DE10145374C1

DE10145374C1 - Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Videocodierung

Info

Publication number: DE10145374C1
Application number: DE10145374A
Authority: DE
Inventors: Norbert Oertel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2021-09-15
Also published as: WO2003026309A2; WO2003026309A3

Abstract

Der Anmeldungsgegenstand beruht im Wesentlichen darauf, dass die bei einer derartigen Videocodierung häufig erfüllte Eigenschaft von monoton fallenden Beträgen der Pegel bzw. Level für eine effizientere Codierung genutzt wird, wobei der Wertebereich der zu codierenden Werte und damit die Anzahl der Codewörter eingeschränkt werden kann und bspw. nur blockweise eine Information über das Vorliegen einer solchen Monotonie mitübertragen werden muss.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem bzw. der aus bereits übertragenen Bildbereichen die aktuelle Bildinformation geschätzt und nur noch ein Prädiktionsfehler übermittelt wird. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass ein Eingabebild in Blöcke unterteilt wird und zu jedem dieser Blöcke ein korrespondierender Block in vorangegangenen Bildern gesucht wird, der ein fehler- oder Abstandsmaß minimiert. Der Prädiktionsfehler wird durch DCT- oder Integertransformation vom Orts- in den Frequenzbereich transformiert, quantisiert und die daraus resultierenden Koeffizienten mittels einer Entropiecodierung komprimiert und zum Empfänger gesendet.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO 00/27128 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei der die quantisierten Daten im Frequenzbereich mit quantisierten Daten im Frequenzbereich eines zweiten Blocks verglichen werden und eine Prädiktionsfehler-Matrix gebildet wird.

Bei diesen an sich bekannten Verfahren wird die Eigenschaft der DCT- bzw. Integertransformation ausgenutzt, dass die Energie auf Koeffizienten konzentriert wird, die niedrige Frequenzen repräsentieren. Nach der Quantisierung liegt in aller Regel eine dünn besetzte Matrix vor, bei der nur wenige Koeffizienten nahe der linken oberen Ecke ungleich Null sind. Diese Matrix wird im nächsten Schritt durch einen Koeffizientenscan linearisiert, der die Koeffizienten in der Reihenfolge ihrer Wahrscheinlichkeit, ungleich Null zu sein, abtastet; häufig wird dazu ein ZigZag-Scan verwendet. Diese Liste wird in der Regel als eine Sequenz von Run/Level- Tupeln dargestellt, wobei der Level bzw. Pegel den Wert des von Null verschiedenen Koeffizienten angibt und der Run die Anzahl der Nullen, die zwischen diesem und dem vorangegangenen Koeffizienten ungleich Null liegen. Diese Sequenz wird im letzten Schritt der Entropiecodierung zugeführt. Gängige Verfahren zur Entropiecodierung sind z. B. 3D Huffman Codes mit einer Darstellung als 3-Tupel Level/Run/Last, das beim ITU-T-Standard H.263 Anwendung findet, 2-D UVLCs mit einer Darstellung als Tupel Level/Run und einer Anzeige des Blockendes durch die Codierung eines Levels 0, das beim vorgeschlagenen ITU-T-Standard H.26L vorgesehen ist, oder eine unabhängige Codierung der Levels und Runs durch einen arithmetischen Coder.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, besteht nun darin die Effizienz der Entropiecodierung des Prädiktionsfehler zu ermöglichen und dadurch die Übertagung von Videosignalen mit besserer Qualität bei gleicher Datenrate oder mit gleicher Qualität bei jedoch geringer Datenrate zu erreichen.

Die Erfindung wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Anordnung durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung besteht im wesentlich darin, dass die bei einer derartigen Videocodierung häufig erfüllte Eigenschaft von monoton fallenden Beträgen der Pegel bzw. Level für eine effizientere Codierung genutzt wird, wobei der Wertebereich der zu codierenden Werte und damit die Anzahl der Codewörter eingeschränkt werden kann und bspw. nur blockweise eine Information über das Vorliegen einer solchen Monotonie mitübertragen werden muss.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei ist lediglich ein für die Erfindung relevanter Teil einer Vorrichtung zur Videocodierung mittels einer frequenzbereichsbasierten Bewegungsschätzung gezeigt, also erst ausgehend von einer Prädiktionsfehler-Matrix PFM. Diese Prädiktionsfehler-Matrix wird durch eine Koeffizientenabtastung SCAN linearisiert sowie in eine Folge von Pegeln l und Längen von Nullfolgen (runs) umgewandelt. Diese Folgen von Pegeln l werden durch eine Prüfeinheit MC überprüft, ob die Beträge |l| der Pegel in einer monoton absteigenden Folge vorliegen. Durch ein Monotonie-Signal m wird mit Hilfe einer Auswahleinheit SEL bewirkt, dass im Fall einer monoton absteigenden Folge, eine Entropiecodierung EC2 und sonst eine Entropiecodierung EC1 erfolgt. Die Monotonieinformation m und die durch die Entropiecodierung gebildeten Werte werden dann an einen Ausgangsbitstrom OUT angefügt.

Wenn die Beträge der Levels bzw. Pegel in monoton absteigender Folge vorliegen, so lassen sich mit diesem Wissen die Levels wesentlich effizienter Codieren, da mit Codierung eines Levels mit Betag |l| = k sich der Wertebereich für die folgenden Levels auf das Intervall [-k; k] einschränkt und damit die Anzahl der möglichen Codewörter reduziert wird. Zusätzlich erlaubt dieses Vorgehen eine bessere statistische Modellierung der Auftrittswahrscheinlichkeiten der einzelnen Symbole und damit eine weitere Erhöhung der Codiereffizienz. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, das es grundsätzlich unabhängig von der Art der nachfolgenden Entropiecodierung ist - ein Einsatz ist sowohl mit VLC-Codes als auch mit einem arithmetischen Coder möglich und sinnvoll.

Dem Decoder muss auf irgend eine Art und Weise mitgeteilt werden, ob ein gegebener Block diese Voraussetzung erfüllt. Dies kann zum Beispiel durch das Monotonie-Signal m auf Makroblock- oder Block-Ebene, analog einer Coded/NonCoded- Entscheidung erfolgen, wobei ein Block im Fall von "coded" codiert ist, da er mindestens einen Koeffizienten ungleich Null enthält). Zudem müssen Encoder und Decoder im Falle einer VLC-Entropiecodierung über entsprechend angepasste Codetabellen oder im Falle einer arithmetischen Entropiecodierung über entsprechende Auftrittswahrscheinlichkeiten verfügen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer programmtechnischen Realisierung der Erfindung gezeigt:
Voraussetzung hierfür ist das Vorhandensein einer Entropiecodierung, die folgende Funktionalität unterstützt:
Entropy_code_sortedflag (s)

Benötigt wird hierfür die Wahrscheinlichkeit p(s = 1) bzw. p(s = 0) = 1 - p(s = 1).
Entropy_code_level-sorted (l, r, k)

Benötigt werden die bedingten Wahrscheinlichkeiten des Auftretens eines Levels 1 unter der Voraussetzung, dass der zuletzt codierte Level den Betrag k hatte p(l|k) für alle l ∈ [-k, k], für alle 1 ≦ k ≦ n.
Entropy_code_level (l, r)

Benötigt werden die Wahrscheinlichkeiten p(l) für alle l ∈ [-n, n].

Diese Wahrscheinlichkeiten können, müssen aber nicht zwingend, adaptiv den tatsächlichen Gegebenheiten angepasst werden. Eine Codierung der Längen von Nullfolgen (runs) ist der Einfachheit halber hier nicht berücksichtigt.

Im folgenden Ablaufschema sind die dieser Erfindungsmeldung zugrunde liegenden Neuerungen kursiv hervorgehoben.

1. Schritt (Prüfung des Kriteriums)

Test, ob die Folge der zu codierenden Koeffizienten monoton fallend ist. Wenn ja, dann sorted = 1, ansonsten sorted = 0

2. Schritt (Codierung des Blocks)

Entropy_code_sortedflag (sorted)

Wenn monoton fallend, d. h. sorted = 1:
Prev_level = n

Für alle Koeffizienten <level, run< in ihrer gegebenen Reihenfolge:
Entropy_code_level_sorted (level, run, prev_level)
Prev_level = abs (level)
Entropy_code_level_sorted (0, 0, prev_level)

Sonst:
Für alle Koeffizienten <level, run< in ihrer gegebenen Reihenfolge:
Entropy_code_level (level, run)
Entropy_code_level (0, 0)

3. Schritt

Solange noch Blöcke zu codieren sind, weiter mit Schritt 1.

Die Erfindung umfasst auch alle Kombinationen aus Hard- und Software zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie Computerprogramm-Erzeugnisse mit einem entsprechenden Speichermedium sowie das entsprechende Speichermedium selbst.

Claims

1. Verfahren zur Videocodierung,
bei dem aus bereits übertragenen Bildbereichen eine aktuelle Bildinformation geschätzt und eine Prädiktionsfehler-Matrix (PFM) übermittelt wird,
bei dem die Prädiktionsfehlermatrix durch eine Koeffizientenabtastung (SCAN) linearisiert sowie in eine Folge von Pegeln (l) und Längen von Nullfolgen umgewandelt wird,
bei dem die Beträge (|l|) der Pegel überprüft werden, ob sie in einer monoton absteigenden Folge vorliegen,
bei dem, im Fall einer monoton absteigenden Folge, eine andere Entropiecodierung erfolgt als sonst und
bei dem eine Monotonieinformation (m) und die durch die Entropiecodierung gebildeten Werte an einen Ausgangsbitstrom (OUT) angefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Falle einer monoton absteigenden Folge eine Entropiecodierung derart erfolgt, dass die Codeworte in Abhängigkeit des jeweiligen aktuellen Pegels (l) und des jeweiligen vorhergehenden Pegels (k) gebildet werden, wobei die Codeworte den bedingten Wahrscheinlichkeiten (p (l|k)) des Auftretens eines aktuellen Pegels in Abhängigkeit des vorhergehenden codierten Pegels zugeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Entropiecodierung mit einem variablen Längencode erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Entropiecodierung mit einem arithmetischen Coder erfolgt.

5. Vorrichtung zur Videocodierung,
bei der Mittel zum Empfang von Eingangsvideodaten und zur Bildung einer Prädiktionsfehler-Matrix (PFM) vorhanden sind,
bei der eine Abtasteinheit derart vorhanden ist, dass die Prädiktionsfehler-Matrix durch eine Koeffizientenabtastung (SCAN) linearisiert sowie in eine Folge von Pegeln (l) und Längen von Nullfolgen umgewandelt wird,
bei der eine Prüfeinheit (MC) derart vorhanden ist, dass die Beträge (|l|) der Pegel überprüft werden, ob sie in einer monoton absteigenden Folge vorliegen,
bei der eine Auswahleinheit (SEL) derart vorhanden ist, dass im Fall einer monoton absteigenden Folge, eine andere Entropiecodierung erfolgt als sonst und
bei der Ausgabemittel derart vorhanden sind, dass eine Monotonieinformation (m) und die durch die Entropiecodierung gebildeten Werte an einen Ausgangsbitstrom (OUT) angefügt werden.