WO1999012356A1 - Method for compressing image information - Google Patents

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WO1999012356A1
WO1999012356A1 PCT/DE1998/002249 DE9802249W WO9912356A1 WO 1999012356 A1 WO1999012356 A1 WO 1999012356A1 DE 9802249 W DE9802249 W DE 9802249W WO 9912356 A1 WO9912356 A1 WO 9912356A1
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Gerhard Bock
Stefan Meister
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a method for compressing image information according to the preamble of claim 1.
  • the present invention relates to a method for compressing image information according to the preamble of claim 1, as is used in image recording systems, in particular in mobile video telephones.
  • image or video data or information is compressed and encoded before it is transmitted to a receiver in order to reduce the amount of data to be transmitted and to increase the transmission security.
  • the compression and encoding rate can be set independently of the amount of data to be processed.
  • compression and coding systems are also known in which the compression and coding rate depends on the complexity of the image to be processed and the movement within the image, i.e. the movement of the source data varies in order to ensure a constant quality of the received overall picture.
  • a higher compression and coding rate can be selected for processing a complex picture, while the compression and coding of a simple picture is carried out with a lower compression and coding rate, so that a constant quality for the transmitted overall picture is ensured.
  • picture signals have the property of being predictable within certain limits. This means that prediction of the next picture is possible on the basis of previous pictures. In order to predict the next image or the image information corresponding to the next image, a so-called. Motion estimation performed, due to a the next image is predicted in a motion detected motion.
  • FIG. 2 shows a simplified block diagram to explain the mode of operation of the MPEG2 algorithm.
  • Certain image information or image data i is present on the input side and has been recorded or generated, for example, by a camera, a CCD image sensor or another image recording device.
  • This image information i is fed to an image information memory 1, which stores the image information i in frames, ie in a sequence of frames.
  • the data of the image information memory 1 are fed to a DCT transformation device 3 which subjects the picture information to a discrete cosine transformation, the output signals of the DCT transformation device 3 being fed to a quantization device 4 which determines the quantization stages or signals present at their input. Assigned quantization intervals and in this way reduces the bit stream to be processed and transmitted and realizes the actual compression.
  • the output signals of the quantization device 4 are fed to a coding device 5 which encodes the signals according to a predetermined coding scheme and outputs them for transmission to a receiver.
  • the output signals of the quantization device 4 are also fed to an inverse quantization device 6 and an inverse DCT transformation device 7, so that the data or signals present at the input of the DCT transformation device 3 appear again at the output of the inverse DCT transformation device 7 .
  • the original image data or image information is thus stored in a (full) image memory 8.
  • a motion estimation or movement detection device 9 is provided which, on the basis of the image information stored in the image memory 8 and the image information present at the input of the compression and coding system i, a movement between the previous image stored in the image memory 8 and that at the output of the Image information memory 1 occurring or current image detected.
  • the motion estimation device 9 When a movement is detected between the stored previous image and the current image occurring on the input side, the motion estimation device 9 generates an image vector v which represents the movement between the stored previous image and the current image applied on the input side.
  • the motion estimation device 9 transmits the motion vector information v to a motion compensation device 10 which, depending on the motion vector v thus transmitted and the likewise transmitted image information of the previous image, which is stored in the image memory 8, is a prediction for the next, that is to say the currently applied, image carries out.
  • the motion compensation device 10 determines image information i 'which represents an estimate or prediction for the image currently present on the input side, this predicted image information being fed to an adder 2 which supplies the predicted image information i' of the motion compensation tion device 10 compares with the actual image information i of the current image and generates a corresponding difference signal ⁇ i.
  • This difference signal ⁇ i, ie the difference between the predicted image information i 'and the actual image information i is known as the so-called.
  • “Prediction error” denotes, with only the prediction error ⁇ i being transformed, quantized and coded using the devices 3, 4 and 5.
  • the instantaneous image can be used to draw conclusions about the instantaneous image based on the received prediction error ⁇ i on the basis of the previously received image information of the previous image
  • This method of motion estimation has the advantage that the signals can be transmitted at a higher bit rate, since the bandwidth of the transmitted difference signal ⁇ i is smaller than the bandwidth of a normal quantized signal, due to the feedback loop with the motion estimation device 9 and the motion compensation device 10 quantization errors of the quantization device 4 cannot accumulate.
  • This MPEG2 algorithm described above is generally used for compressing and encoding image information or image data.
  • the MPEG2 algorithm can also be used in mobile imaging systems, such as video cameras or mobile video telephones.
  • the H.261 or H.263 algorithm is mainly used.
  • Such mobile image recording systems are used to transmit a wide variety of image contents. Images or scenes with a lot of movement require a high refresh rate. Since the human eye can detect and capture blurring of the image less accurately with images with a lot of or fast movement, images with a lot of movement can be transmitted with a lower image sharpness, so that a data rate reduction is possible in this way. In contrast, when the images are calm, the human eye expects high image sharpness, so that in this case the image rate can be reduced while the image has to be transmitted with a high image sharpness.
  • the invention is therefore based on the object of proposing an improved method for compressing image information, with the aid of which an optimal image sharpness of the images to be processed is always guaranteed and the greatest possible reduction in the amount of data to be processed is ensured.
  • this method for compressing image information should also be able to be implemented in a simple manner and as cheaply as possible in mobile video telephones.
  • the method according to the invention can be applied to any method or device that works according to an algorithm described above with motion estimation. works, e.g. the H.261, H.263, MPEG1, MPEG2 or MPGEG4 algorithm.
  • the motion vector generated as a result of the motion estimation is analyzed and from this, for example by means of statistical evaluation, it is assessed whether an image or a scene with a lot or little motion or with fast or slow motion is present. Depending on this assessment, a decision is made as to whether it is necessary to work with a high or low image sharpness, and certain parameters which influence the image sharpness are then set accordingly.
  • images with a lot of movement or with fast movements with a lower sharpness are processed, while images with little movement or with slow movements are processed with a higher sharpness.
  • an automatic setting of the refresh rate i.e. the temporal image resolution, so that after recognizing an image with a lot of movement or with fast movements, the corresponding image information with a higher temporal resolution, i.e. with a higher refresh rate than an image with little movement or slow movements. This accommodates the natural human sense of vision and improves the subjectively perceived quality.
  • the image sharpness is adjusted by changing the quantization parameter, that is to say by appropriately adapting the number of quantization intervals.
  • the image information that actually corresponds to a current image can be pre-filtered, with certain filter elements depending on the movement detected in the current image. Parameters of the corresponding filter algorithm or the corresponding prefilter can be adapted.
  • the method according to the invention is basically applicable to all methods and devices in which an algorithm with motion estimation is used.
  • the automatic setting of the desired image sharpness is achieved according to the invention simply by intervening in the corresponding algorithm, so that there is always the best possible reduction in the data to be processed with an optimal image quality.
  • the process according to the invention is particularly easy, e.g. as a software extension in mobile video telephones without extensive circuit changes being necessary.
  • the method according to the invention can also be used in any other mobile image recording system, such as e.g. can also be used in camcorders or video cameras.
  • the method according to the invention is not tied to use in a mobile image recording system, but can also be used in stationary image recording systems.
  • Fig. 1 shows a simplified block diagram for
  • FIG. 2 shows a simplified block diagram for explaining a known method for compressing and encoding image information with the aid of a motion estimation.
  • the invention is described in more detail below with reference to FIG. 1 using a preferred exemplary embodiment, according to this embodiment, the so-called. MPEG2 algorithm is used to compress image information.
  • MPEG2 algorithm is used to compress image information.
  • the method according to the invention can in principle be applied to any algorithm with motion estimation, in particular also to the H.261 or H.263 algorithm.
  • Fig. 1 shows a united eight block diagram of an arrangement for performing the method according to the invention according to the preferred embodiment.
  • the basic structure of the block diagram shown in FIG. 1 essentially corresponds to the block diagram shown in FIG. 3.
  • the sequential image information of a corresponding image recording device e.g. of any image sensor or a video camera etc. are stored in an image information memory 1, the image information being combined into frames or full images.
  • image information i is read out for each full image.
  • image information to be transmitted is subjected to a discrete cosine transformation (DCT) by a DCT transformation device 3.
  • the discrete cosine transformation is an orthogonal transformation and maps the discrete temporal samples of the image information into discrete values of the frequency domain.
  • the output signal of the DCT transformation device 3 is fed to a quantization device 4.
  • the quantization device 4 quantizes the transformation result of the DCT transformation device 3 with a specific quantization value or a specific quantization rate, the entire value range of the transformation result being subdivided into a specific number of quantization intervals and the value of the transformation result result is assigned to a specific quantization interval. In this way, the quantization device 4 reduces the amount of bits to be processed and transmitted and thus carries out the desired compression with a corresponding quantization value.
  • the sampling values of the transformation result can be assigned to the individual quantization intervals according to a linear or non-linear characteristic.
  • certain sample values of the image information signal can be quantized more precisely than with a linear quantization, which is particularly advantageous if these values occur more frequently or errors in these values are more conspicuous or of greater importance.
  • certain parameters of the quantization device 4 are variable and adjustable, such as, in particular, the number of quantization intervals or also the characteristic curve relevant for the assignment of the samples of the transformation result to the individual quantization intervals.
  • the output signal of the quantization device 4 is fed to a coding device 5, which finally subjects the quantized transformation result to a specific coding and outputs the quantized and coded image information signal for transmission.
  • the coding device 5 can, for example, carry out a run-length limited (RLL) coding.
  • the output signal of the quantization device 4 is also fed to an inverse quantization device 6 and an inverse DCT transformation device 7, the inverse quantization device 6 quantizing the quantization device 4 and the inverse DCT transformation device 7 DCT transformation of the DCT transformation device 3 reverses, so that at the output the inverse DCT transformation device 7 again the original input data of the DCT transformation device 3 occur.
  • the image information supplied by the inverse DCT transformation device 7 is stored in an image memory 8, the image memory 8 storing in particular the image information frame by frame or frame by frame.
  • an interpolation device 11 is also provided, which preferably reads out the image information stored in the image memory 8 frame by frame and by interpolation between two adjacent pixels (pixels) and obtains additional image information which is between the correspond to two pixels. In this way, the interpolation device 11 can double the image resolution.
  • the interpolation device 11 stores the image information obtained as a result of the interpolation with the increased resolution.
  • a motion estimation device 9 receives, on the one hand, the image information i of a current or current image appearing at the output of the image information memory 1, and via the interpolation device 11, the data in the
  • Image memory 8 stored image information of the previous image. By comparing these two pieces of image information, the motion estimation device 9 can recognize a movement in the current image compared to the previous image and, based on the image information of the previous image stored in the image memory 8, determines a motion vector v which represents the displacement of the current image compared to the previous image represents.
  • This motion vector v is fed to a motion compensation device 10 which, as already explained with reference to FIG. has been elucidated - makes a prediction for the image information of the currently present image on the basis of the motion vector v and also the image information of the previously stored previous image also supplied to it.
  • the motion compensation device 10 thus executes a motion compensation prediction and outputs image information i ′ which correspond to the image predicted by the motion compensation device 10.
  • the image predicted by the motion compensation device 10 should correspond to the image currently present on the input side, ie the image information i 'should correspond to the image information i of the current image.
  • the prediction of the motion compensation device 10 is compared in an adder with the actually applied image, ie the adder forms the difference between the image information i that actually corresponds to the current image and the image information i ′ of the current image predicted by the motion compensation device 10 .
  • the difference signal ⁇ i supplied by the adder 2 represents the so-called.
  • Prediction error which is now DCT-transformed, quantized and encoded via devices 3 - 5.
  • a receiver which can determine and display the image information of the current image as a result of the received prediction error and the image data or image information of a previous image.
  • the transformed and quantized prediction fields ⁇ i are in turn subjected to an inverse quantization and an inverse DCT transformation via the devices 6 and 7, so that the image information 8 of the motion compensation device 10 always depends on the predicted image information i 'of the motion compensation device 10 Image can be saved.
  • there is an automatic adjustment of the image sharpness ie an automatic adjustment of the quality of the image to be processed.
  • the motion vectors v supplied by the motion estimation device 9 are evaluated, depending on the motion vector or the motion vectors v, it is recognized whether the image to be transmitted has a lot or little movement, in particular fast, in relation to the previous image or contains slow movements.
  • the image sharpness is automatically reduced in order to reduce the amount of data to be processed. Conversely, the image sharpness is increased for an image with little movement, because in contrast to images with a lot of movement, the human eye would perceive a lower sharpness in this case.
  • This automatic adjustment of the image sharpness according to the present invention ensures that, on the one hand, the best possible image quality perceptible by the human eye and, on the other hand, the greatest possible reduction in the data to be processed is ensured.
  • an analysis device 12 is provided according to FIG. 1, to which the motion information v, ie the motion vectors v generated by the motion estimation device 9, are supplied.
  • the analysis device 12 analyzes and monitors the motion vectors v and, by evaluating the respective motion vector v, determines whether there is a lot or little motion in the image to be processed compared to the previous image.
  • the analysis device 12 thus evaluates the shift contained in the motion vector v between two successive images and assesses the motion corresponding to the shift. This decision can be made in particular depending on the size of the amount and / or the direction of rotation of the respective motion vector v.
  • the analysis device 12 merely provides a yes / no decision regarding the presence of a fast or slow movement. More precise, however, is an analysis device 12, which delivers and enables a graded assessment of the degree of motion contained in the current image, so that a correspondingly precise adjustment of the image sharpness can be realized depending on several different degrees of motion.
  • a control device 13 is provided for adjusting the image sharpness.
  • the control device 13 receives from the analysis device 12 information about the degree of movement contained in the current image, ie in particular information about whether the current image contains a lot or little movement or fast or slow movements compared to the previous picture.
  • the control device 13 acts on certain parameters of the arrangement shown in FIG. 1 in order to adapt the image sharpness to the determined degree of movement.
  • the human eye cannot precisely identify blurred images with faster movements. This fact is used in accordance with the present invention to the effect that the sharpness of the image is reduced more and more as soon as an increasing degree of motion is found in the image to be processed.
  • the present invention ensures that there is always sufficient image sharpness, since In this case, the human eye can very well recognize blurred images.
  • quantization parameters of the quantization device 4 are set by the control device 13 to influence the image sharpness. For example, when an image is detected with fast movements, the number of quantization intervals of the quantization device 4 can be reduced, so that the image sharpness is reduced and the amount of data to be processed is reduced. Conversely, if faster movements are detected in the image to be processed at the moment, the number of quantization intervals of the quantization device 4 can be selected to be relatively high in order to ensure sufficient image sharpness.
  • the control device 13 sets certain filter parameters of the pre-filter device 14 or the corresponding pre-filter algorithm. The control takes place in such a way that when a lot of movement is detected in the image to be processed at the moment, more image information is filtered out than in an image in which few movements are contained. This ensures that the amount of data to be processed is reduced in the case of images with larger movements in which the human eye is less able to perceive blurring, while in the case of images with Slower movements are sufficiently sharp.
  • control of the pre-filter device 14 is carried out by the control device 13 in addition to the control of the quantization device 4.
  • the control device 13 it is of course also possible to use only one of the two controls to adjust the image sharpness, i.e. the image quality to provide.
  • the proposed automatic focus adjustment can also be done with an automatic refresh rate adjustment, i.e. temporal image resolution can be combined.
  • an automatic refresh rate adjustment i.e. temporal image resolution can be combined.
  • the image repetition rate can be increased after ascertaining a fast movement and decreased in the case of a slow movement in order to always be able to achieve an optimal image quality which is adapted to the actual circumstances.

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Abstract

The invention relates to a method for compressing image information, using a movement estimation. Movement vectors (v) representing the movement of a current image compared to the previous image are generated, based on said movement estimation. The degree of movement contained in the shift between the current image and the previous image is evaluated according to movement vectors (v), and the image definition is then adjusted according to the evaluation of the degree of movement. The image definition is reduced for quick movements and increased for slow movements. The number of quantization intervals or certain filtering parameters for pre-filtering image information, for example can be adjusted according to the determined degree of movement.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Komprimieren von BildinformationenMethod for compressing image information
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie es in Bildaufnahmesystemen, insbesondere in mobilen Bildtelefonen, eingesetzt wird.The present invention relates to a method for compressing image information according to the preamble of claim 1. In particular, the present invention relates to a method for compressing image information according to the preamble of claim 1, as is used in image recording systems, in particular in mobile video telephones.
Bekanntermaßen werden Bild- bzw. Videodaten oder -Informationen vor ihrer Übertragung an einen Empfänger komprimiert und kodiert, um die zu übertragende Datenmenge zu verringern und die Übertragungssicherheit zu erhöhen. Dabei kann unabhängig von der zu verarbeitenden Datenmenge die Komprimier- und Kodierrate festgelegt sein. Alternativ sind jedoch auch Komprimier- und Kodiersysteme bekannt, bei denen die Komprimier- und Kodierrate abhängig von der Komplexität des zu verarbeitenden Bildes sowie der Bewegung innerhalb des Bildes, d.h. der Bewegung der Quelldaten, variiert, um auf diese Weise eine gleichbleibende Qualität des empfangenen Gesamtbildes sicherzustellen. So kann bei Anwendung einer variablen Komprimier- und Kodierrate eine höhere Komprimier- und Kodierrate zur Verarbeitung eines komplexen Bildes gewählt werden, während die Komprimierung und Kodierung eines einfachen Bildes mit einer geringeren Komprimier- und Kodierrate erfolgt, so daß eine gleichbleibende Qualität für das übertragene Gesamtbild sichergestellt wird.As is known, image or video data or information is compressed and encoded before it is transmitted to a receiver in order to reduce the amount of data to be transmitted and to increase the transmission security. The compression and encoding rate can be set independently of the amount of data to be processed. Alternatively, however, compression and coding systems are also known in which the compression and coding rate depends on the complexity of the image to be processed and the movement within the image, i.e. the movement of the source data varies in order to ensure a constant quality of the received overall picture. Thus, when using a variable compression and coding rate, a higher compression and coding rate can be selected for processing a complex picture, while the compression and coding of a simple picture is carried out with a lower compression and coding rate, so that a constant quality for the transmitted overall picture is ensured.
Allgemein haben Bildsignale die Eigenschaft, daß sie innerhalb bestimmter Grenzen vorhersagbar sind. Dies bedeutet, daß aufgrund vorhergehender Bilder eine Prädiktion des nächsten Bildes möglich ist. Zur Prädiktion des nächsten Bildes bzw. der dem nächsten Bild entsprechenden Bildinformationen wird eine sogen. BewegungsSchätzung durchgeführt, wobei aufgrund einer in einem vorliegenden Bild festgestellten Bewegung das nächste Bild vorhergesagt wird.In general, picture signals have the property of being predictable within certain limits. This means that prediction of the next picture is possible on the basis of previous pictures. In order to predict the next image or the image information corresponding to the next image, a so-called. Motion estimation performed, due to a the next image is predicted in a motion detected motion.
Zur Komprimierung und Kodierung von Bildinformationen wurden verschiedene Algorithmen vorgeschlagen, bei denen die zuvor erwähnte BewegungsSchätzung Anwendung findet. So wurde beispielsweise von der „Moving Picture Coding Experts Group" der sogen. MPEG-Algorithmus zum Komprimieren von Bewegtbildern entwickelt, bei dem zudem eine variable Komprimierrate (und Kodierrate) angewendet werden kann, um die Eigenschaften des Komprimiersystems (und Kodiersystems) an die zu übertragende Datenmenge anzupassen. Der MPEG-Algorithmus ist heute in Form der sogen. MPEG1- und MPEG2-Algorithmen bekannt. Weitere bekannte Komprimier- und Kodieralgorithmen mit Bewegungsschät- zung sind beispielsweise die H.261- und H.263 -Algorithmen.Various algorithms have been proposed for the compression and coding of image information, in which the aforementioned motion estimation is used. For example, the "Moving Picture Coding Experts Group" developed the so-called MPEG algorithm for compressing moving images, in which a variable compression rate (and coding rate) can also be used to match the properties of the compression system (and coding system) The MPEG algorithm is known today in the form of the so-called MPEG1 and MPEG2 algorithms, and other known compression and coding algorithms with motion estimation are, for example, the H.261 and H.263 algorithms.
Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionsweise des MPEG2 -Algorithmus .2 shows a simplified block diagram to explain the mode of operation of the MPEG2 algorithm.
Eingangsseitig liegen bestimmte Bildinformationen oder Bilddaten i vor, die beispielsweise von einer Kamera, einem CCD- Bildsensor oder einer sonstigen Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen bzw. erzeugt worden sind. Diese Bildinformationen i werden einem Bildinformationsspeicher 1 zugeführt, der die Bildinformationen i in Rahmen (Frames) , d.h. in einer Folge von Vollbildern abspeichert. Die Daten des Bildinformations- speichers 1 werden einer DCT-Transformationseinrichtung 3 zugeführt, die die Bildinformationen einer diskreten Cosinus- transformation unterzieht, wobei die AusgangsSignale der DCT- Transformationseinrichtung 3 einer Quantisierungseinrichtung 4 zugeführt werden, die die an ihrem Eingang anliegenden Signale bestimmten Quantisierungsstufen bzw. Quantisierungsintervallen zuordnet und auf diese Weise den zu verarbeitenden und zu übertragenden Bitstrom reduziert und die eigentliche Kompri- mierung realisiert. Die AusgangsSignale der Quantisierungseinrichtung 4 werden einer Kodierungseinrichtung 5 zugeführt, die die Signale gemäß einem vorgegebenen Kodierschema kodiert und zur Übertragung an einen Empfänger ausgibt .Certain image information or image data i is present on the input side and has been recorded or generated, for example, by a camera, a CCD image sensor or another image recording device. This image information i is fed to an image information memory 1, which stores the image information i in frames, ie in a sequence of frames. The data of the image information memory 1 are fed to a DCT transformation device 3 which subjects the picture information to a discrete cosine transformation, the output signals of the DCT transformation device 3 being fed to a quantization device 4 which determines the quantization stages or signals present at their input. Assigned quantization intervals and in this way reduces the bit stream to be processed and transmitted and realizes the actual compression. The output signals of the quantization device 4 are fed to a coding device 5 which encodes the signals according to a predetermined coding scheme and outputs them for transmission to a receiver.
Zur Durchführung der sogen. BewegungsSchätzung werden die Aus- gangssignale der Quantisierungseinrichtung 4 zudem einer in- versen Quantisierungseinrichtung 6 sowie einer inversen DCT- Transformationseinrichtung 7 zugeführt, so daß am Ausgang der inversen DCT-Transformationseinrichtung 7 wieder die am Eingang der DCT-Transformationseinrichtung 3 anliegenden Daten bzw. Signale auftreten. In einem (Voll-) Bildspeicher 8 werden somit die ursprünglichen Bilddaten bzw. Bildinformationen abgelegt. Des weiteren ist eine Bewegungsschätzungs- oder Bewe- gungserfassungseinrichtung 9 vorgesehen, die aufgrund der in dem Bildspeicher 8 abgelegten Bildinformationen sowie der am Eingang des Komprimier- und Kodiersystems anliegenden Bildinformationen i eine Bewegung zwischen dem in dem Bildspeicher 8 gespeicherten vorhergehenden Bild und dem am Ausgang des Bildinformationsspeichers 1 auftretenden aktuellen oder augenblicklichen Bild erfaßt. Bei Feststellen einer Bewegung zwi- sehen dem gespeicherten vorhergehenden Bild und dem eingangsseitig auftretenden aktuellen Bild erzeugt die BewegungsSchätzungseinrichtung 9 einen Bildvektor v, der die Bewegung zwischen dem gespeicherten vorhergehenden Bild und dem eingangsseitig anliegenden aktuellen Bild repräsentiert. Die Bewe- gungsschätzungseinrichtung 9 überträgt die Bewegungsvektorinformation v an eine Bewegungskompensationseinrichtung 10, die abhängig von dem somit übertragenen Bewegungsvektor v sowie den ebenfalls übertragenen Bildinformationen des vorhergehenden Bildes, welches in dem Bildspeicher 8 gespeichert ist, eine Prädiktion für das nächste, d.h. das augenblicklich anliegende Bild durchführt . Die Bewegungskompensationseinrich- tung 10 ermittelt somit Bildinformationen i' , die eine Abschätzung oder Prädiktion für das augenblicklich eingangsseitig anliegende Bild darstellen, wobei diese vorhergesagten Bildinformationen einem Addierer 2 zugeführt werden, der die vorhergesagten Bildinformationen i' der Bewegungskompensa- tionseinrichtung 10 mit den tatsächlichen Bildinformationen i des augenblicklichen Bildes vergleicht und ein entsprechendes Differenzsignal Δi erzeugt. Dieses Differenzsignal Δi, d.h. der Unterschied zwischen den vorhergesagten Bildinformationen i' und den tatsächlichen Bildinformationen i, wird als sogen. „Prädiktionsfehler" bezeichnet, wobei nurmehr der Prädiktionε- fehler Δi mit den Einrichtungen 3, 4 und 5 transformiert, quantisiert und kodiert wird. Empfangsseitig kann bereits aufgrund des empfangenen Prädiktions ehlers Δi anhand der zuvor empfangenen Bildinformationen des vorhergehenden Bildes auf das augenblickliche Bild rückgeschlossen werden. Dieses Verfahren der BewegungsSchätzung hat den Vorteil, daß die Signale mit einer höheren Bitrate übertragen werden können, da die Bandbreite des übertragenen Differenzsignals Δi geringer ist als die Bandbreite eines normalen quantisierten Signals. Aufgrund der Rückkopplungsschleife mit der Bewegungsschätzungs- einrichtung 9 und der Bewegungskompensationseinrichtung 10 können sich Quantisierungsfehler der Quantisierungseinrichtung 4 nicht akkumulieren.To carry out the so-called. Motion estimation, the output signals of the quantization device 4 are also fed to an inverse quantization device 6 and an inverse DCT transformation device 7, so that the data or signals present at the input of the DCT transformation device 3 appear again at the output of the inverse DCT transformation device 7 . The original image data or image information is thus stored in a (full) image memory 8. Furthermore, a motion estimation or movement detection device 9 is provided which, on the basis of the image information stored in the image memory 8 and the image information present at the input of the compression and coding system i, a movement between the previous image stored in the image memory 8 and that at the output of the Image information memory 1 occurring or current image detected. When a movement is detected between the stored previous image and the current image occurring on the input side, the motion estimation device 9 generates an image vector v which represents the movement between the stored previous image and the current image applied on the input side. The motion estimation device 9 transmits the motion vector information v to a motion compensation device 10 which, depending on the motion vector v thus transmitted and the likewise transmitted image information of the previous image, which is stored in the image memory 8, is a prediction for the next, that is to say the currently applied, image carries out. The motion compensation device 10 thus determines image information i 'which represents an estimate or prediction for the image currently present on the input side, this predicted image information being fed to an adder 2 which supplies the predicted image information i' of the motion compensation tion device 10 compares with the actual image information i of the current image and generates a corresponding difference signal Δi. This difference signal Δi, ie the difference between the predicted image information i 'and the actual image information i, is known as the so-called. “Prediction error” denotes, with only the prediction error Δi being transformed, quantized and coded using the devices 3, 4 and 5. On the receiving side, the instantaneous image can be used to draw conclusions about the instantaneous image based on the received prediction error Δi on the basis of the previously received image information of the previous image This method of motion estimation has the advantage that the signals can be transmitted at a higher bit rate, since the bandwidth of the transmitted difference signal Δi is smaller than the bandwidth of a normal quantized signal, due to the feedback loop with the motion estimation device 9 and the motion compensation device 10 quantization errors of the quantization device 4 cannot accumulate.
Dieser zuvor beschriebene MPEG2 -Algorithmus wird allgemein zur Komprimierung und Kodierung von Bildinformationen bzw. Bilddaten eingesetzt. Im Prinzip kann der MPEG2 -Algorithmus auch in mobilen BildaufnähmeSystemen, wie z.B. Videokameras oder mobi- len Bildtelefonen, eingesetzt werden. Auf diesem Anwendungsgebiet werden jedoch vorwiegend der H.261- oder H.263 -Algorithmus verwendet. Derartige mobile Bildaufnahmesysteme werden zur Übermittlung verschiedenster Bildinhalte eingesetzt. Bilder oder Szenen mit viel Bewegung erfordern eine hohe Bildwieder- holrate. Da das menschliche Auge bei Bildern mit viel bzw. schneller Bewegung Unscharfen des Bilds weniger genau erkennen und erfassen kann, können Bilder mit viel Bewegung mit einer geringeren Bildschärfe übertragen werden, so daß auf diese Weise eine Datenratenreduktion möglich ist. Bei ruhigen Bil- dern erwartet das menschliche Auge hingegen eine hohe Bildschärfe, so daß in diesem Fall allenfalls die Bildwiederhol- rate reduziert werden kann, während das Bild mit einer hohen Bildschärfe übertragen werden muß.This MPEG2 algorithm described above is generally used for compressing and encoding image information or image data. In principle, the MPEG2 algorithm can also be used in mobile imaging systems, such as video cameras or mobile video telephones. In this field of application, however, the H.261 or H.263 algorithm is mainly used. Such mobile image recording systems are used to transmit a wide variety of image contents. Images or scenes with a lot of movement require a high refresh rate. Since the human eye can detect and capture blurring of the image less accurately with images with a lot of or fast movement, images with a lot of movement can be transmitted with a lower image sharpness, so that a data rate reduction is possible in this way. In contrast, when the images are calm, the human eye expects high image sharpness, so that in this case the image rate can be reduced while the image has to be transmitted with a high image sharpness.
Mit Hilfe der bekannten und oben beschriebenen Bildkompres- sionsalgorithmen (z.B. des MPEG2-Algorithmus) kann jedoch lediglich entweder die Bildwiederholrate oder die Bildschärfe optimiert werden, so daß diese bekannten Bildkompressionsalgorithmen bzw. die entsprechenden Systeme hinsichtlich einer optimalen Bildqualität einerseits und einer maximalen Datenre- duktion andererseits stets nur einen Kompromiß darstellen. Es ist zwar bereits bekannt, eine bei diesen Algorithmen bzw. Systemen vorgegebene Optimierung von dem Benutzer manuell ändern zu lassen. Dies stellt jedoch an die Kenntnisse und Fähigkeiten des Benutzers hohe Ansprüche.With the known and described image compression algorithms (eg the MPEG2 algorithm), however, only either the image repetition rate or the image sharpness can be optimized, so that these known image compression algorithms or the corresponding systems with regard to optimal image quality on the one hand and maximum data reduction on the other hand, it is always a compromise. It is already known to have the user manually change an optimization specified in these algorithms or systems. However, this places high demands on the knowledge and skills of the user.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen vorzuschlagen, mit dessen Hilfe stets eine optimale Bildschärfe der zu verarbeitenden Bilder gewährleistet und eine größtmögliche Reduktion der zu verarbeitenden Datenmenge sichergestellt ist.The invention is therefore based on the object of proposing an improved method for compressing image information, with the aid of which an optimal image sharpness of the images to be processed is always guaranteed and the greatest possible reduction in the amount of data to be processed is ensured.
Insbesondere soll dieses Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen auch auf einfache Art und Weise und möglichst billig in mobilen Bildtelefonen implementierbar sein.In particular, this method for compressing image information should also be able to be implemented in a simple manner and as cheaply as possible in mobile video telephones.
Die obengenannte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.The above object is achieved according to the present invention by a method having the features of claim 1.
Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.The subclaims describe advantageous and preferred configurations and embodiments of the present invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell auf jedes Verfahren bzw. jede Vorrichtung anwendbar, das bzw. die gemäß ei- nem oben beschriebenen Algorithmus mit BewegungsSchätzung ar- beitet, z.B. dem H.261-, H.263-, MPEG1-, MPEG2- oder MPGEG4- Algorithmus .In principle, the method according to the invention can be applied to any method or device that works according to an algorithm described above with motion estimation. works, e.g. the H.261, H.263, MPEG1, MPEG2 or MPGEG4 algorithm.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der infolge der Bewe- gungsSchätzung erzeugte Bewegungsvektor analysiert und daraus - beispielsweise durch statistische Bewertung - beurteilt, ob ein Bild bzw. eine Szene mit viel oder wenig Bewegung bzw. mit schnellen oder langsamen Bewegungen vorliegt. Abhängig von dieser Beurteilung wird entschieden, ob mit einer hohen oder niedrigen Bildschärfe gearbeitet werden muß, wobei anschließend bestimmte Parameter, die die Bildschärfe beeinflussen, entsprechend eingestellt werden.According to the present invention, the motion vector generated as a result of the motion estimation is analyzed and from this, for example by means of statistical evaluation, it is assessed whether an image or a scene with a lot or little motion or with fast or slow motion is present. Depending on this assessment, a decision is made as to whether it is necessary to work with a high or low image sharpness, and certain parameters which influence the image sharpness are then set accordingly.
Wie bereits zuvor angedeutet worden ist, werden Bilder mit viel Bewegung bzw. mit schnellen Bewegungen mit einer geringeren Schärfe verarbeitet, während Bilder mit wenig Bewegung oder mit langsamen Bewegungen mit einer höheren Bildschärfe verarbeitet werden. Zudem kann damit auch eine automatische Einstellung der Bildwiederholrate, d.h. der zeitlichen Bild- auflösung, verbunden sein, so daß nach Erkennen eines Bildes mit viel Bewegung bzw. mit schnellen Bewegungen die entsprechenden Bildinformationen mit einer höheren zeitlichen Auflösung, d.h. mit einer höheren Bildwiederholrate, als ein Bild mit wenig Bewegung oder langsamen Bewegungen übertragen wird. Dies kommt dem natürlichen menschlichen Sehempfinden entgegen und verbessert die subjektiv wahrgenommene Qualität.As has already been indicated, images with a lot of movement or with fast movements with a lower sharpness are processed, while images with little movement or with slow movements are processed with a higher sharpness. In addition, an automatic setting of the refresh rate, i.e. the temporal image resolution, so that after recognizing an image with a lot of movement or with fast movements, the corresponding image information with a higher temporal resolution, i.e. with a higher refresh rate than an image with little movement or slow movements. This accommodates the natural human sense of vision and improves the subjectively perceived quality.
Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erfolgt die Einstellung der Bildschärfe durch eine Änderung des Quantisierungsparameters, d.h. durch eine entsprechende Anpassung der Anzahl von Quantisierungsintervallen. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die einem augenblicklichen Bild tatsächlich entsprechenden Bildinformationen vorgefiltert werden, wobei abhängig von der im augenblicklichen Bild erkannten Bewegung bestimmte Filter- Parameter des entsprechenden Filteralgorithmus bzw. des entsprechenden Vorfilters angepaßt werden können.According to a first exemplary embodiment according to the invention, the image sharpness is adjusted by changing the quantization parameter, that is to say by appropriately adapting the number of quantization intervals. According to a second exemplary embodiment of the present invention, the image information that actually corresponds to a current image can be pre-filtered, with certain filter elements depending on the movement detected in the current image. Parameters of the corresponding filter algorithm or the corresponding prefilter can be adapted.
Wie bereits zuvor beschrieben worden ist, ist das erfindungs- gemäße Verfahren grundsätzlich auf alle Verfahren und Vorrichtungen anwendbar, bei denen ein Algorithmus mit Bewegungs- Schätzung Anwendung findet. Die automatische Einstellung der gewünschten Bildschärfe wird erfindungsgemäß einfach durch Eingriff in den entsprechenden Algorithmus realisiert, so daß stets eine möglichst optimale Reduktion der zu verarbeitenden Daten bei gleichzeitig optimaler Bildqualität gegeben ist. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere leicht, z.B. als Softwareerweiterung, in mobilen Bildtelefonen realisieren, ohne daß umfangreiche schaltungstechnische Änderungen notwen- dig sind. Ebenso ist das erfindungsgemäße Verfahren in jedem anderen beliebigen mobilen Bildaufnahmesystem, wie z.B. auch in Camcordern oder Videokameras, einsetzbar. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht an den Einsatz in einem mobilen Bildaufnahmesystem gebunden, sondern kann auch in sta- tionären Bildaufnahmesystemen Anwendung finden.As has already been described above, the method according to the invention is basically applicable to all methods and devices in which an algorithm with motion estimation is used. The automatic setting of the desired image sharpness is achieved according to the invention simply by intervening in the corresponding algorithm, so that there is always the best possible reduction in the data to be processed with an optimal image quality. The process according to the invention is particularly easy, e.g. as a software extension in mobile video telephones without extensive circuit changes being necessary. The method according to the invention can also be used in any other mobile image recording system, such as e.g. can also be used in camcorders or video cameras. In principle, the method according to the invention is not tied to use in a mobile image recording system, but can also be used in stationary image recording systems.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert .The invention is explained in more detail below with reference to the drawing using a preferred exemplary embodiment.
Fig. 1 zeigt ein vereinf chtes Blockschaltbild zurFig. 1 shows a simplified block diagram for
Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, undExplanation of a preferred embodiment of the method according to the invention, and
Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Erläuterung eines bekannten Verfahrens zum Komprimieren und Kodieren von Bildinformationen mit Hilfe einer BewegungsSchätzung.2 shows a simplified block diagram for explaining a known method for compressing and encoding image information with the aid of a motion estimation.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. l anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel der sogen. MPEG2-Algorithmus zur Komprimierung von Bildinformationen eingesetzt wird. Wie jedoch bereits zuvor beschrieben worden ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell auf jeden beliebigen Algorithmus mit BewegungsSchätzung anwendbar, insbesondere auch auf den H.261- oder H.263 -Algorithmus .The invention is described in more detail below with reference to FIG. 1 using a preferred exemplary embodiment, according to this embodiment, the so-called. MPEG2 algorithm is used to compress image information. However, as has already been described above, the method according to the invention can in principle be applied to any algorithm with motion estimation, in particular also to the H.261 or H.263 algorithm.
Fig. 1 zeigt ein verein achtes Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel .Fig. 1 shows a united eight block diagram of an arrangement for performing the method according to the invention according to the preferred embodiment.
Der Grundaufbau des in Fig. 1 gezeigten Blockschaltbilds entspricht im wesentlichen dem in Fig. 3 gezeigten Blockschaltbild. Die sequentiellen Bildinformationen einer entsprechenden Bildaufnahmeeinrichtung, wie z.B. eines beliebigen Bildsensors oder einer Videokamera etc., werden in einem Bildinformationsspeicher 1 gespeichert, wobei die Bildinformationen jeweils zu Rahmen bzw. Vollbildern zusammengefaßt sind. Am Ausgang des Bildinformationsspeichers 1 werden für jedes Vollbild Bildin- formationen i ausgelesen.The basic structure of the block diagram shown in FIG. 1 essentially corresponds to the block diagram shown in FIG. 3. The sequential image information of a corresponding image recording device, e.g. of any image sensor or a video camera etc. are stored in an image information memory 1, the image information being combined into frames or full images. At the output of the image information memory 1, image information i is read out for each full image.
Allgemein werden zu übertragende Bildinformationen von einer DCT-Transformationseinrichtung 3 einer diskreten Cosinustrans- formation (DCT) unterzogen. Die diskrete Cosinustransformation ist eine orthogonale Transformation und bildet die diskreten zeitlichen Abtastwerte der Bildinformationen in diskrete Werte des Frequenzbereiches ab. Das Ausgangssignal der DCT-Transformationseinrichtung 3 wird einer Quantisierungseinrichtung 4 zugeführt .In general, image information to be transmitted is subjected to a discrete cosine transformation (DCT) by a DCT transformation device 3. The discrete cosine transformation is an orthogonal transformation and maps the discrete temporal samples of the image information into discrete values of the frequency domain. The output signal of the DCT transformation device 3 is fed to a quantization device 4.
Die Quantisierungseinrichtung 4 quantisiert das Transformationsergebnis der DCT-Transformationseinrichtung 3 mit einem bestimmten Quantisierungswert bzw. einer bestimmten Quantisierungsrate, wobei der gesamte Wertebereich des Transforma- tionsergebnisses in eine bestimmte Anzahl von Quantisierungs- intervalle unterteilt wird und der Wert des Transformationser- gebnisses jeweils einem bestimmten Quantisierungsintervall zugeordnet wird. Auf diese Weise reduziert die Quantisierungs- einrichtung 4 die zu verarbeitende und zu übertragende Bit- menge und führt somit die gewünschte Komprimierung mit einem entsprechenden Quantisierungswert durch. Allgemein kann die Zuordnung der Abtaεtwerte des Transformationsergebnisses zu den einzelnen Quantisierungsintervallen gemäß einer linearen oder nichtlinearen Kennlinie erfolgen. Mit Hilfe einer nichtlinearen Quantisierung können bestimmte Abtastwerte des Bild- informationsSignals genauer quantisiert werden als bei einer linearen Quantisierung, was insbesondere vorteilhaft ist, falls diese Werte häufiger auftreten oder Fehler dieser Werte auffälliger bzw. von größerer Bedeutung sind. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind be- stimmte Parameter der Quantisierungseinrichtung 4 variabel und einstellbar, wie insbesondere die Anzahl der Quantisierungsintervalle oder auch die für die Zuordnung der Abtastwerte des Transformationsergebnisses zu den einzelnen Quantisierungsintervallen maßgebliche Kennlinie.The quantization device 4 quantizes the transformation result of the DCT transformation device 3 with a specific quantization value or a specific quantization rate, the entire value range of the transformation result being subdivided into a specific number of quantization intervals and the value of the transformation result result is assigned to a specific quantization interval. In this way, the quantization device 4 reduces the amount of bits to be processed and transmitted and thus carries out the desired compression with a corresponding quantization value. In general, the sampling values of the transformation result can be assigned to the individual quantization intervals according to a linear or non-linear characteristic. With the aid of a non-linear quantization, certain sample values of the image information signal can be quantized more precisely than with a linear quantization, which is particularly advantageous if these values occur more frequently or errors in these values are more conspicuous or of greater importance. According to the preferred exemplary embodiment of the present invention, certain parameters of the quantization device 4 are variable and adjustable, such as, in particular, the number of quantization intervals or also the characteristic curve relevant for the assignment of the samples of the transformation result to the individual quantization intervals.
Das AusgangsSignal der Quantisierungseinrichtung 4 wird einer Kodierungseinrichtung 5 zugeführt, die schließlich das quanti- sierte Transformationsergebnis einer bestimmten Kodierung unterzieht und das quantisierte und kodierte Bildinformations- signal zur Übertragung ausgibt. Die Kodierungseinrichtung 5 kann beispielsweise eine lauflängenbegrenzte (run-length limi- ted, RLL) Kodierung durchführen.The output signal of the quantization device 4 is fed to a coding device 5, which finally subjects the quantized transformation result to a specific coding and outputs the quantized and coded image information signal for transmission. The coding device 5 can, for example, carry out a run-length limited (RLL) coding.
Zur Durchführung der BewegungsSchätzung bzw. der Bildprädik- tion wird das Ausgangssignal der Quantisierungseinrichtung 4 auch einer inversen Quantisierungseinrichtung 6 sowie einer inversen DCT-Transformationseinrichtung 7 zugeführt, wobei die inverse Quantisierungseinrichtung 6 die Quantisierung der Quantisierungseinrichtung 4 und die inverse DCT-Transforma- tionseinrichtung 7 die DCT-Transformation der DCT-Transformationseinrichtung 3 wieder rückgängig macht, so daß am Ausgang der inversen DCT-Transformationseinrichtung 7 wieder die ursprünglichen Eingangsdaten der DCT-Transformationseinrichtung 3 auftreten.To carry out the motion estimation or the image prediction, the output signal of the quantization device 4 is also fed to an inverse quantization device 6 and an inverse DCT transformation device 7, the inverse quantization device 6 quantizing the quantization device 4 and the inverse DCT transformation device 7 DCT transformation of the DCT transformation device 3 reverses, so that at the output the inverse DCT transformation device 7 again the original input data of the DCT transformation device 3 occur.
In einem Bildspeicher 8 werden die von der inversen DCT-Transformationseinrichtung 7 gelieferten Bildinformationen gespeichert, wobei der Bildspeicher 8 insbesondere die Bildinformationen rahmen- oder vollbildweise abspeichert.The image information supplied by the inverse DCT transformation device 7 is stored in an image memory 8, the image memory 8 storing in particular the image information frame by frame or frame by frame.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zudem eine Interpolationseinrichtung 11 vorgesehen, die die in dem Bildspeicher 8 abgelegten Bildinformationen vorzugsweise rahmen- und bildweise ausliest und durch Interpolation zwischen zwei benachbarten Bildpunkten (Pixel) zusätzli- ehe Bildinformationen gewinnt, die dem zwischen den beiden Pixeln liegenden Bildpunkt entsprechen. Auf diese Weise kann die Interpolationseinrichtung 11 die Bildauflösung verdoppeln. Die Interpolationseinrichtung 11 speichert die infolge der Interpolation gewonnenen Bildinformationen mit der erhöhten Auflö- sung .According to the preferred exemplary embodiment shown in FIG. 1, an interpolation device 11 is also provided, which preferably reads out the image information stored in the image memory 8 frame by frame and by interpolation between two adjacent pixels (pixels) and obtains additional image information which is between the correspond to two pixels. In this way, the interpolation device 11 can double the image resolution. The interpolation device 11 stores the image information obtained as a result of the interpolation with the increased resolution.
Eine Bewegungsschätzungseinrichtung 9 empfängt einerseits die am Ausgang des Bildinformationsspeichers 1 auftretenden Bildinformationen i eines aktuellen bzw. augenblicklichen Bildes sowie über die Interpolationseinrichtung 11 die in demA motion estimation device 9 receives, on the one hand, the image information i of a current or current image appearing at the output of the image information memory 1, and via the interpolation device 11, the data in the
Bildspeicher 8 gespeicherten Bildinformationen des vorhergehenden Bildes. Durch Vergleichen dieser beiden Bildinformationen kann die Bewegungsschätzungseinrichtung 9 eine Bewegung in dem augenblicklichen Bild gegenüber dem vorherigen Bild erken- nen und ermittelt auf Grundlage der in dem Bildspeicher 8 gespeicherten Bildinformationen des vorhergehenden Bildes einen Bewegungsvektor v, der die Verschiebung des augenblicklichen Bildes gegenüber dem vorhergehenden Bild repräsentiert.Image memory 8 stored image information of the previous image. By comparing these two pieces of image information, the motion estimation device 9 can recognize a movement in the current image compared to the previous image and, based on the image information of the previous image stored in the image memory 8, determines a motion vector v which represents the displacement of the current image compared to the previous image represents.
Dieser Bewegungsvektor v wird einer Bewegungskompensationsein- richtung 10 zugeführt, die - wie bereits anhand von Fig. 2 er- läutert worden ist - anhand des Bewegungsvektors v sowie den ihr ebenfalls zugeführten Bildinformationen des zuvor gespeicherten vorhergehenden Bildes eine Vorhersage für die Bildinformationen des augenblicklich anliegenden Bildes macht. Die Bewegungskompensationseinrichtung 10 führt somit eine Bewe- gungskompensationsprädiktion aus und gibt Bildinformationen i' aus, die dem von der Bewegungskompensationseinrichtung 10 vorhergesagten Bild entsprechen. Im Idealfall sollte das von der Bewegungskompensationseinrichtung 10 vorhergesagte Bild dem augenblicklich eingangsseitig anliegenden Bild entsprechen, d.h. die Bildinformationen i' sollten den Bildinformationen i des augenblicklich anliegenden Bildes entsprechen.This motion vector v is fed to a motion compensation device 10 which, as already explained with reference to FIG. has been elucidated - makes a prediction for the image information of the currently present image on the basis of the motion vector v and also the image information of the previously stored previous image also supplied to it. The motion compensation device 10 thus executes a motion compensation prediction and outputs image information i ′ which correspond to the image predicted by the motion compensation device 10. Ideally, the image predicted by the motion compensation device 10 should correspond to the image currently present on the input side, ie the image information i 'should correspond to the image information i of the current image.
In einem Addierer wird die Prädiktion der Bewegungskompensa- tionseinrichtung 10 mit dem tatsächlich anliegenden Bild verglichen, d.h. der Addierer bildet die Differenz zwischen den tatsächlich dem augenblicklichen Bild entsprechenden Bildinformationen i und den von der Bewegungskompensationseinrich- tung 10 vorhergesagten Bildinformationen i' des augenblickli- chen Bildes. Das von dem Addierer 2 gelieferte Differenzsignal Δi stellt den sogen. Prädiktionsfehler dar, der nunmehr über die Einrichtungen 3 - 5 DCT-transformiert , quantisiert und kodiert wird. Somit wird gemäß dem in Fig. 1 gezeigten System bzw. Algorithmus nurmehr der Prädiktionsfehler an einen Emp- fänger übertragen, der infolge des empfangenen Prädiktionsfehlers und der Bilddaten bzw. Bildinformationen eines vorhergehenden Bildes die Bildinformationen des augenblicklichen Bildes ermitteln und darstellen kann. Der transformierte und quantisierte Prädiktionsfelder Δi wird wiederum über die Ein- richtungen 6 und 7 einer inversen Quantisierung und einer inversen DCT-Transformation unterzogen, so daß im Bildspeicher 8 abhängig von den vorhergesagten Bildinformationen i' der Bewe- gungskompensationseinrichtung 10 stets die Bildinformationen des tatsächlich anliegenden Bildes gespeichert werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine automatische Einstellung der Bildschärfe, d.h. eine automatische Einstellung der Qualität des zu verarbeitenden Bildes gegeben. Zu diesem Zweck erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung die Auswertung der von der Bewegungsschätzungseinrichtung 9 gelieferten Bewegungsvektoren v, wobei abhängig von dem Bewegungsvektor bzw. den Bewegungsvektoren v erkannt wird, ob das zu übertragende Bild im Verhältnis zu dem vorhergehenden Bild viel oder wenig Bewegung, insbesondere schnelle oder langsame Bewegungen ent- hält. Handelt es sich um ein Bild mit viel Bewegung, wird die Bildschärfe automatisch reduziert, um die zu verarbeitende Datenmenge zu verringern. Umgekehrt wird bei einem Bild mit wenig Bewegung die Bildschärfe erhöht, da im Unterschied zu Bildern mit viel Bewegung in diesem Fall das menschliche Auge eine geringere Schärfe wahrnehmen würde. Durch diese automatische Einstellung der Bildschärfe gemäß der vorliegenden Erfindung wird sichergestellt, daß einerseits eine vom menschlichen Auge wahrnehmbare bestmögliche Bildqualität und andererseits eine möglichst große Reduktion der zu verarbeitenden Daten ge- währleistet ist.The prediction of the motion compensation device 10 is compared in an adder with the actually applied image, ie the adder forms the difference between the image information i that actually corresponds to the current image and the image information i ′ of the current image predicted by the motion compensation device 10 . The difference signal Δi supplied by the adder 2 represents the so-called. Prediction error, which is now DCT-transformed, quantized and encoded via devices 3 - 5. Thus, according to the system or algorithm shown in FIG. 1, only the prediction error is transmitted to a receiver, which can determine and display the image information of the current image as a result of the received prediction error and the image data or image information of a previous image. The transformed and quantized prediction fields Δi are in turn subjected to an inverse quantization and an inverse DCT transformation via the devices 6 and 7, so that the image information 8 of the motion compensation device 10 always depends on the predicted image information i 'of the motion compensation device 10 Image can be saved. According to the present invention there is an automatic adjustment of the image sharpness, ie an automatic adjustment of the quality of the image to be processed. For this purpose, according to the present invention, the motion vectors v supplied by the motion estimation device 9 are evaluated, depending on the motion vector or the motion vectors v, it is recognized whether the image to be transmitted has a lot or little movement, in particular fast, in relation to the previous image or contains slow movements. If it is a picture with a lot of movement, the image sharpness is automatically reduced in order to reduce the amount of data to be processed. Conversely, the image sharpness is increased for an image with little movement, because in contrast to images with a lot of movement, the human eye would perceive a lower sharpness in this case. This automatic adjustment of the image sharpness according to the present invention ensures that, on the one hand, the best possible image quality perceptible by the human eye and, on the other hand, the greatest possible reduction in the data to be processed is ensured.
Zur Realisierung des zuvor genannten Prinzips ist gemäß Fig. 1 eine Analyseeinrichtung 12 vorgesehen, der die Bewegungsinformationen v, d.h. die von der Bewegungsschätzungseinrichtung 9 erzeugten Bewegungsvektoren v, zugeführt werden. Die Analyseeinrichtung 12 analysiert und überwacht die Bewegungsvektoren v und stellt durch Auswertung des jeweiligen Bewegungsvektors v fest, ob in dem zu verarbeitenden Bild gegenüber dem vorhergehenden Bild viel oder wenig Bewegung enthalten ist. Die Ana- lyseeinrichtung 12 wertet somit die in dem Bewegungsvektor v enthaltene Verschiebung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern aus und beurteilt die der Verschiebung entsprechende Bewegung. Diese Entscheidung kann insbesondere abhängig von der Größe des Betrages und/oder der Drehrichtung des jeweili- gen Bewegungsvektors v erfolgen. Überschreitet beispielsweise der Betrag oder die Drehrichtung des Bewegungsvektors v einen vorgegebenen Schwellenwert, wird daraus geschlossen, daß ge¬ genüber dem vorhergehenden Bild eine schnelle Bewegung in dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild enthalten sein muß, da mit schnellen Bewegungen größere Änderungen der Bildinforma- tionen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern verbunden sind. Im einfachsten Fall liefert die Analyseeinrichtung 12 lediglich eine Ja/Nein-Entscheidung über das Vorliegen einer schnellen bzw. langsamen Bewegung. Genauer ist jedoch eine Analyseeinrichtung 12, die eine abgestufte Beurteilung des Grads der in dem augenblicklichen Bild enthaltenen Bewegung liefert und ermöglicht, so daß abhängig von mehreren unterschiedlichen Bewegungsgraden eine entsprechend genaue Einstellung der Bildschärfe realisiert werden kann.To implement the aforementioned principle, an analysis device 12 is provided according to FIG. 1, to which the motion information v, ie the motion vectors v generated by the motion estimation device 9, are supplied. The analysis device 12 analyzes and monitors the motion vectors v and, by evaluating the respective motion vector v, determines whether there is a lot or little motion in the image to be processed compared to the previous image. The analysis device 12 thus evaluates the shift contained in the motion vector v between two successive images and assesses the motion corresponding to the shift. This decision can be made in particular depending on the size of the amount and / or the direction of rotation of the respective motion vector v. For example, the amount or direction of rotation of the motion vector v exceeds one predetermined threshold value is concluded that ge ¬ genüber the previous picture rapid movement must be contained in the currently processed image, as with quick movements of the major changes Bildinforma- functions are connected between two successive images. In the simplest case, the analysis device 12 merely provides a yes / no decision regarding the presence of a fast or slow movement. More precise, however, is an analysis device 12, which delivers and enables a graded assessment of the degree of motion contained in the current image, so that a correspondingly precise adjustment of the image sharpness can be realized depending on several different degrees of motion.
Zur Einstellung der Bildschärfe ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 13 empfängt von der Analyse- einrichtung 12 Informationen über den Grad der in dem augenblicklichen Bild enthaltenen Bewegung, d.h. insbesondere Informationen darüber, ob das augenblickliche Bild gegenüber dem vorhergehenden Bild viel oder wenig Bewegung bzw. schnelle oder langsame Bewegungen enthält. Abhängig von den von der Analyseeinrichtung 12 gelieferten BewegungsInformationen wirkt die Steuereinrichtung 13 auf bestimmte Parameter der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ein, um entsprechend die Bildschärfe dem festgestellten Bewegungsgrad anzupassen. Wie bereits eingangs beschrieben worden ist, kann das menschliche Auge bei Bildern mit schnelleren Bewegungen Unscharfen nicht genau feststellen. Diese Tatsache wird gemäß der vorliegenden Erfindung dahingehend ausgenutzt, daß mit Feststellen eines steigenden Bewe- gungsgrades in dem zu verarbeitenden Bild die Bildschärfe immer mehr reduziert wird. Auf diese Weise kann eine Reduktion der zu verarbeitenden Datenmenge erzielt werden, ohne jedoch die von dem menschlichen Auge wahrnehmbare subjektive Bildqualität zu beeinträchtigen. Bei Bildern mit weniger Bewegungen wird hingegen gemäß der vorliegenden Erfindung sichergestellt, daß stets eine ausreichende Bildschärfe gegeben ist, da in diesem Fall das menschliche Auge sehr wohl Unscharfen erkennen kann.A control device 13 is provided for adjusting the image sharpness. The control device 13 receives from the analysis device 12 information about the degree of movement contained in the current image, ie in particular information about whether the current image contains a lot or little movement or fast or slow movements compared to the previous picture. Depending on the movement information supplied by the analysis device 12, the control device 13 acts on certain parameters of the arrangement shown in FIG. 1 in order to adapt the image sharpness to the determined degree of movement. As has already been described at the beginning, the human eye cannot precisely identify blurred images with faster movements. This fact is used in accordance with the present invention to the effect that the sharpness of the image is reduced more and more as soon as an increasing degree of motion is found in the image to be processed. In this way, a reduction in the amount of data to be processed can be achieved without, however, impairing the subjective image quality perceptible to the human eye. In contrast, in the case of images with fewer movements, the present invention ensures that there is always sufficient image sharpness, since In this case, the human eye can very well recognize blurred images.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden zur Be- einflussung der Bildschärfe zum einen von der Steuereinrichtung 13 Quantisierungsparameter der Quantisierungseinrichtung 4 eingestellt. So kann beispielsweise bei Feststellen eines Bildes mit schnellen Bewegungen die Anzahl der Quantisierungs- intervalle der Quantisierungseinrichtung 4 reduziert werden, so daß mit einer niedrigeren Bildschärfe gearbeitet und die zu verarbeitende Datenmenge reduziert wird. Umgekehrt kann bei Feststellen von schnelleren Bewegungen in dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild die Anzahl der Quantisierungsintervalle der Quantisierungseinrichtung 4 relativ hoch gewählt werden, um eine ausreichende Bildschärfe zu gewährleisten.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, quantization parameters of the quantization device 4 are set by the control device 13 to influence the image sharpness. For example, when an image is detected with fast movements, the number of quantization intervals of the quantization device 4 can be reduced, so that the image sharpness is reduced and the amount of data to be processed is reduced. Conversely, if faster movements are detected in the image to be processed at the moment, the number of quantization intervals of the quantization device 4 can be selected to be relatively high in order to ensure sufficient image sharpness.
Des weiteren ist gemäß Fig. 1 vorgesehen, daß die von dem Bildinformationsspeicher 1 ausgelesenen Bildinformationen i, die tatsächlich dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild ent- sprechen, mit Hilfe einer Vorfiltereinrichtung 14, die der gesamten Bildkompressionsanordnung vorgeschaltet ist, bzw. eines entsprechenden Vorfilteralgorithmus vorgefiltert und erst anschließend der Bildkompression zugeführt werden. Abhängig von dem mit Hilfe der Analyseeinrichtung 12 festgestellten Grad der Bewegung in dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild, d.h. den entsprechenden Bildinformationen i, stellt die Steuereinrichtung 13 bestimmte Filterparameter der Vorfiltereinrichtung 14 bzw. des entsprechenden Vorfilteralgorithmus ein. Dabei erfolgt die Ansteuerung derart, daß bei Feststellen von viel Bewegung in dem augenblicklich zu verarbeitenden Bild mehr Bildinformationen ausgefiltert werden als bei einem Bild, in dem wenig Bewegungen enthalten sind. So wird gewährleistet, daß bei Bildern mit größeren Bewegungen, bei denen das menschliche Auge Unscharfen weniger wahrnehmen kann, die zu verar- beitende Datenmenge reduziert wird, während bei Bildern mit langsameren Bewegungen eine ausreichend hohe Bildschärfe gegeben ist.1 that the image information i read from the image information memory 1, which actually corresponds to the image to be processed at the moment, is pre-filtered with the aid of a pre-filter device 14, which is connected upstream of the entire image compression arrangement, or a corresponding pre-filter algorithm only then be fed to the image compression. Depending on the degree of movement in the image to be processed with the aid of the analysis device 12, ie the corresponding image information i, the control device 13 sets certain filter parameters of the pre-filter device 14 or the corresponding pre-filter algorithm. The control takes place in such a way that when a lot of movement is detected in the image to be processed at the moment, more image information is filtered out than in an image in which few movements are contained. This ensures that the amount of data to be processed is reduced in the case of images with larger movements in which the human eye is less able to perceive blurring, while in the case of images with Slower movements are sufficiently sharp.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ansteuerung der Vorfiltereinrichtung 14 durch die Steuereinrichtung 13 zusätzlich zu der Ansteuerung der Quantisierungseinrichtung 4. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, lediglich eine der beiden An- steuerungen zur Einstellung der Bildschärfe, d.h. der Bildqua- lität, vorzusehen.According to the preferred exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the control of the pre-filter device 14 is carried out by the control device 13 in addition to the control of the quantization device 4. However, it is of course also possible to use only one of the two controls to adjust the image sharpness, i.e. the image quality to provide.
Obwohl dies in Fig. 1 nicht gezeigt ist, kann die vorgeschlagene automatische Einstellung der Bildschärfe auch mit einer automatischen Einstellung der Bildwiederholrate, d.h. der zeitlichen Bildauflösung, kombiniert werden. So kann beispielsweise - ebenfalls abhängig von dem durch die Analyseeinrichtung 12 festgestellten Bewegungsgrad - nach Feststellen einer schnellen Bewegung die Bildwiederholrate erhöht und bei einer langsamen Bewegung erniedrigt werden, um stets eine den tatsächlichen Umständen angepaßte optimale Bildqualität erzielen zu können . Although not shown in Fig. 1, the proposed automatic focus adjustment can also be done with an automatic refresh rate adjustment, i.e. temporal image resolution can be combined. For example - also depending on the degree of movement determined by the analysis device 12 - the image repetition rate can be increased after ascertaining a fast movement and decreased in the case of a slow movement in order to always be able to achieve an optimal image quality which is adapted to the actual circumstances.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen, umfassend die Schritte a) Bereitstellen von einem augenblicklichen Bild entsprechenden Bildinformationen (i) , b) Vergleichen der dem augenblicklichen Bild entsprechenden vorgegebenen Bildinformationen (i) mit einem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen und Erzeugen eines Bewegungsvektors (v) , der einer Verschiebung des augenblicklichen Bildes gegenüber dem vorhergehenden Bild entspricht, c) Vorhersagen von dem augenblicklichen Bild entsprechenden Bildinformationen (i') auf Grundlage des im Schritt b) erzeugten Bewegungsvektors (v) , d) Vergleichen der dem augenblicklichen Bild tatsächlich entsprechenden Bildinformationen (i) mit den im Schritt c) vorhergesagten Bildinformationen (i'), und e) Komprimieren von Differenz-Bildinformationen (Δi) , die ei- nem im Schritt c) ermittelten Unterschied zwischen den dem augenblicklichen Bild tatsächlich entsprechenden Bildinformationen (i) und den im Schritt c) vorhergesagten Bildinformationen (i') entsprechen, Verfahren zum Komprimieren von Bildinformationen dadurch gekennzeichnet, daß der im Schritt b) erzeugte Bewegungsvektor (v) analysiert und abhängig von dem Bewegungsvektor (v) der Grad der in dem augenblicklichen Bild enthaltenen Bewegung beurteilt wird, und daß abhängig von dem Grad der in dem augenblicklichen Bild enthaltenen Bewegung mindestens ein die Bildschärfe beeinflussender Parameter eingestellt wird.1. A method for compressing image information, comprising the steps of a) providing image information (i) corresponding to a current image, b) comparing the predetermined image information (i) corresponding to the current image with image information corresponding to a previous image and generating a motion vector (v) , which corresponds to a shift of the current image compared to the previous image, c) predictions of image information (i ') corresponding to the current image based on the motion vector (v) generated in step b), d) comparison of the image information actually corresponding to the current image ( i) with the image information (i ') predicted in step c), and e) compressing difference image information (Δi), a difference determined in step c) between the image information (i) actually corresponding to the current image and the predicted in step c) n correspond to image information (i '), method for compressing image information, characterized in that the motion vector (v) generated in step b) is analyzed and, depending on the motion vector (v), the degree of motion contained in the current image is assessed, and in that depending on the degree of movement contained in the current image, at least one parameter influencing the image sharpness is set.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des die Bildschärfe beeinflussenden Parameters derart erfolgt, daß mit steigendem Bewegungsgrad des augenblicklichen Bilds die Bildschärfe verringert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the setting of the parameter influencing the image sharpness is carried out in such a way that the image sharpness is reduced as the degree of movement of the instantaneous image increases.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß das Komprimieren im Schritt e) durch Quantisieren der Differenz-Bildinformationen (Δi) mit einer variablen Anzahl von Quantisierungsintervallen erfolgt, und daß die Anzahl der Quantisierungsintervalle abhängig von der Beurteilung des Bewegungsgrads des augenblicklichen Bilds eingestellt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the compression in step e) by quantizing the difference image information (Δi) with a variable number of quantization intervals, and that the number of quantization intervals depends on the assessment of the degree of movement of the current Image is set.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3 , dadurch gekennzeichnet, daß mit steigendem Bewegungsgrad des augenblicklichen Bilds die Anzahl der Quantisierungsintervalle verringert wird.4. The method according to claim 2 and 3, characterized in that the number of quantization intervals is reduced with increasing degree of movement of the current image.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz-Bildinformationen (Δi) vor der Quantisierung einer diskreten Cosinustransformation unterzogen werden.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the difference image information (Δi) are subjected to a discrete cosine transformation before quantization.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die dem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen abhängig von den Differenz-Bildinformationen (Δi) zwischengespeichert werden, nachdem die Differenz-Bildinformationen (Δi) einer inversen Quantisierung und einer inversen dis- kreten Cosinustransformation unterzogen worden sind.6. The method according to claim 5, characterized in that the image information corresponding to the previous image is temporarily stored depending on the difference image information (Δi) after the difference image information (Δi) has been subjected to an inverse quantization and an inverse discrete cosine transformation .
7. Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten, dem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen interpoliert werden, um die Bildauflösung der dem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen zu erhöhen, und daß die interpolierten, dem vorhergehenden Bild entsprechenden Bildinformationen im Schritt b) der Erzeugung des Bewegungs- vektors (v) zugrunde gelegt werden.7. The method according to claim 6, characterized in that the stored image information corresponding to the previous image is interpolated to the image resolution to increase the image information corresponding to the previous image, and that the interpolated image information corresponding to the previous image is used in step b) to generate the motion vector (v).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schritt a) bereitgestellten, dem augenblicklichen Bild tatsächlich entsprechenden Bildinformationen (i) vorgefiltert werden, und daß Filterparameter der Vorfilterung der dem augenblicklichen Bild entsprechenden tatsächlichen Bildinformationen (i) abhängig von der Beurteilung des Bewegungsgrades des augenblickli- chen Bilds eingestellt werden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the image information (i) provided in step a), which actually corresponds to the current image, is prefiltered, and that filter parameters of the pre-filtering of the actual image information (i) corresponding to the current image are dependent on the Assessment of the degree of movement of the current image can be set.
9. Verfahren nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterparameter derart eingestellt werden, daß mit steigendem Bewegungsgrad des augenblicklichen Bilds ein steigender Anteil der dem augenblicklichen Bild tatsächlich entsprechenden Bildinformationen (i) durch die Vorfilterung aus- gefiltert werden.9. The method according to claim 2 and 8, characterized in that the filter parameters are set such that as the degree of movement of the current image increases, an increasing proportion of the image information (i) actually corresponding to the current image is filtered out by the pre-filtering.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beurteilung des Bewegungsgrades des augenblicklichen Bilds abhängig von der Größe und/oder Richtung des in dem Schritt b) erzeugten Bewegungsvektors (v) erfolgt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the assessment of the degree of motion of the current image is dependent on the size and / or direction of the motion vector (v) generated in step b).
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Schritt e) komprimierten Differenz-Bildinformationen (Δi) kodiert werden.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the difference image information (Δi) compressed in step e) is encoded.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Beurteilung des Bewegungsgrades des augenblicklichen Bilds die zeitliche Auflösung der Bildinformationen eingestellt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temporal resolution of the image information is set as a function of the assessment of the degree of movement of the current image.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit steigendem Bewegungsgrad des augenblicklichen Bilds die zeitliche Auflösung der Bildinformationen erhöht wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the temporal resolution of the image information is increased with increasing degree of movement of the current image.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Komprimieren der Bildinformationen gemäß dem H.263 -Algorithmus erfolgt.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method for compressing the image information is carried out according to the H.263 algorithm.
15. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer mobilen BildaufnähmeVorrichtung.15. Application of the method according to one of the preceding claims in a mobile image recording device.
16. Anwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mobile Bildaufnahmevorrichtung ein mobiles Bildtelefon ist . 16. Application according to claim 15, characterized in that the mobile image recording device is a mobile video phone.
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