DE69213271T2

DE69213271T2 - Kodierung von Videosignalen

Info

Publication number: DE69213271T2
Application number: DE69213271T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Fujinami
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2012-02-08
Also published as: JP3187852B2; US5317396A; EP0498656B1; JPH04257185A; EP0498656A1; DE69213271D1; KR920017479A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Codierung von eingegebenen Videosignalen. Genauer gesagt bezieht sich diese Erfindung auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Komprimierung von Daten innerhalb eines eingegebenen Videosignales.
Bisher wurden verschiedene Codiervorrichtungen zur Komprimierung von Daten eines Videosignales vorgeschlagen. Beispielsweise wird in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung JP-A-6292620 eine äußerst wirksame Codiervorrichtung vorgeschlagen. Diese verwendet eine Technik der adaptiven Quantisierung von Bilddaten.
Die Expertengruppe für bewegte Bilder (MPEG) hat ein Datenkompressionssystem für bewegte Bilder empfohlen. In dieser Empfehlung wird ein Vollbild aus 240 Zeilen in der vertikalen Abtastrichtung gebildet, wobei jede Zeile aus 352 Bildelementen gebildet ist, und jede Vollbild in Makroblöcke MB aus 16 Bildelementen x 16 Bildelementen unterteilt ist. Somit wird ein Rahmenbild aus 22 Makroblöcken MB in der horizontalen Abtastrichtung und 15 Makroblöcken MB in der vertikalen Abtastrichtung gebildet.
Fig. 1 zeigt einen Schaltungsaufbau einer Codiervorrichtung, die eine diskrete Cosinustransformation (DCT) verwendet.
Ein Videosignal SV wird zu einem A/D-Umseter 81 durch einen Anschluß 80 gegeben. Der A/D-Umsetzer 81 setzt das Videosignal SV in Videodaten DV um. Die Videodaten DV werden zu einem Rahmen (Vollbild)-Pufferspeicher 82 gegeben.
Ein Adreßgenerator 83 bildet eine Schreibadresse ADW. Die Schreibadresse ADW wird zu dem Rahmenpufferspeicher 82 gegeben.
Die Videodaten DV werden in den Rahmenpufferspeicher 82 gemäß der oben genannten Schreibadresse ADW geschrieben. Bezüglich der in den Rahmenpufferspeicher 82 geschriebenen Videodaten DV wird jedes Vollbild aus 240 Zeilen (d.h. 240 Bildelementen) in der vertikalen Abtastrichtung gebildet und jede Zeile wird aus 352 Bildelementen gebildet.
Der Adreßgenerator 83 bildet eine Leseadresse ADR. Die Leseadresse ADR wird zu dem Rahmenpufferspeicher 82 gegeben.
Der Rahmenpufferspeicher 82 liest die Videodaten DV gemäß der oben genannten Leseadresse ADR aus. Die Videodaten DV werden von dem Rahmenpuffer 82 makroblockweise MB ausgelesen, wobei jeder Makroblock MB aus 16 Bildelementen x 16 Bildelementen gebildet ist. Die Videodaten DV, die makroblockweise ausgelesen wurden, werden zu einer Datenerzeugungsschaltung 84 gegeben.
Die Datenerzeugungsschaltung 84 teilt jeden Makroblock MB in Blöcken aus 8 Bildelementen x 8 Bildelementen auf. Somit wird ein Makroblock MB in vier Blöcke unterteilt.
Die Videodaten DV werden dann blockweise DCT-verarbeitet, quantisiert und in Codes mit einer variablen Länge umgesetzt. Die Videodaten werden somit zur Bildung neuer Videodaten DVO komprimiert. Die Videodaten DVO werden dann in einen Pufferspeicher 85 geschrieben, von dem sie später nacheinander ausgelesen werden. Danach werden die Videodaten DVO zu der folgenden Schaltung durch einen Anschluß 87 gegeben oder gesendet.
Eine Steuerschaltung 86 überwacht die Kapazität an beschreibbaren Bereichen des Pufferspeichers 85, um einen Überlauf des Pufferspeichers 85 mit Videodaten DVO zu verhindern. Dies wird durch eine Kontrolle eines Datenerzeugungsparameters Vollbild für Vollbild oder vielfachbildweise (beispielsweise 15 Vollbild x 15 Vollbild) ausgeführt. Die erzeugte Datenmenge ist im wesentlichen nicht konstant, da ein Makroblock MB eines unkomplizierten Musters eine geringe Datenmenge erzeugt, während der eines komplizierten Musters eine große Datenmenge erzeugt.
Als Beispiel eines Verfahrens zur Überwachung der Kapazität der beschreibbaren Bereiche kann ein Wert eines Schreibadressenzählers oder ein Wert eines Leseadressenzählers in dem Pufferspeicher 85 verwendet werden. Der Pufferspeicher 85, die Steuerschaltung 86 und die Datenerzeugungsschaltung 84 können so angeordnet sein, daß eine Rückführungsschleife gebildet wird.
Der in Fig. 1 gezeigte Stand der Technik weist die folgenden Probleme auf.
(1) Wenn ein Bild einen komplizierten Musterabschnitt, beispielsweise einen Abschnitt mit vielen Kanten aufweist, verursacht dieser Abschnitt die Erzeugung einer großen Datenmenge. In diesem Fall wird die Rückführungsschleife bestehend aus dem Pufferspeicher 85, der Steuerschaltung 86 und der Datenerzeugungsschaltung 84 in Betrieb gesetzt und eine Kontrolle wird zur Verringerung der erzeugten Datenmenge ausgeführt. Da indessen die Rückführungsschleife eine Verzögerung aufweist, wenn ein einfaches Muster auf ein kompliziertes Muster folgt und die Steuerung wie oben genannt ausgeführt wird, kann die Bildqualität des einfachen Musters unnötigerweise verschlechtert werden.
(2) Da die Regelung durch die Rückführungsschleife bestehend aus dem Pufferspeicher 85, der Steuerschaltung 86 und der Datenerzeugungsschaltung 84 immer eine Verzögerung beinhaltet, wenn eine große Datenmenge schnell erzeugt wird, wie in dem Fall des oben genannten Abschnittes mit einem komplizierten Muster, ist ein Überlauf des Pufferspeichers 85 wahrscheinlich.
Die EP-A-0 435 163 (Stand der Technik nur gemäß Artikel 54(3) EPC) offenbart eine Codiervorrichtung für digitale Bilddaten, die eine orthogonale Transformation, Quantisierung und eine Codierung mit variabler Länge blockweise verwendet und die Quantisierungsschrittlänge auf Grundlage der erfaßten Eigenschaft der Blöcke verändert.
Die US-A-4 797 945 offenbart eine Codiervorrichtung für digitale Bilddaten, bei der eine Vektorquantisierung gemäß der erfaßten Kantenzahl innerhalb eines Bildblockes gesteuert wird.
Die JP-A-63296583 offenbart eine Codiervorrichtung für digitale Bilddaten, bei der der Grad an Unterabtastung abhängig von der erfaßten Kantenzahl in dem Bild verändert wird, wobei ein Ansteigen der Kantenzahl ein Ansteigen der genommenen Abtastzahl bewirkt.
Diese Erfindung hat zur Aufgabe, eine Codiervorrichtung zu schaffen, die die Bildqualität verbessert und den Datenuberlauf verringert.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung ist eine Vorrichtung zur Codierung eines Eingangs- Videosignales vorgesehen mit:
einer Einrichtung zum Aufteilen jedes Rahmens (Vollbild) des Eingangs-Videosignales in Blöcke einer vorbestimmten Größe;
einer Orthogonal-Transformationsschaltung zur Transformation der Signalwerte innerhalb der Blöcke in transformierte Koeffizienten;
einer Einrichtung zur sequentiellen blockweisen Durchführung eines Schwellenwert- Vorganges mit einem Schwellenwert, unterhalb dem die transformierten Koeffizienten durch eine Null ersetzt werden, dann eines Quantisiervorganges mit einer Quantisierungsschrittlänge und schließlich eines Codiervorganges für die Blöcke, wobei der Schwellenwertpegel und die Quantisierungsschrittlänge abhängig von dem Eingangs- Videosignal verändert wird, um die erzeugte codierte Datenmenge zu steuern; und
einer Einrichtung zur blockweisen Festlegung der Kompliziertheit des Musters innerhalb der Blöcke, wobei der Schwellenwertpegel und die Quantisierungsschrittlänge für einen gegebenen Block gemäß dem Ergebnis der Festlegung für diesen Block durch die Festlegungseinrichtung verändert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Codierung von Eingangs-Videosignalen vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Aufteilen jedes Rahmens (Vollbildes) des Eingangs-Videosignales in Blöcke mit einer vorbestimmten Größe;
Durchführen einer Orthogonaltransformation für die Signalwerte innerhalb der Blöcke zur Bildung transformierter Koeffizienten;
sequentielle blockweise Durchführung eines Schwellenwertvorganges mit einem Schwellenwertpegel, unterhalb dem die transformierten Koeffizienten durch eine Null ersetzt werden, dann eines Quantisiervorganges mit einer Quantisierungsschrittlänge und schließlich eines Codiervorganges für die Blöcke, wobei der Schwellenwertpegel und die Quantisierungsschrittlänge abhängig von dem Eingangs-Videosignal zur Steuerung der erzeugten codierten Datenmenge verändert werden; und
blockweise Festlegung der Kompliziertheit des Musters innerhalb der Blöcke, wobei der Schwellenwertpegel und die Quantisierungsschrittlänge, die für einen gegebenen Block verwendet werden, gemäß dem Ergebnis der Festlegung für den gegebenen Block verändert werden.
Die Erfindung wird nun beispielsweise bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Codiervorrichtung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Codiervorrichtung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Details einer Rahmenpufferschaltung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Makroblocks;
Fig. 5 ein Beispielsbild, das zur Beschreibung des Ausführungsbeispieles verwendet wird und eine schematische Darstellung der Verteilung der Datenmenge;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer Anordnung eines Abtastblockes;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Kantenerfassung innerhalb eines Abtastblockes;
Fig. 8 ein Flußdiagramm, das die Arbeitsweise der Steuerschaltung erläutert;
Fig. 9 ein Blockschaltbild, das eine weitere Codiervorrichtung zeigt; und
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer weiteren Codiervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die erste Codiervorrichtung wird bezugnehmend auf Fig. 2 bis 8 beschrieben.
Vor der detaillierten Beschreibung dieser Codiervorrichtung wird das grundlegende Konzept der Arbeitsweise dieser Codiervorrichtung dargelegt.
Bei der Datenkompression eines Videosignales SV sollten die Daten so komprimiert werden, daß die Bildqualität der wichtigsten Abschnitte nicht verschlechtert wird. Mit anderen Worten sollte die beste Bildqualität für eine gewisse Datenmenge erreicht werden.
Wenn ein Bild wie in Fig. 5 gezeigt codiert wird, stellt sich die Verteilung der erzeugten Datenmenge längs eines Abschnittes X so dar, wie es durch die schematische Darstellung an der linken Seite der Figur wiedergegeben ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, stellt bezüglich der längs des Abschnittes X erzeugten Datenmenge ein Teil AR1, der ein Blumenbeet ist, den höchsten Wert dar, ein Teil AR3 an einem unteren Abschnitt des Bildes stellt den zweithöchsten Wert dar und ein Teil AR2 in der Mitte des Bildes stellt den niedrigsten Wert dar.
Da der Blumenbeet-Teil AR1 an dem unteren Abschnitt des Bildes verhältnismäßig kompliziert ist, ist die erzeugte Datenmenge groß. Indessen sollte die Gesamtdatenmenge konstant gehalten werden. Daher wird in diesem Zustand die Datenmenge, die in den anderen als dem Blumenbeet-Teil AR1 erzeugt wird, verringert und die Bildqualität von beispielsweise dem Teil AR3 des oberen Abschnittes des Bildes wird verschlechtert.
Zur Lösung dieses Problems ist es notwendig, die Datenmenge, die an dem Blumenbeet- Teil AR1 erzeugt wird, zu verringern und die übrigbleibenden Bits, die dadurch erzeugt werden, anderen als dem Blumenbeet-Teil AR1 zuzuweisen.
Es trifft allgemein zu, daß selbst wenn die Datenmenge, die in einem komplizierten Abschnitt wie beispielsweise dem Blumenbeet-Teil AR1 erzeugt wird, unter Verwendung einer großen Quantisierungsschrittlänge verringert wird, die Verschlechterung der Bildqualität nicht dementsprechend empfunden wird. In dieser Codiervorrichtung werden zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit, daß die Bildqualität des Teiles AR3 an dem oberen Abschnitt des Bildes verschlechtert wird, bevor ein Codiervorgang, wie beispielsweise DCT, durchgeführt wird, Abschnitte mit komplizierten Mustern auf einer Vorwärtsregelungs-Basis vorerfaßt und ein Informations-Verringerungsparameter, wie beispielsweise die Quantisierungsschrittlänge wird für diese Abschnitte vergrößert. Die in den komplizierten Mustern erzeugte Datenmenge wird somit verringert. Dagegen wird die Quantisierungsschrittlänge bezüglich der anderen Abschnitte nicht verändert, da keine komplizierten Muster erfaßt werden und daher die erzeugte Datenmenge nicht verringert wird. Dieser Vorgang ist der Zuweisung von Überschuß-Bits zu anderen Abschnitten als den komplizierten Abschnitten gleichwertig.
In der in Fig. 2 gezeigten Codiervorrichtung wird ein Videosignal SV zu einem A/D- Umsetzer 2 durch einen Anschluß 1 gegeben. Der A/D-Umsetzer 2 setzt das Videosignal SV in Videodaten DV um. Die Videodaten DV werden zu einer Rahmen (Vollbild)- Pufferschaltung 3 gegeben.
Ein Adreßgenerator 4 bildet eine Schreibadresse ADW. Die Schreibadresse ADW wird zu der Rahmenpufferschaltung 3 gegeben.
Die Videodaten DV werden in die Rahmenpufferschaltung 3 gemäß der Schreibadresse ADW geschrieben.
Fig. 3 zeigt detaillierter den Aufbau der Rahmenpufferschaltung 3.
Wie in Fig. 3 weist die Rahmenpufferschaltung 3 im wesentlichen einen Rahmenspeicher 5 und eine Blockumsetzschaltung 6 auf.
Die Videodaten DV werden zu dem Rahmenspeicher 5 durch einen Anschluß 7 gegeben. Zusätzlich wird eine Schreibadresse ADW zu dem Rahmenspeicher 5 durch einen Anschluß 8 gegeben. Somit werden die Videodaten DV aufeinanderfolgend in eine durch die Schreibadresse ADW festgelegte Adresse geschrieben. Die Anzahl von Bildelementen in einem Rahmen der Videodaten DV beträgt 240 Zeilen (d.h. 240 Bildelemente) in der vertikalen Abtastrichtung, wie durch die oben genannte MPEG definiert wurde, wobei jede Zeile aus 352 Bildelementen gebildet wird.
Der Adreßgenerator 4 bildet eine Leseadresse ADR. Die Leseadresse ADR wird zu der Rahmenpufferschaltung 3 gegeben.
Wenn die Leseadresse ADR zu dem Rahmenspeicher 5 der Rahmenpufferschaltung 3 durch den Anschluß 8 gegeben wird, werden die gespeicherten Videodaten DV gelesen und dann zu der Blockumsetzschaltung 6 gegeben.
Wie in Fig. 4 gezeigt teilt die Blockumsetzschaltung 6 Makroblöcke MB aus 16 x 16 Bildelementen in Blöcke BLK1 bis BLK4 auf, von denen jeder aus 8 x 8 Bildelementen gebildet ist. Die Videodaten DV werden blockweise zu einer DCT-Schaltung 12 und einer Erfassungsschaltung 13 gegeben (BLK1 bis BLK4).
Die DCT-Schaltung 12 führt einen DCT-Vorgang für die Videodaten DV aus, die ihr blockweise (BLK1 bis BLK4) zugeführt werden, und bildet eine Matrix von 8 Zeilen x 8 Spalten (8 x 8) von Umsetz-(transformierten)-Koeffizienten, die die räumlichen Frequenzanteile des Eingangsbildes wiedergeben. Die Umsetzkoeffizienten werden zu einer Quantisierschaltung 14 gegeben.
Die Erfassungsschaltung 13 legt Makroblock MB für Makroblock MB fest, ob die von der Rahmenpufferschaltung 3 zugeführten Videodaten DV ein kompliziertes Muster oder ein unkompliziertes Muster sind.
Die Festlegung geht zur Verarbeitung von jedem Makroblock MB weiter.
In dieser Codiervorrichtung wird die Festlegung, ob ein Muster kompliziert ist oder nicht, nur mit Makroblocks MB eines Luminanzsignales Y durchgeführt, das aus Blöcken BLK1 bis BLK4 gebildet wird, von denen jeder 8 x 8 Bildelemente aufweist. Diese Festlegungstechnik wird bezugnehmend auf Fig. 6 beschrieben. Da die Festlegungstechnik für jeden Block BLK1 bis BLK4 gleich ist, wird nur der Block BLK1 im Detail beschrieben.
In Fig. 6 stellen Pxy (wobei x = 0, 1, ..., 7 und y = 0, 1, ..., 7) Bildelemente dar. In dem Block BLK1 gibt es 49 Abtastblöcke SBxy (wobei x = 0, 1, ..., 6 und y =0, 1, ..., 6) wobei jeder Abtastblock SBxy aus einem 2 x 2 Bildelement Pxy gebildet wird. In angrenzenden Abtastblöcken SBxy liegt jeweils ein Bildelement P überlappend vor.
In Fig. 6 werden Bildelementdaten Yxy des Abtastblockes SB durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Die Kompliziertheit eines Musters wird abhängig davon festgelegt, ob ein Abtastblock SBxy eine Kante ist oder nicht. Um eine Kante zu erfassen, wird das Quadrat der Differenz der Luminanzpegel von Diagonalelementen verwendet. Mit anderen Worten werden für jeden Abtastblock SBxy zwei Werte erhalten. Wenn der größere dieser Werte größer als beispielsweise 4000 ist, wird festgestellt, daß der Abtastblock SBxy eine Kante enthält.
Die Kantenerfassung kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden.
Wenn max [(Y(xy)-Y(x+1, Y+1))², (Y(x+1, y)-Y(xy+1))²]> 4000,
dann liegt eine Kante vor.
Ein Makroblock MB wird beispielsweise aus 196 (=4 x 49) Abtastblöcken SBxy gebildet. Wenn in einer vorbestimmten Anzahl von Abtastblöcken SBxy, beispielsweise 65 oder mehr Abtastblöcken SBxy Kanten erfaßt werden, dann wird festgestellt, daß der Makroblock MB ein kompliziertes Muster ist. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Erfassungsschaltung 13 ein Kantenerfassungssignal EDG auf einem hohen Pegel zu der Steuerschaltung 15.
Die Grundlage der Erfassung der Kompliziertheit eines Musters mit einer vorbestimmten Anzahl von Abtastblöcken SBxy (in diesem Beispiel 65 Abtastblöcken SBxy) wird beschrieben.
In dieser Codiervorrichtung, wenn die Differenz von Luminanzpegeln von Diagonalelementen 25% oder mehr des Dynamikbereiches der Luminanz (2&sup8;=256) (somit 2&sup8; x 0,25 = 64) ist, wird festgestellt, daß der Abtastblock SBxy eine Kante (64² > 4000) enthält.
Wenn zusätzlich Kanten bei mehr als einem Drittel von Abtastblöcken SBxy (196 x (1/3) > 65) erfaßt werden, wird festgestellt, daß die Makroblöcke MB ein kompliziertes Muster aufweisen.
Dieses Kriterium muß nicht immer verwendet werden. Anstelle dessen kann das Kriterium abhängig von den Inhalten eines Bildes oder anderen Bedingungen variiert werden.
Wenn ein Kantenerfassungssignal EDG auf einem hohen Pegel von der Erfassungsschaltung 13 zu der Steuerschaltung 15 gegeben wird, wird ein Steuersignal SC0 in der Steuerschaltung 15 gebildet und zu der Quantisierschaltung 14 gegeben. Alternativ wird ein Steuersignal SC1 gemäß der Kapazität von beschreibbaren Bereichen des Pufferspeichers 17 gebildet und zu der Quantisierschaltung 14 gegeben. Als Verfahren zur Erfassung der Kapazität der beschreibbaren Bereiche des Pufferspeichers 17 in der Steuerschaltung 15 ist ebenfalls die Verwendung einer Technik unter Verwendung der Anzahl von Datenarten möglich, die zusätzlich zu dem oben Erwähnten unter Verwendung des Wertes des Schreibadressenzählers des Wertes des Leseadressenzählers geschrieben und gelesen werden. Somit kann die Wahrscheinlichkeit eines Überlaufs oder eines Unterlaufs des Pufferspeichers 17 verringert werden.
Die Quantisierschaltung 14 quantisiert Umsetzkoeffizienten, die von der DCT-Schaltung 12 zugeführt werden. Eine Quantisierschrittlänge der Quantisierschaltung 14 wird gemäß den Steuersignalen SC0 und SC1 gesteuert.
In der Quantisierschaltung 14 wird die Quantisierschrittlänge adaptiv gemäß den Steuersignal SC0 und SC1 gesteuert, die von der Steuerschaltung 15 makroblockweise MB zugeführt werden.
Wenn festgestellt wird, daß ein Makroblock MB gemäß dem Steuersignal SC0 ein kompliziertes Muster aufweist, wird ein vorbestimmter Wert, beispielsweise 16 zu der Quantisierschrittlänge addiert, um die Quantisierschrittlänge zu vergrößern, die dann abgerundet wird. Da die Quantisierschrittlänge groß wird, wird der quantisierte Bereich klein und die Codierschaltung 16 mit variabler Länge in der folgenden Stufe weist einen Code mit einer kurzen variablen Länge zu, so daß die Datenmenge, die erzeugt wird, verringert wird. Somit kann die Wahrscheinlichkeit, daß der Pufferspeicher 17 einen Überlauf oder einen Unterlauf erleidet, verringert werden.
Wenn festgestellt wird, daß ein Makroblock MB ein unkompliziertes Muster gemäß dem Steuersignal SC0 aufweist, wird eine Quantisierschrittlänge verwendet, bei der der oben genannte vorbestimmte Wert nicht addiert wurde.
Die Vergrößerung der Quantisierschrittlänge für Makroblöcke MB mit einem komplizierten Muster gestattet ein Ansteigen der Datenmenge, die für Makroblöcke MB eines unkomplizierten Musters erzeugt werden kann. Dies ist der Zuweisung von Überschuß-Bits äquivalent, die aufgrund der Verringerung der Datenmenge von Makroblöcken MB mit komplizierten Mustern zu Makroblöcken MB mit unkomplizierten Mustern erzeugt werden.
Wenn das Steuersignal SC1 von der Steuerschaltung 15 bereitgestellt wird, wird die Quantisierungsschrittlänge adaptiv gemäß der Kapazität der beschreibbaren Bereiche des Pufferspeichers 17 in der gleichen Weise wie bei dem Vorgang gemäß dem oben genannten Steuersignal SC0 gesteuert. Die quantisierten Daten werden zu der Codierschaltung 16 mit variabler Länge gegeben.
Die Codierschaltung 16 mit variabler Länge setzt die quantisierten Bereichsdaten in Daten mit variabler Länge um. Durch die oben genannte DCT, Quantisierung und Umsetzung in einen Code mit variabler Länge werden die Videodaten DV komprimiert. Der Code mit variabler Länge wird zu dem Pufferspeicher 17 gegeben.
Der Code mit variabler Länge wird in den Pufferspeicher 17 gemäß einer Schreibadresse ADW geschrieben, die von der Steuerschaltung 15 zugeführt wird. Zusätzlich wird die oben genannte Kapazität der beschreibbaren Bereiche zu der Steuerschaltung 15 gegeben. Der Code mit variabler Länge wird ebenfalls von der Pufferschaltung 17 gemäß einer Leseadresse ADR gelesen, die von der Steuerschaltung 15 bereitgestellt wird. Der Code mit variabler Länge wird durch einen Anschluß 18 erhalten und dann zu der folgenden Schaltung gegeben oder gesendet.
Die Betriebsweise der Steuerschaltung 15 wird bezugnehmend auf Fig. 8 beschrieben.
Bei Schritt 151 wird die Kapazität der beschreibbaren Bereiche des Pufferspeichers 17 gelesen. Dann geht der Vorgang weiter zu Schritt 152.
Bei Schritt 152 wird gelesen, ob ein Kantenerfassungssignal EDG auf hohem Pegel von der Erfassungsschaltung 13 ausgegeben wurde. Dann geht die Verarbeitung zu Schritt 153 weiter.
Bei Schritt 153 wird festgestellt, ob der betreffende Makroblock MB ein kompliziertes Muster aufweist. Wenn erfaßt wird, daß der Makroblock MB kein kompliziertes Muster aufweist, geht die Verarbeitung zu Schritt 154 weiter. Wenn festgestellt wird, daß der Makroblock MB ein kompliziertes Muster aufweist, geht der Vorgang zu Schritt 155 weiter.
Bei Schritt 154 wird die Quantisierungsschrittlänge gemaß der Kapazität der beschreibbaren Bereiche der Pufferschaltung 17, die bei Schritt 151 gelesen wurde, adaptiv gesteuert. Dann geht die Verarbeitung zu Schritt 156 weiter.
Bei Schritt 155 wird ein vorbestimmter Wert, beispielsweise 16, zu der Quantisierungsschrittlänge addiert, die gemäß der Kapazität der beschreibbaren Bereiche der Pufferschaltung 17, die bei Schritt 151 ausgelesen wurde, für jeden Makroblock MB gebildet wurde, um die Quantisierungsschrittlänge zu erhöhen. Die vergrößerte Quantisierungsschrittlänge wird dann abgerundet. Danach geht die Verarbeitung zu Schritt 156 weiter.
Bei Schritt 156 wird die adaptiv festgelegte Quantisierungsschrittlänge als Datenerzeugungsparameter zu der Quantisierungsschaltung 14 makroblockweise MB gegeben.
Gemäß einer weiteren Codiervorrichtung wird die Kompliziertheit eines Musters vorwärts Makroblock MB für Makroblock MB festgestellt. Wenn festgestellt wird, daß ein Makroblock MB ein kompliziertes Muster aufweist, wird ein vorbestimmter Wert zu der Quantisierungsschrittlänge addiert, um die Quantisierungsschrittlänge zu vergrößern.
Somit, da die Datenmenge, die für einen Makroblock MB eines komplizierten Musters erzeugt wird, reduziert werden kann, kann das abrupte Auftreten einer großen Datenmenge aus dem komplizierten Muster verringert werden und die Wahrscheinlichkeit eines Überlaufs des Pufferspeichers 17 kann ebenfalls verringert werden.
Wie oben erwähnt gestattet die Erhöhung der Quantisierungsschrittlänge für Makroblöcke MB mit komplizierten Mustern eine Erhöhung der Datenmenge, die für Makroblöcke MB unkomplizierter Muster erzeugt werden kann. Mit anderen Worten ist dies der Zuweisung von Überschuß-Bits, die aufgrund der Reduzierung der Datenmenge erzeugt werden, die für Makroblöcke MB komplizierter Muster erzeugt werden, zu Makroblöcken MB mit nicht komplizierten Mustern äquivalent. Somit kann die Gesamtbildqualität verbessert werden.
Eine zweite Codiervorrichtung wird bezugnehmend auf Fig. 9 beschrieben.
Der Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die erzeugte Datenmenge mit einer Schwellenwertschaltung 25 verringert wird anstelle der Quantisierungsschaltung 14, die in dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Wenn ein Makroblock MB in Blöcke BLK mit komplizierten Mustern und Blöcken BLK mit unkomplizierten Mustern eingeteilt wird, wird der Schwellenwertpegel der Blöcke BLK der komplizierten Muster adaptiv von dem der Blöcke BLK mit nicht komplizierten Mustern verändert, so daß erstere größer ist als letztere.
Bezüglich dieser Codiervorrichtung werden nur Abschnitte beschrieben, die sich von dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel unterscheiden. Die gleichen Bezugszeichen werden den entsprechenden Bauteilen der zuvor genannten Codiervorrichtung bezeichnet und jegliche überflüssige Beschreibung wird vermieden.
Eine Erfassungsschaltung 26 stellt blockweise (BLK1 bis BLK4) fest, ob Videodaten DV, die von einer Rahmenpufferschaltung 3 zugeführt werden, ein kompliziertes Muster oder ein unkompliziertes Muster enthalten. Jeder Block besteht aus 8 x 8 Bildelementen. Die Festlegungstechnik für die Kompliziertheit der Muster ist die gleiche wie bei dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel. Wenn festgestellt wird, daß ein spezieller Block BLK1 bis BLK4 ein kompliziertes Muster aufweist, gibt die Erfassungsschaltung 26 ein Kantenerfassungssignal EDG auf einem hohen Pegel zu einer Steuerschaltung 27.
Wenn die oben genannte Erfassungsschaltung 13 ein Kantenerfassungssignal EDG auf einem hohen Pegel zu der Steuerschaltung 15 gibt, bildet sie ein Steuersignal SC0 und gibt es zu einer Schwellenschaltung 25.
Alternativ, wenn das Kantenerfassungssignal EDG auf einem niedrigen Pegel ist, bildet die Steuerschaltung 15 ein Steuersignal SC1 gemäß der Kapazität der beschreibbaren Bereiche eines Pufferspeichers 17 und gibt das Steuersignal SC1 zu einer Schwellenschaltung 25.
Die Schwellenschaltung 25 steuert adaptiv den oben genannten Schwellenwertpegel gemäß dem Steuersignal SC0 oder dem Steuersignal SC1, die blockweise (BLK1 bis BLK4) von der Steuerschaltung 27 zugeführt werden. Mit anderen Worten, wenn festgestellt wird, daß ein Block (BLK1 bis BLK4) ein kompliziertes Muster aufweist, steigt der Schwellenwertpegel auf einen vorbestimmten Wert an.
Wenn Umsetzkoeffizienten von der DCT-Schaltung 12 den Schwellenwertpegel überschreiten, verwendet die Schwellenwertschaltung 25 die Umsetzkoeffizienten so wie sie sind. Wenn die Umsetzkoeffizienten niedriger als der Schwellenwertpegel sind, behandelt die Schwellenwertschaltung 25 alle Umsetzkoeffizienten von der DCT- Schaltung 12 als "Nulldaten". Wenn der Schwellenwertpegel ansteigt, wird die erzeugte Datenmenge verringert.
Da die anderen Abschnitte dieser Codiervorrichtung die gleichen sind wie diejenigen der zuvor genannten Codiervorrichtung, wird eine sich überschneidende Beschreibung ausgelassen.
Gemäß dieser Codiervorrichtung wird die erzeugte Datenmenge verringert, wenn festgestellt wird, daß ein Block (BLK1 bis BLK4) ein kompliziertes Muster aufweist, da der Schwellenwertpegel auf einen vorbestimmten Pegel angestiegen ist.
Weitere Wirkungen dieser Codiervorrichtungen sind die gleichen wie diejenigen der zuvor Codiervorrichtung.
Eine dritte Codiervorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, wird bezugnehmend auf Fig. 10 beschrieben.
Der Unterschied zwischen dieser Codiervorrichtung und der zuvor genannten Codiervorrichtung liegt darin, daß die erzeugte Datenmenge mit einer Schwellenschaltung 38 und einer Quantisierschaltung 35 verringert wird. Mit anderen Worten, wenn ein Makroblock MB in Blöcke BLK mit komplizierten Mustern und Blöcke BLK mit unkomplizierten Mustern unterteilt werden kann, wird der Schwellenwertpegel der Blöcke BLK mit komplizierten Mustern adaptiv von dem der Blöcke BLK mit unkomplizierten Mustern verändert, so daß ersterer höher ist als letzterer. Zusätzlich wird die Quantisierschrittlänge adaptiv Makroblock MB für Makroblock MB verändert.
Bei dieser Codiervorrichtung werden nur Abschnitte beschrieben, die sich von der zuvor genannten Codiervorrichtung unterscheiden. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen Teile, die mit der zuvor genannten Codiervorrichtung gemeinsam sind und eine sich überschneidende Beschreibung wird ausgelassen.
Eine Erfassungsschaltung 36 legt blockweise (BLK1 bis BLK4) fest, ob Videodaten DV, die von einer Rahmenpufferschaltung 3 zugeführt werden, ein kompliziertes Muster oder ein unkompliziertes Muster aufweisen. Jeder Block besteht aus 8 x 8 Bildelementen. Die Festlegungstechnik für die Kompliziertheit der Muster ist die gleiche wie bei den zuvor genannten Ausführungsbeispielen. Wenn festgestellt wird, daß ein Block (BLK1 bis BLK4) ein kompliziertes Muster aufweist, gibt die Erfassungsschaltung 26 ein Kantenerfassungssignal EDG auf einem hohen Pegel zu einer Steuerschaltung 37.
Wenn die oben genannte Erfassungsschaltung 13 ein Kantenerfassungssignal EDG auf einem hohen Pegel zu einer Steuerschaltung 37 gibt, bildet sie ein Steuersignal SC0 und gibt dieses zu einer Schwellenwertschaltung 25.
Wenn das Kantenerfassungssignal EDG auf einem hohen Pegel eine bestimmte Bedingung erfüllt, gibt die Steuerschaltung 37 ein Steuersignal SC2 zu der Quantisierschaltung 35.
Alternativ, wenn das Kantenerfassungssignal EDG auf einem niedrigen Pegel ist, bildet die Steuerschaltung 37 ein Steuersignal SC1 gemäß der Kapazität der beschreibbaren Bereiche eines Pufferspeichers 17 und gibt das Steuersignal SC1 zu einer Quantisierschaltung 35.
Die Schwellenwertschaltung 38 steuert adaptiv den oben genannten Schwellenwertpegel gemäß dem Steuersignal SC0, das von der Steuerschaltung 37 blockweise (BLK1 bis BLK4) zugeführt wird. Wenn festgestellt wird, daß ein Block (BLK1 bis BLK4) ein kompliziertes Muster aufweist, steigt der oben genannte Schwellenwertpegel auf den vorbestimmten Wert an.
Wenn Umsetzkoeffizienten von einer DCT-Schaltung den Schwellenwertpegel überschreiten, verwendet die Schwellenwertschaltung 38 die oben genannten Umsetzkoeffizienten so wie sie sind. Wenn die Umsetzkoeffizienten niedriger als der Schwellenwertpegel sind, behandelt die Schwellenwertschaltung 38 die Umsetzkoeffizienten von der DCT-Schaltung 12 als "Nulldaten".
Die Quantisierschaltung 35 steuert adaptiv die Quantisierungsschrittlänge gemäß dem Steuersignal SC1 oder SC2 von der Steuerschaltung 37 Makroblock MB für Makroblock MB. Wenn die Quantisierschaltung 35 feststellt, daß der Makroblock MB einen komplizierten Musterblock BLK enthält und eine bestimmte Bedingung erfüllt, addiert sie einen bestimmten Wert, beispielsweise 16, zu der oben genannten Quantisierungsschrittlänge, um die Quantisierungsschrittlänge zu erhöhen. Die erhöhte Quantisierungsschrittlänge wird dann abgerundet.
Da die übrigen Abschnitte dieser Codiervorrichtung die gleichen sind wie die bei der zuvor genannten Codiervorrichtung, wird eine sich überschneidende Beschreibung ausgelassen.
Gemäß dieser Codiervorrichtung, wenn ein Makroblock MB in Blöcke BLK mit komplizierten Mustern und in Blöcke BLK mit nicht komplizierten Mustern eingeteilt werden kann, wird der Schwellenwertpegel der Blöcke BLK der komplizierten Muster adaptiv von dem der Blöcke BLK der unkomplizierten Muster verändert, so daß ersterer höher ist als letzterer. Zusätzlich wird die Quantisierungsschrittlänge adaptiv Makroblock MB für Makroblock MB verändert. Wenn somit der Schwellenwertpegel ansteigt, wird die erzeugte Datenmenge verringert.
Wenn zusätzlich die Quantisierungsschrittlänge verlängert wird, werden die quantisierten Daten zu kleineren Werten und kürzere Codes mit variabler Länge können zugeordnet werden. Somit kann die erzeugte Datenmenge weiterhin verringert werden.
Die übrigen Wirkungen dieser Codiervorrichtung sind die gleichen wie diejenigen der zuvor genannten Codiervorrichtung.
Gemäß wenigstens von bevorzugten Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Codiervorrichtung werden Abschnitte von Blöcken (Bereichen) mit vorbestimmter Größe mit komplizierten Mustern in einem Vollbild eines Videosignales auf einer Vorwärts-Basis festgestellt, bevor das Signal zu der Codiervorrichtung gegeben wird. Wenn festgestellt wird, daß ein Block ein kompliziertes Muster aufweist, wird der Datenerzeugungsparameter verändert und die Quantisierungsschrittlange der Quantisiereinrichtung und der Schwellenwertpegel der Schwellenwerteinrichtung werden adaptiv gesteuert. Somit kann die erzeugte Datenmenge von komplizierten Musterabschnitten verringert werden. Zusätzlich kann die Wahrscheinlichkeit des abrupten Auftretens einer großen Datenmenge von komplizierten Mustern verringert werden und die Wahrscheinlichkeit, daß der Pufferspeicher überfließt, kann ebenfalls verringert werden. Daher kann die erzeugte Datenmenge für unkomplizierte Musterabschnitte ansteigen und die Gesamtbildqualität verbessert werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Codierung eines Eingangs-Videosignales (SV), mit:

einer Einrichtung (3, 4) zur Aufteilung jedes Vollbildes des Eingangs-Videosignales in Blöcke (MB) vorbestimmter Größe;

einer Orthogonaltransformationsschaltung (12) zur Transformation der Signalwerte innerhalb der Blöcke in transformierte Koeffizienten;

einer Einrichtung (38, 35, 16) zur sequentiellen blockweisen Durchführung eines Schwellenwertvorganges mit einem Schwellenwertpegel, unterhalb dem die transformierten Koeffizienten durch Null ersetzt werden, dann eines Quantisierungsvorganges mit einer Quantisierungsschrittlänge und schließlich eines Codiervorganges der Blöcke, wobei der Schwellenwertpegel und die Quantisierungsschrittlänge gemäß den Eingangs-Videosignalen variiert werden, um die erzeugte Codierdatenmenge zu steuern; und

einer Einrichtung (13) zur blockweisen Feststellung der Kompliziertheit von dem Muster innerhalb der Blöcke, wobei der Schwellenwertpegel und die Quantisierungsschrittlänge für einen gegebenen Block abhängig von dem Ergebnis der Feststellung für den gegebenen Block durch die Feststellungseinrichtung verändert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch,

bei der die Einrichtung (13) zur Festlegung das Vorhandensein einer Kante in Abtastblöcken (SBxy) innerhalb der Blöcke feststellt, wobei das Vorhandensein einer Kante ein kompliziertes Muster anzeigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

bei der die Einrichtung (13) zur Feststellung mehrere Abtastblöcke innerhalb jedes Blockes verwendet, das Vorhandensein einer Kante in jedem der Abtastblöcke erfaßt und feststellt, daß das Muster innerhalb des Blockes ein kompliziertes Muster ist, wenn die Anzahl der Abtastblöcke mit einer Kante in ihm eine vorbestimmte Anzahl überschreitet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3,

wobei die Einrichtung (13) zur Feststellung eine Kante durch Berechnung des Quadrates der Differenz der Luminanzpegel von diagonal gegenüberliegenden Eckelementen eines Abtastblockes erfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

bei der, wenn die Differenz von Luminanzpegeln der Diagonalelemente 25% oder mehr des Dynamikbereiches der Luminanz ist, festgestellt wird, daß eine Kante in dem Abtastblock festliegt.

6. Verfahren zur Codierung eines Eingangs-Videosignales, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Aufteilen jedes Vollbildes des Eingangs-Videosignales in Blöcke vorbestimmter Größe;

Durchführung einer Orthogonaltransformation der Signalwerte innerhalb der Blöcke zur Bildung transformierter Koeffizienten;

sequentielle blockweise Durchführung eines Schwellenwertvorganges mit einem Schwellenwertpegel, unterhalb dem die transformierten Koeffizienten durch Nullen ersetzt werden, dann einem Quantisiervorgang mit einer Quantisierschrittlänge und schließlich eines Codiervorganges für die Blöcke, wobei der Schwellenwertpegel und die Quantisierungsschrittlänge in Abhängigkeit von dem Eingangs-Videosignal zur Steuerung der erzeugten Codierdatenmenge verändert werden; und

blockweise Feststellung der Kompliziertheit der Muster innerhalb des Blöcke, wobei der Schwellenwertpegel und die Quantisierungsschrittlänge, die für einen gewissen Block verwendet werden, abhängig von dem Ergebnis der Festlegung für diesen Block verändert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

bei dem der Schritt der Festlegung das Vorhandensein einer Kante in einem Absatzblock (SBxy) innerhalb der Blöcke erfaßt, wobei das Vorhandensein einer Kante ein kompliziertes Muster anzeigt.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

bei dem der Schritt der Festlegung mehrere Abtastblöcke innerhalb jedes Blockes verwendet, das Vorhandensein einer Kante in jedem der Abtastblöcke erfaßt und festlegt, daß das Muster innerhalb des Blockes ein kompliziertes Muster ist, wenn die Anzahl von Abtastblöcken, in denen eine Kante vorliegt, eine vorbestimmte Anzahl überschreitet.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8,

wobei der Schritt der Festlegung eine Kante durch Berechnung des Quadrates des Unterschiedes der Luminanzpegel von diagonal gegenüberliegenden Eckelementen eines Abtastblockes erfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9,

bei dem, wenn der Unterschied der Luminanzpegel der diagonal gegenüberliegenden Eckelemente 25% oder mehr des Dynamikbereiches der Luminanz ist, festgestellt wird, daß in dem Abtastblock eine Kante vorliegt.