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DE4134554A1 - Schaltung zum einstellen der quantisierungsbreite eines digitalen bildes unter verwendung von durch dct gebildeten ws-koeffizienten - Google Patents

Schaltung zum einstellen der quantisierungsbreite eines digitalen bildes unter verwendung von durch dct gebildeten ws-koeffizienten

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DE4134554A1
DE4134554A1 DE19914134554 DE4134554A DE4134554A1 DE 4134554 A1 DE4134554 A1 DE 4134554A1 DE 19914134554 DE19914134554 DE 19914134554 DE 4134554 A DE4134554 A DE 4134554A DE 4134554 A1 DE4134554 A1 DE 4134554A1
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quantization
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dct
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Description

Technischer Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Einstellen der Quantisierungsbreite eines digitalen Bildes bei einem digitalen Bildverarbeitungssystem unter Verwendung der durch JPEG (Joint Group of CCITT & ISO) vorgeschlagenen Bildver­ dichtung.
Generell beinhaltet das durch JPEG vorgeschlagene Bildverdich­ tungsverfahren, wie in Fig. 1 gezeigt, die Schritte der Durchfüh­ rung einer diskreten Cosinustransformation (DCT) bei Daten, um zu verdichten und das Quantisieren der transformierten Daten. In diesem Fall wird die Quantisierungsbreite durch eine Block- Quantisierungsmatrix 8×8 bestimmt, welche bei den menschlichen Sichtcharakteristika berücksichtigt wird und durch einen kon­ stanten Skalierungsfaktor S. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß ein sehr kompliziertes quantiziertes Bild nicht genau repro­ duziert werden kann und daß ein einfaches Bild für die Verarbei­ tung einen unerwünscht erhöhten Speicher erfordert.
Zusammenfassung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist es, eine Schaltung für das Einstel­ len der Quantisierungsbreite eines digitalen Bildes in Über­ einstimmung mit den DCT-verarbeiteten Bilddaten so zu liefern, daß das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltung für das Einstellen der Quantisierungsbrei­ te eines digitalen Bildes zu liefern, die in einfacher Weise hergestellt werden kann.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung für das Einstellen der Quantisierungsbreite eines digitalen Bildes geliefert, welches einschließt:
  • a) ein diskretes Cosinus-Transformationsmittel für das Transfor­ mieren von Bilddaten, die zu Blöcken formatiert sind, welche jeweils die Größe von 8×8 Pixeln haben, in einen GS-Koeffizien­ ten und dreiundsechzig WS-Koeffizienten, die seriell ausgegeben werden;
  • b) ein Quantisierungs-Bestimmungsmittel für das Bestimmen der Quantisierungsbreite durch Empfangen eines Skalierungsfaktors;
  • c) eine lineare Quantisierungsschaltung für das Quantisieren der DCT-verarbeiteten Daten, die aus dem DCT-Mittel ausgegeben werden, gemäß der Quantisierungsbreite des Quantisierungs-Be­ stimmungsmittels;
  • d) ein ABS (olutwert)-Mittel für das Umwandeln der DCT- verarbeiteten Daten in absolute Werte;
  • e) einen Akkumulator für das Akkumulieren der absoluten dreiund­ sechzig WS-Koeffizienten, die sequentiell in Übereinstimmung mit Zeitgeberimpulsen eingegeben werden;
  • f) ein Skalierungsfaktor-Bestimmungsmittel für das Bestimmen eines Skalierungsfaktors entsprechend der Bilddichte eines jeden Datenblocks durch Empfangen der akkumulierten WS-Koeffizienten des Akkumulators;
  • g) ein Funktionssteuermittel für das Erzeugen eines Signals für die Steuerung der Funktion des Skalierungsfaktor-Bestimmungs­ mittels und des Akkumulators durch Zählen der Zeitgeberimpulse; und
  • h) ein Schieberegister für das sequentielle Verschieben der DCT- verarbeiteten Daten, um solange zu verzögern, bis der Skalie­ rungsfaktor bestimmt ist.
Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
Zum Zweck eines besseren Verständnisses der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe zur Wirksamkeit gebracht werden kann, wird, anhand eines Beispiels auf die dazugehörigen Zeichnungen verwie­ sen. Diese zeigen in
Fig. 1 ein Blockschaltbild des von JPEG vorgeschlagenen Algo­ rithmus;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Sy­ stems.
Ausführungsbeispiel
Unter Bezug auf Fig. 2 wird ein diskretes Cosinus-Transformati­ onsmittel 10 für das Transformieren von Bilddaten, welche zu Blöcken formatiert sind, die jeweils 8×8 Pixel haben, in einen GS-Koeffizienten und dreiundsechzig WS-Koeffizienten, die se­ riell ausgegeben werden, gezeigt.
Ein Quantisierungs-Bestimmungsmittel 50 soll die Quantisierungs­ breite durch Empfangen eines Skalierungsfaktors bestimmen. Eine lineare Quantisierungsschaltung 80 soll die DCT-verarbeiteten Daten, die aus dem DCT-Mittel ausgegeben werden, in Übereinstim­ mung mit der Quantisierungsbreite des Quantisierungs-Bestim­ mungsmittel 50 quantisieren.
Ein ABS-Mittel 20 soll die DCT-verarbeiteten Daten in absolute Werte umwandeln. Ein Akkumulator 30 soll die absoluten dreiund­ sechzig WS-Koeffizienten akkumulieren, die sequentiell in Über­ einstimmung mit den Zeitgeberimpulsen eingegeben werden. Ein Skalierungsfaktor-Bestimmungsmittel 40 soll einen Skalierungs­ faktor in Übereinstimmung mit der Bilddichte eines jeden Daten­ blocks durch Empfangen der akkumulierten WS-Koeffizienten des Akkumulators 30 bestimmen. Ein Funktions-Steuerungsmittel 60 soll ein Signal für das Steuern der Funktion des Skalierungsfak­ tor-Bestimmungsmittels 40 und des Akkumulators 30 durch Zählen von Zeitgeberimpulsen steuern. Ein Schieberegister 70 soll die DCT-verarbeiteten Daten das DCT 10 sequentiell verschieben, um solange zu verzögern, bis der Skalierungsfaktor bestimmt ist.
Der Akkumulator 30 besteht aus einem Adder 31 für das Addieren der absoluten Werte der WS-Koeffizienten aus dem ABS 20 als Reaktion auf Zeitgeberimpulse und aus einem Latch-Kreis 32 für das Verblocken des Ausgangs des Adders 31.
Das Skalierungsfaktor-Bestimmungsmittel 40 beinhaltet vier Skalierungsfaktor-Generatoren. Der erste Skalierungsfaktor- Generator soll das Ausgangssignal des Latch-Kreises 32 mit einem ersten Referenzwert vergleichen, um auf diese Weise den Bereich des ersten Skalierungsfaktors zu bestimmen. Der zweite Skalie­ rungsfaktor-Generator vergleicht das Ausgangssignal des Latch- Kreises 32 mit einem zweiten Referenzwert und verknüpft logisch mit dem Signal, das den Bereich des ersten Skalierungsfaktors überschreitet, der von dem ersten Skalierungsfaktor-Generator generiert worden ist, um auf diese Weise den Bereich des zweiten Skalierungsfaktors zu bestimmen. Der dritte Skalierungsfaktor- Generator vergleicht das Ausgangssignal des Latch-Kreises 32 mit einem dritten Referenzwert und verknüpft logisch mit dem Signal, das den Bereich des zweiten Skalierungsfaktor-Generators über­ schreitet, der von dem zweiten Skalierungsfaktor-Generator generiert worden ist, um auf diese Weise den Bereich des dritten Skalierungsfaktors zu bestimmen. Der vierte Skalierungsfaktor- Generator verknüpft logisch mit dem Signal, das den Bereich des dritten Skalierungsfaktors überschreitet, der von dem dritten Skalierungsfaktor-Generator generiert worden ist, um auf diese Weise den Bereich des vierten Skalierungsfaktors zu bestimmen. Eine Kodiereinrichtung 44 soll die Signale kodieren, die die Bereiche der Skalierungsfaktoren bestimmen, welche von den Skalierungsfaktor-Generatoren eins bis vier generiert worden sind.
Das Funktions-Steuerungsmittel 60 beinhaltet einen Ringzähler 61 für das Zählen der Zeitgeberimpulse, ein NOR-Gatter 62 für das Generieren des Rückstellsignals des Akkumulators 30 und des Skalierungsfaktor-Bestimmungsmittels 40 durch Empfangen des gezählten Wertes, der durch die Ausgangsklemmen Q0-Q5 des Ring­ zählers 61 abgegeben wird und ein AND-Gatter 63 für das Generie­ ren eines Inbetriebsetzungssignals des Skalierungsfaktor-Bestim­ mungsmittels 40 durch Empfangen des gezählten Wertes, der durch die Ausgangsklemmen Q0-Q5 des Ringzählers ausgegeben worden ist.
Der 8×8 formatierte Block wird durch einen Eingang P1 dem DCT- Mittel 10 zugeführt, um seriell einen GS-Koeffizienten und drei­ undsechzig WS-Koeffizienten als Reaktion auf die Zeitgeberimpul­ se auszugeben, die über einen Zeitgeberanschluß P2 eingegeben werden. Die von dem DCT 10 ausgegebenen WS-Koeffizienten haben positive (+) und negative (-) Werte, welche durch das ABS in absolute Werte umgewandelt werden. Die aus dem ABS 20 ausgegebe­ nen absoluten Werte der WS-Koeffizienten werden sequentiell in den Adder 31 eingegeben, um die dreiundsechzig WS-Koeffizienten als Reaktion auf die Zeitgeberimpulse zu addieren. Die addierten WS-Koeffizienten werden durch den Latch-Kreis 32 als Reaktion auf die Zeitgeberimpulse verriegelt, welche über den Zeitgeber­ anschluß P2 empfangen werden.
Wenn die Signale, welche durch die Zeitgeberanschlüsse Q0-Q5 des Ringzählers 61 ausgegeben werden, den Wert 000000 haben, dann generiert das NOR-Gatter 62 ein hohes Signal, um den Latch- Kreis, die Komparatoren eins bis drei 41-43 und die Kodierein­ richtung 44 zurückzustellen. Wenn alternativ die Ausgangssignale des Ringzählers 61 den Wert 111111 haben, dann generiert das AND-Gatter 62 ein hohes Signal, um die Komparatoren eins bis drei 41-44 und die Kodiereinrichtung 44 in Funktion zu setzen. Der erste Komparator 41 vergleicht das verriegelte Signal des Latch-Kreises 32, das über einen Eingangsanschluß A eingegeben wird, mit dem ersten Referenzwert, der durch einen anderen Eingangsanschluß B eingegeben wird. Wenn das verriegelte Signal einen niedrigeren Wert als den ersten Referenzwert hat, dann wird es als der erste Skalierungsfaktor bestimmt, der an den ersten Eingangsanschluß 0 der Kodierungseinrichtung 44 angelegt wird.
Wenn jedoch das verriegelte Signal des Latch-Kreises 32 einen Wert hat, der gleich dem ersten Referenzwert oder größer als dieser ist, dann wird es einem Eingangsanschluß C des zweiten Komparators 42 zugeführt, um es mit dem zweiten Referenzwert zu vergleichen, der durch einen anderen Eingangsanschluß D eingege­ ben wird. Wenn das verriegelte Signal einen Wert kleiner als der zweite Referenzwert hat, dann werden das Ausgangssignal des ersten Komparators 41 durch das OR-Gatter OR1 und das Ausgangs­ signal des zweiten Komparators 42 durch das AND-Gatter AN1 logisch miteinander verknüpft, um auf diese Weise den zweiten Skalierungsfaktor zu erzeugen, der an den Eingangsanschluß 1 der Kodiereinrichtung 41 angelegt wird.
Weiterhin wird, wenn das verriegelte Signal des Latch-Kreises 32 einen Wert hat, der gleich dem zweiten Referenzwert oder größer als dieser ist, dieses einem Eingangsanschluß E des dritten Komparators 43 zugeführt, um es mit dem dritten Referenzwert zu vergleichen, der durch einen anderen Eingangsanschluß F eingege­ ben wird. Dann werden, wenn das verriegelte Signal einen Wert kleiner als der dritte Referenzwert hat, das Ausgangssignal des zweiten Komparators 42 durch das OR-Gatter OR2 und das Ausgangs­ signal des dritten Komparators 43 durch das AND-Gatter AN2 logisch miteinander verknüpft, um den dritten Skalierungsfaktor herzustellen, der an den Eingangsanschluß 2 der Kodiereinrich­ tung 44 angelegt wird. Wenn jedoch das verriegelte Signal des Latch-Kreises 32 einen Wert hat, der gleich dem dritten Refe­ renzwert oder größer als dieser ist, dann werden die Ausgangs­ signale des dritten Komparators 43 durch das OR-Gatter OR3 logisch verknüpft, um den vierten Skalierungsfaktor zu erzeugen, der an den Eingangsanschluß 3 der Kodiereinrichtung 44 angelegt wird.
Das Ergebnis ist, daß die Kodiereinrichtung 44 den Skalierungs­ faktor kodiert, der gemäß der Dichte des Bildes erzeugt worden ist. Der Skalierungsfaktor der Kodiereinrichtung 44 wird dem Quantisierungs-Bestimmungsmittel 50 zugeleitet, um die Quanti­ sierungsbreite zu bestimmen.
Das Schieberegister 70, das aus vierundsechzig Registern be­ steht, verschiebt die DCT-verarbeiteten Daten, die sequentiell von dem DCT-Mittel eingegeben werden, um auf diese Weise die DCT-Koeffizienten solange zu verzögern, bis der Skalierungsfak­ tor für das Quantisieren bestimmt ist. Die verschobenen Daten des Schieberegisters 70 werden durch die lineare Quantisierungs­ schaltung 80 gemäß der Quantisierungsbreite quantisiert, die durch die Quantisierungs-Bestimmungsmittel 50 bestimmt worden ist.
Wie vorstehend angegeben, wird durch die erfindungsgemäße Schal­ tung das Kompressionsverhältnis der Blöcke der zu einem Block von 8×8 formatierten Daten dadurch vermindert oder vergrößert, daß die Quantisierungsbreite entsprechend der Bilddichte der Blöcke vermindert bzw. vergrößert wird, wodurch sowohl das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und auch die Hardware dafür vereinfacht wird.
Die vorstehende Beschreibung zeigt nur eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Es sind verschiedene Modifikationen für jene offensichtlich, die mit dem Gebiet der Technik vertraut sind, ohne daß man vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfin­ dung abweicht, welche nur durch die Ansprüche begrenzt wird. Deshalb ist die gezeigte und beschriebene Ausführungsform nur veranschaulichend, nicht einschränkend.

Claims (4)

1. Schaltung für das Einstellen der Quantisierungsbreite eines digitalen Bildes, gekennzeichnet durch
ein diskretes Cosinus-Transformationsmittel (10) für das Trans­ formieren von Bilddaten, die zu Blöcken formatiert sind, welche jeweils 8×8 Pixel haben, in einen GS-Koeffizienten und dreiund­ sechzig WS-Koeffizienten, die seriell ausgegeben werden;
ein Quantisierungs-Bestimmungsmittel (50) für das Bestimmen der Quantisierungsbreite durch den Empfang eines Skalierungsfaktors;
einen linearen Quantisierungskreis (80) für das Quantisieren der DCT-verarbeiteten Daten, die aus dem DCT-Mittel (10) ausgegeben worden sind, gemäß der Quantisierungsbreite des Quantisierungs- Bestimmungsmittels (50);
ein ABS(olutwert)-Mittel (20) für das Umwandeln der DCT-verar­ beiteten Daten in absolute Werte;
einen Akkumulator (30) für das Akkumulieren der absoluten drei­ undsechzig WS-Koeffizienten, die sequentiell in Übereinstimmung mit Zeitgeberimpulsen eingegeben werden;
ein Skalierungsfaktor-Bestimmungsmittel (40) für das Bestimmen eines Skalierungsfaktors in Übereinstimmung mit der Bilddichte jedes der besagten Datenblöcke durch Empfangen der akkumulier­ ten WS-Koeffizienten des Akkumulators (30);
ein Funktions-Steuerungsmittel (60) für das Generieren eines Signals zur Steuerung der Funktion des Skalierungsfaktor-Bestim­ mungsmittels (40) und des Akkumulators (30) durch Zählen von Zeitgeberimpulsen; und
ein Schieberegister (70) für das sequentielle Verschieben der DCT-verarbeiteten Daten des besagten DCT (10), um solange zu verzögern, bis der Skalierungsfaktor bestimmt ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktions-Steuerungsmittel (60) umfaßt
einen Ringzähler (61) für das Zählen der Zeitgeberimpulse;
einen Rückstellsignal-Generator für das Generieren des Rück­ stellsignals des Akkumulators (30) und des Skalierungsfaktor- Bestimmungsmittels (40) durch das Empfangen des gezählten Wer­ tes, der durch die Ausgangsanschlüsse Q0-Q5 des Ringzählers (61) abgeleitet wird; und
ein Inbetriebsetzungssignal-Erzeugungsmittel für das Generieren eines Inbetriebsetzungssignal des Skalierungsfaktor-Bestim­ mungsmittels (40) durch Empfang des gezählten Wertes, der durch die Ausgangsanschlüsse Q0-Q5 des Ringzählers (61) ausgegeben wird.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Skalierungsfaktor-Bestimmungsmittel (40) mit dem Quantisierungs- Bestimmungsmittel (50) verbunden ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (70) mit dem linearen Quantisierungskreis (80) verbunden ist.
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