DE69329637T2

DE69329637T2 - System mit mindestens einem Koder zur Kodierung eines digitalen Signals und mit mindestens einem Dekoder zur Dekodierung eines kodierten digitalen Signals

Info

Publication number: DE69329637T2
Application number: DE69329637T
Authority: DE
Inventors: Andries Pieter Hekstra; Arian Koster; Dolf Albert Schinkel
Original assignee: Koninklijke KPN NV
Current assignee: Koninklijke KPN NV
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2013-09-04
Also published as: EP0588411B1; FI108597B; NO933181D0; GR3035361T3; AU4730993A; ES2152238T3; US5410307A; JP2709786B2; KR0129503B1; CA2105807A1; JPH0722961A; KR940008482A; NO304770B1; CN1047055C; NL9201594A; CN1085722A; CA2105807C; PT588411E; DE69329637D1; FI934018A7

Description

A. Technischer Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein System gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solch ein System ist in dem Artikel "Coded representation of picture and audio information", "TM1 Compatibility Experiments" von I. Parke in ISO-IEC/JTC1/SC29/WG11, MPEG92/291 beschrieben und dort insbesondere in den Fig. 1 (der Codierer) und den Fig. 2 (der Decodierer). Der Codierer, der auf einem geschichteten Codieren basiert, umfasst den Eingang zum Empfang des zu codierenden digitalen Signal, so z. B. eines Fernsehsignals, welches aus Bildelementen aufgebaut ist (Pixeln oder Bildpunkten), und erste Daten verarbeitende Mittel, die mit dem Eingang verbunden sind, um das erste codierte digitale Signal zu erzeugen. Weiterhin umfasst der Codierer das erste Codiererrückkopplungsmittel zum Rückkoppeln von mindestens einem Abschnitt der ersten Daten verarbeitenden Mittel, um das Codieren effizienter fortschreiten zu lassen. Das erste Codiererrückkopplungsmittel umfasst die Codierereinstellungsmittel, von denen ein Hauptkontakt mit dem Eingang verbunden ist und von dem ein erster Kontakt mit dem ersten Daten verarbeitenden Mittel über das erste Codiererspeichermittel verbunden ist. Der Codierer umfasst auch Reduktionsmittel, die mit dem Eingang verbunden sind, um das empfangene digitale Signal zu reduzieren, zweite Daten verarbeitende Mittel, die mit den Verminderungsmitteln verbunden sind, um ein zweites codiertes digitales Signal zu erzeugen, und zweite Codiererrückkopplungsmittel, um zumindest einen Abschnitt der zweiten Daten verarbeitenden Mittel zurückzukoppeln, um das Codieren effizienter zu gestalten. Das zweite Codiererrückkopplungsmittel umfasst das zweite Codiererspeichermittel und ist mit einem zweiten Kontakt des Codierereinstellungsmittels über das Codierervorhersagemittel verbunden.
Solch ein System, welches mit ersten und zweiten Daten verarbeitenden Mitteln versehen ist, besteht an sich aus zwei Schichten: die ersten Daten verarbeitenden Mittel erzeugen das erste co - dierte digitale Signal, welches die höchste Auflösung aufweist, weil dieses Signal durch das Verarbeiten des empfangenen digitalen Signals erhalten wird, und die zweiten Daten verarbeitenden Mittel erzeugen das zweite codierte digitale Signal, welches die geringste Auflösung aufweist, weil das Signal aus der Verarbeitung des digitalen Signals erhalten wird, welches von den Reduktionsmitteln übernommen wurde. Beide Signale werden dann über Multiplexer oder Demultiplexer dem Decodierer zugefügt, welcher auf der Basis der geschichteten Decodierung beruht und welcher im Falle des Decodierens, welches auf der höheren Auflösung basiert, beide Signale einsetzt, und welcher, im Falle des Decodierens, welches auf einer geringen Auflösung basiert, nur das zweite codierte digitale Signal einsetzt. Der Decodierer umfasst die ersten Daten rückverarbeitenden Mittel zur Verarbeitung eines ersten codierten digitalen Signals, erste Decodiererspeichermittel, die mit einem ersten Kontakt der Decodierereinstellungsmittel verbunden sind, von denen ein Hauptkontakt mit den ersten Daten rückverarbeitenden Mitteln verbunden ist, wobei die zweiten Daten rückverarbeitenden Mittel zur Verarbeitung eines zweiten codierten digitalen Signal vorgesehen sind, und zweite Decodiererspeichermittel, die mit den zweiten Datenrückverarbeitungsmitteln und über die Decodierervorhersagemittel mit einem zweiten Kontakt des Decodereinstellungsmittels verbunden sind.
Bei dieser Anordnung sind die Codierereinstellungsmittel und die Decodierereinstellungsmittel als Kreuzschaltermittel ausgestaltet, d. h. dass der Hauptkontakt entweder mit einem ersten Schalterkontakt (der erste Kontakt) oder mit einem zweiten Schalterkontakt (der zweite Kontakt) durchverbunden sind. Wenn in Unterordnung zu einem "Systemsteuerer" der Hauptkontakt des Codierereinstellungsmittels mit dem ersten Schaltkontakt durchverbunden ist, wird das vorhergehende hoch aufgelöste Bild in dem ersten Codiererspeichermittel gespeichert und eingesetzt, um das neue hoch aufgelöste Bild vorherzusagen. Falls in Unterordnung zu dem "Systemsteuerer" der Hauptkontakt des Codierereinstellungsmittels mit dem zweiten Schaltkontakt durchverbunden ist, wird das bestehende, momentane Bild niedriger Auflösung eingesetzt, um das neue hoch auflösende Bild vorherzusagen. Die Information, die für diesen Zweck notwendig ist und von dem "Systemsteuerer" ausgeht, wird auch dem Decodierer über Multiplexer- und Demultiplexermittel zugeführt, so dass die Decodereinstellungsmittel in einem synchronen Zustand mit den Codierereinstellungsmitteln sind.
Solch ein bekanntes System weist den Nachteil auf, dass es mit ungenügender Effizienz codiert.

B. Zusammenfassung der Erfindung

Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein System der eingangs genannten Art mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches effizienter codiert.
Zu diesen Zwecke weist das System gemäss der Erfindung die charakteristischen Merkmale des Anspruchs 1 auf.
Wenn die Codierereinstellungsmittel und die Decodierereinstellungsmittel jeweils das Verhältnis der Signale in Unterordnung zu der Systemsteuerung einstellen, die an dem ersten Kontakt und an dem zweiten Kontakt anliegen, und dann diese eingestellten Signale kombinieren, kann eine Verbesserung der Vorhersage von theoretisch 3 dB mit dem richtigen Verhältnis erreicht werden, was natürlich bildabhängig ist, und dieses führt zu einer Verbesserung der Codiereffizienz.
Weil die an dem ersten Kontakt und an dem zweiten Kontakt anliegenden Signale digital sind, und in der Gestalt von Zahlen vorliegen, können beide Signale in einer Weise, die für den Fachmann klar erkennbar ist, durch x und 1-x (wobei 0 ≤ x ≤ 1) multipliziert und dann addiert werden. Viele Variationen hiervon sind denkbar, so z. B. die Multiplikation durch y und 100-y (wobei 0 ≤ y ≤ 100) und dann die Division des addierten Signales durch den Wert 100, was letztendlich natürlich zu dem gleichen Ergebnis führt, wenn y = 100 x ist. In diesem Falle ist es durch Einstellung des Wertes von x in Unterordnung zur Systemsteuerung möglich, festzustellen, in welchem Masse das vorhergehende hoch aufgelöste Bild und das derzeitige Bild niedriger Auflösung zur Vorhersage des neuen hoch aufgelösten Bildes beitragen.
Die Erfindung basiert auf der Einsicht, dass die Codiereffizienz allgemein erhöht werden kann, indem die Vorhersage des neuen hoch aufgelösten Bildes sowohl auf das vorhergehende hoch aufgelöste Bild (das an dem ersten Kontakt anliegende Signal) und auf dem vorliegenden momentanen niedrig aufgelösten Bild (das an dem zweiten Kontakt anliegende Signal) basiert, wobei die Einstellung des Verhältnisses der beiden Signale für jede Vorhersage festzustellen ist.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des Systems gemäss der Erfindung weist die charakteristischen Merkmale des Anspruchs 2 auf.
Im Ergebnis des Installierens in dem Codierer eines ersten Codiererbewegungsvorhersagemittel in Serie mit dem ersten Codiererspeichermittel und von zweiten Codiererbewegungsvorhersagemitteln in Serie mit dem zweiten Codiererspeichermittel und durch das Installieren im Codierer von ersten Decodiererbewegungskompensationsmitteln zwischen dem ersten Kontakt und dem ersten Codiererspeichermittel und dem Installieren von zweiten Decodiererbewegungskompensationsmitteln in Serie mit den zweiten Decodiererspeichermitteln, kann ein System erhalten werden, welches mit noch höherer Effizienz codiert, weil dieses System Bewegungen des Bildinhaltes durch Codieren und Decodieren von verschiedenen Bildelementen in Betracht zieht. Zu diesem Zweck erzeugen die Codiererbewegungsvorhersagemittel jeweils Vektorsignale, die durch das Mittel von Multiplexern und Demultiplexern an den Decodierer übertragen werden, wobei eines der Vektorsignale oder eine Kombination von beiden Vektorsignalen eingesetzt wird, um die Decodiererbewegungskompensationsmittel zu steuern.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Codierer zum Codieren eines digitalen Signals gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Der Codierer gemäss der Erfindung weist die charakteristischen Merkmale des Anspruchs 3 auf.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des Codierers gemäss der Erfindung weist die charakteristischen Merkmale des Anspruchs 4 auf.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Decodierer zum Decodieren eines codierten digitalen Signals gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Der Decodierer gemäss der Erfindung weist die charakteristischen Merkmale des Anspruchs 5 auf.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des Decodierers gemäss der Erfindung weist die charakteristischen Merkmale des Anspruchs 6 auf.
Die internationale Patentanmeldung WO-92/06563 beschreibt auf dem technischen Gebiet des HDTV ein Codiersystem für digitale Signale, die Fernsehbildern entsprechen. Das System umfasst ein Mischen eines rekonstruierten hoch auflösenden Bildes und eines hoch konvertierten Bildes niedriger Auflösung mit variablen Gewichten, um eine Dissonanz zwischen dem vorhergesagten Bild hoher Auflösung und dem vorhergesagten Bild niedriger Auflösung aufzulösen. Dieses Problem der Dissonanz ist als Drift bekannt.

C. Druckschriften

- "Coded representätion of picture and audio information", "TM1 Compatibility Experiments" von I. Parke in ISO- IEC/JTC1/SC29/WG11, MPEG92/291, und
- WO-92/06563.

D. Beispielhaftes Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nun in grösserem Detail unter Bezugnahme auf ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel beschrieben, welches in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1 einen Codierer gemäss der Erfindung, und
Fig. 2 einen Decodierer gemäss der Erfindung.
Der Codierer, der in der Fig. 1 dargestellt ist, besteht aus zwei Schichten. Die erste Schicht (10-21) codiert Signale auf der Basis der höchsten Auflösung und die zweite Schicht (30-41) codiert Signale auf der Basis der niedrigsten Auflösung.
Die erste Schicht umfasst erste Datenverarbeitungsmittel 10, die aus einer Abfolge von Transformationsmitteln 11, Quantisiermitteln 12 und Codiermitteln 13 bestehen und aus einer Abfolge, die mit einem Verzweigungspunkt zwischen den Quantisiermitteln 12 und den Codiermitteln 13 verbunden ist und aus den inversen Quantisiermitteln 14 und den inversen Transformationsmitteln 15 besteht. Ein Eingang der Transformationsmittel 11 bildet einen Eingang der Datenverarbeitungsmittel 10, der mit einem Ausgang des Subtraktionsschaltkreises 16 verbunden ist. Ein Ausgang der Codiermittel 13 bildet einen Codierausgang der Datenverarbeitungsmittel 10 zur Erzeugung eines ersten codierten digitalen Signals auf der Basis hoher Auflösung, wobei der Codierausgang mit einem ersten Eingang eines Multiplexers 6 verbunden ist. Ein Ausgang der inversen Transformationsmittel 15 bildet einen Rückkopplungsausgang der Datenverarbeitungsmittel 10 für die (zumindest teilweise) Rückkopplung der besagten Datenverarbeitungsmittel 10, wobei der Rückkopplungsausgang mit einem ersten (positiven) Eingang des Additionsschaltkreises 19 verbunden ist. Ein Ausgang des Additionsschaltkreises 19 ist mit einem Eingang eines ersten Codiererspeichermittels 20 verbunden. Das letztere ist bidirektional mit dem ersten Codiererbewegungsvorhersagemittel 21 verbunden, von dem ein Vektorausgang zur Erzeugung eines ersten Vektorsignals mit einem zweiten Eingang des Multiplexers 6 verbunden ist. Ein Eingang des Codiererbewegungsvorhersagemittels 21 ist mit einem Eingang 1 des Codierers verbunden, wobei dieser Eingang 1 weiterhin mit einem ersten (positiven) Eingang des Subtraktionsschaltkreises 16 verbunden ist. Ein zweiter (negativer) Eingang von letzterem ist mit einem zweiten (positiven) Eingang des Additionsschaltkreises 19 verbunden und mit einem Ausgang (einem Hauptkontakt) des Codierereinstellungsmittels 7, von dem ein erster Eingang (ein erster Kontakt) mit einem weiteren Ausgang der Codiererbewegungsvorhersagemittel 21 verbunden ist. Ein Steuerungseingang des Codierereinstellungsmittels 7 ist mit einem fünften Eingang des Multiplexers 6 und mit einem Ausgang einer Systemsteuerung 8 verbunden, von der ein Eingang mit dem Codierausgang der Datenverarbeitungsmittel 10 verbunden ist. Der Systemsteuerer 8 leitet ein x-Signal, welches den Wert x darstellt, zu dem Codierereinstellungsmittel 7 und zu dem Multiplexer 6, der dann das x-Signal in multiplexter Form dem Decodierer zuführt. Die Codierereinstellungsmittel 7 sind so ausgestaltet, um die Einstellung des Verhältnisses der Signale, die an den ersten und zweiten Eingängen anliegen, durch Multiplikation des vorliegenden Signals an dem ersten Eingang (ausgehend von dem ersten Codiererbewegungsvorhersagemittel 21) mit dem Wert x und durch Multiplikation des an dem zweiten Eingang anliegenden Signals (ausgehend von dem Codierervorhersagemittel 3) mit dem Wert 1-x und dann durch das Addieren der zwei in dieser Weise erhaltenen Signale einzustellen. Für den Wert x gilt, dass er zwischen 0 ≤ x ≤ 1 liegt, wobei dieser Wert von dem Systemsteuerer 8 in einer Weise festgelegt wird, welche später betrachtet wird und über den Steuereingang des Codierereinstellungsmittel 7 eingestellt wird. Das erste Codiererspeichermittel 20 und das erste Codiererbewegungsvorhersagemittel 21 bilden zusammen das erste Codiererrückkopplungsmittel.
Die zweite Schicht umfasst zweite Datenverarbeitungsmittel 30, die aus einer Abfolge von Transformationsmitteln 31, Quantisiermitteln 32 und Codiermitteln 33 bestehen und aus einer Abfolge, die mit einem Verzweigungspunkt zwischen den Quantisiermitteln 32 und den Codiermitteln 33 verbunden ist und aus den inversen Quantisiermitteln 34 und den inversen Transformationsmitteln 35 besteht. Ein Eingang der Transformationsmittel 31 bildet einen Eingang der Datenverarbeitungsmittel 30, der mit einem Ausgang des Subtraktionsschaltkreises 36 verbunden ist. Ein Ausgang der Codiermittel 33 bildet einen Codierausgang der Datenverarbeitungsmittel 30 zur Erzeugung eines zweiten codierten digitalen Signals auf der Basis geringer Auflösung, wobei der Codierausgang mit einem dritten Eingang eines Multiplexers 6 verbunden ist. Ein Ausgang der inversen Transformationsmittel 35 bildet einen Rückkopplungsausgang der Datenverarbeitungsmittel 30 für die (zumindest teilweise) Rückkopplung der besagten Datenverarbeitungsmittel 30, wobei der Rückkopplungsausgang mit einem ersten (positiven) Eingang des Additionsschaltkreises 39 verbunden ist. Ein Ausgang des Additionsschaltkreises 39 ist mit einem Eingang eines zweiten Codiererspeichermittels 40 verbunden. Das letztere ist bidirektional mit dem zweiten Codiererbewegungsvorhersagemittel 41 verbunden, von dem ein Vektorausgang zur Erzeugung eines zweiten Vektorsignals mit einem vierten Eingang des Multiplexers 6 verbunden ist. Ein Eingang des Codiererbewegungsvorhersagemittels 41 ist mit einem Ausgang 1 der Reduktionsmittel 2 verbunden, um das empfangene Signal zu reduzieren, dessen Ausgang weiterhin mit einem ersten (positiven) Eingang des Subtraktionsschaltkreises 36 verbunden ist. Ein zweiter (negativer) Eingang von letzterem ist mit einem weiteren Ausgang des Codiererbewegungsvorhersagemittels 41 verbunden, wobei der weitere Ausgang weiterhin mit einem zweiten (positiven) Eingang des Additionsschaltkreises 39 verbunden ist. Die Reduktionsmittel 2, von denen ein Eingang mit dem Eingang 1 des Codierers verbunden ist, umfassen Filtermittel und Unterabtastmittel. Der Ausgang des Additionsschaltkreises 39 ist weiterhin mit einem Eingang des Codierervorhersagemittels 3 verbunden, um die Datenverarbeitungsmittel 30 mit den Datenverarbeitungsmitteln 10 zu verbinden. Ein Ausgang des Codierervorhersagemittels 3 ist mit einem zweiten Eingang (ein zweiter Kontakt) des Codierereinstellungsmittels 7 verbunden. Die Codierervorhersagemittel 3 umfassen Interpolationsmittel und Abtastmittel. Zur selben Zeit bilden das zweite Codiererspeichermittel 40 und das zweite Codiererbewegungsvorhersagemittel 41 die zweiten Codiererrückkopplungsmittel.
Die Arbeitsweise des in der Fig. 1 dargestellten Codierers ist wie folgt. Das zu codierende digitale Signal liegt an dem Eingang 1 als Bitfolge vor, wobei eine vorbestimmten Anzahl von Bits ein Bildelement (Pixel oder Bildelement) in jedem Falle bildet. Unter der Annahme, dass die Codierereinstellungsmittel mit x = 1 eingestellt sind und dass der Inhalt des ersten Codiererspeichermittels 20 leer ist, erreicht eine erste Gruppe von Bildelementen die Datenverarbeitungsmittel 10 über den Subtraktionsschaltkreis 16. Die Transformationsmittel 11 führen z. B. eine diskrete Kosinustransformation auf der Gruppe der Bildelemente durch, was die zugehörigen Koeffizienten für jede Frequenzkomponente bestimmt. Die Quantisiermittel 12 bestimmen das erhaltene Signal. Das quantisierte Signal wird dann durch die Codiermittel 13 codiert, z. B. auf der Basis einer zweidimensionalen Tabelle, mit der die neuen Codewörter erzeugt werden, die im Schnitt eine kürzere Länge als die einlaufenden Wörter aufweisen, und dem Multiplexer 6 zugeführt werden. Diese transformierte, quantisierte und codierte Gruppe von Bildelementen bildet daher den ersten Abschnitt des auf der Basis der hohen Auflösung codierten Signals. Nach der Transformation und der Quantisierung wird die erste Gruppe von Bildelementen in inverser Weise quantisiert durch die inversen Quantisiermittel 14 und invers transformiert durch die inversen Transformationsmittel 15 und über den Additionsschaltkreis 19 in dem Codiererspeichermittel 20 an einem ersten Ort gespeichert. Eine zweite Gruppe von Bildelemente läuft denselben Weg wie die erste Gruppe von Bildelementen durch, wird denselben Funktionen unterworfen und wird in dem Codiererspeichermittel 20 an einem zweiten Ort gespeichert usw., bis alle Gruppen von Bildelementen von einem kompletten Bild (das erste Bild) gespeichert sind.
Die erste Gruppe von Bildelementen des nächsten (zweiten) Bildes wird dann am Eingang 1 anliegen und dem Codiererbewegungsvorhersagemittel 21 zugeführt, welches auf der Basis des vorhergehenden (ersten) Bildes, welches in dem Codiererspeichermittel 20 gespeichert ist, überprüft, ob eine Möglichkeit einer bestimmten Bewegung besteht. Falls dem so ist, wird die bestimmte Bewegung in der Gestalt eines ersten Vektorsignals dem Multiplexer 6 zugeführt. Zur selben Zeit erzeugen die Codiererspeichermittel 20 die erste Gruppe von Bildelementen des vorhergehenden (ersten) Bildes, wobei diese erste Gruppe von Bildelementen, über die Codiererbewegungsvorhersagemittel 21 und über die Codierereinstellungsmittel 7 (weil letztere mit x = 1 eingestellt sind) von der ersten Gruppe der Bildelemente des (zweiten) Bildes, welches zu codieren ist, durch das Mittel des Subtraktionsschaltkreises 16 subtrahiert wird. Weil der Unterschied zwischen der ersten Gruppe von Bildelementen des zweiten Bildes und der ersten Gruppe von Bildelementen des ersten Bildes dann den Datenverarbeitungsmitteln 10 vorgelegt wird, kann das Codieren in erheblicher Weise effizienter ausgestaltet werden. Unter Berücksichtigung von jeglichen Bewegungen im Bildinhalt von nachfolgenden Bildern durch die Codiererbewegungsvorhersagemittel wird die Effizienz in weiterem Masse erhöht. Anstelle von Vektoren können ebenso andere Vorhersageparameter, die auf der Basis von anderen Vorhersageverfahren festgestellt werden, übermittelt werden.
Was oben beschrieben worden ist, entspricht der Arbeitsweise des Codierers in bezug auf die erste Schicht, welche um die Datenverarbeitungsmittel 10 herum konstruiert ist, wobei die Codierereinstellungsmittel mit x = 1 ausgestaltet sind. Die Arbeitsweise in bezug auf die zweite Schicht, die um die Datenverarbeitungsmittel 30 herum aufgebaut ist, ist im Prinzip identisch (mit der Einstellung x = 1), wobei die folgende Ausnahme festzustellen ist. Die Datenverarbeitungsmittel 30 empfangen über den Subtraktionsschaltkreis 36 das empfangene Signal, welches durch die Reduktionsmittel 2 reduziert worden ist und welches eine geringere Auflösung als das am Eingang 1 anliegende Signal aufweist, infolge des Filterns und des Unterabtastens. Das von den Datenverarbeitungsmitteln 30 erzeugte codierte Signal ist daher auf der Basis einer geringeren Auflösung (die geringe Auflösung) codiert.
Falls die Codierereinstellungsmittel mit dem Wert x = 1 eingestellt sind, wird die erste Gruppe von Bildelementen des vorangegangenen (ersten) Bildes von der ersten Gruppe von Bildelementen des (zweiten) Bildes, welches durch die Mittel des Subtraktionsschaltkreises 16 zu codieren ist, abgezogen. Im Ergebnis wird ein Abschnitt des gespeicherten vorangegangenen hoch aufgelösten Bildes eingesetzt, um einen Abschnitt des neuen hoch aufgelösten Bildes vorherzusagen, welches zu codieren ist. Falls der Abschnitt des gespeicherten vorangegangenen hoch aufgelösten Bildes nur leicht ähnlich oder gar nicht ähnlich zum entsprechenden Abschnitt des neuen hoch aufgelösten und zu codierenden Bildes ist, kann entschieden werden, die Vorhersage auf einem Abschnitt des neuen Bildes niedriger Auflösung zu basieren. In diesem Falle sollte das Codierereinstellungsmittel mit dem Wert x = 0 eingestellt werden. Falls die Effizienz der Datenverarbeitungsmittel im Falle x = 1 erhöht worden ist, weil der Unterschied zwischen der ersten Gruppe von Bildelementen des zweites Bildes und der ersten Gruppe von Bildelementen des ersten Bildes nur codiert werden musste, im Falle wenn x = 0 ist, kann die Effizienz das Datenverarbeitungsmittels 10 auch erhöht werden, weil als Konsequenz des Koppelns der zweiten Schicht mit der ersten Schicht durch die Codierervorhersagemittel 3 eine Gruppe von in der zweiten Schicht grob codierten Bildelementen in der ersten Schicht nur in einer verfeinerten Weise zu codieren ist. Das Interpolieren und Überabtasten durch die Codierervorhersagemittel 3 ist notwendig aufgrund der verschiedenen Auflösungsniveaus zwischen den zwei Schichten.
Beide Arten von Vorhersagen werden kombiniert, falls für x ein Wert zwischen 0 und 1 gewählt wird. Falls x = 1/2 ist, sind beide Typen der Vorhersagen gleich schwer gewichtet. Falls x< 1/2 ist, wird die Vorhersage auf der Basis des vorliegenden momentanen niedrig aufgelösten Bildes grösser gewichtet, und falls x> 1/2 ist, wird die Vorhersage auf der Basis des vorhergehenden hoch aufgelösten Bildes mehr gewichtet. Mit einem korrekt gewählten Wert von x ist festzustellen, dass ein 3 dB-Gewinn in der Vorhersage erreicht werden kann. Der optimale Wert von x wird durch die Systemsteuerung 8 festgestellt, welche z. B. für jeden möglichen Wert x feststellt, wie viele Bits an dem Codierausgang der Datenverarbeitungsmittel 10 benötigt werden, um einen codierten Abschnitt eines Bildes zu reproduzieren. Der Wert von x, der die minimale Anzahl von Bits erfordert, bildet in diesem Falle den optimalen Wert. Der Eingang der Systemsteuerung 8 könnte auch mit dem Ausgang des Subtraktionsschaltkreises 16 gekoppelt werden, in welchem Falle das Quadrat des resultierenden Signals (Differenzsignal oder Fehlersignal), welches an dem besagten Ausgang anliegt, für jeden Wert von x berechnet werden sollte. Der Wert von x, welcher den geringsten Fehler ergibt, bildet dann den optimalen Wert.
Der Codierer sollte eine minimale Anzahl von zwei Schichten umfassen, in welchem Falle das codierte Signal mit der höchsten Auflösung z. B. geeignet ist, um die sogenannten hoch aufgelösten Fernsehbilder (HDTV-Bilder) zu reproduzieren, und das codierte Signal mit der geringen Auflösung geeignet ist, um die normalen Fernsehbilder zu reproduzieren. Falls der Codierer drei Schichten umfasst, könnten Signale mit der dritten Schicht zur Reproduktion von einem Bild eingesetzt werden, welches ein sogenanntes Videotelefon ist, in welchem Falle eine noch geringere Auflösung ausreichen könnte.
Der Decodierer, der in der Fig. 2 dargestellt ist, umfasst einen Demultiplexer 70 mit einem Eingang zum Empfang des multiplexten Signals, welches von dem Codierer stammt und welches das erste codierte digitale Signal mit der höchsten Auflösung aufweist, ein erstes Vektorsignal, das zweite codierte digitale Signal, welches die geringste Auflösung aufweist, das zweite Vektorsignal und das x-Signal. An einem ersten Ausgang des Demultiplexers 70 liegt dann das erste codierte digitale Signal an, an einem zweiten Ausgang des Demultiplexers 70 liegt das erste Vektorsignal an, an einem dritten Ausgang des Demultiplexers 70 liegt das zweite codierte digitale Signal an, an einem vierten Ausgang des Demultiplexers 70 liegt das zweite Vektorsignal an und an einem fünften Ausgang des Demultiplexers 70 liegt das x- Signal an. Der erste Ausgang des Demultiplexers 70 ist mit einem Eingang der ersten Datenrückverarbeitungsmittel 89 verbunden, welche eine serielle Verbindung von inversen Codiermitteln 81, inversen Quantisiermitteln 82 und inversen Transformationsmitteln 83 aufweisen, von denen ein Ausgang mit einem ersten Eingang des Additionsschaltkreises 84 verbunden ist. Ein Ausgang des Additionsschaltkreises 84 bildet einen (hoch aufgelösten) Ausgang des Decodierers und ist mit einem Eingang des ersten Decodiererspeichermittels 85 verbunden und ein Ausgang von letzterem ist mit einem Eingang des ersten Decodiererbewegungskompensationsmittels 86 verbunden. Ein Vektoreingang von letzterem ist mit dem zweiten Ausgang des Demultiplexers 70 zum Empfang des (ersten) Vektorsignals verbunden und ein Ausgang ist mit einem ersten Eingang (ein erster Kontakt) des Decodierereinstellungsmittels 87 verbunden, von dem ein Ausgang mit einem zweiten Eingang des Additionsschaltkreises 84 verbunden ist. Ein Steuereingang des Decodierereinstellungsmittels 87 ist mit dem fünften Ausgang des Demultiplexers 70 zum Empfang des x-Signals verbunden.
Der dritte Ausgang des Demultiplexers 70 ist mit einem Eingang des zweiten Datenrückverarbeitungsmittels 79 verbunden, welcher eine serielle Verbindung von inversen Codiermitteln 71, inversen Quantisiermitteln 72 und inversen Transformationsmitteln 23 umfasst. Ein Ausgang von letzterem ist mit einem ersten Eingang des Additionsschaltkreises 74 verbunden, von dem ein Ausgang mit einem zweiten Eingang (ein zweiter Kontakt) des Decodierereinstellungsmittels 87 über das Decodierervorhersagemittel 27 verbunden ist, welches Interpoliermittel und Abtastmittel umfasst. Der Ausgang des Additionsschaltkreises 74, welcher einen zweiten (niedrig aufgelösten) Ausgang des Decodierers bildet, ist auch mit einem Eingang des zweiten Decodiererspeichermittels 75 verbunden und ein Ausgang von letzterem ist mit einem Eingang des zweiten Decodiererbewegungskompensationsmittels 76 verbunden. Ein Ausgang von letzterem ist mit einem zweiten Eingang des Additionsschaltkreises 74 verbunden und ein Vektoreingang ist mit dem vierten Ausgang des Demultiplexers 70 zum Empfang des (zweiten) Vektorsignals verbunden.
Die Wirkungsweise des Decodierers, der in der Fig. 2 dargestellt ist, ist wie folgt. Die ersten Datenrückverarbeitungsmittel 89 führen durch inverse Codiermittel 81 eine inverse Codierung des ersten codierten digitalen Signals durch, z. B. auf der Basis einer Tabelle, und führen dann eine inverse Quantisierung mit Hilfe der inversen Quantisiermittel 78 durch und führen dann mit Hilfe der inversen Transformationsmittel 83 eine inverse Transformation durch, bei der es sich beispielsweise um eine inverse diskrete Kosinustransformation handeln kann. Die zweiten Datenrückverarbeitungsmittel 79 führen mit Hilfe von inversen Codiermitteln 71 eine inverse Codierung des zweiten codierten digitalen Signals durch, z. B. auf der Basis einer Tabelle, sie führen dann eine inverse Quantisierung mit Hilfe der inversen Quantisiermittel 72 durch und führen dann mit Hilfe der inversen Transformationsmittel 73 eine inverse Transformation durch, bei der es sich beispielsweise um eine inverse diskrete Kosinustransformation handeln kann. Das von dem zweiten Datenverarbeitungsmittel 79 erzeugte Signal hat eine geringe Auflösung und bildet den Unterschied zwischen einer bestimmten Gruppe von Bildelementen eines bestimmten Bildes und einer bestimmten Gruppe von Bildelementen eines vorangegangenen Bildes. Mit der Hilfe des Additionsschaltkreises 74, der zweiten Decodiererspeichermittel 75 und der zweiten Decodiererbewegungskompensationsmittel 76, erscheint die bestimmte Gruppe von Bildelementen des bestimmten Bildes dann an dem zweiten (niedrig aufgelösten) Ausgang des Decodierers. Dieses Signal wird interpoliert und mit der Hilfe der Decodierervorhersagemittel 77 abgetastet, wonach es geeignet ist, um dem zweiten Eingang der Decodierereinstellungsmittel 87 zugeführt zu werden.
Das von den ersten Datenverarbeitungsmitteln 89 erzeugte Signal weist eine hohe Auflösung auf und bildet den Unterschied zwischen einer bestimmten Gruppe von Bildelementen eines bestimmten Bildes und einer bestimmten Gruppe von Bildelementen eines vorangegangenen Bildes. Mit der Hilfe des Additionsschaltkreises 84, ersten Decodiererspeichermitteln 85, ersten Decodiererbewegungskompensationsmitteln 86 und Decodierereinstellungsmitteln 87 erscheint dann die bestimmten Gruppe von Bildelementen des bestimmten Bildes an dem ersten (hoch aufgelösten) Ausgang des Decodierers.
Die Decodierereinstellungsmittel 87 empfangen das x-Signal über den fünften Ausgang des Demultiplexers 70, wodurch im Ergebnis die Decodierereinstellungsmittel 87 und die Codierereinstellungsmittel 7 im selben Zustand sind (d. h., sie sind mit demselben Wert von x eingestellt), und dies ist für eine gute Decodierung natürlich notwendig.
Der Decodierer umfasst eine minimale Anzahl von einer Schicht mit (den zweiten) Datenrückverarbeitungsmitteln, falls das Decodieren im niedrigsten Niveau durchzuführen, und zwei Schichten (wobei jede Schicht Datenrückverarbeitungsmittel umfasst), falls das Decodieren an einem höheren Niveau durchzuführen ist. Falls der Decodierer so viele Schichten wie der Codierer umfasst, kann das Decodieren im höchsten Niveau ausgeführt werden. Es ist natürlich auch möglich, optional im geringsten Niveau zu decodieren oder mit einem höheren Niveau mit einem Decodierer zu decodieren, der aus verschiedenen Schichten besteht, und dies kann durch das Bilden und/oder Brechen von bestimmten Verbindungen in dem Decodierer durch Schaltmittel erreicht werden, wobei in diesem Falle die Decodierereinstellungsmittel 87 in einer geeigneten Weise einzustellen sind (möglicherweise mit einem Wert von x, der anders aussieht als der, mit dem die Codierereinstellungsmittel 7 eingestellt worden sind).
Der Einsatz des Multiplexers 6 und des Demultiplexers 70 ist natürlich nur ein Ausführungsbeispiel. Es ist gut denkbar, dass in Videorecordern die Übertragung der Signale von dem Codierer zum Decodierer über normale individuelle Verbindungen stattfindet und dass hier, weiterhin andere Methoden als Multiplexen und Demultiplexen einzusetzen sind, mit denen verschiedene Signale auch übertragen werden können (wie Modulations- und Demodulationstechniken). Weiterhin können unterschiedliche Multiplexer für jede Schicht im Codierer eingesetzt werden und getrennte Demultiplexer für jede Schicht im Decodierer eingesetzt werden.

Claims

1. Codierer zum Codieren eines digitalen Bildsignals, wobei der Codierer versehen ist:

- mit einem Eingang (1) zum Empfang des digitalen Bildsignals,

- mit einem ersten Datenverarbeitungsmittel (10), das mit dem Eingang verbunden ist, um ein erstes codiertes digitales Bildsignal mit einer ersten Auflösung zu erzeugen,

- mit ersten Codiererrückkopplungsmitteln (20, 21) zum Rückkoppeln von mindestens einem Abschnitt des ersten Datenverarbeitungsmittels, wobei das erste Codiererrückkopplungsmittel Codierereinstellungsmittel (7) umfasst, von denen ein Hauptkontakt (+) mit dem Eingang verbunden ist und von dem ein erster Kontakt (X) mit dem ersten Datenverarbeitungsmittel über erste Codiererspeichermittel (20) verbunden ist,

- mit Reduktionsmitteln (2), die mit dem Eingang verbunden sind, um das empfangene digitale Bildsignal zu reduzieren,

- mit zweiten Datenverarbeitungsmitteln (30), die mit den Reduktionsmitteln verbunden sind, um ein zweites codiertes digitales Bildsignal einer zweiten Auflösung zu erzeugen, die kleiner als die erste Auflösung ist, und

- mit zweiten Codiererrückkopplungsmitteln (40, 41), um mindestens einen Abschnitt des zweiten Datenverarbeitungsmittels zurückzukoppeln, wobei das zweite Codiererrückkopplungsmittel zweite Codiererspeichermittel (40) umfasst und mit einem zweiten Kontakt (1-X) des Codierereinstellungsmittels (7) über die Codierervorhersagemittel (3) verbunden ist,

- wobei das an dem ersten Kontakt und das an dem zweiten Kontakt anliegende Signal ein vorangegangenes digitales Bildsignal der ersten Auflösung bzw. ein momentanes digitales Bildsignal der zweiten Auflösung ist,

dadurch gekennzeichnet, dass das Signal an dem Hauptkontakt (+) die Summe des ersten Signals multipliziert mit X und des zweiten Signals multipliziert mit (1-X) ist, wobei 0 ≤ X ≤ 1, und wobei der Wert von X durch die Systemsteuerung (8) festgelegt wird.

2. Codierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Codierer versehen ist

- mit ersten Codiererbewegungsvorhersagemitteln (21), die in Serie mit den ersten Codiererspeichermitteln angeordnet sind, und

- mit zweiten Codiererbewegungsvorhersagemitteln (41), die in Serie mit den zweiten Codiererspeichermitteln angeordnet sind.

3. Decodierer zum Decodieren eines codierten digitalen Bildsignals, wobei der Decodierer versehen ist:

- mit einem ersten Datenrückverarbeitungsmittel (89), um ein erstes codiertes digitales Bildsignal mit einer ersten Auflösung zu verarbeiten,

- mit ersten Codiererspeichermitteln (85), die mit einem ersten Kontakt (X) der Dekodierereinstellungsmittel (7) verbunden sind, von denen ein Hauptkontakt (+) mit dem ersten Datenrückverarbeitungsmittel verbunden ist,

- mit einem zweiten Datenrückverarbeitungsmittel (79), um ein zweites codiertes digitales Bildsignal mit einer zweiten Auflösung zu verarbeiten, die geringer als die erste Auflösung ist,

- mit zweiten Datenspeichermitteln (75), die mit dem zweiten Datenrückverarbeitungsmittel und über Decodierervorhersagemittel (77) mit einem zweiten Kontakt (1-X) der Decodierereinstellungsmittel (7) verbunden sind,

- wobei das an dem ersten Kontakt und das an dem zweiten Kontakt anliegende Signal ein vorangegangenes digitales Bildsignal der ersten Auflösung bzw. ein instantanes digitales Bildsignal der zweiten Auflösung ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal an dem Hauptkontakt (+) die Summe des ersten Signals multipliziert mit X und des zweiten Signals multipliziert mit (1-X) ist, wobei OSXSl, und wobei der Wert von X durch den Decodierereingang erhalten wird.

4. Decodierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Decodierer versehen ist

- mit ersten Codiererbewegungskompensationsmitteln (86), die in Serie mit den ersten Decodiererspeichermitteln angeordnet sind, und

mit zweiten Codiererbewegungskompensationsmitteln (76), die in Serie mit den zweiten Decodiererspeichermitteln angeordnet sind.

5. System mit mindestens einem Codierer gemäss Anspruch 1 und mindestens einem Decodierer gemäss Anspruch 3.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Codierer versehen ist

- mit ersten Codiererbewegungsvorhersagemitteln (21), die in Serie mit den ersten Codiererspeichermitteln (20) angeordnet sind, und

- mit zweiten Codiererbewegungsvorhersagemitteln (41), die in Serie mit den zweiten Codiererspeichermitteln (40) angeordnet sind,

wobei der Decodierer versehen ist

- mit ersten Decodiererbewegungskompensationsmitteln (86), die in Serie mit den ersten Decodiererspeichermitteln (85) angeordnet sind, und

- mit zweiten Decodiererbewegungskompensationsmitteln (76), die in Serie mit den zweiten Decodiererspeichermitteln (75) angeordnet sind.