DE3884588T2

DE3884588T2 - Anordnung zur Regelung der Übertragungsgeschwindigkeit für mindestens zwei Komponenten eines digitalen Videosignals.

Info

Publication number: DE3884588T2
Application number: DE88202938T
Authority: DE
Inventors: Francois Societe Ci Modarresse
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2008-12-20
Also published as: DE3884588D1; KR890010723A; EP0322058B1; EP0322058A1; ATE95367T1; JPH01202082A; FR2625399A1; US4868641A; KR960011976B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur gemeinsamen Bitraten- Steuerung mindestens zweier digitaler Video-Signalkomponenten, mit einem Orthogonaltransformationskreis, der die genannten digitalen Signale erhält, die für eine bestimmte Anzahl Punkte eines in Blöcke aufgeteilten Bildes repräsentativ sind, mit einem Abtastumwandlungskreis, der die zweidimensionale Folge der Werte der Ausgangskoeffizienten Fi(u,v) des Orthogonaltransformationskreises in eine eindimensionale Folge umwandelt, mit einem Normalisierungskreis, einem Quantisierungskreis zum Quantisieren durch Umwandlung in einen ganzen Wert, einem Kreis zum Codieren der quantisierten Werte, und mit einem Pufferspeicher, der mit einer veränderlichen Bitrate die codierten Werte erhält und, einerseits einen in der Bitrate liegenden mittleren Normwert zu dem Normalisierungskreis sendet und andererseits Werte konstanter Bitrate an dem Ausgang des Steuerkreises liefert, wobei ggf. zwischen dem genannten Orthogonaltransformationskreis und dem genannten Abtastumwandlungskreis ein Verzögerungskreis vorgesehen ist. Die Erfindung läßt sich insbesondere anwenden im Bereich der Übertragung von Fernsehsignalen, sowie im Bereich der Aufzeichnung und/oder Speicherung derartiger Signale.
In Hinsicht auf ihre Übertragung oder Aufzeichnung ist die Digitalisierung von Fernsehsignalen eine äußerst nützliche Lösung im Falle von Verbindungen, bei denen Störung ein besonders wichtiger Faktor ist, insbesondere bei Satellitenverbindungen. Ein Fernsehbild enthält jedoch eine Vielzahl von Informationen, deren digitale Darstellung eine hohe Bitrate erfordert. Durch Abtastung der Komponenten des Fernsehsignals mit einer Frequenz, die der Shannon-Bedingung erfüllt, und dadurch daß eine einheitliche Quantisierung auf 256 Pegeln durchgeführt wird, kann die direkte Digitalisierung der Ieuchtdichte- und der Farbartanteile mit den normgemäßen Frequenzen 13,5 bzw. 6,75 MHz, würde im wesentlichen zu einer Bitrate von 216 MBit/s führen. Diese Bitrate ist prohibitiv verboten, insbesondere im Falle magnetischer Aufzeichnungseinrichtungen für den Heimgebrauch. Die Anwendung von Bitratenreduktionstechniken ist aus diesem Grund notwendig und umso mehr verwirklichbar, wenn es in dem Bild eine relativ hohe Redundanz gibt.
In dem US-Patent US-A-4 394 774 wird eine Bitrate-Steueranordnung beschrieben, die durch Codierung der Video-Signale nach einer Orthogonaltransformation arbeitet. Dieses Bild wird in Blöcke bestimmter Größe aufgeteilt, wonach jeder Block der genannten Orthogonaltransformation ausgesetzt wird. Die sich aus dieser Transformation ergebenen Koeffizienten werden danach durch einen Normalisierungsfaktor geteilt und darauf quantisiert und codiert. Eine solche Anordnung berücksichtigt nicht die Differenzen in den statistischen Eigenschaften der örtlichen Video- Signale um bestimmte Parameter der Codierung an diese örtlichen Eigenschaften anzupassen.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Anordnung zur Steuerung der Bitrate digitaler Video-Signale zu schaffen, bei der solche Nachteile vermieden werden.
Dazu schafft die Erfindung auf eine Anordnung, die das Kennzeichen aufweist, daß der genannte Normalisierungskreis die nachfolgenden Elemente aufweist:
(a) eine Schaltung zum Berechnen des Verhältnisses "rap(acti)" zwischen der Aktivität eines ersten Komponents P&sub1; und der Aktivität eines zweiten Komponents P&sub2;, wobei die Aktivität für jeden Komponent eine Größe ist, die der Summe der in der eindimensionalen Folge erhaltenen Koeffizienten entspricht, mit Ausnahme des ersten Koeffizienten, und wobei diese Größe für jeden Komponent dadurch berechnet wird, daß der Eingang der genannten Schaltung zum Berechnen von "rap(acti)" mit dem Ausgang des Abtastumwandlungskreises oder des Quantisierungskreises verbunden wird;
(b) eine Rechenschaltung zum auf Basis von "rap(acti)" Berechnen des Verhältnisses "rap(norm)" zwischen der Bitratensteuernorm des zweiten Komponents und der des ersten Komponents, wobei jede der genannten Normen zu der Bitrate umgekehrt proportional ist entsprechend den Beziehungen:
Norm x Bitrate = K, wobei K eine Konstante ist;
(c) eine Schaltung zum Berechnen der spezifischen Normen (P&sub1;) und (P&sub2;) entsprechend den nachfolgenden Formeln:
Norm (P&sub1;) = 1+rap(norm)/rap(norm) x Gesamtnorm;
Norm (P&sub2;) = (1 + rap(norm)) x Gesamtnorm;
Gesamtnorm x Gesamtbitrate = K,
wobei diese Normen dem ersten bzw. zweiten Komponent zugeordnet sind, die einerseits den genannten "rap(norm)"-Wert erhält und andererseits einen Gesamtnorm- Wert von einem Gesamtnorm-Rechenkreis;
(d) einen Zähler zum Zählen der Anzahl binärer Elemente in dem Pufferspeicher für den betreffenden in der Behandlung begriffenen Block;
(e) einen Hilfsspeicher zur vorübergehenden Speicherung der genannten Anzähl binärer Elemente;
(f) einen Subtrahierer, der durch das Vorzeichen die Differenz der Anzahl binärer Elemente zwischen dem Eingang und dem Ausgang des genannten Hilfsspeichers bestimmt;
(g) den Gesamtnorm-Rechenkreis, der einerseits das Ausgangssignal des genannten Subtrahierers und andererseits das Ausgangssignal des Zählers erhält, und der einen Gesamtnorm-Wert, wie in (c) definiert, liefert, der für einen der Eingänge des Kreises zum Berechnen spezifischer Normen gemeint ist;
(h) einen Teiler zum Teilen des Ausgangssignals des Abtastumwandlungskreises durch das Ausgangssignal der genannten Schaltung zum Berechnen der spezifischen Normen, wobei das Ausgangssignal dieses Teilers das Ausgangssignal des dem Quantisierungskreis zugeordneten Normalisierungskreises bildet.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind der erste und der zweite Komponent die Farbdifferenzsignale, die den Farbartanteil eines Fernsehsignals bilden. In einer zweiten Ausführungsform sind der erste und der zweite Komponent der Leuchtdichte- und der Farbartanteil eines Fernsehsignals.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Empfangsstufe für ein Übertragungssystem, wobei diese Stufe einen Pufferspeicher aufweist, der Eingangssignale einer konstanten Bitrate erhält und Signale einer veränderlichen Bitrate liefert, weiterhin einen Kreis zum Decodieren der genannten Signale, einen Kreis zur inversen Quantisierung der decodierten Signale, einen Kreis zur inversen Normalisierung, einen Abtastumwandlungskreis sowie einen inversen Orthogonaltransformationskreis. Nach der Erfindung weist diese Empfangsstufe das Kennzeichen auf, daß der genannte Kreis zur inversen Normalisierung die nachfolgenden Elemente aufweist:
(a) eine Rechenschaltung zum Berechnen des Verhältnisses "rap(acti)" zwischen der Aktivität des ersten Komponents und der Aktivität des zweiten Komponents, wobei diese Aktivitätenwerte für jeden Komponent berechnet werden zum Bilden des Eingangssignals der genannten Schaltung zum Berechnen von "rap(acti)" dadurch, daß entweder das Eingangssignal des Abtastumwandlungskreises oder das Eingangssignal des Kreises zur inversen Quantisierung genommen wird;
(b) eine Rechenschaltung zum auf Basis von "rap(acti)" Berechnen des Verhältnisses "rap(norm)" zwischen der Bitratensteuernorm des zweiten Komponents und der des ersten Komponents, wobei jede der genannten Normen zu der Bitrate umgekehrt proportional ist entsprechend den Beziehungen:
Norm x Bitrate = K, wobei K eine Konstante ist;
(c) eine Schaltung zum Berechnen der spezifischen Normen (P&sub1;) und (P&sub2;) entsprechend den nachfolgenden Formeln:
Norm (P&sub1;) 1+rap(norm)/rap(norm) x Gesamtnorm;
Norm (P&sub2;) = (1 + rap(norm)) x Gesamtnorm;
Gesamtnorm x Gesamt-Bitrate = K,
wobei diese Normen dem ersten bzw. zweiten Komponent zugeordnet sind, die einerseits den genannten "rap(norm)"-Wert erhält und andererseits einen Gesamtnorm- Wert von dem Gesamtnormrechenkreis;
(d) einen Zähler für die Anzahl binärer Elemente in dem Pufferspeicher für den betreffenden in der Behandlung begriffenen Block;
(e) einen Hilfsspeicher zur vorübergehenden Speicherung der genannten Anzahl binärer Elemente;
(f) einen Subtrahierer, der durch das Vorzeichen die Differenz der Anzahl binärer Elemente zwischen dem Eingang und dem Ausgang des genannten Hilfsspeichers bestimmt;
(g) den Gesamtnorm-Rechenkreis, der einerseits das Ausgangssignal des genannten Subtrahierers erhält und andererseits das Ausgangssignal des Zählers und der einen Gesamtnorm-Wert, wie in (c) definiert, liefert, der für einen der Eingänge der Schaltung zum Berechnen spezifischer Normen gemeint ist;
(h) einen Multiplizierer zum Multiplizieren des Ausgangssignals des Kreises zur inversen Qquantisierung mit dem Ausgangssignal der Schaltung zum Berechnen der spezifischen Normen, wobei das Ausgangssignal dieses Multiplizierers das Ausgangssignal des dem Abtastumwandlungskreis zugeordneten Normalisierungskreises bildet.
Am Sende- sowie am Empfangsende kann zwischen dem Ausgang der Rechenschaltung zum Berechnen von "rap(norm)" und dem entsprechenden Eingang der Rechenschaltung zum Berechnen der spezifischen Normen ein Norm-Tiefpaß-Rekursivfilterkreis vorgesehen sein.
Die spezifischen Eigenschaften der Erfindung dürften aus einer detaillierten Beschreibung anhand der nur als Beispiel gegebenen, nicht beschränkenden beiliegenden Zeichnungen hervorgehen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bitrate-Steueranordnung;
Fig. 2a ein in M x M Blöcke aufgeteiltes Bild, Fig. 2b die zweidimensionale Matrix der Transformationskoeffizienten eines dieser Bildblöcke, und Fig. 2c ein Beispiel der eindimensionalen Strecke zum Lesen und Verarbeiten der genannten Koeffizienten;
Fig. 3 ein Beispiel einer Ausführungsform einer Signalwiederherstellungsanordnung, die in der Empfangsstufe der Bitratensteueranordnung nach Fig. 1 entspricht.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Anordnung zunächst einen Ortogonaltransformationskreis auf, der beispielsweise ein diskreter Kosinustransformationskreis 10 ist. Dieser Kreis 10 erhält eine Folge digitaler Signale, die in Form einer Matrix von Werten die Farbart einer bestimmten Anzhhl Pixel eines in Blöcke aufgeteilten Bildes darstellen und er liefert für jeden Block eine zweidimensionale Folge von Koeffizienten Fi(u,v). Fig. 2a zeigt ein in M x M Blöcke aufgeteiltes Bild. Die diskrete Kosinus-Transformation ist eine bekannte Bearbeitung und der jeweils für jeden Block erhaltene Ausdruck dieser Transformationskoeffizienten wird deswegen an dieser Stelle nicht gegeben. Es sei einfach bemerkt, daß die sehr starke Korrelation zwischen benachbarten Pixeln eines Teilbildes oder eines Bildes durch viele statistischen Messungen gezeigt werden kann und daß das Ziel der Transformation ist, einen Satz von Koeffizienten zu erhalten, die mehr unabhängig sind als die vor der Transformation verfügbaren Werte.
Die Koeffizienten Fi(u,v) werden danach, in diesem Fall, über einen Verzögerungskreis 20 einem Abtastumwandlungskreis 30 zugeführt, mit der Absicht die zweidimensionale Folge von Werten Fi(u,v) in eine eindimensionale Folge umzuwandeln. Der Verzögerungskreis 20 dient zum Speichern eines oder mehrerer Blöcke einer der Komponenten, in diesem Fall durch P&sub1; und P&sub2; bezeichnet, wenn die beiden Komponenten nicht gleichzeitig verfügbar sind. Für einen Block wie den aus Fig. 2b, der an sich demjenigen entspricht, der durch das schraffierte Gebiet in Fig. 2a angegeben ist, kann die eindimensionale Folge beispielsweise eine Zick-Zack-Folge sein, wie diejenige, die in Fig. 2c angegeben ist, die in einer Darstellung der zweidimensionalen Matrix der Transformationskoeffizienten des Bildblocks ein Beispiel zeigt der Strecke - und zwar auf nicht beschränkende Weise - , die eine Ordnung der Lektüre und der Verarbeitung der Koeffizienten (C&sub1;, C&sub2;, C&sub3;, ... usw. ...) definiert. Diese Art von Strecke bietet den Vorteil, daß die Video-Signale danach codiert werden können, indem lange Reihen von Nullwerten vorhanden sind, die zur Verringerung der Menge zu übertragender Informationsanteile beitragen. Diese eindimensionale Folge könnte aber im Rahmen der Erfindung auf Basis eines anderen Kriteriums gebildet werden, oder sogar auf adaptive Weise bestimmt werden als Funktion an dem Signal selbst gemessener Kennzeichen, oder auf alternative Weise durch nachfolgendes Lesen in verschiedenen räumlich benachbarten Blöcken gebildet werden.
Ein Normalisierungskreis 40, der nachstehend detailliert beschreiben wird, erhält danach diese eindimensionale Folge. Das Ausgangssignal dieses Kreises 40, der normalisiert ist, wird dann in dem Quantisierungskreis 50 quantisiert und danach in dem Codierungskreis 60 codiert. Der Ausgang dieses Codierungskreises 60 ist mit dem Eingang eines Pufferspeichers 70 verbunden, der die codierten Werte entsprechend einer veränderlichen Bitrate erhält und sie an dem Hauptausgang S mit einer konstanten Bitrate rekonstruiert. Dieser Hauptausgang bildet den Ausgang der erfindungsgemäßen Bitratensteueranordnung.
Die Quantisierung ermöglicht die Umwandlung des normalisierten Wertes jedes Koeffizienten, ausgedrückt mit Fließkomma, zu einem ganzen Wert, beispielsweise entweder durch einfache Rundung oder vorzugsweise durch Abbrechung, und zwar dadurch, daß der ganze Teil des Wertes vor der Quantisierung genommen wird, wobei diese Bearbeitungen mit einer Kompression oder einer Expansion des Maßstabs der Werte kombiniert werden können. Einige dieser Werte innerhalb des Bereiches zwischen 0 und 1 werden durch eine solche Quantisierung durch den Wert 0 ersetzt, wodurch die Anzahl zu dem Codierungskreis zu übertragender Koeffizienten verringert wird und folglich in Richtung der angestrebten Ratenverringerung geht. Zu diesem betreffenden Zeitpunkt wird die Codierung mit Hilfe von Tabellen codierter Werte entsprechend einem Huffman-Code durchgeführt um entweder die Koeffizientenwerte (Codierung veränderlicher Länge) oder die Bereichslängen (Codierung durch Bereiche).
Der Normalisierungskreis 40 wird nun detaillierter beschrieben. Um die Bitrate an die örtlichen Eigenschaften des Bildes anzupassen, war es notwendig, um eine Funktion zu suchen, welche die Aktivität eines Blocks mit der An:zahl binärer Elemente verbindet, die zur Gewährleistung der Codierung dieses Blocks notwendig sind (die Aktivität reflektiert die Art des Spektralinhalts des Blocks und insbesondere die größere oder weniger große Signifikanz, in diesem Inhalt, der hohen räumlichen Frequenzen und ist deswegen beispielsweise niedrig für einen quasi-einheitlichen Block oder andererseits höher je nachdem der Block schärfere Konturen aufweist).
Die durchgeführten Tests haben zum Selektieren als Ausdruck dieser Aktivität zu dem Ausdruck (1) geführt, der nach der vorliegenden Beschreibung gegeben ist, wobei in diesem Ausdruck Cj innerhalb des betreffenden Blocks der i. Koeffizient der mittels des Abtastumwandlungskreises 30 abgeleiteten eindimensionalen Folge ist (der Ausdruck (1) sowie der ggf. in der Fortsetzung der vorliegenden Beschreibung bezeichnete Ausdruck werden alle in dem genannten Anhang beschrieben). Der erste Koeffizient, C&sub1;, wird nicht verwendet, das er der mittleren Amplitude des Blocks entspricht und überhaupt keine Information über den Spektralinhalt des Blocks gibt. Der Wert ist unabhängig von der Bitrate, da dieser auf besondere Weise codiert worden ist mit einer konstanten Anzahl Bits, beispielsweise acht oder neun Bits, damit fehlerhafte Interpretationen vermieden werden, die zu Änderungen der Farben oder der Graupegel führen würden.
Zunächst wird das Beispiel einer gemeinsamen Bitratensteuerung mindestens zweier digitaler Farbartkomponenten U und V beschrieben und danach die Anwendung desselben Prinzips auf die Leuchtdichte und die Farbart, d.h. im wesentliche auf drei Komponenten eines Video-Signals.
Nach der Definition eines Ausdrucks für die Aktivität sind also zwei Ausdrücke (2) und (3) verfügbar, die, in dem ersten Beispiel, in dem das verarbeitete digitale Video-Signal ein Farbartkomponent ist, die Aktivität für jeden der beiden Komponenten U und V (der Farbdifferenzsignale, auch als DR und DB bezeichnet, entsprechend den SECAM- und MAC-Normen) definieren, und danach wird die Korrelation zwischen diesen Aktivitäten acti(DR) und acti(DB) einerseits und die Menge Informationskomponenten am Ausgang des Pufferspeichers 70 andererseits gesucht. Es sind nicht die Werte dieser Aktivitäten an sich, die interessant sind, sondern ihr durch den Ausdruck (4) gegebenes Verhältnis "rap(acti)". Im wesentlichen ist unter Berücksichtigung der an dem Ausgang erlaubte Gesamt-Bitrate besonders interessant zu wissen, welchen Anteil dieser Gesamt-Bitrate jedem Komponent zugeordnet ist.
Es ist ebenfalls bekannt, daß es die als Norm bezeichnete Menge ist, die zur Steuerung der Bitrate benutzt wird, und daß das Produkt aus der Norm und der Bitrate, angewandt auf einen bestimmten Koeffizienten, beispielsweise den 32. Koeffizienten, der im wesentlichen der Mitte des Spektrums entspricht, konstant ist, was durch den Ausdruck (5) und (6) ausgedrückt wird, wobei KR und KB Konstanten sind. Auch i diesem Fall ist es nicht die Norm an sich sondern das durch den Ausdruck (7) gegebene Verhältnis der Normen, "rap(norm)", das interessant ist. Da die Ermittlung der Normen dieselbe ist wie die der Bitraten, wird zum Schluß ermittelt, welche die Funktion f ist, welche die Beziehung (8) zwischen "rap(norm)" und "rap(acti)" ausdrückt, oder insbesondere die Beziehung (9) zwischen "rap(norm)" und den spezifischen Aktivitäten "acti(DR)" und "acti(DB)" der Komponenten DR und DB.
Es ist bekannt, daß die Schärfe des menschlichen Auges in dem roten Spektrum wesentlich größer ist als in dem blauen Spektrum, Dies gestattet eine größere Toleranz in bezug auf Codierungsfehler für den Komponent DB als für den Komponent DR was die Bitrate anbelangt. Die durchgeführten Tests und die Regelungsversuche haben für vergleichbare Aktivitätenpegel zwischen den beiden Komponenten DR und DB letzten Endes dazu geführt, das Verhältnis der Normen auf den Wert von etwa 2,5 zu stellen, wie in dem Ausdruck (10) ausgedrückt für einen Wert von "rap(acti)" etwa gleich 1.
Ein Beispiel einer befriedigenden Funktion f ist also insbesondere die gerade Linie, die einerseits durch den Punkt (1, f(1)) geht, oben für "rap(acti)" als gleich 1 definiert, und andererseits durch den Punkt (0, f(0)) entsprechend einer Null- Aktivität für DR. Im Falle einer Aktivität Null muß ein bestimmter Teil der Bitrate sogar reserviert werden und zwar wegen der systematischen Codierung des kontinuierlichen Koeffizienten (des nicht verwendeten ersten Koeffizienten, wie oben angegeben) und der Angabe des Endes des Blocks (in diesem fall der zwei Blockende-Worte).
Die Bitratensteuerung erfolgt nach Codierung einer bestimmten Anzahl Blöcke entsprechend dem Anteil DR und einer bestimmten Anzahl Blöcke entsprechend dem Komponent DB, im vorliegenden Fall nach Codierung eines einzigen Blocks DR und eines einzigen Blocks DB, ohne daß diese Wahl beschränkend ist. Es wird eine Gesamtnorm berechnet als Funktion des Füllpegels des Pufferspeichers 70 und der Änderung dieses Pegels. Durch Berücksichtigung der Konstantheit des Produktes aus der Gesamtnorm und der Bitrate, ausgedrückt in dem Ausdruck (11), und der Ausdrücke (5) und (6) für die jedem Komponent DR und DB zugeordneten Normen, hat der letzte Ausdruck für diese Normen die Form, wie durch die Beziehungen (12) und (13) definiert.
Die Berechnung, mit der die Formeln (12) und (13) definiert werden können, läßt sich wie folgt detailliert darstellen. Wenn es bekannt ist, daß die Gesamtnorm derart bestimmt worden ist, daß die Beziehung (11) erfüllt wird, wird nach zwei spezifischen Normen, der Norm (DR) bzw. (DB) gesucht, welche die Gleichungen (5) und (6) erfüllen, aber weiterhin auch die Beziehung (14). Da die Gesamt-Bitrate die Summe der Bitraten für DR und DB ist, und da die Gleichungen (5), (6), (11) und (14) bekannt sind, werden die Gleichungen (15), (16) und (17) erhalten. Ersatz dieser Terme in der Gleichung (18) führt offensichtlich zu der Gleichung (19), was, durch Vereinfachung durch K und durch nachfolgende Durchführung der Addierung und Inversion der beiden Terme der Gleichung zu dem Ausdruck (10) führt. Durch Zerlegung in Faktoren der Norm (DR) und danach durch Vereinfachung durch denselben Term und zum Schluß durch Multiplikation der beiden Seiten der Gleichung mit (1 + "rap(norm)") wird der Ausdruck (12) erhalten. Durch Ersatz der Norm (DB) durch ihren Wert in einer der Gleichungen (beispielsweise in (20)), wird der Ausdruck (13) erhalten. Diese letzteren Ausdrücke führen offensichtlich zu den Ausdrücken (21) und (22), die im wesentlichen die wichtigsten Beziehungen sind.
Mit dieser allgemeinen Darstellung der Funktionen der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, den Inhalt des Normalsierungskreises 40 zu spezifizieren. Dieser Kreis 40 enthält eine Schaltung 401 zum Berechnen von "rap(acti)" aus den Aktivitäten "acti(DR)" und "acti(DB)" jedes der beiden Komponenten DR und DB, wobei diese Schaltung 401 am Ausgang des Abtastumwandlungskreises 30 vorgesehen ist. Am Ausgang der Schaltung 401 berechnet eine Schaltung 402 zum Berechnen von "rap(norm)" diese Größe mit Hilfe des Ausdrucks (18) und auf Basis der Hypothese in bezug auf die Wahl der Funktion f. In diesem Fall folgt der Schaltung 402 eine Tiefpaß- Rekursivfilterschaltung 403. Der auf diese Weise geglättete Wert von "rap(norm)" wird einer Schaltung 404 zum Berechnen der spezifischen Normen, d.h. der Norm (DR) und der Norm (DR) entsprechend den Ausdrücken (12) bzw. (13) zugeführt. Zum Schluß teilt ein Teiler 405 das Ausgangssignal des Abtastumwandlungskreises 30 durch die Norm (DR) oder die Norm (DB), je nach der Art des Kompenents beim Codieren (Block DR oder Block DB, wie oben erwähnt).
Die Berechnung der spezifischen Normen, Norm(DR) und Norm(DB) durch die Schaltung 404 bedeutet, daß diese Schaltung entsprechend den Ausdrücken (12) und (13) nicht nur den Wert von "rap(norm)" erhalten soll sondern auch den der Gesamtnorm. Diese Gesamtnorm wird von der Schaltung 406 zum berechnen der gesamtnorm entsprechend dem nachfolgenden Prozeß geliefert.
Ein am Ausgang des Pufferspeichers 70 vorgesehener Zähler 407 gibt die genaue Anzahl binärer Elemente in diesem Speicher für den betreffenden in der Verarbeitung begriffenen Block und ein Hilfsspeicher 408 speichert diese Anzahl binärer Elemente vorübergehend, die während der Verarbeitung des nächsten Blocks, der der aktuelle Block geworden ist, die Anzahl binärer Elemente darstellt des Blocks, welche der vorhergehende Block geworden ist. Danach bestimmt ein Subtrahierer 409 mit seinem Vorzeichen die Differenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des genannten Hilfsspeichers 408, d.h. die Differenz der Anzahl binärer Elemente zwischen zwei aufeinanderfolgenden Blöcken, und liefert diese Differenz der Schaltung 406 zum Berechnen der Gesamtnorm. Eine andere Eingangsverbindung dieser Schaltung 406 erhält auf ähnliche Weise die Anzahl binärer Elemente des aktuellen Blocks, wobei diese Anzahl von dem zähler 407 geliefert wird, und liefert an dem Ausgang zum Zuführen zu der Rechenschaltung 404 der spezifischen Normen den aufwärts oder abwärts geänderten Wert der Gesamtnorm.
Zum Schreiben und Lesen des Pufferspeichers 70 weist dieser einen ersten Eingangsanschluß 701 auf, der mit dem Ausgang des Codierungskreises 60 verbunden ist, und steuer gleichzeitig das Schreiben in den Speicher und das Erhöhen des Zählers 407, sowie einen zweiten Eingangsanschluß 702, der mit einer Taktimpulsschaltung 410 verbunden ist, die einen festen Rhythmus definiert (in diesem Fall beispielsweise 1 MBit/s aber es wurden befriedigende Versuche gemacht unter Verwendung höherer oder niedrigerer Rhythmen) zur Gewährleistung einer konstanten Bitrate. Diese Taktimpulsschaltung 410 steuert also das Entleeren des Pufferspeichers 70 sowie das Erniedrigen des Zählers 407.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht aus die beschriebene und dargestellte Ausführungsform, für die Änderungen, einschließlich derjenigen, die bereits beschrieben wurden, im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen werden können.
Es wurde bereits erwähnt, insbesondere daß die Erfindung nicht durch den Typ der Strecke zum Lesen der zweidimensionalen Matrix der Transformationskoeffizienten jedes Bildblocks beschränkt werden könnte. Ungeachtet dieser Strecke und der mehr oder weniger markierten spezifischen sich daraus ergebenden Vorteile kann die Normalisierung entsprechend der oben detailliert beschriebenen Prinzipien durchgeführt werden. Die Art der Strecke beeinflußt wesentlich die Codierung und die Menge Informationsanteile, die von dem Codierungskreis herrühren und folglich sind die Bitrate und die Gesamtnorm wesentlich abhängig von der Art der Codierung, aber dies wird nicht die Art der Implementierung der Erfindung ändern oder deren Verdienst verringern.
Es dürfte ebenfalls einleuchten, daß die betreffenden Aktivitäten der Blöcke DR und der Blöcke DB durch die Schaltung 401 bestimmt werden, und zwar auf Basis der an dem Ausgang des Abtastumwandlungskreises 30 vorhandenen Informationsanteile, d.h. auf Basis der Koeffizienten vor der Normalisierung und Quantisierung. Ein wesentlicher Teil der einem Block zugeführten Energie geht nach diesen Vorgängen der Normalisierung und Quantisierung verloren. Das bedeutet, daß dieselbe Berechnung, durchgeführt an dem Empfangsende nicht einen gleichen Wert für die Aktivität jedes Blocks gibt und dies könnte zu einer nicht genauen Zerlegung der Norm und zu dem Auftritt falscher Farben bei der Codierung führen.
Dieser Nachteil, der beschränkt ist durch die Tatsache, daß nicht die Aktivitäten verwendet werden, sondern ihr Verhältnis "rap(acti)" kann dennoch dadurch verringert werden, daß nicht länger auf Basis der Ausgangs-Informationsanteile des Kreises 30 gearbeitet wird, sondern auf Basis der Koeffizienten nach der Normalisierung und Quantisierung. Es ist im wesentlichen diese bevorzugte Anordnung, für die gewählt worden ist und die in gezogenen Linien in Fig. 1 dargestellt ist, wobei die Lösung der Entnahme der Daten am Ausgang des Abtastumwandlungskreises 30 nur durch gestrichelte Linien angegeben ist. Auf diese Weise werden beim Bewerten von "rap(acti)" tatsächlich die NF-Terme bevorzugt, aber im allgemeinen ist gerade die Aktivität in diesem bereich der niedrigen räumlichen Frequenzen, die besonders wichtig ist, da diese mit größerer Sorgfalt codiert werden muß.
Es sei jedoch erwähnt, daß die auf diese Weise definierte Aktivität nicht länger eine gleiche befriedigende Korrelation mit der Bitrate hat, die das Ausgangskriterium zur Bestimmung eines befriedigenden Ausdrucke für die Aktivität bildete. Dies also führt zu einem geringeren Verhältnis zwischen den Variationen der Bitrate und den betreffenden Werten der Normen, und zu einer Gefahr einer bestimmten Trift für den Füllpegel des Pufferspeichers 70. Wie in Fig. 1 angegeben, läßt sich dieser Nachteil durch Anordnung der Schaltung 403 zur Tiefpaß-Rekursivfilterung der Norm zwischen dem Ausgang der Schaltung 402 zum Berechnen der "rap(norm)" und dem entsprechenden Eingang der Schaltung 404 zum Berechnen der spezifischen Normen vermeiden. Die Trägheit der Anordnung erlaubt es, daß die Parameter der Bearbeitungen innerhalb eines relativ kleinen Bereiches um ihren Mittelwert herum aneinandergrenzen und folglich, daß diese Trift beschränkt wird.
Eine gemeinsame Bitratensteuerung der Komponenten DR und DB für die Farbart wurde bereits beschrieben. Dasselbe Prinzip und dieselbe Art und Weise der Implementierung sind anwendbar, wenn es erwünscht ist, eine gemeinsame Bitraten- Steuerung für die Farbart und die Leuchtdichte durchzuführen. Im wesentlichen reicht es den Komponent DR in der obenstehenden Beschreibung der die Leuchtdichte Y und den Komponent DB in der oben stehenden Beschreibung durch die Farbart C zu ersetzen und, in der Beziehung (10), den Wert von "rap(norm)" für "rap(acti)" = 1 an diese neue Applikation anzupassen, indem für beispielsweise f(1) = 4 gewählt wird, welches das zur Zeit üblichste Verhältnis zwischen den betreffenden Bitraten der Leuchtdichte und der Farbart ist (die beiden Farbartanteile werden gemeinsam gesteuert, wie oben bereits beschrieben wurde). Folglich ist das Schaltbild der gemeinsamen Steueranordnung genau identisch zu dem aus Fig. 1.
In der einen oder der anderen Applikation (DR/DB-Steuerung, Leuchtdichte-/Farbartsteuerung), die gerade beschrieben wurden, beschränkt sich die Erfindung nicht auf die Anordnung zum Durchführen einer derartigen Steuerung an der Sendeseite, sondern erstreckt sich auch über das System zur Übertragung von Fernsehbildern, das wenigstens eine derartige Anordnung umfaßt. Unter Übertragung versteht man immer die eigentliche Übertragung von Signalen, auch aber ihre Aufzeichnung oder ihre Speicherung. Die Erfindung bezieht sich auch auf die ganze Sendestufe, die in einem derartigen Übertragungssystem die anhand der Fig. 1 beschriebene Struktur aufweist, sowie auf die ganze zugeordnete Empfangsstufe.
Es sei bemerkt, daß eine derartige Empfangsstufe eine Anordnung zum Wiederherstellen von Signalen aufweist, welche die genaue Umkehrung der bereits beschriebenen Steueranordnung ist. Insbesondere, und wie in Fig. 3 angegeben, weist diese Anordnung einen Pufferspeicher 170 auf, der Eingangssignale konstanter Bitrate erhält und diese mit veränderlicher Bitrate liefert, weiterhin einen Kreis 160 zum Decodieren dieser Informantionsanteile mit einer veränderlichen Bitrate, einen Kreis 150 zur inversen Quantisierung der decodierten Signale, und einen Kreis zur inversen Normalisierung 140, einen Abtastumwandiungskreis 130, ggf. einen Verzögerungskreis 120 und einen inversen Orthogonaltransformationskreis 110. Der Kreis zur inversen Normalisierung 140 entspricht quasi dem Normalisierungskreis 40, wobei die Bezugszeichen 401 durch 410 und 501 durch 510 ersetzt werden müssen. Nur der Teiler 405 dieser Schaltung wird ersetzt, in dem Kreis 140, durch einen Multiplizierer 505 zum Multiplizieren des Ausgangssignals des Kreises zur inversen Quantisierung 150 mit dem Ausgangssignal der Schaltung 504 zum Berechnen der spezifischen Normen. Selbstverständlich können, wie oben in Fig. 1, die Eingangssignale der Schaltung 501 zum Berechnen von "rap(acti)" entweder dem Eingang des Abtastumwandlungskreises 130 (verbindung durch gestrichelte Linien in Fig. 3 angegeben) oder dem Eingang des Kreises zur inversen Quantisierung 150 (in Fig. 3 Verbindung durch gezogene Linien angegeben) entnommen werden, wobei die letztere Lösung bevorzugt wird. APPENDIX acti(DR) rap(acti) norm Bitrate rap(norm) Gesamtnorm x Gesamtbitrate = K = Konstante Gesamtnorm norm(DR) rap(acti)

Claims

1. Anordnung zur gemeinsamen Bitratensteuerung mindestens zweier digitaler Video-Signalkomponenten mit einem Orthogonaltransformationskreis (10), der die genannten digitalen Signale erhält, die für eine bestimmte Anzahl Punkte eines in Blöcke aufgeteilten Bildes repräsentativ sind, mit einem Abtastumwandlungskreis (30), der die zweidimensionale Folge der Werte der Ausgangskoeffizienten Fi(u,v) des Orthogonaltransformationskreises in eine eindimensionale Folge umwandelt, mit einem Normalisierungskreis (40), einem Quantisierungskreis (50) zum Quantisieren durch Umwandlung in einen ganzen Wert, einem Kreis (60) zum Codieren der quantisierten Werte, und mit einem Pufferspeicher (70), der mit einer veränderlichen Bitrate die codierten Werte erhält und, einerseits einen in der Bitrate liegenden mittleren Normwert zu dem Normalisierungskreis sendet und andererseits Werte konstanter Bitrate an dem Ausgang des Steuerkreises liefert, wobei ggf. zwischen dem genannten Orthogonaltransformationskreis und dem genannten Abtastumwandlungskreis ein Verzögerungskreis vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Normalisierungskreis (40) an sich die nachfolgenden Elemente aufweist:

(a) eine Schaltung (401) zum Berechnen des Verhältnisses "rap(acti)" zwischen der Aktivität eines ersten Komponents P&sub1; und der Aktivität eines zweiten Komponents P&sub2;, wobei die Aktivität für jeden Komponent eine Größe ist, die der Summe der in der eindimensionalen Folge erhaltenen Koeffizienten entspricht, mit Ausnahme des ersten Koeffizienten, und wobei diese Größe für jeden Komponent dadurch berechnet wird, daß der Eingang der genannten Schaltung zum Berechnen von "rap(acti)" mit dem Ausgang des Abtastumwandlungskreises (30) oder des Quantisierungskreises (50) verbunden wird;

(b) eine Rechenschaltung (402) zum auf Basis von "rap(acti)" Berechnen des Verhältnisses "rap(norm)" zwischen der Bitratensteuernorm des zweiten Komponents und der des ersten Komponents, wobei jede der genannten Normen zu der Bitrate umgekehrt proportional ist entsprechend den Beziehungen:

Norm x Bitrate = K, wobei K eine Konstante ist;

(c) eine Schaltung zum Berechnen der spezifischen Normen (P&sub1;) und (P&sub2;) entsprechend den nachfolgenden Formeln:

Norm (P&sub1;) = 1+rap(norm)/rap(norm) x Gesamtnorm;

Norm (P&sub2;) = (1+rap(norm)) x Gesamtnorm;

Gesamtnorm x Gesamtbitrate = K,

wobei diese Normen dem ersten bzw. zweiten Komponent zugeordnet sind, die einerseits den genannten "rap(norm)"-Wert erhält und andererseits einen Gesamtnorm- Wert von einem Gesamtnorm-Rechenkreis (406);

(d) einen Zähler (407) zum Zählen der Anzahl binärer Elemente in dem Pufferspeicher (70) für den betreffenden in der Behandlung begriffenen Block;

(e) einen Hilfsspeicher (408) zur vorübergehenden Speicherung der genannten Anzahl binärer Elemente;

(f) einen Subtrahierer (409), der durch das Vorzeichen die Differenz der Anzahl binärer Elemente zwischen dem Eingang und dem Ausgang des genannten Hilfsspeichers bestimmt;

(g) den Gesamtnorm-Rechenkreis (406), der einerseits das Ausgangssignal des genannten Subtrahierers (409) und andererseits das Ausgangssignal des Zählers (407) erhält, und der einen Gesamtnorm-Wert, wie in (c) definiert, liefert, der für einen der Eingänge der Schaltung (404) zum Berechnen spezifischer Normen gemeint ist;

(h) einen Teiler (405) zum Teilen des Ausgangssignals des Abtastumwandlungskreises (30) durch das Ausgangssignal der Schaltung (404) zum Berechnen der genannten spezifischen Normen, wobei das Ausgangssignal dieses Teilers das Ausgangssignal des dem Quantisierungskreis (50) zugeordneten Normalisierungskreises (40) bildet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Komponent die Farbdifferenzsignale sind, die den Farbartanteil eines Fernsehsignals bilden.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Komponent der Leuchtdichte- und der Farbartanteil eines Fernsehsignals sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Ausgang der Rechenschaltung (402) zum Berechnen von "rap(norm)" und dem entsprechenden Eingang der Schaltung (404) zum Berechnen der spezifischen Normen eine Norm-Tiefpaß-Rekursivfflterschaltung (403) aufweist.

5. Fernsehbildübertragungssystem zum Übertragen über nur einen Kanal mit einer Behandlung zur Verringerung der zu übertragenden Informationsmenge, wobei dieses System mindestens eine Sendestufe und eine Empfangsstufe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Sendestufe eine Anordnung zur Steuerung der Bitrate nach einem der Ansprüche 2 bis 4 aufweist.

6. Empfangsstufe für ein Ubertragungssystem nach Anspruch 5 mit einem Pufferspeicher (170), der Eingangssignale konstanter Bitrate erhält und Signale veränderlicher Bitrate liefert, einem Kreis (160) zum Decodieren dieser Signale, einem Kreis (150) zur inversen Quantisierung der decodierten Signale, einem Kreis zur inversen Normalisierung (140), einem Abtastumwandlungskreis (130), und einem inversen Orthogonaltransformationskreis (110), und einem ggf. zwischen dem genannten Abtastumwandlungskreis (130) und dem inversen Orthogonaltransforrnationskreis (110) vorgesehenen Verzögerungskreis (120), dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kreis zum inversen Normalisierung (140) an sich die nachfolgenden Elemente aufweist:

(a) eine Rechenschaltung (501) zum Berechnen des Verhältnisses "rap(acti)" zwischen der Aktivität des ersten Komponents und der Aktivität des zweiten Komponents, wobei diese Aktivitätenwerte für jeden Komponent berechnet werden zum Bilden des Eingangssignals der genannten Schaltung zum Berechnen von "rap(acti)" dadurch, daß entweder das Eingangssignal des Abtastumwandlungskreises (130) oder das Eingangssignal des Kreises zur inversen Quantisierung (150) genommen wird;

(b) eine Rechenschaltung (502) zum auf Basis von "rap(acti)" Berechnen des Verhältnisses "rap(norm)" zwischen der Bitratensteuernorm des zweiten Komponents und der des ersten Komponents, wobei jede der genannten Normen zu der Bitrate umgekehrt proportional ist entsprechend den Beziehungen:

Norm x Bitrate = K, wobei K eine Konstante ist;

(c) eine Rechenschaltung (504) zum Berechnen der spezifischen Normen (P&sub1;) und (P&sub2;) entsprechend den nachfolgenden Formeln:

Norm (P&sub1;) = 1+rap(norm).rap(norm) x Gesamtnorm;

Norm (P&sub2;) = (1 + rap(norm)) x Gesamtnorm;

Gesamtnorm x Gesamt-Bitrate = K;

wobei diese Normen dem ersten bzw. zweiten Komponent zugeordnet sind, die einerseits den genannten "rap(norm)"-Wert erhält und andererseits einen Gesamtnorm- Wert von einem Gesamtnorm-Rechenkreis (506);

(d) einen Zähler (507) zum Zählen der Anzahl binärer Elemente in dem Pufferspeicher (170) für den betreffenden in der Behandlung begriffenen Block;

(e) einen Hilfsspeicher (508) zur vorübergehenden Speicherung der genannten Anzahl binärer Elemente;

(f) einen Subtrahierer (509), der durch das Vorzeichen die Differenz der Anzahl binärer Elemente zwischen dem Eingang und dem Ausgang des genannten Hilfsspeichers bestimmt;

(g) den Gesamtnorm-Rechenkreis (506), der einerseits das Ausgangssignal des genannten Subtrahierers (509) erhält und andererseits das Ausgangssignal des Zählers (507), und der einen Gesarntnorm-Wert, wie in (c) definiert, liefert, der für einen der Eingänge der Schaltung (504) zum Berechnen spezifischer Normen gemeint ist;

(h) einen Multiplizierer (505) zum Multiplizieren des Ausgangssignals des Kreises zur inversen Quantisierung (150) mit dem Ausgangssignal der Schaltung (504) zum Berechnen der spezifischen Normen, wobei das Ausgangssignal dieses Multiplizierers das Ausgangssignal des dem Abtastumwandlungskreis (130) zugeordneten Normalisierungskreises (40) bildet.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Ausgang der Schaltung (502) zum Berechnen von "rap(norm)" und dem entsprechenden Eingang der Schaltung (504) zum Berechnen der spezifischen Normen ein Norm-Tiefpaß-Rekursivfilterkreis (503) aufweist.