DE69106415T2 - Einrichtung zur Kodierung/Dekodierung von Bildsignalen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung hat eine Codier-Decodiervorrichtung von Bildsignalen zum Gegenstand. Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Echtzeit-Verarbeitung von Informationssignalen des sequentiellen Typs, wie etwa Videosignalen, zum Zwecke der Komprimierung des Volumens der erforderlichen Daten für die Darstellung des entsprechenden Bildes, um es mit einer minimalen Binärdurchsatzrate mittels eines Übertragungsnetzes zu übertragen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet Anwendung vor allem für Television, Videokonferenz oder Videophonie. Sie kann aber auch angewandt werden bei Bildern mit langsamer Veränderung, z.B. bei der Fernüberwachung.
• Bezüglich der Techniken der Bildkompression kann man sich z.B. auf den in "Echo des Recherches" Nº126 vom vierten Trimester 1986 erschienen Artikel "l'image numerique et le codage" beziehen.
• Man kann sich ebenfalls auf die Dokumente EP-A2-0 084 4270, EP-A2-0 123 456 und US-A-4 185 188 beziehen, in denen verschiedene Bildcodierungssysteme beschrieben sind.
• Bei diesen Codierungssystemen und auf generelle Weise bei den neueren Bildcodierungssystemen nutzt man maximal die zeitliche Redundanz des Bildsignals, d.h. beim Codieren eines Bildes berücksichtigt man das vorhergehende Bild.
• Es sei daran erinnert, daß ein erster bekannter, "Zwischenbildcodierung" (codage inter-image) genannter Codierungstyp darin besteht, das zu codierende Bild mit dem vorhergehenden Bild zu vergleichen und nach dem Codieren nur Informationen zu übertragen, die den in Bewegung befindlichen Teil des Bildes betreffen.
• Ein weiterer bekannter Codierungstyp, genannt "Bewegungsabschätzungscodierung" (codage par estimation du mouvement), besteht darin, der Bewegung in dem Bild vorzugreifen durch Vorausberechnung eines Bildes aufgrund des vorhergehenden Bildes und nur Informationen zu übertragen, die den Unterschied zwischen diesem vorausberechneten Bild und dem tatsächlich empfangenen Bild betreffen.
• Es sei ebenfalls daran erinnert, daß das klassische Bildcodierungssystem eine Übertragungseinrichtung zur Anwendung eines Transformationsoperators auf das besagte Bild umfaßt. Diese Transformationsoperation überträgt das Bild aus dem Raumbereich in einen sogenannten Frequenzbereich. Die Transformationsoperation kann der auf das Bild angewandten "Zwischenbild"- oder "Bewegungsabschätzungs"-Codierung vorausgehen oder folgen.
• Es sei ebenfalls daran erinnert, daß in der Praxis ein Bild, ehe es verarbeitet wird, unterteilt wird in eine Vielzahl von Blöcken, entweder durch die "Zwischenbild"- bzw. die "Bewegungsabschätzungs"-Codierungseinrichtung oder durch den Transformationsoperator, was ermöglicht, die Bildteile besser einzugrenzen, die modifiziert werden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern, und folglich den Datenfluß zu reduzieren, der durch das Übertragungsnetz übermittelt wird, da nur die modifizierten Teile codiert und übertragen werden.
• Diese Übertragung besteht übrigens im Falle der "Bewegungsabschätzungs"-Codierung darin, für jeden Block oder Bewegung einen Verschiebungsvektor anzugeben, der die Verschiebung des Blocks zwischen dem vorhergehenden Bild und dem laufenden Bild anzeigt. Es ist üblich, die Bilder in Blöcke gleicher Größe aufzuteilen, häufig 8 x 8 Pixel, 16 x 16 Pixel und manchmal 32 x 32 Pixel. Der Kompressionsfaktor ist umso besser, je größer die Blöcke sind, jedoch ist der Kompressionsgewinn kleiner, wenn man von 16 auf 32 Pixeln übergeht als wenn man von 8 auf 16 Pixeln übergeht.
• Wie man in Figur 1 sehen kann, umfaßt ein klassischer Codierer-Decodierer einen Codierungskanal CODi, DCODi, um die Durchsatzrate eines auf dem Netz TR zu übertragenden Bildes i zu reduzieren, und einen Decodierungskanal DCODj, um das Signal zu erhalten und zu decodieren, das einem durch das Netz TR übertragenen, entfernten Bild j entspricht.
• Die klassischen, wie in Bild 1 dargestellten Codierungs-Decodierungsvorrichtungen ermöglichen die Ausführung von hybriden Algorithmen (d.h. von Algorithmen, die mehrere Bildkompressionstechniken verbinden, nämlich einen Prädiktions- Transformationsalgorithmus), sind aber leider voluminös aufgrund der Komplexität der Verarbeitung, die solche Algorithmen erfordern.
• Die erfindungsgemäße Codier-Decodiervorrichtung erfüllt den Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen. Sie ermöglicht außerdem eine bessere Verteilung der Verarbeitungen, um die Rechenbelastungen bestimmter Schaltungen zu verringern.
• Sie entspricht außerdem auf vorteilhafte Weise der Norm CCITT H261.
• Genau ausgedrückt hat die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Codierung-Decodierung von Bildsignalen mittels Prädiktion-Transformation zum Gegenstand, umfassend Codiereinrichtungen der zu übertragenden Signale eines örtlichen Bildes und Decodiereinrichtungen von empfangenen Signalen eines entfernten Bildes, wobei diese Signale übertragen werden durch ein Übertragungsnetz einer gegebenen Leistung; dabei werden die Codiereinrichtungen dieser Vorrichtung gebildet durch eine Codierschleife der in Blöcke zerlegten Bilder, die umfaßt:
• - einen Codierer, Transformationseinrichtungen und Quantifizierungseinrichtungen umfassend, um die Differenz zwischen jedem Block eines örtlichen Bildes und dem entsprechenden Block des vorhergehenden örtlichen Bildes zu codieren,
• - einen Decodierer, Rücktransformationseinrichtungen und Rückquantifizierungseinrichtungen umfassend, die ermöglichen, jeden Block eines Bildes zu decodieren, um diese Blöcke wiederherzustellen, um sie von den Blöcken des nachfolgenden Bildes zu subtrahieren,
• dadurch gekennzeichnet, daß die Decodierungseinrichtungen des empfangenen entfernten Bildes gebildet werden durch den Decodierer der Codierschleife des örtlichen Bildes, wobei dieser Decodierer somit für die Decodierung der Blöcke des örtlichen Bildes sorgt und für die Decodierung der Blöcke des entfernten Bildes.
• Nach einer zweiten Charakteristik der Codierungs- Decodierungsvorrichtung werden die Einrichtungen zur Transformation und Rücktransformation gebildet durch ein und dieselbe Vorrichtung, und ebenso werden die Einrichtungen zur Quantifizierung und Rückquantifizierung ebenfalls gebildet durch ein und dieselbe Vorrichtung, so daß die Decodierung durch den Codierer erfolgt, was dazu beiträgt, die Größe der erfindungsgemäßen Codier-Decodiervorrichtung zu reduzieren.
• Nach einer weiteren Charakteristik der Erfindung umfaßt die Codierschleife des Codierer-Decodierers:
• - ein Multiprozessorsystem, bei dem die Prozessoren miteinander verbunden sind durch bidirektionelle Verbindungen und durch einen gemeinsamen bidirektionellen Bus,
• - ein Doppelpufferregister, um die gesendeten und/oder empfangenen Datenflüsse anzupassen zwischen der Vorrichtung und dem Übertragungsnetz.
• Nach einer weiteren Charakteristik der Codier- Decodiervorrichtung umfaßt das Multiprozessorsystem:
• - einen ersten Bildspeicher, der die Blöcke des zu verarbeitenden Bildes enthält,
• - einen zweiten Bildspeicher, der die Blöcke des vorhergehenden Bildes enthält,
• - einen dritten Bildspeicher, der die Blöcke des decodierten entfernten Bildes enthält,
• - einen ersten Signalprozessor, um die Differenz auszuführen zwischen den sich entsprechenden Blöcken, gelesen in dem ersten und dem zweiten Speicher,
• - einen zweiten Prozessor, um einerseits eine direkte Quantifizierung der transformierten Koeffizienten der örtlichen Bildblöcke durchzuführen und eine Rückquantifizierung dieser Blöcke, und andererseits eine Rückquantifizierung der Blöcke des empfangenen entfernten Bildes durchzuführen,
• - die Transformationsvorrichtung, die fähig ist, transformierte Koeffizienten von der vom ersten Prozessor abgeleiteten Differenz zu erhalten, und die Rücktransformation der vom zweiten Prozessor abgeleiteten Daten zu erhalten.
• Nach einer weiteren Charakteristik der Codier- Decodiervorrichtung umfaßt das Multiprozessorsystem außerdem:
• - einen dritten Signalprozessor, um die Verschiebungsvektoren zwischen einem neuen örtlichen Bild und einem vorhergehenden örtlichen Bild zu berechnen,
• - einen vierten Signalprozessor, um einerseits eine entropische Codierung der quantifizierten Koeffizienten durchzuführen und ein Multiplexing der codierten Daten, um sie auf dem Netz zu übertragen, und andererseits die empfangenen Daten zu demultiplexen und die entropische Codierung dieser Daten zu decodieren.
• Nach einer weiteren Charakteristik der erfindungsgemäßen Codier-Decodiervorrichtung umfaßt das Multiprozessorsystem außerdem einen vierten und einen fünften Bildspeicher, wobei diese Speicher jeweils die gleiche Rolle spielen wie der erste und der zweite Speicher und diese Duplikation ermöglicht, Zugriffskonflikte zu vermeiden zwischen dem ersten und dem dritten Prozessor.
• Nach einer weiteren Charakteristik der erfindungsgemäßen Codier-Decodiervorrichtung umfaßt das Multiprozessorsystem einen fünften Signalprozessor, um an den vom dritten Bildspeicher stammenden Daten eine Nachverarbeitung durchzuführen, und einen sechsten Bildspeicher, um diese Daten zu speichern.
• Nach einer weiteren Charakteristik umfaßt die Codier- Decodiervorrichtung außerdem einen Analog-Digital-Wandler für das zu übertragende örtliche Bildsignal, gefolgt von einem zweidimensionalen Filter und einem Digital-Analog-Wandler der Daten, die dem empfangenen Signal des entfernten Bildes entsprechen.
• Die Gesamtheit der Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden, beispielhaften und nicht einschränkenden Beschreibung hervor, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen:
• - die Figur 1 stellt ein Grundschaltbild eines Codierer- Decodierers nach der vorhergehenden Technik dar,
• - die Figur 2 stellt ein Grundschaltbild eines erfindungsgemäßen Codierer-Decodierers dar,
• - die Figur 3 stellt das Schaltbild eines klassischen Codierkanals dar, in Form von Funktionsblöcken,
• - die Figur 4 stellt das Schaltbild eines klassischen Decodierkanals dar, in Form von Funktionsblöcken,
• - die Figur 5 stellt das Ausführungsschaltbild eines erfindungsgemäßen Codierer-Decodierers dar,
• - die Figur 6 stellt eine Variante des Ausführungsschaltbilds des erfindungsgemäßen Codierer-Decodierers dar.
• In Figur 1 wurde das Codierer-Decodierer-Grundschaltbild nach der vorhergehenden Technik dargestellt. Ein Codierer- Decodierer nach der vorhergehenden Technik umfaßt einen Codierungskanal CODi für das Bildsignal i, das von einem Videoeingang kommt und übertragen werden soll durch ein Übertragungsnetz TR. Dieser Kanal umfaßt ebenfalls eine Schleife, in der sich ein Decodierer DCODi des Bildes i befindet.
• Der Codierer-Decodierer umfaßt ebenfalls einen Decodierungskanal DCODj der durch das Netz TR übertragenen Bilder j, dazu bestimmt, sichtbar gemacht zu werden, wobei das Bildsignal abgegriffen wird am Videoausgang dieses Decodierungskanals.
• In der gesamten weiteren Beschreibung versteht man unter örtlichem Bild das Bild, das in den Videoeingang des Codierkanals eingespeist wird und dazu bestimmt ist, übertragen zu werden, um am Ende der Übertragung sichtbar gemacht zu werden. Unter entferntem Bild oder Signal des entfernten Bildes versteht man das Signal, das durch eine andere Codier-Decodiereinrichtung gesendet und durch das Übertragungsnetz übermittelt wird, um sich am Ende der Verarbeitung am Videoausgang zu befinden.
• Die Figur 2 stellt das Grundschaltbild eines erfindungsgemäßen Codierer-Decodierers dar. der Codierer- Decodierer umfaßt einen Codierungskanal CODi, der das Bildsignal i empfängt, das vom Videoeingang kommt, um es auf dem Übertragungsnetz TR zu senden, und einen Decodierungskanal DCODi,j, der ermöglicht, entweder das vom Codierer CODi kommende örtliche Bild i oder das auf dem Übertragungsnetz gesendete entfernte Bild j im Time-sharing zu decodieren.
• In Figur 3 ist das Schaltbild eines Codierers dargestellt, der die Ausführung eines hybriden Prädiktions- Transformations-Algorithmus ermöglicht.
• Dieses Schaltbild ist erstellt in Form von Funktionsblöcken, wovon man in der unter der Nummer 2 589 020 veröffentlichten französischen Patentanmeldung eine Beschreibung findet bezüglich der Details betreffend die Auflösung der Bilder in Digitaldatenblöcke, die Transformation dieser Digitaldaten in den Frequenzbereich durch Anwendung einer Transformation des orthogonalen Typs wie z.B. einer Kosinus-Transformation oder einer Fourier- oder Hadamard-Transformation oder anderen.
• Dieses Schaltbild umfaßt einen Subtrahierer S, verbunden mit dem Videoeingang, der das Bildsignal i empfängt, gefolgt von einer Transformationseinrichtung Ti, die ermöglicht, die jedem Block entsprechenden Daten in transformierte Koeffizienten umzuwandeln.
• Auf die Transformationsvorrichtung Ti folgt eine Quantifizierungsvorrichtung Qi, die ermöglicht, an diesen Koeffizienten eine Quantifizierung durchzuführen. Der Codierer umfaßt ebenfalls eine Codierungsschleife, in der Rückquantifizierungseinrichtungen Q&supmin;¹i vorgesehen sind, um eine Rückquantifizierung des Ausgangssignals der Quantifizierungseinrichtungen Qi durchzuführen.
• Sie umfaßt ebenfalls Rücktranformationseinrichtungen T&supmin;¹i, die eine Rücktransformation ausführen an den Daten, die von den Quantifizierungseinrichtungen Q&supmin;¹i kommen. Die von diesen Rücktransformationseinrichtungen kommenden Daten werden eingespeist in einen Eingang eines Addierers A, von dem ein Ausgang eingespeist wird in einen Bildspeicher Pi, auf den ein Schleifenfilter Fi folgt, dessen Ausgang an einem zweiten Eingang des Subtrahierers S liegt. Das Filter kann eingeschaltet werden oder nicht durch Einrichtungen, die durch den Schalter SW1 symbolisiert werden.
• Durch den Schalter SW2 symbolisierte Einrichtungen ermöglichen, die Decodierschleife einzuschalten oder nicht.
• Codiersteuereinrichtungen CC sind vorgesehen, um die Codierart zu wählen, d.h. das Schleifenfilter oder die Codierschleife einzuschalten oder nicht.
• Die Ausgangssignale des Decoders bilden das Teilbild des durch Multiplexing auf dem Netz gesendeten Signals. Die Größe p stellt die Information bezüglich der Wahl der Codierungsart eines Blocks innerhalb eines Teilbilds dar; t stellt die Information Übertragung oder Nichtübertragung dar, qz stellt die Information der Angabe des Quantifizierers dar, q stellt den Quantifizierungsindex dar für die transformierten Quotienten, v stellt den Verschiebungsvektor dar, s stellt die Information dar, ob das Schleifenfilter eingeschaltet wird oder nicht.
• In Figur 4 ist ein Decodierer für das Signal eines entfernten Bildes dargestellt, gesendet auf dem Übertragungsnetz.
• Dieser Decodierer umfaßt einen Rückquantifizierungsoperator Q&supmin;¹j, der die Information Angabe des Quantifizierers qz erhält und die Information Quantifizierungsindex q für die transformierten Koeffizienten. Auf diesen Cperator Q&supmin;¹j folgen Transformationseinrichtungen T&supmin;¹j, die die Rücktransformation bezüglich der Transformation vornehmen, die durch die über das Übertragungsnetz direkt verbundenen Einrichtungen durchgeführt wurde. Die Ausgangssignale werden eingespeist in einen Eingang eines Addierers A. Auf diesen Addierer folgt ein Bildspeicher Pj, auf den ein Schleifenfilter Fj folgt, das eine Einschalt- oder Nichteinschaltinformation f des Schleifenfilters erhält. Der Bildspeicher Pj erhält Verschiebungsvektoren v.
• Die Figur 5 stellt eine Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Codierer-Decodierers dar. Erfindungskonform wird der Decodierungsteil eines empfangenen entfernten Bildes, so wie durchgeführt aufgrund des Blockschaltbilds der Figur 4, ausgeführt durch die in Figur 3 dargestellte Decodierschleife.
• Erfindungskonform ermöglicht der Codierer-Decodierer also die Durchführung einer Codierung der Bildsignale hinsichtlich einer Reduzierung des zur Übertragung bestimmten Informationsflusses und, andererseits, zugleich die Durchführung der lokalen Codierung der on-line gesendeten Daten zum Wiederherstellen des gespeicherten Bildes in der Codierschleife, wobei diees Bild identisch sein muß mit dem durch den entfernten Codierer erstellten Bild, und ebenfalls die Durchführung der Decodierung der Daten, die von dem entfernten Codierer ankommen, um das am anderen Ende der Leitung gesendete Bild wiederherzustellen.
• Bei der Videophonanwendung sind das örtliche Bild und das entfernte Bild diejenigen, die zwei kommunizierende Abonnenten sich übertragen.
• Der erfindungsgemäße Codierer-Decodierer ist versehen mit einer Codierschleife, die ein Multiprozessorsystem umfaßt, bei dem die Prozessoren miteinander über bidirektionelle Verbindungen verbunden sind und durch einen gemeinsamen bidirektionellen Bus. Die Codierschleife umfaßt außerdem ein Doppelpufferregister RT, um zwischen der Vorrichtung und dem Übertragungsnetz die gesendeten und/oder empfangenen Datenflüsse anzupassen.
• Das Multiprozessorsystem umfaßt einen ersten Bildspeicher A, der die Blöcke des zu verarbeitenden Bildes enthält, einen zweiten Bildspeicher B, der die Blöcke des vorhergehenden Bildes enthält, einen dritten Bildspeicher B', der die Blöcke des entfernten decodierten Bildes enthält, einen ersten Signalprozessor DSP1, um die Differenz auszuführen zwischen sich entsprechenden, in dem ersten und zweiten Speicher gelesenen Blöcken, und einen zweiten Prozessor DSP2, um einerseits eine direkte Quantifizierung Q der transformierten Koeffizienten von Blöcken des örtlichen Bildes durchzuführen und eine Rückquantifizierung Q&supmin;¹ von diesen Blöcken, und andererseits eine Rückquantifizierung Q&supmin;¹ der Blöcke von empfangenen entfernten Bilder. Es umfaßt ebenfalls eine Transformationseinrichtung T, T&supmin;¹, die die transformierten Koeffizienten der vom ersten Prozessor DSP1 ausgegebenen Differenz erhält und die Rücktransformation der vom zweiten Prozessor DSP2 ausgegebenen Daten.
• Das Multiprozessorsystem umfaßt außerdem einen dritten Signalprozessor DSP3, um die Verschiebungsvektoren zwischen einem neuen örtlichen Bild und dem vorhergehenden örtlichen Bild zu berechnen, und einen vierten Signalprozessor DSP4, um einerseits eine entropische Codierung der quantifizierten Koeffizienten durchzuführen und ein Multiplexing der auf dem Netz zu übertragenden codierten Daten, und andererseits die empfangenen Daten zu demultiplexen und die entropische Codierung dieser Daten zu decodieren.
• Die Wahl einer Transformationsvorrichtung, die geeignet ist zur Durchführung der Transformation T und der Rücktransformation T&supmin;¹ ermöglicht also, mit derselben Codiervorrichtung ebenfalls die Decodierung dieser Informationen durchzuführen, was zu einer Reduzierung des Platzbedarfs des Codierer-Decodierers führt.
• Die Wahl eines Multiprozessorsystems ermöglicht also, die Aufgaben für die Verarbeitung der Daten zu verteilen und somit bei diesen Verarbeitungen einen Zeitgewinn zu erzielen.
• Der Codierer-Decodierer umfaßt außerdem einen vierten C und einen fünften D Bildspeicher. Diese Speicher spielen jeweils eine Rolle, die identisch ist mit der, die der erste und der zweite Speicher spielen. Sie ermöglichen nämlich, die in den Speichern A und B enthaltenen Informationen zu duplizieren und somit die Zugriffskonflikte zwischen den Prozessoren DSP1 und DSP3 zu vermeiden.
• Die durch den Prozessor DSP3 an den Prozessor DSP1 gelieferten Daten durchlaufen ein Pufferregister RTV. Dieses Pufferregister speichert folglich vorübergehend die Bewegungsvektoren.
• Die Verbindung zwischen dem Prozessor DSP1 und der Transformationsvorrichtung T, T&supmin;¹ ist bidirektionell. Die Verbindung zwischen dem Prozessor DSP2 und der Transformationsvorrichtung T, T&supmin;¹ ist gleichfalls bidirektionell, ebenso wie die Verbindungen zwischen dem Prozessor DSP2, DSP4 und zwischen dem Prozessor DSP4 und dem Pufferregister RT.
• Der Prozessor DSP1, die Vorrichtung T, T&supmin;¹, der Prozessor DSP2 und der Prozessor DSP4 sind bidirektionell mit einem gemeinsamen Bus BC verbunden. Das Pufferregister RT ist mit einem nicht dargestellten aber an sich klassischen Netzinterface verbunden.
• Der Bildspeicher A erhält die durch ein zweidimensionales Filter F1 ausgegebenen Bilddaten, das die digitalen Bildsignale, erhalten nach Umwandlung durch einen Analog-Digital-Wandler CV1, empfängt.
• Der Bildspeicher B' liefert die dem entfernten, sichtbar zu machenden Bild entsprechenden Daten an ein zweidimensionales Filter F2, das diese digitalen Daten an einen Digital-Analog-Wandler CV2 sendet, um die Sichtbarmachung der entsprechenden Bilder zu ermöglichen.
• Die verschiedenen der Videophonie entsprechenden Verarbeitungen werden nun mehr detailliert.
• Die Norm H261 betrifft die Übertragungsraten von 48 kBit/s bis 2 MBit/s und sieht zwei Bildformate vor: CIF und Viertel-CIF. Das Bildformat CIF entspricht 360 Punkten x 288 Zeilen und ermöglicht, eine automatische Digitalverbindung zwischen den verschiedenen Regionen der Welt zu gewährleisten. Das reduzierte Format QCIF ist bestens geeignet für die Videophonie. Die Rechenleistung der Prozessoren DSP1 bis DSP4 erlaubt, QCIF- Bilder zu verarbeiten, d.h. 180 Punkte x 144 Zeilen mit dieser Frequenz.
• Die Bildspeicher können für Bilder des CIF-Formats dimensioniert sein. Im Falle von Bilder im CIF-Format verarbeitet der Codierer ungefähr 2 Bilder/s, was für die Fernüberwachung ausreichend ist, jedoch kaum akzeptabel für die Videophonie, ausgenommen für die Sichtbarmachung von Dokumenten. Die Architektur der Vorrichtung ist diesselbe, egal welches Bildformat gewählt wird, nur die Leistung der Prozessoren muß erhöht werden im Falle des Formats CIF.
• Die beim Eingangsspeicher A ankommenden Daten treffen mit einem Rythmus von 50 Bilder/s ein. Herkömmlicherweise isoliert man ein Bild aus N, denn der Codierer arbeitet nicht schnell genug, um alle Bilder zu verarbeiten. Bei der beschriebenen, speziellen Anwendung ist N gleich 5.
• Außerdem ist die On-line-Datenrate in der Größenordnung von 60 KBit/s und erlaubt nicht, alle Bilder zu codieren. Für höhere Datenraten und größere Rechenleistungen bleibt die vorhergehend beschriebene Architektur gültig, wenn alle Bilder codiert werden.
• Herkömmlicherweise werden die Bilder zerlegt in Blöcke der Größe 16 x 16 oder 8 x 8. Die Rechnungen werden blockweise durchgeführt. Der Prozessor DSP3 ermöglicht, die Verschiebungsvektoren zu berechnen zwischen dem neuen Bild, das sich in dem Bildspeicher C befindet, und dem Bild, das sich in dem Speicher D befindet. Diese Verschiebungsvektoren werden anschließend zum Prozessor DSP1 übertragen auf dem Weg über das Register RTV.
• Der Prozessor DSP1 ermöglicht:
• - Lesen des zu verarbeitenden Bildblocks in dem Speicher A,
• - Lesen des entsprechenden, in dem Speicher B gespeicherten Schleifenbildblocks, wobei dieses Lesen durchgeführt wird mit Adressen, die in Abhängighkeit von den entsprechenden Verschiebungsvektoren dieser Blöcke verschobenen sind,
• - eventuelles Filtern dieser Blöcke,
• - Durchführen der Differenz zwischen den vorhergehend gelesenen Blöcken,
• - Übertragen dieser Differenzen an die Transformationvorrichtung.
• Die Tranformation ist bei der gegebenen Anwendung eine Kosinustransformation.
• Der Prozessor DSP2 ermöglicht:
• - die transformierten Koeffizienten am Ausgang der Kosinus- Transformationsvorrichtung T wiederzubekommen,
• - die transformierten Koeffizienten einer variablen Schwellenoperation zu unterziehen (detaillierte Beschreibung dieser Verarbeitung in der französischen Patentanmeldung N 88 12186, angemeldet am 21 September 1988),
• - Durchführung der direkten Quantifizierung Q,
• - Übertragen der quantifizierten Koeffizienten an den Prozessor DSP4.
• Der Prozessor DSP4 ermöglicht, die entropische Codierung durchzuführen, d.h. dem Koeffizienten ein Codewort variabler Länge zuzuordnen (zweidimensionale Codierung) und das digitale Teilbild zu bilden (Anordnen der Bildvorspanne bzw.
• -köpfe, der Gruppen, der Blöcke, der Makroblöcke auf klassische Weise).
• Der Prozessor DSP2 ermöglicht außerdem:
• - die Wiederherstellung der Koeffizienten bei der Rückquantifizierungsoperation Q&supmin;¹,
• - die Übertragung der wiederhergestellten Koeffizienten zur Kosinus-Transformationsvorrichtung, damit diese letztere die Kosinus-Rücktransformation T&supmin;¹ ausführt.
• Der Prozessor DSP1 bekommt dann die Daten der Kosinus- Transformationsvorrichtung, führt die Addition mit verschobenen Blöcken durch, eventuell gefiltert (vom Speicher B kommend), die er in seinem internen Speicher aufbewahrt hat, und schreibt das Resultat (ein Block des neuen, wiederhergestellten Bildes) in die Speicher B und D.
• Die Operationen erstrecken sich über Bildblöcke. Der Blöckebegriff ist üblich und wurde in den vorhergehend erwähnten Patentanmeldungen beschrieben.
• Das Doppelpufferregister RT ermöglicht, die Datenflüsse, die konstant sind bei Netzen mit festen Datenraten, anzupassen an die des Codierer-Decodierers, die variabel sind. Diese Datenflüsse sind selbstverständlich im Mittel konstant.
• Die Verbindung zwischen dem Doppelregister RT und dem Prozessor DSP4 ist umkehrbar, ebenso wie die zwischen dem Prozessor DSP4 und DSP2. Der Schleifenspeicher B ist derart verdoppelt, daß dieser Speicher das durch den Codierer wiederhergestellt Bild enthält, und daß der andere Speicher, der des Speichers B', das des Decodierers enthält.
• Die Daten, die vom Netz kommen, werden demultiplext durch den Prozessor DSP4, der im Time-sharing zwischen diesen Multiplexing- und Demultiplexingoperationen arbeitet. Die Arbeitsaufteilung erfolgt auf Makroblockebene. Die Koeffizienten werden dann zum Prozessor DSP2 übertragen, der dieselben Operationen wie für den lokalen Decodierer ausführt. Wenn der Prozessor DSP1 die Daten am Ausgang der Rücktransformation erhält, führt er folgende Operationen durch:
• - Lesen des Blocks entsprechend den empfangenen Daten in dem Speicher B' mit Adressen, verschoben in Abhängigkeit vom Bewegungsfaktor, übertragen durch den Prozessor DSP4 auf dem gemeinsamen Bus,
• - eventuelles Filtern dieses Blocks,
• - Addition der erhaltenen Daten des soeben gelesenen und eventuell gefilterten Blocks,
• - Einschreiben des Resultats in den Speicher B'.
• Die Figur 6 entspricht einer Ausführungsvariante des Codierer-Decodierers nach Figur 5. Diese Figur enthält dieselben Elemente wie die Figur 5 (gleiche Elemente tragen dieselben Referenzen) und zwei zusätzliche, dieser Variante entsprechende Elemente. Es handelt sich um einen Signalprozessor DSP5 und um einen Bildspeicher E. Der Signalprozessor DSP5 ermöglicht, eine Nachbearbeitung genannte Bearbeitung durchzuführen, wovon man eine Beschreibung finden kann in den französischen Patentanmeldungen FR 2589020 und FR 2599577. Der Inhalt des Speichers B' kann demzufolge direkt sichtbar gemacht werden oder mittels des Prozessors DSP5 und des hinzugefügten Bildspeichers E.
• Bei den soeben beschriebenen Ausführungen verwendet man zweidimensionale Filter F1 und F2, erforderlich bei der speziellen, als Beispiel gegebenen Ausführung, um die Bildformatwechsel auszuführen. Diese Filter spielen keine besondere Rolle bei der beschriebenen Architektur, außer die dieses Formatwechsels CIF und QCIF.
• Der erfindungsgemäße Codierer-Decodierer ermöglicht es, die Dimensionen der üblicherweise bei dieser Art von Anwendung benutzten Vorrichtungen beträchtlich zu reduzieren. Der Decodierungsteil des örtlichen Bildes ermöglicht nämlich ebenso die Verarbeitung des entfernten Bildes.
• Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Arbeitskapazität des Decodierungsteils besser genutzt als bei den klassischen Decodierern. Tatsächlich müssen im Codierungsteil die feststehenden Blöcke, d.h. diejenigen, für die alle Koeffizienten null sind am Ausgang der Kosinus-Transformationsvorrichtung, nicht quantifiziert dann dequantifiziert werden usw..., so daß der Signalprozessor DSP2 nichts tut für diese speziellen Blöcke. Nun, diese letzteren stellen wenigstens 30% der Gesamtheit der mit 64kBit/s codierten Bilder dar. Diese Verringerung der Rechenbelastung des Prozessors DSP2 kommt der Verarbeitung der empfangenen Blöcke zugute (die ihrerseits auch im Mittel höchstens zu 70% nichtfeststehend sind). Die Arbeitskapazität des Prozessors DSP2 wird daher besser genutzt.
• Im Falle von Überlastung (Beispiel eines gänzlich codierten Bildes, wo alle Blöcke decodiert werden müssen) hat der Decodierer Priorität, der zunächst die Blöcke des entfernten Bildes verarbeitet. Das laufende örtliche Bild kann in diesem Fall unterbrochen werden. Daraus resultiert eine Verzögerung oder es fehlt schlimmstenfalls codiererseitig ein Bild. Diese Lösung stört die Sichtbarmachung überhaupt nicht.
• Einige Vorrichtungs-Referenzbeispiele für die soeben beschriebenen Ausführungen werden als Beispiel gegeben. Die Prozessoren DSP1 bis DSP5 können Motorola 56001-Vorrichtungen sein. Die Cosinus-Transformationsschaltung, direkt und invers, kann eine TV3200-Schaltung von SGS THOMSON sein. Die Filter F1 und F2 sind 2D ASIC-Filter, z.B. von THOMSON. Der Prozessor DSP4 kann die TEXAS-Schaltung TMS320C25 sein.
• Selbstverständlich ist die soeben angegebene spezielle Ausführung nur eine Beispiel, und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hergestellt werden mit standardmäßigen, speziellen oder DSP- Bauteilen, entsprechend dem gegebenen Beispiel.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Codierung-Decodierung von Bildsignalen mittels Prädiktion-Transformation, umfassend Codiereinrichtungen von den zu übertragenden Signalen eines örtlichen Bildes und Decodiereinrichtungen von empfangenen Signalen eines entfernten Bildes, wobei diese Signale übertragen werden durch ein Übertragungsnetz einer gegebenen Leistung, wobei die Codiereinrichtungen dieser Vorrichtung gebildet werden durch eine Codierschleife eines in Blöcke zerlegten Bildes, die umfaßt:

- einen Codierer, Transformationseinrichtungen (T) und Quantifizierungseinrichtungen (Q) umfassend, um die Differenz zwischen jedem Block eines örtlichen Bildes und dem entsprechenden Block des vorhergehenden örtlichen Bildes zu codieren,

- einen Decodierer, inverse Transformationseinrichtungen (T&supmin;¹)und inverse Quantifizierungseinrichtungen (Q&supmin;¹) umfassend, die ermöglichen, jeden Block eines Bildes zu decodieren, um diese Blöcke wiederherzustellen, um sie von den Blöcken des nachfolgenden Bildes zu subtrahieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Decodiereinrichtungen des empfangenen entfernten Bildes gebildet werden durch den Decodierer der Codierschleife des örtlichen Bildes, wobei dieser Decodierer somit die Decodierung der Blöcke des örtlichen Bildes gewährleistet und die Decodierung der Blöcke des entfernten Bildes.

2. Codier-Decodiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen der Transformation (T) und der inversen Transformation (T&supmin;¹) realisiert sind durch ein und dieselbe Vorrichtung und die Einrichtungen der Quantifizierung und der inversen Quantifizierung ebenfalls realsiert sind durch ein und dieselbe Vorrichtung, so daß die Decodierung durch den Codierer realisiert wird.

3. Codier-Decodiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer und der Decodierer der Codierschleife umfaßt:

- ein Multiprozessorsystem, bei dem die Prozessoren miteinander verbunden sind durch bidirektionelle Verbindungen und durch einen gemeinsamen bidirektionellen Bus (BC),

- ein Doppel-Pufferregister (RT), um Flüsse von zwischen der Vorrichtung und dem Übertragungsnetz übertragenen und/oder empfangenen Daten anzupassen.

4. Codier-Decodiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Multiprozessorsystem umfaßt

- einen ersten (A) Bildspeicher, der die Blöcke des zu verarbeitenden Bilds enhält,

- einen zweiten (B) Bildspeicher, der die Blöcke des vorhergehenden Bilds enthält,

- einen dritten (B') Bildspeicher, der die Blöcke des decodierten, entfernten Bilds enthält,

- einen ersten Signalprozessor (DSP1), um die Differenz auszuführen zwischen den sich entsprechenden Blöcken, gelesen in dem ersten und dem zweiten Speicher,

- einen zweiten Prozessor (DSP2), um einerseits eine direkte Quantifizierung (Q) der transformierten Koeffizienten der örtlichen Bildblocke durchzuführen und eine inverse Quantifizierung (Q&supmin;¹) dieser Blöcke, und andererseits eine inverse Quantifizierung (Q&supmin;¹) der Blöcke des empfangenen entfernten Bildes durchzuführen,

- die Transformationvorrichtung (T, T&supmin;¹), die fähig ist, transformierte Koeffizienten von der vom ersten Prozessor (DSP1) abgeleitenten Differenz zu erhalten, und die inverse Transformation der vom zweiten Prozessor (DSP2) abgeleiteten Daten zu erhalten.

5. Codier-Decodiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Multiprozessorsystem außerdem umfaßt:

- einen dritten Signalprozessor (DSP3), um die Verschiebungsvektoren zwischen einem neuen örtlichen Bild und einem vorhergehenden örtlichen Bild zu berechnen,

- einen vierten Signalprozessor (DSP4) , um einerseits eine entropische Codierung der quantifizierten Koeffizienten durchzuführen und ein Multiplexing der codierten Daten, um sie auf dem Netz zu übertragen, und andererseits die empfangenen Daten zu demultiplexen und die entropische Codierung dieser Daten zu decodieren.

6. Codier-Decodiervorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das das Multiprozessorsystem ebenfalls einen vierten (C) und fünften (D) Bildspeicher umfaßt, wobei diese Speicher jeweils eine dem ersten und zweiten Speicher identische Rolle spielen, wobei die Verdopplung es ermöglicht, Zugriffskonflikte zwischen dem ersten und dem dritten Prozessor (DSP1, DSP3) zu vermeiden.

7. Codier-Decodiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen fünften Signalprozessor (DSP5) umfaßt, um an den vom dritten Bildspeicher (B') stammenden Daten eine Nachverarbeitung durchzuführen, und einen sechsten Bildspeicher (E), um diese Daten zu speichern.

8. Codier-Decodiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Analog-Digitai-Wandler (CV1) für das zu übertragende örtliche Bildsignal umfaßt, gefolgt von einem Filter 2D (F1) und einem Digital-Analog- Wandler (CV2) der Daten, die dem empfangenen Signal des entfernten Bilds entsprechen.