DD160600A3 - Anordnung zur adaptiven kodierung von videosignalen beliebiger vorlagen oder szenen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen, deren Eingabe in Bildverarbeitungskomplexen oder bei der Datenfernuebertragung zwischen einem Sende- bzw. Abtastsystem und einem Empfangssystem moeglich ist. Mit einer erfindungsgemaessen Anordnung wird eine schnelle Aufbereitung von Videosignalen mit beliebiger Haeufigkeitsverteilung der Grauwerte, ohne dass dabei eine Einschraenkung bezueglich der Art der Vorlage und der Anzahl der spektralen Kanaele auferlegt wird, erzielt. Mit Hilfe eines Histogrammgenerators wird ein Histogramm erstellt. Dieses wird von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale bewertet. Die Videosignale werden dann entsprechend den von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale festgelegten Schwellwerten in der Transformationseinheit abgespeichert und zur weiteren Verarbeitung dem Histogrammgenerator und einer Kompressionseinheit der Bildpunkte zugefuehrt. Wird durch die Informationsbewertungseinheit der Videosignale mittels der erzeugten Histogramme eine richtige Schwellwertfestlegung festgestellt, kann in der Kompressionseinheit der Bildpunkte die Kompression der Bildpunkte durchgefuehrt werden.

Description

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Titel der Erfindung:
Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen
Anwendungsgebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen, deren Eingabe in Bildverarbeitungskomplexen oder bei der Datenfernübertragung zwischen einem Sende— bzw. Äbtastsystem und einem Empfangssystem möglich ist. Weiterhin ist der Einsatz der Erfindung in Bildverarbeitungskomplexen bei der thematischen Verarbeitung der Bild informationen von einer großen Anzahl von bildlichen Vorlagen und bei der Herstellung von Datenbanken möglich.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:
Bei der automatischen Verarbeitung bildlicher Informationen mit digitalen Verfahren besteht sowohl das Bedürfnis der Abtastung unterschiedlichster natürlicher Szenen als auch vorhandener Halbton- oder grafischer· Vorlagen zum Zwecke ihrer weiteren thematischen Verarbeitung mit spezialisierten rechentechnischen Mitteln, Die Szenen oder Vorlagen werden dabei unter Anwendung aktiver Beleuchtungseinrichtungen im remittierenden oder transmittierenden Licht, aber auch mit passiven Empfangseinrichtungen als uni sprektral es oder oiul tisprektrales Bild in.digitaler Hasterform abgetastet. Eine wesentliche Rolle für die Leistungsfähigkeit von Bildverarbeitungssystemen spielen Einrichtungen, die
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eine optimale Anpassung, der Kodierung .der Videoinformation für die weitere rechentechnische Verarbeitung und die Ermittlung der statistischen Eigenschaften der Bilder während der Abtastung gestatten. Dabei reicht das Kodierungsspek- . trum bei digitalen Rasterbildern in der Regel von multispektraler Farbkodierung mit 8 bit Genauigkeit pro Bildpunkt und Spektralkanal bis zur 1 bit Kodierung pro Bildpunkt bei Schwarz-Weiß-Vorlagen. Wie von N.Y.. Chu und P.E. Anuta in der Zeitschrift "Photogrammetric Engeneering and Remote Scanning" vol. 45 S. 507-515 gezeigt, können farbige Vorlagen vorteilhaft unter Verwendung statistischer Methoden der multispektralen Klassifizierung kodiert werden. Zwei andere Einrichtungen, wie sie aus der Literatur SPlE Proceedings vol. 155-01 und der DD-PS 140 092 bekannt sind, gestatten die Verarbeitung von Binärbildern oder Vorlagen mit speziellen Farbzusammensetzungen, womit die Universalität der Einrichtungen stark eingeschränkt wird. Die in den DE-AS 26 36 093,26 36 209 und der DE-OS 30 11 553 beschriebenen Einrichtungen gestatten eine Realzeitadaption der Bildpunktkodierung in Hinsicht auf eine unmittelbare visuelle Bildauswertung durch einen entsprechend geschulten Betrachter bzw. Operator. Sowohl in der Anordnung von N.Y. Chu und P.S. Anuta als auch in der Anordnung der DE-OS 26 09 648 erfolgt eine Abtastung von Farbin-.
formationen mit 8 bit. In den genannten Verfahren werden dia Bildsignale mit einer 8 bit Breite digitalisiert. Eine Reduzierung auf die in einer Speicherung eines Bildverarbeitungskomplexss notwendige' Bitbreite ist nicht vorgesehen..Di es führt ζυ einem hohen Bedarf an Speicherplatz für die rasterkodierte Bildinformation und erfordert einen hohen Aufwand an Rechenzeit bei der Umwandlung der rasterkodierten BiIdinformationen in kompakte kodierte thematische Daten.
Ziel der Erfindung·:
Ziel der Erfindung ist es, eine schnelle Aufbereitung von >5 Videosignalen mit beliebiger Häufigkeitsverteilung der
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Grauwerte zu gewährleisten, ohne dabei eine Einschränkung bezüglich der Art der Vorlage und der Anzahl der spektralen Kanäle zuzulassen.
Wesen der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine System zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen au schaffen, das den Informationsgehalt der Videosignale auf den für die Verarbeitung notwendigen Um-' fang beschränkt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen mit einer Digitalisierungseinrichtung und einer nachfolgenden Bildverarbeitungseinrichtung, wobei im Signalfluß der vollständigen Verarbeitung eine Transforraations-
;15 einheit, ein Histogrammgenerator und eine Informationsbe— Wertungseinheit der Videosignale vorhanden sind, dadurch gelöst, daß die Transformationseinheit, der Histogrammgenerator und die Informationsbewertungseinheit der Videosignale zwischen der Digitalisierungseinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung angeordnet sind, daß-eine Kompressionseinheit der Bildpunkte vorhanden ist. die aus einem Auswahlschalter, eine Modensteuerung und mindestens zwei Kompressionsstufen besteht, wobei der Auswahlschalter eingangssei tig mir der Transformationseinheit, aus gangssei tig mit jeweils einer Korapressionsstufe und über seinen Steuerleitungseingang mit der Modensteuerung eine Verbindung aufweist, daß eine Verbindung zwischen der Informationsbewertungseinheit der Videosignale und der Modensteuerung zur übertragung eines Steuerbefehls in Abhängigkeit der Anzahl der Häufungsmoden 0 vorhanden ist. und daß außerdem den Kompressionsstufen eine Steuerelektronik zum Auffüllen des _zu verarbeitenden Datenwortes mit den komprimierten Bildpunkten nachgeordnet ist. Als vorteilhaft erweist es sich, wenn v/eiterhin eine Ausle-
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ierung vorhanden ist. mit der ein wahlweises Auslesen des Inhaltes der Tr ansf orniati onssinheiten und der riistogrammgeneratoren vorgenommen werden kann.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung, ist die durch die Kompression erreichte Beschränkung des Informationsinhaltes der Videosignale auf den für die aufgabenbezogene Auswertung notwendigen Umfang. Gleichzeitig kann man durch die Transformationseinheit eine Kontrastverbesserung der Videosignale erlangen, die für die Auswertung vorteilhaft ist. Durch die Verwendung der Kompressionseinheit der Bildpunkte mit mehreren Kompressionsstufen wird eine wesentliche Verringerung von Speicherkapazitäten erzielt. Damit verbunden sind einers.eits kürzere Übertragungszeiten auf die Polgeeinrichtungen, indem entweder die Wortlänge pro Bildpunkt kurzer oder die Anzahl der Bildpunkte, die sich in einem zu übertragenden Wort befinden, größer wird. Andererseits kann man die komprimierten Daten optimal zu einer Datenbank zusammenstellen, um sie dann in einem Bildverarbeitungskomplex weiter zu verwenden .
Bin besonderer Vorzug der Erfindung besteht darin, daß eine mehrkanalige, farbsequentielle oder farbparallele Abtastung von farbigen Vorlagen oder Szenen in verschiedenen spektra-1 en Kanälen durchgeführt werden kann. Hierbei kommt besonders zum Tragen, daß in jedem Kanal eine Transformationseinheit und ein Histogrammgenerator vorhanden sind. Somit ist es möglich, für jede Farbe bzw. Spektralkanal eine thematische
Ausführungsbeisniel:
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert v/erden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau einer Anordnung zur adaptiv en Kodierung,
Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau der Transformationseinheiten.
Fig. 3 einen prinzipiellen Aufbau der Histogrammgeneratoren. Fig. 4 einen prinzipiellen Aufbau der Informationsbewer — tungseinheit der Videosignale und
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Fig. 5 einen prinzipiellen Aufbau der Kompressionseinheit der Bildpunkte.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Im Signalweg des Videosignals befindden sich zwischen der Digitalisierungseinrichtung 5 und der Bildverarbeitungseinrichtung 6 eine Transformationseinheit 2 und eine Kompressionseinheit der Bildpunkte 4. Die Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 kann mit mehreren Transformationseinheiten 2 verbunden sein, da je Abtastkanal eine Transformationseinheit 2 erforderlich ist.
Ebenfalls ist dann für jeden Abtastkanal ein Histogrammgenerator 3 vorhanden. Eine Informationswertungseinheit der Videosignale 1 ist logisch mit jeder Transformationseinheit 2. mit der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 und mit jedem Histogrammgenerator 3 verbunden. Jede Transformationseinheit 2 ist logisch mit dem dazugehörigen Histogrammgenerator 3 gekoppelt. Bine weitere Verbindung besteht zwischen dem Histogrammgenerator 3 und der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4.
Fig. 2 zeigt den Aufbau der Transformationseinheit 2, die aus einem von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 ladbaren 4 χ 255 χ 8 ladbaren Speicher 23, einem Multiplexer null 21 und einem Multiplexer eins 22 besteht. Die Multiplexer null 21 und eins 22 sind über die Steuerleitungen 100 mit der Digitalisierungseinrichtung 5 und über die Steuerleitungen 101 mit der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 verbunden. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel stellt der 4 χ 255 χ S bit strukturierte und von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 ladbare und lesbare ladbare Speicher 23 vier programmierbare Schwellwertgeber dar,, wobei jeder Schwelwertgeber mit den gemeinsamen Multiplexer null 21 und Multiplexer eins 22 eine Transformationseinheit bildet. Die Signalleitungen 204 der Inf ormati onsbewertungseinhei t der Videosignale 1 sind mit den Signaileitungen 200 und die Signalleitung 201 zur Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 und sum Histogrammgenerator 3 sind mit dem ladbaren Speicher 23 verbunden.
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Fig. 3 zeigt den Aufbau des Histogramingenerators 3, mi"^ einem 4 χ 256 χ 24 Wortespeicher 31, einem Multiplexer 32, einer Zählschaltung 33 und einer Steuerzählschaltung 34. Die Zusammenschaltung der somit gemäß Fig. 3 dargestell— ten Form ermöglicht die Generation von 4 Histogrammen mi je. 256 χ 24 bit langen Wor.ten pro Histogramm. Der Wortespeicher 31 ist über die Signalleitung 201 mit den Transformationseinheiten 2 verbunden. Die Signalleitung· 202 verbindet den Wortespeicher 31 mit der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4. Die Steuerleitung 102 verbindet die Steuerzählschaltung 34 und den Wortespeicher 31 mit der Iniorma- tionsbewertungseinheit der Videosignale 1 und die Steuerleitung 104 verbindet die Steuerzählschaltung 34 mit der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4.
Aus Fig/ 4 ist der Aufbau der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1, die mit einem Mikroprozessor 11 und einer Steuerelektronik 12 ausgestattet ist. zu ersehen. Die Steuereleketronik·12 besteht aus einem Adressentreiber 13 mit den Steuerleitungen 101 zur Transformationseinheit 2. nach Fig. 1, aus einem Decoder und Treiber 14 mit einer weiteren Steuerleitung 101 zur Transformationseinheit 2, nach Fig. 1, der Steuerleitung 102 zum Histogrammgenerator 3, nach Fig. 1 . und der Steuerl ei.tung zur Kompressionseinheit der Bildpunkte 4. aus einem ersten Register 15 mit zwei weiteren Steuerleitungen 101 zur Transformationseinheit 2. nach Fig. 1. aus einem zweiten Register 16 mit den Steuerleitungen 103 zur Ecmpressionseinheit der Bildpunkte 4. aus einem' Lesedatenempfänger 17 mit einem Eingang für die Signalleitung 203 von der !Compress! on seinheit der Bildpunkte 4 und aus einem Schreibdatentreiber 18 mit der Signalleitung 204 zur Trans formations einheit 2, nach Fig. 1. Dabei sind der Adressentreiber 13 und der Decoder und Treiber 14 über Adressenbus-AB. der Decoder und Treiber 14 über Steuerbus-SB und die anderen Einheiten der Steuerelektronik 12 über- Datenbus-DB-Leitungen mit dem Mikroprozessor 11 verbunden.
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Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4, mit einer Kompressionsschaltung 41. die aus drei Kompressionsstufen 42, 43; 44 besteht, mit den Kompressionen 8:1.4:1,2:1 und einer Modensteuerung 45, mit einer Steuerschaltung 46 und einer Auslesesteuerung 47· Die Steuerleitung 103 von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 ist mit der Modensteuerung 45 verbunden. Über die Signalleitung 201 ist die Kompressionsschaltung 41 mit der Transformationseinheit 2, nach Fig. 1 ,.
. gekoppelt. Die Signalleitung 202 verbindet den Hist ograiamge— nerator 3, nach Fig. 1 . mit der Auslesesteuerung 47, und die Signalleitung 205 stellt die Verbindung zur Bildverarbeitungseinrichtung 6 her. Zunächst wird vor Beginn des Digitalisierungsprozesses durch die Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 die Transformationseinheiten mit den gültigen Werten zur Schwellwerteinstellung geladen. Entsprechend den über die Steuerleitung 101 von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 und den über die Steuerleitung 100 von der Digitalisierungseinrichtung 5 ankommenden Steuersignalen werden die Videosignale; die von der -Digitalisierungseinrichtung 5 über die Signalleitungen:200 zu den Transformationseinheiten 2 gelangen, als Adresse zum zerstörungsfreien Auslesen des Inhaltes des ausgewählten Speicherblocks des jeweiligen Schwellwertgebers benutzt.Die auf den Signalleitungen 201 erscheinenden Signale können zur ersten Ermittlung eines Histogramms, über die Signalleitung 201 zu dem entsprechenden Histogrammgenerator v/eitergeleitet .werden. Im Hi stogramnigenerator 3 v/erden zunächst durch die über die Steuerleitung 102 von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 ankommenden Steuersignale mittels der Steuerzählschaltung 34, die zur Histogranrmgeneration notwendigen internen Steuersignale erzeugt und zu den entsprechenden Zeitpunkten der Zählschaltung 33· dem Multiplexer 32 und dem Wortespeicher 31 angeboten. Ebenfalls werden Steuersignale, die dann über die Steuerleitung 104 zur Modensteuerung 45 geleitet v/erden, in der Steuerzählschaltung erzeugt. Durch die Auslesesteuerung
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47 in der Kompressionseinheit der Bildpunkte 4 ist es durch die entsprechencden von der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 über die Steuerleitung 103 erzeugten Steuersignale möglich, die erstellten Histogramme über die Signalleitung 202 und dann über die Signalleitung 203 in den Lesedatenempfänger 17 der Informationsbewertungseinheit der Videosignale 1 abzuspeichern. Nun kann in der Inf ormati onsbev/ertungs einheit der Videosignale 1 eine Bewertung der Histogramme vorgenommen v/erden und es ,erfolgt über die Steuerleitungen 101 eine Schwellwertfestlegung durch eine erneutes Einschreiben der Bewertungstabelle über die Signalleitungen 204 in die Transformationseinheiten 2. Ist die richtige Schwellwertfestlegung getroffen worden, kann durch die zum einen in der Informationswertungseinheit
der Videosignale 1 über die Steuerleitung 103 und zum anderen in der Steuerzählschaltung 34 über die Steuerleitung 104 erzeugten Steuersignale mittels der Modensteuerung 45 eine bestimmte Kompression entweder 8 .: 1. 4 : 1 oder 2 : 1 festgelegt werden, die dann in der entsprechenden Kompressionsstufe.42. 43, 44 durchgeführt wird. In der Steuerschaltung 46 werden dann die komprimierten Bildpunkte wieder su einer von der Bildverarbeitungseinrichtung 6 verlangten Latenbreite zusammengestellt und über die Signalleitungen 205 der Bildverarbeitungseinrichtung 6 angeboten.
Ebenfalls ist es möglich, die erstellten Histogramme
mittels der Auslesesteuarung 47 über die Signal.leitung anzufordern und dann über die Signalleitung 205 zur BiIdverarbeitungs'einrichtung 6 zu übertragen
Es ist nicht erforderlich; das Histogramm aus dem gesamten Datenangebot einer Vorlage oder Szene zu bilden. Vorteilhaft ist die Auswahl eines signifikanten Ausschnittes, um somit aus der Kenntnis des erstellten Histogramms eine Schwellwertfestlegung für die gesamte Vorlage zu treffen.

Claims (2)

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    Erfindungsansprucfa:
    1. Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen beliebiger Vorlagen oder Szenen mit einer Digitalisierungseinrichtung und einer nachfolgenden Bildverarbeitungseinrichtung, wobei im Signalfluß der vollständigen Verarbeitung eine Transformationseinheit, ein Histogrammgenerator und eine Infofmationsbewertungseinheit der Videosignale vorhanden sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Transformati onaeinheit, der Histögrammgeneratcr und die Informationsbewertungseinheit der Videosignale zwischen der Digitalisierungseinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung angeordnet sind, daß eine Kompressionseinheit der Bildpunkte vorhanden ist, die aus einem Auswahlsehalter, einer Modensteuerung und mindestens zwei Kompressionsstufen besteht, wobei der Auswahlschalter eingangsseitig mit der Transformationseinheit, ausgangs sei tig mit jeweils einer Kompressionsstufe und über seinen Steuer— 1 eitungseingang mit der Modensteuerung eine Verbindung aufweist, daß eine Verbindung zwischen der Informationsbewertgungseinheit der Videosignale und der Modensteuerung zur Übertragung eines Steuerbefehls in Abhängigkeit der Anzahl der Häufungsmoden vorhanden ist, und daß außerdem den Kompressionsstufen eine Steuerelektronik zum Auffüllen des zu verarbeitenden Datenwortes mit den korn— primierten Bildpunkten nachgeordnet ist.
  2. 2. Anordnung zur adaptiven Kodierung von Videosignalen nach Punkt 1. gekennzeichnet dadurch, daß eine Auslese— steuerung zum wahlweisen Auslesen des Inhaltes der Transformationseinheit und des Histogrammgenerators vorhanden ist.
    Hierzu.. p
    3735
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