DE69522861T2

DE69522861T2 - Verfahren und Einrichtung zur Codeumwandlung von codiertem Datenstrom

Info

Publication number: DE69522861T2
Application number: DE69522861T
Authority: DE
Inventors: Gerrit Johan Keesman
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2015-06-23
Also published as: EP0690392B1; JP3720875B2; DE69522861D1; US5729293A; EP0690392A1; JPH0851631A

Description

Verfahren und Anordnung zur Codeumwandlung eines codierten Datenstromes Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern und auf Abwandlungen dieses Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Umwandlungsanordnung zum Implementieren dieses Verfahrens oder der Abwandlungen davon.
Unter Codeumwandlung wird in diesen Zusammenhang der Vorgang der Umwandlung eines Datenstromes mit einer bestimmten Bitrate in einen anderen Datenstrom mit einer anderen Bitrate verstanden. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Codeumwandlung von Datenströmen entsprechend der MPEG-Norm ("Moving Picture Experts Group", wobei es sich um eine Gruppe von Sachverständigen des Internationalen Normungsausschusses ISO handelt, gegründet 1990 und wobei diese Norm als Norm zur Übertragung und/oder Speicherung von Bewegtbildern gewählt worden ist, wobei diese Norm in mehreren Dokumenten von ISO veröffentlicht worden ist). Die MPEG-Norm ist beispielsweise beschrieben worden in: "MPEG: A Video Compression Standard for Multimedia Applications", A Video Compression Standard for Multimedia Applications", D. Lautsprechereinheit Gall, erschienen in "Commumcations of the ACM" April 91, Heft 34, Nr. 4, Seiten 46-58.
Das Problem der Codeumwandlung kann auftreten in Situationen, in denen ein Mittel für Signaltransport auf ein anderes Mittel für Signaltransport trifft. Wenn beispielsweise ein MPEG-komprimiertes Videosignal mit beispielsweise 9 Mbits/Sekunde (wie von einem Satelliten übertragen), an einer Kabelstation mit einer beschränkten Kabelkapazität weitergeleitet werden soll, wird die Kabelstation dieses eintreffende Signal mit einer niedrigeren Bitrate, beispielsweise 5 Mbits/Sekunde weiterleiten. Das spezifische Codeumwandlungsproblem wird auf diese Weise als Bitratenumwandlung bezeichnet, und im Grunde wird es einen Codewandler aus einem mit einem Codierer kaskadengeschalteten Decoder geben.
Das Dokument US-A-523 4574 bezieht sich auf die herkömmliche Struktur eines Codierers, der kompatibel ist mit dieser MPEG-Norm und ein Beispiel einer derartigen Struktur ist in der vorliegenden Fig. 2 kopiert, während Fig. 1 ein Beispiel eines herkömmlichen Decoders vom MPEG-Typ zeigt.
Der in Fig. 1 dargestellte Decoder umfasst einen Decodierungskanal 12, der in Kaskade eine Decoderschaltung 1 für Codewörter variabler Länge, eine invertierte Quantisierungsschaltung 2 (durch VLD und IQ bezeichnet um die Figur besser lesen zu können), und eine invertierte Frequenzumformschaltung (in der weiteren Beschreibung ist die genannte Schaltungsanordnung beispielsweise eine invertierte orthogonale Transformationsschaltung, wie eine invertierte diskrete Kosinus-Transformationsschaltung 3, durch IDCT bezeichnet). Der Decoder umfasst ebenfalls in Kaskade mit diesem Kanal eine Bewegungskompensationsstufe 4 mit einer Reihenschaltung aus einem Bildspeicher 41, der die Ausgangssignale von dem Decoder empfängt, einer Bewegungskompensationsschaltung 42 auf Basis der Ausgangssignale dieses Speichers 41 und auf den Bewegungsvektoren V, empfangen von dem Decoder zur gleichen Zeit mit den codierten Signalen (und die übertragen und/oder gespeichert worden sind), und einem Addierer 43 für die Ausgangssignale der invertierten diskreten Kosinus-Transformationsschaltung 3 und der Schaltungsanordnung 42, wobei der Ausgang dieses Addierers den Ausgang des Decoders und den Eingang des Speichers 41 bildet. Aus demselben Grunde wie oben erwähnt, sind der Speicher 41 und die Schaltungsanordnung 42 als MEM bzw. COMP in Fig. 1 bezeichnet.
Der in Fig. 2 dargestellte Codierer umfasst einen Codierungs- und Decodierungskanal 13 und einen Prädiktionskanal 10. Der Codierungs- und Decodierungskanal umfasst in Kaskade eine Frequenzumwandlungsschaltung (wie oben ist diese Schaltungsanordnung in der weiteren Beschreibung beispielsweise eine orthogonale Transformationsschaltung, wie eine diskrete Kosinus-Transformationsschaltung 5), eine Quantisierungsschaltung 6 und eine Codierungsschaltung 7 für Codewörter variabler Länge (durch DCT, Q bzw. VLC bezeichnet), und an dem Ausgang der Schaltungsanordnung 6 in Kaskade eine invertierte Quantisierungsschaltung 8 und eine invertierte Frequenztransformationsschaltung (beispielsweise eine invertierte orthogonale Transformationsschaltung, wie eine invertierte diskrete Kosinus-Transformationsschaltung 9) als IQ bzw. IDCT bezeichnet. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Ausgang der Schaltungsanordnung 7 als Codierungsausgang bezeichnet und bildet den Ausgang des Codeumwandlers, während der Ausgang der Schaltungsanordnung 9 als der Prädiktionsausgang bezeichnet wird und den Eingang des Prädiktionskanals bildet. Der Prädiktionskanal besteht aus einer Untereinheit mit, in Kaskade, einem Addierer 101 zur Rekonstruktion der Blöcke (in diesem Beispiel sind die ursprünglichen Videosignale entsprechend einer Sequenz bewegter Bilder in Blöcke gleicher Größe mit je m · n Pixeln aufgeteilt), einen Bildspeicher 102, eine Bewegungskompensationsschaltung 103 auf Basis vorher geschätzter Bewegungsvektoren (der Speicher 102 und die Schaltungsanordnung 103 sind durch MEM bzw. COMP bezeichnet), und einen Subtrahierer 11, dessen positiver Eingang die Eingangssignale des Codierers empfängt und dessen negativer Eingang die Ausgangssignale der Schaltungsanordnung 103 empfängt, so dass nur die Differenz zwischen diesen Signalen codiert wird. Der Addierer 102 empfängt dieses Ausgangssignal von der Schaltungsanordnung 103 und das Prädiktionsausgangssignal von dem Codierungs- und Decodierungskanal.
In Fig. 3 ist eine Codeumwandlungseinheit aus der Zusammenarbeiten dieses Decoders und Codierers dargestellt, die für die ganze weitere Beschreibung durch Ersatz der Schaltungsanordnungen 1, 2, 3 des Decoders (VLD, IQ, IDCT) durch das Element, das demselben gleichwertig ist, den Kanal 12 und der durch DECOD bezeichnet ist. Auf gleiche Weise werden, der Einfachheit der Figur halber, die Schaltungsanordnungen 5, 6, 7, 8, 9 in dem Codierer durch das Element ersetzt, das nahezu gleichwertig ist, den Kanal 13, und der durch CODEC bezeichnet ist, während, wie oben erwähnt, die Ausgänge der Schaltungsanordnungen 7 und 9 aus Codierungsausgang bzw. Prädiktionsausgang bezeichnet werden. Die Kosten des beschriebenen Codeumwandlungsverfahrens und der beschriebenen Umwandlungsanordnung sind insbesondere abhängig von einigen Bauteilen, wie den Bildspeichern.
Deswegen ist es nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Codeumwandlungsverfahren zu schaffen, das dem beschriebenen Verfahren entspricht, das sich aber einfacher und weniger aufwendig implementieren lässt.
Dazu bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern, wobei dieses Verfahren einen Decodierungsschritt der digitalen Eingangssignale aufweist, die jedem aktuellen Bild zugeordnet sind, wonach ein Codierungsschritt folgt, wobei das genannte Verfahren das Kennzeichen aufweist, dass es ebenfalls zwischen dem genannten Decodierungsschritt und dem genannten Codierungsschritt einen Prädiktionsschritt aufweist, der in Kaskade die nachfolgenden Schritte umfasst:
(a) einen ersten Subtrahier-Hilfsschritt, vorgesehen zum Bestimmen eines Codierungsfehlers während des genannten Codierungsschrittes;
(b) einen Speicher-Hilfsschritt des genannten Codierungsfehlers;
(c) einen Bewegungskompensations-Hilfsschritt zwischen dem genannten aktuellen Bild und einem vohergehenden Bild;
(d) einen zweiten Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den decodierten Signalen, erhalten nach dem genannten Decodierungsschritt, und den bewegungskompensierten Signalen, erhalten nach dem Bewegungskompensations-Hilfsschritt, wobei der Ausgang des genannten zweiten Subtrahier-Hilfsschrittes dem Eingang des genannten Codierungsschrittes entspricht.
Durch Kombination eines Decoders und eines Codierers auf eine effizienterer Art und Weise, zieht die auf diese Art und Weise gebildete Codeumwandlungsstruktur Vorteile aus einer wesentlichen Reduktion der Komplexität in Bezug auf den reinen und einfachen Verband eines kompletten Decoders und eines kompletten Codierers. Der Erfindung liegt die Tatsache zugrunde, dass der Decoder beispielsweise Bewegungsvektoren benutzt, die abermals in dem nachfolgenden Codierer benutzt werden können, was die Möglichkeit bietet, dass auf die Bewegungsschätzungsschaltung, die normalerweise in dem Codierer vorgesehen ist, verzichtet werden kann (wenn die Struktur in Form von Gruppen von Bildern nach der MPEG-Norm für den Datenstrom, der in den Codeumwandler eintritt, und für den Datenstrom, der ihn verlässt, dieselbe ist). Eine derartige Überflüssigkeit des Bedürfnisses, Bewegungsvektoren zu schätzen, reduziert die rechnerische Komplexität der Codeumwandlungsanordnung wesentlich. Auf gleiche Weise können im Falle der MPEG-Norm die Bilder in verschiedenen Moden codiert werden: der Codierer benutzt dann abermals die Entscheidung an sich, benutzt in dem Decoder, in Bezug auf die Wahl der Bildcodierung oder Teilbildcodierung. Es ist ebenfalls bekannt, dass innerhalb einer Gruppe von Bildern die Reihenfolge, entsprechend der die Bilder dem Codierer zugeführt werden, geändert wird, damit es möglich wird, dass Bilder vom Typ B vorhergesagt werden (diese Bilder werden vorhergesagt, dank der Zweirichtungen-Bewegungskompensation, wobei ein vorhergehendes Bild und ein nachfolgendes Bild benutzt wird). Diese Bilder vom Typ B werden um zwei Bildperioden verschoben und diese modifizierte Reihenfolge wird benutzt für die Übertragung, wobei die ursprüngliche Reihenfolge nur an dem Ausgang des Decoders wiederhergestellt wird. In dem vorliegenden Fall einer Codeumwandlungsstruktur mit einem Codierer, der einem Decoder folgt, ist es einfacher, dass eine derartige Bild-Neuordnung nicht an dem Ausgang des Decoders vorgenommen wird, da eine weitere Bildordnung in dem Codierer vorgenommen werden soll. Zum Schluss zeigt es sich, dass es kein Bedürfnis gibt, dass decodierte Bilder in der Codeumwandlungsanordnung verfügbar sind, weil die meisten der Eingangsdaten aus dem Decoder in den Codierer kopiert werden können: der Betrag an Speicherraum zum Speichern der vorher decodierten Bilder wird deswegen reduziert.
Nach einer anderen Implementierung bezieht sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein Verfahren zur Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern, wobei dieses Verfahren einen Decodierungsschritt der digitalen Eingangssignale umfasst, die jedem aktuellen Bild zugeordnet sind, wonach ein Codierungsschritt folgt, wobei das genannte Verfahren das Kennzeichen aufweist, dass es ebenfalls zwischen dem genannten Decodierungsschritt und dem genannten Codierungsschritt einen Prädiktionsschritt umfasst, der, in Kaskade, die nachfolgenden Schritte umfasst:
(a) einen ersten Subtrahier-Hilfsschritt, vorgesehen zum Ermitteln eines Codierungsfehlers während des genannten Codierungsschrittes;
(b) einen ersten Hilfsschritt zum Umwandeln von Frequenzsignalen in Raumsignale;
(c) einen Speicher-Hilfsschritt der Signale, die nach dem genannten ersten Umwandlungs-Hilfsschritt erhalten worden sind;
(d) einen Bewegungskompensations-Hilfsschritt zwischen dem aktuellen Biad und einem vorhergehenden Bild;
(e) einen zweiten Hilfsschritt zum Umwandeln von Raumsignalen in Frequenzsignale;
(f) einen zweiten Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den decodierten Signalen, erhalten nach dem genannten Decodierungsschritt und den Signalen, erhalten nach dem genannten zweiten Umwandlungs-Hilfsschritt, wobei der Ausgang des genannten zweiten Subtrahier-Hilfsschritt dem Eingang des genannten Codierungsschrittes entspricht.
Weiterhin kann im Falle einer Bildverteilung entsprechend zwei oder mehr Bildqualitätspegeln ein derartiges Verfahren dann dadurch gekennzeichnet sein, dass es ebenfalls wenigstens einen zusätzlichen Codierungsschritt aufweist, wobei die ganze Anzahl Codierungsschritte einer gewünschten Anzahl von Bildqualitätspegeln entspricht.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Implementierungen derartiger Codeumwandlungsverfahren zu schaffen die zu Codeumwandlungsstrukturen führen, die einfacher und weniger aufwendig sind als herkömmliche Implementierungen mit einer Kaskadenschaltung aus einem kompletten Decoder und einem kompletten Codierer.
Dazu bezieht sich die Erfindung zunächst auf eine Anordnung zur Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern, wobei diese Anordnung in Kaskade die nachfolgenden Elemente umfasst:
(A) eine Decodierungs-Untereinheit zum Decodieren von Eingangssignalen der genannten Anordnung, die jedem aktuellen Bild zugeordnet sind;
(B) eine Codierungs-Untereinheit mit einem Codierungsausgang und einem Prädiktionsausgang;
wobei diese Anordnung das Kennzeichen aufweist, dass sie ebenfalls die nachfolgenden Elemente umfasst:
(C) zwischen dem Ausgang der genannten Decodierungs-Untereinheit und dem Eingang der genannten Codierungs-Untereinheit eine Prädiktions-Untereinheit, welche die nachfolgenden Elemente umfasst:
(a) einen ersten Subtrahierer, wobei der positive und der negative Eingang mit dem Prädiktionsausgang bzw. dem Eingang der genannten Codierungs- Untereinheit verbunden sind und einen zweiten Subtrahierer, wobei der positive Eingang und der Ausgang mit dem Ausgang der genannten Decodierungs-Untereinheit bzw. dem Eingang der genannten Codierungs-Untereinheit verbunden ist;
(b) eine Kaskadenschaltung, vorgesehen zwischen dem Ausgang des genannten ersten Subtrahierers und dem negativen Eingang des genannten zweiten Subtrahierers, aus einem Bildspeicher und einer Schaltungsanordnung zur Bewegungskompensation im Hinblick auf die Verschiebungsvektoren, die repräsentativ sind für die Bewegung des genannten aktuellen Bildes gegenüber einem vorhergehenden Bild.
Bei einer anderen Implementierung bezieht sich die Erfindung ebenfalls auf eine Anordnung zur Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern, wobei diese Anordnung in Kaskade die nachfolgenden Elemente umfasst:
(A) eine Decodierungs-Untereinheit zum Decodieren von Eingangssignalen der genannten Anordnung, die jedem aktuellen Bild zugeordnet sind;
(B) eine Codierungs-Untereinheit mit einem Codierungsausgang und einem Prädiktionsausgang;
wobei die genannte Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ebenfalls die nachfolgenden Elemente umfasst:
(C) zwischen dem Ausgang der genannten Decodierungs-Untereinheit und dem Eingang der genannten Codierungs-Untereinheit eine Prädiktions-Untereinheit, welche die nachfolgenden Elemente umfasst:
(a) einen dritten Subtrahierer, wobei der positive und der negative Eingang mit dem Prädiktionsausgang bzw. dem Eingang der genannten Codierungs- Untereinheit verbunden ist, und einen vierten Subtrahierer, wobei der positive Eingang und der Ausgang desselben mit dem Ausgang der genannten Decodierungs-Untereinheit bzw. dem Eingang der genannten Codierungs-Untereinheit verbunden sind;
(b) zwischen dem Ausgang des genannten dritten Subtrahierers und dem negativen Eingang des genannten vierten Subtrahierers eine Kaskadenschaltung aus einer invertierten Frequenzumformschaltung, einem Bildspeicher, einer Schaltungsanordnung für Bewegungskompensation im Hinblick auf Verschiebungsvektoren, die repräsentativ sind für die Bewegung des genannten aktuellen Bildes gegenüber einem vorhergehenden Bild, und einer Frequenzumformschaltung.
In dem betreffenden Fall einer Bildverteilung entsprechend zwei (oder mehr) Bildqualitätspegeln weist die genannte Anordnung dann das Kennzeichen auf, dass die genannte Prädiktions-Untereinheit ebenfalls Folgendes aufweist: zwischen dem Ausgang des dritten Subtrahierers und dem Eingang der invertierten Frequenzumformschaltung, wenigstens eine zusätzliche Codierungs-Untereinheit mit einem zweiten Codierungsausgang und einem zweiten Prädiktionsausgang, wobei der genannten zusätzlichen Codierungs-Untereinheit ein fünfter Subtrahierer folgt, wobei der positive und der negative Eingang desselben mit dem genannten zweiten Prädiktionsausgang bzw. dem Ausgang des genannten dritten Subtrahierers, und wobei der Ausgang desselben mit dem genannten Eingang der invertierten Frequenzumformschaltung verbunden ist. Im Allgemeinen kann die genannte Prädiktions-Untereinheit in Kaskade eine Anzahl ähnliche Codierungs-Untereinheiten enthalten, entsprechend der gleichen Anzahl Bildqualitätspegel.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 herkömmliche Beispiele eines Decoders und eines Codierers, die mit der MPEG-Norm kompatibel sind,
Fig. 3 eine Darstellung der herkömmlichen Struktur einer Codeumwandlungsanordnung mit einer Kaskadenschaltung eines Decoders und eines Codierers,
Fig. 4 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Codeumwandlungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 bis 7 eine Darstellung von Codeumwandlungsstrukturen entsprechend der nach Fig. 4,
Fig. 8 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Codeumwandlungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine Darstellung eines Beispiels eines herkömmlichen Codierers mit zwei Bildqualitätspegeln und
Fig. 10 eine Darstellung bei einer derartigen Applikation eine dritte Ausführungsform einer Codeumwandlungsanordnung, durch die eine Umwandlung eines Eingangsdatenstroms in zwei Ausgangsdatenströme entsprechend zwei Bildqualitätspegeln möglich ist.
Diese drei Ausführungsformen werden zunächst beschrieben. Es sei aber bemerkt, dass sie nur spezifischen Implementierungen der Erfindung entsprechen und dass andere Ausführungsformen vorgeschlagen werden können, einschließlich beispielsweise eines Mikroprozessors, der den Betriebsprozess einer Folge von Instruktionen entsprechend der Wirkung einiger oder aller Schaltungsanordnungen, die in solchen Ausführungsformen vorgesehen sind, steuert. Nach der Beschreibung dieser Ausführungsformen folgt die Beschreibung der Verfahrensschritte des Codeumwandlungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung und durch diese bestimmten Beispiele dargestellt.
Wie in dem Fall nach Fig. 3 umfasst die Codeumwandlungsanordnung nach Fig. 4 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung den Decodierungskanal 12 mit den Schaltungsanordnungen 1, 2, 3, die in Reihe vorgesehen sind, und mit einem Codierungs- und Decodierungskanal 13, mit den Schaltungsanordnungen 5 bis 9. Nach der vorliegenden Erfindung umfasst diese Anordnung zwischen diesen nicht geänderten Kanälen 12 und 13 eine Prädiktions-Untereinheit 140, welche die nachfolgenden Elemente umfasst:
- einen ersten Subtrahierer 114, dessen positiver Eingang mit dem Prädiktionsausgang des Kanals 13 verbunden ist (d. h. mit dem Ausgang der invertierten diskreten Kosinus-Transformationsschaltung 9) und dessen negativer Eingang mit dem Eingang der Codierungs-Untereinheit verbunden ist, sowie einen zweiten Subtrahierer 45, dessen positiver Eingang mit dem Ausgang der Decodierungs-Untereinheit verbunden ist (d.h. mit dem Ausgang der invertierten diskreten Kosinus-Transformationsschaltung 3) und dessen Ausgang mit dem Eingang der Codierungs-Untereinheit verbunden ist (d.h. mit dem Eingang der diskreten Kosinus-Transformationsschaltung 5);
- zwischen dem Ausgang des ersten Subtrahierers 114 und dem negativen Eingang des zweiten Subtrahierers eine Kaskadenschaltung aus einem Bildspeicher 41 und einer Bewegungskompensationsschaltung 42.
Der Vergleich der auf diese Art und Weise definierten Struktur mit der aus Fig. 3 zeigt sofort die Reduktion der Komplexität, die mit der vorliegenden Erfindung erzielt wird: gegenüber Fig. 3 ist tatsächlich ein Bildspeicher und eine Bewegungskompensationsschaltung ausgespart (und einer der beiden Addierer ist durch einen Subtrahierer ersetzt worden).
Es sei bemerkt, dass die auf diese Art und Weise vereinfachte Codeumwandlungsanordnung dennoch eine Rolle spielt, die derjenigen der komplexeren Anordnung aus Fig. 3 entspricht. Dazu ist es nützlich, die Signale zu definieren, die an den jeweiligen Stellen in der Anordnung nach Fig. 3 vorhanden sind (und folglich des Decoders und des Codierers nach den Fig. 1 und 2). Wenn die Tatsache berücksichtigt wird, dass bei Codierung nur Differenzsignale zwischen den ursprünglichen Signalen und den Prädiktionssignalen dem Codierungskanal zugeführt werden, wobei der Decodierungskanal 12 ebenfalls ein Differenzsignal liefert, das hier als Restsignal R&sub1;(n) (eines Bildes mit der Bezeichnung beispielsweise Im&sub1;(n)) zum Ausdrücken der Art, wobei n die Nummer (Rangordnung) des betreffenden Bildes in der Sequenz von Bilder bezeichnet. Auf Basis dieses Restsignals R&sub1;(n) wird ein entsprechendes decodiertes Bild I&sub1;(n) durch Addierung der Prädiktion, bezeichnet durch S(I&sub1;(n-1), V zu dem Wert R&sub1;(n) rekonstruiert wird) das durch das vorher decodierte Bild I&sub1;(n-1) gebildet ist durch Anwendung von Bewegungskompensation in der Schaltungsanordnung 42, wobei dieses vorhergesagte Bild dadurch an dem Ausgang der Bewegungskompensationsschaltung 42 verfügbar ist (die Bilder werden in Makroblöcke aufgeteilt, die je vier Leuchtdichteblöcke und zwei Farbartblöcke aufweisen, wobei jedem Makroblock ein Bewegungsvektor V zugeordnet wird, wobei V das vorher bestimmte Bewegungsvektorfeld bezeichnet, mit dem die Bewegungskompensation gegenüber dem vorhergehenden Bild durchgeführt wird, und wobei S den Schiebevorgang bezeichnet, mit dem auf Basis von I&sub1;(n-1) das vorhergesagte oder bewegungskompensierte Bild durch Korrelation erhalten werden kann, wobei dieses Vektorfeld auf einfache Art und Weise durch eine herkömmliche Suche des Blocks erhalten wird, der in dem vorhergehenden Bild die beste Korrelation mit einem Block des aktuellen Bildes hat).
Bei dem Codierer, der folgt und der das Signal I&sub1;(n) empfängt, werden Differenzsignale codiert: diese Signale werden dadurch erhalten, dass das vorhergesagte Bild, das an dem Ausgang der Bewegungskompensationsschaltung 103 des Prädiktionskanals dieses Codierers vorhanden ist, von I&sub1;(n) subtrahiert wird. Jedes Restsignal, das aus dieser Subtraktion auf Basis von I&sub1;(n) hervorgeht, wird als R&sub2;(n) bezeichnet, wobei n immer die Nummer des betreffenden ursprünglichen Bildes angibt und wobei 2 angibt, dass es sich um das zweite Restsignal handelt, das definiert ist, und dieses Signal R&sub2;(n) wird einem Codierungsvorgang ausgesetzt.
In demselben Codierer führen die Schaltungsanordnungen 8 und 9 einen Decodierungsvorgang durch, der notwendig ist, damit eine Berechnung von R&sub2;(n) durch Subtraktion in dem Prädiktionskanal möglich ist. Der Prädiktionsvorgang durch Bewegungskompensation wird bezeichnet als S(I&sub2;(n-1),V), wobei I&sub2;(n-1) das Bild bezeichnet, das vorher decodiert wurde (erhalten an dem Ausgang des Addierers 101 und gespeichert in dem Speicher 102), wobei V, wie vorher, das Bewegungsvektorfeld bezeichnet, mit dem die Bewegungskompensation gegenüber dem vorhergehenden Bild durchgeführt wird, und S bezeichnet den Schiebevorgang, mit dem auf Basis von I&sub2;(n-1) das vorhergesagte oder bewegungskompensierte Bild durch Korrelation erhalten werden kann.
Bei dem Codierer sind die direkte diskrete Kosinus-Transformation, der direkte Quantisierungsvorgang, der invertierte Quantisierungsvorgang und die invertierte diskrete Kosinus-Transformation nicht völlig reversibel: sie introduzieren einen relativ schwachen Fehler, der als Codierungsfehler (oder Quantisierungsfehler) angedeutet und durch e&sub2;(n) bezeichnet wird, und zwar zwischen dem Ausgangssignal und dem Signal, das nach den genannten Inversionsvorgängen rekonstruiert wird. Durch diese Tatsache ist das Restsignal, das durch R&sub2;(n) an einem Eingang des Kanals 13 bezeichnet ist (d. h. der diskreten Kosinus-Transformationsschaltung 5), und das codiert werden soll, nach Quantisierung durch die Schaltungsanordnung 7 nicht mehr dasselbe nach den in den Schaltungsanordnungen 5 und 6 durchgeführten Vorgängen und nach den in den Schaltungsanordnungen 8 und 9 durchgeführten Vorgängen, sondern wird ein Signal R&sub2;(n)+e&sub2;(n), oder ein rekonstruiertes Restbild. An dem Ausgang des Addierers 101 ist das Bild 12(n) vor der Prädiktion folglich nicht I&sub2;(n) = IiIn(n), was der Fall wäre ohne den genannten Codierungsfehler, sondern I&sub2;(n) = Ii(n) + e&sub2;(n).
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann dieser Codierungsfehler e&sub2;(n) dadurch berechnet werden, dass zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Kanals 13, an denen die Signale (R&sub2;(n) + e&sub2;(n)) bzw. R&sub2;(n) vorhanden sind, ein Subtrahierer vorgesehen wird (aus dem Nachfolgenden dürfte es einleuchten, dass dieser Subtrahierer der Subtrahierer 114 ist). Deswegen wird, da einerseits e&sub2;(n) bekannt ist und andererseits das Signal I&sub1;(n) +e&sub2;(n) an dem Ausgang des Addierers 101 vorhanden ist, ist es möglich an dem Ausgang dieses Addierers einen Subtrahierer 15 vorzusehen, dessen positiver Eingang dieses Signal I&sub1;(n) +e&sub2;(n) empfängt und dessen negativer Eingang das Ausgangssignal von dem Subtrahierer 114 empfängt, und zwar e&sub2;(n). Der Ausgang des Subtrahierers 15 liefert dann I&sub1;(n) und stattdessen, dass er, wie in Fig. 3, mit dem Ausgang des Addierers 43 verbunden ist, der das Signal I&sub1;(n) transportiert, das durch Prädiktion rekonstruiert ist, kann die Eingangsverbindung des Bildspeicher 41 der Bewegungskompensationsstufe 4 dann, wie in Fig. 5 dargestellt, mit dem Ausgang dieses Subtrahierers 15 verbunden sein, der ebenfalls das Signal I&sub1;(n) transportiert, das aber in diesem Fall durch Eliminierung des Codierungsfehlers e&sub2;(n) rekonstruiert worden ist. Die Struktur nach Fig. 5 ist auf diese Art und Weise gleichwertig zu der nach Fig. 3, die dadurch substituiert sein kann.
Eine weitere Substitution kann danach durchgeführt werden. Der Ausgang der bewegungskompensierten Schaltungsanordnung 42 kann auf herkömmliche Weise als S(I&sub1;(n - 1),V) bezeichnet werden, einen Ausdruck, in dem I&sub1;(n - 1) das vorhergehende Bild bezeichnet, das verarbeitet und restituiert worden ist, wenn das aktuelle Bild an dem Ausgang des Addierers 43 I&sub1;(n) ist (was in den Figuren der Fall ist), während wie oben angegeben, V das Bewegungsvektorfeld bezeichnet und S den Schiebevorgang bezeichnet, mit dem auf Basis von I&sub1;(n - 1) das vorhergesagte und bewegungskompensierte Bild durch Korrelation erhalten wird.
Es dürfte einleuchten, dass ein derartiger Bewegungskompensationsvorgang, der daraus besteht, dass in dem (oder einem) vorhergehenden Bild nach einem Block gesucht wird, der die beste Korrelation mit dem aktuellen Block hat und dass nach einer Verschiebung gesucht wird, die dem Bewegungsvektor entspricht, der diese Blöcke verbindet, linear ist. Deswegen können die nachfolgenden Ausdrücke in dem Prädiktionskanal geschrieben werden, dessen Eingangssignal das Signal I&sub2;(n) = I&sub1;(n) + e&sub2;(n) ist, und zwar wegen des Codierungsfehlers:
S(I&sub2;(n),V) = S((I&sub1;(n) + e&sub2;(n)),V) (1)
oder, für das vorhergehende Bild:
S(I&sub2;(n-1),V) = S((I&sub1;(n - 1) + e&sub2;(n-1)),V) (2)
oder, wenn die Linearitätseigenschaft angewandt wird:
S((I&sub1;(n-1) + e&sub2;(n-1)),V) = S(I&sub1;(n-1),V) + S(e&sub2;(n-1),V) (3)
In diesem Ausdruck (3) bildet der Term S(I&sub1;(n - 1),V), in dem Fall, wo das aktuelle Bild, das an dem Ausgang des Addierers 43 rekonstruiert ist, I&sub1;(n) ist, das Signal, das an dem kompensierten Eingang dieses Addierers vorhanden ist (d. h. an dem Ausgang der Bewegungskompensationsschaltung 42 der Stufe 4). Auf Basis des Ausdrucks (2) und Unter Anwendung der Linearitätseigenschaft, auf ähnliche Art und Weise wie bei dem Ausdruck (3), kann dieses Ausgangssignal der Schaltungsanordnung 42 wie folgt geschrieben werden:
S(I&sub1;(n-1),V) = S(I&sub2;(n-1),V) - S(e&sub2;(n-1),V) (4)
Der Term S(I&sub2;(n-1),V) ist bekannt, weil dieser Term das Ausgangssignal der Bewegungskompensationsschaltung 103 betrifft, wenn das Eingangssignal des Bildspeichers 102 I&sub2;(n-1) ist. Dieser Term S(e&sub2;(n-1),V) kann von einem Punkt des Codeumwandlers erhalten werden, an dem der Codierungsfehler verfügbar ist (wie es sich gezeigt hat, gibt es diesen Punkt, weil der genannte Codierungsfehler an dem Ausgang des Subtrahierers 114 vorhanden ist) und dadurch, dass hinter diesem Punkt ein anderer Prädiktionskanal vorgesehen wird, der in Reihe einen Bildspeicher (zum Speichern der Signale vom Typ e&sub2;(n - 1)) und eine Bewegungskompensationsschaltung aufweist (zum Herbeiführen der Wirkung S(e&sub2;(n - 1),V)). Unter Hinweis auf Fig. 6, die nachstehend beschrieben wird, dürfte es einleuchten, dass dieser Prädiktionskanal im Wesentlichen bereits existiert.
Die auf diese Art und Weise erhaltene neue Struktur ist in Fig. 6 dargestellt, die von der Fig. 5 dadurch hergeleitet worden ist, dass auf den Subtrahierer 15 sowie auf die Verbindung zwischen dem Ausgang des Addierers 101 und auf den positiven Eingang dieses Subtrahierers verzichtet worden ist und dass ein Subtrahierer 44 an dem Ausgang der Schaltungsanordnung 42 vorgesehen ist. Der positive Eingang dieses Subtrahierers 44 empfängt das Ausgangssignal S(I&sub2;(n-1),V) der Bewegungskompensationsschaltung 103 (eine supplementäre Verbindung im Vergleich zu Fig. 5 ist für diesen Zweck vorgesehen) und der negative Eingang empfängt das Ausgangssignal S(e&sub2;(n-1), V) des oben genannten zusätzlichen Prädiktionskanals, der wieder gebildet wird durch Verwendung des in der Schaltungsanordnung vorhergehenden Bildspeichers 41 und der Bewegungskompensationsschaltung 42 und durch eine einfache Verbindung des Eingangs des Speichers 41 mit dem Ausgang des Subtrahierers 114.
Es wird nun gezeigt, dass eine neue Vereinfachung der Struktur nach Fig. 6, die zu der Struktur nach Fig. 7 führt, verwirklicht werden kann. In Fig. 6 wird das Signal R&sub2;(n) entsprechend dem nachfolgenden Ausdruck (5) erhalten:
R&sub2;(n) = I&sub1;(n) - S(I&sub2;(n-1), V) (5)
oder:
R&sub2;(n) = R&sub1;(n) + S(I&sub1;(n - 1), V) - S(I&sub2;(n-1), V) (6)
Es ist aber bekannt, dass entsprechend dem Ausdruck (4) das Signal S(I&sub1;(n-1),V), das an dem Ausgang des Subtrahierers 44 vorhanden ist, gleichwertig ist mit S(I&sub2;(n-1),V)- S(e&sub2;(n-1),V) und durch dasselbe ersetzt werden kann, was auf Basis des Ausdrucks (6) zu dem vereinfachten Ausdruck (7) führt:
R&sub2;(n) = R&sub1;(n) - S(e&sub2;(n-1),V) (7)
Einerseits bedeutet dies, dass das Restsignal R&sub2;(n) unmittelbar berechnet werden kann, und zwar auf Basis des Restsignals R&sub1;(n), ohne eine zwischenliegende Bildrekonstition. Wie in Fig. 7 dargestellt, bietet dies die Möglichkeit, auf den Subtrahierer 11 nach Fig. 6 sowie auf die Verbindung zu verzichten, die zu dem negativen Eingang; führt. Andererseits bedeutet dies, dass dieses Restsignal R&sub2;(n), das an dem Eingang des Kanals 13 vorhanden ist, von nun an auf einfache Art und Weise durch Subtraktion der Menge S(e&sub2;(n-1),V) von dem Restsignal R&sub1;(n) erhalten wird: wie in Fig. 7 dargestellt, wird stattdessen die Möglichkeit geboten einer direkten Verbindung des alten negativen Eingangs dieses Subtrahierers 44 (auf den nun verzichtet wird) mit dem negativen Eingang eines neuen Subtrahierers 45 statt mit dem Addierer 43 (auf den ebenfalls verzichtet wird), wobei dieser Subtrahierer den Addierer 43 ersetzt.
In Fig. 7 sind die anderen Elemente 13, 114, 41, 42, 101, 103 theoretisch nach wie vor dieselben. Es dürfte aber einleuchten, dass die Elemente 101, 102, 103 nicht länger nützlich sind, weil die auf diese Weise gebildete Schleife überhaupt keine Signale sendet. Auf diese Elemente 101 bis 103 kann auf diese Weise verzichtet werden, ohne dass der restliche Teil der Struktur irgendwie geändert werden soll, und diese Vorrichtung führt zu der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung; , wie in Fig. 4 dargestellt (komplett, d. h. mit den Kanälen 12 und 13 explizit dargestellt).
Der Vergleich der Struktur nach Fig. 4 mit der nach Fig. 3 zeigt deutlich die verringerte Komplexität, zu der die vorgeschlagene technische Lösung führt. Im Vergleich zu der Struktur nach Fig. 3 ist hier tatsächlich auf einen Bildspeicher und eine Bewegungskompensationsschaltung verzichtet worden. Es sei weiterhin bemerkt, dass einer der zwei Addierer durch einen Subtrahierer ersetzt worden ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht aus diese Ausführungsform beschränkt.
Fig. 8 zeigt insbesondere eine zweite Ausführungsform einer Codeumwandlungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu Fig. 4 gibt es die nachfolgenden Unterschiede:
(1) der Decoderkanal, dieses Mal mit dem Bezugszeichen 212 angegeben (statt mit dem Bezugszeichen 12 in Fig. 4), umfasst nur die Variable-Länge-Codierschaltung 1 und die invertierte Quantisierungsschaltung 2;
(2) der Codierungs- und Decoderkanal, angegeben durch das Bezugszeichen 213 (statt durch das Bezugszeichen 13 in Fig. 4) umfasst nur die Quantisierungsschaltung 6, die Variable-Länge-Codierschaltung 7 und die invertierte Quantisierungsschaltung 8;
(3) Die Prädiktions-Untereinheit, bezeichnet durch das Bezugszeichen 240 (statt durch das Bezugszeichen 140 in Fig. 4) umfasst nun:
(a) einen Subtrahierer 245 zwischen dem Ausgang des Kanals 212 und dem Eingang des Kanals 213;
(b) einen Subtrahierer 214 an den Ausgängen dieses Subtrahierers 245 und des Kanals 213;
(c) eine Reihenschaltung aus einem Bildspeicher 241 und einer Bewegungskompensationsschaltung 242 zwischen dem Ausgang des Subtrahierers 214 und dem negativen Eingang des Subtrahierers 245;
(d) zusätzlich zu diesen Elementen 214, 241, 242, 245 ähnlich wie bei den entsprechenden Elementen 114, 41, 42, 45 nach Fig. 4 eine invertierte Frequenztransformationsschaltung, beispielsweise eine invertierte orthogonale Transformationsschaltung, wie eine invertierte diskrete Kosinus-Transformationsschaltung 243 als Reihenschaltung vorgesehen zwischen dem Ausgang des Subtrahierers 214 und dem Eingang des Speichers 241, und eine Frequenztransformationsschaltung, beispielsweise eine orthogonale Transformationsschaltung, wie eine diskrete Kosinus-Transformationsschaltung 244, als Reihenschaltung zwischen dem Ausgang der Bewegungskompensationsschaltung 242 und dem negativen Eingang des Subtrahierers 245.
Mit der Struktur der Codeumwandlungsanordnung bleibt man ständig innerhalb des Frequenzbereichs über den ganzen Decodierungskanal (Schaltungsanordnungen 1 und 2), sowie innerhalb der Codierungs- und Decodierungskanäle (Schaltungsanordnungen 6, 7 und 8). Zum Kompensieren dieses Verzichtes auf die Schaltungsanordnungen 3 und 5, während berücksichtigt wird, dass die Bewegungskompensationsvorgänge in der räumlichen Domäne statt in der Frequenzdomäne durchgeführt werden, ist es notwendig, die durch die Bezugszeichen 243 und 244 bezeichneten Schaltungsanordnungen in die Prädiktions-Untereinheit neu einzuführen, wobei diese Schaltungsanordnungen es ermöglichen, zwecks der Kompensation zu der räumlichen Domäne zurückzukehren, und zwar dank der Schaltungsanordnung 242, und danach wieder zu der Frequenzdomäne zurückzukehren, sobald diese Bewegungskompensation verwirklicht worden ist. Die auf diese Weise vorgeschlagene Codeumwandlungsanordnung enthält nur eine invertierte Frequenztransformationsschaltung statt zwei solchen Schaltungsanordnungen, wie in der Ausführungsform nach Fig. 4, was eine weitere Verringerung der Komplexität bedeutet.
Die dritte beschriebene und in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform entspricht einer Bildverteilung entsprechend mehreren Bildqualitätspegeln (beispielsweise zwei Pegeln). Es ist bekannt, dass ein derartiges Codierungsschema innerhalb des Rahmend der MPEG-2-Norm selektiert worden ist: Fig. 9 zeigt ein Beispiel eines Codierers mit zwei Bildqualitätspegeln. Dieser Zweischicht-Codierer umfasst:
(1) einerseits die Elemente 5, 6, 7, 8, 9, 11, 101, 102, 103 nach Fig. 2, damit ein erster MPEG-2-ähnlicher Datenstrom mit einer Standard-Bildqualität geliefert wird;
(2) andererseits zusätzliche Elemente, die eine Implementierung einer Quantisierungsverfeinerungstechnik ermöglicht, die zu einer Codierung verbesserter Qualität und zu einer genaueren Vorhersage führt, wobei die genannten zusätzlichen Elemente die nachfolgenden Bauteile umfassen:
(a) einen Subtrahierer 301 zwischen den Signalen vor dem Quantisierungsschritt und nach dem invertierten Quantisierungsschritt, der dem genannten Quantisierungsschritt folgt;
(b) eine zweite Quantisierungsschaltung 302, der eine zweite Variable- Länge-Codierschaltung 303 folgt;
(c) eine Kaskadenschaltung eines zweiten invertierten Quantisierungsschaltung 304 und eines Addierers 305 an dem Ausgang der Schaltungsanordnung 302, wobei der zweite Ausgang derselben der Ausgang der ersten invertierten Quantisierungsschaltung 8 und wobei der zweite Ausgang der Eingang der invertierten diskreten Kosinus-Transformationsschaltung 9 ist.
Der Decoder entsprechend einem solchen Codierer kann entweder ein herkömmlicher Decoder mit einer Standardqualität sein, der in Kaskade einen Speicher, einen Variable-Länge-Decoder, eine invertierte Quantisierungsschaltung und eine invertierte Frequenztransformationsschaltung aufweist (hier eine invertierte diskrete Kosinus-Transformationsschaltung), oder einen Decoder mit einer verbesserten Qualität, der in jedem der beiden parallelen Kanälen einen Speicher, einen Variable- Länge-Decoder und eine invertierte Quantisierungsschaltung aufweist. Zwischen den Ausgängen dieser beiden Kanäle und dem Eingang der invertierten diskreten Kosinus- Transformationsschaltung ist ein Addierer vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung ist kompatibel mit einem derartigen Codierungsschema mit zwei Bildqualitätspegeln, oder im Allgemeinen mit einem Codierungsschema mit verschiedenen Pegeln. Fig. 10 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Codeumwandlungsanordnung, die eine Umwandlung eines Eingangsdatenstroms in zwei Ausgangsdatenströme mit zwei Bildqualitätspegeln erlaubt. Diese Anordnung umfasst:
(1) einerseits die gleichen Elemente 212 und 213 wie in Fig. 8, damit ein erster Ausgangsdatenstrom entsprechend Bildern mit einer niedrigen Qualität erhalten wird;
(2) andererseits eine Prädiktions-Untereinheit 440, welche die nachfolgenden Elemente umfasst:
(a) die gleichen Elemente 214, 241, 242, 243, 244, 245 wie bei Fig. 8;
(b) zwischen dem Ausgang des Subtrahierers 214 und dem Eingang der invertierten diskreten Kosinus-Transformationsschaltung 243 einen zusätzlichen Codierungs-und-Decoderkanal 413, der auf die gleiche Art und Weise wie für den Kannal 213 eine Quantisierungsschaltung 406 und eine Variable-Länge-Codierschaltung 407 aufweist (bezeichnet durch Q und VLC, wie oben), denen an dem Ausgang der genannten Schaltungsanordnung 406 eine invertierte Quantisierungsschaltung 408 (durch IQ bezeichnet) und danach ein zweiter Subtrahierer 44 folgen.
Der Ausgang der Codierungsschaltung 407 ist der zweite Ausgang der Codeumwandlungsanordnung, womit der genannte zweite Datenstrom entsprechend Bildern mit einer verbesserten Qualität erhalten werden können. Der positive Eingang des Subtrahierers 414 ist mit dem Ausgang der invertierten Quantisierungsschaltung 408 verbunden, wobei der negative Eingang mit dem Ausgang des Subtrahierers 214 verbunden ist, und wobei der Ausgang mit dem Eingang der invertierten diskreten Kosinus-Transformationsschaltung 243 verbunden ist.
Die drei Ausführungsformen einer Codeumwandlungsanordnung, die oben beschrieben worden sind, ermöglichen ein gutes Verständnis des Grundgedankens der Erfindung, wobei vorgeschlagen wird, auf teure Verfahrensschritte eines Transformationsverfahrens zu verzichten.
Es hat sich oben bereits gezeigt, dass ein Codeumwandlungsverfahren in Kaskade die nachfolgenden Teile umfasst: einen Decodierungsteil, einschließlich eines Decodierungsschrittes, dem ein Bewegungskompensationsschritt folgt, und einen Codierungsteil, einschließlich eines Codierungs-und-Decodierungsschrittes und eine Prädiktionsschrittes. Der Decodierungsschritt umfasst an sich in Reihe einen Variable-Länge-Decoder-Hilfsschritt, einen invertierten Quantisierungs-Hilfsschritt und einen invertierten Frequenztransformations-Hilfsschritt. Der Codierungs-und- Decodierungsschritt umfasst in Reihe einen Frequenztransformations-Hilfsschritt und einen Quantisierungs-Hilfsschritt, dem in Parallel einerseits ein Variable-Länge- Codier-Hilfsschritt und andererseits ein invertierter Quantisierungs-Hilfsschritt und ein invertierter Frequenztransformations-Hilfsschritt folgen. Der Bewegungskompensationsschritt sowie der Prädiktionsschritt umfassen einen Signalspeicher-Hilfsschritt, dem ein Bewegungskompensations-Hilfsschritt folgt.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung besteht daraus, dass es nicht länger zwei Verfahrensschritte gibt, wie in dem vorhergehenden Fall, sondern dass es nur einen Signalspeicher-Hilfsschritt gibt. Eine derartige Situation wird dadurch erhalten, dass zwischen den genannten Decodierungsschritt und den genannten Codierungs- und Decodierungsschritt einen modifizierten Prädiktionsschritt gibt, der in Reihe einen ersten Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den Signalen vor der Quantisierung und den Signalen nach der invertierten Quantisierung, einen Speicher-Hilfsschritt der erhaltenen Signale, einen Bewegungskompensations-Hilfsschritt zwischen dem aktuellen Bild und einem vorhergehenden Bild, sowie einen zweiten Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den decodierten Signalen, die codiert werden sollen und den kompensierten Signalen aufweist, wobei der genannte Bewegungskompensationsschritt und der genannte ursprüngliche Prädiktionsschritt nicht länger vorgesehen sind.
Die obenstehende Beschreibung der jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist eine Hilfe beim Verstehen der Vorteile dieses Verfahrens. Dadurch, dass innerhalb des modifizierten Prädiktionsschrittes ein zusätzlicher Hilfsschritt vorgesehen wird zum Umwandeln von Frequenzsignalen in Raumsignale wobei durch einen invertierten Frequenztransformations-Hilfsschritt, der zwischen dem genannten ersten Subtrahier-Hilfsschritt und dem genannten Speicher-Hilfsschritt stattfindet, und dass ein invertierter zusätzlicher Hilfsschritt vorgesehen wird zum Umwandeln von Raumsignalen in Frequenzsignale, durch einen Frequenztransformations- Hilfsschritt, der zwischen dem genannten Bewegungskompensations-Hilfsschritt und dem genannten zweiten Subtrahier-Hilfsschritt stattfindet, führt das Verfahren zu einer besseren Reduktion der Komplexität, da solche Hinzufügungen von Transformationen ein Verzicht auf den invertierten Frequenztransformations-Hilfsschritt des Decodierungs-Hilfsschrittes und der Frequenz- und invertierten Frequenztransformationen des Codierungs-Hilfsschrittes ermöglichen.
Zum Schluss sei bemerkt, dass, wie oben gezeigt, das Verfahren zum Verteilen von Bildern entsprechend verschiedenen Bildqualitätspegeln angewandt werden kann (im Allgemeinen entsprechend zwei Qualitätspegeln). Der untere Qualitätspegel entspricht Signalen, die verfügbar sind, nachdem der Variable-Länge-Codier- Hilfsschritt durchgeführt worden ist. Zum Erhalten wenigstens eines Pegels mit einer besseren Bildqualität ist wenigstens ein zusätzlicher Codierungsschritt erforderlich. Ein derartiger zusätzlicher Schritt, vorgesehen zwischen dem ersten Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den Signalen vor der Quantisierung und den Signalen nach der invertierten Quantisierung, und de, Hilfsschritt zum Umwandeln von Frequenzsignalen in Raumsignale, umfasst einen zweiten Quantisierungsschritt, dem parallel einerseits ein zweiter Variable-Länge-Codier-Hilfsschritt und andererseits zwei in Reihe vorgesehene Hilfsschritte folgen, wobei der erste ein dritter invertierter Quantisierungs-Hilfsschritt ist und der zweite ein zweiter Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den Signalen vor der Quantisierung und den Signalen nach dieser dritten invertierten Quantisierung ist.
Weitere Qualitätspegel mit wachsender Qualität können dadurch erhalten werden, dass ähnliche, in Kaskade vorgesehene Codierungs-Hilfsschritte wiederholt werden.

Claims

1. Verfahren zur Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern, wobei dieses Verfahren einen Decodierungsschritt der digitalen Eingangssignale aufweist, die jedem aktuellen Bild zugeordnet sind, wonach ein Codierungsschritt folgt, wobei das genannte Verfahren das Kennzeichen aufweist, dass es ebenfalls zwischen dem genannten Decodierungsschritt und dem genannten Codierungsschritt einen Prädiktionsschritt aufweist, der in Kaskade die nachfolgenden Schritte umfasst:

(a) einen ersten Subtrahier-Hilfsschritt, vorgesehen zum Bestimmen eines Codierungsfehlers während des genannten Codierungsschrittes;

(b) einen Speicher-Hilfsschritt des genannten Codierungsfehlers;

(c) einen Bewegungskompensations-Hilfsschritt zwischen dem genannten aktuellen Bild und einem vohergehenden Bild;

(d) einen zweiten Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den decodierten Signalen, erhalten nach dem genannten Decodierungsschritt, und den bewegungskompensierten Signalen, erhalten nach dem Bewegungskompensations-Hilfsschritt, wobei der Ausgang des genannten zweiten Subtrahier-Hilfsschrittes dem Eingang des genannten Codierungsschrittes entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Decodierungsschritt im Kaskade die nachfolgenden Hilfsschritte umfasst: einen Variable-Länge-Decodierungs-Hilfsschritt, einen ersten invertierten Quantisierungs-Hilfsschritt und einen ersten invertierten Frequenztransformations-Hilfsschritt, und wobei der Codierungsschritt in Kaskade die nachfolgenden Hilfsschritte umfasst: einen Frequenztransformations-Hilfsschritt und einen Quantisierungs-Hilfsschritt, dem parallel einerseits ein Variable- Länge-Codierungs-Hilfsschritt und andererseits in Kaskade ein zweiter invertierter Quantisierungs-Hilfsschritt und ein zweiter invertierter Frequenztransformations- Hilfsschritt folgen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den Signalen vor dem genannten Frequenztransformations-Hilfsschritt und den Signalen nach dem genannten zweiten invertierten Frequenztransformations-Hilfsschritt vorgesehen ist.

3. Verfahren zur Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern, wobei dieses Verfahren einen Decodierungsschritt der digitalen Eingangssignale umfasst, die jedem aktuellen Bild zugeordnet sind, wonach ein Codierungsschritt folgt, wobei dieses Verfahren das Kennzeichen aufweist, dass es ebenfalls zwischen dem genannten Decodierungsschritt und dem genannten Codierungsschritt einen Prädiktionsschritt umfasst, der, in Kaskade, die nachfolgenden Schritte umfasst:

(a) einen ersten Subtrahier-Hilfsschritt, vorgesehen zum Ermitteln eines Codierungsfehlers während des genannten Codierungsschrittes;

(b) einen ersten Hilfsschritt zum Umwandeln von Frequenzsignalen in Raumsignale;

(c) einen Speicher-Hilfsschritt der Signale, die nach dem genannten ersten Umwandlungs-Hilfsschritt erhalten worden sind;

(d) einen Bewegungskompensations-Hilfsschritt zwischen dem aktuellen Bild und einem vorhergehenden Bild;

(e) einen zweiten Hilfsschritt zum Umwandeln von Raumsignalen in Frequenzsignale;

(f) einen zweiten Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den decodierten Signalen, erhalten nach dem genannten Decodierungsschritt und den Signalen, erhalten nach dem genannten zweiten Umwandlungs-Hilfsschritt, wobei der Ausgang des genannten zweiten Subtrahier-Hilfsschritt dem Eingang des genannten Codierungsschrittes entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Decodierungsschritt in Kaskade einen Variable-Länge-Decodierungs-Hilfsschritt und einen ersten invertierten Quantisierungs-Hilfsschritt umfasst und wobei der Codierungsschritt in Kaskade einen ersten Quantisierungs-Hilfsschritt aufweist, dem parallel einerseits ein erster Variable-Länge- Codierungs-Hilfsschritt und andererseits ein zweiter invertierter Quantisierungs- Hilfsschritt folgen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Subtrahier-Hilfsschritt zwischen den Signalen vor dem genannten ersten Quantisierungs-Hilfsschritt und den Signalen nach dem genannten zweiten invertierten Quantisierungs-Hilfsschritt vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ebenfalls die nachfolgenden Schritte umfasst: zwischen dem genannten ersten Subtrahier-Hilfsschritt und dem genannten Hilfsschritt zum Umwandeln von Frequenzsignalen in Raumsignale, wenigstens einen zusätzlichen Codierungsschritt, der einen zweiten Quantisierungs-Hilfsschritt umfasst, dem parallel einerseitz ein zweiter Variable- Länge-Codierungs-Hilfsschrittund andererseits ein dritter invertierter Quantisierungs- Hilfsschritt folgen, dem ein dritter Subtrahier-Hilfsschritt folgt, und zwar zwischen den Signalen vor dem genannten zweiten Quantisierungs-Hilfsschritt und den Signalen nach dem genannten dritten invertierten Quantisierungs-Hilfsschritt.

6. Anordnung zum Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern, wobei diese Anordnung in Kaskade die nachfolgenden Elemente umfasst:

(A) eine Decodierungs-Untereinheit zum Decodieren von Eingangssignalen der genannten Anordnung, die jedem aktuellen Bild zugeordnet sind;

(B) eine Codierungs-Untereinheit mit einem Codierungsausgang und einem Prädiktionsausgang;

wobei diese Anordnung das Kennzeichen aufweist, dass sie ebenfalls die nachfolgenden Elemente umfasst:

(C) zwischen dem Ausgang der genannten Decodierungs-Untereinheit und dem Eingang der genannten Codierungs-Untereinheit eine Prädiktions-Untereinheit, welche die nachfolgenden Elemente umfasst:

(a) einen ersten Subtrahierer, wobei der positive und der negative Eingang mit dem Prädiktionsausgang bzw. dem Eingang der genannten Codierungs- Untereinheit verbunden sind und einen zweiten Subtrahierer, wobei der positive Eingang und der Ausgang mit dem Ausgang der genannten Decodierungs-Untereinheit bzw. dem Eingang der genannten Codierungs-Untereinheit verbunden ist;

(b) eine Kaskadenschaltung, vorgesehen zwischen dem Ausgang des genannten ersten Subtrahierers und dem negativen Eingang des genannten zweiten Subtrahierers, aus einem Bildspeicher und einer Schaltungsanordnung zur Bewegungskompensation im Hinblick auf die Verschiebungsvektoren, die repräsentativ sind für die Bewegung des genannten aktuellen Bildes gegenüber einem vorhergehenden Bild.

7. Anordnung zur Codeumwandlung codierter digitaler Signale entsprechend einer Sequenz von Bildern, wobei diese Anordnung in Kaskade die nachfolgenden Untereinheiten aufweist:

(B) eine Codierungs-Untereinheit mit einem Codierungsausgang und einem Prädiktionsausgang; wobei die genannte Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ebenfalls die nachfolgenden Elemente umfasst:

(a) einen dritten Subtrahierer, wobei der positive und der negative Eingang mit dem Prädiktionsausgang bzw. dem Eingang der genannten Codierungs- Untereinheit verbunden ist, und einen vierten Subtrahierer, wobei der positive Eingang und der Ausgang desselben mit dem Ausgang der genannten Decodierungs-Untereinheit bzw. dem Eingang der genannten Codierungs-Untereinheit verbunden sind;

(b) zwischen dem Ausgang des genannten dritten Subtrahierers und dem negativen Eingang des genannten vierten Subtrahierers eine Kaskadenschaltung aus einer invertierten Frequenzumformschaltung, einem Bildspeicher, einer Schaltungsanordnung für Bewegungskompensation im Hinblick auf Verschiebungsvektoren, die repräsentativ sind für die Bewegung des genannten aktuellen Bildes gegenüber einem vorhergehenden Bild, und einer Frequenzumformschaltung.

8. Codeumwandlungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Prädiktions-Untereinheit ebenfalls Folgendes aufweist: zwischen dem Ausgang des dritten Subtrahierers und dem Eingang der invertierten Frequenzumformschaltung, wenigstens eine zusätzliche Codierungs-Untereinheit mit einem zweiten Codierungsausgang und einem zweiten Prädiktionsausgang, wobei der genannten zusätzlichen Codierungs-Untereinheit ein fünfter Subtrahierer folgt, wobei der positive und der negative Eingang desselben mit dem genannten zweiten Prädiktionsausgang bzw. dem Ausgang des genannten dritten Subtrahierers verbunden ist, und wobei der Ausgang desselben mit dem genannten Eingang der invertierten Frequenzumformschaltung verbunden ist.

9. Codeumwandlungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Prädiktions-Untereinheit in Kaskade eine Anzahl der genannten Codierungs-Untereinheiten aufweist, und zwar entsprechend der gleichen Anzahl Bildqualitätspegeln.