DE69434369T2

DE69434369T2 - Adaptives variables Längendekodierungsverfahren für Videodaten

Info

Publication number: DE69434369T2
Application number: DE1994634369
Authority: DE
Inventors: Jae Moon Seongnam-city Jo; Je Chang Jeon
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2014-12-17
Also published as: DE69434667D1; CN1222110C; USRE41154E1; HK1073196A1; USRE41026E1; CN100355288C; EP1441536B1; CN100355289C; DE69434667T2; CN1592413A; EP1863291A2; USRE41435E1; HK1073198A1; EP1515568A1; EP1863290A3; USRE40981E1; EP1484926A2; EP0987899A2; EP0685137B1; US5793897A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum adaptiven Dekodieren mit variabler Länge für digitale Bilddaten und insbesondere auf adaptive Dekodierverfahren mit variabler Länge, die den Kompressionswirkungsgrad von Sendedaten durch Ausführung einer adaptiven Dekodierung mit variabler Länge entsprechend statistischer Charakteristika von Bilddaten verbessern.
Stand der Technik
EP-A-0 542 474 beschreibt die Auswahl einer aus mehreren Kodiertabellen variabler Länge auf der Grundlage eines Intra- oder Inter-Modus.
In letzter Zeit hat ein Verfahren in einem Gerät zum Senden und Empfangen von Video- und Audiosignalen in großem Umfang Eingang gefunden, durch das die Video- und Audiosignale in digitale Signale kodiert werden, um sie dann in einen Speicher zu übertragen oder zu speichern, und die digitalen Signale dekodiert werden, um sie dann wiederzugeben.
Im Falle der Kodierung eines Videosignals in digitale Daten ist jedoch die Datenmenge groß. Um die Gesamtdatenmenge durch Entfernen redundanter Daten, die in dem digitalen Videosignal enthalten sind, zu vermindern, sollten daher die diskrete Cosinustransformationskodierung (DCT), die Differenzpulskodemodulation (DPCM), die Vektorquantisierung oder die Kodierung mit variabler Länge (VLC) durchgeführt werden.
1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines allgemeinen Kodiersystems für Bilddaten. Das Gerät enthält Einrichtungen 11 und 12 zum Ausführen einer DCT-Funktion an einem N × N-Block und zum Quantisieren von DCT-Koeffizienten, Einrichtungen 13 und 14 zum Kodieren der quantisierten Daten mit variabler Länge und zum weiteren Komprimieren der Datenmenge, und Einrichtungen 15, 16, 17, 18, 19, A1, A2, SW1 und SW2, die sich auf die inverse Quantisierung und DCT-Operationen an den quantisierten Daten beziehen, um dann eine Bewegungskompensation auszuführen, womit Bilddaten in einen Intra-Modus oder Inter-Modus kodiert werden.
2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines allgemeinen Dekodiersystems für Bilddaten. Das Gerät dekodiert die durch das Kodiersystem von 1 kodierten Bilddaten und gibt sie wieder.
Der Betrieb der Kodier- und Dekodiersysteme, die in den 1 bzw. 2 gezeigt sind, wird kurz erläutert.
In 1 wird das durch einen Eingangsanschluss 10 eingegebene Videosignal zu einem Signal einer Frequenzdomäne in den Einheiten von N × N-Blöcken im DCT 11, wo, obgleich die Größe eines Blocks allgemein N₁ × N₂ ist, der Einfachheit halber angenommen wird, dass N₁ = N₂ = N ist. Die Energie der Transformationskoeffizienten ist hauptsächlich in einer Niederfrequenzdomäne konzentriert. Datentransformationen werden für jeden Block durch eine diskrete Cosinustransformation, Walsh-Hadamard-Transformation, diskrete Fourier-Transformation oder diskrete Sinustransformation ausgeführt. Hier werden die Transformationkoeffizienten durch DCT-Betrieb erhalten.
Der Quantisierer 12 ändert die DCT-Koeffizienten in repräsentative Werte eines konstanten Pegels durch einen vorbestimmten Quantisierungsvorgang.
Der Kodierer 13 variabler Länge kodiert die repräsentativen Werte mit variabler Länge unter Verwendung ihrer statistischen Charakteristika, wodurch die Daten weiter komprimiert werden.
Dabei steuert eine Quantisierungsschrittgröße Q_ss, die in Abhängigkeit vom Zustand (eines Füllstandes) eines Puffers 14, in dem die mit variabler Länge kodierten Daten gespeichert werden, den Quantisierer 12, um dadurch eine Übertragungsbitrate einzustellen. Die Quantisierungsschrittgröße Q_ss wird auch zur Empfängerseite übertragen, um in einem Dekodiersystem verwendet zu werden.
Im Allgemeinen gibt es auch viele ähnliche Abschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Bilddarstellungen. Im Falle einer Bewegung aufweisenden Bilddarstellung wird daher ein Bewegungsvektor MV durch Abschätzen der Bewegung erhalten, und die Daten werden unter Verwendung des Bewegungsvektors MV kompensiert. Dann wird ein Differenzsignal zwischen benachbart gelegenen Bildanzeigen sehr klein, wodurch es möglich wird, die Sendedaten weiter zu komprimieren.
Um eine solche Bewegungskompensation auszuführen, führt ein Inversquantisierer (Q^–1) 15, der in 1 gezeigt ist, an den vom Quantisierer 12 ausgegebenen quantisierten Daten eine inverse Quantisierung aus.
Anschließend werden die invers quantisierten Daten in einer Invers-DCT-Einrichtung (DCT^–1) 16 einer Invers-DCT-Verarbeitung unterworfen und werden dadurch zu einem Videosignal einer räumlichen Domäne. Das von der Invers-DCT-Einrichtung 16 ausgegebene Videosignal wird in einem Halbbildspeicher 17 in Halbbildeinheiten gespeichert. Ein Bewegungsschätzer 18 sucht nach einem Block, der das einem N × N-Block am Eingangsanschluss 10 ähnlichste Muster unter den Halbbilddaten hat, die in dem Halbbildspeicher 17 gespeichert sind, und schätzt die Bewegung zwischen Blöcken, um einen Bewegungsvektor MV zu erhalten. Der Bewegungsvektor MV wird zur Empfängerseite übertragen, um in einem Dekodiersystem verwendet zu werden, und wird gleichzeitig zu einem Bewegungskompensator 19 übertragen.
Der Bewegungskompensator 19 empfängt den Bewegungsvektor MV vom Bewegungsschätzer 18 und liest einen N × N-Block entsprechend dem Bewegungsvektor MV aus den früheren Halbbilddaten aus, die vom Halbbildspeicher 17 ausgegeben werden, um dann den N × N-Block einem Subtrahierer A1 zuzuführen, der mit dem Eingangsanschluss 10 verbunden ist. Der Subtrahierer A1 ermittelt die Differenz zwischen dem dem Eingangsanschluss zugeführten N × N-Block und dem N × N-Block, der das ähnliche Muster hat und ihm vom Bewegungskompensator 19 zugeführt worden ist. Die Ausgabedaten des Subtrahierers A1 werden kodiert und dann zur Empfängerseite übertragen, wie oben beschrieben. Das Videosignal einer Bildanzeige (Intra-Halbbild) wird sozusagen vollständig kodiert, um dann übertragen zu werden. Für das Videosignal der nachfolgenden Bildanzeige (Inter-Halbbild) wird nur das aus der Bewegung resultierende Differenzsignal kodiert, um dann übertragen zu werden.
Dabei werden die Daten, deren Bewegung im Bewegungskompensator 19 kompensiert werden, mit dem Videosignal in einem Addierer summiert, das von der Invers-DCT-Einrichtung 16 ausgegeben wird, und werden anschließend in einem Halbbildspeicher 17 gespeichert.
Bildwiederholschalter SW1 und SW2 werden in einem gewissen Intervall ausgeschaltet (hier ist die Periode eine Bildergruppe oder GOP-Periode) durch eine (nicht gezeigte) Steuereinrichtung, so dass ein eingegebenes Videosignal in einen PCM-Modus kodiert wird, um dann im Falle eines Intra-Halbbildmodus übertragen zu werden, so dass nur das Differenzsignal kodiert wird, um dann im Falle eines inter-Halbbildmodus übertragen zu werden, wodurch kumulative Kodierfehler für eine konstante Periode (eine GOP) aufgefrischt wird. Weiterhin erlaubt ein Auffrischschalter SW3, dass die Übertragungsfehler auf einem Kanal von der Empfängerseite innerhalb der konstanten Zeitperiode (eine GOP) abweichen.
Auf diese Weise werden die kodierten Bilddaten V_c zur Empfängerseite übertragen, um dann dem in 2 gezeigten Dekodiersystem eingegeben zu werden. Die kodierten Bilddaten V_c werden durch den zum Kodiervorgang inversen Prozess in einem Dekodierer 21 für variable Länge dekodiert. Die vom Dekodierer 21 für variable Länge ausgegebenen Daten werden in einem Invers-Quantisierer 22 invers quantisiert. Dabei stellt der Invers-Quantisierer 22 die Größe der ausgegebenen DCT-Koeffizienten in Abhängigkeit in der vom Kodiersystem gelieferten Quantisierschrittgröße Q_ss ein.
Eine Invers-DCT-Einrichtung 23 führt an den DCT-Koeffizienten einer Frequenzdomäne, die vom Invers-Quantisierer 22 geliefert wird, einen Invers-DCT-Vorgang in die Bilddaten einer Raumdomäne aus.
Außerdem wird der Bewegungsvektor MV, der vom in 1 gezeigten Kodiersystem übertragen wird, einem Bewegungskompensator 24 des Dekodiersystems zugeführt. Der Bewegungskompensator 24 liest den dem Bewegungsvektor MV entsprechenden N × N-Block aus den früheren Halbbilddaten aus, die in einem Halbbildspeicher 25 gespeichert sind, kompensiert die Bewegung und liefert dann den kompensierten N × N-Block an einen Addierer A3. Der Addierer A3 addiert dann die invers-DCT-bearbeiteten DPCM-Daten zu den N × N-Blockdaten, die vom Bewegungskompensator 24 zugeführt werden, um sie dann an eine Anzeigeeinrichtung auszugeben.
Die 3A, 3B und 3C zeigen schematisch den Vorgang der Kodierung von Bilddaten. Die Abtastdaten eines N × N-Blocks in 3A werden DCT-verarbeitet, um DCT-Koeffizienten in einer Frequenzdomäne zu werden, durch das DCT-Verfahren usw., wie in 3B gezeigt. Die DCT-Koeffizienten werden quantisiert und dann in einem Zick-Zack-Muster abgetastet, um dann in Form von Run- und Level-Llänge kodiert zu werden, wie in 3C gezeigt.
Beim Abtasten von einer niedrigen Frequenzkomponente zu einer hohen Frequenzkomponente beim Abtasten des N × N-Blocks, wie in 3C gezeigt, werden ein "Run" und "Level" als ein Paar eingestellt, bezeichnet mit (Run, Level), und dann kodiert.
Hier stellt Run die Anzahl der Nullen dar, die zwischen Koeffizienten, die nicht "0" unter den quantisierten Koeffizienten eines N × N-Blocks sind, und Level entspricht dem Absolutwert des Koeffizienten, der nicht "0" ist.
Beispielsweise im Falle eines 8 × 8-Blocks ist Run von "0" bis "63" verteilt, und Level variiert in Abhängigkeit vom Datenwert, der von einem Quantisierer ausgegeben wird. D. h., wenn der quantisierte Ausgabewert als eine ganze Zahl angegeben ist, die von "–255" bis "+255" reicht, dann hat Level einen Wert, der von "1" bis "+255" reicht. Dabei wird das positive oder negative Vorzeichen durch ein Extra-Zeichenbit ausgedrückt. Auf diese Weise ist, wenn ein (Run, Level)-Paar als ein Symbol eingestellt ist und Run oder Level groß ist, die Wahrscheinlichkeit des Symbols statistisch sehr gering.
Daher wird, wie in 4 gezeigt, der Block in einen regulären Bereich und einen Escape-Bereich entsprechend der Wahrscheinlichkeit des Symbols unterteilt. Für den regulären Bereich, wo die Wahrscheinlichkeit des Symbols relativ groß ist, wird ein Huffman-Kode beim Kodieren verwendet. Für den Escape-Bereich, wo die Wahrscheinlichkeit des Symbols gering ist, werden Daten einer vorbestimmten festen Länge beim Kodieren verwendet. Hier ist gemäß dem Huffman-Kode die Wahrscheinlichkeit des Symbols um so höher, je kürzer der Kode eingestellt ist, und umgekehrt.
Auch besteht die Escape-Sequenz ESQ, in der die Daten des Escape-Bereichs kodiert werden, aus einem Escape-Kode ESQ, Run-, Level- und Vorzeichendaten S, die jeweils eine vorbestimmte Anzahl Bits haben, wie durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt: ESQ = ESC + RUN + L + S (1)
Wenn beispielsweise, wie oben beschrieben, der quantisierte Wert zwischen "–255" und "+255" in einem 8 × 8-Block liegt, hat die Escape-Sequenz eine konstante Datenlänge von insgesamt 21 Bit, da die Escape-Kodedaten ESC sechs Bits haben, die Run-Daten RUN sechs Bits haben, die Level-Daten L acht Bits haben und die Vorzeichendaten S aus einem Bit bestehen.
Entsprechend dem konventionellen Kodierverfahren mit variabler Länge entsteht auf diese Weise eine Grenze beim Komprimieren der Datenmenge durch Kodierung übertragener Daten, da zahlreiche Extrainformation zusammen mit den kodierten Daten übertragen werden und die Escape-Sequenz, die durch eine Kodiertabelle mit variabler Länge in Abhängigkeit von den statistischen Charakteristika der Daten eingestellt ist, eine konstante feste Länge hat.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Dekodieren von Daten anzugeben, die mit einem adaptiven Kodierverfahren variabler Länge kodiert worden sind, das den Kompressionswirkungsgrad von Daten durch Auswahl einer Kodiertabelle optimaler variabler Länge unter mehreren Kodiertabellen variabler Länge entsprechend der laufenden Abtastposition und Quantisierschrittgröße beim Abtasten in einem Zick-Zack-Muster durch eine blockartigen, d. h. Inter-/Intra-Modus verbessert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum adaptiven Dekodieren mit variabler Länge die folgenden Schritte:
Empfangen von Intra-/Inter-Modus-Information;
Empfangen einer Quantisierungsschrittgröße;
Erfassen von Abtastpositionsinformation innerhalb eines Blocks kodierter Bilddaten;
Auswählen einer aus mehreren Kodiertabellen variabler Länge; und
Dekodieren der empfangenen Daten mit variabler Länge entsprechend der Intra-/Inter-Modus-Information, der Quantisierungsschrittgröße und der Abtastposition innerhalb des Blocks.
Der Schritt des Auswählens der Dekodiertabelle variabler Länge kann eine Auswahl aus mehreren Dekodiertabellen variabler Länge enthalten, wobei die Wahl einer speziellen Tabelle für eine gegebene Kombination der Zick-Zack-Abtastposition innerhalb des Blocks und der Quantisierungsschrittgröße davon abhängig ist, ob der laufende Block im Intra-Modus oder im Inter-Modus verarbeitet wird, je nach Information aus dem Modusinformationsempfangsschritt.
Der reguläre Bereich kann ein solcher sein, in dem Daten entsprechend einem Huffmann-Kode kodiert sind, und der Escape-Bereich kann ein solcher sein, in dem Daten mit einem Kode fester oder variabler Länge kodiert sind.
Die kodierten Daten mit variabler Länge können Run-, Level-Daten sein, wobei ein Run-Wert die Anzahl von Nullen darstellt, die zwischen quantisierten Nicht-Null-Koeffizienten vorhanden sind, und ein Level-Wert entspricht dem Absolutwert eines Nicht-Null-Koeffizienten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Gerät zum adaptiven Dekodieren mit variabler Länge zum Dekodieren von Bilddaten:
eine Einrichtung zum Festlegen mehrerer Dekodiertabellen variabler Länge;
eine Einrichtung zum Empfangen von Intra-/Inter-Modus-Information;
eine Einrichtung zum Empfangen von Quantisierungsschrittgrößeninformation;
eine Auswähleinrichtung für eine Tabelle für Dekodierung mit variabler Länge zum Auswählen einer aus mehreren Dekodiertabellen variabler Länge; und
einen Dekodierer variabler Länge zum Dekodieren mit variabler Länge der empfangenen Daten entsprechend einer ausgewählten Tabelle für Dekodierung mit variabler Länge, dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswähleinrichtung für eine Tabelle für Dekodierung mit variabler Länge entsprechend der Intra-/Inter-Modus-Information, der Quantisierungsschrittgröße und der Abtastposition innerhalb eines Blocks kodierter Bilddaten auswählt.
Die Wähleinrichtung für die Dekodiertabelle variabler Länge kann so betrieben werden, dass sie aus mehreren Dekodiertabellen variabler Länge auswählt, wobei die Auswahl einer speziellen Tabelle für eine gegebene Kombination aus Zick-Zack-Abtastposition innerhalb des Blocks und Quantisierungsschrittgröße davon abhängig ist, ob der laufende Block im Intra-Modus oder im Inter-Modus verarbeitet wird entsprechend der Information von einer Modusinformationsempfangseinrichtung.
Der reguläre Bereich kann ein solcher sein, in dem Daten entsprechend einem Huffmann-Kode dekodiert sind, und der Escape-Bereich ist dabei ein solcher, in dem Daten mit einem festen oder einem Kode variabler Länge kodiert sind.
Die mit variabler Länge kodierten Daten können Run-, Level-Daten sein, wobei ein Run-Wert die Anzahl der Nullen darstellt, die zwischen quantisierten Nicht-Null-Koeffizienten vorhanden sind, und ein Level-Wert entspricht dem Absolutwert eines Nicht-Null-Koeffizienten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild eines allgemeinen Kodiersystems für Bilddaten;
2 ist ein Blockschaltbild eines allgemeinen Dekodiersystems für Bilddaten;
3A und 3B sind Schemadiagramme zur Erläuterung von Schritten des Datenverarbeitungsvorgangs gemäß der Vorrichtung von 1;
4 zeigt eine konventionelle Tabelle zum Kodieren und Dekodieren mit variabler Länge;
5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Kodierers variabler Länge für die Ausführung eines adaptiven Verfahrens zur Kodierung mit variabler Länge gemäß der vorliegenden Erfindung;
6A und 6B zeigen ein Verfahren zum Auswählen einer Tabelle zum Kodieren mit variabler Länge, die durch eine vorbestimmte Anzahl in dem Verfahren zum Kodieren mit adaptiver Län ge entsprechend der vorliegenden Erfindung unterteilt ist, wobei 6A den Intra-Modus und 6B den Inter-Modus darstellt; und
7A und 7B und 7C sind Histogramme (Run, Level) für jedes Symbol an den ersten, zweiten und P-ten Bereichen der 6A und 6B.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
In dem adaptiven Verfahren zum Kodieren mit variabler Länge gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrere Tabellen zum Kodieren mit variabler Länge verwendet. Die Tabelle wird in Übereinstimmung mit einem Blocktyp, einer Quantisierungsschrittgröße und einer laufenden Abtastposition beim Abtasten eines Blocks in einem Zick-Zack-Muster ausgewählt. Diese Auswahl erfolgt in Übereinstimmung mit den statistischen Charakteristika von (Run-, Level-)Daten, die in Abhängigkeit vom Blocktyp variieren, d. h. Intra-Modus/Inter-Modus oder Luminanzsignal/Farbsignal, Quantisierungsschrittgröße und eine laufende Zick-Zack-Abtastposition, was später detaillierter beschrieben wird.
Der Inter-Modus zum Kodieren des Differenzsignals zwischen den laufenden Blockdaten und den bewegungskompensierten Blockdaten erzeugt die meisten der DCT-Koeffizienten als "0", erzeugt jedoch kaum größere Werte im Vergleich zu dem Intra-Modus zum sequentiellen Kodieren eingegebener Blockbilddaten. Der Grund ist, dass die Schwankung in seinem Bewegungskompensationszustandsfehler typischerweise kleiner als die des ursprünglichen Videosignals ist.
Auch sind die statistischen Charakteristika der Farbe, die von der Dezimierung in der Raumdomäne abhängen und die Bandbreite einschränken, verschieden von denen der Luminanz.
Gemäß dem Intra-/Inter-Modus und der Luminanz-/Farb-Information kann es daher vier Blocktypen geben, d. h. (Intra, Luminanz), (Intra, Farbe), (Inter, Luminanz) und (Inter, Farbe). Für den Blocktyp in der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Luminanz-/Farb-Information ausgeschlossen und wird nur der Intra-/Inter-Modus in Betracht gezogen, weil die Farbstatistiken von der Abwärtsabtaststruktur des Farbsignals abhängen.
Auch im Falle einer großen Quantisierungsschrittgröße sind DCT-Koeffizienten in den Hochfrequenzkomponenten nicht hoch, und viele werden als "Nullen" erzeugt, während der Quantisierer in einem Zick-Zack-Muster abtastet. Um die menschlichen Sehcharakteristika auszunützen, werden also die DCT-Koeffizienten in primäre Gewichtungsmatrizen unterteilt. Da die Gewichtungsmatrix für die Hochfrequenzkomponente groß ist, wenn die laufende Abtastung eine Hochfrequenzkomponente ist, werden häufig kleine Werte (einschließlich "0") erzeugt, hingegen werden große Werte selten erzeugt.
Die vorliegende Erfindung schlägt daher ein Verfahren zum adaptiven Kodieren/Dekodieren mit variabler Länge unter Verwendung mehrerer Tabellen zum Kodieren/Dekodieren mit variabler Länge vor, in denen der Blocktyp (Intra-/Inter-Modus), die Abtastposition und die Quantisierungsschrittgröße kombiniert sind, was ein Huffmann-Kodebuch genannt wird.
Die vorliegende Erfindung wird auch für ein allgemeines, in 1 gezeigtes Kodiersystem und für ein allgemeines, in 2 gezeigtes Dekodiersystem verwendet.
5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Kodierers mit variabler Länge zur Ausführung eines Verfahrens zum adaptiven Kodieren mit variabler Länge gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nach 5 werden quantisierte DCT-Koeffizienten durch einen Zick-Zack-Abtaster 31 in einem Zick-Zack-Muster abgetastet.
Die Wähleinrichtung 32 für eine Tabelle zum Kodieren mit variabler Länge gibt ein Steuersignal zum Auswählen der entsprechenden ersten bis P-ten Kodiertabellen 33.1, 33.2, ... 33.P variabler Länge gemäß dem Blocktyp (Intra-/Inter-Modus), Quantisierungsschrittgröße Q_ss und Abtastposition SP aus.
Die von dem Zick-Zack-Abtaster ausgegebenen, quantisierten DCT-Koeffizienten werden entsprechend der Kodiertabelle variabler Länge mit variabler Länge kodiert, um dann zum in 1 gezeigten Puffer 14 übertragen zu werden.
Der Dekodierer 21 variabler Länge des Dekodiersystems von 2 dekodiert Daten mit variabler Länge, die in gegenüber dem Kodierprozess mit variabler Länge nach 5 umgekehrter Reihenfolge kodiert sind.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 6A, 6B und 7A bis 7C das Verfahren zum Auswählen mehrerer Tabellen zum Kodieren/Dekodieren mit variabler Länge im Detail erläutert. 6A zeigt P Kodiertabellen T₁, T₂, ..., T_P variabler Länge, die in Übereinstimmung mit der Quantisierungsschrittgröße Q_ss und der laufenden Abtastposition SP (während der Zick-Zack-Abtastung) für den Intra-Modus ausgewählt sind. 6B zeigt P Kodiertabellen T₁, T₂, ..., T_P variabler Länge, die in Übereinstimmung mit der Quantisierungsschrittgröße Q_ss und der laufenden Abtastposition SP (bei der Zick-Zack-Abtastung) für den Inter-Modus ausgewählt sind.
Die "0"-Abtastposition SP entspricht der Gleichkomponente, die "63"-Abtastposition SP entspricht der letzten Abtastposition im zugehörigen Block, und die Quantisierungsschrittgröße Q_ss hat Werte, die von "0" bis "62" reichen.
Zunächst wird zum Auswählen einer aus den P Kodiertabellen T₁, T₂, ..., T_P variabler Länge ermittelt, ob der gegenwärtige Prozessblockmodus ein Inter-Modus oder ein Intra-Modus ist.
Wie in den 6A und 6B gezeigt, sind also die Blöcke zum Auswählen der Kodiertabellen T₁, T₂, ..., T_P variabler Länge in Abhängigkeit vom Modus unterschiedlich. Mit anderen Worten, im Vergleich zum Inter-Modus hat der Intra-Modus größere Wählblöcke für die ersten und zweiten Kodiertabellen T₁ und T₂ variabler Länge und einen kleineren Wählblock für die P-te Kodiertabelle T_P variabler Länge.
Im ermittelten Modus werden die erste, zweite oder P-te Kodiertabelle T₁, T₂ oder T_P variabler Länge entsprechend der Quantisierungsschrittgröße Q_ss und der Abtastposition SP ausgewählt.
Quantisierte DCT-Koeffizienten werden in Übereinstimmung mit der ausgewählten Kodiertabelle variabler Länge mit variabler Länge kodiert.
Hier kann ein Beispiel von P Bereichen, die in einer (SP, Q_ss)-Ebene in Übereinstimmung mit Intra- und Inter-Moden der 6A und 6B unterteilt sind, wie folgt ausgedrückt werden.
Im Intra-Modus:
Bereich 1: SP + Q_ss < K₁;
Bereich 2: K₁ ≤ SP + Q_ss < K₂; und
Bereich P: K_P – 1 ≤ SP + Q_ss < K_P
Im Inter-Modus:
Bereich 1: SP + Q_ss < L₁;
Bereich 2: L₁ ≤ SP + Q_ss < L₂; und
Bereich P: L_P – 1 ≤ SP + Q_ss < L_P
Die geeignete Unterteilung wie oben kann empirisch auf der Grundlage einer ausreichenden Analyse für zahlreiche Versuchszustände gesucht werden. Diese Zustände enthalten Faktoren, wie Videosequenz, Bitrate, GOP und Unterteilungsverfahren.
Die 7A, 7B und 7C zeigen Beispiele der Kodiertabellen variabler Länge nach den 6A und 6B.
Die Tabellen zum Kodieren mit variabler Länge haben eine regulären Bereich und einen Escape-Bereich, die in Abhängigkeit von den statistischen Charakteristika von (Run, Level) unterschiedlich sind.
Die ersten, zweiten, ... P-ten Tabellen T₁, T₂, ..., T_P weisen also einen regulären Bereich und einen Escape-Bereich unterschiedlicher Muster auf, und die P-te Tabelle T_P hat einen kleineren regulären Bereich als die ersten oder zweiten Tabellen T₁ oder T₂.
Indessen hat das (Run-, Level-)Symbol wahrscheinlich eine geringe Wahrscheinlichkeit, wenn die Run- und/oder Level-Längen einen großen Wert haben. Wie in 4 gezeigt, haben die entsprechenden Symbole des Escape-Bereichs eine feste Länge von 21 Bit, die man durch Addieren eines Sechs-Bit-Escape-Kodes, eines Acht-Bit-Run und von Ein-Bit-Vorzeichendaten erhält.
Beim Escape-Kodieren kann jedoch wegen der Redundanz in den Run- und Level-Feldern die Datenmenge vermindert werden. Die Bitanzahl, die zum Ausdrücken von Run erforderlich ist, hängt also von der Abtastposition beim Zick-Zack-Abtasten zweidimensionaler DCT-Koeffizienten ab, und die Bitanzahl, die zum Ausdrücken von Level erforderlich ist, hängt von der Quantisierungsschrittgröße ab. Auch sind die Quantisierungsgewichtungsmatrizen der Intra-kodierten Blöcke und der Inter-kodierten Blöcke voneinander verschieden.
Die neue Escape-Sequenz ESQ fester Länge von 21 Bit kann in eine solche mit variabler Länge unter Verwendung der vorgenannten Charakteristika entsprechend der obigen Gleichung (1) modifiziert werden, wobei ESQ aus sechs Bit besteht, RUN aus null bis sechs Bits besteht, L aus einem bis acht Bits besteht, S aus einem Bit besteht, die Run-Daten von der Abtastposition abhängen und Level vom Quantisierer abhängt.
Da die modifizierte Escape-Sequenz eine variable Länge hat, die von acht Bit bis 21 Bit reicht, können daher im Vergleich zu der festen Länge von 21 Bit die Bilddaten weiter komprimiert werden.
Da beim Dekodieren der neuen Escape-Sequenz die jeweils laufenden Tastpositionen automatisch für das Kodiersystem und Dekodiersystem abgeglichen werden, kann die Anzahl der Bits, die zum Ausdrücken des Run-Wertes erforderlich sind, ohne Übertragung von Extrainformation angepasst werden. Auch im Falle der Level-Länge kann aufgrund der Tatsache, dass die Quantisierungsschrittgröße für die inverse Quantisierung zum Dekodiersystem übertragen wird, die übertragene Quantisierungschrittgröße bei der Synchronisierung der zum Ausdrücken von Level erforderlichen Anzahl von Bits verwendet werden, was keine Übertragung von Extrainformation erfordert.
Die oben beschriebenen Verfahren zum Kodieren und Dekodieren variabler Länge, die die Kompressionswirkung durch variable Einstellung der Länge der Escape-Sequenz verbessern, sind im US-Patent US-A-5 402 123, vom Anmelder der vorliegenden Erfindung am 1. Juni 1993 eingereicht, beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind mehrere Tabellen mit variabler Länge sowohl für die Kodierseite als auch die Dekodierseite vorgesehen, die im Vergleich zum Falle der Verwendung einer einzigen konventionellen Tabelle leicht komplexer in der Hardware sein können. Die vorliegende Erfindung ist jedoch für den Fall, dass eine hohe Datenkompressionsrate notwendig ist, eingesetzt. Auch der entsprechende Modus, die Quantisierungschrittgröße und die Abtastpositionsinformation, die auf der Kodierseite erzeugt wird, wird auf die Dekodierseite überfragen. Die Modus- und Quantisierschrittgrößeninformation wird in einer konstanten Zeitperiode übertragen oder immer dann, wenn eine Änderung erfolgt. Die Abtastpositionsinformation wird nicht gesondert übertragen, sondern wird automatisch durch Ansammlung der Run-Werte nach Erhalt der (Run, Level) Werte der Dekodierseite erhalten.
Obgleich die Information über die ausgewählte Kodiertabelle variabler Länge nicht gesondert in Bezug auf die zur Dekodierseite übertragenen Blockdaten übertragen wird, kann daher die beim Kodieren ausgewählte Kodiertabelle variabler Länge aus dem Modus und der Quantisierschrittgrößeninformation ermittelt werden, die von der Kodierseite übertragen wird, und aus der Positionsinformation, die aus dem Run-Wert auf der Dekodierseite automatisch berechnet wird. Die gleiche Kodiertabelle variabler Länge wie jene, die für die Kodierung verwendet wird, wird dann zum Dekodieren der übertragnen Blockdaten verwendet.
Wie oben beschrieben, kann das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung den Datenkompressionswirkungsgrad steigern, so dass Bilddaten kodiert und dekodiert werden, indem eine aus mehreren Kodiertabellen variabler Länge ausgewählt wird, die einen regulären Bereich und einen Escape-Bereich haben, wobei Modus, Quantisierungsschrittgröße und Zick-Zack-Abtastpositionsinformation verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung muss zum Dekodieren auch kein Extrabit übertragen werden, das die vom Kodieren ausgewählte Kodiertabelle variabler Länge auswählt. Die Sendedaten können weiter durch variables Einstellen der Run- und Level-Längen der zu kodierenden Daten im Escape-Bereich der ausgewählten Kodiertabelle variabler Länge komprimiert werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Ein Verfahren zum adaptiven Dekodieren mit variabler Länge gemäß der vorliegenden Erfindung kann den Kompressionswirkungsgrad digital übertragener Daten verbessern und ist in zahlreichen technologischen Gebieten, einschließlich digitaler Kommunikation, Multimedia- und PC-Systemen und in digitalen Videogeräten, wie hochauflösenden Fernsehgeräten oder digitalen Videokassettenrekordern einsetzbar.

Claims

Verfahren zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge für Decodierung von Bilddaten, wobei das Verfahren zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge die folgenden Schritte umfasst: Empfangen von Intra-/Inter-Modus-Informationen; Empfangen einer Quantisierungsschritt-Größe; Erfassen von Abtastpositionsinformationen innerhalb eines Blocks codierter Bilddaten; Auswählen einer einer Vielzahl von Tabellen (33) für Decodierung mit variabler Länge; und Decodieren der empfangenen Daten mit variabler Länge entsprechend der ausgewählten Tabelle für Decodierung mit variabler Länge, dadurch gekennzeichnet, dass: die Auswahl einer der Vielzahl von Tabellen für Decodierung mit variabler Länge den Intra-/Inter-Modus-Informationen, der Quantisierungsschritt-Größe und der Abtastposition innerhalb des Blocks entspricht.
Verfahren zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Auswählens der Tabelle (33) für Decodierung mit variabler Länge eine Auswahl aus einer Vielzahl von Tabellen (33) für Decodierung mit variabler Länge einschließt und die Auswahl einer bestimmten Tabelle (33) für eine gegebene Kombination von Zickzack-Abtastposition innerhalb des Blocks und Quantisierungsschritt-Größe davon abhängt, ob der aktuelle Block entsprechend Informa tionen aus dem Modus-Informations-Empfangsschritt in dem Intra-Modus oder dem Inter-Modus verarbeitet wird.
Verfahren zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge nach Anspruch 2, wobei ein regulärer Bereich der Tabelle (33) für Decodierung mit variabler Länge ein Bereich ist, in dem Daten entsprechend einem Huffmann-Code codiert sind, und ein Escape-Bereich ein Bereich ist, in dem Daten mit einem Code fester oder variabler Länge codiert sind.
Verfahren zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mit variabler Länge codierten Daten Run-, Level-Daten sind und ein Run-Wert die Anzahl von Nullen darstellt, die zwischen quantisierten Nicht-Null-Koeffizienten vorhanden sind, und ein Level-Wert dem Absolutwert eines Nicht-Null-Koeffizienten entspricht.
Vorrichtung zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge für Decodierung von Bilddaten, die umfasst: eine Einrichtung zum Festlegen einer Vielzahl von Tabellen (33) für Decodierung mit variabler Länge; eine Einrichtung zum Empfangen von Intra-/Inter-Modus-Informationen; eine Einrichtung zum Empfangen von Quantisierungsschritt-Größe-Informationen; eine Auswähleinrichtung (32) für eine Tabelle für Decodierung mit variabler Länge zum Auswählen einer der Tabellen (33) für Decodierung mit variabler Länge; und eine Einrichtung (21) zum Decodieren mit variabler Länge für Decodierung der empfangenen Daten mit variabler Länge entsprechend einer ausgewählten Tabelle (33) für Decodierung mit variabler Länge, dadurch gekennzeichnet, dass: die Auswähleinrichtung (32) für eine Tabelle für Decodierung mit variabler Länge entsprechend den Intra-/Inter-Modus-Informationen, der Quantisierungsschritt-Größe und der Abtastposition innerhalb eines Blocks codierter Bilddaten auswählt.
Vorrichtung zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge nach Anspruch 5, wobei die Auswähleinrichtung (32) für eine Tabelle für Decodierung mit variabler Länge so betrieben werden kann, dass sie aus einer Vielzahl von Tabellen (33) zum Decodieren mit variabler Länge auswählt, wobei die Auswahl einer bestimmten Tabelle für eine gegebene Kombination von Zickzack-Abtastposition innerhalb des Blocks und Quantisierungsschritt-Größe davon abhängt, ob der aktuelle Block entsprechend Informationen von einer Modus-Informations-Empfangseinrichtung in dem Intra-Modus oder dem Inter-Modus verarbeitet wird.
Vorrichtung zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge nach Anspruch 6, wobei ein regulärer Bereich der Tabelle (33) für Decodierung mit variabler Länge ein Bereich ist, in dem Daten entsprechend einem Huffmann-Code codiert sind, und ein Escape-Bereich ein Bereich ist, in dem Daten entsprechend einem Code fester oder variabler Länge codiert sind.
Vorrichtung zum adaptiven Decodieren mit variabler Länge nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die mit variabler Länge codierten Daten Run-, Level-Daten sind und ein Run-Wert die Anzahl von Nullen darstellt, die zwischen quantisierten Nicht-Null-Koeffizienten vorhanden sind, und ein Level-Wert dem Absolutwert eines Nicht-Null-Koeffizienten entspricht.