NO178420B - Dekoderanordning for å dekode en komprimert, digital dataström - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en dekoderanordning for å dekode en komprmert, digital datastrøm.

Televisjonssignaler blir vanligvis sendt i analog form ifølge forskjellige standarder som er brukt av bestemte land. Eksempelvis har U.S.A. tatt i bruk standardene fra National Television System Committee ("NTSC"). mens de fleste europeiske land har tatt i bruk enten PAL (Phase Alternating Line) eller SECAM standarder.

Digital transmisjoner av televisjonssignaler kan levere video og audiotjenester med langt høyere kvalitet enn analoge teknikker. Digitale transmisjonsmåter er særlig fordelaktige for signaler som utsendes av satellitt til kabeltele-visjonstilknytninger og/eller direkte til hjemmesatellitt televisjonsmottakere. Det forventes at digital tele-vis;) onssender og mottakersystemer vil erstatte eksisterende analoge systemer, akkurat som digital kompaktplater i stor grad har erstattet analoge grammofonplater innenfor audio-industrien.

En vesentlig mengde av digitale data må sendes i et hvilket som helst digitalt televisjonssystem. Dette er særlig tilfellet hvor høydefinisjontelevisjon ("HDTV") er til-veiebragt. I et digitalt televisjonssystem hvor signaler sendes ved hjelp av satellitt, kan televisjonssignalene sendes ved bruk av en kvadratur faseforskyvning nøklet (QPSK=Quadrature phase shift keyed) modulert datastrøm. En abonnent til systemet mottar QPSK datastrømmen via en mottaker/deforvrenger som leverer video, audio og data til abonnenten. For mest effektivt å anvende det tilgjengelige radiofrekvensspektrum, er det fordelaktig å komprimere de digitale televisjonssignalene for å minimalisere mengden av data som må sendes.

Videokompresjonsteknikker er blitt anvendt tidligere for video telekonferansesamtaler og andre spesialiserte anvendel-ser. Slike systemer er istand til å gi meget høye kom-presjonsforhold, men oppviser generelt begrensede romlig oppløsning og dårlig bevegelsegjengivelse. Dette er vanligvis et resultat av initielle begrensninger som er lagt på rammetakten og på de horisontale og vertikale sampling takter for systemet. En video "ramme" kan sammenlignes med et øyeblikksbilde av en sekvens av øyeblikksbilder som sammen gir et bevegelig bilde. Hver ramme samples i både den horisontale og vertikale retning for å oppnå all den bildeinformasjon som befinner seg deri. Videokompresjons-systemer er i øyeblikket under utvikling for digital transmisjon av eksisterende televisjonssignaler og frem-tidige høydefinisjons televisjonssignaler. Slike televisjonssignaler er vesentlig mer kompliserte enn telekonferansesamtale-signaler og er langt mer vanskelige å komprimere. Ytelsen hos digitale kompresjonssystemer i televisjonsapplikasjoner er meget avhengig av situasjonen. For at det skal bli vellykket, bør en kompresjonsalgoritme være istand til å bli tilpasset bestemte betingelser for å øke komprimerbarhet og maskere uforanderlige feil på en måte som ikke vil kunne oppfattes hos en menneskelig seer.

Meget detaljerte bevegelige objekter i et fjernsynsbilde byr på den største utfordring for et kompresjonssystem. De mest effektfulle kompresjonssystemer som i øyeblikket er tilgjengelige (d.v.s. de som oppnår den største reduksjon i mengden av data som er nødvendig for å definere televisjonsbilder) anvender interrammebehandling for å dra fordel av den midlertidige korrelering mellom suksessive rammer. Imidlertid blir ramme-til-ramme korrelering redusert når der er bevegelse. Dette krever mer komplisert behandling for å opprettholde en høy grad av ytelse.

Videokompresjon blir videre komplisert med televisjonssignaler, ettersom linjesprangavsøk anvendes for å definere et televisjonsbilde. Hver ramme i et televisjonsbilde omfatter et flertall av horisontale linjer (f.eks. 525 linjer i et standard NTSC televisjonssignal) som samlet danner et bilde. De horisontale linjene oppdeles i partalls og oddetalls felt, hvor partallslinjene (linjene 2,4,6,...) danner partallsfeltet og oddetallslinjene (linjene 1,3,5,...) danner oddetallsfeltet. Partalls- og oddetallsfeltene avsøkes i en vekselvis orden for å innbyrdes plassere partalls- og oddetallslinjene og bildeinformasjonen i en riktig sekvens. Bruken av linjesprang av søk kompliserer komprimeringen av televisjonssignalene sammenlignet med tidligere telekonferansesamtale-applikasjoner, der kompresjonen ikke blir utført på et 1injesprangsignal.

Et digitalisert linjesprang televisjonssignal kan komprimeres i forskjellige formater. I et format, henvist til her som "feltformatet", separeres hver ramme i sine to felt som behandles uavhengig. I et annet format, referert til som "rammeformatet", behandles de to feltene som en enkelt ramme ved innbyrdes å plassere linjene for de korresponderende partalls- og oddetallsfelt. Ingen av disse muligheter er fullstendig tilfredsstillende for videokompresjon. Rammebehandling virker bedre enn feltbehandling når der er liten eller ingen bevegelse. Ettersom hver ramme har to ganger antallet av linjer eller prøvetakninger enn hva et felt for en gitt bildehøyde har, vil der være mer korrelasjon mellom prøvetakningene og derfor økes komprimerbarheten. For å oppnå den samme nøyaktighet som rammebehandling, krever feltbehandling en høyere bittakt. Rammebehandlingen oppnår således større nøyaktighet for like bittakter.

Rammebehandling oppnår lignende fordeler i forhold til feltbehandling dersom horisontalt bevegelige trekk har liten horisontal detalj, eller dersom vertikalt bevegelige trekk har liten vertikal detalj. I regioner hvor der er liten detalj av en hvilken som helst type, virker rammebehandling ofte bedre enn feltbehandling, uansett hvor endringer opptrer.

I detaljerte, bevegelige områder, er det generelt mer virksomt å komprimere feltformaterte data. I slike tilfeller lider rammebehandling av uvedkommende høye, vertikale frekvenser som introduseres av den innbyrdes plassering av partalls- og oddetallsfeltene. Dette reduserer korrelasjonen mellom linjene og derfor effektiviteten av kompresjons-algoritmen.

Av annen kjent teknikk nevnes US.patent nr. 4827340 som omhandler en differensiell, pulskodemodulert (DPCM) video-koder der to forskjellige forutsigere anvendes. Forutsigerene forutsier hvilke bildedata som vil være i en eksisterende televisjonsramme basert på bildedataene som befinner seg i en foregående ramme. Således, på senderen, blir deler (for eksempel 8x8 blokker av bildeelementdata) i en eksisterende televisjonsramme sammenlignet med tilsvarende plasserte deler i den umiddelbart foregående televisjonsrammen, og et differansesignal beregnes mellom disse deler av data som befinner seg i de to rammene. I stedet for å sende hele den eksisterende televisjonsrammen, blir kun differansesignalet sendt. Dette resulterer i en vesentlig reduksjon av data som må sendes, særlig der bildet som befinner seg i suksessive skjermer er relativt konstant.

I US-patent nr. 4827340 sammenligner en av forutsigerene en eksisterende videoramme med den foregående videoramme for å utlede et forutsigelsessignal. Dette er "interramme"-forutsigeren. En andre "intraramme"-forutsiger er til-veiebragt for å sammenligne deler av den eksisterende videorammen med seg selv. Differansesignalet som tilveiebringes av intraramme-forutsigeren er nyttig når bildet som representeres av videorammen har redundans. Eksempelvis er det i et nyhetsprogram generelt en massiv fargebakgrunn og et bilde av nyhetsformidlerens øvre kroppsdel. Ettersom bakgrunnen hele tiden er den samme, kan en blokk av bakgrunnen sendes intakt, og en liten datamengde som representerer forskjellen mellom denne blokk og hosliggende bak-grunnsblokker sendes for de gjenværende deler av bakgrunnen. Ofte vil dette differansesignal være null eller være meget lite, slik at kun en liten del av data (dvs. dataene for den første blokken) må sendes for å representere en vesentlig del av hele videorammen.

Den anordning som er beskrevet i nevnte US-patent nr. 4827340 bestemmer kun hvorvidt en bedre kompresjon oppnås ved å anvende intraramme-forutsigelse eller interrammeforutsigelse for hver suksessive videoramme. Den digitale data-(x) innmatning til de to forskjellige forutsigerene er nøyaktig den samme.

EP-publikasjon 105604 og US patent 4816906 omhandler tilsvarende teknikk som beskrevet i US patent 4827340.

Det ville være fordelaktig å tilveiebringe et kompresjonssystem som kombinerer fordelen ved rammebehandling hvor der er liten eller ingen bevegelse med fordelene av feltbehandling i detaljerte bevegelige områder. Det ville være ytterligere fordelaktig å tilveiebringe et slikt system som tillater videosignaler å bli komprimert og så rekonstruert uten noen degradering i bevegelsegjengivelse.

Det ville også være fordelaktig å tilveiebringe et universelt kompresjonssystem for optimalisering av kompresjonen av digital data ved å kombinere forskjellige kompresjonsteknikker eller dataformater for å oppnå topp ytelse under forskjellige forhold. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning for å oppnå slik fordel.

Dekoderanordningen kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen ved midler for å motta komprimerte, digitale videosignaler som sendes i blokker av rammebehandlede bildeelementdata og feltbehandlede bildeelementdata, midler koblet til nevnte mottagningsmidler for å bestemme hvorvidt en bestemt blokk av data som befinner seg i et mottatt signal var rammebehandlet eller feltbehandlet, første midler for å dekode mottatte blokker av feltbehandlet bildeelementdata, andre midler for å dekode mottatte blokker av rammebehandlet bildeelementdata, og midler som reagerer på nevnte bestemmelsemidler for selektivt å kombinere dekodete blokker fra nevnte første og andre midler for å gjenvinne et ikke-komprimert videosignal.

Ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen vil fremgå av patentkravene, samt av den detaljerte beskrivelsen med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er en illustrasjon som viser en videoramme adskilt i oddetalls- og partallsfelt for feltbehandling av bildeelementdata. Fig. 2 er en illustrasjon over en videoramme som har innbyrdes plasserte partalls- og oddetallslinjer for rammebehandling av bildeelementdata. Fig. 3 er et blokkskjema over en datakompresjonsanordning for bruk på en sender ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4a er et blokkskjema over krets som kan anvendes for å utføre funksjonen av den i fig. 3 viste avsøkningsomformer nr. 1. Fig. 4b er et diagram over formatet av bildeelementdatablokker utmatet fra avsøkningsomformer nr. 1. Fig. 5a er et blokkskjema over krets som kan anvendes til å utføre funksjonen av avsøkningsomformer nr. 2 i fig. 3. Fig. 5b er et diagram som illustrerer formatet av et oddetalls-/partallspar av bildeelementdatablokker som leveres av avsøkningsomformer nr. 2. Fig. 6 er et diagram som illustrerer ordenen av individuell bildeelementdatablokker innenfor feltene av en videoramme. Fig. 7 er et blokkskjema over feilevaluerings- og valgkretsen som kan anvendes i anordningen i fig. 3. Fig. 8 er et blokkskjema over dekoderanordning for bruk på en mottaker til å dekomprimere sendte digital data og rekon-struere et digitalisert linjesprang videosignal. Fig. 1 illustrerer en enkelt videoramme 10 som er delt i sine to komponentfelt. Felt 1 som er betegnet med henvisningstall 12 omfatter oddetallslinjen i videorammen. Felt 2 som er representert ved henvisningstall 14 omfatter partallslinjene i videorammen. I tidligere kjente analoge televisjonssystemer, defineres hver partalls- og oddetallslinje i videorammen av et analogt signal modulert med bildeinformasjon. Sekvensmessige linjer fra partalls- og oddetallsfeltene blir innbyrdes anordnet til å gi et forståelig videobilde.

Et linjesprang videobilde 16 er vist i fig. 2. Oddetallslinjer 18 fra felt 1 er innbyrdes anordnet med partallslinjer 20 fra felt 2. Partalls- og oddetallslinjene må innbyrdes anordnes på denne måte for at et riktig bilde skal fremvises på en televisjonsskjerm.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører digitalt sendte data. I digitale televisjonssystemer defineres hver linje av en videoramme ved en sekvens av digital databiter som refereres til som "bildeelementer". En stor mengde av data behøves for å definere hver videoramme i et televisjonssignal. Eksempelvis kreves 7,4 megabiter av data for å gi en videoramme med NTSC oppløsning. Dette forutsetter en 640 bildeelementer gange 480 linjers fremvisning med 8 biter av intensitetverdi for hver av primærfargene rød, grønn og blå. Høydefinisjonstelevisjon krever vesentlig mer data til å gi hver videoramme. For å administrere denne mengde av data, særlig for HDTV applikasjoner, må dataen komprimeres. Slik som angitt ovenfor kan forskjellig dataformatering og/eller kompresjonsteknikker gjøres mer virksomme enn andre på forskjellige tider under transmisjonen av en digital data-strøm. Eksempelvis blir feltbehandling av videodata i et format som vist i fig. 1 generelt foretrukket i detaljerte bevegelige områder. Rammebehandling, som vist ved formatet i fig. 2, virker generelt bedre enn feltbehandling når der er liten eller ingen bevegelse. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et system som optimaliserer komprimeringen av digitale televisjonsdata ved svitsjing mellom feltbehandling og rammebehandlig slik det passer.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse blir et standard, digitalisert, linjesprangtelevisjonssignal innmatet på terminal 30 av datakomprimeringsanordningen som er vist i fig. 3. Prosessen med digitalisering av videosignaler er velkjent innenfor teknikken. Et flertall av separate, digitaliserte signaler kan tilveiebringes for de forskjellige komponenter, slik som luminans og krominans i et videosignal. Når den foreliggende oppfinnelse anvendes i forbindelse med flere luminans og krominans komponenter, er det høyst viktig at luminansdelen av videosignalet drar fordel av den adaptive felt- og rammebehandlingen.

Et bilde definert ved hjelp av linjesprang videosignalet dekomponeres ved hjelp av en første avsøkomformer 32 til blokker av en dimensjon som passer for datakompresjon. Hvilke som helst av de forskjellige datakompresjonsteknikker som er velkjente innenfor teknikken kan anvendes i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Den mest populære kompresjonsteknikken er kjent som den diskrete kosinus transformasjon (DCT=Discrete Cosine Transform). Denne teknikk er beskrevet Chen og Pratt, "Scene Adaptive Coder", IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-32, No. 3, mars 1984, som innbefattes her med denne henvisning. Den etterfølgende beskrivelse forklarer oppfinnelsen ved bruk av en 8 x 8 bildeelement blokkstørrelse sammen med DCT kompre-sj onsteknikken.

For å minimalisere kompleksitet og hukommelsekrav for kompresjons- og påfølgende dekompresjonsanordning ifølge foreliggende oppfinnelse, grupperer avsøkningsomformer 32 partalls- og oddetallsfeltene av hver videoramme i par. Avsøkningsomformeren utmater vekselvis den samme blokken fra ett felt og så den andre. Denne funksjon kan realiseres ved å anvende komponentene som er vist i blokkskjemaet i fig. 4a.

Det digitaliserte linjesprang-videosignals innmatning på terminal 30 formateres til å gi samtlige av linjene fra oddetallsfeltet (felt 1) fulgt av samtlige av linjene fra partallsfeltet (felt 2). Dette er vist i fig. 4b som illustrerer felt 1 (160) fulgt av felt 2 (162). Funksjonen ■ av avsøkeromf ormeren 32 er å dele feltene 1 og 2 i et flertall av korresponderende blokker. Ever blokk er M bildeelementer bred ganger N bildeelementer høy. Det tar j slike å dekke bredden av bildet og i blokker å dekke høyden av hvert felt. Har man etablert dette format, utmater avsøkningsomformeren 32 så blokkene i vekselvis oddetalls-/partallsorden, slik som vist i fig. 6.

Fig. 6 er en detaljert angivelse av oddetalls- og par-tallsfeltene 160, 162 i fig. 4b etterat bildet er blitt dekomponert av avsøkningsomformer 32 til individuelle blokker av bildeelemente data. Felt 1 omfatter oddetallsblokker av bildeelementdata og felt 2 omfatter partallsblokker av bildeelementdata. I den viste utførelsesform inneholder hver 8x8 blokk 64 bildeelementer. Den første blokken av data utmatet fra avsøkningsomformeren 32 for hvert feltpar er blokk 164. Dernest utmates blokk 200, etterfulgt av blokker 165, 201, 166, 202 etc. Etterat blokk 231 er utmatet fra avsøkningsomformer 32, blir de neste to feltene (som representerer den neste videorammen) behandlet og utlest på den samme måten. Formateringen av data ved hjelp av avsøkningsomformer 32, slik som beskrevet ovenfor refereres til her som feltformatert data.

For å tilveiebringe feltformaterte data, kan avsøknings-omformeren 32 omfatte et dobbeltport RAM 70, slik som vist i fig. 4a. Dataene som befinner seg i en digitalisert linjesprang videosignalinnmatning på terminal 30 lastes inn i RAM 70 i den mottatte orden. En leseadresse genereres for å sette data istand til å bli utlest fra RAM 70 i feltformatet. En bildeelement klokkesignalinnmatning på terminal 72 koples til en bildeelement teller 74 som utmater et digitalt signal som strekker seg fra 0 M-l. Denne telling danner logg2M minst signifikant biter i leseadressen for dobbelport RAM-lageret. En deler 76 og horisontal blokkteller 78 tilveiebringer et signal som strekker seg fra 0 til j-1 og danner de neste loggj biter av leseadressen. En annen delekrets 80 og linjeteller 82 tilveiebringer en utmatning som strekker seg fra 0 til N-l, og danner de neste loggN biter av leseadressen. Deler 84 og vertikal blokkteller 86 gir en utmatning som strekker seg fra 0 til i-l til å danne de neste log2i biter. Tilsist gir deler 88 den mest signifikante biten av dobbeltport RAM adressen for å vippe mellom felt 1 og felt 2 i hver videoramme. Den sammensatte adressesignal-innmatningen til RAM 70 krever 1 + loggM + loggj + log2N + loggi biter. For en 8 x 8 blokkstørrelse, vil bildeelement og linjetellerne begge kreve tre biter. Antallet av biter som behøves for de horisontale og vertikale blokktellerene vil avhenge av' størrelsen av feltene.

Resultatet av det ovenstående er at leseadressen for RAM 70 vil bli inkrementert til å utmate videodata i et feltformat. Fagfolk vil forstå at bildeelementene innenfor hver blokk kan avsøkes i en forskjellig orden som er bestemt av inngangs-kravene for DCT algoritmen eller annen kompresjonsanordning som brukes.

Idet der igjen vises til fig. 3 utmates de feltformaterte data fra avsøkningsomformeren 32 til en første kompresjonsbane som omfatter en DCT transformasjonskoder 36 og en kvantiserer 38. Disse er vanlige elementer som anvendes i DCT kompresjonen, slik som beskrevet i nevnte artikkel av Chen og Pratt. De feltformaterte data innmates også til en andre kompresjonsbane som omfatter en andre avsøknings-omformer 42, en transformasjonskoder 44, og en kvantiserer 46. Transformasjonskoderen 44 og kvantisereren 46 er identiske med de i den første kompresjonsbanen. Forut for innmatning av de feltformaterte data til nevnte første og andre kompresjonsbaner, kan et valgfritt forutsigersignal som anvendes for bevegelsekompensering subtraheres ved hjelp av en subtraksjonskrets 34. Bevegelsekompenseringsaspektet, ifølge den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i nærmere detalj nedenfor.

Avsøkningsomformeren 42 anvendes til å omdanne de feltformaterte data fra avsøkningsomformeren 32 til et rammeformat. I dette format blir korresponderende par av blokker fra partalls- og oddetallsfelt innbyrdes anbragt på en linje-for-linje basis. Komponenter for å utføre denne operasjon er vist i fig. 5a. Rammeformatet er vist i fig. 5b, som viser et par av vertikalt hosliggende blokker 250 som omfatter oddetallsblokk 164 og korresponderende partallsblokk 200. Disse er de samme blokker som er vist et feltformat i fig. 6. Blokk 164 inneholder 64 oddetalls bildeelementer 252 som representerer deler av oddetallslinjene som befinner seg i en videoramme. Blokk 200 inneholder 64 partalls bildeelementer 254 som tilsvarer delene av partallslinjene i videorammen.

Komponentene i fig. 5a avsøker linjene av bildeelementene som er vist i fig. 5b i en vekslende oddetalls-/partalls linjeavsøkningsorden for å gi de innbyrdes anbragte rammeformaterte data. Den feltformaterte datainnmatningen på terminal 90 lagres ved hjelp av dobbeltport RAM 92 i den orden som de mottas. Bildeelement klokkesignalinnmatningen på terminal 72 i fig. 5a anvendes til å strobe en bildeelement teller 94 til å gi et utgangssignal som strekker seg fra 0 til M-l, som tjener som loggM minst signifikante biter i dobbeltport RAM adressen. Bildeelement klokkesignalet deles av M på deler 96, og innmates til en annen del-med-to krets 98 for innmatning til en linjeteller 100. Linje-telleren "utmater et digitalt signal som strekker seg fra 0 til N-l som danner de neste loggN biter av dobbelt-port RAM adressen. Utmatningen fra del-med-M kretsen 96 tjener også som den mest signifikante biten av leseadresseinnmatningen for RAM 92. Det resulterende leseadressesignalet består av 1 + loggN + loggM biter. Dette signal bevirker data som er lagret i RAM 92 til å bli lest ut i rammeformatet.

Som angitt i fig. 3, blir det komprimerte feltets formaterte data fra den første kompresjonsbanen utmatet fra kvantisereren 38 til en svitsj 39. De rammeformaterte data som er komprimert i den andre kompresjonsbanen utmates fra kvantisereren 46 til svitsj 39. Ifølge den foreliggende oppfinnelse blir feil i de komprimerte data fra de to forskjellige kompresjonsbanene evaluert og de data som har den minste feilen for hvert oddetalls-/partallsblokkpar velges for transmisjon. Hvor en del av en videoramme som har liten eller ingen bevegelse komprimeres, er det således sannsynlig at nevnte bildeelementdata som behandles i rammeformatet vil bli valgt. Der delen av videorammen som evalueres er fra et detaljert bevegelig område, er det sannsynlig at data som er komprimert i et feltformat vil bli valgt.

Feilevaluering og valg av rammebehandlete eller feltbehandlete data oppnås ved bruk av fastkoplet logikk som generelt er betegnet med henvisningstall 51. Feilen bestemmes ved å sammenligne de kvantiserte transformasjonskoeffisienter med de opprinnelige ukvantiserte transformasjonskoeffisienter i hver databane. De ukvantifiserte koeffisienters innmatning til kvantisereren 38 subtraheres ved 48 fra de kvantifiserte koeffisienters utmatning fra kvantifisereren 38. På tilsvarende måte blir de ukvantifiserte koeffisienters innmatning til kvantifisereren 46 subtrahert ved 50 fra de kvantifiserte koeffisienters utmatning fra kvantisereren 46. Resultatene innmates til en feilevaluerings- og valgkrets 52 som sammenligner feilene i de to banene. Det vil forstås at feilevalueringen og valget alternativt kunne realiseres i programvare.

I en foretrukket utførelsesform er feilmetrikken som anvendes summen av den absolutte verdien av samtlige koeffisient-differanser. Imidlertid vil også annen metrikk, slik som middel kvadrert feil også fungere tilfredsstillende. Uansett blir den gjennomsnittlige feil evaluert over en to blokks region. Dette er nødvendig på grunn av at de rammeformaterte data omfatter innbyrdes anbragte data fra oddetalls-/partallsblokkpar, som vist i fig. 5b. Sammenligning av feltformaterte data til rammeformaterte data må derfor skje over to blokks regionen.

Feilevaluerings- og valgkomponenten 51 er vist i nærmere detalj i fig. 7. Som angitt, kan disse realiseres i maskinvare eller programvare. Kvantiserte (Q) og ukvantiserte (Q) data fra rammeformatets kompresjonsbane innmates til henholdsvis terminaler 104 og 102 på subtraksjonskrets 106. Den absolutte verdi av differansen mellom disse signaler bestemmes ved hjelp av vanlig middel 108, og akkumulert på 110. På lignende måte blir de kvantiserte og ukvantiserte koeffisienter fra feltformatkompresjonsbanen innmatet på henholdsvis terminaler 114, 112 av subtraksjonskrets 116. De absolutte verdier av differansene beregnes som angitt ved 118, og akkumuleres ved 120. De akkumulerte feil fra respektive ramme- og feltformaterte baner sammenlignes på en komparator 122, som gir et utgangssignal på terminal 124 som indikerer hvilken bane som frembragte den minste feil for et bestemt par av bildeelementdatablokker.

Utgangssignalet fra feilevaluerings- og . valgkomponentene aktiverer svitsj 39 (fig. 3) til å kople kompresjonsbanen som har den minste feilen til nedstrøms beliggende behandlings-krets. Slik krets innbefatter variabel-lengde koder 56 som tildeler kodeord av variabel lengde til å representere det valgte settet at kvantiserte transformasjonskoeffisienter. Et eksempel på en slik variabel-lengde koder er beskrevet i nevnte artikkel av Chen* og Pratt.

Utmatningen fra variabel-lengde koderen 56 innmates til en multiplekser 58 som kombinerer de komprimerte data med styredata som føres på databane 68. Styredataene innbefatter en bit for koding av de valgte komprimerte signaler for å identifisere disse som feltformaterte eller rammeformaterte signaler. Dette kan være den samme bit som anvendes til å aktivere svitsj 39, der valget av en av kompresjonsbanene er representert ved "1" og den andre kompresjonsbanen er representert ved "0".

Det adaptive felt-/rammekodingssystemet som er vist i fig. 3 kan valgfritt kombineres med bevegelsekompensering for å gi ytterligere kompresjonsvirkningsgrader. Bevegelseskompen-seringsteknikker er velkjente. Slike teknikker er beskrevet eksempelvis av Staffan Ericsson i "Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid Predictive/Transform Coding", i IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-33, No. 12, desember 1985, og av Ninomiya og Ohtsuka i "A Motion-compensated Interframe Coding Scheme for Television Pictures", IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-30, No. 1, januar 1982, som begge inngår her ved henvisning. For å tilveiebringe bevegelsekompensasjon, blir bildeelementdata for den eksisterende videorammen forutsagt av bevegelsekompensatoren 64 og bevegelseestimatoren 66 fra bildeelementdata i en foregående videoramme som er lagret i rammelager 62. De forutsagte bildeelementdata subtraheres fra de faktiske bildeelementdata for den eksisterende videorammen på sub-trahereren 34 til å frembringe et sett av bildeelementdata som representerer en forutsigelsefeil. Forutsigelsefeil bildeelementdata presenteres til nevnte første og andre kompresjonsbaner for kompresjon og valg, slik som beskrevet ovenfor.

For å oppnå en forutsigelse for den neste rammen, må en invers transformasjon til behandlingsstrømmen som velges av feilevaluerings- og valgkomponentene bli beregnet, etterfulgt av den inverse av den andre avsøkningsomformeren 42 i tilfeller hvor rammebehandlig ble valgt. Den inverse transformasjon gis av krets 40, og den inverse av den andre avsøkningsomformeren gis av krets 54. Svitsj 41 aktiveres av utgangssignalet fra feilevaluerings- og valgkrets 52 til å kople passende formaterte data til bevegelsekompenserings-kretsen. De passende inverse transformasjonsdata adderes tilbake på adderer 60 til forutsigersignalet som initielt ble subtrahert fra den innkommende video. Resultatet skrives inn i rammelager 62 (f.eks. et skiftregister eller RAM) hvor det forsinkes inntil det kan anvendes som en forutsigelse for den neste rammen.

Blokkforskyvningsinformasjonen, som indikerer stedet for en foregående blokk som best passer til en eksisterende blokk av bildeelementdata innenfor et forut definert område, bestemmes av en bevegelseestimator 66 som innmater tilsvarende bevegelsevektordata (X, Y) til bevegelsekompensator 64. Bevegelsevektordataene innmates også til multiplekset 58 fra bevegelseestimator 66 via bane 68. Multiplekset 58 knytter bevegelsesvektordataene til det kodete videosignalet for bruk ved utledning av et identisk forutsigelsesignal på en mottaker.

Ettersom formålet med bevegelsekompensering er å forbedre kompresjonsytelse i bevegelige områder av et videobilde, er det mer effektivt å estimere blokkforflytningene og utføre kompenseringen ved bruk av felter istedet for rammer. Derfor blir forflytningen av hver blokk i et gitt felt bestemt med henvisning til det samme feltet av den foregående rammen. I visse tilfeller blir bedre resultater oppnåelige dersom feltet som er umiddelbart forut for det gitt feltet velges for referansen. I dette tilfellet ville et partallsfelt kunne tilpasses et oddetallsfelt, og et oddetallsfelt ville bli tilpasset et partallsfelt. Imidlertid er en slik strategi vanskeligere å realisere og ikke så virksom når den vertikale forflytning er 0.

Bevegelsekompensering utføres på den samme måte uansett hvorvidt feltbehandling eller rammebehandling velges for koding. En gitt forutsigelse oppnås for hver blokk i et gitt felt ved å anvende den estimerte forflytningsvektoren til å identifisere tilpasningsblokken i det samme feltet av den foregående rammen. I tilfeller hvor rammebehandling velges for koding, blir forutsigelsefeilene fra de to forskjellige feltene tilsist innbyrdes anordnet ved hjelp av den andre avsøkningsomformeren 42.

De komprimerte, kodete signaler utmates fra multiplekseren 58 til en sender (ikke vist). Det sendte signalet mottas av en digital televisjonsmottaker, og signalene dekodes av en dekoder, slik som den som er vist i fig. 8. De mottatte digitale signaler innmates på terminal 130 til en demultiplekser 132 som separerer de kodete styresignalene fra videodatasignalene. En variabel-lengde dekoder 134 gjen-vinner de kvantiserte transformasjonskoeffisientene. Gjenvunnede koeffisienter for feltbehandlete blokker dekomprimeres i en første dekompresjonsbane som omfatter invers-transformasjonkoder 136 og svitsj 142. Gjenvunnede koeffisienter for rammebehandlete blokker dekomprimeres i en andre dekompresjonsbane som omfatter inverse-transformasjons koder 136, invers-avsøks omformer 140, og svitsj 142. Invers-avsøk omformeren 14 0 er en hukommelseanordning som bringer tilbake ordenen av bildeelementer som oppstår fra bruken av den andre avsøkomformeren 42 på koderen tilbake til den opprinnelige avsøkningsorden. Styredatabiten som iden-tifiserer hver bildeelementdatablokk som rammebehandlet eller feltbehandlet aktiverer svitsj 142 via bane 152 til å anvende de passende dekomprimerte data fra den første dekompresjonsbanen eller andre dekompresjonsbanen til en invers avsøkomformer 150. Denne invers-avsøk omformer er en hukommelseanordning som bringer tilbake de omordnete bildeelementer som oppstår fra bruken av den første avsøkom-formeren 32 på koderen tilbake til den opprinnelige rasterav-søkorden. Utmatningen fra invers-avsøk omformeren 150 er det gjenvunnede, rekonstruerte digitaliserte linjesprang-videosignalet som blir innmatet til koderen. Dette utgangssignal koples til en videomonitor for fremvisning av videoprogrammet.

Bevegelsekompensasjon på mottakeren tilveiebringes av rammelager 146 og bevegelsekompensasjonskrets 148. Bevegelsevektordata knyttet til blokker av bildeelementdata på koderen hentes av demultiplekser 132 på mottakeren. Bevegelsevektordataene innmates via bane 152 til bevegelsekompensasjonskrets 148 som anvender dataene, sammen med data som representerer en tidligere videoramme lagret i rammelager 146, til å omberegne de opprinnelige forutsigelsesignaler. De omberegnete forutsigelsesignalene tilføyes de dekomprimerte blokker av bildeelementdata for den eksisterende videorammen på adderer 144. Ettersom bevegelsevektordataene som beregnes av bevegelseestimator 66 på koderen er knyttet til bildeelementdatablokkene, er der intet behov for å tilveiebringe bevegelseestimeringskrets på dekoderen, og det resulterende dekodersystemet forenkles.

Det vil nå forstås at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer forbedrete datakompresjonsteknikker for bruk i digital datatransmisjon, og særlig for bruk i transmisjonen av digital linjesprang televisjonssignaler. Oppfinnelsen kan med fordel anvendes i transmisjonen av HDTV signaler, og gir et middel for i vesentlig grad å redusere mengden av data som må sendes for å definere HDTV televisjonsbilder.

Et valg mellom rammebehandling og feltbehandling basert på oppnåelse av minimum feil i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er blitt funnet å være meget effektivt for forbedring av bildekvaliteten av digitalt komprimert televisjonssignaler. Stillestående eller langsomt bevegelige regioner gjøres langt mer nøyaktige enn hva som ville være mulig i et feltbehandlingssystem. Bevegelsegjøringen er langt bedre enn hva som ville være mulig i et rammebehand-lingssystem. Ettersom valget foretas på en lokal basis, kan systemet justere til situasjoner som inneholder både bevegelige og ikke-bevegelige trekk.

Fagfolk vil forstå at tallrike modifikasjoner og tilpasninger kan foretas på det beskrevne system uten å avvik fra ideen og omfanget som er uttrykt ved de vedlagte patentkrav. For å velge mellom ramme og feltbehandlete data, kan eksempelvis blokkfeil evalueres i bildeelementområdet. I dette tilfellet, istedet for å sammenligne tranformasjonskoeffisien-ter , kan hver blokk av data invers-transformeres og så sammenlignes med den opprinnelige blokk av bildeelementer.

Claims (6)

1. Dekoderanordning for å dekode en komprimert, digital datastrøm, karakterisert ved: midler (130) for å motta komprimerte, digitale videosignaler som sendes i blokker av rammebehandlede bildeelementdata og feltbehandlede bildeelementdata, midler (132) koblet til nevnte mottagningsmidler for å bestemme hvorvidt en bestemt blokk av data som befinner seg i et mottatt signal var rammebehandlet eller feltbehandlet, første midler (134, 136) for å dekode mottatte blokker av feltbehandlet bildeelementdata, andre midler (134, 136, 140) for å dekode mottatte blokker av rammebehandlet bildeelementdata, og midler (142) som reagerer på nevnte bestemmelsemidler for selektivt å kombinere dekodete blokker fra nevnte første og andre midler for å gjenvinne et ikke-komprimert videosignal.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved dessuten å omfatte midler (150) for å omforme det gjenvunnede signalet til et digitalisert linjesprang videosignal.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved nevnte bestemmelsemiddel omfatter middel for å lese felt og rammebehandlingsidentifiserende data som er knyttet til nevnte blokker.

4 . Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at nevnte blokker omfatter oppstillinger av transformasjonskoeffisienter, og nevnte første og andre midler omfatter midler for invers transformasjon (136) av nevnte koeffisienter.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte midler for invers transformasjon deles av nevnte første og andre midler.

6. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved dessuten å omfatte: midler (132) for å hente bevegelsesvektordata som er knyttet til mottatte blokker av bildeelementdata som representerer en eksisterende videoramme, midler for å lagre (146) data som representerer en foregående videoramme, midler for å beregne forutsigelsesignaler (148) fra de hentede bevegelsesvesktordata og de lagrede data, og midler å addere (144) nevnte forutsigelsesignaler til de mottatte blokker for den eksisterende videorammen.