WO2001062009A1 - Verfahren und anordnung zur kodierung bzw. zur kodierung und dekodierung einer zahlenfolge - Google Patents

Verfahren und anordnung zur kodierung bzw. zur kodierung und dekodierung einer zahlenfolge Download PDF

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WO2001062009A1
WO2001062009A1 PCT/DE2001/000560 DE0100560W WO0162009A1 WO 2001062009 A1 WO2001062009 A1 WO 2001062009A1 DE 0100560 W DE0100560 W DE 0100560W WO 0162009 A1 WO0162009 A1 WO 0162009A1
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Ralf Buschmann
Andreas Hutter
Robert Kutka
Jürgen PANDEL
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for coding or coding and decoding a sequence of numbers.
  • Such a method is known from [1] and is usually carried out with image compression.
  • the method known from [2] is used in the MPEG2 picture coding standard for coding and decoding a sequence of digital pictures and is based on the principle of block-based picture coding.
  • the methods and arrangements for coding and decoding a digitized picture according to [3] or [4] according to one of the picture coding standards H.261 [3] or JPEG [4] are also based on the principle of block-based picture coding.
  • DCT discrete cosine transformation
  • the block-based, hybrid DCT consists of a temporal processing stage (interframe coding), which takes advantage of the relationships between successive images, and a local processing level (intra-frame coding) that takes advantage of correlations within an image.
  • interframe coding temporal processing stage
  • intra-frame coding local processing level
  • 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.
  • a second step of data reduction takes the form of an adaptive quantization, by means of which the amplitude accuracy of the coefficients is further reduced or by which the small amplitudes are set to zero.
  • the extent of the quantization depends on the fill level of a buffer: When the buffer is empty, fine quantization takes place, so that more data is generated, while when the buffer is full, it is quantized coarser, which reduces the additional data volume. After the quantization, the block is scanned diagonally ("z ⁇ gzag" scan). Then entropy coding takes place, which brings about a further data reduction.
  • VLC variable length code or variable length coding
  • 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 or also 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.
  • a method for motion estimation in the context of a method for block-based image coding is known from [5].
  • An object-based image compression method which is known from [9], is based on a decomposition of the image into objects with any boundary.
  • the individual objects are encoded separately in different "Video Object Plans", transmitted and reassembled in a receiver (decoder).
  • the entire picture is divided into square picture blocks.
  • This principle also applies to an object-based Method adopted in that the object to be coded is divided into square blocks and a motion estimation with motion compensation is carried out separately for each block.
  • a transmission channel can also be disturbed by reducing the transmission capacity of the transmission channel.
  • Video data compression methods according to 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, with the discrete cosine transformation preferably being used as the transformation coding.
  • [1] discloses a method for scalable coding (hierarchical coding) in the context of picture coding.
  • An image is subdivided into basic information with a predefined image quality act and additional information for producing a complete or improved image quality (sufficient image quality act).
  • the basic information which has quantized DCT coefficients, is coded and transmitted in a base data stream (base layer).
  • the additional information which has a difference between the unquantized DCT coefficients and the quantized DCT coefficients, is also coded 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 binary numbers. This sequence of numbers is ordered according to a scan order of the * zigzag "scan.
  • the ordered number sequence is represented as a two-dimensional data block with columns and rows.
  • the digits of a binary number of the sequence of numbers are arranged in a column of the data block.
  • the data block is encoded 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, as well as an arrangement for coding a sequence of numbers and an arrangement for decoding a sequence of numbers specify what encoding with an improved compression factor for the number sequence is achieved.
  • significance information is determined for each number, which is a measure of a number of digits of this number, the sequence of numbers is broken down into m sequences of digits, the i-th sequence of digits comprising only the i-th significant digits of the numbers,
  • the arrangement for coding a sequence of numbers comprising numbers, each of which is represented by at most m significant digits and each of which is assigned sequence information 1, has a processor which is set up in such a way that
  • sequence of numbers can be split into m sequences of digits, the i-th sequence of digits comprising only the i-th significant digits of the numbers,
  • the significance information can be coded taking into account the subsequent information 1 and
  • the m digit sequences can be coded.
  • sequence of numbers comprising numbers, the ede of which is represented by at most m significant digits and each of which is assigned sequence information 1, the sequence of numbers is coded such that
  • sequence of numbers is broken down into m sequences of digits, the i-th sequence of digits comprising only the i-th significant digits of the numbers,
  • the m digit sequences are encoded.
  • the coded number sequence is used to reconstruct the digits of the number sequence using a method inverse to the coding.
  • the arrangement for coding and decoding a sequence of numbers comprising numbers, each of which is represented by at most m significant digits and each of which is assigned sequence information 1, has a processor which is set up in such a way that when the sequence of numbers is encoded
  • the sequence of numbers is split up into m m sequences of digits, the i-th sequence of digits comprising only the i-th significant digits of the numbers,
  • the processor is also set up in such a way that when the code is decoded, the digits of the number sequence are reconstructed using a method that is inverse to the coding.
  • a significant number is to be understood as a number that is immediately and absolutely necessary for the representation of a number and thus immediately contains a number information. So-called full digits, for example full zeros, which do not contain any immediate number information, are not significant digits.
  • the invention and / 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 and / or further development is stored.
  • a significant number and / or a sequence of numbers is a binary expression or a binary number.
  • the number sequence has coded image information.
  • a sequence of digits describes a bit level.
  • a bit level is to be understood to mean that when the numbers of the number sequence are represented as a binary expression with numbers of the numbers which are each assigned to the same bit, they are arranged in one level.
  • a number sequence and / or the significance information are / are preferred using a run length coding, for example using a run length coding with a variable length code.
  • the following information 1 describes an order of the numbers.
  • the m sequences of digits are preferably encoded in accordance with a predeterminable sequence. It is particularly efficient if the order corresponds to an increasing or decreasing numerical value.
  • 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
  • 3 shows a sketch with an image encoder and an image decoder
  • a processor unit ;
  • 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 provided per image in the form of a progressive method, as described in [1] , used to more or less improve the respective image quality of the individual image. If, for example, 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. In this case, 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 represented in quality, which consists of information from the basic information B and additional information Z.
  • FIG. 2 shows a sketch which illustrates how the coding of the additional information Z of an image block with 4x4 pixels takes place.
  • FIG. 6 shows a sketch which illustrates the sequence 600 in the coding of the difference coefficients ⁇ DCT 202 or the additional information Z according to the scheme described below.
  • the method described below for coding the additional information Z is not limited to the additional information Z.
  • any number sequence for example also basic information B, can be encoded extremely effectively.
  • difference coefficients ⁇ DCT 202 which are determined from the non-quantized DCT coefficients of an image block and the associated quantized DCT coefficients, are shown in coded form in a two-dimensional data block 201 (cf. Figure 6, step 620).
  • the difference coefficients ⁇ DCT are each represented as binary values or expressions 204 from the numbers 0 or 1 (cf. FIG. 6, step 610), wherein bits with an increasing valency m are arranged in a first dimension 205 of the data block 201 (cf. FIG 6, step 620).
  • 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 620).
  • Missing bits in the data block 201 are filled in by the number 0 (fill number 203), these fill numbers 203 not containing any numerical information for the additional information and are therefore to be designated as insignificant digits 203 (cf. significant digits).
  • a number 211 of the bits necessary for its representation is determined for each difference coefficient ⁇ DCT 202 (cf. FIG. 6, step 640).
  • the number 211 of bits required to represent a difference coefficient ⁇ DCT 202 is referred to as significance information 211.
  • the length information of the binary expressions of the difference coefficients ⁇ DCT 202 contained in the significance information 210 enables the data block 201 to be encoded to be reduced to a simplified data block 212 (cf. FIG. 6, step 630).
  • the insignificant digits 203 are omitted, so that the simplified data block 212 only has the significant digits 204 (cf. FIG. 6, step 630).
  • the coding of the reduced data block 212 takes place in accordance with the valency of the bit planes 206, starting with the most significant bit plane 206, ie with the bit plane with the highest valence m max (cf. FIG. 6, step 650).
  • the further bit planes 206 are encoded in succession in accordance with the decreasing significance m. As the last bit level 206, the bit level is coded with the value 1 (cf. FIG. 6, step 650).
  • the bit level 206 with the highest significance m max is encoded with a coding with a fixed length code, as described in [1] (cf. FIG. 6, step 650).
  • a run-length coding with variable length code as described in [1], or the known coding with the fixed length code (cf. FIG. 6, step 650) is used for coding the bit planes 206 with low valency m.
  • bit level 206 If zero digits frequently occur in a bit level 206, it is expedient to use the run length coding with variable length code for this bit level 206. Otherwise, the coding with fixed length code is used for bit level 206 (cf. FIG. 6, step 650).
  • the significance information 210 is encoded using the run length coding with variable length code (cf. FIG. 6, step 660).
  • sequence of the significance information 210 corresponds to the sequence of the number sequence or the difference coefficient ⁇ DCT 202.
  • 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 image blocks 1203, 1204, 1205 and 1206, each image block containing 8x8 pixels, to which luminance values (brightness values) are assigned.
  • each macro block 1202 comprises two chrominance blocks 1207 and
  • the picture blocks become a transform coding unit
  • DCT Discrete Cosine Transformation
  • the current macro block 1202 is communicated to a motion estimation unit 1229 via a connection 1234.
  • spectral coefficients are used for the picture blocks or difference picture blocks to be coded. formed 1211 and fed to a quantization unit 1212.
  • Quantized spectral coefficients 1213 are supplied to both a scan unit 1214 and an inverse quantization unit 1215 in a reverse path.
  • 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.
  • 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 preceding image after motion compensation has already been carried out.
  • Reconstructed image blocks 1222 are formed with the adder 1221 and stored in an image memory 1223.
  • Chrominance values 1224 of the reconstructed image blocks 1222 are fed from the image memory 1223 to a motion compensation unit 1225.
  • an interpolation is carried out in an interpolation unit 1227 provided for this purpose. terpolation, the number 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 motion estimation takes place in the motion estimation unit 1229 taking into account the interpolated brightness values ("motion estimation on a half-pixel basis").
  • motion estimation on a half-pixel basis the interpolated brightness values
  • the result of the motion estimation is a motion vector 1230, by means of which a local shift 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).
  • 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 analog images are digitized in the first computer 502 Images 503 converted and the digitized images 503 processed.
  • 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 for image coding described below 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 simplified data block 212 is processed further.
  • FIG. 7a shows the simplified data block 212.
  • FIG. 7b shows the further processed data block 700.
  • the maximum bit 701 of the 16 difference coefficients ⁇ DCT 202 is omitted.
  • the further processed data block 700 is encoded and transmitted according to the method described above together with the significance information 705.
  • the further processed data block 700 is further modified for coding.
  • the further processed data block 700 is split into a first partial data block 810 and a second partial data block 820.
  • FIG. 8a shows the first partial data block 810, which comprises the third 811 and the fourth 812 bit level of the further processed data blocks 700 with the associated significant digits 813.
  • FIG. 8b shows the second partial data block 820, which comprises the first 821 and the second 822 bit level of the further processed data block 700 with the associated significant numbers 823.
  • the significance information 705 was adapted to the first 810 and to the second 820 partial data block.
  • FIG. 8a shows first partial significance information 814
  • FIG. 8b shows second partial significance information 824.
  • the partial significance information 814, 824 was adapted to the first partial data block 810 or to the second partial data block 820 in such a way that partial significance information 815 or 825 indicates length information of a binary partial expression 816 or 826 of a difference coefficient ⁇ DCT 202 which is adapted in accordance with the partial data block 814 or 824 ,
  • the first partial data block 810 is encoded and / or transmitted together with the first partial significance information 814 according to the method described above. The same applies to the second partial data block 820 and the second partial significance information 824.
  • the second partial data block 820 or 902 is processed further as shown in FIG. 9.
  • a partial number sequence 910 is formed which is encoded and / or transmitted directly using a known coding, for example the coding with a fixed length code, as is known from [1].
  • bit-level coding as in the first partial data block 810 and direct coding as in the second partial data block 820 in any combination with the simplified data block 212 or to be used in the further processed data block 700.
  • a selected bit level can be encoded directly or several selected bit levels can each be directly encoded.
  • the remaining bit planes can be encoded and / or transmitted as a data block or, in turn, divided into a plurality of partial data blocks in accordance with the procedure described. The significance information must be adjusted accordingly.
  • 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

Bei dem Verfahren und der Anordnung zur Kodierung bzw. Kodierung und Dekodierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, die jeweils durch höchstens m signifikante Ziffern dargestellt werden und denen jede eine Folgeinformation l zugewiesen ist, wird für jede Zahl eine Signifikanzinformation bestimmt, welche ein Maß für eine Anzahl der Ziffern dieser Zahl ist. Die Zahlenfolge wird aufgespalten in m Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Ziffern der Zahlen umfasst. Die Signifikanzinformationen werden unter Berücksichtigung der Folgeinformationen l kodiert. Ferner werden die m Ziffernfolgen kodiert. Bei der Dekodierung werden aus der kodierten Zahlenfolge die Ziffern der Zahlenfolge unter Verwendung eines zu der Kodierung inversen Verfahrens rekonstruiert.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR KODIERUNG BZW. ZUR KODIERUNG UND DEKODIERUNG EINER ZAHLENFOLGE .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Codierung oder Codierung und Decodierung einer Zahlenfolge.
Ein solches Verfahren ist aus [1] bekannt und wird üblicher- weise 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.
Die Verfahren und Anordnungen zur Codierung und Decodierung eines digitalisierten Bildes gemäß [3] oder [4] entsprechend einem der Bildcodierungsstandards H.261 [3] oder JPEG [4] basieren ebenfalls auf dem Prinzip der blockbasierten Bildcodierung.
Ähnliche Verfahren werden für die Bildtelefonie mit n x 64kbit/s (CCITT-Empfehlung H.261), für die TV-Kontribution (CCIR-Empfehlung 723) mit 34 bzw. 45Mbit/s und für Multimedia-Applikationen mit l,2Mbit/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. Al- lerdings wird in einer 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 Eigenschaft des menschlichen Auges aus, hohe Ortsfrequenzen weniger genau aufzulösen 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 Quan- tisierung hängt dabei von einem Füllstand eines Puffers ab: Bei leerem Puffer erfolgt eine feine Quantisierung, so dass mehr Daten erzeugt werden, während bei vollem Puffer gröber quantisiert wird, wodurch sich die zusätzliche Datenmenge reduziert. Nach der Quantisierung wird der Block diagonal abgetastet ("zιgzag"-Scannιng) . 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 Code- worter zugeordnet werden (Lauflangencodierung mit variablem Langencode bzw. Vaπable-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 geglat- tet, beispielsweise unter Verwendung eines statistischen Verfahrens zur Bestimmung eines gleitenden Durchschnitts .
2.) Von einem bestimmten Wert an folgen in der abgetasteten Zahlenfolge in den meisten Fallen nur noch Nullen. Statt aller dieser Nullen übertragt man lediglich einen EOB- Code (End Of Block) , was zu einem signifikanten Codier- gewmn bei der Kompression der Bilddaten fuhrt. Statt beispielsweise 512bιt sind dann nur 46bιt f r einen sol- chen Block zu übertragen, was einem Kompressionsfaktor von über 11 entspricht.
Einen weiteren Kompressionsgewinn erhalt man durch die zeitliche Verarbeitung (Interframe-Codierung) . Zur Codierung ei- nes Origmalbildes und eines Differenzbildes wird weniger Datenrate benotigt als für zwei Oπgmalbilder, 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 (Bewegungsschätzung bzw. Prädiktion) 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-Bildblöcke) verwendet wird.
Noch kleinere Amplitudenwerte der Differenzbilder werden er- halten, wenn statt der verwendeten Prädiktion eine bewegungs- ko pensierte bidirektionale Prädiktion benutzt wird.
Bei einem bewegungskompensierten Hybrideoder wird nicht das Bildsignal selbst transformiert, sondern das zeitliche Diffe- renzsignal.
Aus diesem Grund verfügt der bewegungskompensierte Hybrideoder auch über eine Rekursionsschleife, denn der Prädiktor muss den Prädiktionswert aus den Werten der bereits übertra- genen (codierten) Bilder berechnen.
Eine entsprechende Rekursionsschleife befindet sich im Decoder, so dass Coder und Decoder synchronisiert sind.
Aus [5] ist ein Verfahren zur Bewegungsschätzung 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, übertragen und in einem Empfänger (Decoder) wieder zusammengesetzt.
Wie oben beschrieben wird bei einem blockbasierten Codierverfahren das gesamte Bild in quadratische Bildblöcke unterteilt. Dieses Prinzip wird auch bei einem objektbasierten Verfahren übernommen, indem das zu codierende Objekt in quadratische Blöcke unterteilt und für jeden Block separat eine Bewegungsschätzung mit einer Bewegungskompensation durchgeführt wird.
Bei der Übertragung einer Folge von Bildern (Bilddaten) über einen Kommunikationskanal, in dem eine Störung eingetreten ist, insbesondere über einen mobilen (Funk-) Kanal oder einen verlustbehafteten drahtgebundenen Kanal, können Teile der Bilddaten verloren gehen. Ein solcher Verlust der Bilddaten äußert sich in Form drastischer Qualitätseinbrüche in mehr oder weniger großen Bildbereichen.
Eine Störung eines Übertragungskanals kann auch dadurch ein- treten, dass eine Übertragungskapazität des Übertragungska- nals 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 Ü- bertragung gewährleistet.
Dies liegt daran, dass sich bei der Bewegungsschätzung insbe- sondere 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 Restfehler- Codierung, 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 Bildqualltat und einer Zusatzinformation zur Herstellung einer vollständigen oder verbesserten Bild- qualitat (ausreichende Bildqualltat) .
Die Basisinformation, welche quantisierte DCT Koeffizienten aufweist, wird codiert und m einem Basisdatenstrom (base layer) übertragen.
Die Zusatzinformation, welche eine Differenz von nicht quan- tisierten DCT Koeffizienten und den quantisierten DCT Koeffizienten aufweist, wird ebenfalls codiert und m einem Zusatzdatenstrom (enhancement layer) übertragen.
Bei der Codierung der Basisinformation und der Zusatzmforma- tion werden die Werte der quantisierten DCT Koeffizienten und die Differenzwerte als eine Zahlenfolge aus binaren Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird entsprechend einer Scanreihenfolge des * zigzag" -Scanmngs geordnet.
Die geordnete Zahlenfolge wird als ein zweidimensionaler Datenblock mit Spalten und Zeilen dargestellt. In einer Spalte des Datenblocks sind jeweils die Ziffern einer binaren Zahl der Zahlenfolge angeordnet. Der Datenblock wird zeilenweise mit einer Lauflangencodierung, wie es aus [1] bekannt ist, codiert. Die Basisinformation wird in dem base layer übertragen, die Zusatzinformation wird m dem enhancement layer u- bertragen.
Bei Ubertragungsfehlern im Bereich der Zusatzinformation oder bei einer geringeren übertragbaren Datenrate in dem Übertragungskanal 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 skalierbares Bildcodierverfahren für die Codierung von Bewegtbildern einzusetzen.
Weitere progressive Verfahren zur Codierung von Einzelbildern sind aus [β] 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 dargestellt ist durch höchstens m signifikante Ziffern und deren jeder eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, wird - für jede Zahl eine Signifikanzinformation bestimmt, welche ein Maß für eine Anzahl der Ziffern dieser Zahl ist, - die Zahlenfolge aufgespalten in m Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Ziffern der Zahlen umfasst,
- die Signifikanzinformationen unter Berücksichtigung der Folgeinformationen 1 codiert und
- die m Ziffernfolgen codiert.
Die Anordnung zur Codierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede dargestellt ist durch höchstens m signifikan- te Ziffern und deren jeder eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, weist einen Prozessor auf, der derart eingerichtet ist, dass
- für ede Zahl eine Signifikanzinformation bestimmoar ist, welche ein Maß f r e ne Anzahl der Ziffern dieser Zahl
- die Zahlenfolge aufspaltbar ist in m Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Ziffern der Zahlen umfasst,
- die Signifikanzinformationen unter Berücksichtigung der Folgeinformationen 1 codierbar sind und
- die m Ziffernfolgen codierbar sind.
Bei dem Verfahren zur Codierung und Decodierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren ede dargestellt ist durch höchstens m signifikante Ziffern und deren jeder eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, wird die Zahlenfolge derart codiert, dass
- für ede Zahl eine Signifikanzinformation bestimmt wird, welche ein Maß für eine Anzahl der Ziffern dieser Zahl
- die Zahlenfolge aufgespalten wird in m Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Ziffern der Zahlen umfasst,
- die Signifikanzinformationen unter Berücksichtigung der Folgeinformationen 1 codiert werden und
- die m Ziffernfolgen codiert werden. Bei der Decodierung erfolgt aus der codierten Zahlenfolge eine Rekonstruktion der Ziffern der Zahlenfolge unter Verwendung eines zu der Codierung inversen Verfahrens.
Die Anordnung zur Codierung und Decodierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede dargestellt ist durch höchstens m signifikante Ziffern und deren jeder eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, weist einen Prozessor auf, der derart eingerichtet ist, dass bei der Codierung der Zahlenfolge
- f r ede Zahl eine Signifikanzinformation bestimmt wird, welche ein Maß für eine Anzahl der Ziffern dieser Zahl ist,
- die Zahlenfolge aufgespalten wird m m Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Zif- fern der Zahlen umfasst,
- die Signifikanzinformationen unter Ber cksichtigung der Folgeinformationen 1 codiert werden und
- die m Ziffernfolgen codiert werden.
Der Prozessor ist ferner derart eingerichtet, dass bei der Decodierung aus der codierten Zahlenfolge eine Rekonstruktion der Ziffern der Zahlenfolge unter Verwendung eines zu der Codierung inversen Verfahrens erfolgt.
Als eine signifikante Ziffer ist eine solche Ziffer zu ver- stehen, welche für eine Darstellung einer Zahl unmittelbar und unbedingt notwendig ist und damit unmittelbar eine Zah- lemnformation beinhaltet. Sogenannte Fullziffern, beispielsweise Fullnullen, welche keine unmittelbar Zahlenmformation beinhalten, sind nicht signifikante Ziffern.
Die Anordnungen sind insbesondere geeignet zur Durchfuhrung der erfmdungsgemaßen Verfahren oder einer deren nachfolgend erläuterten Weiterbildungen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhangigen Ansprüchen. Die im weiteren beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf die Verfahren als auch auf die Anordnungen.
Die Erfindung und die im weiteren beschriebenen Weiterbildun- gen 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 wei- teren beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computer- lesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder Weiterbildung ausfuhrt .
Auch können die Erfindung und/oder jede im weiteren beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder Weiterbildung ausfuhrt.
In einer Weiterbildung ist eine signifikante Ziffer und/oder eine Ziffernfolge ein binarer Ausdruck bzw. eine binare Ziffer.
In einer Ausgestaltung weist die Zahlenfolge codierte Bildinformation aufweist.
In einer Ausgestaltung beschreibt eine Ziffernfolge eine Bitebene. Unter einer Bitebene ist zu verstehen, dass bei einer Darstellung der Zahlen der Zahlenfolge jeweils als ein binarer Ausdruck mit Ziffern der Zahlen, welche jeweils einem gleichen Bit zugeordnet sind, m einer Ebene angeordnet werden.
Bevorzugt werden/wird eine Ziffernfolge und/oder die Signifikanzinformationen unter Verwendung einer Lauflangencodierung, beispielsweise unter Verwendung einer Lauflängencodierung mit einem variablen Längencode, codiert.
Es ist aber auch vorstellbar, eine Ziffernfolge und/oder die Signifikanzinformationen unter Verwendung einer Codierung mit einem festen Längencode zu codieren.
In einer Ausgestaltung beschreiben die Folgeinformationen 1 eine Reihenfolge der Zahlen.
Zu einer Reduzierung zu codierender Information werden bevorzugt die m Ziffernfolgen entsprechend einer vorgebbaren Reihenfolge codiert. Es ist besonders effizient, wenn die Reihenfolge einer ansteigenden oder abnehmenden Ziffernwertig- keit entspricht.
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 Ausführungs- beispiel 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. 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 Basisinfor- mation 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 o- der 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 Übertragungskanal 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 4x4 Bildpunkte erfolgt.
Figur 6 zeigt eine Skizze, welche den Ablauf 600 bei der Codierung der Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 bzw. der Zusatzinformation Z gemäß dem nachfolgend beschrieben Schema verdeutlicht .
Es ist aber zu betonen, dass das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Codierung der Zusatzinformation Z nicht auf die Zusatzinformation Z beschränkt ist. Mit dem Verfahren lässt sich jede beliebige Zahlenfolge, beispielsweise auch die Ba- sisinformation B, äußerst effektiv codieren.
Ebenso ist zu betonen, dass die Anwendung des Verfahrens auf einen Bildblock mit 4x4 Bildpunkten nicht einschränkend zu verstehen ist, sondern auf jeden Bildblock beliebiger Größe angewendet werden kann. Zur Codierung der Zusatzinformation Z 200 sind in einem zwei- dimensionalen Datenblock 201 16(=k=4x4 Bildpunkte) Differenzkoeffizienten ΔDCT 202, welche aus den nicht quantisierten DCT Koeffizienten eines Bildblocks und den zugehörigen quan- tisierte DCT Koeffizienten bestimmt werden, codiert dargestellt (vgl. Figur 6, Schritt 620).
Die Differenzkoeffizienten ΔDCT sind jeweils als binäre Werte bzw. Ausdrücke 204 aus den Ziffern 0 oder 1 dargestellt (vgl. Figur 6, Schritt 610) , wobei in einer ersten Dimension 205 des Datenblocks 201 Bit mit einer ansteigender Wertigkeit m angeordnet sind (vgl. Figur 6, Schritt 620).
Da diese Ziffern unmittelbar für die Darstellung der Diffe- renzkoeffizienten ΔDCT 202 notwendig sind und damit unmittelbar Zahleninformation beinhalten, sind diese Ziffern als signifikante Ziffern zu bezeichnen (vgl. nicht signifikante Ziffern) .
Ein Bit ist jeweils einer Bitebene 206 mit der Wertigkeit m zugeordnet. Die maximale Wertigkeit mmax (hier m ax =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 620).
Dementsprechend weist der Datenblock 201 die Dimensionen ( rιaxxk= 5x16) auf.
Fehlende Bit in dem Datenblock 201 werden jeweils durch die Ziffer 0 aufgefüllt (Füllziffer 203), wobei diese Füllziffern 203 keinerlei Zahleninformation für die Zusatzinformation beinhalten und damit als nicht signifikante Ziffern 203 zu bezeichnen sind (vgl. signifikante Ziffern). Zur Codierung des Datenblocks 201 bzw. der 16 Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 wird für jeden Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 eine Anzahl 211 der für seine Darstellung notwendigen Bit bestimmt (vgl. Figur 6, Schritt 640).
Die Anzahl 211 der für die Darstellung eines Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 notwendigen Bit wird als Signifikanzinformation 211 bezeichnet.
Somit ergeben sich für die 16 Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 entsprechend 16 Signifikanzinformationen 210 (vgl. Figur 6, Schritt 640) .
Durch die in den Signifikanzinformationen 210 enthaltenen Längeninformationen der binären Ausdrücke der Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 kann der zu codierende Datenblock 201 zu einem vereinfachten Datenblock 212 reduziert werden (vgl. Figur 6, Schritt 630) .
Bei dem vereinfachten Datenblock 212 werden die nicht signifikanten Ziffern 203 weggelassen werden, so dass der vereinfachte Datenblock 212 nur mehr die signifikanten Ziffern 204 aufweist (vgl. Figur 6, Schritt 630).
Nur mehr die signifikanten Ziffern 204 und die Signifikanzinformationen müssen codiert und übertragen werden (vgl. Figur 6, Schritt 650 und Schritt 660) . Die Effizienz der Codierung wird erheblich verbessert.
Die Codierung des reduzierten Datenblocks 212 erfolgt entsprechend der Wertigkeit der Bitebenen 206, wobei mit der höchstwertigen Bitebene 206, d.h. mit der Bitebene mit der höchsten Wertigkeit mmax, begonnen wird (vgl. Figur 6, Schritt 650) .
Die weiteren Bitebenen 206 werden entsprechend der abnehmenden Wertigkeit m aufeinanderfolgend codiert. Als letzte Bit- ebene 206 wird die Bitebene mit der Wertigkeit 1 codiert (vgl. Figur 6, Schritt 650) .
Die Bitebene 206 mit der höchsten Wertigkeit mmax wird mit einer Codierung mit festem Langencode, wie es in [1] beschrieben ist, codiert (vgl. Figur 6, Schritt 650).
Für die Codierung der Bitebenen 206 mit niedriger Wertigkeit m wird eine Lauflangencodierung mit variablem Langencode, wie sie in [1] beschrieben ist, oder die bekannte Codierung mit dem festen Langencode verwendet (vgl. Figur 6, Schritt 650) .
Treten in einer Bitebenen 206 häufig Nullziffern auf, so ist es zweckmäßig für diese Bitebene 206 die Lauflangencodierung mit variablem Langencode zu verwenden. Andernfalls wird für die Bitebene 206 die Codierung mit festem Langencode verwendet (vgl. Figur 6, Schritt 650).
Die Signifikanzinformationen 210 werden unter Verwendung der Lauflangencodierung mit variablem Langencode codiert (vgl. Figur 6, Schritt 660) .
Dabei ist es möglich, die Signifikanzinformationen 210 zeitlich sowohl vor dem vereinfachten Datenblock 212 zu codieren und/oder zu übertragen als auch zeitlich nach dem vereinfachten Datenblock 212 zu codieren und/oder übertragen.
Zu beachten ist dabei, dass die Reihenfolge der Signifikanzinformationen 210 der Reihenfolge der Zahlenfolge bzw. der Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 entspricht.
Die Reihenfolge der Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 und/oder der Signifikanzinformationen 210 kann auch verändert werden. In diesem Fall muss die Veränderung in Form einer Zusatzin- formation gespeichert und/oder für eine Decodierung übertragen werden. Es ist ebenfalls möglich, die Bitebenen 206 in einer veränderten Reihenfolge zu codieren, beispielsweise beginnend mit der Bitebene 206 mit der Wertigkeit m=l und nachfolgend die Bitebenen 206 mit steigender Wertigkeit m. In diesem Fall muss die veränderte Reihenfolge in Form einer Zusatzinformation gespeichert und/oder für eine Decodierung übertragen werden.
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 Makroblöcke 1202, wobei jeder Makroblock 16x16 Bildpunkte hat. Der Makroblock 1202 umfasst vier Bildblöcke 1203, 1204, 1205 und 1206, wobei jeder Bildblock 8x8 Bildpunkte, denen Luminanzwerte (Helligkeitswerte) zugeordnet sind, enthält. Weiterhin umfasst jeder Makroblock 1202 zwei Chrominanzblöcke 1207 und
1208 mit den Bildpunkten zugeordneten Chrominanzwerten (Farbdifferenzwerte) .
Die Bildblöcke werden einer Transformationscodierungseinheit
1209 zugeführt. Bei einer Differenzbildcodierung werden zu codierende Werte von Bildblöcken zeitlich vorangegangener Bilder von den aktuell zu codierenden Bildblöcken abgezogen, es wird nur die Differenzbildungsinformation 1210 der Trans- formationscodierungseinheit (Diskrete Cosinus Transformation, DCT) 1209 zugeführt.
Dazu wird über eine Verbindung 1234 der aktuelle Makroblock 1202 einer Bewegungsschätzungseinheit 1229 mitgeteilt. In der Transformationscodierungseinheit 1209 werden für die zu codierenden Bildblöcke bzw. Differenzbildblöcke Spektralkoeffi- zienten 1211 gebildet und einer Quantisierungseinheit 1212 zugeführt.
Quantisierte Spektralkoeffizienten 1213 werden sowohl einer Scaneinheit 1214 als auch einer inversen Quantisierungseinheit 1215 in einem Rückwärtspfad zugeführt.
Nach einem Scanverfahren, z.B. einem "zigzag"-Scanverfahren, wird auf den gescannten Spektralkoeffizienten 1232 eine Ent- ropiecodierung 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 in- verse Quantisierung der quantisierten Spektralkoeffizienten 1213. So gewonnene Spektralkoeffizienten 1218 werden einer inversen Transformationscodierungseinheit 1219 (Inverse Dis- krete Cosinus Transformation, IDCT) zugeführt.
Rekonstruierte Codierungswerte (auch Differenzcodierungswerte) 1220 werden im Differenzbildmodus einen Addierer 1221 zugeführt. Der Addierer 1221 erhält ferner Codierungswerte eines Bildblocks, die sich aus einem zeitlich vorangegangenen Bild nach einer bereits durchgeführten Bewegungskompensation ergeben. Mit dem Addierer 1221 werden rekonstruierte Bildblö- cke 1222 gebildet und in einem Bildspeicher 1223 abgespeichert.
Chrominanzwerte 1224 der rekonstruierten Bildblöcke 1222 werden aus dem Bildspeicher 1223 einer Bewegungskompensations- einheit 1225 zugeführt.
Für Helligkeitswerte 1226 erfolgt eine Interpolation in einer dafür vorgesehenen Interpolationseinheit 1227. Anhand der In- terpolation wird die Anzahl in dem jeweiligen Bildblock enthaltener Helligkeitswerte vorzugsweise verdoppelt.
Alle Helligkeitswerte 1228 werden sowohl der Bewegungskompen- sationseinheit 1225 als auch der Bewegungsschätzungseinheit 1229 zugeführt. Die Bewegungsschätzungseinheit 1229 erhält außerdem die Bildblöcke des jeweils zu codierenden Makroblocks (16x16 Bildpunkte) über die Verbindung 1234.
In der Bewegungsschätzungseinheit 1229 erfolgt die Bewegungsschätzung unter Berücksichtigung der interpolierten Helligkeitswerte ("Bewegungsschätzung auf Halbpixelbasis"). Vorzugsweise werden bei der Bewegungsschätzung absolute Differenzen der einzelnen Helligkeitswerte in dem aktuell zu co- dierenden Makroblock 1202 und dem rekonstruierten Makroblock aus dem zeitlich vorangegangenen Bild ermittelt.
Das Ergebnis der Bewegungsschätzung ist ein Bewegungsvektor 1230, durch den eine örtliche 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 Bewegungsschätzungseinheit 1229 er- mittelten 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 ei- ner 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 in ana- loger Form zu einem ersten Rechner 502 überträgt. 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 in 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 Bildinformation über ein Übertragungsmedium 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 in Software realisiert. Sie ist in dem Speicher 510 gespeichert und wird von dem 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 verfügt 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 Ausführungsbeispiel beschreiben.
1. Alternative zu dem Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 7)
In einer ersten Alternative zu dem Ausführungsbeispiel wird der vereinfachte Datenblock 212 weiter bearbeitet.
Figur 7a zeigt den vereinfachten Datenblock 212. Figur 7b zeigt den weiter bearbeiteten Datenblock 700.
Bei dem weiter bearbeiteten Datenblock 700 wird jeweils das maximale Bit 701 der 16 Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 weggelassen.
Diese Reduktion kann deshalb durchgeführt werden, da davon auszugehen ist, dass das maximale Bit 701 jedes binär dargestellten Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 jeweils nur die sig- nifikante Ziffer 1 aufweisen kann. Darüber hinaus ist durch die Signifikanzinformation 705 für jeden binär dargestellten Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 die für die Rekonstruktion des jeweiligen Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 notwendige Längeninformation bekannt.
Damit wird die Zahl der signifikanten Ziffern 702 um 16 reduziert. Dadurch reduziert sich auch der weiter bearbeitete Datenblock 700 um die höchstwertige Bitebene 703.
Der weiter bearbeitete Datenblock 700 wird gemäß dem oben beschrieben Verfahren zusammen mit den Signifikanzinformationen 705 codiert und übertragen.
2. Alternative zu dem Ausführungsbeispiel
In einer zweiten Alternative zu dem Ausführungsbeispiel wird der weiter bearbeitete Datenblock 700 zur Codierung weiter verändert.
Dazu wird der weiter bearbeitete Datenblock 700 aufgespalten in einen ersten Teildatenblock 810 und einen zweiten Teildatenblock 820.
Figur 8a zeigt den ersten Teildatenblock 810, welche die dritte 811 und die vierte 812 Bitebene der weiter bearbeiteten Datenblocks 700 mit den zugehörigen signifikanten Ziffern 813 umfasst.
Figur 8b zeigt den zweiten Teildatenblock 820, welche die erste 821 und die zweite 822 Bitebene des weiter bearbeiteten Datenblocks 700 mit den zugehörigen signifikanten Ziffern 823 umfasst.
Die Signifikanzinformationen 705 wurden an den ersten 810 und an den zweiten 820 Teildatenblock angepasst. Figur 8a zeigt erste Teilsignifikanzinformationen 814, Figur 8b zeigt eine zweite Teilsignifikanzinformationen 824.
Die Teilsignifikanzinformationen 814, 824 wurden derart an den ersten Teildatenblock 810 bzw. an den zweiten Teildatenblock 820 angepasst, dass eine Teilsignifikanzinformation 815 bzw. 825 eine entsprechend dem Teildatenblock 814 bzw. 824 angepasste Längeninformation eines binären Teilausdrucks 816 bzw. 826 eines Differenzkoeffizienten ΔDCT 202 angibt.
Der erste Teildatenblock 810 wird zusammen mit den ersten Teilsignifikanzinformationen 814 gemäß dem oben beschrieben Verfahren codiert und/oder übertragen. Entsprechendes gilt für den zweiten Teildatenblock 820 und den zweiten Teilsigni- fikanzinformationen 824.
3. Alternative zu dem Ausführungsbeispiel (vgl. Figur 9)
In einer dritten Alternative zu dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, nur den erste Teildatenblock 810 bzw. 901 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zu codieren und/oder zu ü- bertragen.
Der zweite Teildatenblock 820 bzw. 902 wird wie in Figur 9 dargestellt weiter bearbeitet.
Unter Verwendung der zweiten Teilsignifikanzinformationen 824 und der entsprechenden binären Teilausdrücke 826 wird eine Teilzahlenfolge 910 gebildet, welche direkt unter Verwendung einer bekannten Codierung codiert und/oder übertragen wird, beispielsweise die Codierung mit einem festen Längencode, wie es aus [1] bekannt ist.
Ferner ist es auch vorstellbar, eine solche Kombination zwi- sehen einer Bitebenencodierung wie bei dem ersten Teildatenblock 810 und eine direkte Codierung wie bei dem zweiten Teildatenblock 820 in einer beliebigen Kombination bei dem vereinfachten Datenblock 212 oder bei dem weiter bearbeiteten Datenblock 700 anzuwenden.
So kann beispielsweise eine ausgewählte Bitebene direkt oder mehrere ausgewählte Bitebenen jeweils direkt codiert werden. Die übrigen Bitebenen können als ein Datenblock oder wiederum aufgeteilt in mehrere Teildatenblöcke gemäß der beschriebenen Vorgehensweise codiert und/oder übertragen werden. Die Signifikanzinformationen sind entsprechend anzupassen.
4. Alternative zu dem Ausführungsbeispiel
In einer vierten Alternative zu dem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren auf Bildpunkte bzw. Bildinformation im Ortsbe- reich 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 Koeffi- zienten rekonstruierten Basisbildinformation der Bildblock wiederhergestellt wird.
Literaturverzeichnis :
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[8] Shu Lin, Daniel Costello: "Error Control Coding", Prenti- ce-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 dargestellt ist durch höchstens m signifikan- te Ziffern und deren jeder eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- für jede Zahl eine Signifikanzinformation bestimmt wird, welche ein Maß für eine Anzahl der Ziffern dieser Zahl ist,
- die Zahlenfolge aufgespalten wird in m Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Ziffern der Zahlen umfasst,
- die Signifikanzinformationen unter Berücksichtigung der Folgeinformationen 1 codiert werden und
- die m Ziffernfolgen codiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die signifikanten Ziffern binäre Ziffern sind.
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 binärer Ausdruck ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Ziffernfolge eine Bitebene beschreibt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Ziffernfolge unter Verwendung einer Lauflängencodierung codiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem eine Ziffernfolge unter Verwendung einer Lauflängencodierung mit einem variablen Längencode codiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Ziffernfolge unter Verwendung einer Codierung mit einem festen Längencode codiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Signifikanzinformationen unter Verwendung einer Lauflangencodierung codiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Signifikanzinformationen unter Verwendung einer Lauflangencodierung mit einem variablen Längencode codiert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Signifikanzinformation unter Verwendung einer Codierung mit festem Längencode codiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Folgeinformationen 1 eine Reihenfolge der Zahlen beschreiben.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die m Ziffernfolgen entsprechend einer vorgebbaren Reihenfolge codiert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Reihenfolge einer ansteigenden oder abnehmenden Ziffernwertigkeit entspricht.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Anspruch, eingesetzt zu einer Codierung eines Bildes aus Bildpunkten.
16. Anordnung zur Codierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede dargestellt ist durch höchstens m signifikan- te Ziffern und deren jeder eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Prozessor aufweist, der derart eingerichtet ist, dass
- für jede Zahl eine Signifikanzinformation bestimmbar ist, welche ein Maß für eine Anzahl der Ziffern dieser Zahl ist,
- die Zahlenfolge aufspaltbar ist in Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Ziffern der Zahlen umfasst,
- die Signifikanzinformationen unter Berücksichtigung der Folgeinformationen 1 codierbar sind und
- die m Ziffernfolgen codierbar sind.
17. Verfahren zur Codierung und Decodierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede dargestellt ist durch höchstens m signifikante Ziffern und deren jeder eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Codierung
- für jede Zahl eine Ξignifikanzinformation bestimmt wird, welche ein Maß für eine Anzahl der Ziffern dieser Zahl ist,
- die Zahlenfolge aufspalten wird in m Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Ziffern der Zahlen umfasst, - die Signifikanzinformationen codiert werden unter Berücksichtigung der Folgeinformationen 1 sind und
- die m Ziffernfolgen codiert werden, und dass bei der Decodierung aus der codierten Zahlenfolge eine Rekonstruktion der Ziffern der Zahlenfolge unter Verwen- düng eines zu der Codierung inversen Verfahrens erfolgt.
18. Anordnung zur Codierung und Decodierung einer Zahlenfolge umfassend Zahlen, deren jede dargestellt ist durch höchstens m signifikante Ziffern und deren jeder eine Folgeinformation 1 zugewiesen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Prozessor aufweist, der derart eingerichtet ist, dass bei der Codierung
- für jede Zahl eine Signifikanzinformation bestimmbar ist, welche ein Maß für eine Anzahl der Ziffern dieser Zahl ist,
- die Zahlenfolge aufspaltbar ist in m Ziffernfolgen, wobei die i-te Ziffernfolge nur die i-ten signifikanten Ziffern der Zahlen umfasst, - die Signifikanzinformationen codierbar sind unter Berücksichtigung der Folgeinformationen 1 und
- die m Ziffernfolgen codierbar sind, und dass bei der Decodierung aus der codierten Zahlenfolge eine Rekonstruktion der Ziffern der Zahlenfolge unter Verwen- düng eines zu der Codierung inversen Verfahrens durchführbar ist.
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