SE457402B - Foerfarande och anordning foer kodning och avkodning av bildinformation - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 457 402 J 2 tidigare känt. Transfbrmkoefficienterna, som nu kan anta diskreta värden nelln till exempel -128 och +127, avsökes sedan i frekvensplanet, varvid de informationsbärande koefficienterna blir koncentrerade till början av blocket. Dessutom är sannolikheten för de olika värdena av transformkoeffi- cienterna koncentrerad kring nollan, dvs sannolikheten för värdet noll är större än sannolikheten för värdena ¿_1 som är större än sannolikheten för värdena i 2, etc.

Innan koefficienterna sänds iväg kodas de med variabel längdkodning, varvid blockets struktur har utnyttjats på så sätt att värdet noll, som är mest sannolikt, får en kod med minst antal bitar och högre värden får större antal bitar allt efter deras sannolikheter. De avslutande nollorna i blocket kodas ej utan slutet av blocket anges med ett speciellt tecken EDB (end of block).

De tre metoderna ovan beskrives utförligare i Televerkets Tekniska Tidskrift, Tele, volym 91, nr 0, 1985, sidorna 1-7 och tidskriften Elteknik, nr 14, 1986, sidorna 08-52. ' Ett förfarande och en anordning vid variabel längdkodning beskrives i min samtidigt med denna behandlade patentansökan benämnd förfarande och anordning vid variabel längdkodning.

Han kan dela upp metoderna ovan i två moder, med prediktion för alla frekvenser (interframe eller "mellanbíldskodning") och utan prediktion (intraframe eller "inombildskodning").

Kodning utan prediktion är speciellt fördelaktig vid situationer med scenväxlingar, och mycket rörelse, eftersom en föregående bild innehåller mycket litet eller ingen alls information om nästa bild. Denna mod kallas i denna ansökan "intra". ' _ Kodning med prediktion är speciellt effektiv för långsamt rörliga bilder och oförändrade bakgrundsområden. Denna mod kallas här "inter".

Enligt tidigare teknik har man arbetat med dessa två överföringsmoder, alltså prediktion för alla frekvenser eller ingen prediktion alls. Nackdelen med "inter" är att prediktionsfelet blir stort för höga frekvenser, speciellt när det är mycket rörelse eller förändringar i bilderna. Enligt föreliggande uppfinning kan besparingar göras genom att sända vissa frekvenser med prediktion och resterande utan prediktion, dvs genom att använda en "blandad" mod.

Sammanfattning av uppfinningen Enligt föreliggande uppfinning uppnås ovannämnda fördelar genom ett förfarande för bildkodning av block innehållande bildinformation i form av dataord, varvid dataorden transformeras från tidsplanet till frekvensplanet till transformkoefficienter, vilka kvantiseras. 10 15 2D 25 30 35 40 457 402 3 Uppfinningens särdrag är att transformkoefficienterna sänds över två kanaler, varvid koefficienterna i den första kanalen predikteras och i den andra kanalen inte predikteras, att endera kanalen inkopplas till en variabel längdkodningsanordning, som kodar koefficienterna, och att inkopplingen av kanalerna regleras av en regleranordning.

Företrädesvis regleras inkopplingen så att de minsta koefficienterna (av inter eller intra) överföras till variabel-längdkodningsanordningen och sidoinformation om kanalinkopplingen bildas och sändes till mottagaren.

Uppfinningen avser även en anordning för bildkodning innefattande en , transformanordning för transformering från tidsplanet till frekvensplanet av dataorden till transformkoefficienter och en variabel-längdkodningsanordning.

Kännetecknande för uppfinningen är att transformanordningen är ansluten till två kanaler, varav den första kanalen innefattar en kvantiseríngsanord- ning och en över denna kopplad återkopplingsslinga innefattande en invers kvantiseringsanordning och en predikteringsanordning, vars utgång tillsammans med den inversa kvantiseringsanordningens utgång via en adderare är ansluten till predikteringsanordningens ingång via en första omkopplare och vars utgång via en subtraherare är ansluten till kvantíseringsanordningens ingång, varvid den första kanalens utgång via en med den första omkopplaren samman- kopplad andra omkopplare är ansluten till variabel-längdkodningsanordningen och den andra kanalen innefattar en kvantiseringsanordning, vars utgång dels är ansluten till en invers kvantiseringsanordning vars utgång via den första omkopplaren är ansluten till predikteringsanordningen och dels via den andra omkopplaren är ansluten till variabel-längdkodningsanordníngen, och att en regleranordning styr omkopplarna.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att beskrivas under hänvisning'tíll åtföljande ritningar, i vilka: fig 1 visar ett blockschema för en bildkodningsanordning inklusive en sändare och en mottagare för transformkodning, fig 2 visar ett blockschema över en bildkodningsanordning för hybridkod- ning, fig } är ett blockschema över en bildkodningslanordning enligt före- liggande uppfinning, och fíg 4 visar ett spektrum för transformkodning respektive prediktions- felet.

Tabellen ger värdena i ett exempel. 10 1S 20 25 30 35 40 457 402 h Detaljerad beskrivning av uppfinningen Som bakgrund till uppfinningen visas i fig 1 och 2 sändare och mottagare 4 för transformkodning respektive hybridkodning.

Sändaren vid transformkodningen i fig 1 innefattar en transformanordning T, en kvantiseringsanordning H och en variabel-längdkodningsanordning VLC, vars funktioner lätt inses. Mottagaren i transformkodningen innefattar naturligtvis motsvarande inversa anordningar. Anordningen arbetar hela tiden i mod intra. - Sändaren vid hybridkodningen i fig 2 innefattar en transformanordning T, en kvantiseringsanordning Q och en variabe1-längdkodningsanordning VLC, vilka kan vara likadana som vid transformkodningen. I sändaren ingår också en återkopplingsslinga med en invers kvantiseringsanordning fl'1 och en predikteringsanordning P, som huvudsakligen åstadkommer en fördröjning motsvarande en bild. Lämpliga summeringar och subtraheringar åstadkommer att endast predikteringsfelet inkommer på ingången till VLC. Mottagaren vid hybridkodningen innefattar motsvarande inversa funktioner i omvänd ordning samt en enkel predikteringsslinga mellan den inversa kvantiseringsanordningen och den inversa transformanordningen. Anordningen arbetar hela tiden i mod inter.

I fig 3 visas en föredragen form av föreliggande uppfinning innefattande en transformeringsanordning T och en variabe1-längdkodningsanordning VLC på samma sätt som i den tidigare tekniken. Mellan dessa anordningar finns emellertid tvâ slingor L1, L2 vilka valbart kan inkopplas med hjälp av en omkopplingsanordning med tvâ omkopplare K1, K2, som är inbördes sammankopp- lade och regleras av en regleranordning A. Vid en jämförelse med fig 1 respektive 2 inser man att den nedre kanalen L2 i föreliggande anordning väsentligen motsvarar transformkodningen i fig 1 och att den övre kanalen L1 helt motsvarar hybridkodningen enligt fig 2. Jämfört med fig 1 har den nedre kanalen dessutom försetts med en invers kvantiseringsanordning Q2'1, vilken har som uppgift att sörja för att prediktionsanordningen P hela tiden inne- håller korrekt information om den senaste bilden även om den inte utnyttjas när den nedre kanalen är inkopplad. Mottagaren enligt föreliggande uppfinning innfattar_på samma sätt som tidigare en invers variabel-längdkodningsanord- ning VLC'1 och en invers transformanordning T_1. Däremellan finns en övre kanal L1' motsvarande mottagaren vid hybridkodningen i fig 2 och en nedre kanal L2' motsvarande mottagaren vid transformkodningen i fig 1. Mottagaren innefattar också en omkopplingsanordning med två omkopplare K1', K2' för att valbart inkoppla den nedre eller den övre kanalen. Ûmkopplarna K1', K2' regleras av en regleranordning A' .

I fig 4 visas spektrum för transformkodning eller mod intra respektive 10 15 20 25 30 35 40 457 4Q2 g , prediktionsfelet eller mod inter, varvid koefficienternas genomsnittliga storlek har ritats mot frekvensen. Såsom framgår har de två moderna helt olika spektrum. lntra har stora koefficienter för låga frekvenser medan inter har ett mera flackt utseende. För en viss frekvens, i figuren betecknadldü, korsar kurvorna varandra och prediktionsfelet blir större än koefficienterna vid transformkodningen. Det vore alltså lämpligt att här byta överföringsmod från intra till inter, vilket utnyttjas enligt föreliggande uppfinning.

Eftersom man utnyttjar variabel längdkodning blir bitantalet mindre vid kodning av små koefficienter och man gör således en besparing i bitströmmen som skall sändas från sändaren till mottagaren.

Vilka komponenter som skall skickas inter och intra regleras genom omkoppling av omkopplarna K1 och KZ. Denna reglering kan ske på ett antal olika sätt. l. Ett avkänningsorgan (ej visat) är anslutet till utgångarna U1 och U2 och bildar differensen mellan komponenterna från respektive kanal L1, L2 och reglerar omkopplingsanordningen K1, K2 så att hela tiden den minsta kompo- nenten överföras till VLC. Samtidigt bildas sidoinformation, som skall sändas till mottagaren och anger vilken kanal som skall användas, L1' eller L2' .

Sidoinformationen styr alltså omkopplingsanordningen K1', K2' i mottagaren.

Eventuellt kan det finnas restriktioner på hur man blandar inter och intra.

Exempelvis kan antalet omkopplingar vara begränsat. Allmänt gäller att ju större restriktioner desto mindre sidoinformation krävs för att definiera blandningen. Vid ingen restriktion alls skulle det krävas en bit per komponent för sidoinformationen. ll. Låga frekvenser sändes inter och höga sändes intra. Gränsfrekvensen 00 bestämmes genom avsökning på kanalernas utgångar U1 och U2, så att koeffi- cienterna blir så små som möjligt och därmed bitantalet så litet som möjligt, jämför exemplet nedan. Informationen om gränsfrekvensenldß kan sändas på ett antal olika sätt till mottagaren. Exempelvis kan ett speciellt adressord som ej ingår i VLC sändas med videoplex till mottagaren. Adressordet definierar när omkopplingen skall ske i mottagaren. En annan möjlighet är att ett speciellt "EOB-ord" som ingår i VLC definierar var omkopplingen skall ske.

III. Låga frekvenser sänds inter och höga sänds intra. Gränsfrekvensen GD är hela tiden fast, till exempel kan de första sju frekvenserna sändas inter. Således behövs ingen avkänning av utgångarna U1 och U2 och det krävs heller inte någon sidoinformation till mottagaren för definiering av gränsen.

Vid variabel längdkodningen i en del av metoderna ovan är det fördelaktigt att använda uppfinningen, som beskrivs i min tidigare nämnda svenska patentansökan "förfarande och anordning vid variabel längdkodning".

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 40 457 402 ~ Exempel I tabellen ges ett fiktivt exempel på hur uppfinningen kan fungera enligt metoden Il ovan. I raderna U1 och U2 visas värdena av koefficienterna som har bildats genom transformering och passering genom kanalen L1 respek- tive L2, vilka värden alltså finns vid kanalernas utgångar U1 respektive U2. Vid konventionell hybridkodning kodas orden vid U1 med variabel längdkodning till bitströmmen inter, varvid de sista tre bitarna (siffran_â) representerar EDB. Summa antal bitar är 36. Vid konventionell transformkodning uppkommer bitströmmen intra, varvid de sista tre bitarna även här representerar EDB. Summa antal bitar är 29. Enligt föreliggande uppfinning görs en omkoppling från inter till intra efter de tre första frekvenserna, såsom visas med pilen, varvid bitströmmen blandad åstadkommas med variabel längdkodning. De understrukna treorna representerar EDB-tecken, varvid det första anger var omkopplingen skall ske från inter till intra och det sista anger slutet av blocket (end of block). Summa antal bitar blir enligt uppfinningen 22, vilket innebär en väsentlig besparing jämfört med båda tidigare tekniker. Ovan har en exemplifierande utföringsform av föreliggande uppfinning beskrivits och man kan naturligtvis tänka sig flera varianter av denna utan att frångå uppfinningens idé. Exempelvis är det känt att använda rörelse- kompenserad prediktion vid hybridkodning. Prediktionen måste då ske i FEL-domänen, vilket medför att transformen sker innanför återkopplingsslingan som även innehåller en invers transform. Föreliggande uppfinning kan natur- ligtvis också användas i samband med en sådan kodning. Med ledning av föreliggande beskrivning kan en fackman konstruera och tillämpa föreliggande uppfinning med hjälp av i och för sig kända komponen- ter. Uppfinningen begränsas endast av nedanstående patentkrav. PATENTKRAV

1. Förfarande för bildkodning av block innehållande bildinformation i form av dataord, varvid dataorden transformeras från tidsplanet till frekvensplanet till transformkoefficienter, vilka kvantiseras, k ä n n e - t e c k n a t av att transformkoefficienterna sänds över två kanaler, varvid koefficienterna i den första kanalen predikteras och i den andra kanalen inte predikteras, att endera kanalen inkopplas till en variabe1-längdkodnings- anordning, som kodar koefficienterna, och att inkopplingen av kanalerna regleras av en regleranordning.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att inkoppling- en regleras så att de minsta koefficienterna överföras till variabel-längd- kodningsanordningen och sidoinformation om kanalinkopplingen bildas och sändes till mottagaren. 10 15 20 25 30 35 40 - 457 402 7

3. förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att omkoppling sker från den första kanalen till den andra kanalen vid en fast frekvens.

4. Anordning för bildkodning enligt krav 1 av block innehållande bild- information i form av dataord innefattande en transformanordning (T) för transformeríng från tidsplanet till frekvensplanet av dataorden till trans- formkoefficienter och en variabel-1ängdkodningsanordning, k ä n n e t e c k- n a d av att transformanordningen (T) är ansluten till två kanaler (L1, L2), varav den första kanalen (L1) innefattar en kvantiseringsanordning (01) och en över denna kopplad återkopplingsslinga innefattande en invers kvantise- ringsanordning (Q1_1) och en predikteringsanordning (P), vars utgång tillsammans med den inversa kvantiseringsanordningens (Q1'1) utgång via en adderare är ansluten till predikteringsanordningens (P) ingång via en första omkopplare (K1) och vars utgång via en subtraherare är ansluten till kvanti- seringsanordningens (U1) ingång, varvid den första kanalens (L1) utgång (U1) via en med den första omkopplaren (K1) sammankopplad andra omkopplare (K2) är ansluten till variabel-längdkodningsanordningen (VLC), vilken första omkopplare (K1) i ett första läge sluter återkopplingsslingan i den första kanalen (L1) och den andra omkopplaren (K2) i respektive läge kopplar den första kanalens utgång (U1) till variabel-längdkodningsanordningen (VLC), och den andra kanalen (L2) innefattar en kvantiseringsanordning (02), vars utgång dels är ansluten till en invers kvantiseringsanordning (Q2_1) vars utgång via den första omkopplaren (K1) är ansluten till predikteringsanordningen (P) och dels via den andra omkopplaren (K2) är ansluten till variabel-längd- kodningsanordningen (VLC), varvid den första omkopplaren (K1) i ett andra läge kopplar den inversa kvantiseringsanordningens (D2-1) utgång till predikteringsanordningen (P) och'den andra omkopplaren (K2) i respektive andra läge kopplar den andra kanalens utgång (U2) till variabel-längdkod- ningsanordningen (VLC), och att en regleranordning (A) styr omkopplarna (K1, K2).

5. Anordning för bildkodning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att regleranordningen (A) innefattar avkänningsorgan, som avkänner koeffi- cienternas storlek på kanalernas (L1, L2) utgångar (U1, U2) för reglering av omkopplarna (K1, K2), varvid sidoínformation om omkopplingsfrekvens/-er bildas för överföring till en bíldavkodningsanordning.

6. Förfarande för bildavkodning av bildinformation kodad till frekvens- planet enligt krav 1, vilken bildinformation medelst en invers variabel längdkodningsanordning avkodas till koefficienter som sänds på två kanaler, varvid koefficienterna i den första kanalen inverskvantiseras och adderas medelst en återkopplingsslinga med prediktion och koefficienterna i den andra kanalen ínverskvantiseras utan prediktíonsåterkoppling, och att endera 10 15 20 25 30 35 âD 457 (402 I" a kanalen inkopplas till en invers transformanordning, som inverstransformerar M koefficienterna till tidsplanet.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att inkopp- lingen av kanalerna regleras med hjälp av sidoinformation från bíldkodnings- anordíngen.

8. förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att omkoppling sker från den första kanalen till den andra kanalen vid en fast frekvens.

9. Anordning för bildavkodning enligt krav 6 av bildinformation kodad till frekvensplanet innefattande en invers variabel-längdkodningsanordning (VLC'1) för avkodning av den inkommande bildinformationen och en invers transfornanordning (T-1) för inverstransform till tidsplanet, k ä n n e - t e c k n a d av att den inversa variabla längdkodningsanordningen (VLC-1) är ansluten till två kanaler (L1', L2'), varav den första kanalen (L1') innefattar en invers kvantiseringsanordning (D1'1) och en därefter kopplad återkopplingsslinga med en predikteringsanordning (P), varvid en första omkopplare (K1) i ett läge sluter återkopplingsslingan och en med den första omkopplaren (K1) sammankopplad andra omkopplare (K2) kopplar den första kanalen (L1') till den inversa transformanordningens (T_1) ingång, och den andra kanalen (L2') innefattar en invers kvantiseringsanordning (Q2' ), varvid omkopplaren (K1) i ett andra läge kopplar den inversa kyantiserings- anordningens (Q2'1) utgång till predikteríngsanordningen och den andra omkopplaren (K2) i det andra läget kopplar den andra kanalen (L2') till den inversa transformanordningen (T"1), och att en regleranordning (A') styr omkopplarna (K1', K2').

10. Anordning för bildavkodning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att regleranordningen (A') är-anordnad att mottaga sidoinformation från bíldkodningsanordningen för reglering av omkopplarna (K1',~K2').