DE4135181A1 - Bildsignal-kodiergeraet - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gerät, das Bildsignale durch
Bildverarbeitung kodiert, und insbesondere ein Bildsignal-
Kodiergerät, das eine Quantisierungsschrittgröße in
geeigneter Weise entsprechend Bildschrittzahlen oder
erzeugten Datenmengen steuert.
Bei Geräten, die Bildsignale kodieren und übertragen,
schwankt die Kodiermenge, die erzeugt wird, erhebhlich in
Abhängigkeit vom Grad der Bewegung der Objektbilder. Da
aber die Kapazität des Übertragungswegs vorbestimmt ist,
wird ein Pufferspeicher verwendet, um den fluktuierenden
Datenfluß zu glätten. Zur geeigneten Steuerung der
Quantisierungsschrittgröße entsprechend der Menge erzeugter
Daten und somit zur Steuerung des Raumauflösungsgrades ist
eine Methode bekannt. Zum Beispiel beschreibt die japanische
Patentanmeldung SHO 63-3586 ein Gerät, das einen
Quantisierungsschwellwert in geeigneter Weise mittels eines
Steuerkreises aus der Speichermenge eines Pufferspeichers
steuert.
Bei dem oben beschriebenen Stand der Technik wird die
Quantisierungsschrittgröße direkt entsprechend der
Speichermenge eines Übertragungspufferspeichers oder
entsprechend Bewegungsvektordaten gesteuert, und eine
genaue Quantisierungsschrittgrößensteuerung oder Änderungen
in der Übertragungsdatenmenge können nicht durchgeführt
werden, so daß das Problem besteht, daß die Verbesserung
der Bildqualität unzureichend ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Bildsignal-Kodiergerät zu schaffen, das einen veränderbaren
Bildgeschwindigkeitsbetrieb hat, das in der Lage ist, eine
Quantisierungsschrittgrößensteuerung durchzuführen, die
Änderungen der Pufferspeichermengennutzung vorbestimmt, und
das über eine Bildübertragung hoher Qualität entsprechend
den Anforderungen des Benutzers mittels einer externen
Anzeige einer Aktualisierungs-Bestimmungsgrundmenge der
Quantisierungsschrittgröße verfügt.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im
Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Eine Zweckmäßige
Ausgestaltung ergibt sich aus dem Unteranspruch 2.
Wenn die Schrittgrößen-Berechnungseinrichtung die
Quantisierungsschrittgröße ausgibt, wird die Quantisierung
mittels der ausgegebenen Schrittgröße nur durchgeführt,
wenn die Differenz zwischen der ausgegebenen Schrittgröße
und der Schrittgröße, die unmittelbar zuvor benutzt wurde,
einen bestimmten Wert überschreitet, der extern zugeführt
wurde.
Bei Kodiergeräten mit veränderbaren Bildgeschwindigkeiten,
ist, je größer die Bildschrittzahl oder je größer die
Übertragungsgeschwindigkeit ist, die Pufferspeichermenge um
so größer, die genutzt werden kann. Die Überschuß-
Pufferspeichermenge, die genutzt werden kann, kann daher
aus der Bildschrittzahl und der Übertragungsgeschwindigkeit
vorbestimmt werden, und wenn diese so gesteuert wird, daß,
wenn der Überschuß groß wird, der Quantisierungsschritt
klein wird, kann die Quantisierung mittels der kleinsten
Schrittgröße innerhalb eines solchen Bereichs durchgeführt
werden, daß der Übertragungspuffer nicht überläuft, und es
kann eine Bildübertragung hoher Qualität durchgeführt
werden. Wenn die Differenz zwischen der so bestimmten
Schrittgröße und dem unmittelbar vorherigen Wert kleiner
als ein bestimmter Wert ist, wird die Schrittgröße nicht
aktualisiert, und dadurch können die Aktualisierungsdaten
begrenzt werden.
Durch die Erfindung ist es für den Fall, daß die Bilder
schrittweise verarbeitet werden, durch Einführen einer
Korrektur-Pufferspeichermenge, die die Zunahme oder Abnahme
der Pufferspeichermenge vorbestimmt, möglich, eine genauere
Quantisierungschrittgrößensteuerung durchzuführen und damit
Bilder hoher Qualität zu übertragen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen
beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des
Bildsignal-Kodiergeräts der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des beispielsweisen konkreten
Aufbaus der Schrittgrößen-Steuereinrichtung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren beispielsweisen
konkreten Aufbaus der Schrittgrößen-
Steuereinrichtung, und
Fig. 4 Pufferspeicher-Betriebszustände des Geräts der
Erfindung und eines üblichen Geräts.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung bei
Verwendung in einem Nachrichtenübertragungs-System mit
begrenzten Übertragungsdatenmengen. Das Bildsignal-
Kodiergerät verwendet die Vollbildintervallkodierung mit
Orthogonaltransformation und Bewegungskompensation mittels
Bewegungsvektoren. Ein Fernsehsignal 1 wird in einem A/D-
Wandler in ein digitales Bildsignal umgesetzt und in einem
Vollbildspeicher 110 gespeichert. Wie später beschrieben,
wird das Wiedergewinnungs-Bildsignal des vorherigen
Vollbildes, das lokal dekodiert wurde, in einem
Vollbildspeicher 210 mit veränderbarer Verzögerung
gespeichert. Dieses Bildsignal wird über ein Schleif
enfilter 200 in einen Subtrahierer 120 eingegeben, die
Differenz zwischen diesem und dem vorherigen Vollbild wird
berechnet, und ein Differenzsignal wird in einen
Orthogonalwandler 130 eingegeben. Unter den vorhandenen
Orthogonaltransformationsmethoden ist die diskrete Kosinus
transformationsmethode üblich, bei der das Bildschirmraster
eines Vollbildes in eine Anzahl von Blöcken unterteilt
wird, und eine Kosinustransformation bezüglich der
Bilddaten jedes Blocks (z. B. 8×8 Pixels) wird durchgeführt.
Das Transformationssignal, das orthogonal transformiert
wurde, wird in einem Quantisierer 140 zu einem linearen
oder nichtlinearen diskreten Pegel quantisiert, in einen
Kode veränderbarer Länge entsprechend der Erzeugungs
frequenz mittels eines Kodierers 150 veränderbarer Länge
kodiert, und dann in einen Vollbildassembler 160
eingegeben. Im Vollbildassembler 160, werden Vollbilder,
die zur Übertragung aus den kodierten Daten und
zusätzlichen Daten (ein Bewegungsvektor 3, Kodierarten 4)
assembliert, in einem Übertragungs-Pufferspeicher 170
gespeichert, und mittels eines Übertragungskreises als
Übertragungsdaten 2 übertragen. In der folgenden
Beschreibung wird zur Vereinfachung der Ausdruck "Bild"
statt des Ausdrucks "Vollbild" verwendet.
Die vorliegende Ausführungsform hat eine lokale
Dekodierschleife. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal des
Quantisierers 140 mittels eines Inversionsquantisierers 240
und eines Inversions-Orthogonalwandlers 230 zu einem
Regenerationsbildsignal umgeformt wird, das von einem
Addierer 220 zu den Daten des vorherigen Bildes addiert und
im Speicher 210 gespeichert wird. Ein Bewegungs
vektordetektor 300, der für die Bewegungskompensation
erforderlich ist, ermittelt die Bewegung mittels eines
Rasteranpassungs-Verarbeitungsvorganges zwischen dem
vorliegenden Bildeingangssignal und dem vorherigen
Bildeingangssignal, die Ergebnisse hiervon werden in eine
Bewegungsvektor-/Kodierart-Prüfeinrichtung 310 eingegeben,
und der Bewegunsvektor 3 und die Kodierart 4 werden als
zusätzliche Daten erzeugt. In ein Kodier-Zeitsteuergerät
500 sind die Kodierart 4 und ein Kodier-Bildart-
Freigabesignal (FSEN) 5 eingegeben, das ein Ausgangs-
Bildspeichersteuersignal 6a, ein Bewegungsvektor-
Detektorsteuersignal 7, ein Steuersignal 8 für einen
Speicher mit veränderbarer Verzögerung, ein Kodier-
Bildstartsignal (FSS) 9 und ein Kodier-Blocksychronsignal
(MBS) 10 erzeugt und ausgibt. Ein Bildgeschwidigkeitsregler
700 steuert das Kodier-Zeitsteuergerät 500 und die
Abbildungsverarbeitungs-Bildgeschwidigkeit des gesamten
Geräts. Minimum- und Maximum-Schrittzahl-Einstellwerte Smin
und Smax, ein Puffergrenzwert BL und ein Bildsperrsignal
(FST) 18 werden als extern eingestellte Signale in den
Bildgeschwindigkeitsregler 700 eingegeben, und weiterhin
werden Bewegungsdaten 3, eine Pufferspeichermenge B, ein
Kodier-Bildstartsignal 9, ein Kodier-Synchronsignal 10 und
die Schrittgröße Qs als interne Signale eingegeben. Auf der
Grundlage dieser Eingangssignale wird das Kodier-Bildstart-
Freigabesignal 5 durch eine vorbestimmte Methode erzeugt,
und das Abbildungsbild, das von dem Gerät verarbeitet wird,
wird gewählt und gesteuert.
Der oben beschriebene Vorgang ist dem eines üblichen Geräts
gleich, jedoch bestimmt ein Schrittgrößenregler 600 die
Breite des diskreten Pegels im Quantisierer 140 (als die
Schrittgröße bezeichnet), und stellt damit ein wesentliches
Merkmal der Erfindung dar. Dabei werden das Kodier-
Blocksynchronsignal 10, eine Gesamtbild-Schrittzahl ST, die
Pufferspeichermenge B, ein Übertragungsgeschwindigkeits-
Einstellwert P, der ein extern eingestelltes Signal ist,
ein Minimum-Bildschrittzahl-Einstellwert Smin und ein
Puffergrenzwert BL in den Schrittgrößenregler 600
eingegeben, und die Schrittgröße QS wird ausgegeben.
Fig. 2 zeigt ein konkret aufgebautes Beispiel des
Schrittgrößenreglers 600, der ein wesentliches Merkmal der
Erfindung darstellt. Der Bildschirm ist in Blöcke
unterteilt, die aus 8×8 Pixeln bestehen, und vier
benachbarte Blöcke, die das Luminanzsignal der Abbildungen
darstellen, und zwei Blöcke, die räumlich Luminanzbereichen
entsprechen und die Chrominanzsignale darstellen, werden
für insgesamt acht Blöcke als Macroblock (MB) bezeichnet.
Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Zustand angenommen wird, in dem
S Bildsprünge durchgeführt werden und ein Bild übertragen
wird, beträgt die Anzahl von in einer Sekunde übertragenen
Bildern 30/(1+S), und eine Anzahl von Microblöcken gleich
dem 396fachen dieser Menge wird in einer Sekunde kodiert.
Wenn Bitanzahl zu diesem Zeitpunkt der Kodierung eines
Microblocks zu M angenommen wird, beträgt die Anzahl von
Bits, die in einer Sekunde kodiert und ausgegeben werden,
Andererseits ergibt der Übertragungsgeschwindigkeitswert P
eine Übertragungsgeschwindigkeit von 64×103 pro Sekunde,
so daß, wenn dieser Wert größer als der Wert der Formel (1)
ist, eine Übertragung ohne eine Zunahme der
Pufferspeichermenge B möglich ist. Wenn daher der Wert der
Kodierbitanzahl entsprechend einem Macroblock geringer als
ein Wert ist, der durch die Formel
gegeben ist, nimmt der Wert der Pufferspeichermenge B nicht
zu. Wenn der Wert der Formel (2) als die Anzahl von
nutzbaren Bits entsprechend einem Macroblock im MS Rechner
610 in Fig. 2 angenommen wird, wird der Wert der Formel
(2), wenn die Schrittzahl S auf den Wert des Minimum-
Bildschrittzahl-Einstellwertes Smin eingestellt wurde, als
Grundlage der nutzbaren Bitanzahl MS berechnet.
MS = 5P (1 + Smin) (3)
Außerdem wird im MT Rechner 620 der Wert der Formel (2),
wenn die Schrittzahl S auf den vorliegenden Wert der
Gesamtbildschrittzahl ST eingestellt wurde, als vorliegende
nutzbar Bitanzahl MT berechnet.
MT = 5P (1 + ST) (4)
Wenn MD=MT-MS (ist größer als 0) im Subtrahierer 630
festgestellt wird, gibt dies die Überschuß-Bitanzahl
gegenüber der nutzbaren Grundbitanzahl entsprechend einem
Macroblock an. Andererseits wird das Kodier-Block
synchronsignal (MBS) 10 im MBS Zähler 640 gezählt, und die
Macroblockzahl MN wird bestimmt, und eine Korrektur-
Pufferspeichermenge RB wird hieraus, aus der oben
beschriebenen Überschuß-Bitanzahl MD und einer
Pufferspeichermenge B im RB Rechner 650 entsprechend der
folgenden Formel berechnet:
RB = B - MN × MD (5)
Diese Korrekturpufferspeichermenge liefert einen
Standardwert für die Pufferspeichermenge, die mittels des
Bildschirm-Bildsprungverfahrens tatsächlich genutzt werden
kann. Wenn dieser Wert dazu verwendet wird, einen
Korrekturpufferspeichermengen-Index RB-IDX zu bestimmen,
der im RB-IDX Rechner 660 zum Pufferspeichergrenzwert BL
entsprechend der folgenden Formel bemessen wird:
ist, je kleiner dieser Wert ist, der Bitwert um so größer,
bei dem eine feine Kodierung durchgeführt und ausgegeben
werden kann. Dabei gibt die Konstante 256 der Formel (6)
die Standarddatenmenge jedes Bildes an.
Als nächste wird im QS Rechner 670 QSO unter Verwendung der
Tabelle 1 gefunden, in der die Schrittgröße QS den Werten
von RB-IDX entspricht; dieser Wert wird mit dem QS
Aktualisierungssignal 67 synchronisiert, und QS=QSO wird
ausgegeben. In der folgenden Tabelle 1 ist, je kleiner der
Wert des Pufferspeichermengen-Indexes RB-IDX ist, die
Schrittgröße QS um so kleiner, die erreicht wird, und wenn
die Bildschrittzahl ST größer wird, und wenn die Überschuß--
Bitanzahl MD der nutzbaren Bitanzahl groß wird (da Rb-IDX
klein wird), wird es möglich, eine detailliertere
Quantisierung durchzuführen. Daher behält, wie die
Pufferspeichermenge B in Fig. 4 zeigt, bei einem üblichen
Gerät die Pufferspeichermenge vor der Bildsprungerzeugung
einen nahezu konstanten Wert. Bei der vorliegenden
Ausführungsform jedoch wird entsprechend einem
Pufferspeicherüberschuß durch Bildsprung in der oben
beschriebenen Weise eine Steuerung durchgeführt, so daß
eine Übertragung möglich ist, bei der die Qualität der
Abbildungen gut ist.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des konstruktiven Aufbaus der
Fig. 2. Die Methode, das Ausgangssignal QSO vom QS Rechner
670 nach außen zu senden, ist verschieden, während die
restliche Anordnung gleich ist. Bei der vorliegenden
Ausführungsform wird ein bestimmender Schrittgrößenwert QEN
als ein extern eingestelltes Signal eingegeben, und eine
Aktualisierungsbestimmung wird entsprechend der folgenden
Formel in der QS Aktualisierungs-Prüfeinrichtung 690 unter
Verwendung dieses Einstellwertes als Schwellwert
durchgeführt.
Der Absolutwert von QS-QSO ist größer als oder gleich QEN.
Dies bedeudet, daß nur in den Fällen, in denen die
Differenz zwischen der neu berechneten Schrittgröße QSO und
dem vorliegende Wert QS groß ist und den eingestellten Wert
QEN überschreitet, QS aktualisiert wird. Entsprechend dem
Aufbau werden Vorteile erzielt, indem kleine
Wertkorrekturen der Schrittgröße QSO nicht durchgeführt
werden und nur eine kleine Menge von Aktualisierungsdaten
erforderlich ist.
Claims (2)
1. Bildsignal-Kodiergerät, bestehend aus einer Detektor
einrichtung zur Ermittlung des Redundanzgrades eines
eingegebenen Bildsignals und zur Durchführung einer
Bildschrittsteuerung auf der Grundlage einer Bildschritt
zahlbestimmung und einer bestimmten Schrittzahl, einer
Kodierverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines
Bildsignals, das durch Übertragung von der Steuer
einrichtung durch Blockeinheiten angegeben wird, in die ein
Bildschirm unterteilt ist, sowie zur Quantisierung des
Signals und zur Ausgabe des Signals über das Medium eines
Pufferspeichers, und einer Schrittgrößen-Steuereinrichtung
zur Steuerung der Schrittgröße der Quantisierung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schrittgrößen-Steuereinrichtung eine
Korrektur-Pufferspeichermengen-Berechnungseinrichtung
aufweist, die eine Korrektur-Pufferspeichermenge berechnet,
die im Übertragungspuffer einen Überschuß der Bild
schrittzahl und einer zuvor eingegebenen Übertragungs
geschwindigkeit angibt, und eine Schrittgrößen-
Berechnungseinrichtung, die eine Quantisierungs-
Schrittgröße ausgibt, die kleiner als die Korrektur-
Pufferspeichermenge ist, die einen größeren Überschuß des
Übertragungspuffers angibt.
2. Kodiergerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
Prüfeinrichtung in der Schrittgrößen-Steuereinrichtung, um,
wenn eine Quantisierungsschrittgröße von der Schrittgrößen-
Berechnungseinrichtung ausgegeben wird, eine Quantisierung
entsprechend der ausgegebenen Schrittgröße nur durch
zuführen, wenn eine Differenz zwischen der ausgegebenen
Schrittgröße und einer Schrittgröße, die unmittelbar zuvor
benutzt wurde, einen Grenzwert überschreitet, der extern
zugeführt wird.
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