WO2001041450A1 - Verfahren und anordnung zur codierung bzw. decodierung einer zahlenfolge - Google Patents

Verfahren und anordnung zur codierung bzw. decodierung einer zahlenfolge Download PDF

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WO2001041450A1
WO2001041450A1 PCT/DE2000/004241 DE0004241W WO0141450A1 WO 2001041450 A1 WO2001041450 A1 WO 2001041450A1 DE 0004241 W DE0004241 W DE 0004241W WO 0141450 A1 WO0141450 A1 WO 0141450A1
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Andreas Hutter
Robert Kutka
Jürgen PANDEL
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04N19/34—Scalability techniques involving progressive bit-plane based encoding of the enhancement layer, e.g. fine granular scalability [FGS]
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    • H04N19/61—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding in combination with predictive coding

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for coding or decoding a sequence of numbers.
  • Such a method is known from [1] and is usually carried out with image compression.
  • Image coding standard MPEG2 for coding and decoding a sequence of digital images and is based on the principle of block-based image coding.
  • the block-based, hybrid DCT consists of a temporal processing level (interframe coding), which takes advantage of the relationship between successive images, and a local processing level (intraframe coding), which uses correlations within an image.
  • the local processing essentially corresponds to the classic DCT coding.
  • the image is broken down into blocks of 8x8 pixels, which are each transformed using the DCT.
  • the result is a matrix of 8x8 coefficients, which approximately reflect the two-dimensional spatial frequencies in the transformed image block.
  • a coefficient with frequency 0 (DC component) represents an average gray value of the image block.
  • the coefficients are spectrally weighted, so that the amplitude accuracy of the high-frequency coefficients is reduced.
  • the coefficients are spectrally weighted, so that the amplitude accuracy of the high-frequency coefficients is reduced.
  • a second step of data reduction takes place in the form of an adaptive quantization, by means of which the amplitude accuracy of the coefficients is further reduced or by which small amplitudes are set to zero.
  • the degree of quantization depends on the fill level of a buffer:
  • the block is scanned diagonally ("z ⁇ gzag" scanning). Then there is one
  • variable data rate of the VLC is smoothed for decoding, for example a moving average.
  • the time differences are only small, even if the movements in the picture are small. If, on the other hand, the movements in the picture are large, large differences arise, which in turn are difficult to code. For this reason, the picture-to-picture movement is measured (movement estimation or prediction) and compensated before the difference is formed (movement compensation).
  • the motion information is transmitted with the image information, usually only one motion vector per macro block (e.g. four 8x8 image blocks) is used.
  • the motion-compensated hybrid has a recursion loop, because the predictor must calculate the prediction value from the values of the already transmitted (coded) images.
  • a corresponding recursion loop is located in the decoder, so that the encoder and decoder are synchronized.
  • [5] discloses a method for estimating motion in the context of a method for block-based image coding.
  • An object-based image compression method which is known from [9], is based on a decomposition of the image into
  • the individual objects are coded separately in different "Video Object Plans", transmitted and reassembled in a receiver (decoder).
  • the entire picture is divided into square picture blocks.
  • This principle is also adopted in object-based methods in that the object to be coded is divided into square blocks and a movement estimation with movement compensation is carried out separately for each block.
  • Image data will be lost. Such a loss of image data manifests itself in the form of drastic quality changes in more or less large image areas.
  • a transmission channel can also be disturbed by reducing the transmission capacity of the transmission channel. Since, as described above, methods of motion estimation with motion compensation are used for image coding / image decoding, the image interference does not disappear even if the transmission channel again ensures error-free transmission.
  • Video data compression methods based on the well-known image coding standards H.261 [3], JPEG [4] and MPEG2 [2] use motion-compensated prediction (motion estimation with error correction) and transformation-based residual error coding, whereby the discrete cosine transformation is preferably used as the transformation coding.
  • [1] discloses a method for scalable coding (hierarchical coding) in the context of picture coding.
  • an image is divided into basic information with a predetermined image quality and additional information for producing a complete or improved image quality (sufficient image quality).
  • the basic information which has quantized DCT coefficients, is encoded and transmitted in a base data stream (base layer).
  • the additional information which has a difference between the non-quantized DCT coefficients and the quantized DCT coefficients, is also encoded and transmitted in an additional data stream (enhancement layer).
  • the values of the quantized DCT coefficients and the difference values are represented as a sequence of numbers from binary numbers. This number sequence is ordered according to a scan sequence of the "zigzag ⁇ scanning.
  • the ordered number sequence is represented as a two-dimensional data block or matrix, in which a column comprises digits of the binary number.
  • the matrix is coded line by line with a run length coding as is known from [1].
  • the basic information is transmitted in the base layer, the additional information is transmitted in the enhancement layer.
  • the invention is based on the problem of a method for coding a sequence of numbers, as occurs, for example, in the above-described method for coding the additional information, and a method for decoding a sequence of numbers, and an arrangement for coding a sequence of numbers and an arrangement for decoding one
  • the sequence of numbers is split up into m sequences of digits , where the k th digit of the i th digit sequence is the i th digit of the k th number.
  • a first digit sequence of the digit sequences is encoded in such a way that for each significant digit found a position using the sequence information 1 of the corresponding number is determined and the determined
  • Each subsequent sequence of digits of the digit sequences is encoded in such a way that the digits of all registered positions are registered and for each significant digit found on an unregistered position the position is determined using the sequence information 1 of the corresponding number and the determined position and the significant digit are registered become.
  • the arrangement for coding a sequence of numbers comprising numbers, each number represented by digits from a group of digits, which comprises a non-significant digit and at least one significant digit, and whose number is assigned sequence information 1, has a processor which is set up in this way is that the number sequence can be split into m number sequences, the k-th number of the i-th number sequence being the i-th number of the k-th number, a first number sequence of the number sequences can be coded in such a way that for each significant number found one Position is determined using the following information 1 of the corresponding number and the determined
  • Position and the significant digit are registered, - each subsequent digit sequence of the digit sequences can be coded in such a way that the digits of all registered positions are registered and the position for each significant digit found on an unregistered position is determined using the sequence information 1 of the corresponding number and the determined position and the significant number are registered.
  • Coding method encodes in such a way that a number sequence comprising numbers, each number of which is represented by the digits from a group of numbers, which comprises a non-significant number and at least one significant number and whose number is assigned sequence information 1, is split up into m Sequences of digits, whereby the kth digit of the ith digit sequence is the ith digit of the kth number,
  • a first digit sequence of the digit sequences is coded in such a way that for each significant digit found, a position is determined using the sequence information 1 of the corresponding number and the determined one
  • each subsequent digit sequence of the digit sequences is coded in such a way that the digits of all registered positions are registered and for each significant digit found on an unregistered position the position is determined using the sequence information 1 of the corresponding number and the determined position and the significant number are registered.
  • the arrangement for decoding a coded sequence of numbers has a processor which is set up in such a way that a conversion is carried out for numbers of the coded sequence of numbers or the reconstruction of digits can be carried out using a method inverse to coding.
  • the coded sequence of numbers was coded using the coding method in such a way that a sequence of numbers comprising numbers, each number of which is represented by the digits from a group of digits, which comprises a non-significant digit and at least one significant digit, and each number of which is a sequence of information 1 is assigned, is split into m digit sequences, the kth digit of the i th
  • Sequence of digits is the i-th digit of the k-th number, a first digit sequence of the digit sequences is encoded in such a way that a position is determined for each significant digit found using the sequence information 1 of the corresponding number and the determined number
  • Position and the significant digit are registered, - each subsequent digit sequence of the digit sequences is coded in such a way that the digits of all registered positions are registered and the position for each significant digit found on an unregistered position is determined using the sequence information 1 of the corresponding number and the determined position and the significant number are registered.
  • the invention or any further development described below can also be implemented by a computer program product which has a storage medium on which a computer program which carries out the invention or further development is stored.
  • each number of the sequence of numbers is represented as a binary expression.
  • the group of digits includes a zero digit, which is the non-significant digit, and a one digit, which is the significant digit.
  • the number with the maximum number of digits is determined.
  • the coding prefferably set the number m of sequences of digits corresponding to this maximum number of digits.
  • the second series of digits are ordered according to a value of the digits.
  • a first digit sequence of the digit sequences comprises all first digits.
  • a second string of digits the sequence of digits includes all second digits, etc.
  • the rate sequence of digits of the sequence of digits thus includes at least the maximum digit.
  • the digit sequences are rated in such a way that the first digit sequence having the method according to the maximum number.
  • the number sequence has coded image information.
  • a simplification is achieved if the registered positions are saved in a sequence.
  • the registered digits can also be processed further. As part of this further processing, each registered digit can be checked to determine whether a C oding and transfer for reconstruction of the corresponding number is necessary.
  • Such a case can occur if a value of a number of the number sequence exceeds a certain threshold value, which can be derived from the number m of the sequence of numbers.
  • Fig.l is a sketch illustrating a coding of images, each having basic information and additional information; 2 shows a sketch which illustrates how the coding of additional information of an image block takes place;
  • FIG. 3 shows a sketch with an image encoder and an image decoder
  • FIG. 6 shows a sketch which illustrates a sequence in the coding of additional information
  • FIG. 7 shows a sketch that illustrates a sequence in the coding of additional information
  • FIG. 8 shows a sketch that illustrates a sequence when coding additional information.
  • FIG. 1 shows a sketch which illustrates a coding of images of an image sequence, which images each have basic information and additional information.
  • the additional information Z is based on the basic information B of each individual image 101 to 103.
  • the additional information Z of the images are not linked to one another, that is to say depending on a current disturbance or a currently available transmission capacity of a transmission channel of the transmission channel, more or less additional information Z is used per image in the form of a progressive method, as described in [1] to improve the respective image quality of the individual image more or less.
  • the transmission channel is severely disturbed for a short time or the currently available channel capacity is reduced, it can happen with a single picture that only little data of the additional information Z can be used for the reconstruction of the picture.
  • this image could be displayed in a quality that differs only insignificantly from the quality ensured by the basic information B.
  • the entire additional information Z can already be usable in the temporally subsequent image.
  • This subsequent image is accordingly in quality, which is obtained from information of the basic information B and
  • Figure 2 shows a sketch illustrating how the
  • difference coefficients ⁇ DCT which consist of the non-quantized DCT coefficients of an image block and the associated quantized DCT Coefficients are determined, shown coded (see FIG. 6, step 610).
  • the difference coefficients ⁇ DCT are each represented as binary values 204 from the numbers 0 202 (non-significant number) or 1 203 (significant number), 201 being arranged in a first dimension 205 of the data block with an increasing value m (see FIG 6, step 610).
  • Each bit is assigned to a bit level 206 with the valency m.
  • the difference coefficients ⁇ DCT are arranged in a second dimension 207 in accordance with a scanning sequence 1 of a “zigzag” scanning of the image block (cf. FIG. 6, step 610).
  • difference coefficients ⁇ DCT are each identified by a marking x 209, the associated quantized DCT coefficient of which has a value other than zero.
  • the coding of the data block takes place according to the
  • the further bit planes 206 are encoded in succession in accordance with the decreasing significance m.
  • the bit level with the significance 1 is encoded as the last bit level 206.
  • the bit level with the highest significance m max 210 is encoded with a run length coding with a variable length code, as described in [1].
  • bits are searched for in this bit level that have the number 1 220. Their positions 222 in the bit plane 210 are determined and registered. Under
  • the run lengths 221 are determined for the corresponding difference coefficients ⁇ DCT.
  • the information about the registered positions 222 is used and supplemented for coding the bit planes 206 with a lower value m.
  • bit planes 206 are each encoded according to the following scheme (see FIG. 6, steps 630, 640, 650 and 660):
  • bits 223 are determined in the bit plane 206 to be currently coded which have the number 1 and are at a position that has not yet been registered (cf. FIG. 6, steps 640), the numbers 224 of this bit 223 are registered (cf. FIG. 6, steps 640),
  • the positions 225 of these bits are determined and also registered (cf. FIG. 6, steps 640), - Using the registered positions 225, 222, the run lengths 225 to the currently determined positions or to the corresponding difference coefficients ⁇ DCT are determined (cf. 6, steps 650), - when determining the run lengths, positions 222 that have already been registered are not counted (shortened run lengths 225) (see FIG. 6, steps 650), the digits and the run lengths are encoded (see FIG. 6, steps 660) ).
  • FIG. 6 shows a sketch which illustrates the sequence when coding the data block or the additional information according to the above scheme.
  • FIG. 3 shows a sketch of an arrangement for carrying out a block-based image coding method.
  • a video data stream to be encoded with chronologically successive digitized images is fed to an image coding unit 1201.
  • the digitized images are divided into macro blocks 1202, each macro block having 16x16 pixels.
  • the macro block 1202 comprises four picture blocks 1203, 1204, 1205 and 1206, each picture block containing 8x8 picture elements to which luminance values (brightness values) are assigned.
  • each macroblock 1202 comprises two chrominance blocks 1207 and 1208 with chrominance values (color difference values) assigned to the pixels.
  • the image blocks are fed to a transformation coding unit 1209.
  • a transformation coding unit 1209 In the case of differential image coding, values to be coded from image blocks of temporally preceding images are subtracted from the image blocks to be currently coded; only the difference formation information 1210 is supplied to the transformation coding unit (Discrete Cosine Transformation, DCT) 1209.
  • DCT Discrete Cosine Transformation
  • the current macro block 1202 is communicated to a movement estimation unit 1229 via a connection 1234.
  • Spectral coefficients 1211 are formed in the transformation coding unit 1209 for the image blocks or differential image blocks to be coded, and are fed to a quantization unit 1212.
  • Quantized spectral coefficients 1213 become both a scan unit 1214 and an inverse
  • Quantization unit 1215 m fed to a reverse path.
  • a scanning method for example a "zigzag" scanning method
  • entropy coding is carried out on the scanned spectral coefficients 1232 in an entropy coding unit 1216 provided for this purpose.
  • the entropy-coded spectral coefficients are transmitted as coded image data 1217 via a channel, preferably a line or a radio link, to a decoder.
  • inverse quantization unit 1215 there is a mverse quantization of the quantized spectral coefficients 1213.
  • Spectral coefficients 1218 obtained in this way are fed to an inverse transformation coding unit 1219 (inverse discrete cosine transformation, IDCT).
  • IDCT inverse discrete cosine transformation
  • Reconstructed coding values (also differential coding values) 1220 are supplied to an adder 1221 in the differential image mode.
  • the adder 1221 also receives coding values of an image block, which result from a temporally previous image after motion compensation has already been carried out.
  • the adder 1221 is used to reconstruct
  • Image blocks 1222 are formed and stored in an image memory 1223.
  • Chrominance values 1224 of the reconstructed image blocks 1222 become one from the image memory 1223
  • Motion compensation unit 1225 supplied.
  • an interpolation takes place in an interpolation unit 1227 provided for this purpose. Based on the interpolation, the number m of brightness values contained in the respective image block is preferably doubled. All brightness values 1228 are supplied to both the motion compensation unit 1225 and the motion estimation unit 1229.
  • the motion estimation unit 1229 also receives the image blocks of the macro block to be coded in each case (16 ⁇ 16 pixels) via the connection 1234.
  • the movement estimation takes place taking into account the interpolated brightness values ("movement estimation on a half-pixel basis").
  • the movement estimation takes place taking into account the interpolated brightness values ("movement estimation on a half-pixel basis").
  • absolute differences of the individual brightness values are preferably determined in the macro block 1202 currently to be coded and the reconstructed macro block from the previous image.
  • the result of the motion estimation is a motion vector 1230, by means of which a local displacement of the selected macroblock from the temporally preceding image to the macroblock 1202 to be coded is expressed.
  • Both brightness information and chrominance information relating to the macroblock determined by the motion estimation unit 1229 are shifted by the motion vector 1230 and subtracted from the coding values of the macroblock 1202 (see data path 1231).
  • FIG. 5 shows an arrangement for image coding and image decoding.
  • FIG. 5 shows a camera 501 with which images are recorded.
  • the camera 501 is an analog camera 501, which records images of a scene and transmits the images in analog form to a first computer 502.
  • the first computer 502 converts the analog images into digitized images 503 and processes the digitized images 503.
  • the first computer 502 is designed as an independent arrangement in the form of an independent computer card, which is installed in the first computer 502, with which computer card the method steps described below are carried out.
  • the first computer 502 has a processor 504 with which the method steps of image coding described below are carried out.
  • the processor 504 is coupled via a bus 505 to a memory 506 in which image information is stored.
  • the method described below for image coding is implemented in software. It is stored in memory 506 and executed by processor 504.
  • the image decoding is carried out in the second computer 508.
  • the second computer 508 has the same structure as the first computer 501.
  • the second computer 508 also has a processor 509, which processor 509 is coupled to a bus 510 by a memory 510.
  • FIG. 4 shows a processor unit PRZE 401, which is used for image coding or for image decoding.
  • the processor unit PRZE 401 comprises a processor CPU 402, a memory MEM 403 and an input / output interface IOS 404, which is used in different ways via an interface IFC 405:
  • Output is displayed on a MON 406 monitor and / or output on a PRT 407 printer via a graphic interface. Input is made using a MAS 408 mouse or a TAST 409 keyboard.
  • the processor unit PRZE 401 also has a data bus BUS 410, which ensures the connection of the memory MEM 403, the processor CPU 402 and the input / output interface IOS 404.
  • Additional components can also be connected to the BUS 410 data bus, e.g. additional memory, data storage (hard disk) or scanner.
  • the digits registered when coding the additional information are processed further (cf. FIG. 7, step 745).
  • the digits are examined to determine whether information about the respective digit is necessary for a reconstruction of the associated difference coefficient ⁇ DCT.
  • this number is not encoded and is not transmitted.
  • shortened run lengths in the bit level with the highest significance m max are also determined (cf. FIG. 7, steps
  • those bits can be determined in the highest bit level which can only have the number zero. Such bits are not counted when determining a run length and thus lead to shortened run lengths.
  • Value as the highest value m max is encoded with a run length coding with variable length code as described in [1] (cf. FIG. 8, steps 845 and 850).
  • a mark is provided which identifies whether the current bit level is encoded according to the method known from [1] or according to the method from the exemplary embodiment.
  • the method is applied to pixels or image information in the local area.
  • the additional information Z in the enhancement layer is a difference image information from which the image block is restored in the decoder using the basic image information reconstructed from the quantized DCT coefficients.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Codierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede Zahl dargestellt ist durch Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nichtsignifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, angegeben. Es wird die Zahlenfolge aufgespalten in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer i-ten Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist und des wird eine erste der Ziffernfolgen codiert derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation der 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriet werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Codierung bzw. Decodierung einer Zahlenfolge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Codierung oder Decodierung einer Zahlenfolge.
Ein solches Verfahren ist aus [1] bekannt und wird üblicherweise bei einer Bildkomprimierung durchgeführt.
Verfahren zur Bildkomprimierung mit dazugehörigen Anordnungen sind bekannt aus [2], [3] und [4].
Das aus [2] bekannte Verfahren dient im
Bildcodierungsstandard MPEG2 zur Codierung und Decodierung einer Folge von digitalen Bildern und basiert auf dem Prinzip einer blockbasierten Bildcodierung.
Weitere Verfahren und Anordnungen zur Codierung und
Decodierung eines digitalisierten Bildes entsprechend einem der Bildcodierungsstandards H.261 [3] oder JPEG [4], welche Verfahren ebenfalls auf dem Prinzip der blockbasierten Bildcodierung basieren, sind aus [3] und [4] bekannt.
hnliche Verfahren werden f r die Bildtelefonie mit n x 64kbιt/s (CCITT-Empfehlung H.261), für die TV-Kontribution (CCR-Empfehlung 723) mit 34 bzw. 45Mbιt/s und für Multimedia- Applikationen mit l,2Mbιt/s (ISO-MPEG-1) verwendet.
Zur blockbasierten Bildcodierung wird, wie es aus [2] bekannt ist, das Verfahren einer blockbasierten, hybriden Diskreten Cosinus Transformation (DCT) verwendet. Die blockbasierte, hybride DCT besteht aus einer zeitlichen Verarbeitungsstufe (Interframe-Codierung) , die Verwandtschaftsbeziehungen aufeinanderfolgender Bilder ausnutzt, und einer örtlichen Verarbeitungsstufe (Intraframe- Codierung) , die Korrelationen innerhalb eines Bildes ausnutzt .
Die örtliche Verarbeitung (Intraframe-Codierung) entspricht im wesentlichen der klassischen DCT-Codierung.
Das Bild wird in Blöcke von 8x8 Bildpunkten zerlegt, die jeweils mittels der DCT transformiert werden. Das Ergebnis ist eine Matrix von 8x8 Koeffizienten, die näherungsweise die zweidimensionalen Ortsfrequenzen im transformierten Bildblock widerspiegeln. Ein Koeffizient mit Frequenz 0 (Gleichanteil) stellt einen mittleren Grauwert des Bildblocks dar.
Nach der Transformation findet eine Datenexpansion statt. Allerdings wird in eine natürlichen Bildvorlage eine
Konzentration der Energie um den Gleichanteil (DC-Wert) stattfinden, während die höchstfrequenten Koeffizienten meist nahezu Null sind.
In einem nächsten Schritt erfolgt eine spektrale Gewichtung der Koeffizienten, so daß die Amplitudengenauigkeit der hochfrequenten Koeffizienten verringert wird. Hierbei nützt man die Eigenschaften des menschlichen Auges aus, das hohe Ortsfrequenzen weniger genau auflöst als niedrige.
Ein zweiter Schritt der Datenreduktion erfolgt in Form einer adaptiven Quantisierung, durch die die Amplitudengenauigkeit der Koeffizienten weiter verringert wird bzw. durch die die kleinen Amplituden zu Null gesetzt werden. Das Maß der Quantisierung hangt dabei von einem Füllstand eines Puffers ab:
Bei leerem Puffer erfolgt eine feine Quantisierung, so daß mehr Daten erzeugt werden, wahrend bei vollem Puffer grober quantisiert wird, wodurch sich die zusatzliche Datenmenge reduziert.
Nach der Quantisierung wird der Block diagonal abgetastet ("zιgzag"-Scanning) . Anschließend erfolgt eine
Entropiecodierung, die eine weitere Datenreduktion bewirkt.
Hierfür werden zwei Effekte ausgenutzt:
1.) Die Statistik der Amplitudenwerte (hohe Amplitudenwerte treten seltener auf als kleine, so daß den seltenen Ereignissen lange und den häufigen Ereignissen kurze Codeworter zugeordnet werden (Lauflangencodierung mit variablem Langencode bzw. Variable-Length-Codierung, VLC) . Auf diese Weise ergibt sich im Mittel e ne geringere Datenrate als bei einer Codierung mit fester Wortlange. Die variable Rate der VLC wird zur Decodierung geglättet, beispielsweise einen gleitenden Durchschnitt .
2.) Man nutzt die Tatsache aus, daß von einem bestimmten Wert an m den meisten Fallen nur noch Nullen folgen. Statt aller dieser Nullen übertragt man lediglich einen EOB-Code (End Of Block) , was zu einem signifikanten Codiergewinn bei der Kompression der Bilddaten fuhrt. Statt beispielsweise 512bιt sind dann nur 46bιt für diesen Block zu bertragen, was einem Kompressionεfaktor von über 11 entspricht. Einen weiteren Kompressionsgewinn erhält man durch die zeitliche Verarbeitung (Interframe-Codierung) . Zur Codierung von Differenzbildern wird weniger Datenrate benotigt als für die Originalbilder, denn die Amplitudenwerte sind weitaus geringer.
Allerdings sind die zeitlichen Differenzen nur klein, wenn auch die Bewegungen im Bild gering sind. Sind hingegen die Bewegungen im Bild groß, so entstehen große Differenzen, die wiederum schwer zu codieren sind. Aus diesem Grund wird die Bild-zu-Bild-Bewegung gemessen (Bewegungsschatzung bzw. Pradiktion) und vor der Differenzbildung kompensiert (Bewegungskompensation) .
Dabei wird die Bewegungsinformation mit der Bildinformation übertragen, wobei üblicherweise nur ein Bewegungsvektor pro Makroblock (z.B. vier 8x8-Bildblocke) verwendet wird.
Noch kleinere Amplitudenwerte der Differenzbilder werden erhalten, wenn statt der verwendeten Pradiktion eine bewegungskompensierte bidirektionale Pradiktion benutzt wird.
Bei einem bewegungskompensierten Hybrideoder wird nicht das Bildsignal selbst transformiert, sondern das zeitliche
Differenzsignal .
Aus diesem Grund verfugt der bewegungskompensierte Hybrideoder auch über eine Rekursionsschleife, denn der Pradiktor muß den Pradiktionswert aus den Werten der bereits übertragenen (codierten) Bilder berechnen. Eine entsprechende Rekursionsschleife befindet sich im Decoder, so daß Coder und Decoder synchronisiert sind.
Aus [5] ist ein Verfahren zur Bewegungsschatzung im Rahmen eines Verfahrens zur blockbasierten Bildcodierung bekannt.
Ein objektbasiertes Bildkompressionsverfahren, welches aus [9] bekannt ist, basiert auf einer Zerlegung des Bildes in
Objekte mit beliebiger Berandung. Die einzelnen Objekte werden in verschiedenen "Video Object Plans" getrennt voneinander codiert, bertragen und in einem Empfanger (Decoder) wieder zusammengesetzt.
Wie oben beschrieben wird bei einem blockbasierten Codierverfahren das gesamte Bild in quadratische Bildblocke unterteilt. Dieses Prinzip wird auch bei objektbasierten Verfahren übernommen, indem das zu codierende Objekt in quadratische Blocke unterteilt und f r jeden Block separat eine Bewegungsschatzung mit einer Bewegungskompensation durchgeführt wird.
Bei der Übertragung einer Folge von Bildern (Bilddaten) über einen Kom unikationskanal, m dem eine Störung eingetreten ist, insbesondere einen mobilen (Funk-) Kanal oder einen verlustbehafteten drahtgebundenen Kanal, können Teile der
Bilddaten verloren gehen. Ein solcher Verlust der Bilddaten äußert sich m Form drastischer Qualitatsembruche m mehr oder weniger großen Bildbereichen.
Eine Störung eines Ubertragungskanals kann auch dadurch eintreten, daß eine Übertragungskapazität des Ubertragungskanals verringert wird. Da wie oben beschrieben bei Bildcodierung/Bilddecodierung Verfahren der Bewegungsschätzung mit Bewegungskompensation eingesetzt werden, verschwindet die Bildstörung auch dann nicht, wenn der Übertragungskanal wieder eine fehlerfreie Übertragung gewährleistet.
Dies liegt daran, daß sich bei der Bewegungsschätzung insbesondere ein einmal auftretender Fehler bis zur Übertragung eines nächsten Vollbildes (Intrabild), d.h. eines Bildes, bei dem alle Bildpunkte codiert und übertragen werden, fortbesteht. Es erfolgt daher eine äußerst störende Fehlerfortpflanzung.
Videodatenkompressionsverfahren nach den bekannten Bildcodierungsstandards H.261 [3], JPEG [4] und MPEG2 [2] verwenden eine bewegungskompensierte Prädiktion (Bewegungsschätzung mit Fehlerkorrektur) und eine transformationsbasierte Restfehlercodierung, wobei bevorzugt die diskrete Cosinustransformation als Transformationscodierung eingesetzt wird.
Aus [1] ist ein Verfahren zu einer skalierbaren Codierung (hierarchische Codierung) im Rahmen einer Bildcodierung bekannt .
Dabei wird ein Bild unterteilt in eine Basisinformation mit einer vorgegebenen Bildqualität und einer Zusatzinformation zur Herstellung einer vollständigen oder verbesserten Bildqualität (ausreichende Bildqualität) .
Die Basisinformation, welche quantisierte DCT Koeffizienten aufweist, wird codiert und in einem Basisdatenstrom (base layer) übertragen. Die Zusatzinformation, welche eine Differenz von nicht quantisierten DCT Koeffizienten und den quantisierten DCT Koeffizienten aufweist, wird ebenfalls codiert und in einem Zusatzdatenstrom (enhancement layer) übertragen.
Bei der Codierung der Basisinformation und der Zusatzinformation werden die Werte der quantisierten DCT Koeffizienten und die Differenzwerte als eine Zahlenfolge aus binare Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird entsprechend einer Scanreihenfolge des „zigzag^-Scannings geordnet .
Die geordnete Zahlenfolge wird als ein zweidimensionaler Datenblock bzw. Matrix dargestellt, bei dem bzw. der eine Spalte Ziffern der binären Zahl umfaßt. Die Matrix wird zeilenweise mit einer Lauflangencodierung, wie es aus [1] bekannt ist, codiert. Die Basisinformation wird in dem base layer übertragen, die Zusatzinformation wird in dem enhancement layer übertragen.
Bei Ubertragungsfehlern im Bereich der Zusatzinformation oder bei einer geringeren übertragbaren Datenrate in dem Ubertragungskanal ist immer noch sichergestellt, daß das jeweilige Bild in einer Qualität, die durch die
Basisinformation hergestellt ist, rekonstruiert werden kann.
In [1] wird auch vorgeschlagen, ein progressiv skalierbare Bildcodierverfahren für die Codierung von Bewegtbildern einzusetzen.
Weitere progressive Verfahren zur Codierung von Einzelbildern sind aus [6] und [7] bekannt. Bei diesen Verfahren reicht bereits eine geringe Datenmenge aus, um das Bild in einer Basisqualität zu rekonstruieren. Je mehr zusätzliche Daten empfangen werden, desto besser wird die Qualität des Bildes.
Verfahren zur Fehlerkompensation bzw. Fehlerkorrektur sind in [8] beschrieben.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Codierung einer Zahlenfolge, wie sie beispielsweise bei dem oben beschriebenen Verfahren bei der Codierung der Zusatzinformation auftritt, und ein Verfahren zur Decodierung einer Zahlenfolge sowie eine Anordnung zur Codierung einer Zahlenfolge und eine Anordnung zur Decodierung einer
Zahlenfolge anzugeben, womit eine Codierung mit verbessertem Kompressionsfaktor für die Zahlenfolge erreicht wird.
Das Problem wird durch die Verfahren und durch die Anordnungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Bei dem Verfahren zur Codierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede Zahl dargestellt durch Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nicht-signifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, wird die Zahlenfolge aufgespalten in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer der i-ten Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist. Eine erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen wird codiert derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte
Position und die signifikante Ziffer registriert werden.
Jede nachfolgende Ziffernfolge der Ziffernfolgen wird codiert derart, daß - die Ziffern aller registrierten Positionen registriert werden und zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer auf einer nicht registrierten Position die Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden.
Die Anordnung zur Codierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede Zahl dargestellt durch Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nicht-signifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, weist einen Prozessor auf, der derart eingerichtet ist, daß die Zahlenfolge aufspaltbar ist in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer der i-ten Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist, eine erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen ist codierbar derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte
Position und die signifikante Ziffer registriert werden, - jede nachfolgende Ziffernfolge der Ziffernfolgen ist codierbar derart, daß die Ziffern aller registrierten Positionen registriert werden und zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer auf einer nicht registrierten Position die Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden.
Bei dem Verfahren zur Decodierung einer codierten Zahlenfolge erfolgt für Zahlen der codierten Zahlenfolge jeweils eine
Umsetzung bzw. Rekonstruktion von Ziffern unter Verwendung eines zu einem Codierverfahren inversen Verfahrens.
Die codierte Zahlenfolge wurde unter Verwendung des
Codierverfahrens codiert derart, daß - eine Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede Zahl dargestellt ist durch die Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nicht-signifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, aufgespalten wird in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer der i-ten Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist,
- eine erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte
Position und die signifikante Ziffer registriert werden, jede nachfolgende Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß die Ziffern aller registrierten Positionen registriert werden und zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer auf einer nicht registrierten Position die Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden.
Die Anordnung zur Decodierung einer codierten Zahlenfolge, weist einen Prozessor auf, der derart eingerichtet ist, daß für Zahlen der codierten Zahlenfolge jeweils eine Umsetzung bzw. Rekonstruktion von Ziffern unter Verwendung eines zu einer Codierung inversen Verfahrens durchführbar ist. Dabei wurde die codierte Zahlenfolge unter Verwendung des Codierverfahrens codiert derart, daß - eine Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede Zahl dargestellt ist durch die Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nicht-signifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, aufgespalten wird in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer der i-ten
Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist, eine erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte
Position und die signifikante Ziffer registriert werden, - jede nachfolgende Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß die Ziffern aller registrierten Positionen registriert werden und zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer auf einer nicht registrierten Position die Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf die Verfahren als auch auf die Anordnungen.
Die Erfindung und die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung realisiert werden.
Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer im weiteren beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt.
Auch können die Erfindung oder jede im weiteren beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausführt.
Bei einer Weiterbildung wird jede Zahl der Zahlenfolge dargestellt als ein binärer Ausdruck. In diesem Fall umfaßt die Zifferngruppe eine Nullziffer, welche die nichtsignifikante Ziffer ist, und eine Einsziffer, welche die signifikante Ziffer ist.
Bei einer weiteren Weiterbildung wird diejenige Zahl mit der maximalen Anzahl Ziffern ermittelt.
Es ist zweckmäßig für die Codierung, die Anzahl m der Ziffernfolgen entsprechend dieser maximalen Anzahl von Ziffern festzusetzen.
In einer Ausgestaltung werden die zweiten Ziffernfolgen entsprechend einer Wertigkeit der Ziffern geordnet.
In diesem Fall umfaßt ein erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen alle ersten Ziffern. Eine zweite Ziffernfolge der Ziffernfolgen umfaßt alle zweiten Ziffern, u.s.w.. Die rate Ziffernfolge der Ziffernfolgen umfaßt damit zumindest die maximale Ziffer.
Auch können die Ziffernfolgen derart geordnet werden, daß die erste Ziffernfolge gemäß dem Verfahren die maximale Ziffer aufweist .
Auch eine Ordnung derart ist vorstellbar, bei der die erste Ziffernfolge die meisten nicht-signifikanten Ziffern aufweist und die Anzahl signifikanter Ziffern in den nachfolgenden Ziffernfolgen stetig wächst.
Für die Anwendung eines Standardcodierverfahrens, beispielsweise eine Lauflängencodierung mit einem variablen Längencode, ist es zweckmäßig, eine Ziffernfolge gegebenenfalls durch Ziffern aufzufüllen.
Es ist aber auch vorstellbar, eine Zahl als einen Ausdruck aus beliebigen Ziffern aus einer Zifferngruppe darzustellen, welche Zifferngruppe mehrere signifikante Ziffern und eine nicht-signifikante Ziffer aufweisen kann.
In einer Ausgestaltung weist die Zahlenfolge codierte Bildinformation auf.
Eine Vereinfachung wird erreicht, wenn die registrierten Positionen in einer Merkfolge gespeichert werden.
Auch können die registrierten Ziffern weiterbearbeitet werden. Im Rahmen dieser Weiterbearbeitung kann jede registrierte Ziffer dahingehend geprüft werden, ob eine Codierung und Übertragung für die Rekonstruktion der entsprechenden Zahl notwendig ist.
Ist eine registrierte Ziffer für die Rekonstruktion der entsprechenden Zahl nicht notwendig, so ist es auch nicht notwendig, diese zu codieren und/oder zu übertragen.
Ein solcher Fall kann eintreten, wenn ein Wert einer Zahl der Zahlenfolge einen bestimmten Schwellenwert, welcher sich aus der Anzahl m der Ziffernfolgen ableiten läßt, überschreitet.
In diesem Fall ist es auch nicht notwendig, alle registrierten Ziffern, sondern nur ein Teil der registrierten
Ziffern zu übertragen.
Es ist zweckmäßig das Verfahren für eine Codierung bzw.
Decodierung eines digitalisierten Bildes aus Bildpunkten einzusetzen. Dadurch lassen sich bekannte
Bildcodierverfahren, beispielsweise eine Bildcodierung gemäß einem Bildcodierstandard (MPEG2 oder MPEG4), vereinfachen und hinsichtlich einer größeren Datenkompression verbessern.
Ein Ausführungsbeispiel und Alternativen zu dem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt und erläutert.
Es zeigen
Fig.l eine Skizze, die eine Codierung von Bildern, die jeweils Basisinformation und Zusatzinformation aufweisen, veranschaulicht; Fig.2 eine Skizze, die veranschaulicht, wie die Codierung einer Zusatzinformation eines Bildblocks erfolgt;
Fig.3 eine Skizze mit einem Bildeoder und einem Bilddecoder;
Fig.4 eine Prozessoreinheit;
Fig.5 Komponenten einer Anordnung zur Bildcodierung und zur Bilddecodierung;
Fig.6 eine Skizze, die einen Ablauf bei einer Codierung von Zusatzinformation verdeutlicht;
Fig.7 eine Skizze, die einen Ablauf bei einer Codierung von Zusatzinformation verdeutlicht;
Fig.8 eine Skizze, die einen Ablauf bei einer Codierung von Zusatzinformation verdeutlicht.
In Figur 1 wird eine Skizze gezeigt, die eine Codierung von Bildern einer Bildsequenz, welche Bilder jeweils Basisinformation und Zusatzinformation aufweisen, veranschaulicht .
Dazu sind drei zeitlich aufeinanderfolgende Bilder 101, 102 und 103 dargestellt, die jeweils eine Basisinformation B und eine Zusatzinformation Z aufweisen.
Die Zusatzinformation Z setzt auf der Basisinformation B jedes einzelnen Bildes 101 bis 103 auf. Die Zusatzinformationen Z der Bilder sind untereinander nicht verknüpft, das heißt abhängig von einer aktuellen Störung oder einer aktuellen verfügbaren Übertragungskapazität eines Übertragungskanals des Übertragungskanals wird pro Bild mehr oder weniger Zusatzinformation Z in Form eines progressiven Verfahrens, wie es in [1] beschrieben ist, genutzt, um die jeweilige Bildqualität des einzelnen Bildes mehr oder weniger stark zu verbessern.
Ist beispielsweise der Ubertragungskanal kurzfristig stark gestört oder die aktuell verfügbare Kanalkapazität verringert, so kann es bei einem einzelnen Bild dazu kommen, daß nur wenig Daten der Zusatzinformation Z zur Rekonstruktion des Bildes eingesetzt werden können. In diesem Fall könnte dieses Bild in einer Qualität dargestellt werden, die sich nur unwesentlich von der durch die Basisinformation B sichergestellten Qualität unterscheidet.
Ist die Störung des Übertragungskanals oder der Kanalkapazität weitgehend vorbei, so kann bereits im zeitlich nachfolgenden Bild die gesamte Zusatzinformation Z verwertbar sein, dieses nachfolgende Bild wird demnach in Qualität, die aus Informationen der Basisinformation B und
Zusatzinformation Z besteht, dargestellt.
Figur 2 zeigt eine Skizze, die veranschaulicht, wie die
Codierung der Zusatzinformation Z eines Bildblocks mit 8x8
Bildpunkte erfolgt.
Zur Codierung der Zusatzinformation Z sind in einem zweidimensionalen Datenblock 201 Differenzkoeffizienten ΔDCT, welche aus den nicht quantisierten DCT Koeffizienten eines Bildblocks und den zugehörigen quantisierte DCT Koeffizienten bestimmt werden, codiert dargestellt (vgl. Figur 6, Schritt 610) .
Die Differenzkoeffizienten ΔDCT sind jeweils als binäre Werte 204 aus den Ziffern 0 202 (nicht-signifikante Ziffer) oder 1 203 (signifikante Ziffer) dargestellt, wobei in einer ersten Dimension 205 des Datenblocks 201 Bit mit einer ansteigender Wertigkeit m angeordnet sind (vgl. Figur 6, Schritt 610) .
Ein Bit ist jeweils einer Bitebene 206 mit der Wertigkeit m zugeordnet. Die maximale Wertigkeit mmaχ (hier mmax =5) wird durch das maximale Bit des wertgrößten Differenzkoeffizienten ΔDCTmax bestimmt.
Die Differenzkoeffizienten ΔDCT sind in einer zweiten Dimension 207 entsprechend einer Scanreihenfolge 1 eines „zigzag"-Scanning des Bildblocks geordnet (vgl. Figur 6, Schritt 610) .
Dementsprechend weist der Datenblock 201 die Dimensionen (mmaxxk= 5x64) auf. Fehlende Bit 208 werden jeweils durch die Ziffer 0 aufgefüllt.
Ferner werden solche Differenzkoeffizienten ΔDCT jeweils durch eine Markierung x 209, gekennzeichnet, deren zugehöriger quantisierter DCT Koeffizient einen Wert ungleich Null aufweist.
Die Codierung des Datenblocks erfolgt entsprechend der
Wertigkeit der Bitebenen 206, wobei mit der höchstwertigen Bitebene 210, d.h. mit der Bitebene mit der höchsten Wertigkeit mmax, begonnen wird (vgl. Figur 6, Schritt 620).
Die weiteren Bitebenen 206 werden entsprechend der abnehmenden Wertigkeit m aufeinanderfolgend codiert. Als letzte Bitebene 206 wird die Bitebene mit der Wertigkeit 1 codiert.
Die Bitebene mit der höchsten Wertigkeit mmax 210 wird mit einer Lauflängencodierung mit variablem Längencode, wie es in [1] beschrieben ist, codiert.
Dabei werden in dieser Bitebene solche Bit gesucht, welche die Ziffer 1 220 aufweisen. Deren Positionen 222 in der Bitebene 210 werden ermittelt und registriert. Unter
Verwendung der Positionen 222 werden die Lauflängen 221 zu den entsprechenden Differenzkoeffizienten ΔDCT ermittelt.
Für die Codierung der Bitebenen 206 mit niedrigerer Wertigkeit m wird die Information über die registrierten Positionen 222 weiterverwendet und ergänzt.
Die Codierung dieser Bitebenen 206 erfolgt jeweils gemäß folgendem Schema (vgl. Figur 6, Schritte 630, 640, 650 und 660) :
die Ziffern an den bereits registrierten Positionen 222 werden registriert (vgl. Figur 6, Schritte 630), es werden solche Bit 223 in der aktuell zu codierenden Bitebene 206 ermittelt, welche die Ziffer 1 aufweisen und an einer noch nicht registrierten Position stehen (vgl. Figur 6, Schritte 640), - die Ziffern 224 dieser Bit 223 werden registriert (vgl. Figur 6, Schritte 640),
- die Positionen 225 dieser Bit werden ermittelt und ebenfalls registriert (vgl. Figur 6, Schritte 640), - unter Verwendung der registrierten Positionen 225, 222 werden die Lauflängen 225 zu den aktuell ermittelten Positionen bzw. zu den entsprechenden Differenzkoeffizienten ΔDCT ermittelt (vgl. Figur 6, Schritte 650) , - bei der Ermittlung der Lauflängen werden bereits registrierte Positionen 222 nicht gezählt (verkürzte Lauflängen 225) (vgl. Figur 6, Schritte 650), die Ziffern und die Lauflängen werden codiert (vgl. Figur 6, Schritte 660) .
Figur 6 zeigt eine Skizze, welche den Ablauf bei der Codierung des Datenblocks bzw. der Zusatzinformation gemäß dem obigen Schema verdeutlicht.
Die beschriebene Vorgehensweise weist den großen Vorteil auf, daß insbesondere bei Bitebenen mit niedriger Wertigkeit weniger stark unterbrochene Lauflängen ermittelt werden. Diese weniger stark unterbrochenen Lauflängen führen bei der Lauflängencodierung mit variablem Längencode insgesamt zu einem für die Codierung und die Übertragung effizienten Code.
Anschaulich gesehen wird bei dieser Vorgehensweise eine Information, welche aus einer höheren Bitebene bekannt ist, bei der Bestimmung einer niedrigeren Bitebene berücksichtigt.
Figur 3 zeigt eine Skizze einer Anordnung zur Durchführung eines blockbasierten Bildcodierverfahrens. Ein zu codierender Videodatenstrom mit zeitlich aufeinanderfolgenden digitalisierten Bildern wird einer Bildcodierungseinheit 1201 zugeführt.
Die digitalisierten Bilder sind unterteilt in Makroblocke 1202, wobei jeder Makroblock 16x16 Bildpunkte hat. Der Makroblock 1202 umfaßt vier Bildblocke 1203, 1204, 1205 und 1206, wobei jeder Bildblock 8x8 Bildpunkte, denen Lummanzwerte (Helligkeitswerte) zugeordnet sind, enthält. Weiterhin umfaßt jeder Makroblock 1202 zwei Chrominanzblöcke 1207 und 1208 mit den Bildpunkten zugeordneten Chrominanzwerten (Farbdifferenzwerte) .
Die Bildblocke werden einer Transformationscodierungseinheit 1209 zugeführt. Bei einer Differenzbildcodierung werden zu codierende Werte von Bildblocken zeitlich vorangegangener Bilder von den aktuell zu codierenden Bildblocken abgezogen, es wird nur die Differenzbildungsinformation 1210 der Transformationscodierungseinheit (Diskrete Cosinus Transformation, DCT) 1209 zugeführt.
Dazu wird über eine Verbindung 1234 der aktuelle Makroblock 1202 einer Bewegungsschatzungseinheit 1229 mitgeteilt. In der Transformationscodierungseinheit 1209 werden für die zu codierenden Bildblocke bzw. Differenzbildblocke Spektralkoeffizienten 1211 gebildet und einer Quantisierungseinheit 1212 zugeführt.
Quantisierte Spektralkoeffizienten 1213 werden sowohl einer Scaneinheit 1214 als auch einer inversen
Quantisierungseinheit 1215 m einem Ruckwartspfad zugeführt. Nach einem Scanverfahren, z.B. einem "zigzag"-Scanverfahren, wird auf den gescannten Spektralkoeffizienten 1232 eine Entropiecodierung in einer dafür vorgesehenen Entropiecodierungseinheit 1216 durchgeführt. Die entropiecodierten Spektralkoeffizienten werden als codierte Bilddaten 1217 über einen Kanal, vorzugsweise eine Leitung oder eine Funkstrecke, zu einem Decoder übertragen.
In der inversen Quantisierungseinheit 1215 erfolgt eine mverse Quantisierung der quantisierten Spektralkoeffizienten 1213. So gewonnene Spektralkoeffizienten 1218 werden einer inversen Transformationscodierungseinheit 1219 (Inverse Diskrete Cosinus Transformation, IDCT) zugeführt.
Rekonstruierte Codierungswerte (auch Differenzcodierungswerte) 1220 werden im Differenzbildmodus einen Addierer 1221 zugeführt. Der Addierer 1221 erhalt ferner Codierungswerte eines Bildblocks, die sich aus einem zeitlich vorangegangenen Bild nach einer bereits durchgeführten Bewegungskompensation ergeben. Mit dem Addierer 1221 werden rekonstruierte
Bildblocke 1222 gebildet und m einem Bildspeicher 1223 abgespeichert .
Chrominanzwerte 1224 der rekonstruierten Bildblocke 1222 werden aus dem Bildspeicher 1223 einer
Bewegungskompensationseinheit 1225 zugeführt.
Für Helligkeitswerte 1226 erfolgt eine Interpolation in einer dafür vorgesehenen Interpolationsemheit 1227. Anhand der Interpolation wird die Anzahl m dem jeweiligen Bildblock enthaltener Helligkeitswerte vorzugsweise verdoppelt. Alle Helligkeitswerte 1228 werden sowohl der Bewegungskompensationseinheit 1225 als auch der Bewegungsschatzungseinheit 1229 zugeführt. Die Bewegungsschatzungseinheit 1229 erhalt außerdem die Bildblocke des jeweils zu codierenden Makroblocks (16x16 Bildpunkte) über die Verbindung 1234.
In der Bewegungsschatzungseinheit 1229 erfolgt die Bewegungsschatzung unter Berücksichtigung der interpolierten Helligkeitswerte ("Bewegungsschatzung auf Halbpixelbasis"). Vorzugsweise werden bei der Bewegungsschatzung absolute Differenzen der einzelnen Helligkeitswerte m dem aktuell zu codierenden Makroblock 1202 und dem rekonstruierten Makroblock aus dem zeitlich vorangegangenen Bild ermittelt.
Das Ergebnis der Bewegungsschatzung ist ein Bewegungsvektor 1230, durch den eine ortliche Verschiebung des ausgewählten Makroblocks aus dem zeitlich vorangegangenen Bild zu dem zu codierenden Makroblock 1202 zum Ausdruck kommt.
Sowohl Helligkeitsinformation als auch Chrominanzinformation bezogen auf den durch die Bewegungsschatzungseinheit 1229 ermittelten Makroblock werden um den Bewegungsvektor 1230 verschoben und von den Codierungswerten des Makroblocks 1202 subtrahiert (siehe Datenpfad 1231) .
In Figur 5 ist eine Anordnung zu einer Bildcodierung und einer Bilddecodierung dargestellt.
In Figur 5 ist eine Kamera 501 dargestellt, mit der Bilder aufgenommen werden. Die Kamera 501 ist eine analoge Kamera 501, die Bilder einer Szene aufnimmt, und die Bilder m analoger Form zu einem ersten Rechner 502 übertragt. In dem ersten Rechner 502 werden die analogen Bilder in digitalisierte Bilder 503 umgewandelt und die digitalisierten Bilder 503 verarbeitet.
Der erste Rechner 502 ist als eine eigenständige Anordnung in Form einer eigenständigen Computerkarte, die in den ersten Rechner 502 installiert ist, ausgestaltet, mit welcher Computerkarte die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden.
Der erste Rechner 502 weist einen Prozessor 504 auf, mit dem die im Weiteren beschriebenen Verfahrensschritte der Bildcodierung durchgeführt werden. Der Prozessor 504 ist über einen Bus 505 mit einem Speicher 506 gekoppelt, in dem eine Bildinformation gespeichert wird.
Das im Weiteren beschriebene Verfahren zu der Bildcodierung ist m Software realisiert. Sie ist in dem Speicher 506 gespeichert und wird von dem Prozessor 504 ausgeführt.
Nach erfolgter Bildcodierung im dem ersten Rechner 501 und nach einer Übertragung der codierten Bildmformation über ein Ubertragungsmedium 507 zu einem zweiten Rechner 508, wird in dem zweiten Rechner 508 die Bilddecodierung durchgeführt.
Der zweite Rechner 508 hat den gleichen Aufbau wie der erste Rechner 501. Der zweite Rechner 508 weist auch einen Prozessor 509 auf, welcher Prozessor 509 mit einem Bus 511 mit einem Speicher 510 gekoppelt ist.
Das im weiteren beschriebene Verfahren zu der Bilddecodierung ist Software realisiert. Sie ist m dem Speicher 510 gespeichert und wird von αem Prozessor 509 ausgeführt. In Figur 4 ist eine Prozessoreinheit PRZE 401, welche für die Bildcodierung bzw. für die Bilddecodierung eingesetzt wird, dargestellt .
Die Prozessoreinheit PRZE 401 umfaßt einen Prozessor CPU 402, einen Speicher MEM 403 und eine Input/Output-Schnittstelle IOS 404, die über ein Interface IFC 405 auf unterschiedliche Art und Weise genutzt wird:
Über eine Grafikschnittstelle wird eine Ausgabe auf einem Monitor MON 406 sichtbar und/oder auf einem Drucker PRT 407 ausgegeben. Eine Eingabe erfolgt über eine Maus MAS 408 oder eine Tastatur TAST 409.
Auch verfugt die Prozessoreinheit PRZE 401 über einen Datenbus BUS 410, der die Verbindung von dem Speicher MEM 403, dem Prozessor CPU 402 und der Input/Output-Schnittstelle IOS 404 gewährleistet.
Weiterhin sind an den Datenbus BUS 410 zusätzliche Komponenten anschließbar, z.B. zusätzlicher Speicher, Datenspeicher (Festplatte) oder Scanner.
Im Folgenden werden Alternativen zu dem Ausfuhrungsbeispiel beschreiben.
1. Alternative zu dem Ausfuhrungsbeispiel (vgl. Figur 7)
In einer ersten Alternative zu dem Ausfuhrungsbeispiel werden die bei der Codierung der Zusatzinformation registrierten Ziffern weiterverarbeitet (vgl. Figur 7, Schritt 745). Dabei werden die Ziffern dahingehend untersucht, ob eine Information über die jeweilige Ziffer für eine Rekonstruktion des zugehörigen Differenzkoeffizienten ΔDCT notwendig ist.
Ist die Information über die Ziffer für die Rekonstruktion nicht notwendig, so wird diese Ziffer nicht codiert und nicht übertragen.
2. Alternative zu dem Ausführungsbeispiel
In einer zweiten Alternative zu dem Ausführungsbeispiel werden auch verkürzte Lauflängen in der Bitebene mit der höchsten Wertigkeit mmax ermittelt (vgl. Figur 7, Schritte
730, 740, 745, 750 und 760) .
Unter Verwendung der quantisierten DCT Koeffizienten und weiterer bereits empfangener Seiteninformation, beispielsweise Quantisierungsparameter, Quantisierungsmethode oder Prädiktionstyp eines Macroblocks, können solche Bit in der höchsten Bitebene ermittelt werden, welche nur die Ziffer Null aufweisen können. Solche Bit werden bei einer Ermittlung einer Lauflänge nicht gezählt und führen somit zu verkürzten Lauflängen.
3. Alternative zu dem Ausfuhrungsbeispiel (vgl. Figur 8)
In einer dritten Alternative zu dem Ausfuhrungsbeispiel ist vorgesehen, daß auch eine Bitebene mit einer niedrigeren
Wertigkeit als die höchste Wertigkeit mmax mit einer Lauflängencodierung mit variablem Längencode, wie es in [1] beschrieben ist, codiert wird (vgl. Figur 8, Schritte 845 und 850) . Dazu ist eine Marke vorgesehen, welche jeweils kennzeichnet, ob die aktuelle Bitebene gemäß dem aus [1] bekannten Verfahren oder gemäß dem Verfahren aus dem Ausführungsbeispiel codiert wird.
4. Alternative zu dem Ausführungsbeispiel
In einer vierten Alternative zu dem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren auf Bildpunkte bzw. Bildinformation im Ortsbereich angewendet.
In diesem Fall ist die Zusatzinformation Z in dem enhancement layer eine Differenzbildinformation, aus welcher in dem Decoder unter Verwendung der aus den quantisierten DCT Koeffizienten rekonstruierten Basisbildinformation der Bildblock wiederhergestellt wird.
Literaturverzeichnis :
[1] Weiping Li : "Fine Granularity Using Bit-Plane Coding of DCT-Coefficients", ISO/IEC JTC1/SC29/WG 11, no . MPEG98/4204.
[2] J. De Lameillieure, R. Schäfer: "MPEG-2-Bildcodierung für das digitale Fernsehen", Fernseh- und Kino-Technik, 48. Jahrgang, Nr.3/1994, Seiten 99-107.
[3] D. Le Gall, „The Video Compression Standard for
Multimedia Applications", Communications of ACM, Vol. 34, No. 4, S. 47-58, April 1991.
[4] G. Wallace, „The JPEG Still Picture Compression
Standard", Communications of ACM, Vol. 34, No . 4, S. 31- 44, April 1991.
[5] M. Bierling: "Displacement Estimation by Hierarchical Blockmatching", SPIE, Vol.1001, Visual Communications and Image Processing '88, S.942-951, 1988.
[6] Terminals for Telematic Services, ISO/IEC 10918 T.80- T.87.
[7] A. Said, W. A. Pearlman: "A new, fast, and efficient image coded based on set partitioning in hierarchical trees", IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 6, pp 243-250, June 1996.
[8] Shu Lin, Daniel Costello: "Error Control Coding", Prentice-Hall, 1983. [9] T. Sikora: "The MPEG4 Video Standard Verification Model", IEEE Trans. On Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 7, No. 1, Februar 1997.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Codierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede Zahl dargestellt ist durch Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nicht-signifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist,
- bei dem die Zahlenfolge aufgespalten wird in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer der i-ten Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist,
- bei dem eine erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede nachfolgende Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß - die Ziffern aller registrierten Positionen registriert werden und zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer auf einer nicht registrierten Position die Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zifferngruppe mehrere signifikante Ziffern umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zahlenfolge codierte Bildinformation aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Ziffernfolge ein binarer Ausdruck ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die registrierten Positionen m einer Merkfolge gespeichert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die registrierten Ziffern weiterbearbeitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem zumindest ein Teil der registrierten Ziffern übertragen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die nicht-signifikante Ziffer eine Nullziffer ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Anzahl m der Ziffernfolgen gleich der Anzahl der Ziffern der größten Zahl der Zahlenfolge gesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, bei dem ede Zahl als ein binarer Ausdruck dargestellt wird und eine Zahl mit der maximalen Anzahl von Ziffern ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Ziffernfolgen entsprechend den Ziffern der Zahl mit der maximalen Anzahl von Ziffern geordnet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei αem die erste Ziffernfolge αie maximale Ziffer aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die m Ziffernfolgen derart geordnet werden, daß die erste Ziffernfolge die meisten nicht-signifikanten Ziffern aufweist.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Anspruch, eingesetzt zu einer Codierung eines Bildes aus Bildpunkten.
15. Anordnung zur Codierung einer Zahlenfolge umfassend
Zahlen, deren jede Zahl dargestellt ist durch Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nicht-signifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, welche Anordnung einen Prozessor aufweist, der derart eingerichtet ist, daß die Zahlenfolge aufspaltbar ist in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer der i-ten Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist, - eine erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen ist codierbar derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden, d a d u r c h g e en n z e i c h n e t, d a ß der Prozessor eingerichtet ist, daß jede nachfolgende Ziffernfolge der Ziffernfolgen codierbar ist derart, daß die Ziffern aller registrierten Positionen registriert werden und zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer auf einer nicht registrierten Position die Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden.
16. Verfahren zur Decodierung einer codierten Zahlenfolge, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die codierte Zahlenfolge codiert wurde derart, daß eine Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede Zahl dargestellt ist durch die Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nicht-signifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine
Folgeinformation 1 zugewiesen ist, aufgespalten wird in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer der i-ten Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist, eine erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden, jede nachfolgende Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß die Ziffern aller registrierten
Positionen registriert werden und zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer auf einer nicht registrierten Position die Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden, und daß für die Zahlen der codierten Zahlenfolge jeweils eine Umsetzung bzw. Rekonstruktion der Ziffern unter Verwendung eines zu der Codierung inversen Verfahrens erfolgt.
17. Anordnung zur Decodierung einer codierten Zahlenfolge, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Anordnung einen Prozessor aufweist, der derart eingerichtet ist, daß für Zahlen der codierten Zahlenfolge jeweils eine Umsetzung bzw. Rekonstruktion von Ziffern unter Verwendung eines zu einer Codierung inversen Verfahrens durchführbar ist, wobei die codierte Zahlenfolge unter Verwendung des Codierverfahrens codiert wurde derart, daß eine zu codierende Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede Zahl dargestellt ist durch die Ziffern aus einer Zifferngruppe, welche eine nicht-signifikante Ziffer und mindestens eine signifikante Ziffer umfaßt, und deren jeder Zahl eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, aufgespalten wird in m Ziffernfolgen, wobei die k-te Ziffer der i-ten Ziffernfolge die i-te Ziffer der k-ten Zahl ist, - eine erste Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer eine Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden, - jede nachfolgende Ziffernfolge der Ziffernfolgen codiert wird derart, daß die Ziffern aller registrierten Positionen registriert werden und zu jeder aufgefundenen signifikanten Ziffer auf einer nicht registrierten Position die Position unter Verwendung der Folgeinformation 1 der entsprechenden Zahl ermittelt wird und die ermittelte Position und die signifikante Ziffer registriert werden.
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