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Die
Erfindung betrifft ein Datenkodierverfahren und eine Datenkodiervorrichtung
zur Durchführung
einer Kompressionskodierung von digitalen Informationsdaten, wie
eines digitalen Videosignals usw.
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Da
digitale Informationsdaten, wie ein digitales Videosignal usw.,
eine sehr große
Datenmenge haben, gibt es viele Fälle, in denen eine Kompressionskodierung
eingesetzt wird, um die Datenmenge zu komprimieren. In jüngerer Zeit
werden häufig
Datenkodierverfahren und Datenkodiergeräte benutzt, die für diese
Kompressionskodierung insbesondere von diskreter Cosinustransformation
(DCT) Gebrauch machen. Auch in dem Format von digitalen Videorecordern,
die mit Bändern
mit einer Breite von ¼ Zoll
arbeiten, dem sogenannten DV-Format,
wird z. B. das Datenkodierverfahren eingesetzt, das von der DCT
Gebrauch macht.
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Bei
einer solchen Kodierung von digitalen Informationsdaten sind der
Kompressionsfaktor und die Datenrate fest, um Übertragung und/oder die Aufzeichnung/Wiedergabe
nach einem vorbestimmten Format durchzuführen. Wenn die Synchronisierung z.
B. in festen Blockeinheiten erfolgt, wird die Datenkompression innerhalb
eines Bereichs implementiert, in dem die Datenmenge pro Block eine
maximale Datenlänge
nicht übersteigt.
Die Abschnitte mit Ausnahme derjenigen für komprimierte gültige Daten
werden in den betreffenden Blöcken
mit ungültigen
Daten aufgefüllt,
so daß die
jeweiligen Datenmengen in allen Blöcken fest sind. Darüber hinaus
ist es auch denkbar, Daten über
Blöcke
hinweg zuzuordnen. Für den
Fall, daß die
einem vorbestimmten Block entsprechende Menge an komprimierten gültigen Daten größer ist
als die maximale Datenmenge innerhalb des entsprechenden Blocks,
werden die überlaufenden
gültigen
Daten einem anderen Block zugeteilt, in dem die gültige Datenmenge
kleiner ist. In dem oben erwähnten
DV-Format erfolgt z. B. die Zuordnung von Daten zwischen entsprechenden
Makroblöcken
innerhalb von Videosegmenten fester Länge, die jeweils aus fünf Makroblöcken bestehen,
die nach der Verwürfelung
auf dem Bildschirm gewonnen werden.
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In
jüngerer
Zeit wurde die Datenaufzeichnungskapazität von Festplatten vergrößert, und
es wurde gängige
Praxis, komprimierte Daten von Videosignalen usw. auf Festplatten
aufzuzeichnen oder von diesen wiederzugeben. Da ein Aufzeichnung-/Wiedergabegerät (Einheit),
das eine solche Festplatte benutzt, beliebigen Zugriff ermöglicht,
ist es möglich,
ein beliebiges Bild augenblicklich abzurufen. Eine solche Aufzeichnungs-/Wiedergabeeinheit eignet
sich z. B. zum Editieren.
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Für diesen
Fall, z. B. bei dem Offline-Editieren von Videosignalen, genügt es, einen
solchen Grad an Bildqualität
zu wählen,
daß der
Inhalt erkennbar ist. Um die Kapazität des Aufzeichnungsmediums
zu schonen, ist es wichtig, den Kompressionsfaktor zu erhöhen, um
die Datenmenge zu reduzieren. Bei dem Haupt-Editieren ist es hingegen
wichtig, den Kompressionsfaktor niedrig zu halten, um eine bessere
Bildqualität
zu erreichen. Wenn der Kompressionsfaktor in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck
geändert
werden kann, können
die Bildqualität
und die Kapazität
des Mediums für
die jeweiligen Anwendungszwecke optimal angepaßt werden. Dies ist vorzuziehen.
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Die
vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die oben beschriebenen
tatsächlichen
Umstände,
und es ist ihr Ziel, ein Datenkodierverfahren und ein Datenkodiergerät zur Verfügung zu
stellen, die in einer Form verkörpert
werden können,
die ein leichtes Ändern
des Kompressionsfaktors in dem Format von digitalen Videorecordern
ermöglicht,
die ¼ Zoll
breite Bänder
benutzen, das ein Datenkompressionsformat mit festem Kompressionsfaktor
ist, wie das sogenannte DV-Format.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A-0 575 113 beschreibt ein Datenkodierverfahren
und ein Datenkodiergerät
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 5.
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Das
US-Patent US-A-5 291 282 beschreibt ein Kompressionskodierverfahren,
bei dem der Kompressionsfaktor geändert werden kann.
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EP-A-0
582 819 beschreibt ein Kompressionskodierverfahren, bei dem die
Quantisierungsstufe von einer Schätzeinrichtung in Abhängigkeit
von verschiedenen Bildparametern gewählt wird.
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Die
japanische Patentanmeldung JP-A-0608255 beschreibt nach ihrer englischsprachigen
Zusammenfassung einen Bildkodierer, der die Erzeugung konstanter
Datenmengen ermöglicht,
indem mehrere Quantisierer benutzt werden und die Daten nach Maßgabe der
Aktivität
jedes Blocks ausgewählt
und ausgegeben werden.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein Datenkodierverfahren, wie es in
Anspruch 1 angegeben ist, und ein Datenkodiergerät, wie es in Anspruch 3 angegeben
ist.
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Durch Ändern des
Referenzwerts in Abhängigkeit
von dem Kompressionsfaktor wird die Gesamtmenge an kodierten Daten
geändert.
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Darüber hinaus
wird in einem Datenkodierverfahren und einem Datenkodiergerät nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wie in Anspruch 2 und 4 angegeben, ein Lösungs weg
beschritten, um einen Schwellwert zur Festlegung einer Klasse zu ändern, die
die Feinheit der Quantisierung auf der Basis der orthogonal transformierten
Daten in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Kompressionsfaktor angibt.
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Durch Ändern des
Schwellwert der Klassenfestlegung in Abhängigkeit von dem gewünschten Kompressionsfaktor
wird die Gesamtmenge der kodierten Daten geändert.
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Das
heißt,
es ist möglich,
den Referenzwert oder sowohl den Referenzwert als auch den Schwellwert
in Abhängigkeit
von der Information über
den gewünschten
Kompressionsfaktor zu ändern.
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Durch Ändern des
Referenzwerts oder sowohl des Referenzwerts auch des Schwellwerts
in Abhängigkeit
von der Information über
den gewünschten
Kompressionsfaktor wird die endgültige kodierte
Datenmenge geändert,
die nach der Kompressionskodierung gewonnen wird. Auf diese Weise kann
der Kompressionsfaktor geändert
werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden an einem illustrativen Beispiel unter
Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm, aus dem der Aufbau eines Ausführungsbeispiels für ein Datenkodiergerät hervorgeht,
in dem ein Datenkodierverfahren gemäß vorliegender Erfindung angewendet
wird,
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2 zeigt
ein Beispiel für
die Ausgabereihenfolge von DCT-Koeffizienten in dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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3 zeigt
ein Beispiel für
eine Quantisierungstabelle in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 zeigt ein Beispiel von Bereichszahlen von
DCT-Koeffizienten in dem Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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5 zeigt
ein Beispiel für
die Verarbeitung von Bewegungsmodus-DCT-Koeffizienten,
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6 zeigt
ein Blockschaltungsdiagramm zur Erläuterung eines praktischen Beispiels
für die Codemengen-Schätzstufe
in dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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7 zeigt
ein Blockdiagramm zur Erläuterung
eines praktischen Beispiels der Klassenbestimmungsschaltung in dem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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8 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise der Klassenfestlegungsschaltung in dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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9 zeigt ein Beispiel für eine Kompressionsfaktortabelle
in dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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10 zeigt
ein Blockdiagramm des Aufbaus eines digitalen Informationsdaten-Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräts, in dem
das Ausführungsbeispiel
der Erfindung angewendet wird,
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11 zeigt
ein Blockdiagramm eines Beispiels einer praxisnäheren Konfiguration eines digitalen
Informationsdaten-Aufzeichnungsgeräts, bei dem das Ausführungsbeispiel
der Erfindung angewendet wird,
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12 zeigt ein Beispiel für ein Eingangssignal
und ein Aufzeichnungssignal des digitalen Informationsdaten-Aufzeichnungsgeräts von 11,
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13 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise des digitalen Informationsdaten-Aufzeichnungsgeräts von 11,
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14 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise des digitalen Informationsdaten-Aufzeichnungsgeräts von 11,
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15 zeigt
ein Blockdiagramm eines Beispiels einer praxisnäheren Konfiguration eines digitalen
Informationsdaten-Aufzeichnungsgeräts, bei dem das Ausführungsbeispiel
der Erfindung angewendet wird,
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16 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise des digitalen Informationsdaten-Aufzeichnungsgeräts von 15.
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Anhand
der anliegenden Zeichnungen werden verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm, aus dem der Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines Datenkodiergeräts hervorgeht,
bei dem ein Datenkodierverfahren gemäß vorliegender Erfindung angewendet wird.
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In 1 wird
ein digitales Videosignal, das einem Eingang 1 zugeführt wird,
in Blöcken
von z. B. 8 × 8
Pixel angeordnet, und diese Pixel werden einer Schaltung zur diskreten
Cosinustransformation (DCT-Schaltung) 2 zugeführt. Die
DCT-Schaltung 2 unterzieht das in Blöcken angeordnete Videosignal (d.
h. die Pixeldaten) einer DCT-Verarbeitung, um die Pixeldaten in
Koeffizientendaten der Frequenzregion von 8 × 8 umzuwandeln. Da das Videosignal
eine Korrelation aufweist, werden die meisten Signalkomponenten
niederfrequente Komponenten, wenn das Videosignal in Signalkomponenten
in der Frequenzregion transformiert wird. In diesem Fall sind die Spektralkomponenten
mit hoher Leistung in dem unteren Frequenzband konzentriert. Wenn
die Frequenzkomponente zur Seite des hohen Frequenzbands verschoben
wird, wird seine Leistung dementsprechend kleiner.
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Das
Ausgangssignal der DCT-Schaltung 2 wird einer Zickzack-Leseschaltung 3 und
einer Klassenfestlegungs-(Bestimmungs)-Schaltung 30 zugeführt. Wie 2 zeigt,
liest die Zickzack-Leseschaltung die Daten im Zickzack in der Reihenfolge
von den Daten niedrigerer Fre quenz der DCT-Koeffizienten 8 × 8 aus.
Das Ausgangssignal der Zickzack-Leseschaltung 3 wird an
eine Pufferschaltung 4 geliefert und einer Codemengen-Schätzstufe 10 zugeführt. Der
Pufferspeicher 4 dient zum Speichern der Daten einer vorbestimmten
Puffereinheit, die als erster Datenbereich dient, d. h. von Daten,
die einem Videosegment entsprechen, das weiter unten erläutert wird.
Wie weiter unten beschrieben wird, prüft die Klassenfestlegungsschaltung 30 die
Feinheit von Mustern in Einheiten eines DCT-Blocks, der als zweiter
Datenbereich dient, um die Aktivität (Feinheitsgrad) des DCT-Blocks
einer Klassenfestlegung in vier Stufen zu unterziehen und einen
Aktivitätscode AT
mit 2 Bits auszugeben, der die entsprechende Klasse anzeigt. Wechselkomponenten
von Koeffizientendaten aus der DCT-Schaltung 2 werden vorzugsweise
der Klassenfestlegungsschaltung 30 zugeführt.
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Die
Codemengen-Schätzstufe 10 enthält mehrere
(eine Zahl von N) Codeschätzelemente
(im folgenden als Schätzer
bezeichnet) 201 , 202 , ..., 20N . Diesen
Schätzern 201 , 202 ,
..., 20N werden das Ausgangssignal
der Zickzack-Leseschaltung 3 und der Aktivitätscode AT
aus der Klassenfestlegungsschaltung 40 zugeführt. In
den Schätzern 201 , 202 ,
..., 20N sind voneinander verschiedene
Quantisierernummern QNo (die Quantisierernummern reichen von 0 bis
15, wenn N = 16) eingerichtet, wie z. B. bei dem in 3 dargestellten
praxisnäheren
Beispiel für
den Fall N = 16, und es ist eine Tabelle (Quantisierungstabelle)
eingerichtet, um die Quantisierungsstufe durch die durch den Aktivitätscode AT
gekennzeichnete Klassennummer sowie Bereichsnummern (4A und 4B)
zu bestimmen, die entsprechenden Pixelblöcken in dem DCT-Block im voraus
zugeordnet (zugeteilt) sind. Die Einzelheiten werden weiter unten beschrieben.
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Die
Schätzer 201 , 202 ,
..., 20N schätzen jeweils die Gesamtcodemengen,
wenn Daten innerhalb der betreffenden Videosegmente mit Hilfe der
jeweiligen Quantisierungstabellen quantisiert werden, wobei das
Videosegment aus fünf
Makroblöcken
besteht, die nach der Verwürfelung
in vorbestimmte Puffereinheiten z. B. innerhalb des Bildes auf dem Bildschirm,
das eine vorbestimmte Puffereinheit bildet, gewonnen werden, damit
sie einer variablen Längenkodierung
unterzogen werden können,
um Ausgangssignale OF1, OF2,
..., OFN zu erzeugen, wenn die jeweiligen
Gesamtcodemengen einem vorbestimmten Referenzwert Rf entsprechen
oder größer sind.
Diese Ausgangssignale OF1, OF2,
..., OFN werden einer Quantisierer-Festlegungsschaltung 6 zugeführt. Die
Quantisierer-Festlegungsschaltung 6 legt auf der Basis
der Ausgangssignale OF1, OF2,
..., OFN aus den Schätzern 201 , 202 , ..., 20N einen
optimalen Quantisierer fest, in dem die Gesamtcodemenge einer vorbestimmten
Puffereinheit, die dem ersten Datenbereich entspricht, z. B. einer
Videosegmenteinheit, kleiner ist als der vorbestimmte Referenzwert
Rf. Das Ausgangssignal der Quantisierer-Festlegungsschaltung 6 wird
einer Quantisierungsschaltung 7 zugeführt.
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In
der Quantisierungsschaltung 7 sind im voraus N Arten, z.
B. sechzehn Arten von Quantisierern bereitgestellt, wobei die einzelnen
Quantisierer durch das Ausgangssignal der Quantisierer-Festlegungsschaltung 6 ausgewählt werden.
Darüber
hinaus ist die Quantisierschaltung 7 so beschaffen, daß die Klasse
durch den Aktivitätscode
AT aus der Klassenfestlegungsschaltung 30 festgelegt wird.
Das Ausgangssignal der Quantisierschaltung 7 wird einer
variablen Längenkodierschaltung 8 zugeführt, in
der es z. B. unter Anwendung eines zweidimensionalen Huffman-Codes
usw. einer variablen Längenkodierung
unterzogen wird. Die so gewonnenen mit variabler Länge kodierten
Daten werden an einem Ausgang 9 abgenommen.
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Die
Quantisierernummern QNo 0 bis 15 der in 3 dargestellten
Quantisierungstabelle entsprechen in diesem Fall sechzehn Schätzern 201 , 202 ,
..., 2016 . Der Schätzer 201 schätzt beispielsweise ab, ob die
Gesamtcodemenge gleich einem vorbestimmten Referenzwert Rf oder
größer ist,
wenn die Daten von dem Quantisierer mit der Quantisierernummer QNo
= 0 in Videosegmenteinheiten quantisiert werden, die als der erste
Datenbereich dienen, damit sie der variablen Längenkodierung unterzogen werden
können.
Die jeweiligen Daten der Quantisierungstabelle von 3 zeigen
die Quantisierungsstufen für
den entsprechenden Bereich Nr. 0 bis 7 an, wenn die Koeffizientendaten
der Spektraldaten des DCT-Blocks (8 × 8 im vorliegenden Ausführungsbeispiel)
aus der DCT-Schaltung 2, wie oben beschrieben, einer Bereichsunterteilung
unterzogen werden, wie dies in 4A und 4B dargestellt
ist.
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Wenn
der aus der Klassenfestlegungsschaltung 30 zugeführte Aktivitätscode AT
z. B. die Klassennummer 0 festlegt, sind die Quantisierungsstufen für die in 4A dargestellten
betreffenden Koeffizientendaten so beschaffen, daß die Quantisierungsstufe
innerhalb des Bereichs mit den Bereichsnummern 0 bis 2 des Schätzers 201 (Quantisierernummer QNo = 0) gleich "4" ist, die Quantisierungsstufe innerhalb
des Bereichs der Bereichsnummern 3 und 4 des Schätzers 201 gleich "8" ist, die Quantisierungsstufe innerhalb
des Bereichs mit den Bereichsnummern 5 bis 7 des Schätzers 201 gleich "16" ist,
die Quantisierungsstufe innerhalb des Bereichs mit den Bereichsnummern
0 bis 3 des Schätzers 202 (Quantisierernummer QNo = 1) gleich "4" ist, die Quantisierungsstufe innerhalb
des Bereichs mit den Bereichsnummern 4 und 5 des Schätzers 202 gleich "8" ist,
und die Quantisierungsstufe in dem Bereich mit den Bereichsnummern
6 und 7 des Schätzers 202 gleich "16" ist,
...
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Wie
aus 3 hervorgeht, wird die Quantisierungsstufe größer, wenn
die Quantisierernummer QNo kleiner wird. Die Daten werden dann gröber quantisiert.
Die Klassennummern 0 bis 3 werden durch den Aktivitätscode AT
festgelegt, den die Klassenfestlegungsschaltung 30 bei
jedem DCT-Block ausgibt. In dem Beispiel von 3 wird die
Quantisierungsstufe größer, wenn
die Klassennummer größer wird.
Der Grund, warum für
die Festlegung der Bereichsnummer zwei Tabellen existieren, wie
dies in 4A und 4B dargestellt
ist, liegt darin, daß dann,
wenn Daten, die einer DCT-Blockbildung unterzogen wurden, in der
DCT-Schaltung 2 der DCT-Transformationsverarbeitung unterworfen
werden, in der weiter unten beschriebenen Bewegungsdetektorschaltung
einer von zwei Modi (Bewegungsmodus und stationärer Modus) für das Vollbild
festgelegt wird, um die DCT-Transformationsverarbeitung in dem Zustand
durchzuführen,
in dem veranlaßt wird,
daß die
Blockbildung, die in dem Block von (8 × 8) (stationärer Modus)
die Transformationseinheit bildet, und die Blockbildung in dem Block
(2 × 4 × 8) (Bewegungsmodus)
voneinander verschieden sind. Das heißt, in Bezug auf die betreffenden
(8 × 8)-Blöcke innerhalb
des Videosegments (5 MB im vorliegenden Ausführungsbeispiel) wird vor der DCT-Transformationsverarbeitung
in der DCT-Schaltung 2 durch die Bewegungsdetektierung
entweder der stationäre
Modus oder der Bewegungsmodus festgelegt. Auf diese Weise wird veranlaßt, daß die Block-Daten
durch dieses Ergebnis in einem dieser Modi der DCT-Transformation
unterzogen werden. Wie 5 zeigt, besteht im stationären Modus
ein Block aus einer Gleichkomponente und 64 Wechselkomponenten.
Im Bewegungsmodus besteht hingegen jeder von zwei (4 × 8)-Blöcken aus
einer Gleichkomponente und 31 Wechselkomponenten. Die Einzelheiten
werden weiter unten beschrieben.
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Bei
der Klassennummer 3 wird für
den Fall, daß der
Absolutwert eines DCT-Koeffizienten über 255 liegt, dieser Koeffizientenwert
vor der Quantisierung durch eine als Anfangsverschiebung bezeichnete
1-Bit-Verschiebung halbiert (in 1/2 umgewandelt). Man kann zu diesem
Zweck eine Verdopplung der Quantisierungsstufe ins Auge fassen.
Die jeweiligen Koeffizientendaten vor der Quantisierung werden für den Fall,
daß das
Flag-Bit (ein Bit) ausgeschlossen ist, durch 9-Bit-Daten angegeben.
Da jedoch nur 8 Bit für
Werte der von Null verschiedenen Koeffizienten bei der variablen
Längenkodierung
der nachfolgenden Stufe bereitstehen, fallen durch diese Anfangsverschiebung
Koeffizienten mit dem Wert m in dem neunten Bit (MSB) (DCT-Koeffizienten über 255)
unter die 8 Bits.
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Die
Quantisierschaltung 7 enthält die Quantisierungstabelle
von 3. In diesem Fall wird die Quantisierernummer
QNo in den Videosegmenteinheiten entsprechend dem ersten Datenbereich
gewählt,
und die Klassennummer in den DCT-Blockeinheiten wird entsprechend
dem zweiten Datenbereich gewählt.
Auf diese Weise werden die zugeführten DCT-Koeffizientendaten
durch Quantisierungsstufen für
die jeweiligen Bereichsnummern 0 bis 7 der zugeführten DCT-Koeffizientendaten
quantisiert. Die so gewonnenen quantisierten Koeffizientendaten
werden der variablen Längenkodierschaltung 8 zugeführt.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden der vorbestimmte Referenzwert Rf der Schätzer 201 , 202 ,
..., 20N und die Schwellwerte Th1, Th2, Th3 für
die Klassenfestlegung in der Klassenfestlegungsschaltung 30 in
Abhängigkeit
von dem Kompressionsfaktor geändert.
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In
der Praxis wird die Information über
den gewünschten
Kompressionsfaktor, wie in 1 dargestellt, über einen
Eingang 11 einer Kompressionsfaktortabelle 12 zugeführt, die
den Schätzern 201 , 202 ,
..., 20N und der Klassenfestlegungsschaltung 30 den
Referenzwert Rf bzw. die Schwellwerte Th1,
Th2, Th3 zuführt, die
in Abhängigkeit
von diesem Kompressionsfaktor differieren (wechseln). Es ist zu
beachten, daß nur
einer dieser Werte, z. B. der Referenzwert Rf in Abhängigkeit
von dem Kompressionsfaktor geändert
werden kann.
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6 zeigt
ein Blockschaltungsdiagramm für
ein Beispiel des Datenkodiergeräts
mit dem inneren Aufbau der Codemengen-Schätzstufe 10, insbesondere
der Schätzer 201 , 202 ,
..., 20N . In dieser 6 werden
die von der Zickzack-Leseschaltung 3 ausgegebenen DCT-Koeffizientendaten
jeweils Teilern 21 der Schätzer 201 , 202 , ..., 20N der
Codemengen-Schätzstufe 10 zugeführt. Da
in diesem Fall die inneren Strukturen der jeweiligen Schätzer 201 , 202 , ..., 20N alle gleich sind, beschränkt sich
die Erläuterung
auf die Teile (Komponenten) in dem Schätzer 201 ,
wobei diese jeweils mit Bezugszeichen versehen werden.
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Die
Teiler 21 enthalten Quantisierungstabellen der den jeweiligen
Schätzern 201 , 202 ,
.., 20N entsprechenden Quantisierernummern
QNo. Jeder dieser Teiler ist so ausgebildet, daß die Klasse in jedem DCT-Block
durch den oben beschriebenen Aktivitätscode AT bestimmt wird und
die Eingangsdaten entsprechend der Bereichsnummer der zugeführten DCT-Koeffizientendaten
durch die Quantisierungsstufe geteilt werden. Das Ausgangssignal
des Teilers 21 wird einer Code-(Wort)-Längen-Berechnungsschaltung 23 zugeführt, in
der die Codelänge
festgelegt wird, wenn die Daten der variablen Längenkodierung unterzogen werden.
Die so gewonnenen Codelängendaten
werden einem aus einem Addierer 25 und einem Register 26 bestehenden
Akkumulator zugeführt
und dort akkumulativ addiert. Der so gewonnene akkumulierte Wert
wird einer Vergleicherschaltung 28 zugeführt. Das
Register 26 wird durch ein Rücksetzsignal RST von einem
Eingang 24 nach einer vorbestimmten Anzahl von Puffermengeneinheiten
zurückgesetzt,
die dem ersten Datenbereich, z. B. der Videosegmenteinheit, entspricht.
In dem Komparator 28 werden der akkumulierte Wert aus dem Register 26 und
der Referenzwert Rf miteinander verglichen, um ein Ausgangssignal
OF mit "H"-Pegel zu erzeugen,
z. B. das Ausgangssignal OF1 im Fall des
Schätzers 201 , wenn der akkumulierte Wert den Referenzwert
Rf erreicht oder größer ist.
Die Ausgangssignale der Schätzer 201 , 202 ,
..., 20N werden der Quantisierer-Festlegungsschaltung 6 zugeführt, in
der die größte Quantisierernummer
QNo ausgewählt
wird, die den Referenzwert Rf nicht überschreitet.
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In
diesem Fall werden in Abhängigkeit
von dem Kompressionsfaktor aus der Kompressionsfaktortabelle 12 verschiedene
Werte als Referenzwert Rf ausgelesen und den Komparatoren 28 der
betreffenden Schätzer 201 , 202 ,..., 20N zugeführt. Falls der Referenzwert
Rf auf einen kleineren Wert eingestellt wird, wird die Gesamtcodemenge
nach der Quantisierung kleiner, so daß der Kompressionsfaktor vergrößert werden
kann. Es genügt
deshalb, die Kompressionsfaktortabelle 12 so einzurichten,
daß ein kleinerer
Referenzwert Rf gewählt
wird, wenn der Kompressionsfaktor an dem Eingang 11 größer wird. Es
ist zu beachten, daß ein
hoher Kompressionsfaktor bedeutet, daß n im Fall der 1/n-Kompression
groß ist
und die Gesamtmenge der Daten nach der Kodierung kleiner wird.
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Anhand
von 7 und 8 wird nun
ein praktisches Beispiel beschrieben, bei dem der Schwellwert der
Klassenfestlegung in Abhängigkeit
von dem Kompressionsfaktor geändert
wird.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist es bei dem Format, bei dem die Quantisierungsstufe
der Quantisierschaltung 7 durch die Guantisierernummer
QNo und die Klassennummer festgelegt wird, unzureichend, für die Änderung
des Kompressionsfaktors zur Variierung des Referenzwerts Rf der
Schätzer 201 , 202 ,
..., 20N der Codemengen-Schätzstufe 10 die auszuwählende Quantisierernummer
QNo zu ändern.
Auch bezüglich
der Klassennummer sollte die Klassennummer gewählt werden, bei der die Quantisierungsstufe
größer wird,
wenn der Kompressionsfaktor vergrößert wird. Im Hinblick hierauf
ist es wünschenswert,
die Schwellwerte Th1, Th2,
Th3 der Klassenfestlegungsschaltung 30 für die Klassenfestlegung
in Abhängigkeit
von dem Kompressionsfaktor zu ändern.
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7 zeigt
ein praktisches Beispiel für
die Konfiguration der Klassenfestlegungsschaltung 30, und 8 zeigt Signale der betreffenden Stufen
von 7. In der Anordnung von 7 werden
einem Eingang 31 Absolutwerte von DCT-Koeffizienten, speziell
Koeffizienten von Wechselkomponenten, aus der DCT-Schaltung 2 zugeführt, wie
dies in 8 beispielhaft durch A angegeben
ist. Diese Eingangs-DCT-Koeffizientendaten werden einer Maximalwert-Detektorschaltung 32 zugeführt, in
der sie mit dem Ausgangswert einer Verriegelungsschaltung 33 verglichen
werden. Der größere Wert
wird der Verriegelungsschaltung 33 zugeführt und
in dieser verriegelt. Auf diese Weise wird aus der Verriegelungsschaltung 33 ein
Maximalwert-Ausgangssignal gewonnen, wie dies in 8C (oben 8A)
dargestellt ist. Der Verriegelungsschaltung 33 wird über einen
Eingang 34 ein Rücksetzsignal
z. B. der DCT-Blockperiode zugeführt,
das in 8B dargestellt ist. Das Maximalwert-Ausgangssignal
der Verriegelungsschaltung 33 wird drei Komparatoren 35, 36, 37 zugeführt, in
denen es mit den jeweiligen Schwellwerten Th1,
Th2, Th3 verglichen
wird. Die Komparatoren 35, 36, 37 geben
die in 8D, 8E bzw. 8F dargestellten
Vergleichen-Ausgangssignale aus. Wenn in dem Beispiel von 7 der
von der Verriegelungsschaltung 33 ausgegebene Wert größer ist
als die Schwellwerte Th1, Th2,
Th3, ändern
sich die Vergleichen-Ausgangssignale von 0 auf 1. Diese Vergleichen-Ausgangssignale
von 8D, 8E, 8F werden
einer Klassennummern-Tabelle 38 zugeführt, wodurch das in 8G dargestellte
Klassennummern-Ausgangssignal von der Klassennummern-Tabelle 38 einer
Verriegelungsschaltung 39 zugeführt wird. Dem Aktivie rungseingang
EN der Verriegelungsschaltung 39 wird über den Eingang 34 das
Rücksetzsignal
B zugeführt.
Dadurch wird die Klassennummer in der Zeitlage des Impulseingangs
des Rücksetzsignals
verriegelt und als der oben beschriebene Aktivitätscode AT ausgegeben. Auf diese
Weise wird durch den Vergleich der Absolutwerte der Wechselkomponenten
der Eingangs-DCT-Koeffizienten mit den drei Schwellwerten Th1, Th2, Th3 eine der Klassennummern 0 bis 3 von vier
Stufen ausgewählt.
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Im
vorliegenden Fall sind die Schwellwerte Th1,
Th2, Th3 Werte,
die sich in Abhängigkeit
von einem gewünschten
Kompressionsfaktor ändern. Wenn
die Schwellwerte Th1, Th2,
Th3 z. B. auf einen kleineren Wert gesetzt
werden, wird die ausgegebene Klassennummer größer. Dies hat zur Folge, daß die Quantisierungsstufe
größer und
der Kompressionsfaktor höher
wird. Die Schwellwerte Th1, Th2,
Th3 werden in Abhängigkeit von dem Kompressionsfaktor
am Eingang 11 aus der Kompressionsfaktortabelle 12 ausgelesen
und den Komparatoren 35, 36 bzw. 37 zugeführt.
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Ein
praktisches Beispiel für
den Referenzwert Rf und die Schwellwerte Th1,
Th2, Th3 in Bezug auf
den Kompressionsfaktor in der Kompressionsfaktortabelle 12 ist
in 9 dargestellt. 9A zeigt den
Referenzwert Rf, wenn der Kompressionsfaktor auf 1/5, 1/10 bzw.
1/20 gesetzt ist, und 9B zeigt die Schwellwerte Th1, Th2, Th3, wenn der Kompressionsfaktor auf 1/5, 1/10
bzw. 1/20 gesetzt ist. In dem praktischen Beispiel von 9B ist
der maximale Wert der DCT-Koeffizienten, die dem Eingang 31 zugeführt werden,
auf 512 gesetzt. Zusätzlich
zu dem oben Gesagten können
der vorbestimmte Referenzwert und die Schwellwerte Th1,
Th2, Th3 immer in
Abhängigkeit
von dem Kompressionsfaktor gewählt werden.
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Während die
Klassennummer durch das von den drei Vergleicherschaltungen 35, 36, 37 in
der oben beschriebenen Klassenfestlegungsschaltung 30 ausgegebene
Ergebnis bestimmt wird, besteht der Grund für die Benutzung eines solchen
Festlegungsverfahrens darin, daß der
Feinheitsgrad eines Videosegment-Inhaltsblocks normalerweise durch Klassennummern
mit vier Stufen repräsentiert
wird. Die vorliegende Erfindung beherrscht nicht nur Klassennummern
mit vier Stufen sondern auch die Auswahl von Klassennummern mit
einer größeren Anzahl
von Stufen. In diesem Fall genügt
es, die Zahl der Vergleicherschaltungen in Abhängigkeit von der Zahl der Stufen
zu erhöhen
oder zu verringern und eine Kompressionsfaktortabelle 12 bereitszustellen, mit
der vorbestimmte Schwellwerte in die Vergleicherschaltungen eingegeben
werden können.
Darüber
hinaus können
Klassennummern durch einen vorgegebenen Kompressionsfaktor auf vorbestimmte Werte
gesetzt werden. Da der Klassenfestlegungsschaltung 30 DCT-Koeffizienten
zugeführt
werden, kann die Klassenfestlegungsschaltung 30 erfindungsgemäß selbst
dann angewendet werden, wenn Werte mit Ausnahme der Absolutwerte
von Wechselkomponenten eingegeben werden, wie dies oben beschrieben
wurde. Das heißt,
die Erfindung ist auch anwendbar, wenn Werte, wie die Dif ferenz
zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert von Wechselkomponenten,
die n-te Wurzel
von Wechselkomponenten usw. und der Koeffizient der Gleichkomponente
der Klassenfestlegungsschaltung 30 zugeführt werden.
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Anhand
von 10 wird nun ein Aufzeichnungs-/Wiedergabegerät für digitale
Informationsdaten beschrieben, bei dem das oben beschriebene Datenkodierverfahren
und das Datenkodiergerät nach
dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung benutzt wird.
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In
der Anordnung 10 werden einem Eingang 51 Videodaten,
z. B. in der Reihenfolge einer Zeilensprungabtastung, in digitaler
Form zugeführt. Diese
Eingangs-Videodaten werden einer Blockbildungsschaltung 52 zugeführt, in
der sie in Daten mit der Struktur, z. B. eines DCT-Blocks aus 8 × 8 Abtastproben,
der die DCT-Basiseinheit bildet, transformiert werden. Ein einzelner
Makroblock wird aus insgesamt sechs (6) Blöcken, nämlich vier (4) Luminanzblöcken und
zwei (jeweils einem) Farbdifferenzblöcken dieses DCT-Blocks gebildet.
Das heißt,
es werden (4 × 8)-Blöcke in der
gleichen zeitlichen Position von zeitlich aneinandergrenzenden ersten
und zweiten Halbbildern kombiniert. Auf diese Weise wird ein (8 × 8)-Block gebildet. Das
Ausgangssignal der Blockbildungsschaltung 52 wird einer
Verwürfelungsschaltung 53 zugeführt, in
der eine Verarbeitung durchgeführt
wird, die es ermöglicht,
daß die
räumliche
Position von der ursprünglichen
Position abweicht, wobei mehrere Makroblöcke MB als Einheit dienen,
d. h. es wird eine Verwürfelung
vorgenommen. Dadurch soll verhindert werden, daß sich Fehler durch Dropout,
Bandfehler oder Kopfverschmutzung usw. so konzentrieren, daß die Bildqualität auffällig verschlechtert
wird. Das Ausgangssignal der Verwürfelungsschaltung 53 wird
der Schaltung zur diskreten Cosinustransformation (DCT-Schaltung) 2 und
einer Bewegungsdetektorschaltung 54 zugeführt.
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Der
Bewegungsdetektorschaltung 54 werden (8 × 8)-Blöcke mehrerer
Makroblöcke
zugeführt (im
vorliegenden Beispiel besteht ein Videosegment aus fünf (5) Makroblöcken (MB),
und die Kodierung wird in der DCT-Schaltung 2 in hierauf
folgenden Zeiten in dieser Einheit durchgeführt), die in der Verwürfelungsschaltung 53 der
vorangehenden Stufe, wie oben beschrieben, verwürfelt wurden, um zu entscheiden,
ob der entsprechende Modus der Bewegungsmodus oder der stationäre Modus
ist. Dies geschieht deshalb, weil selbst dann, wenn die eingegebenen
Blöcke
in der DCT-Schaltung 2 für die Zeilensprungabtastung
einer gleichförmigen
DCT-Verarbeitung unterzogen werden, die Möglichkeit besteht, daß die Energie
verstreut ist, so daß die
Kompressionseffizienz verringert wird, wenn das Objekt sich bewegt
oder die Kamera geschwenkt oder gezoomt wird usw. (wenn der Operationsmodus
der Bewegungsmodus ist). Aus diesem Grund wird der (8 × 8)-Block
in einem solchen Fall in entsprechende (4 × 8)-Blöcke in dem ersten Halbbild
und dem zweiten Halbbild unterteilt, um in der DCT-Schaltung 2 eine DCT-Verarbeitung
für die
jeweiligen (4 × 8)-Blöcke zu implementieren
und dadurch verhindern, daß die Kompressionseffizienz
reduziert wird. Als Verfahren zur Auswahl des jeweiligen Modus für die (8 × 8)-Blöcke in der
Bewegungsdetektorschaltung 54 sind verschiedene Methoden
vorstellbar. Als Beispiel sei ein Verfahren erwähnt, bei dem die Auswahl des
Bewegungsmodus und des stationären
Modus auf der Basis von Koeffizientendaten in vertikaler Richtung durchgeführt wird,
wenn die betreffenden Blöcke
einer Hadamard-Transformationsverarbeitung unterzogen werden. Darüber hinaus
kann die Summe der Absolutwerte von Differenzen zwischen dem ersten und
dem zweiten Halbbild mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen
und dadurch die Auswahl des Bewegungsmodus und des stationären Modus
ermöglicht
werden.
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Wenn
für (8 × 8)-Blöcke in der
Bewegungsdetektorschaltung 54 die Entscheidung für den Bewegungsmodus
oder den stationären
Modus getroffen wird, erfolgt die DCT-Verarbeitung für die der DCT-Schaltung 2 zugeführten Blöcke entsprechend dem
ausgewählten
Modus. In dem stationären
Modus besteht jeder (8 × 8)-Block
der jeweiligen Videosegmente aus einer einzigen Gleichkomponente
und 63 Wechselkomponenten (siehe 2). Wenn
der Operationsmodus hingegen der Bewegungsmodus ist, wird eine Summen-
und Differenz-Berechnung-(Operation)
für die
Koeffizienten gleicher Ordnung der betreffenden Blöcke, die
jeweils aus einer einzigen Gleichkomponente und 31 Wechselkomponenten
bestehen, für
jeweils zwei (4 × 8)-Blöcke durchgeführt, um
diese zu (8 × 8)-Blöcken zu
rekonstruieren. In dieser Weise wird in der DCT-Schaltung 2 die
dem jeweiligen Modus entsprechende DCT-Verarbeitung durchgeführt.
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Der
Aufbau von der DCT-Schaltung 2 bis zu der variablen Längenkodierschaltung 8 entspricht dem
Aufbau des oben erwähnten
Datenkodiergeräts von 1,
so daß auf
eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann. Auch in diesem
Fall werden jedoch, wie oben beschrieben, die komprimierten Daten,
in denen die Gesamtcodemenge in Abhängigkeit von dem Kompressionsfaktor
geändert
wurde, aus der variablen Längenkodierschaltung 8 abgenommen.
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Die
komprimierten Daten aus der variablen Längenkodierschaltung 8 werden
einer Rahmenbildungsschaltung 55 zugeführt. In der Rahmenbildungsschaltung 55 werden
die komprimierten Daten von beispielsweise fünf Makroblöcken in fünf Sync-Blöcke mit 25 Mbps eines vorbestimmten
Formats verpackt, um die Rahmenbildung für die Erzeugung von Aufzeichnungsdaten
zu implementieren. Diese Verarbeitung ist eine Verarbeitung, die
auch die Zuordnung von Daten zwischen Makroblöcken beinhaltet, so daß Daten,
die aus einem bestimmten Makroblock überlaufen, in den (leeren)
Zwischenraumabschnitt anderer Makroblöcke innerhalb des aus fünf Makroblöcken bestehenden
Videosegments verschoben werden. Aber selbst wenn eine solche Verpackung
durchgeführt
wird, existiert innerhalb des Sync-Blocks ein leerer Abschnitt oder
ein Abschnitt mit ungültigen
Daten. Insbesondere wird in dem System mit beliebiger Änderung
des Kompressionsfaktors, wie bei dem Aus führungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, die Gesamtecodemenge der komprimierten Daten geändert. Die
Gesamtecodemenge wird kleiner, wenn der Kompressionsfaktor vergrößert wird.
Als Ergebnis würde
der leere Abschnitt oder der Abschnitt mit ungültigen Daten innerhalb des
Sync-Blocks vergrößert.
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Im
Hinblick hierauf wird der leere Abschnitt (Blank) innerhalb des
Daten-Sync-Blocks aus der Rahmenbildungsschaltung 55 mit
Hilfe einer Leerstellen-Detektorschaltung 56 detektiert,
um den detektierten Leerstellen-Abschnitt in der nachfolgenden Leerstellen-Löschschaltung 57 zu überschreiben
und anschließend
die Daten mit Hilfe einer Aufzeichnungsschaltung 58 auf
einem Aufzeichnungsmedium 60, wie einer Festplatte usw.,
aufzuzeichnen.
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Die
auf dem Aufzeichnungsmedium 60 aufgezeichneten Daten werden
von einer Wiedergabeschaltung 61 reproduziert, und in einer
Blinddaten-Addierschaltung 62 werden in den gelöschten Leerstellenabschnitt
Blinddaten eingefügt.
Die Daten werden dann einer Rahmenzerlegungsschaltung 63 zugeführt, die
eine zu der Rahmenbildungsverarbeitung in der Rahmenbildungsschaltung 55 inverse Verarbeitung
implementiert, und dann einer variablen Längendekodierschaltung 64 zugeführt. Die
variable Längendekodierschaltung 64,
ein inverser Quantisierer 65, eine Schaltung zur inversen
diskreten Cosinustransformation (IDCT-Schaltung) 66, eine Entwürfelungsschaltung 67 und
eine inverse Blockbildungsschaltung 68 führen eine
zu der Verarbeitung in der variablen Längenkodierschaltung 8,
der Quantisierschaltung 7, der DCT-Schaltung 2,
der Verwürfelungsschaltung 53 und
der Blockbildungsschaltung 52 inverse Verarbeitung durch.
Auf diese Weise gibt die inverse Blockbildungsschaltung 68 dekodierte
Videodaten aus, die den Eingangs-Videodaten an dem Eingang 51 entsprechen
und an einem Ausgang 69 abgenommen werden.
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Für die Leerstellen-Detektorschaltung 56 und
die Leerstellen-Löschschaltung 57,
kann beispielsweise das digitale Informationsdaten-Aufzeichnungs-
und -Wiedergabegerät
benutzt werden, das von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung
in der Beschreibung und den Zeichnungen der japanischen Patentanmeldung
Nr. 91532/1996 vorgeschlagen wurde. Dieses digitale Informationsdaten-Aufzeichnungs-
und -Wiedergabegerät
wird im folgenden anhand von 11 bis 16 beschrieben.
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11 zeigt
ein Beispiel des wesentlichen Teil des digitalen Informationsdaten-Aufzeichnungsgeräts, das
der oben erwähnten
Konfiguration von der Leerstellen-Detektorschaltung 56 bis
zu dem Aufzeichnungsmedium 60 von 10 entspricht.
In diesem Beispiel werden einem Eingang 120 der Anordnung
von 11 Rahmendaten mit dem Festlängenformat zugeführt, die
am Ausgang der Rahmenbildungsschaltung 55 der oben erwähnten 10 gewonnen
werden.
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Zur
Vereinfachung der Erläuterung
des Beispiels sei angenommen, daß dem Eingang 120 die Rahmendaten
mit dem Festlängenformat,
d. h. Daten des Sync-Blocks SB, wie in 12A dargestellt,
zugeführt
werden.
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Bei
dem in 12A dargestellten Festlängenformat
besteht ein Sync-Block SB aus 40 Daten zu 16 Bits, wobei die ersten
Daten des Sync-Datenabschnitts Leerdaten sind und den nächsten Daten so
beschaffen sind, daß 8
Bits leer sind und in den nächsten
4 Bits und den darauf folgenden (anschließenden) 4 Bits eine Fehlerinformation
STA und die Quantisierernummer QNo eingefügt sind. 28 Daten bilden vier
Y-Blöcke
Y1, Y2, Y3, Y4, die jeweils
aus 7 Luminanzsignaldaten bestehen, und die nächsten 5 Daten bilden den CR-Block
und den CB-Block
des Farbdifferenzsignals.
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In 12 sind die Daten "0" nach
dem Blockende EOB ungültige
Daten. In diesem Fall greift man im vorliegenden Beispiel zu der
Lösung,
zunächst
im voraus über
das Ganze Nullen zu schreiben und diese anschließend mit gültigen Daten zu überschreiben.
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Die
in 12A und 13B dargestellten Rahmendaten
des Festlängenformats,
die an dem Eingang 120 anliegen, werden einer 40-Takt-Verlängerungs-(Verzögerungs)-Schaltung 121 zugeführt, in der
sie um die für
die Signalverarbeitung erforderliche Zeit verzögert werden, und dann einer
Detektorschaltung 122 für
ungültige
Daten zugeführt,
um ungültige
Daten oder die Leerstelle zu detektieren. Die Detektorschaltung 122 für ungültige Daten
entspricht der Leerstellen-Detektorschaltung 56 von 10.
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Die
Detektorschaltung 122 für
ungültige
Daten ist so ausgebildet, daß sie
einen Datenposten als ungültige
Daten bewertet, wenn 16 Bits dieses Datenpostens alle den Wert "0" haben,. Dementsprechend erhält man in
diesem Beispiel am Ausgang der Detektorschaltung 122 für ungültige Daten
ein Signal, das in 13G dargestellt ist.
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Darüber hinaus
wird in der Anordnung von 11 einem
Puffereinheitsimpuls-Eingang 123 ein Puffereinheitsimpuls
zugeführt,
der alle 40 Takte einmal auftritt und z. B. als Reaktion auf den
Beginn des Sync-Blocks SB abfällt,
wie dies in 13A dargestellt ist.
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Der
dem Puffereinheitsimpuls-Eingang 123 zugeführte Puffereinheitsimpuls
wird über
ein ODER-Glied 124 dem Löscheingang CL eines Aufwärtszählers 125 zugeführt. Dem
Takteingang 125a des Aufwärtszählers 125 wird ein
Taktsignal zugeführt.
Somit erhält
man Ausgang Q des Aufwärtszählers 125 ein
Zählsignal,
das in 13C dargestellt ist.
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Das
am Ausgang Q des Aufwärtszählers 125 gewonnene
Zählsignal
wird einem Dekodierer 126 zugeführt, der Dekodiersignale "0", "1", "2", "9", "16", "23", "30", "35", "mehr als 30" und "39" ausgibt. Das Dekodiersignal "39" des Dekodierers 126 wird über das
ODER-Glied 124 dem
Löscheingang
CL des Aufwärtszählers 125 zugeführt, um
den Aufwärtszähler 125 alle
40 Takte zu löschen.
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Die
Dekodiersignale "0", "1", "2", "9", "16", "23", "30" und "35" des Dekodierers 126 werden
einem ODER-Glied 127 zugeführt, um am Ausgang des ODER-Glieds 127 ein
Maskensignal zu gewinnen, das in 13D dargestellt
ist. Selbst wenn die Detektorschaltung 122 für ungültige Daten
den Abschnitt, in dem dieses Maskensignal existiert, als ungültige Daten
bewertet, werden sie als gültige
Daten behandelt.
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Das
in 13D dargestellte Maskensignal, das am Ausgang
des ODER-Glieds 127 auftritt, wird über ein ODER-Glied 129 dem
Ladeeingang LD eines Abwärtszählers 128 in 11 zugeführt, und
das in 13G dargestellte Detektorsignal
für ungültige Daten
aus der Detektorschaltung 122 für ungültige Daten wird über das
ODER-Glied 129 dem Ladeeingang LD zugeführt. Deshalb wird dem Ladeeingang LD
des Abwärtszählers 128 das
in 13H dargestellte Ladesignal zugeführt.
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Der
Abwärtszähler 128 setzt
den Ladewert jedesmal zurück,
wenn das Ladesignal auf hohen Pegel "1" gebracht
wird. Dieser Ladewert ist gleich "6" wenn
der Zählwert
des Aufwärtszählers 125 kleiner ist
als "30", und gleich "4", wenn der Zählwert gleich "30" oder größer ist.
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Der
Ladewert "6" wird einem Eingang 130 zugeführt, der
Ladewert "4" wird einem Eingang 131 zugeführt. Der
Eingang 130 ist mit einem festen Kontakt 132a eines
Wählschalters
(Umschalters) 132 verbunden, der Eingang 131 ist
mit dem anderen festen Kontakt 132b des Wählschalters 132 verbunden. Der
bewegliche Kontakt 132c des Wählschalters 132 wird
durch das in 13E dargestellte Dekodiersignal "mehr als 30" des Dekodierers 126 umgeschaltet, und
der in 13F dargestellte Ladewert, der
an diesem beweglichen Kontakt 132c auftritt, wird dem Ladewerteingang
des Abwärtszählers 128 zugeführt. Mit 128a ist
ein Takteingang bezeichnet, dem ein Taktsignal für die Abwärtszähloperation zugeführt wird.
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An
dem Ausgang Q des Abwärtszählers 128 erhält man den
in 13I dargestellten Zählwert. Der an dem Ausgang
Q des Abwärtszählers 128 auftretende
Zählwert
wird den Dateneingängen
D von Verriegelungsschaltungen 133, 134, 135, 136, 137 bzw. 138 zugeführt, um
die Länge
der gültigen
Daten zu verriegeln. Das in 13J dargestellte
Dekodiersignal "9" des Dekodierers 126 wird
dem Aktivierungseingang EN der Verriegelungsschaltung 133 zur
Verriegelung der Länge
der gültigen
Daten des Blocks Y1 zugeführt, um
die Länge
der gültigen
Daten des Blocks Y1 in dieser Verriegelungsschaltung 133 zu verriegeln.
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Das
in 13K dargestellte Dekodiersignal "16" des Dekodierers 126 wird
dem Aktivierungseingang EN der Verriegelungsschaltung 134 für die Verriegelung
der Länge
der gültigen
Daten des Blocks Y2 zugeführt, um
die Länge
der gültigen
Daten des Blocks Y2 in dieser Verriegelungsschaltung 134 zu verriegeln.
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Das
in 13L dargestellte Dekodiersignal "23" des Dekodierers 126 wird
dem Aktivierungseingang EN der Verriegelungsschaltung 135 für die Verriegelung
der Länge
der gültigen
Daten des Blocks Y3 zugeführt, um
die Länge
der gültigen
Daten des Blocks Y3 in dieser Verriegelungsschaltung 135 zu verriegeln.
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Das
in 13M dargestellte Dekodiersignal "30" des Dekodierers 126 wird
dem Aktivierungseingang EN der Verriegelungsschaltung 136 für die Verriegelung
der Länge
der gültigen
Daten des Blocks Y4 zugeführt, um
die Länge
der gültigen
Daten des Blocks Y4 in dieser Verriegelungsschaltung 136 zu verriegeln.
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Das
in 13N dargestellte Dekodiersignal "35" des Dekodierers 126 wird
dem Aktivierungseingang EN der Verriegelungsschaltung 137 für die Verriegelung
der Länge
der gültigen
Daten des CR-Blocks zugeführt,
um die Länge
der gültigen
Daten des CR-Blocks in dieser Verriegelungsschaltung 137 zu
verriegeln.
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Das
in 13O dargestellte Dekodiersignal "0" des Dekodierers 126 wird dem
Aktivierungseingang EN der Verriegelungsschaltung 138 für die Verriegelung
der Länge
der gültigen
Daten des CB-Blocks zugeführt,
um die Länge
der gültigen
Daten des CB-Blocks in dieser Verriegelungsschaltung 138 zu
verriegeln.
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Weiterhin
wird in diesem Beispiel das in 14A dargestellte,
um 40 Takte verzögerte
Eingangssignal, das am Ausgang der 40-Takt-Verzögerungsschaltung 121 gewonnen
wird, einem festen Kontakt 139a eines Wählschalter 139 zugeführt. Die in 13P, 13Q, 13R und 13S dargestellten
Header der gültigen
Datenlänge
der Blöcke Y1, Y2, Y3 bzw.
Y4, die am Ausgang der Verriegelungsschaltungen 133, 134, 135 bzw. 136 gewonnen werden,
werden dem anderen festen Kontakt 139b des Wählschalters 139 zugeführt.
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Der
bewegliche Kontakt 139c dieses Wählschalters 139 wird
durch das in 14B dargestellte Dekodiersignal "0" des Dekodierers 126 umgeschaltet,
um ihn nur für
die Zeitperiode eines Bits, in der dieses Dekodiersignal "0" existiert, mit dem anderen festen Kontakt 139b zu
verbinden, so daß die
Header "3", "1", "0" und "2" der gültigen Datenlänge der
Blöcke
Y1, Y2, Y3 bzw. Y4 eingefügt werden,
und um diesen beweglichen Kontakt 139c in der anderen Zeitperiode
mit einem festen Kontakt 139a zu verbinden.
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Das
an dem beweglichen Kontakt 139c des Wählschalters 139 auftretende
Signal wird einem festen Kontakt 140a eines Wählschalters 140 zugeführt. Dem
anderen festen Eingang 140b dieses Wählschalters 140 werden
die in 13T und 13U dargestellten
Header der gültigen
Datenlänge
der Blöcke
CR und CB zugeführt,
die am Ausgang der Verriegelungsschaltungen 137 und 138 gewonnen
werden.
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Der
bewegliche Kontakt 140c des Wählschalters 140 wird
durch das in 14C dargestellte Dekodiersignal "1" des Dekodierers 126 umgeschaltet,
um ihn nur während
der Zeitperiode eines Bits, in der dieses Dekodiersignal "1" existiert, mit dem anderen festen Kontakt 140b zu
verbinden, so daß die Header "1" und "2" der
gültigen
Datenlänge
der Blöcke
CR und CB eingefügt
werden, und um diesen beweglichen Kontakt 140c während der
anderen Zeitperiode mit einem festen Kontakt 140a zu verbinden.
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Der
Sync-Block SB, in dessen leeren Anfangsabschnitt, der in 12A und 12B dargestellt
ist, die Header "3", "1", "0" und "2" der gültigen Datenlänge der
Blöcke
Y1, Y2, Y3 bzw. Y4 und die Header "1" und "2" der
gültigen
Datenlänge
der Blöcke
CR bzw. CB eingefügt
sind, wie im Fall des in 14D dargestellten
Signals, das an dem beweglichen Kontakt 140c des Wählschalters 140 gewonnen wird,
wird dem Dateneingang Din eines Pufferspeichers 141a einer
Festplatten-Aufzeichnungseinheit 141 zugeführt und
einer Schreibaktivierungssignal-Generatorschaltung 142 zugeführt, die
ein Schreibaktivierungssignal zur Steuerung der Schreiboperation
des Pufferspeichers 141a erzeugt.
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Die
Festplatten-Aufzeichnungseinheit 141 ist so ausgebildet,
daß jedesmal,
wenn Aufzeichnungsdaten in einer vorbestimmten Länge in dem Pufferspeicher 141 gespeichert
sind, die Aufzeichnungsdaten an einer vorbestimmten Position einer
Festplatte 141b aufgezeichnet werden.
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Die
Schreibaktivierungssignal-Generatorschaltung 142 dient
zur ODER-Verknüpfung
(Bildung der logischen Summe) des in 14F dargestellten Signals
zur Bestimmung ungültiger
Daten, in dem 16 Datenbits des Eingangssignals alle auf niedrigem Pegel "0" sind, und des in 14E dargestellten Maskensignals, das am Ausgang
des ODER-Glieds 127 gewonnen wird. Am Ausgang der Schreibaktivierungssignal-Generatorschaltung 142 wird
das in 14G dargestellte Schreibaktivierungssignal
gewonnen.
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Das
am Ausgang der Schreibaktivierungssignal-Generatorschaltung 142 gewonnene
Schreibaktivierungssignal wird dem Schreibaktivierungssignal-Eingang
EN des Pufferspeichers 141a der Festplatten-Aufzeichnungseinheit 141 zugeführt.
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Dieser
Pufferspeicher 141a dient dazu, das dem Dateneingang Din zugeführte
Eingangssignal nur dann zu speichern, wenn das Schreibaktivierungssignal
hohen Pegel "1" hat.
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Wenn
nämlich
im vorliegenden Beispiel der dem Eingang 120 zugeführte Sync-Block
SB aus den in 12A dargestellten Daten bestand,
wird veranlaßt,
daß die
in dem Pufferspeicher 141a gespeicherten Aufzeichnungsdaten
ein Signal bilden, das aus den Abschnitten besteht, in denen das
Maskensignal existiert, zu dem der Header der gültigen Datenlänge hinzugefügt ist,
ferner aus gültigen
Datenabschnitten und anderen Abschnitten, aus denen ungültige Daten entfernt
wurden.
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In
diesem Beispiel wird also das in 12B dargestellte
Signal auf der Festplatte 141b aufgezeichnet. Deshalb wird
in diesem Beispiel der Abschnitt mit ungültigen Daten in den Aufzeichnungsdaten
kleiner. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise weitere Festplattenkapazität gespart
(reduziert) werden.
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Die
Detektorschaltung 122 für
ungültige
Daten in der Anordnung von 11 entspricht
in diesem Fall der Leerstellen-Detektorschaltung 56 von 10,
die Festplatten-Aufzeichnungseinheit 141 entspricht der
Aufzeichnungsschaltung 58 und dem Aufzeichnungsmedium 60 von 10,
und der übrige
Teil von 11 entspricht der Leerstellen-Löschschaltung 57 von 10.
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Anhand
von 15 und 16 wird nun
ein Beispiel für
ein digitales Informationsdaten-Wiedergabegerät für die Wiedergabe der Festplatte 141b erläutert, auf
der Daten von der oben beschriebenen digitalen Informationsdaten-Aufzeichnungseinheit
von 11 aufgezeichnet wurde.
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In 15 dient
eine Festplatten-Wiedergabeeinheit 150 zur Ausgabe eines
Wiedergabesignals von der Festplatte 141b über einen
Pufferspeicher 150a. Dieser Pufferspeicher 150a kann
an einem Datenausgang Dout jedesmal einen
Datenposten (16 Bit) ausgeben, wenn einem Takteingang 150b ein
Taktsignal zugeführt
wird und das an dem Aktivierungseingang EN anliegende Aktivierungssignal
auf hohem Pegel "1" liegt, und zwar
von der Zeit an, in der dem Löscheingang
CL ein Löschsignal
zugeführt
wird.
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Der
Eingang 151 ist ein Startsignaleingang, dem ein in 16A dargestelltes Startsignal für die Wiedergabeoperation
zugeführt
wird, und dient dazu, das an diesem Startsignaleingang 151 anliegende Startsignal
dem Löscheingang
CL des Pufferspeichers 150a der Festplatten-Wiedergabeeinheit 150 zuzuführen und
dieses Startsignal über
ein ODER-Glied 12 dem Löscheingang
CL eines Zählers 153 zuzuführen.
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Der
Zähler 153 dient
zum Zählen
des in 16K dargestellten Taktsignals
und liefert das in 16B dargestellte Zählsignal,
das an dem Ausgang Q dieses Zählers 153 auftritt,
an einen Dekodierer 154, in dem Dekodiersignale "0", "1", "8", "15", "22", "29", "34" und "39" gewonnen werden.
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Das
Dekodiersignal "39" des Dekodierers 154 wird über das
ODER-Glied 152 dem Löscheingang
CL des Zählers 153 zugeführt, um
diesen Zähler 153 alle
vierzig Takte zu löschen.
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Darüber hinaus
werden das Startsignal und die jeweiligen Dekodiersignale "0", "1", "8", "15", "22", "29", "34" und "39" des Dekodierers 154 dem
Eingang eines ODER-Glieds 155 zugeführt, und das in 16C dargestellte Löschsignal, das am Ausgang des
ODER-Glieds 155 auftritt,
wird dem Löscheingang
CL eines Zählers 156 zugeführt.
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Dieser
Zähler 156 dient
zum Zählen
des in 16K dargestellten Taktsignals,
das einem Takteingang 156a zugeführt wird, und liefert das in 16D dargestellte Zählsignal, das an dem Ausgang
Q des Zählers 156 auftritt,
an den Signaleingang B eines Komparators 157, der weiter
unten beschrieben wird.
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16
Datenbits D0, D1 ...
D15, die an dem Datenausgang Dout des
Pufferspeichers 150a der Festplatten-Wiedergabeeinheit 150 auftreten,
werden jeweils einem Eingang von UND-Gliedern 1580 , 1581 ..., 1585 zugeführt.
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Weiterhin
werden die Bits D12 bis D15 der
16 Datenbits D0, D1 ...
D15, die an dem Datenausgang Dout des
Pufferspeichers 150a auftreten, über eine 1-Takt-Verzögerungsschaltung 159 einer
ersten Schieberegisterstufe 160a eines Schieberegisters 160 zugeführt, die
Bits D8 bis D11 werden über eine 1-Takt-Verzögerungsschaltung 161 einer
zweiten Schieberegisterstufe 160b des Schieberegisters 160 zugeführt, die
Bits D4 bis D7 werden über eine 1-Takt-Verzögerungsschaltung 162 einer
dritten Schieberegisterstufe 160c des Schieberegisters 160 zugeführt, und
die Bits D0 bis D3 werden über eine 1-Takt-Verzögerungsschaltung 163 einer
vierten Schieberegisterstufe 160d des Schieberegisters 160 zugeführt.
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Weiterhin
werden die Bits D12 bis D15 der
16 Datenbits D0, D1 ...
D15, die an dem Datenausgang Dout des
Pufferspeichers 150a auftreten, einer fünften Schieberegisterstufe 160e des
Schieberegisters 160 zugeführt, und die Bits D8 bis D11 werden
einer sechsten Schieberegisterstufe 160f des Schieberegisters 160 zugeführt.
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Dem
Ladeeingang LD des Schieberegisters 160 wird ein in 16E dargestelltes Dekodiersignal "1" des Dekodierers 154 zugeführt, und
der ersten bis sechsten Schieberegisterstufe 160a bis 160f wird
der jeweilige Header der gültigen
Datenlänge
zugeführt, wenn
dieses Dekodiersignal "1" anliegt.
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Wenn
in diesem Fall die Aufzeichnungsdaten die in 12B dargestellten
Daten sind, wird der ersten Schieberegisterstufe 160a die
gültige
Datenlänge "3" des Blocks Y1 zugeführt, der
zweiten Registerstufe 160b wird die gültige Datenlänge "1" des Blocks Y2 zugeführt, der
dritten Schieberegisterstufe 160c wird die gültige Datenlänge "0" des Blocks Y3 zugeführt, der
vierten Schieberegisterstufe 160d wird die gültige Datenlänge "2" des Blocks Y4 zugeführt, der
fünften Schieberegisterstufe 160e wird
die gültige
Datenlänge "1" des Blocks CR zugeführt, und der sechsten Schieberegisterstufe 160f wird
die gültige
Datenlänge "2" des Blocks CB zugeführt.
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Das
Schieberegister 160 hat eine Struktur, in der der erste
bis sechste Schieberegisterabschnitt (Stufe) 160a bis 160f in
Reihe angeordnet sind, und es führt
jedesmal eine Verschiebung um eine Schieberegisterstufe durch, wenn
dem Schiebeimpulseingang SFT ein Schiebeimpuls zugeführt wird,
so daß die
in 16G dargestellten gültigen Datenlängen, die
in dem ersten Registerabschnitt 160a gewonnen werden, sukzessiv
dem Signaleingang A des Komparators 157 zugeführt werden.
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Dem
Schiebeimpulseingang SFT wird der in 16F dargestellte
Schiebeimpuls zugeführt,
der am Ausgang des ODER-Glieds 164 auftritt, dessen Eingang
die jeweiligen Dekodiersignale "8", "15", "22", "29" und "34" des Dekodierers 154 zugeführt werden.
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Der
Komparator 157 führt
einen Vergleich durch zwischen dem Signal A, das dem Signaleingang
A zugeführt
wird, und dem Signal B, dem Signaleingang B zugeführt wird,
wobei er an seinem Ausgang ein Signal mit hohem Pegel "1" ausgibt, wenn A = B, und ein Ausgangssignal
mit niedrigem Pegel "0", wenn A < B, wie dies in 16H dargestellt ist.
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Das
in 16H dargestellte Ausgangssignal des Komparators 157 wird
dem Aktivierungseingang EN des Pufferspeichers 150a zugeführt. Außerdem wird
das Ausgangssignal des Komparators 157 den jeweiligen anderen
Eingängen
von sechzehn UND-Gliedern 1580 , 1581 ... 15815 zugeführt.
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An
dem Datenausgang Dout des Pufferspeichers 150a erhält man deshalb
ein Signal, das das Festlängenformat
des Sync-Blocks SB hat, wie dies in 16E dargestellt
ist, und in das die gültigen
Daten von 12B eingefügt sind und dessen andere Abschnitte
aus DC-Daten bestehen.
Am Ausgang der 16 UND-Glieder 1580 , 1581 ... 15815 ergibt
sich (ist vorgesehen) der in 12A dargestellte
Sync-Block SB mit Festlängenformat,
in dem entspre chend der gültigen
Datenlänge
Blinddaten "0" eingefügt sind, wie
dies in 16J dargestellt ist.
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Wenn
das in 16J dargestellte Wiedergabesignal,
das am Ausgang dieser 16 UND-Glieder 1580 , 1581 ... 15815 auftritt,
einer Wiedergabeeinheit zugeführt
wird, das aus einer Rahmenzerlegungsschaltung 170, einer
variablen Längendekodierschaltung 171,
einer inversen Quantisierschaltung 172, einer inversen
DCT-Schaltung 173, einer Entwürfelungsschaltung 174 und
einer inversen Blockbildungsschaltung 175 usw. besteht,
kann, ähnlich
wie beim Stand der Technik, ein Wiedergabesignal gewonnen werden.
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Während in
dem obigen praktischen Beispiel der Fall beschrieben wurde, daß der Header
mit der gültigen
Datenlänge
hinzugefügt
wurde, kann stattdessen auch ein Lösungsweg beschritten werden, bei
dem der Header mit der Länge
der ungültigen
Daten hinzugefügt
wird. Während
in dem oben beschriebenen praktischen Beispiel ein Datenlängenheader hinzugefügt wird,
genügt
es selbstverständlich
auch, nach der Wiedergabe das EOB zu detektieren, ohne daß solche
Datenlängenheader
hinzugefügt
werden, um die Begrenzung des DCT-Blocks zu ermitteln, Blinddaten
an der Leerstelle einzufügen
und diesen auszugeben. Während
bei dem oben beschriebenen praktischen Beispiel ungültige Daten
(Leerstellen) nach der Rahmenbildung detektiert werden, indem bewertet
wird, ob alle Datenbits niedrigen Pegel "0" haben
oder nicht, genügt
es selbstverständlich
auch, solche ungültigen
Daten (Leerstellen) nach irgendeinem anderen Verfahren zu detektieren.
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Wie
oben erläutert
wurde, kann z. B. bei dem Format für digitale Videorecorder, deren
Band eine Breite von ¼ Zoll
hat, dem sogenannten DV-Format, bei der Kompressionskodierung von
Bilddaten mit festem Kompressionsfaktor, der Kompressionsfaktor leicht
in einen gewünschten
Kompressionsfaktor geändert
werden. Auf diese Weise wird ein Abschnitt mit ungültigen Daten,
d. h. ein mit hohem Kompressionsfaktor komprimierter Leer-Code-Abschnitt,
gelöscht
und dadurch das Aufzeichnen von Daten auf einem Aufzeichnungsmedium,
wie einer Platte usw. ermöglicht.
So kann Medienkapazität
gespart (reduziert) werden. Dies ist besonders effektiv oder vorteilhaft,
wenn Medien für
Zwecke wie Offline-Editieren usw. benutzt werden, für die keine
hohe Bildqualität benötigt wird.
Bei dem Datenkodierverfahren und dem Datenkodiergerät gemäß der Erfindung,
wie sie oben erläutert
wurden, wird bei der orthogonalen Transformationsverarbeitung der
Eingangsdaten, die es ermöglicht,
die transformierten Daten nach der Quantisierung einer variablen
Längenkodierung
zu unterziehen, ein Lösungsweg
beschritten, bei dem die gesamte kodierte Datenmenge auf der Basis
der orthogonal transformierten Daten bei der Durchführung der
variablen Längenkodierung
abgeschätzt wird,
um die Quantisierungsstufe für
die Quantisierung auf der Basis der geschätzten Datenmenge und eines
Referenzwerts festzulegen, der je nach Kompressionsfaktor unterschiedlich
ist (variiert), so daß die
Gesamtmenge der kodierten Daten ver ändert wird. Auf diese Weise
kann ein gewünschter
oder ein beliebiger Kompressionsfaktor erreicht werden.
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Weiterhin
wird gemäß vorliegender
Erfindung bei der orthogonalen Transformation der Eingangsdaten,
die eine variable Längenkodierung
nach der Quantisierung ermöglicht,
ein Lösungsweg
beschritten, bei dem in Abhängigkeit
von dem Kompressionsfaktor der Schwellwert für die Festlegung der Klasse,
die die Feinheit der Quantisierung angibt, auf der Basis der orthogonal
transformierten Daten geändert
wird, so daß die
Gesamtmenge der kodierten Daten geändert wird. Auf diese Weise
kann der Kompressionsfaktor bei der Datenkodierung in einen gewünschten
Kompressionsfaktor geändert
werden.
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Wenn
ein Bildkompressionsformat mit festem Kompressionsfaktor angenommen
wird, die Eingangsdaten Bilddaten sind, und bei der Quantisierung
der durch die diskrete Cosinustransformation (DCT) gewonnenen DCT-Koeffizientendaten
einer von mehreren Quantisierern benutzt wird, um eine variable
Längenkodierung
der quantisierten Daten zu ermöglichen,
wird ein Lösungsweg
beschritten, um die Datenmenge abzuschätzen, wenn die Quantisierung
und die variable Längenkodierung
in Videosegmenteinheiten der DCT-Koeffizientendaten durchgeführt wird,
um eine variable Längenkodierung
der quantisierten Daten zu ermöglichen,
um die geschätzte
Datenmenge mit einem Referenzwert zu vergleichen und dadurch den
optimalen Quantisierer zu bestimmen, die Daten einer Makroblockeinheit von
DCT-Koeffizientendaten mit dem Schwellwert zu vergleichen und dadurch
die Klasse für
die Kennzeichnung der Quantisierungsfeinheit zu bestimmen, wobei
der Referenzwert oder sowohl der Referenzwert als auch der Schwellwert
in Abhängigkeit
von der Information über
den gewünschten
Kompressionsfaktor geändert
werden, so daß die
letztlich kodierte Datenmenge, die man nach der Kompressionskodierung
erhält,
geändert
wird. So läßt sich
der Kompressionsfaktor bei der Datenkodierung in dem Bildkompressionsformat
mit festem Kompressionsfaktor leicht ändern, wobei die Kompatibilität des Formats
beibehalten wird.
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Abschnitte
mit ungültigen
Daten, d. h. Leer-Code-Abschnitte, die mit hohem Kompressionsfaktor
komprimiert sind, werden gelöscht,
so daß es möglich ist,
Daten auf ein Aufzeichnungsmedium, wie einer Platte usw. aufzuzeichnen.
Auf diese Weise kann Medienkapazität gespart (reduziert) werden. Dies
ist besonders wirksam oder vorteilhaft, wenn solche Medien für Zwecke
wie Offline-Editieren usw. verwendet werden, bei denen keine hohe
Bildqualität benötigt wird.
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Es
ist zu beachten, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist. So kann z. B. die Schaltung für die Festlegung der Quantisierungsstufe,
die eine Quantisierungstabelle enthält, wie sie in 3 dargestellt
ist, anstelle der Schaltung 6 zur Festlegung des Quantisierers
benutzt werden, um den Aktivitätscode AT
(Klassennummer) aus der Klassenfestlegungsschaltung 30 an
diese Schaltung zur Festlegung der Quantisierungsstufe zu liefern und
die Quantisierungsstufe in der Quantisierschaltung 7 direkt
festzulegen. Außerdem
ist die Größe des DCT-Blocks
oder die Größe des Videosegments usw.
nicht auf 8 × 8
Pixel oder 5 MB (Makroblöcke) beschränkt, sondern
kann beliebig gewählt
sein. Ferner kann selbstverständlich
anstelle einer Zahl von sechzehn Quantisierern und/oder anstelle
der Zahl vier für
die Klassenfestlegung eine beliebige Zahl gewählt werden kann.