DE60023226T2

DE60023226T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Codierung mit variabler Länge

Info

Publication number: DE60023226T2
Application number: DE2000623226
Authority: DE
Inventors: Kook-yeol Suwon-city Yoo; Byung-sun Suwon-city Choi; Yung-lyul Suwon-city Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: DE60023226D1; ATE307424T1; CN1174555C; US6668094B1; JP3466140B2; KR20010016662A; EP1075087B1; KR100618972B1; JP2001086004A; CN1291826A; EP1075087A2; EP1075087A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für variable Längen-Codierung und insbesondere ein Verfahren für variable Längen-Codierung zum Reduzieren der Anzahl von Bits, die durch dynamisches Variieren der Abbildung zwischen Symbolen und Bitmustern, abhängig von der Statistik des Auftretens von Symbolen in einem Eingabebild, erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für variable Längen-Codierung zum Durchführen des Verfahrens für variable Längen-Codierung. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren für variable Längen-Decodierung zum Decodieren eines Bitmusters, das durch das Verfahren für variable Längen-Codierung codiert worden ist. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für variable Längen-Decodierung zum Durchführen des Verfahrens für variable Längen-Decodierung.
Standardisierte Video-CODECs verwenden eine Technik einer variablen Längen-Codierung (VLC), um eine hohe Codierungseffizienz zu erzielen. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Vorrichtung für variable Längen-Codierung. Unter Bezugnahme auf 1 empfängt eine VLC-Einheit 10 ein Symbol und führt eine variable Längen-Codierung basierend auf einer VLC-Tabelle 12 durch. In der VLC-Tabelle 12 wird jedes Symbol auf ein Bitmuster von verschiedener Länge abgebildet, basierend auf durchschnittlichen Symbolstatistiken von normalen Prüfmustern.
Die Symbolstatistiken fallen jedoch abhängig von einer Video-Sequenz und Codierungsparametern in hohem Maße unterschiedlich aus. Dementsprechend kommt es bei einer herkömmlichen Technologie für variable Längen-Codierung manchmal vor, dass eine große Anzahl von Bits einem Symbol zugeordnet wird, auch wenn das Symbol häufig auftritt. Dies verursacht ein Problem durch die Minderung der Verdichtungseffizienz von Bits durch variable Längen-Codierung.
Um dieses Problem zu lösen, erstellt ein herkömmliches Verfahren eine Vielzahl von VLC-Tabellen und verwendet selektiv eine von den erstellten VLC-Tabellen. Dieses Verfahren ist jedoch insofern unvorteilhaft, als es schwierig ist, ein Sequenzmerkmal auszusondern, und die Effizienz der Bitverdichtung gemindert werden kann, weil die Merkmale der Wahrscheinlichkeiten des Auftretens von Symbolen sich mit Codierungsparametern ändern, selbst in Bezug auf die gleiche Sequenz.
EP-A-0,426,429 (Toshiba KK) offenbart eine Vorrichtung zur Demodulation von variablen Längen-Codes mit einem verbesserten Adressensteuerungs-Verfahren, das eine Reduzierung in einer Größe einer variablen Längen-Codiertabelle ermöglicht. Dieses Dokument legt auch die variable Längen-Codierung im Allgemeinen dar, in der eine Abbildungsbeziehung gemäß den Wahrscheinlichkeiten des Auftretens zwischen Eingabesymbol-Codes und Bitmustern, die durch das Verfahren für variable Längen-Codierung ausgegeben werden (z.B. Huffman-Codes), erstellt wird. Dieses Dokument bildet den vor-kennzeichnenden Abschnitt der Nebenansprüche im Anhang hierzu.
EP-A-0,616,471 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für variable Längen-Codierung zur Verwendung bei digitalen Signalen, wie beispielsweise Videosignalen, wo eine Anzahl von Codiertabellen basierend auf der Bedingung, dass eine Reihe wie beispielsweise "0-Lauf, Wert" (0 run, value) oder "Größe" durch wiederholtes Ausführen des Vorgangs ausgebildet werden, erzeugt werden, in welchem die Quantisierungsgrobheit einer Quantisierungseinrichtung gesteuert wird, indem die gesamten Code-Längendaten, die bei der Huffman-Codeverarbeitung erhalten wurden, der Quantisierungseinrichtung zugeführt werden.
Hinsichtlich der Lösung oder Reduzierung des oben genannten Problems ist es ein Ziel der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für variable Längen-Codierung bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Bitrate effizient zu reduzieren.
Ein weiteres Ziel ist es, ein effizientes Verfahren und eine Vorrichtung für variable Längen-Decodierung eines Bitmusters bereitzustellen, das durch das Verfahren für variable Längen-Codierung codiert worden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitgestellt, wie in den Ansprüchen im Anhang dargelegt. Bevorzugte Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung hervor.
Unter einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Codieren von Eingabesymbolen mit variabler Länge bereitgestellt, um Bitmuster gemäß Anspruch 1 zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung für variable Längen-Codierung bereit, die in der Lage ist, die Bitrate zu reduzieren, indem die Statistik des Auftretens in einem Eingabebild berücksichtigt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie Ausführungsformen derselben ausgeführt werden können, wird im Folgenden beispielhaft auf die folgenden begleitenden schematischen Zeichnungen Bezug genommen:
1 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Vorrichtung für variable Längen-Codierung;
2 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für variable Längen-Codierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A und 3B sind Ablaufdiagramme, welche die Hauptschritte eines Verfahrens für variable Längen-Codierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
4A bis 4E sind grafische Darstellungen zum Vergleichen eines Verfahrens für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung mit einem herkömmlichen Verfahren für variable Längen-Codierung basierend auf der Anzahl von Bits pro Einzelbild während der Codierung; und
5 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für variable Längen-Codierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2 umfasst eine Vorrichtung für variable Längen-Codierung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Statistikanalyse-Einrichtung 202, eine Abbildungsbeziehungs-Zurückset zungseinheit 204, einen Szenenänderungs-Detektor 208 und eine variable Längen-Codierungs- (VLC) Einheit 210. Die Abbildungsbeziehungs-Zurücksetzungseinheit 204 umfasst eine Abbildungseinrichtung 205 und eine Symbolersetzungs-Einrichtung 206.
Während des Betriebs einer derartigen Vorrichtung, wenn eine Symbolzahl durch i, eine vorgegebene positive Zahl, dargestellt wird, empfängt die Statistikanalyse-Einrichtung 202 in Schritt 302 ein Symbol und berechnet in Schritt 304 die Statistik des Auftretens des Eingabesymbols a_i in Bezug auf vorherige Einzelbilder. Wenn die Anzahl des Auftretens des Symbols a_i in einem t-ten Einzelbild durch c_i(t) dargestellt wird, und eine vorgegebene positive ganze Zahl, die eine Fenstergröße angibt, wie beispielsweise die Anzahl von Einzelbildern, die zum Berechnen der Statistik des Auftretens verwendet wird, durch W dargestellt wird, berechnet die Statistikanalyse-Einrichtung 202 die Statistik P_i des Auftretens jedes Symbols a_i in W vorherigen Einzelbildern in Übereinstimmung mit
Auf diese Weise kann die Statistik P_i des Auftretens eines i-ten Symbols aus N Arten von Symbolen in W vorherigen Einzelbildern erhalten werden. In der oben genannten Ausführungsform wird die Statistik des Auftretens jedes Symbols auf der Basis von Symbolen berechnet, die aus einer Vielzahl von vorherigen Einzelbildern erhalten werden, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Statistik des Auftretens jedes Symbols kann nur auf Symbolen basierend berechnet werden, die aus dem vorherigen Einzelbild erhalten werden, oder basierend auf Symbolen, die aus allen vorherigen Einzelbildern erhalten werden.
Als Nächstes ordnet die Abbildungseinrichtung 205 die Symbole basierend auf der Wahrscheinlichkeit P_i des Auftretens jedes Symbols a_i um, die von der Statistikanalyse-Einrichtung 202 ausgegeben wird, und setzt eine Abbildungsbeziehung von m(i) = i' basierend auf der in Schritt 306 umgeordneten Beziehung fest. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Symbole so umgeordnet, dass P_i' ≥ P_i'+1, ist, wenn i' > i' + 1 ist, das heißt, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens jedes Symbols a_i abnimmt. Daher wird einem Symbol mit der größten Wahrscheinlichkeit des Auftretens ein Bitmuster zugeordnet, das die geringste Anzahl von Bits in einer VLC-Tabelle aufweist, und wenn die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Symbols abnimmt, wird dem Symbol ein Bitmuster mit mehr Bits zugeordnet. Bei einer derartigen Anordnung wird das Abbildungsverhältnis zurückgesetzt. Danach ersetzt die Symbolersetzungs-Einrichtung 206 die Eingabesymbole durch Symbole, die dem festgesetzten Abbildungsverhältnis (m(i) = i') in Schritt 308 entsprechen.
Indessen können in einem Verfahren für variable Längen-Codierung gemäß der vorliegenden Erfindung die Wahrscheinlichkeiten des Auftretens, die in Bezug auf vorherige Einzelbilder für ein aktuelles Einzelbild erhalten werden, nicht verwendet werden, wenn die vorherigen Einzelbilder und das aktuelle Einzelbild nicht zusammenhängen. Mit anderen Worten, es ist notwendig, zu erfassen, ob das aktuelle Einzelbild den vorherigen Einzelbildern ähnlich ist. Dementsprechend vergleicht der Szenenänderungs-Detektor 208 in Schritt 320 ein aktuelles Einzelbild mit vorherigen Einzelbildern und erfasst, ob sie ähnlich sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt der Szenenänderungs-Detektor 208 ein Steuersignal SCENE_CHANGE als einen logischen "niedrigen" Pegel aus, wenn ein aktuelles Einzelbild einer vorherigen Einzelbildszene ähnlich ist, und gibt ein Steuersignal SCENE_CHANGE als einen logischen "hohen" Pegel aus, wenn eine aktuelle Einzelbildszene einer vorherigen Einzelbildszene nicht ähnlich ist.
Während der Erfassung der Szenenänderung ist vorzugsweise festzulegen, dass eine Szene geändert ist, wenn das Verhältnis des Auftretens eines Intra-Makroblocks in dem vorherigen Einzelbild gleich einem vorgegebenen Schwellenwert oder größer ist. Alternativ kann festgelegt werden, dass eine Szene geändert ist, wenn die Differenz zwischen der Anzahl von Bits, die durch die Durchführung der Abbildung zwischen einem Symbol und einem Bitmuster in einem aktuellen Einzelbild gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden, und der Anzahl von Bits, die durch Verwendung einer Standarddefinition für variable Längen-Codierung erzeugt werden, gleich einer vorgegebenen Anzahl von Bits oder größer ist. Alternativ kann festgelegt werden, dass eine Szene geändert ist, wenn die Summe der Absolutdifferenz (SAD) zwischen einem aktu ellen Einzelbild und einem bewegungskompensierten Einzelbild gleich einem vorgegebenen Wert oder größer ist.
Wenn dann ein Steuersignal SCENE_CHANGE mit "niedrigem" Pegel von dem Szenenänderungs-Detektor 208 eingegeben wird, gibt dies an, dass eine Szene sich nicht geändert hat, und daher führt die VLC-Einheit 210 in Schritt 30 die variable Längen-Codierung an den ersetzten Symbolen, d.h. den Symbolen a_i, die auf der Basis der zurückgesetzten Abbildungsbeziehung erhalten werden, durch, wobei die Standard-VLC-Tabelle 212 für das aktuelle Einzelbild verwendet wird. Wenn andererseits ein Steuersignal SCENE_CHANGE mit einem "hohen" Pegel von dem Szenenänderungs-Detektor 208 eingegeben wird, gibt dies an, dass eine Szene sich geändert hat, und daher führt die VLC-Einheit 210 in Schritt 322 die variable Längen-Codierung an den Eingabesymbolen a_i durch, wobei die Standard-VLC-Tabelle 212 und die Abbildungsbeziehung für das aktuelle Einzelbild verwendet werden, statt eine variable Längen-Codierung an dem aktuellen Einzelbild auf der Basis der zurückgesetzten Abbildungsbeziehung durchzuführen.
Nach dem Durchführen einer variablen Längen-Codierung in Bezug auf das aktuelle Einzelbild wird in Schritt 324 ermittelt, ob das aktuelle Einzelbild das letzte Einzelbild ist. Wenn in Schritt 324 ermittelt wird, dass das aktuelle Einzelbild nicht das letzte ist, wird in Schritt 326 das nächste Einzelbild gewählt, und die Schritte 302 bis 324 werden wiederholt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird der Betrieb einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem einfachen Beispiel beschrieben. Zuerst wird angenommen, dass die variable Längen-Codierung unter Verwendung einer VLC-Tabelle, wie beispielsweise Tabelle 1, durchgeführt wird.
Tabelle 1
Außerdem wird angenommen, dass die Wahrscheinlichkeiten des Auftretens von Symbolen, die nach der Codierung eines beliebigen Einzelbilds erhalten werden, wie folgt sind.
Tabelle 2
Gemäß einem Verfahren für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung wird die Tabelle der Abbildungen zwischen Symbolen und Bitmustern abhängig von Wahrscheinlichkeiten erzeugt.
Tabelle 3
Beispielsweise wird ein Symbol a₂, dessen Wahrscheinlichkeit des Auftretens am geringsten ist, auf ein Bitmuster von vier Bits, d.h. 0001, abgebildet. Ein Symbol a₃, dessen Wahrscheinlichkeit des Auftretens am höchsten ist, wird auf ein Bitmuster von einem einzigen Bit, d.h. 1, abgebildet.
Eine durchschnittliche Bitrate pro Symbol für Symbole mit variabler Längen-Codierung auf der Basis der in Tabelle 3 gezeigten Abbildungstabelle ist ΣP_iS_i = 0,2 × 1 + 0,3 × 2 + 0,1 × 3 + 0,4 × 4 = 2,7 Bits/Symbol. Andererseits beträgt die durchschnittliche Bitrate pro Symbol für Symbole mit variabler Längen-Codierung gemäß der vorliegenden Erfindung ΣP_iS_m(i) = 0,2 × 3 + 0,3 × 2 + 0,1 × 4 + 0,4 × 1 = 2,0 Bits/Symbol. Dementsprechend reduziert die vorliegende Erfindung die Anzahl der generierten Bits um 0,7 Bits/Symbol.
Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung reduziert die Anzahl der generierten Bits, auch wenn eine VLC-Tabelle verwendet wird, die für variable Längen-Codierung verwendet wird. Außerdem wird gemäß einem Verfahren für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung die variable Längen-Codierung stabil durchgeführt, ohne Berücksichtigung von Änderungen in den statistischen Merkmalen oder Codierungsparametern eines Einzelbilds, da die variable Längen-Codierung unter Berücksichtigung der statistischen Merkmale von Symbolen eines Einzelbilds durchgeführt wird.
Es wurden Simulationen durchgeführt, um die Leistung eines Verfahrens für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung zu schätzen. Fünf Arten von Prüfsequenzen, die ein QCIF-Einzelbildformat von 176 × 144 Pixeln aufwiesen und sich aus 100 Einzelbildern zusammensetzten, wurden in den Simulationen verwendet. Es wurde eine feste Quantisierungsschrittgröße verwendet.
Als die Ergebnisse der Simulationen zeigen 4A bis 4E grafische Darstellungen, um ein Verfahren für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung mit einem herkömmlichen Verfahren für variable Längen-Codierung basierend auf der Anzahl von Bits pro Einzelbild während der Codierung zu vergleichen. 4A bis 4E zeigen die Abweichung von Bits pro Einzelbild in Bezug auf die Quantisierungsschrittgröße, als "News", "Silent", "Container ship", "Foreman" und "Hall Objects", von denen jedes ein QCIF-Einzelbildformat von 176 × 144 Pixeln aufweist und sich aus 100 Einzelbildern zusammensetzt, als Prüfsequenzen verwendet wurden. Für andere Prüfbedingungen wurden allgemeine, in H.26L definierte Prüfbedingungen verwendet.
Unter Bezugnahme auf 4A bis 4D wird, wenn die Quantisierungsschrittgröße kleiner wird, eine sehr große Leistungssteigerung in einem Verfahren für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung erreicht im Vergleich zu einem Verfahren für variable Längen-Codierung gemäß dem Telenor H.26L-Vorschlag.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Verbessern der Effizienz der variablen Längen-Codierung eine Abbildungsbeziehung zwischen Symbolen und Bitmustern in einer Tabelle für variable Längen-Codewörter auf der Basis der Ergebnisse einer teilweisen Messung von Symbol-Wahrscheinlichkeiten ohne Änderung einer VLC-Tabelle adaptiv geändert. Gemäß den Ergebnissen einer Simulation, in der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung auf Makroblock- (MB) Modusinformationen angewendet wurde, betrug die Reduzierung der MB-Modus-Bitrate etwa 50%.
Wie vorher beschrieben, kann gemäß einem Verfahren für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung die Anzahl der zu generierenden Bits durch dynamisches Variieren einer Abbildungsbeziehung reduziert werden. Ein Verfahren für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung kann auf die Vorschläge H.261, H.263, MPEG-1, MPEG-2 und MPEG-4 angewendet werden, welche variable Längen-Codierung verwenden, und auf H.26L, das eine universelle variable Längen-Codierung (UVLC) verwendet.
Bitmuster mit variabler Längen-Codierung, die durch ein Verfahren für variable Längen-Codierung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, werden zu einem Übertragungskanal übertragen. Die übertragenen Bitmuster können durch eine variable Längen-Decodiereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung decodiert werden. 5 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für variable Längen-Decodierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 5 umfasst die Vorrichtung für variable Längen-Decodierung eine variable Längen-Decodiereinrichtung 502, eine Statistikanalyse-Einrichtung 504, eine Abbildungsbeziehungs-Rücksetzungseinrichtung 506, eine Symbolersetzungs-Einrichtung 508 und einen Szenenänderungs-Detektor 510.
Im Betrieb der Vorrichtung führt die variable Längen-Decodiereinrichtung 502 eine variable Längen-Decodierung an Bitmustern in einem Eingabe-Bitstrom unter Verwendung einer Standard-VLC-Tabelle 503 durch und gibt decodierte Symbole aus. Die Statistikanalyse-Einrichtung 504 analysiert die Statistik des Auftretens der decodierten Symbole in Bezug auf vorherige Einzelbilder. Die Abbildungsbeziehungs-Rücksetzungseinrichtung 506 setzt die Abbildungsbeziehung zwischen Eingabesymbolen und Bitmustern auf der Basis der analysierten Statistik des Auftretens zurück. Da die zurückgesetzte Abbildungsbeziehung auf der Basis der Statistik des Auftretens von Symbolen ermittelt wird, ist die zurückgesetzte Abbildungsbeziehung die gleiche wie diejenige, die während der Codierung verwendet wird, die durch ein Verfahren für variable Längen-Codierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wie unter Bezugnahme auf 2, 3A und 3B beschrieben, wenn Fehler in den Eingabe-Bitmustern nicht groß sind. Mit anderen Worten, selbst wenn eine Codiervorrichtung, die ein Bild unter Verwendung eines Verfahrens für variable Längen-Codierung der vorliegenden Erfindung codiert hat, Informationen über die Abbildungsbeziehung nicht zu einer Decodiereinrichtung überträgt, kann die Decodiervorrichtung die Abbildungsbeziehung erhalten, die während der Codierung verwendet wurde, indem ein Bitstrom decodiert wird, der von der Codiervorrichtung übertragen wird. Dann ersetzt die Symbolersetzungs-Einrichtung 508 die decodierten Symbole durch Symbole, die der zurückgesetzten Abbildungsbeziehung in einem aktuellen Einzelbild entsprechen, und gibt Symboldaten aus. Abschließend werden die Bitmuster, die durch ein Verfahren für variable Längen-Codierung gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Abbildungsbeziehung zum Reduzieren der Anzahl der generierten Bits dynamisch variiert, codiert wurden, erfolgreich einer variablen Längen-Decodierung unterzogen.
In der oben genannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die zurückgesetzte Abbildungsbeziehung auf alle Bitmuster während der variablen Längen-Decodierung angewendet. In einem anderen Fall kann die Vorrichtung für variable Längen-Decodierung gemäß der oben genannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch einen Szenenänderungs-Detektor 510 umfassen, um Bitmuster zu decodieren, die durch eine Vorrichtung für variable Längen-Codierung codiert wurden, die den Szenenänderungs-Detektor 208 umfasst, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Szenenänderungs-Detektor 510 vergleicht eine vorherige Einzelbildszene und eine aktuelle Einzelbildszene unter Verwendung der decodierten Symbole, die von der variablen Längen-Decodiereinrichtung 502 ausgegeben werden, um zu erfassen, ob sie ähnlich sind. Danach gibt der Szenenänderungs-Detektor 510 ein "niedriges" Steuersignal, wenn sie nicht ähnlich sind, und ein "hohes" Steuersignal aus, wenn sie ähnlich sind. In Reaktion auf das "niedrige" Steuersignal führt die Symbolersetzungs-Einrichtung 508 keine Symbolersetzung durch und gibt die decodierten Symbole, die von der variablen Längen-Decodiereinrichtung 502 empfangen wurden, als Symboldaten aus. Alternativ ersetzt die Symbolersetzungs-Einrichtung 508 in Reaktion auf das "hohe" Steuersignal die decodierten Symbole, die von der variablen Längen-Decodiereinrichtung 502 emp fangen wurden, durch Symbole, die der zurückgesetzten Abbildungsbeziehung entsprechen, und gibt die ersetzten Symbole als Symboldaten aus.
Eine derartige Vorrichtung für variable Längen-Codierung kann in einer Decodiervorrichtung für digitale Bilder enthalten sein, die variable Längen-Decodierung verwendet.
Verfahren für variable Längen-Codierung und -Decodierung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung können in Programme aufgenommen werden, die in einem Rechner ausgeführt werden können. Die Programme können in einem Magnetaufzeichnungsmedium, wie beispielsweise einer Diskette oder einer Festplatte, oder einem Bildaufzeichnungsmedium, wie beispielsweise CD-ROM oder DVD, gespeichert oder über ein Trägerwellenmedium, wie beispielsweise das Internet, übertragen werden. Des Weiteren können Programm-Codes und Codesegmente, welche die Programme bilden, leicht durch fachkundige Computer-Programmierer abgeleitet werden.
Wie oben beschrieben, nimmt ein Verfahren für variable Längen-Codierung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein dynamisches Variieren der Abbildungsbeziehung zwischen Eingabesymbolen und Bitmustern auf der Basis der Merkmale eines Bilds vor, wodurch die zu generierende Bitmenge reduziert wird.
Obwohl einige bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind, ist es einem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen im Anhang definiert ist, vorgenommen werden können.

Claims

Verfahren zum Kodieren von Eingabesymbolen mit variabler Länge, um Bitmuster zu erzeugen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Analysieren einer Statistik des Auftretens der Symbole; (b) Setzen einer Abbildungs-Beziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern auf Basis der analysierten Statistik des Auftretens; und (c) Kodieren der Symbole mit variabler Länge auf Basis der gesetzten Abbildungs-Beziehung; gekennzeichnet durch: in Schritt (a) Analysieren der Statistik des Auftretens der Symbole in Bezug auf eines oder mehrere vorangehende Einzelbilder vor einem aktuellen Einzelbild; in Schritt (b) dynamisches Zurücksetzen der Abbildungs-Beziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern für das aktuelle Einzelbild auf Basis der in Schritt (a) analysierten Statistik des Auftretens; und in Schritt (c) Kodieren des aktuellen Einzelbildes mit variabler Länge auf Basis der in Schritt (b) zurückgesetzten Abbildungs-Beziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) das dynamische Variieren der Abbildungs-Beziehung für jedes Einzelbild einer Sequenz von Einzelbildern umfasst und die Abbildungs-Beziehung für ein aktuelles Einzelbild auf Basis der Sta tistik des Auftretens von Symbolen in Bezug auf eines oder mehrere vorangehende Einzelbilder zurückgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt (b) das adaptive Ändern der Abbildungsbeziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern, die durch die Kodierung mit variabler Länge in Schritt (c) erzeugt werden, auf Basis der analysierten Statistik des Auftretens eines oder mehrerer vorangehender Einzelbilder ohne Änderung der Kodewort-Tabelle variabler Länge, die beim Kodieren mit variabler Länge von Schritt (c) verwendet wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das eine oder die mehreren vorangehenden Einzelbilder Szenen enthalten, die mit einer Szene des aktuellen Einzelbildes zusammenhängen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) das Analysieren der Statistik des Auftretens von Symbolen unter ausschließlicher Verwendung von Symbolen, die aus einem Einzelbild unmittelbar vor dem aktuellen Einzelbild gewonnen werden, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt (a) das Analysieren der Statistik des Auftretens von Symbolen unter Verwendung von Symbolen, die aus allen einer Vielzahl vorangehender Einzelbilder gewonnen werden, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das vor dem Schritt (c) die folgenden Schritte umfasst: (c-1) Erfassen, ob eine Szene jedes der einen oder mehreren vorangehenden Einzelbilder der Szene des aktuellen Einzelbildes gleicht, wobei das aktuelle Einzelbild unter Verwendung einer Standard-Kodiertabelle variabler Länge und einer Abbildungs-Beziehung mit variabler Länge kodiert wird, wenn in Schritt (c-1) festgestellt wird, dass die Szene eines vorangehenden Einzelbildes der Szene des aktuellen Einzelbildes nicht gleicht; und der Schritt (c) durchgeführt wird, wenn in dem Schritt (c-1) festgestellt wird, dass die Szene eines vorangehenden Einzelbildes der Szene des aktuellen Einzelbildes gleicht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt (c-1) die folgenden Schritte umfasst: (d-1) Prüfen, um zu ermitteln, ob das Verhältnis des Auftretens eines Intra-Makroblocks in einem Einzelbild unmittelbar vor dem aktuellen Einzelbild einem vorgegebenen Schwellenwert entspricht oder darüber liegt; und (d-2) Feststellen, dass die Szene verändert ist, wenn das Verhältnis des Auftretens eines Intra-Makroblocks in einem Einzelbild unmittelbar vor dem aktuellen Einzelbild dem vorgegebenen Schwellenwert entspricht oder darüber liegt, und, wenn dies nicht der Fall ist, Feststellen, dass die Szene nicht verändert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt (c-1) die folgenden Schritte umfasst: (e-1) Prüfen, um zu ermitteln, ob die Differenz zwischen der Anzahl von Bits, die durch das Abbilden zwischen einem Symbol und einem Bit-Muster in einem aktuellen Einzelbild erzeugt werden, und der Anzahl von Bits, die unter Verwendung einer Standard-Kodier-Definition variabler Länge erzeugt werden, einer vorgegebenen Anzahl von Bits entspricht oder größer ist als diese; und (e-2) Feststellen, dass die Szene verändert ist, wenn die Differenz in Schritt (e-1) der vorgegebenen Anzahl von Bits entspricht oder größer ist als diese, und, wenn dies nicht der Fall ist, Feststellen, dass die Szene nicht verändert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt (c-1) die folgenden Schritte umfasst: (f-1) Messen der Summe der Absolutdifferenz (SAD) zwischen einem aktuellen Einzelbild und einem bewegungskompensierten Einzelbild; und (f-2) Feststellen, dass die Szene verändert ist, wenn die SAD in dem Schritt (f-1) einem vorgegebenen Wert entspricht oder größer ist als dieser, und ansonsten Feststellen, dass die Szene nicht verändert ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) den Schritt des Berechnens der Statistik P_i des Auftretens eines i-ten Symbols a_i in N-Symbolen unter Verwendung von W vorangehenden Einzelbildern entsprechend
umfasst, wobei i eine vorgegebene positive Zahl ist, die eine Symbolzahl anzeigt, c_i(t) die Anzahl des Auftretens des Symbols a_i in einem t-ten Einzelbild ist und W eine vorgegebene positive ganze Zahl ist, die die Zahl von Einzelbildern anzeigt, die zum Analysieren der Statistik des Auftretens von Symbolen verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt (b) die folgenden Schritte umfasst: Umordnen der Symbole a_i auf Basis der Statistik P_i des Auftretens der Symbole a_i, so dass P_i' ≥ P_i'+1 wenn i' ≤ i' + 1, wobei i' die neue Zahl eines Symbols a_i ist; und auf Basis der umgeordneten Beziehung Zurücksetzen der Abbildungs-Beziehung, so dass m(i) = i'.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren auf das Kodieren digitaler Bilder mit variabler Länge angewendet wird.
Vorrichtung zum Kodieren von Eingabe-Symbolen mit variabler Länge, um Bit-Muster zu erzeugen, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Statistikanalyse-Einrichtung (202), die eine Statistik des Auftretens der Symbole analysiert; eine Abbildungseinrichtung (204, 206), die eine Abbildungs-Beziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern auf Basis der analysierten Statistik des Auftretens der Symbole setzt; und eine Einheit (220) zum Kodieren mit variabler Länge, die die Eingabe-Symbole auf Basis der gesetzten Abbildungs-Beziehung mit variabler Länge kodiert; dadurch gekennzeichnet, dass: die Statistik-Analyse-Einrichtung (202) die Statistik des Auftretens der Symbole in Bezug auf eines oder mehrere vorangehende einzelne Bilder vor einem aktuellen Einzelbild analysiert; die Abbildungseinrichtung (204, 206) die Abbildungs-Beziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern für das aktuelle Einzelbild auf Basis der analysierten Statistik des Auftretens dynamisch zurücksetzt; und die Einheit (202) zum Kodieren mit variabler Länge das aktuelle Einzelbild auf Basis der zurückgesetzten Abbildungs-Beziehung mit variabler Länge kodiert.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Abbildungseinrichtung (204, 206) so eingerichtet ist, dass sie die Abbildungs-Beziehung für jedes Einzelbild einer Sequenz von Einzelbildern dynamisch variiert, wobei die Abbildungs-Beziehung für ein aktuelles Einzelbild auf Basis der Statistik des Auftretens von Symbolen in Bezug auf eines oder mehrere vorangehende Einzelbilder zurückgesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Abbildungseinrichtung (204, 206) so eingerichtet ist, dass sie die Abbildungsbeziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern, die durch die Einheit (220) zum Kodieren mit variabler Länge erzeugt werden, auf Basis der analysierten Statistik des Auftretens eines oder mehrerer vorangehender Einzelbilder adaptiv ändert, ohne eine Kodewort-Tabelle variabler Länge zu ändern, die in der Einheit (220) zum Kodieren mit variabler Länge verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei das eine bzw. die mehreren vorangehenden Einzelbilder Szenen enthalten, die mit einer Szene des aktuellen Einzelbildes zusammenhängen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Statistik-Analyse-Einrichtung (202) die Statistik des Auftretens von Symbolen unter ausschließlicher Verwendung von Symbolen analysiert, die aus einem Einzelbild unmittelbar vor dem aktuellen Einzelbild gewonnen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Statistik-Analyse-Einrichtung (202) die Statistik des Auftretens von Symbolen unter Verwendung von Symbolen analysiert, die aus allen einer Vielzahl vorangehender Einzelbilder gewonnen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, die des Weiteren umfasst: einen Szenenänderungs-Detektor (208), der erfasst, ob die Szene jedes der einen oder mehreren vorangehenden Einzelbilder der Szene des aktuellen Einzelbildes gleicht, einen ersten logischen Pegel als ein Steuersignal ausgibt, wenn sie einander nicht gleichen, und einen zweiten logischen Pegel als ein Steuersignal ausgibt, wenn sie einander gleichen; wobei die Einheit (210) zum Kodieren mit variabler Länge Kodieren des aktuellen Einzelbildes mit variabler Länge unter Verwendung einer Standard-Kodiertabelle variabler Länge und einer Abbildungs-Beziehung in Reaktion auf das Steuersignal mit dem ersten logischen Pegel durchführt, und Kodierung des aktuellen Einzelbildes mit variabler Länge unter Verwendung der zurückgesetzten Abbildungs- Beziehung in Reaktion auf das Steuersignal mit dem zweiten logischen Pegel durchführt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Szenen-Änderungs-Detektor (208) umfasst: eine Einrichtung, die das Verhältnis des Auftretens eines Intra-Makroblocks in einem Einzelbild unmittelbar vor dem aktuellen Einzelbild misst; und eine Feststelleinrichtung, die feststellt, dass die Szene verändert ist, wenn das Verhältnis des Auftretens eines Intra-Makroblocks einem vorgegebenen Schwellenwert entspricht oder darüber liegt und, wenn dies nicht der Fall ist, feststellt, dass die Szene nicht verändert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Szenenänderungs-Detektor (208) umfasst: eine Einrichtung, die die erste Anzahl von Bits zählt, die erzeugt werden, indem Abbilden zwischen Symbolen und Bit-Mustern in Bezug auf das aktuelle Einzelbild auf Basis einer Standardabbildungstabelle durchgeführt wird, und die zweite Anzahl von Bits zählt, die erzeugt wird, indem Abbildung zwischen Symbolen und Bit-Mustern in Bezug auf das aktuelle Einzelbild auf Basis der zurückgesetzten Abbildungs-Beziehung durchgeführt wird; und eine Feststelleinrichtung, die eine Differenz zwischen der ersten Anzahl von Bits und der zweiten Anzahl von Bits berechnet, feststellt, dass die Szene verändert ist, wenn die Differenz einem vorgegebenen Wert entspricht oder darüber liegt, und, wenn dies nicht der Fall ist, feststellt, dass die Szene nicht verändert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Szenenänderungs-Detektor (208) umfasst: eine Einrichtung zum Messen der Summe der Absolutdifferenz (SAD), die die SAD zwischen dem aktuellen Einzelbild und einem bewegungskompensierten Einzelbild misst; und eine Feststelleinrichtung, die feststellt, dass die Szene verändert ist, wenn die SAD einem vorgegebenen Wert entspricht oder größer ist als diese, und ansonsten feststellt, dass die Szene nicht verändert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei die Statistik-Analyseeinrichtung die Statistik P_i des Auftretens jedes Symbols A_i in W vorangehenden Einzelbildern entsprechend
berechnet, wobei i eine vorgegebene positive Zahl ist, die eine Symbolzahl anzeigt, c_i(t) die Anzahl des Auftretens des Symbols a_i in einem t-ten Einzelbild ist, und W eine vorgegebene positive Ganzzahl ist, die die Zahl von Einzelbildern anzeigt, die zum Analysieren der Statistik des Auftretens der Symbole verwendet werden, und die Statistik P_i des Auftretens eines i-ten Symbols von N Symbolen in W vorangehenden Einzelbildern ausgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei die Abbildungseinrichtung (204, 206) die Symbole a_i auf Basis der Statistik P_i des Auftretens der Symbole a_i so umordnet, dass P_i' ≥ P_i'+1, wenn i' ≤ i' + 1, wobei i' die neue Zahl eines Symbols a_i ist, und die Abbildungs-Beziehung auf Basis der ungeordneten Beziehung so zurücksetzt, dass m(i) = i'.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, wobei die Vorrichtung zum Kodieren digitaler Bilder mit variabler Länge eingerichtet ist.
Verfahren zum Dekodieren von Eingabe-Bit-Mustern, die mit variabler Länge kodiert worden sind, mit variabler Länge, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Dekodieren der Eingabe-Bit-Muster mit variabler Länge unter Verwendung einer Standard-Kodiertabelle mit variabler Länge, um dekodierte Symbole zu erhalten; gekennzeichnet durch: (b) Analysieren der Statistik des Auftretens der dekodierten Symbole in Bezug auf vorangehende Einzelbilder eines aktuellen Einzelbildes; (c) dynamisches Zurücksetzen einer Abbildungs-Beziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern auf Basis der analysierten Statistik des Auftretens der Eingabe-Symbole; und (d) Austauschen der dekodierten Symbole gegen Symbole, die der dynamisch zurückgesetzten Abbildungs-Beziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern die dem aktuellen Einzelbild entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 27, das umfasst, dass festgestellt wird, ob das eine oder die mehreren vorangehenden Einzelbilder Szenen enthalten, die mit einer Szene des aktuellen Einzelbildes zusammenhängen.
Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, das auf das Dekodieren digitaler Bilder angewendet wird.
Vorrichtung zum Dekodieren von Eingabe-Bit-Mustern, die mit variabler Länge kodiert worden sind, mit variabler Länge, die umfasst: eine Einrichtung (508) zum Dekodieren mit variabler Länge, die die Eingabe-Bit-Muster unter Verwendung einer Standard-Kodiertabelle variabler Länge mit variabler Länge dekodiert, um dekodierte Symbole zu erhalten; gekennzeichnet durch: eine Statistik-Analyseeinrichtung (504), die die Statistik des Auftretens der dekodierten Symbole in Bezug auf eines oder mehrere vorangehende einzelne Bilder vor einem aktuellen Einzelbild analysiert; eine Einrichtung (506) zum Zurücksetzen einer Abbildungs-Beziehung, die eine Abbildungs-Beziehung zwischen Symbolen und Bit-Mustern auf Basis der analysierten Statistik des Auftretens der Eingabe-Symbole dynamisch zurücksetzt; und Einrichtung (508) zum Austauschen von Symbolen, die die dekodierten Symbole gegen Symbole austauscht, die der zurückgesetzten Abbildungs-Beziehung in dem aktuellen Einzelbild entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 30, die des Weiteren umfasst: einen Szenenänderungs-Detektor (510), der unter Verwendung der von der Einrichtung zum Dekodieren mit variabler Länge ausgegebenen dekodierten Symbole feststellt, ob die Szene jedes der vorangehenden Einzelbilder der Szene des aktuellen Einzelbildes gleicht, einen ersten logischen Pegel als ein Steuersignal ausgibt, wenn sie einander nicht gleichen, und einen zweiten logischen Pegel als ein Steuersignal ausgibt, wenn sie einander gleichen; wobei die Einrichtung (508) zum Austausch von Symbolen keinen Austausch von Symbolen durchführt, sondern die dekodieren Symbole, die von der Einrichtung zum Dekodieren mit variabler Länge empfangen werden, in Reaktion auf das Steuersignal mit dem ersten logischen Pegel als Symboldaten ausgibt, und die Einrichtung (508) zum Austauschen von Symbolen, die von der Einrichtung (502) zum Dekodieren mit variabler Länge empfangenen dekodierten Symbole in Reaktion auf das Steuersignal mit dem zweiten logischen Pegel gegen Symbole austauscht, die der zurückgesetzten Abbildungs-Beziehung entsprechen, und die ausgetauschten Symbole als Symboldaten ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, wobei die Vorrichtung zum Dekodieren digitaler Bilder eingerichtet ist.