DE69220975T2 - Kodierschaltung zur Transformationskodierung eines Bildsignals und Dekodierschaltung zum Dekodieren desselben - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Codierschaltung zur Transformationscodierung eines Bildsignals. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Decoderschaltung zum Decodieren eines von der Codierschaltung gelieferten codierten Signals.
• Eine derartige Codierschaltung und Decoderschaltung kann einen Teil eines Fernseh-Rundfunksystems bilden, wobei in diesem Fall die Codierschaltung einen Teil eines Fernsehsenders bildet und jeder Fernsehempfänger mit einer Decoderschaltung versehen ist. Auch können die Codierschaltung und die Decoderschaltung einen Teil eines Videorecorders bilden.
• Bekanntlich kann ein Fernsehbild als eine zweidimensionale Anordnung von Bildelementen betrachtet werden. In einem 625-Zeilen-Fernsehsystem besteht das Bild aus 576 sichtbaren Bildzeilen und jede Bildzeile umfaßt 720 sichtbare Bildelemente. Das Fernsehbild ümfaßt folglich 576*720 Bildelemente. Wenn nun die Leuchtdichte jedes Bildelementes durch beispielsweise 8 Bits dargestellt wird, dann braucht man zur Übertragung von 25 Bildern/s allein schon für die Leuchtdichteinformation eine Bitrate von etwa 83 Mbit/s. Es stellt sich heraus, daß dies in der Praxis unzulässig hoch ist.
• Dadurch, daß jedes Bild einer zweidimensionalen Transformation ausgesetzt wird, läßt sich die Anzahl Bits pro Bild und damit die Bitrate wesentlich beschränken Zum Durchführen einer derartigen Transformation wird das Bild in Teilbilder zu N*N Bildelementen, beispielsweise in 72*90=6480 Teilbilder zu je 8*8 Bildelementen aufteilen. Jedes Teilbild wird daraufhin durch zweidimensionale Transformation in einen Block von N*N Koeffizienten umgewandelt. Der Zweck der Transförmation ist, einen Block von Koeffizienten zu erhalten, die untereinander keine Korrelation aufweisen. Von den bekannten Transformationen wird die diskrete Kosinustransformation (DCT) allgemein dazu als die beste Alternative betrachtet.
• Eine repräsentative Darstellung der zweidimensionalen Transformation ist die nachfolgende. Zu der gewählten Transformation gehört eine Sammlung von N² zueinander orthogonalen Basisbildem (B(i,k) mit i,k = 0, 1, 2,... N, die je aus N*N Bildelementen bestehen. Von diesen Basisbildem hat B(0,0) eine gleichmäßige Leuchtdichte. Je nachdem der Index k zunimmt, enthält das Basisbild B(i,k) in horizontaler Richtung höhere räumliche Frequenzen, also mehr Einzelheiten. Je nachdem der Index i zunimmt, enthält das Bild höhere räumliche Frequenzen in vertikaler Richtung. Bei der zweidimensionalen Transformation wird nun jedes Teilbild als die gewichtete Summe der genannten Basisbilder (B(i,k) betrachtet, mit je einem eigenen Gewichtungsfaktor y(i,k); i,k = 0, 1, 2,... N. Die Gewichtungsfaktoren y(i,k) entsprechen den obengenannten Koeffizienten. Es sind diese Koeffizienten, die an der Stelle der ursprünglichen Bildelemente übertragen werden.
• Reduktion der Anzahl je Bild zu übertragender Bits wird nun dadurch erreicht, daß nur diejenigen Koeffizienten übertragen werden, die einen wesentlichen Wert haben. So wird beispielsweise der Koeffizient y(0,0), das heißt, der Gewichtungsfaktor des Basisbildes B(0,0) und deswegen ein Maß für die mittlere Leuchtdichte des Teilbildes, immer übertragen. Dieser Koeffizient y(0,0) wird auch als DC-Koeffizient bezeichnet. Die übrigen Koeffizienten, die als AC-Koeffizienten bezeichnet werden, werden nur dann übertragen, wenn deren Absolutwert größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert. Dies wird als Schwellencodierung bezeichnet. Dabei können die Koeffizienten ggf. gröber quantisiert werden, je nachdem das entsprechende Basisbild mehr Einzelheiten aufweist, weil das menschliche Auge feine Einzelheiten weniger gut beobachten kann. Dies wird auch als frequenzabhängige Quantisierung bezeichnet. In der Praxis werden frequenzabhängige Quantisierung und Schwellencodierung meistens kombiniert. Nur diejenigen Koeffizienten werden dann übertragen, die nach Quantisierung noch einen Wert ungleich Null haben.
• Die Übertragung nur derjenigen Koeffizienten, die einen Wert ungleich Null haben bedeutet, daß auch die Adresse der Stelle dieser Koeffizienten in dem zweidimensionalen Koeffizientenblock übertragen werden muß. In der Praxis wird der Koeffizientenblock dazu in einer vorbestimmten Reihenfolge ausgelesen, so daß für jeden Block eine Reihe von Koeffizienten entsteht, in der die genannte Adresse durch eine Abtastfolgenummer dargestellt wird. In dem Bezugsmaterial list eine Abtastung des Koeffizientenblocks gemäß einem Zick-Zack-Muster beschrieben, anfangend mit dem DC-Koeffizienten y(0,0). Im allgemeinen ist der größere Teil der Signalenergie in einem Teilbild in den niedrigen räumlichen Frequenzen konzentriert. Die signifikanten Koeffizienten sind daher auch meistens die Koeffizienten y(i,k) mit einem geringen Wert für i und k. Die bekannte Zick-Zack-Abtastung bewirkt, daß die signifikanten Koeffizienten niedrige Abtastfolgenummern erhalten und daß die Koeffizienten mit dem Wert Null weitgehend gruppiert werden und hohe Abtastfolgenummem erhalten. Eine derartige Reihe von Koeffizienten kann auf wirtschaftliche Weise übertragen werden.
• Das Zick-Zack-Muster ist jedoch nicht wirtschaftlich für Bewegtbilder. Wenn Bewegung innerhalb eines Teilbildes vorliegt, entsteht nämlich eine wesentliche Zunahme des Wertes der Koeffizienten, die hohe räumliche Frequenzen in vertikaler Richtung darstellen. Dies sind die Koeffizienten y(i,k) mit einem großen Wert für i. Die in Fig. 1 des Bezugsmaterials 1 dargestellte vertikale Abtastung hat sich nun als wirtschaftlicher erwiesen.
• Es ist nun u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Codierschaltung und eine Decoderschaltung zu schaffen, mit der eine noch weitere Bitratenreduktion erzielt wird.
• Nach der Erfindung, die in den Ansprüchen 1 bis 9 beschrieben wird, weist dazu das Abtastmuster wenigstens einen Sprung nach einem vorbestimmten Koeffizienten auf, der nicht an einen bereits ausgelesenen Koeffizienten grenzt.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Koeffizientenblock auf sehr wirtschaftliche Weise übertragen wird, wenn die Koeffizienten weniger signifikant sind, je nachdem ihre Abtastfolgenummer höher ist. Mit der erfindungsgemäßen Codierschaltung wird erreicht, daß der vorbestimmte Koeffizient, beispielsweise y(7,0), der für die Bewegung in dem Teilbild repräsentativ ist, früher ausgelesen wird als die an diesen Koeffizienten grenzenden Koeffizienten und folglich eher übertragen wird als dies bei den bekannten Abtastmustem der Fall ist. Dadurch werden die Koeffizienten möglichst in der Reihenfolge ihrer Signifikanz übertragen. Insbesondere entstehen dadurch weniger und längere Teilreihen von Koeffizienten mit dem Wert Null, was die Codierungswirtschaftlichkeit sehr fördert. Wie in dem Bezugsmaterial 2 angegeben, wird Teilreihen von Koeffizienten mit dem Wert Null ein gedrängter "runlength-code" (Lauflängencode) zugeordnet. Weiterhin treten diese Teilreihen mit größeren Wahrscheinlichkeit am Ende der Abtastung auf. In dem Fall braucht sogar der genannte Lauflängencode nicht übertragen zu werden, sondern reicht ein Code, der das Ende des Blocks bezeichnet.
• Eine günstige Ausführungsform der Codierschaltung, bei der das Teilbild zwei zeilenversprungene Hilfsteilbilder umfaßt, weist das Kennzeichen auf, daß die Transformationsschaltung dazu eingerichtet ist, den Block von Koeffizienten durch Einzeltransformation der Hilfsteilbilder in Hilfsblöcke aufzuteilen, und daß der vorbestimmte Koeffizient einen Teil eines anderen Hilfsblocks bildet, als die vorher ausgelesenen Koeffizienten. Damit wird erreicht, daß je Teilbild eine serielle Reihe von Koeffizienten erhalten wird, wobei den signifikantesten Koeffizienten die niedrigsten Abtastfolgenummem zugeordnet sind. Es sei bemerkt, daß es an sich aus dem Bezugsmaterial 3 bekannt ist, bei Bewegung zwei zeilenversprungene Hilfsteilbilder einzeln zu Hilfsblöcken zu transformieren. Bei dieser bekannten Codierschaltung werden die Hilfsreihen jedoch einzeln übertragen. Weil die Gesamtzahl Hilfsblöcke je Bild abhängig ist von der Menge Bewegung in dem Bild, ist auch die Anzahl übertragener Koeffizientenreihen bewegungsabhängig. In der Praxis stellt es sich heraus, daß dies nachteilige Effekte hat. Jede Reihe von Koeffizienten wird u.a. durch einen mehrbits "end-of-block"-Code abgeschlossen, was bei viel Bewegung, also bei vielen Reihen, auf Kosten der Codierungseffizienz geht. Bei der erfindungsgemaßen Codierschaltung ist die Gesamtanzahl Reihen je Bild nach wie vor konstant.
Bezugsmaterial
• 1. "Variable control method for DCT coding using motion- compensatedprediction". Ein Vortrag während der allgemeinen nationalen Versammlung des "Institute of Televison Engineers of Japan", 1986,
• 2. Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bitratenreduktion.
• Europäische Patentanmeldung EP 0 260 748 A2.
• 3. "Televison System in which digitalised picture signals subjected to a transform coding are transmitted from an encoding station to a decoding station".
• Europäische Patentanmeldung EP 0 282 135 A1.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Videorecorders, der mit einer Codierschaltung und einer Decoderschaltung nach der Erfindung versehen ist,
• Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Transformationsschaltung, die in Fig, 1 angegeben ist,
• Fig. 3 eine Steuerschaltung zum Steuern der in Fig. 2 angegebenen Transformationsschaltung,
• Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Abtast-und-Gewichtungsschaltung, die in Fig. 1 angegeben ist,
• Fig. 5 den Inhalt eines Koeffizientenspeichers, der in Fig. 2 angegeben ist,
• Fig. 6 und Fig. 7 Beispiele der Reihenfolge, in der der in Fig. 2 angegebene Koeffizientenspeicher ausgelesen wird,
• Fig. 8 und Fig. 9 Beispiele von Gewichtungsfaktoren zum Gebrauch in der Abtast-und-Gewichtungsschaltung, die in Fig. 4 angegeben ist,
• Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 angegeben Transformationsschaltung,
• Fig. 11 den Inhalt eines Koeffizientenspeichers, der in Fig. 10 angegeben ist,
• Fig. 12 ein Beispiel der Reihenfolge, in der der in Fig. 10 angegebene Koeffizientenspeicher ausgelesen wird,
• Fig. 13 ein weiteres Beispiel von Gewichtungsfaktoren zum Gebrauch in der Abtast-und-Gewichtungsschaltung, die in Fig. 4 angegeben ist,
• Fig. 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel der in Fig. 1angegebenen Ab tast- und Gewichtungsschaltung,
• Fig. 15 eine Ausführungsform einer Blockbildungsschaltung, die in Fig. 1 angegeben ist.
• In Fig. 1 ist schematisch ein Videorecorder angegeben, der mit einer Codierschaltung 2 und einer Decoderschaltung 8 nach der Erfindung versehen ist. Der Videorecorder empfangt ein Bildseignal x(t) von einer Bildsignalquelle 1. Das Bildsignal x(t) wird der Codierschaltung 2 zugeführt. Diese codiert das Bildsignal x(t) in einer Impulsreihe z(j) und führt diese über einen Modulator 3 einem Schreibkopf 4 zu, der mit einem Magnetband 5 gekoppelt ist. Ein Lesekopf 6 führt die aufgezeichnete Impulsreihe z'(j) über einen Demodulator 7 der Decoderschaltung 8 zu. Diese decodiert die Impulsreihe z'(j) und liefert ein analoges Bildsignal x'(t), das einem Monitor 9 zugeführt wird.
• In der Codierschaltung 2 wird das analoge Bildsignal x(t) in einem Analog-Digital-Wandler 20 abgetastet mit einer Abtastfrequenz fs von beispielsweise 13,5 MHz und in 8Bits Bildelemente x(n) umgewandelt. Diese werden einem Bildspeicher 21 zugeführt. Aus diesem Bildspeicher werden die Bildelemente ausgelesen, und zwar in Form von Teilbildern von beispielsweise 8*8 Bildelementen und werden einer Transformationsschältung 22 sowie einem Bewegungsdetektor 23 zugeführt, der ein Bewegungssignal MD erzeugt. Der Bewegungsdetektor 23 ist an sich bekannt und kann beispielsweise auf eine Art und Weise ausgebildet sein, wie dies in dem Bezugsmaterial 3 beschrieben worden ist. Die Transformationsschaltung 22 setzt die Teilbilder einer diskreten Konsinustransformation aus und erzeugt für jedes Teilbild einen Block von 8*8 Koeffizienten y(i,k). Ausführungsformen dieser Transformationsschaltung 22 werden nachstehend beschrieben. An dieser Stelle sei bereits bemerkt, daß die Transformationsschaltung ggf. auf bewegungsadaptive Weise arbeiten kann. In dem Fall empfängt die Transformationsschaltung das Bewegungsignal MD, was in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Der Block von Koeffizienten y(i,k) der Transformationsschaltung 22 wird daraufhin einer Abtast-und-Gewichtungsschaltung 24 zugeführt, der ebenfalls das Bewegungssignal MD erhält. Die Abtast-und- Gewichtungsschaltung, die noch näher beschrieben wird, liefert für jeden Block eine serielle Reihe von Koeffizienten y(n) zu einer Codierschaltung mit variabler Länge 25. Diese Schaltungsanordnung ist an sich bekannt, und beispielsweise auf eine Art und Weise ausgebildet, wie in dem Bezugsmaterial 2 beschrieben. Diese Schaltungsanordnung codiert jede Reihe von Koeffizienten y(n) in Codereihen variabler Länge, die wesentlich weniger Bits umfassen als der entsprechende Block von 8*8 Koeffizienten y(i,k). Die Codereihen und das Bewegungssignal MD können entweder einzeln, oder in Zeitmultiplex dem Magnetband zugeführt werden. Im letzteren Fall ist eine Multiplexschaltung 26 erforderlich, die auf übliche Weise ausgebildet sein kann.
• In der Decoderschaltung 8 finden die umgekehrten Vorgänge statt. In einem Demultiplexer 81 werden aus der augezeichneten Impulsreihe z'(j) die Codereihen und das Bewegungssignal MD' zurückgewonnen. Die Codereihen werden einer Decoderschaltung 82 mit variabler Länge zugeführt zum Rekonstruieren der seriellen Reihen von Koeffizienten y'(n). Eine Blockbildungsschaltung 83 empfängt die seriellen Reihen sowie das Bewegungssignal MD' und stellt daraus wieder die Blöcke von 8*8 Koeffizienten y'(i,k) zusammen. Diese werden ihrerseits wieder einer inversen Transfomationsschaltung 84 zugeführt, wodurch jeder Block von Koeffizienten zurücktransformiert wird in einem Teilbild von 8*8 Bildelementen. Diese Teilbilder werden in einem Bildspeicher 85 gespeichert. Die Bildelemente in dem Bildspeicher bilden zusammen ein vollständiges Bild und werden mittels eines Digital-Analog- Wandlers 86 in ein wiedergebbares analoges Bildsignal x'(t) umgewandelt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Transformationsschaltung 22 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Transformationsschaltung empfängt Teilbilder mit 8*8 Bildelementen. Untenstehend wird ein Teilbild in Matrixnotierung durch X bezeichnet und dessen Bildelemente durch x(i,k). Die Bildelemente x(i,k) werden reihenweise einem 1- dimensionalen Transformator 30 zugeführt, in dem jede Reihe durch Multiplikation mit einer 8*8-Transformationsmatrix A einer horizontalen diskreten Kosinustransformation (HDCT) ausgesetzt wird. Die daraus erhaltene Produktmatrix P enthält 8*8 Elemente p(i,k). Diese Elemente p(i,k) werden reihenweise in einem Transpositionsspeicher 31(.) eingeschrieben. Der Transpositionsspeicher 31(.) ist doppelt ausgebildet, so daß beim Schreiben der Produktmatrix die Produktmatrix des vorhergehenden Teilbildes gelesen werden kann. Die Elemente p(i,k) werden spaltenweise aus dem Transpositionsspeicher 31(.) ausgelesen, wodurch die Produktmatrix P transponiert wird. Die transponierte Produktmatrix PT wird einem weiteren 1-dimensionalen Transformator 32 zugeführt, in dem die Spalten dadurch einer vertikalen diskreten Kosinustransformation (VDCT) ausgesetzt werden, daß sie abermals mit der Transformationsmatrix A multiplziert werden. Die nun erhaltene Matrix Y enthält 8*8 Koeffizienten y(i,k). Diese Koeffizienten werden reihenweise in einem ebenfalls doppelt ausgebildeten Koeffizientenspeicher 33(.) eingeschrieben. Die genannte Matrix Y wird untenstehend als Block bezeichnet. Der Koeffizientenspeicher 33(.) umfaßt auf diese Weise für jedes Teilbild von 8*8 Bildelementen einen Block von 8*8 Koeffizienten.
• Zum Steuern der in Fig. 2 dargestellten Transformationsschaltung ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die in Fig. 3 dargestellt ist. Die Steuerschaltung umfaßt einen Taktimpulsgenerator 40, der einem Modulo-64-Zähler 41 Taktimpulse mit der Abtastfrequenz fs liefert. Dieser Zähler wird am Anfang jedes Bildes durch Bildrückstellimpulse FRS rückgestellt, die von der Bildsignalquelle 1 (Siehe Fig. 1) geliefert werden. Der Modulo-64-Zähler erzeugt für jedes Teilbild von 8*8 Bildelementen 64 aufeinanderfolgende Zählerstellungen CNT. Diese Zählerstellungen werden den Adresseneingängen zweier ROM 43(1) und 43(2) zugeführt, die ihrerseits Adressen erzeugen, die über einen doppelten Multiplexer 44 dem Transpositionsspeicher 31(.) zugeführt werden. Insbesondere erzeugt der RON 43(1) Schreibadressen, welche die Reihenfolge bestimmen, in der die Produktelemente p(i,k) des Transformators 30 in dem Transpositionsspeicher 31(.) eingeschrieben werden und erzeugt der ROM 43(2) Leseadressen, welche die Reihenfolge bestimmen, mit der die Elemente p(i,k) aus dem Speicher 31 (.) ausgelesen und dem Transformator 32 zugeführt werden. Der doppelte Multiplexer 44 wird von einem Ausgang einer T-Flip-Flop-Schaltung 42 gesteuert, die am Anfang jedes Teilbildes einen Taktimpuls von dem Modulo-64-Teiler 41 erhält. Dadurch wird abwechselnd der eine Speicher 31(.) mit neuen Elementen p(i,k) beschrieben, während früher gespeicherte Elemente p(i,k) aus dem anderen Speicher 31(.) ausgelesen werden.
• Die Zählerstellungen CNT des Modulo-64-Zählers 41 werden auch den Adresseneingängen eines ROMs 45 zugeführt. Dieser ROM erzeugt die Schreibadressen, welche die Reihenfolge bestimmen, in der die von dem Transformator 32 erzeugten Koeffizienten y(i,k) in dem Koeffizientenspeicher 33(.) eingeschrieben werden. Die noch näher zu beschreibende Abtast- und Gewichtungsschaltung 24 (siehe Fig. 1) liefert die Leseadressen, welche die Abtastreihenfolge bestimmen, in der die Koeffizienten aus diesem Speicher ausgelesen werden. Diese Leseadressen, die in Fig. 3 durch SCAN bezeichnet sind, und die genannten Schreibadressen werden über einen doppelten Multiplexer 46 dem Koeffizientenspeicher 33(.) zugeführt. Der doppelte Multiplexer 46 wird durch das bereits genannte Ausgangssignal der T-Flip-Flop- Schaltung 42 gesteuert.
• Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Abtast-und-Gewichtungsschaltung 24. Diese Schaltungsanordnung umfaßt zwei ROM 50 und 51, denen die Zählerstellung CNT des Modulo-64-Zählers 41 (Fig. 2) zugeführt wird. Diesen ROMn wird zugleich das Bewegungssignal MD zugeführt, das von dem Bewegungsdetektor 34 (Fig. 1) erzeugt wird. Das Bewegungssignal MD hat während eines Teilbildes den logischen Wert "1" wenn der Bewegungsdetektor innerhalb eines Teilbildes eine spürbare Menge Bewegung detektiert.
• Der ROM 50 erzeugt die obengenannte Leseadresse SCAN, die dem Koeffizientenspeicher 33(.) (Fig. 2) zugeführt wird. Wie in Fig. 5 angegeben, enthält der Koeffizientenspeicher 64 Koeffizienten y(i,k); i,k = 1, 2,... 7. Die Leseadresse SCAN bestimmt nun, welcher Koeffizient y(i,k) aus diesem Speicher ausgelesen wird. In Fig. 6 ist für jeden Index (i,k) angegeben, bei welcher Zählerstellung CNT der Koeffizient y(i,k) ausgelesen wird, falls das Bewegungssignal MD="0" ist. Dabei wurde vorausgesetzt, daß die Zählerstellung CNT nacheinander die Werte 1, 2, ... 64 annimmt. Untenstehend wird die Zählerstellung CNT auch als Abtastfolgenummer bezeichnet. Aus Fig. 6 geht hervor, daß die Abtastung des Koeffizientenspeichers gemäß einem Zick-Zack-Muster erfolgt. Ein derartiges Abtastmuster ist bei Bildtransformation üblich. Wie eingangs bereits erwähnt, bewirkt eine derartige Abtastung, daß die Koeffizienten mit dem Wert Null möglichst zusammengenommen werden und dabei hohe Abtastfolgenummern erhalten.
• Wurde innerhalb eines Teilbildes eine spürbare Menge Bewegung detektiert, so hat das dem ROM 50 zugeführte Bewegungssignal MD den logischen Wert "1". In Fig. 7 ist für jeden Index (i,k) angegeben, bei welcher Zählerstellung CNT die Koeffizienten y(i,k) im Falle von Bewegung gelesen werden. In diesem Ausführungsbeispiel beginnt das Abtastmuster mit dem DC-Koeffizienten y(0,0) und einigen angrenzenden Koeffizienten. Danach wird ein Sprung zu dem Koeffizienten y(7,0) gemacht, der bei Bewegung einen wesentlichen Wert hat. Wie aus der Figur hervorgeht, umfaßt die durch dieses Abtastmuster erhaltene serielle Reihe von Koeffizienten gleichsam zwei verschachtelte Hilfsreihen, die in der Figur durch I und II angegeben sind. Die Hilfsreihe I umfaßt die Koeffizienten eines Teils des Koeffizientenblocks, der durch die Bewegung nahezu nicht beeinflußt wird und der durch das an sich wirtschaftliche Zick-Zack-Muster abgetastet wird. Die Hilfsreihe II umfaßt die Koeffizienten, die für die Bewegung repräsentativ sind. Die Hilfsreihen sind derart verschachtelt, daß in der seriellen Reihe möglichst große Cluster von Koeffizienten mit dem Wert Null entstehen.
• Bei der Signalverarbeitung nach der Transformation wird der DC- Koeffizient meistens einzeln und mit größerer Genauigkeit verarbeitet als die übrigen Koeffizienten. Die AC-Koeffizienten werden gröber quantisiert, je nachdem sie mehr räumliche Einzelheiten in dem Teilbild vertreten. Eine derartige frequenzabhängige Quantisierung wird beispielsweise dadurch erreicht, daß jeder AC-Koeffizient y(i,k) mit einem Gewichtungsfaktor Q(i,k) multipliziert wird. Wie in Fig. 4 angegeben, wird die Zählerstellung CNT des Modulo-64-Zählers 41 (fig. 2) zugleich dem ROM 51 zugeführt. Dieser Rom enthält für jede Zählerstellung den Gewichtungsfaktor Q(i,k) und führt diesen einem Multiplizierer 52 zur Multiplikation mit dem entsprechenden Koeffizienten y(i,k) zu. In Fig. 8 ist ein Beispiel der Gewichtungsfaktoren Q(i,k) angegeben. Aus dieser Figur geht hervor, daß eine erste Gruppe von AC-Koeffizienten mit dem Gewichtungsfaktor 1 multipliziert wird, eine zweite Gruppe mit dem Gewichtungsfaktor 0,8, eine dritte Gruppe mit dem Gewichtungsfaktor 0,6 und eine vierte Gruppe mit dem Gewichtungsfaktor 0,4. Das Bewegungssignal MD wird dem ROM 51 zugeführt, damit die Gewichtung von Koeffizienten bewegungsadaptiv gemacht wird. In Fig. 9 ist ein Beispiel von Gewichtungsfaktoren Q(i,k) angegeben falls das Bewegungsignal MD = "l ist. Der Koeffizient y(7,0) und die AC-Koeffizienten in der unmittelbaren Nähe, welche die Bewegungsinformation vertreten, werden nun genauer quantisiert als in dem Fall, wo es keine Bewegung gibt. Dies fördert die Bildqualität wesentlich.
• Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 dargestelten Transformationsschaltung 22. Es handelt sich um eine bewegungsadaptive Transformationsschaltung, die ein Teilbild von 8*8 Bildelementen und einen Block von 8*8 Koeffizienten transformiert, wenn in dem Teilbild keine Bewegung detektiert worden ist, und der das Teilbild in zwei Hilfsblöcke von 4*8 Koeffizienten transformiert, wenn Bewegung detektiert worden ist. Die in Fig. 10 dargestellte Transformationsschaltung unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Transformationsschaltung darin, daß diese mit zwei Schaltern 34 und 36 sowie mit einem weiteren 1- dimensionalen Transformator 35 versehen ist. Untenstehend wird nur die Differenz mit der in Fig. 2 dargestellten Transformationsschaltung beschrieben. Die bewegungsadaptive Transformation ist weiterhin in dem Bezugsmaterial eingehend beschrieben worden.
• Wenn das Bewegungssignal MD = "0" ist, was bedeutet, daß innerhalb eines Teilbildes keine spürbare Bewegung detektiert worden ist, stehen die Schalter 34 und 36 in der dargestellten Stellung und die Transformationsschaltung arbeitet auf die oben beschriebene Art und Weise. In dem Koeffizientenspeicher 33(.) wird dann ein Block von 8*8 Koeffizienten eingeschrieben, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.
• Ist jedoch MD = "1", so stehen die Schalter 34 und 36 in der anderen Stellung. In diesem Zustand werden die Elemente p(i,k) in einer anderen Reihenfolge aus dem Transpositionsspeicher 31(.) ausgelesen als wenn MD = "0". Insbesondere wird die Produktmatrix P in dem Transpositionsspeicher 31 (.) nun in eine erste Matrix von 4*8 aufgeteilt, welche die Elemente p(i,k) der ungeradzahligen Reihen umfaßt und eine zweite Matrix von 4*8 aufgeteilt, welche die Elemente p(i,k) der geradzahligen Reihen umfaßt. Während der Aufteilung wird durch die Zufuhr geeigneter Leseadressen aus dem ROM 43(2) (siehe Fig. 3) zu dem Transpositionsspeicher erhalten. Über den Schalter 34 werden die beiden 4*8 Matrizen nacheinander und spaltenweise dem Transformator 35 zugeführt und darin einer vertikalen diskreten Kosinustransformation (VDCT) ausgesetzt. In dem Transformator 35 werden die Spalten mit einer 4*4 Transformationsmatrix A' multipliziert. Dadurch werden zwei Hilfsblöcke von je 4*8 Koeffizienten erhalten. Der erste Hilfsblock ist durch diskrete Kosinustransformation eines Hilfsteilbildes von 4*8 Bildelementen entstanden, das die ungeradzahligen Zeilen des Teilbildes X umfaßt. Dieses Hilfsteilbild wird untenstehend als ungeradzahliges Hilfsteilbild bezeichnet. Der zweite Hilfsblock ist entstanden durch Transformation eines Hufsteilbildes, das die geradzahligen Zeilen des Teilbildes X aufweist und wird weiterhin als geradzahligen Hilfsteilbild bezeichnet.
• Fig. 11 zeigt, wie die beiden Hilfsblöcke in dem Koeffizientenspeicher 33(.) gespeichert sind. Der Speicher umfaßt einen Hilfsblock I mit Koeffizienten yo(i,k) des ungeradzahligen Hufsteilbildes und einen Hilfsblock II mit Koeffizienten YE(i,k) des geradzahligen Hufsteubildes. Darin ist i 0, 1,... 3 und k = 0, 1,... 7. Die Koeffizienten yo(0,0) und YE(0,0) stellen nun die mittlere Leuchtdichte des ungeradzahligen bzw. geradzahligen Hilfsteilbildes dar und sind also beide ein DC- Koeffizient. Die übrigen Koeffizienten yo(0,1) ... yo(3,7) und YE(0,1) ... tE(3,7) sind AC-Koeffizienten.
• Fig. 12 zeigt ein Beispiel eines Abtastmusters, das bei der in Fig. 10 angegebenen Transformationsschaltung verwendet wird. Die DC-Koeffizienten yo(0,0) des Hilfsblocks I und YE(0,0) des Hilfsblocks II werden unmittelbar nacheinander ausgelesen. Die beiden Hilfsblöcke werden nach dem effektiven Zick-Zack-Muster abgetastet, wobei abwechselnd ein Koeffizient des einen und das anderen Hilfsblocks ausgelesen wird. Es sei bemerkt, daß die 4*8 Hilfsblöcke mehr Signalenergie enthalten in der horizontalen Richtung als in der vertikalen Richtung. Es ist daher sinnvoll, die Abtastung in der horizontalen Richtung etwas zu beschleunigen. Dies wird erreicht mit der in der Figur angegebenen punktierten Linie. Die angegebene Abtastreihenfolge ist in dem ROM 50 der in Fig. 4 angegebenen Abtast- und Gewichtungsschaltung festgelegt. Fig. 13 zeigt ein Beispiel der diesem Muster entsprechender Gewichtungsfaktoren, die in dem ROM 51 (siehe ebenfalls Fig. 4) festgelegt sind.
• Verwendung der in Fig. 10 angegebenen bewegungsadaptiven Transformationsschaltung bedeutet, daß für Teilbilder, in denen Bewegung detektiert worden ist, zwei DC-Koeffizienten einzeln verarbeitet werden müssen. Bei nicht beweglichen Teilbildern ist nur ein Koeffizient vorhanden. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, einen Block von Koeffizienten in beiden Fällen auf gleiche Weise zu verarbeiten. Fig. 14 zeigt ein Ausfühungsbeispiel einer dazu geeigneten Abtast-und-Gewichtungsschaltung. Gegenüber der in Fig. 4 angegebenen Schaltungsanordnung umfaßt diese Abtast-und-Gewichtungsschaltung außerdem einen Decoder 53, ein Verzögerungselement 54, eine Subtrahierschaltung 55 und einen Multplexer 56. Beim Auslesen des zweiten Koeffizienten YE(0,0) aus dem Koeffizientenspeicher enthält das Verzögerungselement 54 noch den vorher ausgelesenen ersten Koeffizienten yo(0,0). In der Subtrahierschaltung 55 wird die Differenz der beiden bestimmt und als Differenzkoeffizienten yo(0,0) - YE(0,0) dem Multplexer 56 zugeführt. Der Multiplexer wird von der Decoderschaltung 53 derart gesteuert, daß statt des zweiten DC-Koeffizienten YE(0,0) der genannte Differenzkoeffizient ausgegeben wird. Dieser Differenzkoeffizient wird nun weiter als ein Quasi-Koeffizient verarbeitet. Weil der Differenzkoeffizient in der Praxis klein ist und genau (Gewichtungsfaktor 1) quantisiert wird, kann empfangsseitig der ursprüngliche zweite DC-Koeffizient YE(0,0) ausreichend genau rekonstruiert werden. Es sei bemerkt, daß es zugleich möglich ist, auch den ersten DC-Koeffizienten yo(0,0) nicht einzeln zu übertragen, sondern statt dessen einen Quasi-DC- Koeffizienten, der die Summe yo(0,0) + YE(0,0) darstellt. In dem Fall werden Quantisierungsfehler über die beiden DC-Koeffizienten gleichermaßen verteilt.
• Zum Rückgewinnen der ursprünglichen Bildelemente ist die Decoderschaltung 8 (siehe Fig. 1) mit einer Blockbildungsschaltung 83 und einer inversen Transformationsschaltung 84 versehen. Eine Ausführungsform der inversen Transformationsschaltung wird dadurch erhalten, daß in den Transformationsschaltungen, die in Fig. 2 und Fig. 10 angegeben sind, die Signalrichtungen umgekehrt und für die jeweiligen Speicher die Lese- und Schreibsignale umgetausch werden.
• Eine Ausführungsform der Blockbildungsschaltung ist in Fig. 15 dargestellt. Diese enthält einen Zähler 60, der für jeden empfangenen Koeffizienten einen Taktimpuls fc erhält und bei dem ersten Koeffizienten jedes Blocks durch ein Startblocksignal SB rückgestellt wird. Die Zählerstellung des Zählers 60 wird einem ersten ROM 61 zugeführt, der für jeden Koeffizienten einem Multiplizierer 63 einen inversen Gewichtungsfaktor 1/Q(i,k) zuführt. An dem Ausgang des Multiplizierers sind nun die rekonstruierten Koeffizienten y'(i,k) zur Speicherung in dem Koeffizientenspeicher der Transformationsschaltung verfügbar. Der Speicher wird dabei durch Schreibadressen SCAN' adressiert, die für jede Zählerstellung in einem zweiten ROM 62 gespeichert sind.
• In Fig. 15 ist gestrichelt eine DC-Wiederherstellungsschaltung 64 dargestellt zum Wiederherstellen des zweiten DC-Koeffizienten eines Blocks, der notwendig ist, wenn in der Codierschaltung die in Fig. 14 dargestellte Abtast-und Gewichtungsschaltung verwendet worden ist. Die DC-Wiederherstellungsschaltung umfaßt ein Verzögerungselement 641, einen Addierer 642, einen Multplexer 643 und einen Decoder 644. Bei Empfang des Differenzkoeffizienten yo(0,0) - yE(0,0) enthält das Verzögerungselement 641 noch den vorher empfangenen ersten DC-Koeffizienten yo(0,0), so daß der Addierer 642 den zweiten DC-Koeffizienten yE(0,0) liefert.

Claims (14)

1. Codierschaltung zur Transformationscodierung eines Bildsignals, mit:

- Mitteln (21) zum Aufteilen von Bildern in Teilbilder,

- einer Transformationsschaltung (22) zum Transformieren jedes Teilbildes in einem zweidimensionalen Block aneinander grenzender Koeffizienten.

- einem Bewegungsdetektor (23), der die Teilbilder empfängt und der bei Detektion eines innerhalb des Teilbildes spürbaren Bewegung ein Bewegungssignal erzeugt,

- Abtastmitteln um den Block von Koeffizienten nach einem von dem Bewegungssignal abhängigen Abtastmuster auszulesen und in eine serielle Reihe von Koeffizienten umzuwandeln,

dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastmuster mindestens einen Sprung aufweist zu einem vorher bestimmten Koeffizienten, der nicht an einen vorher ausgelesenen Koeffizienten grenzt.

2. Codierschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Koeffizient (y(7,0)) für das Vorhandensein von Bewegung in dem Teilbild reprasentativ ist.

3. Codierschaltung nach Anspruch 1, wobei das Teilbild zwei zeilenversprungene Hilfsteilbilder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformationsschaltung dazu eingerichtet ist, den Block von Koeffizienten durch einzelne Transformation der Hufsteilbuder in Hilfsblöcke (I, II) aufzuteilen und daß der vorbestimmte Koeffizient (yE(0,0)) einen Teil eines anderen Hilfsblocks bildet als der vorher ausgelesene Koeffizient.

4. Codierschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Koeffizient der DC-Koeffizient (YE(0,0)) des betreffenden Hilfsblocks ist.

5. Codierschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel weiterhin dazu eingerichtet sind, die einzelnen Hilfsblöcke nach einem Zick-Zack-Muster auszulesen.

6. Codierschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel weiterhin dazu eingerichtet sind, wechselweise Koeffizienten der beiden Hilfsblöcke auszulesen.

7. Codierschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastmittel dazu eingerichtet sind, entsprechend dem in Fig. 12 dargestellten Abtastmuster Koeffizienten auszulesen.

8. Codierschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese weiterhin mit Mitteln versehen ist zum Umwandeln der DC-Koeffizienten der beiden Hilfsblöcke in einen Differenzkoeffizienten, der die Differenz der genannten DC- Koeffizienten darstellt.

9. Decoderschaltung zum Decodieren eines transformierten Bildsignals, das von einer Codierschaltung nach Anspruch 1 oder 2 geliefert wird, mit:

Mitteln (81) zum Regenerieren des Bewegungsignals,

Speichermitteln (83) um eine serielle Reihe von Koeffizienten nach einem von dem Bewegungssignal abhängigen Speichermuster in einen zweidimensionalen Block aneinander grenzender adressierbarer Speicherstellen zu speichern,

einer inversen Transformationsschaltung (84) zum Transformieren der in dem Block gespeicherten Koeffizienten in einem Teilbild,

dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermuster im Falle einer Bewegung mindestens einen Sprung zu einer vorbestimmten Speicherstelle aufweist, die nicht an eine vorher adressierte Speicherstelle grenzt.

10. Decoderschaltung nach Anspruch 9 zum Decodieren eines transformierten Bildsignals, das von einer Codierschaltung nach einem der Ansprüche 3-6 geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die inverse Transformationsschaltung dazu eingerichtet ist, den Block von Koeffizienten in zwei Hilfsblöcke aufzuteilen und diese einzeln in zwei zeilenversprungeneHilfsteilbilder zu transformieren, und daß die vorbestimmte Speicherstelle einen Teil eines anderen Hilfsblocks als die voher adressierten Speicherstellen.

11. Decoderschaltung nach Anspruch 10 zum Decodieren eines transformierten Bildsignals einer Codierschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Decoderschaltung weiterhin mit Mitteln versehen ist zum Rückgewinnen der zwei DC-Koeffizienten aus dem empfangenen Differenzkoeffizienten.

12. Sender van Femsehsignalen mit einer Codierschaltung nach einem der Ansprüche 1 - 8.

13. Empfänger von Fersehsignalen mit einer Decoderschaltung nach Anspruch 9, 10 oder 11.

14. Videorecorder zum Aufnehmen und Wiedergaben von Fernsehsignalen mit einer Codierschaltung nach einem der Ansprüche 1-8 und mit einer Decoderschaltung nach Anspruch 9, 10 oder 11.