DE3853899T2

DE3853899T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Codierung und Decodierung eines Signals.

Info

Publication number: DE3853899T2
Application number: DE3853899T
Authority: DE
Inventors: Toshihide Akiyama; Kenichi Takahashi; Nobuyasu Takeguchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-07-21
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2008-07-21
Also published as: EP0300775A3; KR920003860B1; US4953214A; EP0300775B1; EP0300775A2; KR890003140A; DE3853899D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Codierungs- und Decodierungsmethode und -vorrichtung zur Verdichtungscodierung, Übertragung und Decodierung der Information eines Bild- oder Tonsignals.
Auf dem Gebiet der Bild- oder Sprachkommunikation ist bisher eine Signalverdichtung oder eine hochwirksame Datencodierung durchgeführt worden, um die begrenzte Leitungskapazitat effizient zu nutzen. Ein praktisches Beispiel ist eine Codierungs- und Decodierungsvorrichtung zur Verwendung bei der Fernsehkonferenz oder dem Fernsehtelefon.
"A Fractal Based Approach To Image Compression" ICASSP, 86, 11A.3 ist den vorliegenden Erfindern als eine Referenz bekannt, die mit der vorliegenden Erfindung eng verwandt ist. Diese Referenz verdichtet Bilddaten unter Verwendung des Fraktalkonzepts. Das Grundkonzept besteht darin, daß ein "Zollstock" einer bestimmten festen Länge als eine Einheit benutzt wird, um ein Signal abzudecken, und sowohl ein horizontaler Abstand des kreuzungspunktes, bei dem der "Zollstock" das Signal schneidet, d.h., das Abtastintervall, als auch ein positives oder negatives Vorzeichenbit, das jeweils eine Zunahme oder Abnahme in einem Amplitudenwert anzeigt, übertragen werden, um das Signal auf der Decodierungsseite wiederherzustellen. Das praktisch ausgeführte Verfahren verwendet eine "Triggerfunktion" anstelle des "Zollstocks", wobei die Triggerfunktion mit dem Signal verglichen wird, um ein Abtastintervall zu bestimmen. Dies macht das Abtastintervall für ein Signal, das viele flache Teile enthält, breiter, so daß das Signal zu einem hohen Grad verdichtet werden kann.
Weil jedoch die "Triggerfunktion" für alle aufeinanderfolgenden Datenproben eine einmalige Funktion ist, kann das obige Verfahren einem vielwertig abgestuften Bild, das steil wechselnde Teile umfaßt, nicht folgen, was ein Problem zur Folge hat, daß das Bild an seinen Rändern verschwommen sein kann. Ein anderes Problem besteht darin, daß, weil die im Decodierungsschritt benutzten Repräsentativwerte durch diejenigen Schwellenwerte gegeben sind, die im Codierungsschritt benutzt wurden, die decodierten Werte immer kleiner als die Amplitudenwerte des Originalsignals sind und der mittlere quadratische Fehler folglich erhöht wird. Es ist anzumerken, daß die obige Referenz nur das Verfahren lehrt und keine praktische Vorrichtung vorschlägt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um Signale zu codieren und zu decodieren, die für menschliche Seh- und Gehöreigenschaften geeignet sind, und die adaptiert sind, den zur Übertragung und Speicherung eines Bild- oder Tonsignals benötigten Informationsgehalt zu reduzieren.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, liegt die vorliegende Erfindung in Verfahren und Vorrichtungen zur Codierung und Decodierung von Bildund Tonsignalen, wobei jedes der Signale der Abtastung unterliegt und eine Vielzahl von Abtastpunkten aufweist, die je durch einen quantisierten Amplitudenwert dargestellt werden.
Ein erfindungsgemäßes und in Anspruch 1 beanspruchtes Codierungsverfahren umfaßt die Schritte:
vorangehend Vorbereiten einer Quantisierungstabelle, die einen geordneten Satz von n Quantisierungsabstufungen besitzt, die je wenigstens eine durch einen Indexwert identifizierte Quantisierungsstufe aufweisen, wo n eine vorbestimmte Ganzzahl größer als 1 ist, wobei die Quantisierungsstufe durch einen Amplitudenbereich definiert wird und einen Repräsentativwert besitzt, der ein einziger vorbestimmter Amplitudenwert in dem Amplitudenbereich ist;
Übertragen eines Amplitudenwerts eines gegebenen Abtastpunkts als ein Ausgangswert
Subtrahieren des Anfangswerts von einem Amplitudenwert eines nächsten Abtastpunkts, der als ein m-ter Abtastpunkt gezählt von dem Abtastpunkt des Ausgangswerts definiert ist, um eine Differenz dazwischen zu berechnen, wo m eine Ganzzahl zwischen 1 und n ist, und Berechnen eines Vorzeichens und eines Absolutwerts des Differenzwerts;
Vergleichen des Absolutwerts des Differenzwerts mit einer oder mehr Quantisierungsstufen in der m-ten Quantisierungsabstufung in der Quantisierungstabelle, um eine übereinstimmende Quantisierungsstufe mit einem Amplitudenbereich zu finden, in dem der Absolutwert des Differenzwerts enthalten ist, und Ausgeben eines Indexwerts und eines Repräsentativwerts der übereinstimmenden Quantisierungsstufe, wenn die übereinstimmende Quantisierungsstufe in der m-ten Quantisierungsabstufung gefunden wird und, wenn keine übereinstimmende Quantisierungsstufe in der m-ten Quantisierungsabstufung gefunden wird, Zurückkehren zu dem Subtraktionsschritt nach Erhöhen des Werts von m um 1;
Übertragen des Indexwerts der übereinstimmenden Quantisierungsstufe und des Vorzeichens des Differenzwerts, und
Wiederholen der vorangehenden Unterschritte nach Festlegung einer Summe des Repräsentativwerts der übereinstimmenden Quantisierungsstufe und des Ausgangswerts als ein neuer Ausgangswert.
Das Decodierungsverfahren umfaßt die Schritte:
vorangehend Vorbereiten der gleichen Quantisierungstabelle wie sie in dem Codierungsschritt benutzt wird;
Empfangen eines übertragenen Ausgangswerts;
Empfangen eines übertragenen Indexwerts und eines übertragenen Vorzeichens und Bestimmen einer Abtastpunktnummer m und eines Repräsentativwerts entsprechend dem übertragenen Indexwert unter Verwendung der Quantisierungstabelle;
Interpolieren eines Amplitudenwerts von jedem von m-1 Abtastpunkten zwischen einem Ausgangsabtastpunkt des Ausgangswerts und einem m-ten Abtastpunkt gezählt von dem Ausgangsabtastpunkt unter Verwendung des Ausgangswerts und des Repräsentativwerts und des Vorzeichens des m-ten Abtastpunkts, und
Wiederholen der vorangehenden Unterschritte nach Festlegung der Summe des Ausgangswerts und des Repräsentativwerts des m-ten Abtastpunkts als ein neuer Ausgangswert.
Das vorangehende Verfahren erlaubt es, die Abtastung in dem steil wechselnden Teil fein, aber in dem mäßig wechselnden Teil grob durchzuführen, so daß Bild- und Tonsignale in besserer Eignung für menschliche Seh- und Gehöreigenschaften mit hoher Effizienz codiert werden können.
Weitere erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen werden in den unabhängigen Ansprüchen 4 - 7 beansprucht.
Ausführungen der Erfindung werden nun in Form von Beispielen und mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Inhalt der Zeichnungen:
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführung einer Codierungsvorrichtung, die Signale gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung codiert.
Fig. 2 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild von Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Beispiel einer Quantisierungstabelle.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Ausführung einer Decodierungsvorrichtung, die die codierten Daten gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung decodiert.
Fig. 5 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild von Fig. 4.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer anderen Ausführung einer Codierungsvorrichtung, die Signale gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung codiert.
Fig. 7 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild von Fig. 6.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Codierungsvorrichtung. Die Codierungsvorrichtung von Fig. 1 umfaßt einen Eingangsanschluß 11, eine Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12, eine Subtraktionsschaltung 13, eine Absolutwertschaltung 14, eine Quantisierungstabelle 15, eine Vergleichsschaltung 16, einen Sender 17 und einen Ausgangsanschluß 18. An den Eingangsanschluß 11 wird nach Abtastung und Quantisierung eine Folge von Bild- oder Tondaten angelegt. Zuerst wird ein Ausgangswert Si in der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12 gehalten. Der Ausgangswert Si wird auch an den Sender 17 angelegt. Die nachfolgenden Daten Si+i und der Ausgang Si der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12 werden einer Subtraktionsschaltung 13 zugeführt, wo sowohl ΔS1 = Si+i - Si als auch das Vorzeichen F1 = Sign(ΔS1) berechnet werden. Der Ausgang ΔS1 der Subtraktionsschaltung 13 wird dann der Absolutwertschaltung 14 zugeführt, während F1 darin gehalten wird, bis ein Zeichen von der Vergleichsschaltung 16 empfangen wird. Die Absolutwertschaltung 14 berechnet einen Absolutwert ΔS1 von ΔS1 und sendet ihn an die Vergleichsschaltung 16. Die Quantisierungstabelle 15 ist eine Tabelle mit einen geordneten Satz von n Quantisierungsabstufungen (wo n eine positive Ganzzahl ist). Jede Quantisierungsabstufung besitzt wenigstens eine Quantisierungsstufe, und jede Quantisierungsstufe besitzt einen einzigen Repräsentativwert Rk. Die Quantisierungsstufen sind durch jeweilige Schwellenwerte voneinander getrennt. Die Quantisierungstabelle 15 gibt den Schwellenwert der ersten Quantisierungsabstufung aus und sendet ihn an die Vergleichsschaltung 16. Die Vergleichsschaltung 16 vergleicht den Schwellenwert der ersten Quantisierungsabstufung mit dem Absolutwert ΔS1 , um zu prüfen, zu welcher Quantisierungsstufe der Absolutwert ΔS1 gehört. Wenn ΔS1 innerhalb des Schwellenwerts irgendeiner Quantisierungsstufe gefunden wird, bedeutet dies die Anwesenheit einer übereinstimmenden Quantisierungsstufe. In diesem Fall liefert die Vergleichsschaltung 16 den Index der Quantisierungsstufe und das von der Subtraktionsschaltung 13 gelieferte Vorzeichen F1 an den Sender 17. Die Vergleichsschaltung 16 setzt auch die Quantisierungstabelle 15 zurück. Ferner sendet die Vergleichsschaltung 16 den Repräsentativwert Rk des ausgewählten Indexes an die Ausgangswert-Aktual isierungsschaltung 12. Die Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12 hält die Summe des ursprünglich darin gehaltenen Ausgangswerts Si und des Repräsentativwerts Rk als einen neuen Ausgangswert. Der obige Vorgang wird durchgeführt, wenn die übereinstimmende Quantisierungsstufe vorhanden ist.
Wenn der Absolutwert ΔS1 kleiner als der Mindestschwellenwert der ersten Quantisierungsabstufung ist, bedeutet dies die Abwesenheit einer übereinstimmenden Quantisierungsstufe. In diesem Fall werden die nachfolgenden Daten Si+2 der Subtraktionsschaltung 13 zugeführt, wo ΔS2 = Si+2 - Si berechnet wird. ΔS2 wird in der gleichen Weise wie ΔS1 verarbeitet. Das heißt, die Quantisierungstabelle 15 gibt den Schwellenwert der zweiten Quantisierungsabstufung aus, der dann in der Vergleichsschaltung 16 mit ΔS2 verglichen wird. Wenn eine übereinstimmende Quantisierungsstufe gefunden wird, liefert die Vergleichsschaltung 16 sowohl den Index dieser Quantisierungsstufe als auch das von der Subtraktionsschaltung 13 gelieferte Vorzeichen. Wenn nicht, wird der nachfolgende Abtastpunkt Si+3 der Subtraktionsschaltung 13 zugeführt, wo ΔS3 = Si+3 - S1 berechnet wird. Danach wird der gleiche Vorgang bis zur Berechnung von höchstens ΔSn = Si+n - Si wiederholt werden. Der Sender 17 gibt eine Folge von Indizes und Vorzeichen am Ausgangsanschluß 18 aus.
Fig. 2 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild von Fig. 1. Die Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12 umfaßt einen Selektor 21, ein Register 22 und einen Volladdierer 23. Der Selektor 21 führt eine Schaltfunktion aus, um entweder den ersten Ausgangswert oder den aktualisierten Ausgangswert auszuwählen. Der Ausgangswert bedeutet z.B. einen Amplitudenwert eines ersten Pixels auf einer horizontalen Abtastzeile in bezug auf Bild. Das Register 22 hält den vom Selektor 21 ausgewählten Ausgangswert. Der Volladdierer 23 addiert den im Register 22 gehaltenen momentanen Ausgangswert und den Repräsentativwert Rk des von der Vergleichsschaltung 16 ausgewählten Indexes und gibt dann die Summe davon aus.
Die Subtraktionsschaltung 13 umfaßt einen Zweierkomplementierer 24 und einen Volladdierer 25. Der Zweierkomplementierer 24 bestimmt den Subtraktivwert der daran angelegten Daten, um die Subtraktion in dem Volladdierer 25 durchzuführen. Der Volladdierer 25 addiert den im Register 22 gehaltenen Ausgangswert und den Ausgang des Zweierkomplementierers 24, um dadurch die sich ergebende Differenz ΔS1 zu erhalten. Gleichzeitig wird auch das positive oder negative Vorzeichen F1 erhalten. Die Absolutwertschaltung 14 bestimmt ΔS1 .
Die Quantisierungstabelle 15 umfaßt ein Schwellwert-ROM (Festspeicher) 27, das Schwellenwerte speichert, und einen Zähler 28. Der Zähler 28 wird durch die Vergleichsschaltung 16 bei der Aktualisierung des Ausgangswerts zurückgesetzt und wird dann durch daran angelegte Abtasttakte hochgezählt. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Index, der Abtastnummer, dem Bereich der Schwellenwerte und dem Repräsentativwert, wo n = 5. Das ROM 27 ist bestimmt, den Ausgang des Zählers 28, d.h., die Abtastnummer, als einen Adresseneingang zu empfangen und den niedrigsten Wert jedes Bereichs der Schwellenwerte antwortend auszugeben. Angenommen, daß z.B. die Abtastung S1 eingegeben wird, so gibt der Zähler 28 1 als die Abtastnummer aus und liefert sie dem ROM 27 als eine Adresse zum Zugreifen. Das ROM 27 gibt drei Werte aus, d.h., 16, 27 und 42, wie Fig. 3 zeigt, und liefert den Wert 16 einem Vergleicher 29, den Wert 27 einem Vergleicher 30 und den Wert 42 einem Vergleicher 31, wobei die Vergleicher 29 - 31 Bestandteile der Vergleichsschaltung 16 sind. Der Ausgang der Absolutwertschaltung 14 wird jedem der Vergleicher 29, 30 und 31 zugeführt, und die resultierenden Ausgangswerte werden zum Auswählen einer übereinstimmenden Quantisierungsstufe verwendet. Das heißt, wenn der Ausgang der Absolutwertschaltung 14 gleich oder größer als der Ausgang des ROM 27 ist, geben ein oder mehr der entsprechenden Vergleicher 29, 30 und 31 einen logischen "Wahr"-Ausgang aus. Wenn die Absolutwertschaltung 14 16-26 ausgibt, gibt nur der Vergleicher 29 einen "Wahr"-Ausgang aus. Wenn die Absolutwertschaltung 14 27-41 ausgibt, geben die Vergleicher 29 und 30 je einen "Wahr"-Ausgang aus. Wenn die Absolutwertschaltung 14 42 oder mehr ausgibt, geben alle Vergleicher 29, 30 und 31 Wahr-Ausgänge aus. Angenommen, daß der Ausgang der Absolutwertschaltung 14 z.B. 20 ist, gibt nur der Vergleicher 29 einen "Wahr"-Ausgang aus, während die übrigen Verglelcher "Unwahr"-Ausgänge ausgeben.
Ein ROM 32 ist bestimmt, einen Index, einen Repräsentativwert und ein Rückstellsignal für den Zähler 28 auszugeben, indem die Wahr/Unwahr- Ausgänge der Vergleicher 29, 30 und 31 und der Zählwert des Zählers 28 als jeweilige Adresseneingänge benutzt werden. Da im Fall des vorangehenden Beispiels der Zähler 28 den Ausgang 1 ausgibt und der Bereich der Schwellenwerte 16-26 ist, d.h., der Vergleicher 29 einen "Wahr"- ausgang ausgibt und die Vergleicher 30 und 31 "Unwahr"-Ausgänge ausgeben, liefert das ROM 32 den Index 1 und den Repräsentativwert 21, wie in Fig. 3 gezeigt. Das ROM 32 gibt ein Rückstellsignal aus und führt es dem Zähler 28 zu, wenn wenigstens einer der Vergleicher 29, 30 und 31 einen "Wahr"-Ausgang ausgibt. In dem obigen Fall wird daher der Zähler 28 zurückgestellt. Angenommen, daß der Ausgang der Absolutwertschaltung 14 in dem obigen Beispiel 15 oder weniger ist, geben alle Vergleicher 29, 30 und 31 "Unwahr"-Ausgänge aus. In diesem Fall existiert für die erste Abtastung keine übereinstimmende Quantisierungsstufe, also geht der Vorgang zum Vergleichen der nachfolgenden Abtastung über. Die Anfangswert-Aktualisierungsschaltung 12, die Subtraktlonsschaltung 13 und die Absolutwertschaltung 14 arbeiten somit in der gleichen Weise wie oben, und die Absolutwertschaltung 14 gibt ΔS1 aus, der Zähler 28 wird hochgezählt und gibt den Ausgang 2 aus. Folglich gibt nun in dem Beispiel der Verwendung der Tabelle von Fig. 3 das ROM 27 8 und 17 an die Vergleicher 29 bzw. 30 aus. Danach wird der gleiche Vorgang wiederholt, um eine übereinstimmende Quantisierungsstufe für jede der aufeinanderfolgenden Abtastnummern zu finden. Wenn nicht gefunden, geht der Vorgang zur Verarbeitung der nachfolgenden Abtastung weiter.
Wenn der Vorgang gemäß der Belspieltabelle von Fig. 3 schließlich die Abtastnummer 5 erreicht, gibt das ROM 32 den Index 7 und den Repräsentativwert 0 ungeachtet des Ausgangswerts der Absolutwertschaltung 14 aus. Der Index im Ausgang des ROM 32 wird einem Register 33, das den Sender 17 bildet, zugeführt und dann vom Ausgangsanschluß 18 zusammen mit dem von dem Volladdierer 25 gelieferten Vorzeichen abgegeben. Der Repräsentativwert im Ausgang des ROM 32 wird dem Volladdierer 23 zugeführt.
Während die vorliegende Erfindung mit Verweis auf die in Fig. 3 gezeigte Quantisierungstabelle als Beispiel beschrieben worden ist, ist die Quantisierungstabelle nicht auf die gezeigte Tabelle beschränkt. Die Zahl der Indizes, die Größe der Abtastnummern, die Bereiche der Schwellenwerte und die Repräsentativwerte können daher optionale Werte aufweisen, solange sie einander nicht widersprechend sein werden. Die Zahl der in die Vergleichsschaltung 16 einzubeziehenden Vergleicher hängt daher von der Anordnung jeder Quantisierungstabelle ab.
Bei der oben erwähnten Funktion wird der Teil des Signals, dessen Amplitude sich steil ändert, bei der ersten Abtastung quantisiert, aber die Abtastnummer geht in der Folge von 2, 3, 4 und 5 weiter, sowie sich das Signal mäßiger ändert Als Folge wird das ursprüngliche Abtastintervall erweitert, und die Menge der Daten wird folglich reduziert. Allgemein gesagt, weil das natürliche Bild- oder Tonsignal als Ganzes viele mäßig wechselnde Teile aufweist, macht es das vorliegende Verfahren möglich, die Verdichtungsrate zu erhöhen.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Decodierungsvorrichtung. Die Decodierungsvorrichtung von Fig. 4 umfaßt einen Eingangsanschluß 41, einen Empfänger 42, eine Quantisierungstabelle 43, eine Interpolationsschaltung 44, eine arithmetische Schaltung 45, eine Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 46 und einen Ausgangsanschluß 47. In den Eingangsanschluß 41 wird eine Folge von codierten Daten eingegeben und dann dem Empfänger 42 zugeführt. Der Empfänger 42 trennt den Ausgangswert Si von dem Index k und dem Vorzeichen F. Der Ausgangswert wird der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 46 zugeführt, und der Index und das Vorzeichen werden der Quantisierungstabelle 43 zugeführt. Die Quantisierungstabelle 43 ist gleich der in der Codierungsvorrichtung benutzten Quantisierungstabelle und gibt die Abtastnummer und den Repräsentativwert bei Empfang des daran angelegten Indexes aus. Der Repräsentativwert wird mit dem positiven oder negativen Vorzeichen versehen und dann der Interpolationsschaltung 44 zugeführt. Die Interpolationsschaltung 44 berechnet einen oder mehr Interpolationswerte aus der Abtastnummer und dem Repräsentativwert. Der Fall der Abtastnummer 1 benötigt keine Interpolation, aber der Fall der Abtastnummer 2 oder mehr benötigt eine Interpolation. Die interpolierten Daten sind in der Form von Reihen von Differenzwerten und werden der Arithmetikschaltung 45 zugeführt. In der Arithmetikschaltung 45 werden der in der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 46 gehaltene Ausgangswert und die Reihe von Differenzwerten sequentiell addiert, um eine Reihe decodierter Signale zu ergeben, die dann vom Ausgangsanschluß 47 abgegeben werden. Der letzte Wert in der Datenreihe von der Arithmetikschaltung 45 wird der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 46 zur Aktualisierung des vorangehenden Ausgangswerts zugeführt.
Fig. 5 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild von Fig. 4. Der Empfänger 42 umfaßt ein Register 51. Das Register 51 trennt den Ausgangswert aus der von der Codierungsvorrichtung codierten Datenfolge ab und führt ihn der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 46 zu, während es den Index und das Vorzeichen der Quantisierungstabelle 43 zuführt.
Die Quantisierungstabelle 43 umfaßt ein ROM 52. Das ROM 52 gibt die Abtastnummer und den Repräsentativwert unter Verwendung des Indexes und des Vorzeichens als Adresseneingänge aus. Wenn die Codierungsvorrichtung die in Fig. 3 gezeigte Quantisierungstabelle verwendet, muß auch die Decodierungsvorrichtung die in Fig. 3 gezeigte Quantisierungstabelle verwenden. Der vom ROM 52 ausgegebene Repräsentativwert ist durch den in Fig. 3 gezeigten Repräsentativwert gegeben, dem das positive oder negative Vorzeichen hinzugefügt wird.
Die Interpolationsschaltung 44 umfaßt einen Abwärtszähler 53 und ein ROM 54. Die vom ROM 52 ausgegebene Abtastnummer wird in den Abwärtszähler 53 geladen. Der vom ROM 52 gelieferte Repräsentativwert und der Ausgang des Abwärtszählers 53 werden einem ROM 54 als Adressen zum Zugreifen zugeführt. Das ROM 54 gibt antwortend den Interpolationswert aus, der vorangehend berechnet und darin gespeichert wird.
Die Arithmetikschaltung 45 umfaßt einen Volladdierer 55. Der Volladdierer 55 addiert den Ausgang des ROM 54 und den in einem Register 57 der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 46 gespeicherten Ausgangswert und gibt dann die resultierende Summe an den Ausgangsanschluß 47 ab. Ein Selektor 56 der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 46 führt eine Schaltfunktion aus, um entweder den vom Register 51 gelieferten Ausgangswert oder den letzten Ausgabewert des Volladdierers 55 auszuwählen. Nur bei Ermittlung des Ausgangswerts durch das Register 51 wird der Selektor 56 auf die Seite des Registers 51 geschaltet. Der Ausgang des Selektors 56 wird dem Register 57 zugeführt. Der neue Ausgangswert wird in dem Register 57 gespeichert, und zur gleichen Zeit liefert das Register 51 dem ROM 52 den nachfolgenden Index und das Vorzeichen zur Wiederholung des obigen Vorgangs.
Während in der vorangehenden Ausführung sowohl der Index als auch das Vorzeichen als Eingangsadressen für das die Quantisierungstabelle speichernde ROM benutzt wurden, kann es konfiguriert werden, daß nur der Index als eine Eingangsadresse für das ROM verwandt wird und das Vorzeichen dem Ausgang des ROM direkt zugesetzt wird, um den Repräsentativwert mit dem positiven oder negativen Vorzeichen zu versehen. Während ferner die Interpolationsschaltung durch den Abwärtszähler und das ROM gebildet wurde, ist sie nicht auf eine solche Anordnung beschränkt und kann z.B. einen Aufwärtszähler und ein ROM umfassen.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer anderen Ausführung einer erfindungsgemäßen Codierungsvorrichtung. Die Codierungsvorrichtung von Fig. 6 umfaßt einen Eingangsanschluß 11, eine Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12, eine Subtraktionsschaltung 13, eine Absolutwertschaltung 14, drei Quantisierungstabellen 61, 62 und 63, eine Vergleichsschaltung 16, einen Sender 66, einen Schalterkreis 64, eine Überwachungsschaltung 65 und einen Ausgangsanschluß 18. An den Eingangsanschluß 11 wird nach Abtastung und Quantisierung eine Folge von Bild- oder Tondaten angelegt. Zuerst wird ein Ausgangswert Si in der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12 gehalten. Der Ausgangswert Si wird auch dem Sender 66 zugeführt. Die nachfolgenden Daten Si+i und der Ausgang Si der Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12 werden einer Subtraktionsschaltung 13 zugeführt, wo sowohl ΔS1 = Si+i - Si als auch das Vorzeichen F1 = Sign(ΔS1) berechnet werden. Dann wird der Ausgang ΔS1 der Subtraktionsschaltung 13 der Absolutwertschaltung 14 zugeführt, und F1 wird dem Sender 66 zugeführt. Die Absolutwertschaltung 14 berechnet einen Absolutwert ΔS1 von ΔS1 und sendet ihn der Vergleichsschaltung 16. Andererseits geben die Quantisierungstabellen 61, 62 und 63 die jeweiligen Schwellenwerte der ersten Quantisierungsabstufungen aus und führen sie dem Schalterkreis 64 zu. Der Schalterkreis 64 wählt abhängig vom Ausgang der Überwachungsschaltung 65 einen geeigneten Eingang und gibt ihn aus. Die Vergleichsschaltung 16 vergleicht den Schwellenwert der ausgewählten Quantisierungstabelle mit dem Absolutwert ΔS1 , um zu prüfen, zu welcher Quantisierungsstufe der Absolutwert ΔS1 gehört. Wenn eine übereinstimmende Quantisierungsstufe gefunden wird, liefert die Vergleichsschaltung 16 dem Sender 66 den Index der Quantisierungsstufe. Gleichzeitig führt die Vergleichsschaltung 13 dem Sender 66 das Vorzeichen F1 zu. Ferner wird der Repräsentativwert Rk des ausgewählten Indexes der Ausgangswert- Aktualisierungsschaltung 12 zugeführt. Die Ausgangswert-Aktualisierungsschaltung 12 aktualisiert die Summe des ursprünglich darin gehaltenen Ausgangswerts Si und des Repräsentativwerts Rk als einen neuen Ausgangswert.
Wenn der Absolutwert ΔS1 kleiner als der Mindestschwellenwert der Quantisierungsabstufung für die erste Abtastung ist, kann keine übereinstimmende Quantisierungsstufe gefunden werden. Die nachfolgenden Daten Si+2 werden daher der Subtraktionsschaltung 13 zugeführt, wo ΔS2 = Si+2 - Si berechnet wird. ΔS2 wird in einer ähnlichen Weise wie ΔS1 durch die oben erwähnten Schritte verarbeitet. Der Sender 66 liefert der Überwachungsschaltung 65 jeweilige Werte der Eingangsrate und der Ausgangsrate. Die Überwachungsschaltung 65 berechnet den integrierten Wert der Differenzen zwischen der Eingangsrate und der Ausgangsrate und wandelt ihn in ein Schaltsignal um, das dem Schalterkreis 64 zugeführt wird.
Diese Ausführung besitzt eine Funktion, die die Datenausgangsrate der Codierungsvorrichtung konstant hält. Die Quantisierungsabstufungen der Quantisierungstabellen 61, 62 und 63 sind so eingerichtet, daß, wenn diese drei Quantisierungstabellen für das gleiche Eingangssignal benutzt werden, die erste Quantisierungstabelle 61 die größte Menge von decodierten Daten erzeugt, die dritte Quantisierungstabelle 63 die geringste Menge decodierter Daten erzeugt, und die zweite Quantisierungstabelle 62 eine Zwischenmenge von decodierten Daten erzeugt. Wenn infolge des komplizierten Eingangssignals die Eingangsdatenrate höher als die Ausgangsdatenrate ist, wird die Übertragung bald zum Zusammenbruch gebracht werden. Um einen solchen Zusammenbruch zu vermeiden, integriert die Überwachungsschaltung 65 fortlaufend die Differenz zwischen der Eingangsrate und der Ausgangsrate und wandelt den integrierten Wert in ein Schaltsignal um. Es wird angenommen, daß die erste Quantisierungstabelle 61 von dem Schalterkreis 64 bei der ersten Stufe ausgewählt wird. Wenn in dieser Stufe die Eingangsrate die Ausgangsrate übersteigt, gibt der Schalterkreis 64 ein Selektionssignal aus, durch das die zweite Quantisierungstabelle 62 gewählt wird. Wenn die Eingangsrate noch immer die Ausgangsrate übersteigt, wird ein weiteres Selektionssignal ausgegeben, um die dritte Quantisierungstabelle 63 zu wählen. Im Gegensatzt dazu wird, wenn die Eingangsrate unter der Ausgangsrate liegt, der Schalterkreis 64 gesteuert, um nacheinander die dritte Quantisierungstabelle 63, die zweite Quantisierungstabelle 62 und die erste Quantisierungstabelle 61 in dieser Reihenfolge auszuwählen. Dies verhindert, daß die Codierungsvorrichtung zusammenbricht, indem die Ausgangsrate konstant gehalten wird.
Fig. 7 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild der Quantisierungstabellen 61, 62 und 63, des Schalterkreises 64, der Überwachungsschaltung 65 und des Senders 66 von Fig. 6. Die erste Quantisierungstatabelle 61 umfaßt ein ROM 71 und einen Zähler 72. Die zweite Quantisierungstatabelle 62 umfaßt ein ROM 73, und die dritte Quantisierungstatabelle 63 umfaßt ein ROM 74. Der Zähler 72 wird durch Signalabtasttakte hochgezählt und durch die Vergleichsschaltung 16 zurückgesetzt, wenn sie eine übereinstimmende Quantisierungsstufe ermittelt. Die ROMs 71, 73 und 74 werden kraft des Zählers 72 synchron betrieben. Der Schalterkreis 64 führt eine Schaltfunktion aus, um irgendeinen der Schwellenwertausgänge der ROMS 71, 73 und 74 auszuwählen, und führt den ausgewählten dann der Vergleichsschaltung 16 zu.
Der Sender 66 umfaßt ein RAM (Direktzugriffsspeicher) 75, eine Arbitrationsschaltung 76, einen Schreibadressenzähler 77 und einen Leseadressenzähler 78. Die Eingangsdaten, z.B. der Index, werden in das RAM 75 geschrieben. Zu dieser Zeit werden von dem Schreibadressenzähler 77 Schreibadressen erzeugt und über die Arbitrationsschaltung 76 an das RAM 75 angelegt. Unterdessen werden von dem Leseadressenzähler 78 Leseadressen erzeugt und über die Arbitrationsschaltung 76 an das RAM 75 angelegt. Da der Sender 66 auf eine konstante Ausgangsrate eingestellt ist, übermittelt die Arbitrationsschaltung 76 die Leseadressen mit höherer Priorität, während die Schreibadressen in einer Warteschlange gehalten werden.
Die Überwachungsschaltung 65 umfaßt einen Subtrahierer 79, einen Akkumulator 80 und einen konverter 81. Der Subtrahierer 79 subtrahiert den Zählwert des Leseadressenzählers 78 vom Zählwert des Schreibadressenzählers 77 und führt dem Akkumulator 80 die sich ergebende Differenz zu. Der Akkumulator 80 akkumuliert die Differenzen in bezug auf einen vorbestimmten Wert. Die erhöhte Eingangsrate rückt die Schreibadresse vor, was den Ausgangswert des Subtrahierers 79 vermindert, so daß der Ausgangswert des Akkumulators 80 klein wird. Der konverter 81 erzeugt Schaltsignale, durch die der Schalterkreis 64 das ROM 74 auswählt, wenn der Akkumulator 80 einen kleinen Wert aufweist, er das ROM 73 auswählt, wenn der Akkumulator 80 einen Wert aufweist, der einen ersten vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, und er das ROM 71 auswählt, wenn der Akkumulator 80 einen Wert aufweist, der einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Dadurch wird eine Steuerung in Wirkung gesetzt, die die Menge der Index- und Vorzeichendaten reduziert, die erzeugt wird, wenn der Dateneingang in das RAM 75 erhöht wird, aber die Menge der Index- und Vorzeichendaten erhöht, die erzeugt wird, wenn der Dateneingang in das RAM 75 vermindert wird.
Die Überwachungsschaltung und der Sender bei dieser Ausführung sind nicht auf die dargestellten konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel kann das RAM 75 im Sender 66 einen FIFO- (First-in-first-out) Speicher umfassen.

Claims

1. Verfahren zur Codierung eines Bild- und/oder Tonsignals, das durch quantisierte Amplitudenwerte bei einer Vielzahl von Abtastpunkten dagestellt wird, und Decodierung des codierten Signals, worin die Codierung die Schritte umfaßt:

vorangehend Vorbereiten einer Quantisierungstabelle (Fig. 3), die einen geordneten Satz von n Quantisierungsabstufungen besitzt, die je wenigstens eine durch einen Indexwert identifizierte Quantisierungsstufe aufweisen, wo n eine vorbestimmte Ganzzahl größer als 1 ist, wobei die Quantisierungsstufe durch einen Amplitudenbereich definiert wird und einen Repräsentativwert besitzt, der ein einziger vorbestimmter Amplitudenwert in dem Amplitudenbereich ist;

Übertragen eines Amplitudenwerts eines gegebenen Abtastpunkts als ein Ausgangswert;

Subtrahieren des Anfangswerts von einem Amplitudenwert eines nächsten Abtastpunkts, der als ein m-ter Abtastpunkt gezählt von dem Abtastpunkt des Ausgangswerts definiert ist, um eine Differenz dazwischen zu berechnen, wo m eine Ganzzahl zwischen 1 und n ist, und Berechnen eines Vorzeichens und eines Absolutwerts des Differenzwerts;

Vergleichen des Absolutwerts des Differenzwerts mit einer oder mehr Quantisierungsstufen in der m-ten Quantisierungsabstufung in der Quantisierungstabelle, um eine übereinstimmende Quantisierungsstufe mit einem Amplitudenbereich zu finden, in dem der Absolutwert des Differenzwerts enthalten ist, und Ausgeben eines Indexwerts und eines Repräsentativwerts der übereinstimmenden Quantisierungsstufe, wenn die übereinstimmende Quantisierungsstufe in der m-ten Quantisierungsabstufung gefunden wird und, wenn keine übereinstimmende Quantisierungsstufe in der m-ten Quantisierungsabstufung gefunden wird, Zurückkehren zu dem Subtraktionsschritt nach Erhöhen des Werts von m um 1;

Übertragen des Indexwerts der übereinstimmenden Quantisierungsstufe und des Vorzeichens des Differenzwerts, und

Wiederholen der vorangehenden Unterschritte nach Festlegung einer Summe des Repräsentativwerts der übereinstimmenden Quantisierungsstufe und des Ausgangswerts als ein neuer Ausgangswert, und worin die Decodierung die Schritte umfaßt:

vorangehend Vorbereiten der gleichen Quantisierungstabelle wie sie in dem Codierungsschritt benutzt wird;

Empfangen eines übertragenen Ausgangswerts;

Empfangen eines übertragenen Indexwerts und eines übertragenen Vorzeichens und Bestimmen einer Abtastpunktnummer m und eines Repräsentativwerts entsprechend dem übertragenen Indexwert unter Verwendung der Quantisierungstabelle;

Interpolieren eines Amplitudenwerts von jedem von m-1 Abtastpunkten zwischen einem Ausgangsabtastpunkt des Ausgangswerts und einem m-ten Abtastpunkt gezählt von dem Ausgangsabtastpunkt unter Verwendung des Ausgangswerts und des Repräsentativwerts und des Vorzeichens des m-ten Abtastpunkts, und

Wiederholen der vorangehenden Unterschritte nach Festlegung der Summe des Ausgangswerts und des Repräsentativwerts des mten Abtastpunkts als ein neuer Ausgangswert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die n-te Quantisierungsabstufung in der Quantisierungstabelle eine einzige Quantisierungsstufe aufweist, deren Repräsentativwert null ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dein die Interpolatlon ausgeführt wird, indem jeweilige interpolierte Amplitudenwerte vorangehend berechnet und die berechneten Werte in der Form einer Tabelle gehalten werden.

4. Verfahren zur Codierung eines Bild- und/oder Tonsignals, das durch quantisierte Amplitudenwerte bei einer Vielzahl von Abtastpunkten dargestellt wird, umfassend die Schrite:

vorangehend Vorbereiten einer Quantisierungstabelle, die einen geordneten Satz von n Quantisierungsabstufungen besitzt, die je wenigstens eine durch einen Indexwert identifizierte Quantisierungsstufe aufweisen, wo n eine vorbestimmte Ganzzahl größer als 1 ist, wobei die Quantisierungsstufe durch einen Amplitudenbereich definiert wird und einen Repräsentativwert besitzt, der ein einziger vorbestimmter Amplitudenwert in dem Amplitudenbereich ist;

Vergleichen des Absolutwerts des Differenzwerts mit einer oder mehr Quantisierungsstufen in einer m-ten Quantisierungsabstufung in der Quantisierungstabelle, um eine übereinstimmende Quantisierungsstufe mit einem Amplitudenbereich zu finden, in dem der Absolutwert des Differenzwerts enthalten ist, und Ausgeben eines Indexwerts und eines Repräsentativwerts der übereinstimmenden Quantisierungsstufe, wenn die übereinstimmende Quantisierungsstufe in der m-ten Quantisierungsabstufung gefunden wird und, wenn keine übereinstimmende Quantisierungsstufe in der m-ten Quantisierungsabstufung gefunden wird, Zurückkehren zu dem Subtraktionsschritt nach Erhöhen des Werts von m um 1;

Wiederholen der vorangehenden Schritte nach Festlegung einer Summe des Repräsentativwerts der übereinstimmenden Quantisierungsstufe und des Ausgangswerts als ein neuer Ausgangswert.

5. Vorrichtung zur Codierung eines Bild- und/oder Tonsignals, das durch quantisierte Amplitudenwerte bei einer Vielzahl von Abtastpunkten dargestellt wird, umfassend:

eine Quantisierungstabelle (15), die einen geordneten Satz von n Quantisierungsabstufungen besitzt, die je wenigstens eine durch einen Indexwert k identifizierte Quantisierungsstufe aufweisen, wo n eine vorbestimmte Ganzzahl größer als 1 ist, wobei die Quantisierungsstufe durch einen Amplitudenbereich definiert wird und einen Repräsentativwert Rk besitzt, der ein einziger vorbestimmter Amplitudenwert in dem Amplitudenbereich ist;

eine Einrichtung (13), die einen Differenzwert ΔSm = Si+m - Si zwischen einem Ausgangswert Si, der ein Amplitudenwert bei einem Ausgangsabtastpunkt i ist, und einem Amplitudenwert Si+m bei einem nachfolgenden Abtastpunkt m berechnet, wo m = 1,2,3, ...,n;

eine Einrichtung (14), die einen Absolutwert ΔSm und ein Vorzeichen Fm des Differenzwerts ΔSm berechnet;

eine Einrichtung (16), die den Absolutwert ΔSm des Differenzwerts mit einer oder mehr Quantisierungsstufen in einer m-ten Quantisierungsabstufung des geordneten Satzes von n Quantisierungsabstufungen in der Quantisierungstabelle (15) vergleicht, um eine übereinstimmende Quantisierungsstufe mit einem Amplitudenbereich zu finden, in dem der Absclutwert des Differenzwerts enthalten ist, und einen Indexwert k und einen Repräsentativwert Rk der übereinstimmenden Quantisierungsstufe ausgibt, wenn die übereinstimmende Quantisierungsstufe in der m-ten Quantisierungsabstufung gefunden wird;

eine Einrichtung (12), die auf den Ausgang der Vergleichseinrichtung anspricht und den Ausgangsabtastpunkt i um m vorrückt und den Ausgangswert Si durch einen neuen Ausgangswert Si(i=i+1) = Si + Rk ersetzt, und

eine Einrichtung (17), die den Ausgangswert Si, den Indexwert k der übereinstimmenden Quantisierungsstufe und das Vorzeichen Fm des Differenzwerts ΔSm überträgt.

6. Vorrichtung zur Decodierung eines von der Codierungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 übertragenen codierten Bild- und/oder Tonsignals, umfassend:

eine Einrichtung (42), die einen Ausgangswert Si, einen Indexwert k und ein Vorzeichen Fm, die von der Codierungsvorrichtung übertragen werden, empfängt und trennt;

eine Quantisierungstabelle (43), die die gleiche wie die in der Codierungsvorrichtung benutzte Quantisierungstabelle ist und einen Repräsentativwert Rk entsprechend dem Indexwert k ausgibt;

eine Einrichtung (55), die den Ausgangswert Si zu einem Produkt des von der Quantisierungstabelle ausgegebenen Repräsentativwerts Rk und des Vorzeichens Frn addiert, um einen Wert Si + Rk Fm zu erhalten;

eine Einrichtung (44), die Amplituden von m-1 Abtastungen zwischen einem Ausgangsabtastpunkt i des Ausgangswerts Si und einem (i+m)-ten Abtastpunkt unter Verwendung des Ausgangswerts Si interpoliert, und

eine Einrichtung (46), die den Ausgangswert Si durch den Ausgabewert Si + Rk Fm der Additionseinrichtung als einen neuen Ausgangswert ersetzt.

7. Vorrichtung zur Codierung eines Bild- und/oder Tonsignals, das durch quantisierte Amplitudenwerte bei einer Vielzahl von Abtastpunkten dargestellt wird, umfassend:

eine Mehrzahl von Quantisierungstabellen (61 - 63), von denen jede einen geordneten Satz von Quantisierungsabstufungen besitzt, die je wenigstens eine durch einen Indexwert k identifizierte Quantisierungsstufe aufweisen, wobei die Quantisierungsstufe durch einen Amplitudenbereich definiert wird und einen Repräsentativwert Rk besitzt, der ein einziger vorbestimmter Amplitudenwert in dem Amplitudenbereich ist, wobei jede der Mehrzahl von Quantisierungstabellen einen Satz von Quantisierungsabstufungen besitzt, der sich von dem der anderen unterscheidet;

eine Einrichtung (64), die eine der Mehrzahl von Quantisierungstabellen auswählt;

eine Einrichtung (13), die einen Differenzwert ΔSm = Si+m - Si zwischen einem Ausgangswert Si, der ein Amplitudenwert bei einem Ausgangsabtastpunkt i ist, und einem Amplitudenwert Si+m bei einem nachfolgenden Abtastpunkt m berechnet, wo m = 1,2,3, ...;

eine Einrichtung (16), die den Absolutwert ΔSm des Differenzwerts mit einer oder mehr Quantisierungsstufen in einer m-ten Quantisierungsabstufung des geordneten Satzes von Quantisierungsabstufungen in der ausgewählten Quantisierungstabelle vergleicht, um eine übereinstimmende Quantisierungsstufe mit einem Amplitudenbereich zu finden, in dem der Absolutwert des Differenzwerts enthalten ist, und einen Indexwert k und einen Repräsentativwert Rk der übereinstimmenden Quantisierungsstufe ausgibt, wenn die übereinstimmende Quantisierungsstufe in der m-ten Quantisierungsabstufung gefunden wird; eine Einrichtung (12), die auf den Ausgang der Vergleichseinrichtung anspricht und den Ausgangsabtastpunkt i um m vorrückt und den Ausgangswert Si durch einen neuen Ausgangswert Si(i=i+m) = Si + Rk ersetzt;

eine Einrichtung (66), die den Ausgangswert Si, den Indexwert k der übereinstimmenden Quantisierungsstufe und das Vorzeichen Fm des Differenzwerts ΔSm mit einer konstanten Datenrate überträgt, und

eine Einrichtung (65), die eine Eingangsdatenrate und eine Ausgangsdatenrate der Übertragungseinrichtung überwacht und die Auswähleinrichtung auf der Basis einer Differenz zwischen einem Integral der Menge der Eingangsdaten und einem Integral der Menge der Ausgangsdaten steuert.