FI98681C - Muuntokoodauslaite - Google Patents

Description

98681

Muuntokoodauslaite Tämä keksintö kohdistuu muuntokoodauslaitteeseen, jonka avulla saavutetaan hyvin tehokas koodaus digitaali-5 seksi kuvasignaaliksi.

Kuvio 1 esittää lohkokaaviota perinteisen muunto-koodaus laitteen kokoonpanosta, jollaista on kuvattu esimerkiksi julkaisussa "A proposal of a coding control method in a MC-DCT coding system", mm. Kato, konferenssissa 10 "National Conference on Information and System Dept. (1- 204) of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1987". Kuviossa 1 viitenumero 11 on vähentäjä, joka suorittaa vähennyksen digitaalisena kuva-ottosignaalisarjana toimivan ottosignaalin 101 sekä 15 liikekompensoitu kehystenvälinen ennustesignaali 102, nu mero 1 on ortogonaalinen muuntoyksikkö, joka suorittaa ortogonaalista muunnosta kehystenväliselle erosignaalille 103, 2b on kvantisointiyksikkö, jossa tapahtuu kynnyskä-sittelyä muuntokertoimelle, joka on saatu ortogonaalisen 20 muunnoksen välityksellä puskurin 112 sisältämän muistida- tamäärän mukaisesti, minkä jälkeen kvantisointiyksikön annosta saadaan kvantisointi-indeksi 106, 3b on kvanti-sointidekoodausyksikkö, joka suorittaa kvantisointidekoo-dauksen kvantisointi-ideksille 106 ja jonka annosta saa-25 daan kvantisointimuuntokerroin 107, 4 on käänteinen orto-gonaalinen muuntoyksikkö, joka suorittaa käänteistä ortogonaalista muunnosta kvantisointimuuntokertoimelle 107 ja tuottaa dekoodatun kehystenvälisen erosignaalin 108 välille, 12 on summain, 5 on kuvamuisti, joka tuottaa ennakoin-30 tisignaalin 102, 6 on kompensointiyksikkö, 7 on vaihtuvamittainen koodausyksikkö, 111 on koodattu tieto, 8 on lähetyspuskuri muunnosta varten ja 113 on muunnettu tieto.

Seuraavaksi kuvataan laitteen toimintaa. Erotus ottosignaalin 101 ja ennakointisignaalin 102 välillä saa- 98681 2 daan käyttämällä vähentäjää 11 tuottamaan kehystenvälinen erotussignaali 103, joista redundantit komponentit on poistettu. Ortogonaalisessa muuntoyksikössä l kehystenvä-linen erotussignaali 103 muunnetaan avaruudelliseksi taa-5 juusalueeksi käyttämällä ortogonaalista muunnosta rauunnos-kertoimen 104 aikaansaamiseksi. Kvantisointiyksikössä 2b muuntokerroin Ci 104 alistetaan seuraavaan kynnyskäsitte-lyyn, joka perustuu myöhemmin selitettävään puskurimuistin datamäärään.

10

Puskurimuistin määrä: suuri -*· kynnysarvo ka: suuri.

Puskurimuistin määrä: pieni -» kynnysarvo ka: pieni.

15 Ci < ka -* Ci: merkityksetön kerroin

Ci > ka -*· Ci: merkittävä kerroin, missä

Ci on muuntokerroin.

Muuntokerroin 104, joka on merkittävä kerroin kyn-20 nyskäsittelyn tuloksena, kvantisoidaan kvantisointiyksi kössä 2b ja se saadaan annosta vastaavana kvantisointi-indeksinä 106. Toisaalta taas muuntokerroin 104, joka on merkityksetön kerroin, saadaan annosta nollaa vastaavana kvantisointi-ideksinä 106. Kvantisointi-indeksi 106 kooda-25 taan vaihtuvamittaisesti yhdessä myöhemmin selitettävän liikevektorin 105 kanssa ja se saadaan annosta koodattuna tietona 111 vaihtuvamittaisesta koodausyksiköstä 7. Toisaalta kvantisointi-indeksi 106 muunnetaan samanaikaisesti muuntokertoimeksi 107 kvantisointidekoodausyksikössä 3b 3 0 tapahtuvan kvantisointidekoodauksen tuloksena. Käänteisessä ortogonaalisessa muuntoyksikössä 4 muuntokerroin 107 muunnetaan erotussignaaliksi 108. Myöhemmin erotussignaali 108 ja edellä mainittu ennakointisignaali 102 lisätään summaimessa 12 dekoodatun signaalin 109 tuottamiseksi.

35 Dekoodattu signaali 109 tallennetaan tilapäisesti kuva- 98681 3 muistiin 5 ennakointisignaalin 102 tuottamiseksi liikkeen-kompensoinnin tuloksena. Sen jälkeen kun ottosignaali 101 on jaettu useaan lohkoon, edellisen lohkon kuvasignaalista havaitaan samanlaisin lohko jokaiselle lohkolle etsimällä 5 edeltävän kehyksen dekoodatuista signaaleista, jotka sijaitsevat avaruudessa samassa kohdassa kuin lohko ja naa-purilohkossa. Virhe lohkon ja havaitun lohkon välillä on minimissä. Lyhyesti, molempien lohkojen välisen eron absoluuttisten arvojen summa, eron tai vastaavan neliöjuurten 10 summa, joka määrittelee poikkeaman, on minimissään. Lohkojen, joilla on minimipoikkeama, välinen siirtymä on ulostulo liikevektorina 105. Edellä mainittu koodaustieto 111 tallennetaan tilapäisesti lähetyspuskuriin 8 ja saadaan annosta siirrettynä tietona 113 kiinteällä bittitiheydel-15 lä, ja samanaikaisesti puskurimuistin 112 määrä saadaan annosta takaisinkytkentäsignaalina puskurin ylivuodon estämiseksi. Koska perinteinen muuntokoodauslaite on kokoonpanoltaan edellä selitetyn kaltainen ja kvantisointiomi-naisuuksien valinta suoritetaan käyttämällä ainoastaan 20 siirtopuskurimuistin määrää, on tästä se haitta, että on vaikeata toteuttaa adaptiivista kvantisointia ottosignaa-lin tilastollisten ominaisuuksien kuten ottokuvasignaalin teho- ja taajuusominaisuuksien mukaisesti, ja on mahdotonta puristaa signaalia tehokkaasti.

25 Tämän keksinnön tarkoituksena on ratkaista edellä mainitut ongelmat sekä aikaansaada muuntokoodauslaite, joka pystyy kvantisoimaan signaalin tehokkaasti ottosig-naalin tilastollisten ominaisuuksien mukaisesti.

Näiden edellä mainittujen ongelmien ratkaisemiseksi 30 tämän keksinnön mukainen muuntokoodauslaite valmistelee lukuisia kvantisointiominaisuuksia ja valitsee yhden kvan-tisointiominaisuuden mukautuen ottosignaalin ja muuntoker-rointen sarjan ennakoituun vääristymään.

Toisin sanoen muunnnoskoodauslaite valitsee tässä 35 keksinnössä yhden kvantisointiominaisuuden useasta kvanti- 98681 4 sointiominaisuudesta, jotka on valmisteltu ennakoidun ot-tosignaalin, muuntokertoimien sarjan ja toimintojen vääristymän mukaisesti muunnoskertoimen kvantisoimiseksi.

Edellä mainittu sekä muut kohteet ja tämän keksin-5 nön uusi tunnusmerkki ilmenevät seuraavasta selityksestä ja oheistetuista kaavioista. Piirustukset on tarkoitettu yksinomaan selitystä varten eivätkä ne rajoita tämän keksinnön alaa.

Kuvio 1 on lohkokaavio, joka kuvaa perinteistä 10 muuntokoodauslaitetta; kuvio 2 on lohkokaavio, joka kuvaa tämän keksinnön suoritusmuodon mukaisen muuntokoodauslaitteen rakennetta; ja kuvio 3 on esimerkinomainen kaavio, joka kuvaa suh-15 detta muuntokoodaussekvenssin, liikkeenkompensoivien enna koitujen vääristymien suuruuden ja kvantisointiominaisuuk-sien välillä, joita on käytetty tapauksessa, jossa kolme eri kvantisointiaskelkokoa käsittävää eri tyyppistä kvan-tisointiominaisuutta on valmisteltu tässä keksinnössä.

20 Seuraavassa selitetään keksinnön mukaista suoritus muotoa piirustuksiin viitaten. Kuviossa 2 viitenumerot 2a ja 3a ovat adaptiivinen kvantisointiyksikkö ja adaptiivinen kvantisointidekoodausyksikkö, jotka molemmat valitsevat sopivan useasta kvantisointiominaisuudesta ja käyttä-25 vät sitä avaruudellisten taajuuksien mukaisesti, jotka vastaavat vääristymää 114 liikkeenkompensointiennakoinnin hetkellä toinen ottosignaalia 101 ja toinen muunnosker-rointen sekvenssiä varten. Kuvion 1 lohkoja ja signaaleita lukuun ottamatta muita samoja lohkoja ja signaaleita on 30 merkitty samoilla numeroilla, eikä niitä siis tulla selittämään kuin yhden kerran.

Seuraavaksi selitetään laitteen toimintaa. Yleensä on vaikea visuaalisesti tunnistaa vääristymiä, jotka esiintyvät osassa, joka vaihtuu nopeasti ajan suhteen lii-35 kealueena, ja jonka avaruudellinen taajuus on suuri. Li- 98681 5 saksi osa, jonka liikkeenkompensointivääristymä on suuri, on usein liikealue, ja signaalien dynaaminen alue on laaja. Varattaessa kvantisointi-indeksin koodaussanoja lyhyt koodaussana varataan kvantisointi-indeksille vastaten 5 kvantisoinnin keskiarvoa nollan läheisyydessä.

Vastaavasti siinä tapauksessa, että liikkeenkom-pensoiva ennakoitu vääristymä on suuri ja muuntokertoimen sekvenssi on korkea, kvantisointi suoritetaan kvantisoinnin suurella askelkoolla siten, että saavutetaan hyvin telo hokas koodaus pitämällä samalla yksilöllinen kuvalaadun heikkeneminen pienenä. Myös osassa, jossa ennakoitu vääristymä on pieni, vaikka kvantisointianto olisi vähentynyt nollaan, ei ole paljoakaan ongelmia visuaalisessa aistimisessa, ja saavutetaan hyvin tehokas koodaus, minkä vuok-15 si valitaan suuri kvantisointiaskel.

Kuvio 3 kuvaa suhdetta muuntokertoimen sekvenssin, liikkeenkompensoivien ennakoitujen vääristymien suuruuden, ja kvantisointiominaisuuksien välillä, joita käytetään tapauksessa, jossa on kolme eri tyyppistä kvantisoin-20 tiominaisuutta.

Lisäksi luokittelu muuntokertoimen sekvenssiä ja ennakoitua vääristymää varten toteutetaan kynnyskäsitte-lyn välityksellä asettamalla kynnysarvo. Muuntokerroin 104 ja liikkeenkompensoiva ennakoitu vääristymä 114 liikkeen-25 kompensoinnin hetkellä, jotka on molemmat saatu perinteisen kaltaisen käsittelyn välityksellä, syötetään adaptiiviseen kvantisointiyksikköön 2a. Kuvion 3 kuvaamassa adaptiivisessa kvantisointiyksikössä 2a valitaan sopiva kvantisointiominaisuus muuntokertoimen 104 sekvenssin ja 30 liikkeenkompensoivan ennakoidun vääristymän 114 suuruuden mukaisesti, jolloin kvantisointiyksikkö 2a kvantisoi muun-noskertoimen 104, joka oli merkityksellinen puskurimuistin 112 määrään pohjautuvan kynnyskäsittelyn johdosta. Toisaalta adaptiivisessa kvantisointidekoodausyksikössä 3a, 35 kuten myös adaptiivisessa kvantisointiyksikössä 2a, väli- 98681 6 taan sopiva kvantisointiominaisuus muuntokertoimen 104 sekvenssin ja liikkeenkompensoivan ennakoidun vääristymän 114 mukaisesti, joten siinä suoritetaan kvantisoin-tidekoodausta. Jotta kvantisointiominaisuudet koodaus-5 puolella saadaan yhteneviksi dekoodauspuolen ominaisuuksien kanssa, liikkeenkompensoivaan ennakoituun vääristymään 114 sovelletaan vaihtuvamittaista koodausta vaihtuvamittaisessa koodausyksikössä 7, ja lähetetään sitten dekoodauspuolelle. Toisille osille suoritetaan perintei-10 nen käsittely.

Edellä mainitussa suoritusmuodossa on kuvattu tapausta, jossa kvantisointiominaisuutta on vaihdettu muuntokertoimen 104 sekvenssiä vastaavan avaruudellisen taajuuskomponentin sekä liikkeenkompensoivan ennakoidun 15 vääristymän 114 suuruuden mukaisesti. Kuitenkin siinä tapauksessa, että liikkeenkompensoiva ennakoitu vääristymä 114 on pienempi kuin mielivaltaisesti annettu kynnysarvo, mikäli tällaista kaikki muuntokertoimen sekvenssit lohkoihin jakavaa ohjausta tapahtuu, havaitaan 20 vaikutus, että kohina vähenee ajan suuntaisesti.

Koska useita kvantisointiominaisuuksia on valmisteltu ja näitä kvantisointiominaisuuksia käytetään oikein muuntokertoimen sekvenssin ja liikkeenkompensoivan ennakoinnin hetkellä vallitsevan vääristymän suuruuden 25 mukaisesti, voidaan tämän keksinnön mukaisesti, kuten edellä on selitetty, aikaansaada sellainen muuntokoo-dauslaite, että kvantisointi voi toteutua ottosignaalin tilastollisten ominaisuuksien mukaisesti, ja samanaikaisesti signaalia voidaan pakata tehokkaasti.

Claims (4)

1. Muuntokoodauslaite joka, käsittää: liikkeenkompensointiyksikön (6), joka jakaa digitaalisen kuvaottosignaalisarjan (101) joukoksi lohkoja . 5 ja vertaa tämän jälkeen vastaavia lohkoja edellisen ke hyksen kuvasignaaleihin (110), jotka sijaitsevat tilassa samoissa paikoissa tai mainittujen paikkojen läheisyydessä, ja joka havaitsee samanlaisimmat osat mainittujen edellisen kehyksen kuvasignaalien (110) joukosta ja jon-10 ka annosta saadaan tilasiirtymän määrä mainittujen lohkojen ja mainittujen edellisen kehyksen kuvasignaalien samanlaisten osien välillä; vähentäjän (11), joka vähentää liikekompensoitu-jen kehysten välisen ennustesignaalin (102), joka on 15 tuotettu mainitun siirtymän määrän mukaisesti mainitusta digitaalisesta kuvasignaalista; ortogonaalisen muuntoyksikön (1), joka suorittaa ortogonaalisen muunnoksen mainitulta vähentäjältä (11) saadulle kehysten väliselle erosignaalille (103) ja 20 tuottaa antoonsa muunnoskertoimen (104); kvantisointiyksikön (2b), joka kvantisoi mainittua muunnoskerrointa; kvantisointidekoodausyksikön (3b), joka suorittaa kvantisointidekoodausta kvantisointiyksiköltä (2b) tule-25 valle kvantisoidulle muuntokertoimelle; käänteisen ortogonaalisen muuntoyksikön (4), joka suorittaa käänteistä ortogonaalista muunnosta kvanti-sointidekoodatulle kvantisointimuuntokertoimelle (107) dekoodattujen kehysten välisen erosignaalin (108) tuot-30 tamiseksi; summaimen (12), joka summaa mainitun dekoodattujen kehysten välisen erosignaalin (108) ja mainitun lii-kekompensoitujen kehysten välisen ennustesignaalin dekoodatun kuvasignaalin (109) tuottamiseksi; 35 kehysmuistin (5), joka tallentaa mainitun dekoo datun kuvasignaalin (109) väliaikaisesti mainitun liike- 98681 8 kompensoitujen kehysten välisen ennustesignaalin tuottamiseksi mainitun siirtymän suuruuden mukaisesti; vaihtuvamittaisen koodausyksikön (7), joka tuottaa kvantisointi-indeksin adaptiivisesta kvantisointiyk-5 siköstä koodattuna datana, johon on sovellettu vaihtuvamittaista koodausta; ja lähetyspuskurin (8), joka tallentaa koodatun informaation tilapäisesti, antaa sen annostaan kiinteällä bittinopeudela ja samanaikaisesti tuottaa puskurimuistin 10 määrän takaisinkytkentäsignaalina (112) adaptiiviselle kvantisointiyksikölle (2b) puskurin ylivuodon estämiseksi; tunnettu siitä, että kvantisointiyksikkö (2b) on adaptiivinen kvanti-15 sointiyksikkö (2a), joka valitsee yhden kvantisointiomi-naisuuden joukosta ennaltamäärättyjä kvantisointiominai-suuksia sekä lohkodigitaalikuvasignaalien sarjaa varten olevan liikekompensoidun kehysten välisen ennustesignaalin (114) samanlaisuusasteen että mainitun muuntokertoi-20 men sarjan mukaisesti; sekä kvantisoi mainittua muunnos-kerrointa (104); ja kvantisointidekoodausyksikkö (3b) on adaptiivinen kvantisointidekoodausyksikkö (3a), joka valitsee yhden kvantisointiominaisuuden joukosta ennaltamäärättyjä 25 kvantisointiominaisuuksia sekä liikekompensoidun kehysten välisen ennustesignaalin (114) samanlaisuusasteen että mainitun muuntokertoimen sekvenssin mukaisesti, ja siten suorittaa kvantisointidekoodausta adaptiiviselta kvantisointiyksiköltä (2b) tulevalle kvantisoidulle 30 muuntokertoimelle (104).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muuntokoodaus-laite, tunnettu siitä, että adaptiivisessa kvantisointiyksikössä (2a) tuotetaan lisäksi takaisin-kytkentäsignaaliin (112) perustuva kynnysarvo, joka tuo-35 tetaan vastaten mainitun lähetyspuskurin (8) puskuri-muistin määrää, ja että kynnyskäsittelyä suoritetaan 98681 9 mainitulta ortogonaaliselta muuntoyksiköltä saadulle muuntokertoimelle (104), ja tämän jälkeen vain kynnysarvon ylittävä muuntokerroin kvantisoidaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen muunto- 5 koodauslaite, tunnettu siitä, että liikekompen- soitu ennustevääristymä (114), joka saadaan mainitun liikkeenkompensointiyksikön (6) annosta, syötetään vaihtuvamittaiseen koodausyksikköön (7) ja sille suoritetaan vaihtuvamittainen koodaus, minkä jälkeen se syötetään 10 mainittuun adaptiiviseen kvantisointidekoodausyksikköön (3a) koodauspuolen kvantisointiominaisuuden tekemiseksi yhteneväksi dekoodauspuolen ominaisuuden kanssa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen muuntokoodaus-laite, tunnettu siitä, että adaptiivisessa 15 kvantisointiyksikössä (2a) muuntokertoimien (104) kaikki sekvenssit on lohkottu siinä tapauksessa, että liikekom-pensoitu kehystenvälinen ennustevääristymä (114) on pienempi kuin mielivaltaisesti asetettu kynnysarvo. 98681 10