WO2000018125A1 - Method and arrangement for coding a digitized image and method and arrangement for decoding an encoded digitized image - Google Patents

Method and arrangement for coding a digitized image and method and arrangement for decoding an encoded digitized image Download PDF

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WO2000018125A1
WO2000018125A1 PCT/DE1999/002741 DE9902741W WO0018125A1 WO 2000018125 A1 WO2000018125 A1 WO 2000018125A1 DE 9902741 W DE9902741 W DE 9902741W WO 0018125 A1 WO0018125 A1 WO 0018125A1
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image
pixels
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determined
digitized
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PCT/DE1999/002741
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Inventor
Gero BÄSE
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
    • H04N19/51—Motion estimation or motion compensation
    • H04N19/523—Motion estimation or motion compensation with sub-pixel accuracy

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for encoding a digitized image as well as a method and an arrangement for decoding a encoded digitized image.
  • Each image in a recorded image sequence is digitized and has pixels. Coding information is assigned to the pixels.
  • Coding information is further to be understood as luminance information (brightness value) and / or chrominance information (color value).
  • the pixels are grouped into several image areas, so-called image blocks, with usually 8x8 or 16x16 pixels.
  • each image block is subjected to a discrete cosine transformation (DCT), the spectral coefficients determined from them are quantized and subjected to entropy coding.
  • DCT discrete cosine transformation
  • the encoded information is decoded again when the digitized image is encoded, ie the quantized spectral coefficients are inversely quantized and subjected to an inverse discrete cosine transformation (IDCT).
  • IDCT inverse discrete cosine transformation
  • a motion estimation is carried out for an image to be encoded for each image area of the image to be encoded.
  • an area is determined in a temporally preceding or subsequent image in a predetermined search area which best corresponds to the image area to be encoded with regard to a predetermined criterion.
  • the determination is made in such a way that a sum over the squares of the differences in the individual luminance values corresponds to the pixels of the image block to be coded and the image area to be compared of the temporally subsequent or temporally preceding image.
  • the movement is estimated in such a way that a higher resolution than that specified by the spacing of the pixels from one another is taken into account.
  • partial pixels are inserted between the individual pixels and coding information is assigned to the partial pixels, which results from interpolation or filtering of the coding information of adjacent pixels or partial pixels.
  • a sub-pixel is usually inserted in the middle between two pixels. This procedure is also referred to as field motion estimation.
  • the result of the motion estimation is a pixel motion vector and a field pixel motion vector.
  • the pixel motion vector is used to indicate the pixels by which the determined image area must be shifted from the preceding or following image so that it corresponds to the image block to be coded.
  • the sub-pixel motion vector specifies by which sub-pixels, based on the pixel motion vector, the area of the temporally preceding or following image must be shifted in order to be able to replace the image block to be coded.
  • coding information is no longer transformed at all (DCT), but only the pixel motion vector and the partial pixel motion vector are encoded.
  • an error signal can additionally be coded and transmitted, which is formed by the difference between the coding information assigned to the pixels of the picture block to be coded and the coding information of the determined picture area from the temporally preceding or the temporally following picture.
  • An increase in the data compression achieved is achieved in the method known from [1] in that pictures in the arrangement for coding are not coded, ie are left out.
  • the omitted pictures are reconstructed by unidirectional or bidirectional prediction of intermediate pictures in the arrangement for decoding.
  • the method known from [1] and the arrangement known from [1] has in particular the disadvantage that an increased transmission rate is required to transmit the pixel motion vectors.
  • the invention is therefore based on the problem of specifying methods and arrangements for encoding and decoding a digitized image in which the data rate required for transmitting the encoded digitized image is reduced.
  • a method for coding a digitized image using a temporally preceding or temporally following image has the following steps: a) the digitized image and the temporally preceding or temporally following image have pixels which are each grouped into several image areas, b) for the Image areas of the digitized image are each subjected to a motion estimation with an increased resolution than is specified by the spacing of the image points from one another, c) the motion estimation being carried out in such a way that the following steps are carried out:
  • a pixel motion vector is determined, which is used to indicate by how many pixels the determined image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the previous or subsequent image, and
  • a partial pixel motion vector is determined, which is used to indicate by how many partial pixels, based on the increased resolution, the determined image area in the digitized image compared to the corresponding image based on the pixel motion vector. area in the temporally preceding or temporally following image is shifted, and d) in which the sub-pixel motion vectors as well as a motion estimation indication, with which the manner in which the pixel motion vectors are formed, are encoded.
  • the following steps have: a) the coded Sub-pixel motion vectors and the coded motion estimation information are decoded, b) the digitized image and the temporally preceding or following image have pixels, each grouped into several image areas rt, and c) for the image areas of the digitized image, movement compensation is carried out in such a way that the following steps are carried out:
  • a pixel motion vector is determined using the motion estimation information, by means of which it is specified by how many pixels the determined image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the temporally preceding or following image, and
  • An arrangement for coding a digitized picture using a temporally preceding or following temporally picture has a processor which is set up in such a way that the following steps can be carried out: a) the digitized picture and the temporally preceding or following picture have picture elements , which are each grouped into several image areas, b) for the image areas of the digitized image, a motion estimate is carried out with an increased resolution than is specified by the spacing of the image points from one another, c) the motion estimate is carried out in such a way that the following steps are carried out :
  • a pixel motion vector is determined, which is used to indicate by how many pixels the determined image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the temporally preceding or following image, and
  • a sub-pixel motion vector is determined, with which it is specified how many sub-pixels according to the increased resolution, based on the pixel motion vector, shift the determined image area in the digitized image relative to the corresponding image area in the temporally preceding or following image d) the sub-pixel motion vectors as well as a motion estimation indication with which the manner in which the pixel motion vectors are formed are encoded.
  • An arrangement for decoding a coded digitized picture using a temporally preceding or following picture and coded partial picture Point motion vectors as well as a coded motion estimation specification with which it is specified how pixel motion vectors are formed, with the partial pixel motion vectors being used to indicate how many partial pixels according to a predetermined increased resolution based on the pixel motion vector the determined Image area in the digitized image is shifted from the corresponding image area in the temporally preceding or following image has a processor which is set up in such a way that the following steps can be carried out: a) the coded partial pixel motion vectors and the coded motion estimation Information is decoded, b) the digitized image and the temporally previous or temporally subsequent image have pixels which are each grouped into a plurality of image areas, c) for the image areas of the digitized image, motion compensation de takes place in each case This means that the following steps are carried out: • Using the motion estimation information, a pixel motion vector is determined, which is used to indicate
  • the invention achieves increased data compression for encoding or decoding the digitized image.
  • the image areas are preferably image blocks.
  • the increased resolution is preferably formed by partial pixels which are inserted between the pixels at a predetermined distance, preferably in the middle of the distance between a plurality of pixels and / or partial pixels.
  • a motion estimation with an increased resolution is carried out several times for the image areas of the digitized image. Each time a partial pixel motion vector is determined, a different starting point within the image area is assumed. In each case the best sub-pixel motion vector with regard to a predetermined criterion is selected and coded.
  • An arbitrarily predeterminable number of images preceding or following in time can be used for coding or decoding.
  • FIG. 1 shows an arrangement of two computers, a camera and a screen, with which the coding, the over- transmission as well as the decoding and presentation of the image data
  • FIG. 2 shows a sketch of an arrangement for block-based coding of a digitized image
  • FIG. 1 shows an arrangement which comprises two computers 102, 108 and a camera 101, image coding, transmission of the image data and image decoding being illustrated.
  • a camera 101 is connected to a first computer 102 via a line 119.
  • the camera 101 transmits recorded images 104 to the first computer 102.
  • the first computer 102 has a first processor 103 which is connected to an image memory 105 via a bus 118.
  • a method for image coding is carried out with the first processor 103 of the first computer 102.
  • Image data 106 encoded in this way is transmitted from the first computer 102 to a second computer 108 via a communication link 107, preferably a line or a radio link.
  • the second computer 108 contains a second processor 109 which is connected to an image memory 111 via a bus 110.
  • a method for image decoding is carried out with the second processor 109.
  • Both the first computer 102 and the second computer 108 each have a screen 112 or 113, on which the image data 104 are visualized, the visualization on the screen 112 of the first computer 102 usually being carried out only for control purposes.
  • Input units are provided for operating both the first computer 102 and the second computer 108, preferably a keyboard 114 or 115, and a computer mouse 116 or 117.
  • the image data 104 which are transmitted from the camera 101 via the line 119 to the first computer 102, are data in the time domain, while the data 106, which are from the first Computer 102 are transmitted to the second computer 108 via the communication link 107, which are image data in the spectral range.
  • the decoded image data is displayed on the screen 113.
  • FIG. 2 shows a sketch of an arrangement for carrying out a block-based image coding method according to the H.263 standard (see [1]).
  • a video data stream to be encoded with chronologically successive digitized images is fed to an image coding unit 201.
  • the digitized images are subdivided into macro blocks 202, each macro block containing 16 ⁇ 16 pixels.
  • the macro block 202 comprises 4 picture blocks 203, 204, 205 and 206, each picture block containing 8x8 picture elements to which luminance values (brightness values) are assigned.
  • each macroblock 202 comprises two chrominance blocks 207 and 208 with chrominance values (color information, color saturation) assigned to the pixels.
  • luminance value and color difference values are referred to as color values.
  • the image blocks are fed to a transformation coding unit 209.
  • a transformation coding unit 209 In the case of differential image coding, values to be coded from image blocks of temporally preceding images are subtracted from the image blocks currently to be coded; only the difference formation information 210 is supplied to the transformation coding unit (Discrete Cosine Transformation, DCT) 209.
  • the current macroblock 202 is communicated to a motion estimation unit 229 via a connection 234.
  • spectra for the picture blocks or difference picture blocks to be coded are tral coefficients 211 formed and fed to a quantization unit 212.
  • Quantized spectral coefficients 213 are supplied to both a scan unit 214 and an inverse quantization unit 215 in a reverse path.
  • entropy coding is carried out on the scanned spectral coefficients 232 in an entropy coding unit 216 provided for this purpose.
  • the entropy-coded spectral coefficients are transmitted as coded image data 217 to a decoder via a channel, preferably a line or a radio link.
  • Spectral coefficients 218 obtained in this way are fed to an inverse transformation coding unit 219 (inverse discrete cosine transformation, IDCT).
  • Reconstructed coding values (also difference coding values) 220 are supplied to an adder 221 in the differential image mode.
  • Reconstructed image blocks 222 are formed with the adder 221 and stored in an image memory 223.
  • Chrominance values 224 of the reconstructed image blocks 222 are fed from the image memory 223 to a motion compensation unit 225.
  • an interpolation takes place in an interpolation unit 227 provided for this purpose.
  • the number of brightness values contained in the respective image block is preferably quadrupled.
  • All brightness values 228 are supplied to both the motion compensation unit 225 and the motion estimation unit 229.
  • the motion estimation unit 229 also receives the picture blocks of the macro block to be coded in each case (16x16 picture elements) via the connection 234. Motion estimation unit 229, the motion estimation takes into account the interpolated brightness values ("motion estimation on a half-pixel basis").
  • the result of the motion estimation is a motion vector 230, by means of which a local shift of the selected macroblock from the temporally preceding image to the macroblock 202 to be coded is expressed.
  • Both brightness information and chrominance information relating to the macroblock determined by the motion estimation unit 229 are shifted by the motion vector 230 and subtracted from the coding values of the macroblock 202 (see data path 231).
  • the result of the motion estimation is thus the motion vector 230 with two motion vector components, a first motion vector component BV X and a second motion vector component BVy along the first direction x and the second direction y:
  • the motion vector 230 is assigned to the image block.
  • the image coding unit from FIG. 2 thus supplies a motion vector 230 for all image blocks or macro image blocks.
  • a pixel motion vector BBV which represents the shift in the image area determined with the motion estimation of the time describes the preceding or temporally subsequent image on the respective image point and a sub-image point motion vector TBV is determined, by means of which it is described how many partial image points and by which local displacement, based on the image point to which the image area has been moved, the image area is shifted , so that the entire local shift of the determined image area corresponds to the shift according to the determined motion vector.
  • the error signal and the motion vector are no longer coded, but rather the respective partial pixel motion vector TBV and a motion estimation information, with which it is specified how the motion vector BV has been determined or is to be determined.
  • the motion estimation information, the partial pixel motion vectors and the coded image information are decoded.
  • a motion estimation is carried out in the context of the reconstruction of the coded image, using previously reconstructed images which have preceded or followed in time in accordance with the procedure which is predetermined by the motion estimation information.
  • the motion vector is thus determined.
  • the pixel motion vector is determined by forming the difference between the motion vector and the partial pixel motion vector.
  • a motion compensation takes place using the determined motion vectors and the pixel motion vectors, with which the image to be reconstructed is reconstructed.
  • motion estimates can be carried out for an image block by starting a motion estimation at different starting positions in the temporally preceding or following image.
  • the determined motion vector of the motion estimation is compared with the other determined motion vectors and the motion vector is selected which is optimal in relation to a predetermined criterion.
  • the motion vector is selected which is optimal in relation to a predetermined criterion.
  • Motion vector selected for which the error signal in the context of the motion estimation is minimal is minimal.
  • the information of the start position for the motion estimation is also encoded and transmitted.
  • the motion vector can also be determined by motion estimation in the order for decoding, since it is now known for it in which pixel the motion estimation must begin.
  • the motion estimate can be determined, for example, according to the following rule:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

Movement is estimated in such a way that a pixel movement vector is determined, said movement vector is used to indicate the number of pixels by which a determined image area is displaced in a digitized image in relation to a corresponding image area of a previous or subsequent image in time. A partial pixel movement vector is also determined, whereby said partial pixel movement vector is used to indicate the number of partial pixels by which a determined image area is displaced in a digitized image in relation to a corresponding image area of a previous or subsequent image in time, according to a predefined higher resolution and starting from said pixel movement vector. The estimated movement information that is used to indicate the manner in which the pixel movement vectors are formed and the partial pixel movement vectors are encoded.

Description

Be s ehr eibungMore information
Verfahren und Anordnung zur Codierung eines digitalisierten Bildes sowie Verfahren und Anordnung zur Decodierung eines codierten digitalisierten BildesMethod and arrangement for coding a digitized picture and method and arrangement for decoding a coded digitized picture
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Codierung eines digitalisierten Bildes sowie ein Verfahren und eine Anordnung zur Decodierung eines codierten digitali- sierten Bildes.The invention relates to a method and an arrangement for encoding a digitized image as well as a method and an arrangement for decoding a encoded digitized image.
Solche Verfahren und Anordnungen sind aus [1] bekannt.Such methods and arrangements are known from [1].
Im Rahmen des aus [1] bekannten H.263-Standards erfolgt die Codierung und Decodierung eines digitalisierten Bildes auf die folgende Weise.Within the framework of the H.263 standard known from [1], the coding and decoding of a digitized picture is carried out in the following way.
Jedes Bild einer aufgenommenen Bildfolge ist digitalisiert und weist Bildpunkte auf. Den Bildpunkten ist jeweils Codie- rungsinformation zugeordnet.Each image in a recorded image sequence is digitized and has pixels. Coding information is assigned to the pixels.
Unter Codierungsinformation ist im weiteren Luminanzinforma- tion (Helligkeitswert) und/oder Chrominanzinformation (Farbwert) zu verstehen.Coding information is further to be understood as luminance information (brightness value) and / or chrominance information (color value).
Die Bildpunkte werden in mehrere Bildbereiche, sogenannte Bildblöcke, mit üblicherweise 8x8 oder 16x16 Bildpunkten gruppiert .The pixels are grouped into several image areas, so-called image blocks, with usually 8x8 or 16x16 pixels.
Die Bildpunkte eines jeden Bildblocks werden einer Diskreten Cosinus Transformation (DCT) unterzogen, die daraus ermittelten Spektralkoeffizienten werden quantisiert und einer Entropiecodierung unterzogen.The pixels of each image block are subjected to a discrete cosine transformation (DCT), the spectral coefficients determined from them are quantized and subjected to entropy coding.
Im Rahmen einer Bildrekonstruktion wird bei der Codierung des digitalisierten Bildes die codierte Information wieder decodiert, d.h. die quantisierten Spektralkoeffizienten werden invers quantisiert und einer Inversen Diskreten Cosinus Transformation (IDCT) unterzogen.As part of an image reconstruction, the encoded information is decoded again when the digitized image is encoded, ie the quantized spectral coefficients are inversely quantized and subjected to an inverse discrete cosine transformation (IDCT).
Um eine örtliche Redundanz zwischen einer zeitlichen Folge von Bildern im Rahmen der Kompression der Bilder auszunutzen, wird für ein zu codierendes Bild für jeden zu codierenden Bildbereich des zu codierenden Bildes eine Bewegungsschätzung durchgeführt.In order to take advantage of local redundancy between a temporal sequence of images in the course of the compression of the images, a motion estimation is carried out for an image to be encoded for each image area of the image to be encoded.
Für den zu codierenden Bildbereich wird in einem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild in einem vorgegebenen Suchbereich ein Bereich ermittelt, der dem zu codierenden Bildbereich hinsichtlich eines vorgegebenen Kriteriums am besten entspricht.For an image area to be encoded, an area is determined in a temporally preceding or subsequent image in a predetermined search area which best corresponds to the image area to be encoded with regard to a predetermined criterion.
Die Ermittlung erfolgt derart, daß eine Summe über die Quadrate der Differenzen der einzelnen Luminanzwerte, die den Bildpunkten des zu codierenden Bildblocks und dem zu vergleichenden Bildbereich des zeitlich nachfolgenden oder zeitlich vorangegangenen Bildes entsprechen.The determination is made in such a way that a sum over the squares of the differences in the individual luminance values corresponds to the pixels of the image block to be coded and the image area to be compared of the temporally subsequent or temporally preceding image.
Die Bewegungsschätzung erfolgt derart, daß eine höhere Auflösung, als die durch die Abstände der Bildpunkte zueinander vorgegeben ist, berücksichtigt wird.The movement is estimated in such a way that a higher resolution than that specified by the spacing of the pixels from one another is taken into account.
Hierfür werden zwischen die einzelnen Bildpunkte Teilbildpunkte eingefügt und den Teilbildpunkten wird jeweils Codierungsinformation zugeordnet, welche sich ergibt durch Interpolation oder Filterung der Codierungsinformation angrenzen- der Bildpunkte oder Teilbildpunkte.For this purpose, partial pixels are inserted between the individual pixels and coding information is assigned to the partial pixels, which results from interpolation or filtering of the coding information of adjacent pixels or partial pixels.
Auf diese Weise wird die Qualität der Bewegungsschätzung gegenüber einer üblichen Bewegungsschätzung auf der Basis der Auflösung, welche durch die Bildpunkte gegeben ist, verbes- sert. Üblicherweise wird jeweils in die Mitte zwischen zwei Bildpunkte ein Teilbildpunkt eingefügt. Diese Vorgehensweise wird auch als Halbbildpunkt-Bewegungsschätzung bezeichnet.In this way, the quality of the motion estimation is improved compared to a conventional motion estimation based on the resolution given by the pixels. A sub-pixel is usually inserted in the middle between two pixels. This procedure is also referred to as field motion estimation.
Das Ergebnis der Bewegungsschätzung ist ein Bildpunkt- Bewegungsvektor und ein Halbbildpunkt-Bewegungsvektor.The result of the motion estimation is a pixel motion vector and a field pixel motion vector.
Mit dem Bildpunkt-Bewegungsvektor wird angegeben, um welche Bildpunkte der ermittelte Bildbereich aus dem zeitlich voran- gegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben werden muß, damit er dem zu codierenden Bildblock entspricht.The pixel motion vector is used to indicate the pixels by which the determined image area must be shifted from the preceding or following image so that it corresponds to the image block to be coded.
Mit dem Teilbildpunkt-Bewegungsvektor wird angegeben, um welche Teilbildpunkte, ausgehend von dem Bildpunkt- Bewegungsvektor, der Bereich des zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes verschoben werden muß, um den zu codierenden Bildblock ersetzen zu können.The sub-pixel motion vector specifies by which sub-pixels, based on the pixel motion vector, the area of the temporally preceding or following image must be shifted in order to be able to replace the image block to be coded.
Es wird in diesem Fall teilweise gar keine Codierungsinforma- tion mehr transformiert (DCT) , sondern es erfolgt nur noch eine Codierung des Bildpunkt-Bewegungsvektors und des Teilbildpunkt-Bewegungsvektors. Es kann zur Verbesserung der Bildqualität eines zu rekonstruierenden decodierten Bildes zusätzlich ein Fehlersignal codiert und übertragen werden, welches gebildet wird durch die Differenz der den Bildpunkten des zu codierenden Bildblocks zugeordneten Codierungsinformation und der Codierungsinformation des ermittelten Bildbereichs aus dem zeitlich vorangegangenen oder dem zeitlich nachfolgenden Bild.In this case, coding information is no longer transformed at all (DCT), but only the pixel motion vector and the partial pixel motion vector are encoded. In order to improve the picture quality of a decoded picture to be reconstructed, an error signal can additionally be coded and transmitted, which is formed by the difference between the coding information assigned to the pixels of the picture block to be coded and the coding information of the determined picture area from the temporally preceding or the temporally following picture.
Eine Erhöhung der erreichten Datenkompression wird bei dem aus [1] bekannten Verfahren dadurch erreicht, daß Bilder in der Anordnung zur Codierung nicht codiert werden, d.h. ausgelassen werden. Die ausgelassenen Bilder werden durch unidi- rektionale oder bidirektionale Prädiktion von Zwischenbildern in der Anordnung zur Decodierung rekonstruiert. Das aus [1] bekannte Verfahren und die aus [1] bekannte Anordnung weist insbesondere den Nachteil auf, daß eine erhöhte Übertragungsrate zur Übertragung der Bildpunkt-Bewegungsvektoren erforderlich ist.An increase in the data compression achieved is achieved in the method known from [1] in that pictures in the arrangement for coding are not coded, ie are left out. The omitted pictures are reconstructed by unidirectional or bidirectional prediction of intermediate pictures in the arrangement for decoding. The method known from [1] and the arrangement known from [1] has in particular the disadvantage that an increased transmission rate is required to transmit the pixel motion vectors.
Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, Verfahren und Anordnungen zur Codierung und Decodierung eines digitalisierten Bildes anzugeben, bei der die zur Übertragung des codierten digitalisierten Bildes erforderliche Datenrate verringert wird.The invention is therefore based on the problem of specifying methods and arrangements for encoding and decoding a digitized image in which the data rate required for transmitting the encoded digitized image is reduced.
Das Problem wird durch die Verfahren und die Anordnungen mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.The problem is solved by the methods and the arrangements with the features according to the independent claims.
Ein Verfahren zur Codierung eines digitalisierten Bildes unter Verwendung eines zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes weist folgende Schritte auf: a) das digitalisierte Bild und das zeitlich vorangegangene oder zeitlich nachfolgende Bild weist Bildpunkte auf, die jeweils in mehrere Bildbereiche gruppiert sind, b) für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes erfolgt jeweils eine Bewegungsschätzung mit einer erhöhten Auflösung, als dies durch Abstände der Bildpunkte voneinander vorgegeben ist, c) wobei die Bewegungsschätzung jeweils derart erfolgt, daß folgende Schritte durchgeführt werden:A method for coding a digitized image using a temporally preceding or temporally following image has the following steps: a) the digitized image and the temporally preceding or temporally following image have pixels which are each grouped into several image areas, b) for the Image areas of the digitized image are each subjected to a motion estimation with an increased resolution than is specified by the spacing of the image points from one another, c) the motion estimation being carried out in such a way that the following steps are carried out:
• es wird ein Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Bildpunkte der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber einem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich voran- - gegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, undA pixel motion vector is determined, which is used to indicate by how many pixels the determined image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the previous or subsequent image, and
• es wird ein Teilbildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Teilbildpunkte ge- maß der erhöhten Auflösung, ausgehend von dem Bildpunkt-Bewegungsvektor der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber dem entsprechenden Bild- bereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, und d) bei dem die Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren sowie eine Bewegungsschätzungs-Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise die Bildpunkt-Bewegungsvektoren gebildet werden, codiert werden.A partial pixel motion vector is determined, which is used to indicate by how many partial pixels, based on the increased resolution, the determined image area in the digitized image compared to the corresponding image based on the pixel motion vector. area in the temporally preceding or temporally following image is shifted, and d) in which the sub-pixel motion vectors as well as a motion estimation indication, with which the manner in which the pixel motion vectors are formed, are encoded.
Ein Verfahren zur Decodierung eines codierten digitalisierten Bildes unter Verwendung eines zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes und codierter Teilbildpunkt- Bewegungsvektoren sowie einer codierten Bewegungsschätzungs- Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise Bildpunkt- Bewegungsvektoren gebildet werden, wobei mit den Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren angegeben wird, um wie viele Teil- bildpunkte gemäß einer vorgegebenen erhöhten Auflösung ausgehend von dem Bildpunkt-Bewegungsvektor der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber dem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, weist folgende Schritte auf: a) die codierten Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren sowie die codierte Bewegungsschätzungs-Angabe werden decodiert, b) das digitalisierte Bild und das zeitlich vorangegangene oder zeitlich nachfolgende Bild weist Bildpunkte auf, die jeweils in mehrere Bildbereiche gruppiert sind, und c) für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes erfolgt jeweils eine Bewegungskompensation derart, daß folgende Schritte durchgeführt werden:A method for decoding a coded digitized image using a temporally preceding or following image and coded partial pixel motion vectors and a coded motion estimation indication, with which it is specified how the pixel motion vectors are formed, whereby the partial pixel motion vectors are indicated If the number of partial pixels according to a predetermined increased resolution, based on the pixel motion vector, the determined image area in the digitized image is shifted relative to the corresponding image area in the temporally preceding or following image, the following steps have: a) the coded Sub-pixel motion vectors and the coded motion estimation information are decoded, b) the digitized image and the temporally preceding or following image have pixels, each grouped into several image areas rt, and c) for the image areas of the digitized image, movement compensation is carried out in such a way that the following steps are carried out:
• es wird unter Verwendung der Bewegungsschätzungs-Angabe ein Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Bildpunkte der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber einem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, undA pixel motion vector is determined using the motion estimation information, by means of which it is specified by how many pixels the determined image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the temporally preceding or following image, and
• es wird unter Verwendung des ermittelten Bildpunkt- Bewegungsvektors und des Teilbildpunkt-Bewegungsvektors eine Bewegungskompensation für den Bildbereich durchgeführt.• It is using the determined pixel motion vector and the partial pixel motion vector motion compensation is performed for the image area.
Eine Anordnung zur Codierung eines digitalisierten Bildes un- ter Verwendung eines zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes weist einen Prozessor auf, der derart eingerichtet ist, daß folgende Schritte durchführbar sind: a) das digitalisierte Bild und das zeitlich vorangegangene oder zeitlich nachfolgende Bild weisen Bildpunkte auf, die jeweils in mehrere Bildbereiche gruppiert sind, b) für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes erfolgt jeweils eine Bewegungsschätzung mit einer erhöhten Auflösung, als dies durch Abstände der Bildpunkte voneinander vorgegeben ist, c) wobei die Bewegungsschätzung jeweils derart erfolgt, daß folgende Schritte durchgeführt werden:An arrangement for coding a digitized picture using a temporally preceding or following temporally picture has a processor which is set up in such a way that the following steps can be carried out: a) the digitized picture and the temporally preceding or following picture have picture elements , which are each grouped into several image areas, b) for the image areas of the digitized image, a motion estimate is carried out with an increased resolution than is specified by the spacing of the image points from one another, c) the motion estimate is carried out in such a way that the following steps are carried out :
• es wird ein Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Bildpunkte der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber einem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, undA pixel motion vector is determined, which is used to indicate by how many pixels the determined image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the temporally preceding or following image, and
• es wird ein Teilbildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Teilbildpunkte ge- maß der erhöhten Auflösung ausgehend von dem Bildpunkt- Bewegungsvektor der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber dem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, d) die Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren sowie eine Bewegungsschätzungs-Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise die Bildpunkt-Bewegungsvektoren gebildet werden, werden codiert.• A sub-pixel motion vector is determined, with which it is specified how many sub-pixels according to the increased resolution, based on the pixel motion vector, shift the determined image area in the digitized image relative to the corresponding image area in the temporally preceding or following image d) the sub-pixel motion vectors as well as a motion estimation indication with which the manner in which the pixel motion vectors are formed are encoded.
Eine Anordnung zur Decodierung eines codierten digitalisierten Bildes unter Verwendung eines zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes und codierter Teilbild- punkt-Bewegungsvektoren sowie einer codierten Bewegungsschätzungs-Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise Bildpunkt-Bewegungsvektoren gebildet werden, wobei mit dem Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren angegeben wird, um wie viele Teilbildpunkte gemäß einer vorgegebenen erhöhten Auflösung ausgehend von dem Bildpunkt-Bewegungsvektor der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber dem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, weist einen Pro- zessor auf, der derart eingerichtet ist, daß folgende Schritte durchführbar sind: a) die codierten Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren sowie die codierte Bewegungsschätzungs-Angabe werden decodiert, b) das digitalisierte Bild und das zeitlich vorangegangene oder zeitlich nachfolgende Bild weisen Bildpunkte auf, die jeweils in mehrere Bildbereiche gruppiert sind, c) für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes erfolgt jeweils eine Bewegungskompensation derart, daß folgende Schritte durchgeführt werden: • es wird unter Verwendung der Bewegungsschätzungs-Angabe ein Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Bildpunkte der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber einem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegan- genen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, und • es wird unter Verwendung des ermittelten Bildpunkt- Bewegungsvektors und des Teilbildpunkt-Bewegungsvektors eine Bewegungskompensation für den Bildbereich durchge- führt.An arrangement for decoding a coded digitized picture using a temporally preceding or following picture and coded partial picture Point motion vectors as well as a coded motion estimation specification with which it is specified how pixel motion vectors are formed, with the partial pixel motion vectors being used to indicate how many partial pixels according to a predetermined increased resolution based on the pixel motion vector the determined Image area in the digitized image is shifted from the corresponding image area in the temporally preceding or following image has a processor which is set up in such a way that the following steps can be carried out: a) the coded partial pixel motion vectors and the coded motion estimation Information is decoded, b) the digitized image and the temporally previous or temporally subsequent image have pixels which are each grouped into a plurality of image areas, c) for the image areas of the digitized image, motion compensation de takes place in each case This means that the following steps are carried out: • Using the motion estimation information, a pixel motion vector is determined, which is used to indicate by how many pixels the determined image area in the digitized image compared to a corresponding image area in the previous or temporally following image is shifted, and • a movement compensation for the image area is carried out using the determined pixel motion vector and the partial pixel motion vector.
Durch die Erfindung wird eine erhöhte Datenkompression zur Codierung bzw. Decodierung des digitalisierten Bildes erreicht .The invention achieves increased data compression for encoding or decoding the digitized image.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen gelten sowohl für das Verfahren als auch die Anordnung, wobei bei der Weiterbildung der Anordnung jeweils der Prozessor derart einge- richtet ist, daß die Weiterbildung realisierbar ist.Preferred developments of the invention result from the dependent claims. The further developments described below apply to both the method and the arrangement, the processor being set up in such a way that the further development can be implemented in the further development of the arrangement.
Die Bildbereiche sind vorzugsweise Bildblöcke.The image areas are preferably image blocks.
Die erhöhte Auflösung wird bevorzugt durch Teilbildpunkte ge- bildet, die zwischen die Bildpunkte in jeweils einem vorgegebenen Abstand, bevorzugt in die Mitte des Abstands zwischen mehreren Bildpunkten und/oder Teilbildpunkten eingefügt werden.The increased resolution is preferably formed by partial pixels which are inserted between the pixels at a predetermined distance, preferably in the middle of the distance between a plurality of pixels and / or partial pixels.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes jeweils mehrmals eine Bewegungsschätzung mit einer erhöhten Auflösung durchgeführt wird. Dabei wird bei jeder Ermittlung eines Teilbildpunkt-Bewegungsvektors von einem anderen Startpunkt innerhalb des Bildbereichs ausgegangen. Jeweils der hinsichtlich eines vorgegebenen Kriteriums beste Teilbildpunkt-Bewegungsvektor wird ausgewählt und codiert.In a further embodiment, it is provided that a motion estimation with an increased resolution is carried out several times for the image areas of the digitized image. Each time a partial pixel motion vector is determined, a different starting point within the image area is assumed. In each case the best sub-pixel motion vector with regard to a predetermined criterion is selected and coded.
Auf diese Weise wird die Qualität des rekonstruierten digita- lisierten Bildes für den Betrachter weiter erhöht.In this way, the quality of the reconstructed digitized image for the viewer is further increased.
Zur Codierung bzw. Decodierung können eine beliebig vorgebbare Anzahl zeitlich vorangegangener oder zeitlich nachfolgender Bilder verwendet werden.An arbitrarily predeterminable number of images preceding or following in time can be used for coding or decoding.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im weiteren näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the figures and is explained in more detail below.
Es zeigen Figur 1 eine Anordnung zweier Rechner, einer Kamera und eines Bildschirms, mit denen die Codierung, die Über- tragung sowie die Decodierung und Darstellung der Bilddaten erfolgen; Figur 2 eine Skizze einer Anordnung zur blockbasierten Codierung eines digitalisierten Bildes;FIG. 1 shows an arrangement of two computers, a camera and a screen, with which the coding, the over- transmission as well as the decoding and presentation of the image data; FIG. 2 shows a sketch of an arrangement for block-based coding of a digitized image;
In Fig.l ist eine Anordnung dargestellt, die zwei Rechner 102, 108 und eine Kamera 101 umfaßt, wobei Bildcodierung, Übertragung der Bilddaten und Bilddecodierung veranschaulicht werden.FIG. 1 shows an arrangement which comprises two computers 102, 108 and a camera 101, image coding, transmission of the image data and image decoding being illustrated.
Eine Kamera 101 ist mit einem ersten Rechner 102 über eine Leitung 119 verbunden. Die Kamera 101 übermittelt aufgenommene Bilder 104 an den ersten Rechner 102. Der erste Rechner 102 verfügt über einen ersten Prozessor 103, der über einen Bus 118 mit einem Bildspeicher 105 verbunden ist. Mit dem ersten Prozessor 103 des ersten Rechners 102 wird ein Verfahren zur Bildcodierung durchgeführt. Auf diese Art codierte Bilddaten 106 werden von dem ersten Rechner 102 über eine Kommunikationsverbindung 107, vorzugsweise eine Leitung oder eine Funkstrecke, zu einem zweiten Rechner 108 übertragen. Der zweite Rechner 108 enthält einen zweiten Prozessor 109, der über einen Bus 110 mit einem Bildspeicher 111 verbunden ist. Mit dem zweiten Prozessor 109 wird ein Verfahren zur Bilddecodierung durchgeführt.A camera 101 is connected to a first computer 102 via a line 119. The camera 101 transmits recorded images 104 to the first computer 102. The first computer 102 has a first processor 103 which is connected to an image memory 105 via a bus 118. A method for image coding is carried out with the first processor 103 of the first computer 102. Image data 106 encoded in this way is transmitted from the first computer 102 to a second computer 108 via a communication link 107, preferably a line or a radio link. The second computer 108 contains a second processor 109 which is connected to an image memory 111 via a bus 110. A method for image decoding is carried out with the second processor 109.
Sowohl der erste Rechner 102 als auch der zweite Rechner 108 verfügen jeweils über einen Bildschirm 112 bzw. 113, auf dem die Bilddaten 104 visualisiert werden, wobei die Visualisierung auf dem Bildschirm 112 des ersten Rechners 102 üblicher- weise nur zu Kontrollzwecken erfolgt. Zur Bedienung sowohl des ersten Rechners 102 als auch des zweiten Rechners 108 sind jeweils Eingabeeinheiten vorgesehen, vorzugsweise eine Tastatur 114 bzw. 115, sowie eine Computermaus 116 bzw. 117.Both the first computer 102 and the second computer 108 each have a screen 112 or 113, on which the image data 104 are visualized, the visualization on the screen 112 of the first computer 102 usually being carried out only for control purposes. Input units are provided for operating both the first computer 102 and the second computer 108, preferably a keyboard 114 or 115, and a computer mouse 116 or 117.
Die Bilddaten 104, die von der Kamera 101 über die Leitung 119 zu dem ersten Rechner 102 übertragen werden, sind Daten im Zeitbereich, während die Daten 106, die von dem ersten Rechner 102 zu dem zweiten Rechner 108 über die Kommunikationsverbindung 107 übertragen werden, Bilddaten im Spektralbereich sind.The image data 104, which are transmitted from the camera 101 via the line 119 to the first computer 102, are data in the time domain, while the data 106, which are from the first Computer 102 are transmitted to the second computer 108 via the communication link 107, which are image data in the spectral range.
Auf dem Bildschirm 113 werden die decodierten Bilddaten dargestellt .The decoded image data is displayed on the screen 113.
Fig.2 zeigt eine Skizze einer Anordnung zur Durchführung eines blockbasierten Bildcodierverfahrens gemäß H.263-Standard (siehe [1] ) .2 shows a sketch of an arrangement for carrying out a block-based image coding method according to the H.263 standard (see [1]).
Ein zu codierender Videodatenstrom mit zeitlich aufeinanderfolgenden digitalisierten Bildern wird einer Bildcodierungseinheit 201 zugeführt. Die digitalisierten Bilder sind unter- teilt in Makroblöcke 202, wobei jeder Makroblock 16x16 Bildpunkte enthält. Der Makroblock 202 umfaßt 4 Bildblöcke 203, 204, 205 und 206, wobei jeder Bildblock 8x8 Bildpunkte, denen Luminanzwerte (Helligkeitswerte) zugeordnet sind, enthält. Weiterhin umfaßt jeder Makroblock 202 zwei Chrominanzblöcke 207 und 208 mit den Bildpunkten zugeordneten Chrominanzwerten (Farbinformation, Farbsättigung) .A video data stream to be encoded with chronologically successive digitized images is fed to an image coding unit 201. The digitized images are subdivided into macro blocks 202, each macro block containing 16 × 16 pixels. The macro block 202 comprises 4 picture blocks 203, 204, 205 and 206, each picture block containing 8x8 picture elements to which luminance values (brightness values) are assigned. Furthermore, each macroblock 202 comprises two chrominance blocks 207 and 208 with chrominance values (color information, color saturation) assigned to the pixels.
Der Block eines Bildes enthält einen Luminanzwert (= Helligkeit) sowie Farbdifferenzwerte, die den Farbton und die Farbsättigung beschreiben. Dabei werden Luminanzwert und Farbdifferenzwerte als Farbwerte bezeichnet.The block of an image contains a luminance value (= brightness) as well as color difference values that describe the hue and the color saturation. The luminance value and color difference values are referred to as color values.
Die Bildblöcke werden einer Transformationscodierungseinheit 209 zugeführt. Bei einer Differenzbildcodierung werden zu co- dierende Werte von Bildblöcken zeitlich vorangegangener Bilder von den aktuell zu codierenden Bildblöcken abgezogen, es wird nur die Differenzbildungsinformation 210 der Transforma- tionscodierungseinheit (Diskrete Cosinus Transformation, DCT) 209 zugeführt. Dazu wird über eine Verbindung 234 der aktuel- le Makroblock 202 einer Bewegungsschätzungseinheit 229 mitgeteilt. In der Transformationscodierungseinheit 209 werden für die zu codierenden Bildblöcke bzw. Differenzbildblöcke Spek- tralkoeffizienten 211 gebildet und einer Quantisierungseinheit 212 zugeführt.The image blocks are fed to a transformation coding unit 209. In the case of differential image coding, values to be coded from image blocks of temporally preceding images are subtracted from the image blocks currently to be coded; only the difference formation information 210 is supplied to the transformation coding unit (Discrete Cosine Transformation, DCT) 209. For this purpose, the current macroblock 202 is communicated to a motion estimation unit 229 via a connection 234. In the transformation coding unit 209, spectra for the picture blocks or difference picture blocks to be coded are tral coefficients 211 formed and fed to a quantization unit 212.
Quantisierte Spektralkoeffizienten 213 werden sowohl einer Scaneinheit 214 als auch einer inversen Quantisierungseinheit 215 in einem Rückwärtspfad zugeführt. Nach einem Scanverfahren, z.B. einem "zigzag"-Scanverfahren, wird auf den gescannten Spektralkoeffizienten 232 eine Entropiecodierung in einer dafür vorgesehenen Entropiecodierungseinheit 216 durchge- führt. Die entropiecodierten Spektralkoeffizienten werden als codierte Bilddaten 217 über einen Kanal, vorzugsweise eine Leitung oder eine Funkstrecke, zu einem Decoder übertragen.Quantized spectral coefficients 213 are supplied to both a scan unit 214 and an inverse quantization unit 215 in a reverse path. After a scanning process, e.g. a "zigzag" scanning method, entropy coding is carried out on the scanned spectral coefficients 232 in an entropy coding unit 216 provided for this purpose. The entropy-coded spectral coefficients are transmitted as coded image data 217 to a decoder via a channel, preferably a line or a radio link.
In der inversen Quantisierungseinheit 215 erfolgt eine inver- se Quantisierung der quantisierten Spektralkoeffizienten 213. So gewonnene Spektralkoeffizienten 218 werden einer inversen Transformationscodierungseinheit 219 (Inverse Diskrete Cosinus Transformation, IDCT) zugeführt. Rekonstruierte Codierungswerte (auch Differenzcodierungswerte) 220 werden im Dif- ferenzbildmodus einem Addierer 221 zugeführt. Der AddiererAn inverse quantization of the quantized spectral coefficients 213 takes place in the inverse quantization unit 215. Spectral coefficients 218 obtained in this way are fed to an inverse transformation coding unit 219 (inverse discrete cosine transformation, IDCT). Reconstructed coding values (also difference coding values) 220 are supplied to an adder 221 in the differential image mode. The adder
221 erhält ferner Codierungswerte eines Bildblocks, die sich aus einem zeitlich vorangegangenen Bild nach einer bereits durchgeführten Bewegungskompensation ergeben. Mit dem Addierer 221 werden rekonstruierte Bildblöcke 222 gebildet und in einem Bildspeicher 223 abgespeichert.221 also receives coding values of an image block which result from a temporally preceding image after motion compensation has already been carried out. Reconstructed image blocks 222 are formed with the adder 221 and stored in an image memory 223.
Chrominanzwerte 224 der rekonstruierten Bildblöcke 222 werden aus dem Bildspeicher 223 einer Bewegungskompensationseinheit 225 zugeführt. Für Helligkeitswerte 226 erfolgt eine Interpo- lation in einer dafür vorgesehenen Interpolationseinheit 227. Anhand der Interpolation wird die Anzahl in dem jeweiligen Bildblock enthaltener Helligkeitswerte vorzugsweise vervierfacht. Alle Helligkeitswerte 228 werden sowohl der Bewegungskompensationseinheit 225 als auch der Bewegungsschätzungsein- heit 229 zugeführt. Die Bewegungsschätzungseinheit 229 erhält außerdem die Bildblöcke des jeweils zu codierenden Makroblocks (16x16 Bildpunkte) über die Verbindung 234. In der Be- wegungsschätzungseinheit 229 erfolgt die Bewegungsschätzung unter Berücksichtigung der interpolierten Helligkeitswerte ("Bewegungsschätzung auf Halbpixelbasis").Chrominance values 224 of the reconstructed image blocks 222 are fed from the image memory 223 to a motion compensation unit 225. For brightness values 226, an interpolation takes place in an interpolation unit 227 provided for this purpose. Based on the interpolation, the number of brightness values contained in the respective image block is preferably quadrupled. All brightness values 228 are supplied to both the motion compensation unit 225 and the motion estimation unit 229. The motion estimation unit 229 also receives the picture blocks of the macro block to be coded in each case (16x16 picture elements) via the connection 234. Motion estimation unit 229, the motion estimation takes into account the interpolated brightness values ("motion estimation on a half-pixel basis").
Das Ergebnis der Bewegungsschätzung ist ein Bewegungsvektor 230, durch den eine örtliche Verschiebung des ausgewählten Makroblocks aus dem zeitlich vorangegangenen Bild zu dem zu codierenden Makroblock 202 zum Ausdruck kommt.The result of the motion estimation is a motion vector 230, by means of which a local shift of the selected macroblock from the temporally preceding image to the macroblock 202 to be coded is expressed.
Sowohl Helligkeitsinformation als auch Chrominanzinformation bezogen auf den durch die Bewegungsschätzungseinheit 229 ermittelten Makroblock werden um den Bewegungsvektor 230 verschoben und von den Codierungswerten des Makroblocks 202 subtrahiert (siehe Datenpfad 231) .Both brightness information and chrominance information relating to the macroblock determined by the motion estimation unit 229 are shifted by the motion vector 230 and subtracted from the coding values of the macroblock 202 (see data path 231).
Als Ergebnis der Bewegungschätzung ergibt sich somit der Bewegungsvektor 230 mit zwei Bewegungsvektorkomponenten, einer ersten Bewegungsvektorkomponente BVX und einer zweiten Bewegungsvektorkomponente BVy entlang der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y:The result of the motion estimation is thus the motion vector 230 with two motion vector components, a first motion vector component BV X and a second motion vector component BVy along the first direction x and the second direction y:
BV ΕBV Ε
BV y/BV y /
Der Bewegungsvektor 230 wird dem Bildblock zugeordnet.The motion vector 230 is assigned to the image block.
Die Bildcodierungseinheit aus Fig.2 liefert somit für alle Bildblöcke bzw. Makrobildblöcke einen Bewegungsvektor 230.The image coding unit from FIG. 2 thus supplies a motion vector 230 for all image blocks or macro image blocks.
Abweichend von dem aus [1] bekannten Verfahren wird in diesem Fall die, wie oben beschriebene Bewegungsschätzung auch auf Zwischenbilder B-Bilder angewendet.Deviating from the method known from [1], the motion estimation as described above is also applied to intermediate images B-images in this case.
Ausgehend von dem Bewegungsvektor BV, der für den Bildbereich in dem Zwischenbild ermittelt worden ist, wird ein Bildpunkt- Bewegungsvektor BBV ermittelt, der die Verschiebung des mit der Bewegungsschätzung ermittelten Bildbereich des zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes auf den jeweiligen Bildpunkt beschreibt und ein Teilbildpunkt- Bewegungsvektor TBV wird ermittelt, mit dem beschrieben wird, um wie viele Teilbildpunkte und um welche örtliche Verschiebung, ausgehend von dem Bildpunkt, zu dem der Bildbereich verschoben wurde, der Bildbereich verschoben wird, damit die gesamte örtliche Verschiebung des ermittelten Bildbereichs der Verschiebung gemäß dem ermittelten Bewegungsvektor entspricht.Starting from the motion vector BV, which has been determined for the image area in the intermediate image, a pixel motion vector BBV is determined which represents the shift in the image area determined with the motion estimation of the time describes the preceding or temporally subsequent image on the respective image point and a sub-image point motion vector TBV is determined, by means of which it is described how many partial image points and by which local displacement, based on the image point to which the image area has been moved, the image area is shifted , so that the entire local shift of the determined image area corresponds to the shift according to the determined motion vector.
Es gilt alsoSo it applies
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
Codiert wird im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels nicht mehr das Fehlersignal und der Bewegungsvektor, sondern der jeweilige Teilbildpunkt-Bewegungsvektor TBV und eine Bewegungsschätzungs-Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise der Bewegungsvektor BV, ermittelt worden ist bzw. zu ermit- teln ist.In the context of this exemplary embodiment, the error signal and the motion vector are no longer coded, but rather the respective partial pixel motion vector TBV and a motion estimation information, with which it is specified how the motion vector BV has been determined or is to be determined.
Nach Empfang der übertragenen Daten werden die Bewegungs- schätzungsangabe, die Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren sowie die codierte Bildinformation decodiert.After receiving the transmitted data, the motion estimation information, the partial pixel motion vectors and the coded image information are decoded.
Anhand der Bewegungsschätzungs-Angabe wird im Rahmen der Rekonstruktion des codierten Bildes eine Bewegungsschätzung unter Verwendung zuvor rekonstruierter zeitlich vorangegangener oder zeitlich nachfolgender Bilder gemäß der Vorgehensweise, die durch die Bewegungsschätzungs-Angabe vorgegeben ist, durchgeführt. Damit wird der Bewegungsvektor ermittelt. Durch Differenzbildung des Bewegungsvektors und des Teilbildpunkt- Bewegungsvektors wird der Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt. Unter Verwendung der ermittelten Bewegungsvektoren und der Bildpunkt-Bewegungsvektoren erfolgt eine Bewegungskompensation, womit das zu rekonstruierende Bild rekonstruiert wird.On the basis of the motion estimation information, a motion estimation is carried out in the context of the reconstruction of the coded image, using previously reconstructed images which have preceded or followed in time in accordance with the procedure which is predetermined by the motion estimation information. The motion vector is thus determined. The pixel motion vector is determined by forming the difference between the motion vector and the partial pixel motion vector. A motion compensation takes place using the determined motion vectors and the pixel motion vectors, with which the image to be reconstructed is reconstructed.
Im weiteren werden einige Alternativen zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt.Some alternatives to the exemplary embodiment described above are shown below.
Es können mehrere Bewegungsschätzungen für einen Bildblock durchgeführt werden, indem an verschiedenen Startpositionen in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild eine Bewegungsschätzung begonnen wird. Jeweils der ermittelte Bewegungsvektor der Bewegungsschätzung wird mit den anderen ermittelten Bewegungsvektoren verglichen und es wird derjenige Bewegungsvektor ausgewählt, welcher gegenüber einem vorgegebenen Kriterium optimal ist. In diesem Fall wird derSeveral motion estimates can be carried out for an image block by starting a motion estimation at different starting positions in the temporally preceding or following image. In each case the determined motion vector of the motion estimation is compared with the other determined motion vectors and the motion vector is selected which is optimal in relation to a predetermined criterion. In this case the
Bewegungsvektor ausgewählt, zu dem das Fehlersignal im Rahmen der Bewegungsschätzung minimal ist. In diesem Fall wird auch die Information der Startposition für die Bewegungsschätzung codiert und übertragen. Auf diese Weise kann auch in der An- Ordnung zur Decodierung der Bewegungsvektor durch Bewegungsschätzung ermittelt werden, da für diesen nunmehr bekannt ist, in welchem Bildpunkt die Bewegungsschätzung begonnen werden muß.Motion vector selected for which the error signal in the context of the motion estimation is minimal. In this case, the information of the start position for the motion estimation is also encoded and transmitted. In this way, the motion vector can also be determined by motion estimation in the order for decoding, since it is now known for it in which pixel the motion estimation must begin.
Die Bewegungsschätzung kann beispielsweise gemäß folgender Vorschrift ermittelt werden:The motion estimate can be determined, for example, according to the following rule:
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
wobei mitbeing with
• BV ein Bewegungsvektor,BV a motion vector,
• S ein Suchbereich,S a search area,
• Λ(x, y) ein vorgebbares Abstandskriterium, • xt. .\(t) Bildpunkte an der Position (i, j),• Λ (x, y) a predefinable distance criterion, • xt. . \ (t) pixels at position (i, j),
• B ein Bildblock,B an image block,
bezeichnet wird/werden.is / will be designated.
Es ist in einer Alternative vorgesehen, daß es unter Verwendung der Bewegungsschätzungs-Angabe in der Anordnung zur Decodierung möglich ist, den Teilbewegungsvektor direkt zu ermitteln, ohne daß eine Bewegungsschätzung von der Anordnung zur Decodierung durchgeführt werden muß. It is provided in an alternative that it is possible, using the motion estimation information in the arrangement for decoding, to determine the partial motion vector directly without having to carry out a motion estimation from the arrangement for decoding.
In diesem Dokument ist folgende Veröffentlichung zitiert:The following publication is cited in this document:
[1] ITU-T Draft Recommendation H.263, Video Coding for Low Bitrate Communiation, May, 1996 [1] ITU-T Draft Recommendation H.263, Video Coding for Low Bitrate Communication, May, 1996

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Codierung eines digitalisierten Bildes unter Verwendung eines zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nach- folgenden Bildes, a) bei dem das digitalisierte Bild und das zeitlich vorangegangene oder zeitlich nachfolgende Bild Bildpunkte aufweisen, die jeweils in mehrere Bildbereiche gruppiert sind, b) bei dem für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes jeweils eine Bewegungsschätzung mit einer erhöhten Auflösung erfolgt, als dies durch Abstände der Bildpunkte voneinander vorgegeben ist, c) wobei die Bewegungsschätzung jeweils derart erfolgt, daß folgende Schritte durchgeführt werden:1. A method for coding a digitized image using a temporally preceding or following temporally image, a) in which the digitized image and the temporally preceding or temporally following image have pixels which are each grouped into a plurality of image areas, b) in which for the image areas of the digitized image, a motion estimation is carried out with an increased resolution than is specified by the spacing of the image points from one another, c) the motion estimation taking place in such a way that the following steps are carried out:
• es wird ein Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird um wie viele Bildpunkte der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber einem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich voran- gegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, undA pixel motion vector is determined, with which it is indicated how many pixels the determined image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the previous or subsequent image, and
• es wird ein Teilbildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Teilbildpunkte gemäß der erhöhten Auflösung ausgehend von dem Bildpunkt- Bewegungsvektor der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber dem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, und d) bei dem die Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren sowie eine Bewegungsschätzungs-Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise die Bildpunkt-Bewegungsvektoren gebildet werden, codiert werden.A partial image point motion vector is determined, with which it is specified how many partial image points are shifted according to the increased resolution, starting from the image point motion vector, the determined image area in the digitized image relative to the corresponding image area in the temporally preceding or following image, and d) in which the sub-pixel motion vectors and a motion estimation indication, with which the manner in which the pixel motion vectors are formed, are encoded.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bildbereiche Bildblöcke sind.2. The method of claim 1, wherein the image areas are image blocks.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erhöhte Auflösung durch Teilbildpunkte gebildet wird, die zwischen die Bildpunkte in jeweils einem vorgegebenen Abstand eingefügt werden.3. The method according to claim 1 or 2, in which the increased resolution is formed by partial pixels which are inserted between the pixels at a predetermined distance in each case.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Teilbildpunkte in die Mitte des Abstands zwischen mehreren Bildpunkten und/oder Teilbildpunkten eingefügt werden.4. The method according to claim 3, wherein the partial pixels are inserted in the middle of the distance between a plurality of pixels and / or partial pixels.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, a) bei dem für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes jeweils mehrmals eine Bewegungsschätzung mit einer erhöhten Auflösung erfolgt, als dies durch Abstände der Bildpunkte voneinander vorgegeben ist, wobei bei jeder Er- mittlung eines Teilbildpunkt-Bewegungsvektors von einem anderen Startpunkt innerhalb des Bildbereichs ausgegangen wird, und b) bei dem jeweils der hinsichtlich eines vorgegebenen Kriteriums beste Teilbildpunkt-Bewegungsvektor ausgewählt wird und codiert wird.5. The method as claimed in one of claims 1 to 4, a) in which, for the image regions of the digitized image, a movement estimate is carried out several times with an increased resolution than is specified by the distances of the image points from one another, with each partial image point being determined Motion vector is based on a different starting point within the image area, and b) in which the best partial pixel motion vector with respect to a predetermined criterion is selected and encoded.
6. Verfahren zur Decodierung eines codierten digitalisierten Bildes unter Verwendung eines zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes und codierter Teilbildpunkt- Bewegungsvektoren sowie einer codierten Bewegungsschätzungs- Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise Bildpunkt- Bewegungsvektoren gebildet werden, wobei mit den Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren angegeben wird um wie viele Teilbildpunkte gemäß einer vorgegebenen erhöhten Auflösung ausgehend von dem Bildpunkt-Bewegungsvektor der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber dem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, a) bei dem die codierten Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren so- wie die codierte Bewegungsschätzungs-Angabe decodiert werden, b) bei dem das digitalisierte Bild und das zeitlich vorangegangene oder zeitlich nachfolgende Bild Bildpunkte aufweisen, die jeweils in mehrere Bildbereiche gruppiert sind, c) bei dem für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes jeweils eine Bewegungskompensation derart erfolgt, daß folgende Schritte durchgeführt werden:6. A method for decoding a coded digitized picture using a temporally preceding or following picture and coded partial pixel motion vectors as well as a coded motion estimation indication with which it is indicated how pixel motion vectors are formed, whereby with the partial pixel motion vectors it is specified by how many partial pixels according to a predetermined increased resolution, starting from the pixel motion vector, the determined image area in the digitized image is shifted from the corresponding image area in the temporally preceding or temporally subsequent image, a) in which the coded partial pixel motion vectors are so- how to decode the encoded motion estimation indication b) in which the digitized image and the temporally preceding or following image have pixels which are each grouped into a plurality of image areas, c) in which movement compensation is carried out for the image areas of the digitized image in such a way that the following steps are carried out:
• es wird unter Verwendung der Bewegungsschätzungs-Angabe ein Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem ange- geben wird, um wie viele Bildpunkte der ermittelte• Using the motion estimation information, a pixel motion vector is determined, which is used to indicate by how many pixels the determined one
Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber einem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, und • es wird unter Verwendung des ermittelten Bildpunkt- Bewegungsvektors und des Teilbildpunkt-Bewegungsvektors eine Bewegungskompensation für den Bildbereich durchgeführt.Image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the temporally previous or temporally subsequent image, and • motion compensation for the image area is carried out using the determined pixel motion vector and the partial pixel motion vector.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Bildbereiche Bildblöcke sind.7. The method of claim 6, wherein the image areas are image blocks.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die erhöhte Auflösung durch Teilbildpunkte gebildet wird, die zwischen die Bildpunkte in jeweils einem vorgegebenen Abstand eingefügt werden.8. The method according to claim 6 or 7, in which the increased resolution is formed by partial pixels which are inserted between the pixels at a predetermined distance in each case.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Teilbildpunkte in die Mitte des Abstands zwischen mehreren Bildpunkten und/oder Teilbildpunkten eingefügt werden.9. The method according to claim 8, wherein the partial pixels are inserted in the middle of the distance between a plurality of pixels and / or partial pixels.
10. Anordnung zur Codierung eines digitalisierten Bildes unter Verwendung eines zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes, mit einem Prozessor, der derart eingerichtet ist, daß folgende Schritt durchführbar sind: a) das digitalisierte Bild und das zeitlich vorangegangene oder zeitlich nachfolgende Bild weisen Bildpunkte auf, die jeweils in mehrere Bildbereiche gruppiert sind, b) für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes erfolgt jeweils eine Bewegungsschätzung mit einer erhöhten Auflösung, als dies durch Abstände der Bildpunkte voneinander vorgegeben ist, c) wobei die Bewegungsschätzung jeweils derart erfolgt, daß folgende Schritte durchgeführt werden: • es wird ein Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird um wie viele Bildpunkte der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber einem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, und10. Arrangement for coding a digitized picture using a temporally preceding or following picture, with a processor which is set up in such a way that the following steps can be carried out: a) the digitized image and the temporally preceding or temporally following image have pixels which are each grouped into a plurality of image areas, b) for the image areas of the digitized image a movement estimate is carried out in each case with an increased resolution than is specified by the spacing of the pixels from one another c) wherein the movement is estimated in each case in such a way that the following steps are carried out: a pixel-motion vector is determined, with which it is indicated by how many pixels the determined image area in the digitized image compared to a corresponding image area in the previous or temporally following picture is shifted, and
• es wird ein Teilbildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Teilbildpunkte gemäß der erhöhten Auflösung ausgehend von dem Bildpunkt- Bewegungsvektor der ermittelte Bildbereich in dem digi- talisierten Bild gegenüber dem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, und d) die Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren sowie eine Bewegungsschätzungs-Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise die Bildpunkt-Bewegungsvektoren gebildet werden, werden codiert.A partial pixel motion vector is determined, with which it is specified how many partial pixels according to the increased resolution, based on the pixel motion vector, shift the determined image area in the digitized image relative to the corresponding image area in the temporally preceding or temporally following image and d) the sub-pixel motion vectors and a motion estimation indication indicating how the pixel motion vectors are formed are encoded.
11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der der Prozessor derart eingerichtet ist, daß die Bild- bereiche Bildblöcke sind.11. The arrangement according to claim 10, wherein the processor is set up in such a way that the image areas are image blocks.
12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, bei der der Prozessor derart eingerichtet ist, daß die erhöhte Auflösung durch Teilbildpunkte gebildet wird, die zwischen die Bildpunkte in jeweils einem vorgegebenen Abstand eingefügt werden. 12. The arrangement as claimed in claim 10 or 11, in which the processor is set up in such a way that the increased resolution is formed by partial pixels which are inserted between the pixels at a predetermined distance in each case.
13. Anordnung nach Anspruch 12, bei der der Prozessor derart eingerichtet ist, daß die Teilbildpunkte in die Mitte des Abstands zwischen mehreren Bildpunkten und/oder Teilbildpunkten eingefügt werden.13. The arrangement according to claim 12, wherein the processor is set up in such a way that the partial pixels are inserted into the center of the distance between a plurality of pixels and / or partial pixels.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der der Prozessor derart eingerichtet ist, daß a) für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes jeweils mehrmals eine Bewegungsschätzung mit einer erhöhten Auf- lösung erfolgt, als dies durch Abstände der Bildpunkte voneinander vorgegeben ist, wobei bei jeder Ermittlung eines Teilbildpunkt-Bewegungsvektors von einem anderen Startpunkt innerhalb des Bildbereichs ausgegangen wird, und b) jeweils der hinsichtlich eines vorgegebenen Kriteriums beste Teilbildpunkt-Bewegungsvektor ausgewählt wird und codiert wird.14. Arrangement according to one of claims 10 to 13, in which the processor is set up in such a way that a) for the image areas of the digitized image a movement estimate is carried out several times with an increased resolution than is predetermined by the spacing of the pixels from one another, with each determination of a partial pixel motion vector starting from a different starting point within the image area, and b) in each case the best partial pixel motion vector with regard to a predetermined criterion is selected and encoded.
15. Anordnung zur Decodierung eines codierten digitalisierten Bildes unter Verwendung eines zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bildes und codierter Teilbildpunkt- Bewegungsvektoren sowie einer codierten Bewegungsschätzungs- Angabe, mit der angegeben wird, auf welche Weise Bildpunkt- Bewegungsvektoren gebildet werden, wobei mit den Teilbild- punkt-Bewegungsvektoren angegeben wird um wie viele Teilbildpunkte gemäß einer vorgegebenen erhöhten Auflösung ausgehend von dem Bildpunkt-Bewegungsvektor der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber dem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, mit einem Prozessor, der derart eingerichtet ist, daß folgende Schritt durchführbar sind: a) die codierten Teilbildpunkt-Bewegungsvektoren sowie die codierte Bewegungsschätzungs-Angabe werden decodiert, b) das digitalisierte Bild und das zeitlich vorangegangene oder zeitlich nachfolgende Bild weisen Bildpunkte auf, die jeweils in mehrere Bildbereiche gruppiert sind, c) für die Bildbereiche des digitalisierten Bildes erfolgt jeweils eine Bewegungskompensation derart, daß folgende Schritte durchgeführt werden:15. Arrangement for decoding a coded digitized picture using a temporally preceding or temporally following picture and coded partial pixel motion vectors as well as a coded motion estimation indication with which it is specified how pixel motion vectors are formed, with the partial pixel Motion vectors are specified by how many partial pixels according to a predetermined increased resolution, based on the pixel motion vector, the determined image area in the digitized image is shifted relative to the corresponding image area in the temporally preceding or following image, with a processor that is set up in this way, that the following step can be carried out: a) the coded sub-pixel motion vectors and the coded motion estimation information are decoded, b) the digitized image and the temporally preceding or temporally following image are white pixels, which are grouped into several image areas, c) for the image areas of the digitized image, movement compensation is carried out in such a way that the following steps are carried out:
• es wird unter Verwendung der Bewegungsschätzungs-Angabe ein Bildpunkt-Bewegungsvektor ermittelt, mit dem angegeben wird, um wie viele Bildpunkte der ermittelte Bildbereich in dem digitalisierten Bild gegenüber einem entsprechenden Bildbereich in dem zeitlich vorangegangenen oder zeitlich nachfolgenden Bild verschoben wird, undA pixel motion vector is determined using the motion estimation information, by means of which it is specified by how many pixels the determined image area in the digitized image is shifted relative to a corresponding image area in the temporally preceding or following image, and
• es wird unter Verwendung des ermittelten Bildpunkt- Bewegungsvektors und des Teilbildpunkt-Bewegungsvektors eine Bewegungskompensation für den Bildbereich durchgeführt.• Motion compensation for the image area is carried out using the determined pixel motion vector and the partial pixel motion vector.
16. Anordnung nach Anspruch 15, bei der der Prozessor derart eingerichtet ist, daß die Bildbereiche Bildblöcke sind.16. The arrangement according to claim 15, wherein the processor is set up in such a way that the image areas are image blocks.
17. Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, bei der der Prozessor derart eingerichtet ist, daß die erhöhte Auflösung durch Teilbildpunkte gebildet wird, die zwischen die Bildpunkte in jeweils einem vorgegebenen Abstand eingefügt werden.17. The arrangement as claimed in claim 15 or 16, in which the processor is set up in such a way that the increased resolution is formed by partial pixels which are inserted between the pixels at a predetermined distance in each case.
18. Anordnung nach Anspruch 17, bei der der Prozessor derart eingerichtet ist, daß die Teilbildpunkte in die Mitte des Abstands zwischen mehreren Bildpunkten und/oder Teilbildpunkten eingefügt werden. 18. The arrangement according to claim 17, wherein the processor is set up in such a way that the partial pixels are inserted into the center of the distance between a plurality of pixels and / or partial pixels.
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