DE69316439T2

DE69316439T2 - Methode und Vorrichtung zur Kodierung und Dekodierung von Videodaten

Info

Publication number: DE69316439T2
Application number: DE69316439T
Authority: DE
Inventors: Je-Chang Jeong
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-05-19
Also published as: KR0148130B1; EP0571171A2; DE69316439D1; EP0571171A3; RU2072562C1; JPH0722962A; US5384849A; CN1050489C; CN1081807A; EP0571171B1; JP2728619B2; KR930024496A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Codieren und Decodieren von digitalen Videodaten, die in Blöcke geteilt sind, von denen jeder eine vorbestimmte Größe aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschäftigen sich mit dem Problem der Verringerung eines Blockbildungsartefakts, d.h. eines Phänomens, das die Qualität der reproduzierten Bilder verringert, welches durch das Teilen von Rahmen- bzw. Bildoder Framedaten in eine Mehrzahl von Blöcken und das Codieren der geteilten Blöcke hervorgerufen wird.
In jüngster Zeit ist ein Codier- und Decodierverfahren in Systemen zum Übertragen und Empfangen von Video- und Audiosignalen eingesetzt worden. Das Codier- und Decodiersystem codiert das Video- und Audigsignal in digitale Daten, speichert und überträgt digitale Daten und decodiert die digitalen Daten dann, um das originale Signal zu reproduzieren. Ein derartiges Codiersystem komprimiert die zu speichernden und zu übertragenden Daten durch einen Satz von Codierprozessen.
Beispiele für herkömmliche Codier- und Decodiersysteme sind in den Figuren 1A, 1B, 2A und 2B der beigefügten diagrammförmigen Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1A stellt ein herkömmliches Codiersystem dar, siehe EP-A-0 396 360. Videodaten eines jeden Rahmens bzw. Frames werden in Blöcke mit einer Größe von NxN geteilt (im allgemeinen ist die Größe als N&sub1;xN&sub2; dargestellt, und aus Gründen einer einfacheren Erklärung wird N&sub1;=N&sub2;=N angenommen, was eine Pixeleinheit darstellt), und jeder Datenblock wird in eine Orthogonaltransformationseinrichtung 1 eingegeben. Dann führt die Orthogonaltransformationseinrichtung 1 eine DCT-Datentransformation (diskrete Cosinustransformation) in bezug auf alle Blockdaten durch. Die Blockdaten werden in der Orthogonaltransformationseinrichtung 1 in Transformationskoeffizienten in der Frequenzdomäne konvertiert. Dann ändert eine Quantisierungseinrichtung 3 die Konversionskoeffizienten in entsprechende Werte, von denen jeder eine vorbestimmte Stufe annimmt, wobei die Energieverteilung der Transformationskoeffizienten berücksichtigt wird. Ein Codierer zum Codieren mit variabler Länge (im folgenden auch als Codierer für variable Längen bezeichnet) 5 komprimiert weiterhin die codierten Daten durch eine Codierung der repräsentativen Werte mit variabler Länge unter Berücksichtigung der statistischen Charakteristika der repräsentativen Werte.
Solche durch das oben beschriebene Codiersystem codierten und komprimierten Daten werden an das in Fig. 1B gezeigte Decodiersystem übertragen. Dann laufen die übertragenen Daten durch eine Umspeicherungs- bzw. eine Wiederherstellungseinrichtung mit einem Decodierer zum Decodieren mit variabler Länge 11 (im folgenden auch als Decodierer für variable Längen bezeichnet), einer inversen Quantisierungseinrichtung 12 und einer Inversorthogonaltransformationseinrichtung 13 etc. und werden zu Daten reproduziert, die sehr nah an dem Originaustand vor der Codierung liegen.
Die Figuren 2A und 2B stellen ein anderes Beispiel eines bekannten Codier- bzw. Decodiersystems dar. Im allgemeinen gibt es viele ähnliche Abschnitte zwischen einem bestimmten Bild und seinen nachfolgenden Bildern. Somit können in dem Fall, in dem Bilder leicht bewegt werden, wenn ein Bewegungsvektor durch Abschätzung der Bewegung berechnet wird und differentielle Impulscodemodulations(DPCM)-Daten zwischen benachbarten Bildern während des Codierungsverfahrens codiert werden, die Übertragungsdaten weiter komprimiert werden. Außerdem kann bei der Decodierung der Bewegungsvektor, der im Codierungsprozeß verwendet worden ist, verwendet werden, um die Blockdaten zu kompensieren, wodurch die codierten Daten reproduziert werden. Ein derartiges Codier- und Decodiersystem, das das bewegungskompensierte DPCM-Verfahren verwendet, umfaßt eine schnelle Rückkopplungsschleife zur Bewegungskompensation. Die Rückkopplungsschleife zur Bewegungskompensation in dem Codiersystem, das in Fig. 2A gezeigt ist, umfaßt eine Inversquantisierungseinrichtung 4, eine Inversorthogonaltransformationseinrichtung 2, einen Addierer A2, einen Framespeicher 6, eine Bewegungsermittlungseinrichtung 7 und eine Bewegungskompensationseinrichtung 8. Außerdem umfaßt das Decodiersystem, das in Fig. 2B gezeigt ist, eine Rückkopplungsschleife mit einem Framespeicher 14, einer Bewegungskompensationseinrichtung 15 und einem Addierer A3. Da ein derartiges DPCM- Verfahren eines Codier- und Decodiersystems eine bekannte Technologie ist, wird von einer detaillierten Beschreibung derselben abgesehen. Schalter SW1 und SW2, die in den entsprechenden in den Figuren 2A und 2B gezeigten Einrichtungen vorgesehen sind, regenerieren die Videodaten in Frame- oder Blockeinheiten, um eine Ansammlung von Fehlern in dem DPCM-Prozeß zu vermeiden. Das heißt, daß der DPCM- Prozeß bei angeschalteten Schaltern SW1 und SW2 durchgeführt wird, und bei ausgeschalteten Schaltern die PCM-Daten zur Übertragung codiert werden.
Da in einem solchen bekannten Codier- und Decodiersystem ein einzelnes Bild in die NxN-Blöcke geteilt wird und dann die geteilten Blöcke zur Verarbeitung der Videodaten verarbeitet werden, werden, falls das Decodiersystem das Signal, das in dem Codiersystem codiert und von diesem übertragen worden ist, empfängt und wiederherstellt, Grenzen zwischen Blöcken von Bildern leicht exponiert und das Blockbildungsartefakt, bei dem es erscheint, daß ein bestimmter Abschnitt ein Gitter aufweist, tritt auf.
In jüngster Zeit sind verschiedene Verfahren zur Verringerung eines derartigen Blockbildungsartefakts vorgeschlagen worden. Beispielsweise werden in einem ersten Verfahren die geteilten Blöckein dem Bild miteinander überlappt; ein zweites Verfahren verwendet eine überlappende orthogonale Transformation; und ein drittes Verfahren filtert die Daten entsprechend der Grenzen der Blöcke in dem Decodiersystem mit einem Tiefpaß. Da allerdings das erste und das zweite Verfahren die grundlegende Zusammensetzung des Codiersystems ändern, tritt bei ihnen das Problem auf, daß sich die Komplexität der Hardware erhöht. Das dritte Verfahren ist dahingehend problematisch, daß die Auflösung des Grenzabschnitts des Blocks verringert wird. Bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung machen sich unter den oben beschriebenen Verfahren das dritte Verfahren zunutze, um die oben bezeichneten Probleme zu lösen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zielen darauf ab, ein Codiersystem zum Unterdrücken eines Blockbildungsartefakts zu schaffen, ohne die Auflösung der Grenzen der Blöcke zu verringern, in welchem jeder Frame in Blöcke geteilt wird und eine Transferfunktion eines Tiefpaßfilters, der den Grenzabschnitt der Blöcke filtert, adaptiv variiert wird.
Es ist ein anderes Ziel, ein Decodiersystem zum Decodieren von Videodaten zu schaffen, die durch ein Codiersystem, welches das oben bezeichnete Blockbildungsartefakt unterdrückt, codiert worden sind.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Datencodierverfahren geschaffen, umfassend die Schritte:
Teilen von eingegebenen Rahmen- bzw. Bilddaten oder Framedaten in Blöcke mit vorbestimmten Größen;
Komprimieren der Daten mittels eines Datentransformations- und Quantisierungsschritts in Einheiten eines jeden Blocks;
Dekomprimieren und Umspeichern bzw. Wiederherstellen der komprimierten Daten in Einheiten eines Rahmens; und
Messen eines Blockbildungsartefakts, wobei die umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Rahmendaten mit den verzögerten Originaahmendaten verglichen werden, so daß ein vorbestimmter Nachverarbeitungsparameter erzeugt wird, der den Grad des Blockbildungsartefakts repräsentiert.
Vorzugsweise umfaßt der Blockbildungsartefakt-Meßschritt den Schritt eines Speichern der eingegebenen Rahmendaten in Einheiten eines Rahmens.
Vorzugsweise umfaßt der Blockbildungsartefakt-Meßschritt die Unterschritte:
Berechnen von Feherrahmendaten, die der Differenz zwischen den verzögerten Originalrahmendaten und den umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Rahmendaten entsprechen;
Berechnen eines Diskontinuitätsgrads des Blockgrenzabschnitts in den Fehlerrahmendaten; und
Erzeugen eines vorbestimmten Parameters, der entsprechend des berechneten Diskontinuitätsgrads aus den zuvor gesetzten Parametern als Nachverarbeitungsparameter ausgewählt wird.
Vorzugsweise umfaßt der Diskontinuitätsgrad-Berechnungsschritt die Unterschritte:
Verzögern der Fehlerrahmendaten um eine vorbestimmte Zeit;
Berechnen der Differenz zwischen den verzögerten Fehlerrahmendaten und den ursprünglichen Fehlerrahmendaten;
Erfassen der der Blockgrenze entsprechenden Daten aus den Daten, die in dem Differenzberechnungschritt erhalten worden sind, und
Berechnen eines Mittelwerts der erfaßten Daten.
Vorzugsweise erzeugt der Nachverarbeitungsparameter-Erzeugungsschritt entsprechend dem berechneten Diskontinuitätsgrad einen zwischen "0" und "1" variablen Parameter.
Vorzugsweise umfaßt der Mittelwertberechnungsschritt einen Unterschritt eines durch ein Rücksetzsignal einer vorbestimmten Zeitdauer auf einen vorbestimmten Anfangswert Zurückgesetztwerdens.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Datendecodierverfahren geschaffen, das ein codiertes Übertragungs- bzw. Transmissionssignal unter Verwendung einer Blocktransformation decodiert und die Schritte aufweist:
Empfangen codierter Übertragungsdaten und eines Nachverarbeitungsparameters, die gemäß eines Codierverfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche erhalten worden sind;
Decodieren und Umspeichern bzw. Wiederherstellen der Übertragungsdaten; und
adaptives Filtern der decodierten und umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Daten entsprechend dem Nachverarbeitungsparameter.
Vorzugsweise umfaßt der Filterschritt eine Tiefpaßfiltercharakteristik entsprechend der Variation der Größe des Nachverarbeitungsparameters.
Vorzugsweise umfaßt der Filterschritt eine Allpaßfiltercharakteristik entsprechend der Variation der Größe des Nachverarbeitungsparameters.
Vorzugsweise filtert der Filterschritt das decodierte, umgespeicherte bzw. wiederhergestellte Signal, so daß das an dem Blockgrenzabschnitt erzeugte Blockbildungsartefakt verringert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Datencodiervorrichtung geschaffen, die Rahmendaten bzw. Framedaten, die an einen Eingangsanschluß gegeben werden, in Blöcke vorbestimmter Größe teilt, und die Daten mittels eines Datentransformations- und Quantisierungsschritts in Einheiten eines jeden Blocks komprimiert, um so ein Blockbildungsartefakt, das an dem Blockgrenzabschnitt erzeugt wird, zu unterdrücken, wobei die Codiervorrichtung aufweist:
eine Einrichtung zur Verzögerung der eingegebenen Rahmendaten;
eine Einrichtung zum Decodieren der komprimierten Daten und zum Ausgeben der umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Rahmendaten; und
eine Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung, welche die umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Rahmendaten und die ursprünglich eingegebenen Rahmendaten empfängt und den Blockbildungsartefaktgrad unter Verwendung der zwei Rahmendatensätze mißt, wodurch ein vorbestimmter Nachverarbeitungsparameter erzeugt wird.
Vorzugsweise ist die Verzögerungseinrichtung ein Rahmenspeicher bzw. Framespeicher zum Speichern der Rahmendaten.
Vorzugsweise umfaßt die Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung:
einen ersten Addierer zum Berechnen von Fehlerrahmendaten, die einem Unterschied zwischen den von der Verzögerungseinrichtung ausgegebenen Rahmendaten und den umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Rahmendaten entsprechen;
eine Einrichtung zum Empfangen der Fehlerrahmendaten, die von dem ersten Addierer ausgegeben worden sind, und zum Berechnen eines Diskontinuitätsgrads an dem Blockgrenzabschnitt; und
eine Einrichtung zum Empfangen des von der Diskontinuitätsgrad-Berechnungseinrichtung ausgegebenen Diskontinuitätsgrads und zum Erzeugen eines vorbestimmten Nachverarbeitungsparameters, der entsprechend des Diskontinuitätsgrads variiert wird.
Vorzugsweise umfaßt die Diskontinuitätsgrad-Berechnungseinrichtung:
eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern der Ausgabedaten des ersten Addierers um eine vorbestimmte Zeit;
einen zweiten Addierer zum Berechnen einer Differenz zwischen den Ausgabedaten des ersten Addierers und den Ausgabedaten der Verzögerungseinrichtung;
eine Blockgrenzendetektionseinrichtung zum Erfassen der Daten, die dem Blockgrenzabschnitt entsprechen, aus den Ausgabedaten des zweiten Addierers; und
eine Fehlermittelwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mittelwerts der Daten, die von der Blockgrenzendetektionseinrichtung erfaßt worden sind.
Vorzugsweise erzeugt die Nachverarbeitungsparameter-Erzeugungseinrichtung entspechend des Diskontinuitätsgrads, der von der Diskontinuitätsgrad-Einrichtung geliefert worden ist, einen zwischen "0" und "1" variablen Nachverarbeitungsparameter.
Vorzugsweise ist die Nachverarbeitungsparametererzeugungseinrichtung ein Lesespeicher (ROM) zum Speichern einer vorbestimmten Nachschlagetabelle, die eine Beziehung zwischen dem Diskontinuitätsgrad und dem Nachverarbeitungsparameter bestimmt.
Vorzugsweise umfaßt die Blockgrenzendetektionseinrichtung:
einen Zähler zum Zählen eines Intervalls, das der Blockgrenze entspricht; und
einen Schalter, der durch das Ausgangssignal des Zählers an- oder ausgeschaltet wird, und dessen eine Seite mit dem zweiten Addierer verbunden ist und dessen andere Seite mit der Fehlermittelwert-Berechnungseinrichtung verbunden ist.
Vorzugsweise wird die Fehlermittelwert-Berechnungseinrichtung durch ein Rücksetzsignal vorbestimmter Zeitdauer auf einen vorbestimmten Anfangswert zurückgesetzt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Datendecodiervorrichtung geschaffen, die ein codiertes Übertragungssignal unter Verwendung einer Blockkonvertierung decodiert und aufweist:
eine Einrichtung zum Empfangen von Übertragungsdaten und eines Nachverarbeitungsparameters, die in einer Codiervorrichtung nach einem der zuvor diskutierten Aspekte der Erfindung codiert worden sind;
eine Einrichtung zum Decodieren und Umspeichern bzw. Wiederherstellen der codierten Übertragungsdaten; und
eine Einrichtung zum adaptiven Filtern der von der Umspeicherungseinrichtung bzw. Wiederherstellungseinrichtung ausgegebenen umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Daten entsprechend dem Nachverarbeitungsparameter.
Vorzugsweise arbeitet die Filtereinrichtung so, daß sie das Signal entsprechend dem Blockgrenzabschnitt der von der Umspeichereinrichtung bzw. Wiederherstellungseinrichtung gelieferten umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Daten filtert.
Vorzugsweise umfaßt die Filtereinrichtung Filtercharakteristika einer Allpaßfilterfunktion, einer Tiefpaßfilterfunktion und einer gemischten Filterfunktion der beiden Filterfunktionen, die in Abhängigkeit von dem Nachverarbeitungsparameter variiert.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe durchgeführt werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten diagrammartigen Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 3A ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Codiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3B ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Decodiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4A ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Codiervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4B ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Decodiervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 ein detailliertes Blockdiagramm eines Beispiels einer in den Figuren 3A und 4A gezeigten Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung ist; und
Fig. 6 ein Graph ist, der die Operationscharakteristik der Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung von Fig. 5 darstellt.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche oder einander entsprechende Teile.
Die Figuren 3A und 3B zeigen entsprechend eine Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Unterdrücken eines Blockbildungsartefakts, welche die herkömmliche Codier- und Decodiervorrichtung, die in den Figuren IA und IB gezeigt sind, verbessern. Die Codiervorrichtung von Fig. 3A ist eine Vorrichtung zum Codieren von Videodaten, umfassend eine Orthogonaltransformationseinrichtung zum Konvertieren der von jedem geteilten Bild erhaltenen NxN- Blockdaten in Transformationskoeffizienten in der Frequenzdomäne, eine Quantisierungseinrichtung 3 und eine Einrichtung zum Codieren mit variabler Länge 5 zum Quantisieren und Codieren der Transformationskoeffizienten mit variabler Länge, welche von der Orthogonaltransformationseinrichtung 1 ausgegeben worden sind, und zum komprimieren der Daten, eine Inversquantisierungseinrichtung 4, eine Inversorthogonaltransformationseinrichtung 2 und einen ersten Framespeicher 6 zum Umspeichern der quantisierten Daten in Videodaten einer speziellen Domäne bzw. Ortsdomäne und zum Rekonstruieren der Framedaten, eine zweite Speichereinrichtung 100 zum Verzögern der Videodaten für eine vorbestimmte Zeit, bevor sie in der Orthogonaltransformationseinrichtung 1 einer diskreten Cosinustransformation unterzogen werden, und eine Blockbild ungsartefakt-Meßeinrichtung 200, welche die originalen, verzögerten Framedaten F&sub0; von dem zweiten Framespeicher 100 aufnimmt und einen Nachverarbeitungsparameter α erzeugt, der entsprechend dem Diskontinuitätsgrad des Blockgrenzabschnitts variiert wird.
Der Betrieb und die Funktionen der Orthogonaltransformationseinrichtung 1, der Quantisierungseinrichtung 3, der Codiervorrichtung für variable Längen 5, der Inversquantisierungseinrichtung 4 und der Inversorthogonaltransformationseinrichtung 2 in Fig. 3A sind einem Fachmann bekannt. Demgemäß wird von einer detaillierten Beschreibung derselben abgesehen. Andererseits empfängt der erste Framespeicher 6 die umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Blockdaten, die von der NxN- Inversorthogonaltransformationseinrichtung 2 ausgegeben worden sind, und speichert die Blockdaten sequentiell, um die umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Rahmendaten Fr zu erzeugen. Außerdem empfängt der zweite Framespeicher 100 die Videodaten, die auf einen Eingangsanschluß IN gegeben werden und speichert sie in Einheiten eines Frames. Dann verzögert der zweite Framespeicher 100 die gespeicherten Framedaten F&sub0; für eine vorbestimmte Zeitdauer und gibt sie aus, so daß sie der Frame desselben Bilds wie die Framedaten Fr sind, die von dem ersten Framespeicher 6 rekonstruiert und ausgegeben worden sind. Dann vergleicht die Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung 200 die umgespeicherten Framedaten Fr, die von dem ersten Framespeicher 6 geliefert werden, mit den verzögerten Originaframedaten F&sub0;, die von dem zweiten Framespeicher 100 geliefert werden, und mißt den Blockbildungsartefaktengrad an dem Blockgrenzabschnitt, wodurch der Nachverarbeitungsparameter α entsprechend dem gemessenen Blockbildungsartefaktengrad variiert und erzeugt wird. Ein derartig erzeugter Nachverarbeitungsparametero: wird zusammen mit codierten Videodaten an eine Decodiervorrichtung übertragen.
Die oben beschriebene Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 im Detail beschrieben.
Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt die Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung 200 einen vierten Addierer A4, der die verzögerten Originalframedaten F&sub0; und die umgespeicherten Framedaten Fr empfängt, und Fehlerframedaten erzeugt, die der Differenz zwischen beiden Framedaten entsprechen, eine Diskontinuitätsgrad-Berechnungseinrichtung 240, welche die Feherframedaten, die von dem vierten Addierer A4 ausgegeben werden, empfängt und den Diskontinuitätsgrad β aufgrund des Blockbildungsartefakts an dem Blockgrenzabschnitt berechnet, und einen Lesespeicher (ROM) 250, der den berechneten Diskontinuitätsgrad β empfängt und den Nachverarbeitungsparameter α erzeugt, der in Proportion zur Größe des Diskontinuitätsgrads β verändert wird. Hier ist in dem ROM 250 eine vorbestimmte Nachschlagetabelle gespeichert, welche die Korrelation zwischen dem Diskontinuitätsgrad β und dem Nachverarbeitungsparameter α bestimmt. Die Charakteristika der Nachschlagetabelle hat eine nichtlineare proportionale Beziehung, wie in Fig. 6 gezeigt. Außerdem umfaßt die oben bezeichnete Diskontinuitätsgrad-Berechnungseinrichtung 240 eine Fehlerwertberechnungseinrichtung 210, die Fehlerframedaten von dem vierten Addierer A4 empfängt und den Fehlerwert zwischen den entsprechenden Pixeln von den Fehlerframedaten berechnet, eine Blockgrenzendetektionseinrichtung 220 zum Detektieren des Fehlerwerts aus den Fehlerwerten, die in der Fehlerwertberechnungseinrichtung 210 berechnet worden sind, welcher dem Grenzabschnitt zwischen den entsprechenden Blöcken entspricht, und eine Fehlermittelwertberechnungseinrichtung 230, die die Fehlerwerte, die in der Blockgrenzdetektionsein richtung 220 detektiert worden sind, empfängt und den mittleren Fehlerwert entsprechend dem Diskontinuitätsgrad β an jeder Blockgrenze in bezug auf den gesamten Fehlerframe erzeugt.
Eine solche Blockbildungsartefaktmeßeinrichtung 200 arbeitet wie folgt. Der vierte Addierer A4 berechnet die Fehlerframedaten unter Verwendung der verzögerten Originalframedaten F&sub0; und der umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Framedaten Fr. Die Fehlerframedaten, die von dem vierten Addierer A4 ausgegeben werden, werden an den Eingang eines fünften Addierers A5 gelegt. Außerdem werden die Fehlerframedaten um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert und an den anderen Eingang des fünften Addierers A5 gegeben. Dann berechnet der fünfte Addierer A5 die Differenz zwischen beiden Eingangsdaten. Der Ausgang des fünften Addierers A5 entspricht dem Fehlerwert zwischen den entsprechenden Pixeln in dem Fehlerframe. Die Ausgabe des fünften Addierers A5 wird über einen Schalter SW3 einer Fehlermittelwertberechnungseinrichtung 230 zugeführt. Hier wird der Schalter SW3 durch ein Steuersignal, das von einem Zähler 221 geliefert wird, an- oder ausgeschaltet. Das Steuersignal des Zählers 221 schaltet den Schalter SW3 nur an, wenn der Fehlerwert, der von dem fünften Addierer A5 ausgegeben worden ist, den Daten gleich ist, die jedem Blockgrenzabschnitt entsprechen. Somit wird nur der Fehlerwert zwischen entsprechenden Pixeln eines jeden Blockgrenzabschnitts am Fehlerframe der Fehlermittelwertberechnungseinrichtung 230 zugeführt. Dann berechnet die Fehlermittelwertberechnungseinrichtung 230 einen absoluten Mittelwert oder einen Root-Mean-Square- Wert in bezug auf den Fehlerwert, der an den Schalter SW3 gegeben wird, und berechnet einen Fehlermittelwert in bezug auf alle Framedaten. Der berechnete Mittelwert entspricht dem Diskontinuitätsgrad β von jeder Blockgrenze in jeden entsprechenden Frame. Dann wird die Fehlermittelwertsberechnungseinrichtung 230 durch ein vorbestimmtes Rücksetzsignal RST auf einen vorbestimmten anfänglichen Wert (im allgemeinen "0") zurückgesetzt. Hier wird ein Rücksetzsignal RST in Einheiten eines Frames angelegt. Allerdings kann das Rücksetzsignal RST in Abhängigkeit von dem System auch in Einheiten eines Feldes oder einer Scheibe mit vorbestimmter Größe angelegt werden. Der Diskontinuitätsgrad β, der von der Fehlermittelwertberechnungseinrichtung 230 ausgegeben wird, wird dem ROM 250 zugeführt. Dann liest das ROM 250 den Nachverarbeitungsparameter α entsprechend dem Diskontinuitätsgrad β aus der zuvor gespeicherten Nachschlagetabelle aus und erzeugt den Nachverarbeitungsparameter α. Hier hat der Nachverarbeitungsparameter α einen variablen Wert zwischen "0" und "1 " entsprechend der Variation des Diskontinuitätsgrads β, wie in Fig. 6 gezeigt.
Fig. 3B zeigt eine Decodiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Decodiervorrichtung umfaßt einen adaptiven Tiefpaßfilter 300 zum Unterdrücken des Blockbildungsartefakts. Die Decodiervorrichtung zum Empfangen codierter Übertragungsdaten von der Codiervorrichtung aus Fig. 3A und zum Wiederherstellen bzw. Umspeichern der empfangenen Daten umfaßt eine Decodiervorrichtung für variable Längen 11 zum Decodieren der empfangenen Daten mit variabler Länge und zum Konvertieren in quantisierte Daten, eine Inversquantisierungseinrichtung 12 und eine Inversorthogonaltransformationseinrichtung 13 zum inversen Quantisieren der quantisierten Daten und anschließendem Konvertieren der invers quantisierten Daten in Videodaten der Ortsdomäne und einen adaptiven Tiefpaßfilter 300, dessen Filtercharakteristika entsprechend dem Nachverarbeitungsparameter α, der von der Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung 200 der oben beschriebenen Codiervorrichtung ausgegeben und von dieser übertragen worden ist, variiert. In einer derartigen Decodiervorrichtung sind die anderen Komponenten, mit Ausnahme des adaptiven Tiefpaßfilters 300, einem Fachmann bekannt. Demgemäß wird von einer detaillierten Beschreibung abgesehen.
Hier filtert der adaptive Tiefpaßfilter 300 die umgespeicherten Videodaten, die von der Inversorthogonaltransformationseinrichtung 13 ausgegeben worden sind. Die Filtercharakteristik wird adaptiv durch den Nachverarbeitungsparameter α variiert, der von der Codiervorrichtung übermittelt worden ist. Die Filtercharakteristik H des adaptiven Tiefpaßfilters 300 sind wie folgt, wobei das Filterband entsprechend dem Nachverarbeitungsparameter α variiert wird.
Hierin ist L ein Tiefpaßfilterkoeffizient und A ein Allpaßfilterkoeffizient. Die Gleichungen (2) bzw. (3) stellen entsprechend beide Koeffizienten dar. Wenn der Nachverarbeitungsparameter α, der von der Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung 200 ausgegeben worden ist, "0" ist, dann liegt kein Blockbildungsartefakt an dem Blockgrenzabschnitt in dem Videodatenframe, der von der Inversorthogonaltransformationseinrichtung 13 ausgegeben worden ist, vor. In diesem Fall wird der adaptive Tiefpaßfilter 300 zu einem Allpaßfilter, so daß alle eingegebenen Videodaten durchgelassen werden. Andererseits ist das Blockbildungsartefakt an dem Blockgrenzabschnitt des entsprechenden Frames beträchtlich, wenn der Nachverarbeitungsparameter α "1" ist. In diesem Fall wird der adaptive Tiefpaßfilter 300 zu einem Tiefpaßfilter und filtert den Blockgrenzabschnitt der eingegebenen Videodaten, wodurch die Blockbildungsartefaktkomponente, die in dem Blockgrenzabschnitt vorliegt, ausgelöscht wird. Andererseits besitzt der adaptive Tiefpaßfilter 300 eine Zwischencharakteristik zwischen dem Allpaßfilter und dem Tiefpaßfilter, wenn der Nachverarbeitungsparameter α "0< a< 1" ist, und sein Filterband variiert entsprechend dem Blockbildungsartefaktgrad des Blockgrenzabschnitts.
Die Figuren 4A und 4B zeigen eine Codier- und Decodiervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche die in den Figuren 2A und 2B gezeigte herkömmliche Codier- und Decodiervorrichtung verbessern. Die Vorrichtung von Fig. 4A wird durch Kombination der zuvor genannten Blockbildungsartefakt- Meßeinrichtung mit der herkömmlichen Codiervorrichtung, die eine vorbestimmte Rückkopplungsschleife zur Durchführung einer DPCM aufweist, erhalten. In der Vorrichtung von Fig. 4A sind dieselben Elemente wie die der in Fig. 3A gezeigten Vorrichtung durch dieselben Bezugssymbole bezeichnet. Von ihrer detaillierten Beschreibung wird hier abgesehen. Die Rückkopplungsschleife zur Durchführung der DPCM umfaßt hier einen Framespeicher 6, eine Bewegungsermittlungseinrichtung 7 und eine Bewegungskompensationseinrichtung 8. Die Bewegungsermittlungseinrichtung 7 empfängt die NxN-Blockdaten von dem Eingabeanschluß IN und schätzt zwischen den eingegebenen Blockdaten und den Blockdaten, welche Muster haben, die den eingegebenen Blockdaten am ähnlichsten sind, von den Framedaten, die in dem Framespeicher 6 gespeichert sind, wodurch ein Bewegungsvektor MV erzeugt wird. Die Bewegungskompensationseinrichtung 8 extrahiert den entsprechenden Block aus den Framedaten, die in dem Framespeicher 6 gespeichert sind, entsprechend dem Bewegungsvektor, der von der Bewegungsermittlungsein richtung 7 geliefert wird, und liefert die extrahierten Blockdaten an einen ersten Addierer A1 und einen zweiten Addierer A2. Der erste Addierer A1 berechnet die Differenz zwischen den Blockdaten, die über den Eingangsanschluß IN angelegt werden, und den Blockdaten, die von der Bewegungskompensationseinrichtung 8 geliefert werden. Die Fehlerdaten werden codiert und übertragen. Außerdem addiert der zweite Addierer A2 die Blockdaten, die von der Bewegungskompensationseinrichtung 8 zugeführt werden, zu den umgespeicherten Fehlerdaten, die von der Inversorthogonaltransformationseinrichtung 2 geliefert werden, so daß das Ergebnis dem Framespeicher 6 zugeführt wird. Die Blockartefaktmeßeinrichtung 200 von Fig. 4A umfaßt dieselben Elemente wie die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung. Demgemäß wird ihr Betrieb identisch zu der oben beschriebenen ausgeführt.
Die Decodiervorrichtung von Fig. 4B decodiert das in der Codiervorrichtung von Fig. 4A codierte Signal. In der Decodiervorrichtung nach Fig. 4B sind dieselben Elemente wie in der Vorrichtung von Fig. 3B durch dieselben Bezugssymbole gekennzeichnet.
Wenn die empfangenen Übertragungsdaten DPCM-Daten sind, umfaßt die Rückkopplungsschleife zum Umspeichern bzw. Wiederherstellen der DPCM-Daten einen Framespeicher 14 und eine Bewegungskompensationseinrichtung 15. Die Bewegungskompensationsein richtung 15 empfängt den Bewegungsvektor MV, der von der Codiervorrichtung "bertragen worden ist, und extrahiert die entsprechenden Blockdaten aus den Framedaten, die in dem Framespeicher 14 gespeichert sind, um die extrahierten Daten einem dritten Addierer A3 zuzuführen. Dann addiert der dritte Addierer A3 die Ausgabedaten der Inversorthogonaltransformationseinrichtung 13 zu den Ausgabedaten der Bewegungskompensationseinrichtung 15. Dann empfängt der adaptive Tiefpaßfilter 300 den Nachverarbeitungsparameter α, der von der Blockartefaktmeßeinrichtung 200 der Codiervorrichtung ausgegeben und von dieser übertragen worden ist, und filtert adaptiv die Videodaten, die von dem dritten Addierer A3 entsprechend dem Parameter α zugeführt werden, wodurch das Blockbildungsartefakt des Blockgrenzabschnitts verringert wird. Die Betriebscharakteristika des adaptiven Tiefpaßfilters 300 sind dieselben wie oben beschrieben. Demgemäß wirkt der adaptive Tiefpaßfilter 300 als Allpaßfilter, wenn der Nachverarbeitungsparameter α "0" ist, während er als Tiefpaßfilter fungiert, wenn der Parameter α "0" ist. Außerdem wird die Filtercharakteristik entsprechend der Größe des Parameters α variiert, wenn der Parameter α zwischen "0" und "1 "liegt.
In der zuvor genannten Ausführungsform wird der Diskontinuitätsgrad der Blockgrenze unter Verwendung der Fehlerframedaten, die der Differenz zwischen den verzögerten Originaframedaten F&sub0; und den umgespeicherten Framedaten Fr entsprechen, berechnet. Allerdings kann bei der tatsächlichen Anwendung, da der Diskontinuitätsgrad des Blockgrenzabschnitts des verzögerten Originalframes sehr klein ist, der Diskontinuitätsgrad direkt unter Verwendung lediglich der umgespeicherten bzw. wiederhergestellten Framedaten ohne Verwendung der Fehlerframedaten direkt berechnet werden, wodurch ein hinreichender Effekt bei der Verringerung des Blockbildungsartefakts erhalten wird. In diesem Fall wird die Zusammensetzung des Systems etwas vereinfacht.
Um den Diskontinuitätsgrad der Blockgrenze zu berechnen, werden der linke, der rechte, der obenliegende und der untenliegende Diskontinuitätsgrad zwischen den Blöcken gemessen und die gemessenen Werte addiert. Allerdings wird, um den obenliegenden und den untenliegenden Diskontinuitätsgrad der Blockgrenze zu erhalten, da eine Anzahl von Verzögerungseinrichtungen erforderlich ist, die Hardwarezusammensetzung komplizierter. Somit wird unter der Annahme, daß der oben liegende und untenliegende und der linke und der rechte Blockbildungsartefaktgrad nahezu gleich miteinander sind, sogar wenn nur der linke und der rechte Diskontinuitätsgrad der Blockgrenze gemessen wird, ein hinreichender Effekt erhalten.
Außerdem kann anstelle der Messung des Diskontinuitätsgrads aller Blockgrenzen der Diskontinuitätsgrad in bezug auf einige Stichproben von dem Bild gemessen werden.
Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind obenstehend beschrieben worden. Allerdings sind für einen Fachmann eine Vielfalt von Modifikationen und Anwendungen offensichtlich. Sogar wenn beispielsweise die zuvor genannte Ausführungsform die Codiervorrichtung für variable Längen und die Decodiervorrichtung für variable Längen umfaßt, können, da die Verfahren des Codierens mit variabler Länge und des Decodierens mit variabler Länge im Gegensatz zum Quantisierungsprozeß während der Datenverarbeitung keine Daten verlieren, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch auf ein System angewendet werden, das keine Codiervorrichtung für variable Längen und keine Decodiervorrichtung für variable Längen umfaßt. Außerdem können, sogar wenn die Daten, die in dem Codiersystem verarbeitet werden, keine zweidimensionale Daten, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform, sind, sondern eindimensionale oder mehr als dreidimensionale Daten sind, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem Codier- und Decodiersystem angewendet werden, das eine Blockkonvertierung verwendet. Die obige Beschreibung ist im Schutzumfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen.

Claims

1.Ein Datencodierverfahren, umfassend die Schritte:

Teilen von eingegebenen Rahmen- bzw. Bilddaten in Blöcke mit vorbestimmten Größen;

Komprimieren der Daten mittels eines Datentransformations- und Quantisierungsschritts in Einheiten eines jeden Blocks;

Dekomprimieren und Umspeichern der komprimierten Daten in Einheiten eines Rahmens; und

Messen eines Blockbildungsartefakts, wobei die umgespeicherten Rahmendaten mit den verzögerten Originalrahmendaten verglichen werden, so daß ein vorbestimmter Nachverarbeitungsparameter erzeugt wird, der den Grad des Blockbildungsartefakts repräsentiert.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der Blockbildungsartefakt-Meßschritt den Schritt eines Speicherns der eingegebenen Rahmendaten in Einheiten eines Rahmens umfaßt.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem der Blockbildungsartefakt- Meßschritt die Unterschritte aufweist:

Berechnen von Fehlerrahmendaten, die der Differenz zwischen den verzögerten Originalrahmendaten und den umgespeicherten Rahmendaten entsprechen;

Berechnen eines Diskontinuitätsgrads des Blockgrenzabschnitts in den Fehlerrahmendaten; und

Erzeugen eines vorbestimmten Parameters, der entsprechend des berechneten Diskontinuitätsgrads aus den zuvor gesetzten Parametern als Nachverarbeitungsparameter ausgewählt wird.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 3, in welchem der Diskontinuitätsgrad-Berechnungsschritt die Unterschritte aufweist:

Verzögern der Fehlerrahmendaten um eine vorbestimmte Zeit;

Berechnen der Differenz zwischen den verzögerten Fehlerrahmendaten und den ursprünglichen Fehlerrahmendaten;

Erfassen der der Blockgrenze entsprechenden Daten aus den Daten, die in dem Differenzberechnungschritt erhalten worden sind, und

Berechnen eines Mittelwerts der erfaßten Daten.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, in welchem der Nachverarbeitungsparameter-Erzeugungsschritt entsprechend dem berechneten Diskontinuitätsgrad einen zwischen "0" und "1" variablen Parameter erzeugt.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 4 und 5, in welchem der Mittelwertberechnungsschritt einen Unterschritt eines durch ein Rücksetzsignal einer vorbestimmten Zeitdauer auf einen vorbestimmten Anfangswert Zurückgesetztwerdens umfaßt.

7. Ein Datendecodierverfahren, welches ein codiertes Übertragungssignal unter Verwendung einer Blocktransformation decodiert und die Schritte aufweist:

Empfangen codierter Übertragungsdaten und eines Nachverarbeitungsparameters, die gemäß eines Codierverfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche erhalten worden sind;

Decodieren und Umspeichern der Übertragungsdaten; und

adaptives Filtern der decodierten und umgespeicherten Daten entsprechend dem Nachverarbeitungsparameter.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 7, in welchem der Filterschritt eine Tiefpaßfiltercharakteristik entsprechend der Variation der Größe des Nachverarbeitungsparameters umfaßt.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 7, in welchem der Filterschritt eine Allpaßfiltercharakteristik entsprechend der Variation der Größe des Nachverarbeitungsparameters umfaßt.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 7, in welchem der Filterschritt das decodierte umgespeicherte Signal variabel filtert, so daß das an dem Blockgrenzabschnitt erzeugte Blockbildungsartefakt verringert wird.

11. Eine Datencodiervorrichtung, die Rahmendaten, die an einen Eingabeanschluß gegeben werden, in Blöcke vorbestimmter Größen teilt, und die Daten mittels eines Datentransformations- und Quantisierungsschritts in Einheiten eines jeden Blocks komprimiert, um so ein Blockbildungsartefakt, das an dem Blockgrenzabschnitt erzeugt wird, zu unterdrücken, wobei die Codiervorrichtung aufweist:

eine Einrichtung zur Verzögerung der eingegebenen Rahmendaten;

eine Einrichtung zum Decodieren der komprimierten Daten und zum Ausgeben der umgespeicherten Rahmendaten; und

eine Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung, welche die umgespeicherten Rahmendaten und die ursprünglich eingegebenen Rahmendaten empfängt und den Blockbildungsartefaktgrad unter Verwendung der zwei Rahmendatensätze mißt, wodurch ein vorbestimmter Nachverarbeitungsparameter erzeugt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, in welcher die Verzögerungseinrichtung einen Rahmenspeicher zum Speichern der Rahmendaten ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, in welcher die Blockbildungsartefakt-Meßeinrichtung aufweist:

einen ersten Addierer zum Berechnen von Fehlerrahmendaten, die einem Unterschied zwischen den von der Verzögerungseinrichtung ausgegebenen Rahmendaten und den umgespeicherten Rahmendaten entsprechen;

eine Einrichtung zum Empfangen der Fehlerrahmendaten, die von dem ersten Addierer ausgegeben worden sind, und zum Berechnen eines Diskontinuitätsgrads an dem Blockgrenzabschnitt; und

eine Einrichtung zum Empfangen des von der Diskontinuitätsgrad-Berechnungseinrichtung ausgegebenen Diskontinuitätsgrads und zum Erzeugen eines vorbestimmten Nachverarbeitungsparameters, der entsprechend des Diskontinuitätsgrads variiert wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher die Diskontinuitätsgrad-Berechnungseinrichtung aufweist:

eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern der Ausgabedaten des ersten Addierers um eine vorbestimmte Zeit;

einen zweiten Addierer zum Berechnen einer Differenz zwischen den Ausgabedaten des ersten Addierers und den Ausgabedaten der Verzögerungseinrichtung;

eine Blockgrenzendetektionseinrichtung zum Erfassen der Daten, die dem Blockgrenzabschnitt entsprechen, aus den Ausgabedaten des zweiten Addierers; und

eine Fehlermittelwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mittelwerts der Daten, die von der Blockgrenzendetektionseinrichtung erfaßt worden sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, in welcher die Nachverarbeitungsparameter-Erzeugungseinrichtung entsprechend des Diskontinuitätsgrads, der von der Diskontinuitätsgrad-Berechnungseinrichtung geliefert worden ist, einen zwischen "0" und "1 " variablen Nachverarbeitungsparameter erzeugt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13,14 oder 15, in welcher die Nachverarbeitungsparameter-Erzeugungseinrichtung ein Lesespeicher (ROM) zum Speichern einer vorbestimmten Nachschlagetabelle ist, die eine Beziehung zwischen dem Diskontinuitätsgrad und dem Nachverarbeitungsparameter bestimmt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder Ansprüchen 15 oder 16, wenn darauf zurückbezogen, in welcher die Blockgrenzendetektionseinrichtung aufweist:

einen Zähler zum Zählen eines Intervalls, das der Blockgrenze entspricht; und

einen Schalter, der durch das Ausgangssignal des Zählers an- oder ausgeschaltet wird, und dessen eine Seite mit dem zweiten Addierer verbunden ist und dessen andere Seite mit der Fehlermittelwert-Berechnungseinrichtung verbunden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder Ansprüchen 15,16 oder 17, wenn darauf zurückbezogen,in welcher die Fehlermittelwert-Berechnungseinrichtung durch ein Rücksetzsignal von vorbestimmter Zeitdauer auf einen vorbestimmten Anfangswert zurückgesetzt wird.

19. Eine Datendecodiervorrichtung, die ein codiertes Übertragungssignal unter Verwendung einer Blockkonvertierung decodiert und aufweist:

eine Einrichtung zum Empfangen von Übertragungsdaten und eines Nachverarbeitungsparameters, die in einer Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18 codiert worden sind;

eine Einrichtung zum Decodieren und Umspeichern der codierten Übertragungsdaten; und

eine Einrichtung zum adaptiven Filtern der von der Umspeicherungseinrichtung ausgegebenen umgespeicherten Daten entsprechend dem Nachverarbeitungsparameter.

20. Decodiervorrichtung nach Anspruch 19, in welcher die Filtereinrichtung so arbeitet, daß sie das Signal entsprechend dem Blockgrenzabschnitt der von der Umspeichereinrichtung gelieferten umgespeicherten Daten filtert.

21. Decodiervorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, in welcher die Filtereinrichtung Filtercharakteristika einer Allpaßfilterfunktion, einer Tiefpaßfilterfunktion und einer gemischten Filterfunktion der beiden Filterfunktionen umfaßt, die in Abhängigkeit von dem Nachverarbeitungsparameter variieren.