DE69031045T2

DE69031045T2 - Einrichtung zur adaptiven Zwischenbild-Prädiktionsdekodierung eines Videosignals

Info

Publication number: DE69031045T2
Application number: DE69031045T
Authority: DE
Inventors: Kenji Sugiyama
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: US4982285A; JPH07109990B2; EP0395440B1; HK1000484A1; JPH02285816A; EP0584840B1; EP0395440A2; DE69012405T2; DE69031045D1; HK1000538A1; DE69012405D1; EP0584840A3; USRE35158E; EP0584840A2; EP0395440A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Decodierung eines gesendeten oder aufgezeichneten Videosignals, wobei das codierte Signal ein wesentlich geringeren Datenumfang aufweist als das Originalvideosignal.
Verschiedene Verfahren sind im Stand der Technik zur Wandlung eines digitalen Videosignals in ein Signal vorgeschlagen worden, das einen geringeren Datenumfang aufweist, beispielsweise um die Bandbreite zu verringern, die für eine Übertragungsverbindung erforderlich ist, oder zur Reduzierung der Speicherkapazität, die zur Speicherung des Videosignals erforderlich ist. Derartige Verfahren sind insbesondere anwendbar auf Fernsehkonferenzen oder bewegte Bilder des Videotelefonsystems und benutzen die Tatsache, daß im allgemeinen ein hoher Korrelationsgrad zwischen aufeinanderfolgenden Bildern eines Videosignals gegeben ist, und von daher ein Grad an Redundanz gegebes ist, wenn alle Bilder gesendet werden. Ein grundlegendes Verfahren, das beispielsweise im U. S.- Patent US-A-4 651 207 beschrieben ist, besteht darin, in periodischer Weise eines oder mehrere Bilder von der Übertragung auszuschließen und Informationen beim Empfangsende abzuleiten, um die fortgelassenen Bilder zu interpolieren (basierend auf Bewegungskomponenten der gesendeten Bilder). Ein derartiges Verfahren stellt einen hinreichenden Betrieb nur dann bereit, solange aufeinanderfolgende Bilder nur relativ geringe Änderungsbeträge zwischen dem einen und dem nächsten Bild aufweisen. Das Dokument US-A-4 383 272 beschreibt ein System, das ein Element der Bewegungskompensation enthält, das die Bewegung von Bildelementen des Bildes vorherzusagen versucht und diese Prädiktion im interpolierten Bild einzuschließen. Ein anderes grundlegendes Verfahren, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, besteht darin, periodisch Bilder zu senden (d.h., eine feststehende Anzahl von Bildintervallen), die unabhängig codiert sind, wobei auf die folgenden als unabhängige Bilder Bezug genommen wird, während für jedes Bild, das zwischen aufeinanderfolgenden unabhängigen Bildern auftritt (diese werden nachstehend als abhängige Bilder bezeichnet), nur Differenzbeträge zwischen dem Bild und dem vorangehenden unabhängigen Bild codiert und gesendet werden, d.h., mit den unabhängigen Bildern wird Zwischenbildprädiktionscodierung ausgeführt, die als Bezugsbilder verwendet werden. Mit einer praktischeren Form dieses Verfahrens, das als adaptive Prädiktionscodierung bekannt ist, wird eine derartige Zwischenbildprädiktionscodierung nur ausgeführt, wenn sie geeignet ist, d.h., nur wenn es keine großen Abweichungen unter aufeinanderfolgenden Bildern gibt. Wenn eine große Abweichung festgestellt wird, wird die Zwischenbildcodierung ausgeführt. Beispiele der Zwischenbildcodierung sind im Stand der Technik beispielsweise beschrieben in "15/30 Mb/s Motion- Compensated Inter- frame, Inter- field and Intra- field Adaptive Prediction Coding", October 1985, Bulletin of the Society of Television Engineers (Japan), Band 39, Nr. 10. Bei diesem Verfahren wird ein Fernsehsignal mit einer relativ hohen Datenrate codiert. Bewegungskompensations - Zwischenbildprädiktion, Zwischenbildprädiktion und Zwischenbild- (d.h. Intrabild-) Prädiktion werden verwendet. Ein anderes Beispiel ist beschrieben in "Adaptive Hybrid Transform/Predictive Image Coding", (März 1987, Dokument D- 1115 der 70- th Anniversary National Convention of the Society of Information and Communication Engeneers (Japan). Bei diesem Verfahren wird die Umschaltung zwischen Zwischenbildvorhersage von jedem unabhängigen Bild basierend auf einem unabhängigen Vorhersagebild (dies ist das normale Codierverfahren) und der Vorhersage ausgeführt, die auf aneinandergrenzenden Blöcken von Pixeln gründet, wobei die Vorhersage auf dem Bildhintergrund basiert, und nicht auf einer Vorhersage (d.h., direkte Codierung des Originalvideosignals). Im Falle der "Nichtvorhersage"- Verarbeitung wird eine orthogonale Transformations- Zwischenbildcodierung ausgeführt, während im Falle der Iiintergrundvorhersage eine spezielle Art der Vorhersage angewandt wird, die für ein Videosignal geeignet ist, das in Fernsehkonferenzanwendungen zu verwenden ist. Die Verarbeitungsoperation wird umgeschaltet zwischen Pixelblöcken, die in der Größe von 16 x 16 bis 8 x 8 Elementen als Blockeinheiten variieren.
Mit derartigen adaptiven Prädiktionscodierverfahren nach dem Stand der Technik werden die erforderlichen Daten durch kumulative Überlagerung der vergangenen Daten gewonnen, die sich auf das Bild beziehen, wenn ein unabhängiges Bild zu codieren ist (am Empfangsende des Systems oder nach Wiedergabe aus einem Aufzeichnungsträger), so daß alle beteiligten vorherigen Daten benötigt werden. Es ist erforderlich, einen Speicherträger zur Decodierung zu verwenden, der zu wahlfreien Zugriffsoperationen befähigt ist, um derartige Daten zu gewinnen. Dadurch ist eine Grenze für die Maximalgröße der Wiederholperiode der unabhängigen Bilder gegeben (alternativ dargelegt ist die Rücksetzperiode der Zwischenbild- Vorhersagecodieroperation), da bei einer extrem langen Periode die Decodierspeichererfordernisse und der Betrieb schwierig werden. Wenn jedoch die Rücksetzperiode verkürzt wird, dann vergrößert sich der Datenumfang, der in dem codierten Ausgangssignal enthalten ist, und von daher kommt der kleineren die höhere Codiereffizienz zu. Typischerweise ist eine Periode von vier bis acht Bildern für die Verfahren nach dem Stand der Technik vorgeschlagen worden.
Figuren 1A und 1B sind einfache konzeptionelle Diagramme zur Veranschaulichung der jeweiligen Grundmerkmale des zuvor genannten Zwischenbild- Prädiktionscodierverfahrens.
Aufeinanderfolgende Bilder eines Videosignals sind als Rechtecke nummeriert 1, 2, ... Die schraffierten Rechtecke bedeuten unabhängige Bilder (d.h. unabhängig codierte Bilder, die als Bezugsbilder dienen), die in feststehenden Perioden von vier Bildintervallen auftreten, d.h., es wird Zwischenbild- Prädiktionscodierung angenommen, um einmal in vier Bildern zurückgesetzt zu werden. Wie durch die Pfeile angedeutet, wird die Prädiktionsoperation nur in der Vorwärtsrichtung der Zeitachse ausgeführt, so daß Differenzwerte zwischen einem abhängigen Bild und einem unabhängigen Bild (nachstehend als Prädiktionsfehlerwerte bezeichnet) immer durch Benutzung eines unabhängigen Vorhersagebildes als Bezugsbild gewonnen werden. Somit wird das unabhängige Bild Nr. 1 zur Ableitung der Fehlerprädiktionwerte für jedes der Bilder 2, 3 und 4 benutzt, die als Daten codiert sind und gesendet werden und die diese Bilder darstellen.
Derartige Prädiktionsverfahren nach dem Stand der Technik haben einen grundlegenden Nachteil. Insbesondere wird nur die Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Bildern des Videosignals in Vorwärtsrichtung der Zeitachse benutzt. Jedoch besteht im allgemeinen tatsächlich ebenfalls eine starke Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Bildern in der umgekehrten Richtung.
Diese Tatsache kann so verwendet werden, daß jedes Bild, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden unabhängigen Bildern auftritt, einer Zwischenbild- Prädiktionscodierung unterzogen wird, basierend auf diesen beiden unabhängigen Bildern, wie durch die Pfeile gezeigt. Beispielsweise wird Zwischenbild- Prädiktionscodierung von Bild 2 auf der Grundlage der unabhängigen Bilder 1 und 5 ausgeführt. Dies trifft auch für die Bilder 3 und 4 zu. Genauer gesagt, ein erstes Prädiktionssignal für Bild 2 wird auf der Grundlage des Bildes 1 als Bezugsbild hergeleitet, und ein zweites Prädiktionssignal für Bild 2 wird auf der Grundlage des Bildes 5 als Bezugsbild hergeleitet. Diese beiden Prädiktionssignale werden dann mit jeweiligen Wichtungsfaktoren multipliziert und zuammengesetzt, um ein letztuches Fehlerprädiktionsignal für Bild 2 zu gewinnen, mit größerer Wichtung, die für das erste Prädiktionssignal gegeben ist (da Bild 2 eine größere Korrelation mit Bild 1 hat als mit Bild 5). Prädiktionssignale für andere unabhängige Bilder werden in gleicher Weise hergeleitet, und Differenzen zwischen dem Prädiktionssignal und einem Signal eines aktuellen Bildes werden als Prädiktionsfehler hergeleitet, dann codiert und gesendet. Da in diesem Falle die Korrelation zwischen einem vorhergehenden unabhängigen Bild und einem nachfolgenden unabhängigen Bild zur Gewinnung von Prädiktionssignalen für jedes abhängige Bild verwendet werden, wird ein wesentlich höherer Genauigkeitsgrad der Vorhersage erzielt, als dies nach den Verfahren des Standes der Technik möglich ist, in denen nur die Zwischenbildkorrelation in Vorwartsrichtung der Zeitachse angewandt wird.
Verfahren nach dem Stand der Technik von adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierern können die grundlegenden Nachteile nicht beseitigen, die zuvor anhand Fig. 1A beschrieben wurden, wie anhand der Figuren 2A, 2C beschrieben wird. In den Figuren 2A und 2C (und auch in den Figuren 2B, 2D, die danach beschrieben werden) stellen jeweilige nummerierte Rechtecke aufeinanderfolgender Bilder eines Videosignals dar. Diese Bilder, die durch das #- Symbol angezeigt sind, stellen unabhängig codierte Bilder dar. Von diesen sind die Bilder 1 und 5 unabhängige Bilder, die mit einer feststehenden Periode von vier Bildintervallen auftreten, d. h., Zwischenbild- Prädiktionscodierung wird einmal in vier aufeinanderfolgenden Bildintervallen in diesem Beispiel zurückgesetzt. Die weißen Rechtecke bedeuten Bilder, deren Inhalt abwechselnd vergleichsweise ähnlich sind. Die dunklen Rechtecke bedeuten Bilder, deren Bildinhalt abwechselnd vergleichsweise ähnlich ist, aber sie sind bemerkenswert unterschiedlich von den Inhalten der "Weißrechteck"- Bilder. In Fig. 2A ist Bild 1 ein unabhängiges Bild, und Bild 2 ist ein abhängiges Bild, dessen Inhalte durch Zwischenbild- Prädiktionscodierung unter Verwendung des Bildes 1 als Bezugsbild codiert sind. Dort gibt es eine signifikante Änderung (d.h. resultierend aus einer "Szenenänderung" oder resultierend aus einem neuen Abschnitt des Hintergrunds des zunächst unbedeckten Bildes, beispielsweise aufgrund der Bewegung einer Person oder eines Gegenstands innerhalb der Szene, die aufgenommen wird) in den Videosignalinhalten zwischen den Bildern 2 und 3 von Fig. 2A, so daß es unmöglich wird, die Zwischenbild- Prädiktionscodierung von Bild 3 unter Verwendung des Bildes 2 als Bezugsbild durchzuführen. Nach einem Verfahren des Standes der Technik der adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung wird dies festgestellt, und führt zu einem Bild 3, das unabhangig codiert wird. Bild 3 wird dann als Bezugsbild zur Zwischenbild- Prädiktionscodierung von Bild 4 verwendet.
Somit tritt jedesmal, wenn sich die Szene ändert oder bei jeder bemerkenswerten Änderung im Videosignal, die nicht mit dem Beginn eines unabhängigen Bildes (periodisch auftretend) zusammenfällt, und es muß unabhangige Codierung von einem zusätzlichen Bild anstelle der Zwischenbildprädiktionscodierung ausgeführt werden, wodurch sich ein Anstieg des codierten Datenumfangs ergibt, der zu senden oder aufzuzeichnen ist.
In dem Verfahren nach dem Stand der Technik der adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung wird im Beispiel von 2C angenommen, daß nur ein Bild (Bild 3) sich bemerkenswert von dem vorhergehenden und nachfolgenden Bildern 1, 2 und 4, 5 unterscheidet. Dies wird festgestellt, und Bild 3 wird dann unabhängig codiert, anstelle es der Zwischenbild- Prädiktionscodierung zu unterziehen. Da jedoch Bild 4 sich nun inhaltsmäßig stark vom Bild 3 unterscheidet, ist es nicht möglich, die Zwischenbild- Prädiktionscodierung auf Bild 4 anzuwenden, so daß es auch erforderlich wird, dieses Bild ebenfalls unabhängig zu codieren. Jedesmal, wenn ein Einzelbild auftritt, das sich merklich von den vorhergehenden und nachfolgenden unterscheidet, ist es von daher erforderlich, in unabhängiger Weise zusätzlich zwei Bilder zu codieren, wodurch der Umfang der Codierdaten anwächst, die zu senden sind. Derartiges Auftreten isolierter, unerwartet abweichender Bilder wie das Bild 3 in Fig. 2C, können beispielsweise jedesmal dann auftreten, wenn ein photographischer Blitz innerhalb des Bildes erzeugt wird, das das Videosignal bildet.
Diese Faktoren führen zu einem aktuellen Datenumfang, der in der realen Praxis codiert und gesendet werden muß, der wesentlich größer ist als der des Idealfalls, bei dem nur periodisch auftretende unabhängiger Bilder (d.h., Bilder 1, 5, usw.) unabhängig codiert werden, und wobei alle anderen Bilder nach Zwischenbild- Prädiktionscodierung basierend auf diesen unabhängigen Bildern gesendet werden.
Ein anderer grundlegender Nachteil des Verfahrens nach dem Stand der Technik der adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung tritt auf, wenn codierte Ausgangsdaten aufgezeichnet werden müssen (beispielsweise durch einen Videobandrecorder) und danach wiedergegeben und decodiert werden, um das Originalvideosignal wiederherzustelllen. Wenn insbesondere Umkehrwiedergaben der aufgezeichneten Codierdaten auszuführen sind, wobei die Wiedergabe mit Daten ausgeführt wird, die in der Umkehrsequenz entlang der Zeitachse in Hinsicht auf die normale Wiedergabeoperation gewonnen werden, wäre es sehr schwierig, ein Verfahren nach dem Stand der Technik anzuwenden, wegen der Tatsache, daß die prädiktive Codierung immer auf dem vorhergehenden Bild beruht. Das heißt, Vorhersagewerte sind nicht im Wiedergabesignal enthalten (im Falle der Umkehrwiedergabeoperation) in der korrekten Abfolge zur Verwendung bei der Decodierung der Wiedergabegaben.
Es ist schon erwogen worden, jedoch nicht im Stand der Technik, dieses Problem der Schwierigkeit der Verwendung mit Umkehrwiedergabeoperation zu lösen, da jedes unabhängige Bild in prädiktiver Weise basierend sowohl auf einem vorhergehenden als auch einem nachfolgenden unabhängigen Bild codiert ist. Da jedoch das beschriebene Gerät nicht eines der adaptiven Art ist, d.h., Zwischenbild- Prädiktionscodierung wird immer für unabhängige Bilder ausgeführt, unabhängig davon, ob sich ein großer Datenumfang ändert, der zwischen aufeinanderfolgenden abhängigen Bildern auftritt; dies hat dann den Nachteil einer Verschlechterung des sich letztlich ergebenden Anzeigebildes, wenn häufig Szenenwechsel auftreten, die vom Hintergrund unbedeckt sind oder bei anderen signifikanten Änderungen des Bildinhalts.
Mit einem zuvor beschriebenen Verfahren der adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung werden dann große Beträge zusätzlicher codierter Daten erzeugt, wenn Szenenwechsel auftreten oder bei der Bewegung von Menschen oder Gegenständen innerhalb des Bildes, das vom Videosignal übermittelt wird, als Ergebnis einer angestiegenen Anzahl von unabhängig codierten Bildern, die dann eher der Zwischenbild- Prädiktionscodierung unterzogen zu werden. Verschiedene Verfahren zur Ausführung einer solchen Steuerung sind vorgeschlagen worden, damit der Umfang der zusätzlichen Daten herabgesetzt wird. Jedoch diese führen zu einem Verlust der Bildqualität.
Die vorliegende Erfindung schafft ein adaptives Decodiergerät zur Decodierung von in einem Codiergerät codierten Videosignalen durch Aufteilen des Videosignals in beabstandete Bezugsbilder und Zwischenordnen abhängiger Bilder; wobei die Bezugsbilder vom Codierer in codierter Form ausgegeben und darin verwendet werden zur Realisation einer Vielzahl von Prädiktionsarten adaptiver Prädiktion einer Anzeigeinformation in jedem Block der abhängigen Bilder auf der Grundlage des Korrelationsgrades zwischen zugehörigen Blöcken in jedem abhängigen Bild und den unmittelbar vorangehenden und den dem abhängigen Bild nachfolgenden Bezugsbildern; wobei die Vielzahl von Prädiktionsarten zwei enthalten, die die vorhergesagte Anzeigeinformation auf den vorhergehenden bzw. nachfolgenden Bildern gründen, wobei der Codierer dadurch daraus ein codiertes Bildsignal für jedes abhangige Bild erzeugt und abgibt sowie ein Prädiktionsartsignal zur Identifizierung zur Prädiktionsart, die zur Erzeugung jedes Blockes des codierten Bildsignals verwendet wird, wobei das codierte Bildsignal der Transformationsverarbeitung, der Quantisierung und der variablen Längencodierung vor der Sendung unterzogen wird, wobei das adaptive Decodiergerät ausgestattet ist mit:
Variable-Längen-Decodiermitteln zum Empfang und zur Decodierung jedes der codierten Bezugsbilder, der abhängigen Bilder und des jedem abhängigen Bild zugeordneten Prädiktionsartsignals;
Mitteln zur Dequantisierung und zur inversen Transformationsverarbeitung der Bezugsbilder und abhängigen Bilder;
ersten und zweiten Speichern zur sequentiellen Speicherung der Bezugsbilder;
Verarbeitungsmitteln, die auf das Prädiktionsartsignal ansprechen zur Rekonstruktion eines jeden abhängigen Bildes aus seinem jeweiligen decodierten Bildsignal und dem Bezugsbild, welches dem abhängigen Bild vorangeht und nachfolgt und welches in den ersten und zweiten Speichern gespeichert ist; und mit
Mitteln zur Ausgabe der decodierten Bezugsbilder und der rekonstruierten abhängigen Bilder in geeigneter Sequenz zur Erzeugung eines Videosignals.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin nachstehend anhand der Beschreibung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels und anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
Figuren 1A und 1B sind konzeptionelle Diagramme zur Beschreibung einer Zwischenbild- Prädiktionsoperation unter Verwendung einer Richtung und beider Richtungen der Zeitachse;
Figuren 2A, 2C sind konzeptionelle Diagramme zur Beschreibung einer adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung nach dem Stand der Technik, und Figuren 2B, 2D dienen der Beschreibung eines Verfahrens zur adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein allgemeines Blockschaltbild eines Codiergerätes zur adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines adaptiven Prädiktionsabschnittes der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung; und
Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm zur Hilfe bei der Beschreibung der Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung.
Die Figuren 2B und 2C veranschaulichen die Art und Weise, in der die Bildsequenzen von Fig. 2A bzw. Fig. 2C durch das Verfahren der adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung der vorliegenden Erfindung gehandhabt wird, verglichen mit dem Verfahren der adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung nach dem Stand der Technik. Im Falle von Fig. 2B, wo ein Szenenwechsel zwischen den Bildern 2 und 3 auftritt, so daß die Prädiktion des unabhängigen Bildes 1 nicht zur Zwischenbild- Prädiktionscodierung der Bilder 3 und 4 verwendet werden kann, wobei Gebrauch von der Korrelation zwischen dem nachfolgenden unabhängigen Bild und dem abhängigen Bildern 3 und 4 gemacht wird. Das heißt, nur das nachfolgende unabhängig Bild 5 wird zur Zwischenbild- Prädiktionsverarbeitung der abhängigen Bilder 3 und 4 verwendet. Dadurch wird es überflüssig, das Bild 3 in unabhängiger Weise zu codieren, wie es nach dem Verfahren des Standes der Technik der adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung erforderlich ist, die nur die Vorwärtsrichtung der Zeitachse berücksichtigt. Somit wird der Durchschnittsbetrag codierter erzeugter Daten reduziert, da es nicht weiter erforderlich ist, ein abhängiges Bild in unabhängiger Weise jedesmal zu codieren (oder ein großer Teil des abhängigen Bildes), wenn ein Szenenwechsel oder eine andere sehr bedeutende Änderung im Inhalt eines Bildes auftritt.
Im Falle von Fig. 2D, bei dem nur Bild Nr.3 sehr stark vom vorhergehenden und nachfolgenden Bild abweicht, ist es nach dem Verfahren des Standes der Technik erforderlich, eine adaptive Zwischenbild- Prädiktionscodierung zur unabhängigen Codierung beider Bilder 3 und 4 aufzuführen, wie zuvor beschrieben. Jedoch wird bei der vorliegenden Erfindung von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß Bild 3 isoliert auftritt, unter Verwendung des nachfolgenden unabhängigen Bildes Nr. 5 zur Zwischenbild- Prädiktionscodierung von Bild Nr. 3. Auf diese Weise wird es überflüssig, in unabhängiger Weise alles von (oder einen großen Teil von) einem unabhängigen Bild zu codieren, welches einem isolierten, signikanten unterschiedlichen abhängigen Bild nachfolgt, wie es für Bild 4 nach dem Stand der Technik der adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodierung erforderlich ist, wie zuvor anhand Fig. 2C beschrieben.
Die grundlegende Arbeitsweise einer adaptiven Prädiktionscodierungsvorrichtung ist die folgende. Der Codierer verarbeitet jedes Bild eines eingegebenen Videosignals in Einheiten von Blöcken (wobei jeder Block beispielsweise aus einer 8 × 8- Gruppierung von Pixeln besteht), und das Gerät legt für jeden Block ein Bild fest, welches aufgrund der nachstehenden Korrelationsbedingungen zwischen dem Block und zugehörigen positionierten Blöcken des vorangehenden unabhängigen Bildes und dem nachfolgenden unabhängigen Bild:
(Option 1) Optimale Prädiktion wird erreicht durch Verarbeitung unter Verwendung einer Kombination der zugehörigen Blöcke (d.h., zugehörig positioniert innerhalb des Bildes) sowohl des vorhergehenden als auch des nachfolgenden unabhängigen Bildes.
(Option 2) Optimale Prädiktion wird erreicht durch Verarbeitung unter Verwendung nur des zugehorigen Blockes des vorhergehenden unabhängigen Bildes.
(Option 3) Optimale Prädiktion wird erreicht durch Verarbeitung unter Verwendung nur des zugehörigen Blockes des nachfolgenden unabhängigen Bildes.
(Option 4) Optimale Prädiktion wird erreicht durch direkte Codierung des Blockes (nur Zwischenbildcodierung wird ausgeführt).
Die Entscheidung, welcher der vier Optionen optimal ist, fußt auf der Gesamtheit der jeweiligen Quadratwerte der Unterschiede zwischen jedem Datenwert, der ein Pixel des Blockes darstellt, und den zugehörigen Datenwerten der zugehörigen Blöcke im vorhergehenden und nachfolgenden Bild. Die Verarbeitung der Blöcke wird dann ausgeführt, d.h. entweder ein Satz von Zwischenbild- Prädiktionsfehlerwerten in Hinsicht auf die Pixel des zugehörigen Blockes des vorhergehenden und/oder nachfolgenden unabhängigen Bildes, oder der Datenwerte für die Pixel des in Frage stehenden Blockes, der leicht abweicht, wie nachstehend beschrieben, werden dann zur Sendung oder Aufzeichnung codiert. Zusätzlich werden Prädiktionsartdaten, die anzeigen, welche der zuvor genannten vier Optionen für diesen Block ausgewählt wurden, mit den Videodaten codiert und gesendet oder aufgezeichnet. Am Empfangsende oder bei der Wiedergabe der aufgezeichneten codierten Daten wird die Decodierung unter Verwendung der Prädiktionsartdaten zur Steuerung der Decodieroperation ausgeführt.
Fig. 3 ist ein allgemeines Blockschaltbild einer adaptiven Zwischenbild- Prädiktionscodiereinrichtung. Ein Bildspeicher 1A empfängt ein (bewegtes Bild) digitales Videosignal aus einem Eingangsanschluß 1 als aufeinanderfolgende Datenwerte, bestehend aus Leuchtdichte- (Y- )Werten für jeweilige Pixel sowie Chrominanz- (R - Y- ) und (B - Y- ), d.h., Farbdifferenzwerte. Nachfolgende Bilder des Videosignals werden im Bildspeicher 1A gespeichert. Nachfolgende Blöcke eines Bildes, die laufend im Bildspeicher 1A gehalten werden, werden in einer vorbestimmten Sequenz ausgelesen, wobei jeder der Blöcke beispielsweise aus einer 8 x 8- Elementgruppierung von Leuchtdichte (Y) oder Chrominanz, d.h., Farbdifferenz (B-Y) oder (R-Y) besteht. Jeder Block von Leuchtdichtedatenwerten entspricht direkt einer physischen (Anzeige-) Größe von 8 x 8 Pixeln. Jedoch wird im allgemeinen jeder 8 x 8- Block von Chrominanzwerten einem größeren physischen Bereich als 8 x 8 Pixeln entsprechen. Wie beispielsweise von der CCITT der International Telecommunication Union, Dokument #339, März 1988 "Description of Ref. Model 5 (RM5)" angegeben, wobei ein gemeinsames Quelleneingangsformat zur Codierung von Farbfernsehsignalen spezifiziert ist, wird jeder 8 × 8- Block der Farbdifferenzwerte einem 16 × 16 - Makroblock der Leuchtdichtewerte bestehend aus 8 × 8 Blöcken entsprechen (in der Anzeigegröße).
Es versteht sich, daß die hier angegebene Beschreibung der adaptiven Prädiktionsoperation sich auf die Verarbeitung sowohl der Leuchtdichte als auch der Farbdifferenzwerte bezieht.
Die Werte eines jeden Blockes werden aufeinanderfolgend in einer vorbestimmten Sequenz ausgelesen. Die Ausgangsdaten aus dem Bildspeicher werden an einen Bewegungskontakt eines Umschalters 2 angelegt. Der feststehende Kontakt "a" des Umschalters 2 ist mit dem feststehenden Kontakt "a" des Umschalters 5 verbunden, während der feststehende Kontakt (b) des Umschalters 2 mit dem Eingang eines (N - 1) - Bildspeichers 3 verbunden ist. Der (N - 1) - Bildspeicher 3 hat einen Speicher mit einer Kapazität zur Aufspeicherung bis zu (N - 1) aufeinanderfolgend eingegebenen Bildern, wobei N eine ganze Zahl ist und zur Erzeugung einer Verzögerung von N Bildintervallen verwendet wird, d.h., ein Bild, das in diesen Speicher während eines Bildintervalls eingeschreiben wird, wird danach aus dem Speicher im vierten Bildintervall ausgelesen, das danach auftritt. Das Ausgangssignal des (N - 1) - Bildspeichers 3 wird an einen adaptiven Prädiktionsabschnitt 4 geliefert, während das Ausgangssignal des adaptiven Prädiktionsabschnitts 4 an den feststehenden Kontakt "b" des Umschalters 5 geliefert wird. Der Bewegungskontakt des Umschalters 5 ist mit dem Eingang eines Orthogonaltransformationsabschnitts 6 verbunden, dessen Ausgangssignal an einen Quantisierer 7 geliefert wird. Das Ausgangssignal aus dem Quantisierer 7 wird an einen Codierabschnitt 8 mit variabler Länge geliefert und auch an einen Dequantisierer 10. Das Ausgangssignal aus dem variable Längen- Codierabschnitt 8 wird an einen Ausgangsanschluß 9 geliefert. Das Ausgangssignal aus dem Deqantisierer 10 wird an einen inversen Orthogonaltransformationsabschnitt 11 geliefert, dessen Ausgangssignal an einen (nachfolgenden) Bildspeicher 12 geliefert wird. Das Ausgangssignal aus dem Bildspeicher wird an einen (vorangehenden) Bildspeicher 13 geliefert und auch an einen zweiten Eingang des adaptiven Prädiktionsabschnitts 4. Das Ausgangssignal aus dem (vorangehenden) Bildspeicher 13 wird an einen dritten Eingang eines adaptiven Prädiktionsabschnitts 4 angelegt. Ein Ausgangssignal aus dem adaptiven Prädiktionsabschnitt 4, bestehend aus den zuvor genannten Prädiktionsartdaten, wird an einen zweiten Eingang des variable Längen- Codierabschnitts 8 geliefert.
Eine Synchronsignal- Trennschaltung 4 empfängt das eingegebene Videosignal und trennt die Synchronsignalkomponenten desselben ab, um Synchronsignale herzuleiten, die an eine Steuersignal- Erzeugungsschaltung 15 geliefert werden. Die Steuersignal- Erzeugungsschaltung 15 erzeugt damit verschiedene Steuer- und Zeitsignale zur Steuerung der Umschaltoperation der Umschalter 2 und 5 sowie Speicherlese- und Speicherschreiboperationen des Bildspeichers 1A, (N - 1)- Bildspeichers 3, (nachfolgenden) Bildspeichers 12 und (vorhergehenden) Bildspeichers 13.
Eine Wichtungswert- Erzeugungsschaltung 16 empfängt ein Zeitsignal aus der Steuersignal- Erzeugungsschaltung 15 und erzeugt aufeinanderfolgende Paare von Wichtungswerten W und (1 - W), die sich im Wert von aufeinanderfolgenden Bildern unterscheiden, wie nachstehend beschrieben ist. Diese Paare von Wichtungswerten werden an einen adaptiven Prädiktionsabschnitt 4 geliefert.
Die Umschaltoperation des Umschalters 5 ist verbunden mit derjenigen des Umschalters 2, und wenn beide dieser auf ihren jeweiligen "a"- Anschluß gesetzt werden, wird das Signal eines unabhängigen Bildes direkt in den Orthogonaltransformationsabschnitt 6 geleitet, um dort direkt transformiert und codiert zu werden.
Das Ausgangssignal aus dem Umschalter 5 besteht somit aus aufeinanderfolgenden Datenwerten von aufeinanderfolgenden Blöcken von unabhängigen Bildern, während jedes Intervalls, bei dem Datenwerte eines unabhängigen Bildes aus dem Bildspeicher 1A ausgelesen werden, mit Schaltern 2 und 5 auf ihrer "a"- Position. Wenn die Umschalter auf ihre "b"- Stellung gebracht sind, besteht das Ausgangssignal aus dem Umschalter 5 entweder aus aufeinanderfolgenden Prädiktionsfehlerwerten für einen Block eines abhängigen Bildes oder aus Datenwerten (die abgewandelt werden können durch Zwischenbildverarbeitung) eines Blockes eines abhängigen Bildes.
Um die Effizienz der Codierung zu maximieren, werden die Y- (Leuchtdichte) und (R - Y)- , (B - Y)- (Chrominanz- ) Werte des Ausgangssignals aus dem Umschalter 5 vom Orhtogonaltransformationsabschnitt 6 in Koeffizientenkomponentenwerte umgesetzt durch eine ortohogonale Transformationsoperation, wie beispielswiese die diskrete Cosinustransformation (DCT) in Einheiten von Blöcken. Das sich ergebende Ausgangssignal aus dem Orthogonaltransformationsabschnitt 6 wird dann unter Verwendung der Schritte geeigneter Größe vom Quantisierer 7 quantisiert. Da die Verteilung der sich ergebenden Quantisierungssignale nahe der Nullamplitude liegt, ist die Codiereffizienz weiter erhöht durch Codierung des quantisierten Signals durch eine Technik variabler Längencodierung, wie beispielsweise-die Huffman- Codierung. Zusätzlich werden die zuvor genannten Prädiktionsart- Datenwerte vom adaptiven Prädiktionsabschnitt 4 an den Codierabschnitt 8 variabler Länge ebenfalls nach der Codiertechnik mit varibaler Länge codiert. Die sich ergebenden variable Längendaten werden an einen Ausgangsanschluß 9 geliefert, um an eine zugehörige Decodiereinrichtung gesendet zu werden oder um aufgezeichnet und nachfolgend wiedergegeben und an eine entsprechende Decodiereinrichtung geliefert zu werden.
Fig. 4 ist ein allgemeines Blockschaltbild des adaptiven Prädiktionsabschnitts 4 von Fig. 3. Die aus dem (vorangehenden) Bildspeicher ausgelesenen Daten werden als vorangehendes Bildsignal an einen Eingangsanschluß 40 angelegt und von dort an einen Eingang eines Subtrahierers 20. Das Ausgangssignal aus dem (nachfolgenden) Bildspeicher 12 wird als nachfolgendes Bildsignal an einen Eingangsanschluß 41 angelegt und von dort an einen Eingang eines Subtrahierers 21. 33 bedeutet einen Koeffizientenmultiplizierer, der jeden Datenwert aus dem Eingangsanschluß 40 mit dem zuvor genannten Wichtungswert multipliziert und die sich ergebenden Werte an einen Eingang eines Addierers 34 liefert. 35 bedeutet einen Koeffizientenmultiplizierer, der jeden Datenwert aus dem Eingangsanschluß 41 mit dem zuvor genannten Wichtungswert (1 - W) multipliziert und die sich ergebenden Werte an den anderen Eingang des Addierers 34 anlegt. Das Ausgangssignal aus dem Addierer 34 wird an einen Eingang eines Prädiktionssignalsubtrahierers 21 gelegt. Die Inhalte des Speichers, die gerade aus dem (N - 1) - Bildspiecher 3 ausgelesen werden (dieses Bild wird nachstehend als aktuelles Bild bezeichnet), werden an ein aktuelles Bildsignal an einen Eingangsanschluß 42 angelegt und von dort an einen Eingang eines Subtrahierers 23. Das aktuelle Bildsignal wird auch an die jeweiligen anderen Eingänge des Subtrahierers20angelegt, an den Prädiktionssignalsubtrahierer 21 und den Subtrahierer 22. Ein feststehender Datenwert wird an den anderen Eingang des Subtrahierers 23 angelegt.
Der Wert der Gleichstromkomponente des Signals des aktuellen Bildes wird von einer Gleichspannungspegel- Feststellschaltung 38 festgestellt und an einen Eingang eines Subtrahierers 39 angelegt. Das aktuelle Bildsignal wird an den anderen Eingang des Subtrahierers 39 angelegt, um die Gleichspannungskomponente davon zu subtrahieren. Die Subtraktion der Gleichspannungskomponenten ist erforderlich, um einen exzessiv hohen Ausgangswert daran zu hindern, von der Quadrierschaltung 27 erzeugt zu werden, die nachstehend beschrieben wird.
Die jeweiligen Ausgangssignale aus den Subtrahierern 21, 20 und 22 (diese Ausgänge werden nachstehend als erste, zweite und dritte Prädiktionssignale bezeichnet), und das Ausgangssignal vom Subtrahierer 23 (wird nachstehend als Nicht- Prädiktionssignal bezeichnet) werden als zugehörige Eingangssignale eines Verzögerungsabschnitts 43 angelegt, der jedes dieser Signale der Verzögerung unterzieht, die der Periode eines Blockes gleich ist (d.h., entsprechend 64 Pixeln in diesem Beispiel). Die verzögerten Ausgangssignale aus der 1-Block- Verzögerungsschaltung 43 werden an jeweilige feststehende Kontakte eines Prädiktionsart- Auswahlschalters 45 angelegt, dessen Bewegungskontakt mit einem Ausgangsanschluß 46 verbunden ist.
Das erste, zweite und dritte Prädiktionssignal aus den Subtrahierern 21, 20 und 22 und das Nicht- Prädiktionssignal aus dem Subtrahierer 39 werden auch jeweils an Eingänge einer Quadrierschaltung 25, 24, 26 bzw. 27 angelegt. Jede dieser erzeugt dadurch das Quadrat eines jeden (Prädiktionsfehler) Datenwertes, der eingegeben wird, und diese quadrierten Fehlerwerte, erzeugt aus den Schaltungen 24 bis 27, werden jeweils an Eingänge additiver Akkumulationsschaltungen 28 bis 31 angelegt, von denen jede zur Erzeugung der Summe der quadrierten Fehlerwerte der jeweiligen Pixel eines Blockes zur Zeit dient. Das heißt, wenn die Gesamtheit der quadrierten Fehlerwerte für einen Block durch eine dieser Akkumulationsschaltungen errechnet worden ist, wird das Ergebnis davon ausgegeben, die Inhalte werden auf Null gesetzt, und die Errechnung der quadrierten Fehlerwerte insgesamt für den nächsten Block beginnt.
Das Ausgangssignal aus dem kumulativen Addierer wird direkt an einen ersten Ausgangsanschluß einer Mininmalwert- Auswählschaltung 32 geliefert. Das Ausgangssignal aus dem kumulativen Addierer 29 wird über einen Subtrahierer 36, in dem ein vorbestimmter feststehender Kompensationswert davon abgezogen wird, an einen zweiten Eingangsanschluß der Minimalwert- Auswahlschaltung 32 geliefert. Das Ausgangssignal aus dem kumulativen Addierer 30 wird direkt an einen dritten Eingangsanschluß der Minimalwert- Auswählschaltung 32 geliefert. Das Ausgangssignal aus dem kumulativen Addierer 31 wird über einen Addierer 37, in dem ein feststehender vorbestimmter Kompensationswert hinzuaddiert wird, an einen vierten Eingangsanschluß der Minimalwert- Auswahlschaltung 32 geliefert.
Jedesmal, wenn die jeweiligen akkumulitierten quadratischen Fehlerwerte für einen Block vom kumulativen Addierer 28 zum kumulativen Addierer 31 abgeleitet sind und an die Minimalwert- Auswahlschaltung 32 geleitet sind, beurteilt die Mininmalwert- Auswahlschaltung 32, welches der geringste Wert ist, und erzeugt ein Ausgangsdatensignal, das diesen Wert anzeigt. Dasjenige Ausgangsdatensignal dient als Prädiktionsartdatum, d.h., wird verwendet zur Festlegung, welche Betriebsart vorgesehen wird für die optimale Codierungsgenauigkeit, um dadurch festzulegen, welche der zuvor beschriebenen Optionen 1 bis 4 auf den Block anwendbar sind, für den die Beurteilung der akkumulierten gesamten Quadratfehlerwerte gemacht wurde. Diese Prädiktionsartinformation wird dann zur Steuerung der Einstellung des Prädiktionsart- Auswahlschalter 45 verwendet, um festzulegen, welches der verzögerten Ausgangssignale aus der 1- Block- Verzögerungsschaltung 43 ausgewählt wird, um an den Ausgangsanschluß 46 übertragen zu werden, und von dort zum "b"- Anschluß des Umschalters 5 von Fig. 1.
Genauer gesagt, das Einstellen des Prädiktionsart- Auswahlschalters 45 wird gesteuert durch das Prädiktionsart- Datenausgangssignal aus der Minimalwert- Auswahlschaltung 32 in der Weise, daß das verzögerte Prädiktionsfehler- Ausgangssignal aus dem Prädiktionssignalsubtrahierer 21 ausgewählt wird, wenn dieses Ausgangssignal sich als kleinster Wert der akkumulierten quadratischen Fehlerwerte für den fraglichen Block ergeben hat (stellt den Fall der Option 1 dar, der vorher ausgewählt wurde). Dies wird als Betriebsart 1 bezeichnet. In gleicher Weise wird das verzögerte Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 20 vom Prädiktionsart- Auswahlschalter 45 für den Fall der zuvor ausgewählten Option 2 ausgewählt (dies wird nachstehend als Betriebsart 2 bezeichnet), das verzögerte Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 22 wird vom Prädiktionsart-Auswahlschalter 45 für den zuvor ausgewählten Fall der Option 3 ausgewählt (dies wird nachstehend als Betriebsart 3 bezeichnet), und das verzögerte Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 23 wird vom Prädiktionsart- Auswahlschalter 45 für den Fall der Option 4 ausgewählt, die zuvor ausgewählt wurde (dieser Fall, bei dem keine Zwischenbildprädiktion für den fraglichen Block ausgeführt wird, wird nachstehend als Betriebsart 4 bezeichnet).
Die Werte der Wichtungswerte W und (1 - W) variieren für aufeinanderfolgende der abhängigen Bilder in linearer Weise, d.h., Option 1 repräsentiert eine zweidimensionale lineare Prädiktionsoperation, wobei W ein Maximum für das erste abhängige Bild ist, gefolgt von einem unabhängigen Bild, und erreicht einen Maximalwert für ein abhängiges Bild, das unmittelbar dem unabhängigen vorangeht.
Insbesondere wird der Wichtungswert W definiert als
W = (mc - mp) /N,
[wobei 0 < W < 1, mc bedeutet die Anzahl des aktuellen Bildes in der Bildsequenz, mp bedeutet die Zahl des vorangehenden unabhängigen Bildes des aktuellen Bildes].
Der Wert X der Datenwerte (entsprechend einem Pixel) des Ausgangssignals vom Addierer 34, das nachstehend als Prädiktionssignal bezeichnet wird, gewinnt man durch
X = W.Vmp + (1 - W).Vms
[wobei Vms der zugehörige Wert des nachfolgenden unabhängigen Bildsignals aus dem Eingangsanschluß 40 ist und Vmp der zugehörige Wert des unabhängigen Prädiktionsbildsignals aus Eingangsanschluß 41].
Jeder Wert X des vom Addierer 34 erzeugten Prädiktionssignals wird vom zugehörigen Wert des aktuellen Bildsignals im Prädiktionssignalsubtrahierer 21 abgezogen, und das Ergebnis wird als Prädiktionsfehlerwert des vorangehenden/nachfolgenden Bildes an die Quadrierschaltung 25 geliefert.
Jeder Wert des Prädiktionsbildsignals wird von einem zugehörigen Wert des aktuellen Bildsignals im Subtrahierer 20 abgezogen, und das Ergebnis wird als Prädiktionsfehlerwert des vorangehenden Bildes an die Quadrierschaltung 24 geliefert.
Gleichermaßen wird jeder Wert des nachfolgenden Bildsignals von einem zugehörigen Wert des aktuellen Bildsignals im Subtrahierer 22 abgezogen, und das Ergenis wird als Prädiktionsfehlerwert des nachfolgenden Bildes an die Quadrierschaltung 26 geliefert.
Der feste Wert, der von dem aktuellen Bildsignal vom Subtrahierer 23 abgezogen wird, kann auf verschiedene Weise eingerichtet sein, beispielsweise daß er gleich 50 % des maximalen Weißpegels des Videosignals ist, wenn der Leuchtdichte(Y- ) Wert verarbeitet wird, und gleich 0, wenn eine Farbdifferenz (B - Y) oder (R - Y) Wert verarbeitet wird. In alternativer Weise könnte die Gleichspannungskomponente eines räumlich angrenzenden Blockes innerhalb desselben Bildes anstelle des festen Wertes verwendet werden. Welcher Wert auch immer verwendet wird, die Zwischenbildprädiktion wird für einen Block nicht ausgeführt, wenn Betriebsart 4 ausgewählt ist, und für diesen Block wird nur die Zwischenbildverarbeitung ausgeführt.
Fig. 5 ist ein einfaches Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der grundlegenden Zeitbeziehung dieser Einrichtung. F1 bis F11 bezeichnen elf aufeinanderfolgende Bilder des eingegebenen Videosignals, mit zugehörigen Bildintervallen (insbesondere Intervalle, in denen das jeweilige Bild aus dem Bildspeicher 1A ausgelesen wird) als T1 bis T11 bezeichnet. Jedes unabhängige Bild wird mit einem #- Symbol versehen, d. h., Bilder F1, F5 und F9. Es wird angenommen, daß eines der vier Bilder ein unabhängiges Bild ist, d.h., daß periodische Rücksetzung der Zwischenbild- Prädiktionsoperation innerhalb von vier Bildern auftritt. Die Zeiten der Verarbeitungsoperationen für die Bilder F1 bis 5 werden nun beschrieben.

(a) Bildintervall T1

Die nachfolgenden Blöcke des unabhängigen Bildes F1 werden durch die Umschalter 2 und 5 übertragen, um direkt codiert zu werden, wenn sie im Dequantisierer 10 verarbeitet werden und im inversen orthogonalen Tranformationsabschnitt 11 zur Wiederherstellung des Originalbilddaten, und werden dann in den (nachfolgenden) Bildspeicher 12 geschrieben.

(b) Bildintervalle T2, T3 und T4

Die Bildintervalle F2, F3 und F4 werden nacheinander in den (N - 1)- Bildspeicher 3 geschrieben.

(c) Bildintervall T5

Die nachfolgenden Blöcken des unabhängigen Bildes F5 werden durch die Umschalter 2 und 5 übertragen, um direkt codiert zu werden, werden dann im Dequantisierer 10 verarbeitet und im inversen orthogonalen Transformationsabschnitt 11, um die Originalbilddaten wiederherzustellen, und werden dann in den (nachfolgenden) Bildspeicher 12 geschrieben, um die vorherigen Inhalte dieses Speichers zu ersetzen, nachdem die Inhalte des (nachfolgenden) Bildspeichers 12 in den (vorhergehenden) Bildspeicher 13 geschrieben sind, um dessen vorherige Inhalte zu ersetzen.

(d) Bildintervall T6

Während T6 wird Bild F6 in den Bildspeicher 3 geschrieben, zur selben Zeit wird Bild F2 aus dem Speicher 3 ausgelesen, und zugehörige Prädiktionssignale für Bild F2 werden vom adaptiven Prädiktionsabschnitt 4 abgegeben und der Verzögerungeinheit 43 gemeinsam mit dem Ausgangssignal vom Subtrahierer 23 eingegeben. Am Ende von T6 setzt das Prädiktionsart- Ausgangssignal aus dem Minimumwertauswähler 32 Schalter 45 auf eine geeignete Auswahlposition, basierend auf dem akkumulierten Minimumfehlerquadratwert, der vom Minimumwertwähler 32 eingegeben wird. Das Betriebsartausgangssignal wird ebenfalls zum Codierer 8 übertragen, um codiert und abgegeben zu werden.

(e) Bildintervall T7

Bild F7 wird in den Speicher 3 eingeschrieben, zur selben Zeit wird Bild F5 aus dem Speicher 3 gelesen und in gleicher Weise wie das Bild F2 verarbeitet, und die Prädiktionsartdaten für Bild F3 werden zum Codierer 8 gesandt.
Das ausgewählte Prädiktionssignal für Bild F3 (oder das Ausgangssignal vom Subtrahierer 23) wird vom Schalter 45 zum Orthogonaltransformationsabschnitt 6 übertragen, um verarbeitet codiert und ausgegeben zu werden.
Es versteht sich, daß die Schaltung vom Fig. 4 der Ausführung der adaptiven Auswahl auf einer blockweisen Basis dient, der optimalen Betriebsart zur Codierung eines jeden Blockes jeden abhangigen Bildes des Videosignals. Das heißt, der variable Länge- Codierabschnitt 8 wählt in adaptiver Weise eines der folgenden Betriebsarten aus, die bei der Codierung eines jeden Blockes eines abhängigen Bildes zu verwenden sind:
(a) Betriebsart 1, bei der eine zweidimensionale lineare Zwischenbildprädiktion ausgeführt wird. Diese wird ausgewählt, wenn hinreichend (liniear gewichtet) Korrelation zwischen dem Block und den zugehörigen Blöcken der vorangehenden und nachfolgenden unabhängigen Bilder besteht. Dies wird ausgewählt für einen Block in Bild 2 von Fig. 2D beispielsweise.
(b) Betriebsart 2, bei der die Zwischenprädiktion lediglich unter Verwendung des vorhergehenden unabhängigen Bildes ausgeführt wird. Diese wird ausgewählt, wenn es eine hinreichende Korrelation mit dem zugehörigen Block des nachfolgenden unabhängigen Bildes gibt. Diese wird beispielsweise ausgewählt für einen Block von Bild 2 in Fig. 2B.
(c) Betriebsart 3, bei der Zwischenbildprädiktion lediglich unter Verwendung des nachfolgenden unabhängigen Bildes ausgeführt wird. Diese wird ausgewählt, wenn es eine hinreichende Korrelation mit dem zugehörigen Block des vorhergehenden unabhängigen Bildes gibt. Diese wird beispielsweise für einen Block von Bild 3 oder Bild 4 in Fig. 2B ausgewählt.
(d) Betriebsart 4, bei der die Zwischenbildprädiktion nicht ausgeführt wird. Diese wird ausgewählt, wenn keine hinreichende Korrelation zwischen dem aktuellen Block und dem zugehörigen Blöcken eines jeden der vorhergehenden und nachfolgenden Bilder besteht. Diese wird beispielsweise für einen Block in Bild 3 von Fig. 2D ausgewählt. Zur Übersichtlichkeit der Beschreibung wird angenommen, daß dieses für alle Blöcke von Bild 3 in Fig. 2D gilt, so daß die Zwischenbildprädiktion auf irgendeinen Block dieses Bildes nicht angewandt wird.
Da die unabhangigen Bildsignalwerte, die zur Herleitung der Vorhersagefehlerwerte verwendet werden, durch Wiederherstellung des Originalvideosignals durch eine Decodieroperation (im Dequantisierer 10 und durch inverse orthogonale Transformationsabschnitt 11) in gleicher Weise gewonnen werden, wobei die Decodierung in einen zugehörigen Decodiergerät erfolgt (in der Zeichnung nicht dargestellt), der verschiedenen Quantisierungsfehler usw., die in den letztlich decodierten Daten präsent sind, werden ebenfalls in den Daten vorhanden sein, die bei der Herleitung der Prädiktionsfehlerwerte verwendet werden. Dies stellt eine größere Genauigkeit der Prädiktion sicher als sie man sie im Falle der unabhängigen Bilder der eingegebenen Videosignaldaten erzielen würde, die direkt in die Speicher 12 und dann in 13 geschrieben wurden.
Die Bewertung der Bestimmung der Prädiktionsart basiert auf Quadratfehlerwerten von Prädiktionsfehlerwerten, die direkt aus dem eingegebenen Videosignal in dieser Einrichtung gewonnen werden. Größere Genauigkeit der Bewertung würde gewonnen unter Verwendung der Videosignaldaten der abhängigen Bilder, nach allen Codierverarbeitungen (einschließlich Transformationsverarbeitung und Quantisierung). Jedoch würde dies zusätzliche Schaltungen zur Ausführung der Inversion einer solchen Codierung bedeuten, d.h. zur inversen Transformationsverarbeitung usw., wodurch der Schaltungsumfang wesentlich anstiege und das Gerät schwieriger in eine praktisch verwendbare Form zu bringen wäre.
Wie schon festgestellt, wird die Gleichstromkomponente des aktuellen Bildsignal vom aktuellen Bildsignal im Subtrahierer 39 abgezogen, um dadurch eine exsessiv hohen Ausgangswert zu vermeiden, der vom kumulativen Addierer 31 erzeugt wird. Wenn diese Kompensation nicht erfolgt, würde eine Neigung zur Erzeugung einer exsessiv hohen Wahrscheinlichkeit bestehen, daß von der Minimumwert- Auswahlschaltung 32 die Betriebsart 4 ausgewählt werden würde, d.h. das Ausgangssignal aus dem kumulativen Addierer 31 neigt dazu, einen zu niedrigen Wert anzunehmen. Aus diesem Grund wird ein kompensierender Offset- Wert B dem Ausgangssignal vom kumulativen Addierer 31 im Addierer 37 hinzugefügt.
Andererseits ist es in Fällen, bei denen nur eine geringe Differenz zwischen den jeweiligen Werten der Prädiktionsfehler besteht, die vom Prädiktionssignalsubtrahierer 21 erzeugt werden, vom Subtrahierer 20 und vom Subtrahierer 22, ist es vorzuziehen, die unnötige Umschaltung zwischen den Betriebsarten 1, 2 und 3 zu unterbinden. Aus diesem Grund wird ein geringer Vorspannungsbetrag in Richtung der Auswahl der Betriebsart 1 eingegeben (zweidimensionale, lineare Prädiktion) durch die Minimalwert-Auswahlschaltung 32. Dies geschieht durch Subtrahieren eines Offset- Wertes A vom Ausgangssignal des kumulativen Addierer 29 im Subtrahierer 36. Dies hat den Vorteil, daß die Auswahlrate von Betriebsart 1 ansteigt und so die Herabsetzung des Betrages codierter Daten ermöglicht, die durch Codierung der Prädiktionsartdaten von der Minimumwert- Auswahlschaltung 32 erzeugt werden, wenn Entropiecodierung unter Verwendung beispielsweise des Huffman- Codes im variable Länge- Codierabschnitt 8 verwendet wird.
Die Decodiereinrichtung nach der Erfindung zur Decodierung codierter Daten, die von einer adaptiven Prädiktions- Codiereinrichtung kommen, können sehr leicht eingefügt werden unter Verwendung der Betriebsart- Prädiktionsdaten, die in den codierten Ausgangsdaten enthalten sind. Nach Invertierung der variable Längencodierung, ausgeführt vom variable Länge- Codierabschnitt 8, gefolgt von Dequantisierung und inverser Transformationsverarbeitung, wird jedes unabhängige Bild nacheinander zu einem ersten und dann zweiten Bildspeicher übertragen zur Verwendung bei der Verarbeitung der abhängigen Bilder gemäß den Speichern 12 und 13 von Fig. 1, und die Bilder werden ohne weitere Verarbeitung abgegeben. Jeder Block eines unabhängigen Bildes wird abhängig von den zugehörigen decodierten Prädiktionsbetriebsartdaten für diesen Block verarbeitet, wie folgt:
(1) Wenn die Prädiktionsartdaten anzeigen, daß der Block in Betriebsart 1 codiert ist, dann werden die Pixeldatenwerte der zugehörigen Blöcke der zugehörigen vorangehenden und nachfolgenden unabhängigen Bilder (ausgelesen aus den zuvor genannten beiden Bildspeichern) jeweils mit Wichtungswerten W und (1 - W) dem Multiplexverfahren unterzogen, die Ergebnisse werden addiert, und der sich ergebende Wert wird dem aktuellen Bildsignal hinzugefügt.
(2) Wenn die Prädiktionsartdaten anzeigen, daß der Block in Betriebsart 2 codiert ist, dann werden die Pixeldatenwerte der zugehörigen Blöcke des zugehörigen vorangehenden unabhängigen Bildes zum aktuellen Bildsignal addiert.
(3) Wenn die Prädiktionsartdaten anzeigen, daß der Block in Betriebsart 3 codiert ist, dann werden die Pixeldatenwerte der zugehörigen Blöcke der zugehörigen nachfolgenden unabhängigen Bilder zum aktuellen Bildsignal adddiert.
(Es ist offensichtlich, daß eine einzige Schaltung verwendet werden kann, um alle obigen Funktionen (1) (2) und (3) durch passende Einstellung des Wichtungswertes W auf entweder auf 1 oder 0 für die Funktionen (2) und (3).)
(4) Wenn die Prädiktionsartdaten anzeigen, daß der Block in Betriebsart 4 codiert ist, dann wird der feste Wert (subtrahiert im Subtrahierer 23 von Fig. 4 der Codiereinrichtung) dem aktuellen Bildsignal hinzugefügt.

Claims

1. Adaptivisches Decodiergerät zur Decodierung von in einem Codiergerät codierten Videosignalen durch Aufteilen des Videosignals in beabstandete Bezugsbilder (F&sub1;#, F&sub5;#, ...) und Zwischenordnen abhängiger Bilder (F&sub2;, F&sub3;, F&sub4;, F&sub6;,...); wobei die Bezugsbilder vom Codierer in codierter Form ausgegeben und darin verwendet werden zur Realisation einer Vielzahl von Prädiktionsarten adaptiver Prädiktion (4) einer Anzeigeinformation in jedem Block der abhängigen Bilder auf der Grundlage des Korrelationsgrades zwischen zugehörigen Blöcken in jedem abhängigen Bild und den unmittelbar vorangehenden und den dem abhängigen Bild nachfolgenden Bezugsbildern; wobei die Vielzahl von Prädiktionsarten zwei enthalten, die die vorhergesagte Anzeigeinformation auf den vorhergehenden bzw. nachfolgenden Bildern gründen, wobei der Codierer dadurch daraus ein codiertes Bildsignal für jedes abhängige Bild erzeugt und abgibt sowie ein Prädiktionsartsignal zur Identifizierung zur Prädiktionsart, die zur Erzeugung jedes Blockes des codierten Bildsignals verwendet wird, wobei das codierte Bildsignal der Transformationsverarbeitung (6), der Quantisierung (7) und der variablen Längencodierung (8) vor der Sendung unterzogen wird, wobei das adaptive Decodiergerät ausgestattet ist mit:

Variable-Längen-Decodiermitteln zum Empfang und zur Decodierung jedes der codierten Bezugsbilder, der abhängigen Bilder und des jedem abhängigen Bild zugeordneten Prädiktionsartsignals;

Mitteln zur Dequantisierung und zur inversen Transformationsverarbeitung der Bezugsbilder und abhängigen Bilder;

ersten und zweiten Speichern zur sequentiellen Speicherung der Bezugsbilder;

Verarbeitungsmitteln, die auf das Prädiktionsartsignal ansprechen zur Rekonstruktion eines jeden abhängigen Bildes aus seinem jeweiligen decodierten Bildsignal und dem Bezugsbild, welches dem abhängigen Bild vorangeht und nachfolgt und welches in den ersten und zweiten Speichern gespeichert ist; und mit

Mitteln zur Ausgabe der decodierten Bezugsbilder und der rekonstruierten abhängigen Bilder in geeigneter Sequenz zur Erzeugung eines Videosignals.

2. Gerät nach Anspruch 1, dessen Verarbeitungsmittel ausgestattet ist mit:

Speichermitteln zur Speicherung zweier decodierter Bezugsbilder, die jeweils jedem abhängigen Bild vorangehen und nachfolgen; und mit

Mitteln, die auf das dem abhängigen Bild zugeordnete Prädiktionsartsignal ansprechen zur Erzeugung und Zusammensetzung gewichteter Werte der Anzeigeinformation aus den decodierten Bezugsbildern zur Rekonstruktion der vorhergesagten Anzeigeinformation für jedes abhängige Bild.

3. Gerät nach Anspruch 2, das des weiteren ausgestattet ist mit Mitteln zur Zusammensetzung der vorhergesagten Anzeigeinformation für das abhängige Bild mit einem decodierten Bildsignal des abhängigen Bildes, das vom Variable-Längen- Decodiermittel erzeugt wird, um ein die Anzeigeinformation für das abhängige Bild repräsentierendes Ausgangssignal zu erzeugen.