SE468737B - Foerfarande och apparat foer bildkodning med val av steghoejd i kvantiseraren - Google Patents

Description

1 -'\ ii- ¿rtJ 10 15 20 25 30 35 40 o .V37 funktion av dífferensen.

Föreliggande uppfinning avser även en apparat för utförande av förfaran- det. Apparaten är företrädesvis utförd som en VLSI-krets. Övriga utföringsformer är närmare angivna i de åtföljande patentkraven.

KÜRTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hjälp av ett föredraget utföríngsexempel och med hänvisning till åtföljande ritningar, varav fig. 1 är ett blockschema över en traditionell apparat för bildkodning, innefattande en kodarkärna och en VMUX, fig. 2 är en VMUX i enlighet med föreliggande uppfinning, och fig. 3 är en kurva som illustrerar funktionen av föreliggande uppfin- ning.

DETALJERAD BESKRIVNING Av FÜREDRAGNA uTFüRINcsFoRMER Av UPPFINNINGEN I fig. och VMUX. Till kodaren inkommer en videosignal med bildhastigheten fo från 1 visas den principiella konstruktionen av en traditionell kodare ett gränssnitt eller annan ingångskrets. Signalen transformeras i en trans- formkodare T och kvantiseras i en kvantiserare Q. Kodaren utnyttjar vanligt- vis någon form av prediktion, förutsägelse, av bilden som subtraheras från videosignalen. I avkodaren sker därför ínvers kvantisering och ínvers trans- formering med en inverskvantiserare IQ respektive ínvers transformkodare IT.

Vid predikteringen utnyttjas ett bildmínne FM samt eventuellt rörelseestime- ring ME.

Efter den s.k. kodarkärnan finns en videomultiplexer VMUX. I VMUX-en behandlas signalen för att kunna sändas så ekonomiskt som möjligt på trans- missionsledningen vid utgången. Signalen skall också anpassas till bithastig- heten R på transmissionsledningen. Bithastigheten ges av en klocka på ut- gången. VMUX-en innehåller därför en sicksackavsökningsanordning ZIG, en skurlängdskodningsanordning RL, en anordning EVENTS som stöder skurlängdskod- ningen, en variabel-längdkodningsanordning VLC, en buffert och en felkorrige- ringsanordning FEC, vars funktioner är kända för en fackman på området.

Traditionellt utföres VMUX-ens arbete av en programmerad signalprocessor.

Ibland placerar man kvantiseraren Q och inverskvantiseraren IQ i kodarkärnan och ibland i VMUX:en. visas i fig 2 I den föredragna utföringsformen av uppfinningen, som , ingår kvantiseraren och inverskvantíseraren men dessa är förbikopplingsbara så att VMUX:en kan användas valfritt tillsammans med kodarkärnor med eller utan kvantiserare.

Buffertens funktion är att släppa ut bitar i en takt som styrs av bit- hastigheten på transmissionsledningen. Eftersom kodningen av videosignalen 10 15 20 25 30 35 40 3 A69 fïfšf? producerar olika antal bitar per bild beroende på bildens innehåll m.m. innehåll. Det är viktigt att det inte blir spill i Vidare skall varierar buffertens bufferten eftersom information om bilderna då försvinner. buffertens innehåll vara så litet som möjligt för att minska fördröjningen dvs. den tid som bitarna är lagrade i bufferten. Man skall också se till att bufferten sällan blir tom eftersom man då får stoppa in redundanta bitar (bitstuffa) i bitströmmen vilket också orsakar sämre bild. formatet på bitströmmen ges av standarden. En bild består av tolv block- grupper GÛB och varje blockgrupp består av 33 makroblock MB. Videosignalens bildhastighet fo på ingången är i allmänhet 30 Hz.

I fig. 2 visas en utföringsform av föreliggande uppfinning. Enligt upp- finningen regleras buffertens innehåll B genom att steghöjden i kvantiseraren 0 varieras. En styranordning avkänner dels buffertens innehåll B och dels bithastigheten R på utgången från bufferten. Styranordningen beräknar buffer- tens ideala innehåll Bideal och jämför med det faktiska värdet. Styranord- ningen beräknar skillnaden mellan det faktiska och ideala värdet och ändrar steghöjden i kvantiseraren som en funktion av denna. Styrsignaler skickas både till kvantiseraren och inverskvantiseraren. Um kvantiseringsanord- ningarna i kodarkärnan används skickas styrsignalen dit.

I fig 3 visas ett exempel på hur buffertens innehåll kan ändras enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen. En bild kodas under 1/fo s, eller närmare bestämt (1 - g)1/fo där g tar hänsyn till när kodningen av- bryts. Under denna tid växer buffertens innehåll till ett värde kallat Be.

Enligt en annan teknik som inte berörs av denna ansökan skippas ett antal bilder k för att begränsa buffertens innehåll. Antalet k 2_k0 som är antalet skippade bilder som erfordras av avkodaren. Antalet k beror också på bit- hastigheten R på utgången från bufferten.

Under de följande (k + g)/fo s alstras således inga bitar och buffertens innehåll minskar. Minskningshastigheten är R som avkännes på buffertens utgång. För att uppnå den önskade bildhastigheten med k1 skippade bilder skall buffertinnehållet vid slutet av bildkodningen idealt vara Be = (kl + b + g)R/fo om bildhastigheten är fo Hz på ingången och bR/fo är det minsta tillåtna buffertinnehållet. Um Be är mindre än (k0 + b + g)R/fo måste kodaren bit- stuffa ett slag innan kodningen av nästa bild kan börja. Under kodningen definieras alltså "tom buffert" som linjär ökning från 0 till (k0 + b + g)R/fo under 1/fo s.

Bempty = (GÛB - 1 + MB/33))/12 x (k0 + b)R/fo.

På samma sätt härleds buffertens ideala innehåll (vilket är det enda som behöver härledas i kretsen) som A I 10 15 20 25 30 35 40 7'Z' 1 u Bideal = (GDB - 1 + MB/33 där GÛB är antal blockgrupper 63 det innehåll som bufferten ska på k1 + 1 bildintervall.

Antalet bitar som alstras höjden: ju större steghöjd des ändras steghöjden vid början a skall närma sig det ideala. Fö Steghöjden QUANT är en fu buffertinnehållet: QUANT = f(Bdev) = f(B - B Funktionen f är konstant för f är betecknade Bx och kan För att klara olika bithastigh Tx = B - Bideal - Bx R/fo Vissa termer måste härled makroblock, vilket förenklar b 4 )/12 x (kl + g)R/fo + bR/fo, och MB är antal makroblock, Bideal är alltså ll ha för att tömmas till minimigränsen bR/fo vid kvantiseringen beror naturligtvis av steg- to färre bitar alstras. Enligt uppfinningen v varje blockgrupp så att buffertens innehåll ljande beslutsregel används. nktion av avvikelsen Bdev från det ideala ideal). för intervall av Bdev-värden. Tröskelvärdena härledas från värden lagrade i ett BÜÛT-PRÛM. eter är Bx-värdena faktorer av R/fo as för varje bild och vissa termer vid varje eräkningen av QUANT.

FoR FoRsTA MB 1 VARJE ooß ro¿o _ > ouANr = ouANT _ z r1¿ o _ > ouANr = ouANT + 2 Tz_>_ o _ > ouANT = ouANï +1 U < o _ > ouANT = ouANT _ 1 m < o _ > ouANT = ooANT _ z rs < o _ > ouAm = ouANT _ 3 Foo MB :Non Goa Ts_>_ o _ > ouANr = ouANT +1 rv < o _ > ouANf = ouANT _ 1 Man begränsar steghöjden till ett visst intervall QUANTmin í_QUANT_í QUANTmax Man har valt att begränsa inte medför någon verklig förb > QUANTmax ger en ful bild. Fö situationer använder man i stä överhoppning av bilder.

Man använder i allmänhet fallet. Enligt uppfinningen an block och omkoppling sker på b som anger skillnaden för INTRA steghöjden eftersom en steghöjd < QUANTmin ättring av bildkvalitén, medan en steghöjd r att reglera buffertens innehåll vid sådana llet andra tekniker, såsom bitstuffning och olika steghöjder för INTER-fallet och INTRA- vänds en modifierad steghöjd QUANT för INTRA» lockbasis med användning av en variabel Qmod -fallet. Detta ger: 10 15 20 25 30 35 40 468 737 QUANTINTRA : QUANT + Qmod; QUANTminINTRA §_0UANTINTRA_§ 0UANTmaxINTRA.

För att beräkna Bideal måste man känna k1 som anger det önskade antalet skippade bilder. k1 är en funktion av R/fo, alltså bithastigheten på utgången genom bildhastigheten i videosignalen. Bildhastigheten i videosignalen är i allmänhet 30 Hz, medan R mäts på utgången från bufferten. k1 kan endast anta värdena 0, 1, Z, 3, vilket förutsatt att k0 : 0 ger bildhastigheterna 30, 15, 10 resp 7,5 Hz på utgången från bufferten. Man kan låta k1 bero på R genom att definiera R/fo-intervall för varje värde på k1: R/fo > R0 ger k1 = max (0,k0) R0 2_R/fo > R1 ger k1 = max (1,k0) R1 Z_R/FO > R2 ger k1 = max (2,kÛ) R2 2_R/fo ger k1 = max (3,k0) Man väljer bildhastigheten på utgången så att antal bitar per bild inte blir för litet. Nedan ges ett exempel på valda bildhastigheter vid olika standardbithastigheter R på utgången: 30 Hz för R > 384 kbit/s 15 Hz för R > 128 kbit/s 10 Hz för R > 64 kbit/s 7,5 Hz för R < 64 kbit/s vilket ger intervallgränserna R2 = 2133, R1 = 4267, R0 = 12800 för fo = 30 Hz.

Apparaten enligt uppfinningen är företrädesvis utförd som en VLSI-krets.

De olika parametervärdena som behövs utifrån är lagrade i ett BO0T-PROM enligt nedan.

PARAMETRAR LAGRADE I BO0T-PROM Antal värden 1 + b + g för CIF och QCIF 2 R0 - R2 3 Bx + b för x = 0-10 11 k g eller g för k1 = 0-3 4 QUANTmin, 0UANTmax 2 Qmod 1 ÛUANTminINTRA, QUANTmaxINTRA 2 Således löser uppfinningen problemet med buffertkontrollen genom att justera steghöjden i kvantiseringsanordningen. Uppfinningen kan även kombi- neras med andra tekniker. Uppfinningen är endast begränsad av nedanstående patentkrav.

Claims (1)

1. CIM 4 Lä. 10 15 20 25 30 35 40 737 6 PATENTKRAV

   1. Förfarande för bildkodning av en videosignal med given bildhastighet (fo) innefattande kodning och kvantisering av videosignalen för digitalisering och kompri- mering av denna för att bilda en bitström som skall sändas via en transmis- sionsledning med en given bithastighet (R), varvid bitströmmen lagras i en bithastigheten (R) på utgången avkännes, buffertens ideala innehåll (Bideal) beräknas, buffert före sändningen, buffertens innehåll (B) övervakas, k ä n n e t e c k n a t av att steghöjden (QUANT) i kvantiseraren justeras som en funktion av differensen mellan buffertens faktiska och ideala innehåll (B-Bideal) och att buffertens ideala innehåll beräknas som (Goa _ 1 + MB/33)/12 X (k1 + g) R/fo + bR/fo där GÜB är numret på blockgruppen, MB är numret på makroblocket, k1 är antalet skippade bilder som bestämmes av kodaren, bR/fo är det minsta tillåtna innehållet i bufferten.

   2. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att den nya steghöjden i kvantiseraren är en funktion av avvikelsen från det ideala buffertinnehållet QUANT = f (B - Bideal) där f antar konstanta värden för intervall av värden på B-Bideal, och ligger i intervallet QUANTmin §_QUANT < QUANTmax där QUANTmin och QUANTmax är minsta respektive största tillåtna steghöjd.

   3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att det av kodaren bestämda antalet skippade bilder (k1) är en funktion av bit- hastigheten (R) på utgången och bildhastigheten (fo) hos videosignalen så att antalet bitar per bild inte understiger ett förutbestämt värde samt ovillkor- ligen är större än det av avkodaren i mottagaren erfordrade antalet skippade bilder (ko).

   4. Apparat för bildkodning av en videosignal med en given bildhastighet (fo) enligt krav 1 innefattande en anordning för kodning och kvantisering av videosignalen för digitalisering och komprimering av denna för att bilda en bitström som skall sändas via en transmissionsledning med en given bithastig- het (R) och en buffert för lagring av bitströmmen före sändningen, k ä n n e- t e c k n a d av en anordning för övervakning av buffertens innehåll (B) och av bithastigheten (R) på transmissionsledningen, vilken anordning beräknar buffertens ideala innehåll (Bideal) samt justerar steghöjden (QUANT) i kvantiseraren som en funktion av differensen mellan buffertens faktiska och 468 737 ideala innehåll (B - Bideal).

   6. Apparat enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att den är upp- byggd som en VLSI-krets.

   7. Apparat enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att erforderliga 5 parametrar är lagrade i ett BÛÛT-PRÛM. 10 15 20 25 30 35 ' 40