DE69015398T2

DE69015398T2 - Vorrichtung zum Kodieren von digitalen Videosignalen.

Info

Publication number: DE69015398T2
Application number: DE69015398T
Authority: DE
Inventors: Philippe Guichard; Jean-Jacques Lhuillier
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2010-03-20
Also published as: ATE116504T1; KR900015553A; EP0389050B1; FR2644962A1; US5079631A; EP0389050A1; JPH02285896A; DE69015398D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kodieren von digitalen Videosignalen, die für die Luminanz oder Chrominanz einer bestimmten Anzahl von Punkten eines in Blöcke unterteilten Bilds repräsentativ sind. Diese Vorrichtung umfaßt insbesondere eine Korrelationsreduzierschaltung, eine Normierungsschaltung, eine Quantisierungsschaltung, eine Kodierschaltung sowie eine Durchsatzregelungsschaltung, die die Ausgangssignale der Kodierschaltung mit einem variablen Durchsatz empfängt und einerseits Durchsatzregelsignale, die an die Normierungsschaltung zurückgesandt werden, und andererseits an den Ausgang des Kodierers entsprechende kodierte Signale mit konstantem Durchsatz ausgibt.
Die Digitalisierung von Fernsehsignalen im Hinblick auf ihre Übertragung oder Aufzeichnung ist bei Verbindungen mit besonders starkem Störgeräusch, insbesondere bei Satellitenverbindungen, eine äußerst vorteilhafte Lösung. Ein Fernsehbild enthält jedoch eine sehr große Menge an Informationen, deren digitale Darstellung sich in einem hohen Datendurchsatz ausdrückt. Beim Abtasten der Komponenten des Fernsehsignals mit einer Frequenz, die die Shannon-Bedingung erfüllt, und beim Durchführen einer einheitlichen Quantisierung auf 256 Stufen würde die direkte Digitalisierung der Luminanz- und Chrominanzanteile bei Frequenzen von 13,5 bzw. 6,75 MHz, die durch die Normen vorgeschrieben sind, zu einer tatsächlichen Datenmenge von 216 MB/s führen. Dieser Wert ist absolut unakzeptabel, insbesondere im Fall der weitverbreiteten Geräte für Magnetaufzeichnung. Der Einsatz von Verfahren zur Reduzierung der Datenmenge ist also nötig und umso mehr realisierbar, als im Bild eine relativ große Redundanz vorhanden ist.
Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist in der Patentanmeldung W088/04508 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist vorgesehen, die Normierung sicherzustellen, indem jedem Bildblock ein Klassifizierungsfaktor in der jeweiligen Klasse nach einem bestimmten Kriterium zugeordnet wird. Dieses bestimmte Kriterium ist eindeutig und basiert auf einer Klassifikation der Blocks entsprechend der mehr oder weniger großen Zahl von Details, die sie je nach der einen oder anderen räumlichen Abmessung des Bilds tragen. Die Kodierung wird danach in Abhängigkeit von der solcherart durchgeführten Klassifizierung eingestellt.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Vorrichtung zum Kodieren von Bildern zu schaffen, in der nach mehreren quantitativen Kriterien vorgegangen werden soll, das heißt unter Berücksichtigung mehrerer Parameter, die auf unterschiedliche Weise mit den typischen Bildsignalen verbunden sind, und somit eine Einstufung von Bildblöcken in verschiedene Gruppen je nach den Werten dieser Parameter vorgenommen werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß:
(I) die Normierungsschaltung Mittel zur nichtlinearen Verarbeitung umfaßt, um einerseits die Signalblöcke und die Durchsatzregelsignale und andererseits Angaben der Einstufung der Blöcke in verschiedene Gruppen je nach den Werten der verschiedenen, anhand dieser Blöcke bestimmten Parameter durch eine Klassifizierungsschaltung zu empfangen, wobei die Schaltung selbst folgendes umfaßt:
(1) Mittel zum Berechnen folgender Parameter:
(a) Zahl Nc der Koeffizienten ungleich Null am Ausgang der Korrelationsreduzierschaltung;
(b) mittlere Energie ohne Gleichstromkomponente em, die mit den Ausgangssignalen der Korrelationsreduzierschaltung verbunden ist;
(c) Prozentsatz der niederfrequenten Energie ebf ohne Gleichstromkomponente, die mit diesen Signalen verbunden ist;
(2) Mittel zum Vergleichen und Entscheiden, die zum Vergleichen der von den Parametern angenommenen Werte mit den Schwellenwerten für jeden Bildblock und zum Entscheiden über die Einstufung der Bildblöcke in verschiedene Gruppen entsprechend den Werten der Parameter nach folgendem Verfahren, das folgende Vergleiche umfaßt, bestimmt sind:
(A) Vergleich (A): die mittlere Energie em wird mit einem ersten Schwellenwert S&sub1; (em) verglichen:
(a&sub1;) Ist em größer als S&sub1;(em), wird ein zweiter Vergleich, und zwar des Prozentsatzes ebf, mit einem zweiten Schwellenwert S&sub2;(ebf) durchgeführt:
(a&sub1;&sub1;) Ist ebf größer als S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine erste Gruppe C&sub1; eingestuft;
(a&sub1;&sub2;) Ist ebf kleiner als oder gleich S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine zweite Gruppe C&sub2; eingestuft;
(a&sub2;) Ist em kleiner als oder gleich S&sub1;(em), wird ein dritter Vergleich, und zwar der Zahl der Koeffizienten ungleich Null, mit einem dritten Schwellenwert S&sub3;(Nc) durchgeführt, der mit (B) bezeichnet wird;
(B) Vergleich (B): die Zahl Nc wird mit dem dritten Schwellenwert S&sub3;(Nc) verglichen:
(b&sub1;) Ist Nc Meiner als S&sub3;(Nc), wird der Bildblock in eine dritte Gruppe C&sub3; eingestuft;
(b&sub2;) Ist Nc größer als oder gleich S&sub3;(Nc), wird ein vierter Vergleich, und zwar des Prozentsatzes ebf, mit einem zweiten Schwellenwert S&sub2;(ebf) durchgeführt;
(b&sub2;&sub1;) Ist ebf größer als S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine vierte Gruppe C&sub4; eingestuft;
(b&sub2;&sub2;) Ist ebf kleiner als oder gleich S&sub2;(ebf), wird ein fünfter Vergleich, und zwar der Zahl Nc mit einem vierten Schwellenwert S&sub4;(Nc) durchgeführt, der mit (C) bezeichnet wird;
(C) Vergleich (C): die Zahl Nc wird mit dem vierten Schwellenwert S&sub4;(Nc) verglichen:
(c&sub1;) Ist Nc größer als S&sub4;(Nc), wird der Bildblock in eine fünfte Gruppe C&sub5; eingestuft;
(c&sub2;) Ist Nc Meiner als S&sub4;(Nc), wird der Bildblock in eine sechste Gruppe C&sub6; eingestuft;
(II) die Mittel zur nichtlinearen Verarbeitung selbst folgendes umfassen, um die Signalblöcke und die Durchsatzregelsignale entsprechend den Gruppen zu verarbeiten:
(A) eine erste Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung der Ausgangssignale der Korrelationsreduzierschaltung, mit der diejenigen Signale unterdrückt werden sollen, die kleiner sind als ein festgelegter, an den Rang und die Gruppe des betreffenden Signalblocks gekoppelter Schwellenwert S&sub5;;
(B) einen Mulitplizierer, der das Produkt aus den Durchsatzregelsignalen und einem an die Gruppe des Signalblocks gekoppelten Güteindex iq bilden soll;
(C) eine zweite Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung des Produkts, die diejenigen Werte des Produkts, die kleiner sind als ein festgelegter, an den Rang des Signalblocks gekoppelter Schwellenwert S&sub6;, durch einen festgelegten festen Wert ersetzen soll;
(D) eine dritte Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung des Produkts, die diesem Produkt, wenn sein Wert kleiner ist als ein festgelegter, an den Rang und die Gruppe des Signalblocks gekoppelter Schwellenwert S&sub7;, einen Wert mit variablem Parameter hinzufügen soll, der in dem Maße steigt, wie der Wert des Produkts niedriger ist;
(E) einen Wahlschalter zum Wählen des Ausgangs der zweiten oder dritten Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung je nach Gruppe des Signalblocks;
(F) einen Dividierer zum Dividieren des Ausgangssignals der ersten Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung durch das Ausgangssignal dieses Schalters, wobei dieser Dividierer die normierten Signale liefern soll.
Die solcherart vorgeschlagene Klassifizierung ist deutlich genauer als die oben erwähnte. Tatsächlich rühren die am häufigsten anzutreffenden, durch die Kodierung verursachten Bildfehler wie z.B. Gittereffekt, Auftreten von unerwünschten Störeffekten, Verformung der Ränder, von der Art der Bildblöcke her. Indem man eine Unterscheidung zwischen diesen Blöcken vornimmt, wird es tatsächlich möglich, die Bildfehler getrennt zu behandeln, indem man für jeden Bildblock unterschiedliche Parameter für diese Fehler bestimmt und diese Parameter zum Kodieren der Blöcke in den entsprechenden Gruppen jedes dieser Fehler entsprechend ändert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kodiervorrichtung;
Figur 2a ein in N x M Blöcke unterteiltes Bild, Figur 2b die Darstellung der zweidimensionalen Matrix der Transformationskoeffizienten eines dieser Bildblöcke, Figur 2c eine Art eindimensionalen Weg zum Lesen und Verarbeiten dieser Koeffizienten, Figur 2d eine andere Art Weg für einen Block mit 32 Bildpunkten und Figur 2e eine Variante zum Weg der Figur 2c, in der die Koeffizienten nacheinander in verschiedenen Blöcken gelesen werden;
Figur 3a und 3b ein Schema und ein Organigramm zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Schaltung der Figur 3c, die ein Ausführungsbeispiel der Klassifizierungsschaltung der Kodiervorrichtung der Figur 1 zeigt;
Figur 4a ein Ausführungsbeispiel der Normierungsschaltung der Kodiervorrichtung der Figur 1, und Figur 4b bis 4d Kurven zum besseren Verständnis der Funktionsweise der drei Schaltungen zur nichtlinearen Verarbeitung dieser Normierungsschaltung.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 umfaßt die erfindungsgemäße Kodiervorrichtung zunächst eine Korrelationsreduzierschaltung 10 zur orthogonalen Transformation, beispielsweise eine diskrete Schaltung zur Cosinus-Transformation. Diese Schaltung empfängt eine Folge von digitalen Signalen, die die Luminanz oder Chrominanz einer bestimmten Anzahl von Punkten oder Elementen eines in Blöcke unterteilten Bilds in Form einer Wertematrix darstellen. Die Schaltung 10 liefert für jeden Block eine zweidimensionale Folge von Koeffizienten X(k), wobei K der Rang dieser Koeffizienten während ihres Lesens ist. Figur 2a zeigt ein solches in M x N Blöcke unterteiltes Bild. Derartige Transformationsschaltungen sind bekannt, insbesondere aus dem US-Patent 4,394,774, und daher wird der Ausdruck der nacheinander für jeden Block erhaltenen Transformationskoeffizienten hier nicht angegeben. Man denke nur daran, daß anhand zahlreicher statistischer Messungen die sehr starke Korrelation zwischen benachbarten Punkten eines Rasters oder Bilds gezeigt werden kann und daß das Ziel der orthogonalen Transformation darin besteht, eine Gruppe von Koeffizienten zu erhalten, die unabhängiger sind als die vor der Transformation verfügbaren Werte.
Nun werden die Werte X(k) einerseits einer Klassifizierungsschaltung 20 über einen Anschluß 12 und andererseits einer Normierungsschaltung 30 über einen Anschluß 13 zugeführt. Diese Schaltungen 20 und 30 sind in der Figur 3c bzw. 4a dargestellt und werden etwas weiter unten näher beschrieben. Auf die Normierungsschaltung 30 folgt eine Abtast-Umwandlungsschaltung 40, die die Folge der normierten Koeffizienten X(k) in eine eindimensionale Folge umwandeln soll. Bei einem Block wie dem in Figur 2b gezeigten, der wiederum dem in Figur 2a schraffiert dargestellten Block entspricht, kann diese eindimensionale Folge beispielsweise eine Zickzackfolge wie die in Figur 2c dargestellte sein, die in einer Darstellung der zweidimensionalen Matrix der Transformationskoeffizienten des Bildblocks eine Art Weg zeigt, der die Reihenfolge des Lesens (c&sub1;, c&sub2;, c&sub3; ... usw.) und der Verarbeitung dieser Koeffizienten aufzeigt. Diese Art Weg bietet folgenden Vorteil, daß sie es nämlich ermöglicht, nach dem Durchführen der weiter unten vorgesehenen Quantisierung vor dem Kodieren lange Ketten von Nullwerten anzuordnen, was zur Verringerung der zu übertragenden Datenmenge beiträgt. Diese eindimensionale Folge kann jedoch auf anderen Kriterien basieren, beispielsweise nach Art des in Figur 2d für einen Block mit u x v = 32 Bildelementen dargestellten Wegs, oder anderer Art als der dargestellten Wegarten, beispielsweise adaptiv in Abhängigkeit von den am Signal selbst gemessenen Kenndaten bestimmt, sein. Ein Lesen der Koeffizienten in verschiedenen Blöcken ist ebenfalls möglich, beispielsweise ein Lesen jedes der vier räumlich aneinandergrenzenden Blöcke der Figur 4a nacheinander, indem erst die Koeffizienten c&sub1;, c&sub2;, c&sub3;, c&sub4; und dann die Koeffizienten c&sub5;, c&sub6; ... usw. und so nacheinander für die Art des eingeschlagenen Wegs gelesen werden.
Auf die Abtast-Umwandlungsschaltung 40 folgt eine Quantisierungsschaltung 50. Wie man weiß, dient der Quantisierungsvorgang zum Umwandeln des normierten Werts jedes Koeffizienten, ausgedrückt durch ein Gleitkomma, in einen ganzzahligen Wert, entweder durch einfaches Runden oder vorzugsweise durch Abschneiden, indem man den ganzzahligen Teil des Werts vor dem Quantisieren nimmt. Es ist klar, daß eine bestimmte Anzahl von Werten zwischen 0 und 1, die einer solchen Quantisierung unterzogen werden, durch den Wert 0 ersetzt werden, was die Zahl der zu übertragenden bedeutsamen Koeffizienten verringert und daher im Sinne einer angestrebten Kompression der Daten wirkt. Eine derartige Quantisierungsschaltung ist bekannt und wird daher nicht weiter beschrieben.
Man denke einfach daran, wie man weiter oben gesehen hat, daß die Quantisierung linear oder aber variabel abgestuft sein kann. Im Fall einer variabel abgestuften Quantisierung führt die Schaltung 50 exakt den oben beschriebenen Vorgang durch. Ist die Quantisierung dagegen linear, kann das Vorhandensein einer Kompressionsschaltung in der Schaltung 50 global wieder zu einer nichtlinearen Transformation führen. Diese Kompression ist durch die Tatsache gerechtfertigt, daß die wesentlichen visuellen Informationen eines Bildes den niedrigsten räumlichen Frequenzen entsprechen, die wiederum den ersten Koeffizienten der zweidimensionalen Matrix der Transformationskoeffizienten entsprechen.
Die Quantisierung muß zwar nicht unbedingt adaptiv sein, aber es muß doch bemerkt werden, wie weiter unten genauer beschrieben wird, daß eine solche adaptive Eigenschaft vorteilhaft ist. Damit kann tatsächlich der Quantisierungsschritt je nach der mehr oder weniger großen Einheitlichkeit des Bilds oder der Bildblöcke verändert werden, und dies hat auch Einfluß auf die Kodierung, indem eine rudimentärere Quantisierung zur Verwendung von kürzeren Kodewörtern und daher zu einer Reduzierung der Datenmenge führt.
Das Ausgangsignal der Quantisierungsschaltung 50 wird nun einer Kodierschaltung 60 zugeführt, die hier Tabellen von nach einem Huffman-Kode kodierten Werten zum Kodieren von Koeffizientenwerten (Kodierung mit variabier Lange) oder der Längen der Ketten (Kodieren anhand von Ketten) umfaßt. Danach wird der Ausgang der Kodierschaltung 60 mit dem Eingang einer Durchsatzregelungs schaltung 70 verbunden, die die so kodierten Werte entsprechend einem variablen Datendurchsatz empfängt und sie mit konstantem Durchsatz an einem ersten Ausgang 71 wiederherstellt. Dieser Hauptausgang 71 stellt den Ausgang der erfindungsgemäßen Kodiervorrichtung dar. Ein Signal zur Regelung des Durchsatzes q&supmin;¹ oder des Gütefaktors liegt an einem zweiten Ausgang 72 der Schaltung 70 an. Dieser zweite Ausgang 72 verbindet die Durchsatzregelungsschaltung 70 mit der Normierschaltung 30, um die Rückführungsschleife zu bilden, die effektiv die Regelung des Durchsatzes gestattet.
Nun werden die Schaltungen 20 und 30 näher beschrieben. Zuallererst bestimmt man, ob die Klassifizierungsschaltung 20 nach dem in Figur 3a dargestellten Prinzipschaltbild, ergänzt durch das Organigramm der Figur 3b, arbeitet und beispielsweise wie in Figur 3c angegeben ausgeführt ist.
Die Klassifizierungsparameter, die hier pro Block berücksichtigt sind, sind wie folgt:
(a) Nc = Anzahl der Koeffizienten ungleich Null in jedem Block am Ausgang der orthogonalen Transformationsschaltung 10;
(b) em = mittlere Energie ohne Gleichstromkomponente, wobei diese Energie durch die Beziehung em = (1/Nc).Σ(X(k))², mit k ungleich 0 und X(k) = Folge der Koeffizienten nach der orthogonalen Transformation, definiert ist;
(c) ebf = Prozentsatz der niederfrequenten Energie, die beispielsweise gleich ebf = Σ(X(i))²(i = 1 bis 14)/Σ(X(i))²(= 1 bis 63) ist, wenn man bei einem Block mit 8 x 8 Bildpunkten nur 14 Koeffizienten behält, wobei der erste Koeffizient aus einer solchen Berechnung systematisch ausgeschlossen wird, weil er die Gleichstromkomponente darstellt.
Wie Figur 3a zeigt, werden die solchermaßen definierten Parameter nun in den Vergleichern COMP mit Schwellenwerten verglichen, und je nach den Ergebnissen der durchgeführten Vergleiche wird im Element CLASSIF eine Einstufung durchgeführt. Das Organigramm der Vergleiche in Figur 3b kann folgendermaßen erläutert werden, wobei die Buchstaben Y und N (in Figur 3b) die Antworten JA bzw. NEIN auf die genannte Prüfüng bedeuten:
(A) Die mittlere Energie em wird mit einem ersten Schwellenwert S&sub1;(em) verglichen:
(a&sub1;) Ist em größer als S&sub1;(em), wird ein zweiter Vergleich, und zwar des Prozentsatzes ebf, mit einem zweiten Schwellenwert S&sub2;(ebf) durchgeführt:
(a&sub1;&sub1;) Ist ebf größer als S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine erste Gruppe C&sub1; eingestuft;
(a&sub1;&sub2;) Ist ebf kleiner all oder gleich S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine zweite Gruppe C&sub2; eingestuft;
(a&sub2;) Ist em kleiner als oder gleich S&sub1;(em), wird ein dritter Vergleich, und zwar der Zahl der Koeffizienten ungleich Null, mit einem dritten Schwellenwert S&sub3;(Nc) durchgeführt, der mit (B) bezeichnet wird;
(B) Die Zahl Nc wird mit dem dritten Schwellenwert S&sub3;(Nc) verglichen:
(b&sub1;) Ist Nc kleiner als S&sub3;(Nc), wird der Bildblock in eine dritte Gruppe C&sub3; eingestuft;
(b&sub2;) Ist Nc größer als oder gleich S&sub3;(Nc), wird ein vierter Vergleich, und zwar des Prozentsatzes ebf, mit einem zweiten Schwellenwert S&sub2;(ebf) durchgeführt (hier liegt es auf der Hand, daß dieser Vergleich, der bereits oben unter (a&sub1;) erfolgt ist, nicht mehr wiederholt, sondern nur sein Ergebnis erhalten wird, um daraus die entsprechende Konsequenz im Verlauf dieser Phase (b&sub2;) zu ziehen):
(b&sub2;&sub1;) Ist ebf größer als S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine vierte Gruppe C&sub4; eingestuft, die hier tatsächlich der Gruppe C&sub2; im weiter unten aufgeführten Beispiel entspricht;
(b&sub2;&sub2;) Ist ebf kleiner als oder gleich S&sub2;(ebf), wird ein fünfter Vergleich, und zwar der Zahl Nc, mit einem vierten Schwellenwert S&sub4;(Nc) durchgeführt, der mit (C) bezeichnet wird;
(C) Die Zahl Nc wird mit dem vierten Schwellenwert S&sub4;(Nc) verglichen:
(c&sub1;) Ist Nc größer als S&sub4;(Nc), wird der Bildblock in eine fünfte Gruppe C&sub5; eingestuft;
(c&sub2;) Ist Ne kleiner als S&sub4;(Nc), wird der Bildblock in eine sechste Gruppe C&sub6; eingestuft.
Anhand der nachstehend beschriebenen Prüfungen erhält man eine Unterscheidung der Bildblöcke nach ihrer Zugehörigkeit zu einer der Gruppen C&sub1; bis C&sub6; und daher zu entsprechenden unterschiedlichen Bildbereichen im Hinblick auf die Anpassung der Kodierung an diese Klassifizierung. Die Größen Nc, em, ebf wurden wegen ihres Unterscheidungsvermögens gewählt. Die Schwellenwerte S&sub1;(em), S&sub2;(ebf), S&sub3;(Nc), S&sub4;(Nc) wurden so gewählt, daß die Art des Blocks für eine große Zahl von Folgen bestimmt werden kann: Gruppe C&sub1; bei Blocks mit mehreren Konturen; Gruppe C&sub3; bei quasi-einheitlichen Blocks, Gruppe C&sub5; bei Blocks mit feiner Struktur, Gruppe C&sub6; bei Blocks mit grober Struktur, wobei die Gruppen C&sub2; und C&sub4; hier in einer einzigen Gruppe alle Blocks zusammenfassen, die nicht zu den vier anderen gehören. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde folgender Satz von Schwellenwerten verwendet: S&sub1;(em) = 50, S&sub2;(ebf) = 0,7, S&sub3;(Nc) = 30 und S&sub4;(Nc) = 50.
Zur Durchführung solcher Operationen umfaßt die Klassifizierungsschaltung 20, wie im Ausführungsbeispiel der Figur 3c gezeigt, einerseits eine Berechnungsschaltung, die die Koeffizienten X(k) vom Ausgang der orthogonalen Transformationsschaltung 10 erhält und die drei Parameter Nc, em, ebf ausgibt, und andererseits eine Vergleichs- und Entscheidungsschaltung 22, die diese drei Parameter erhält und die sich auf die Gruppe C&sub1; bis C&sub6;, der der aktuelle Block entspricht, beziehende Information gemäß dem Organigramm der Figur 3b ausgibt.
Die erfindungsgemäße Normierungsschaltung 30 umfaßt einerseits Mittel zum nichtlinearen Verarbeiten und andererseits Mittel zum Normieren, wobei die normierten Signale anhand der solcherart verarbeiteten Signale bestimmt werden. Diese nichtlinearen Verarbeitungsmittel empfangen die Blöcke und Durchsatzregelsignale sowie die von der Klassifizierungsschaltung 20 gelieferten Angaben über die Einstufung dieser Blöcke und führen an diesen Blöcken und Durchsatzregelsignalen nichtlineare Verarbeitungen entsprechend diesen Angaben durch.
Genauer gesagt, umfaßt die Schaltung 30 in einem Ausführungsbeispiel der Figur 4a eine erste Schaltung 31 zur nichtlinearen Verarbeitung der Koeffizienten X(k). Diese Schaltung 31 empfängt einerseits die am Ausgang der orthogonalen Transformationsschaltung 10 anstehenden Koeffizienten X(k) und andererseits einen von einem Speicher 32 gelieferten Schwellenwert S&sub5;. Dieser Speicher 32 enthält verschiedene Schwellenwerte zum Auswählen nach dem Rang k des betrachteten Koeffizienten X(k) und nach der Gruppe des Bildblocks, wobei der Rang k ebenfalls von der Schaltung 10 geliefert wird (Anschluß 14) und die Gruppe des Blocks am Anschluß des Ausgangs der Vergleichs- und Entscheidungsschaltung 22 der Klassifizierungsschaltung 20 ansteht und daher einer der Gruppen C&sub1; bis C&sub6; entspricht. Der Ausgangswert der Schaltung 31 ist entweder der Koeffizient X(k), wenn dieser größer oder gleich dem Schwellenwert ist, oder der Wert 0, wenn der Koeffizient kleiner als der Schwellenwert ist, wie die Kurve in Figur 4b zeigt.
Der Rang k und die Gruppe Ci des Bildblocks (i = 1 bis 6) werden ebenfalls beide in einen zweiten Speicher 33, der parallel zum Speicher 32 angeordnet ist, geladen. Nur der Rang k wird in einen dritten Speicher 34 geladen, und nur die Gruppe Ci wird in einen vierten Speicher 35 geladen. Dieser Speicher 35 gibt je nach Gruppe Ci des Blocks einen Güteindex iq aus, der in einem Multiplizierer 36 mit dem am Anschluß 72 des Ausgangs der Durchsatzregelungsschaltung 70 anstehenden Durchsatzregelsignal q&supmin;¹ multipliziert wird, und das daraus gebildete Produkt iq x q&supmin;¹ wird parallel der zweiten und dritten Schaltung 37a und 37b zur nichtlinearen Verarbeitung zugeführt.
Die zweite Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung 37a empfängt einerseits diesen Wert x q&supmin;¹ und andererseits einen Schwellenwert S&sub6;, der vom Speicher 34 geliefert wird, und gibt ein Ausgangssignal aus, das entweder einen dem Produkt iq x q&supmin;¹ proportionalen Wert, wenn dieser Wert größer oder gleich dem Schwellenwert S&sub6; ist, oder andernfalls den Wert 1 hat. Wie die entsprechende Figur 4c zeigt, bedeutet dies, daß der Ausgang der Schaltung 37a, das heißt die von dieser Schaltung vorgeschlagene, mit Np bezeichnete Norm, auf den Wert 1 bis zu relativ niedrigen Gütewerten, oder was dasselbe ist, bis zu relativ hohen Werten von q&supmin;¹ gesetzt wird.
Die dritte Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung 37b empfängt einerseits diesen Wert iq x q&supmin;¹ und andererseits einen Schwellenwert S&sub7;, der vom Speicher 33 geliefert wird, und gibt ein Ausgangssignal aus, das nach demselben Prinzip wie oben beschrieben entweder den Wert des Produkts iq x q&supmin;¹ hat, wenn dieser Wert größer als der Schwellenwert S&sub7; ist, oder andernfalls diesen Wert, erhöht um einen variablen Parameter hat, der im gleichen Maße ansteigt, wie die Güte zunimmt, das heißt, daß q&supmin;¹ kleiner ist (siehe entsprechende Figur 4d, aus der man in der Tat sehen kann, daß die Auswirkung des vorgeschlagenen Normwerts Np am Ausgang der Schaltung 37b beiderseits vom Schwellenwert S&sub7; verschieden ist, wobei die Veränderung des Quantisierungsschritts oberhalb des Schwellenwerts schneller erfolgt).
Die verschiedenen, mit den nichtlinearen Eigenschaften der Figuren 4a bis 4d verbundenen Parameter wurden statistisch ermittelt. Beispielsweise wurde S&sub5;(k,Ci) durch Analyse des Histogramms der von den Koeffizienten des Rangs k der Blöcke der Gruppe Ci angenommenen Werte berechnet. Der Schwellenwert S&sub7;(k,Ci) ist gleich dem Mittelwert der zur Gruppe Ci gehörenden Koeffizienten des Rangs k, und der Schwellenwert S&sub6;(k) wurde empirisch ermittelt.
Die Ausgangssignale der zweiten und dritten Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung 37a und 37', bilden die zwei Eingangssignale eines Schalters 38, der als Norm das eine oder andere Signal je nach Gruppe Ci, die dem betrachteten Block entspricht und von der Klassifizierungsschaltung 20 ausgegeben wird, auswählt. Die am Ausgang des Schalters 38 anstehende Norm wird dem zweiten Eingang eines Dividierers 39 zugeführt, dessen erster Eingang die Ausgangskoeffizienten X(k) der orthogonalen Transformationsschaltung 10 empfängt. Der Dividierer 39 gibt nun die normierten Koeffizientenwerte aus, die in einer eindimensionalen Folge der Abtast-Umwandlungsschaltung 40 zugeführt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Kodieren von digitalen Videosignalen, die für die Luminanz oder Chrominanz einer bestimmten Anzahl von Punkten eines in Blöcke unterteilten Bilds repräsentativ sind, welche insbesondere eine Korrelationsreduzierschaltung, eine Normierungsschaltung, eine Quantisierungsschaltung, eine Kodierschaltung sowie eine Durchsatzregelungsschaltung, die die Ausgangssignale der Kodierschaltung mit einem variablen Durchsatz empfängt und einerseits Durchsatzregelsignale, die an die Normierungsschaltung zurückgesandt werden, und andererseits an den Ausgang der Kodiervorrichtung kodierte Signale mit konstantem Durchsatz ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß:

(I) die Normierungsschaltung Mittel zur nichtlinearen Verarbeitung (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37a, 37b) umfaßt, um einerseits die Signalblöcke und die Durchsatzregelsignale und andererseits Angaben der Einstufung der Blöcke in verschiedene Gruppen je nach den Werten der verschiedenen, anhand dieser Blöcke bestimmten Parameter durch eine Klassifizierungsschaltung (20) zu empfangen, wobei die Schaltung selbst folgendes umfaßt:

(1) Mittel (21) zum Berechnen folgender Parameter:

(a) Zahl Nc der Koeffizienten ungleich Null am Ausgang der Korrelationsreduzierschaltung;

(b) mittlere Energie ohne Gleichstromkomponente em, die mit den Ausgangssignalen der Korrelationsreduzierschaltung verbunden ist;

(c) Prozentsatz der niederfrequenten Energie ebf ohne Gleichstromkompenente, die mit diesen Signalen verbunden ist;

(2) Mittel (22) zum Vergleichen und Entscheiden, die zum Vergleichen der von den Parametern angenommenen Werte mit den Schwellenwerten für jeden Bildblock und zum Entscheiden über die Einstufung der Bildblöcke in verschiedene Gruppen entsprechend den Werten der Parameter nach folgendem Verfahren, das folgende Vergleiche umfaßt, bestimmt sind:

(A) Vergleich (A): die mittlere Energie ein wird mit einem ersten Schwellenwert S&sub1;(em) verglichen:

(a&sub1;) Ist em größer als S&sub1;(em), wird ein zweiter Vergleich, und zwar des Prozentsatzes ebf, mit einem zweiten Schwellenwert S&sub2;(ebf) durchgeführt:

(a&sub1;&sub1;) Ist ebf größer als S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine erste Gruppe C&sub1; eingestuft;

(a&sub1;&sub2;) Ist ebf kleiner als oder gleich S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine zweite Gruppe C&sub2; eingestuft;

(a&sub2;) Ist em kleiner als oder gleich S&sub1;(em), wird ein dritter Vergleich, und zwar der Zahl der Koeffizienten ungleich Null, mit einem dritten Schwellenwert S&sub3;(Nc) durchgeführt, der mit (B) bezeichnet wird;

(B) Vergleich (B): die Zahl Nc wird mit dem dritten Schwellenwert S&sub3;(Nc) verglichen:

(b&sub1;) Ist Nc Meiner als S&sub3;(Nc), wird der Bildblock in eine dritte Gruppe C&sub3; eingestuft;

(b&sub2;) Ist Nc größer als oder gleich S&sub3;(N), wird ein vierter Vergleich, und zwar des Prozentsatzes ebf, mit einem zweiten Schwellenwert S&sub2;(ebf) durchgeführt;

(b&sub2;&sub1;) Ist ebf größer als S&sub2;(ebf), wird der Bildblock in eine vierte Gruppe C&sub4; eingestuft;

(b&sub2;&sub2;) Ist ebf kleiner als oder gleich S&sub2;(ebf), wird ein fünfter Vergleich, und zwar der Zahl Nc mit einem vierten Schwellenwert S&sub4;(Nc) durchgeführt, der mit (C) bezeichnet wird;

(C) Vergleich (C): die Zahl Nc wird mit dem vierten Schwellenwert S&sub4;(Nc) verglichen:

(c&sub1;) Ist Nc größer als S&sub4;(Nc), wird der Bildblock in eine fünfte Gruppe C&sub5; eingestuft;

(c&sub2;) Ist Nc kleiner als S&sub4;(Nc), wird der Bildblock in eine sechste Gruppe C&sub6; eingestuft;

(II) die Mittel zur nichtlinearen Verarbeitung selbst folgendes umfassen, um die Signalblöcke und die Durchsatzregelsignale entsprechend den Gruppen zu verarbeiten:

(A) eine erste Schaltung (31) zur nichtlinearen Verarbeitung der Ausgangssignale der Korrelationsreduzierschaltung, mit der diejenigen Signale unterdrückt werden sollen, die kleiner sind als ein festgelegter, an den Rang und die Gruppe des betreffenden Signalblocks gekoppelter Schwellenwert S&sub5;;

(B) einen Mulitplizierer (36), der das Produkt aus den Durchsatzregelsignalen und einem an die Gruppe des Signalblocks gekoppelten Güteindex iq bilden soll;

(C) eine zweite Schaltung (37a) zur nichtlinearen Verarbeitung des Produkts, die diejenigen Werte des Produkts, die kleiner sind als ein festgelegter, an den Rang des Signalblocks gekoppelter Schwellenwert S&sub6;, durch einen festgelegten festen Wert ersetzen soll;

(D) eine dritte Schaltung (37b) zur nichtlinearen Verarbeitung des Produkts, die diesem Produkt, wenn sein Wert kleiner ist als ein festgelegter, an den Rang und die Gruppe des Signalblocks gekoppelter Schwellenwert S&sub7;, einen Wert mit variablem Parameter hinzufügen soll, der in dem Maße steigt, wie der Wert des Produkts niedriger ist;

(E) einen Wahlschalter (38) zum Wählen des Ausgangs der zweiten oder dritten Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung je nach Gruppe des Signalblocks;

(F) einen Dividierer (39) zum Dividieren des Ausgangssignals der ersten Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung durch den Ausgangs dieses Schalters, wobei dieser Dividierer die normierten Signale liefern soll.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweite und dritte Schaltung zur nichtlinearen Verarbeitung (31, 37a, 37b) und der Multiplizierer (36) von Speichern gesteuert werden, in die der Rang und/oder die Gruppe des betreffenden Signalblocks geladen werden.