteristikken svarende til den tilstreb-ede, normaliserte verdi Nt (= 1) bestemmes ved benyttelse av den valgte karakteristikk-kurve. I velgeren 80 velges enten et første kvantiseringskarakteristikk-styresignal CS1 ( 707) eller et andre kvantiseringskarakteristikk-styresignal CS2 (708) som ble bestemt i henholdsvis den første kvantiseringskarakteristikk-styretabell 78 og den andre kvantiseringskarakteristikk-styretabell 79, ved benyttelse av den første normaliserte verdi tt^

(705), og utmates som et kvantiseringsstyresignal 112.

Andre deler behandles på liknende måte som i den kjente teknikk.

Selv om kontrollen for hver n x QB og kontrollen for hvert helbilde endres i overensstemmelse med den normaliserte verdi av antallet av biter som frembringes ved koding, kan man i denne utførelse, ved valget av kontroll- eller styreenhetene på n x QB/helbilde, benytte variansen av antallet av biter som frembringes ved koding, som kriterium sammen med antallet av biter som frembringes ved koding, og derved blir den mest passende kodingskontroll mulig.

Ifølge oppfinnelsen slik den er beskrevet foran, genereres - som enheter for kodingskontrollen - det første kvantiseringskarakteristikk-styresignal som utfører kontrollen for hver n x QB, ved hjelp av anordningen for beregning av den første normaliserte verdi og den første kvantiseringskarakteristikk-styretabell, og det andre kvantiseringskarakteristikk-styresignal som utfører kontrollen for hvert helbilde, genereres ved hjelp av anordningen for beregning av den andre normaliserte verdi og den andre kvantiseringskarakteristikk-styretabell, og det ene eller det andre kvantiseringskarakteristikk-styresignal velges for å endre styreenheten ved hjelp av velgeren i overensstemmelse med antallet av biter som frembringes ved koding, for derved å oppnå at den lokale forringelse av bildekvaliteten hindres, forsinkelse av kodingskontrollen reduseres, og en høyeffektiv koding av det digitale videosignal kan oppnås.

Claims (5)

1. Bildekodingsinnretning omfattende en differansesignalgenererende anordning (1, 11) for utmating av et differansesignal (103) ved benyttelse av digitaliserte inngangsbildedata (101) og et forutsigelsessignal (107), en overføringsbildedata-ut-gangsanordning (2, 5, 6) for kvantisering og koding av dif f eran-sesignalet (103) ved benyttelse av et kvantiseringskarakteristikk-styresignal (112), for lagring av signalet i en over-føringsbuf f er (6) og for utmating av overføringsbildedata (113), en anordning (3, 12) for generering av et dekodet bildesignal for dekoding av en kvantiseringsindeks (104) i overensstemmelse med kvantiseringskarakteristikk-styresignalet (112), for oppnåelse av et dekodet differansesignal (105) og for utmating av et dekodet bildesignal (106) ut fra det dekodede differansesignal og forutsigelsessignalet (107), et lager (4) for lagring av det dekodede bildesignal (106) og for utmating av forutsigelsessignalet (107) med en tidsforsinkelse, og en kodingskontroller (7a) for mottakelse av graden av buf f er-opptattid (108) fra over-føringsbildedata-utgangsanordningen (2, 5, 6) og for utmating av kvantiseringskarakteristikk-styresignalet (112), KARAKTERISERT VED at kodingskontrolleren (7a) omfatter en første beregningsanordning (72, 74) for beregning og utmating av det antall biter som frembringes ved koding av en første på forhånd definert andel av de digitaliserte inngangsbildedata (101), en andre beregningsanordning (73, 75) for beregning og utmating av det antall biter som frembringes ved koding av en andre på forhånd definert andel av de digitaliserte inngangsbildedata (101), og en bestemmelsesanordning (78, 79, 80) for å bestemme kvantiseringskarakteristikken for den første og andre på forhånd definerte andel av de digitaliserte inngangsbildedata (101) blant et antall kvantiseringskarakteristikker ved benyttelse av utgangssignalene (701; 702) fra de første og andre beregningsanordninger (72, 74; 73, 75), og for å utmate kvantiseringskarak teristikk-styresignalet (112).

2. Bildekodingsinnretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at kodingskontrolleren (7a) videre omfatter en helbildeoverhop-pings-kontroller (71) for utmating av et helbildeoverhoppings-styresignal (111) i overensstemmelse med graden av buffer-opptattid (108), en første kvantiseringskarakteristikk-styreanordning (78) for utvelgelse og utmating av én blant et antall kvantiseringskarakteristikker i overensstemmelse med utgangssignalet (701) fra den første beregningsanordning (72, 74), og en andre kvantiseringskarakteristikk-styreanordning (79) for utvelgelse og utmating av én blant et antall kvantiseringskarakteristikker i overensstemmelse med utgangssignalet (702) fra den andre beregningsanordning (73, 75), idet den første beregningsanordning (72, 74) beregner variasjonen av graden av buf fer-opptattid (108) for et forutbestemt antall n (n = naturlig tall) av kvantiseringsblokker ( QB), idet den andre beregningsanordning (73, 75) beregner variasjonen av graden av buffer-opptattid (108) for et helbilde, idet beregningsanordningen (78, 79, 80) utvelger den første eller den andre kvantiseringskarakteristikk-styreanordning (78, 79) og utmater kvantiseringskarakteristikk-styresignalet (112) i overensstemmelse med utgangssignalet (701, 702) fra den første eller den andre beregningsanordning (72, 74; 73, 75).

3. Bildekodingsinnretning ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at kodingskontrolleren (7a) videre omfatter første og andre informasjonsmengde-normaliseringsanordninger (76; 77) for normalisering av utgangssignalene (701; 702) fra de første og andre beregningsanordninger (72, 74; 73, 75) til en mengde som er uavhengig av videohastigheten(109), helbildehastigheten (110) og størrelsen av de digitaliserte inngangsbildedata (101), idet bestemmelsesanordningen (78, 79, 80) bestemmer på forhånd definerte kvantiseringskarakteristikker blant et antall kvantiseringskarakteristikker ved benyttelse av utgangssignaler Nx (705) og N2 (706) fra henholdsvis de første og andre informasjonsmengde-normaliseringsanordninger (76; 77), og utmater kvantiseringskarakteristikk-styresignalet (112).

4. Bildekodingsinnretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at bestemmelsesanordningen (78, 79, 80) utmater kvantiseringskarakteristikk-styresignalet (707) for den første på forhånd definerte andel av de digitaliserte inngangsbildedata (101) dersom N1 > N2 + TH for en vilkårlig bestemt terskelverdi TH, og at bestemmelsesanordningen (78, 79, 80) utmater kvantiseringskarakteristikk-styresignalet (708) for den andre på forhånd definerte andel av de digitaliserte inngangsbildedata (101) dersom Nx < N2 + TH etter koding av m x n kvantiseringsblokker (m = naturlig tall).

5. Bildekodingsinnretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at bestemmelsesanordningen (78, 79, 80) utmater kvantiseringskarakteristikk-styresignalet (708) for den andre på forhånd definerte andel av de digitaliserte inngangsbildedata (101) dersom N1 < N2 + TH for en vilkårlig bestemt terskelverdi TH, og at bestemmelsesanordningen (78, 79, 80) utmater kvantiseringskarakteristikk-styresignalet (707) for den første på forhånd definerte andel av de digitaliserte inngangsbildedata (101) dersom Nx > N2 + TH etter koding av m x n kvantiseringsblokker (m = naturlig tall).