DE69529888T2

DE69529888T2 - Einrichtung und Verfahren zur Quantisierung

Info

Publication number: DE69529888T2
Application number: DE69529888T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Fujimori; Kunio Kawaguchi; Tetsujiro Kondo; Kenji Takahashi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: KR960028561A; DE69529888D1; US5706009A; KR100423226B1; EP0720375A3; EP0720375B1; EP0720375A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Quantisiervorrichtung zum Übertragen oder Aufzeichnen eines Fernsehsignals oder dergleichen sowie ein Quantisierverfahren hierfür.

Beschreibung der einschlägigen Technik

Als Nächstes werden zwei Probleme im Stand der Technik beschrieben.
Zunächst ist ein Vorhersagecodierverfahren zum Komprimieren der Sendeinformationsmenge eines digitalen Audiosignals, eines digitalen Bildsignals usw. bekannt. Zum Beispiel wird bei eindimensionaler DPCM die Differenz zwischen einem Eingangsabtastwert und einem Vorhersagewert in zeitlicher Richtung erzeugt. Andererseits wird bei zweidimensionaler DPCM die Differenz zwischen einem Eingangsabtastwert und einem Vorhersagewert in räumlicher Richtung erzeugt. Da ein digitales Informationssignal in zeitlicher und räumlicher Richtung Korrelation aufweist, konzentriert sich die Differenz um null herum. Demgemäß kann das Differenzsignal mit kleinerer Anzahl von Bits als der Anzahl der Quantisierungsbits quantisiert werden. Demgemäß kann die Informationsmenge verringert werden. Außerdem kann die Informationsmenge weiter verringert werden, wenn ein Codierprozess mit variabler Länge unter Verwendung der Konzentrationscharakteristik der Verteilung des Differenzsignals ausgeführt wird.
Bei einer herkömmlichen Quantisiervorrichtung, die ein Differenzsignal behandelt, wird in feiner Weise die Quantisierungsschrittbreite um null herum spezifiziert. Wenn der Pegel groß wird, wird die Quantisierungsschrittweite grob spezifiziert. Diese Quantisiervorrichtung wird als nichtlineare Quantisiervorrichtung bezeichnet. Bei herkömmlichen Quantisiervorrichtungen, einschließlich der nichtlinearen Quantisiervorrichtung, werden alle möglichen Differenzsignalpegel quantisiert. Wenn z. B. ein Abtastwert (ein Pixel) eines digitalen Bildsignals mit acht Bits quantisiert wird, liegen die Werte des Differenzsignals im Bereich von -255 bis +255. Bei der herkömmlichen Quantisiervorrichtung wird der gesamte Bereich für den guantisierprozess genutzt.
Bei der herkömmlichen Quantisiervorrichtung nimmt die Quantisiergenauigkeit ab, wenn die Anzahl der Quantisierungsbits erhöht wird, da der gesamte Bereich des erzeugten Differenzsignals quantisiert wird. Wenn dagegen die Anzahl der Quantisierungsbits erhöht wird, nimmt die erzeugte Datenmenge zu. Demgemäß können, wenn ein Signal decodiert wird, ein Audiosignal und ein Bildsignal nicht mit zufriedenstellender Qualität erhalten werden.
Als Nächstes wird das zweite Problem beschrieben.
Herkömmlicherweise werden Bilder wie Fernsehsignale oder dergleichen codiert und komprimiert, um sie zu übertragen und aufzuzeichnen. Die Fig. 26 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung für Codierung mit adaptivem Dynamikbereich (ADRC = adaptive dynamic range coding) als Beispiel einer Codiervorrichtung zeigt. Die Daten jedes Blocks aus acht Pixeln · acht Zeilen (nachfolgend als (8 · 8)-Block bezeichnet, werden von einem Eingangsanschluss 251 geliefert. Die Eingangsdaten des (8 · 8)-Blocks werden an eine Maximalwert-Erfassungsschaltung 252, eine Minimalwert-Erfassungsschaltung 256 und eine Subtraktionsvorrichtung 258 geliefert. Die Maximalwert-Erfassungsschaltung 252 erfasst den Pegel des Maximalwerts MAX der Pixel des (8 · 8)-Blocks. Der erfasste Maximalwert MAX wird an eine Subtraktionsvorrichtung 253 geliefert. Die Minimalwert-Erfassungsschaltung 256 erfasst den Pegel des Minimalwerts MIN der Pixel des Blocks. Der erfasste Minimalwert MIN wird an die Subtraktionsvorrichtung 253 und 258 geliefert und auch an einem Ausgangsanschluss 257 erhalten.
Die Subtraktionsvorrichtung 253 subtrahiert den Minimalwert MIN vom Maximalwert MAX und erzeugt einen Dynamikbereich DR. Der Dynamikbereich DR wird an eine Schrittweite-Berechnungsschaltung 254 geliefert und auch an einem Ausgangsanschluss 255 erhalten. Die Schrittweite-Berechnungsschaltung 254 berechnet die vorbestimmte Schrittweite aus dem zugeführte Dynamikbereich DR. Die berechnete Schrittweite wird an eine Quantisierungsschaltung 259 geliefert. Die Subtraktionsvorrichtung 258 subtrahiert den Minimalwert MIN von den eingegebenen Daten und normiert diese. Der normierte Wert wird an die Quantisierungsschaltung 259 geliefert. Die Quantisierungsschaltung 259 quantisiert die Eingangsdaten entsprechend der zugeführten Schrittweite. Von der Quantisierungsschaltung 259 wird ein Quantisierungswert Q an einen Ausgangsanschluss 260 geliefert.
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen ADRC-Vorrichtung kann, wenn sich Eingangsdaten auf einen vorbestimmten Pegel (z. B. den Hintergrund wie den Himmel) konzentrieren und wenn der repräsentative Wert der codierten Eingangsdaten vom vorbestimmten Pegel verschieden ist, eine Raumversatzverzerrung auftreten. Wenn z. B. einer von zwei benachbarten Blöcken im Hintergrund wie dem Himmel dunkel (geringe Helligkeit) ist, wie bei einem Schatten, wird die Differenz ihrer jeweiligen Werte groß, da die Dynamikbereiche der zwei Blöcke stark verschieden sind. Demgemäß wird die Grenze der benachbarten Blöcke erkennbar.
Außerdem offenbart das Dokument US 4,953,019 eine Bildsignal-Codiervorrichtung, bei der eine Anzahl von Pixeldaten in einem Eingangsbildsignal in mehrere Blöcke unterteilt wird. Für jeden der Blöcke wird ein Paar von Bezugswertdaten erzeugt. Auf Grundlage dieser Bezugswertdaten werden die Pixeldaten des Blocks codiert, dann erneut decodiert und verglichen, um Fehler zwischen ihnen zu erkennen. Die Bezugswertdaten werden entsprechend dem Erkennungsergebnis korrigiert und die Pixeldaten des Blocks werden neu codiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts des Vorstehenden ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, eine Quantisiervorrichtung zum Verbessern der Wiederherstellgenauigkeit und der Qualität eines wiederhergestellten Signals, das quantisiert wurde, und ein zugehöriges Quantisierverfahren zu schaffen.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, eine Quantisiervorrichtung, die es ermöglicht, einen quantisierten Wert von null auf den Wert null zu dequantisieren und eine optimale Quantisierungsschrittweite zu spezifizieren, und ein zugehöriges Quantisierverfahren zu schaffen.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist es, eine Quantisiervorrichtung zum Codieren von Eingangsdaten auf solche Weise, dass auf einem vorbestimmten Pegel konzentrierte Pixel auf denselben Pegel decodiert werden, und ein zugehöriges Quantisierverfahren zu schaffen.
Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben durch die im Anspruch definierte Quantisiervorrichtung, das im Anspruch 15 definierte Quantisierverfahren, den im Anspruch 16 definierten Quantisierer und das im Anspruch 20 definierte Verfahren zum Quantisieren von Pixelinformation gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen dargelegt. Insbesondere ist es bei der Vorrichtung und beim Verfahren, wie sie in den Ansprüchen 1 bzw. 15 definiert sind, wenn die Konzentration der Pegelverteilung des Differenzsignals verbessert ist, nicht erforderlich, das Differenzsignal in den gesamten Pegelbereich zu quantisieren. Demgemäß kann, wenn die Quantisierungsschrittweite festgelegt ist, die Anzahl der Quantisierungs-Ausgangsbits verringert werden, und es kann der Dynamikbereich der Quantisiervorrichtung vergrößert werden. Wenn dagegen die Anzahl der Quantisierungsbits festgelegt ist, kann die Quantisierungsschrittweite fein spezifiziert werden und das Quantisierungsrauschen kann verringert werden. Demgemäß kann ein dequantisierter Wert mit hoher Qualität erzielt werden.
Entsprechend wird beim im Anspruch 16 definierten Quantisierer ein vorbestimmter Pegel für jeden Block für Eingangsdaten erfasst. Es werden ein Kompensationswert und ein Minimalwert MIN addiert, so dass der vorbestimmte Wert ein repräsentativer Wert wird. Die Eingangsdaten werden entsprechend einem Minimalwert MIN' normiert, der entsprechend dem Minimalwert MIN erzeugt wird. Entsprechend dem Minimalwert MIN' werden die Eingangsdaten normiert. Die normierten Eingangsdaten werden quantisiert. So werden ein Dynamikbereich DR, ein Minimalwert MIN' und ein quantisierter Wert q übertragen.
Die obigen sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Quantisiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2A und 2B sind Blockdiagramme, die einen Vorhersagecode-Codierer gemäß der Erfindung zeigen;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das einen Vorhersagecode-Codierer gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines Beispiels eines Vorhersage-Codierprozesses;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Bezugswert-Erfassungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Quantisierungsschrittweite-Ermittlungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsabschnitts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Quantisiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines Differenzsignals;
Fig. 10A und 10B sind schematische Diagramme zum Erläutern eines erfindungsgemäßen Quantisierprozesses;
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Decodiervorrichtung einer Quantisiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12A und 12B sind Blockdiagramme, die eine optimierende Quantisiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen;
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Optimierungsabschnitts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Optimierungsprozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Codierers gemäß der Erfindung für einen Code variabler Länge zeigt;
Fig. 16A bis 16D sind schematische Diagramme zum Erläutern eines in einer Ebene ausgeführten Codierprozesses;
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm, das eine Quantisiervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 18A bis 18D sind Blockdiagramme, die ein Beispiel einer Parametererfassungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen;
Fig. 19A bis 19C sind Blockdiagramme, die ein anderes Beispiel der erfindungsgemäßen Parametererfassungsschaltung zeigen;
Fig. 20 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines hierarchischen Codierprozesses gemäß der Erfindung;
Fig. 21 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines Beispiels des hierarchischen Codierprozesses;
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konstruktion der Codierseite des hierarchischen Codierprozesses zeigt;
Fig. 23 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konstruktion der Decodierseite des hierarchischen Codierprozesses zeigt;
Fig. 24 ist ein Blockdiagramm, das eine Quantisiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 25A und 25B sind schematische Diagramme zum Erläutern einer Erfassungsschaltung für einen vorbestimmten Pegel gemäß der Erfindung; und
Fig. 26 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer herkömmlichen Quantisiereinrichtung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Einem in der Fig. 1 dargestellten Eingangsanschluss 1 wird ein Differenzsignal zugeführt. Das Differenzsignal wird an eine Blocksegmentierschaltung 2 geliefert. Die Fig. 2A und 2B zeigen ein Beispiel eines das Differenzsignal erzeugenden Vorhersagecode-Codierers. In der Fig. 2A wird z. B. in digitales Bildsignal an einen Eingangsanschluss 11 geliefert. Das digitale Bildsignal wird an einen Vorhersageabschnitt 12 und eine Subtraktionsvorrichtung 13 geliefert. Die Subtraktionsvorrichtung 13 subtrahiert einen durch den Vorhersageabschnitt 12 erzeugten Vorhersagewert von jedem Pixelwert und erzeugt als Ausgangssignal ein Differenzsignal.
Das Differenzsignal wird an einen Quantisierungsabschnitt 14 geliefert. Der Quantisierungsabschnitt 14 quantisiert das Differenzsignal mit einer kleineren Anzahl von Quantisierungsbits als es der ursprünglichen Anzahl von Quantisierungsbits entspricht. Die Erfindung ist beim Quantisierungsabschnitt 14 angewandt, und eine zugehörige Ausführungsform ist in der Fig. 1 dargestellt. Der Quantisierungsabschnitt 14 erzeugt ein quantisiertes Ausgangssignal (Quantisierungswert) sowie Nebeninformation. Der Quantisierungswert wird an einen Codierer 15 für einen Code variabler Länge geliefert. Die Nebeninformation wird an einem Ausgangsanschluss 17 erhalten. Tatsächlich wird, wie es in der Fig. 2B dargestellt ist, das Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung 13 an eine lokale Decodiervorrichtung 12' geliefert. Von dieser lokalen Decodiervorrichtung 12' wird ein decodiertes Ausgangssignal an die Subtraktionsvorrichtung 13 geliefert.
Die Fig. 3 zeigt einen Decodierer, der den in den Fig. 2A und 2B dargestellten Codierer entspricht. An Eingangsanschlüsse 21 und 22 werden ein Quantisierungswert bzw. Nebeninformation geliefert. Der Quantisierungswert wird durch einen Decodierer 23 für einen Code variabler Länge codiert. Das Ausgangssignal des Decodierers 23 und die Nebeninformation werden an einen Dequantisierungsabschnitt 24 geliefert. Der Dequantisierungsabschnitt 24 dequantisiert den Quantisierungswert auf einen dequantisierten Wert (repräsentativer Wert).
Der dequantisierte Wert wird vom Dequantisierungsabschnitt 24 an eine Additionsvorrichtung 25 geliefert. Das Ausgangssignal der Additionsvorrichtung 25 wird an einen Ausgangsanschluss 27 und einen Vorhersageabschnitt 26 geliefert. Der Vorhersageabschnitt 26 erzeugt einen Vorhersagewert und liefert diesen an die Additionsvorrichtung 25. Wenn ein Abtastwert zum Auffrischen periodisch eingesetzt wird, um zu verhindern, dass sich Fehler des Decodierers aufsummieren (es werden Auffrischdaten eingegeben), liefert die Additionsvorrichtung 25 den dequantisierten Wert ohne Ausführen des Additionsvorgangs an den Ausgangsanschluss 27.
Die Fig. 4 zeigt einen Teil eines Schirms zum Erläutern eines Beispiels für die Vorhersage. In der Figur repräsentieren a bis h lokal decodierte Pixelwerte. A bis P repräsentieren nicht codierte Pixelwerte. Ein dem Pixelwert A entsprechender Vorhersagewert A' wird aus benachbart liegenden decodierten Pixelwerten erzeugt. Ein Vorhersagewert für den Pixelwert A wird z. B. als A' = 4c - 3(b - f), A' = f + c -d usw. erzeugt. Ein Vorhersagewert für den Pixelwert B, C, ... oder dergleichen wird aus einem lokal decodierten Wert durch ähnliche arithmetische Operationen erzeugt.
Zum Beispiel wird ein Vorhersagewert (z. B. A') von einem tatsächlichen Pixelwert (z. B. A) subtrahiert. (Das heißt, dass Δa = A - A' berechnet wird.) So wird die Differenz Δa erzeugt. Wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, teilt die in der Fig. 1 dargestellte Blocksegmentierschaltung 2 die Differenz in einen aus (4 · 4) Pixeln bestehenden Block auf. Wenn ein digitales Audiosignal gehandhabt wird, wird ein Vorhersagewert in zeitlicher Richtung erzeugt, und dadurch wird ein Block mit einem eindimensionalen Differenzsignal erzeugt.
Als Verfahren zum Verbessern der Konzentration des Differenzsignals wird dieses in einen Block eingeteilt. Die Verteilung der Auftrittshäufigkeit des Differenzsignals eines gesamten Schirms liegt im Bereich von -255 bis +255 mit dem Mittenwert 0. Wenn die Differenz 0 ist, ist die Häufigkeit maximal. Wenn jedoch das Differenzsignal in einen Block eingeteilt wird, konzentriert sich die Pegelverteilung der Differenz stärker als bei der ursprünglichen Verteilung. Hinsichtlich der Verteilung der Differenz des Blocks entspricht die maximale Häufigkeit nicht immer dem Wert 0.
Es besteht eine Tendenz kleiner Wahrscheinlichkeit, dass ein kleinerer Block als ein Schirm einen großen Wert einnimmt. Außerdem ist die Korrelation der Differenz in einem Block stark. Wenn der Helligkeitspegel z. B. in diagonaler Richtung des Blocks-allmählich variiert, stimmt die maximale Häufigkeit nicht mit der Differenz 0 überein. Wie oben beschrieben, ist das Blocksegmentierverfahren ein Beispiel zum Verbessern der Konzentration der Pegelverteilung des Differenzsignals. So kann auch ein andere Verfahren verwendet werden.
Als Nächstes wird, wozu zur Fig. 1 zurückgekehrt wird, eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie oben beschrieben, liefert die Blocksegmentierschaltung zwei ein blockweise unterteiltes Differenzsignal an eine Bezugswert-Erfassungsschaltung 3. Diese Bezugswert-Erfassungsschaltung 3 erfasst einen Maximalwert MAX und einen Minimalwert MIN der Pegelverteilung des blockweise unterteilten Differenzsignals, und sie berechnet einen Dynamikbereich DR ( = MAX -MIN). Die erfassten Bezugswerte DR und MIN werden an eine Quantisierungsschrittweite (Δ)-Ermittlungsschaltung 4 geliefert. Als Bezugswert kann der Maximalwert MAX erfasst werden.
Die Quantisierungsschrittweite-Ermittlungsschaltung 4 ermittelt eine Quantisierungsschrittweite Δ entsprechend der Anzahl der an einem Eingangsanschluss 7 empfangenen Quantisierungsbits N sowie der von der Erfassungsschaltung 3 empfangenen Werte DR und MIN. Die Quantisierungsschrittweite Δ und die Anzahl der Quantisierungsbits N werden an einen Verarbeitungsabschnitt 5 geliefert.
Wenn der Verarbeitungsabschnitt 5 das der Quantisierungsschrittweite Δ entsprechende Differenzsignal quantisiert, erfasst er denjenigen Quantisterungswert, der am nächsten beim Pegel 0 liegt und er gibt an einem Ausgangsanschluss 9c ein Flag FLG aus, das ein den Quantisierungswert repräsentierender Code ist. Um das quantisierte Signal zu dequantisieren wird Information benötigt, die die Quantisierungsbedingung definiert. Bei diesem Beispiel wird die Quantisierungsschrittweite Δ an einem Ausgangsanschluss 9d ausgegeben und übertragen. Als die Quantisierungsbedingung definierende Information kann der Dynamikbereich DR übertragen werden. Bei dieser Ausführungsform kennen sowohl die Codierer- als auch die Decodiererseite die Anzahl der Quantisierungsbits N. Falls erforderlich kann jedoch die Anzahl der Quantisierungsbits N übertragen werden.
Wenn das Differenzsignal 0 ist, ist der Dequantisierungswert vorzugsweise 0, was das Funktionsvermögen verbessert. Um so vorzugehen, werden, wie es in der Fig. 10 dargestellt ist, Verschiebedaten ΔS, die den Verschiebewert repräsentieren, so erzeugt, dass der Dequantisierungwert dem Pegel 0 entspricht. Δ und FLG, die an den Ausgangsanschlüssen 9b und 9c ausgegeben werden, sind Nebeninformation.
Das Differenzsignal wird über eine Verzögerungsschaltung 8 an eine Quantisierungsschaltung 6 geliefert. Die Anzahl der Quantisierungsbits N und die Quantisierungsschrittweite Δ sowie die durch den Verarbeitungsabschnitt 5 erzeugten Verschiebedaten ΔS werden an die Quantisierungsschaltung 6 geliefert. Die Quantisierungsschaltung 6 quantisiert das Differenzsignal entsprechend der Anzahl von Quantisierungsbits N, der Quantisierungsschrittweite D und der Verschiebedaten ΔS. An einem Ausgangsanschluss 9a der Quantisierungsschaltung 6 wird ein Quantisierungswert Q erhalten. Der Quantisierungswert Q wird durch eine in den Fig. 2A und 2B dargestellte Konstruktion mit variabler Länge codiert.
Als Nächstes wird jedes Konstruktionselement der Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Bezugswert-Erfassungsschaltung 3. Die Blocksegmentierschaltung 2 liefert ein blockweise unterteiltes Differenzsignal an einen Eingangsanschluss 31. Das Differenzsignal wird an eine Maximalwert-Erfassungsschaltung 32 und eine Minimalwert-Erfassungsschaltung 33 geliefert. So werden ein Maximalwert MAX und ein Minimalwert MIN des Differenzsignals an eine Subtraktionsschaltung 34 geliefert. Die Subtraktionsschaltung 34 erhält einen Dynamikbereich DR, der der Verteilungsweite des Differenzsignals entspricht. Der Dynamikbereich DR wird an einem Ausgangsanschluss 35 erhalten. Der Minimalwert MIN wird an einem Ausgangsanschluss 36 erhalten.
Unter Berücksichtigung des späteren Prozesses gibt die Maximalwert-Erfassungsschaltung 32 den Wert 0 als Maximalwert MAX aus, wenn der Maximalwert negativ ist. Außerdem erfasst die Minimalwert-Erfassungsschaltung 33 den Wert 0 als Minimalwert MIN, wenn der Minimalwert positiv ist.
Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Quantisierungsschrittweite-Ermittlungsschaltung 4. Die Anzahl der Quantisierungsbits N und der Dynamikbereich DR werden an Eingangsanschlüsse 41 bzw. 42 geliefert. Diese Eingangssignale werden als Adressen an einen ROM 43 geliefert. Eine die Quantisierungsschrittweite Δ erzeugende Tabelle wurde in den ROM 43 eingeschrieben. Anders gesagt, wird die Quantisierungsschrittweite ä entsprechend der folgenden Formel ermittelt:
Δ = DR/2N (1)
Die aus dem ROM 43 ausgelesene Quantisierungsschrittweite Δ wird an einen Ausgangsanschluss 44 erhalten.
Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel des Verarbeitungsabschnitts 5. Die Anzahl der Quantisierungsbits N, die Quantisierungsschrittweite Δ und der Minimalwert MIN werden an Eingangsanschlüssen 51, 52 bzw. 53 zugeführt. Diese Eingangsdaten werden als Adressensignale an ROMs 54 und 55 geliefert. Aus dem ROM 54 wird ein Flag FLG ausgelesen, das denjenigen Quantisierungswert repräsentiert, der am nächsten beim Pegel 0 des Differenzsignals liegt. Aus dem ROM 55 werden die Verschiebedaten 15 ausgelesen. Diese Daten werden an Ausgangsanschlüssen 56 bzw. 57 erhalten.
Eine das Flag FLG erzeugende Formel ist wie folgt gegeben:
FLG = [-MIN/Δ]INT (2)
wobei [·]INT eine ganze Zahl repräsentiert, die "·" entspricht. Im ROM 54 ist eine Tabelle von FLG-Werten gespeichert, die entsprechend MIN-Werten durch die Formel erzeugt wurden.
Wie es in der Fig. 7 dargestellt ist, erzeugt der ROM 55 des Verarbeitungsabschnitts 5 Verschiebedaten ΔS. Wie es durch die folgenden Formeln repräsentiert ist, werden die Verschiebedaten ΔZ für den Wert 0 entsprechend dem Quantisierungswert q erzeugt:
q = [-MIN/Δ]INT (3)
ΔZ = (1/2)Δ + q · Δ + MIN + MIN (4)
ΔS = ΔS + MIN (5)
Die durch diese Formeln repräsentierte Tabelle ist im ROM 55 abgespeichert.
Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel für die Konstruktion der Quantisierungsschaltung 6. Das Differenzsignal wird über die Verzögerungsschaltung 8 an einem Eingangsanschluss 61 zugeführt. Die Verschiebedaten ΔS, die Quantisierungsschrittweite Δ und die Anzahl der Quantisierungsbits N werden an Eingangsanschlüssen 62, 63 bzw. 64 zugeführt. Die Subtrationsvorrichtung 65 subtrahiert die Verschiebedaten ΔS vom Differenzsignal. Die Ausgangsdaten und die Quantisierungsschrittweite ä werden an einen ROM 66 geliefert. Im ROM 66 ist eine Tabelle abgespeichert, die der Division gemäß der folgenden Formel (5) entspricht:
q = [data/Δ)INT (6)
Das Ausgangssignal q des ROM 66 wird als Adresse an einen ROM 67 geliefert. Der ROM 67 führt einen Begrenzungsprozess aus, der später beschrieben wird. Vom ROM 67 wird ein Quantisierungswert Q an einen Ausgangsanschluss 68 geliefert. Wie oben beschrieben, kann, da der Verarbeitungsabschnitt 5 den Quantisierungsbereich so verschiebt, dass der Pegel 0 aufrechterhalten bleibt, der Quantisierungswert q gemäß der Formel (6) ein Unterschreiten oder ein Überlaufen zeigen. Um dies zu verhindern, sollte der Verarbeitungsabschnitt 5 den Begrenzungsprozess ausführen.
q = 2N - 1 wenn q > 2N - 1
q = 0 wenn q < 0 (7)
Demgemäß kann ein N-Bit-Quantisierungswert Q erhalten werden.
Die Fig. 9 zeigt die Häufigkeitsverteilung für ein Beispiel des Differenzsignals für das zu quantisierende Signal. Wie es aus dem Beispiel deutlich ist, wurde einem Bereich, in dem kein Differenzsignal vorhanden ist, ein Bereich zugewiesen. Demgemäß ist die Quantisierungsschrittweite Δ groß, so dass der Quantisierungsfehler erhöht ist. Da die erfindungsgemäße Quantisiereinrichtung einen Code überträgt, der die Position eines Quantisierungswerts entsprechend einem dequantisierten Bezugswert als Nebeninformation repräsentiert, kann der Quantisierungsbereich (Dynamikbereich) bei einer Anzahl von Quantisierungsbits wesentlich erhöht werden, die dieselbe wie die bei der herkömmlichen Quantisiereinrichtung ist.
Als Beispiel wird der Fall beschrieben, dass ein Code, der die Position des Werts 0 als Dequantisierungs-Bezugswert repräsentiert, als Nebeninformation übertragen wird. Wenn die Quantisiereinrichtung die Fehlerdifferenz vorhersagt, führt sie den Quantisierprozess für zwei Bits aus, wobei die Position von 0 durch vier Codetypen (zwei Bits) repräsentiert ist, die der Verteilung des zu quantisierenden Signals entsprechen. Demgemäß wird der Quantisierungsbereich entsprechend der Verteilung des zu quantisierenden Signals verschoben. Demgemäß kann der Quantisierungsbereich (Dynamikbereich) erweitert werden. In der Quantisiereinrichtung für die Vorhersagefehlerdifferenz ist es von großer Bedeutung, 0 als dequantisierten Wert wiederherzustellen. Dies, da dann, wenn 0 nicht wieder als dequantisierter Wert hergestellt wird, der Vorhersagefehler aufsummiert wird und dadurch eine große Bildbeeinträchtigung auftritt.
Durch den hinzugefügten Code wird der Quantisierungsbereich (Dynamikbereich) erweitert. Danach wird der Quantisierungsbereich so verschoben, dass 0 als dequantisierter Wert wiederhergestellt wird. Die Fig. 10A und 10B zeigen den Fall, dass ein linearer 2-Bit-Quantisierprozess ausgeführt wird. Wenn das in der Fig. 10A dargestellte Differenzsignal quantisiert wird, werden der Maximalwert MAX und der Minimalwert MIN der Signalverteilung erfasst, und dadurch wird der Dynamikbereich derselben ermittelt. Wenn der lineare 2-Sit-Quantisierprozess ausgeführt wird, wird der Dynamikbereich durch vier geteilt, wodurch die Quantisierungsschrittweite 0 erhalten wird. Dem Wert Δ entsprechende Daten werden im Bereich von 0 bis 3 quantisiert. Der Bereich dequantisierter Werte läuft von q0 bis q3.
Jedoch weicht bei diesem Beispiel der dem Wert 0 am nächsten liegende dequantisierte Wert q1 in negativer Richtung um ΔZ ab. Um dafür zu sorgen, dass der dequantisierte Wert q1 dem Wert 0 entspricht, wird der Quantisierungsbereich in positiver Richtung um ΔZ verschoben. Nun sind, wie es in der Fig. 10A dargestellt ist, der Maximalwert und der Minimalwert des Quantisierungsbereichs durch MAX' bzw. MIN' bezeichnet. Durch den Verschiebeprozess erhält der dequantisierte Wert q1 den Wert 0. Demgemäß kann verhindert werden, dass sich Vorhersagefehler aufsummieren, wenn der Dequantisierungsfehler 0 ist.
Die Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konstruktion zeigt, bei der ein Dequantisierungswert AUS aus dem Quantisierungswert Q, dem Flag FLG und der Quantisierungsschrittweite Δ, wie durch die in der Fig. 1 dargestellte Quantisiereinrichtung erzeugt, wiederhergestellt wird. Das dem Wert 0 entsprechende Flag FLG wird von einem Eingangsanschluss 71 an einen Speicher 72 geliefert. Wenn die Codierseite den der Formel (2) entsprechenden Prozess für FLG ausgeführt hat, führt der Speicher 72 den Umkehrprozess zum auf der Codierseite ausgeführten Prozess aus. Eine Subtrahiervorrichtung 74 subtrahiert den vom Speicher 72 gelieferten Wert vom über einen Eingangsanschluss 73 zugeführten Quantisierungswert zu. Das Substraktionsergebnis wird an einen Speicher 75 geliefert. Der Speicher 75 führt eine durch die folgende Formel (8) gegebene Arithmetikoperation aus:
AUS = (Q - FLG) · Δ (8)
Das Ergebnis AUS der Arithmetikoperation wird ausgehend von einem Ausgangsanschluss 77 übertragen.
Nun wird eine Konstruktion zum Optimieren der Quantisierungsschrittweite Δ gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Differenz-Quantisiereinrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform verschiebt den Quantisierungsbereich in solcher Weise, dass dafür gesorgt wird, dass der dequantisierte Wert 0 wird, wenn der Eingangsdifferenzwert 0 ist. In den Fig. 10A und 10B sorgt der Verschiebeprozess dafür, dass an beiden Enden des Quantisierungsbereichs Bereiche A und B erzeugt werden. Der Bereich A in der Fig. 10A entspricht [MAX' - MAX]. Jedoch ist gemäß der in der Fig. 10A dargestellten Signalverteilung das zu quantisierende Signal im Bereich A nicht enthalten. Andererseits entspricht der Bereich B [MIN' - MIN]. Da jedoch die Daten in diesem Bereich verschoben sind, können sie nicht repräsentiert werden, sondern sie werden begrenzt. Um dieses Problem zu verhindern, wird die Quantisierungsschrittweite Δ optimiert und es wird eine neue Quantisierungsschrittweite Δ' bestimmt.
Wie es in der Fig. 10A dargestellt ist, werden MAX' und MIN' so optimiert, dass der Quantisierungsbereich um ΔS verschoben ist, um eine Wiederherstellung auf 0 zu erzielen. Dafür existieren die folgenden Bedingungen:
(1) Wiederherstellung auf 0
(2) Bewertungsbereich für die Quantisierungsschrittweite Δ
Die Bedingung (1) "Wiederherstellung auf 0" ist eine wesentliche Bedingung, die für die Quantisiereinrichtung erforderlich ist. Demgemäß wird für die optimierte, neu definierte Quantisierungsschrittweite "der Mittenwert des Quantisierungsbereichs 0. Eine Aufgabe der Bedingung (2) "Bewertungsbereich für die Quantisierungsschrittweite " ist es, die Ermittlung der wesentlichen Quantsierungsschrittweite zu übernehmen und die Quantisierungsschrittweite zu optimieren.
Wenn die Optimierungsbewertung für die gesamte Quantisierungsschrittweite Δ ausgeführt wird, kann abhängig von der zu verwendenden Bewertungsfunktion ein Problem auftreten. Wenn die Quantisierungsschrittweite im Dequantisierungsfehlerbereich bewertet wird, können einige Daten abhängig von der Verteilung des zu quantisierenden Signals vom Quantisierungsbereich abweichen. Demgemäß kann das dequantisierte Signal nicht in Übereinstimmung mit der visuellen Charakteristik stehen. Um dieses Problem zu verhindern, wird, durch Beschränken des Bewertungsbereichs auf die Bedingung (2), die Optimierung entsprechend dem Ermittlungsverfahren für die wesentliche Quantisierungsschrittweite Δ ausgeführt.
Zum Beispiel wird bei der in der Fig. 10A dargestellten Verteilung bei den Anfangswerten MAX', MIN' und 3 der Fall, bei dem der Minimalwert des Quantisierungsbereichs den Wert MIN einnimmt, als Maximalwert der Bewertungswerte der Quantisierungsschrittweite Δ bezeichnet. Andererseits wird der Fall, bei dem der Maximalwert des Quantisierungsbereichs den Wert MAX einnimmt, als Minimalwert der Bewertungswerte der Quantisierungsschrittweite A bezeichnet. In diesem Bereich wird die optimale Quantisierungsschrittweite unter Erfüllung der Bedingung (1) bestimmt. Als Bewertungsbedingung für die Optimierung kann z. B. die Summe der Absolutwerte der dequantisierten Fehler verwendet werden. Durch die oben beschriebene Optimierung wird die in der Fig. 10B dargestellte Quantisierungsschrittweite LV erhalten.
Die Fig. 12A und 12B sind Blockdiagramme, die ein Beispiel der optimierenden Quantisiereinrichtung zeigen. Einem Eingangsanschluss 1 wird ein Differenzsignal zugeführt. Das Differenzsignal wird einer Blocksegmentierschaltung 2 zugeführt. Wie oben beschrieben, führt die Blocksegmentierschaltung 2 eine Unterteilung des Differenzsignals in Blöcke aus, und sie liefert das in Blöcke unterteilte Signal an eine Bezugswert-Erfassungsschaltung 3. Die Bezugswert-Erfassungsschaltung 3 erfasst den Maximalwert MAX und den Minimalwert MIN der Pegelverteilung des in Blöcke unterteilten Differenzsignals, und sie berechnet den zugehörigen Dynamikbereich DR ( = MAX - MIN). Der erfasste Bezugswert DR sowie MIN werden an eine Ermittlungsschaltung 4 für die Quantisierungsschrittweite (Δ) geliefert. Als Bezugswert kann der Maximalwert MAX erfasst werden.
Die Quantisierungsschrittweite-Ermittlungsschaltung 4 ermittelt die Quantisierungsschrittweite ä entsprechend der Anzahl der an einem Eingangsanschluss 7 zugeführten Quantisierungsbits N sowie DR und MIN, wie sie an die Erfassungsschaltung 3 geliefert werden. Ein Optimierungsabschnitt 10 erzeugt eine optimierte Quantisierungsschrittweite Δ" entsprechend der Anzahl der vom Eingangsanschluss 7 gelieferten Quantisierungsbits N, DR und MIN, wie von der Erfassungsschaltung 3 geliefert, des von der Blocksegmentierschaltung 2 gelieferten Differenzsignals sowie der von der Quantisierungsschrittweite-Ermittlungsschaltung 4 gelieferten Quantisierungsschrittweite Δ. Die erzeugte optimierte Quantisierungsschrittweite LV wird gemeinsam mit der Anzahl der Quantisierungsbits N an einen Verarbeitungsabschnitt 5 geliefert.
Wenn der Verarbeitungsabschnitt 5 das der optimierten Quantisierungsschrittweite Δ" entsprechende Differenzsignal quantisiert, erfasst er einen Quantisierungswert vom Pegel 0, und er gibt einen den Quantisierungswert repräsentierenden Code als Flag FLG an einem Ausgangsanschluss 9c aus. Um das Signal zu dequantisieren, ist Information erforderlich, die die Quantisierungsbedingungen definiert. Bei diesem Beispiel wird die optimierte Quantisierungsschrittweite LV an einen Ausgangsanschluss 9b geliefert und übertragen. Als die Quantisierungsbedingungen definierende Information kann der Dynamikbereich DR übertragen werden. Bei dieser Ausführungsform kennen die Codierer- und die Decodiererseite die Anzahl der Quantisierungsbits N.
Jedoch kann, falls erforderlich, die Anzahl der Quantisierungsbits N übertragen werden.
Das Differenzsignal wird über eine Verzögerungsschaltung 8 an eine Quantisierungsschaltung 6 geliefert. Zusätzlich zur Anzahl der Quantisierungsbits N werden die optimierte Quantisierungsschrittweite Δ" und die vom Verarbeitungsabschnitt 5 erzeugten Verschiebedaten ΔS an die Quantisierungsschaltung 6 geliefert. Die Quantisierungsschaltung 6 quantisiert die eingegebenen Signale. An einem Ausgangsanschluss 9a der Quantisierungsschaltung 6 wird ein Quantisierungswert Q erhalten. Wie es in den Fig. 2A und 28 dargestellt ist, ist der Quantisierungswert Q mit einem Code variabler Länge codiert.
Die Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Optimierungsabschnitts 10 zeigt. N (die Anzahl der Quantisierungsbits) DR, MIN und D werden von einem Eingangsanschluss 81, einem Eingangsanschluss 82, einem Eingangsanschluss 83 bzw. einem Eingangsanschluss 84 an einen Bewertungsabschnitt 86 geliefert. Ein im Bewertungsabschnitt 86 bewertetes, in Blöcke unterteiltes Signal wird von einem Eingangsanschluss 85 an einen Speicher 87 geliefert. Der Bewertungsabschnitt 86 spezifiziert eine Quantisierungsschritt-Bewertungsgröße Δ', wobei die Bedingung (1) "Wiederherstellung auf 0" erfüllt ist. Das in Blöcke unterteilte, im Speicher 87 abgespeicherte Signal wird als Daten x1 unter Steuerung durch den Bewertungsabschnitt 86 an einen Speicher 88 geliefert. Der Speicher 88 erzeugt den Absolutwert des Quantisierungsfehlers, entsprechend Δ' und den Daten x1.
Der Speicher 88 führt Arithmetikoperationen entsprechend den folgenden Formeln (9) und (10) aus:
x2 = D - x1 (9)
D = DEC (x1, Δ) (10)
wobei x1 die Eingangsdaten sind; x2 der Absolutwert des Quantisierungsfehlers ist und D der dequantisierte Wert ist.
Außerdem repräsentiert DEC (·) eine Funktion zum Erzeugen eines dequantisierten Werts. Wenn die Quantisierungsschrittweite Δ eingegeben wird, wird aus der Bedingung (1) "Wiederherstellung auf 0" automatisch der Quantisierungsbereich für jeden Quantisierungswert erhalten. So wird der dequantisierte Wert automatisch erhalten. Diese Prozesse werden als Karte des Speichers 88 ausgeführt. Da die Arithmetikoperation gemäß der Formel (9) im Speicher 88 ausgeführt werden kann, führt dieser Speicher 88 beide Prozesse für die Formeln (9) und (10) aus. Eine Additionsvorrichtung 89 addiert im Speicher 88 gespeicherte Daten und in einem Register 90 gespeicherte Daten, und sie erzeugt die Summe der Absolutwerte der Quantisierungsfehler des in Blöcke aufgeteilten Signals, und sie liefert das Ergebnis über ein Register 91 an den Bewertungsabschnitt 86 zurück.
Die Summe der Absolutwerte der Quantisierungsfehler der Bewertungswerte der Quantisierungsschrittweite Δ wird im Bewertungsabschnitt gespeichert. Wenn der Prozess für die Bewertungswerte der Quantisierungsschrittweite Δ abgeschlossen ist, ermittelt der Bewertungsabschnitt 86 eine optimierte Quantisierungsschrittweite Δ" entsprechend dem Minimalwert. Die ermittelte optimierte Quantisierungsschrittweite Δ" wird von einem Ausgangsanschluss 92 aus übertragen. Der Prozess des Bewertungsabschnitts 86 kann durch eine Logikschaltung realisiert werden. Alternativ kann die optimierte Quantisierungsschrittweite Δ" durch ein Programm unter Verwendung einer CPU ermittelt werden.
Der Verarbeitungsabschnitt 5 erzeugt die Werte FLG und ΔS entsprechend der optimierten Quantisierungsschrittweite Δ". Die optimierte Quantisierungsschrittweite Δ" wird vom Eingangsanschluss 52 des in der Fig. 7 dargestellten Verarbeitungsabschnitts 5 geliefert. So werden FLG und ΔS erzeugt. Andererseits wird die optimierte Quantisierungsschrittweite Δ" von einem in der Fig. 11 dargestellten Eingangsanschluss 76 an die Dequantisierungsvorrichtung geliefert. Die Dequantisierungsvorrichtung führt den oben beschriebenen Prozess aus, um das Eingangssignal zu dequantisieren.
Die Fig. 14 zeigt ein Beispiel eines Software-Flussdiagramms zum Optimieren der Quantisierungsschrittweite. In einem Schritt 101, "Ermitteln des Bewertungsbereichs", wird der Bewertungsbereich für die Quantisierungsschrittweite Δ entsprechend der Anzahl von Quantisierungsbits N, dem Minimalwert MIN und dem an den Optimierungsabschnitt 10 gelieferten Dynamikbereich DR ermittelt. In einem Schritt 102, "Initialisieren des Bewertungswerts", wird ein Anfangswert des Bewertungswerts der Quantisierungsschrittweite Δ spezifiziert. In einem Schritt 103, "Erfassen der Summe von Fehlern", wird ein Bewertungsfunktionswert für den Bewertungswert jeder optimierten Quantisierungsschrittweite Δ erfasst. Bei diesem Beispiel wird die Summe der Absolutwerte der dequantisierten Fehler des Signals als Bewertungsfunktion verwendet. In einem Schritt 104 "Registrieren der Summe von Fehlern", wird der Bewertungswert jeder erfassten Quantisierungsschrittweite registriert. In einem Schritt 105 "Aktualisieren des Bewertungswerts", wird der Bewertungswert der Quantisierungsschrittweite ä aktualisiert.
In einem Schritt 106, "Ende des Bewertungsbereichs", wird ermittelt, ob der im Schritt 101, "Ermitteln des Bewertungsbereichs" ermittelte Bewertungsbereich vollständig ist oder nicht. Wenn der Bewertungsbereich vollständig ist, geht der Ablauf zu einem Schritt 107, "Erfassen der Summe minimaler Quantisierungsfehler" weiter. Wenn der Bewertungsbereich nicht abgeschlossen ist, geht der Ablauf zum Schritt 103, "Erfassen der Summe von Fehlern" weiter. In einem Schritt 107, "Erfassen der Summe minimaler Quantisierungsfehler", wird die Quantisierungsschrittweite Δ mit der minimalen Summe der Absolutwerte erfasst. In einem Schritt 108, "Ermitteln und Ausgeben von wird die erfasste Quantisierungsschrittweite Δ als optimierte Quantisierungsschrittweite Δ" ermittelt und ausgegeben. Im Ergebnis ist dieses Flussdiagramm abgeschlossen.
Die Fig. 15 zeigt ein Beispiel eines Codierers für einen Code variabler Länge, der mit dem in der Fig. 1 dargestellten Ausgangsanschluss 9a verbunden ist. Wie oben beschrieben, wird von der Quantisierungsschaltung 6 an eine Schaltung 112 für Codierung in einer Ebene über einen Eingangsanschluss 111 ein Quantisierungswert Q geliefert. Wie es in der Fig. 16C dargestellt ist, wird der Quantisierungswert Q durch z. B. einen 2-Bit-Code repräsentiert. Nachdem das Differenzsignal blockweise unterteilt wurde, wie es in der Fig. 16A dargestellt ist, wird der 2-Bit-Quantisierungswert für jeden Block durch die Quantisierungsschaltung 6 erzeugt (siehe die Fig. 16B).
Die Schaltung 112 für Codierung in der Ebene unterteilt einen 2-Bit-Quantisierungswert in eine aus MSBs (höchstsignifikante Bits) bestehende MSB- Ebene und eine aus LSBs (geringstsignifikante Bits) bestehende LSB-Ebene, wie es in der Fig. 16D dargestellt ist. Die MSB-Ebene ist ein Satz von MSBs von 2-Bit-Quantisierungswerten. Die LSB-Ebene ist ein Satz von LSBs von 2- Bit-Quantisierungswerten. Eine Codierschaltung 113 für einen Code variabler Länge führt einen Lauflängen-Codierprozess (z. B. MMR (modifizierte MR)) für jede zugeführte Bitebene aus. Im Ergebnis wird an einem Ausgangsanschluss 114 ein Quantisierungswert Q' für die Ebene erhalten.
Die Fig. 17 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Ausführungsform der Erfindung anzeigt. Bei dieser Ausführungsform werden Quantisiereinrichtungen entsprechend einer Anzahl von Mustern (Parametern) zur Pegelverteilung eines eingegebenen Differenzsignals umgeschaltet. Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Differenzsignal an einen Eingangsanschluss 121 geliefert. Dieses Signal wird an eine Blocksegmentierschaltung 122 geliefert. Die Blocksegmentierschaltung 122 führt eine blockweise Unterteilung des Differenzsignals aus. Das blockweise unterteilte Signal wird an eine Umschaltvorrichtung 123 und eine Parameterentnahmeschaltung 124 geliefert. Die Parameterentnahmeschaltung 124 erzeugt ein Umschaltsignal zum Schalten der Umschaltvorrichtung 123 entsprechend dem Parameter des Differenzsignals.
Das Umschaltsignal wird an die Umschaltvorrichtung 123 geliefert. Die Umschaltvorrichtung 123 wählt eine der Quantisiereinrichtungen 1251 bis 125n entsprechend dem Umschaltsignal aus. Entsprechend der Quantisierungscharakteristik der ausgewählten Quantisiereinrichtung wird ein Quantisierungswert erzeugt. Der Quantisierungswert wird an einen Codierer 126 für einen Code variabler Länge geliefert. Dieser Codierer 126 für einen Code variabler Länge führt einen Codierprozess für einen Code variabler Länge wie einen Lauflängen-Codierprozess für den Quantisierungswert aus. Der sich ergebende Quantisierungswert wird an einem Ausgangsanschluss 127 erhalten.
Die Fig. 18A zeigt ein Beispiel der Konstruktion der Parameterentnahmeschaltung 124. Ein blockweise unterteiltes Differenzsignal wird von der Blocksegmentierschaltung 122 an einen Eingangsanschluss 131 geliefert. Der Maximalwert MAX und der Minimalwert MIN eines Blocks des Differenzsignals werden durch eine Parametererfassungsschaltung 132 erfasst. Der erfasste Maximalwert MAX und der Minimalwert MIN werden an eine Umschaltsignal-Erzeugungsschaltung 133 geliefert. Bei diesem Beispiel gibt die Umschaltsignal-Erzeugungsschaltung 133 das Umschaltsignal zum Umschalten zwischen Quantisiereinrichtungen mit drei Charakteristiken, wie in den Fig. 18B, 18C und 18D dargestellt, an einem Ausgangsanschluss 134 aus.
Wenn der Maximalwert MAX jedes Blocks des Differenzsignals größer als 0 ist und der Minimalwert MIN desselben kleiner als 0 ist, wird die Quantisiereinrichtung mit der in der Fig. 18B dargestellten Charakteristik durch das Umschaltsignal ausgewählt. Wenn der Maximalwert MAX kleiner als 0 ist, wird die Quantisiereinrichtung mit der in der Fig. 18C dargestellten Charakteristik ausgewählt. Wenn der Minimalwert MIN größer als 0 ist, wird die Quantisiereinrichtung mit der in der Fig. 18D dargestellten Charakteristik ausgewählt.
Die Fig. 19A zeigt ein anderes Beispiel der Parameterentnahmeschaltung 124. Ein blockweise unterteiltes Differenzsignal wird über einen Eingangsanschluss 141 an eine Parametererfassungsschaltung 142 geliefert. Diese Parametererfassungsschaltung 142 erfasst den Maximalwert MAX, den Minimalwert MIN, den Mittelwert AV und die Standardabweichung σ des blockweise unterteilten Differenzsignals, und sie liefert dieselben an eine Umschaltsignal- Erzeugungsschaltung 143. Bei diesem Beispiel erzeugt, wie es in den Fig. 19B und 19C dargestellt ist, die Umschaltsignal-Erzeugungsschaltung 143 ein Umschaltsignal zum Umschalten zwischen mehreren Quantisiereinrichtungen mit verschiedenen Charakteristiken. Das Umschaltsignal wird an einem Ausgangsanschluss 144 erhalten.
Wie es in der Fig. 19B dargestellt ist, werden entsprechend den Ergebnissen von Vergleichen des Mittelwerts AV eines Blocks des Differenzsignals mit Schwellenwerten T1 und -T1 die folgenden Auswahlen getroffen:
- Wenn AV ≤ -T1 gilt wird eine Quantisiereinrichtung M1 ausgewählt.
- Wenn -T1 ≤ AV ≤ T1 gilt wird eine Quantisiereinrichtung M2 ausgewählt.
- Wenn T1 ≤ AV gilt wird eine Quantisiereinrichtung M3 ausgewählt.
Es sei angenommen, dass diese drei Quantisiereinrichtungen Quantisierungsprozesse geeignet entsprechend jeweiligen Situationen ausführen. Hinsichtlich des Mittelwerts AV wird, wenn AV ≥ T1 und AV ≤ -T1 gilt, ein nichtlinearer Quantisierungsprozess ausgeführt, bei dem die Quantisierungscharakteristik der (+)-Seite verschieden von der Quantisierungscharakteristik der (-)-Seite ist, da die Pegelverteilung des Differenzsignals auf der (+)- Seite oder der (-)-Seite Abweichungen zeigt.
In der Fig. 19C werden entsprechend den Ergebnissen von Vergleichsvorgängen betreffend die Standardabweichung σ, die Schwellenwerte T1 und -T1 und den oben beschriebenen Mittelwert AV die folgenden Auswahlen getroffen:
- Wenn σ ≥ T2 und AV ≤ -T1 gelten wird eine Quantisiereinrichtung M4 ausgewählt.
- Wenn σ ≥ T2 und -T1 ≤ -AV ≤ T1 gelten wird eine Quantisiereinrichtung M5 ausgewählt.
- Wenn σ ≥ T2 und T1 ≤ AV gelten wird eine Quantisiereinrichtung M6 ausgewählt.
- Wenn σ ≥ T2 und AV ≤ -T1 gelten wird eine Quantisiereinrichtung M7 ausgewählt.
- Wenn σ ≥ T2 und -T1 ≤ AV ≤ -T1 gelten wird eine Quantisiereinrichtung M8 ausgewählt.
- Wenn σ ≥ T2 und T1 ≤ AV gelten wird eine Quantisiereinrichtung M9 ausgewählt.
Die Erfindung kann bei einer Quantisiervorrichtung für einen Codierer für einen hierarchischen Code, der später beschrieben wird, und auch den in den Fig. 2A und 2B dargestellten Codierer für einen Vorhersagecode angewandt werden. Bei der folgenden hierarchisch codierenden Vorrichtung werden Vorhersagen zwischen Hierarchieebenen ausgeführt. Unter Verwendung einfacher arithmetischer Ausdrücke für die hierarchischen Daten kann verhindert werden, dass die Anzahl zu codierender Pixel zunimmt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 20 das Verfahren hierarchischer Codierung beschrieben. Die Fig. 20 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, dass die erste Hierarchiebene die niedrigste ist (ursprüngliches Bild) und die vierte Hierarchiebene die höchste ist. Wenn z. B. als Verfahren zum Erzeugen von Daten einer höherem Hierarchieebene ein Mittelungsverfahren zum Mitteln von vier räumlichen entsprechenden Pixeln auf einer niedrigeren Hierarchieebene verwendet wird und wenn angenommen wird, dass die höhereren hierarchischen Daten mit M bezeichnet werden und die niedrigeren hierarchischen Pixelwerte mit x&sub0;, x&sub1;, x&sub2; und x&sub3; bezeichnet werden, ist die Anzahl zu übertragender Pixel immer noch 4, als nicht erhöht.
Anders gesagt, kann unter Verwendung von M, X&sub0;, X&sub1; und X&sub2; das nicht übertragene Pixel x&sub3; durch den folgenden einfachen arithmetischen Ausdruck leicht wiederhergestellt werden:
X&sub3; = 4·M - (X&sub0; + X&sub1; + X&sub2;) (11)
Alle hierarchischen Daten werden durch Mittelung der vier Pixel in der niedrigeren Hierarchieebene erzeugt. Demgemäß können selbst dann, wenn Daten der schraffierten Teile in der Zeichnung vorliegen, alle Daten entsprechend der Formel (11) wiederhergestellt werden.
Die Fig. 21 zeigt ein Beispiel der Struktur von fünf Hierarchieebenen von durch das Mittelungsverfahren erzeugten hierarchieschen Daten. Es ist angenommen, dass die erste Hierarchieebene die Ebene mit der Auflösung des Eingangsbilds ist. In der ersten Hierarchieebene bestehen Daten mit Blockgröße (1 · 1). Auf der zweiten Hierarchieebene bestehen Daten aus einer Mittelung von vier Pixeln in der ersten Hierarchieebene. Bei diesem Beispiel wird ein Datenwert X&sub2;(0) in der zweiten Hierarchieebene durch den Mittelwert der Datenwerte X&sub1;(0) und X&sub1;(3) in der ersten Hierarchieebene erzeugt. Die zu X&sub2;(0) in der zweiten Hierarchieebene benachbarten Datenwerte X&sub2;(1) und X&sub2;(3) werden durch Mittelung jeweiliger vier Pixel in der ersten Hierarchieebene erzeugt. In der zweiten Hierarchieebene bestehen Daten mit der Blockgröße (1/2 · 1/2). Daten in der dritten Hierarchieebene werden durch Mitteln räumlich entsprechender vier Pixel in der zweiten Hierarchieebene erzeugt. In ähnlicher Weise bestehen Daten in der dritten Quantisiervorrichtung mit der Blockgröße (1/4 · 1/4). In ähnlicher Weise werden Daten in der vierten Hierarchieebene entsprechend Daten in der dritten Hierarchieebene gesteuert. Daten in der dritten Hierarchieebene bestehen mit der Blockgröße (1/8 · 1/8). Der Datenwert X&sub5;(0) der fünften Hierarchieebene, die die höchste ist, werden durch Mitteln der Datenwerte X&sub4;(0) bis X&sub4;(3) in der vierten Hierarchieebene erzeugt. Daten in der fünften Hierarchie bestehen mit der Blockgröße (1/16 · 1/16).
Durch Anwenden eines adaptiven Vorhersageprozesses mit Klassenkategorisierung für Daten in einer höheren Hierarchieebene können Daten in einer niedrigen Hierarchieebene vorhergesagt werden. Durch Erzeugen der Differenz zwischen den Daten in der niedrigen Hierarchieebene und dem Vorhersagewert (d. h. dem Differenzsignal) kann die Signalleistung verringert werden. Als Nächstes wird ein Beispiel für die Konstruktion zum Verringern der Signalleistung unter Bezugnahme auf das in der Fig. 22 dargestellte Blockdiagramm beschrieben. Die Fig. 22 zeigt ein Beispiel für die Konstruktion des Codierers für einen hierarchischen Code. Daten d0 in der ersten Hierarchieebene werden als Eingangsbilddaten d0 an eine Mittelungsschaltung 152 und eine Subtraktionsvorrichtung 156 über einen Eingangsanschluss 151 geliefert. Die Daten in der ersten Hierarchieebene sind Bilddaten mit der ursprünglichen Auflösung.
Die Mittelungsschaltung 152 führt einen 1/4-Mittelungsprozess an einem in der Fig. 21 dargestellten (2 Pixel · 2 Pixel)-Block für die Eingangspixeldaten d0 aus, und sie erzeugt hierarchische Daten d1. Die hierarchischen Daten d1 entsprechen den Daten in der in der Fig. 21 dargestellten zweiten Hierarchieebene. Die hierarchischen Daten d1 werden an eine Mittelungsschaltung 153 und eine Subtraktionsvorrichtung 157 geliefert.
Die Mittelungsschaltung 153 führt denselben Prozess wie die Mittelungsschaltung 152 für die hierarchischen Daten d1 aus. Die hierarchischen Daten d2 entsprechen Daten in der dritten Hierarchieebene. Die erzeugten hierarchischen Daten d2 werden an eine Mittelungsschaltung 154 und eine Subtraktionsvorrichtung 158 geliefert. Die Mittelungsschaltung 154 für denselben Prozess wie die Mittelungsschaltungen 152 und 153 für die hierarchischen Daten d2 aus, und sie erzeugt die hierarchischen Daten d3. Die hierarchischen Daten d3 entsprechen Daten in der vierten Hierarchieebene. Die erzeugten hierarchischen Daten d3 werden an eine Mittelungsschaltung 155 und eine Subtraktionsvorrichtung 159 geliefert. Die Mittelungsschaltung 155 für denselben Prozess wie die Mittelungsschaltungen 152, 153 und 154 für die hierarchischen Daten d3 aus, und sie erzeugt die hierarchischen Daten d4. Die hierarchischen Daten d4 entsprechen Daten in der fünften Hierarchieebene. Die erzeugten hierarchischen Daten d4 werden an eine Quantisiereinrichtung 164 geliefert.
Zwischen jeweiligen Hierarchieebenen werden Daten in fünf Hierarchieebenen vorhergesagt. In der fünften Hierarchieebene führt die Quantisiereinrichtung 164 den Quantisierungsprozess zum Komprimieren von Daten aus. Ausgangsdaten d21 der Quantisiereinrichtung 164 werden an einen Codierer 181 für einen Code variabler Länge und eine Dequantisiereinrichtung 168 geliefert. Die Ausgangsdaten des Codierers 181 werden an einem Ausgangsanschluss 186 als Daten in der fünften Hierarchieebene erhalten. Die Ausgangsdaten d16 der Dequantisiereinrichtung 168 werden an eine adaptive Vorhersageschaltung 172 mit Klassenkategorisierung geliefert.
Die adaptive Vorhersageschaltung 172 mit Klassenkategorisierung führt den Vorhersageprozess für die Daten d16 aus, und sie erzeugt einen Vorhersagewert d12 für die Daten in der vierten Hierarchieebene. Der Vorhersagewert d12 wird an eine Subtraktionsvorrichtung 159 geliefert. Die Subtraktionsvorrichtung 159 ermittelt die Differenz zwischen den von der Mittelungsschaltung 154 gelieferten hierarchischen Daten d3 und dem Vorhersagewert d12, und sie liefert den Differenzwert d8 an eine Quantisiereinrichtung 163.
Die Quantisiereinrichtung 163 führt denselben Kompressionsprozess wie die Quantisiereinrichtung 164 aus. Die Ausgangsdaten der Quantisiereinrichtung 163 werden an eine Arithmetikoperationsvorrichtung 176 und eine Dequantisiereinrichtung 167 geliefert. Die Arithmetikoperationsvorrichtung 176 dünnt ein Pixel aus vier Pixeln aus. Daten d20 werden von der Arithmetikoperationsschaltung 176 ausgegeben und an einen Codierer 180 für einen Code variabler Länge geliefert. Die Ausgangsdaten des Codierers 180 für einen Code variabler Länge werden an einem Ausgangsanschluss 185 als Daten in der vierten Hierarchieebene erhalten.
Die Ausgangsdaten d15 der Dequantisiereinrichtung 167 werden an eine adaptive Vorhersageschaltung 171 mit Klassenkategorisierung geliefert. Die adaptive Vorhersageschaltung 171 mit Klassenkategorisierung führt den Vorhersageprozess für die Daten d15 aus, und sie erzeugt einen Vorhersagewert d11 für die Daten in der dritten Hierarchieebene. Die Vorhersagedaten d11 werden an die Subtraktionsvorrichtung 158 geliefert. Die Subtraktionsvorrichtung 158 ermittelt die Differenz zwischen den von der Mittelungsschaltung 153 zugeführten Daten d2 und dem Vorhersagewert d11, und sie liefert den Differenzwert d7 an eine Quantisiereinrichtung 162.
Die Ausgangsdaten der Quantisiereinrichtung 162 werden an eine Arithmetikoperationsvorrichtung 175 und eine Dequantisiereinrichtung 176 geliefert. Die Arithmetikoperationseinrichtung 175 dünnt ein Pixel aus vier Pixeln aus. Daten d19 in der dritten Hierarchieebene werden von der Arithmetikoperationsvorrichtung 175 ausgegeben und an einen Codierer 179 für einen Code variabler Länge geliefert. Die Ausgangsdaten des Codierers 179 für einen Code variabler Länge werden an einem Ausgangsanschluss 184 als Daten in der dritten Hierarchieebene erhalten.
Die Ausgangsdaten d14 der Dequantisiereinrichtung 166 werden an eine adaptive Vorhersageschaltung 170 mit Klassenkategorisierung geliefert. Dieses adaptive Vorhersageschaltung 170 mit Klassenkategorisierung führt den Vorhersageprozess für die Daten d14 aus, und sie erzeugt einen Vorhersagewert d10 für Daten in der zweiten Hierarchieebene. Der Vorhersagewert d10 wird an die Subtraktionsvorrichtung 157 geliefert. Die Subtraktionsvorrichtung 157 ermittelt die Differenz zwischen den von der Mittelungsschaltung 152 zugeführten Daten d1 und dem Vorhersagewert d10, und sie liefert den Differenzwert d6 an eine Quantisiereinrichtung 161.
Die Ausgangsdaten der Quantisiereinrichtung 161 werden an eine Arithmetikoperationsvorrichtung 174 und eine Dequantisiereinrichtung 175 geliefert. Die Arithmetikoperationsvorrichtung 174 dünnt ein Pixel aus vier Pixeln aus. Daten d18 in der zweiten Hierarchieebene werden von der Arithmetikoperationsvorrichtung 174 ausgegeben und an einen Codierer 178 für einen Code variabler Länge geliefert. Die Ausgangsdaten des Codierers 178 für einen Code variabler Länge werden an einem Ausgangsanschluss 183 als Daten in der zweiten Hierarchieebene erhalten.
Die Ausgangsdaten d13 der Dequantisiereinrichtung 165 werden an eine adaptive Vorhersageschaltung 169 mit Klassenkategorisierung geliefert. Diese adaptive Vorhersageschaltung 169 mit Klassenkategorisierung führt den Vorhersageprozess für die Daten d13 aus, und sie erzeugt einen Vorhersagewert d9 für Daten in der ersten Hierarchieebene. Der Vorhersagewert d9 wird an die Subtraktionsvorrichtung 156 geliefert. Die Subtraktionsvorrichtung 156 ermittelt die Differenz zwischen den vom Eingangsanschluss 151 zugeführten Eingangspixeldaten d0 und dem Vorhersagewert d9, und sie liefert den Differenzwert d5 an eine Quantisiereinrichtung 160.
Die Ausgangsdaten der Quantisiereinrichtung 160 werden an eine Arithmetikoperationsvorrichtung 173 geliefert. Diese Arithmetikoperationsvorrichtung 173 dünnt ein Pixel aus vier Pixeln aus. Daten d17 in der ersten Hierarchieebene werden von der Arithmetikoperationsvorrichtung 173 ausgegeben und an einen Codierer 177 für einen Code variabler Länge geliefert. Die Ausgangsdaten des Codierers 177 für einen Code variabler Länge werden an einem Ausgangsanschluss 182 als Daten in der ersten Hierarchieebene erhalten.
Die adaptive Vorhersageschaltungen 169, 170, 171 und 172 mit Klassenkategorisierung kategorisieren Klassen von Pixeln in niedrigeren Hierarchieebenen, die entsprechend der Pegelverteilung einer Anzahl räumlich benachbarter Pixel (in den höheren Hierarchieebenen) vorherzusagen sind. In einem Speicher ist eine Tabelle für Vorhersagekoeffizienten, die einzelnen Klassen entsprechen, oder gelernter Vorhersagewerte gespeichert. Aus dem Speicher wird eine Anzahl von Vorhersagekoeffizienten für einzelne Klassen oder ein Vorhersagewert ausgelesen. Der Vorhersagewert wird als solcher verwendet. Vorhersagekoeffizienten und mehrere Pixel werden linear kombiniert, um einen Vorhersagewert zu erzeugen. Ein derartiges adaptives Vorhersageverfahren mit Klassenkategorisierung ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 4-155719 (Offenlegungsnr. 05-328185) der Anmelderin der vorliegenden Erfindung offenbart.
Die Fig. 23 zeigt ein Beispiel der Konstruktion eines dem Codierer entsprechenden Decodierers für einen hierarchischen Code. Vom Codierer erzeugte Daten in einzelnen Hierarchieebenen werden als d30 bis d34 an Anschlüssen 191, 192, 193, 194 und 195 eingegeben. Decodierer 196, 197, 198, 199 und 200 für einen Code variabler Länge decodieren jeweilige Codes mit variabler Länge. Die Decodierer sind jeweils mit Dequantisiereinrichtungen 201, 202, 203, 204 bzw. 205 verbunden.
Die Dequantisiereinrichtung 205 führt den Decodierprozess für die Eingangsdaten d34 in der fünften Hierarchieebene aus, und sie erzeugt Bilddaten d39. Diese Bilddaten d39 werden an eine adaptive Vorhersageschaltung 217 mit Klassenkategorisierung und eine Arithmetikoperationsvorrichtung 213 geliefert. Außerdem werden die Bilddaten d39 an einem Ausgangsanschluss 222 als Bildausgangsdaten in der fünften Hierarchieebene erhalten.
Die adaptive Vorhersageschaltung 217 mit Klassenkategorisierung führt den adaptiven Vorhersageprozess mit Klassenkategorisierung für Bilddaten in der vierten Subtraktionsvorrichtung aus, und sie erzeugt einen Vorhersagewert d47 für Daten in der vierten Hierarchieebene. Eine Additionsvorrichtung 209 addiert von der Dequantisiereinrichtung 204 gelieferte Daten d38 (d. h. einen Differenzwert) und den Vorhersagewert d47, und sie liefert Bilddaten d43 an eine Arithmetikoperationsvorrichtung 213. Die Arithmetikoperationsvorrichtung 213 führt die Arithmetikoperation der Formel (11) aus. Demgemäß werden aller Pixelwerte in der vierten Hierarchieebene aus den von der Dequantisiereinrichtung 205 zugeführten Bilddaten d39 und den Bilddaten d43 wiederhergestellt. Alle durch die Arithmetikoperationsvorrichtung 213 wiederhergestellten Pixelwerte werden als Bilddaten d51 an eine adaptive Vorhersageschaltung 216 mit Klassenkategorisierung und eine Arithmetikoperationsvorrichtung 212 geliefert. Außerdem werden die Bilddaten d51 an einem Ausgangsanschluss 251 als Ausgangsanschluss 251 als Ausgangsdaten in der vierten Hierarchieebene ausgegeben.
Die adaptive Vorhersageschaltung 216 mit Klassenkategorisierung führt den adaptiven Vorhersageprozess mit Klassenkategorisierung für die Bilddaten in der dritten Hierarchieebene auf dieselbe Weise, wie sie oben beschrieben ist, aus, und sie erzeugt einen Vorhersagewert d46 in der dritten Hierarchieebene. Eine Additionsvorrichtung 208 addiert von der Dequantisiereinrichtung 203 zugeführte Daten d37 und den Vorhersagewert d46. Bilddaten d42 der Additionsvorrichtung 208 werden an die Arithmetikoperationsvorrichtung 212 geliefert. Die Arithmetikoperationsvorrichtung 212 führt die Arithmetikoperation der Formel (10) aus. Demgemäß werden alle Pixelwerte in der dritten Hierarchieebene aus den von der Arithmetikoperationsvorrichtung 213 zugeführten Bilddaten d51 und den Bilddaten d42 wiederhergestellt. Alle wiederhergestellten Pixelwerte werden als Bilddaten d50 an eine adaptive Vorhersageschaltung 215 mit Klassenkategorisierung und eine Arithmetikoperationsvorrichtung 211 geliefert. Außerdem werden die Bilddaten d50 an einem Ausgangsanschluss 220 als Ausgangsdaten in der dritten Hierarchieebene erhalten.
Die adaptive Vorhersageschaltung 215 mit Klassenkategorisierung führt den adaptiven Vorhersageprozess mit Klassenkategorisierung für Bilddaten in der zweiten Hierarchieebene auf dieselbe Weise, wie sie oben beschrieben ist, aus, und sie erzeugt einen Vorhersagewert d45 von Daten in der zweiten Hierarchieebene. Eine Additionsvorrichtung 207 addiert von der Dequantisiereinrichtung 202 zugeführte Daten d36 und den Vorhersagewert d45. Von der Additionsvorrichtung 207 werden Bilddaten d41 ausgegeben und an die Arithmetikoperationsvorrichtung 211 geliefert. Die Arithmetikoperatibnsvorrichtung 211 führt die Arithmetikoperation der Formel (11) aus. Demgemäß werden alle Pixelwerte in der zweiten Hierarchieebene aus den von der Arithmetikoperationsvorrichtung 212 gelieferten Bilddaten d50 und den Bilddaten d41 wiederhergestellt. Alle wiederhergestellten Pixelwerte werden als Bilddaten d49 an eine adaptive Vorhersageschaltung 214 mit Klassenkategorisierung und eine Arithmetikoperationsvorrichtung 210 geliefert. Außerdem werden die Bilddaten d49 an einem Ausgangsanschluss 219 als Ausgangsdaten in der zweiten Hierarchieebene erhalten.
Die adaptive Vorhersageschaltung 214 mit Klassenkategorisierung führt den adaptiven Vorhersageprozess mit Klassenkategorisierung für Bilddaten in der ersten Hierarchieebene auf dieselbe Weise, wie sie oben beschrieben ist, aus, und sie erzeugt einen Vorhersagewert d44 von Daten in der ersten Hier rarchieebene. Eine Additionsvorrichtung 206 addiert von der Dequantisiereinrichtung 201 zugeführte Daten d35 und den Vorhersagewert d44. Bilddaten d40 werden von der Additionsvorrichtung 206 ausgegeben und an eine Arithmetikoperationsvorrichtung 210 geliefert. Die Arithmetikoperationsvorrichtung 210 führt die Arithmetikoperation der Formel (11) aus. Demgemäß werden alle Pixelwerte in der ersten Hierarchieebene aus den von der Arithmetikoperationsvorrichtung 211 gelieferten Bilddaten d49 und den Bilddaten d40 wiederhergestellt. Alle wiederhergestellten Pixelwerte werden als Bilddaten. d48 von der Arithmetikoperationsvorrichtung 210 geliefert und an einem Ausgangsanschluss 218 als Ausgangsdaten in der ersten Hierarchieebene erhalten. Beim hierarchischen Codierverfahren zum Verhindern einer Zunahme der. Anzahl zu codierender Pixel kann der Codierwirkungsgrad verbessert werden.
Gemäß einem echten Anwendungsbeispiel des oben beschriebenen hierarchischen Codiersystems sind, wenn eine Datenbank für Fernsehstehbilder hoher Auflösung konstruiert wird, Daten in der niedrigsten Hierarchieebene, d. h. Daten in der ersten Hierarchieebene (ursprüngliches Bild), Reproduktionsdaten mit hoher Auflösung. Daten in der zweiten Hierarchieebene sind Reproduktionsdaten mit Standardauflösung. Daten in der höchsten Hierarchieebene, d. h. Daten in der fünften Hierarchieebene, sind Reproduktionsdaten mit niedriger Auflösung für Hochgeschwindigkeitssuche.
Wenn ein Kompressionscodierprozess dazu verwendet wird, die Informationsmenge zu verringern, stimmen durch die Decodiervorrichtung erhaltene Bildreproduktionsdaten nicht immer mit den eingegebenen ursprünglichen Bilddaten überein. Jedoch kann eine Beeinträchtigung der Bildqualität unterdrückt werden, so dass sie visuell nicht erkennbar ist. Außerdem kann der Mittelwert durch ein einfaches Mittelungsverfahren oder ein gewichtetes Mittelungsverfahren erhalten werden.
Die Erfindung kann bei einem Quantisierungsprozess für ein Differenzsignal angewandt werden, das durch einen anderen als den oben beschriebenen Vorhersagecodierprozess erzeugt wird. Außerdem kann die Erfindung für ein System mit Pufferkonstruktion zum Steuern der Quantisierungsschrittweite Δ, um die erzeugte Datenmenge zu steuern, angewandt werden.
Gemäß der Erfindung wird ein Differenzsignal, bevor es quantisiert wird, z. B. blockweise unterteilt, um den Pegelverteilungsbereich desselben einzuengen. Demgemäß kann der Dynamikbereich des Quantisierungsprozesses wesentliche erweitert werden. Außerdem kann die Genauigkeit desselben verbessert werden, da ein Differenzsignal in einen engen Verteilungsbereich quantisiert wird.
Außerdem wird gemäß der Erfindung die Quantisierungsschrittweite optimiert, so dass der Quantisierungsprozess entsprechend dem Eingangssignal ausgeführt wird. Demgemäß wird ein hocheffizienter Codierprozess mit geringerer Beeinträchtigung der Bildqualität ausgeführt. Demgemäß kann die Dequantisierungsgenauigkeit verbessert werden.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Fig. 24 ist ein Blockdiagramm, das eine Quantisiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. In (8 · 8)-Blöcke unterteilte Eingangsdaten werden von einem Eingangsanschluss 231 zugeführt. Die Eingangsdaten werden an eine Pegelverteilungs-Messschaltung 232, eine Maximalwert-Erfassungsschaltung 235, eine Minimalwert-Erfassungsschaltung 239 und eine Subtraktionsvorrichtung 242 geliefert. Die Pegelverteilungs-Messschaltung 232 zählt die Häufigkeit der Pegel von Pixeln in jedem Block. Die Schaltung 233 zum Erfassen eines vorbestimmten Pegels erfasst, ob z. B. 1/4 oder mehr von 64 Pixeln in einem (8 · 8)-Block auf einen Pegel konzentriert sind oder nicht.
Wenn 1/4 oder mehr aller Pixel des Blocks auf einen Pegel konzentriert sind, wird dieser Pegel als vorbestimmter Pegel spezifiziert. Der erfasste vorbestimmte Pegel wird an eine Kompensationswert-Berechnungsschaltung 234 geliefert. Die Maximalwert-Erfassungsschaltung 235 empfängt die Eingangsdaten, und sie erfasst den Maximalwert MAX in jedem Block der Eingangsdaten. Der erfasste Maximalwert MAX wird an eine Subtraktionsvorrichtung 236 geliefert. Die Subtraktionsvorrichtung 236 subtrahiert den durch die Minimalwert-Erfassungsschaltung 239 erfassten Minimalwert MIN vom Maximalwert MAX, und sie erzeugt einen Dynamikbereich DR. Der Dynamikbereich DR wird an eine Schrittweite-Berechnungsschaltung 237 geliefert und auch an einem Ausgangsanschluss 238 erhalten.
Die Schrittweite-Berechnungsschaltung 237 berechnet die Schrittweite entsprechend dem zugeführten Dynamikbereich DR. Die berechnete Schrittweite wird an eine Quantisierschaltung 243 geliefert. Mehrere repräsentative Werte, die den berechneten Schrittweiten entsprechen, werden von der Schrittweite-Berechnungsschaltung 237 an die Kompensationswert-Berechnungsschaltung 234 geliefert. Die Kompensationswert-Berechnungsschaltung 234 vergleicht den von der Schaltung 233 zum Ermitteln eines vorbestimmten Pegels zugeführten vorbestimmten Pegel mit den von der Schrittweite-Berechnungsschaltung 237 zugeführten repräsentativen Werten. An eine Additionsvorrichtung 240 wird ein Kompensationswert D mit minimalem Fehler geliefert. Das Additionsergebnis wird als Minimalwert MIN an eine Subtraktionsvorrichtung 242 geliefert und auch an einem Ausgangsanschluss 241 erhalten.
Die Subtraktionsvorrichtung 242 normiert die dem Minimalwert MIN entsprechenden Eingangsdaten. Die normierten Eingangsdaten werden an die Quantisierschaltung 243 geliefert. Die Quantisierschaltung 243 quantisiert die Eingangsdaten entsprechend der zugeführten Schrittweite. Von der guantisierschaltung 243 wird ein Quantisierungswert Q an einen Ausgangsanschluss 244 geliefert. Wenn 1/4 oder mehr aller Pixel des Blocks nicht auf einen Pegel konzentriert sind, wird derselbe Prozess wie der herkömmliche ADRC ausgeführt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 25A und 25B ein Beispiel für den Betrieb der Erfindung beschrieben. Wie es in der Fig. 25A dargestellt ist, misst die Pegelverteilungs-Messschaltung 232 die Häufigkeit der Pegel der Pixel jedes Blocks der Eingangsdaten. Die Schaltung 233 zum Erfassen eines vorbestimmten Pegels erfasst den vorbestimmten Pegel, bei dem 1/4 oder mehr aller Pixel des Blocks auf einen Pegel konzentriert sind. Die Kompensationswerte-Berechnungsschaltung 243 empfängt von der Schrittweite- Berechnungsschaltung 237 mehrere den Dynamikbereich DR entsprechende repräsentative Werte. Die Kompensationswert-Berechnungsschaltung 234 ermittelt die Absolutwerte der Differenzen der repräsentativen Werte und des vorbestimmten Pegels. Der Minimalwert der Absolutwerte der Differenzen wird erfasst, und die minimale Differenz wird als Kompensationswert Δ an die Additionsvorrichtung 240 geliefert. Die Additionsvorrichtung 240 addiert den erfassten Minimalwert MIN und den Kompensationswert Δ.
Anders gesagt, wird, wie es in der Fig. 258 dargestellt ist, der Minimalwert MIN um den Kompensationswert Δ verschoben. Andererseits werden, da der Dynamikbereich DR nicht geändert wird, der Minimalwert MIN und der Maximalwert MAX um den Kompensationswert Δ verschoben. Wie es in der Fig. 258 dargestellt ist, ändert sich die Pegelverteilung der verschobenen Daten so, dass der vorbestimmte Pegel, bei dem 1/4 oder mehr aller Pixel des Blocks konzentriert sind, mit dem repräsentativen Wert übereinstimmt.
Gemäß dieser Ausführungsform ändert sich der Dynamikbereich nicht und der vorbestimmte Pegel stimmt mit dem repräsentativen Wert überein. Demgemäß wird ein Verfahren zum Verschieben sowohl des Minimalwerts MIN als auch des Maximalwerts MAX um den Kompensationswert Δ verwendet. Jedoch kann ein Verfahren zum Kompensieren des Minimalwerts MIN und/oder des Maximalwerts MAX und zum Ändern des Dynamikbereichs DR in solcher Weise, dass der vorbestimmte Pegel mit dem repräsentativen Wert übereinstimmt, verwendet werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist beispielhaft ein zweidimensionaler Block angegeben, der aus acht Pixeln x acht Zeilen besteht. Jedoch kann die Erfindung bei einem dreidimensionalen Block unter Verwendung von Pixeln in zeitlicher Richtung angewandt werden.
Außerdem kann die Erfindung für einen Umquantisierungsprozess zum Verringern der Anzahl der Bits gemeinsam mit ADRC angewandt werden.
Gemäß der Erfindung kann bei einer Quantisiervorrichtung für Bildsignale selbst dann, wenn Eingangsdaten auf einen vorbestimmten Pegel konzentriert sind, eine Verzerrung mit räumlichem Versatz beseitigt werden, da der Pegel direkt decodiert wird.
Nachdem spezielle Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugsnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass vom Fachmann verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Quantisiervorrichtung zum Quantisieren eines Differenzsignals, das die Differenz zwischen einem Abtastwert eines eingegebenen digitalen Signals und einem Vorhersagewert repräsentiert und an einem Punkt der konzentriertesten Pegelverteilung für einen Teil des eingegebenen Signals, der von der Pegelverteilung des gesamten eingegebenen digitalen Signals verschieden ist, eine maximale Auftrittshäufigkeit zeigt, mit:

- einer Einrichtung (2) zur blockweisen Unterteilung des Differenzsignals;

- einer Einrichtung (2) zum Ermitteln des Maximalwerts (MAX) und des Minimalwerts (MIN) der Pegelverteilung des blockweise unterteilten Differenzsignals sowie eines Dynamikbereichs (DR) als Bezugswerte;

- einer Einrichtung (4) zum Ermitteln einer Quantisierungsschrittweite (Δ) aus einer Eingangsanzahl von Quantisierungsbits (N) und dem Dynamikbereich (DR) der Pegelverteilung des blockweise unterteilten Differenzsignals;

- einer Einrichtung (5) zum Verschieben des Dynamikbereichs um einen Wert (ΔZ) zum Wiederherstellen des Pegels null auf Grundlage der Quantisierungsschrittweite und der Anzahl der Quantisierungsbits (N) in solcher Weise, dass ein quantisiertes Differenzsignal mit dem Wert am Punkt der konzentriertesten Pegelverteilung des zu quantisierenden Differenzsignals übereinstimmt; und

- einer Einrichtung (6) zum Ausführen eines Quantisierungsvorgangs entsprechend dem verschobenen Dynamikbereich.

2. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Einrichtung zum Übertragen eines Codes als Nebeninformation, der mindestens einen der Bezugswerte repräsentiert, auf dessen Grundlage das Differenzsignal quantisiert wird.

3. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit einer Einrichtung zum Übertragen sowohl eines Codes, der den mindestens einen Bezugswert repräsentiert, auf dessen Grundlage das Differenzsignal quantisiert wird, als auch von Daten, die eine Quantisierungsbedingung definieren, als Nebeninformation.

4. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 3, ferner mit einer Einrichtung zum Übertragen von eine Quantisierungsschrittweite (ä) definierenden Daten als Quantisierungsbedingung.

5. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 3, ferner mit einer Einrichtung zum Übertragen von einen Dynamikbereich (ΔR) definierenden Daten als Quantisierungsbedingung.

6. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Einrichtung zum Auswählen einer Quantisierungsschrittweite (Δ) entsprechend der Verteilung des verschobenen Bezugswerts des zu quantisierenden Differenzsignals.

7. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die entsprechend der Verteilung des zu quantisierenden Differenzsignals ausgewählte Quantisierungsschrittweite (Δ) optimiert wird.

8. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Quantisierungsschrittweite (Δ) so ausgewählt wird, dass ein Fehler bei der Wiederherstellung des zu quantisierenden Differenzsignals minimal wird, um dadurch den optimalen Wert für den Dynamikbereich (DR) zu bestimmen.

9. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Bewertungsbereich der Quantisierungsschrittweite (ä) entsprechend einem Merkmalswert des zu quantisierenden Differenzsignals begrenzt wird, um dadurch den optimalen Wert des Dynamikbereichs (DR) zu bestimmen.

10. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der ein Bewertungsbereich für die Quantisierungsschrittweite (Δ) begrenzt wird und die Quantisierungsschrittweite (Δ) so bestimmt wird, dass der Fehler des wiederhergestellten Absolutwerts des zu quantisierenden Differenzsignals minimal wird, um dadurch den optimalen Wert der Quantisierungsschrittweite (Δ) zu bestimmen.

11. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Ausgangssignal der Quantisiereinrichtung (6) übertragen wird und sowohl ein Code, der mindestens einem der Bezugswerte des zu quantisierenden Differenzsignals entspricht, als auch Daten, die eine Quantisierungsbedingung definieren, als Nebeninformation übertragen werden, so dass sich der wiederhergestellte Wert des Bezugswerts nicht ändert.

12. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 11, bei der sowohl ein Code, der mindestens einem der Bezugswerte des zu quantisierenden Differenzsignals entspricht, als auch Daten, die eine Quantisierungsbedingung als Nebeninformation definieren, als Nebeninformation übertragen werden und bei der der Quantisierungsbereich so verschoben wird, dass sich ein Wiederherstellwert des Bezugswerts nicht ändert.

13. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 11, ferner mit:

- einer Einrichtung (112) für Codierung in einer Ebene zum Unterteilen des quantisierten Differenzsignals (g) für jede Bitebene; und

- einer Einrichtung (113) zum Codieren mit variabler Länge für Codierung mit variabler Länge jeder der Bitebenen.

14. Quantisiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 11, ferner mit einer Auswähleinrichtung (123) zum Auswählen eines von mehreren Quantisierern (1251 bis 125n), die einen verschobenen Bezugswert erzeugen, der mit dem Wert am Punkt der konzentriertesten Pegelverteillung des zu quantisierenden Differenzsignals übereinstimmt.

15. Quantisierverfahren zum Quantisieren eines Differenzsignals, das die Differenz zwischen einem Abtastwert eines eingegebenen digitalen Signals und einem Vorhersagewert repräsentiert und an einem Punkt der konzentriertesten Pegelverteilung für einen Teil des eingegebenen Signals, der von der Pegelverteilung des gesamten eingegebenen digitalen Signals verschieden ist, eine maximale Auftrittshäufigkeit zeigt, mit den folgenden Schritten:

- blockweises Unterteilen des Differenzsignals;

- Ermitteln des Maximalwerts (MAX) und des Minimalwerts (MIN) der Pegelverteilung des blockweise unterteilten Differenzsignals sowie eines Dynamikbereichs (DR) als Bezugswerte;

- Bestimmen einer Quantisierungsschrittweite (Δ) aus einer Eingangsanzahl von Quantisierungsbits (N) und dem Dynamikbereich (DR) der Pegelverteilung des blockweise unterteilten Differenzsignals;

- Verschieben des Dynamikbereichs um einen Wert (ΔZ) zum Wiederherstellen des Pegels null auf Grundlage der Quantisierungsschrittweite und der Anzahl der Quantisierungsbits (N) in solcher Weise, dass ein quantisiertes Differenzsignal mit dem Wert am Punkt der konzentriertesten Pegelverteilung des zu quantisierenden Differenzsignals übereinstimmt; und

- Ausführen einer Quantisierungsoperation entsprechend dem verschobenen Dynamikbereich.

16. Quantisierer mit:

- einer Pegelerfassungseinrichtung (232, 233) zum Erzeugen eines Blocks aus mehreren räumlich und/oder zeitlich benachbarten Pixeln, wobei der Wert jedes Pixels der Differenz zwischen dem aktuellen Wert für dieses Pixel und einem Vorhersagewert für dassselbe entspricht, und um einen speziellen Pegel der maximalen Auftrittshäufigkeit zu erfassen, bei dem eine vorbestimmte Anzahl der Pixel des Blocks konzentriert ist;

- einer Kompensationswert-Erzeugungseinrichtung (234) zum Erzeugen eines Werts (ΔZ) zum Wiederherstellen des Kompensationspegels null, wobei dieser Wert den Minimalwert von Absolutwerten von Differenzen zwischen den erfassten speziellen Pegeln mit maximaler Auftrittshäufigkeit und die Schrittweite repräsentierenden Werten, entsprechend einem Dynamikbereich, repräsentiert;

- einer Kompensationseinrichtung (240) zum Kompensieren eines Bezugswerts (MIN, MAX) des Blocks durch Verschieben des Bezugswerts (MIN, MAX) um den Wert (ΔZ) zum Wiederherstellen des Kompensationspegels null, um dafür zu sorgen, dass der spezielle Pegel mit maximaler Auftrittshäufigkeit mit einem für die Schrittweite repräsentativen Wert übereinstimmt;

- einer Normiereinrichtung (242) zum Normieren der Pixel des Blocks entsprechend dem kompensierten Bezugswert (MIN, MAX); und

- einer Einrichtung (243) zum Quantisieren der normierten Pixel.

17. Quantisierer nach Anspruch 16, bei dem die Pegelerfassungseinrichtung Folgendes aufweist:

- eine Pegelverteilung-Messeinrichtung (232) zum Messen der Auftrittshäufigkeit des Pegels jeder der Pixel des Blocks; und

- eine Einrichtung zum Erfassen des speziellen Pegels (233) mit maximaler Auftrittshäufigkeit entsprechend der gemessenen Häufigkeit.

18. Quantisierer nach Anspruch 17, bei dem 1/4 oder mehr der Pixel des Blocks die gemessene Häufigkeit aufweisen.

19. Quantisierer nach Anspruch 16, bei dem der Bezugswert (MIN, MAX) des Blocks der Maximalwert (MAX) oder der Minimalwert (MIN) des Blocks ist und bei dem der Wert (Δ) zum Wiederherstellen des Kompensationspegels null zum Minimalwert (MAX) und/oder zum Minimalwert (MIN) des Bezugswerts (MIN, MAX) addiert wird.

20. Verfahren zum Quantisieren von Pixelinformation, mit den folgenden Schritten:

- Erzeugen eines Blocks aus mehreren räumlich und/oder zeitlich benachbarten Pixeln, wobei der Wert jedes Pixels der Differenz zwischen dem aktuellen Wert für dieses Pixel und einem Vorhersagewert für dassselbe entspricht, und um einen speziellen Pegel der maximalen Auftrittshäufigkeit zu erfassen, bei dem eine vorbestimmte Anzahl der Pixel des Blocks konzentriert ist;

- Erzeugen eines Werts (ΔZ) zum Wiederherstellen des Kompensationspegels null, wobei dieser Wert den Minimalwert von Absolutwerten von Differenzen zwischen den erfassten speziellen Pegeln mit maximaler Auftrittshäufigkeit und die Schrittweite repräsentierenden Werten, entsprechend einem Dynamikbereich, repräsentiert;

- Kompensieren eines Bezugswerts (MIN, MAX) des Blocks durch Verschieben des Bezugswerts (MIN, MAX) um den Wert (ΔZ) zum Wiederherstellen des Kompensationspegels null, um dafür zu sorgen, dass der spezielle Pegel mit maximaler Auftrittshäufigkeit mit einem für die Schrittweite repräsentativen Wert übereinstimmt;

- Normieren der Pixel des Blocks entsprechend dem kompensierten Bezugswert (MIN, MAX); und

- Quantisieren der normierten Pixel.