DE3856536T2

DE3856536T2 - Kodierung von Daten, die wie eine multidimensionale Matrix dargestellt sind

Info

Publication number: DE3856536T2
Application number: DE3856536T
Authority: DE
Inventors: S. Staffan Ericsson
Original assignee: Picturetel Corp
Current assignee: Polycom LLC
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2008-03-25
Also published as: EP0705035A3; EP0705035B1; DE3855648D1; DE3855648T2; US4849810A; EP0316418A4; EP0316418B1; EP0316418A1; JPH01503509A; CA1333501C; WO1988010047A1; EP0705035A2; DE3856536D1

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine von der Anmeldung Nr. 88905043.1 mit dem Titel "A Hierarchical Encoding Method and Apparatus for Efficiently Communicating Image Sequences" abgeleitete Ausscheidungsanmeldung.
Die Erfindung betrifft allgemein Datenkommunikations- und Signalverarbeitungsverfahren und -vorrichtungen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zuverlässigen und effizienten Codieren und Decodieren beispielsweise von Sequenzen von Bilddaten, die über einen Telefonkommunikationskanal übertragen werden.
Die Übertragung von Bildsequenzen und insbesondere Sequenzen natürlich auftretender Bilder, wie etwa solche, die durch ein Fernsehsignal dargestellt werden, ist das Thema eines erheblichen Umfangs an Forschung. Die Forscher haben sich in der Regel auf den stark redundanten Charakter aufeinanderfolgender Bilder in der Sequenz verlassen und die Bilddaten oftmals als einen Markov-Prozeß mit einem nahe bei Eins liegenden Korrelationskoeffizienten modelliert. Das dreidimensionale Markov-Modell liefert eine Motivation zur Verwendung von Differenz-Pulscodemodulations-(DPCM-) und Transformationscodiertechniken, um die Interframe- Redundanz zu berücksichtigen.
Durch Analyse des Charakters eines typischen sich bewegenden Videos kann man sich leicht davon überzeugen, daß die zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern auftretende Hauptänderung die inhomogene Bewegung der Objekte innerhalb des Einzelbilds ist. Es wurde außerdem erkannt, daß eine präzise Vorrichtung und ein präzises Verfahren zum Abschätzen und Kompensieren dieser räumlich abhängigen Bewegung die Konstruktion eines Interframe-Datenkompressionsverfahrens und einer Interframe-Datenkompressionsvorrichtung ermöglichen, die eine erheblich bessere Leistung aufweisen können, als sich durch Senden eines Signals erzielen läßt, das lediglich die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern darstellt.
Infolgedessen sind verschiedene Bewegungskompensationscodierverfahren und -vorrichtungen entwickelt worden. Diese Systeme sind in der Regel entweder auf dem Empfänger basierende Bewegungskompensationssysteme oder auf dem Sender basierende Bewegungskompensationssysteme. Bei dem auf dem Empfänger basierenden Bewegungskompensationssystem macht der Empfänger eine Vorhersage hinsichtlich der Bewegung und kompensiert das vorausgegangene Einzelbild bezüglich der erwarteten Bewegung. Der auf die gleiche Weise arbeitende Sender sendet dann nur ein Fehlersignal, das beschreibt, was auf der Seite des Empfängers geschehen muß, um das von dem Empfänger vorhergesagte Einzelbild zu korrigieren. Das Fehlersignal wird in der Regel codiert, um seine Bandbreite zu reduzieren.
Bei einem auf dem Sender basierenden Bewegungskompensationssystem tritt der Bewegungsabschätzungsprozeß nur bei dem Sender auf. Im allgemeinen werden über verschiedene Gebiete des Bilds hinweg Verschiebungsvektoren bestimmt, und diese Daten werden dann zusammen mit einem Fehlerinformationsdatensignal zu dem Empfänger übertragen. Beim Empfänger wird der Kompensationsprozeß zunächst mit den von dem Sender gelieferten Bewegungsinformationen an dem zuvor codierten Bild durchgeführt. Die von dem Sender gelieferten Fehlersignaldaten werden dann zur Beibehaltung der Bildqualität zu dem auf diese Weise kompensierten Empfängerbild addiert.
Somit werden für ein auf dem Sender basierendes Bewegungskompensationssystem in der Regel mehrere Verschiebungsvektoren bereitgestellt, und bei mindestens einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Vektor einem spezifischen Gebiet oder Block des Bilds zugeordnet. Die Blöcke überlappen sich in der Regel nicht und weisen beispielsweise eine Größe von acht Bildelementen (Pixeln) mal acht Bildelementen auf. Zur Codierung der jedem der Blöcke zugeordneten Bewegungskompensationsdaten sind verschiedene Verfahren eingesetzt worden. Hinman beschreibt in seiner gleichzeitig anhängigen, am 3. Juni 1985 eingereichten US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 740,898, nun US-A-4,703,350, ein verlustbehaftetes Codierverfahren zum Codieren der Bewegungskompensationsverschiebungsinformationen.
Es sind auch viele Verfahren zum Codieren des Fehlerinformationsdatensignals in einem auf dem Sender basierenden Bewegungskompensationssystem verwendet worden. In der oben angeführten Anmeldung von Hinman werden ein verlustbehaftetes Kompressionsverfahren und eine verlustbehaftete Kompressionsvorrichtung offenbart. Wenngleich diese Verfahren höchst vorteilhaft sind und ausgezeichnete Ergebnisse liefern, ist es dennoch wünschenswert, die Kompression der Dateninformationen weiter zu verbessern und dadurch unter Einsatz von noch weniger Kanalbandbreite eine Bildreproduktion hoher Qualität zu ermöglichen. Es ist weiterhin wünschenswert, eine bessere Kontrolle über die Datenübertragung bereitzustellen, indem beispielsweise die dem Bild zugeordnete Bitrate gesteuert wird.
Beispielsweise während eines Szenenwechsels liegen oftmals erhebliche zu übertragende Informationen vor, so daß während der Zeit eines einzelnen Einzelbilds nicht ausreichend Bandbreite zur Übertragung aller Informationen zur Verfügung steht. Dementsprechend sind verschiedene Verfahren implementiert worden, um die Anzahl der Bit der über den Kanal übertragenen Informationen selektiv zu begrenzen. Bei einem dieser Verfahren, das in der am 7. Januar 1987 eingereichten US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 001,326 (Ericsson), nun US-A-4,816,914, mit dem Titel "A Method and Apparatus for Efficiently Coding and Decoding Image Sequences" beschrieben wird, wird in Verbindung mit der Übertragung von Teilen eines Transformationskoeffizientendatensatzes eine Quadtree-Codierung verwendet. Die Quadtree-Codierung stellt vorteilhafterweise bei starker Bewegung oder Szenenwechseln eine akzeptablere Verschlechterung bereit.
In Signal Processing, Band 11, 1986, ist auf den Seiten 387 bis 404 in einem Artikel von Bierling et al. mit dem Titel "Motion Compensating Field Interpolation Using a Hierarchically Structured Displacement Estimator" ein Bewegungskompensationssystem offenbart, das quantisierte Datenwerte verwendet, die eine digitale Fernsehsequenz darstellen. Ein hierarchisch strukturierter Verschiebungsabschätzer liefert einen Verschiebungsvektor mit Interframe-Komponenten für jedes Bildelement der zu interpolierenden übertragenen Felder.
Ein Artikel mit dem Titel "Hierarchical encoding of image sequences using multistage vector quantization" von B. Hammer et al. in "ICASSP 87, Proceedings of the IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, Dallas, Texas, USA", der sich auf einen im April 1987 gehaltenen Vortrag beziehen soll, nimmt Bezug auf die Vektorquantisierung als Codiertechnik zur Bildübertragung mit geringer Datenrate und auf die Mehrstufenvektorquantisierung in Kombination mit einer blocküberlappenden Pyramidentransformation zur Gestattung der Quantisierung großer Blöcke auf hierarchische Weise zur Übertragung von Bildphasensequenzen.
Aus US-A-4,661,849 (Hinman) ist ein Bildsequenzübertragungsverfahren zum Übertragen einer Sequenz aufeinanderfolgender Bilder über einen bandbreitenbegrenzten Kanal bekannt. Der Sender weist einen Bewegungsabschätzer zum Abschätzen der Bewegungsverschiebung zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern der Sequenz auf, wobei der Abschätzer jedes Bild in nicht überlappende Blöcke unterteilt, die jeweils mehrere Bildelemente enthalten. Anfangswerte für die Bewegungsvektorverschiebungen werden ausgewählt, und in einem iterativen Prozeß werden aufeinanderfolgende Werte des Bewegungsverschiebungsvektors für jeden Block bestimmt. Der Iterationsprozeß wird beendet, wenn ein einem Verfahren mit steilstem Abstieg zugeordneter Iterationsfehler unter einem Schwellwert liegt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Codierung von Bilddaten.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Codierung von Datenwerten für die Darstellung von Bilddaten bei einem Bildübertragungssystem, dargestellt als mehrdimensionales Array von Datenwerten, die folgenden Schritte: Quantisieren der Datenwerte, Löschen aller quantisierten Datenwerte, die einen Nullwert für jeden ihrer nächsten Nachbarn besitzen, und Anwenden von Vektorquantisierungscodierung auf die übrigen Datenwerte. Das Array kann ein zweidimensionales Array mit acht nächsten Nachbarn sein, und das Verfahren kann den Schritt der Bewegungskompensierung des Bildübertragungssystems beinhalten, um eine Sequenz von Bildern über einen Kommunikationsweg zu übertragen.
Die folgende Beschreibung enthält auch Verfahren zum Codieren von Interframe-Fehlerdaten in einem Bildübertragungssystem, insbesondere in einem Bewegungskompensationsbildübertragungssystem, zur Übertragung einer Sequenz von Einzelbildern von einer Sendestation zu einer Empfangsstation. Interframe-vorhergesagte Bilddaten, die eine Vorhersage des aktuellen Einzelbilds darstellen, werden dezimiert, um eine Vorhersagepyramidendatenstruktur zu erzeugen, die die Vorhersage des aktuellen Bilds darstellt und mehrere Dezimierungsniveaus aufweist. Darauf kann das Dezimieren von Daten eines uncodierten aktuellen Bilds folgen, die das aktuelle uncodierte Einzelbild darstellen, um eine Pyramidendatenstruktur für das aktuelle Bild zu erzeugen, die das aktuelle Bild darstellt und die mehreren Dezimierungsniveaus aufweist, und das Anwenden eines hierarchischen Vektorquantisierungscodierungsverfahrens auf die Vorhersagepyramidendatenstruktur und die Pyramidendatenstruktur für das aktuelle Bild für jedes einzelne Niveau zum Erzeugen einer codierten Datendarstellung der Differenz zwischen den Daten für das vorhergesagte Bild und den Daten für das uncodierte aktuelle Bild. Das Verfahren kann auf die Bewegungskompensationsbildübertragung angewendet werden, wobei Einzelbilder von einer Sendestation zu einer Empfangsstation übertragen werden.
Beschrieben werden auch die Schritte des Anwendens des hierarchischen Codierungsverfahrens auf die Datenstrukturen eines Niveaus auf einer Block-für-Block-Basis und des Unscharfmachens von Blöcken der Darstellung des vorhergesagten Bilds, wenn Daten des vorhergesagten Bilds diesen Blockteil des ursprünglichen Bilds nicht ausreichend darstellen, und des Verschiebens von Blockpositionsgrenzen von Einzelbild zu Einzelbild der Sequenz von Einzelbildern, um die Codierungseffizienz zu verbessern. Die Beschreibung beinhaltet den Schritt des Verwendens arithmetischer Codierung zur Erzeugung eines Teils der codierten Darstellung.
Die folgende Beschreibung legt die Schritte dar des Anwendens einer hierarchischen Codierung mit verlustbehafteter Kompression auf die Vorhersagedatenstruktur und die Datenstruktur für das aktuelle Bild Niveau für Niveau, um die codierte Datendarstellung der Differenz zwischen den Daten des vorhergesagten Bilds und den Daten des uncodierten aktuellen Bilds zu erzeugen. Dieser Anwendungsschritt beinhaltet den Schritt des Interpolierens der Bilddaten von einem höheren Niveau für mindestens ein niedrigeres Niveau.
Es werden außerdem die folgenden Schritte beschrieben: Ausbilden eines Differenzbilds, das Pixel für Pixel die Differenz zwischen Daten für ein vorhergesagtes Bild für ein aktuelles Einzelbild und Daten für ein uncodiertes aktuelles Bild, die das uncodierte aktuelle Einzelbild darstellen, darstellt, Dezimieren des Differenzbilds zur Erzeugung einer Differenzbildpyramidendatenstruktur mit mehreren Dezimierungsniveaus und Anwenden einer hierarchischen Vektorquantisierungscodierung auf die Differenzbildpyramidendatenstruktur Niveau für Niveau zum Erzeugen einer codierten Datendarstellung der Differenz zwischen den Daten für das vorhergesagte Bild und den Daten für das uncodierte aktuelle Bild. Dies kann das Ausbilden der Daten für das vorhergesagte Bild unter Verwendung einer Interframe-Bewegungskompensation beinhalten. Gewinn- /Form-Vektorquantisierung kann auf Blöcke des Arrays aus Datenwerten zum Codieren der Werte angewendet werden, gekoppelt mit dem Variieren der Größe eines Formcodebuchs für die Vektorquantisierung als Funktion des der Form zugeordneten Gewinns.
Die ausführliche Beschreibung beinhaltet eine Schaltung zum Dezimieren der Interframe-vorhergesagten Bilddaten für ein aktuelles Einzelbild zum Erzeugen der Vorhersagepyramidendatenstruktur mit mehreren Dezimierungsniveaus, eine Schaltung zum Dezimieren der Daten des uncodierten aktuellen Bilds, die das aktuelle uncodierte Einzelbild darstellen, zum Erzeugen einer Pyramidendatenstruktur für das aktuelle Bild mit den mehreren Dezimierungsniveaus und eine Schaltung zum Anwenden einer hierarchischen Vektorquantisierungscodierung auf die Vorhersagepyramidendatenstruktur und die Pyramidendatenstruktur für das aktuelle Bild Niveau für Niveau zum Erzeugen einer codierten Datendarstellung der Differenz zwischen den Daten für das vorhergesagte Bild und den Daten für das codierte aktuelle Bild. Außerdem wird folgendes offenbart: eine Schaltung zum Anwenden des hierarchischen Codierungsverfahrens auf die Datenstrukturen eines Niveaus Block für Block, eine Schaltung zum Unscharfmachen von Blöcken der Darstellung des vorhergesagten Bilds, wenn die Daten des vorhergesagten Bilds diesen Blockteil des ursprünglichen Bilds nicht ausreichend darstellen, eine Schaltung, die eine arithmetische Codierung verwendet, um mindestens teilweise die codierte Darstellung zu erzeugen, und eine Schaltung zum Verschieben von Blockgrenzpositionen von Bild zu Bild in der Folge von Einzelbildern zum Verbessern der Codiereffizienz.
Die beschriebene Vorrichtung beinhaltet weiterhin eine Schaltung zum Anwenden einer hierarchischen Codierung mit verlustbehafteter Kompression auf die Vorhersagepyramidendatenstruktur und die Pyramidendatenstruktur für das aktuelle Bild Niveau für Niveau zum Erzeugen der codierten Datendarstellung der Differenz zwischen den Daten für das vorhergesagte Bild und den Daten für das codierte aktuelle Bild. Die Anwendungsschaltung weist Elemente auf, um für mindestens ein niedrigeres Niveau die Bilddaten von einem höheren Niveau zu interpolieren.
Unter noch einem weiteren Aspekt der Beschreibung weist die Vorrichtung zum Codieren der Interframe-Fehlerdaten in einem Bildübertragungssystem zum Übertragen einer Sequenz von Einzelbildern eine Schaltung zum Ausbilden eines Differenzbilds auf, das Pixel für Pixel die Differenz zwischen Daten für das vorhergesagte Bild für ein aktuelles Einzelbild und Daten für ein uncodiertes aktuelles Bild darstellt, die ein uncodiertes Einzelbild darstellen. Eine Dezimierungsschaltung ist vorgesehen zum Dezimieren des Differenzbilds, zum Erzeugen einer Differenzbildpyramidendatenstruktur mit mehreren Dezimierungsniveaus und zum Anwenden einer hierarchischen Vektorquantisierungscodierung auf die Differenzbildpyramidendatenstruktur Niveau für Niveau zum Erzeugen einer codierten Datendarstellung der Differenz zwischen den Daten für das vorhergesagte Bild und den Daten für das codierte aktuelle Bild.
Bei dem beschriebenen System wird die Anzahl der Bit, mit denen jedes Bild einer Sequenz von Bildern übertragen wird, gesteuert, wobei gleichzeitig eine akzeptable Verschlechterung des Bilds während eines Szenenwechsels oder während Perioden mit schwerer Bewegung geliefert wird. Das System kann eine präzise Abschätzung der Verschiebung der Pixel eines abgetasteten Bilds in einer Folge zuverlässig übertragen und empfangen. Eine verbesserte Bewegungsabschätzung kann in einem Codier- und Decodierverfahren und einer Codier- und Decodiervorrichtung erzielt werden, die eine präzise Bestimmung der regionalen Verschiebung in einer Bildübertragungseinrichtung in Echtzeit ermöglichen.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein. Blockschaltbild eines Bildkommunikationssystems;
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Senders einer bewegungskompensierten Bildcodiervorrichtung;
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Empfängers eines bewegungskompensierten Bildcodiersystems zum Empfangen der Kanalsignale für den Sender von Fig. 2;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Bewegungskompensationsvorrichtung für ein Feld unterabgetasteter Bewegungsvektoren;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines räumlichen Interpolationsprozesses;
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Bewegungsabschätzungsvorrichtung mit iterativem räumlichen Bereich, die eine adaptive Fehlerminimierung mit steilstem Abstieg verwendet;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Bewegungsabschätzungsvorrichtung mit iterativem räumlichen Bereich, die eine adaptive Fehlerminimierung mit steilstem Abstieg mit einer verbesserten Datenverarbeitungsstruktur verwendet;
Fig. 8 eine schematische Darstellung der relativen Positionen benachbarter Blöcke, mit denen ein Anfangsverschiebungsbewegungsvektorwert vorhergesagt wird;
Fig. 9 ein Blockdiagramm des verlustbehafteten Kompressors 28 von Fig. 2;
Fig. 10 ein Blockdiagramm des verlustbehafteten Kompressors 46 von Fig. 2;
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines eindimensionalen Dezimierungsprozesses;
Fig. 12 ein ausführliches Blockschaltbild des verlustbehafteten Kompressors 46;
Fig. 13 ein Blockschaltbild des Senders einer bewegungskompensierten Bildcodiervorrichtung mit adaptiver Filterung und unter Einsatz der Erfindung;
Fig. 14 ein Blockschaltbild des Empfängers eines bewegungskompensierten Codierungssystems zum Empfangen der Kanalsignale von dem Sender von Fig. 13; und
Fig. 15 ein allgemeines Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform des verlustbehafteten Kompressors.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist ein Kommunikationssystem 6 einen Sender 8 auf, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Kamera 10 zum Liefern eines Videosignals an einen Analog-Digital- Wandler und Bildpuffer 12 aufweist. Der Bildpufferteil des Analog-Digital-Umsetzers und Bildpuffers 12 kann ein beispielsweise auf acht Bit über ein 256 · 240- Pixelraster abgetastetes ganzes Einzelbild des Videos speichern.
Der ganze Codierungs- und Bewegungskompensationsprozeß findet im digitalen Bereich statt. Der Sender weist eine Fehlersignalschaltung 14 und eine Bewegungsabschätzungs- und -codierungsschaltung 16 auf. Ein Kanalcodierer 18 codiert die Ausgänge der Fehlerschaltung 14 und der Bewegungsabschätzungs- und - codierungsschaltung 16 in Kanäle und leitet die so codierten Daten auf einen Kanal 20 zur Übertragung an einen Empfänger 21 weiter.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 vergleicht die dargestellte Bewegungsabschätzungs- und codierungsschaltung 16 von Fig. 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein über Leitungen 22 verfügbares vorliegendes ursprüngliches Eingabeeinzelbild mit dem vorhergegangenen ursprünglichen Eingabebild, das in dieser dargestellten Ausführungsform von einem Bildspeicher 24 zur Verfügung steht. Eine Bewegungsabschätzerschaltung 26 erzeugt ein Maß für die Bewegungsverschiebung zwischen den darin eingegebenen Einzelbildern, und es kann sich bei ihr um eine beliebige einer Anzahl von Bewegungsabschätzungseinrichtungen handeln, wie sie in der Technik wohlbekannt sind. Bei einer unten zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsform verwendet die Bewegungsabschätzungseinrichtung 26 ein adaptives Fehlerminimierungsverfahren mit steilstem Abstieg, um die Bewegungsverschiebungsmaße zu erzeugen, wie in Hinman, US-Patent US-A-4,661,849 beschrieben ist.
Die Ausgabe des Bewegungsabschätzers 26 ist ein Feld von Bewegungsvektoren die, wie oben angemerkt, ein Maß für die Bewegungsverschiebung zwischen eingegebenen Einzelbildern liefern. Dieses Vektorfeld liefert eine Beschreibung dessen, wie ein vorheriges eingegebenes Einzelbild oder eingegebenes Bild von einem Puffer 24 in die beste Annäherung des vorliegenden eingegebenen Einzelbilds oder Bilds über die Leitungen 22 abgebildet wird. Unter "beste" wird eine Fehlermetrik verstanden, wie etwa ein Fehlermaß mit mittlerem quadriertem Fehler. In der Regel und in der dargestellten Ausführungsform verwendet der Bewegungsabschätzer 26 zwischen sich nicht überlappenden Blöcken des vorherigen und vorliegenden eingegebenen Bilds eine Gebietsanpassungstechnik. Sollte eine Bewegung für ein Gebiet in dem vorliegenden Bild auftreten, bestimmt der Abschätzer, welcher Block in dem vorausgegangenen Bild die beste Entsprechung für den Block in dem vorherigen Bild ist, und der Wert der Verschiebung ist die Differenz zwischen einem neuen Koordinatenpaar für den Block in dem vorliegenden Bild und dem ursprünglichen Koordinatenpaar für den Block in dem früheren Bild. Durch diese Bestimmung wird der Bewegungsvektor definiert, der dem Block in dem vorliegenden Bild zugeordnet werden soll.
Da Szenen allgemein aus mehreren großen Objekten bestehen, die sich im Verlauf der Zeit gleichförmig bewegen, gibt es in dem Bewegungsvektorfeld einen hohen Korrelationsgrad. Zur Vermeidung der Übertragung redundanter Informationen und zum Reduzieren der Datenbitanforderungen modifiziert die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung das Bewegungsvektorfeld, wodurch einige Informationen verlorengehen, um die Kompression der Bewegung darstellenden Daten zu erleichtern. Bei der dargestellten Ausführungsform wird dieser Vorgang durch einen "verlustbehafteten Kompressor" 28 dargestellt, der die Datenmenge und somit die zum Darstellen des Bewegungsvektorfelds benötigte Bandbreite reduziert. Unter Hinweis auf die Ähnlichkeit zwischen dem Bewegungsvektorfeld und natürlichen Bildern können von dem verlustbehafteten Kompressor 28 eine prädiktive, transformierende oder interpolierende Codierung der beiden unabhängigen Komponenten des Vektorfelds verwendet werden.
Die verlustbehaftete Kompressorschaltung 28 wird somit zum Codieren des über die Leitungen 32 verfügbaren Bewegungsvektorfelds verwendet und liefert über die Leitungen 30 ein die Bewegungsvektoren darstellendes codiertes Bewegungssignal. Diese Ausgabe des verlustbehafteten Kompressors 28 reproduziert, wie oben erwähnt, nach Decodierung nicht exakt die Signale über die Leitungen 32 (die das Maß der Bewegungsverschiebung liefern), weshalb ihnen ein gewisses Fehlersignal zugeordnet ist. Dennoch ist die Reduktion bei den Datenanforderungen eines verlustbehafteten Kompressors 28 im Vergleich beispielsweise zu einem exakten PCM- Codierungsverfahren so erheblich, daß die Verwendung eines verlustbehafteten Kompressors in der Technik einen wesentlichen Fortschritt darstellt. Eine bevorzugte verlustbehaftete Kompressionsschaltung verwendet eine diskrete Kosinustransformation und in die Schaltung ist ein Verarbeitungsverfahren integriert, das in der gleichzeitig anhängigen, am 3. Juni 1985 eingereichten US-Anmeldung mit der laufenden Nummer 740,806, nun US-A-4,754,492, mit dem Titel "Method and System for Adapting a Digitized Signal Processing System for Block Processing With Minimal Blocking Artifacts" integriert ist. Der Erfinder ist Henrique Malvar.
Die verlustbehaftete Kompressorschaltung 28 sorgt in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung für eine Blocktransformation und enthält zusätzliche Schaltungen zum Reduzieren der Anzahl der Bit (der Bandbreite), die zum Beschreiben des transformierten Bewegungsvektorfelds erforderlich sind. Der verlustbehaftete Kompressor 28 kann somit dafür sorgen, daß die Quantisierungsstufengröße (und gegebenenfalls die Schwelle), mit der die das Bewegungsvektorfeld definierenden Transformationskoeffizienten "digitalisiert" werden, variieren, wodurch die Anzahl ausgegebener Bit reduziert wird, wenn entweder die Quantisierungsstufengröße oder die Schwelle (oder beide) vom Wert her ansteigen. Der verlustbehaftete Kompressor 28 verwendet außerdem bevorzugt eine arithmetische Codierung, die auf die als Markov-Prozeß modellierten Transformationskoeffizienten angewendet wird. Dieses Codierungsverfahren liefert beispielsweise im Vergleich zur Ausgabe des in US-A-4,703,350 beschriebenen Systems eine erhebliche Reduzierung der ausgegebenen Bit.
Die Ausgabe der verlustbehafteten Kompressorschaltung 28 über die Leitungen 30 wird, wie oben angemerkt, an den Codierer 18 weitergeleitet. Außerdem wird mit diesen Signalen von der Fehlerschaltung 14 bestimmt, was der Empfänger ohne irgendwelche Fehler in dem Kanal gesehen haben würde, und somit der Mechanismus bereitgestellt, um das Vorhersagefehlersignal zu bestimmen, das heißt das Signal, das die Differenz zwischen dem darstellt, was der Empfänger 21 auf der Grundlage der codierten Bewegungssignaldarstellung über die Leitungen 30 vorhergesagt haben würde, und der wirklichen Bildeingabe.
Die Ausgabe des verlustbehafteten Kompressors 28 über die Leitungen 30 wird von einer Rekonstruiererschaltung 34 dazu verwendet, an ihrem Ausgang ein Signal zu erzeugen, das für das Maß an Bewegungsverschiebung, die Bewegungsvektoren, auf den Leitungen 32 repräsentativ ist. Die Differenz zwischen den Signalen über die Leitungen 36, der Ausgabe der Rekonstruktionsschaltung 34 und den Signalen über die Leitungen 32 stellt den durch die verlustbehaftete Kompressionsvorrichtung 28 eingeführten Codierungsfehler dar. Die Ausgabe der Rekonstruktionsvorrichtung 34 wird über die Leitungen 36 zu einer Bewegungsfeldinterpolationsschaltung 38 geleitet, die im räumlichen Bereich arbeitet, um jedem Bildelement einen Bewegungsverschiebungsvektor zuzuordnen. Während die Eingangssignale über die Leitungen 36 Bewegungsverschiebungen für Gruppen oder Gebiete von Elementen darstellen, beispielsweise die Bildelemente eines 4 · 4-Blocks, löst somit der Bewegungsfeldinterpolator 38 wie unten ausführlicher beschrieben die Daten so auf, daß jedem Bildelement ein Bewegungsverschiebungsvektor zugeordnet ist. Die resultierende Ausgabe des Bewegungsfeldinterpolators 38 über die Leitungen 40 wird als das Bewegungsrekonstruktionssignal bezeichnet.
Das Bewegungsrekonstruktionssignal wird an eine Bewegungskompensationsvorrichtung 42 angelegt, die Teil einer Fehlerrekonstruktionsschleife 43 bildet. Die Fehlerrekonstruktionsschleife 43 enthält einen Bildpuffer 44, eine verlustbehaftete Kompressionsschaltung 46 und eine Rekonstruktionsschaltung 48. Die Eingaben in die verlustbehaftete Kompressionsschaltung 46 über die Leitungen 22 beziehungsweise 51 sind das ursprüngliche Eingabebild für das aktuelle Einzelbild und das abgeschätzte Empfängersignal, das heißt dasjenige Signal, das der Empfänger 21 bei Fehlen weiterer Daten rekonstruiert und anzeigt. Der verlustbehaftete Kompressor 46 liefert dem Empfänger weitere codierte Daten, das Fehlerrekonstruktionssignal um die Differenz zwischen dem ursprünglichen Eingabebild und dem abgeschätzten Empfängersignal zu reduzieren und im Prinzip zu eliminieren. Diese Differenz wird codiert, um ihre Bandbreite zu reduzieren, und das resultierende Signal, das Fehlerrekonstruktionssignal über die Leitung 52, wird an den Kanalcodierer 18 geliefert. Der verlustbehaftete Kompressor 46 in der oben angeführten Patentanmeldung von Ericsson ist ein zweidimensionaler Blockcodierer, der einen Quantisierer mit gleichförmiger Quantisierungsstufengröße verwendet; und die Ausgabe der Blocktransformation kann vorteilhafterweise gemäß den oben in Verbindung mit dem verlustbehafteten Kompressor 28 beschriebenen Prozessen hinsichtlich der Bandbreite weiter reduziert und codiert werden. Bei der bevorzugten und dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch bei der Implementierung des verlustbehafteten Kompressors 46 ein hierarchisches Vektorquantisierungscodierungsverfahren und eine hierarchische Vektorquantisierungscodierungsvorrichtung vorteilhafterweise eingesetzt.
Auch das Fehlerrekonstruktionssignal wird zu der Rekonstruktionsvorrichtung 48 gesendet, die eine Operation bereitstellt, die die Umkehrung zu derjenigen darstellt, die der verlustbehaftete Kompressor 46 ausübt. An dem Ausgang der Rekonstruktionsvorrichtung 48 entsteht deshalb über die Leitungen 54 ein Fehlerrekonstruktionsbild. Das Fehlerrekonstruktionsbild wird zu der erwarteten Ausgabe des Bewegungskompensators (das das abgeschätzte Empfängerbild über die Leitungen 51 ist) hinzugefügt, und das resultierende Signal, ein abgeschätztes vorhergegangenes Empfängerbild (das vorhergesagte Empfängerbild für das vorherige Einzelbild) wird in dem Bildspeicher 44 gespeichert.
Die Eingabe in den Bildpuffer 44 ist wie oben angemerkt das abgeschätzte vorherige Empfängerbild. Dieses Empfängerbild, das alle von dem Empfänger empfangenen Daten berücksichtigt, entspricht dem rekonstruierten Empfängerbild für ein Einzelbild. Die Bildausgabe aus dem Bildpuffer 44 über die Leitungen 64 ist das Bild, das die Bewegungskompensationsschaltung 42 gemäß der Ausgabe des Bewegungsfeldinterpolators 38 über die Leitungen 40 modifiziert. Die Ausgabe des Bewegungskompensators 42 stellt somit das vorhergesagte Empfängerbild infolge der Rekonstruktion der ausgegebenen Daten aus dem verlustbehafteten Kompressor 28 dar.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden beim Empfänger 21 die Daten aus dem Kanal von einer Kanaldecodiererschaltung 70 decodiert, und das resultierende Empfängerfehlerrekonstruktionssignal wird über die Leitungen 72 und die empfängercodierte Bewegungssignaldarstellung über die Leitungen 74 an die Rekonstruktionsschaltung 76, den Bewegungskompensator 99 beziehungsweise die Rekonstruktionsschaltung 78 geschickt. Die Rekonstruktionsschaltungen 76, 78 sorgen jeweils für eine Decodierung der von dem Sender 8 verwendeten Codes, um die von den Rekonstruktionsschaltungen 48 beziehungsweise 34 des Senders ausgeführten Operationen zu bewirken, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Die Ausgabe der Fehlerrekonstruktionsschaltung 76 wird zu einer Wiederherstellungsschleife 80 geschickt, in der Bewegungskompensationssignale über die Leitungen 82 zu der Fehlerbilddarstellung über die Leitungen 84 addiert werden, um ein rekonstruiertes Empfängersignal über die Leitungen 86 zu erzeugen. Dieses Signal wird an eine Digital-Analog-Schaltung 90 und von dort zur Betrachtung zu einem Monitor 92 geschickt.
Bewegungsrekonstruktionssignale werden von einem Bewegungsfeldinterpolator 96 entsprechend dem Bewegungsfeldinterpolator 38 von Fig. 2 erzeugt. Der Bewegungsfeldinterpolator 38 liefert wie oben angemerkt einen Bewegungsvektor für jedes Bildelement des Bilds und gestattet somit, daß der Einzelbildinterpolator präzise vorhersagt, wie das Bild zu einem beliebigen ausgewähltem Zeitpunkt zwischen empfangenen Einzelbildern ausgesehen haben würde. Die rekonstruierten Empfängerbilder über die Leitungen 86 werden nacheinander in einem Bildpuffer 98 gespeichert und an einen Bewegungskompensator 99 geliefert, der außerdem Signale von dem Bewegungsfeldinterpolator 96 empfängt. Die Ausgabe des Bewegungskompensators 42, die bei Fehlen einer Fehlerkorrektur das erwartete Empfängerbild darstellt, entspricht dem Signal über die Leitungen 51 in dem Sender 8 und wird an den Addierer 100 zur Verknüpfung mit der Ausgabe der Fehlerrekonstruktionsschaltung 76 über die Leitungen 84 geschickt.
Die Sender- und Empfängerschaltungen 8, 12 der Fig. 2 und 3 können, wie beispielsweise in US-A-4,703,350 und US-A-4,816,914 (oben erwähnt) beschrieben, auf vielerlei Weise modifiziert werden. Während diese alternativen Ausführungsformen einer Sender- und Empfängerstruktur sich in verschiedenen Kommunikationskonfigurationen anwenden lassen, hängt die hier beschriebene und beanspruchte Erfindung, die sich auf ein hierarchisches Codierungssystem bezieht, nicht davon ab, welche dieser jeweiligen Senderkonfigurationen verwendet wird, und sie wird deshalb einzig in Verbindung mit der typischen Sender- und Empfängerkonfiguration beschrieben, die oben dargelegt ist.

Der Bewegungsfeldinterpolator (38, 96)

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 erhält der Bewegungsfeldinterpolator 38 von der Rekonstruktionsschaltung 34 über die Leitungen 36 einen Bewegungsverschiebungsvektor für jedes Blockgebiet des Bilds. Bei einem Farbfernsehvideosignal beispielsweise kann ein typisches Luminanzbild eine Blockgröße von 8 · 8 Pixeln aufweisen, während ein typisches Chrominanzbild eine Blockgröße von 4 · 4 Pixeln aufweisen kann. Der Bewegungsfeldinterpolator 38 ordnet dann unter Verwendung eines ausgewählten Interpolationsverfahrens jedem Pixel des Einzelbilds einen interpolierten Bewegungsvektorverschiebungswert zu.
Gemäß dem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird eine potenzierte Kosinusinterpolationsfunktion dazu verwendet, jedem Pixel einen Verschiebungswert zuzuordnen. Die Interpolationsfunktion wird bei 130 gespeichert. Das Eingabevektorfeld ist in einem Puffer 132 gespeichert und weist eine der Blockgröße entsprechende niedrige Auflösung auf.
Gemäß dem vorliegenden Aspekt der Erfindung ist somit jeder Verschiebungsvektor von der Rekonstruktionsschaltung 34 der Mitte eines aus vielen Pixeln bestehenden Gebiets zugeordnet. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sind somit bei einem 4 · 4-Block-Gebiet die Interpolationsvektoren einer Mittenposition zugeordnet, das heißt den Positionen 400, 402, 404, die für einen 4 · 4-Block keinem bestimmten Bildelement zugeordnet sind.
Der von einem Vektorinterpolator 134 (Fig. 4) durchgeführte Interpolationsprozeß arbeitet sowohl in der X- als auch der Y-Richtung. So kann der dem bei 400 zentrierten 4 · 4-Pixel-Blockgebiet zugeordnete Verschiebungsvektor und der entsprechende, dem bei 402 zentrierten Gebiet zugeordnete Verschiebungsvektor beispielsweise bezüglich der X-Richtung interpoliert werden, während die Verschiebungsvektoren bei bei 400 und bei 404 zentrierten Gebieten bezüglich einer Y- Interpolation verwendet werden können. Der Interpolationsprozeß verwendet allgemein mehrere einen relevanten Punkt umgebende Verschiebungsvektoren, um den Wert des Verschiebungsvektors an dem Punkt abzuleiten. Somit wird ein X- und Y-interpolierter Verschiebungsvektorwert durch den Vektorinterpolator 134 gemäß der Interpolationsfunktion zugeordnet, die für jedes Pixel des Bilds verwendet wird. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können andere Interpolationsfunktionen als der potenzierte Kosinus verwendet werden. So kann beispielsweise eine lineare Interpolationsfunktion oder eine trapezförmige Interpolationsfunktion verwendet werden, letztere zum Reduzieren des Berechnungsaufwands.
Die Ausgabe des Senderbewegungsfeldinterpolators 38 oder des Empfängerbewegungsfeldinterpolators 96 (der genauso funktioniert wie der Interpolator 38) wird zu der Vollbewegungskompensationsschaltung 42 in dem Sender 8 und zu der Vollbewegungskompensationsschaltung 80 in dem Empfänger 21 gesendet. Die Vollbewegungskompensationsschaltungen 42 und 80 bewirken unter Verwendung ankommender Einzelbilddaten aus den Bildpuffern 44 beziehungsweise 98 und den Bewegungsfeldinterpolatorausgabedaten in dem Sender die Erzeugung des abgeschätzten Empfängerbilds über die Leitungen 51 und in dem Empfänger das empfangene abgeschätzte Bild über die Leitungen 82. Die Bewegungskompensationsschaltung 42, 80 bildet jede Ausgabepixelposition auf eine Position in dem vorherigen Einzelbild ab, wie durch den dieser Ausgabepixelposition zugeordneten Verschiebungsvektorwert angegeben ist. Die Verschiebungsvektoren werden durch die ihnen zugeordnete Bewegungsfeldinterpolationsschaltung spezifiziert. Insbesondere ist dies unter Bezugnahme auf Fig. 4 die Ausgabe des Vektorinterpolators 134.
Es ergibt sich jedoch für einige Koordinatenpositionen des neuen Bildfelds eine Abbildung von Pixelkoordinaten in dem vorherigen Einzelbild, die nicht auf eine Gitterposition fallen. Das heißt, der interpolierte Bewegungsverschiebungsvektor kann eine Bewegung von beispielsweise 1 1/4 Bildelementen erfordern. In diesen Fällen verwendet die Bewegungskompensationsvorrichtung 42 eine räumliche (oder Pixel-) Interpolation, beispielsweise eine lineare räumliche Interpolation des 2 · 2-Blocks aus Pixeln um die nicht ganzzahlige Position herum, um anhand des vorherigen Einzelbilds einen Pixelwert zu bestimmen. Es könnten natürlich andere Interpolationsfunktionen verwendet werden; so kann beispielsweise der für die nicht ganzzahlige Koordinate des vorherigen Einzelbilds ausgewählte Wert der Wert des am nächsten dazu gelegenen Pixels sein. Alternativ kann eine potenzierte Kosinusinterpolationsfunktion verwendet werden.
Der Bewegungsfeldinterpolator 38 und der Bewegungskompensator 42 können in Hardware, in Software oder in einer Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.

Der verlustbehaftete Kompressor (28)

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet die verlustbehaftete Kompressionsschaltung 28 zum Codieren des Bewegungsabschätzungsausgabesignals ein Blocktransformationscodierungsverfahren.
Die Ausgabe der Bewegungsabschätzungsschaltung 26 sieht im wesentlichen wie ein hochkorreliertes Bild aus, bei dem jedes Bildelement nicht einen Teil eines visuellen Bilds darstellt sondern vielmehr einen Verschiebungswert.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung verwendet die verlustbehaftete Kompressionsschaltung 28 eine diskrete Kosinustransformation. Die Schaltung 28 arbeitet dann beispielsweise an der Verschiebungsvektorausgabe der Bewegungsabschätzungsschaltung 28, um Koeffizientendaten zu liefern, die dann adaptiv einem Schwellwert- und gleichförmigen Quantisierungsprozeß unterzogen werden. Unter diesen Umständen verwendet die Rekonstruktionsschaltung 34 dann die inverse diskrete Kosinustransformation, wie in der Technik wohlbekannt ist.
Unter noch einem anderen Aspekt der Erfindung und wie in dem oben angeführten Patent US-A-4,754,492 beschrieben, können Vorverarbeitungstechniken dazu verwendet werden, das im vorliegenden Text oben beschriebene Transformationsverfahren noch weiter zu verbessern, um die Blockcodierungsartefakte im wesentlichen zu eliminieren. Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der verlustbehaftete Kompressor 28 unter Verwendung einer Kurzraum-Fourier-Transformation implementiert werden, wie etwa der, die in der am 19. März 1985 eingereichten eigenen US-Anmeldung mit der laufenden Nummer 713,478 (US-A-4,703,349) für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur multidimensionalen Signalverarbeitung unter Verwendung einer Kurzraum- Fourier-Transformation beschrieben wird.
Die verlustbehaftete Kompressionsschaltung 28 enthält Datenbandbreitenkompressionselemente zum Steuern und Reduzieren der angewendeten und zum Kanalcodierer 18 geleiteten Bitratenausgabe. Unter Bezugnahme auf Fig. 9, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und bei genauerer Betrachtung des verlustbehafteten Kompressors 28 sieht die Blocktransformation 450, der die Eingabe in den verlustbehafteten Kompressor 28 unterzogen wird, vor, daß jeder Block in einem räumlichen Bereich in ein Array aus Transformationskoeffizienten (von denen einige oder alle Null sein können) umgewandelt werden soll. Diese Koeffizienten werden dann quantisiert und gegebenenfalls einem Schwellwertbildungsprozeß unterzogen, um die Anzahl von von Null verschiedenen Koeffizienten weiter zu reduzieren. Gemäß der Erfindung wird durch einen größeren Schwellwert und/oder eine größere Quantisierungsstufengröße die Anzahl der zu codierenden, von Null verschiedenen Koeffizienten reduziert und weiterhin die Länge der Codewörter reduziert, die erforderlich sind, um die von dem Blocktransformationsverfahren ausgegebenen Koeffizienten zu beschreiben.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Quantisierungsstufengröße für ein Einzelbild vorteilhafterweise vor der Codierung des Einzelbilds vorhergesagt. Von dem verlustbehafteten Kompressor 28 wird als Reaktion auf die Energie in den Bewegungssignalen, wie sie von dem Bewegungsabschätzer 26 über die Leitungen 188 bereitgestellt werden, eine Quantisierungsvorhersage und -steuerung 452 verwendet.
Unter Verwendung der vorhergesagten Quantisierungsstufengröße codiert der verlustbehaftete Kompressor 28 bei 454 beispielsweise mit einer arithmetischen Codierungstechnik die übrigen Blocktransformationskoeffizienten. Dieses in der Faksimiletechnik bekannte Verfahren wird implementiert, um die Positionen der von Null verschiedenen Koeffizienten effizient zu codieren. Die Vorrichtung codiert bei 456 wieder unter Verwendung der arithmetischen Codierungstechnik die quantisierten zu übertragenden, von Null verschiedenen Arraykoeffizientenwerte mit variabler Länge und liefert die Codedaten variabler Länge an den Kanalcodierer 18. (Der verlustbehaftete Kompressor 28 liefert dann die von dem Quantisierer codierten Daten an den Rekonstruierer 34 und alle arithmetisch codierten Daten nur an den Kanalcodierer.)
Bei Betrieb werden die Koeffizienten jedes zur Aktualisierung ausgewählten transformierten Blocks vorbehaltlich einer anfänglichen Schwellwertbildung mit der vorhergesagten Quantisierungsstufengröße quantisiert, und danach werden die Koeffizientenarraypositionen codiert. Somit besteht der Kompressionsprozeß aus verschiedenen Operationen: Quantisierung, Rekonstruktion, Codeworterzeugung und Bitstromerzeugung. Quantisierung, Rekonstruktion und Codeworterzeugung werden in der dargestellten Ausführungsform zusammen ausgeführt.
Für jeden einem Block zugeordneten Transformationskoeffizienten wird der Koeffizientenwert wie oben angemerkt einem Schwellwertabbrechwert und nachfolgender Quantisierung unterzogen. Der hier verwendete Quantisierer ist ein gleichförmiger Quantisierer, und die Schwellwert- und Quantisiererstufengröße können wie oben angemerkt bestimmt werden. Ein typischer Schwellwert beträgt das 1,5fache der Quantisierungsstufengröße, und der erwartete Spitze-Spitze-Wert des zu quantisierenden Signals wird in der dargestellten Ausführungsform in 256 gleiche Stufen unterteilt. Jeder Transformationskoeffizient wird zunächst mit dem Schwellwert verglichen. Falls der Wert des Koeffizienten größer als der Schwellwert ist (entweder positiv oder negativ), dann wird der Koeffizient quantisiert und codiert. Falls der Wert unter dem Schwellwert liegt, dann wird der Koeffizient auf Null gesetzt und nicht codiert.
Für die quantisierten Koeffizienten wird der Wert des Koeffizienten mit der inversen Stufengröße multipliziert. Falls der resultierende Quantisierungswert in der dargestellten Ausführungsform größer als acht Bit ist, dann wird der Koeffizientenwert so abgeschnitten, daß er der größte zulässige Acht-Bit-Wert ist (in der dargestellten Ausführungsform +127 oder -128). Dieser Wert wird dann als Eingabe für die arithmetische Codierung beim Sender verwendet, um das Codewort variabler Länge für den Sender abzuleiten. Der Acht- Bit-Codewortwert wird außerdem beim Sender 8 zum Rekonstruieren des Transformationskoeffizienten verwendet. Der quantisierte Koeffizientenwert wird mit der Stufengröße multipliziert und dem zugeordneten Rekonstruierer für jeden übertragenen Block zur Verfügung gestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die gleiche Schwellwert- und Quantisiererstufengröße für alle einem Einzelbild zugeordneten Koeffizienten verwendet.
Außerdem werden für alle Koeffizienten eines Einzelbilds Wahrscheinlichkeitsabschätzungen verwendet. Bei 454 wird die Quantisierung jedes Transformationskoeffizienten als Teil des Gesamtcodierungsprozesses durchgeführt. Die Codewörter identifizieren die Transformationsarrayposition, der jedes der übertragenen Amplitudencodewörter entspricht.
Wie oben erwähnt, sorgt der verlustbehaftete Kompressor 28 für die Begrenzung der Anzahl von Bit in jedem Einzelbild auf ein konstantes Niveau. Angesichts der Verwendung eines Codes variabler Länge ist es, wie unten beschrieben, unmöglich, die Anzahl erzeugter Bit exakt vorherzusagen, weshalb das Problem nicht "trivial" ist. Mit dem traditionellen Ansatz, den Bitstrom in einem Puffer zu sammeln und einen Überlauf oder Unterlauf des Puffers durch eine Rückkopplungskonfiguration zu verhindern, ist eine unvorteilhaft lange Pufferverzögerungszeit verbunden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die vorbestimmte Anzahl von Bit durch Vorhersagen der Quantisiererstufengröße in Abhängigkeit von der Bewegungseinzelbildenergie approximiert.
Die Vorhersage der Quantisierungsstufengröße, die Codierung und die Decodierung können in Hardware, in Software oder in einer Kombination aus den beiden implementiert werden.

Der verlustbehaftete Kompressor (46)

Wie oben erwähnt, empfängt der verlustbehaftete Kompressor 46 als Eingaben das ursprüngliche uncodierte Signal über die Leitung 22 und das abgeschätzte Empfängerbild darstellende Signale über die Leitungen 51. Der verlustbehaftete Kompressor 46 verwendet diese Signale dazu, um die Differenz zwischen ihnen zu codieren, und gibt das codierte Fehlerrekonstruktionssignal über die Leitungen 52 aus. Dieses Signal korrigiert die meisten, von dem Bewegungskompensationssystem nicht richtig kompensierten Fehler. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein hierarchisches Vektorquantisierercodierungsverfahren und eine hierarchische Vektorquantisierercodierungsvorrichtung verwendet, doch können in anderen Ausführungsformen andere hierarchische Verfahren eingesetzt werden, die wie unten beschrieben eine dezimierte Pyramidenstruktur und Interpolation verwenden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird das abgeschätzte Empfängerbild über Leitung 51 (oftmals als das "verzogene" Bild bezeichnet) und das ursprüngliche, uncodierte Bild über die Leitungen 22 durch die Dezimierungsschaltungen 502 beziehungsweise 504 viermal dezimiert (das heißt, wie unten beschrieben gefiltert und unterabgetastet). Bei jeder Dezimierungsstufe wird das Bild mit einem Faktor von Zwei sowohl horizontal als auch vertikal unterabgetastet. Somit stehen fünf Niveaus von Bildern für das Luminanzbild mit Auflösungen von (in der dargestellten Ausführungsform) 256 · 240, 128 · 120, 64 · 60, 32 · 30 und 16 · 15 Bildelementen für die Luminanz zur Verfügung. Der Satz von Bildern mit den verschiedenen Bildauflösungen wird üblicherweise als eine "Auflösungspyramide" bezeichnet. Die Basis der Pyramide ist das vollaufgelöste Bild, während die Spitze der Pyramide in der dargestellten Ausführungsform das 16 · 15-Pixel-Bild ist.
Ähnliche Auflösungspyramiden werden für die Chrominanzkomponenten "I" und "Q" eines Farbbilds gebildet. Für die folgende Erörterung wird jedoch nur die Luminanzkomponente des Bilds erörtert. Die gleiche Vorrichtung und die gleichen Verarbeitungsschritte lassen sich gleichermaßen auf die Chrominanzkomponenten des Bilds anwenden.
Gemäß dem hierarchischen System wird die Codierung der Bilddifferenz zwischen dem verzogenen Bild und dem ursprünglichen uncodierten Bild durch eine Codierungsschaltung 506 Niveau für Niveau von dem obersten Niveau zu dem untersten Niveau der Auflösungspyramiden durchgeführt. Der Prozeß endet bei dieser Auflösung, wenn zur Videoübertragung keine weiteren Bit zur Verfügung stehen. Während einer mäßigen Bewegung erreicht das System somit in der Regel das untere oder Basisniveau von 256 · 240 Pixeln, während bei einer starken Bewegung die Codierung möglicherweise bei dem Niveau 128 · 120 stoppt. Während eines Szenenwechsels gehen der Vorrichtung in der Regel die Übertragungsbit früher in der Pyramide aus. Große Bildänderungen oder Szenenwechsel werden somit im allgemeinen in der Regel zunächst bei den höheren Niveaus beschrieben, wobei die Details in späteren Einzelbildern eingesetzt werden.
Gemäß einem bevorzugten hierarchischen Codierungssystem, das Vektorquantisierung verwendet, beginnt die Codierung insbesondere beim obersten Niveau, das heißt dem 16 · 15-Bild. Die 16 · 15-Version des verzogenen Bilds wird als die Vorhersage verwendet. Man erinnere sich, daß dies dem (dezimierten) Bild entspricht, das beim Empfänger in Abwesenheit jeglicher weiterer Informationen erzeugt wird. Diese Vorhersage auf oberstem Niveau wird von dem dezimierten 16 · 15-Bild des obersten Niveaus des ursprünglichen Bilds substrahiert. Das Differenzbild, das den Fehler an diesem obersten Niveau darstellt, wird quantisiert, und die quantisierten Informationen werden zu dem Codierer 18 geleitet, um zu dem Empfänger übertragen zu werden. Danach wird das quantisierte Differenzbild auf dem 16 · 15-Niveau zu dem Vorhersagebild addiert, um ein rekonstruiertes 16 · 15- Bild zu bilden, das der Empfänger ebenfalls erzeugt.
Bei den niedrigeren Niveaus wird die Vorhersageversion des Bilds auf andere Weise gebildet. Gemäß der Erfindung wird die Vorhersage aus dem rekonstruierten Bild des höheren Niveaus und von dem verzogenen Bild des aktuellen Niveaus wie folgt abgeleitet.
Zunächst wird ein Interpolationsfehlerbild abgeleitet, indem das verzogene Bild des höheren Niveaus interpoliert und es von dem verzogenen Bild des aktuellen Niveaus subtrahiert wird. Das resultierende verzogene Interpolationsfehlerbild extrahiert somit im wesentlichen die räumlich höheren Frequenzen des verzogenen Bilds, das heißt, in dem Bild des höheren Niveaus nicht vorliegende Informationen. Das rekonstruierte Bild des höheren Niveaus wird dann interpoliert, um ein interpoliertes Rekonstruktionsbild auf dem aktuellen Niveau zu bilden. Schließlich wird das verzogene Interpolationsfehlerbild adaptiv zu dem interpolierten Rekonstruktionsbild addiert, um das Vorhersagebild zu erzeugen. Wie unten beschrieben, wird das verzogene Interpolationsfehlerbild jedoch dort verwendet, wo es die Vorhersage verbessert, sonst aber nicht. Dies wird Block für Block entschieden, und die Entscheidungen werden als "Nebeninformationen" zu dem Empfänger übertragen.
Danach sind die Schritte zum Erzeugen des Differenzsignals bei diesem niedrigeren Niveau die gleichen, wie diejenigen bei dem obersten Niveau, das heißt, das Vorhersagebild des aktuellen Niveaus wird von dem ursprünglichen Bild des aktuellen Niveaus subtrahiert, und diese Differenz wird quantisiert und zu dem Empfänger übertragen. Die quantisierte Differenz wird danach zu dem Vorhersagebild bei diesem Niveau addiert, um ein neues Rekonstruktionsbild zu bilden. Dieser Vorgang wird durch die Auflösungspyramide so lange wiederholt, bis das unterste Niveau erreicht ist. Das rekonstruierte Bild auf dem untersten Niveau ist das Ausgabebild bei diesem Niveau, und es ist dieses Bild, das von dem Decodierer angezeigt wird. Dieses Bild wird außerdem wie oben beschrieben zur Bildung eines verzogenen Bilds für das nächste Einzelbild verwendet. Die Rekonstruktion des verzogenen Bilds beim Sender wird wie oben angemerkt durch die Rekonstruktionsschaltung 48 durchgeführt.
Falls vor Erreichen des untersten Niveaus alle zur Verfügung stehenden Bit verwendet worden sind, werden die Vorhersagen bei den niedrigeren Niveaus immer noch auf die gleiche Weise erzeugt, doch wird keine Codierung, das heißt keine quantisierten Differenzinformationen, zu dem Empfänger gesendet. Stattdessen wird die Vorhersage auf den untersten Niveaus direkt als Ausgabe- oder Rekonstruktionsbild auf diesem Niveau und als das Fehlerrekonstruktionsbild über die Leitungen von der Rekonstruiererschaltung 48 verwendet.

Einzelheiten des hierarchischen Vektorquantisierungscodierungssystems

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird die Auflösungspyramide wie oben erwähnt gebildet, indem bei dieser dargestellten Ausführungsform das höchste Auflösungsniveau des Bilds viermal dezimiert wird. Bei der in Fig. 11 dargestellten eindimensionalen Beziehung wird jedes Paar von Pixeln bei einem niedrigeren Niveau gemittelt, um ein einzelnes Pixel bei einem oberen Niveau zu bilden. Die Situation ist sowohl horizontal als auch vertikal gleich, so daß jedes Bildelement des höheren Niveaus in der Mitte einer 2 · 2-Pixelgruppe des niedrigeren Niveaus positioniert ist. Das Codierungsverfahren sorgt auch dafür, daß mit einem Interpolationsvorgang die Pixel bei einem niedrigeren Niveau anhand eines höheren Niveaus erzeugt werden. Der Interpolationsprozeß wird beispielsweise auf das verzogene und rekonstruierte Bild angewendet, um Bilder zum Verarbeiten beim nächstniedrigeren Niveau zu erhalten, und er wird durch eine bilineare Interpolation bewirkt. Die Interpolationsfaktoren sind 0,75 und 0,25.
In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird arithmetische Codierung dazu verwendet, um sowohl Informationen zur Übertragung von dem verlustbehafteten Kompressor 28 zu codieren, als auch, wie unten ausführlicher erörtert werden wird, skalare Daten von dem verlustbehafteten Kompressor 46 zu codieren. Die arithmetische Codierung ist dem Fachmann wohlbekannt. Insbesondere kann sie vorteilhafterweise auf die Beschreibung der Positionen von von Null verschiedenen Transformations- oder anderen Arrayvariablen angewendet werden. Die Symbolwahrscheinlichkeiten werden je nach den vorher übertragenen Werten und der Sequenzposition des Koeffizienten geändert. Im voraus gespeicherte Wahrscheinlichkeiten werden verwendet, da eine online durchgeführte Adaptation laut Erfahrung des Erfinders bei dieser Anwendung zu keiner wesentlichen Verbesserung führt.
Bei näherer Betrachtung der Codierung der Auflösungspyramiden und unter Bezugnahme auf Fig. 12 haben das ursprüngliche und das verzogene Bild auf dem obersten Niveau eine Auflösung von 15 · 16 Pixeln für die Luminanz beziehungsweise 8 · 8 Pixeln für die Chrominanz. Fig. 12 beschreibt die Verarbeitung der Luminanzkomponente, und die Verarbeitung der nicht gezeigten Chrominanzkomponente kann analog dargestellt werden. Das Vorhersagebild besteht aus dem verzogenen Bild des obersten Niveaus, das ursprünglich durch vier Dezimierungen des verzogenen Luminanz- und Chrominanzbildes erhalten wurde. Der Vorhersagefehler wird erzeugt, indem das Vorhersagebild 510 von dem ursprünglichen uncodierten dezimierten Bild 512 des obersten Niveaus subtrahiert wird. Die Bilddifferenzen über die Leitung 514 werden durch einen skalaren Quantisierer 516 mit einer festen Stufengröße quantisiert. Die quantisierten Informationen über die Leitung 518 werden für jede Komponente, die Y-, die I- und die Q-Komponente getrennt codiert, wobei der gleiche arithmetische Codierer 520 verwendet wird, der auch für die Bewegungsvektortransformationskoeffizienten verwendet wird. Der Codierer 520 verwendet ein Markov-Modell zum Codieren der von Null verschiedenen Datenpositionen. Der Codierer weist in Abhängigkeit davon, ob die den in Fig. 8 dargestellten vier nächsten Nachbarn entsprechenden, bereits codierten vier nächsten Nachbarn Null oder von Null verschieden sind, sechzehn Zustände auf. Die von Null verschiedenen Werte werden durch einen speicherlosen Codierer codiert, der die Acht-Bit- Quantisierungsindizes in den Bitstrom codiert. Das quantisierte Differenzbild wird wie oben erwähnt zu der Vorhersage addiert, und das Resultat ist das Ausgabe- oder Rekonstruktionsbild (über die Leitungen 522) auf dem obersten Niveau.
Der in Verbindung mit dem Vorhersagefehler auf oberstem Niveau verwendete skalare Quantisierer 516 ist ein gleichförmiger Quantisierer mit einer Totzone um Null herum. Die Schwellwerte (T(i)) befinden sich bei:
T (i) = i*T
i = 1, 2, ...,N (Gleichung 1)
Die Rekonstruktionsebenen (R(i)) sind definiert durch:
R(0) = 0
R(i) = (i + Delta*R) 1 = 1, 2, ...,N (Gleichung 2)
Deshalb wird einem Wert von X, wobei X größer als T(k), aber kleiner als T(k + 1) ist, ein Quantisiererindexwert von k zugeordnet und beim Empfänger so rekonstruiert, als wenn er einen Wert R(k) hätte. Der Quantisierer ist außerdem um Null herum symmetrisch und setzt alle Werte mit einer Größe unter T(1) gleich Null.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eliminiert der Quantisierer 516, nachdem gemäß obiger Gleichung eine Quantisierung stattgefunden hat, kleine, von Null verschiedene Werte, die nur von Nullwerten umgeben sind. Das Kriterium zum Setzen eines Wertes auf Null lautet, daß er auf die kleinste, von Null verschiedene Amplitude quantisiert worden ist (das heißt einen Quantisiererindex von plus oder minus Eins), und daß seine acht verbundenen Nachbarn auf einen Wert von Null quantisiert sind. Dieser Vorgang vergrößert die Adressierungseffizienz des arithmetischen Codierers 520 und verringert den Eindruck zufällig erscheinender oder "hochspringender" Blöcke in einem Bild.
Für die niedrigeren Niveaus der Auflösungspyramide wird das Vorhersagebild erzeugt, indem das Ausgabebild des nächsthöheren Niveaus mit dem verzogenen Bild des gleichen Niveaus kombiniert wird. Dann wird der Vorhersagefehler gebildet, indem die Differenz des ursprünglichen Bilds auf dem aktuellen Niveau genommen wird. Das Differenzbild wird unter Verwendung eines Gewinn- /Formvektorquantisierers codiert, und dann wird die quantisierte Differenz zu der Vorhersage addiert, um ein neues Ausgabebild auf dem aktuellen Niveau zu erhalten. Die Y-, I- und Q-Komponente werden als drei getrennte Bilder behandelt.
Bei eingehender Betrachtung der niedrigeren Niveaus wird das Vorhersagebild erzeugt, indem das verzogene Bild auf dem aktuellen Niveau mit dem Ausgabe- und verzogenen Bild des nächsthöheren Niveaus kombiniert wird. Insbesondere wird der Interpolationsfehler des verzogenen Bilds erzeugt, indem das verzogene Bild 524 auf dem aktuellen Niveau und eine interpolierte Version des verzogenen Bilds von dem nächsthöheren Niveau (durch Schaltung 526 interpoliert) verwendet wird. Dieser Interpolationsfehler stellt somit die Differenz zwischen dem verzogenen Bild des aktuellen Niveaus und dem gleichen Bild, das dezimiert und interpoliert worden ist, dar. Wie oben erwähnt enthält es die Details des verzogenen Bilds, die bei der Dezimierung zur Bildung des Bilds des nächsthöheren Niveaus verlorengingen. Das Ausgabebild des nächsthöheren Niveaus wird dann bei der Interpolationsschaltung 527 interpoliert, um ein Bild auf dem aktuellen Niveau zu erhalten. Danach wird der verzogene Interpolationsfehler über Leitung 528 von dem Addierer 530 bedingt zu dem interpolierten Ausgabebild addiert, um die Vorhersage zu bilden. Das heißt, für jeden Block aus 8 · 8 Pixeln wird der quadrierte Fehler zwischen dem bei 532 gespeicherten ursprünglichen Bild und zwei möglichen Vorhersagen bestimmt, das heißt zwischen dem interpolierten Ausgabebild des nächsthöheren Niveaus mit oder ohne die Aufnahme des verzogenen Interpolationsfehlers.
Die Eliminierung des verzogenen Interpolationsfehlers entspricht einer Tiefpaßfilterung des verzogenen Bilds für die Vorhersage. Dieser effektive Filterungsprozeß wird in allen Blöcken durchgeführt, in denen er eine erhebliche Verringerung des Vorhersagefehlers liefert, das heißt in denjenigen Blöcken, in denen die Bewegungskompensation nicht erfolgreich war. Das als "Unscharfmachen" bezeichnete Ergebnis des Filterungsprozesses wird bewirkt, wenn der "unscharf gemachte Fehler", multipliziert mit einem Gewichtungsfaktor wie etwa 1,5 in der dargestellten Ausführungsform, kleiner ist als der Fehler bei Verwendung des verzogenen Interpolationsfehlers. Wenn weiterhin ein 8 · 8-Block bei einem Niveau unscharf gemacht wird, dann wird das Unscharfmachen auf allen niedrigeren Niveaus angewendet, die diesem Teil des Bilds entsprechen. Das heißt, bei dem nächstniedrigeren Niveau wirkt sich das Unscharfmachen auf einen Bereich von 16 · 16 Pixeln und bei einem noch niedrigeren Niveau auf einen Bereich von 32 · 32 Pixeln aus.
Die Unschärfeinformationen erzeugen für jeden 8 · 8-Block ein Ein-Bit-Wort. So gibt beispielsweise eine Eins ein Unscharfmachen und eine Null kein Unscharfmachen an. Die Informationen werden mit einem arithmetischen Codierer 534, wie etwa dem obenerwähnten, codiert, und da jedes Wort nur ein Bit enthält, brauchen die von Null verschiedenen Werte nicht codiert zu werden, nachdem die "Unschärfepositionskarte" codiert worden ist.
Der bestimmte arithmetische Codierer 534 für die Unschärfeinförmationen verwendet fünf binäre Variablen, um einen von zweiunddreißig Zuständen mit entsprechenden Wahrscheinlichkeiten auszuwählen. Die binären Variablen sind die vier vorher codierten Unschärfewörter für benachbarte Blöcke auf dem gleichen Niveau und das Unschärfewort für den Nachbar auf der höheren Ebene, das heißt den Block auf der nächsthöheren Ebene, der dem aktuellen Block entspricht. Der Codierer 524 verwendet somit nicht explizit die Tatsache, daß sich ein Unscharfmachen auf einem Niveau auf niedrigere Niveaus ausbreitet, stattdessen spiegelt sich diese Beziehung in den Wahrscheinlichkeiten wider, daß die verschiedenen Zustände einen von Null verschiedenen Nachbarn auf höherem Niveau aufweisen.
Die Vorhersagefehler selbst werden durch einen Vektorquantisierer 536 codiert. Somit werden auf jedem Niveau die Komponenten Y, I und Q wie drei getrennte Bilder behandelt. Jedes für jedes Niveau erzeugte andere Bild wird somit in Blöcke aus 4 · 4 Pixeln unterteilt. Jeder Block wird dann der "Vektor" und wird durch die Gewinn-/Formvektorquantisierung codiert, indem zunächst die am besten passende Form bestimmt und danach der entsprechende Gewinn angewendet wird. Das Formcodebuch enthält normierte Vektoren (die gemäß dem LBG- Algorithmus ausgewählt sind, wie in der Technik wohlbekannt), und der optimale Formvektor ist derjenige Codebuchvektor, der die höchste Korrelation mit dem zu quantisierenden Datenvektor aufweist. Das heißt, das innere Produkt des Datenvektors weist für den optimalen Formvektor ein Maximum auf. Der Datenvektor wird beim Empfänger als der ausgewählte Formvektor multipliziert mit einem Gewinnfaktor rekonstruiert. Der Gewinn, der für den ausgewählten "Formvektor" den kleinsten quadrierten Fehler ergibt, wird quantisiert, indem aus dem Gewinncodebuch ein Rekonstruktionswert ausgewählt wird. Dies ist die obenerwähnte skalare Quantisierung.
Aus rechnerischen Gründen ist eine eingehende Suche des Formcodebuchs, das in der Regel L = 2**D Formvektoren enthält (wenn D gleich 12 oder 13 ist) in Echtzeit unpraktisch. Stattdessen wird eine Suche in einem binären Baum verwendet, bei der D+1 innere Produkte (im Vergleich zu 2**D inneren Produkten bei einer eingehenden Suche) erzeugt werden müssen. Bei jedem Niveau der Baumsuche wird das innere Produkt zwischen dem Datenvektor und einer im voraus gespeicherten Differenz zwischen zwei Formvektoren erzeugt. Die Entscheidung hängt davon ab, ob das innere Produkt positiv oder negativ ist; und wenn alle D Niveaus der Suche im binären Baum durchquert worden sind, ist der Formvektor bestimmt worden. Danach wird, um den Gewinnfaktor zu erhalten, das innere Produkt zwischen dem ausgewählten Formvektor und dem Datenvektor erzeugt. Dieser Suchvorgang ist in der Technik wohlbekannt.
Bei der dargestellten Ausführungsform besteht das binäre Codebuch mit einer Größe 2**D tatsächlich aus einer Sammlung von Codebüchern verschiedener Größen für jedes Niveau, und auf dem Niveau M existiert ein Codebuch der Größe 2**M, M = 1, 2, ...,D. Bei dem Vektorquantisierer 536 wird mit dieser Struktur die Größe des Formcodebuchs in Abhängigkeit von dem Gewinnfaktor verändert. Somit wird ein kleineres Codebuch der Größe 2**D1, wobei D1 kleiner als D ist, für Blöcke verwendet, bei denen der Gewinn auf den kleinsten, von Null verschiedenen Wert R(1) quantisiert wurde. Bei Blöcken mit einem größeren Gewinn jedoch wird ein Codebuch voller Größe verwendet.
Die Gewinnfaktoren werden wie oben angemerkt durch eine gleichförmige Quantisierung quantisiert, um einen Index mit einem Höchstwert von 2**B zu liefern. Wie oben erwähnt, werden Isolierte eliminiert, und die Codierung wird mit einem arithmetischen Codierer durchgeführt. Die von Null verschiedenen Positionen werden mit fünf binären Variablen (zweiunddreißig Zustände) codiert, die die vier vorher codierten Nachbarn auf dem gleichen Niveau und den Nachbarn auf höherem Niveau beinhalten, der ebenfalls sowohl für den Empfänger wie auch für den Sender zur Verfügung steht. Die von Null verschiedenen B-Bit-Werte werden von einem speicherlosen Codierer codiert.
Die Formvektoren werden unter Verwendung von Codes fester Länge codiert. Für jeden von Null verschiedenen Gewinnwert muß somit der Formvektor übertragen werden. Bei über Eins liegenden Gewinnwerten beschreiben D Bit den Formvektor, während bei Gewinnen mit einem Quantisiererindex gleich Eins das D1 Bit erfordernde, kleinere Codebuch verwendet wird.
Wenn auf das gleiche Bild die Form-/Gewinnvektorquantisierercodierung wiederholt angewendet wird, um das Bild bis zu seiner vollen Auflösung aufzubauen, wird die Codierung immer weniger effizient. Es kommt dazu nicht nur deshalb, weil der Codierungsfehler selbst immer rauschartiger wird, sondern auch weil sich in dem Codebuch die "guten Vektoren" erschöpfen. Der Codierungsfehler wird somit schnell "orthogonal" zu dem Codebuch. Dieser Effekt wird gemäß der beanspruchten Erfindung wesentlich dadurch reduziert, daß die Bildblockgrenzpositionen von Einzelbild zu Einzelbild geändert werden. Bei den unteren Niveaus werden die Blöcke deshalb von Einzelbild zu Einzelbild bevorzugt entlang sowohl der horizontalen als auch der vertikalen Achse um einige wenige Pixel verschoben. Durch diesen Prozeß wird die effiziente Codierung in dem System erheblich gesteigert.
Die übrigen Niveaus können mit den auf das (30 · 32)- Niveau angewendeten Prozeduren und unter Verwendung von Äquivalente n der Elemente 524, 526, 527, eines Addierers 538 und der Elemente 530, 534 und 536 codiert werden, doch mit der Ausnahme, daß die Bilddaten bei der bevorzugten Ausführungsform wie unten beschrieben codiert werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liefert das System auf dem obersten Niveau kein adaptives Unscharfmachen, und es wird reine skalare Quantisierung verwendet. Auf dem nächsten Niveau, dem 32 · 30-Niveau für die Y-Komponente und dem 15 · 16-Niveau für die Chrominanz-Komponenten wird der verzogene Interpolationsfehler selektiv zu den interpolierten Ausgabebildern von dem obersten Niveau addiert, weshalb auf diesem Niveau Unschärfeinformationen übertragen werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch in der dargestellten Ausführungsform keine Codierung der Bildinformationen, das heißt des Ausgabebildfehlers, durchgeführt. Die Vorhersagebilder sind selbst die Ausgaben dieses Niveaus. Bei den drei unteren Niveaus, die alle identisch behandelt werden, wird eine adaptive Unscharfmachung verwendet, wenn die Vorhersagebilder erzeugt werden, und der Vorhersagefehler wird unter Verwendung der Gewinn-/Formvektorquantisierung codiert. Dies ist schematisch in Fig. 12 gezeigt.
Die primäre Strategie für den Codierungsprozeß besteht darin, zum Codieren jedes Einzelbilds eine feste Anzahl von Bit zu Verwenden. Die Codierung beginnt mit dem obersten Niveau und arbeitet sich durch die pyramidenförmige Niveaustruktur bis zu dem untersten Niveau durch, und auf allen Niveaus mit Ausnahme des untersten Niveaus werden feste Quantisierer verwendet. Für jedes Niveau werden die Quantisierercharakteristiken auf der Basis subjektiver Bildqualitätskriterien ausgewählt. Auf dem untersten Niveau jedoch wird der Quantisierer so gewählt, daß die Anzahl erzeugter Bit ungefähr gleich der Anzahl der immer noch für das Bild verfügbaren Bit ist.
Bei starker Bewegung jedoch werden möglicherweise alle verfügbaren Bit verwendet, bevor das unterste Niveau erreicht ist. In diesem Fall kann der Quantisierer beispielsweise für das zweitunterste Niveau selektiv eingestellt werden, um die gewünschte Anzahl von Ausgabebit für das Einzelbild bereitzustellen. Auf dem untersten Niveau wird somit, während die Vorhersage immer noch auf übliche Weise erzeugt und die Unschärfeinformationen codiert und übertragen werden, keine Vektorquantisierung durchgeführt, und das Vorhersagebild selbst ist stattdessen das Ausgabebild.
Bei der dargestellten Ausführungsform können einige Umstände auftreten, beispielsweise ein Szenenwechsel, wenn es möglicherweise unmöglich ist, sogar das zweitniedrigste Niveau zu codieren. In diesem Fall endet die Codierung bei dem nächsthöheren Niveau (60 · 64 für Luminanz und 30 · 32 für Chrominanz). Wenn die Codierung auf diesem Niveau mehr Bit erzeugt als die gewünschte Anzahl von Bit pro Einzelbild, dann wird die Codierung weiterhin durchgeführt und die Einzelbildrate verlangsamt sich vorübergehend wegen der großen Anzahl von Bit, die erzeugt werden. Für die beiden untersten Niveaus wird die Vorhersage wie üblich erzeugt und die Unschärfeinformationen werden übertragen, doch wird keine Vektorquantisierung durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden beim Empfänger 21 die übertragenen und codierten Daten decodiert und das neue Einzelbild wird erzeugt. Insbesondere werden die die Auflösungspyramiden darstellenden Daten durch die Rekonstruktionsschaltung 76 von der Spitze der Pyramide nach unten bis zum Boden Niveau für Niveau decodiert. Bei dem obersten Niveau wird das quantisierte Differenzbild decodiert und (in dem selektiven Addierer 100, der eine Dezimierungsschaltung enthält) zu dem verzogenen Bild auf diesem Niveau addiert. Dadurch wird das Ausgabebild auf dem obersten Niveau rekonstruiert. Die unteren Niveaus werden dann durch den Addierer 100 rekonstruiert, indem zuerst mit den über die Leitungen 84 von der Rekonstruktionsschaltung 76 verfügbaren, übertragenen Unschäfeinformationen die Vorhersage gebildet und dann das Differenzbild decodiert und es selektiv zu dem Vorhersagebild addiert wird, um für dieses Niveau ein neues rekonstruiertes Bild zu bilden. Der Prozeß wird solange fortgesetzt, bis das unterste Niveau erreicht ist und das Bild des untersten Niveaus zu dem Displaybildpuffer 98 übertragen ist.
Der arithmetische Decodierer, der in einer Reihe von Prozessen verwendet wird, das heißt Decodieren der Bewegungstransformationskoeffizienten, der Unschärfeinformationen und der Bildinformationen von dem verlustbehafteten Kompressor 46, funktioniert wie in der Technik wohlbekannt ist. Da die von Null verschiedenen Positionen unter Verwendung verschiedener Wahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit davon codiert wurden, in welchem Zustand sich der Codierer befand, regeneriert der arithmetische Decodierer den Zustand für jede Position in der Positionskarte, während die Decodierung weiterläuft. Der Zustand bestimmt dann in Kombination mit den codierten Daten, ob für jede Kartenposition eine Null verwendet wird oder nicht.
Nachdem die die Position von von Null verschiedenen Werten angebende Karte decodiert worden ist, werden die B-Bit-Werte decodiert und um Eins inkrementiert und an die entsprechenden Positionen in der Karte gesetzt. Bei genauerer Betrachtung der Erzeugung der Auflösungspyramiden und ihrer Decodierung läuft der Prozeß umgekehrt wie das beim verlustbehafteten Kompressor 46 verwendete Verfahren ab. Da der Empfängerdecodierungsprozeß wie der Codierungsprozeß des Senders 8 abläuft, wird die Vorhersage auf dem obersten Niveau somit anhand des verzogenen Bilds des obersten Niveaus erzeugt. Die Quantisiererindizes werden unter Verwendung des arithmetischen Decodierers decodiert, und das quantisierte Differenzbild wird aus den Quantisiererindizes rekonstruiert und dann zu dem Vorhersagebild addiert, damit man das Ausgabebild des obersten Niveaus erhält (entsprechend dem Addierer 522a und der Ausgabe über die Leitungen 522 des Senders 8). Bei den unteren Niveaus wird die Vorhersage dadurch gebildet, daß der verzogene Interpolationsfehler selektiv zu dem interpolierten Ausgabebild von dem nächsthöheren Niveau addiert wird (entsprechend dem Addierer 530 in dem Sender). Dieses Ausgabebild und das verzogene Bild bei dem nächsten Ausgabeniveau werden interpoliert, um Bilder auf dem aktuellen Niveau zu erhalten. Die Unschärfeinformationen werden unter Verwendung des arithmetischen Decodierers decodiert, und dann wird in jedem 8 · 8-Block der interpolierten Ausgabe des höheren Niveaus, für den der Unschärfecode Null ist, die Differenz zwischen dem verzogenen Bild des aktuellen Niveaus und dem interpolierten verzogenen Bild des höheren Niveaus addiert (entsprechend Addierer 538 des Senders).
Auf allen unteren Niveaus werden gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die vektorquantisierten Informationen decodiert, indem zunächst die Gewinnwerte unter Verwendung des arithmetischen Decodierers und dann für die von Null verschiedenen Werte die Formindizes decodiert werden. Für jeden Block mit einem Gewinnquantisiererindex von Eins wird aus dem Bitstrom ein D1-Bit-Wort extrahiert, um den Formvektor anzugeben, während für Blöcke mit einem über Eins liegenden Index ein Bitwort mit Länge D aus dem Bitstrom extrahiert wird. Das Differenzbild wird rekonstruiert, indem man den Formvektor aus dem entsprechenden Codebuch nimmt und ihn mit dem Gewinnwert skaliert. Dies geschieht für jeden von Null verschiedenen 4 · 4- Pixelblock. Das Ausgabebild wird danach gebildet, indem diese rekonstruierte Differenz zu der Vorhersage addiert wird. (Dies entspricht der Operation des Addierers 540 des Senders.) Das Ausgabebild von dem untersten Niveau in dem letzten rekonstruierten Bild wird dann auf den Displaybildpuffer als das letzte Ausgabebild übertragen.
Der dargestellte verlustbehaftete Kompressor 46 kann in Hardware, in Software oder in einer Kombination daraus implementiert werden.

Der Bewegungsabschätzer

Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 6 verwendet die Bewegungsabschätzungsschaltung 26 zur Bestimmung der Verschiebungsvektoren eines Eingabesignals gemäß der dargestellten Ausführungsform einen Ansatz mit iterativem räumlichem Bereich, der durch einen Fehlerminimierungsprozeß schnell konvergiert. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein adaptives Verfahren mit einem Ansatz des steilsten Abstiegs eingesetzt. Das Verfahren weist ein gutes Konvergenzverhalten auf.
In Hinman, B., "Theory and Application of Image Motion Estimation", Doktorarbeit M.I.T. (1984), beschreibt Gleichung 3.12 die Iterationen zum Bestimmen eines Verschiebungsvektors v für ein Pixel mit einer Position in einem Bild f. Das neue Bild wird durch g dargestellt. Diese Gleichung ist hier als Gleichung 3 reproduziert, wobei "i" einen früheren Wert des Verschiebungsvektors und "i + 1" einen nächsten Wert des Verschiebungsvektors darstellt.
vi+1 = vi - 2e [g(p) - f(p - vi)] (·) f(p - vi) (Gleichung 3)
Gleichung 3 kann gemäß Fig. 6 implementiert werden, wobei die eingegebenen g- und f-Einzelbilder in den Puffern 200 beziehungsweise 202 gespeichert werden. Der Gradientenwert des Einzelbilds wird durch einen Gradientencomputer 204 bestimmt, und räumliche Interpolatoren 206, 208 liefern die durch die Summierung in Gleichung 3 erforderlichen Werte von f. Ein Summierelement 210 und ein Multiplikationselement 212 liefern den Fehlergradientenwert, der in einem Akkumulator 214 akkumuliert wird. Die Ausgabe des Akkumulators 214 wird durch einen Stufengrößenadapter 215 bei einem Multiplizierer 216 multipliziert und mit dem Ergebnis wird der Vektorverschiebungswert in einem Akkumulator 218 aktualisiert. Der Akkumulator 214 empfängt den Anfangsvektorvorhersagewert von einer Vorhersagehardware 220.
Die aktualisierten Vektoren werden von den Interpolatoren 206 und 208 beim Bestimmen der Werte von "f" verwendet, und das Vektorausgabefeld wird in einem Puffer 222 gespeichert. Die ganze Vorrichtung arbeitet unter der Steuerung einer Systemsteuereinheit 224, die den Wert der Fehlergradientenakkumulatorausgabe überwacht und als Reaktion darauf die Stufengröße adaptiv ändert.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 7 sorgt ein durch Gleichung 3 definiertes verbessertes Verfahren zum Implementieren des adaptiven Bewegungsabschätzers 26 mit iterativem räumlichem Bereich mit Fehlerminimierung mit steilstem Abstieg für die Verwendung eines einzelnen Interpolators 240, der an dem f-Einzelbild arbeitet, und einer Gradientenberechnungsschaltung 242, die dann an der interpolierten Wertausgabe des Interpolators 240 arbeitet. Aus dieser Schaltung 242 resultiert die Eliminierung einer der Interpolatoren von Fig. 6, wobei Hardware und/oder Software eingespart wird.
Bei Verwendung dieses Verfahrens sind die drei wichtigen Parameter die Anfangsstufengröße e, der Stopp- oder Abbruchschwellwert T und der Prädiktorsatz ak. Die Anfangsstufengröße spielt eine wichtige Rolle beim Bestimmen der Rate, mit der das Verfahren auf die Bewegungsvektorverschiebung konvergiert. Wenn e mit einem sehr kleinen Wert gewählt wird, erfordert das Verfahren eine exzessive Anzahl von Iterationen, bevor es eine ausreichend kleine Nachbarschaft des Minimums erreicht. Wenn der Wert von e ansteigt, steigt auch die Konvergenzrate an, doch kommt ein Wert, wenn e so groß ist, daß der Suchvorgang ohne zu konvergieren um das Minimum herumschwingt. Der Wert von e muß durch empirische Tests bestimmt werden. Es hat sich herausgestellt, daß bei einer Blockgröße von 4 · 4 ein Wert von 3 · 105 das beste Konvergenzverhalten liefert.
Der Abbruchschwellwert wird mit der Größe des Fehlergradienten mal der Anfangsstufengröße e für jede Iteration verglichen. Dieser Schwellwert muß unter Berücksichtigung zweier Einschränkungen gewählt werden. Zunächst sollte er ausreichend klein sein, so daß eine Verschiebung in der Nähe der eigentlichen Verschiebung erreicht wird. Die zweite und entgegengesetzte Einschränkung besteht darin, daß die Anzahl erforderlicher Iterationen bei Abnahme des Schwellwerts dramatisch ansteigt. Wie bei der Stufengröße muß somit der entsprechende Abbruchschwellwert empirisch gefunden werden. (Wenn die Stufengröße variiert, wie unten beschrieben, wird der Schwellwert T wie oben beschrieben weiterhin mit dem multiplikativen Produkt der Anfangsstufengröße e und dem Fehlergradienten verglichen.)
Bei der empirischen Bestimmung des Abbruchschwellwerts sind zwei Indikatoren von Interesse. Es handelt sich bei ihnen um die mittlere Anzahl von Iterationen pro Block und die bewegungskompensierte Einzelbilddifferenzenergie. Um den besten Wert von T zu finden, läßt man den Abschätzung- und Kompensationsprozeß mehrere Male laufen. Beginnend mit einem kleinen Abbruchschwellwert wird ein Mindestwert der bewegungskompensierten Einzelbilddifferenzenergie bestimmt. Wenn der Schwellwert ansteigt, fällt die mittlere Anzahl von Iterationen stetig ab, während die bewegungskompensierte Einzelbilddifferenzenergie im wesentlichen konstant bleibt. Es wird jedoch schließlich ein Wert des Schwellwerts erreicht, bei dem die abgeschätzten Verschiebungen unpräzise werden und die bewegungskompensierte Einzelbilddifferenzenergie mit der Zunahme beginnt. Bei der Suche nach dem Wendepunkt in der bewegungskompensierten Einzelbilddifferenzenergie als Funktion von T hat sich ein Wert von 7 · 103 als der angemessenste herausgestellt. Dieser Schwellwert entspricht einer kleinsten Vektoraktualisierung von 7 · 103 Pixeln.
Die Auswahl der Prädiktorkoeffizienten beeinflußt sowohl die mittlere Anzahl der Iterationen als auch die Bewegungskompensationseinzelbilddifferenzenergie.
Die Auswahl des Anfangswerts des Verschiebungsvektors für jeden Block wird bei der dargestellten Ausführungsform als eine lineare Kombination aus diesem benachbarten Verschiebungsvektoren gewählt. Unter Bezugnahme auf Fig. 8 liefert das Verfahren mit steilstem Abstieg somit einen Zugang zu den Verschiebungsvektoren über und links von einem vorliegenden Verschiebungsvektor Vo. Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird der vorliegende Verschiebungsvektor somit durch Gleichung 4 definiert als:
V&sub0; = ajVj (Gleichung 4)
Die Werte aj sind die Prädiktorkoeffizienten, während die Werte Vj die vorher bestimmten Verschiebungsvektoren sind.
Die bevorzugten Vektorprädiktoren aj sind a&sub1; = 0,3, a&sub2; = 0; a&sub3; = 0, 4 und a&sub4; = 0, 3. Für diese Werte der Vektorprädiktoren lag in Kombination mit dem Stufenwert und den Schwellwerten, die oben für einen Datensatz angegeben sind, die mittlere Zahl von Iterationen bei 6,71 und die Bewegungskompensationseinzelbilddifferenzenergie lag 14,1 dB unter der nicht-bewegungskompensierten Einzelbilddifferenzenergie.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der ausgewählte Wert von e, die Anfangsstufengröße, adaptiert werden, so daß sie sich als Funktion des Fehlergradienten ändert. Gemäß dieser dargestellten Ausführungsform der Erfindung und unter Steuerung der Systemsteuereinheit 224 wird der Stufengrößenwert somit so adaptiert, daß er sich in Abhängigkeit von dem vorliegenden Gradientenfehlerwert oder dem vorliegenden und einem oder mehreren vorherigen Fehlergradientenwerten so ändert, daß die Stufengröße für die Vektorverschiebung nicht unvernünftig klein wird. Eine Beschreibung der beiden Verfahren zum Auswählen der Stufengröße findet sich in der Doktorarbeit von Hinman und beginnt auf Seite 33.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das zweite Verfahren, das durch die Gleichungen 3.18, 3.19 und 3.20 der Doktorarbeit von Hinman definiert wird, so modifiziert, daß es die Verarbeitungslast des Systems reduziert. Bei dieser Ausführungsform sind die Gleichungen 3.18, 3.19 und 3.20 so modifiziert, daß:
(neue Stufengröße) = (alte Stufengröße) ·α (Gleichung 5) wobei
1,4, falls R > 0
α =
0,3, falls R < 0 (Gleichung 6)
und
und "Gradient E" den Gradienten der vorliegenden x- oder y-Fehlerfunktion darstellt und "Vorzeichen [·]" je nach dem Vorzeichen des Arguments ±1 ist. Die so definierte Gleichung 6 liefert ein drittes Verfahren für einen adaptiven Ansatz mit steilstem Abstieg. Wie oben angemerkt, wird der Abbruchschwellwert T jedoch gegen die Anfangsstufengröße gemessen. Der dargestellte Wert T kann somit als das Produkt aus einer Konstanten mal dem Fehlergradienten definiert werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verhindert die Systemsteuereinheit 224 weiterhin, daß die Verschiebungsinkrementstufengröße größer wird als ein ausgewählter Schwellwert, beispielsweise größer als ein Pixel, und verhindert weiterhin, daß der Höchstwert des Verschiebungsvektors größer wird als ein zweiter ausgewählter Schwellwert, beispielsweise größer als 7 1/2 Pixel. Auf diese Weise erhält man mehr Kontrolle über den Prozeß des steilsten Abstiegs, und Singularitäten, die eine Konvergenz verhindern, können vermieden werden.
Der dargestellte Bewegungsabschätzer kann in Hardware, in Software oder in einer Kombination daraus implementiert werden. Bei einer besonderen Ausführungsform, die hier als Anhang C beigefügt ist, wird eine Softwareimplementierung eines adaptiven Verfahrens und einer adaptiven Vorrichtung mit steilstem Abstieg geliefert.

Adaptive Filterausführungsform

Unter Bezugnahme auf Fig. 13 werden in einer weiteren dargestellten Ausführungsform der Erfindung die von dem verlustbehafteten Kompressor 46 bereitgestellten Unschärfeinformationen eliminiert, und an deren Stelle wird ein selektiv betätigbares adaptives Filter 700 bereitgestellt. Bei der Betätigung dieser Ausführungsform der Erfindung wird für diejenigen Blöcke, bei denen die Bewegungskompensationsdaten präzise sind, das Signal über die Leitungen 56 direkt über das adaptive Filter 700 an den Ausgang davon über die Leitungen 702 angelegt. Für diejenigen Blöcke, bei denen die Bewegungskompensation nicht adäquat ist, wie unten ausführlicher beschrieben wird, kann das adaptive Filter die Ausgabedaten über die Leitungen 56 für den Block effektiv tiefpaßfiltern und liefert über die Leitungen 702 für diejenigen Gebiete, bei denen eine Filterung vorteilhaft ist, eine Tiefpaßversion des Bewegungskompensations-rekonstruierten Empfängerbilds für den Block. Außerdem liefert das adaptive Filter 700 über die Leitungen 704 Filterdaten an den Kanalcodierer 18 zur Übertragung zu dem Empfänger 21 als Nebeninformationen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 14 decodiert der Empfänger 21 die Filterungsinformationen und liefert über die Leitung 708 ein Filterdatensignal. Die restliche Schaltung des Empfängers 21 in Fig. 14 arbeitet auf eine der in Fig. 3 entsprechende Weise, außer daß das Filterdatensignal bestimmt, ob die Bewegungskompensationsdaten für einen Block vor Verwendung tiefpaßgefiltert werden.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung empfängt das hierarchische Codierungsverfahren deshalb Daten, die vor Empfang gefiltert werden. Das Codierungsverfahren liefert deshalb in der dargestellten Ausführungsform keine weiteren Unschärfeinformationen, die zum großen Teil gegenüber den bereits zum Empfänger übertragenen Daten der adaptiven Filterung redundant wären. Bei genauerer Betrachtung des adaptiven Filters stellt wie oben erwähnt die Ausgabe des Bewegungskompensators 42 das empfängerbewegungskompensierte Bild als Ergebnis des Anwendens der Darstellung des codierten Bewegungssignals von dem verlustbehafteten Prozessor 28 auf das vorherige Einzelbild dar, das im Bildpuffer 44 gespeichert ist. Das empfängerbewegungskompensierte Bild kann unter bestimmten Umständen in verschiedenen räumlichen Gebieten (Blöcken) durch selektives Anwenden eines räumlichen Tiefpaßfilters verbessert werden. Zur Entscheidung, ob der Filterungsprozeß an einem Block des empfängerbewegungskompensierten Bilds durchgeführt werden sollte, wird Block für Block ein Vergleich des quadrierten Vorhersagefehlers zwischen dem ursprünglichen Bild und der ungefilterten und gefilterten Vorhersage durchgeführt.
In dieser dargestellten Ausführungsform wird ein Block als eine 8 · 8-Gruppierung von Bildelementen bezeichnet. Für jeden Block wird die Vorhersage ausgewählt, die die kleinste Fehlerenergie aufweist (beispielsweise mit einer Konstanten gewichtet, um ein Bias zugunsten einer ungefilterten Vorhersage zu liefern), und diese Entscheidungsinformationen, die über die Leitung 704 verfügbaren Filterdaten, werden dem Codierer 18 zur Verfügung gestellt. Die Filterdaten werden zu dem Empfänger gesendet, damit er während des Empfängerbildrekonstruktionsprozesses an jedem entsprechenden Block die gleiche Operation wie der Sender 8 vornehmen kann. Der Empfänger 21 decodiert und liefert die Filterdaten an den Bewegungskompensator 99 über die Leitungen 708. Nachdem für einen Block die Entscheidung hinsichtlich adaptiver Tiefpaßfilterung getroffen worden ist, wird das resultierende Blockbild, ob gefiltert oder nicht, wie oben erwähnt als das abgeschätzte Empfängerbild über die Leitungen 702 verwendet.
Das adaptive Filter weist vier Operationsstufen auf. Zunächst wird der Block tiefpaßgefiltert. Zweitens wird sowohl für die gefilterte als auch ungefilterte Version des Blocks im Vergleich mit dem ursprünglichen Bild eine Energiemessung vorgenommen. Drittens wird eine Entscheidung getroffen, um zu bestimmen, ob anstelle des ungefilterten empfängerbewegungskompensierten Bilds der tiefpaßgefilterte Block eingefügt werden sollte. Schließlich werden die die Filterverwendung für jeden Block beschreibenden Informationen codiert (die Filterdaten auf den Leitungen 704) und an den Codierer 18 gesendet. Weitere Einzelheiten über die Operation des adaptiven Filters sind in dem obenerwähnten Patent US- A-4,816,914 beschrieben.
Das hierarchische Codierungsverfahren und die hierarchische Codierungsvorrichtung, die oben beschrieben sind, können vorteilhaft auch in Verbindung mit der Übertragung einer Sequenz von Bildern verwendet werden, bei denen keine Bewegungskompensation vorgesehen ist. In diesem Fall ist das abgeschätzte Empfängerbild beispielsweise über die Leitungen 51 in Fig. 2 das rekonstruierte Empfängerbild, das als die Einzelbildausgabe des Bildpuffers 44 über die Leitungen 64 bezeichnet ist. Weiterhin brauchen das eingegebene Bild über die Leitungen 22 und das abgeschätzte Empfängerbild über die Leitungen 51 nicht individuell durch den verlustbehafteten Kompressor 46 dezimiert zu werden, sondern können (wobei auf Fig. 15 Bezug genommen wird) in eine Differenzschaltung 720 eingegeben werden, deren Ausgangssignal, das das Fehlersignal am Empfänger darstellt, dann zur Dezimierung und hierarchischen Codierung gemäß der oben beschriebenen Erfindung in einen verlustbehafteten Kompressor eingegeben werden kann. Beim Empfänger würden der Bewegungskompensator 99 und die ihn betreffende Schaltung analog eliminiert werden, wenn keine Bewegungskompensation verwendet würde. Analog würde die Rekonstruktionsschaltung 76 gemäß der Senderoperation modifiziert werden, um die Fehlerbilddarstellung über die Leitungen 84 zu rekonstruieren, wenn die Schaltung von Fig. 15 verwendet wird. Diese Änderungen sind für den Fachmann offensichtlich.
Für den Fachmann ergeben sich Zusätze, Abzüge, Löschungen und andere Modifikationen der bevorzugten besonderen Ausführungsformen der Erfindung, und diese liegen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims

1. Verfahren zur Kodierung von Datenwerten für die Darstellung von Bilddaten bei einem Bildübertragungssystem, dargestellt als mehrdimensionale Matrix von Datenwerten, mit den Schritten:

Quantisieren der genannten Datenwerte, auf Null setzen sämtlicher quantisierter Datenwerte, die einen Nullwert für jeden ihrer nächsten Nachbarn besitzen, und Anwenden von Vektorquantisierungskodierung auf die übrigen Datenwerte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix eine zweidimensionale Matrix ist und acht nächste Nachbarn besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Bewegungskompensierung des Bildübertragungssystems, um eine Sequenz von Bildern über einen Kommunikationsweg zu übertragen.