DE4228221B4

DE4228221B4 - Vorrichtung zur Aufteilung von Videosignalen zwischen zwei Kanälen

Info

Publication number: DE4228221B4
Application number: DE4228221A
Authority: DE
Inventors: Joseph Kuriacose
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2012-08-26
Also published as: KR100266418B1; GB9217814D0; JPH05219489A; CN1037804C; FR2682847B1; FR2682847A1; US5231384A; CN1070530A; JP3499886B2; KR930005467A; DE4228221A1; GB2259217B; GB2259217A

Abstract

Vorrichtung zur Verteilung komprimierter Videodaten zwischen einem Kanal hoher Priorität mit einer ersten Kanalkapazität und einem Kanal niedriger Priorität mit einer zweiten Kanalkapazität, wobei die Videodaten als Codeworte unterschiedlicher Typen in Vollbildgruppen auftreten, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (18), welche auf Vollbildbasis Werte B1gof(HP) und B1gof(T) entsprechend der restlichen Kanalkapazität der Kanäle hoher und niedriger Priorität für die jeweiligen Vollbildgruppen erzeugt und welche in Abhängigkeit von zumindest dem Wert B1gof(HP) einen weiteren Wert Hfrac erzeugt, der den näherungsweisen Bruchteil der dem Kanal hoher Priorität zuzuführenden Codewörter darstellt; und
durch eine Einrichtung (14), welche in Abhängigkeit von dem Wert Hfrac die Codewörter entsprechend einer vorbestimmten Hierarchie der Typen klassifiziert (Schaltung 152) und gemäß dieser Hierarchie den Hfrac-Bruchteil der komprimierte Videodaten darstellenden Codeworte dem Kanal hoher Priorität und den Rest der Codeworte dem Kanal niedriger Priorität zuführt (Schaltung 150A,153A,155A).

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Aufteilung komprimierter Videodaten zwischen zwei Datenströmen. Digitale hochauflösende Videodaten lassen sich erfolgreich über terrestrische Fernsehkanäle übertragen, indem man komprimierte Videodaten erzeugt und diese in Informationen hoher und geringer Priorität aufteilt und eine Quadraturamplitudenmodulation dieser Daten hoher bzw. niedriger Priorität auf getrennte Träger vornimmt. Die modulierten Träger werden in ein Frequenzspektrum von 6 MHz gelegt, und dann wird das kombinierte Signal so übertragen, daß es ein übliches Funkkanalspektrum einnimmt. Die Daten hoher Priorität werden mit relativ starker und die Daten niedriger Priorität mit relativ geringer Leistung übertragen. Hohe Priorität haben diejenigen Videodaten, die zur Reproduzierung eines Bildes ausreichen, wenn auch mit geringerer Qualität als bei einem hochauflösenden Bild.

Die hier beschriebene Erfindung richtet sich auf eine Schaltung zur Trennung komprimierter Videodaten in solche relativ hoher und geringer Priorität. Zum Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß die Videodaten in ein MPEG-ähnliches Format komprimiert sind (obgleich auch irgendein anderes Format geeignet ist, welches hierarchisch geschichtet ist). Unter "MPEG-ähnlich" ist ein Codierformat zu verstehen, welches dem von der International Organization for Standardization normierten Codierformat ähnlich ist. Diese Norm ist in dem Dokument "International Organization for Standardization", ISO-IEC JT(1/SC2/WG1), Coding of Moving Pictures and Associated Audio, MPEG 90/176 Rev. 2, vom 18. Dezember 1990 beschrieben, worauf hiermit für die Erläuterung des generellen Codeformats Bezug genommen sei.

Bei der MPEG-Norm werden 240 Zeilen (NTSC) pro Vollbild ohne Zeilensprung übertragen, was üblicherweise bewirkt wird durch Codierung nur der ungeraden oder geraden Halbbilder einer Zeilensprung-Videosignalquelle. Für die Übertragung von HDTV-Signalen wird dieser Standard so modifiziert, daß z. B. 480 Zeilen pro Halbbild vorgesehen werden, und es werden sowohl die ungeraden wie auch die geraden Halbbilder übertragen. Zusätzlich wird die Anzahl von Bildelementen pro Zeile auf beispielsweise 1440 erhöht. Von der Konzeption her beeinflussen diese Änderungen nur die Datenrate, nicht aber das Kompressionsprinzip. Von besonderem Interesse hinsichtlich dieses Codierformates ist, daß aufeinanderfolgende Vollbilder nach einer zyklischen Folge codiert werden, wobei bestimmte Vollbilder der Folge "intraframe-codiert" werden (1-Vollbilder) und andere Vollbilder (P-Vollbilder) vorwärts interframe-codiert werden und schließlich noch andere Vollbilder (B-Vollbilder) sowohl vorwärts als auch rückwärts interframecodiert werden. Das codierte Signalformat für die Vollbilder bei jeder der Codierarten ist ähnlich, jedoch gilt für die relative Bedeutung der codierten Vollbildtypen für die Bildwiedergabe die Reihenfolge I, P, B. Man kann Bilder aus einzelnen I-Vollbildern reproduzieren, jedoch wird für die Bildwiedergabe von P- oder B-Vollbildern Information benötigt, die aus zuvor decodierten I- oder P-Vollbildern abgeleitet ist.

Die Datenbitmenge für jeweils codierte Vollbilder variiert stark. Zusätzlich kann der Prozentsatz von Information, der normalerweise als Daten geringer Priorität in entsprechenden Vollbildern angesehen wird, stark variieren. Die Zuteilung von Daten auf Kanäle hoher und geringer Priorität ist als solche schon keine einfache Sache einer simplen Zerlegung eines bestimmten Prozentsatzes K der Daten jedes Vollbildes in einen Kanal hoher Priorität und des verbleibenden Prozentsatzes (100-K) in einen Kanal geringer Priorität. Diese Zerlegung wird aber noch komplizierter, wenn die relative Bedeutung der codierten Rahmentypen in den Prioritätsbestimmungsprozeß eingeht.

Die Erfindung ist nun auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Prozentsatzes oder Bruchteils von Daten aus jeweils codierten Vollbildern von Videoinformation gerichtet, welche Kanälen hoher bzw. geringer Priorität zuzuordnen sind. Dieser Bruchteil wird für jedes Vollbild unabhängig bestimmt. Für jede Folge von Vollbildern wird die Differenz zwischen der gesamten Kanalkapazität und der benutzten Kapazität Vollbild für Vollbild betrachtet, und auf Grundlage der verbleibenden Kapazität wird der Bruchteil von Daten bestimmt, welche dem Kanal hoher Priorität zuzuteilen sind. Bei einer ersten Ausführungsform werden die I-, P- und B-Vollbilder gleich behandelt, und die Bruchteile werden entsprechend dem Verhältnis der verbleibenden Kapazität des Kanals hoher Priorität zur Summe der verbleibenden Kapazitäten der Kanäle hoher und geringer Priorität bestimmt, wobei die verbleibenden Kapazitäten bestimmt werden, nachdem jedes Vollbild verarbeitet ist. Bei weiteren Ausführungsformen werden die I-, P- und B-Vollbilder unterschiedlich behandelt, wobei die Bruchteile so bestimmt werden, daß die I-Vollbilddaten den größeren Teil der Kapazität des Kanals hoher Priorität einnehmen. Bei dieser Ausführungsform ist der I-Kanalanteil allgemein proportional der verbleibenden Kanalkapazität.

In den beiliegenden Figuren zeigen
1 ein Blockdiagramm eines Videosignal-Kompressionssystems nach der Erfindung;
2 eine bildliche Darstellung der von der Kompressionsschaltung nach 1 gebildeten Datenschichten;
3 eine verallgemeinerte bildliche Darstellung des Datenformates, welches die Kompressionsschaltung nach 1 liefert;
4 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Schaltung, welche für die Prioritätsselektionsschaltung nach 1 realisiert werden kann;
5 ein Flußdiagramm des Verfahrens zur Bestimmung der Datenaufteilungspunkte; und
6 ein Flußdiagramm für das Verfahren zur Bestimmung des Bruchteils der Daten entsprechender Vollbilder, welche den Kanälen hoher bzw. geringer Priorität zuzuteilen sind.
1 veranschaulicht in Blockform ein Videosignal-Kompressionssystem, welches zur Übertragung von hochauflösenden Fernsehsignalen (HDTV-Signalen) verwendet werden kann. Bei diesem System wird das Videosignal anfänglich entsprechend einem MPEG-ähnlichen Format komprimiert. Danach werden die MPEGähnlichen Signalcodeworte in zwei Bitströme aufgeteilt entsprechend der relativen Bedeutung der jeweiligen Codeworttypen. Die beiden Bitströme werden unabhängig verarbeitet, wobei Fehlerkorrekturzusatzbits (Over head-Bits) zugesetzt werden, und dann werden sie auf entsprechende Träger quadraturamplitudenmoduliert, und die modulierten Träger werden für die Übertragung miteinander kombiniert. Die Bitströme relativ größerer und niedrigerer Bedeutung werden Kanälen hoher Priorität (HP) und geringer Priorität (LP) entsprechend zugeordnet. Der Kanal hoher Priorität wird mit näherungsweise der doppelten Leistung wie der Kanal niedrigerer Priorität übertragen. Das Informationsverhältnis hoher Priorität zu niedriger Priorität beträgt etwa 1:4. Die etwaigen Nettodatenraten nach der Vorwärtsfehlerkorrektur betragen 4,5 Mbps für die höhere Priorität und 18 Mbps für die niedrigere Priorität.
Nach 1 werden Videosignale von einer Quelle 10, die beispielsweise eine HDTV-Kamera sein kann, einer Kompressionsschaltung 12 zugeführt. Diese komprimiert die Videosignale entsprechend zyklischen Codierfolgen, die als Vollbildgruppen GOF (siehe 2) bezeichnet sind. Die Codierfolge einer Vollbildgruppe GOF enthält ein erstes Vollbild (I), welches intraframe-codiert ist, dem eine Mehrzahl von B-Vollbildern (bidirektional interframe-codiert) folgt, welche regelmäßig zwischen P-Vollbilder (vorwärts interframe-codiert) eingefügt sind. Die codierten Daten für die P-codierten Vollbilder umfassen komprimierte Differenzen zwischen dem aktuellen Videovollbild und einem Vollbild, das aus den zu allerletzt aufgetretenen I- und P-Vollbildern "vorhergesagt" ist. Die codierten Daten für die B-Vollbilder umfassen komprimierte Differenzen zwischen dem aktuellen Vollbild und dem besseren von zwei vorhergesagten Vollbildern, die aus den I- und P-Vollbildern vorhergesagt worden sind, zwischen denen das betreffende B-Vollbild sitzt. Die codierten Daten für alle Vollbilder werden in Scheiben segmentiert, welche beispielsweise die codierten Daten für Horizontalabschnitte entsprechender Bilder enthalten, wobei jeder Abschnitt ein Mehrfaches von 16 Bildelementen hoch ist. Die Scheiben werden in Makroblocks segmentiert, von denen jeder sechs Blocks umfaßt, die jeweils vier Leuchtdichteblocks, einen U-Farbblock und einen V-Farbblock enthalten. Ein Block repräsentiert eine Matrix von Bildelementen, beispielsweise 8 × 8, über welche beispielsweise eine diskrete Cosinustransformation (DCT) ausgeführt wird. Die vier Leuchtdichteblocks sind eine 2 × 2 Matrix benachbarter Leuchtdichteblocks, die beispielsweise eine Matrix von 16 × 16 Bildelementen darstellen. Die Farbblocks U und V repräsentieren denselben Gesamtbereich wie die vier Leuchtdichteblocks. Das bedeutet, daß das Farbsignal vor der Kompression mit einem Faktor 2 horizontal und vertikal relativ zum Leuchtdichtesignal unterabgetastet wird.
Das vom Kompressor 12 gelieferte codierte Ausgangssignal liegt allgemein in dem geschichteten Format vor, wie es 3 veranschaulicht. Die oberste Schicht besteht aus Vollbildgruppen (GOF), welche durch die Reihe von Kästchen L1 veranschaulicht ist. Jede Vollbildgruppe GOF (L2) hat einen Kopf, dem Segmente von Bilddaten folgen. Der GOF-Kopf kann Daten enthalten, welche sich auf die horizontale und vertikale Bildgröße, das Seitenverhältnis, die Halbbild/Vollbildrate, die Bitrate etc. beziehen.
Die Bilddaten (L3), die jeweiligen Vollbildern entsprechen, enthalten einen Kopf, dem Scheibendaten (L4) folgen. Der Bildkopf kann eine Vollbildnummer und eine Bildcodiertype enthalten. Jede Scheibe (L4) enthält einen Kopf, dem eine Mehrzahl von Datenblocks MBi folgen. Der Scheibenkopf kann eine Gruppennummer und einen Quantisierungsparameter enthalten.
Jeder Block MBi (L5) repräsentiert einen Makroblock und enthält einen Kopf, dem Bewegungsvektoren und Transformationskoeffizienten folgen (beispielsweise diskrete Cosinustransformationskoeffizienten). Der MBi-Kopf kann eine Makroblockadresse, einen Makroblocktyp und einen Quantisierungsparameter enthalten. Die Transformationskoeffizienten sind in der Schicht L6 veranschaulicht. Die Blockkoeffizienten werden zeitlich blockweise geliefert, wobei dem zuerst auftretenden DCT, DC-Koeffizient jeweils DCT AC-Koeffizienten in der Reihenfolge ihrer relativen Bedeutung folgen. Am Ende jedes aufeinanderfolgend auftretenden Datenblockes ist ein Endblockcode EOB angehängt.
Daten vom Kompressor 12 werden einem Prioritätsprozessor 14 zugeführt, welcher die Daten auf die Kanäle hoher Priorität (HP-Kanal) bzw. geringer Priorität (LP-Kanal) aufteilt. Die prioritätsbestimmten Daten werden jeweiligen HP- und LP-Ratenpuffern 15A bzw. 15B zugeführt.
Wie bekannt ist, treten komprimierte Videodaten mir variablen Raten auf, und es ist erwünscht, Daten mit einer konstanten Rate zu übertragen, die äquivalent zur Kanalkapazität ist, um den Kanal effizient zu nutzen. Die Ratenpuffer 15A und 15B wandeln die Variable in eine konstante Datenratenübertragung um. Es ist ebenfalls bekannt, die vom Kompressor 12 gelieferte Datenmenge entsprechend dem Besetzungsgrad der Puffer einzustellen. Daher enthalten die Puffer 15A und 15B eine Schaltung zur Anzeige ihres jeweiligen Besetzungsgrades. Diese Anzeigen gelangen zur Steuerschaltung 18 zur Einstellung der vom Kompressor 12 gelieferten mittleren Datenrate.
Die gemäß 3 hierarchisch formatierten komprimierten Videodaten werden einer Prioritätsauswahlschaltung 14 zugeführt, welches die codierten Daten auf einen Hochprioritätskanal HP und einen Niedrigprioritätskanal LP aufteilt. Allgemein gesagt ist die Information hoher Priorität diejenige, deren Verlust oder Verschlechterung die stärkste Beeinträchtigung der Wiedergabebilder zur Folge haben würde. Umgekehrt ausgedrückt sind es die Mindestdaten, die zum Aufbau eines, wenn auch nicht perfekten Bildes, notwendig sind. Die restliche Information ist diejenige niedriger Priorität. Die Information hoher Priorität enthält im wesentlichen die gesamte Kopfinformation, die in den verschiedenen Hierarchiepegeln enthalten ist, sowie den Gleichstromkoeffizienten und einem Teil der Wechselstromkoeffizienten der jeweiligen Blocks (Pegel 6 in 3).
Bei der Schaltung 16 können die Signale auf ein Übertragungsmodem gekoppelt werden, in welchem die Daten des HP-Kanales einen ersten Träger und die Daten des LP-Kanales einen zweiten gegenüber dem ersten um etwa 2,88 MHz versetzten Träger jeweils quadraturamplitudenmoduliert werden. Die 6 dB Bandbreite der modulierten ersten und zweiten Träger liegt jeweils bei etwa 0,96 MHz und 3,84 MHz. Der modulierte erste Träger wird mit etwa um 9 dB größerer Leistung übertragen als der modulierte zweite Träger. Da die HP-Information mit größerer Leistung übertragen wird, neigt sie weniger zu Verschlechterung durch den Übertragungskanal. Der HP-Träger liegt in dem Teil des Frequenzspektrums eines beispielsweise NTSC-Fernsehübertragungskanals, der normalerweise von dem Restseitenband eines normgemäßen NTSC-Fernsehsignals eingenom men wird. Der LP-Träger liegt so, daß das Spektrum der LP-Daten den Teil eines NTSC-Kanals einnimmt, den normalerweise das obere Seitenband der Leuchtdichteinformation eines Norm-NTSC-Fernsehsignals einnimmt.
Die komprimierten Daten, welche übertragen werden, können statistisch codiert sein. Die statistische Codierung kann im Kompressor 12 durchgeführt werden oder in oder nach der Prioritätseinteilung der Daten. Unabhängig davon, wo die statistische Codierung vorgenommen wird, sei zum Zwecke dieser Beschreibung angenommen, daß der Kompressor 12 nicht nur die komprimierten Codeworte liefert, sondern auch Daten bezüglich des Typs und der Länge jedes Codeworts. Falls die Codeworte nach der Prioritätseinteilung statistisch codiert werden, entspricht die Länge der Länge der statistisch codierten Codeworte. Es sei auch angenommen, daß der Kompressor 12 einen Ausgangsspeicher zur Speicherung jedes Vollbildes komprimierter Daten sowie der zugehörigen Codewortlängen und -typen enthält, so daß für jedes neue Vollbild, welches der Prioritätsauswahlschaltung 14 zugeführt wird, die Gesamtanzahl von Bits, Nbits, der in einem solchen Vollbild enthaltenen Codewörter verfügbar ist. Diese Anzahl läßt sich erhalten durch einfaches Akkumulieren der der Codewortlänge entsprechenden Daten, wenn die jeweiligen Codeworte erzeugt werden.
Die komprimierten Daten treten als Mehrzahl von Codeworttypen einschließlich beispielsweise der Kopfdaten, der Bewegungsvektoren, der Gleichstrom- und der Wechselstromkoeffizienten auf. Die relative Bedeutung jedes Codeworttyps für die Bildwiedergabe ist subjektiv und damit eine Frage der Systemauslegung. Jedoch wird allgemein anerkannt, daß Wechselstromkomponenten, welche höhere Frequenzinformation darstellen, von geringerer Bedeutung sind. Ein Beispiel für eine Codeworttyp-Hierarchie kann folgendermaßen klassifizieren: GOF-Kopfcodewörter (-4), Bildkopf- und Scheibenkopf-Codewörter (-3), Makroblockkopf-Codewörter (-2), Bewegungsvektoren (-1), Gleichstromkoeffizienten (0) und Wechselstromkoeffizienten (1) bis (64) etc. Bei der Prioritätseinteilung werden die niedriger numerierten Klassen auf den HP-Kanal gegeben und die höher numerierten Klassen auf den LP-Kanal entsprechend einem dynamischen Datenaufteilungsparameter, der mit Hfrac bezeichnet wird.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Gerätes zur Durchführung desjenigen Teils des Prioritätsauswahlverfahrens, bei welchem die Daten auf zwei Kanäle aufgeteilt werden. Die komprimierten Daten vom Kompressor 12 (d. h. vom Kompressorausgangsspeicher) werden entsprechenden Eingängen zweier Pufferspeicher 150A und 150B und einem Datenanalysator 152 zugeführt. Die jeweiligen Puffer haben genügend Speicherplatz, um beispielsweise eine Scheibe von Daten zu speichern. Die Puffer 150A und 150B arbeiten im sogenannten "Ping-Pong"-Betrieb, wobei sie abwechselnd Datenscheiben einschreiben bzw. auslesen. Wenn also der Puffer 150A Daten von beispielsweise der Scheibe n einschreibt, dann werden aus dem Puffer 150B Daten von der Scheibe n-1 ausgelesen.
Wenn Daten in einen bestimmten Puffer eingeschrieben werden, dann erzeugt der Analysator 152 in Abhängigkeit von den Codeworttypendaten Codewortklassifikationsnummern CW # i für entsprechende Codeworte und speichert die Nummern CW # i in Zuordnung zu den jeweiligen Codeworten. Der Analysator berechnet auch den Punkt oder das Codewort, bei welchem die Daten zwischen dem HP- und dem LP-Kanal aufgeteilt werden sollten. Die Berechnung wird bestimmt für die Menge der im Puffer 150A (150B) gespeicherten Daten. Die Gesamtanzahl von Bits wird für alle Codewörter im Puffer 150A (150B) gezählt. Dann wird die Codewortklasse, für welche die Bitsumme gleich dem HP-Prozentsatz ist, durch eine Codewortnummer CW # j identifiziert. Diese Nummer wird einem Schalterelement 153A (153B) zugeführt und für die Steuerung des Multiplexers 155A (155B) benutzt. Nach der Identifizierung der Codewortnummer CW # j werden die Codewörter, die Codelängendaten, die Codeworttypendaten und die Codewortnummern CW # i parallel aus dem Speicher 150A (150B) ausgelesen. Die Codewörter, die Codelängen und Codetypen werden auf den Eingang des Multiplexers 155A (155B) gegeben, und die Codewortnummern werden einem Eingang des Schalterelementes 153A (153B) zugeführt. Wenn die Daten aus dem Speicher ausgelesen werden, vergleicht das Schalterelement 153A (153B) die Codewortklassifizierungsnummern CW # i mit der berechneten Nummer CW # j. Für alle Codewortklassifizierungsnummern, die kleiner oder gleich CW # j sind, liefert das Schalterelement ein Steuersignal, welches den Multiplexer 155A (155B) so konditioniert, daß die entsprechenden Daten zum HP-Kanal über einen weiteren Multiplexer 156 durchgelassen werden. Für Codewortklassifizierungsnummern, die größer CW # j sind, wird der Multiplexer 155A (155B) so konditioniert, daß die entsprechenden Daten über den Multiplexer 156 zum LP-Kanal gelangen. Der Multiplexer 156 wird so konditioniert, daß er die Daten HP und LP weiterleitet, die von dem Puffer 150A (150B), der gerade ausgelesen wird, geliefert werden.
Der Analysator 152 enthält einen Akkumulator, der bei Zuführung der Codelängen- und -typensignale unabhängig die Anzahlen von Bit der Codewörter jeder Codetype summiert, die in den Speicher 150A (150B) eingegeben worden sind. Diese Summen werden addiert zu einer Gesamtzahl von im Puffer enthaltenen Codewortbits (oder statistisch codierten Codewortbits entsprechend den im Puffer enthaltenen Codewörtern). Die Gesamtsumme wird mit Hfrac multipliziert zu einer Prüfsumme. Danach werden die jeweiligen Codetypensummen sequentiell in aufsteigender Ordnung der Codewortklassifizierungsnummer CW # i addiert, wobei sich Partialsummen ergeben. Jede Partialsumme wird mit der Prüfsumme verglichen, bis die Partialsumme die Prüfsumme übersteigt. Die Codewortklassifizierungsnummer CW # j, die zur unmittelbar vorangehenden Partialsumme gehört, ist die letzte Codewortklasse innerhalb eines Blockes, welcher dem HP-Kanal zuzuordnen ist. Alle nachfolgenden Klassen von Codewörtern, also CW # j + 1 bis CW # n, für entsprechende Blocks werden dem LP-Kanal zugeordnet. Man kann also sehen, daß dasjenige, welches als Information hoher Priorität angesehen wird, tatsächlich zwischen Analyseperioden variiert, wenn Daten hoher Priorität definiert werden durch die Daten, die dem HP-Kanal zugeführt werden.
5 zeigt ein Flußdiagramm für die Funktion des Analysators 152. Zu Beginn jeder Datenscheibe stellt der Analysator die Zählwerte der jeweiligen Typen von Codeworten zurück [500]. Dann, wenn die Daten in den jeweiligen Puffer eingeschrieben sind, liest [502] der Analysator die Codeworttypen und die entsprechende Codewortlänge L und teilt in Abhängigkeit von dem Codeworttyp eine Codewortklassifizierungsnummer CW # i zu. Der Analysator addiert [504] die Codewortlänge L zur Summe aller vorangegangenen Codeworter, denen dieselbe Codewortklassifizierungsnummer CW # i zugeteilt worden ist. Er prüft dann [506], um festzustellen, ob alle Daten für eine Scheibe berücksichtigt worden sind. Dies kann erfolgen durch Prüfen der Codeworttypen für den nächsten auftretenden Scheibenkopf. Wenn das Ende der Scheibe noch nicht da ist, wird dies fortgesetzt [502]. Ist es da, dann fährt der Analysator fort [508], den Trennungspunkt zwischen HP- und LP-Daten zu bestimmen. Dieser Prozeß wird eingeleitet, indem ein Partialsummenwert auf Null gesetzt wird und dann begonnen wird, die Summen von Bits der jeweiligen Klassen von Codewörtern zu akkumulieren [510], welche den zugeordneten CW # i's entsprechen. Das heißt, die Summe von Bits von CW #-4 wird addiert zur Bitsumme von CW #-3 zur Bildung einer ersten Partialsumme. Dann wird die Bitsumme von CW #-2 zu der ersten Partialsumme addiert zur Erzeugung einer weiteren Partialsumme usw. Jedesmal, wenn eine Partialsumme erzeugt ist, wird ein Vergleich durchgeführt [512] zwischen dem Verhältnis der momentanen Partialsumme zur Gesamtzahl von Bits in der Scheibe gegenüber Hfrac. Ist das Verhältnis kleiner, dann wird die Summe der Bits der Codeworte, welche der nächsthöheren Klassifikation CW # i entsprechen, zu der vorangehenden Partialsumme addiert [514, 510]. Ist das Verhältnis größer, dann wird der Index i = j der letzten Klassifikationsnummer CW # i ausgegeben [518], d. h. also, es erscheint CW # i am Ausgang.
Das System führt dann jegliche erforderliche Override-Korrekturen durch. Beispielsweise kann die Analyseperiode nur GOF-, Bild- und Scheibenkopfdaten enthalten, welche allesamt dem HP-Kanal zugeordnet werden sollen. In diesem Fall muß das berechnete CW # j eine Override-Korrektur erfahren, weil es von Haus aus einige Codewörter zum LP-Kanal schicken würde. Override-Korrekturen werden durchgeführt durch Überprüfung der Vollbildtypen und Prüfen des berechneten CW # j hinsichtlich einer Tabelle von Override-Werten [520]. Der Test [516] für j = 64 ist eingefügt um auszuschließen, daß das System in eine endlose Schleife gelangt, da in diesem Beispiel CW # i nicht größer als 64 werden kann.
Die Override-Befehle und der Wert Hfrac können dem Analysator 152 von der System-Steuerschaltung 18 über den Kontrollbus CB zugeführt werden. Alle notwendigen Zeitsteuersignale und Steuerbefehle für den Analysator können auch über diesen Steuerbus geliefert werden.
Da der Anteil dessen, was nominal als Daten hoher Priorität anzusehen wäre, von Vollbild zu Vollbild variiert, wird die Zuordnung eines konstanten Wertes zum Prozentsatz der dem HP-Kanal zuzuordnenden Daten problematisch, weil die jeweiligen HP- und LP-Kanäle nicht ausgelastet und/oder überlastet werden könnten. Es ist daher notwendig, die Anteile dynamisch entsprechend den verarbeiteten Daten zu bestimmen. Diese Bestimmung wird vollbildweise durchgeführt, und der Anteil der dem Kanal HP zuzuordnenden Daten aus jedem Vollbild wird nachfolgend als Hfrac bezeichnet.
Die Bestimmung von Hfrac erfolgt mit Daten, die den jeweiligen Vollbildgruppen entsprechen. Die Werte von Hfrac sind allgemein proportional zu der Kanalkapazität, welche übrigbleibt, nachdem die Daten für frühere Vollbilder in einer Vollbildgruppe zugeordnet worden sind. Im folgenden werden die Werte für Hfrac bestimmt für gleich behandelte I-, P- und B-Vollbilder und für Vorrang der I- und P-Vollbilder vor den B-Vollbildern. Es gelten die Definitionen:
Bgof(T) = Gesamtbitkapazität für eine Vollbildgruppe;
Bgof(HP) = Gesamtbitkapazität für den HP-Kanal für eine Vollbildgruppe;
B1gof(T) = Gesamtbitkapazität, welche für die Übertragung des Restes von GOF übrigbleibt;
B1gof(HP) = Bitkapazität, die im HP-Kanal für den Rest von GOF übrigbleibt;
Bf(T) = Gesamtbits, welche für ein momentanes Vollbild übertragen werden; und
Bf(HP) = Bits, welche auf dem HP-Kanal für ein momentanes Vollbild übertragen werden.
Es sei zunächst der Fall betrachtet, wo die I-, P- und B-Vollbilder gleich behandelt werden. Nominell sollte die Datenmenge für jedes dem HP-Kanal zuzuordnete Vollbild dem Verhältnis der HP-Kanalkapazität zur gesamten Kanalkapazität entsprechen, also dem Bruch Bgof(HP)/Bgof(T). Wegen der oben erwähnten Einschränkungen (beispielsweise Override-Korrekturen), kann jedoch die tatsächliche dem HP-Kanal zugeführte Datenmenge für bestimmte Vollbilder von diesem Bruch abweichen. Es sei angenommen, daß für eine Anzahl erster Vollbilder in einem GOF erheblich mehr dem HP-Kanal zugeordnete Daten vorhanden sind als dieser Bruchteil. Falls das System weiter versucht, Daten für die übrigen Vollbilder dem HP-Kanal entsprechend dem Bruch Bgof(HP)/Bgof(T) zuzuordnen, dann neigt der HP-Kanal zur Überlastung und der LP-Kanal zu mangelnder Auslastung. Wenn andererseits dem HP-Kanal auf Grundlage der verbleibenden Kapazität dieses Kanals Daten zugeordnet werden, dann lassen sich solche Situationen von Überlastung bzw. mangelnder Auslastung vermeiden. Der Bruchteil der Daten entsprechender Vollbilder einer Vollbildgruppe, welche dem HP-Kanal zuzuordnen sind, wird als solcher aus der Relation B1gof(HP)/B1gof(T) bestimmt. Diese Berechnung erfolgt nach der Zuordnung von HP-Daten für jedes Vollbild.
Um diese Berechnung durchzuführen, wird das folgende Verfahren angewandt. Nach Initialisierung des Systems werden die Werte Bf(T) und Bf(HP) auf Null gesetzt, und auch die Werte B1gof(T) und B1gof(HP) werden auf Null gesetzt. Zu Beginn jedes GOF werden die Werte B1gof(T) und B1gof(HP) mit den Werten Bgof(T) bzw. Bgof(HP) aktualisiert, das heißt B1gof(T)neuGOF = B1gof(T)alt + Bgof(T) B1gof(HP)neuGOF = B1gof(HP)alt + Bgof(HP),und Hfrac wird berechnet als Hfrac = B1gof(HP)/B1gof(T).
Der Wert für Hfrac wird der Prioritätswählschaltung 14 mitgeteilt, und aufgrund des Wertes Hfrac wird die Codewortnummer CW # j bestimmt. Es erfolgt eine Prüfung zur Bestimmung, ob dem HP-Kanal in früheren CW # j-Perioden zuviel Daten zugeordnet worden sind. Diese Prüfung kann in der Erzeugung des Verhältnisses Bf(HP)/Bf(T) und seinem Vergleich mit Hfrac bestehen. Ist das Verhältnis größer als Hfrac, dann sind dem HP-Kanal zu viele Daten zugeordnet worden. Um dieser Situation gegenzusteuern, wird CW # j reduziert auf CW # j-1. Die Codeworte werden dann auf die Kanäle HP und LP verteilt. Die akkumulierten Werte für die Menge der HP-Daten und die Gesamtdaten für die momentane CW # j-Analyseperiode werden jeweils den Werten Bf(HP) bzw. Bf(T) hinzuaddiert. Die aktualisierten Werte Bf(HP) und Bf(T) werden in der nachfolgenden CW∎j-Analyseperiode benutzt zur Prüfung, ob dem HP-Kanal zu viele Daten zugeordnet sind. Am Ende jedes Vollbildes werden die Werte Bf(HP) und Bf(T) von den Werten B1gof(HP) bzw. B1gof(T) subtrahiert und dann werden die Werte Bf(HP) und Bf(T) auf Null zurückgesetzt.
Es sei nun ein abgewandeltes System betrachtet, bei welchem den I-Vollbildern Vorrang gegeben werden soll, so daß die Mehrzahl der I-Vollbilddaten auf dem HP-Kanal übertragen wird. Dies kann erfolgen durch Konditionieren des Systems derart, daß der HP-Ratenpuffer mit I-Vollbilddaten im wesentlichen aufgefüllt wird und anschließend der HP-Ratenpuffer während des GOF-Restes sich leeren kann. Die I-Vollbilddaten dürfen den HP-Ratenpuffer nicht vollständig füllen, weil etwas Speicherplatz für einige Informationen der P- und B-Vollbilder in jedem GOF benötigt wird. Der Prozentsatz PHP der HP-Ratenpufferkapazität, welche die I-Vollbilddaten belegen dürfen, ist eine Frage der Systemauslegung. Je größer PHP gemacht wird, desto größer ist der den 1-Vollbildern eingeräumte Vorrang.
Zusätzlich gelten die folgenden Definitionen für die vorgenannten Variablen:
bo(HP) = Belegung des HP-Kanalratenpuffers (15A);
bo(LP) = Belegung des LP-Kanalratenpuffers (15B);
bsize(LP) = Größe des LP-Ratenpuffers (15B);
bsize(HP) = Größe des HP-Ratenpuffers(15A);
Ns = Anzahl der von der Quelle gelieferten Vollbilder pro Sekunde;
N = Anzahl der Vollbilder in einem GOF;
M = Anzahl der B-Vollbilder zwischen aufeinanderfolgenden P-Vollbildern plus 1;
R(LP) = die LP-Kanalbitrate;
R(HP) = die HP-Kanalbitrate;
R(T) = Gesamtkanalbitrate.
Für die Erläuterung des Verfahrens der Berechnung von Hfrac sei auf das Flußdiagramm nach 6 Bezug genommen. Wenn das System initialisiert wird, werden B1gof(HP) und B1gof(T) auf Null gesetzt. Man beachte, daß das System die I-, P und B-Vollbilder in einer bekannten Reihenfolge, beginnend mit einem I-Vollbild, verarbeitet. Zu Beginn eines Vollbildes [600] geht man zum Wert N Bits, und Bf(T) und Bf(HP) werden auf Null gesetzt. Die Werte bo (HP) und bo (LP) werden von den Ratenpuffern zugeführt [610]. Es erfolgt eine Prüfung [611] zur Bestimmung, ob das letzte Vollbild ein I-Vollbild war. Ist dies der Fall, dann wird ein variables MbpF berechnet (614) zur Verwendung bei der Erzeugung von Hfrac für nachfolgende P-Vollbilder. Diese Variable wird nach der Beziehung berechnet: MbpF = [bo(HP) – R(HP)∙(N – 1)/Ns]/(1 – N/M).
Der Wert MbpF ist näherungsweise gleich einem ganzen Teiler der übrigen HP-Kanalkapazität (nach Prioritätsverteilung des I-Vollbildes) für die P-Vollbilder der Vollbildgruppe. Dies ist die minimale Datenmenge, welche dem Hochprioritätskanal für jedes P-Vollbild zugeführt werden muß, um eine mangelnde Ausnutzung dieses Kanals auszuschließen.
Die Berechnung von Hfrac für 1-Vollbilder wird fortgesetzt [612], indem zuerst die Werte B1gof(T) und B1gof(HP) entsprechend B1gof(T)neuGOF = B1gof(T)alt + Bgof(T) B1gof(HP)neuGOF = B1gof(HP)alt + Bgof(HP)aktualisiert werden. Es werden zwei Werte von Hfrac berechnet, Hfrac und Hfrac_T. Hfrac wird nach der folgenden Beziehung abgeleitet Hfrac = [bsize(HP)∙PHP – bo(HP) + (R(HP)/Ns]/NBits.
Die ersten beiden Ausdrücke im Zähler entsprechen dem momentan verfügbaren HP-Ratenpufferplatz. Der dritte Ausdruck ist derjenige Wert, welchen der HP-Ratenpuffer während eines normalen Vollbildintervalls entleert. HfracT = {B1gof(HP) + [R(HP)/R(T)][NBits-B1gof(T)]}/NBits.
Der Wert des Hfrac-Ausgangs ist der mit der Gleichung berechnete Wert Hfrac, falls Hfrac_T größer als Hfrac ist, in diesem Fall ist der Ausgangswert für Hfrac gleich dem für Hfrac_T berechneten Wert. Es erfolgt eine Prüfung, um sicherzustellen, daß dieser Wert von Hfrac nicht zu einer Unterbelastung des LP-Kanals führt. Die erwartete Besetzung EoLP des LP-Puffers wird nach der Gleichung berechnet EoLP = (1-Hfrac)NBits + bo(LP) – R(LP)/Ns.
Wenn EoLP kleiner als Null ist, dann wird der Wert Hfrac berechnet aus Hfrac = 1 + [bo(LP) – (R(LP)/Ns)]NBits,wodurch im Mittel sichergestellt wird, daß dem LP-Kanal gerade genügend Daten zugeführt werden, um eine mangelnde Ausnutzung zu vermeiden. Der Wert von Hfrac wird dann zugeführt [620], um die Analyse der CW # j-Werte des I-Vollbildes zu starten.
Hfrac für die P-Vollbilder wird erzeugt [616] nach der Gleichung Hfrac = MbpF/NBits.
Dieser Wert wird für die Erzeugung der Werte CW # j für die jeweiligen P-Vollbilder zugeführt [620].
Hfrac für B-Vollbilder wird berechnet [618] mit der Absicht eine Majorität von B-Vollbildinformation dem LP-Kanal zuzuordnen, d. h., alle Daten außer denen, die als essentiell angesehen werden. Die in irgendeiner speziellen Schichtenhierarchie von Daten als essentiell angesehenen Pegel sind natürlich subjektiv und werden vom Konstrukteur bestimmt. Man muß jedoch darauf achten, sicherzustellen, daß die HP-Ratenpuffer nicht mangelhaft ausgelastet werden und die LP-Ratenpuffer nicht überlastet werden. Ein variables MB wird erzeugt nach der Beziehung MB = –bo(HP) + R(HP)/Ns.
Falls MB größer als Null ist, dann könnte der HP-Puffer nicht ausgelastet sein, und in diesem Fall wird Hfrac bestimmt aus Hfrac = MB/NBits(+ etwas Spielraum).
Wenn keine mangelhafte HP-Auslastung vorliegt, dann erfolgt eine Prüfung, um eine eventuelle LP-Pufferüberlastung zu bestimmen. Dies erfolgt durch Erzeugung des variablen MBX nach der Beziehung MBX = bsize(LP) – bo(LP) + R(LP)/Ns.
MBX ist näherungsweise die maximale Datenlänge, welche der LP-Puffer bei momentanen Lastzuständen halten kann. Wenn NBits größer als MBX ist, dann kann der LP-Puffer überlaufen, und Hfrac wird erzeugt nach der Beziehung Hfrac = 1 – MBX/NBits(+ Spielraum).
Wenn keiner der beiden oben genannten Zustände auftritt, dann wird Hfrac auf Null gesetzt, es werden also alle Daten vom B-Vollbild dem LP-Kanal zugeordnet. Jedoch können einige Lagen von Daten aufgrund von CW # j Override-Korrekturen den HP-Kanal zugeführt werden.
Ist erst einmal Hfrac bestimmt, dann wird der Prioritätsauswahlprozeß initiiert [620]. Dieser Prioritätsauswahlprozeß [622] kann von der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Art sein einschließlich der Override-Korrekturen von CW # j [626]. Betrachtet man das MPEG-ähnliche Signalformat, welches beispielsweise in hierarchischer Ordnung Rahmenköpfe, Scheibenköpfe, Makroblockköpfe, Bewegungsvektoren und DCT-Koeffizienten enthält, dann kann das Override-Korrekturverfahren zur Folge haben, daß alle Daten in hierarchischer Ordnung von Bewegungsvektoren und obigem dem Kanal hoher Priorität zugeführt werden. Außerdem ist ein CW # j-KorrekturprozeB [624] vorgesehen, um auszuschließen, daß zu viele Daten dem HP-Kanal zugeordnet werden. Bei dem Korrekturprozeß [624] wird das Verhältnis Bf(HP)/Bf(T) mit dem Wert Hfrac verglichen, und wenn dieses Verhältnis größer als Hfrac ist, wird der erzeugte Wert von CW # j um eine Einheit vermindert. Nach der CW # j-Korrektur werden Codewortdaten in Verteilung auf die HP und LP-Kanäle zugeordnet [626], und Schichten-Override-Korrekturen durchgeführt. Nach jedem CW # j-Analyseintervall wird die Menge der verarbeiteten Daten akkumuliert [628] mit der Menge der in früheren Analyseintervallen für dieses Vollbild verarbeiteten Daten zur Aktualisierung der Variablen Bf(HP) und Bf(T), die bei dem Korrekturprozeß [624] verwendet werden.
Versuche haben gezeigt, daß bei dem oben erläuterten Verfahren zur Erzeugung von Hfrac wie zu erwarten die Belegung des Kanals höherer Priorität zwischen einem relativ gefüllten Zustand für die I-Vollbilder und einem relativ leeren Zustand für das letzte B-Vollbild einer Vollbildgruppe schwankt. Die Belegung des Niedrigprioritätsratenpuffers bleibt bei einem relativ konstanten Pegel verglichen mit der Belegung des Hochprioritätsratenpuffers.
Bei einer weiteren Alternative werden die B-Vollbilder wie soeben erläutert, die I- und P-Vollbilder dagegen auf gleicher Basis behandelt. Bei dieser Ausführung werden die Werte von Hfrac für I- bzw. B-Vollbilder nach der folgenden Beziehung erzeugt: Hfrac = [B1gof(HP) + R(HP)∙(NBits – B1gof(T))/R(T)]/NBits.
Die Verfahrensschritte zur Erzeugung von Hfrac können im Datenanalysator 152 nach 4 oder in der Systemsteuerschaltung 18 nach 1 programmiert sein.
Wenn in den beiliegenden Ansprüchen davon die Rede ist, daß eine Funktion proportional zu einer Variablen sein soll, dann ist damit gemeint, daß die Variable im Zähler eines die Funktion definierenden Verhältnisses auftritt. Wird gesagt, daß eine Funktion umgekehrt proportional zu einer Variablen sein soll, dann heißt dies, daß die Variable im Nenner des die Funktion definierenden Bruches auftritt.

Claims

Vorrichtung zur Verteilung komprimierter Videodaten zwischen einem Kanal hoher Priorität mit einer ersten Kanalkapazität und einem Kanal niedriger Priorität mit einer zweiten Kanalkapazität, wobei die Videodaten als Codeworte unterschiedlicher Typen in Vollbildgruppen auftreten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18), welche auf Vollbildbasis Werte B1gof(HP) und B1gof(T) entsprechend der restlichen Kanalkapazität der Kanäle hoher und niedriger Priorität für die jeweiligen Vollbildgruppen erzeugt und welche in Abhängigkeit von zumindest dem Wert B1gof(HP) einen weiteren Wert Hfrac erzeugt, der den näherungsweisen Bruchteil der dem Kanal hoher Priorität zuzuführenden Codewörter darstellt; und durch eine Einrichtung (14), welche in Abhängigkeit von dem Wert Hfrac die Codewörter entsprechend einer vorbestimmten Hierarchie der Typen klassifiziert (Schaltung 152) und gemäß dieser Hierarchie den Hfrac-Bruchteil der komprimierte Videodaten darstellenden Codeworte dem Kanal hoher Priorität und den Rest der Codeworte dem Kanal niedriger Priorität zuführt (Schaltung 150A,153A,155A).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Hfrac diesen Wert nach der folgenden Beziehung erzeugt Hfrac = B1gof(HP)/B1gof(T).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Hfrac diesen Wert in direktem Verhältnis zu B1gof(HP) und in umgekehrtem Verhältnis zur Menge der aufzuteilenden Daten in entsprechenden Vollbildern erzeugt.