DE10158691C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Codierung von Videosequenzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass bei besonders hellen oder besonders dunklen Gebieten in einem Bild vorhandene Details in der Regel ohnehin sehr schwer oder gar nicht erkennbar sind und folglich ohne eine wesentliche Verschlechterung der Bildqualität auf deren genaue Codierung und Übertragung verzichtet werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, dass für derartige Bildbereiche eine Quantisierungskennlinie mit einer Tot-Zone verwendet wird, um auf vereinzelte kleine Koeffizienten, also Details, in diesen Bildbereichen zu verzichten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Codierung von Videosequenzen, bei dem/der ein Prädikti­ onsfehler ermittelt und dieser, beispielsweise durch eine Diskrete Cosinus Transformation (DCT) frequenztransformiert und anschließend quantisiert sowie codiert wird, wobei für besonders wichtige Bildbereiche, durch eine selektive Ände­ rung der Quantisierung, eine höhere Datenrate erzeugt wird.

Solche Verfahren bzw. Vorrichtungen sind beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 785 689 A2 oder der in­ ternationalen Patentanmeldung WO 99/03279 A1 bekannt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun dar­ in, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung anzugeben, bei dem/der eine weitere Reduzierung der benötigten Datenrate für die Übertragung und/oder Speicherung von Videosequenzen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrich­ tung durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass bei beson­ ders hellen oder besonders dunklen Gebieten in einem Bild vorhandene Details in der Regel ohnehin sehr schwer oder gar nicht erkennbar sind und folglich ohne eine wesentliche Ver­ schlechterung der Bildqualität auf deren genaue Codierung und Übertragung verzichtet werden kann. Dies kann dadurch er­ reicht werden, dass für derartige Bildbereiche eine Quanti­ sierungskennlinie mit einer Tot-Zone verwendet wird, um auf vereinzelte kleine Koeffizienten, also Details, in diesen Bildbereichen zu verzichten. Mit diesem Verfahren läßt sich die die Übertragung steuern, ohne dass eine Quantisierungsän­ derung signalisiert werden muss.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Da­ bei zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm mit einem steuerbaren Quantisierer zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2a eine Quantisierungskennlinie für den Quantisierer von Fig. 1 im Falle eines Gebietes mittlerer Hellig­ keit und

Fig. 2b eine entsprechende Quantisierungskennlinie für ein Gebiet mit einer besonders großen oder einer beson­ ders geringen Helligkeit.

In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm dargestellt, das einen Vergleicher V zeigt, der durch Vergleich eines Bildes bzw. Bildbereiches IN mit einem entsprechenden prädizierten Bild oder Bildbereich P einen Prädiktionsfehler e ermittelt, der dann, beispielsweise durch eine Diskrete Cosinus Transforma­ tion, frequenztransformiert wird, wobei die hierdurch gebil­ deten Koeffizienten d einem Quantisierer Q zugeführt werden. Dieser Quantisierer Q ist durch ein Maskierungssignal m steu­ erbar und bildet Werte q, die einer Einheit VLC zugeführt werden, die eine Codierung in Form einer variablen Längenco­ dierung vornehmen. Ferner wird das Bild bzw. der Bildbereich IN einer Einheit MB zugeführt, die das Maskierungssignal m zur Steuerung des Quantisierers Q bildet. In dieser Einheit MB wird für ein jeweiliges Bild bzw. einen jeweiligen Bildbe­ reich zunächst eine mittlere Helligkeit ermittelt. Sind nun in diesem Bild oder Bildbereich Gebiete, die relativ zur mittleren Helligkeit besonders hell oder besonders dunkel sind, enthalten, so wird für diese Gebiete oder auch Bild­ blöcke ein entsprechendes Maskierungssignal m gebildet. Er­ hält nun der Quantisierer Q über das Maskierungssignal m die Steuerinformation, dass die mittlere Helligkeit eines Gebiets oder Bildblocks nur in bestimmten Grenzen von der eingangs ermittelten mittleren Helligkeit abweicht, so wird im Quanti­ sierer Q eine "normale" Quantisierungskennlinie ausgewählt. Im Fall eines besonders dunklen oder besonders hellen Gebie­ tes oder Bildblocks wird hingegen im Quantisierer Q eine wie in Fig. 2b dargestellte Quantisierungskennlinie bzw. ein entsprechender Quantisierer ausgewählt, wobei hierbei deut­ lich wird, dass im Bereich kleiner Koeffizienten d eine Tot- Zone T vorhanden ist, das heißt, dass alle diese Werte in der Tot-Zone einem einzigen Wert, insbesondere dem Wert 0, zuge­ ordnet werden und dieser Wert für die Tot-Zone vorteilhafter­ weise gar nicht codiert wird. Weist die Quantisierungskennli­ nie mit der Tot-Zone außerhalb der Tot-Zone T die gleichen Quantisierungsstufen auf wie die Kennlinie ohne die Tot-Zone, so ist bereits durch die Tot-Zone ein geringerer Gesamtquan­ tisierungsgrad vorhanden als bei einer Quantisierungskennli­ nie ohne diese Tot-Zone.

Alternativ kann auch zumindest auf Teile der oben angegebenen Einheit MB verzichtet werden, da nach der Transformation ein sogenannter DC-Koeffizient, also gewissermaßen ein Gleichan­ teil, und AC-Koeffizienten vorliegen, wobei der DC- Koeffizient der mittleren Helligkeit eines jeweiligen Bildes oder Bildbereiches entspricht und nur die AC-Koeffizienten d quantisiert werden. Damit ist eine implizite Steuerung gege­ ben die nicht separat signalisiert werden muss.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vor­ zugsweise zusätzlich außerhalb der Tot-Zone, wie in den Fig. 2a und 2b dargestellt, eine Quantisierung Q2 mit größeren Quantisierungsstufen vorhanden als bei der Kennlinie ohne die Tot-Zone, die feinere Quantisierungsstufen Q1 aufweist.

Ein letztes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, dass in Abhängigkeit der mittleren Helligkeit eines Gebietes oder mindestens eines Bildblocks eine Quantisierungskennlinie aus mehreren Quantisierungskennlinien mit unterschiedlich breiter Tot-Zone T ausgewählt wird, wobei in Fig. 2b die Breite der Tot-Zone T mit B bezeichnet ist.

Ein entsprechendes Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrich­ tung zur Decodierung ist invers zur Codierung und somit un­ schwer aus der Codierung ableitbar. Das Maskierungssignal ist ja als DC-Koeffizient implizit vorhanden und bedarf keiner weiteren Signalisierung.

Die Erfindung betrifft sowohl eine Realisierung in Form von Hardware als auch in Form von Software bzw. alle Mischformen von Hard- und Software.

Claims (4)

1. Verfahren zur Codierung von Videosequenzen,
bei dem ein Bild oder ein Bildbereich (IN) mit einem prädi­ zierten Bild oder Bildbereich (P) verglichen und ein auf diese Weise ermittelter Prädiktionsfehler (e) einer zweidi­ mensionalen Transformation (DCT) in den Ortsfrequenzbereich unterzogen wird,
bei dem durch die Transformation ermittelte Koeffizienten (d, AC) in einem Quantisierer (Q) quantisiert (q) und an­ schließend durch eine variable Längencodierung (VLC) co­ diert werden,
bei dem von dem jeweiligen Bild oder Bildbereich eine mitt­ lere Helligkeit ermittelt wird,
bei dem durch einen Vergleich mit dieser mittleren Hellig­ keit besonders helle oder dunkle Gebiete festgestellt und ein entsprechendes Maskierungssignal (m) gebildet wird und
bei dem das Maskierungssignal den Quantisierer derart steu­ ert, dass für die markierten besonders hellen oder dunklen Gebiete eine Quantisierungskennlinie mit einer Tot-Zone (T) ausgewählt wird, wobei die Tot-Zone kleinen Koeffizienten­ werten (d) nur einen einzigen Wert (0) zuordnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Maskierungssignal den Quantisierer derart steu­ ert, dass für die besonders hellen und dunklen Gebiete auch außerhalb der Tot-Zone eine gröbere Quantisierung (Q2) als die Quantisierung (Q1) bei den übrigen Gebieten vorhanden ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem die Breite (B) der Tot-Zone (T) von der Helligkeit abhängt.

4. Vorrichtung zur Codierung von Videosequenzen,
bei der ein Vergleicher (V) vorhanden ist, der ein Bild oder einen Bildbereich (IN) mit einem prädizierten Bild oder Bildbereich (P) vergleicht,
bei der eine Transformationseinheit (DCT) vorhanden ist, die einen so ermittelten Prädiktionsfehler (e) frequenz­ transformiert,
bei der eine Maskiereinheit (MB) vorhanden ist, die eine Abweichungen von einer mittleren Helligkeit des Bildes oder Bildbereiches ermittelt und ab einer jeweiligen Schwelle für besonders dunkle oder helle Gebiete eine Maskierung be­ wirkt, und
bei der ein Quantisierer (Q) vorhanden ist, der die zu er­ mittelnden Koeffizienten (d) in Abhängigkeit des Maskie­ rungssignals (m) quantisiert, wobei im Falle einer Maskie­ rung eine Quantisierungskennlinie mit einer Tot-Zone (T) ausgewählt wird.