NO313440B1 - Bevegelseskompensasjon for digitale videosignaler med linjesprang - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anordning for bevegelseskompensert koding av digitale videosignaler, som angitt i ingressen av henholdsvis krav 1 og 9, samt en fremgangsmåte og anordning for dekoding av bevegelseskompenserte digitale videosignaler som har linjesprang, som angitt i ingressen av henholdsvis krav 17 og 19. Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for bevegelseskompensert koding av digitale videosignaler som definerer suksessive delbilder av videodata med linjesprang, som angitt i ingressen av vedlagte krav 21.

Digital overføring av fjernsynssignaler kan by på videotjenester og audiotjenester med meget høyere kvalitet enn tidligere analoge teknikker. Digitale overføringsopplegg er særlig fordelaktige for signaler som blir kringkastet av satelitt til kabelfjernsyn som er tilknyttet og/eller direkte til fjernsynsmottagere for hjemmebruk via satelitt. Slike signaler kan også sendes ut via et kabelfjernsynsnett.

En betydelig mengde digitale data må sendes i et hvilket som helst digitalt fjernsynssystem. Dette er særlig viktig når det gjelder fjernsyn med høy oppløsning ("HDTV"). I et digitalt fjernsynssystem mottar en abonnent den digitale datastrøm via en mottager/omkaster som gir video, audio og data til abonnenten. For å utnytte mest mulig effektivt det tilgjengelige radiofrekvensspektrum er det fordelaktig åkomprimere digitale fjernsynssignaler for å redusere den mengde data som må overføres.

Videodelen i et fjernsynssignal omfatter en sekvens med video "delbilder" som sammen danner et levende bilde. I digitale fjernsynssystemer er hver linje i et videodelbilde dannet av en sekvens med digitale databiter som betegnes som "bildeelementer". En stor mengde data er nødvendig for å danne hvert videodelbilde i et fjernsynssignal. For å kunne behandle denne mengde data, særlig for HDTV-anvendelser, må dataene komprimeres.

Videokomprimeringsteknikker muliggjør effektiv overføring av digitale videosignaler over vanlige kommunikasjonskanaler. Slike teknikker bruker komprimeringsalgoritmer som kan dra fordel av korreleringen blant sammenstående bildeelemnter for å utlede en mer effektiv representasjon av den viktige informasjon i et videosignal. De kraftigste komprimeringssys-temer drar ikke bare fordel av rommessig korrelering, men kan også benytte likheter blant sammenstående delbilder til ytterligere å pakke sammen dataene. I slike systemer benyttes differentialkoding for å sende bare forskjellen mellom et virkelig delbilde og en forutsigelse av det virkelige delbildet. Denne forutsigelse er basert på informasjon som fåes fra et foregående delbilde i samme videosekvens. Eksempler på slike systemer kan finnes hos Krause m.fl. i US-patenter nr. 5068724, 5091782 og 5093720, som gjelder forskjellige opplegg for bevegelseskompensasjon ved digital video.

I bevegelseskompenserende systemer av den type som er omhandlet i de nevnte patenter blir bevegelsesvektorer utledet ved sammenligning av en del (dvs. blokk) av bildeelementdata fra et felt i et løpende delbilde med tilsvarende deler av det foregående delbildet. En bevegelsesvurderer bestemmer hvorledes den tilsvarende bevegelsesvektor i det foregående delbildet skal justeres for å kunne anvendes i det løpende felt. Slike systemer er meget effektive når det gjelder å redusere mengden av data som skal overføres, særlig når den tilførte video er i et progressivt avsøkningsformat. Benyttet på video med linjesprang der partalls- og oddetallsnummererte linjer i et bilde sendes etter hverandre som to adskilte innfelte felt, blir imidlertid virkningen av de eksisterende bevegelses-kompensasjonsteknikker i høy grad redusert.

EP-publikasjon 526163-A2 omhandler en fremgangsmåte og anordning for bildekoding, der bl.a. et forutsigelsesignal bestemmes ved bevegelseskompensering av forskjellige felt.

WO-publikasjon WO92/10061-A omhandler en dekoder som foretar en slags modusbestemmelse for dekoding av linjesprang-video, der beste-modus signalet anvendes av en adressegenerator for å bestemme adressen for én eller flere av de best tilpassede, fremtidige oddetalls, tidligere oddetalls, og tidligere pratalls blokker.

Det ville være fordelaktig å komme frem til et bevegelseskompenserende system for digitale videosignaler med linjesprang der en høyere grad av datakomprimering kan oppnås. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et system for dette.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes de innledningsvis nevnte fremgangsmåter ved de trekk som fremgår av de respektive krav 1, 17 og 21. Ytterligere utførelsesformer av disse fremgangsmåter fremgår av de respektive underkrav 1-8,18, 22-23.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes de innledningsvis nevnte anordninger ved de trekk som fremgår av de respektive krav 9 og 19. Ytterligere utførelser av disse anordninger fremgår

av de respektive underkrav 10-16 og 20.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene, der: fig. 1 er en skjematisk illustrasjon på et tidligere kjent opplegg til bevegelsesforutsigelse

med feltmodus,

fig. 2 er en skjematisk illustrasjon på et alternativt tidligere kjent opplegg for

bevegelsesforutsigelse ved feltmodus,

fig. 3 er en skjematisk illustrasjon på et tidligere kjent opplegg for bevegelsesforutsigelse

ved delbildemodus,

fig. 4 er en skjematisk illustrasjon på et opplegg til bevegelsesforutsigelse ved

delbildemodus i henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 5 er en skjematisk illustrasjon på et opplegg til bevegelsesforutsigelse ved feltmodus

ved bruk av en delbildestruktur i henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 6 er en skjematisk illustrasjon på et opplegg til bevegelsesforutsigelse ved feltmodus i henhold til foreliggende oppfinnelse der det benyttes en feltstruktur i stedet for en

delbildestruktur,

fig. 7 er et blokkskjema for en kodeanordning i henhold til foreliggende oppfinnelse, fig. 8 er et detaljert blokkskjema for den bevegelsesvurderende del av koderen på fig. 7, fig. 9 viser et skjema for de akkumulatorer som benyttes i bevegelsesvurdereren på fig. 8,

og

fig. 10 er et blokkskjema for en dekoder i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Tidligere er bevegelseskompensasjon for videosignaler med linjesprang blitt benyttet ved bruk enten av feltmodus bevegelsesforutsigelse eller delbildemodus bevegelsesforutsigelse. En form for feltmodus bevegelsesforutsigelse er vist på fig. 1. Ved denne tidligere kjente teknikk blir foregående felt en og to benyttet til å forutsi videoinnholdet i løpende felt tre og fire. Forutsigelsen for felt tre utledes enten fra felt en som angitt med vektoren 10, eller felt to som angitt med vektoren 12. På tilsvarende måte blir forutsigelsen for felt fire utledet fra enten felt to som angitt med vektoren 14 eller fra felt tre som angitt med vektoren 16. Da det ligger en vertikal forskyvning mellom linjene i sammenstøtende felt på grunn av den iboende natur ved video med linjesprang, er det fordelaktig å betrakte begge de to nærmestliggende felt ved forutsigelse av et nytt løpende felt. Det mest nærliggende felt som byr på den mest nøyaktige forutsigelse for det løpende felt er det felt som velges for å gi et

forutsigende feilsignal for overføring.

En andre form for tidligere kjent feltmodus bevegelsesforutsigelse er vist på fig. 2 og er det modus som er blitt mest typisk benyttet når komprimering utføres på delbilder i stedet for på feltene med videodata. Ved denne utførelse representerer feltene en og to et enkelt "tidligere" delbilde og feltene tre og fire representerer et enkelt "løpende" delbilde. Siden begge felt for det løpende delbildet blir komprimert samtidig, er det ikke mulig å benytte felt tre til å forutsi felt fire, slik det ble gjort i utførelsen som er vist på fig. 1.1 utførelsen på fig. 2 benyttes derfor enten felt 1 eller felt 2 til dannelse av forutsigelse for begge feltene tre og fire. Dermed blir felt tre forutsagt fra felt en som angitt med vektoren 20 eller fra felt to som angitt med vektoren 22. På tilsvarende måte blir felt fire forutsagt ved bruk av enten vektor 24 fra felt én eller vektoren 26 fra felt to.

Da tidsintervallet mellom forutsigelsesfeltet og det løpende felt er større for vektor 24 i utførelsen på fig. 2 enn tilfellet var for vektoren 16 i utførelsen på fig. 1, vil forutsigelsen bli noe mindre nøyaktig. Dette kan imidlertid som regel utlignes ved øket virkningsgrad for komprimeringen ved delbildemodus over det opplegg for komprimering utelukkende ved feltmodus som på fig. 1.

Et eksempel på en tidligere kjent delbilde bevegelseskompensasjon er vist på fig. 3.1 denne utførelse benyttes en enkel bevegelsesvektor til å forutsi både felt tre og felt fire fra feltene en og/eller to. Bevegelsesvektoren som blir valgt er den som reduserer summen av forutsigelsesfeil for felt tre og forutsigelsesfeil for felt fire. En av to muligheter vil oppstå avhengig av den bevegelsesvektor som blir valgt. Enten vil feltene en og to eller feltene to og en forutsi henholdsvis felt tre og fire. I praksis vil den andre mulighet ha mindre sannsynlighet for å oppstå siden tidsintervallet mellom feltene en og fire er meget lengere enn tidsintervallet mellom feltene to og tre. Hvis derfor bevegelseshastigheten er konstant, bør den bevegelsevektor som benyttes til åforutsi felt fire være proporsjonalt større enn den som benyttes til å forutsi felt tre. Dette er et av problemene ved eksisterende kompensasjonssystemer for delbildemodus.

Den foreliggende oppfinnelse overvinner manglene ved tidligere kjente bevegelses-kompensasjonssystemer som benyttes for video med linjesprang og gjelder både behandling ved delbildemodus og feltmodus. Bevegelseskompensasjon ved delbildemodus i henhold til foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 4. Ved bruk av bevegelseskompensasjon ved delbildemodus må det beregnes to bevegelsesvektorer. Den første er den "samme felt" bevegelsesvektor (Fl eller F2) som benyttes til å forutsi felt en i et løpende delbilde ut fra felt en i et foregående delbilde (Fl) eller til å forutsi felt to i det løpende delbildet ut fra felt to i det foregående delbildet (F2). Den andre bevegelsesvektor er betegnet som en "motsatt felt" bevegelsesvektor (Gl eller G2) som blir benyttet til åforutsi felt en i det løpende delbildet ut fra felt to i det tidligere delbildet (Gl) eller til å forutsi felt to i det løpende delbildet ut fra felt en i det tidligere delbidet (G2).

På fig. 4 sees det at bevegelsesvektoren 40 (Fl) er den samme som bevegelsesvektor 44 (F2) og at bevegelsesvektoren 42 (Gl) er den samme som vektoren 46 (G2) bortsett fra at både Gl og G2 er skalert for å ta hensyn til forskjellen i avstand mellom de sammen-hørende felt. Mer bestemt 2(Gl)=2(G2)/3. Begge de samme feltvektorer Fl eller F2 og de motstående feltvektorer Gl eller G2 er beregnet ved minimalisering av summen av forutsigelsesfeilen for felt en og forutsigelsesfeilen for felt to i det løpende delbildet. Det treffes så en beslutning om det skal benyttes den samme feltvektor (Fl, F2), den motstående feltvektor (2G1, (2/3)G2) eller begge. Hvis begge samme feltvektor og motstående feltvektor benyttes, blir forutsigelsene for det samme felt og motstående felt som gjøres fra det foregående delbildet gjennomsnittsberegnet før differensiering med det løpende delbidet. Det skal påpekes at det er de to forutsigelser fra det foregående delbildet som gjennomsnitts-beregnes og ikke vektorene.

To forskjellige opplegg for feltmodus bevegelsesforutsigelse blir benyttet ifølge foreliggende oppfinnelse. I det første som er vist på fig. 5 benyttes det en delbildestruktur der partier av oddetalls- og partallsfeltdata (for eksempel "et blokkpar" som omfatter en blokk med oddetallsfeltdata og en blokk med partallsfeltdata) fra det løpende delbildet blir sammenlignet med tilsvarende beliggende ulike og like partier i det tidligere delbildet. Dette blir betegnet som en feltmodus bevegelseskompensasjon ved bruk av en delbildestruktur. I det andre opplegg blir enkeltvise oddetallspartier og partallspartier i det løpende delbildet sammenlignet med tilsvarende beliggende partier i både oddetalls- og partallsfeltene i det tidligere delbildet. Dette blir betegnet som feltmodus bevegelseskompensasjon ved bruk av en feltstruktur.

Ved feltmodus bevegelseskompensasjon blir de samme feltbevegelsesvektorer og motstående feltbevegelsesvektorer frembragt uavhengig av hverandre for felt en og felt to i det løpende delbildet. Som vist på fig. 5, kan vektoren 52 (Fl) være forskjellig fra vektoren 56 (F2). På tilsvarende måte kan vektoren 50 (Gl) være forskjellig fra vektoren 54 (G2). Beslutninger om det skal benyttes samme felt eller motstående feltvektorer blir bestemt uavhengig for de to felt. Med andre ord blir forutsigelsen for felt en dannet ved bruk av enten Fl, Gl eller ved gjennomsnitt for forutsigelser som er knyttet til både Fl og Gl vektorene. På tilsvarende måte fremkommer forutsigelsen for felt to ved bruk av enten F2 eller G2 eller et gjennomsnitt for de forutsigelsene som er knyttet til begge F2 og G2 vektorene.

Som eksempel kan den forutsigelse for et parti 51 av felt en for det løpende delbildet som er vist på fig. 5 frembringes ved sammenligning av de videodata som finnes i parti 51 med tilsvarende beliggende videodata i felt en i det tidligere delbildet (som angitt med bevegelsesvektor 52) eller ved sammenligning av videodata for parti 51 i felt en av det løpende delbildet med tilsvarende beliggende data i felt to i det tidligere delbildet (som angitt med bevegelsesvektor 50). Som et alternativ kan den beste forutsigelse være resultatet ved sammenligning av videodata for partiet 51 i det løpende delbildet med et gjennomsnitt for de videodata som danner de beste enkeltvise forutsigelser i hvert av felt en og to i det tidligere delbildet. I dette eksempel blir det tatt et gjennomsnitt av videodata i det tidligere delbildets felt en sammen med videodata i det tidligere delbildets felt to som svarer til bevegelsesvektoren 50. Gjennomsnittet for disse data blir sammenlignet med de videodata som finnes i parti 51 av det løpende delbildet. Det treffes så en beslutning om forutsigelsesfeilen (dvs. forskjellen mellom parti 51 og Fl, Gl eller gjennomsnittet for Fl/Gl data fra det tidligere delbidet) blir minimalisert ved bruk av Fl, Gl eller Fl/Gl mulighetene. Valg av det forutsigende feilsignal kan gjøres basert på det ene som gir det minste kvadraters feil eller den minste absolutte feil.

I feltmodus, med feltstrukturimplementering som vist på fig. 6, er gjengivelsene ikke strukturert som delbilder. I dette eksempel kan bevegelsesvektoren 64 (G2) betegne den vektor som benyttes for å forutsi felt to i det løpende delbildet fra felt en i det løpende delbildet. De gjenværende vektorer i utførelsen på fig. 6 er identiske med de som gjelder utførelsen på fig. 5. Mer bestemt er vektoren 60 (Gl) den samme som vektor 50, vektor 62 (Fl) er den samme som vektor 52, og vektor 66 (F2) er den samme som vektor 56.

Det skal nå vises til fig. 7 som gjelder et blokkskjema for en koder til virkeliggjørelse av foreliggende oppfinnelse. Videodata som skal kodes innmates til en klemme 70. Som regel vil videodataene bli behandlet i et blokkformat. Hver blokk blir differensiert i en subtraktor 82 med en forutsigelse for denne blokkutgang fra en modusbesluttende krets 80. Forskjellen betegnes som et forutsigende feilsignal og blir komprimert ved bruk av en egnet algoritme som for eksempel diskret cosinus transform (DCT) algoritme som vist ved 84. Transformkoeffisientene blir kvantisert i en kvantiserer 86 og innmatet til en koder 92 med variabel lengde for videre komprimering. Den variable lengdekoder kan for eksempel omfatte en velkjent Huffman-koder.

For å frembringe en forutsigelse for hver løpende videoblokkinnmatning ved klemmen 70, blir blokkene sammenlignet i en bevegelsesvurderer 72 med tilsvarende beliggende data i et tidligere videodelbilde eller i et tidligere felt i samme videodelbilde der det foregår behandling av feltmodus og feltstruktur. Bevegelsesvurdereren 72 utmater bevegelsesvektoren F for samme felt og en bevegelsevektor G for motstående felt til henholdsvis bevegelseskompensatorene 74,76.

Bevegelseskompensatoren 74 vil hente ut en del av videodata fra et tidligere videofelt som er lagret i delbildelageret 90 som reaksjon på F bevegelsevektorutgangen fra bevegelsesvurdereren 72. På tilsvarende måte vil bevegelseskompensatoren 76 hente ut data fra et tidligere motstående felt som er lagret i delbildelageret 90 som resultat av G bevegelsesvektoren. Delbildelageret 90 mottar tidligere videodata fra en summerer 89 som legger sammen den tidligere delbildeforutsigelse med det rekonstruerte forutsigende feilsignal som er blitt inverst kvantisert og inverst diskret cosinus transformert (IDCT) av kretsene 88. En modusbesluttende krets 80 er koblet for å motta forutsigelsesdata fra bevegelseskompensator 74 og bevegelseskompensator 76 og for å motta summen av disse fra summereren 78. Kretsen 80 bestemmer om forutsigelsen fra bevegelseskompensatoren 74, forutsigelsen fra bevegelseskompensatoren 76 eller et gjennomsnitt av de to vil føre til den beste samlede forutsigelse for den løpende videodatablokk. Beslutningen er basert på det valg som vil resultere i det minimum av data (innbefattende eventuelle nødvendige grunnlagsdata som for eksempel felt/delbildemodusidentifikasjon og samme felt og/eller motstående feltidentifikasjon) som må overføres for blokken.

Bevegelsesvurderer 72 er vist mer i detalj på fig. 8. En bevegelsesvurderer beregner Fl, F2,

Gl og G2 bevegelsesvektorene som er vist på fig. 5 og F og G vektorene som er vist på fig. 4, der F=F1=F2 og G=2G1=(2/3)G2. Bevegelsesvurdereren beregner også en ytterligere vektor F/G som er den beste enkeltvise vektor med begrensningen F=G.

Beslutningen som gjelder bruk av feltmodus eller delbildemodus og samme felt og/eller motstående felt kan gjøres ved åminimalisere forutsigelsesfeilen eller ved å bruke smartere beslutningsteknikker ut fra erfaring. Selv om antallet av bevegelsesvektorer som blir overført kan variere fra en til fire, blir et samlet antall på seks bevegelsesvektorer beregnet av bevegelsesvurdereren på fig. 8. To av bevegelsesvektorene (F, G) gjelder delbildemodus og fire (Fl, F2, Gl, G2) gjelder feltmodus. Det skal imidlertid påpekes at alle bevegelsesvektorer er beregnet ut fra feltpar og derfor kreves det bare halvparten så mange beregninger for å dekke det samme søkeområdet som en bevegelsesvektor som er utledet fra et delbildepar. Av den grunn kan to delbildebevegelsesvektorer beregnes ved bruk av samme antall beregninger som kreves for en vanlig bevegelsesvektor. Siden søkeområdet som svarer til de fire feltvektorer er begrenset til et enkelt felt, er videre det samlede antall beregninger for å anslå alle fire feltvektorer det samme som det antall som kreves for en enkel vanlig bevegelsevektor. Det skal påpekes at foreliggende oppfinnelse leder til en noe mer komplisert utførelse for å vurdere den motstående feltbevegelsesvektor ved delbildemodus for operasjonen siden forutsigelsesfeilen som skyldes den skalerte Gl vektor må summeres med forutsigelsesfeilen som tilsvarer den skalerte G2 vektor. Som en praktisk ting kan denne mer kompliserte utførelse elimineres ved å implementere vurdereren i en egen integrert kretsbrikke.

Nøyaktighet ved deler av bildeelementene oppnås for både delbilde- og feltbevegelsesvektorer ved interpolering med feltet og ikke innen delbildet. En teknikk til utførelse av interpolering er beskrevet i den ålment tilgjengelige US-patentansøkning 08/009831 tilhørende Liu m.fl., innlevert 27. januar 1993. Ved foreliggende oppfinnelse er det ikke nødvendig å interpolere mellom sammenstående linjer i et delbilde siden den samme virkning oppnås ved gjennomsnittsberegning av forutsigelsene fra begge de to felt i delbildet.

Bevegelsesvurdereren på fig. 8 viser tre feltlagre 102,104 og 106. Disse feltlagre mottar videodatainnmatning ved klemmen 100 og forsinker den innmatede videoen med ett felt hver. Dermed blir tre på hverandre følgende felt med data lagret i vurdereren. En første bevegelsesvurderer 110 og en andre bevegelsesvurderer 112 beregner blokkforskyvnings-feil svarende til alle mulige forskyvninger innenfor et på forhånd bestemt søkeområde. Disse bevegelsesvurderere er av vanlig utførelse og er velkjent på området for bevegelseskompensasjon. Bevegelsesvurdererene mottar tidligere videodata fra feltlagrene 102, 104 og 106 via en vender 108. Bevegelsesvurdereren 110 mottar data som er forsinket med ett felt fra feltlageret 102 eller data som er forsinket med to felt fra feltlageret 104. Bevegelsesvurdereren 112 mottar data som er forsinket med to felt fra feltlageret 104 eller data som er forsinket med tre felt fra feltlageret 106. Venderen 108 reagerer på et signal "FELT" som angir om forutsigelsen skal påføres felt en eller felt to i det foregående delbildet. Signalet blir omkastet etter hvert nytt felt som blir mottatt. Bevegelsesvurdererene sammenligner det løpende delbildeparti med et søkeområde i det tidligere delbildet og finner den beste tilpasning basert på forhåndsbestemte kriterier. Bevegelsesvurdererene utmater det forutsigende feilsignal for den beste tilpasning så vel som den bevegelsesvektor som identifiserer plasseringen av de best tilpassede data i det tidligere delbildet.

De forutsigende feilsignaler ("FEIL") som utmates fra bevegelsesvurdererene innmates til de respektive minnebanker 114, 116. Disse minnebanker blir benyttet til lagring av Gl, F2 og Fl, G2 forutsigelsesfeil for påfølgende gjennomsnittsberegning av Fl og F2 feilene i summereren 118 og gjennomsnittsberegninga av Gl og G2 feilene i summereren 120. Gjennomsnittsverdiene blir benyttet til å frembringe F og G bevegelsesvektorene via akkumulatorer som er beskrevet mer i detalj i det følgende. De to gjennomsnittsverdier blir også gjennomsnittsberegnet sammen i en summerer 122 til bruk ved frembringelsen av en F/G bevegelsesvektor.

En sats på syv akkumulatorer 124, 126,128, 130,132, 134 og 136 er anordnet for lagring av de respektive Fl, F2, Gl, G2, F, G og F/G bevegelsesvektorene med minst feil. Feltmodusakkumulatorene 124 og 130 mottar bevegelsesvektor- og feildata fra bevegelsesvurdereren 112. Feltmodusakkumulatorene 126 og 128 mottar bevegelsesvektor- og feildata fra bevegelsesvurdereren 110. Delbildemodusakkumulatoren 132 mottar bevegelsesvektorinformasjon fra bevegelsesvurdereren 110 og feilinformasjon fra summereren 118. Delbildemodusakkumulatoren 134 mottar bevegelsesvektorinformasjon fra bevegelsesvurdereren 112 og feilinformasjon fra summereren 120. F/G akkumulatoren 136 mottar bevegelsesvektorinformasjon fra bevegelsesvurdereren 110 (eller som et alternativ fra bevegelsesvurdereren 112 siden F=G for F/G modus) og feilinformasjon fra summereren 122.

Utgangen fra hver akkumulator blir oppdatert med en ny inngangsbevegelsesvektor bare hvis den tilsvarende forskyvningsfeil er mindre enn den feil som svarer til den tidligere bevegelsesvektor som er lagret i akkumulatoren. Fl og Gl akkumulatorene har bare mulighet for oppdatering under det første felt i hvert delbilde (felt = 0) og alle andre akkumulatorer har bare anledning til oppdatering under det andre felt i hvert delbilde (felt=l). Denne begrensning vedrørende oppdatering styres ved å føre feltsignalet som inngang via en klemme 148 direkte til akkumulatorene 124 og 128. Feltsignalet omvendes av en omvender 138 før det innmates til de gjenværende akkumulatorer. Akkumulatorene blir tilbakestilt via klemmen 146 for hvert nytt parti (for eksempel blokk) i de innmatede videodata som blir behandlet. Tilbakestilling tvinger akkumulatoren til å bli oppdatert med den første bevegelsesvektorkandidat for det nye parti som blir behandlet.

Som påpekt ovenfor, er Gl, G2 og G bevegelsesvektorene skalert. En skaleringsfaktor på to føres som inngang til en multiplikator 140 for Gl vektoren. En skaleringsfaktor på 2/3 tilføres via en multiplikator 142 for G2 vektoren. En skaleringsfaktor på 2/3 blir innført i G vektoren via multiplikatoren 144.

Siden bevegelsesvurdering ved delbildemodus krever at feilene som svarer til Fl og F2 bevegelsesvektorene og Gl og G2 bevegelsesvektorene skal summeres, er det nødvendig med minnebankene 114 og 116. Siden bare Fl og Gl blir beregnet under felt 1 (felt = 0) og F2 og G2 bare blir beregnet under felt 2 (felt = 1), er det nødvendig å lagre de feil som svarer til alle mulige forskyvninger for hver blokk i et felt. Det skal påpekes at det er mulig å eliminere minnebankene hvis to ytterligere bevegelsesvurderere blir innført for å beregne F2 og G2 samtidig med Fl og Gl. Imidlertid vil noe minne fremdeles være nødvendig for å tilpasse en skalert G vektor med hver F vektor. I dette tilfellet vil den minnemengde som er nødvendig avhenge av bevegelsesvektorområdet.

En utførelse av akkumulatoren 124 er vist på fig. 9. Hver av de andre akkumulatorer kan ha en identisk oppbygning. Bevegelsesvektorene innmates til akkumulatoren via en klemme 150. Forutsigelsesfeil som er knyttet til bevegelsesvektorene blir innmatet via en klemme 152. Etter mottagning av et tilbakestillingssignal ved klemmen 146 , vil OG porten 164 og ELLER porten 166 bevirke at en første lås (holdekrets) 158 låser den første bevegelsesvektor for neste parti av videodata som skal behandles. Samtidig vil den feil som er knyttet til denne bevegelsesvektor bli låst i en andre lås (holdekrets) 160. Etterhvert som den tilhørende bevegelsesvurderer (for eksempel bevegelsesvurdereren 112) søker over et område av det tidligere videodelbildet etter en tilpasning til partiet av videodata som blir løpende behandlet, blir nye bevegelsesvektorer og feil som er knyttet til dette innmatet til akkumulatoren via klemmene 150, 152. De nye feil blir sammenlignet i en sammenligner 162 med den tidligere feil som er låst i en tredje lås (holdekrets) 160. Når sammenligneren 162 bestemmer at en nettopp mottatt feil er bedre enn en tidligere låst feil, vil den sørge for at låsen 158 lagrer den bevegelsesvektor som er knyttet til denne feil og at låsen 160 vil lagre selve feilen. På denne måten vil akkumulatoren få den beste forutsigelsesfeil og tilknyttet bevegelsesvektor for hvert nytt parti av videodata som behandles.

Alle bevegelsesvektorer er representert i form av deres størrelse etter justering for en avstand på et delbilde (dvs. to felt). Av den grunn krever vektorer (Fl og F2) for samme felt ikke skalering. På den annen side svarer vektorer (Gl og G2) for motstående felt til delbildeavstander på 1/2 og 3/2. Av den grunn vil den vektor som overføres være dobbelt så stor når det gjelder Gl og 2/3 så stor når det gjelder G2. Når delbildemodus anvendes, vil Gl og G2 være identiske når de er representert med en delbildeavstand på en. Hver vektor er representert med halv bildeelementnøyaktighet før skalering når delbilde-avstanden er en. Etter skalering blir vektorene igjen avrundet til det nærmeste halve bildeelement.

En fordel ved denne representasjon er at den forenkler forutsigelsen av bevegelsesvektorer. Siden bevegelsesvektoravstanden nå er fast i alle tilfeller, behøver bare én bevegelsesvektor lagres slik at den kan benyttes til forutsigelse av den neste bevegelsesvektor.

Som et eksempel antas det nå at de bevegelsesvektorer som er omhandlet på fig. 4 skal overføres. Disse vektorer blir ført komprimert for å minimalisere det grunnlag som er nødvendig for å sende dem. Det er alltid ønskelig å sende bevegelsesvektorer som forskjeller, siden den resulterende null-middelsfordeling er lettere å komprimere. Derfor er det første trinn å sende forskjellen mellom Fl og den siste bevegelsesvektor som ble kodet. Deretter blir forskjellen mellom 2G1 (som er den samme som (2/3)G2) og Fl overført. F2 behøver ikke å overføres fordi den er den samme som Fl. Når den neste bevegelsesvektor

skal kodes, blir den først differensiert med 2G1.

Anta nå at bevegelsesvektorene på fig. 5 skal overføres. Det første trinn vil være å sende forskjellen mellom Fl og den siste bevegelsesvektor som ble kodet. Deretter sendes forskjellen mellom 2G1 og Fl. Etter dette sendes forskjellen mellom F2 og 2G1 fulgt av forskjellen mellom (2/3)G2 og F2. Den neste bevegelsesvektor vil bli differensiert med (2/3)G2. Bevegelsesvektorer som ikke er valgt for overføring blir ganske enkelt utelatt uten å forandre overføringsrekkefølgen for de vektorer som er tilbake.

Fig. 10 viser en dekoder som kan benyttes ifølge foreliggende oppfinnelse. Overførte videodata og grunnlag mottas ved en inngangsklemme 170 og blir demultiplekset med en demultiplekser 172. Demultiplekseren gir som utganger de videodata som er kodet med variabel lengde via linjen 171. Grunnlagsdata som innbefatter informasjon om bevegelsesvektorer og modusvalg utmates via en linje 173.

Videodataene som er kodet med variabel lengde blir dekodet i en variabel-lengde dekoder 174 og dekomprimert i dekomprimeringskretsen 176 som kan omfatte for eksempel en invers kvantiserer og en IDCT krets svarende til kretsene 88 ved koderen på fig.7. De komprimerte forutsigelsesfeil som er variabelt lengdekodet kobles til en inngang for en summerer 178 som benyttes for å rekonstruere de opprinnelige videodata. Innmatningen til summereren 178 omfatter de forutsigelser som er hentet ut ved bruk av de allerede rekonstruerte data fra tidligere delbilde. En første bevegelseskompensator 182 mottar F bevegelsesvektorene fra linjen 173 og en andre bevegelseskompensator 184 mottar G bevegelsesvektorene fra linjen 173. Disse bevegelseskompensatorer svarer til henholdsvis bevegelseskompensatorene 74, 76 i koderen på fig. 7. Bevegelseskompensatorene mottar tidligere delbildedata fra et delbildelager 180 som er koblet for å motta de tidligere delbilder fra utgangen for summereren 178.

Utmatningene fra bevegelseskompensatorene 182 og 184 føres som innmates til en velger 188 og til en summerer 186. Summereren 186 frembringer gjennomsnittet for den forutsigende datautmatning fra bevegelseskompensatorene og avgir dette til velgeren 188. Velgeren 188 reagerer på modusvalgdata som mottas via linjene 173 for valg av enten forutsigende utmatning for bevegelseskompensator 182, forutsigende utmatning for bevegelseskompensator 184 eller gjennomsnittet for de to forutsigelsesutmatninger fra summereren 186. Den valgte forutsigelse benyttes av summereren 178 til å rekonstruere de opprinnelige videodata som da blir utmatet.

Det skal påpekes at foreliggende oppfinnelse byr på fremgangsmåter og anordninger for koding og dekoding av bevegelseskompenserte videodata som har linjesprang. Den beste samme feltvektor F og beste motstående feltvektor G blir valgt uavhengig av hverandre. Forutsigelsesfeil som skyldes bruk av både F og G vektorene (med de to forutsigelser gjennomsnittsberegnet) blir sammenlignet med forutsigelsesfeil som er resultatet av bruken av F eller G alene. Vektoren (eller vektorene) som resulterer i den minste feil blir så valgt. Dette skiller seg fra tidligere kjente systemer der bare én vektor (dvs. enten samme feltvektor eller motstående feltvektor) ble frembragt.

Ved utførelse av vurdering av delbildemodus finner foreliggende oppfinnelse den G vektor som minimaliserer summen av de første og andre feltfeil når skalering innføres for både Gl og G2. På tilsvarende måte blir beste signalvektor F/G (der F = G) funnet når det tas hensyn til skalering av Gl og G2. Ved utførelsen av bevegelsesvurdereren på fig. 8 blir alle bevegelsesvektorer beregnet uten økning av det nødvendige antall bevegelsesvurderere utover tidligere kjente utførelser.

Foreliggende oppfinnelse byr videre på forutsigelse av bevegelsesvektor der alle bevegelsesvektorer blir skalert for å svare til et felles tidsintervall som for eksempel varigheten av et delbilde før bevegelsesvektorforskj eller blir beregnet. Som et resultat behøver det bare lagres én bevegelsesvektor. F2 eller G2 bevegelsesvektorene blir med fordel differensielt kodet med Fl eller Fl vektorene.

Claims (23)

1. Fremgangsmåte for bevegelseskompensert koding av digitale videosignaler som definerer suksessive delbilder av videodata med linjesprang, innbefattende et løpende delbilde med partalls- og oddetallsfelt av bildeelementdata og et tidligere delbilde med partalls- og oddetallsfelt av bildeelementdata, karakterisert ved trinnene: å oppdele det løpende delbildet i blokkpar av oddetalls- og partallsrelaterte felt av bildeelementdata, å sammenligne blokkparene av nevnte løpende videodelbilde med tilsvarende beliggende blokkpar av nevnte tidligere videodelbilde ved å anvende delbildebehandling for å oppnå, for hvert løpende blokkpar, et foretrukket, delbildemodus-forutsigelsefeilsignal basert på en betraktning av sammenligninger av minst samme feltblokkpar og sammenligninger av motsatt feltblokkpar, å sammenligne bildeelementdatablokkene for oddetalls- og partallsfelt som danner blokkparene i nevnte løpende videodelbilde med lignende beliggende blokker av nevnte tidligere videodelbilde ved å anvende feltmodusbehandling for å oppnå, for hver av nevnte bildeelementdata av oddetalls- og partallsfelt, et foretrukket, feltmodus-forutsigelsefeilsignal basert på en betraktning av sammenligninger av minst samme feltblokk og sammenligninger av motsatte feltblokker, og for hvert løpende blokkpar å velge enten det foretrukne, delbildemodus-forutsigelsefeilsignal eller de foretrukne feltmodus-forutsigelsefeilsignaler tilhørende det blokkparet for å representere hvert blokkpar i henhold til det som gir en mer nøyaktig forutsigelse og/eller sorterer i en minimum mengde av data for overføring av videosignalene.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det foretrukne, delbildemodus-forutsigelsefeilsignal er ytterligere basert på en betraktning av et gjennomsnitt av sammenligninger av de samme feltblokkpar og sammenligninger av motsatte feltblokkpar.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert v e d at det foretrukne, feltmodus-forutsigelsesignal er ytterligere basert på en betraktning av et gjennomsnitt av sammenligninger av samme feltblokk og sammenligninger av motsatte feltblokker.

4. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at for det foretrukne, delmodus-forutsigelsefeilsignal blir det foretrukne, tidligere delbildes samme felts motstykker for partalls- og oddetallsfeltene beskrevet ved hjelp av respektive, ekvivalente bevegelsesvektorer.

5. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at for det foretrukne, delbildemodus-forutsigelsefeilsignalet, blir det foretrukne, tidligere delbildes motsatt felts motstykker for partalls- og oddetalsfeltene beskrevet ved hjelp av respektive enveisrettede bevegelsesvektorer.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at de enveisrettede bevegelsesvektorer er skallette for å ta i betraktning en forskjell i avstand som skyldes bruken av en sammenligning av motsatt felt i stedet for en sammenligning av samme felt.

7. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved det ytterligere trinn: å tilveiebringe bevegelsesvektorer for å muliggjøre gjengivelse av en tilsvarende, løpende delbildedel ved hjelp av en dekoder.

8. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved det ytterligere trinn: å tilveiebringe feltidentifisererinformasjon og bevegelsesvektorer i henhold til nevnte velgingstrinn, for derved å muliggjøre gjengivelse av en tilsvarende, løpende delbildedel ved hjelp av en dekoder.

9. Koderanordning for bevegelseskompensert koding av digitale videosignaler som definerer suksessive delbilder av videodata med linjesprang, innbefattende et løpende delbilde med partalls- og oddetallsfelt av bildeelementdata, og et tidligere delbilde med partalls- og oddetallsfelt av bildeelementdata, karakterisert ved: innretning for oppdeling av det løpende delbildet i blokkpar bestående av oddetalls- og partallsfelt-bildeelementdata, innretning (72) for å sammenligne blokkparene av nevnte, løpende videodelbilde med tilsvarende beliggende blokkpar av nevnte tidligere videodelbilde ved å anvende delbildebehandling for å oppnå, for hvert eksisterende blokkpar, et foretrukket, delbildemodus-forutsigelsefeltsignal basert på en betraktning av sammenligninger av minst samme feltblokkpar og sammenligninger av motsatte feltblokkpar, innretning (72) for å sammenligne bildeelementdatablokker for oddetalls- og partallsfelt som danner blokkparene i nevnte løpende videodelbilde med tilsvarende beliggende blokker i nevnte tidligere videodelbilde ved å anvende feltmodusbehandling for å oppnå, for hver av bildeelementdatablokkene for oddetalls- og partallsfelt, et foretrukket feltmodus-forutsigelsefeilsignal basert på en betraktning av sammenligninger av minst samme feltblokk og sammenligninger av motsatt feltblokk, innretning (80) for å velge, for hvert løpende blokkpar, enten det foretrukne, delbildemodus-forutsigelsefeilsignal eller de foretrukne, feltmodus-forutsigelsesfeil signaler som er tilhørende det blokkparet for å representere hvert blokkpar i henhold til det som gir en mer nøyaktig forutsigelse og/eller resulterer i en minimum mengde av data for overføring av videosignalene.

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at det foretrukne, delbildemodus-forutsigelsefeilsignalet er ytterligere basert på en betraktning av et gjennomsnitt av sammenligningene av samme feltblokkpar og sammenligningene av motsatt feltblokkpar.

11. Anordning som angitt i krav 9 eller 10, karakterisert ved at nevnte foretrukne, feltmodus-forutsigelsefeilsignal er dessuten basert på en betraktning av et gjennomsnitt av sammenligningene av samme feltblokk og sammenligningene av motsatt feltblokk.

12. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 9-11, karakterisert ved atferdet foretrukne, delbildemodus-forutsigelsefeilsignal, beskrives de foretrukne, tidligere delbildes samme feltmotstykker for partalls- og oddetallsfeltene ved hjelp av respektive ekvivalente bevegelsesvektorer.

13. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 9-12, karakterisert ved at for det foretrukne, delbildemodus-forutsigelsefeilsignalet, beskrives det foretrukne, tidligere delbildes motsatte felts motstykker for partalls-og oddetallsfeltene ved hjelp av respektive enveisrettede bevegelsesvektorer.

14. Anordning som angitt i krav 13. karakterisert ved at nevnte enveisrettede bevegelsesvektorer er skalert for å ta i betraktning en forskjell i avstand som skyldes bruken av en sammenligning av motsatt felt i stedet for en sammenligning av samme felt.

15. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 9-14, karakterisert ved dessuten å omfatte: innretning (72) for å tilveiebringe bevegelsesvektorer for å muliggjøre gjengivelse av en tilsvarende, løpende delbildedel ved hjelp av en dekoder.

16. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 9-15, karakterisert ved dessuten å omfatte: innretning (72) for å tilveiebringe feltidentifisererinformasjon og bevegelsesvektorer i henhold til nevnte velgingsinnretning, for derved å muliggjøre gjengivelse av en tilsvarende, løpende delbildedel ved hjelp av en dekoder.

17. Fremgangsmåte for dekoding av bevegelseskompenserte, digitale videosignaler som har linjesprang, karakterisert ved trinnene: å lagre oddetalls- og partallsfelts bildeelementdata for et første videodelbilde, å motta bevegelseskompensert bildeelementdata fra blokkpar av oddetalls og partallsfelts bildeelementdata i et andre videodelbilde sammen med bevegelsesvektor og bevegelseskompensasjonsmodusinformasjon for nevnte blokkpar, idet nevnte bevegelsevektorinformasjon identifiserer blokker av bildeelementdata i det samme og/eller motsatte felt av det første videodelbildet som er nødvendige for å rekonstruere nevnte videodelbilde fra de mottatte bevegelseskompenserte bildeelementdata, å hente som reaksjon på mottatt samme felts bevegelsesvektorinformasjon, bildeelementdata fra det samme felt av nevnte lagrede første videodelbilde som en del av nevnte andre videodelbilde som behandles, å hente, som reaksjon på mottatt, motsatte felt-bevegelsesfeltvektorinformasjon, bildeelementdata fra det motsatte felt av nevnte første videodelbilde enn delen av nevnte andre videodelbilde som behandles, og å velge, som reaksjon på nevnte bevegelseskompensasjons-modusinformasjon minst en av nevnte hentede, samme felts bildeelementdata og nevnte hentede, motsatte felts bildeelementdata for å rekonstruere nevnte mottatte, bevegelseskompenserte bildeelementdata i nevnte andre videodelbilde.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 17, karakterisert ved at nevnte velgingstrinn velger et gjennomsnitt av de hentede, samme felts bildeelementdata og de hentede, motsatte felts bildeelementdata for å rekonstruere nevnte mottatte, bevegelseskompenserte bildeelementdata i nevnte andre videodelbilde.

19. Anordning for dekoding av bevegelseskompenserte, digitale videosignaler som har linjesprang, karakterisert ved: lagerinnretning (180) for å lagre oddetalls- og partallsfelt bildeelementdata for et første videodelbilde, innretninger 170 for å motta bevegelseskompensert bildeelementdata fra blokkpar av oddetalls- og partallsfelt bildeelementdata i et andre videodelbilde sammen med bevegelsevektor og bevegelseskompenseringsmodusinformasjon for nevnte blokkpar, idet nevnte bevegelsevektorinformasjon identifiserer blokker av bildeelementdata i det samme og/eller motsatte felt av første videodelbilde som er nødvendig for å rekonstruere nevnte andre videodelbilde fra de mottatte, bevegelseskompenserte bildeelementdata, første bevegelseskompensatorinnretning (182) som reagerer på mottatt, samme felts bevegelsevektorinformasjon for henting av bildeelementdata fra det samme feltet i nevnte lagrede, første videodelbilde som en del av nevnte andre videodelbilde som behandles, andre bevegelseskompensatorinnretning (184) som reagerer på mottatt, motsatte felts bevegelsevektorinformasjon for henting av bildeelementdata fra det motsatte felt i nevnte første videodelbilde enn den del av nevnte andre videodelbilde som behandles, og innretning (188) for å velge, som reaksjon på nevnte bevegelseskompensasjons-modusinformasjon, minst én av nevnte bildeelementdata som hentes av nevnte første bevegelseskompensatorinnretning og bildeelementdataene som hentes av nevnte andre bevegelseskompensatorinnretning for å rekonstruere de mottatte, bevegelseskompenserte bildeelementdata i nevnte andre videodelbilde.

20. Anordning som angitt i krav 19, karakterisert ved at nevnte velgingsinnretning velger et gjennomsnitt av nevnte bildeelementdata som hentes av nevnte første bevegelseskompensatorinnretning og bildeelementdata som hentes av nevnte andre bevegelseskompensatorinnretning for å rekonstruere de mottatte bevegelseskompenserte bildeelementdata i nevnte andre videodelbilde.

21. Fremgangsmåte for bevegelseskompensert koding av digitale videosignaler som definerer suksessive delbilder av videodata som har linjesprang, innbefattende et løpende delbilde med partalls- og oddetallsfelt av bildeelementdata, og et tidligere delbilde med partalls- og oddetallsfelt av bildeelementdata, karakterisert ved trinnene: a) å sammenligne deler av bildeelementdata fra nevnte løpende delbildes partallsfelt med lignende beliggende deler i nevnte tidligere delbildes partallsfelt for å bestemme et første forutsigelsefeilsignal (PES = prediction error signal), som indikerer forskjellen mellom disse, b) å sammenligne deler av bildeelementdata fra nevnte løpende delbildes partallsfelt med lignende beliggende deler i nevnte tidligere delbildes oddetallsfelt for å bestemme et andre forutsigelsefeilsignal (PES), som indikerer forskjellen mellom disse, og en tilsvarende bevegelsevektor G1, c) å sammenligne deler av bildeelementdata fra nevnte løpende delbilde oddetallsfelt med lignende beliggende deler i nevnte løpende delbildes partallsfelt for å bestemme et tredje forutsigelsefeilsignal (PES) som indikerer forskjellen mellom disse, og en tilsvarende bevegelsevektor G2, d) å sammenligne deler av bildeelementdata fra nevnte løpende delbildes oddetallsfelt med lignende beliggende deler i nevnte tidligere delbildes oddetallsfelt for å bestemme et fjerde forutsigelsefeilsignal (PES) som indikerer forskjellen mellom disse, og en tilsvarende bevegelsevektor F2, e) å velge et foretrukket, partalls forutsigelsefeilsignal (PES) basert på minst ett av nevnte første og andre forutsigelsefeilsignaler for bruk ved å representere en tilsvarende løpende delbildes prtallsfeltdel i henhold til det som gir en mer nøyaktig forutsigelse og/eller resulterer i en minimum mengde av data for overføring av videosignalene, og f) å velge et foretrukket, oddetalls forutsigelsefeilsignal (PES) basert på minst ett av nevnte tredje og fjerde forutsigelsefeilsignaler for bruk ved representering av en tilsvarende, løpende delbildes oddetallsfeltdel i henhold til det som gir en mer nøyaktig forutsigelse og/eller resulterer i en minimum mengde av data for overføring av videosignalene.

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved de ytterligere trinn: a) å velge ett av: i) nevnte første forutsigelsefeilsignal (PES), ii) nevnte andre forutsigelsefeilsignal (PES), og iii) et gjennomsnitt av nevnte første og andre forusigelsefeilsignaler til å representere nevnte løpende delbildes partallsfeltdel, og b) å velge ett av: i) nevnte tredje forutsigelsefeilsignal (PES) ii) nevnte fjerde forutsigelsefeilsignal (PES), og iii) et gjennomsnitt av nevnte tredje og fjerde forutsigelsefeilsignaler for å representere nevnte løpende delbildes oddetallsfeltdel.

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 21, karakterisert ved det ytterligere trinn: å tilveiebringe bestemte av nevnte bevegelsevektorer ifølge nevnte velgningstrinn, hvorved muliggjøres gjengivelse av en tilsvarende løpende delbildedel ved hjelp av en dekoder.