DE2559263C3 - Ausgleich von Quantisierungsverzerrungen bei Bildcodierung mit Blockquantisierung - Google Patents
Ausgleich von Quantisierungsverzerrungen bei Bildcodierung mit BlockquantisierungInfo
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Description
bO
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich von Quantisierungsverzerrungen bei Bildcodierung mit
Blockquantisisrung in Verbindung mit Differenz-Puls-Code-Modulation
(DPCM).
Bei der blockweisen Codierung (Quantisierung) der Differenzwerte wird in Abhängigkeit von zeitlich
zurückliegenden Werten der momentane Repräsentativwert so verändert, daß für die Nachrichtensinke
uninteressante Repräsentativwertfolgen weitgehend eliminiert werden, interessante Folgen dagegen übertragen
werden.
Allgemeines Kennzeichen einer Blockcodierung ist es, daß die Zeichen nicht einzeln, sondern als
Zeichenfolgen codiert werden. Je nach Art der Codierung kann ein Redundanz- oder/und eine Irrelevanzreduktion
erreicht werden. Zum Beispiel ist es bei Anwendung einer Optimalcodierung in Verbindung mit
einem DPCM- DPCM-Verfahren möglich, die Restredundanz des DPCM-Systems zu verringern. Dies kann
erreicht werden, indem die unterschiedliche Häufigkeit der Repräsentativwertfolgen durch Anwendung eines
optimalen Codes ausgenutet wird Dadurch wird im Mittel eine Reduktion des Nachrichtenflusses erreicht.
Die Bitrate kann außerdem durch eine Irrelevanzreduktion
vermindert werden. Insbesondere ist es möglich, eine Bitrate kleiner als ein Bit pro Informationseiement
(Biidelement) zu erreichen.
Innerhalb eines Blocks ergibt sich ein zum Blockende hin wachsender Quantisierungsfehler, der um so größer
ist, je kleiner die für die Codierung verwendete Bitrate ist. Daraus kann sich jeweils eine spalten- bzw.
treppenförmige Struktur in der Bildwiedergabe ergeben, deren Breite von der Blocklänge abhängt und die
bei einer Bitrate < 1 besonders kritisch ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bildwiedergabe bei Verwendung der B'ockcodierung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeweils Blöcke, mit denen wenigstens zwei
quantisierte Differenzen codiert sind, in aufeinanderfolgenden Zeilen und/oder Bildern um wenigstens einen
Bildpunkt versetzt werden und die Blöcke so verknüpft sind, daß jeweils einem großen Prädiktionsfehler eines
Blockes ein kleiner Quantisierungsfehler eines anderen Blockes und umgekehrt zugeordnet wird. Durch den
erfindungsgemäßen Blockversatz usiJ die Verknüpfung
der Blöcke wird eine sehr zuverlässige Rekonstruktion der zugeordneten Repräsentativ- bzw. Abtastwerte
möglich.
Um eine Reduktion der erforderlichen Übertragungsbandbreite stark korrelierter Signale, insbesondere von
Video-Signalen, zu erzielen, ist es bekannt, nur eine Auswahl von Signalelementen abzutasten und zu
übertragen und die dazwischen liegenden Signalelemente aus den übertragenen durch Interpolation zu
gewinnen. Die Abtastung wird dabei unter anderem so vorgenommen, daß die Bildpunkte jeder benachbarten
Bildzeile um einen bzw. zwei Bildpunktabstände versetzt abgetastet und übertragen werden, wobei dann
bei jedem Bildwechsel die vorher interpolierten Bildpunkte durch übertragene Bildpunkte und umgekehrt
ersetzt werden (DE-OS 22 19 259).
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen herausgestellt und im nachstehenden
im einzelnen beschrieben.
In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild eines DPCM-Systems mit Blockübertragung dargestellt. Es handelt sich
hier um ein gesteuertes System mit zweidimensionaler Prädiktion mit einer Quantisiereinrichtung, die in
Abhängigkeit vom momentanen Bildinhalt zwischen zwei Quantisierern 4, 6 mit verschiedenen Kennlinien
umschaltet. Die am Quantisiererausgang auftretenden Repräsentativwerte «,werden in einem Blockquantisierer
8 zu Blöcken v, zusammengefaßt, denen dann in einem Codierer 10 entsprechende Codewörter zugeord-
net werden. Die quantisierten Blöcke ν, werden in der
DPCM-Scbleife for die Festlegung des Prädiktionswertes
intern Prädiktor 12 herangezogen. Der Prädiktionswert5*wird
dann im Addierer 14 vom Eingangswert S abgezogen.
Die beiden Quantisierer 4 und 6 werden jeweils über eine Steuerlogik 16 mittels eines Schalters 18 auf den
Blockquan tisierer 8 geschaltet
Die Rekonstruktion der Abtastwerte erfolgt auf der Empfangsseite 20 in bekannter Weise.
Der PrädiktionswertS*wird in bekannter Weise aus
benachbarten Werten der aktuellen Zeile und der vorhergegangenen Zeile gewonnen.
Im nachstehenden soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer konstanten Blocklänge mit sechs
Bildelementen und einer Bitrate von 0,5 erläutert werden. Ausführungen mit größeren oder kleineren
Bitraten, z. B. der Bitrate 2/3, sind möglich.
In Tabelle 1 sind in der linken Spalte die bei sechs Bildelementen möglichen Eingangskombinationen von
Repräsentativwerten dargestellt, die hier al.c Eingangsfolgen
u bezeichnet sind. In der Tabelle 1 sind hierbei lediglich die Folgen mit positiver Polarität angegeben.
Die Folgen mit negativer Polarität ergeben sich hieraus.
Die Eingangsfolgen //werden im Blockquantisierer in
Ausgangsfolgen ν umgewandelt, die in der zweiten Spalte dargestellt sind. Die insgesamt möglichen 64
Eingangsfolgen werden so in acht Ausgangsfolgen mi! einer Blocklänge von gleichfalls sechs Bildelementen
umgewandelt. Diesen Blöcken werden dann jeweils 3-bit-Codewörter zugeordnet, wie in der dritten Spalt?
der Tabelle 1 wiedergegeben. Die Codewortzuordnung erfolgt hierbei zweckmäßig nach dem natürlichen
Dualzahlencode.
Die Entwicklung der Zuordnung der Eingangsfolgen u zu den Ausgangsfolgen ν soll anhand des Codebaums
nach F i g. 2 erläutert werden. Die Eingangsfolge wird hier jeweils dadurch einer der acht Ausgangsfolgen
zugeordnet, daß die Eingangsfolgen jeweils entsprechend ihrem Wert über die Verzweigungen den
einzelnen Ausgangsfolgen zugeordnet werden. Es erfolgt also an allen Verzweigungsstellen jeweils eine
Ermittlung durch Entscheidung nach + oder —. An den entscheidungsfreien Stellen, die mit χ bezeichnet sind,
kann eine gewählte Zuordnung erfolgen. Jede Ausgangsfolge besteht also aus ermittelten und zugeordneten
Werten.
Wie hieraus ersichtlich, weisen die Ausgangsfolgen 1. 2 sowie 7 und 8 jeweils an 1., 2., 3. und 4. Stelle ermittelte
Werte auf, während die Werte an 4. und 6. Stelle zugeordnet sind. Die Ausgangsfolgen 3 und 6 haben an
den Stellen 1, 2 und 3 ermittelte Werte, während die Werte an den Stellen 4, 5 und 6 zugeordnet sind. Die
Ausgangsfolgen 4 und 5 haben schließlich nur an den Stellen 1 und 2 ermittelte Werte.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei diesem Beispiel in den einzelnen Blöcken wenigstens die ersten
beiden Bildelemente während der Blockcodierung keinen Quantisierungsfehler erhalten. Für die zugeordneten
Werte steigt dann der Quantisierungsfehler zum Blockende hin an. Wenn für die Bestimmung des
Prädiktionswertes für das Bildelement an der ersten Stelle in einem Block Bildelemente an letzter Stelle
eines benachbarten Blockes herangezogen werden, ergibt sich für das Bildelement an erster Stelle ein relativ
großer Prädiktionsfehler.
Bei dem erfindungsgemäßen Blockversatz, wie er in Fig.3 dargestellt ist, sind die ermittelten Werte durch
ein y und die zugeordneten Werte durch ein .v dargestellt.
Bei Verwendung einer zweidimensionalen Prädiktion,
die sich z, B, auf die in F i g. 1 angegebenen Punkte A, B
und C stützt, ergibt sich damit an allen Stellen ein annähernd gleicher Gesamtfehler, da mit Ausnahme der
Ausgangsfolgen 4 und 5 für die Bestimmung des Prädiktionswertes an den ersten drei Stellen des
Blockes, also für die Werte ohne Quantisierungsfehler,
to wenigstens ein ermittelter Wert zur Verfugung steht,
während für die Werte in den letzten Stellen jeweils wenigstens zwei ermittelte Werte ohne Quantisierungsfehler bei der Bestimmung des Prädiktionswertes
herangezogen werden können. Damit kommt es zu einem Ausgleich zwischen Prädiktionsfehler und Quantisierungsfehler
dadurch, daß jeweils großen Prädiktionsfehlern eines Blockes kleine Quantisierungsfehler
eines anderen Blockes und umgekehrt zugeordnet sind.
Der Blockversatz kann von Bild zu Bild, beispielsweise abhängig von der Bildstruktu-. veränderbar sein. Ähnlich kann auch der Blockaufbau den jeweiligen Bildbedingungen anpaßbar gemacht werden. Es ist weiter möglich, Blöcke unterschiedlicher Länge zu verwenden, beispielsweise die Blöcke länger zu machen, wenn sich die Bildstruktur nicht oder wenig ändert. Beispielsweise können Mittel vorgesehen sein, mit denen auf verschiedene Blocklängen, z. B. auch zur Veränderung der Bitrate, umgeschaltet wird. Statt der Zuordnung der nicht durch Entscheidung ermittelten Werte, wie sie oben bei der Erläuterung des Codebaums nach Fig.2 vorgenommen ist, können die nicht ermittelten Werte der Ausgangsfolge auch durch Wiederholung von vorangegangenen quantisierten Werten festgelegt und/oder die rekonstruierten Werte in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausgangsfolge durch Interpolation bestimmt werden.
Der Blockversatz kann von Bild zu Bild, beispielsweise abhängig von der Bildstruktu-. veränderbar sein. Ähnlich kann auch der Blockaufbau den jeweiligen Bildbedingungen anpaßbar gemacht werden. Es ist weiter möglich, Blöcke unterschiedlicher Länge zu verwenden, beispielsweise die Blöcke länger zu machen, wenn sich die Bildstruktur nicht oder wenig ändert. Beispielsweise können Mittel vorgesehen sein, mit denen auf verschiedene Blocklängen, z. B. auch zur Veränderung der Bitrate, umgeschaltet wird. Statt der Zuordnung der nicht durch Entscheidung ermittelten Werte, wie sie oben bei der Erläuterung des Codebaums nach Fig.2 vorgenommen ist, können die nicht ermittelten Werte der Ausgangsfolge auch durch Wiederholung von vorangegangenen quantisierten Werten festgelegt und/oder die rekonstruierten Werte in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausgangsfolge durch Interpolation bestimmt werden.
Folgen von zugeordneten Werten können ersetzt werden durch Interpolation der Nachbarwerte und
weiter in Abhängigkeit von den betreffenden Ausgangsfolgen, um so zu einer Vergleichmäßigung oder
Verschleifung von Ungenauigkeiten zu kommen, die durch zugeordnete Werte entstehen können. Dies kann
zweckmäßig sein für die Ausgangsfolgen 3 bis 6 nach F i g. 2, insbesondere aber für die Ausgangsfolgen 4 und
Die Interpolation der jeweiligen Bildpunkte kann zweckmäßig bei der Verknüpfung der Blöcke für die
Prädiktion berücksichtigt werden.
Die durch Wiederholung ermittelten rekonstruierten so Werte können in Abhängigkeit von der Codekombination
gegen interpolierte ausgetauscht werden.
Durch die obenerwähnte Zuordnung von Codewör- *.en, riach dem natürlichen Dualzahlencode zu den
Blöcken wirken sich etwaige Übertragungsfehler besonders gering aus.
Unabhängig von dem vorstehend beschriebenen Verfahren mit Dlockversatz kann eine Verbesserung der
Bildübertragung unter Verwendung einer Blockcodierung auch dadurch erzielt werden, daß eine Interpolate
tion mit den Ausgangsfolgen als Steuerkriterium vorgenommen wird, z. B. eine Interpolation aus
Nachbarwerten der aktuelle Zeile und/oder andere» Zeilen.
Außer der im Ausführungsbeispiel angewendeten Blockquantisierung sind andere Ausführungsformen
möglich. Weiter kann die Blockquantisierung auch zur Erzielung von Qualitätsverbesserungen bei der Bildwiedergabe
bei gegebenem Bitfluß dienen.
Nr. Eingangsfolge u Ausgangsfblge ν Codewort Nr. Ringangsfnlgc η Ausgangsfolge ν Codewr
2 Uhitt Zci
001
in
Claims (11)
1. Verfahren zum Ausgleich von Quantisierungsverzerrungen
bei Bildcodierung mit Blockquantisierung in Verbindung mit Differenz-Puls-Code-Modulation
(DPCM), dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Blöcke, mit denen wenigstens zwei quantisierte Differenzen codiert sind, in aufeinanderfolgenden
Zeilen und/oder Bildern um wenigstens einen Bildpunkt versetzt werden und die Blöcke so
verknüpft sind, daß jeweils einem großen Prädiktionsfehler
eines Blockes ein kleiner Quantisierungsfehler eines anderen Blockes und umgekehrt
zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Blockversatz von Bild zu Bild veränderbar ist
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche., dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke
so aufgebaut werden, daß die Quantisierungsfehler zum Blockende hin zunehmen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke
verknüpft sind über eine zweidimensionale Prädiktion, die sich auf drei Bildelemente stützt
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Blockaufbau
veränderbar ist
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Blöcke
unterschiedlicher Länge verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geketmzei-bnet, daß die Blocklänge
umschaltbar ist. JS
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die festzusetzenden
Werte der Ausgangsfolge durch Wiederholung von vorangegangenen quanlisierten Werten
und/oder durch Interpolation zwischen rekonstru- -to ierten Werten ermittelt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehendem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolation
bei der Verknüpfung der Blöcke für die Prädiktion berücksichtigt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Wiederholung ermittelten rekonstruierten Werte in
Abhängigkeit von der Codekombination gegen interpolierte Werte ausgetauscht werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den
Blöcken Codewörter nach dem natürlichen Dualzahlencode zugeordnet werden.
55
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2559263A DE2559263C3 (de) | 1975-12-31 | 1975-12-31 | Ausgleich von Quantisierungsverzerrungen bei Bildcodierung mit Blockquantisierung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2559263A DE2559263C3 (de) | 1975-12-31 | 1975-12-31 | Ausgleich von Quantisierungsverzerrungen bei Bildcodierung mit Blockquantisierung |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2559263A1 DE2559263A1 (de) | 1977-07-07 |
DE2559263B2 DE2559263B2 (de) | 1979-11-22 |
DE2559263C3 true DE2559263C3 (de) | 1980-07-31 |
Family
ID=5965922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2559263A Expired DE2559263C3 (de) | 1975-12-31 | 1975-12-31 | Ausgleich von Quantisierungsverzerrungen bei Bildcodierung mit Blockquantisierung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2559263C3 (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2823515C2 (de) * | 1978-05-30 | 1984-11-29 | Fa. Erwin Stelzer, 3530 Warburg | Begasungsvorrichtung |
FR2543384A1 (fr) * | 1983-03-22 | 1984-09-28 | Thomson Csf | Procede de codage adaptatif, et de decodage, d'une image de television, et dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procede |
DE3437182A1 (de) * | 1984-10-10 | 1986-04-10 | Telefunken Fernseh Und Rundfunk Gmbh, 3000 Hannover | Verfahren zur aufzeichnung und/oder wiedergabe digital kodierter signale |
DE3511714A1 (de) * | 1985-03-29 | 1986-10-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur verbesserung der bildqualitaet |
FR2600226B1 (fr) * | 1986-06-13 | 1989-09-08 | Thomson Csf | Procede et dispositif de codage et de decodage de signaux video numerises |
EP0289960B1 (de) * | 1987-04-30 | 1993-10-20 | Nec Corporation | Bildverarbeitungssystem für eine Folge kodierter Signale, die einer Prädiktionskodierung verschiedener Arten unterworfen sind |
-
1975
- 1975-12-31 DE DE2559263A patent/DE2559263C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2559263A1 (de) | 1977-07-07 |
DE2559263B2 (de) | 1979-11-22 |
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