DE69123646T2

DE69123646T2 - Kodierverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE69123646T2
Application number: DE69123646T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori C/O Denshi Shohin Kaihats Nagaokakyo-Shi Kyoto-Fu Asamura; Yoshiko C/O Denshi Shohin Kaihatsu Nagaokakyo-Shi Kyoto-Fu Hatano; Ken C/O Denshi Shohin Kaihatsu Kenkyusho Nagaokakyo-Shi Kyoto-Fu Onishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: KR950000830B1; EP0464591A3; KR920001489A; DE69123646D1; EP0464591A2; EP0464591B1; US5442399A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Formatieren und Codieren eines digitalen Videosignals jedes Frequenzbandes nach einem Unterteilen desselben in eine Vielzahl von Frequenzbändern.

Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik

Herkömmlich ist ein digitales Videosignal derart codiert worden, wie es im japanischen offengelegten Patent JP-A-1253382 (1989) und in US-A-4,394,774 offenbart ist. Hierin wird nachfolgend das herkömmliche Codierungsverfahren unter Bezugnahme duf diese Dokumente nach dem Stand der Technik diskutiert.
In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der Struktur eines herkömmlichen Geräts zum Codieren eines digitalen Videosignals gezeigt, das im oben angegebenen japanischen offerigelegten Patent mit der Nr.1-253382 offenbart ist. Eine Schaltung zum Abschätze einer Hauptbewegung 101 regelt einen Hauptversatzvektor, dessen Bildzu-Bild-Differenz zu jedem vorangehenden Bild minimal ist, und gibt den Vektor zu einer Abtastumwandlungsschaltung 102 und einer Codierschaltung 105 aus. Die Abtastumwandlungsschaltung 102 bildet einen zweidimensionalen Block von 8 Bildelementen X 8 Zeilen, um dadurch einen dreidimensionalen Block mit den vier zweidimensionalen Blöcken der aufeinanderfolgenden vier Bilder zu bilden. Alle vier zweidimensionalen Blöcke in jedem dreidimensionalen Block werden im Raum von einem Bild zu einem anderen durch den von der Schaltung 101 ausgegebenen Versatzvektor verschoben. Der von der Abtastumwandlungsschaltung 102 ausgegebene dreidimensionale Block wird bei einer Schaltung 103 zur dreidimensionalen orthogonalen Übertragung durch eine orthogonale Transformation verarbeitet. Eine Invers-Quantisier- und Normalisierschaltung 104 normalisiert und quantisiert Koeffinenten, die von der Schaltung 103 zur dreidimensionalen orthogonalen Transforination ausgegeben werden. Die Normalisierung gewichtet Koeffizienten durch Mulliplizieren oder Dividieren von ihnen gemäß einem Parameter, der zur Auffüllrate eines Ratensteuerspeichers 106 gehört, und der Koeffizienten selbst. Die Quantisierung wandelt den normalisierten Wert jedes mit einem Gleitkomma ausgedrückten Koeffizienten in eine ganze Zahl um.
Eine Ausgabe der Quantisier- und Normalisierschaltung 104 wird zur Codierschaltung 105 ausgegeben, die ein Wort eines Huffman-Codes unter Worten, die in einem Speicher gespeichert und zuvor geregelt sind, und ein weiteres Wort, das eine Adresse des codierten Werts anzeigt, durch jeden quantisierten Wert von nicht Null zum Ratensteuerspeicher 106 sendet. Die Adresse wird gleichzeitig mit der eindimensionalen Abtastung im dreidimensionalen Block durch ein Codieren der Länge einer Aufeinanderfolge von Nullen geregelt. Die Codierschaltung 105, die mit einer Funktion zum Codieren variabler Länge versehen ist, ist ein allgemein übliches Modell Dei Ratensteuerspeicher 106 stellt sicher, daß die Ausgaberate konstant ist. Das oben angegebene US-Patent mit der Nr.4,394,774 offenbart das Verfahren zum Reduzieren der Codierungsrate der Aufeinanderfolge von Nullen, die vom Ratensteuerspeicher 106 ausgegeben werden.
In Fig. 2 ist eine Codierschaltung 105 eines anderen Ausführungsbeispiels gezeigt. Das Codiergerät 105 kann in einer derartigen Struktur angeordnet sein, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wobei jedes der Geräte mit m parallelen Pfaden ausgestattet ist, um alle zu codierenden Werte zu empfangen. Genauer gesagt werden diese Werte zu jeweiligen Speicherschaltungen entlang der Pfade eingegeben, und jede Speicherschaltung hat zwei Speicher, die selbst als Flip-Flop arbeiten. Der Wert eines gegebelien dreidimensionalen Blocks wird in einen der zwei Speicher geschrieben, während der Wert des vorangehenden Blocks durch den anderen Speicher gelesen wird, und zwar in der Reihenfolge entsprechend einer neuen Abtastung. Die Fig. 3(a) und 3(b) zeigen zwei Typen einer Abtastung zum Lesen, d.h. Fig. 3(a) ist ein Typ, der eine Minimierung der Rate eines Blocks mit einem festen Inhalt erlaubt und Fig 3(b) ist ein Typ, der sich auf ein sich bewegendes Bild bezieht. Jede Ausgabe von den Speicherschaltungen 111a-111m wird zu jeweiligen Assoziativschallungen 112a-112m ausgegeben, welche Codierschaltungen sind, die ein Codieren variabler Länge gemäß der USP mit der Nr.4,394,774 durchführen. Jede Ausgabe von den Schaltungen 112a-112m wird zu einer Zähl- und Beurteilungsschaltung 113 eingegeben. Die Schaltung 113 zählt die Anzahl von Bits, die zum Codieren jedes dreidimensionalen Blocks zur Abtastung verwendet werden, um dadurch eine Abtastung zu bestimmen, die die Rate des dreidimensionalen Blocks minimiert. Darüber hinaus steuert die Schaltung 113 eine Ausgabe einer Verzweigungsschaltung 114, die Bits speichert, die von jeder Codierschaltung ausgegeben werden, und stellt die Übertragung von Bits entsprechend der optimalen Codierung des dreidiinensionalen Blocks zu einer Multiplexschaltung 115 sicher. Die Multiplexschaltung 115 multipliziert die Bits basierend auf einem ausgewählten Abtastindex und überträgt sie zu einem Decodiergerät zur Rekonstruktion des Blocks, und stellt die Übertragung eines Hauptversatzvektors sicher, der die Bilder bestimmt, wenn eine jeweilige von vier Gruppen von Bildern gestartet wird.
Gemäß einem herkömmlichen Codierverfahren eines digitalen Videosignals wird dann, wenn die Koeffizienten nach einer Verarbeitung durch die dreidimensionale orthogollale Transformation in der einen Dimension abgetastet sind, die Codiermenge durch Auswählen des Abtasttyps der Fig. 3(a) für einen statischen Teil und des Abtasttyps der Fig. 3(b) für einen sich bewegenden Teil reduziert. Bei einer Kombination der Unterteilung und der dreidimensionalen orthogonalen Transformation, nämlich dann, wenn die dreidimensionale orthogonale Transformation auf jede Bandkomponente angewendet wird, nachdem das digitale Videosignal in eine Vielzahl von Frequenzbändern aufgeteilt ist, werden jedoch die Typen in den Fig. 3(a) und 3(b) als nicht optimal angesehen, und zwar insbesondere für Komponenten, die hohe Frequenzen enthalten.
Der Quantisierungspegel der von der Schaltung 103 zur dreidimensionalen orthogonalen Tiansformation ausgegebenen Koeffizienten wird durch einen Parameter entschieden, der sich auf die Auffüllrate des Ratensteuerspeichers 106 bezieht, und die Koeffizienten selbst. In diesem Fall sind dann, wenn sowohl ein flacher Teil als auch ein kantiger Teil innerhalb eines Blocks existiert, Störungen am flachen Teil eines reproduzierten Bildes sehr deutlich sichtbar.
Gemäß dem japanischen offengelegten Patent JP-A-1253382 wird dann, wenn ein Nutzsignal gemäß der Zeilensprungabtastung behandelt wird, das Signal bei der sequentiellen Abtastung von früher bis zur Codierung in ein Videosignal umgewandelt Daher wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ein Bild durch jedes Vollbild gebildet, und eine horizontale Richtung 1 wird als erste dimensionale Richtung eingestellt, eine veitikale Richtung 2 als zweite dimensionale Richtung und eine zweite Richtung 3 als dritte dimensionale Richtung, um dadurch einen dreidimensionalen Block zu bilden, und die Redundanz des Videosignals wird durch Durchführen einer orthogonalen Transformation bezüglich des dreidimensionalen Blocks eliminiert. Zwischenzeitlich wird das Zeilensprungabtastverfahren beim aktuellen Fernsehschirm verwendet, wie es in Fig. 5 gezeigt Ist. Dieses Verfahren kann ein Flackern verhindern, ohne die Menge an zu übertragender Information beim Übertragen der sich bewegenden Bildinformation zu erhöhen. Demgemäß wird ein Schirm durch die Hälfte der Anzahl an Abtastzeilen vollständig abgetastet, die in Fig. 5 gezeigt sind. Auf dem vorangehenden Schirm nicht abgetastete Zeilen werden auf dem nachfolgenden Schirm abgetastet, so daß die vertikale Auflösung des Bildes diesbezüglich eingeschränkt wird, daß sie verschlechtert wird. Da die Anzahl von Schirmen, die innerhalb derselben Periode übertragen werden, gemäß der Zeilensprungabtastung verglichen mit der sequentiellen Abtastung auf das Zweifache erhöht wird, wird das Auftreten des Flackerns beschränkt. Der Schirm, der grob abgetastet wird, wie es oben beschrieben ist, wird Halbbild genannt. Ein Vollbild wird aus zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern gebildet, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, und daher beträgt die Abtastgeschwindigkeit gemäß dem NTSC-(National Television System Committee)- Verfahren etwa 60 Halbbilder pro Sekunde.
Beim herkömmlichen Verfahren zum Codieren eines digitalen Videosignals wird ein dreidimensionaler Block durch ein Videosignal in der sequentiellen Abtastform gebildet, welches der Grund dafür ist, warum die Redundanz des Videosignals bei der Zeilensprungabtastungsform nicht effektiv eliminiert werden kann. Insbesondere dann, wenn das Videosignal bei der Zeilensprungabtastungsform mit einer großen Bewegung auf dieselbe Weise codiert wird, wie das Videosignal bei der sequentiellen Abtastform, wird ein zweidimensionaler Block mit dem räumlichen Versatz und einem Zeitversatz gemischt gebildet, was es schwierig macht, die Redundanz des Videosignals zu eliminieren.
Fig 7 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Codiergeräts leigt, das beispielsweise in IEEE Transactions on Consumer Electronics, Bd. 34, Nr.3 (August 1988) unter dem Titel "AN EXPERIMENTS DIGITAL VCR WITH 40MM DRUM, S/NGLE ACTUATOR AND DCT-BASED BIT-RATE REDUCTION" offenbart ist. Diesbezüglich zeigt Fig. 7 eine Blockformatierschaltung 121, die ein eingegebenes digitales Videosignal in eine Vielzahl von Blöcken aufteilt und das Videosignal jedes Blocks zu einer DCT-Schaltung 122 ausgibt. Die DCT-Schaltung 122 verarbeitet jeden von der Blockformatierschaltung 121 ausgegebenen Block durch eine DCT (Diskrete Cosinustransformation) und gibt die erhaltenen Koeffizienlen zu einer Gewichtungsschaltung 123 aus. Jeder Koeffizient von der DCT- Schaltuilg 122 wird bei der Gewichtungsschaltung 123 gewichtet und dann zu einer Schaltung 124 zur adaptiven Quantisierung ausgegeben. Die Schaltung 124 zur adaptiven Quantisierung, die eine Vielzahl von Quantisierungstabellen unterschiedlicher Quantisierungsschrittbreiten hält, quantisiert den gewichteten Koeffizienten gemäß der optimalen Quantisierungsschrittbrelte und gibt ihn zu einer Schaltung 125 zur Codierung variabler Länge aus. Das Gerät 125 zur Codierung variabler Länge führt eine Codierung variabler Länge bezüglich des quantisierten Koeffizienten durch und gibt die in variabler Länge codierten Daten zu einem Pufferspeicher 126 aus Der Pufferspeicher 126 wandelt die Daten zu einer festen Rate um und speichert dieselbe. Die zu einer variablen Länge codierten Daten werden mit einer festen Ausgangsrate ausgegeben. Eine Puffersteuerung 127 schaltet die Quantisierungsschrittbreite bei der Schaltung 124 zur adaptiven Quantisierung so, daß der Pufferspeicher 126 nicht überläuft, und sie wählt gleichzeitig den bei der Schaltung 125 zur Codierung variabler Länge zu codierenden Koeffizienten aus.
Nun wird die Operation des oben beschriebenen Geräts ausführlicher diskutiert. Ein eingegebenes digitales Videosignal ist beispielsweise aus einem Luminanzsignal und zwei Farbdifferenzsignalen zusammengesetzt. Diese Signale werden bei der Formatierschaltung 121 zeitmultiplext und in Blöcke aufgeteilt, wie beispielsweise 8 Bildelemente X Zeilen, und zur DCT-Schaltung 122 ausgegeben. Das Videosignal in jedeim Block wird durch die DCT bezüglich 8 Bildelementen in der horizontalen und in der veitikalen Richtung bei der DCT-Schaltung 122 verarbeitet. Unter der Annahme, daß das Videosignal durch x(i,j) (i,j = 0,1, ..., 7) ausgedrückt ist, wird die DCT an 8 Bildelementen in der horizontalen Richtung auffolgende Weise durchgeführt:
Und die DCT wird an 8 Bildelementen in der vertikalen Richtung an den transformierten Videosignalen f(0,j), f(m,j) gemäß nachfolgenden Gleichungen durchgeführt:
[)emgemäß wird das Videosignal als Koeffizient F(m,n) (m,n = 0,1, ..., 7) ausgedrückt und zur Gewichtungsschaltung 123 ausgegeben.
Jeder zur Gewichtungsschaltung 123 eingegebene Koeffizient wird durch eine Gewichtung verarbeitet. Genau gesagt wird, da das menschliche Augenlicht gegenüber einer hohen räumlichen Frequenz schwach ist, eine Gewichtung mit geringer Rate bezüglich einer Zone durchgeführt, die hohe räumliche Frequenzkomponenten enthält, wohingegen eine Gewichtung mit einer großen Rate bezüglich einer Zone durchgeführt wird, die niedrige räumliche Frequenzkomponenten enthält. Eine Gewichtungsfunktion W(m,n) wird durch folgende Gleichung dargestellt:
W(m,n) = 7 - (1 - α)m/7x7 - (1 - α)n/7
(0< ≤1)(m,n=0, 1, ...,7)
Die Ausgabe von der Gewichtungsschaltung 123 wird bei der Schaltung 124 zur adaptiven Quantisierung quantisiert. Basierend auf dem Koeffizienten in jedem Block und dem Quantisierungsparameter, der von der Puffersteuerung 127 ausgegeben wird, wird die adaptive Quantisierungsschrittbreite bei der Schaltung 124 zur adaptiven Quantisierung ausgewählt. Der gewichtete Koeffizient wird gemäß der ausgewählten optimalen Quantisierungsschrittbreite quantisiert. Genau gesagt wird eine grobe Quantisierungsschrittbreite für die Videodaten mit einem führenden Ende von starkem Kontrast ausgewählt, oder eine feine Quantisierungsschrittbreite wird tür die Videodaten eines detaillierten Teils kleiner Amplitude ausgewählt.
Der quantisierte Koeffizient wird bei der Schaltung 125 zur Codierung in variabler Länge in variabler Länge codiert und im Pufferspeicher 126 gespeichert. Die Menge an Daten, die im Pufferspeicher 126 gespeichert sind, wird durch die Puffersteuerung 127 geprüft, um zu verhindern, daß der Pufferspeicher 126 überläuft. Die Puffersteuerung 127 entscheidet über den Quantisierungsparameter gemäß der Menge an Daten, die im Pufferspeicher 126 gespeichert sind. Die Quantislerungsschrittbreite in der Schaltung 124 zur adaptiven Quantisierung wird gemäß diesem Quantisierungsparameter geändert, und ebenso wird der in der Schaltung 125 zur Codierung vanabler Länge zu codierende Koeffizient gemäß der Menge an Daten im Pufferspeicher 126 ausgewählt. Anders ausgedrückt erhöht die Puffersteuerung 127 die Reduktionsrate von Daten, wenn der Pufferspeicher 126 viele Daten speichert. Andererseits reduziert die Puffersteuerung 127 die Reduktionsrate, wenn die Menge an Daten, die im Pufferspeicher 126 gespeichert sind, gering ist. Aufgrund der Einstelltung bei der Puffersteuerung 127, wie es oben beschrieben ist, wird verhindert, daß der Pufferspeicher 126 überläuft. Die im Pufferspeicher 126 gespeicherten Daten werden mit einer festen Ausgangsrate gelesen.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Codiergerät ist es dann, wenn ein digitales Videosignal in Unterbänder unterteilt ist und eine orthogonale Transformation bezüglich der Blöcke in jedem Unterband durchgeführt ist, da die Frequenzantwort jedes Unterbandes durch die Einflüsse der Faltung der Unterabtastung unterschiedlich ist, notwendig, daß eine Gewichtung für jedes Unterband angepaßt wird.
Wie es im japanischen offengelegten Patent mit der Nr.63-38385 (3838511988) offenbart ist, kann ein abgetastetes Videosignal periodisch ausgedünnt werden, um die Codierrate des Signals zu reduzieren. Die Fig. 9 und 10 sind Blockdiagramme, die die jeweilige Struktur einer Sendeseite (Aufzeichnungsseite) und einer Empfangsseite (Wiedergabeseite) eines Codiergeräts zeigen, wobei das Unterabtastverfahren, das oben angegeben ist, für ein Farbvideosignal verwendet wird.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 die Sendeseite erklärt. Ein Farbvideosignal wird beispielsweise im NTSC-System zu einem Eingangsanschluß 131 eingegeben. Wenn dieses Farbvideosignal zu einem A/D-Wandler 132 ausgegeben wird, wird ein digitales Farbvideosignal erhalten, das in 8 Bits pro einer Abtastung mit einer Abtastfrequenz von beispielsweise 4 fsc (fsc: Farb-Hilfsträgerfrequenz) quantisiert ist. Das erhaltene digitale Farbvideosignal wird zu einer Unterabtastschaltung 133 ausgegeben, und dann zu einer Formatierschaltung 134. Ein Vorfilter für eine Bandbeschränkung ist in der ersteren Stufe der Unterabtastschaltung 133 nicht vorgesehen, weshalb hohe Frequenzkomponenten des Farbvideosignals nicht verloren werden.
In der Unterabtastschaltung 133 wird das Farbvideosignal mit einer Abtasffrequenz von 2 fsc abgetastet. Bei der Formatierschaltung 134 wird das digitale Farbvideosignal weiterhin in ein kontinuierliches Signal pro jedem zweidimensionalen Block umgewandelt, der eine Codiereinheit ist. Gemäß dem in Fig. 9 gezeigten Beispiel ist cni durch Unterteilen des Schirms eines Halbbildes erhaltener Block aus 8 Bildelementen X 4 Zeilen zusammengesetzt, d.h. 32 Bildelementen. Fig. 11 stellt einen Block dar, bei dem eine durchgezogene Linie eine Linie eines Halbbildes einer ungeraden Anzahl anzeigt, und bei dem eine gestrichelte Linie eine Linie eines Halbbildes einer geraden Anzahl zeigt. Ein Block kann ein dreidimensionaler Block sein, der durch vier zweidimensionale Bereiche in jeweils vier Vollbildern gebildet ist. Die Bildelemente im Block werden, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, bei der Unterabtastschaltung 133 ausgedünnt, die vor der Formatlerschaltung 134 vorgesehen ist. Folglich ist die Anzahl von Bildelementen in jedem Block 16. Ein Symbol 0 in Fig. 12 ist ein unterabgetastetes Bildelement und ein Symbol x ist ein ausgedünntes Bildelement.
Die Ausgabe der Formatierschaltung 134 wird einer Schaltung 135 zum Erfassen eines Dynamikbereichs (DR) und einer Verzögerungsschaltung 136 eingegeben. Die DR Erfassungsschaltung 135 erfaßt den Dynamikbereich und einen minimalen Wert MIN durch jeden Block. Die Bildelementdaten PD von der Verzögerungsschaltung 136 werden zu einem Subtrahierer 137 ausgegeben, wo die Bildelementdaten PDI, von denen der minimale Wert MIN entfernt ist, gebildet werden.
In eine Quantisierschaltung 138 werden die Bildelementdaten PDI ohne den minimalen Wert und den Dynamikbereich DR eingegeben. Die Bildelementdaten PDI werden bei der Quantisierschaltung 138 in Übereinstimmung mit dem Dynamikbeieich DR quantisiert. Die Quantisierschaltung 138 gibt ein Codesignal aus, wobei ein Bildelementdatum in vier Bits umgewandelt ist.
Das Codesignal DT von der Quantisierschaltung 138 wird zu einer Halbbildbildungsschaltung 139 ausgegeben. Der Dynamikbereich DR (8 Bits) und der minimale Wert MIN (8 Bits) werden als zusätzlicher Code jedes Blocks zur Halbbildbildungsschaltung 139 eingegeben. Die Halbbildbildungsschaltung 139 führt eine Fehlerkorrekturcodierung bezüglich des Codesignals DT und des zusätzlichen Codes aus, und fügt auch ein Synchronisiersignal hinzu. Die bei einem Ausgangsanschluß 140 der Halbbildbildungsschaltung 139 erhaltenen Sendedaten werden zu einer Sendeleitung ausgegeben, wie beispielsweise einer digitalen Leitung etc. Im Fall eines digitalen VTR wird das Ausgangsslgnal über einen Aufzeichnungsverstärker und einen Drehtransformator und ähnliches zu einem Dreh kopf gesendet.
Die Empfangsseite wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 gezeigt. Die empfangenen Daten werden einer Schaltung 142 zur Auflösung von Halbbildern über einen Eingangsanschluß 141 eingegeben. Das Codesignal DT und der zusätzliche Code DR, MIN werden bei der Schaltung 142 zur Auflösung von Halbbildern getrennt und durch eine Fehlerkorrektur verarbeitet. Das Codesignal DT und der Dynamikbereich DR werden zu einer Decodierschaltung 143 ausgegeben.
Die Decodierschaltung 143 führt die Behandlung aus, die umgekehrt zu jener der Quantisierschaltung 138 auf der Sendeseite ist. Das bedeutet, daß die Daten, bei denen der minimale Pegel entfernt ist, zu einem repräsentativen Pegel decodiert werden, zu welchem Daten der 8-Bit-Minimalwert MIN bei einem Addierer 144 hinzugefügt wird, wodurch die ursprünglichen Bildelementdaten decodiert werden. Die Ausgabe des Addierers 144 wird einer Schaltung 145 zur Auflösung der Formatierung eingegeben, welche im Verfahren, das umgekehrt zu demjenigen in der Formatierschaltung 134 ist, die decodierten Daten in der Reihenfolge von Blöcken in jene in derselben Reihenfolge wie bei der Abtastung umwandelt. Wenn die Ausgabe der Schaltung 145 zum Auflösen der Formatierung zu einer Interpolationsschaltung 146 eingegeben wird, werden die Daten der ausgedünnten Bildelemente durch die Unterabtastdaten darum interpoliert. Das digitale Farbvideosignal mit der Abtastfrequenz von 4 fsc von der Interpolationsschaltung 146 werden zu einem D/A-Wandler 147 ausgegeben. Demgemäß wird ein analoges Farbvideosignal am Ausgangsanschluß 148 des D/A-Wandlers 147 erhalten. In dem Fall, in dem kein Vorfilter auf der Sendeseite vorgesehen ist, gibt es eine Möglichkeit, daß eine Faltungsverzerrung eneugt wird, und zwar beispielsweise bei einer Stelle, wo der Luminanzpegel plötzlich geändert wird, und daher kann eine Schaltung zum Entfernen der Verzerrung an einer Ausgangsseite der Interpolationsschaltung 146 angeschlossen sein.
Obwohl die Codierrate bei dem herkömmlichen Codiergerät der oben diskutierten Struktur reduziert ist, sind dort noch einige Probleme enthalten, die darin bestehen, daß die Auflösung eines sich bewegenden Bildes verringert wird, ein Auftreten der Faltungsverzerrung die Qualitätsverschlechterung erhöht, etc. Das herkömmliche Codiergerät ist unzureichend für eine Codierung zum Erhalten eines Bildes guter Qualität.
Die Fig 13 und 14 sind Blockdiagramme, die die Struktur einer herkömmlichen Unterband Aufteilungs-/Zusammensetzungsschaltung zeigen, die beispielsweise in IEEE Transactions on Circuits and System, Bd. 35, Nr.2 (Februar 1988) "Sub-Band Coding of Monochrome and Color Images" offenbart ist.
In Fig. 13 wird ein durch einen Eingangsanschluß 151 eingegebenes digitales Videosignal zu einem horizontalen Tiefpaßfilter 152 (das hierin nachfolgend horizontales PF 152 genannt wird) zum Beschränken einer horizontalen Frequenz des Videosignals ausgegeben. Das horizontale LPF 152 ist ein Filter mit einer geraden Anzahl "on Bandsperrfrequenzen mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 15 gezeigt ist. Wenn die Funktion des horizontalen LPF 152 durch hl(n) (h = 0,1, ..., N-1; wobei N eine gerade Zahl ist) bestimmt ist, wird die folgende Gleichung erhalten:
h1(n)=h1(N-n-1),n=0, ..., (N/2)-1
Anders ausgedrückt gibt dann, wenn das eingegebene Videosignal 256 Bildelemente x 256 Zeilen ist, das horizontale LPF 152 ein durch nachfolgende Formel (1) ausgedrücktes Signal bei jeder Zeile x(n) (n = 1,..., 256) des Videosignals aus:
Andererseits wird das eingegebene digitale Videosignal auch zu einem horizontalen hochpaßfilter 153 (das hierin nachfolgend horizontales HPF 153 genannt wird) zum Beschränken einer horizontalen Frequenz des Videosignals eingegeben. Das honzontale HPF 153 ist ein Filter mit einer geraden Anzahl von Bandsperrfrequenzen mit einer Frequenzantwort b der Fig. 15. Die Funktion h2(n) (n = 0,...) ist dann bestimmt durch:
h2(n) = h1(n).(-1)n
Daher gilt:
h2(n) = -h2(N-n-1), n = 0,..., (N/2)-1
Anders ausgedrückt gibt das horizontale HPF 153 ein durch nachfolgende Formel (2) dargestelltes Signal bei jeder Zeile x(n) (n = 1,..., 256) aus:
Die Ausgaben des horizontalen LPF 152 und des horizontalen HPF 153 werden jeweils zu horizontalen 2:1-Unterabtastschaltungen 154a, 154b eingegeben, um die Bildelemente in der horizontalen Richtung auf die Hälfte zu reduzieren. Die Ausgaben der horizontalen 2:1-Unterabtastschaltungen 154a, 154b werden jeweils zu vertikalen Tiefpaßfiltern 155a, 155b (die vertikale LPFs 155a, 155b genannt werden) zum Beschränken einer vertikalen Frequenz eingegeben. Die vertikalen LPFs 155a, 155b sind Filter mit geradzahllgen Bandsperrfrequenzen mit der Frequenzantwort a in Fig. 15. Die Funktion h3(m) (m = 0,..., M-1; wobei M eine gerade Zahl ist) erfüllt
h3(m) = h3(M-m-1), m = 0,..., (M/2)-1
Das bedeutet, daß die vertikalen LPFs 155a, 155b jeweils ein durch folgende Formeln dargestelltes Signal bei jeder Zeile w(m) (m = 1,..., 256) des von den jeweiligen horizontalen 2:1-Unterabtastschaltungen 154a, 154b ausgegebenen Videosignals ausgeben:
Die Ausgaben der vertikalen LPFs 155a, 155b werden jeweils vertikalen 2:1- Ijnterabtastschaltungen 157a, 157c eingegeben, wo die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf die Hälfte reduziert wird. Die Ausgaben der vertikalen 2:1-Unterabtastschaltungen 157a, 157c werden von jeweiligen Ausgangsanschlüssen 158a, 158c ausgegeben. Das vom Ausgangsanschluß 158a ausgegebene Signal ist ein Signal des LL-Frequenzbands der Fig. 16. Darüber hinaus ist das vom Ausgangsanschluß 158c ausgegebene Signal ein Signal im HL-Frequenzband der Fig. 16. Zwischenzeitlich werden auch die Ausgaben der horizontalen 2:1- Unterabtastschaltungen 154a, 154b zu vertikalen Hochpaßfiltern 156a, 156b (die hierin nachfolgend vertikale HPFs 156a, 156b genannt werden) zum Beschränken einer vertikalen Frequenz eingegeben. Die vertikalen HPFs 156a, 156b sind Filter mit einer geraden Anzahl von Bandsperrfrequenzen mit der Frequenzantwort b, die in Fig. 15 gezeigt ist, wobei die Funktion h4(m) (m = 0,..., M-1) folgende ist:
h4(m) = h3(m) (-1)m
Daher gilt folgendes:
h4(m) = -h4(M-m-1), m = 0,..., (M/2)-1
Anders ausgedrückt geben die vertikalen HPFs 156a, 156b ein wie folgt ausgedrücktes Signal bei jeder Zeile w(m) (m = 1,.., 256) des von den jeweiligen horizontalen 2:1-Unterabtastschaltungen 154a, 154b ausgegebenen Videosignals aus:
Die Ausgaben der vertikalen HPFs 156a, 156b werden jeweils vertikalen 2:1- Unterabtastschaltungen 157b, 157d eingegeben. Nachdem die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung bei den Schaltungen 157b, 157d auf die Hälfte reduzieit ist, wird das Signal von jedem Ausgangsanschluß 158b, 158d ausgegeben Das vom Ausgangsanschluß 158b ausgegebene Signal ist ein Signal des LH- Frequenzbandes in Fig. 16, und jenes, das vom Ausgangsanschluß 158d ausgegeben wird, ist ein Signal im HH-Frequenzband der Fig. 16.
Die Unterband-Aufteilungsschaltung arbeitet auf die hierin oben beschriebene Weise. Die vier unterteilten Signale werden durch eine Vorhersagecodierung, eine Orthogonaltransformation, etc. codiert und ausgegeben. Auf der Decodierseite werden diese Signale kombiniert, nachdem sie decodiert sind. Eine in Fig. 14 gezeigte Unterband Zusammensetzungsschaltung arbeitet in einer umgekehrten Richtung wie die Unterband-Aufteilungsschaltung der Fig. 13. Insbesondere werden die Ausgaben von den Ausgangsanschllissen 158a-158d zu den entsprechenden Eingangsanschlüssen 159a-159d eingegeben, und zwar jeweils interpoliert bei 0 bei vertikalen 1:2-Interpolationsschaltungen 160a-160d. Als Ergebnis wird die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf das Zweifache erhöht. Die Ausgaben von den 1:2-Interpolationsschaltungen 160a-160c werden jeweils zu vertikalen LPFs 161a, 161b eingegeben. Die vertikalen LPFs 161a, 161b sind Filter mit genau derselben Frequenzantwort wie die vertikalen LPFs 155a, 155b und geben jeweils ein nachfolgend beschriebenes Signal bei jeder Zeile u1' (m) (m = 1,..., 256) des von den jeweiligen vertikalen 1:2-Interpolationsschaltungen 160a, 160c ausgegebenen Ausgangsvideosignals aus:
In dei Zwischenzeit werden die Ausgaben der vertikalen 1:2- Interpolationsschaltungen 160b, 160d jeweils zu vertikalen HPFs 162a, 162b eingegeben. Die vertikalen HPFs 162a, 162b sind äquivalent zu den vertikalen HPFs 156a, 156b bezüglich der Frequenzantwort und geben ein durch nachfolgende Formel ausgedrücktes Signal bei jeder Zeile u2'(m) (m = 1,..., 256) des von den vertikalen 1:2-Interpolationsschaltungen 160b, 160d ausgegebenen Videosignals aus:
Eine Berechnungseinheit 163a subtrahiert die Ausgabe des vertikalen HPF 162a voll der Ausgabe des vertikalen LPF 161a, während eine Berechnungseinheit 163b die Ausgabe des vertikalen HPF 162b von der Ausgabe des vertikalen LPF 161b subtrahiert. Jede Ausgabe von den Berechnungseinheiten 163a, 163b wird bei horizontalen 1:2-Interpolationsschaltungen 164a, 164b bei 0 interpoliert, und demgemäß wird die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Zweifache erhöht. Die Ausgabe der horizontalen 1:2-Interpolationsschaltung 164a wird einem horizontalen LPF 165 eingegeben, das ein Filter mit derselben Frequenzantwort wie das horizontale LPF 152 ist. Ein durch nachfolgende Formel (3) dargestelltes Signal wird bei jeder Zeile y1'(n) (n = 1,..., 256) des von der horizontalen 1:2- Interpolationsschaltung 164a ausgegebenen Videosignals ausgegeben:
In der Zwischenzeit wird eine Ausgabe von einer horizontalen 1:2- Interpolationsschaltung 164b zu einem horizontalen HPF 166 eingegeben. Das hoilzontale HPF 166 ist ein Filter mit derselben Frequenzantwort wie das horizontale HPF 153, und gibt ein durch nachfolgende Formel (4) ausgedrücktes Signal bei jeder Zeile y2'(n) (n = 1,..., 256) des von der horizontalen 1:2-Interpolationsschaltung 164b ausgegebenen Videosignals aus:
Eine Berechnungseinheit 167 subtrahiert die Ausgabe des horizontalen LPF 166 von der Ausgabe des horizontalen LPF 165 und gibt ein subtrahiertes Signal von einem Ausgangsanschluß 168 aus.
Obwohl die herkömmliche Unterband-Aufteilungs/Zusammensetzungsschaltung auf eine Weise aufgebaut ist, wie es hierin oben beschrieben ist, bleibt ein Filtern am Ende des Bildes zu lösen. In der Veröffentlichung "Sub-Band Coding of Monochrome and Color Images", die zuvor erwähnt ist, sind, obwohl die verwendeten horizontalen und vertikalen Filter mit 16 Bandsperrfrequenzen sind, wie es in Tabelle 1 angezeigt ist, Werte x(-6), ..., x(0) und x(257), ..., x(264) zum Durchführen einer Operation an Jeder Zeile x(n) (n = 1,..., 256) des Videosignals gemäß der Formel (1) nötig, wenn das Videosignal durch das horizontale LPF 152 geführt wird. Tabelle 1
Herkömmlich ist als Gegenmaßnahme zum oben angegebenen Problem praktiziert worden, daß das Eingangssignal x(n) (n = 1,..., 256) zum Filter gefaltet wird, um verbunden und bearbeitet zu werden. Anders ausgedrückt wird die Operation gemäß der Formel (5) durchgeführt:
Wenn das Videosignal zur Filterung gefaltet wird, gibt es jedoch einen derartigen Defekt, daß das resultierende unterteiltelzusammengesetzte Bild nicht perfekt in das ursprüngliche an seiner Endstelle zurückgebracht werden kann. Es folgt eine Diskussion zur genaueren Erklärung des obigen Defekts, wenn die erste Zeile des eingegebenen Videosignals x(n) (n = 1, ..., 256) wie folgt ist:
x(1)=16, x(2)=120, x(3)=130, x(4)=140, x(5)=150, x(6)=160, x(7)=170, x(8)=180, x(9)=190, x(10)=200, x(n)=200, (n = 11, ,,,, 256)
Wenn die erste Zeile durch das horizontale LPF 152 mit 16 Bandsperrfrequenzen geführt wird, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, und bei der horizontalen 2:1- Unterabtastschaltung 154a ausgedünnt wird, wird die Zeile durch die Formeln (1) und (5) bedingt wie folgt ausgegeben:
y1(1)=59,6, y1(3)= 144,7, y1(5)= 152,6, y1(7)= 175,1, y1(9) = 195,3, y1(11) = 200,5, y1(13) = 199,8, y1(15) = 200,0, y1(7)=199,9,...
Andererseits wird dann, wenn die erste Zeile durch das horizontale HPF 153 geführt und bei der horizontalen 2:1-Unterabtastschaltung 154b ausgedünnt wird, die Zeile durch die Formeln (2) und (5) bedingt wie folgt ausgegeben:
y2(1) =-37,7, y2(3)=8,2, y2(5)=-3,1, y2(7)=1,0, y2(9)=-1,6, y2(11)=0,1, y2(13)=0,1, y2(15)=0,1, y2(17)=0,0, ...
Wenn schließlich keine Verzerrung durch die Unterbandaufteilung in der vertikalen Richtung bei den vertikalen 2:1-Unterabtastschaltungen 157a-157d der nachfolgenden Stufe und durch die Unterbandzusammensetzung in der vertikalen Richtung bei den vertikalen 1:2-Interpolationsschaltungen 160a-160d erzeugt wird, wird die Ausgabe der Operationseinheit 163a y1(n) (n = 1, 3, 5,..., 255), und die Ausgabe der Berechnungseinheit 163b wird y2(n) (n = 1, 3, 5,..., 255). Dieselbe Faltung wird gemäß der Formel (5) an der Ausgabe jeder Operationseinheit 163a, 163b durchgeführt.
Nämlich:
Zu dieser Zeit sind die Ausgaben y1'(n) (n = -255, -254,..., 511) und y2'(n) (n = - 255, -254,..., 511) der horizontalen 1:2-Interpolatlonsschaltungen 164a, 164b wie folgt: (wobei n eine ungerade Zahl ist) (wobei n eine gerade Zahl ist)
Demgemäß wird die Ausgabe x1(n) des horizontalen LPF 165 durch die Formel (3) wie folgt:
x1(1)=46,3, x1(2)=77,9, x1(3)=129,4, x1(4)156,1, x1(5)=151,0, x1(6)=153,2, x1(7)=169,1, x1(8)=182,0, x1(9)=191,3,...
Und die Ausgabe x2(n) des horizontalen HPF 166 wird durch die Formel (4) wie folgt:
x2(1)=45,5, x2(2)=-27,4, x2(3)=-1,8, x2(4)=11,9, x2(5)=0,7, x2(6)=-6,0, x2(7)=0,7, x2(8)=2,1, x2(9)=1,4, ...
Daher wird die Ausgabe X(n) der Berechnungseinheit 167, wenn sie auf ganze Zahlen abgerundet wird, wie folgt:
X(1)=0, X(2)=105, X(3)=131, X(4)=144, x(5)=150, X(6)=149, X(7)=170, X(8)=180, x(9)=190, ...
Da X(n) x(n) in der Nähe der Endstelle des Bildes (n = 1, ..., 4) gilt, ist es unmöglich, daß das Bild richtig reproduziert wird.
In "IEEF Global Telecommunications Conference & Exhibition - Hollywood, Florida, U.S.A. 28. November - 1. Dezember 1988, Bd. 2/3, Seiten 743-749" ist ein Codierverfahren zum Übertragen eines HDTV-Signals bei einer Rate von 135 Mbps offenbart. Dabei wird eine adaptive Quantisierung durch Verwenden der akkumulierten Bitrate als Steuersignal verwendet.
In "IEEE International Symposium on Circuits and Systems - 8.-11. Mai 1989, Portland, Oregon, U.S.A., Bd. 3/3, Seiten 1520-1522" sind mehrere Verfahren zum Codieren von Videosignalen offenbart und verglichen. Die skalaren Quantisierer, die darin beschrieben sind, werden in Abhängigkeit von den Statistiken der Transformierkoeffizienten gewählt. Bei einem weiteren Verfahren, das darin offenbart ist, welches ein Unterbandcodieren der zur Codierung jedes Unterbands zugeordneten Bitrate veiwendet, ist eine Funktion der Varianz und des Vorhersagegewinns sowie der Anzahl von Unterbändern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Hauptaufgabe dieser Erfindung, ein Codiergerät und ein Codierverfahren zu schaffen, die eine Datenmenge eines digitalen Videosignals, wie beispielsweise eines Farbfernsehsignals sehr effizient komprimieren können.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein hocheffizientes Codiergerät und -verfahren zu schaffen, welche ein digitales Videosignal komprimieren können und zwar durch Aufteilen des digitalen Videosignals in eine Vielzahl von Unterbändern, ein Formatieren des Videosignals jedes Unterbandes in Blöcke pro jeder Vielzahl von Bildelementen, ein Durchführen einer Orthogonaltransformation zu jedem formatierten Block und ein Codieren von Koeffizienten, die durch die Orthogonaltransformation erhalten werden.
Es ist eine wesentliche Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Codieren zu schaffen, wobei die Redundanz eines digitalen Videosignals durch ein geeignetes eindimensionales Abtasten eliminiert wird, wenn das Signal nach einer Unterteilung durch eine dreidimensionale Orthogonaltransformation verarbeitet wird.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Codieren zu schaffen, wobei die Redundanz eines digitalen Videosignals selbst in dem Fall eliminiert wird, in dem das Signal die Zeilensprungabtastform aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Codieren zu schaffen, wobei ein Bild guter Qualität auf der Decodierseite erhalten werden kann, und zwar selbst in einem flachen Teil eines Bildes, wo die Qualitätsverzerrung deutlich sichtbar ist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Codieren zu schaffen, wobei die effektive Reduktion von Daten durch Durchführen einer Gewichtung erreicht wird, die an eine Frequenzantwort auf einen Koeffizienten jedes Unterbandblocks angepaßt ist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Codieren zu schaffen, weiche dazu entwickelt sind, die Qualitätsverschlechterung zu unterdrücken und die Codierungsrate zu reduzieren.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Band-Aufteilungs- und Zusammensetzungsverfahren zu schaffen, das eine richtige Reproduktion eines Bildes an seiner Endstelle realisiert.
Ein Codiergerät und ein Codierverfahren gemäß dieser Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 24 offenbart. Die Ansprüche 2 bis 23 und 25 bis 31 offenbaren weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen klarer.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Geräts zum Codieren eines digitalen Videosignals zeigt;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur einer Codierschaltung des Geräts in Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ist ein konzeptmäßiges Diagramm, das das Abtasten in der Codierschaltung der Fig. 2 erklärt;
Fig. 4 ist ein konzeptmäßiges Diagramm, das einen herkömmlichen dreidimensionalen Block im sequentlellen Abtastsystem erklärt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das das Prinzip des Zeilensprungabtastsystems eines Fernsehschirms zeigt;
Fig. 6 ist ein konzeptmäßiges Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Halbbild und einem Vollbild in einem standardmäßigen Fernsehsignal zeigt;
Fig. 7 ist ein Biockdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Codiergeräts zeigt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Gewichtung in einer Gewichtungsschaltung eines herkömmlichen Codiergeräts erklärt;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Codiergeräts auf der Sendeseite zeigt;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Codiergeräts auf der Empfangsseite zeigt.
Fig. 11 ist ein Diagramm eines Beispiels zum Abtasten in einem herkömmlichen Codiergerät;
Fig. 12 ist ein Diagramm eines Beispiels zum Unterabtasten in einem herkömmlichen Codiergerät;
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer herkömmlichen Unterband-Aufteilungsschaltung zeigt;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer herkömmlichen Unterband-Zusammensetzungsschaltung zeigt;
Fig. 15 ist ein Frequenzantwortdiagramm eines in den Fig. 13, 14 verwendeten Filters;
Fig. 16 ist ein konzeptmäßiges Diagramm einer Bandaufteilung in der Unterband-Aufteilungsschaltung der Fig. 13;
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Codiergeräts auf der Codierseite gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Codiergeräts auf der Decodierseite gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur einer Unterband- Aufteilungsschaltung des Geräts der Fig. 17 zeigt;
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur einer Unterband- Zusammensetzungsschaltung des Geräts der Fig. 17 zeigt;
Fig. 21 ist ein Diagramm einer Unterbandaufteilung eines Y-Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 22 ist ein Diagramm einer Unterbandaufteilung eines R-Y-Signals und eines B-Y-Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 23 ist ein Frequenzantwortdiagramm eines vertikalen LPF im Codiergerät eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung;
Fig. 24 ist ein Frequenzantwortdiagramm eines vertikalen HPF im Codiergerät eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung;
Fig. 25 ist ein Frequenzantwortdiagramm eines horizontalen LPF im Codiergerät eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung;
Fig. 26 ist ein Frequenzantwortdiagramm eines horizontalen LPF im Codiergerät eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung;
Fig. 27 ist ein Diagramm der eindimensionalen Abtastung gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 28 ist ein Diagramm, das ein Falten der Frequenz im horizontalen HPF des Codiergeräts eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung erklärt;
Fig. 29 ist ein Diagramm der anderen eindimensionalen Abtastung gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 30 ist ein Diagramm der anderen Abtastung eines dreidimensionalen Blocks gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 31 ist ein Diagramm des Unterbandes des Y-Signals, das bei dieser Erfindung zu codieren ist;
Fig. 32 ist ein Diagramm des Unterbandes des R-Y-Signals und des B-Y- Signals, die bei dieser Erfindung zu codieren sind;
Fig. 33 ist ein Diagramm des anderen Beispiels des Unterbandes des Y- Signals, das bei dieser Erfindung zu codieren ist;
Fig. 34 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur einer dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung zeigt;
Fig. 35 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Codiergeräts auf der Codierseite gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 36 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Codiergeräts auf der Decodierseite gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 37 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur einer Unterband- Aufteilungsschaltung des Geräts der Fig. 35 zeigt;
Fig. 38 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur einer Unterband- Zusammensetzungsschaltung des Geräts der Fig. 36 zeigt;
Fig. 39 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur einer Auswahlschaltung des Geräts der Fig. 35 zeigt;
Fig. 40 ist ein Blockdiagramm, das die andere innere Struktur der Auswahlschaltung zeigt;
Fig. 41 ist ein konzeptmäßiges Diagramm zur Erklärung der Operation einer Unterformatierschaltung in den Fig. 39, 40;
Fig. 42 ist ein konzeptmäßiges Diagramm zur Erklärung der Operation eines Steuersignalgenerators in den Fig. 39, 40.
Fig. 43 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Codiergeräts auf der Codierseite gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 44 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur einer Beurteilungsschaltung des Geräts in Fig. 43 zeigt;
Fig. 45 ist ein Blockdiagramm, das die andere innere Struktur der Unterband- Aufteilungsschaltung der Fig. 17 zeigt;
Fig. 46 ist ein Blockdiagramm, das die andere innere Struktur der Unterband- Zusammensetzungsschaltung der Fig. 18 zeigt;
Fig. 47 ist ein Diagramm, das die räumliche Abtastposition bei einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt;
Fig. 48 ist ein konzeptmäßiges Diagramm der Struktur eines dreidimensionalen Blocks dieser Erfindung;
Fig. 49 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Codiergeräts auf der Codierseite gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 50 ist ein Diagramm einer Gewichtung in einer Gewichtungsschaltung im Gerät der Fig. 49;
Fig. 51 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Unterband- Aufteilungsschaltung dieser Erfindung zeigt;
Fig. 52 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Unterband- Zusammensetzungsschaltung dieser Erfindung zeigt;
Fig. 53 ist ein konzeptmäßiges Diagramm zur Erklärung der Operation der Unterband-Aufteilungs- und -Zusammensetzung sschaltung in den Fig. 51, 52;
Fig. 54 ist ein Blockdiagramm, das die andere Struktur der Unterband- Aufteilungsschaltung dieser Erfindung zeigt;
Fig. 55 ist ein Blockdiagramm, das die andere Struktur der Unterband- Zusammensetzungsschaltung zeigt; und
Fig. 56 ist ein konzeptmäßiges Diagramm zur Erklärung der Operation der Unterband-Aufteilungs- und -Zusammensetzungsschaltung in den Fig. 54, 55.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nun wird ein Codiergerät dieser Erfindung detaillierter bei ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen diskutiert.
Die Fig. 17 und 18 sind Blockdiagramme, die ein Beispiel der Allgemeinstruktur eines Codiergeräts dieser Erfindung zeigen, und zwar zeigt Fig. 17 insbesondere die Codierseite, und Fig. 18 zeigt die Decodierseite.
Nimmt man zuerst Bezug auf Fig. 17 wird ein Farbfernsehsignal im NTSC-System, das über einen Eingangsanschluß 1 eingegeben wird, in ein Luminanzsignal (Y- Signal) und Farbsignale (1-, Q-Signale) bei einem NTSC-Decodierer 1 aufgeteilt. Diese Y-, I-, Q-Signale werden dann zu einer Matrixschaltung 3 ausgegeben und in ein Luminanzsignal (Y-Signal) und Farbdifferenzsignale (R-Y-, B-Y-Signale) umgewandelt. Die Matrixschaltung 3 gibt die Signale zu einem A/D-Wandler 4 aus. Der A/D-Wandler 4 ändert die Y-, R-Y-, B-Y-Signale in digitale Signale und gibt sie zu einer Unterband-Aufteilungsschaltung 5 aus. Die Unterband-Aufteilungsschaltung 5 teilt jedes der Signale Y, R-Y, B-Y in vier Unterfrequenzbänder entsprechend den jeweiligen Frequenzen auf, um dadurch Blöcke durch jedes Unterfrequenzband zu bilden. Die Blöcke werden zu einer dreidimensionalen Orthogonaltransformierschallung 6 ausgegeben. Die dreidimensionale Orthogonaltransformierschaltung 6 verarbeitet jeden Block durch eine diskrete Cosinustransformation (die hierin nachfolgend DCT genannt wird), um dadurch einen Koeffizienten zu erhalten. Die erhaltenen Koeffizienten werden zu einer Codiereinheit 7 ausgegeben. Die Codiereinheit 7 quantisiert die Koeffizienten, die ihr eingegeben werden, und gibt die codierten Daten über einen Ausgangsanschluß 8 aus.
Nimmt man nun Bezug auf Fig. 18, bezeichnen die Bezugszeichen 11-18 Elemente, aus denen das Codiergerät auf der Decodierseite zusammengesetzt ist. Die auf die hierin oben beschriebene Weise erhaltenen codierten Daten werden einem Eingangsanschluß 11 eingegeben. Ein Decodierer 12, der an den Eingangsanschluß 11 angeschlossen ist, decodiert die codierten Daten in dreidimensionale Daten, und gibt dieselben zu einer dreidimensionalen Inversiv-Orthogonaltransformierschaltung 13 aus die dreidimensionale Invers-Orthogonaltransformierschaltung 13 verarbeitet die dreidimensionalen Daten durch eine inverse DCT. Eine Unterband- Zusammensetzungsschaltung 14 setzt die invers-transformierten Daten in jedem Frequenzband zusammen und bringt dieselben zu ursprünglichen Halbbild-Bildern zurück. Als Ergebnis werden digitale Y-, R-Y-, B-Y-Signale zu einem D/A-Wandler 15 ausgegeben. Der D/A-Wandler 15 ändert die Signale in analoge Signale und gibt sie zu einer Matrixschaltung 16 aus. Die Matrixschaltung 16 ändert die analogen Y-, R-Y-, B-Y-Signale jeweils Y-, I-, Q-Signale und gibt sie zu einem NTSC-Codierer 17 aus Der NTSC-Codierer 17 ändert die Y-, I-, Q-Signale in ein NTSC- Farhfernsehsignal und gibt es durch einen Ausgangsanschluß 18 aus.
Die innere Struktur der Unterband-Aufteilungsschaltung 5 wird unter Bezugnahme auf ein Blockdiagramm der Fig. 19 beschrieben. Vom A/D-Wandler 4 ausgegebene R-Y , B-Y-Signale werden jeweiligen Eingangsanschlüssen 21, 22, 23 eingegeben Eine Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 24 und eine R-Y- Sigrialunterband-Aufteilungsschaltung 25 und eine B-Y-Signalunterband- Aufteilungsschaltung 26 sind jeweils an die Eingangsanschlüsse 21, 22, 23 angeschlossen. Da jede der Aufteilungsschaltungen 24-26 dieselbe innere Struktur hat, steift Fig 19 die innere Struktur der Schaltung 24 allein dar. Insbesondere besteht die Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 24 aus einem vertikalen Tiefpaßfilter (vertikalen LPF) 241, einem vertikalen Hochpaßfilter (vertikalen HPF) 242, vertikalen 2:1 Unterabtastschaltungen 243a, 243b zum Abtasten jeweiliger Ausgaben vom vertikalen LPF 241 und vom vertikalen HPF 242, um die Anzahl von Bildelementen in einer vertikalen Richtung auf die Hälfte zu reduzieren, horizontalen Tiefpaßfiltern (Horizontalen LPF) 244a, 244b, horizontalen Hochpaßfiltern (horizontalen HPF) 245a, 245b und horizontalen 2:1-Unterabtastschaltungen 246a, 246b, 246c, 246d zum Abtasten jeweiliger Ausgaben von dem horizontalen LPF 244a, dem horizontalen HPF 245a, dem horizontalen LPF 244b und dem horizontalen HPF 245b zum Reduzieren der Anzahl von Bildelementen in einer horizontalen Richtung auf die hälfte. Die dreidimensionalen Daten, die von jeder Schaltung 24, 25, 26 ausgegeben werden, werden in einem Speicher 27 gespeichert.
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur der Unterband- Zusammensetzungsschaltung 14 zeigt. In Fig. 20 speichert ein Speicher 32 die dreidimensionalen Daten, die von der dreidimensionalen Invers- Orthogonaltransformierschaltung 13 ausgegeben werden, durch einen Eingangsanschluß 31. Der Speicher 32 ist an eine Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung 33, eine R-Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung 34 und eine B-Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung 35 angeschlossen. Die innere Struktur der Unterband-Zusammensetzungsschaltungen 33-35 ist gleich und Fig. 20 zeigt die innere Struktur der Y-Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 33 allein. Die Y- Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 33 ist aufgebaut aus horizontalen 1:2-Interpolationsschaltungen 332a, 332b, 332c, 332d zum Erhöhen der Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Zweifache durch Interpolation von 0, horizontalen LPFs 333a, 333b, horizontalen HPFs 334a, 334b, Subtrahierern 335a, 335b, vertikalen 1:2-Interpolationsschaltungen 336a, 336b zum Erhöhen der Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf das Zweifache durch Interpolation von 0, einem vertikalen LPF 337, einem vertikalen HPF 338 und einem Subtrahierer 339. Die Zusammensetzungsschaltungen 33, 34, 35 geben jeweils das Y-Signal, das R-Y-Signal, das B-Y-Signal zum D/A-Wandler 15 aus.
Das Codiergerät dieser Erfindung arbeitet auffolgende Weise. Im allgemeinen wird es zur Komprimierung eines Videosignals oft praktiziert, ein Luminanzsignal und ein Farbsignal unabhängig voneinander zu verarbeiten. Daher wird ein durch den Eingangsanschluß 1 eingegebenes NTSC-Farbfernsehsignal bei dem NTSC- Decodierer 2 in ein Y-Signal und 1-, Q-Signale getrennt, und weiterhin bei der Matrixschaltting 3 in ein Y-Signal und R-Y-, B-Y-Signale umgewandelt. Danach werden das Y-Signal und die R-Y-, B-Y-Signale bei dem A/D-Wandler 4 in digitale Signale umgewandelt. Eine Abtastfrequenz zu dieser Zeit beträgt 13,5 MHz für das Y-Signal und 6,75 MHz für die R-Y- und B-Y-Signale. Daher beträgt die effektive Anzahl von Abtastungen für eine horizontale Zeile des NTSC-Farbfernsehsignals beispielsweise 704 für das Y-Signal und 352 für jedes der R-Y- und B-Y-Signale. Ein Halbbild besteht aus 262,5 horizontalen Zeilen. Unter den 262,5 horizontalen Zeilen werden beispielsweise 240 Zeilen, die ein Halbbild bilden, als effektive Zeile ausgegeben. In der Unterband-Aufteilungsschaltung 5 wird jedes Halbbild aus Y-, R-Y-, B-Y- Signalen jeweils in eine Vielzahl von Frequenzbändern aufgeteilt. Beispielsweise wird das Y-Signal in vier Frequenzbänder LL, HL, LH, HH aufgeteilt, wie in Fig. 21, und die R-Y-, B-Y-Signale werden jeweils in vier Frequenzbänder LL, HL, LH, HH aufgeteilt, wie in Fig. 22.
Die Operation der Unterband-Aufteilungsschaltung 5 wird unter Bezugnahme auf Fig. 19 beschrieben. Das vom Eingangsanschluß 21 eingegebene Y-Signal wird bei der Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 24 in vier Frequenzbänder aufgeteilt. Das eingegebene Y-Signal wird beim vertikalen LPF 241 mit einer Frequenzantwort, wie es in Fig. 23 gezeigt ist, bandbeschränkt, und dann wird das Signal durch die vertikale 2:1-Unterabtastschaltung 343a ausgedünnt, so daß die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf die Hälfte reduziert wird. Eine Ausgabe der vertikalen 2:1-Unterabtastschaltung 243a verläuft durch das horizontale LPF 244a mit einei Frequenzantwort, die in Fig. 25 gezeigt ist, so daß die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf die Hälfte reduziert wird. Die Ausgabe dieser horizontalen 2:1-Unterabtastschaltung 246a ist ein Signal im LL-Band der Fig. 21, wobei die Anzahl von Bildelementen verglichen mit dem eingegebenen Signal auf 1/4 reduziert ist. Dieses Signal wird LL-Band des Y-Signals genannt. Zwischenzeitlich wird die Ausgabe der vertikalen 2:1-Unterabtastschaltung 243a auch zum horizontalen HPF 245a mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 26 gezeigt ist, eingegeben, und weiterhin zur horizontalen 2:1-Unterabtastschaltung 246b, so daß die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf die Hälfte reduziert wird. Die Ausgabe der horizontalen Unterabtastschaltung 246b ist ein Signal im HL-Band in Fig. 21, wobei die Anzahl von Bildelementen verglichen mit dem Eingangssignal auf 1/4 ieduziert ist. Das Signal wird HL-Band des Y-Signals genannt.
In der Zwischenzeit wird das durch den Eingangsanschluß 21 eingegebene Y- Signal gleichermaßen zum vertikalen HPF 242 mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 24 gezeigt ist, eingegeben. Die Ausgabe des vertikalen HPF 242 wird bei der vertikalen 2:1-Unterabtastschaltung 243b ausgedünnt, so daß die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf die Hälfte reduziert wird. Die Ausgabe der vertikalen Unterabtastschaltung 243b wird beim horizontalen LPF 244b mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 25 gezeigt ist, bandbeschränkt, und bei der horizontalen 2:1-Unterabtastschaltung 246c ausgedünnt, um die Anzahl von Bildelementen in der horizoritalen Richtung auf die Hälfte zu reduzieren. Die Ausgabe der horizontalen 2:1-Unterabtastschaltung 246c ist ein Signal im LH-Band in Fig. 21, wobei die Anzahl von Bildelementen verglichen mit dem eingegebenen Signal auf 1/4 reduziert ist. Das Signal wird LH-Band des Y-Slgnals genannt. Andererseits wird die Ausgabe der vertikalen 2:1-Unterabtastschaltung 243b zum horizontalen HPF 245b mit einei Frequenzantwort, die in Fig. 26 gezeigt ist, eingegeben und bei der horizontalen 2:1-Unterabtastschaltung 246d ausgedünnt, um die Anzahl von Bildelementen auf die Hälfte zu reduzieren. Die Ausgabe dieser horizontalen 2:1- Unterabtastschaltung 246d ist ein Signal im HH-Band der Fig. 21, wobei die Anzahl von Bildelementen verglichen mit dem eingegebenen Signal auf 114 reduziert ist. Das erhaltene Signal wird HH-Band des Y-Signals genannt.
Wie es hierin oben angegeben ist, wird das Y-Signal bei der Y-Signalunterband- Aufteilungsschaltung 24 in vier LL-, HL-, LH-, HH-Bänder aufgeteilt, und jede Unterbandkomponente wird zum Speicher ausgegeben.
Das durch den Eingangsanschluß 22 eingegebene R-Y-Signal wird in vier Bänder aufgeteilt, nämlich LL-, HL-, LH-, HH-Bänder, wie es in Fig. 22 gezeigt ist, und zwar bei der R-Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 25. Gleichermaßen wird das durch den Eingangsanschluß 23 eingegebene B-Y-Signal bei der B-Y- Signalunterband-Aufteilungsschaltung 26 in vier Bänder aufgeteilt, nämlich in die Bänder LL, HL, LH, HH, wie esin Fig. 22 gezeigt ist. Die R-Y-Signalunterband- Aufteilungsschaltung 25 und die B-Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 26 arbeiten auf dieselbe Weise wie die Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 24.
Das LL-Band, das HL-Band, das LH-Band und das HH-Band des Y-Signals, die von der Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 24 ausgegeben werden, das LL-Band, das HL-Band, das LH-Band und das HH-Band des R-Y-Signals, die von der R-Y- Signalunterband-Aufteilungsschaltung 25 ausgegeben werden, und das LL-Band, das HL-Band, das LH-Band und das HH-Band des B-Y-Signals, die von der B-Y- Signalunterband-Aufteilungsschaltung 26 ausgegeben werden, werden alle zum Speicher 27 eingegeben, wo die Bänder von acht Halbbildern gespeichert werden. Bevor die Bänder der nächsten acht Halbbilder im Speicher 27 gespeichert werden, formt der Speicher 27 jedes Band in einen dreidimensionalen Block, der aus einer Vielzahl benachbarter Bildelemente zusammengesetzt ist, und gibt jeden Block aus. Beispielsweise werden benachbarte 8 Zeilen mit 8 Bildelementen pro einer Zeile kombinieit, um dadurch einen zweidimensionalen Block zu formen, und die nachfolgenden 8 Halbbilder der benachbarten zweidimensionalen Blöcke werden kombiniert, um dadurch einen dreidimensionalen Block von 8 Bildelementen X 8 Zeilen X 8 Halbbildern zu formen. Die dreidimensional geformten Y-, R-Y-, B-Y-Signale werden vom Speicher 27 in der Reihenfolge der Bänder LL, HL, LH bis HH ausgegeben.
Jeder von der Unterband-Aufteilungsschaltung 5 ausgegebene Block wird durch eine dreidimensionale DCT bei der dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung 6 verarbeitet. Die bei der dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung 6 erhaltenen Koeffizienten werden quantisiert und in einer Dimension bei der Codiereinheit 7 abgetastet, und zu jedem Wert von Nicht-Null werden der Wert selbst und die Länge der Folge von null Werten zum Wert von Nicht-Null durch Verwendung des Huffman-Codes oder ähnlichem mit variabler Länge codiert und vom Ausgangsanschluß 8 ausgegeben. Jede Tabelle für ein Codieren variabler Länge jedes Unterbandes kann unterschiedlich voneinander oder kann gleich sein.
Nachdem jeder der vier Unterbandblöcke des Y-Slgnals eines natürlichen sich bewegenden Bildes (wobei ein Unterbandblock aus 8 Bildelementen X 8 Zeilen X 8 Halbbildern gebildet ist) durch eine dreidimensionale DCT verarbeitet ist, wird er in 10 Bits quantisiert und eine Quadratwurzel (RMS) des Durchschnitts von Quadraten der Koeffizienten d (i.j.k) wird erhalten. Unter Bezugnahme auf diese RMS wird hierin nachfolgend der Unterschied bei der Anfangsposition der eindimensionalen Abtastung in jedem Unterband diskutiert.
Die RMS der Koeffizienten im LL-Band des Y-Signals sind in den Tabellen 2 und 3 gezeigt.
Wie es durch die Tabellen 2 und 3 klar wird, ist eine Leistungsverteilung um (i,j) (0,0) in der zweidimensionalen Ebene im LL-Band konzentriert. Daher ist es geeignet, im LL-Band in einer Dimension von einem Koeffizienten mit einer niedrigeren Sequenz sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung zu einem Koeffizienten mit einer höheren Sequenz abzutasten, wie es in Fig. 27(a) gezeigt ist. In einem dreidimensionalen Block wird ein Abtasten in dem zweidimensionalen block wie oben 8 mal gesehen.
Die Tabellen 4 und 5 zeigen die RMS von Koeffizienten im HL-Band des Y-Signals.
Wie es durch die Tabellen 4 und 5 klar wird, ist eine Leistungsverteilung um (i,j) = (7,0) in einem Block innerhalb der zweidimensionalen Ebene im HL-Band konzentriert Der Grund dafür besteht darin, daß das Signal mit dem Verhältnis von 2:1 abgetastet wird, nachdem es durch das horizontale HPF 245a mit der Frequenzantwort, die in Fig. 26 gezeigt ist, gelaufen ist. Wie es In Fig. 28 dargestellt ist, ist das HL-Band ein Signal, das in der horizontalen Richtung gefaltet ist, z.B. das Signal von 6,75 MHz wird zu 0 MHz Folglich ist, obwohl die Leistungsverteilung nach der DCT natürlich bei einer niedrigeren Sequenz von Koeffizienten konzentriert ist, wie nur in der horizontalen Richtung bei einer höheren Sequenz konzentriert, da das Signal in der horizontalen Richtung gefaltet ist. Demgemäß ist es im HL-Band geeignet, in der einen Dimension von einem Koeffizienten oben rechts, der eine höhere Sequenz in der horizontalen Richtung und eine niedrigere Sequenz in der vertikalen Richtung ist, zu einem Koeffizienten unten links abzutasten, wie es in Fig. 27(b) zu sehen ist.
Die Tabellen 6 und 7 zeigen die RMS von Koeffizienten im LH-Band des Y-Signals.
Wie es durch die Tabellen 6 und 7 klar wird, ist eine Leistungsverteilung um (i,j) = (0,7) in der zweidimensionalen Ebene im LH-Band konzentriert, da das LH-Band ein Signal ist, das in der vertikalen Richtung gefaltet ist. Daher ist es im LH-Band geeignet, in der einen Dimension von einem Koeffizienten unten links, der eine niedrigere Sequenz in der horizontalen Richtung und eine höhere Sequenz in der vertikalen Richtung ist, zu einem Koeffizienten oben rechts abzutasten, wie es in Fig. 27(c) zu sehen ist.
Die RMS der Koeffizienten im HH-Band des Y-Signals sind auch in den Tabellen 8 und 9 gezeigt.
Wie es durch die Tabellen 8 und 9 klar wird, ist eine Leistungsverteilung um (i,j) = (7,7) in der zweidimensionalen Ebene im HH-Band konzentriert. Daher ist es im HH- Band geeignet, in der einen Dimension von einem Koeffizienten einer höheren Sequenz sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung zu einem Koeffizienten einer niedrigeren Sequenz in beiden Richtungen abzutasten, wie es in Fig. 27(D) gezeigt ist.
Nun wird hierin nachfolgend die Operation auf der Decodierseite diskutiert.
Daten werden vom Eingangsanschluß 11 zum Ausgangsanschluß 18 auf der Decodierselte insgesamt in einer inversen Richtung zu jener auf der Codierseite verarbeitet. Anders ausgedrückt werden die durch den Eingangsanschluß 11 eingegebenen Daten zu den ursprünglichen dreidimensionalen Daten bei dem Decodierer 12 decodiert und durch eine inverse DCT bei der dreidimensionalen Invers- Orthogonaltransformierschaltung 13 verarbeitet. Die vier Unterbänder des in der Schaltung 13 erhaltenen dreidimensionalen Blocks werden bei der Unterband- Zusammensetzungsschaltung 14 kombiniert. Die Schaltung 14 gibt ein Halbbild durch ein Halbbild aus.
Die Unterband-Zusammensetzungsschaltung 14 arbeitet völlig in einer inversen Richtung zu der Unterband-Aufteilungsschaltung 5. Genauer gesagt wird der durch den Eingangsanschluß 31 eingegebene dreidimensionale Block im Speicher 32 durch 8 Halbbilder gespeichert. Der Speicher 32 gibt die Bänder LL, HL, LH und HH des Y-Signals zur Y-Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 33 aus, die Bänder LL, HL, LH, HH des R-Y-Signals zur R-Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung 34 und die Bänder LL, HL, LH, HH des B-Y-Signals zur B-Y-Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 35, und zwar jeweils durch jedes Halbbild, bevor die nächsten 8 Halbbilder darin gespeichert werden.
Die Operation der oben angegebenen Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung ist wie folgt: Das LL-Band des vom Speicher 32 abgegebeuen Y-Signals wird bei der horizontalen 1 :2-Interpolationsschaltung 332a bei 0 interpoliert, so daß die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Zweifache erhöht wird und wird dann zum horizontalen LPF 333a mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 25 gezeigt ist, eingegeben. Darüber hinaus wird das HL- Band des vom Speicher 32 ausgegebenen Y-Signals, nachdem es bei der horizontalen 1:2-Interpolationsschaltung 332b bei 0 interpoliert ist, zum horizontalen HPF 334a mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 26 gezeigt ist, eingegeben. Der Subtrahierer 335a subtrahiert die Ausgabe des horizontalen HPF 334a von der Ausgabe des horizontalen LPF 333a. Die Ausgabe des Subtrahierers 335a wird bei der vertikalen 1:2-Interpolationsschaltung 336a bei 0 interpoliert, wodurch die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf das doppelte erhöht wird, und wird dann zum vertikalen LPF 337 mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 23 gezeigt ist, eingegeben. Zwischenzeitlich wird das LH-Band des vom Speicher 32 ausgegebenen Y-Signals bei der horizontalen 1:2-Interpolationsschaltung 332c bei 0 interpoliert, und demgemäß wird die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Doppelte erhöht, und es wird dann zum horizontalen LPF 333b mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 25 gezeigt ist, eingegeben. Gleichermaßen wird das HH-Band des vom Speicher 32 ausgegebenen Y-Slgnals bei der horizontalen 1:2-Interpolationsschaltung 332d bei 0 interpollert, und wird dann zum horizontalen HPF 334b mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 26 gezeigt ist, eingegeben. Der Subtrahierer 335b subtrahiert die Ausgabe des horizontalen HPF 334b von der Ausgabe des horizontalen LPF 333d. Die Ausgabe des Subtrahierers 335b wird bei der vertikalen 1:2-Interpolationsschaltung 336b bei 0 interpoliert, so daß die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf das Doppelte erhöht wird, und es wird darin zum vertikalen HPF 338 mit einer Frequenzantwort, die in Fig. 24 gezeigt ist, eingegeben. Der Subtrahierer 339 subtrahiert die Ausgabe des vertikalen HPF 338 von der Ausgabe des vertikalen LPF 337 und gibt das Ergebnis aus. Es ist hier anzumerken, daß die R-Y-Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 34 und (he B-Y-Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 35 auf dieselbe Weise arbeiten, wie die oben beschriebene Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung 33.
Auf dieselbe Weise wie oben werden die von der Unterband- Zusammensetzungsschaltung 14 ausgegebenen Signale Y, R-Y, B-Y beim D/A- Wandler 15 in analoge Signale umgewandelt, und weiterhin bei der Matrixschaltung 16 in Signale Y, I, Q umgewandelt. Dann werden die Signale bei dem NTSC- Codierer 17 in ein NTSC-Farbfernsehsignal codiert und vom Ausgangsanschluß 18 ausgegeben.
Bei dem zuvor angegebenen Ausführungsbeispiel wird eine sogenannte Zick-Zack- Abtastung durchgeführt, wie es in Fig. 27 dargestellt ist. Es ist insbesondere wichtig, daß die eindimensionale Abtastung bei der Codiereinheit 7 von einem Koeffizienten einer niedrigeren Sequenz sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung im LL-Band zu speichern ist, von einem Koeffizienten einer höheren Sequenz in der horizontalen Richtung und einer niedrigeren Sequenz in der Vertikalen Richtung im HL-Band von einem Koeffizienten einer niedrigeren Sequenz in der horizontalen Richtung und einer höheren Sequenz in der vertikalen Richtung im LH- Band, und von einem Koeffizienten einer höheren Sequenz sowohl in der horizontalen als auch der vertikalen Richtung im HH-Band. Daher ist es beispielsweise möglich, in der einen Dimension in der vertikalen Richtung abzutasten, wie es in der Fig. 29(a) für das HL-Band und in der Fig. 29(b) für das HH-Band gezeigt ist.
Darüber hinaus wird beim zuvor angegebenen Ausführungsbeispiel ein dreidimensionaler Block der Größe 8 X 8 X 8 durch 8-maliges Abtasten in einem zweidimensionalen Block der Größe 8 X 8 abgetastet, wie es in Fig. 27 gezeigt ist. Anders ausgedrückt wird das LL-Band auf eine Weise abgetastet, wie es in Fig. 30(a) gezeigt ist Jedoch kann ein sich bewegendes Bild zuerst bezüglich der Zeitachse abgetastet werden, wie es in Fig. 30(b) gezeigt ist.
Ein Codiergerät gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird heirin nachfolgend diskutiert, wobei einige der Unterbandkomponenten ausgedünnt werden, ohne daß sie durch eine Orthogonaltransformation verarbeitet werden. Jeder von der Unterband-Aufteilungsschaltung 5 ausgegebene Block wird bei der dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung 6 durch eine DCT verarbeitet. Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel werden jedoch nur die Bänder LL, HL, LH des Y-Signals durch eine orthogonale Transformation verarbeitet, wie es in Fig. 31 gezeigt ist, und nur das Band LL der Signale R-Y, B-Y wird durch eine orthogonale Transformation verarbeitet, wie es in Fig. 32 gezeigt ist. Die Koeffizienlen, die durch die orthogonale Transformation verarbeitet und von der dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung 6 ausgegeben sind, werden bei der Codierschaltung 7 codiert und dann in der einen Dimension abgetastet. Ein Huffman- Code, der zuvor zum Anzeigen eines Werts von Nicht-Null eingestellt ist, und ein Huffman Code, der die Länge der Folge von null Werten zu dem Wert von Nicht- Null anzeigt, werden vom Ausgangsanschluß 8 ausgegeben.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, wo ein Abtastbild codiert und decodiert wird. Jedes der Bänder LL, HL, LH, HH, die durch Aufteilen eines Abtastbildes in vier in der horizontalen und in der vertikalen Richtung erhalten werden, wird in einen dreidimensionalen Block von 8 Bildelementen X 8 Zeilen X 8 Halbbildern geformt. Er wird durch eine dreidimensionale Orthogonaltransformation verarbeitet, quantisiert, durch eine dreidimensionale Invers-Orthogonaltransformation verarbeitet, bezüglich des Unterbandes zusammengesetzt und schließlich kombiniert, um das ursprüngliche Bild zu reproduzieren. Die Tabelle 10 zeigt das Ergebnis, wenn vier Vollbilder eines Abtastbildes wie oben codiert werden. Das S/N- Verhältnis wird mit nachfolgender Gleichung (6) berechnet: Xi: Wert eines ursprünglichen Bildes X'i: Wert eines reproduzierten Bildes
Gemäß dem Verfahren 1 wird ein in Unterbänder aufgeteiltes Bild durch eine dreidimensionale Orthogonaltransformation verarbeitet, und die erhaltenen Koeffizienten werden mit einer geeigneten Gewichtung (1-0,4) in Entsprechung zum Frequenzband multipliziert. Dann wird die eindimensionale Abtastung durchgeführt, um die Koeffizienten durch einen Huffman-Code zu codieren. Das Verfahren 2 ist das gegenwärtige Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wobei das Band HH des Y- Signals und die Bänder HL, LH, HH der Signale R-Y, B-Y ausgedünnt und codiert werden Fast alle Hauptkomponenten sind im LL-Band konzentriert, und die Energie wird sequentiell von den Bändern LH, HL zum Band HH verringert. Bei dem Verfahren 2 wnd die gesamte Bitrate um 10 % oder mehr verglichen mit jener beim Verfahren 1 reduziert, und zwar insbesondere werden die Gesamtbits für die Signale R-Y, B-Y um nahezu 40 % reduziert. Obwohl das S/N-Verhältnis beim Verfahren 2 um 1- 2 dB niedriger als beim Verfahren 1 ist, wird die Qualitätsverschlechterung des reproduzierten Bildes durch menschliche Augen kaum erkannt.
Obwohl das Band HH des Y-Signals und der Bänder LH, HL, HH der Signale R-Y, B-Y beim oben angegebenen Ausführungsbeispiel in jedem Halbbild ausgedünnt werden, ist es möglich, jedes Band bei einem vorbestimmten konstanten Zyklus auszudünnen, wie es in Fig. 33 gezeigt ist. In Fig. 33 wird jedes Band des Y-Signals bei einem Zyklus von acht Halbbildern ausgedünnt, d.h. die Bänder LH, HL werden beim dritten, beim vierten, beim siebten, beim achten Halbbild ausgedünnt, und das Band HH wird vom dritten bis zum achten Halbbild ausgedünnt. Da die visuelle Empfindlichkeit gegenüber einem sich bewegenden Bild geringer ist, wird die Qualitätsverschlechterung selbst dann kaum erkannt, wenn die Hochpaßkomponenten regelmäßig ausgedünnt werden. Alle Komponenten werden beim ersten und beim zweiten Halbbild codiert, und daher hat das statische Bild in diesem Vollbild eine ausreichende Auflösung und ein ausreichendes S/N-Verhältnis.
Nachfolgend wird ein Codiergerät gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. Das weitere Ausführungsbeispiel ist so aufgebaut, daß nur die effektiven Bildblöcke durch Beurteilen, ob das Bild effektiv ist, codiert werden.
Fig. 34 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur der dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung 6 zeigt. Die dreidimensionale Orthogonaltransformierschaltung 6 besteht aus einer Orthogonaltransformierschaltung 42, einer Beurteilungswert-Berechnungsschaltung 43, einer Kriteriumswerttabelle 45 und einer Beurteilungseinheit 44. Bei der Orthogonaltransformierschaltung 42 wird jeder von der Unterband-Aufteilungsschaltung 5 durch einen Eingangsanschluß 41 ausgegebener Block durch eine DCT verarbeitet, um dadurch Koeffizienten zu erhalten. Die Beurteilungswert-Berechnungsschaltung 43 berechnet einen Beurteilungswert A zum Beurteilen, ob der von der Schaltung 5 ausgegebene Block effektiv ist, auf der Basis der Größe des Bildsignals in jedem Block. Die Kriteriumswerttabelle 45 speichert einen Kritenumwert B. Die Beurteilungseinheit 44 beurteilt schließlich, ob der Unterband-Block effektiv ist, durch Vergleichen des Beurteilungswerts A mit dem Kriteriumswert B. Die erhaltenen Koeffizienten werden zur Codiereinheit 7 durch einen Ausgangsanschluß 46 ausgegeben, und das Beurteilungsergebnis wird zur Codiereinheit 7 von der Beurteilungseinheit 44 durch einen Ausgangsanschluß 47 ausgegeben.
Jeder von der Unterband-Aufteilungsschaltung 5 ausgegebene Block wird bei der dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung 6 durch eine dreidimensionalen DCT verarbeitet. Die Operation der dreidimensionalen Transformierschaltung 6 wird unter Bezugnahme auf Fig. 34 erklärt.
Jeder Block der Signale Y, R-Y, B-Y, die vom Eingangsanschluß 41 eingegeben werden, wird bei der Orthogonaltransformierschaltung 42 durch die dreidimensionalen DCT verarbeitet. Die resultierenden Koeffizienten werden zur Codiereinheit 7 durch den Ausgangsanschluß 46 ausgegeben und auch zur Beurteilungswert- Berechnungsschaltung 43. Der Beurteilungswert A zum Beurteilen, ob der Unterband-Block effektiv ist, wird in der Berechnungsschaltung 43 auf der Basis einer Varianz des Bildsignals in jedem Block erhalten. Unter der Annahme, daß eine Vananz in jedem Block durch AC² dargestellt ist, erhält die Wert- Berechnungsschaltung 43 einen Wert A, der durch nachfolgende Gleichung ausgedrückt wird, als den Wert, und gibt ihn zur Beurteilungseinheit 44 aus.
A = AC²/512
Die Varianz AC² wird durch folgende Gleichung erhalten: Xm: Durchschnittswert innerhalb eines Blocks X(i,j,k): Bildsignal innerhalb eines Blocks
Jeweilige Kriteriumswerte B entsprechend den Signalen Y, R-Y, B-Y werden in der Tabelle 45 als Speicher gespeichert und zur Beurteilungseinheit 44 ausgegeben, wenn es nötig ist. Die Beurteilungseinheit 44 vergleicht den Beurteilungswert A, der von der Schaltung 43 ausgegeben wird, mit dem Kriteriumswert B, der von der Tabelle 45 ausgegeben wird, wodurch bestimmt wird, daß der Block effektiv ist, wenn A ≥ B, oder daß der Block nicht effektiv ist, wenn A < B. Das Beurteilungsergebnis wird zur Codiereinheit 7 durch den Ausgangsanschluß 47 ausgegeben.
Die dreidimensionalen DCT-Koeffizienten werden bei der Codierungseinheit 7 basierend auf dem Beurteilungsergebnis bei der Beurteilungseinheit 44 quantisiert und codiert ln dem Fall, in dem der Block bei der dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung 6 als effektiv beurteilt wird, gibt die Codiereinheit 7 nicht nur die Blockinformation aus, die anzeigt, daß der Block ein effektiver Bildblock ist, sondern quantisiert und codiert die dreidimensionalen DCT-Koeffizienten des Blocks. Andererseits gibt in dem Fall, in dem der Block bei der dreidimensionalen Orthogonaltransformierschaltung 6 als ineffektiv beurteilt wird und der Block einer des Bandes LL der Signale Y, R-Y oder B-Y ist, die Codiereinheit 7 die Blockinformation aus, die anzeigt, daß der Block nicht effektiv ist, und sie quantisiert und codiert gleichzeitig die DC Komponenten der dreidimensionalen DCT-Koeffizienten allein. Weiterhin gibt in dem Fall, in dem der Block als ineffektiv beurteilt wird und der Block einer der Bänder HL, LH oder HH der Signale Y, R-Y oder B-Y ist, die Codiereinheit 7 nur die Blockinformation aus, die anzeigt, daß der Block nicht effektiv ist, ohne die dreidimensionalen DCT-Koeffizienten zu quantisieren.
Hierin wird nachfolgend beschrieben, wann ein Abtastbild codiert und decodiert wird. Das Abtastbild wird in vier in der horizontalen und in der vertikalen Richtung aufgeteilt, um dadurch die Bänder LL, HL, LH und HH zu erhalten. Jedes Band wird in dreidimensionale Blöcke von 8 Bildelementen X 8 Zeilen X 8 Halbbildern geformt, welche durch eine dreidimensionale Orthogonaltransformierschaltung verarbeitet und quantisiert werden, durch die dreidimensionale Invers-Orthogonaltransformation verarbeitet werden, und kombiniert werden, um das ursprüngliche Bild zu reproduzieren. Die Tabelle 11 zeigt das Ergebnis, wenn vier Vollbilder des Abtastbildes codiert werden. Das S/N-Verhältnis wird mit der früher beschriebenen Gleichung (6) berechnet.
Ein Verfahren 1 ist ein herkömmliches, wobei ein Codieren ohne eine Beurteilung bezüglich der Effektivität eines Unterband-Blockes ausgeführt wird. Ein Verfahren 2 ist das gegenwärtige Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Es wird beim Verfahren 2 beurteilt, ob der Unterband-Block effektiv ist oder nicht. Wenn der Unterband- Block nicht effektiv ist, werden keine Koeffizienten außer den DC-Komponenten des Bandes LL codiert. Es ist hier anzumerken, daß der Kriteriumswert B, der zur Beurteilung des Unterband-Blocks verwendet wird, derart eingestellt wird, daß er in den Bändern LL, LH des Y-Signals 0 ist, in den Bändern HL, HH davon 0,2 ist, im Band LL der Signale R-Y, B-Y 0 ist, bzw. in den Bändern LH, HL, HH der Signale R-Y, B- Y 0,2 ist.
Durch die Tabelle 11 ist zu verstehen, daß die gesamte Bitrate bei dem Verfahren 2 verglichen mit derjenigen beim Verfahren 1 um mehr oder weniger als 17 % reduziert ist Das S/N-Verhältnis ist beim Verfahren 2 im Vergleich mit dem Verfahren 1 um etwa 2-3 dB verringert. Da jedoch die Qualitätsverschlechterung des reproduzierten Bildes durch menschliche Augen kaum erkannt werden kann, verursacht sie kein Problem.
Gemäß dem oben diskutierten weiteren Ausführungsbeispiel wird die Beurteilung des Unterband-Blocks auf der Basis der Varianz AC² jedes Blocks ausgeführt, aber es ist auch möglich, auf der Basis des maximalen Werts oder des Dynamikbereichs jedes Blocks zu beurteilen. Darüber hinaus werden dann, wenn der Unterband-Block nicht effektiv ist, die Koeffizienten außer der DC-Komponenten im Band LL nicht codiert, aber es ist möglich, ebenso in den anderen Bändern LH, HL, HH nur die DC-Komponenten zu codieren.
Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. Die Fig 35 und 36 sind jeweils Blockdiagramme eines Codiergeräts eines weiteren Ausführungsbeispiels auf der Codierseite und der Decodierseite. Nimmt man Bezug auf Fig. 35, die die Codier-0-Seite des Geräts zeigt, ist 90 ein Eingangsanschluß eines Videosignals und 50 stellt einen Analog/Digital-Wandler (der hierin nachfolgend A/D-Wandler genannt wird) dar. Ein digitalislertes Videosignal wird bei einer Unterband-Aufteilungsschaltung 51 entsprechend der jeweiligen Frequenzen in vier Frequenzbänder getrennt. Die aufteilten Signale werden zu einer Blockformatierschaltung 52 ausgegeben, die Signale jedes Bandes in Blöcke von 8 Bildelementen X 8 Zeilen X 8 Halbbildern formt, und sie sequentiell zu einer Orthogonaltransformierschaltung 53 und zu einer Auswahlschaltung 58 ausgibt. Die Orthogonaltransformierschaltung 53 verarbeitet die von der Blockformatierschaltung 52 ausgegebenen Blöcke durch eine Orthogonaltransformation, um dadurch Koeffizienten zu erhalten. Die erhaltenen Koeffizienten werden zu einer Quantisierschaltung 56 mit einer Vielzahl von Quantisierungstabellen mit unterschiedlichen Quantisierschrittbreiten ausgegeben. Die Auswahlschaltung 58 wählt die optimale Quantisierungstabelle unter Verwendung von Blöcken von Hochfrequenzkomponenten, die von der Blockformatierschaltung 52 ausgegeben werden. Die ausgewählte Quantisierungstabelle wird zur Quantisierschaltung 56 ausgegeben. Nachfolgend quantisiert die Quantisierschaltung 56 die von der Orthogonaltransformierschaltung 53 ausgegebenen Koeffizienten basierend auf der bei der Auswahlschaltung 58 ausgewählten Quantisierungstabelle und gibt die quantisierten Koeffizienten zu einer Codierschallung 57 aus. Die Codierschaltung 57 codiert die Ausgabe der Quantisierschaltung 56.
In Fig. 36, die die Decodierseite des Geräts zeigt, ist ein Bezugszeichen 91 ein Eingangsanschluß zu dem die auf die oben beschriebene Weise codierten Daten eingegeben werden. Eine Decodierschaltung 61, die an den Eingangsanschluß 91 angeschlossen ist, führt eine Transformation durch, die invers zu jener der Codierschaltung 57 ist, und gibt die decodierten Daten zu einer Invers- Quantisierungsschaltung 62 aus. Die Invers-Quantisierungsschaltung 62 erweitert die Ausgabe der Decodierschaltung 61 gemäß der Quantisierungstabelle und gibt inverse quantisierte Koeffizienten zu einer Invers-Orthogonaltransformierschaltung 63 aus Die Invers-Orthogonaltransformierschaltung 63 verarbeitet die Ausgabe der Invers-Quantisierungsschaltung 62 durch eine inverse Orthogonaltransformation, wodurch die Daten, die durch die inverse Orthogonaltransformation verarbeitet sind, zu einem Speicher 64 ausgegeben werden. Die Ausgabe der Invers- Orthogonaltransformierschaltung 63 wird durch 8 Halbbilder im Speicher 64 gespeichert. Vom Speicher 64 ausgegebene Komponenten werden bei einer Unterband- Zusammensetzungsschaltung 65 kombiniert. Die kombinierten Daten werden zu einem Digital/Analog-Wandler (hierin nachfolgend D/A-Wandler genannt) 66 ausgegeben. Der D/A-Wandler 66 ändert das von der Unterband- Zusammensetzungsschaltung 65 ausgegebene digitale Videosignal in ein Analogsignal.
In Fig. 37 ist ein Beispiel der Struktur der Unterband-Zusammensetzungsschaltung 51 gezeigt. Sie ist mit einem horizontalen LPF 511 und einem horizontalen HPF 512 ausgestattet, um zuzulassen, daß das vom A/D-Wandler 50 ausgegebene digitale Videosignal dort hindurch läuft, mit horizontalen 2:1-Unterabtastschaltungen 513a, 513b zum Reduzieren der Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf die Hälfte, mit vertikalen LPFs 514a, 514b, vertikalen HPFs 515a, 515b und vertikalen 2:1-Unterabtastschaltungen 516a, 516b, 516c und 516d zum Reduzieren der Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf die Hälfte.
Fig. 38 ist ein Beispiel der Struktur der Unterband-Zusammensetzungsschaltung 65. Die Unterband-Zusammensetzungsschaltung 65 ist mit vertikalen 1:2- Interpolationsschaltungen 651a, 651b, 651c, 651d zum Erhöhen der Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf das Doppelte durch eine Interpolation von 0 versehen, mit vertikalen LPFs 652a, 652b, mit vertikalen HPFs 653a, 653b, mit Addierern 654a, 654b, mit horizontalen 1:2-Interpolationsschaltungen 655a, 655b zum Erhöhen der Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Doppelte durch eine Interpolation von 0, mit einem horizontalen LPF 656, mit einem horizontalen HPF 657 und mit einem Addierer 658.
Nachfolgend wird die Operation des Codiergeräts mit der obigen Struktur erklärt. Ein durch den Eingangsanschluß 90 eingegebenes analoges Videosignal wird bei dem A/D-Wandler 50 in ein digitales Signal umgewandelt. Die Abtasffrequenz zu dieser Zeit beträgt 13,5 MHz, wenn das Eingangssignal ein Luminanzsignal ist, und 6,75 MHz, wenn das Eingangssignal ein Farbdifferenzsignal ist. Daher beträgt die effektive Anzahl von Abtastungen in einer horizontalen Zeile in dem Fall des Luminanzsignals 704, und in dem Fall des Farbdifferenzsignals 352.262,5 Zeilen bilden ein Halbbild. Unter den 262,5 Zeilen werden beispielsweise 240 Zeilen, die ein Halbbild bilden, als effektive Zeile ausgegeben.
Die Unterband-Aufteilungsschaltung 51 teilt jedes Halbbild des vom A/D-Wandler 50 ausgegebenen digitalen Videosignals in eine Vielzahl von Frequenzbändern auf.
Beispielsweise dann, wenn die Abtastfrequenz 13,5 MHz ist, wird das digitale Videosignal in vier Bänder aufgeteilt, d.h. Frequenzbänder LL, LH, HL, HH, wie es in Fig. 21 gezeigt ist.
Die Operation der obigen Unterband-Aufteilungsschaltung 51 wird unter Bezugnahme auf Fig. 37 beschrieben. Das eingegebene digitale Videosignal wird beim horizontalen LPF 511 mit der Frequenzantwort, die in Fig. 25 gezeigt ist, bandbeschränkt, und dann bei der horizontalen 2:1-Unterabtastschaltung 513a ausgedünnt, so daß die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf die Hälfte reduziert wird. Weiterhin wird das digitale Videosignal auch zum horizontalen HPF 512 mit der Frequenzantwort, die in Fig. 26 gezeigt ist, eingegeben. Die Ausgabe vom horizontalen HPF 512 wird bei der horizontalen 2:1-Unterabtastschaltung 513b ausgedünnt, so daß die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf die Hälfte reduziert wird. Ausgaben von den horizontalen 2:1- Unterabtastschaltungen 513a, 513b werden bei vertikalen LPFs 514a, 514b mit der Frequenzantwort, wie es in Fig. 23 gezeigt ist, bandbeschränkt, und bei den vertikalen 2:1-Unterabtastschaltungen 516a, 516c ausgedünnt, um die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung jeweils auf die Hälfte zu reduzieren. Andererseits werden die Ausgaben von den horizontalen 2:1-Unterabtastschaltungen 513a, 513b zu vertikalen HPFs 515a, 515b mit der Frequenzantwort, wie es in Fig. 24 gezeigt ist, eingegeben, um bandbeschränkt zu werden, und dann jeweils bei den vertikalen 2:1-Unterabtastschaltungen 516b, 516d ausgedünnt, um die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf die Hälfte zu reduzieren. Die Ausgabe von dei vertikalen 2:1-Unterabtastschaltung 516a ist das Band LL in Fig. 21, die Ausgabe von der vertikalen 2:1-Unterabtastschaltung 516b ist das Band LH in Fig. 21, die Ausgabe von der vertikalen 2:1-Unterabtastschaltung 516c ist das Band HL, und die Ausgabe von der vertikalen 2:1-Unterabtastschaltung 516d ist das Band HH in Fig. 21.
Die viei Ausgaben von der Unterband-Aufteilungsschaltung 51 werden in Blöcke von 8 Bildelementen X 8 Zeilen X 8 Halbbildern bei der Blockformatierschaltung 52 geformt Blöcke der vier Komponenten bei derselben Position werden aufeinanderfolgend ausgegeben. Diese Blöcke werden zur Orthogonaltransformierschaltung 53 eingegeben und durch eine Orthogonaltransformation, beispielsweise eine dreidimensionale DCT, verarbeitet.
Zwischenzeitlich werden die Blöcke in den Bändern LH, HL unter den Blöcken der von der Blockformatierschaltung 52 ausgegebenen vier Komponenten zur Auswahlschaltung 58 eingegeben. Die Auswahlschaltung 58 erfaßt, ob ein flacher Teil oder ein Teil mit einer großen Änderung bei der Gegenstandsposition auf dem Schirm existiert, durch den Wert der Bildelemente der Blöcke in den Bändern LH, HL basieiend darauf, was die Quantisierungstabelle des Blocks der vier Komponenten bei derselben Position bestimmt.
Fig. 39 stellt ein Beispiel der Struktur der Auswahlschaltung 58 dar. In Fig. 39 ist 92 ein Eingangsanschluß, durch den die Blöcke der Bänder LH, HL unter den von der Blockformatierschaltung 52 ausgegebenen vier Komponenten eingegeben werden. Die Auswahlschaltung 58 ist versehen mit einer Unterblock-Formatierschaltung 581 zum Auftellen jedes eingegebenen Blocks in eine Vielzahl von Unterblöcken, einer Berechnungseinheit 582 zum Erhalten des maximalen Werts unter absoluten Werden des Werts von Bildelementen in jedem von der Unterblock-Formatierschaltung 581 ausgegebenen Unterblock, einem Minimalwertdetektor 583 zum Erfassen des minimalen Werts unter den Ausgaben von der Berechnungseinheit 582, einem Maximalwertdetektor 584 zum Erfassen des maximalen Werts unter Ausgaben von der Berechnungseinheit 582, Konstantengenerator 585a, 585b, 585c, 585d zum jeweligen Ausgeben eines vorbestimmten Werts α, β, γ, δ, einem Schalter 586a zum Auswählen und Ausgeben der Ausgabe von einem der Konstantengenerator 585a oder 585b, einem Schalter 586b zum Auswählen und Ausgeben der Ausgabe von einem der Konstantengeneratoren 585c oder 585d, einem Komparator 587a zum Vergleichen der Ausgabe des Minimalwertdetektors 583 mit jener des Schalter 586a, einem Komparator 587b zum Vergleichen der Ausgaben vom Maximalwertdetektor 584 mit jenem des Schalters 586b, und einem Steuersignalgenerator 588 zum Bestimmen der Quantisierungstabelle bei der Quantisierungsschaltung 56 gemäß den Ausgaben von den Komparatoren 587a, 587b.
Die Auswahlschaltung 58 bei der oben beschriebenen Struktur arbeitet auffolgende Weise: die Blöcke der Bänder LH, HL werden sequentiell zum Eingangsanschluß 92 von dei Blockformatierschaltung 52 eingegeben. Jeder eingegebene Block wird bei der Unterblock-Formungsschaltung 581 in vier in der zweidimensionalen Ebene aufgeteilt, wie es in Fig. 41 gezeigt ist, so daß 32 Unterblöcke von je 4 Bildelementen X 4 Zeilen gebildet werden. Die Berechnungseinheit 582 erhält den maximalen Wert unter den absoluten Werten durch jeden Unterblock. Anders ausgedrückt erhält die Berechnungseinheit 582 unter der Annahme, daß der Wert der Bildelemente im Unterblock durch s(i,j) (i,j = 0,1,2,3) ausgedrückt wird, einen Wert, der durch nachfolgende Gleichung (7) dargestellt wird, und gibt ihn aus.
Max{ s(i,j) ; i,j=0,1,2,3} ...(7)
Da die Bänder LH, HL derart angesehen werden, daß sie jeweils einen Kantenteil in der vertikalen Richtung und denjenigen in der horizontalen Richtung darstellen, zeigt die Ausgabe von der Berechnungseinheit 582, die durch die obige Gleichung (7) dargestellt wird, den Grad der Änderung in jedem Unterblock an. Genauer gesagt ist dann, wenn die Ausgabe der Berechnungseinheit 582 sehr klein ist, der Gegenstandsunterblock ein flacher Teil. Andererseits enthält dann, wenn die Ausgabe der Berechnungseinheit 582 groß ist, der Gegenstandsunterblock eine große Änderung.
Die Ausgabe der Berechnungseinheit 582 wird zum Minimalwertdetektor 583 und zum Maximalwertdetektor 584 eingegeben. Der Mlnimalwertdetektor 583 erhält den minimalen Wert unter den Werten, die durch (7) ausgedrückt werden, durch 32 Unterblöcke, die einen Block bilden. Der Minimalwertdetektor 583 gibt nämlich den minimalen Wert von 32 Werten aus, die aufeinanderfolgend von der Berechnungseinheit 582 ausgegeben werden. Andererseits erhält der Maximalwertdetektor 584 den maximalen Wert unter den Werten, die durch (7) ausgedrückt werden, durch die 32 Unterblöcke, d.h. den maximalen Wert unter den 32 Werten, die aufeinanderfolgend von der Berechnungseinheit 582 ausgegeben werden. Daher enthält dann, wenn die Ausgabe des Minimalwertdetektors 583 sehr klein ist, der Gegenstandsblock einen flachen Teil, wohingegen dann, wenn die Ausgabe des Maximalwertdetektors 584 groß ist, der Gegenstandsblock eine große Änderung enthält.
Die Konstantengenerator 585a, 585b, 585c, 585d geben jeweils vorbestimmte Werte α, β, γ, δ aus. Der Schalter 586a wählt die Ausgabe vom Konstantengenerator 585a, wenn der vom Minimalwertdetektor 583 ausgegebene Wert ein Wert des Bandes LH ist, und wählt die Ausgabe vom Konstantengenerator 585b, wenn die Ausgabe vom Minimalwertdetektor 583 ein Wert des Bandes HL ist. Weiterhin wählt der Schalter 586b die Ausgabe des Konstantengenerators 585c, wenn die Ausgabe vom Maximalwertdetektor 584 einen Wert des Bandes LH ist, und wählt die Ausgabe vom Konstantengenerator 585d, wenn die Ausgabe vom Maximalwertdetektor 584 ein Wert des Bandes HL ist. Der Komparator 587a gibt "1" aus, wenn die Ausgabe des Minimalwertdetektors 583 kleiner als jene des Schalters 586a ist, und gibt in anderen Fällen "0" aus. Der Komparator 587b gibt "1" aus, wenn die Ausgabe vom Maximalwertdetektor 584 größer als jene des Schalters 586b ist, und gibt in anderen Fällen "0" aus.
Genauer gesagt beurteilt dann, wenn die Ausgabe entsprechend dem Band LH vom Minimalwertdetektor 583 kleiner als der vorbestimmte Wert α ist, der Komparator 587a, daß der Gegenstandsblock einen flachen Teil in der vertikalen Richtung enthält, und gibt "1" aus, und gibt in anderen Fällen "0" aus. Gleichermaßen beurteilt der Komparator 587a dann, wenn die Ausgabe entsprechend dem Band HL kleiner als der vorbestimmte Wert β ist, daß der Block einen flachen Teil in der horizontalen Richtung enthält und gibt "1" aus, und gibt in anderen Fällen "0" aus. Die vorbestiminten Werte α, β werden zuvor unter den Werten eingestellt, die durch (7) ausgedrückt werden, und zwar durch jeden Unterblock in den Bändern LH, HL.
Wenn die Ausgabe entsprechend dem Band LH vom Maximalwertdetektor 584 größer als der vorbestimmte Wert γ ist, beurteilt der Komparator 587b, daß eine große Änderung im Gegenstandsblock in der vertikalen Richtung enthalten ist, und gibt "1" aus, und gibt in anderen Fällen "0" aus. Gleichermaßen beurteilt der Komparator 587b dann, wenn die Ausgabe entsprechend dem Band HL vom Maximalwertdetektor 584 größer als der vorbestimmte Wert 6 ist, daß der Gegenstandsblock eine große Änderung in der horizontalen Richtung enthält und gibt "1" aus, und gibt in anderen Fällen "0" aus. Die zuvor angegebenen vorbestimmten Werte,γ, δ werden zuvor unter den Werten eingestellt, die durch (7) ausgedrückt werden, und zwar durch jeden Unterblock in den Bändern LH, HL.
Die Blöcke in den Bändern LH, HL werden in dieser Reihenfolge zum Eingangsanschluß 92 eingegeben. Die Komparatoren 587a, 587b geben jeweils Kriterien ha, hb in der horizontalen Richtung nach einem Ausgeben von Kriterien va, vb in der vertikalen Richtung aus.
Die Ausgaben der Komparatoren 587a, 587b werden zum Steuersignalgenerator 588 eingegeben. Der Steuersignalgenerator 588 bestimmt die Quantisierungstabelle bei der Quantisierungsschaltung 56 durch die Verwendung der zwei Werte va, ha, die aufeinanderfolgend vom Komparator 587a ausgegeben werden, und auch der zwei Werte vb, hb, die aufeinanderfolgend vom Komparator 587b ausgegeben werden, wodurch ein Steuersignal ausgegeben wird. Anders ausgedrückt wird das Kriterium va zum Beurteilen, ob ein flacher Teil in der vertikalen Richtung existiert, vom Komparator 587a ausgegeben, und dann wird das Kriterium ha zum Beurteilen, ob ein flacher Teil in der horizontalen Richtung existiert, daraus ausgegeben. Andererselts wird das Kriterium vb zum Beurteilen, ob eine große Änderung in der vertikalen Richtung existiert, vom Komparator 587b ausgegeben, und dann wird das Kriterium hb zum Beurteilen, ob eine große Änderung in der horizontalen Richtung existiert, vom Komparator 587b ausgegeben. Unter Verwendung dieser vier Kriterien bestimmt der Steuersignalgenerator 588 die Quantisierungstabelle. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem die Quantisierungsschaltung 56 drei Arten von Quantisierungstabellen besitzt, eine, die die feinste Quantisierungsschrittbreite hat, Quantisierungstabelle hoher Rate genannt, eine, die eine mittlere Quantisierungsschrittbreite hat, wird Quantisierungstabelle mittlerer Rate genannt, und eine, die die gröbste Quantisierungsschrittbreite hat, wird Quantisierungstabelle niedriger Rate genannt. Wenn va 0 und ha = 0 enthält der Gegenstandsblock keinen flachen Teil, wo eine Qualitätsverschlechterung leicht erkannt wird. Daher wird die Quantisierungstabelle niedriger Rate ausgeführt. Während dann, wenn va = 1 oder ha = 1, der Block einen flachen Teil enthält. Demgemäß ist ein flacher Teil und ein Teil mit einer großen Änderung, die beide im Gegenstandsblock existieren, und die Qualitätsverschlechterung deutlich sichtbar (HIER FEHLT IRGENDWO: (va = 1 oder ha = 1) und (vb = 1 oder hb = 1)!!!). Daher wird die Quantisierungstabelle hoher Rate ausgewählt. Wenn (va = 1 oder ha = 1) und (vb = 0 und hb = 0 gilt, enthält der Gegenstandsblock enien flachen Teil, aber keine große Änderung, so daß die Quantisierungstabelle mittlerer Rate ausgewählt wird. Der Steuersignalgenerator 588 gibt zur Quantisierungsschaltung 56 aus, welche Quantisierungstabelle ausgewählt ist. Die Auswahlschaltung 58 arbeitet auf die hierin oben beschriebene Weise.
Die Quantisierungsschaltung 56 quantisiert die von der Orthogonaltransformierschaltung 53 ausgegebenen Koeffizienten gemäß der Ausgabe der Auswahlschaltung 58 Zu dieser Zeit bestimmt die Auswahlschaltung 58 die Quantisierungstabelle durch die Blöcke der Bänder LH, HL bei derselben Position und gibt ein Steuersignal aus. Die Quantisierungsschaltung 56 legt dieses Steuersignal von der Auswahlschaltung 58 an die Blöcke der vier Bänder (LL, LH, HL, HH) bei derselben Position au. Beispielsweise dann, wenn die Ausgabe der Schaltung 58 bedeutet, daß die Quantisierungstabelle hoher Rate ausgewählt ist, werden die Koeffizienten des Bandes LL basierend auf der Quantisierungstabelle mit der feinsten Quantisieiurigsschrittbreite unter den drei Arten von Quantisierungstabellen des Bandes LL quantisiert Die Koeffizienten des Bandes LH werden basierend auf der Quantisierungstabelle mit der feinsten Quantisierungsschrittbreite unter den drei Arten von Quantisierungstabellen des Bandes LH quantisiert. Gleichermaßen werden die Koeffizienten der Bänder HL, HH basierend auf den Quantisierungstabellen mit der feinsten Quantisierungsschrittbreite unter den drei Arten von Quantisierungstabellen der jeweiligen Bänder HL, HH quantisiert.
Die Quantisierungstabellen für jedes Band können entweder dieselben oder unterschiedlich voneinander sein. Weiterhin kann die Quantisierungstabelle entweder eine eniheitlich Quantisierungstabelle mit einer festen Quantislerungsschrittbreite oder eihe nichtlineare Quantisierungstabelle mit einer nichtkonstanten Quantisierungsschrittbreite sein.
Die bei der Quantisierungsschaltung 56 quantisierten Koeffizienten werden zur Codierschaltung 57 eingegeben und durch eindimensionales Abtasten und ein Codieren mit variabler Länge der dreidimensionalen Blöcke eingegeben. Die Codierschaltung 57 codiert auch einen Index, der die Quantisierungstabelle anzeigt, der bei der Quantisierungsschaltung 56 verwendet wird, und gibt ihn aus.
Die Operation auf der Decodierseite läuft vollständig in einer umgekehrten Richtung. Anders ausgedrückt werden die codierten Daten zum Eingangsanschluß 91 eingegeben und in einen Index decodiert, der den ursprünglichen dreidimensionalen Koeffizienten und bei der Decodierschaltung 61 zu einem Index decodiert, der den ursprünglichen dreidimensionalen Koeffizienten und die Quantisierungstabelle anzeigt Die Koeffizienten werden bei der inversen Quantisierungsschaltung 62 gemäß dem Index invers quantisiert, der die Quantisierungstabelle anzeigt. Die von der inversen Quantisierungsschaltung 62 ausgegebenen Koeffizienten werden durch die inverse Orthogonaltransformation bei der Invers- Orthogonaltransformierschaltung 63 verarbeitet. Der Block von 8 Bildelementen X 8 Zeilen X 8 Halbbildern nach einer inversen Orthogonaltransformation wird im Speicher 64 gespeichert. Der Speicher 64 speichert die Blöcke durch 8 Halbbilder und gibt jede Komponente durch jedes Halbbild aus, bevor der Block der nächsten 8 Halbbild dort gespeichert wird. Das Signal jeder vom Speicher 64 ausgegebenen Komponente wird bei der Unterband-Zusammensetzungsschaltung 65 kombiniert.
Nun wird die Operation der Unterband-Zusammensetzungsschaltung 65 unter Bezugnahme auf Fig. 38 beschrieben. Signale der Bänder LL, LH, HL, HH, die vom Speicher 64 ausgegeben werden, werden jeweils bei den vertikalen 1 : 2- Interpolationsschaltungen 651a, 651b, 651c, 651d bei 0 interpoliert, so daß die Anzahl von Bildelementen in der vertikalen Richtung auf das Zweifache erhöht wird. Die Ausgaben von den vertikalen 1 : 2-Interpolatlonsschaltungen 651a, 651c werden bei den vertikalen LPFs 652a, 652b mit der Frequenzantwort, die in Fig. 23 gezeigt ist, jeweils bandbeschränkt. Andererseits werden die Ausgaben der vertikalen 1 : 2-Interpolatlonsschaltungen 651b, 651d jeweils bei den vertikalen HPFs 653a, 653b mn der Frequenzantwort, die in Fig. 24 gezeigt ist, bandbeschränkt. Die Ausgaben des vertikalen LPF 652a und des vertikalen HPF 653a werden bei dem Addierer 654a addiert. Darüber hinaus werden die Ausgaben des vertikalen LPFs 652b und des vertikalen HPFs 653b beim Addierer 654b addiert. Die Ausgaben von den Addierein 654a, 654b werden jeweils bei den horizontalen 1 : 2- Interpolationsschaltungen 655a, 655b bei 0 interpoliert, so daß die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Zweifache erhöht wird. Die Ausgabe der horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltung 655a wird beim horizontalen LPF 656 mit der Frequenzantwort, die in Fig. 25 gezeigt ist, bandbeschränkt. Die Ausgabe der horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltung 655b wird beim horizontalen HPF 657 mit der Frequenzantwort, die in Fig. 26 gezeigt ist, bandbeschränkt. Die Ausgaben vom horizontalen LPF 656 und vom horizontalen HPF 657 werden beim Addierer 658 addiert und daraus ausgegeben.
Das bei der Unterband-Zusammensetzungsschaltung 65 auf die Weise, wie es oben beschrieben ist, kombinierte digitale Videosignal wird beim D/A-Wandler 66 in ein analoges Signal umgewandelt.
In der Auswahlschaltung 58 wählt der Steuersignalgenerator 588 die Quantisierungstabelle auf der Basis des Signals va aus, das anzeigt, ob ein flacher Teil in der vertikalen Richtung enthalten ist, des Signals ha, das anzeigt, ob ein flacher Teil in der horizontalen Richtung enthalten ist, des Signals vb, das anzeigt, ob eine große Änderung in der vertikalen Richtung existiert, und des Signals hb, das anzeigt, ob eine große Änderung in der horizontalen Richtung existiert. Insbesondere in dem Fall des Videosignals in der Zeilensprungabtastform kann, da es sehr selten ist, daß ein Teil nur in der vertikalen Richtung flach ist und der flache Teil in der vertikalen Richtung nicht ganz bestimmt erkannt wird, das Vorhandensein eines flachen Teils durch den flachen Teil in der horizontalen Richtung beurteilt werden. Das bedeutet, daß beim Verwenden von nur ha, vb, hb, wenn ha = 1 und (vg = 1 oder hb = 1) eine derartige Beurteilung erfolgt, daß der Gegenstandsblock sowohl den flachen Teil als auch eilien Teil mit einer großen Änderung enthält, und die Quantisierungstabelle hoher Rate ausgewählt wird. Wenn ha = 1 und (vb = 0 und hb = 0) wird beurteilt, daß der Gegenstandsblock einen flachen Teil hat, aber keinen Teil mit einer großen Änderung, so daß die Quantisierungstabelle mittlerer Rate ausgewählt wird. Wenn ha = 0 wird beurteilt, daß kein flacher Teil im Gegenstandsblock gefunden wird, und die Quantisierungstabelle niedrigerer Rate wird ausgewählt.
Beim obigen Beispiel erhält die Berechnungseinheit 582 den maximalen Wert unter den absoluten Werten des Werts der Bildelemente in jedem Unterblock bei der Auswahlschaltung 58. Derselbe Effekt kann durch Erhalten des Dynamikbereichs jedes Unterblocks erreicht werden. Ein weiteres Beispiel der Struktur der Auswahlschaltung 58 ist in Fig. 40 gezeigt, wobei dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 39 bezeichnet sind. 93a ist ein Eingangsanschluß des Bandes LH und 93b ist ein Eingangsanschluß des Bandes HL. 589a, 589b stellen Absolutwert- Berechnungsschaltungen dar. 590 ist ein Addierer. 591 ist ein maximaler Wert im Unterblockdetektor, der den maximalen Wert innerhalb eines Unterblocks erfaßt. 592 ist ein Steuersignalgenerator.
Nachfolgend wird die Operation der Auswahlschaltung 58 der Fig. 40 erklärt. Der Block des von der Blockformatierschaltung 52 ausgegebenen Bandes LH wird durch den Eingangsanschluß 93a eingegeben, während der Block des Bandes HL durch den Eingangsanschluß 93b eingegeben wird. Beide Blöcke werden jeweils bei den Absolutwert-Berechnungsschaltungen 589a, 589b in absolute Werte umgewandelt. Der LH-Bandblock und der HL-Bandblock, die bei den Berechnungsschaltungen 589a, 589b in absolute Werte umgewandelt sind, werden beim Addierer 590 addiert und weiterhin bei der Unterblock-Formatierschaltung 581 in eine Vielzahl von Unterblöcken aufgeteilt. Die Unterblock-Formatierschaltung 581 teil einen Block beispielsweise in 32 Unterblöcke auf, wie es in Fig. 41 gezeigt ist. Der Maximalwert-im- Unterblock-Detektor 591 gibt den Maximalwert des Unterblocks aus. Unter der Annahme, daß der Wert von Bildelementen in jedem Unterblock, der von der Unterblock-Formatierschaltung 581 ausgegeben wird, durch s(i, j) (i, j = 0, 1, 2, 3) ausgedrückt wird, gibt nämlich der Maximalwert-im-Unterblock-Detektor 591 einen Wert (8) einen nachfolgend beschriebenen Wert (8) durch jeden Unterblock aus:
Max{s(i,j);i,j=0,1,2,3} ...(8)
Die Ausgabe vom Addierer 590 stellt eine Kante in der horizontalen Richtung oder jene in der vertikalen Richtung dar, und daher ist dann, wenn der Wert des Detektors 591, d.h. der Wert (8) bemerkenswert klein ist, der Gegenstandsunterblock ein flacher Teil. Wenn der Wert des Detektors 591 groß ist, enthält der Gegenstandsunterblock eine große Änderung.
Die Ausgabe vom Detektor 591 wird zum Minimalwertdetektor 583 und zum Maximalwertdetektor 581 eingegeben. Der Minimalwertdetektor 583 erhält den Minimalwert unter den Werten (8) in 43 Unterblöcken, die einen Block bilden. Anders ausgedrückt gibt der Minimalwertdetektor 583 den Minimalwert unter den 32 Werten aus, die aufeinanderfolgend vom Maximalwert-im-Unterblock-Detektor 591 ausgegeben werden. Zwischenzeitlich erhält der Maximalwertdetektor 584 den Maximalwert unter den Werten (8) in 32 Unterblöcken. Das bedeutet, daß der Maximalwertdetektor 584 den maximalen Wert unter den 32 Werten ausgibt, die aufeinanderfolgend vom Maximalwert-im-Unterblock-Detektor 591 ausgegeben werden. Daher enthält dann, wenn die Ausgabe des Minimalwertdetektors 583 sehr klein ist, der Block einen flachen Teil. Wenn die Ausgabe des Maximalwertdetektors 584 groß ist, enthält der Gegenstandsblock eine große Änderung.
Der Steuersignalgenerator 592 bestimmt, welche der Quantisierungstabellen ausgewählt werden sollte, auf der Basis der Ausgaben vom Minimalwertdetektor 583 und vom Maximalwertdetektor 584. Beispielsweise werden ein vergleichsweise kleiner Wert α' und ein vergleichsweise großer Wert β' zuvor eingestellt, und dann, wenn die Ausgabe dl des Minimalwertdetektors 583 nicht kleiner alsα' ist, wird die Quantisierungstabelle niedriger Rate ausgewählt. Wenn d1 < α' und die Ausgabe d2 des Maximalwertdetektors 584 nicht größer als β' ist, wird die Quantisierungstabelle mittlerer Rate ausgewählt. Andererseits wird dann, wenn d1 < α' und d2 > β', die Quantisierungstabelle hoher Rate ausgewählt. Sonst kann die Quantisierungstabelle gemäß einer zweidimensionalen Kurve umgeschaltet werden, die in Fig. 42 gezeigt ist. Das Verfahren wird selbst dann schnell angewendet, wenn es drei oder mehrere Quantisierungstabellen gibt.
Beim obigen Ausführungsbeispiel kann, obwohl die Quantisierungstabelle durch die Verwendung der Bänder LH, HL der unterteilten vier Komponenten ausgewählt wird, sie durch Verwendung der Bänder LH, HL, HH ausgewählt werden. Ein derartiges Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 43 erklärt, wobei dieselben Teile durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 35 bezeichnet sind. 58a ist eine Beurteilungsschaltung, die die Quantisierungstabelle durch die Verwendung der Bandblöcke LH, HL, HH bestimmt, die von der Blockformatierschaltung 52 ausgegeben werden.
Die Struktur der Schaltung 58a ist anhand eines Beispiels in Fig. 44 gezeigt. Dieselben Teile sind durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 39 bezeichnet. Die Bandblöcke LH, HL, HH, die von der Blockformatierschaltung 52 ausgegeben werden, werden sequentiell durch einen Eingangsanschluß 92a eingegeben und bei der Unterblock-Formatierschaltung 581 in 32 Unterblöcke unterteilt. Die Berechnungseinheit 582 erhält den maximalen Wert unter den Absolutwerten des Wertes der Bildelemente in jedem Unterblock. Die Ausgabe der Berechnungseinheit 582 wird zum Minimalwertdetektor 583 und zum Maximalwertdetektor 584 eingegeben. Der Minimalwertdetektor 583 erhält den minimalen Wert unter den Werten in den 32 Unterblöcken, die einen Block bilden, der von der Berechnungseinheit 582 ausgegeben wird. Der Maximalwertdetektor 584 erhält den maximalen Wert unter den Werten in den 32 Unterblöcken, die von der Berechnungseinheit 582 ausgegeben werden. Die Operation der Unterblock-Formatierschaltung 581, der Berechnungseinheit 582, des Minimalwertdetektors 583 und des Maximalwertdetektors 584 ist dieselbe wie beim vorangehenden Ausführungsbeispiel.
Konstantgeneratoren 585a, 585b, 585c, 585d, 585e, 585f geben jeweils vorbestimmte Werte α, β, &epsi;, γ, δ, θ aus. Ein Schalter 593a wählt den vorbestimmten Wert α des Konstantgenerators 585a, wenn die Ausgabe vom Minimalwertdetektor 583 ein Wert des Bandes LH ist, und wählt β des Konstantgenerators 585b, wenn die Ausgabe ein Wert des Bandes HL ist, und wählt &epsi; des Konstantgenerators 585e, wenn die Ausgabe ein Wert des Bandes HH ist.
593b ist ein Schalter, der den vorbestimmten Wertγ des Konstantgenerators 585c auswählt, wenn die Ausgabe vom Maximalwertdetektor 584 ein Wert des Bandes LH ist, und wählt δ des Konstantgenerators 585d aus, wenn die Ausgabe ein Wert des Bandes HL ist, und wählt θ des Konstantgenerators 585f aus, wenn die Ausgabe ein Wert des Bandes HH ist.
Wenn die Ausgabe des Minimalwertdetektors 583 kleiner als die Ausgabe des Schalter 593a ist, gibt der Komparator 587a "1" aus, und gibt in anderen Fällen "0" aus. Der Komparator 587b gibt "1" aus, wenn die Ausgabe des Maximalwertdetektors 584 größer als die Ausgabe des Schalters 593b ist, und gibt in anderen Fällen "0" aus. Anders ausgedrückt gibt, ähnlich zum vorangehenden Ausführungsbeispiel, der Komparator 587a "1" aus, wenn der Gegenstandsblock einen flachen Teil enthält, während der Komparator 587b "1" ausgibt, wenn der Gegenstandsblock eine große Änderung enthält.
Da die Bandblöcke LH, HL, HH durch den Eingangsanschluß 92a in dieser Reihenfolge eingegeben werden, geben zuerst die Komparatoren 587a, 587b Kriterien ha, hb des LH-Bandblocks aus, und geben dann Kriterien va, vb des HL-Bandblocks aus, und geben schließlich Kriterien da, db des HH-Bandblocks aus. Diese aufeinanderfolgenden drei Ausgaben von den Komparatoren 587a, 587b werden einem Steuersignalgenerator 588a eingegeben, wodurch die Quantisierungstabelle bestimmt wird.
Beispielsweise dann, wenn die Quantisierungsschaltung 56 drei Arten von Quantisierungstabellen hält, d.h. eine mit der feinsten Quantisierungsschrittbreite wird Quantisierungstabelle hoher Rate genannt, eine mit einer mittleren Quantisierungsschrittbreite wird Quantisierungstabelle mittlerer Rate genannt, und eine mit einer groben Quantisierungsschrittbreite wird Quantisierungstabelle niedriger Rate genannt. Es wird beurteilt, daß der Gegenstandsblock keinen flachen Teil hat, wenn ha = 0 und va = 0, und zu dieser Zeit wird die Quantisierungstabelle niedriger Rate ausgewählt. Wenn ha = 1 oder va = 1, da der Gegenstandsblock einen flachen Teil enthält, wird die Quantisierungstabelle hoher Rate ausgewählt. Weiterhin enthält dann, wenn hb = 1 oder vb = 1 oder db = 1, der Gegenstandsblock eine große Änderung und die Quantisierungstabelle hoher Rate wird ausgewählt. In anderen Fällen als oben wird die Quantisierungstabelle mittlerer Rate ausgewählt.
Obwohl beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Quantisierungstabelle unter Verwendung der Bänder LH, HL, HH ausgewählt wird, ist es möglich, nur eine Komponente dieser Bänder zu verwenden.
Bei jedem der vorangehenden Ausführungsbeispiele teilt die Unterblock- Formatierschaltung 581 einen Block in 32 Unterblöcke, wie es in Fig. 41 gezeigt ist. Jedoch ist die Größe eines Unterblocks nicht auf jene der Fig. 41 beschränkt, d.h. auf 4 Bildelemente × 4 Zeilen, sondern kann ein dreidimensionaler Unterblock von vier Bildelementen in der horizontalen Richtung × 2 Bildelementen in der vertikalen Richtung × 2 Halbbildern über der Zeitachse sein. Die Größe des Unterblocks kann in Abhängigkeit von der Größe des Blocks oder des Hardwareaufbaus entschieden werden. Weiterhin wird ein Block nicht notwendigerweise aus 8 Bildelementen × 8 Zeilen × 8 Halbbildern gebildet, sondern kann aus irgendeinem dreidimensionalen Block oder einem zweidimensionalen Block als Einheit der Orthogonaltransformation gebildet werden.
Alle vorangehenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Fall, bei dem das Eingangssignal in vier Frequenzbänder aufgeteilt wird. Jedoch kann die Quantisierungstabelle durch Verwenden von Hochfrequenzkomponenten nicht nur in einem derartigen Fall wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen ausgewählt werden, sondern auch dann, wenn das Eingangssignal in zwei Frequenzbänder nur in der horizontalen Richtung aufgeteilt wird, oder wenn das Eingangssignal durch wiederholtes Aufteilen der niedrigen Frequenzkomponenten in vier in 7 Bänder aufgeteilt wird. Anders ausgedrückt kann allgemein, wenn das Signal in irgendeiner Anzahl von Frequenzbändern aufgeteilt wird, derselbe Effekt wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen erreicht werden, und zwar durch Beurteilen, ob der Block einen flachen Teil und einen Teil mit einer großen Änderung enthält, unter Verwendung der Hochfrequenzkomponenten und durch Auswählen der Quantisierungstabelle auf der Basis des Ergebnisses.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird hierin nachfolgend diskutiert. Im Codiergerät gemäß des weiteren Ausführungsbeispiels wird entweder das ungeradzahlige Halbbild oder das geradzahlige Halbbild eines eingegebenen digitalen Videosignals in der Zeilensprungabtastform durch ein vertikales Filter mit ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen geführt, während das andere Halbbild durch ein vertikales Filter mit geradzahligen Bandsperrfrequenzen geführt wird.
Fig. 45 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur der Unterband- Aufteilungsschaltung 5 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt. Teile der Schaltung 5, die mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 19 bezeichnet sind, sind identisch zu jenen in Fig. 19, wobei deren Beschreibung hier weggelassen ist. Eine Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 28, eine R-Y-Signalunterband- Aufteilungsschaltung 29 und eine B-Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 30 innerhalb der Unterband-Aufteilungsschaltung 5 haben dieselbe innere Struktur und daher wird hier die Struktur der Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 28 anhand eines Beispiels beschrieben. Das vertikale LPF 241, das an den Eingangsanschluß 21 angeschlossen ist, ist in ein vertikales LPF 241a und ein vertikales LPF 241b aufgeteilt. Zwischen den vertikalen LPFS 241a und 241b und einer vertikalen 2 : 1- Unterabtastschaltung 243a ist ein Schalter 39 angeordnet. Ein Ausgangsanschluß des vertikalen LPF 241a ist an einen Anschluß des Schalters 39 angeschlossen, während ein Ausgangsanschluß des vertikalen LPF 241b an den anderen Anschluß b des Schalters 39 angeschlossen ist. Weiterhin ist das vertikale HPF, das an den Eingangsanschluß 21 angeschlossen ist, in ein vertikales HPF 242a und ein vertikales HPF 242b aufgeteilt. Ein Schalter 40 ist zwischen den vertikalen HPFs 242a und 242b vorgesehen, und eine vertikale 2 : 1-Unterabtastschaltung 243b, von der ein Anschluß a an einen Ausgangsanschluß des vertikalen HPF 242a angeschlossen ist, und von der der andere Anschluß b an einen Ausgangsanschluß des vertikalen HPF 242b angeschlossen ist.
Fig. 46 ist ein Blockdiagramm, das die innere Struktur der Unterband- Zusammensetzungsschaltung 14 des Codiergeräts gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt. In Fig. 46 wird, da Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 20 bezeichnet sind, identisch zu jenen in Fig. 20 sind, deren Beschreibung weggelassen. Eine Y-Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 36, eine R-Y- Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 37 und eine B-Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung 38 in der Unterband-Zusammensetzungsschaltung 14 haben dieselbe innere Struktur, und die folgende Beschreibung ist auf die Struktur der Y-Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 36 gerichtet. Das vertikale LPF, das an die vertikale 1 : 2-Interpolationsschaltung 336a angeschlossen ist, ist in ein vertikales LPF 337a und ein vertikales LPF 337b aufgeteilt. Es gibt einen Schalter 48 zwischen den vertikalen LPFS 337a, 337b und einen Subtrahierer 339. Ein Anschluß a des Schalters 48 ist an einen Ausgangsanschluß des vertikalen LPF 337a angeschlossen, wohingegen der andere Anschluß b des Schalters 48 an einen Ausgangsanschluß des vertikalen LPF 337b angeschlossen ist. Darüber hinaus ist das vertikale HPF, das an die vertikale 1 : 2-Interpolationsschaltung 336b angeschlossen ist, in ein vertikales HPF 338a und ein vertikales HPF 338b aufgeteilt. Ein weiterer Schalter 49 ist zwischen den vertikalen HPFs 338a, 338b vorgesehen, und ein Subtrahierer 339, von dem ein Anschluß a an einen Ausgangsanschluß des vertikalen HPF 338a angeschlossen ist, und von dem der andere Anschluß b an einen Ausgangsanschluß des vertikalen HPF 338b angeschlossen ist.
Das Codiergerät bei der oben diskutierten Struktur arbeitet auffolgende Weise: ein durch den Eingangsanschluß 21 eingegebenes Y-Signal wird bei der Y- Signalunterband-Aufteilungsschaltung 28 in vier Frequenzbänder aufgeteilt. Die Operation der Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 28 wird nun detaillierter diskutiert. Das eingegebene Y-Signal läuft durch die vertikalen LPFs 241a und 241b. Der Schalter 39 schaltet seine Anschlüsse a und b durch jedes Halbbild. Beispielsweise wählt der Schalter 39 den Anschluß a für das ungeradzahlige Halbbild, während er den Anschluß b für das geradzahlige Halbbild auswählt. Daher wird in dem Fall des ungeradzahligen Halbbildes das Y-Signal, das durch das vertikale LPF 241a mit den ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen läuft, ausgegeben. Andererseits wird in dem Fall des geradzahligen Halbbilds das Y-Signal ausgegeben, das durch das vertikale LPF 241b mit der geradzahligen Anzahl von Bandsperrfrequenzen läuft. Als Ergebnis haben die Ausgaben vom Schalter 39 sowohl beim ungeradzahligen als auch beim geradzahligen Halbbild dieselbe Abtastposition im Raum. Die nachfolgende Operation verläuft auf dieselbe Weise wie beim Beispiel der Fig. 19. Zwischenzeitlich läuft auch das vom Eingangsanschluß 21 eingegebene Y- Signal durch die vertikalen HPFs 242a und 242b. Der Schalter 40 schaltet die Anschlüsse a und b durch jedes Halbbild und wählt beispielsweise den Anschluß a für das ungeradzahlige Halbbild oder den Anschluß b für das geradzahlige Halbbild. Als Ergebnis wird das Y-Signal, das durch das vertikale HPF 242a mit der ungeradzahligen Bandsperrfrequenz in dem Fall eines ungeradzahligen Halbbildes ausgegeben, während das Y-Signal, das durch das vertikale HPF 242b der geradzahligen Bandsperrfrequenz in dem Fall eines geradzahligen Halbbildes ausgegeben wird. Daher hat die Ausgabe vom Schalter 40, wie es in Fig. 47 angezeigt ist, sowohl bei den ungeradzahligen als auch bei den geradzahligen Halbbildern dieselbe Abtastposition im Raum. Die der obigen Operation nachfolgende Operation ist dieselbe wie in Fig. 19. Weiterhin arbeiten die R-Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 29 und die B-Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 30 auf dieselbe Weise wie die hierin oben diskutierte Y-Signalunterband-Aufteilungsschaltung 28.
Fig. 48 ist eine Erklärung des Falls, in dem ein dreidimensionaler Block, der aus 4 Bildelementen in der horizontalen Richtung × 4 Bildelementen in der vertikalen Richtung × 8 Halbbilder über der Zeitachse zusammengesetzt ist, vom Speicher 27 ausgegeben wird. Da jede Komponente sowohl bei den ungeradzahligen als auch bei den geradzahligen Halbbildern dieselbe Abtastposition im Raum hat, sind Bildelemente innerhalb des Blocks im Gitterwerk selbst dann ausgerichtet, wenn die ungeradzahligen und geradzahligen Halbbilder gemischt sind.
Nachfolgend wird die Operation auf der Decodierseite erklärt. Das Operationsverfahren bis zur vertikalen 1 : 2-Interpolationsschaltung 336a in den Bändern LL, HL läuft auf dieselbe Weise wie im Beispiel der Fig. 20 ab, und daher wird die Beschreibung hier weggelassen. Die Ausgabe von der vertikalen 1 : 2- Interpolationsschaltung 336a wird zum vertikalen LPF 337a mit den ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen und dem vertikalen LPF 337b mit den geradzahligen Bandsperrfrequenzen eingegeben. Wenn der Anschluß a des Schalters 48 für das ungeradzahlige Halbbild ausgewählt wird, wird das Signal, das durch das vertikale LPF 337a mit den ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen läuft, zum Subtrahierer 339 ausgegeben. Andererseits wird dann, wenn der Anschluß b des Schalters 48 für das geradzahlige Halbbild ausgewählt wird, das Signal, das durch das vertikale LPF 337b mit den geradzahligen Bandsperrfrequenzen läuft, zum Subtrahierer 339 ausgegeben. Weiterhin verläuft das Operationsverfahren bis zur vertikalen 1 : 2- Interpolationsschaltung 336b in den Bändern LH, HH genauso wie in Fig. 20, und deren Beschreibung wird weggelassen. Die Ausgabe von der vertikalen 1 : 2- Interpolationsschaltung 336b wird zum vertikalen HPF 338a mit den ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen und zum vertikalen HPF 338b mit den geradzahligen Bandsperrfrequenzen eingegeben. In dem Fall des ungeradzahligen Halbbildes wird der Anschluß a des Schalters 49 ausgewählt, um dadurch das Signal, das durch däs vertikale HPF 338a mit den ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen läuft, zum Subtrahierer 339 ausgegeben. Gegensätzlich dazu wird im Fall des geradzahligen Halbbildes der Anschluß b des Schalters 49 ausgewählt, um dadurch das Signal, das durch das vertikale HPF 338b mit den geradzahligen Bandsperrfrequenzen läuft, zum Subtrahierer 339 abgegeben. Beim Subtrahierer 339 wird die Ausgabe des Schalters 49 von der Ausgabe des Schalters 48 subtrahiert. Folglich wird das ursprüngliche Y-Signal eines Halbbildes ausgegeben. Die R-Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung 37 und die B-Y-Signalunterband- Zusammensetzungsschaltung 38 arbeiten auf dieselbe Weise wie die oben beschriebene Y-Signalunterband-Zusammensetzungsschaltung 36.
Beim obigen Ausführungsbeispiel wird ein dreidimensionaler Block durch Bündeln sowohl der ungeradzahligen als auch der geradzahligen Halbbilder nach einem Ausrichten deren räumlicher Abtastposition gebildet, und er wird durch eine dreidimensionale Orthogonaltransformation verarbeitet. Demgemäß kann selbst ein digitales Videosignal in der Zeilensprungabtastform sehr stark komprimiert werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird hierin nachfolgend erklärt.
Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Gewichtungsverfahren in jedem Unterband geändert. Fig. 49 zeigt ein Blockdiagramm eines Codiergeräts des weiteren Ausführungsbeispiels auf der Codierseite, wobei die Teile, die mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 35 bezeichnet sind, dieselben Teile zeigen.
Ein digitales Videosignal wird bei der Unterband-Aufteilungsschaltung 51 in zwei Schritten bezüglich der Frequenz aufgeteilt, nämlich in der horizontalen und in der vertikalen Richtung, und zwar in vier Arten von Unterbandsignalen. Die Unterbandsignale werden jeweils zu Blockformatierschaltungen 52a, 52b, 52c, 52d ausgegeben. Jede Blockformatierschaltung 52a, 52b, 52c, 52d formt jede Vielzahl von Bildelementen in einen Block und gibt den erhaltenen Block zur jeweiligen Orthogonaltransformierschaltung 53a, 53b, 53c, 53d aus. Die Orthogonaltransformierschaltungen 53a, 53b, 53c, 53d verarbeiten den Block beispielsweise durch eine dreidimensionale DCT und geben die resultierenden Koeffizienten zu jeweiligen Gewichtungsschaltungen 54a, 54b, 54c, 54d aus. Auf der Basis der Frequenzantwort jedes Unterbandes führen die Gewichtungsschaltungen 54a, 54b, 54c, 54d eine Gewichtung bezüglich der von den Orthogonaltransformierschaltungen 53a, 53b, 53c, 53d ausgegebenen Koeffizienten durch und geben die gewichteten Koeffizienten zu jeweiligen Schaltungen 55a, 55b, 55c, 55d zum Codieren variabler Länge aus. Jede der Schaltungen 55a, 55b, 55c, 55d zum Codieren variabler Länge führt eine Codierung variabler Länge bezüglich der Ausgabe der jeweiligen Gewichtungsschaltung 54a, 54b, 54c, 54d aus.
Das Codiergerät des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels arbeitet auf folgende Weise.
Jede Vielzahl von Bildelementen, z.B. 8 Bildelemente × 8 Zeilen × 8 Halbbilder jedes Unterbandsignals von der Unterband-Aufteilungsschaltung 51 wird bei einer jeweiligen Blockformatierschaltung 52a, 52b, 52c, 52d in einem Block geformt. Ein Block Xo (i,j,k) (i: horizontale Richtung, j: vertikale Richtung, k: Zeitrichtung, i,j,k = 0, 1, ..., 7) wird von jeder Blockformatierschaltung 52a, 52b, 52c, 52d zur jeweiligen Orthogonaltransformierschaltung 53a, 53b, 53c, 53d über die aufeinanderfolgenden 8 Halbbilder ausgegeben. Diese Blöcke werden bei den Orthogonaltransformierschaltungen 53a, 53b, 53c, 53d durch eine dreidimensionale DCT verarbeitet, und als Ergebnis werden 8 × 8 × 8 Koeffizienten × (i,j,k) (i,j,k = 0, 1, ..., 7) zu den Gewichtungsschaltungen 54a, 54b, 54c, 54d ausgegeben. Die von den Orthogonaltransformierschaltungen 53a, 53b, 53c, 53d zu den Gewichtungsschaltungen 54a, 54b, 54c, 54d ausgegebenen Koeffizienten werden durch eine Gewichtung verarbeitet. Die Gewichtungsschaltung 54a entspricht dem Band LL, die Gewichtungsschaltung 54b dem Band LH, die Gewichtungsschaltung 54c dem Band HL und die Gewichtungsschaltung 54d dem Band HH. Die Ausgaben von den Gewichtungsschaltungen 54a, 54b, 54c, 54d werden bei den Schaltungen 55a, 55b, 55c, 55d zum Codieren variabler Länge jeweils mit variabler Länge codiert.
Nachfolgend wird die Operation jeder Gewichtungsschaltung 54a, 54b, 54c, 54d und die Größe der Gewichtung dabei erklärt.
Aus dem Ergebnis der Tabellen 2 und 3 ist in einem Block innerhalb der zweidimensionalen Ebene die Leistungsverteilung in der Umgebung von (i,j) = (0,0) im Band LL konzentriert, und daher ist es geeignet, daß eine große Gewichtung am Koeffizienten oben links durchgeführt wird, die die niedrigere Sequenz sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung ist, wie es in Fig. 50(a) gezeigt ist, und daß eine kleine Gewichtung an dem Koeffizienten durchgeführt wird, der die höhere Sequenz ist.
Aus dem Ergebnis der Tabellen 6 und 7 ist es in einem Block innerhalb der zweidimensionalen Ebene, da die Leistungsverteilung in der Umgebung von (i,j) = (0,7) im Band LH konzentriert ist, geeignet, wie es in Fig. 50(b) gezeigt ist, daß eine große Gewichtung an dem Koeffizienten unten links durchgeführt wird, der die niedrigere Sequenz in der horizontalen Richtung und die höhere Sequenz in der vertikalen Richtung ist, während eine kleine Gewichtung an dem Koeffizienten durchgeführt wird, der die höhere Sequenz in der horizontalen Richtung und die niedrigere Sequenz in der vertikalen Richtung ist.
Weiterhin ist es aus dem Ergebnis der Tabellen 4 und 5 in einem Block innerhalb der zweidimensionalen Ebene, da die Leistungsverteilung in der Umgebung von (i,j) = (7,0) im Band HL konzentriert ist, geeignet, daß eine große Gewichtung an dem Koeffizienten oben rechts durchgeführt wird, der die höhere Sequenz in der horizontalen Richtung und die niedrigere Sequenz in der vertikalen Richtung ist, wie es in Fig. 50(c) gezeigt ist, und daß eine kleine Gewichtung an dem Koeffizienten durchgeführt wird, der die niedrigere Sequenz in der horizontalen Richtung und die höhere Sequenz in der vertikalen Richtung ist.
Aus dem Ergebnis der Tabellen 8 und 9 ist es in einem Block in der zweidimensionalen Ebene, da die Leistungsverteilung in der Umgebung von (i,j) = (7,7) im Band HH konzentriert ist, geeignet, daß, wie es in Fig. 15(d) gezeigt ist, eine große Gewichtung bezüglich des Koeffizienten unten rechts durchgeführt wird, der sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung die höhere Sequenz hat, während bezüglich des Koeffizienten eine geringe Gewichtung durchgeführt wird, der sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung die niedrigere Sequenz hat.
Bezüglich der Werte auf der Zeitachse in jeder Tabelle ist die Leistungsverteilung in jedem Band in der Ebene k = 0 konzentriert. Je höher die Sequenz k wird, um so kleiner wird die Leistungsverteilung. Daher sollte eine große Gewichtung bezüglich des Koeffizienten mit der niedrigeren Sequenz von k durchgeführt werden, und eine geringe Gewichtung sollte bezüglich des Koeffizienten mit der höheren Sequenz von k durchgeführt werden. Weiterhin ist es, da das menschliche Augenlicht gegenüber einer hohen räumlichen Frequenz träge ist, vorzuziehen, daß im Band LL eine große Gewichtung durchgeführt wird, wo niedrige räumliche Frequenzen konzentriert sind, und daß eine geringe Gewichtung im Band HH durchgeführt wird, wo hohe räumliche Frequenzen konzentriert sind.
Angesichts der obigen Tatsache wird zum glatten Verbinden der vier Unterbänder in der horizontalen und in der vertikalen Frequenzrichtung der Gewichtungsfaktor in jedem Unterband wie folgt entschieden:
Ein Gewichtungsfaktor WLL(i,j,k) für das Band LL wird gemäß der folgenden Gleichung eingestellt:
Gleichermaßen werden die Gewichtungsfaktoren WLH(i,j,k), WHL(i,j,k), WHH(i,j,k) für die Bänder LH, HL, HH jeweils gemäß folgender Gleichungen eingestellt:
Eine effektive Gewichtung wird in jedem Unterband auf die hierin oben beschriebene Weise erreicht.
Obwohl beim obigen Ausführungsbeispiel die dreidimensionale DCT für die Orthogonaltransformation verwendet wird, kann eine zweidimensionale DCT angewendet werden. In einem derartigen Fall hat ein Koeffizient RMS der zweidimensionalen DCT eine ähnliche Tendenz wie der RMS in de zweidimensionalen Ebene bei der dreidimensionalen DCT, und daher werden die Gewichtungsfaktoren WLL(i,j), WLH(i,j), WHL(i,j), WHH(ij) für die Bänder LL, LH, HL, HH jeweils wie folgt eingestellt:
Hierin nachfolgend wird das Aufteilungs- und Kombinationsverfahren der Frequenzbänder gemäß dieser Erfindung diskutiert. Die Fig. 51 und 52 stellen eine Unterband-Aufteilungs- und eine Unterband-Zusammensetzungsschaltung dar, wenn das horizontale Frequenzband in zwei getrennt wird. In Fig. 51, die die Struktur der Unterband-Aufteilungsschaltung zeigt, ist 70 ein Eingangsanschluß eines digitalen Videosignals. Die Unterband-Aufteilungsschaltung ist mit einer Schaltung 71 zum Addieren eines gefalteten Bildes zum Falten eines Bildes, das über den Eingangsanschluß 70 an seiner einen Endstelle eingegeben wird, und zum Addieren von ihm versehen, einem horizontalen LPF 72 und einem horizontalen HPF 73 mit ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen zum Beschränken der horizontalen Frequenzen des Bildes, das von der Schaltung 71 ausgegeben wird, und mit horizontalen 2 : 1- Unterabtastschaltungen 74a, 74b zum Reduzieren der Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung der jeweiligen Ausgänge des horizontalen LPF 72 und des horizontalen HPF 73 auf die Hälfte. 75a, 75b sind jeweilige Ausgangsanschlüsse der horizontalen 2 : 1-Unterabtastschaltungen 74a, 74b.
In Fig. 52, die die Struktur der Unterband-Zusammensetzungsschaltung zeigt, sind 76a, 76b Eingangsanschlüsse der getrennten Bänder wie oben. Die Unterband- Zusammensetzungsschaltung ist versehen mit einer Schaltung 77 zum Addieren eines gefalteten Bildes zum Falten eines Bildes, das über den Eingangsanschluß 76a an seiner einen Endstelle eingegeben wird, und zum Addieren von ihm, einer Schaltung 78 zum Addieren eines gefalteten Bildes zum Falten des Bildes, das über den Eingangsanschluß 76b an seiner einen Endstelle und zum Multiplizieren von ihm mit -1 und zum Addieren von ihm, horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltungen 79a, 79b zum Interpolieren des Bildes von den Schaltungen 77, 78 bei 0, um dadurch die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Zweifache zu erhöhen, einem horizontalen LPF 80 mit geradzahligen Bandsperrfrequenzen zum Beschränken der horizontalen Frequenzen der Ausgabe von der Schaltung 79a, einem horizontalen HPF 81 mit geradzahligen Bandsperrfrequenzen zum Beschränken der horizontalen Frequenzen der Ausgabe der horizontalen 1 : 2- Interpolationsschaltung 79b und einer Berechnungseinheit 82 zum Reduzieren der Ausgabe des horizontalen HPF 81 von dem Ausgang des horizontalen LPF 80. 83 ist ein Ausgangsanschluß der Berechnungseinheit 82.
Die Operation der Unterband-Zusammensetzungsschaltung wird unter Bezugnahme auf Fig. 53 beschrieben, die das Konzept von Signalen erklärt, die von jedem Teil der Schaltung ausgegeben werden. Ein Bild, das an einer Endstelle des Bildes bei der Schaltung 71 zum Addieren eines gefalteten Bildes gefaltet wird, wird zum Videosignal addiert, das dem Eingangsanschluß 70 eingegeben wird. Genauer gesagt wird ein gefaltetes Bild, wie es nachfolgend durch (9) dargestellt wird, zum Videosignal mit einem Bild von beispielsweise 704 Bildelementen × 240 Zeilen pro jedem Zeilensignal x(n) (n = 1, ..., 704) addiert (Fig. 53(b)).
Die Ausgabe der Schaltung 71 zum Addieren eines gefalteten Bildes wird zum horizontalen LPF 72 und zum horizontalen HPF 73 eingegeben. Das horizontale LPF 72 ist ein Tiefpaßfilter einer linearen Phase geradzahliger Bandsperrfrequenzen, und sein Faktor h1(n) (n = 0, ..., N&sub1; - 1; wobei N&sub1; eine gerade Zahl ist) ist wie folgt:
h1(n)=h1(N&sub1;-n-1)n=0,...,(N&sub1;/2)-1 (10)
Anders ausgedrückt gibt das horizontale LPF 72 ein Signal aus, das durch nachfolgende Gleichung (11) durch ein Signal x(n) jeder Zeile ausgedrückt wird (Fig. 53(c)):
Zwischenzeitlich ist das horizontale HPF 73 ein Hochpaßfilter einer linearen Phase mit geradzahligen Bandsperrfrequenzen, und sein Faktor h2(n) (n = 0, ..., N&sub2; -1; wobei N&sub2; eine gerade Zahl ist) ist wie folgt:
h2(n) = -h2(N&sub2; -n-1) n = 0, ..., (N&sub2;/2)-1 ...(12)
Das bedeutet, daß das horizontale HPF 73 ein Signal ausgibt, das durch eine Gleichung (13) durch ein Signal x(n) jeder Zeile ausgedrückt wird (Fig. 53(c)):
Die Ausgaben des horizontalen LPF 72 und des horizontalen HPF 73 werden jeweils bei den horizontalen 2 : 1-Unterabtastschaltungen 74a, 74b ausgedünnt, so daß die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf die Hälfte reduziert wird. Die Ausgaben werden dann vom Ausgangsanschluß 75a, 75b ausgegeben (Fig. 53(d)).Die Unterband-Aufteilungsschaltung arbeitet auf die Weise, wie es hierin oben diskutiert ist. Zwei in Unterblöcke aufgeteilte Ausgaben werden durch eine Vorhersagecodierung, eine Orthogonaltransformation, etc. codiert. Auf der Codierseite werden die Unterbänder, nachdem die Signale decodiert sind, kombiniert.
Die Signale jedes aufgeteilten Unterbandes werden zu Eingangsanschlüssen 76a, 76b eingegeben. Das bedeutet, daß die über die Eingangsanschlüsse 76a, 76b eingegebenen Signale identisch zu den Signalen sind, die jeweils von den Ausgangsanschlüssen 75a, 75b ausgegeben werden, wenn es keine Störung beim Codieren/Decodieren gibt. Daher wird jede Zeile des Bildes, das über die Eingangsanschlüsse 76a, 76b eingegeben wird, jeweils durch y1(n), y2(n) (n = 1, 3, 5, ... 703) ausgedrückt wird. Die Schaltung 77 zum Addieren eines gefalteten Bildes faltet das über den Eingangsanschluß 76a eingegebene Bild an seiner Endstelle und addiert es, d.h. folgende Gleichung (14) wird gehalten:
Die Unterband-Aufteilungsschaltung gibt das addierte gefaltete Bild nicht aus. Jedoch dann, wenn das gefaltete Bild beim horizontalen LPF 72 berechnet wird, wird das folgende durch die Gleichungen (9) und (11) erfüllt:
Daher kann dann, wenn das gefaltete Bild bei der Schaltung 77 zum Addieren eines gefalteten Bildes addiert wird, wie es in der Gleichung (14) angezeigt ist, bei der Unterband-Zusammensetzungsschaltung richtig reproduziert werden, ohne das Bild zu senden, das bei der Unterband-Aufteilungsschaltung gefaltet wird. Die Ausgabe der Schaltung 77 zum Addieren eines gefalteten Bildes wird bei 0 bei der horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltung 79a interpoliert, und folglich wird die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Zweifache erhöht. Anders ausgedrückt wird jede Zeile des Bildes, das von der horizontalen 1 : 2- Interpolationsschaltung 79a ausgegeben wird, wie es in Fig. 53(e) angezeigt ist, wie folgt ausgedrückt: (n: ungerade Zahl) (n: gerade Zahl)
Die Ausgabe von der horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltung 79a wird zum horizontalen LPF 80 eingegeben. Das horizontale LPF 80 ist ein Tiefpaßfilter mit geradzahligen Bandsperrfrequenzen. Unter der Annahme, daß sein Faktor g1(n) (n = 0,..) ist, gibt es ein nachfolgend beschriebenes Signal pro jeder Zeile y1'(n) (n = -703, - 702, ..., 1407) des Bildes aus, das von der horizontalen 1 : 2- Interpolationsschaltung 79a ausgegeben wird (Fig. 53(g)):
Andererseits faltet die Schaltung 78 zum Addieren eines gefalteten Bildes das Bild, das über den Eingangsanschluß 76b eingegeben wird, und multipliziert es mit -1 und addiert es. Nämlich jede Zeile y2(n) (n = 1, 3, 5,..., 703) des Bildes, das über den Eingangsanschluß 76b eingegeben wird, wird so, wie es nachfolgend durch (15) dargestellt ist:
Unter der Annahme, daß das horizontale HPF 73 das gefaltete Bild bei der Unterband-Aufteilungsschaltung berechnet, wird das folgende durch die Gleichungen (9) und (13) erfüllt:
Demgemäß wird dann, wenn das gefaltete Bild bei der Schaltung 78 zum Addieren eines gefalteten Bildes addiert wird, wie es durch die Gleichung (15) ausgedrückt wird, das Bild in der Unterband-Zusammensetzungsschaltung richtig reproduziert, ohne das Bild zu senden, das bei der Unterband-Aufteilungsschaltung gefaltet wird. Die Ausgabe der Schaltung 78 zum Addieren eines gefalteten Bildes wird bei 0 bei der horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltung 79b interpoliert, wodurch die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Zweifache erhöht wird. Jede Zeile wird wie folgt ausgedrückt, wie es in Fig. 53(f) angezeigt ist: (n: ungerade Zahl) (n: gerade Zahl)
Die Ausgabe der horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltung 79b wird zum horizontalen HPF 81 eingegeben, das ein Hochpaßfilter mit geradzahligen Bandsperrfrequenzen ist. Wenn der Faktor des horizontalen HPF 81 g2(n) (n = 0, ..., N&sub4;-1; wobei N&sub4; eine gerade Zahl ist) ist, gibt das horizontale HPF 81 ein nachfolgendes Signal durch jede Zeile y2'(n) (n = -703, -702,..., 1407) des Bildes aus, das von der horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltung 79b ausgegeben wird:
Die Berechnungseinheit 82 reduziert die Ausgabe des horizontalen HPF 81 von der Ausgabe des horizontalen LPF 80 und gibt das Ergebnis vom Ausgangsanschluß 83 aus.
Zum konkreten Erklären der Effekte des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels sind, unter der Annahme, daß das horizontale LPF 72, das horizontale HPF 73, das horizontale LPF 80 und das horizontale HPF 81 Filter mit 16 Bandsperrfrequenzen sind, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, die ersten Zeilen x(n) (n = 1,...):
x(1)=16, x(2)=120, x(3)=130 x(4)=140
x(5)= 150, x(6)= 160, x(7)= 170, x(8)= 180,
x(9)=190, x(10)=200, x(n)=200,
(n=11, 12, ...,704)
Zu dieser Zeit sind die vom Ausgangsanschluß 75a ausgegebenen Signale folgende:
y1(1) = 59,6, y1(3) = 144,7, y1(5) = 152,6,
y1(7) = 175,1, y1(9) = 195,3, y1(11) = 200,5,
y1(13) = 199,8, y1(15) = 200,0, y1(17) = 199,9, ...
Weiterhin sind die vom Ausgangsanschluß 75b ausgegebenen Signale folgende:
y2(1) = +37,7, y2(3) = 8,2, y2(5) = -3,1,
y2(7) = 1,0, y2(9) = -1,6, y2(11) = 0,1,
y2(13)=-0,1, y2(15)=0,1, y2(17)=0,0, ...
Wenn diese Signale von den Ausgangsanschlüssen 75a, 75b jeweils zu den Eingangsanschlüssen 76a, 76b auf der Zusammensetzungsseite eingegeben werden, werden die Ausgänge des horizontalen LPF 80 folgende:
x1(1) = 46,3, x1(2) = 77,9, x1(3) = 129,4,
x1(4) = 156,1, x1(5) = 151,0, x1(6) = 153,2,
x1(7) = 169,1, x1(8) = 182,0, x1 (9) =191,3, ...
Und die Ausgaben des horizontalen HPF 81 werden folgende:
x2(1) = 30,5, x2(2) = -42,0, x2(3) = -0,5,
x2(4) = 16,3, x2(5) = 1,2, x2(6) = -6,7,
x2(7) = -0,8, x2(8) = 2,1, x2(9) = 1,4, ...
Daher werden die Ausgaben X(n) der Berechnungseinheit 82 dann, wenn sie auf die nächste ganze Zahl abgerundet werden, folgende:
X(1) = 16, X(2) = 120, X(3) = 130,
X(4) = 140, X(5) = 150, X(6) = 160,
X(7) = 170, X(8) = 180, X(9) = 190, ...
Wie es daraus klar wird, wird X(n) = x(n) selbst in der Umgebung der Endstelle des Bildes gehalten, wodurch das ursprüngliche Bild richtig reproduziert werden kann.
Beim obigen Ausführungsbeispiel kann, obwohl das gefaltete Bild addiert wird, bevor 0 interpoliert wird, das gefaltete Bild addiert werden, nachdem 0 interpoliert ist.
Weiterhin können die Filter, obwohl die Filter beim obigen Ausführungsbeispiel geradzahlige Bandsperrfrequenzen haben, mit ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen versehen sein. Die Fig. 54 und 55 zeigen ein Beispiel der Struktur in dem Fall, in dem die Filter mit ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen verwendet werden. Das über den Eingangsanschluß 70 eingegebene Bild wird mit dem Bild verbunden, das an der Endstelle gefaltet ist, und dessen Bildelement bei der Schaltung 84 zum Addieren eines gefalteten Bildes um Eins reduziert wird, wie es in Fig. 56(b) angezeigt ist, was in folgendem resultiert:
Das horizontale LPF 85 ist ein Tiefpaßfilter einer linearen Phase mit ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen. Der Faktor des horizontalen LPF 85, d.h. h1(n) (n = 0, N&sub1; -1; wobei N&sub1; eine ungerade Zahl ist) ist wie folgt:
h1(n)=h1(N&sub1;-n-1) n=0,...,(N&sub1;-1)/2
Das bedeutet, daß das horizontale LPF 85 ein Signal ausgibt, wie es durch eine Gleichung (17) durch ein Signal x(n) jeder Zeile dargestellt wird:
Die horizontale 2 : 1-Unterabtastschaltung 74a reduziert die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung der Ausgabe vom horizontalen LPF 85 auf die Hälfte, wobei y1(1), y1(3), y1(5) ... vom Ausgangsanschluß 75a ausgegeben wird (Fig. 56(c)). Währenddessen ist das horizontale HPF 86 ein Hochpaßfilter einer linearen Phase mit ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen. Der Faktor des horizontalen HPF 86, nämlich h2(n) (n =0, ..., N&sub2; -1; wobei N&sub2; eine ungerade Zahl ist) ist folgender:
h2(n)=h2(N&sub2;-n-1) n=0,...,(N&sub2;-1)/2
Anders ausgedrückt gibt das horizontale HPF 86 ein Signal aus, das durch eine Gleichung (18) durch ein Signal x(n) jeder Zeile ausgedrückt wird wie folgt:
Die horizontale 2 : 1-Unterabtastschaltung 74c reduziert die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung der Ausgabe des horizontalen HPF 86 auf die Hälfte, wobei y2(2), y2(4), y2(6) ... vom Ausgangsanschluß 75b ausgegeben wird (Fig. 56(d)).
In der Unterband-Zusammensetzungsschaltung werden Signale jedes Bandes, die von den Ausgangsanschlüssen 75a, 75b auf der Aufteilungsseite ausgegeben werden, zu jeweiligen Eingangsanschlüssen 76a, 76b eingegeben. Jede Zeile des Bildes, das von den Eingangsanschlüssen 76a, 76b eingegeben wird, wird durch y1(n) (n = 1, 3, 5,..., 703) bzw. y2(n) (n = 2, 4, 6, ..., 704) ausgedrückt. Das Bild, das über die Eingangsanschlüsse 76a, 76b eingegeben wird, wird bei den horizontalen 1 : 2- Interpolationsschaltungen 79a, 79c bei 0 interpoliert, so daß die Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung auf das Zweifache erhöht wird. Demgemäß sind die Ausgaben y1'(n), y2'(n) von den horizontalen 1 : 2- Interpolationsschaltungen 79a, 79c wie folgt:
Die Schaltungen 87a, 87b zum Addieren eines gefalteten Bildes falten jeweils die Bilder, die von den horizontalen 1 : 2-Interpolationsschaltungen 79a, 79c ausgegeben werden, an deren Endstellen und addieren es, wie es durch (19), (20) angezeigt ist (Fig. 56(e), 56(f)):
Die Unterband-Aufteilungsschaltung sendet kein addiertes gefaltetes Bild. Jedoch dann, wenn angenommen wird, daß das horizontale LPF 85 und das horizontalen HPF 86b das gefaltete Bild berechnet, wird folgendes durch die Gleichungen (16) und (17) erfüllt:
Gleichermaßen gilt folgendes:
y1(704+n) = y1(704-n) (n = 1, 2,..., 704)
Weiterhin wird auch das folgende durch die Gleichungen (16) und (18) erfüllt:
Daher kann, wenn das Bild, das am Ende des Bildes gefaltet ist, bei den Schaltungen 87a, 87b zum Addieren eines gefalteten Bildes addiert wird, wie es durch die Gleichungen (19) und (20) dargestellt ist, auch das gefaltete Bild, das addiert aber bei der Unterband-Aufteilungsschaltung nicht gesendet ist, richtig reproduziert werden. Die Ausgaben von den Schaltungen 87a, 87b zum Addieren eines gefalteten Bildes werden jeweils zum horizontalen LPF 88 und zum horizontalen HPF 89 eingegeben. Das horizontale LPF 88 ist ein Tiefpaßfilter mit ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen. Wenn der Faktor des horizontalen LPF 88 mit g1(n) (n = 0, ..., N -1; wobei eine ungerade Zahl ist) bezeichnet ist, gibt das horizontale LPF 88 ein Signal aus, das durch nachfolgende Gleichung durch jede Zeile y1'(n) des Bildes ausgedrückt wird, das von der Schaltung 87a zum Addieren eines gefalteten Bildes ausgegeben wird:
Andererseits ist das horizontale HPF 89 ein Hochpaßfilter mit ungeradzahligen Bandsperrfrequenzen. Unter der Annahme, daß der Faktor des horizontalen HPF 89 durch 92(n) (n = 0, ..., N&sub4; - 1; wobei N&sub4; eine ungerade Zahl ist) ausgedrückt wird, gibt das horizontale HPF 89 ein folgendermaßen ausgedrücktes Signal durch jede Zeile y2'(n) des Bildes aus, das von der Schaltung 87b zum Addieren eines gefalteten Bildes ausgegeben wird:
Die Berechnungseinheit 82 addiert die Ausgabe des horizontalen HPF 89 mit der Ausgabe des horizontalen LPF 88, und gibt dann das Ergebnis vom Ausgangsanschluß 83 aus.
Obwohl beim vorangehenden Ausführungsbeispiel das gefaltete Bild addiert wird, nachdem 0 interpoliert ist, ist es möglich, daß 0 interpoliert wird, nachdem das gefaltete Bild addiert ist.
Zusätzlich wird bei den oben diskutierten Ausführungsbeispielen das horizontale Frequenzband bei der Unterband-Aufteilungsschaltung in zwei aufgeteilt. Jedoch ist es klar, daß das vertikale Frequenzband in zwei aufgeteilt werden kann. Diese Erfindung wird auch auf den Fall angewendet, bei dem das zweidimensionale Frequenzband in vier aufgeteilt wird, und zwar durch Verbinden einer Unterband- Aufteilungsschaltung, die das horizontale Frequenzband in zwei trennt, mit einer Unterband-Aufteilungsschaltung, die das vertikale Frequenzband in zwei trennt. Weiterhin ist es möglich, das Frequenzband feiner zu trennen, und zwar durch Verbinden einer Vielzahl von Unterband-Aufteilungsschaltungen miteinander.
Es ist offensichtlich, daß es genügt, nur Bildelemente zu addieren, die zum Filtern nötig sind, obwohl beim vorangehenden Ausführungsbeispiel alle gefalteten Bilder addiert werden.
Diese Erfindung kann in mehreren Formen ausgeführt werden, ohne vom Sinngehalt ihrer wesentlichen Eigenschaften abzuweichen, so daß das vorliegende Ausführungsbeispiel daher darstellend und nicht beschränkend ist, da der Schutzbereich der Erfindung eher durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, als durch die diesen vorangehende Beschreibung, und alle Änderungen, die in die Bereiche und die Grenzen der Ansprüche fallen, oder Äquivalente solcher Bereiche und Grenzen davon sind, sollen daher durch die Ansprüche umfaßt sein. TABELLE 2 TABELLE 3 TABELLE 4 TABELLE 5 TABELLE 6 TABELLE 7 TABELLE 8 TABELLE 9 TABELLE 10 TABELLE 11

Claims

1. Codiergerät zum Codieren eines digitalen Videosignais, wobei das Gerät folgendes aufweist:

eine Unterband-Aufteilungseinrichtung zum Aufteilen des digitalen Videosignais in eine Vielzahl von Videosignalen von Unterbändern unterschiedlicher Frequenz;

eine Formatiereinrichtung zum Formatieren von Videosignalen jedes Unterbandes in Blöcke pro jeder Vielzahl von Bildelementen;

eine Orthogonaltransformiereinrichtung zum Durchführen einer orthogonalen Transformation an jedem der formatierten Blöcke, um dadurch Koeffizienten zu erhalten; und

eine Codiereinrichtung zum Codieren der erhaltenen Koeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung eine Quantisierungseinrichtung mit einer Vielzahl von Quantisierungstabellen mit unterschiedlichen Quantisierungsschrittbreiten zum Quantisieren der durch die Orthogonaltransformiereinrichtung erhaltenen Koeffizienten unter Verwendung einer ausgewählten Quantisierungstabeile enthält, und eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, daß eine Quantisierungstabelle durch die Quantisierungseinrichtung basierend auf dem Signalpegel von Bildelementen des Blocks in einem Hochfrequenzband ausgewählt wird.

2. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei die Unterband-Aufteilungseinrichtung folgendes enthält: eine Einrichtung zum Aufteilen des digitalen Videosignals in zwei entsprechend einer vertikalen Frequenz, eine Einrichtung zum Verdünnen des digitalen Videosignals auf die Hälfte in vertikaler Richtung, eine Einrichtung zum Aufteilen des digitalen Videosignals in zwei gemäß einer horizontalen Frequenz, und eine Einrichtung zum Verdünnen des digitalen Videosignals auf die Hälfte in horizontaler Richtung.

3. Codiergerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Codiereinrichtung folgendes enthält: eine Abtasteinrichtung zum Abtasten in einer Dimension der durch die Orthogonaltransformiereinrichtung erhaltenen Koeffizienten und eine Einrichtung zum Steuern der Abtasteinrichtung, so daß die Anfangsposition der eindimensionalen Abtastung gemäß jedem Unterband entschieden wird.

4. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei die Orthogonaltransformiereinrichtung eine Orthogonaltransformierschaltung enthält, die einen Teil der durch die Formatiereinrichtung erhaltenen Blöcke verdünnt und eine orthogonale Transformation an den übrigen Blöcken durchführt.

5. Codiergerät nach Anspruch 4, wobei das digitale Videosignal ein digitales Videosignal vom Zeilensprungtyp ist.

6. Codiergerät nach Anspruch 5, wobei die Orthogonaltransformierschaltung einen Teil der Blöcke verdünnt, wobei n Felder (n: eine natürliche Zahl) als ein Zyklus eingestellt sind.

7. Codiergerät nach Anspruch 5, wobei die Orthogonaltransformierschaltung einen Teil der Blöcke verdünnt, wobei n Datenübertragungsblöcke (n: eine natürliche Zahl) als ein Zyklus eingestellt ist.

8. Codiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Orthogonaltransformiereinrichtung folgendes enthält: eine Einrichtung zum Erhalten einer Aktivität der durch die Formatiereinrichtung erhaltenen Blöcke, eine Einrichtung zum Bestimmen der Effektivität jedes Blocks auf der Basis der erhaltenen Aktivität, und eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben von Koeffizienten effektiver Blöcke.

9. Codiergerät nach Anspruch 8, wobei die Aktivität wenigstens die Varianz der Blöcke, ein maximaler Wert von Blöcken, ein dynamischer Bereich von Blökken und/oder eine Differenz der Signalpegel benachbarter Bildelemente.

10. Codiergerät nach Anspruch 8, wobei die Ausgabeeinrichtung auch einen Koeffizienten einer Gleichstromkomponente in einem Block ausgibt, der kein effektiver Block ist.

11. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinrichtung folgendes enthält: eine Einrichtung zum Aufteilen des Blocks in einem Hochfrequenzband in eine Vielzahl von Unterblöcken und eine Einrichtung zum Bestimmen, daß eine Quantisierungstabelle durch die Quantisierungseinrichtung basierend auf dem maximalen Wert des absoluten Signalpegels der Bildelemente innerhalb der Unterblöcke ausgewählt wird.

12. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinrichtung folgendes enthält: eine Einrichtung zum Aufteilen des Blocks im Hochfrequenzband in eine Vielzahl von Unterblöcken und eine Einrichtung zum Bestimmen, daß eine Quantisierungstabelle durch die Quantisierungseinrichtung basierend auf dem dynamischen Bereich des Signalpegeis der Bildelemente innerhalb der Unterblöcke ausgewählt wird.

13. Codiergerät nach Anspruch 1, wobei die Unterband-Aufteilungseinrichtung das digitale Videosignal in zwei entsprechend einer horizontalen Frequenz und auch in zwei entsprechend einer vertikalen Frequenz aufteilt, um dadurch das digitale Videosignal in Videosignale von vier Arten von Unterbändern aufzuteilen.

14. Codiergerät nach Anspruch 13, wobei der Block im Hochfrequenzband ein Block ist, wo eine horizontale Frequenz in einem niedrigen Band und eine vertikale Frequenz in einem hohen Band ist, und ein Block, wo eine horizontale Frequenz in einem hohen Band ist und eine vertikale Frequenz in einem niedrigen Band ist.

15. Codiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die orthogonale Transformation eine DCT (diskrete Kosinustransformation) ist.

16. Codiergerät zum Codieren eines digitalen Videosignals gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Formatiereinrichtung die digitalen Videosignale in Blöcke formatiert, so daß wenigstens eine Dimension der Blöcke der temporalen Richtung entspricht.

17. Codiergerät zum Codieren eines digitalen Videosignals nach Anspruch 1, wobei

die Formatiereinrichtung Videosignale jedes Unterbands in dreidimensionale Blöcke pro jeder Vielzahl von Bildelementen formatiert; und

die Orthogonaltransformiereinrichtung eine dreidimensionale orthogonale Transformation an jedem der formatierten Blöcke durchführt, um dadurch Koeffizienten zu erhalten.

18. Codiergerät zum Codieren eines digitalen Videosignals vom Zeilensprungtyp nach Anspruch 1, wobei die Unterband-Aufteilungseinrichtung folgendes aufweist:

ein erstes vertikales Filter von Abzweigem einer ungeraden Anzahl, das einem der ungeradzahligen und geradzahligen Feldern des digitalen Videosignals erlaubt, hindurchzugehen; und

ein zweites vertikales Filter von Abzweigem einer geraden Anzahl, das den anderen der ungeradzahligen und geradzahligen Feldern des digitalen Videosignals erlaubt, hindurchzugehen.

19. Codiergerät zum Codieren eines digitalen Videosignals nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Bestimmungseinrichtung eine Gewichtungseinrichtung zum Durchführen einer Gewichtung bezüglich der erhaltenen Koeffizienten enthält.

20. Codiergerät nach Anspruch 19, wobei die Gewichtungseinrichtung eine Gewichtung auf eine Weise neu bildet, daß eine Gewichtung bezüglich jedes Unterbandes in einer Frequenzrichtung aufeinanderfolgend ist.

-21. Codiergerät zum Codieren eines digitalen Videosignals nach Anspruch 1, wobei die Codiereinrichtung eine Vielzahl von Codiertabellen entsprechend jeweiligen Unterbändern und zum Codieren der erhaltenen Koeffizienten auf der Basis einer aus der Vielzahl von Codiertabellen ausgewählten Codiertabelle aufweist.

22. Codiergerät zum Codieren eines digitalen Videosignals nach Anspruch 21, wobei die Bestimmungseinrichtung weiterhin eine Gewichtungseinrichtung zum Durchführen einer Gewichtung bezüglich der erhaltenen Koeffizienten aufweist.

23. Codiergerät zum Codieren eines digitalen Videosignals nach einem der Ansprüche 1 bis 22, das weiterhin eine Decodiereinrichtung zum Decodieren codierter Daten enthält, um dadurch das digitale Videosignal zu erhalten, wobei die Decodiereinrichtung folgendes aufweist:

eine Decodiereinrichtung zum Decodieren der codierten Daten, um dadurch Koeffizienten zu erhalten;

eine Invers-Orthogonaltransformiereinrichtung zum Durchführen einer inversen orthogonalen Transformation an den erhaltenen Koeffizienten, um dadurch eine Vielzahl von Videosignalen der Unterbänder zu erhalten; und

eine Unterband-Zusammensetzungseinrichtung zum Zusammensetzen der Vielzahl von Videosignalen der Unterbänder, um dadurch das digitale Videosignal zu erhalten.

24. Codierverfahren zum Codieren eines digitalen Videosignals, wobei das Verfahren folgendes aufweist:

einen Schritt zum Aufteilen des digitalen Videosignals in eine Vielzahl von Videosignalen von Unterbändern unterschiedlicher Frequenz;

einen Schritt zum Formatieren der Videosignale jedes Unterbandes in zwei- oder mehrdimensionale Blöcke pro jeder Vielzahl von Bildelementen;

einen Schritt zum Durchführen einer orthogonalen Transformation bezüglich jedes der formatierten Blöcke, um dadurch Koeffizienten zu erhalten; und

einen Schritt zum Codieren der erhaltenen Koeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Codieren weiterhin folgende Schritte aufweist:

Bestimmen einer aus einer Vielzahl von Quantisierungstabellen mit unterschiedlichen Quantisierungsschrittbreiten basierend auf dem Signalpegel von Bildelementen des Blocks im Hochfrequenzband, und

Quantisieren der im Schritt zum Durchführen einer orthogonalen Transformation erhaltenen Koeffizienten unter Verwendung der ausgewählten Quantisierungstabelle.

25. Codierverfahren nach Anspruch 24, wobei der Schritt zum Codieren ein eindimensionales Abtasten enthält, wobei der Anfangspunkt der eindimensionalen Abtastung für jedes Unterband durch den Schritt zum Bestimmen einer Quantisierungstabelle entschieden wird.

26. Codierverfahren zum Codieren eines digitalen Videosignals nach Anspruch 24 oder 25, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Verdünnen eines Teils der formatierten Blöcke;

Durchführen einer orthogonalen Transformation an jedem übrigen Block, um dadurch Koeffizienten zu erhalten.

27. Codierverfahren zum Codieren eines digitalen Videosignals nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei der Schritt zum Bestimmen folgendes enthält:

einen Schritt zum Erhalten einer Aktivität der Videosignale in jedem formatierten Block;

einen Schritt zum Bestimmen, ob jeder Block ein effektiver Block ist, auf der Basis der Aktivität, der weiterhin den Schritt zum Codieren nur der Koeffizienten in den effektiven Blöcken enthält.

28. Codierverfahren zum Codieren eines digitalen Videosignals nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei das Videosignal vom Zeilensprungtyp ist und die Schritte zum Aufteilen des digitalen Videosignals in Unterbänder und zum Formatieren der Videosignale der Unterbänder in Blöcke folgendes aufweist:

einen Schritt zum Durchlassen eines der ungeradzahligen und geradzahligen Felder des digitalen Videosignals durch ein vertikales Filter von Abzweigern einer ungeraden Anzahl;

einen Schritt zum Durchlassen der anderen der ungeradzahligen und geradzahligen Felder des digitalen Videosignals durch ein vertikales Filter von Abzweigem einer geraden Anzahl;

einen Schritt zum Bilden zweidimensionaler Blöcke in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung innerhalb jedes Feldes durch ein Ausgangssignal von den vertikalen Filtern; und

einen Schritt zum Bilden dreidimensionaler Blöcke durch Bündeln der zweidimensionalen Blöcke einer Vielzahl von Feldern in einer temporalen Richtung.

29. Codierverfahren zum Codieren eines digitalen Videosignals nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei der Schritt zum Bestimmen folgendes enthält:

einen Schritt zum Durchführen einer Gewichtung bezüglich der erhaltenen Koeffizienten auf eine Weise, daß ein Gewichten jedes Unterbandes in einer Frequenzrichtung folgerichtig ist.

30. Codierverfahren zum Codieren eines digitalen Videosignals nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei der Schritt zum Aufteilen des digitalen Videosignals in eine Vielzahl von Videosignalen von Unterbändern gemäß einem Unterband-Aufteilungs-/Zusammensetzungsverfahren zum Aufteilen eines digitalen Videosignals in Unterbänder und zum Zusammensetzen der aufgeteilten digitalen Videosignals durchgeführt wird, wobei das Verfahren folgendes aufweist:

einen Schritt zum Verbinden eines gefalteten Videosignals, das an einem Endteil des digitalen Videosignals gefaltet ist, mit dem Endpunkt;

einen Schritt zum Durchlassen des Videosignals, das mit dem gefalteten Videosignal verbunden ist, durch ein erstes Tiefpaßfilter von Abzweigern einer geraden Anzahl;

einen Schritt zum Verdünnen einer Ausgabe des ersten Tiefpaßfilters in einem Verhältnis 2:1, um dadurch ein erstes Ausgangssignal zu erhalten;

einen Schritt zum Durchlassen des Videosignals, das mit dem gefalteten Videosignal verbunden ist, durch ein erstes Hochpaßfilter von Abzweigern einer geraden Anzahl;

einen Schritt zum Verdünnen einer Ausgabe des ersten Hochpaßfilters in einem Verhältnis 2:1, um dadurch ein zweites Ausgangssignal zu erhalten;

einen Schritt zum Verbinden eines gefalteten Videosignals, das an einem Endpunkt des ersten Ausgangssignals gefaltet ist, mit dem Endpunkt;

einen Schritt zum Interpolieren von 0 zu dem ersten Ausgangssignal, das mit dem gefalteten Videosignal verbunden ist, um dadurch die Anzahl von Bildelementen auf das Zweifache zu erhöhen;

einen Schritt zum Durchlassen des Videosignals nach der Interpolation von 0 durch ein zweites Tiefpaßfiltern von Abzweigern einer geraden Anzahl;

einen Schritt zum Verbinden des Videosignals, das durch Multiplizieren mit -1 des Wertes jedes Bildelements erhalten wird, wenn das zweite Ausgangssignal an seinem Endpunkt mit dem Punkt gefaltet ist;

einen Schritt zum Interpolieren von 0 zu dem zweiten Ausgangssignal, das mit dem gefalteten Videosignal verbunden ist, um dadurch die Zahl von Bildelementen auf das Zweifache zu erhöhen;

einen Schritt zum Durchlassen des Videosignals nach der Interpolation von 0 durch ein zweites Hochpaßfilter von Abzweigern einer geraden Anzahl; und

einen Schritt zum Zusammensetzen der Ausgaben des zweiten Tiefpaßfilters und des zweiten Hochpaßfilters.

31. Codierverfahren zum Codieren eines digitalen Videosignais nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei der Schritt zum Aufteilen des Videosignals in eine Vielzahl von Videosignalen von Unterbändern gemäß einem Unterband- Aufteilungs-Zusammensetzungsverfahren zum Aufteilen eines digitalen Videosignals in Unterbänder und zum Zusammensetzen der aufgeteilten digitalen Videosignale durchgeführt wird, wobei das Verfahren folgendes aufweist:

einen Schritt zum Verbinden eines Videosignals, das durch Subtrahieren eines Bildelements von einem gefalteten Videosignal erhalten wird, das an einem Endpunkt des digitalen Videosignals gefaltet ist, mit dem Endpunkt;

einen Schritt zum Durchlassen des Videosignals, das mit dem gefalteten Videosignal verbunden ist, durch ein erstes Tiefpaßfilter von Abzweigern einer ungeraden Anzahl;

einen Schritt zum Durchlassen des Videosignals, das mit dem gefalteten Videosignal verbunden ist, durch ein erstes Hochpaßfilter von Abzweigern einer ungeraden Anzahl;

einen Schritt zum Verdünnen der Ausgabe des ersten Hochpaßfilters in einem Verhältnis 2 : 1, um dadurch ein zweites Ausgangssignal zu erhalten;

einen Schritt zum Interpolieren von 0 zu dem ersten Ausgangssignal, um dadurch die Zahl von Bildelementen auf das Zweifache zu erhöhen;

einen Schritt zum Verbinden eines Videosignals, das durch Subtrahieren eines Bildelements von einem gefalteten Videosignal erhalten wird, das an einem Endpunkt des ersten Ausgangssignals gefaltet ist, mit dem Endpunkt, nach einer Interpolation von 0;

einen Schritt zum Durchlassen des Videosignals, das mit dem gefalteten Videosignal verbunden ist, durch ein zweites Tiefpaßfilter von Abzweigern einer ungeraden Anzahl;

einen Schritt zum Interpolieren von 0 zu dem zweiten Ausgangssignal, um dadurch die Zahl von Bildelementen auf das Zweifache zu erhöhen;

einen Schritt zum Verbinden eines gefalteten Videosignals, das durch Subtrahieren eines Bildelements von dem Videosignal erhalten wird, das an einem Endpunkt des zweiten Ausgangssignals gefaltet ist, mit dem Endpunkt, nach einer Interpolation von 0;

einen Schritt zum Durchlassen des Videosignals, das mit dem gefalteten Videosignal verbunden ist, durch ein zweites Hochpaßfilter von Abzweigern einer ungeraden Anzahl; und