DE69705063T2

DE69705063T2 - Verfahren und vorrichtung zur kompensierung von durch chrominanzsignalverarbeitung verursachten luminanzdefekten

Info

Publication number: DE69705063T2
Application number: DE69705063T
Authority: DE
Inventors: Guido Bruck
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: CN1238101A; DE69705063D1; DE19652362A1; EP0947106B1; AU5560998A; EP0947106A1; JP3682927B2; CN1090872C; WO1998027745A1; US6519289B1; JP2001506437A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Kompensieren von Luminanzdefekten, die durch die Verarbeitung von Chrominanzsignalen erzeugt werden, wie in den Ansprüchen dargelegt ist.

Stand der Technik

EP-A-0 176 093, DE-A-35 16 110 und EP-A-0 253 218 beschreiben ein Verfahren zum Kompensieren von empfängerseitigen Luminanzdefekten, die von senderseitiger Tiefpaßfilterung der gammavorverzerrten Chrominanzsignale verursacht werden, mit Hilfe von Korrektursignalen. Dies ist ein Verfahren, das nur auf der Senderseite verwendet wird und voll mit der vorhandenen Ausrüstung kompatibel ist. Es führt zu einer Verbesserung der Bildqualität im Bereich von hochgesättigten Farben.

Erfindung

Bei den modernen Bild-Kodierverfahren MPEG-1 (ISO/IEC 11172) und MPEG-2 (ISO/lEC 13818) ist nur die Empfängerseite des Übertragungsweges, der Dekoder, genormt. Die Senderseite des Übertragungsweges, der Kodierer, ist nicht genormt. Es muß nur sichergestellt werden, daß der Kodierer einen Bit-Strom aussendet, der von einem Norm-Dekoder dekodiert werden kann. MPEG-2 wird gegenwärtig bei der Übertragung von digitalen Fernsehsignalen verwendet, wobei eine kleine Zahl von Kodierern, aber viele Dekodierer benötigt werden. Wenn die Kosten für einen MPEG-2- Kodierer eine Verbraucheranwendung erlauben, können zum Beispiel digitale MPEG-2-Videorecorder verwendet werden. Zum Zwecke der Kompatibilität muß ein genormter Bit-Strom auf dem Speichermedium (magnetisches oder optisches Medium) aufgezeichnet werden, und die zu diesen Videosignalen passenden Dekoder müssen die Norm erfüllen. Ein Wettstreit zwischen einzelnen Herstellern kann dann durch Kodierer hervorgerufen werden, die während der Bildwiedergabe mit einem genormten Dekoder unterschiedliche Bildqualitäten erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kompensieren von Luminanzdefekten zu spezifizieren, die durch die Verarbeitung von Chrominanzsignalen im Zusammenhang mit der digitalen Bit-Kodierung von Signalkomponenten erzeugt werden, Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu spezifizieren. Diese Aufgabe wird mittels der im Anspruch 6 angegebenen Vorrichtung gelöst.
Die Erfindung hat erkannt, daß das oben erwähnte Verfahren der Luminanzkorrektur auch vorteilhafterweise in Verbindung mit modernen Bild-Kodierverfahren wie zum Beispiel MPEG-1 und MPEG-2 verwendet werden kann. Das Prinzip hinter diesem Kompensationsverfahren ist die Tatsache, daß als Ergebnis der senderseitigen Gradation oder γ-Vorverzerrung ein Teil der in dem Bild enthaltenen Luminanz- oder Helligkeits-Informationen in den beiden Chrominanzsignal-Komponenten übertragen wird. Dieser Teil ist umso größer, je kleiner das Luminanzsignal der entsprechenden Farbe ist, und umso größer wie dessen Farbsättigung ist. Jede Änderung der Chrominanzsignal-Komponenten führt zu einer Änderung der durch sie übertragenen Luminanzinformation. Bei den früheren Farbferseh-Übertragungsnormen besteht eine solche Änderung zum Beispiel aus der Tiefpaßfilterung der beiden Chrominanzsignal- Komponenten vor der Übertragung. Die Kodierung der Bildinformation gemäß den MPEG-Normen wird auch mit gradationsvorverzerrten Signalen durchgeführt. Die beiden Chrominanzsignal-Komponenten werden durch Irrelevanz-Reduktion geändert, die durch Quantisierung der DCT-kodierten Signalwerte und durch die übliche Tiefpaßfilterung ausgeführt wird. Diese Änderung bewirkt auch eine Änderung der in den Chrominanzsignal-Komponenten enthaltenen Luminanzinformation, die bei der Wiedergabe von MPEG-kodierten Videosignalen unter anderem als Unschärfe in stark gesättigten Bereichen und als Störsignal bei der Luminanz sichtbar werden. Dieses Luminanz-Störsignal wird wie Quantisierungsrauschen manifestiert.
Das bekannte Verfahren zur Luminenzkompensation bei analogen Fernsehnormen kann nun auch vorteilhafterweise bei der digitalen Bild-Kodierung, z. B. gemäß den MPEG-Normen verwendet werden, um die Bildqualität zu verbessern. Insoweit wird das Chrominanzsignal in dem Dekoder kodiert und erneut dekodiert. Von dem dekodierten Chrominanzsignal wird ein Korrektursignal abgeleitet und während der Kodierung des Luminanzsignals verwendet. Die Makroblöcke, die für die Vorhersage bewegungskompensiert sind, beruhen auf dem entsprechend dekodierten Chrominanzsignal und auf dem dekodierten korrigierten Luminanzsignal.

Zeichnungen

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 das Prinzip eines üblichen Farbfernseh- Übertragungssystems;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines MPEG-Kodierers;
Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines MPEG-Kodierers, getrennt für Luminanzsignal- und Chrominanz-Komponenten;
Fig. 4 einen MPEG-Kodierer mit erfindungsgemäßer Luminanzkompensation;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Pixel eines Makroblocks für das 4 : 2 : 2- und 4 : 2 : 0- Datenformat.

Ausführungsbeispiele

In dem nachfolgenden Text werden erst relevante Teile eines üblichen analogen Farbfernseh-Übertragungssystems, wie zum Beispiel PAL, beschrieben, und dann folgt eine Einführung in die MPEG-Kodierung, soweit sie für die Anwendung des Luminanz- Kompensationsverfahrens notwendig ist.
Fig. 1 zeigt das Prinzip eines solchen üblichen Farbfernseh- Übertragungsverfahrens. In dem Sender TR wird vor allen Dingen die aufzeichnende Lichtstrahlung, hier durch ihre Norm-Farbwerte X&sub1;, Y&sub1; und Z&sub1; dargestellt, in einer Kamera CAM mittels dreier 1- dealisierter Lichtfilter mit fotoelektrischen Wandlern FiR FiG, FiB in drei elektrische Signale umgewandelt, die den Farbwerten R&sub1;, G&sub1; und B&sub1; entsprechen.
Diese Signale werden in drei Vorverzerrern 1/γ gammavorverzerrt, wobei die Farbwertsignale ER1, EG1 und EB1 gewonnen werden, die dann in einer C-Matrix-Einheit CMX umgewandelt werden, um das Luminanzsignal EY1 und die beiden Chrominanzsignal- Komponenten EU1 und EV1 zu bilden. Diese Signale werden für die Empfängerseite in einer Vorrichtung CAT für die Kodierung und Übertragung konditioniert.
Die am Empfänger REC ankommenden Signale unterscheiden sich allgemein von den Signalen an der Senderseite und werden daher mit EY2, EU2 und EV2 bezeichnet. Im Empfänger REC wird die Umwandlung in die Farbwertsignale ER2, EG2 und EB2 in einer D-Matrix- Einheit DMX bewirkt, und diese Farbwertsignale werden der Bildwiedergaberöhre TU zugeführt, wo sie einer Gradations-Verzerrung γ unterworfen werden und dann als Signale R&sub2;, G&sub2; und B&sub2; die Wiedergabe-Lichtstrahlung mit den Norm-Farbwerten X&sub2;, Y&sub2; und Z&sub2; mittels der phosphorluminenszenten Materialien PR, PG und PB erregen. Wenn die Umwandlung von RR1, EG1 und EB1 in EY1, EU1 und EV1, die Umwandlung von EY2, EU2 und EV2 in ER2, EG2 und EB2, die Lichtfilter in FiR, FiG, FiB und die Leuchtstoffe PR, PG und PB und auch die Gradations-Vorverzerrung 1/γ und die Gradations-Verzerrung γ jeweils das Inverse voneinander sind und keine Fälschung während der Übertragung aufgetreten ist, dann entsprechen die Wiedergabe-Norm-Farbwerte X&sub2;, Y&sub2; und Z&sub2; den Aufzeichnungs-Norm-Farbwerten X&sub1;, Y&sub1; und Z&sub1;. Die Verwendung von einem Luminanzsignal und zwei Chrominanzsignal-Komponenten beruht auf dem Ziel der Übertragung der Luminanzinformation mittels des Luminanzsignals EY und der Chrominanzinformation getrennt davon in den beiden Chrominanzsignal-Komponenten EU und EV (Prinzip der konstanten Luminanz). Diese Trennung wird jedoch im allgemeinen wegen der Gradations- Vorverzerrung nicht erreicht.
Die Kodierung von Videosignalen gemäß MPEG-1 oder MPEG-2 kann grob in drei Stufen unterteilt werden:
- Bewegungskompensation um in der Lage zu sein, die redundanten zeitlichen Abhängigkeiten von aufeinanderfolgenden Bildern besser zu nutzen,
- zweidimensionale DCT-Kodierung mit nachfolgender Quantisierung der DCT-Spektralwerte für die Irrelevanz-Reduktion, und
- Entropie-Kodierung der geeignet sortierten, quantisierten DCT-Spektralwerte und der Kodier-Parameter.
Die Kodierung von Videosignalen gemäß MPEG oder anderen Bild- Kodierverfahren, z. B. im Fall von Bildtelefonen, digitalen Kameras und digitalen Videorecordern erfolgt auch durch Übertragen von einem Luminanzsignal und von zwei Chrominanzsignal- Komponenten mit Gradations-vorverzerrten Farbwertsignalen.
Wie in Fig. 2 und 5 gezeigt ist, wird das ursprüngliche Bild OP in Makroblöcke aufgespalten. In diesem Fall werden die sogenannten I-Blöcke intra-kodiert, d. h. ohne Bezug auf zeitlich benachbarte Bilder. Im besonderen Fall der sogenannten I-Bilder wird dies für alle Blöcke des Bildes gemacht.
Im Fall von nicht-intra-kodierten Blöcken wird der Unterschied in Bezug auf den entsprechenden Block MCB von einem bewegungskompensierten Vergleichs-Bild MCP in erster Linie in einem Subtraktor S bestimmt und dann in den spektralen Bereich mittels einer DCT (diskrete Cosinus-Transformation) transformiert. Die Spektralwerte werden als Funktion des Block-Typs (intra/nicht- intra) und der Belegung des Ausgangspuffers BUF quantisiert. Der Quantisierer Q quantisiert die bedeutsameren Sprektralkomponenten gröber als die weniger bedeutsamen Spektralkomponenten, wobei unter bestimmten Umständen die bedeutsameren Spektralkomponenten vollständig weggelassen werden. Diese Quantisierung führt dazu, daß zusätzlich zu der Bandbegrenzung der Chrominanz- Komponenten, die normalerweise vorhanden ist und in einem größeren Ausmaß wirksam ist als die der Luminanz-Komponente, eine Informationsverminderung und somit eine Verfälschung auch der Videosignale EY, FU und EV erfolgt. Die oben erwähnte Differenzbildung kann auch bei der Intra-Kodierung angewendet werden, indem ein Block von allen Nullen als bewegungskompensierter Vergleichsblock MCB spezifiziert wird. Alle bewegungskompensierten Vergleichsblöcke zusammen können als das bewegungskompensierte Vergleichsbild MCP angesehen werden, das von dem ursprünglichen Bild OP in dem Subtraktor 5 subtrahiert wird.
Die quantisierten Spektralwerte werden fachmännisch sortiert und dann einer verfälschungsfreien Entropie-Kodierung ENC unterworfen, wobei die Ausgangs-Code-Worte von dieser in einen Pufferspeicher BUF geschrieben werden. Von diesem Pufferspeicher werden die Daten als MPEG-Datenstrom MDS über den Übertragungskanal zur Empfangsseite übertragen. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist der Belegungspegel des Ausgangspuffers ein Maß für den Typ der Quantisierung und entsprechend der inversen Quantisierung. Wenn zu befürchten ist, daß der Puffer auf seine Kapazität gefüllt wird, wird die Quantisierung gröber gemacht, so daß im Ergebnis das erzeugte Datenvolumen kleiner wird. Wenn befürchtet wird, daß der Puffer leer wird, wird die Quantisierung verfeinert, damit das Volumen der erzeugten Daten größer wird.
Das bewegungskompensierte Vergleichsbild MCP wird in der Bewegungs-Kompensationsschaltung MC aus dem ursprünglichen Bild OP erzeugt, um auch die durch die Irrelevanz-Reduktion verursachten Verfälschungen aus den entsprechend invers quantisierten und invers DCT-transformierten Ausgangssignalen des Quantisierers Q zu berücksichtigen. Genauer gesagt muß die Bewegungskompensation genau das Bild rekonstruieren, das an der Empfangsseite vorhanden ist, sofern keine Datenverfälschungen während der Übertragung auftreten. Aus diesem Grund findet die inverse Quantisierung Q&supmin;¹ und eine inverse DCT-Transformation DCT&supmin;¹ auch in dem Kodierer statt.
Wegen der oben erwähnten Gradations-Vorverzerrung ist in den beiden Chrominanzsignal-Komponenten EU und EV Luminanzinformation enthalten, die gleich all der Mehrinformation sein muß, je mehr die Farbe gesättigt und je geringer der entsprechende Helligkeitswert des zugehörigen Luminanzsignals ist. Daher führen Änderungen in den Chrominanzsignal-Komponenten zu einer Änderung in der wiedergegebenen Luminanz. Wie aus dem oben angeführten Stand der Technik bekannt ist, ist es im Fall von analogen Fernsehsignalen möglich, diese Verfälschungen auf der Senderseite in einer kompatiblen Weise zu kompensieren. Diese Maßnahme führt zu einer Verbesserung der Bildqualität. Wenn dieselbe Bildqualität wie ohne Kompensation angestrebt wird, ist es möglich, die erlaubte Verfälschung der Chrominanzsignal-Komponenten zu erhöhen. Eine solche Änderung kann zum Beispiel eine gröbere Quantisierung sein, um die Verwendung einer geringeren Datenrate während der Übertragung ermöglichen zu können. Durch geeignete Parameter-Auswahl ist es auch möglich, eine Verbesserung der Bildqualität mit einer gröberen Quantisierung zu kombinieren.
Zunächst ist es erforderlich, die Luminanz zu bestimmen, die ohne eine Verfälschung der Chrominanzsignal-Komponenten vorhanden wäre, die sogenannte gewünschte Luminanz Ygewünscht:
Ygewünscht = WRER1&Upsi; + WGEG1&Upsi; + BBEB1&Upsi;. (1)
In diesem Fall sind WR, WG und WB die Koeffizienten der individuellen Primärfarben in Bezug auf die Wiedergabe-Luminanz. Die folgenden Werte gelten für die EBU-Primär-Farbpegel:
WR = 0,2219, WG = 0,7068, WB = 0,0713, (2)
Worin &Upsi; der Gamma-Wert der Bildwiedergaberöhre TU ist. Das folgende gilt für heute übliche Röhren:
2.2 ≤ &Upsi; ≤ 2.8. (3)
Als Alternative zur Gleichung (1) ist es auch möglich, die gewünschte Luminanz Ygewünscht zu bestimmen aus
worin CR, CG und CB die Koeffizienten der drei Farbwertsignale in Bezug auf das Luminanzsignal sind, worin
CR = 0,299, CG = 0,587, CB = 0,114, (5)
und worin kU und kV die Koeffizienten der beiden Chrominanzsignal-Komponenten sind, wobei
kU = 0,493 und kV = 0,587 (6)
ist.
Die aktuelle Luminanz Yaktuell, die vorhanden ist, nachdem die Chrominanzsignal-Komponenten sich geändert haben, während das Luminanzsignal dasselbe bleibt, kann in einer Weise entsprechend der Beziehung (4) spezifiziert werden:
In diesem Fall sind EU2 und EV2 die geänderten Chrominanzsignal- Komponenten. Im allgemeinen sind die Werte von Ygewünscht und Yaktuell für jedes Pixel unterschiedlich. Es ist nun möglich, ein Korrektursignal ΔEY dem senderseitigen Luminanzsignal EY1 hinzuzufügen, um ygewünscht und Yaktuell gleicher zu machen. Als Ergebnis dieser Addition wird die folgende Verwendung vorgeschlagen:
wenn γ ≠ 1 ist, kann diese Beziehung nicht für ΔEY gelöst werden. ΔEY kann jedoch auch wie gewünscht durch ein Iterationsverfahren angenähert werden.
Ein möglicher erster geschätzter Wert für das Korrektursignal ΔEY ist:
ΔEYs = Ygewünscht1/γ - Yaktuell1/γ (9)
Sollte die Korrektur durch den geschätzten Wert ΔEYS nicht angemessen sein, ist es möglich, ΔEY durch ein Iterationsverfahren mit der gewünschten Genauigkeit gemäß der Beziehung (8) zu bestimmen. In diesem Fall kann ΔEYs als der Startwert verwendet werden.
(7) und (8) offenbaren, daß es zur Kompensation der Luminanzdefekte, die durch die Verarbeitung der Chrominanzsignal- Komponenten erzeugt werden, an der Empfängerseite erforderlich ist, die Wiedergabe-Luminanz Yaktuell Zu bestimmen, wobei die geänderten Chrominanzsignal-Komponenten berücksichtigt werden. Dies ist insbesondere bei Bildkodieranordnungen wie MPEG von Vorteil, da dasjenige Bild, das der Empfänger im Fall von fehlerfreier Übertragung des MPEG-Datenstroms empfängt, in jedem Fall an der Senderseite rekonstruiert wird.
Fig. 3 zeigt die Sequenz zum Kodieren eines Pixelblocks gemäß MPEG in einem vereinfachten Blockschaltbild. Das Bild wird in individuelle ursprüngliche Blöcke ORB aufgespalten, in denen die Relevanz-Reduktion unabhängig voneinander mit Ausnahme der Einstellung des Quantisierers Q durchgeführt wird. Die Kodierung ENCB der drei Komponenten EY1, EU1 und Ev1 wird in gleicher Weise unabhängig voneinander ausgeführt. Nur die Kodierung eines Blocks ist veranschaulicht, um die Deutlichkeit zu verbessern. Die Operation wird für alle Blöcke eines Bildes wiederholt. Ein verarbeiteter Block PRB wird für jede der drei Komponenten in jedem Fall durch Kombinieren der Ausgangssignale der inversen DCT mit dem entsprechend bewegungskompensierten Vergleichsblock MCB gebildet.
Bei Verwendung des Luminanz-Kompensationsverfahrens gemäß der Erfindung ist es jedoch nicht mehr möglich, die individuellen Signalkomponenten unabhängig voneinander zu verarbeiten. Statt dessen müssen die empfängerseitigen Chrominanzsignal- Komponenten EU2 und EV2 für den Zweck der Abschätzungsgleichung (7) vorhanden sein. Daher wird die Verarbeitung der beiden Chrominanzsignal-Komponenten chronologisch betrachtet vor der Verarbeitung des Luminanzsignals durchgeführt. Fig. 4 zeigt die Signalverarbeitungsfolge.
Die gewünschte Luminanz Ygewünscht wird aus den Signalwerten EY1, EU1 und EV1 des ursprünglichen Blocks ORB in ersten Berechnungsmitteln DETYD bestimmt, z. B. mittels der Gleichung (4). Danach folgt gegebenenfalls nach der Subtraktion SY, SU, SV des bewegungskompensierten Vergleichsblocks MCB zuerst die Verarbeitung DCT und Q der Chrominanzsignal-Komponenten. Die quantisierten Spektral-Koeffizienten werden der Entropie-Kodierung ENCB zugeführt, die auch einen Puffer enthält, dessen Belegung den Quantisierer Q steuert. Um die Pixelwerte des Blocks PRB zu erhalten, der an der Empfangsseite vorhanden ist und wie oben beschrieben für die weitere Bewegungskompensation notwendig ist, wird der bewegungskompensierte Vergleichsblock MCB den Differenzsignalen EU2D und EV2D hinzugefügt, die mittels der inversen Quantisierer Q&supmin;¹ und der inversen diskreten Cosinus- Transformationen DCT&supmin;¹ rekonstruiert werden. Die gemäß der Gleichung (7) benötigten Signale EU2 und EV2 werden auf diese Weise erhalten. Diese Signale dienen zusammen mit dem Luminanzsignal EY1 zur Bestimmung der aktuellen Luminanz Yaktuell gemäß Gleichung (7) in den zweiten Berechnungsmitteln DETYA. Die Differenz zwischen Ygewünscht und Yaktuell wird in dritten Berechnungsmitteln DETYY bestimmt und beschreibt die Verfälschung der wiedergabeseitigen Luminanz durch die Änderung in den Chrominanzsignal-Komponenten, die während der Irrelevanz-Reduktion im Falle von MPEG ausgeführt wird.
Um diese Luminanzverfälschungen zu kompensieren, wird nun das Kompensationssignal ΔEY in gleicher Weise in den dritten Berechnungsmitteln DETYY beispielsweise als ein abgeschätzter Wert gemäß der Gleichung (9) oder iterativ gemäß der Gleichung (8) bestimmt. Im letzteren Fall müssen die Signale EY1, EU2 und EV2 zusätzlich dem Block zur Bestimmung des Kompensationssignals ΔEY zugeführt werden. Nachdem das Kompensationssignal ΔEY bestimmt worden ist, wird es dem Differenz-Luminanzsignal EY1D zugeführt. Das kompensierte Luminanzsignal EY1D + ΔEY, das auf diese Weise gewonnen wird, wird dann in üblicher Weise MPEG-kodiert. Um die Luminanzsignal-Werte des auf der Empfangsseite vorhandenen Blocks zu erhalten, werden die Signalwerte EVY des bewegungskompensierten Vergleichsblocks MCB jenen des rekonstruierten Signals EY2D in einer zweiten Addierstufe AY2 hinzugefügt und bilden dann das Signal EY2.
Die MPEG-2-Norm stützt verschiedene Datenformate, die das Merkmal teilen, daß die Zahl von Pixeln des Luminanzsignals im allgemeinen nicht identisch mit der Zahl von Pixeln der Chrominanzsignal-Komponenten ist. Diese Datenformate sind zum Beispiel das 4 : 2 : 2-Format und das 4 : 2 : 0-Format. Im ersten Fall ist die Zahl von Pixeln für die Chrominanzsignal-Komponenten in der horizontalen Richtung halbiert im Vergleich mit der des Luminanzsignals, und im zweiten Fall sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung der Pixel in einem Makroblock von 16 · 16 Pixeln, bezogen auf das Luminanzsignal. Für den Fall des 4 : 2 : 2-Formats werden 16 · 8 Werte für das Chrominanzsignal EU und 16 · 8 Werte für das Chrominanzsignal EV den 16 · 16 Luminanzsignalwerten zugeordnet. Demzufolge sind für in jedem Fall zwei horizontal benachbarte Luminanzsignalwerte die zugeordneten Chrominanzsignalwerte identisch. Dementsprechend sind bei dem 4 : 2 : 0-Format in jedem Fall vier Luminanzsignalwerte, die in einem Quadrat angeordnet sind, jeweils einem Chrominanzsignalwert EU und EV zugeordnet.
Die gewünschte Luminanz und die aktuelle Luminanz muß in Bezug auf das Luminanzsignal für jedes Pixel bestimmt werden, und dabei muß die oben erwähnte Zuordnung der Chrominanzsignalwerte in Betracht gezogen werden.
Um mögliche sichtbare Treppenstufen-Strukturen und eine dadurch bewirkte erhöhte Datenrate zu vermeiden, können die bestimmten Korrekturwerte vor der Kodierung in ENCB zusätzlich horizontal nachgefiltert werden, mit der Möglichkeit einer - vertikalen Nachfilterung auch in dem 4 : 2 : 0-Format.
Gemäß früheren Untersuchungen führen relativ niedrige Datenraten bei einer Kodierung gemäß MPEG zu Verwaschungs- und Blockierungseffekten sowohl bei der Chrominanz als auch bei der wiedergegebenen Luminanz. In einigen Fällen ist eine ausgeprägte Verwaschung bei hochgesättigten Farbbereichen sichtbar, die sich unmittelbar aneinander anschließen. Die Wirkungen auf die wiedergegebenen Luminanz, die durch die Verarbeitung der Chrominanzsignal-Komponenten verursacht werden, werden durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Luminanzkompensation vermieden. Alles was verbleibt, sind die weit weniger sichtbaren Effekte bei der wiedergegebenen Chrominanz. Diese sind jedoch aufgrund der Begrenzungen des menschlichen Sehempfindens im Chrominanzbereich weniger störend.
Als Ergebnis des Kompensationssignals ΔEY, das zusätzlich dem aktuellen Luminanzsignal EY hinzugefügt wird, kann eine Änderung in den statistischen Eigenschaften des Luminanzsignals auftreten. Als Ergebnis wird jedoch das Volumen der zur Übertragung des Luminanzsignals benötigten Daten nur um ein Maximum von 10% erhöht, oder bei einer fest vorgegebenen Datenrate wird der Rauschabstand der wiedergegebenen Luminanz nur geringfügig schlechter.
Die Erfindung kann auch in allen anderen Bildkodierverfahren angewendet werden, solange die Verarbeitung und Rekonstruktion der Chrominanzsignal-Komponenten chronologisch vor der Verarbeitung und Rekonstruktion des Luminanzsignals erfolgen kann. Anstatt der DCT können auch andere Transformationsarten verwendet werden, z. B. in Verbindung mit fraktaler Bildkodierung.
Beispiele, die in Betracht kommen, sind: digitale Kameras und digitale Videorecorder, MPEG-4, DVD (digitale vielseitige Platte), DVB (digitaler Video-Rundfunk), DSS/DirecTV, Bildtelefone.

Claims

1. Verfahren zum Kompensieren (DETEY) von Luminanzdefekten, die bei der Verarbeitung Von Chrominanzsignalen (EU1, EV1) bei orthogonaler Transformations-Kodierungs/Dekodierungs- Bilddaten-Kompression erzeugt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Kodieren (SU, SV, DCT, Q) der Chrominanzsignal-Komponenten (EU1, EV1) für einen Pixelblock (ORB);

- Ableiten aus den kodierten Chrominanzsignal-Komponenten eine kodierseitige Simulation (Q&supmin;¹, DCT&supmin;¹, AU, AV) der kodierten Chrominanzsignal-Komponenten (EU2, EV2) des Pixelblocks (ORB), die von einem Empfänger dekodiert werden;

- Bilden (DETYD, DETYA, DETEY) eines Luminanz-Korrektursignals (ΔEY) mit Hilfe der simulierten Chrominanzsignal-Komponenten (EU2, EV2) und der bisher nicht kodierten Luminanzsignal- Komponente (EY1D);

- Kodieren (DCT, Q) der Luminanzsignal-Komponente (EY1D + ΔEY) kombiniert mit dem Luminanz-Korrektursignal für den entsprechenden Pixelblock.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kodieren der Chrominanzsignal-Komponenten und das Kodieren der Luminanzsignal- Komponente (EY1D + ΔEY) kombiniert mit dem Luminanz- Korrektursignal eine diskrete Cosinus-Transformation (DCT) und eine Quantisierung (Q) enthält, und bei dem die kodierseitige Simulation der kodierten Chrominanzsignal- Komponenten (EU2, EV2), die von einem Empfänger dekodiert werden, eine entsprechend inverse Quantisierung (Q&supmin;¹) und eine inverse diskrete Cosinus-Transformation (DCT&supmin;¹) umfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kodierung der MPEG-1- oder der MPEG-2-Norm entspricht oder eine andere Intra-Vollbild/Inter-Vollbild- oder Intra-Halbbild/Inter- Halbbild-Kodierung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem in Fall der Inter- Vollbild- oder Inter-Halbbild-Kodierung entsprechende Differenzsignale (EY1D, EU1D, EV1D) zwischen einem ursprünglichen Pixelblock (ORB) und einem bewegungskompensierten Pixelblock (MCB), die von einem vorhergehenden Bild stammen, der diskreten Cosinus-Transformation (DCT) zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Bildung des Luminanz-Korrektursignals (ΔEY) die folgenden Schritte enthält:

- Berechnen (DETYD) eines Ygewünscht-Wertes durch Kombinieren von Pixelwert-Teilen der Luminanzsignal-Komponente (EY1) und der beiden Chrominanzsignal-Komponenten (EU1, EU2) aus dem entsprechenden ursprünglichen Pixelblock (ORB) oder durch Kombinieren von Pixelwert-Teilen der entsprechenden RGB- Signale;

- Berechnen (DETYA) eines Yaktuell-Wertes durch Kombinieren von Pixelwert-Teilen der Luminanzsignal-Komponente (EY1) aus dem entsprechenden ursprünglichen Pixelblock (ORB) und den entsprechenden simulierten Chrominanzsignal-Komponenten (EU2, EV2);

- Berechnen eines Differenzwertes

ΔEY = Ygewünscht (1/γ) - Yaktuell (1/γ)

6. Vorrichtung zum Kompensieren (DETEY) von Luminanz-Defekten, die bei der Verarbeitung von Chrominanzsignalen (EU1, EV1) bei orthoginaler Transformations-Kodierungs/Dekodierungs- Bilddaten-Kompression erzeugt werden, gekennzeichnet durch:

- erste Kodiermittel (SU, SV, DCT, Q) für die Chrominanzsignal-Komponenten (EU1, EV1) aus einem Pixelblock (ORB);

- Mittel (Q&supmin;¹, DCT&supmin;¹, AU, AV), die mit den kodierten Chrominanzsignal-Komponenten zugeführt werden und zur kodierseitigen Simulation der kodierten Chrominanzsignal-Komponenten (FU2, EV2) des Pixelblocks (ORB) dienen, die von einem Empfänger dekodiert werden;

- Korrekturmittel (DETYD), DETYA, DETEY) zur Bildung eines Luminanz-Korrektursignals (ΔEY) mit Hilfe der simulierten Chrominanzsignal-Komponenten (EU2, EV2) und der bisher nicht kodierten Luminanzsignal-Komponente (EY1D);

- Zweite Kodiermittel (DCT, Q) für die Luminanzsignal- Komponente (EY1D + ΔEY), kombiniert mit dem Luminanz- Korrektursignal für den entsprechenden Pixelblock.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten Kodiermittel eine diskrete Cosinus-Transformation (DCT) und einen Quantisierer (Q) enthalten, und bei der die Mittel für die kodierseitige Simulation der kodierten Chrominanzsignal- Komponenten (EU2, EV2), die von einem Empfänger dekodiert werden, einen entsprechenden inversen Quantisierer (Q&supmin;¹) und eine inverse diskrete Cosinus-Transformation (DCT&supmin;¹) enthalten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die ersten und zweiten Kodiermittel und die Mittel für die kodierseitige Simulation der kodierten Chrominanzsignal-Komponenten, die von einem Empfänger dekodiert werden, an die MPEG-1- oder die MPEG-2-Norm angepaßt sind.