DE69831894T2

DE69831894T2 - Signalkodierung, -aufnahme und -übertragung

Info

Publication number: DE69831894T2
Application number: DE1998631894
Authority: DE
Inventors: Motoki Shinagawa-ku Kato
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: EP0876059A2; CN1134166C; JP3588970B2; US20020054637A1; KR100569613B1; DE69831894D1; KR19980081822A; US6928112B2; JPH10302396A; US6363114B1; EP0876059A3; EP0876059B1; CN1198638A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Signalcodiereinrichtung, Signalcodierverfahren, Signalaufzeichnungsmedien, und Signalübertragungsverfahren. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung (allerdings nicht ausschließlich) eine derartige Einrichtung und derartige Verfahren und Medien, bei denen hocheffiziente Codierung eines digitalen Signals auf einer Übertragungsseite eingesetzt wird. Bei einer bevorzugten Form der Realisierung der Erfindung wird eine Signalcodiereinrichtung, ein Signalcodierverfahren, ein Signalaufzeichnungsmedium und ein Signalübertragungsverfahren zum Codieren eines Bewegtbildsignals mit einer variablen Bitratensteuerung vorgeschlagen.
Da ein digitales Videosignal einen extrem großen Datenumfang hat, ist es unabdingbar, beim Aufzeichnen des Signals für eine lange Zeit auf einem Aufzeichnungsmedium mit einer geringen Speicherkapazität Mittel bereitzustellen, um das Videosignal mit hoher Effizienz zu codieren. Um einerderartigen Anforderung zu begegnen, wurden hocheffiziente Codierverfahren vorgeschlagen, die von Videosignalkorrelation Gebrauch machen. Eines der Verfahren ist das MPEG-Verfahren. Dieses MPEG ("Moving Picture Image Coding Experts Group") ist nach Diskussion in der ISO-IEC/JTC1/SC2/WG11 als ein Standardverfahren vorgeschlagen worden. Das MPEG-Verfahren ist ein Hybridverfahren, welches Bewegungskompensationscodierung in Kombination mit einer diskreten Cosinustransformation (DCT) verwendet. Beim MPEG-Verfahren wird als erstes eine Videosignaldifferenz zwischen Einzelbildern bzw. Frames bestimmt, um eine Redundanz in der Zeitachse zu entfernen. Sodann wird die diskrete Cosinustransformation verwendet, um eine Redundanz in der räumlichen Achse zu entfernen. Hierdurch wird es ermöglicht, ein Videosignal mit einer großen Effizienz zu codieren.
Im allgemeinen ist ein Videosignal nicht stationär, sondern eine Bildinformationsmenge ändert sich im Verlauf der Zeit. Wenn eine Codierung mit variabler Bitrate verwendet wird, kann hierfür im Vergleich zu einer Codierung mit konstanter Bitrate eine höhere Bildqualität erhalten werden, wenn ein identischer Codeumfang vorliegt.
Zum Beispiel ist ein auf einem sogenannten DVD-Video aufgezeichnetes Videosignal normalerweise mit einer variablen Bitratencodierung eines Zwei-Pfad-Typs codiert. Dieses Zwei-Pfad-Verfahren ist beispielsweise in der Spezifikation und den Zeichnungen der japanischen Patentanmeldung 7-3313348 offenbart, die von den vorliegenden Anmeldern eingereicht wurde.
Hier ist 1 ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines Aufbaus einer Bewegtbild-Codiereinrichtung zeigt, bei der eine variable Bitratencodierung vom Zwei-Pfad-Typ verwendet wird. 2 ist ein Flussdiagramm, das eine variable Bitratencodierprozedur vom Zwei-Pfad-Typ zeigt. Unter Bezugnahme auf dieses Flussdiagramm wird die Arbeitsweise des Blockdiagramms der 1 erläutert.
Als erstes wird in Schritt 301 der 2 ein Bewegtbildsignal von einem Anschluss 200 einer Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 201 zugeführt, der eine Codierschwierigkeit eines Eingangsbildes pro Einheitzeit berechnet. Hierbei wird die Berechnung der Codierschwierigkeit mit einem DCT-Koeffizienten ausgeführt, der nur mit einer festen Quantisierung in einer MPEG-Verfahren-Codiereinrichtung quantisiert ist, um so eine erzeugte Codemenge pro Einheitzeit zu berechnen. Die vorgenannte Einheitzeit liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0.5 Sekunden. Die berechnete Codierschwierigkeit 'd' wird einer Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 zugeführt.
Nach dem Abschluss der Berechnung der Codierschwierigkeit bis zu dem letzten Eingangs-Bewegtbild-Bildsignal, berechnet als nächstes in Schritt 302 die Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 eine Zuweisungsbitmenge für das Eingangsbild pro Einheitzeit, und zwar gemäß der vollständigen Codierschwierigkeit und der Codierbitmenge, die verwendet werden kann. Beispielsweise wird die Zuweisungs-(Ziel-)Bitmenge pro Einheit berechnet, indem die Gesamtmenge der verwendbaren Codierbits gemäß der Codierschwierigkeit für jede Einheitzeit verteilt wird.
Es ist anzumerken, dass ein Verzögerungselement 203 verwendet wird, um die Eingabe des Eingangs-Bewegtbild-Bildsignals in eine Bewegtbild-Bildcodiereinrichtung 204 zu verzögern, bis die Verarbeitung der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 201 und der Zuweisungsbitumfangs-Berechnungseinheit 202 für die vollständige Zeitlänge des Eingangsbild-Bildes abgeschlossen ist.
Als nächstes codiert in Schritt 303 die Bewegtbild-Codiereinrichtung 204 das Eingangs-Bewegtbild-Bild pro Einheitzeit in die in Schritt 302 berechnete Zuweisungsmenge.
Die Verarbeitung in Schritt 301 und Schritt 302 stellt eine Erster-Pfad-Verarbeitung dar, in der die Codierschwierigkeit und die Zuweisungsbitmenge berechnet werden. Die Verarbeitung in Schritt 303 stellt eine Zweiter-Pfad-Verarbeitung dar, die die tatsächliche Bewegtbild-Bildcodierung ausführt. Bei diesem Zwei-Pfad-Verfahren besteht ein Vorzug darin, dass es möglich ist, eine verwendbare Codierbitmenge effektiv zu nutzen. Allerdings besteht auch der Mangel. dass die Verarbeitung etwa die doppelte Zeit der Zeitlänge der Bewegtbild-Bildsequenz erfordert. Diese Verarbeitung ist für Echtzeitverarbeitung ungeeignet.
Um diese Verarbeitungszeit zu reduzieren, ist ein variables Bitraten-Codierverfahren vom Ein-Pfad-Typ in der Spezifikation und den Zeichnungen der japanischen Patentanmeldung 7-311418 offenbart, die von den vorliegenden Anmeldern eingereicht wurde.
Eine Bewegtbild-Bildcodiereinrichtung, die das variable Bitratencodierverfahren vom Ein-Pfad-Typ einsetzt, hat einen zu dem des in der 1 gezeigten Blockdiagramms identischen Aufbau. Allerdings ist das Steuerungsverfahren der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 und des Verzögerungselementes 203 beim Ein-Pfad-Typ unterschiedlich zu dem des Zwei-Pfad-Typs. 3 ist ein Flussdiagramm, das die variable Bitratencodierverarbeitung vom Ein-Pfad-Typ zeigt. Unter Bezugnahme auf dieses Flussdiagramm wird die Arbeitsweise des Blockdiagramms der 1 erklärt.
In Schritt 4-1 der 3 wird ein Bewegtbild-Bildsignal der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 201 der 1 zugeführt, um eine Codierschwierigkeit des Eingangsbildes pro Einheitzeit zu berechnen. Die vorgenannte Einheitzeit liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0.5 Sekunden.
Als nächstes wird in Schritt 402 eine Codierschwierigkeit 'd' vorweg mit einer Zuweisungsbitmenge 'b' pro Einheitzeit in Beziehung gesetzt, und zwar beim Ausführen einer variablen Bitratencodierung einer Referenz-Bewegtbild-Bildsequenz mit einer vorgegebenen Durchschnittsbitrate.
Hierbei wird die gesamte Zuweisungsbitmenge pro Einheitzeit für die Referenz-Bewegtbild-Bildsequenz auf einen Wert gesetzt, der gleich zu oder unter einer Speicherkapazität eines Ziel-Aufzeichnungsmediums ist. Diese Beziehung zwischen der Codierschwierigkeit 'd' und der Zuweisungsbitmenge 'b' ist in 4 gezeigt.
In 4 repräsentiert die horizontale Achse eine Auftrittswahrscheinlichkeit h(d) einer Codierschwierigkeit 'd' bei der Referenz-Bewegtbild-Bildsequenz. Eine Zuweisungsbitmenge für eine beliebige Codierschwierigkeit wird gemäß der Funktion b(d) berechnet. Diese Beziehung kann durch Codieren vieler Bewegtbild-Bildsequenzen (beispielsweise eines Films) mit einer vorgegebenen Durchschnittsbitrate und Evalu ieren der erhaltenen Bildqualität empirisch erhalten werden. Somit hat die Beziehung allgemeine Gültigkeit und kann auf die meisten Sequenzen dieser Welt angewendet werden. Gemäß dieser Beziehung der 4 ist eine Zuweisungsbitmenge 'b' für eine Codierschwierigkeit 'd' pro Einheitzeit des Eingangsbildes vom Anschluss 200 gegeben.
Bei diesem Ein-Pfad-Typ ist das Verzögerungselement 203 vorgesehen, um die Eingabe eines Eingangsbildsignals in die Bewegtbild-Codiereinrichtung 204 um die Einheitzeit zu verzögern, bis die Verarbeitung in der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 201 und der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 für das Eingangsbild der Einheitzeitlänge abgeschlossen ist.
Als nächstes codiert in Schritt 403 die Bewegtbild-Codiereinrichtung 204 das Eingangs-Bewegtbild-Bild pro Zeiteinheit in die von der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 202 demgemäß zur Verfügung gestellte Zuweisungsbitmenge.
Bei einem derartigen Ein-Pfad-Verfahren ist es gemäß dem Eingang des Bildsignals möglich, eine variable Bitratencodierung mit einer gemäß der Codierschwierigkeit optimalen Zuweisungsbitmenge nahezu in Echtzeit durchzuführen.
Obwohl die Beziehung der 4 auf nahezu alle Bewegtbildsequenzen angewendet werden kann, gibt es auch spezielle Sequenzen, die nicht mit dieser Beziehung behandelt werden können. Es gibt einen Fall, bei dem die in der Bewegtbild-Codiereinrichtung 204 erzeugte Gesamtbitmenge eine verwendbare Gesamtbitmenge überschreitet, d.h. die Bewegtbildsequenz kann nicht auf dem Ziel-Aufzeichnungsmedium enthalten sein.
Es ist unmöglich, ein Zwei-Pfad-Verfahren zu verwenden, um eine vorgegebene zeitliche Länge einer Bewegtbildsequenz mit einer variablen Bitrate in Echtzeit so zu codieren, dass diese auf einem Aufzeichnungsmedium einer vorgegebenen Speicherkapazität aufgezeichnet wird. Obwohl das Ein-Pfad-Verfahren nahezu alle Bewegtbildsequenzen in Echtzeit mit einer variablen Bitrate codieren kann, so dass eine vorgegebene zeitliche Länge einer Sequenz auf einem Aufzeichnungsmedium mit einer vorgegebenen Speicherkapazität enthalten ist, gibt es darüberhinaus auch eine spezielle Sequenz, bei welcher die Gesamt-Codierbitmenge eine verwendbare Gesamtbitmenge überschreitet, d.h. eine vorgegebene zeitliche Länge der Sequenz ist u. U. nicht auf dem Ziel-Aufzeichnungsmedium enthalten.
EP 0 540 961 A beschreibt ein System zum Codieren von MPEG-Signalen, dass so arbeitet, dass Bildern einer Eingangsdigitalsequenz Bits zugewiesen werden und Transformationskoeffizienten adaptiv in unterschiedlichen Bereichen eines Bildes quantisiert werden, um bei gegebener Anzahl an diesem Bild zugewiesenen Bits die beste visuelle Qualität zur Verfügung zu stellen. Der Schwierigkeitsgrad bei der Codierung eines jeden von einer Anzahl vorgegebener Bildtypen und die bekannten Anzahlen von jedem der vorgegebenen Bildtypen im dem Satz werden verwendet, um eine Bitzuweisung für jedes Bild zu berechnen. Beim Abschätzen der einem bestimmten Bild zuzuweisenden Anzahl an Bits wird eine feste Anzahl an Bildern in der Sequenz berücksichtigt, die noch zu codieren sind.
EP 0 742 674 A beschreibt ein System zum Bestimmen von Quantisierungsgradversus-Bitraten-Charakteristiken von Videosignalen. Die Quantisierungsgrade werden während einer Vor-Codierungsphase zugewiesen, um eine Bitrate für jeden Quantisierungsgrad zu bestimmen. Die Vor-Codierung wird für eine Mehrzahl von Frames des Videosignals wiederholt, um Quantisierungsgrad-versus-Bitraten-Statistiken auf einer Frame-zu-Frame-Basis abzuleiten. Diese Statistiken werden dann während der Codierung oder nachfolgender Neucodierung des Videosignals verwendet. Das System ist auf die Mehrfach-Pfad-Codierung von Videosignalen gerichtet.
EP 0 655 867 A beschreibt eine Einrichtung zum Codieren eines Videosignals. Die Einrichtung weist ein proportional integrierendes Steuermittel auf, dass so arbeitet, dass die Quantisierungsschrittgröße in einer derartigen Weise gesteuert wird, dass die Inhalte eines Ausgabezwischenspeichers in Übereinstimmung mit einem Zielwert stehen. Das Steuermittel erlaubt es, innerhalb enger Grenzen eine feste Anzahl von Bits pro Bild oder Bildgruppe zu erhalten. Das Steuermittel steuert die Quantisierungsschrittgröße gemäß einem Zielwert unter Verwendung eines Steuersignals, das die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden akkumulierten lokalen Zielwerten für Unterbilder und die Anzahl an Bits repräsentiert, die von dem Codierer hervorgebracht werden.
EP 0 541 302 A beschreibt eine Einrichtung zur Videosignalquantisierung für MPEG-codierende Umgebungen. Die Einrichtung wählt die Quantisierungsparameter in Abhängigkeit von dem Folgenden aus:

(a) einer ermittelten Rauschwahrnehmungs-Sensitivitätsklasse ("Perceptual Noise Sensitivity class", PNS), die auf Bildcharakteristiken basiert wie etwa der Varianz von räumlicher Aktivität und Bildstrukturen (glatt oder hochgradig strukturiert);
(b) einem von einer Anzahl von vorgegebenen Graden Q psychovisueller Qualität, der so ausgewählt wird, dass die abgeschätzte Anzahl an Bits, die bei dem gewählten Q-Wert hervorgebracht wird, kleiner ist als eine Zielanzahl von Bits für das vollständige Frame;
(c) einem (empirisch hergeleiteten) Modell der Beziehung zwischen PNS-Klassen, psychovisuellen Qualitätsgraden und Werten der Quantisierungsparameter, wobei die Quantisierungsparameter in Abhängigkeit von den PNS-Klassen und dem gewählten Q-Wert ausgewählt werden.

Um einen Speicherüberlauf zu verhindern, der als Ergebnis auftritt, wenn während der momentanen Codierverarbeitung zu viele Bits erzeugt werden, stellt der Teil der Einrichtung, der die PNS-Kategorisierung durchführt, den psychovisuellen Qualitätsfaktor Q in Abhängigkeit von dem Füllungsgrad des Codierzwischenspeichers ein.
EP 0 751 687 A beschreibt eine Steuereinheit zum Einsatz in einem videosignalcodierenden System zum Codieren eines Videosignals, das eine Mehrzahl von Bildgruppen ("groups of pictures", GOPS) aufweist. Jedes Bild in einem GOP wird als zugehörig zu einem von drei Bildtypen klassifiziert und wird in Makroblöcke unterteilt. Die Codierung wird Makroblock für Makroblock durchgeführt. Die Steuereinheit erzeugt für jeden Makroblock einen Satz von Steuerwerten, die den Bildcodiermodus (Intra oder Inter), den Feld/Frame-DCT-Modus und den Quantisierungsparameter angeben. Der Quantisierungsparameter wird bestimmt, indem eine Gruppe vorgegebener Gleichungen berechnet wird, und zwar basierend auf der sequentiellen Nummer des Makroblockes, der momentan codiert wird, und vorgegebenen anfänglichen konstanten Werten. Die Bitrate der codierten Sequenz wird durch Anpassung des Quantisierungsparameters Makroblock für Makroblock gesteuert. Die beschriebene Ausführungsform schließt eine Drei-Stufen-Verarbeitung ein, bei der zuerst die Anzahl an Bits abgeschätzt wird, die für die Codierung eines nächsten Bildframes zur Verfügung stehen. Als zweites wird ein Referenzwert für den Quantisierungsparameter abgeschätzt, und zwar basierend auf dem Konzept eines virtuellen Zwischenspeichers. Als drittes wird der Quantisierungsparameter in Abhängigkeit von der räumlichen Aktivität des Makroblockes modifiziert, um zu dem tatsächlichen Quantisierungsparameter zu gelangen.
EP 0 797 359 A beschreibt eine Einrichtung zum Codieren und/oder Komprimieren von Videodaten. Gemäß einer Anordnung führt die Einrichtung Eingabedaten einer ersten codierenden Einrichtung zu, die eine versuchsweise Codierung vornimmt. Weiterhin führt die Einrichtung die Eingabedaten über ein Verzögerungselement einer zweiten Codiereinrichtung zu. Eine Ziel-Codemenge wird in Abhängigkeit von Schwierigkeitsdaten berechnet, die von der ersten Codiereinrichtung erhalten werden. Die berechnete Ziel-Codemenge wird bei der Durchführung der tatsächlichen Codierung in der zweiten Codiereinrichtung verwendet. Die Ziel-Codemenge kann aus Schwierigkeitsdaten bestimmt werden, die einer Gruppe von Bildern zugeordnet sind, die dem momentanen Bild zugeordnet ist, so dass die Ziel-Codemenge für das i-te Bild aus den Codierschwierigkeiten der Bilder j bis j + n (n ist ein Integer) bestimmt wird, die Ziel-Codemenge für das i + 1-te Bild aus den Codierschwierigkeiten der Bilder j + 1 bis j + 1 + n bestimmt wird, etc. Alternativ kann die Ziel-Codemenge aus dem Produkt der L Bildern zugewiesenen Durchschnittszahl von Bits und einem Verhältnis der Schwierigkeit des momentanen Bildes zu einer Summe von Schwierigkeiten berechnet werden, welche die Schwierigkeit der L Bilder angibt.
Entsprechende unterschiedliche Aspekte der Erfindung werden in den entsprechenden unabhängigen Ansprüchen dieser Anmeldung dargelegt.
Gemäß einer bevorzugten Form der Realisierung der Erfindung, die hiernach im Detail beschrieben wird, wird eine Zuweisungszeichenmenge mit einer Codierschwierigkeit für jede Einheitzeit verknüpft, die im voraus unter Verwendung eines normalen Eingangssignals des Typs, zu dem ein Eingangssignal gehört, standardisiert wird, um so eine Codierschwierigkeit des Eingangssignals für jede Einheitzeit zu bestimmen. Für die Codierschwierigkeit des Eingangssignals für jede Einheitzeit wird für jede Einheitzeit ein Referenzwert der verknüpften Zuweisungszeichenmenge bestimmt. Der Referenzwert der Zuweisungszeichenmenge wird in eine tatsächliche Zuweisungszeichenmenge abgewandelt. Das Eingangssignal wird in jeder Einheitzeit gemäß dieser tatsächlichen Zuweisungszeichenmenge codiert, um so codierte Daten zu erzeugen. Damit ist es möglich, eine Codierung mit einer optimalen Zuweisungszeichenmenge gemäß einer Komplexität eines Eingangssignals in Echtzeit auszuführen.
Die vorstehend erwähnte Modifikation der Zuweisungszeichenmenge zu einer tatsächlichen Zuweisungszeichenmenge wird durch Steuern der tatsächlichen Zuweisungszeichenmenge ausgeführt, so dass eine insgesamt erzeugte Bitmenge, die erzeugt wird, wenn eine zeitliche Länge eines Signals, das auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann, gleich zu oder unter einer Bitmenge ist, die auf dem Aufzeichnungsmedium zur Signalaufzeichnung zur Verfügung steht.
Genauer gesagt, wird – im Falle des Codierens eines Eingangssignals mit einer konstanten Zuweisungsbitmenge b_av für jede Einheitzeit – eine Gesamtheit B_av von Zuweisungsbitmengen bis zum jetzigen Zeitpunkt mit einer Gesamtheit B_gen der tatsächlich erzeugten Codierbitmenge bis zum jetzigen Zeitpunkt verglichen. Ist ein Wert (B_av – B_gen) positiv, ist es zulässig, eine Zuweisungsbitmenge gleich oder über b_av zuzuordnen, um so das zuvor erwähnte zu garantieren. Hierbei ist b_av durch die folgende Gleichung gegeben.
Diese lautet b_av = T_GOP × BV/T_SEQ, wobei BV eine Bitmenge ist, die auf einem Signalaufzeichnungsmedium zur Aufzeichnung von Bewegtbild-Bildern verfügbar ist; T_SEQ ist eine Bewegtbild-Bildsequenz, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann; und T_GOP ist eine Einheitzeitlänge bzw. -spanne.
Gemäß einer Information, die beim Abwandeln en des vorerwähnten Zuweisungszeichenmengen-Referenzwertes in eine tatsächliche Zuweisungszeichenmenge verwendet wird, wird das Eingangssignal einer Vor-Filterverarbeitung unterworfen und wird das verarbeitete Signal codiert, so dass es möglich wird, eine Signalcodierungsverschlechterung weniger bemerkbar zu machen. Genauer gesagt wird dann, wenn die tatsächliche Zuweisungszeichenmenge unter den Zuweisungszeichenmengen-Referenzwert gedrückt wird, ein Eingabebild einer Tiefpassfilterverarbeitung unterzogen, so dass es möglich wird, die Codierungsverschlechterung des Bildes weniger bemerkbar zu machen.
Wird das Codieren eines Signals und Aufzeichnen des codierten Signals auf einem Aufzeichnungsmedium in mehreren Zeitabschnitten durchgeführt, wird der Wert (B_av – B_gen) oder ein Wert, der äquivalent zu dem Wert ist, auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet. So wird beim nächsten Mal, wenn ein Signal in einem leeren Bereich des Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird, vor der Signalaufzeichnung der Wert (B_av – B_gen) oder der Wert, der äquivalent zu dem Wert ist, aus dem Aufzeichnungsmedium ausgelesen. Gemäß dem Wert wird eine Zuweisungsbitmenge eines Eingangssignals für jede Einheitzeit berechnet. Dies ermöglicht es, die Speicherkapazität des Aufzeichnungsmediums effektiv zu nutzen.
Weiterhin wird in dem Falle, dass das Eingangssignal ein Bewegtbild-Bildsignal ist, die Codierschwierigkeit für jede vorgegebene zeitliche Länge gemäß einer bildbezogenen charakteristischen Information des Eingabebildes bestimmt und das Codieren wird mit einer Zuweisungszeichenmenge ausgeführt, welche die menschliche sensori sche Charakteristik, basierend auf den bildbezogenen charakteristischen Informationen, reflektiert.
In der bevorzugten Form der Realisierung der Erfindung wird ein Bewegtbild-Bildcodierverfahren, eine Bewegtbild-Codiereinrichtung und ein Aufzeichnungsmedium für codierte Signale (welches Daten enthält, die durch die Codiereinrichtung aufgezeichnet wurden) vorgeschlagen, die garantieren, dass eine vorgegebene Zeitlänge einer Bewegtbildsequenz in Echtzeit mit einer variablen Bitrate aufgezeichnet wird, so dass die insgesamt codierten Bits, die erzeugt wurden, auf einem Aufzeichnungsmedium enthalten sein können, welches eine vorgegebene Speicherkapazität hat.
Die Erfindung wird nunmehr mittels illustrativer und nicht einschränkender Beispiele näher beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen:
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Aufbaus einer Bewegtbild-Codiereinrichtung zeigt, welche ein vorhergehend vorgeschlagenes variables Bitraten-Codierverfahren vom Zwei-Pfad- oder Ein-Pfad-Typ einsetzt.
2 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung der variablen Bitraten-Codierverarbeitung bei dem vorhergehend vorgeschlagenen Zwei-Pfad-Verfahren.
3 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung der variablen Bitraten-Codierverarbeitung bei dem vorhergehend vorgeschlagenen Ein-Pfad-Verfahren.
4 zeigt eine Auftretenswahrscheinlichkeit h(d) einer Codierschwierigkeit d eines Bildes pro Einheitzeitlänge innerhalb einer Referenz-Bewegtbildsequenz und eine Funktion b(d), die eine Zuweisungsbitmenge b bei einer vorgegebenen Durchschnittsbitrate für die Codierschwierigkeit d angibt.
5 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel des Aufbaus einer Bewegtbild-Codiereinrichtung zeigt, die auf einem Bewegtbild-Codierverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert.
6 ist ein Blockdiagramm, welches ein erstes Beispiel des Aufbaus einer Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 der 5 zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm, welches ein zweites Beispiel des Aufbaus einer Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 der 5 zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, welches einen Algorithmus zum Abwandeln eines Zuweisungsbitmengen-Referenzwertes 'b' (der von einer Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 der 5 zugeführt wird) in eine tatsächliche Bitmenge 'bx' zeigt.
9 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines Aufbaus einer Bewegtbild-Codiereinrichtung 18 der 5 zeigt.
10 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau zum Aufzeichnen eines codierten Bitstroms auf einer Optical Disk zeigt, die ein Beispiel für ein Signalaufzeichnungsmedium ist.
Nachfolgend richtet sich die Beschreibung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen auf ein Signalcodierverfahren und eine Signalcodiereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowie ein Aufzeichnungsmedium, welches durch die Codiereinrichtung aufgezeichnete Daten enthält, und ein Signalübertragungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierbei beziehen sich die Erklärungen in den unten dargestellten Ausführungsformen auf einen Fall einer Bewegtbild-Bildsignalcodierung zum Codieren eines Bewegtbild-Bildsignals. Als erstes wird das Bewegtbild-Codierverfahren und die entsprechende Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 erklärt.
Als erstes wird der gesamte Aufbau kurz erklärt. Ein von einem Anschluss 11 zugeführtes Bewegtbild-Bildsignal S1 wird an eine Bewegungsvektor-Berechnungseinheit 12 herangeführt. Die Bewegungsvektor-Berechnungseinheit gibt eine Bewegungsvektor-Information (Bewegungsvektor und dessen Vorhersagerest) des Eingabe- bzw. Eingangs-Bewegtbild-Bildes aus. Weiterhin werden das Bewegtbild-Bildsignal S1 und die vorerwähnte Bewegungsvektor-Information einer Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 zugeführt. Die Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 berechnet eine Codierschwierigkeit 'd' für jede Einheitzeit des Eingabebildes S1. Die Codierschwierigkeit 'd' wird einer Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 zugeführt. Die Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 berechnet einen Zuweisungsbitmengen-Referenzwert 'b' zum Codieren des Eingabebildes für jede Einheitzeit. Der Zuweisungsbitmengen-Referenzwert 'b' wird einer Steuerungseinheit 15 zugeführt. Die Steuerungseinheit 15 wandelt den Zuweisungsbitmengen-Referenzwert 'b' in eine tatsächliche Zuweisungsbitmenge 'bx' für die Ausgabe ab. Weiterhin gibt die Steuerungseinheit 15 auch eine Verarbeitungsinformation S5 eines Vor-Filters 17 aus. Ein Verzögerungselement 16 verzögert die Eingabe des Bewegtbild-Bildsignals S1 an den Vor-Filter 17 um die Einheitzeit, bis zum Abschluss der Verarbeitung für das Eingangssignal S1 der Einheitzeitlänge in der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 14, der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 und der Steuereinheit 15. Das vom Verzögerungselement 16 verzögerte Eingabe-Bewegtbild-Bildsignal S2 wird gemäß der Verarbeitungsinformation S5 einer Verarbeitung im Vor-Filter 17 unterzogen und ein verarbeitetes Bildsignal S3 wird ausgegeben. Eine Bewegtbild-Bildcodiereinrichtung 18 codiert das vorerwähnte verarbeitete Bildsignal S3 der Einheitzeitlänge so, dass es die Zuweisungsbitmenge 'bx' darstellt. Die Bewegtbild-Bildcodiereinrichtung 18 gibt einen codierten Bitstrom S6 und eine erzeugte Bitmenge 'gen' für jede Einheitzeit aus. Der codierte Bitstrom S6 wird von einem Anschluss 19 ausgegeben.
Als nächstes wird ein spezifisches Beispiel der Komponenten des Blockdiagramms der 5 detailliert erklärt. Die Bewegungsvektor-Berechnungseinheit 12 berechnet einen Bewegungsvektor auf Basis des von MPEG bekannten Makroblockes (16 × 16 Pixel, hiernach als MB bezeichnet). Ein Bewegungsvektor wird mittels Musterabgleich zwischen einem Referenzframe und einem momentanen MB erfasst. Das heißt, wie in Gleichung (1) unten gezeigt, es wird eine Summe Ef der Absolutwerte von Differenzen zwischen einem momentanen MB-Signal A [i, j] und einem MB-Signal F [x + 1, y + j] erhalten, referenziert durch einen beliebigen Bewegungsvektor (x, y). Ef = Σ|A[i, j] – F[x + 1, y + j]| (i = 0 bis 15, j = 0 bis 15) (1)
Die Bewegungsvektor-Berechnungseinheit 12 geht von Koordinaten (x, y) aus, was die zuvor erwähnte Summe Ef als einen Bewegungsvektor des momentanen MBs (Makroblocks) minimiert, und gibt die Summe Ef als einen Vorhersage-Rest des Bewegungsvektors aus.
Die Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 in 5 berechnet eine Codierschwierigkeit. Diese ist ein Paramater der Informationsmenge des Eingabebildes S1 für jede Einheitzeit, durch den der Grad der Codierverschlechterung reflektiert wird. Die vorerwähnte Einheitzeit beträgt beispielsweise 0.5 Sekunden.
6 ist ein Blockdiagramm, welches ein erstes Beispiel eines Aufbaus der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 zeigt. Eine Berechnungseinheit 27 berechnet einen Vorhersage-Rest eines Bewegungsvektors, d.h. die Gesamtheit D1 der nach der vorerwähnten Gleichung (1) berechneten Summen Ef für jede Einheitzeit, und bezieht sodann den Parameter α ein, der die Codierverschlechterungs-Bemerkbarkeit angibt, um die Codierschwierigkeit d = D1 × α des Eingangsbildes für jede Einheitzeit auszugeben.
Eine Bildinformations-Berechnungseinheit 26 berechnet einen Parameter, der die Ebenheit des Eingabebildes angibt, z.B. einen Dispersionswert des MB-Signals, als einen Parameter, der die Codierverschlechterungs-Bemerkbarkeit angibt. Im allgemeinen ist ein Codierrauschen in einem ebenen Bildbereich für das menschliche Auge bemerkbar, ist aber in einem komplizierten Bildbereich nicht einfach unterscheidbar. Basierend hierauf wird der Wert von α kleiner gemacht, wenn der Bilddispersionswert zunimmt. Im Gegensatz hierzu wird der Wert von α größer gemacht, wenn der Bilddispersionswert abnimmt. Es ist anzumerken, dass es besser ist, eine Gesamtheit der durch die Bildinformations-Berechnungseinheit 26 für jede Einheitzeit berechneten Dispersionswerte des MB-Signals als den vorerwähnten Wert D1 zu verwenden, wenn ein Eingabebild innerhalb eines Frames durch einen Bildcodiermodus (nicht dargestellt) codiert wird (Intra-Codierung).
7 ist ein Blockdiagramm, welches ein zweites Beispiel eines Aufbaus der Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 der 5 zeigt. Dieses Beispiel verwendet ein Hybrid-Verfahren, bei welchem die bewegungs-kompensierende Frame-zu-Frame-Vorhersage und die DCT in Kombination eingesetzt werden. Hierbei wird eine insgesamt erzeugte Bitmenge D2 für jede Einheitzeit berechnet, wenn der Quantisierungschritt des Quantisierers fest ist. Die Gesamtheit D2 wird durch einen Parameter α modifiziert, der die Codierverschlechterungs-Bemerkbarkeit angibt. Somit wird die Codierschwierigkeit d = D2 × α des Eingangsbildes für jede Einheitzeit ausgegeben. Hierbei ist der Wert α identisch zu dem oben erklärten Wert α.
Das Blockdiagramm der 7 wird nachfolgend detailliert erläutert. Ein Eingangsbild-MB-Signal wird von einem Anschluss 30 zugeführt. Sein Bewegungsvektor 31 wird von einem Anschluss 31 zugeführt. Eine Bewegungskompensationsschaltung 38 verfügt über einen Bildspeicher, aus dem ein Vorhersage-MB-Signal gemäß dem Bewegungsvektor ausgelesen wird. Eine Berechnungseinheit 32 führt unter Verwendung des Eingangs-MB-Signals vom Anschluss 30 als Additionssignal und des vorerwähnten Vorhersage-MB-Signals von der vorerwähnten Bewegungskompensationsschal tung 38 als Subtraktionssignal eine Addition aus, um so eine Differenz zwischen dem Eingabe-MB-Signal und dem Vorhersage-MB-Signal zu erhalten. Diese Differenz wird als ein Vorhersage-Rest-MB-Signal ausgegeben. Es ist anzumerken, dass dann, wenn ein Bildcodiermodus (nicht dargestellt) die Ausführung einer Intra-Frame-Codierung des Eingabebildes spezifiziert, keine Vorhersage ausgeführt wird und das Eingabe-MB-Signal von der Berechnungseinheit 32 so ausgegeben wird, wie es ist. Das vorerwähnte Vorhersage-Rest-MB-Signal (oder das Eingangs-MB-Signal, wenn keine Vorhersage durchgeführt wird) wird einer DCT-Schaltung 33 zugeführt. Die DCT-Schaltung führt eine zweidimensionale DCT auf dem vorerwähnten Vorhersage-Rest-MB-Signal durch. Ein von dieser DCT-Schaltung 33 ausgegebener DCT-Koeffizient wird in einer Quantisierungsschaltung 34 mit einem vorgegebenen festen Wert der Schrittgröße quantisiert. Diese Quantisierungsschaltung 34 gibt ein quantisiertes Ausgabesignal aus, welches einer Variable-Länge-Codierschaltung 39 und einer Rückwärts-Quantisierungsschaltung 35 zugeführt wird. In der Variable-Länge-Codierschaltung 39 wird das vorerwähnte quantisierte Ausgabesignal beispielsweise einer Huffman-Codierung unterworfen. Ein Ausgabesignal dieser Variable-Länge-Codierschaltung 39 wird einem Erzeugte-Codemenge-Zähler 40 zugeführt, wo die insgesamt erzeugte Codemenge D2 für jede Einheitzeit berechnet wird. Auf der anderen Seite wird in der Rückwärts-Quantisierungsschaltung 35 das vorerwähnte quantisierte Ausgabesignal einer Rückwärts-Quantisierung gemäß dem in der Quantisierungsschaltung 34 verwendeten Quantisierungsschritt unterworfen. Eine Ausgabe der Rückwärts-Quantisierungsschaltung 35 wird einer Rückwärts-DCT-Schaltung 36 zugeführt, um einer Rückwärts-DCT-Verarbeitung zugeführt zu werden. Das decodierte Vorhersage-Rest-MB-Signal wird einer Berechnungseinheit 37 zugeführt. Dieser Berechnungseinheit 37 wird auch ein Signal zugeführt, das identisch zu dem Vorhersage-MB-Signal ist, welches der vorerwähnten Berechnungseinheit 32 zugeführt wird. Die Berechnungseinheit 37 addiert das Vorhersage-MB-Signal zu dem vorerwähnten decodierten Vorhersage-Rest-MB-Signal. Somit wird ein teilweise decodiertes Bildsignal erhalten. Das teilweise decodierte Bild wird im Bildspeicher der Bewegungskompensationsschaltung gespeichert, um als Referenzbild für die nächste Bewegungskompensation verwendet zu werden.
Als nächstes berechnet die Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 der 5 einen Zuweisungsbit-Referenzwert 'b' für die Codierschwierigkeit 'd' des Eingangsbildes für die Einheitzeit. Zum Beispiel besteht bei dem vorerwähnten Variable-Bitrate-Codierverfahren vom Ein-Pfad-Typ eine Beziehung zwischen der Codierschwierigkeit für jede Einheitzeit und der Zuweisungsbitmenge, wenn eine Referenz- Bewegtbild-Bildsequenz mittels einer variablen Bitratencodierung mit einer vorgegebenen Durchschnittsbitrate codiert wird. Gemäß dieser Beziehung wird der Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b für die durch die Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 berechnete Codierschwierigkeit d ausgegeben. Die in 4 gezeigte Beziehung ist effektiver, wenn zwischen den Eingangs-Bewegtbild-Bildtypen umgeschaltet wird, zum Beispiel zwischen einer Filmquelle und einer Kameravideoquelle.
Die Steuereinheit 15 der 5 wandelt den Zuweisungsbitmengen-Referenzwert 'b' der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 in eine tatsächliche Zuweisungsbitmenge 'bx' für die Ausgabe ab. Die Steuereinheit 15 steuert die tatsächliche Zuweisungsbitmenge 'bx' so, dass eine insgesamt erzeugte Bitmenge, die beim Codieren einer Bewegtbild-Bildsequenz mit einer zeitlichen Länge erzeugt wird, die auf einem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann, gleich zu oder kleiner als eine/r Bitmenge ist, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium verfügbar ist, d.h. zur Aufzeichnung des Bewegtbildes verfügbar ist.
Ein spezifisches Beispiel eines Algorithmus in der Steuereinheit 15 zum Abwandeln des Zuweisungsbitmengen-Referenzwertes 'b' in die tatsächliche Zuweisungsbitmenge 'bx' wird unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm der 8 erläutert.
In Schritt 100 der 8 wird ein Anfangswert des Wertes S (= B_av – B_gen) eingestellt, wobei B_av eine Gesamtheit der Zuweisungsbitmengen bis zum momentanen Zeitpunkt ist, und zwar beim Codieren eines Eingabe-Bewegtbildes mit einer konstanten Bitrate R_av. B_gen ist eine Gesamtheit der erzeugten Bitmengen, die tatsächlich bis zu dem momentanen Zeitpunkt erzeugt worden sind. Hierbei ist R_av definiert als R_av = BV/T_SEQ, wobei BV eine Bitmenge ist, die auf einem Signalaufzeichnungsmedium für das Aufzeichnen eines Bewegtbildes verfügbar ist, und wobei T_SEQ eine zeitliche Länge der Bewegtbildsequenz ist, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann.
Beim Aufzeichnen eines Signals von Beginn an auf einem neuen Aufzeichnungsmedium wird S = 0 eingestellt, oder, falls ein vorgegebener Umfang des Spielraums bei der Speicherkapazität des Aufzeichnungsmediums definiert ist, wird die Spielraummenge als der Anfangswert von S eingestellt. Alternativ wird beim Aufzeichnen eines Signals in einem leeren Bereich eines Aufzeichnungsmediums, das bereits benutzt worden ist, der letzte Wert von S von der vorherigen Signalaufzeichnung (oder ein zu S äquivalenter Wert) auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet, damit dieser als der Anfangswert für die nunmehrige Signalaufzeichnung ausgelesen werden kann.
In Schritt 1-1 wird die Eingabe einer Bewegtbild-Bildsequenz gestartet. Als nächstes liest die Steuereinheit 15 in Schritt 102 den Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b zum Codieren der momentanen Einheitzeitlänge des Eingangsbildes ein, ein Wert, der von der Zuweisungsbitmengen-Berechnungseinheit 14 in 5 zugeführt wird.
Als nächstes wird in Schritt 103 der vorerwähnte Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b mit der Durchschnitts-Zuweisungsbitmenge b_av = T_GOP × BV/T_SEQ verglichen, wobei BV eine Bitmenge ist, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium zur Aufzeichnung des Bewegtbildes verfügbar ist; T_SEQ ist eine zeitliche Länge der Bewegtbildsequenz, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann; und T GOP wird durch die Einheitzeitlänge angegeben.
Wird der vorerwähnte Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b größer als die Durchschnitts-Zuweisungsbitmenge b_av (b > b_av), geht die Steuerung auf den Schritt 104 über. Wird auf der anderen Seite der Referenzwert b gleich zu oder kleiner als b_av, geht die Steuerung auf den Schritt 107 über.
Wird in Schritt 104 festgestellt, dass der Wert S größer als der Wert (b – b_av) ist, d.h. ist (S ≥ b – b_av), geht die Steuerung auf den Schritt 105 über. Ist auf der anderen Seite der Wert S kleiner als der Wert (b – b_av), geht die Steuerung auf den Schritt 106 über.
In Schritt 105 wird die tatsächliche Zuweisungsbitmenge bx, d.h. der von der Steuereinheit 15 der 5 ausgegebene Wert auf den vorerwähnten Referenzwert b eingestellt (bx = b).
In Schritt 106 wird die tatsächliche Zuweisungsbitmenge bx auf den Wert b_av eingestellt (bx = b_av). In Schritt 107 wird die tatsächliche Zuweisungsbitmenge bx auf den Wert b eingestellt (bx = b).
Nach diesen Schritten 105, 106 und 107 geht die Steuerung auf den Schritt 108 über. In Schritt 108 wird die momentane Einheitzeitlänge des Eingangsbildes durch die Bewegtbild-Codiereinrichtung 18 codiert, so dass sie die Zuweisungsbitmenge bx aufweist. Nach Abschluss dieser Codierung wird die tatsächlich durch die Bewegt bild-Codiereinrichtung 18 erzeugte Codierbitmenge b_gen ausgegeben, um der Steuereinheit 15 zugeführt zu werden.
In Schritt 109 wird der Wert (b_av – b_gen) zu dem vorerwähnten Wert S addiert. Das heißt, S = S + (b_av – b_gen).
In Schritt 110 wird die Einheitzeitlänge des Eingangsbildes verarbeitet. Als nächstes wird in Schritt 111 festgestellt, ob die Eingabe der Bewegtbild-Bildsequenz abgeschlossen ist, d.h. ob die Endsequenz erreicht ist. Falls ja, wird die Codierverarbeitung beendet. Andernfalls wird die Steuerung an den Schritt 102 zurückgegeben, um die Abfolge der Verarbeitungen zu wiederholen.
Die Steuereinheit 15 der 5 führt beispielsweise eine Verarbeitung gemäß der Prozedur der 8 aus und spezifiziert die tatsächliche Zuweisungsbitmenge bx für die Bewegtbild-Codiereinrichtung 18.
Das Verzögerungselement 16 der 5 verzögert die Eingabe des Eingabe- bzw. Eingangsbildes S1 der Einheitzeitlänge an den Vor-Filter 16 um eine Einheitzeit. Es ist anzumerken, dass in dem Falle, in dem die Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit 13 den Aufbau des Blockdiagramms der 6 aufweist, das Verzögerungselement 16 u. U. nicht enthalten ist.
Der Vor-Filter 17 der 5 unterzieht gemäß der Verarbeitungsinformation S5 der Steuereinheit 15 das Eingangsbild S2 adaptiv einer Tiefpassfilter-Verarbeitung und gibt ein verarbeitetes Bild S3 aus. Befindet sich die Steuereinheit 15 in dem Zustand des Schrittes 106 des vorerwähnten Flussdiagramms der 8 (d.h. die Codierschwierigkeit des Eingangsbildes der Einheitzeit ist vergleichsweise hoch und der Zuweisungsbitmengen-Referenzwert b ist größer als die Durchschnitts-Zuweisungsbitmenge b_av, aber die tatsächliche Zuweisungsbitmenge bx wird unter b_av gedrückt), wird die Verarbeitungsinformation S5 zur Tiefpassfilter-Verarbeitung des Eingangsbildes im Vor-Filter 17 ausgegeben, so dass die Codierverschlechterung weniger bemerkbar wird. Die Inhalte der Verarbeitungsinformation S5 sind vorzugsweise solche, dass dann, wenn der Wert (b – b_av) zunimmt, die Tiefpassfilter-Verarbeitung ein schmaleres Durchlassband hat. Befindet sich die Steuereinheit 15 im Zustand des Schrittes 105 oder Schrittes 107 des Flussdiagramms der 8, gibt der Vor-Filter 17 das Bild S2 direkt als Bild S3 aus.
Es ist anzumerken, das in dem Blockdiagramm der 5 der Vor-Filter nicht unverzichtbar ist, aber sein Einsatz ermöglicht eine Verbesserung des Effektes, die Codierverschlechterung weniger bemerkbar zu machen.
Die Bewegtbild-Codiereinrichtung 18 der 5 codiert das Eingangsbild S3, so dass dieses die Zuweisungsbitmenge bx aufweist. 9 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines Aufbaus der Bewegtbild-Codiereinrichtung 18 zeigt, bei dem die meisten der Komponenten identisch zu denen der vorerwähnten Codierschwierigkeits-Berechnungseinheit der 7 sind. Sie sind mit identischen Blockziffern bezeichnet. Es werden diejenigen Komponenten erläutert, die sich von denen der 7 unterscheiden.
Die Zuweisungsbitmenge bx wird von einem Anschluss 50 zugeführt und wird einer Quantisierungsskalierungs-Steuereinheit 51 zugeführt. Eine Variable-Länge-Codiereinrichtung 39 gibt einen Bitstrom aus, der zum Beispiel auf der Syntax von ISO/IEC 13818-2 basiert (ein MPEG-2-Video). Ein Erzeugte-Zeichenmenge-Zähler 52 zählt eine von der Variable-Länge-Codiereinrichtung 39 innerhalb der Einheitzeit ausgegebene Zeichenmenge und führt den Zählerwert S7 der Quantisierungsskalierungs-Steuereinheit 51 zu. Die Quantisierungsskalierungs-Steuereinheit 51 gibt einen Quantisierungsschritt S8 an einen Quantisierer 53 aus, um so zu bewirken, dass die während der Einheitzeit erzeugte Zeichenmenge S7 gleich zu der Zuweisungsbitmenge bx wird. Der vorerwähnte Bitstrom wird einem Zwischenspeicher 54 zugeführt und wird von einem Anschluss 55 mit einer vorgegebenen Bitrate ausgelesen. Die während der Einheitzeit erzeugte Bitmenge b_gen wird von einem Anschluss 56 ausgegeben.
Der codierte Bitstrom S6 wird von einem Anschluss 19 in 5 ausgegeben. Dieser Bitstrom wird auf einem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet und über einen Übertragungspfad übertragen.
10 erläutert ein Beispiel unter Verwendung einer Optical Disk 85 als Signalaufzeichnungsmedium. In dieser 10 wird einem Anschluss 80 der vorerwähnte Bitstrom S6 zugeführt. Der Bitstrom S6 wird einem Multiplexer 81 zugeführt. Der Multiplexer 81 multiplext den Bitstrom S6 mit einem codierten Bitstrom, wie etwa einem anderen Audiosignal (nicht dargestellt) mittels Zeiteinteilung (Time Division), so dass sich ein einziger gemultiplexter Bitstrom ergibt. Diesem gemultiplexten Bitstrom wird durch einen ECC-Codierer 82 ein Fehlerkorrekturcode (Error Correction Code) hinzugefügt. Der gemultiplexte Bitstrom wird sodann an eine Modulations schaltung 83 übertragen. In dieser Modulationsschaltung 83 wird die Ausgabe des ECC-Codierers 82 einer vorgegebenen Modulationsverarbeitung unterzogen, wie etwa einer 8-14-Modulation. Eine Ausgabe dieser Modulationsschaltung 83 wird an einen Aufzeichnungskopf 84 übertragen, so dass das Signal durch diesen Aufzeichnungskopf auf der Optical Disk 85 aufgezeichnet wird.
Es ist anzumerken, dass in dem Beispiel der 10 das Signalaufzeichnungsmedium eine Optical Disk ist, aber das von der die Erfindung verkörpernde Einrichtung codierte Signal kann auch auf einem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden, welches ein bandförmiges Aufzeichnungsmedium (wie etwa einem Magnetband) oder ein Magnetplattenmedium sein kann, wie etwa eine Festplatte und eine Diskette und auch eine IC-Karte und verschiedene Speichereinrichtungen. Darüberhinaus können als Optical Disk verschiedene Typen von Disks verwendet werden: eine Disk zum Aufzeichnen in Pits und eine magneto-optische Disk, ebenso auch eine Disk vom phasen-verändernden Typ und eine Optical Disk vom Organischen-Pigment-Typ, eine optische Disk zum Aufzeichnen mit einen Ultraviolett-Laserstrahl, eine Optical Disk mit einer Mehrlagen-Aufzeichnungsschicht und dergleichen.
Darüberhinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorerwähnten Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel ist ein verarbeitetes digitales Signal nicht auf ein Bewegtbild-Videosignal beschränkt, sondern kann auf ein Audiosignal und dergleichen angewendet werden. Die vorangehende Offenbarung kann im Geltungsbereich der Erfindung auf verschiedene Weise modifiziert werden.
Gemäß der vorangehenden Offenbarung wird eine Zuweisungszeichenmenge mit einer Codierschwierigkeit für jede Einheitzeit verknüpft, die im voraus von einem generellen Eingangssignal eines Typs, zu dem ein bestimmtes Eingangssignal gehört, standardisiert wird, um so eine Codierschwierigkeit des Eingangssignals für jede Einheitzeit zu bestimmen. Für die Codierschwierigkeit für jede Einheitzeit dieses Eingangssignals wird für jede der vorerwähnten verknüpften Einheitzeiten ein Zuweisungszeichenmengen-Referenzwert bestimmt. Der vorerwähnte Zuweisungszeichenmengen-Referenzwert wird in eine tatsächliche Zuweisungszeichenmenge abgewandelt, so dass gemäß dieser tatsächlichen Zuweisungszeichenmenge das Eingangssignal in jeder Einheitzeit codiert wird, um so codierte Daten zu erzeugen. Demzufolge ist es möglich, eine Codierung mit einer optimalen Zuweisungszeichenmenge gemäß der Komplexität eines Signals in Echtzeit gemäß der Eingabe des Signals auszuführen.
Das vorerwähnte Beispiel der Abwandlung des Zuweisungszeichenmengen-Referenzwertes in eine tatsächliche Zuweisungszeichenmenge dient dazu, dass die insgesamt erzeugte Bitmenge (die beim Codieren einer zeitlichen Länge eines Signals erzeugt wird, das auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann) gleich zu oder kleiner als eine/r Bitmenge ist, die auf dem Aufzeichnungsmedium zur Signalaufzeichnung verfügbar ist. Auf diese Weise wird die tatsächliche Zuweisungsbitmenge gesteuert, was wiederum garantiert, dass eine vorgegebene zeitliche Länge eines Signals auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann, das eine vorgegebene Speicherkapazität hat.
Wird zum Beispiel ein Eingangssignal für jede Einheitzeit mit einer vorgegebenen Zuweisungsbitmenge b_av codiert, wird die Gesamtheit B_av der Zuweisungsbitmenge bis zum jetzigen Zeitpunkt mit der Gesamtheit B_gen der tatsächlich bis zum jetzigen Zeitpunkt erzeugten Codierbitmenge verglichen. Ist der Wert (B_av – B_gen) positiv, ist es zulässig, eine Zuweisungsbitmenge gleich zu oder über dem Wert b_av zuzuordnen. Hierbei ist b_av wie folgt definiert: b_av = T_GOP × BV/T_SEQ, wobei BV eine Bitmenge ist, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen eines Bewegtbildes verwendet werden kann; T_SEQ ist eine zeitliche Länge der Bewegtbild-Bildsequenz, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann; und T_GOP ist gegeben als eine Einheitzeitlänge. Somit ist es möglich, zu garantieren, dass eine vorgegebene zeitliche Länge eines Signals auf einem Aufzeichnungsmedium mit einer vorgegebenen Speicherkapazität aufgezeichnet werden kann.
Das Eingangssignal wird gemäß der Information, die beim Abwandeln des vorerwähnten Zuweisungszeichenmengen-Referenzwertes in eine tatsächliche Zuweisungsmenge verwendet wird, einer Vor-Filter-Verarbeitung unterzogen und das verarbeitete Signal wird codiert, wodurch es ermöglicht wird, dass die Signalcodierungsverschlechterung weniger bemerkbar ist. Genauer gesagt, wird beim Drücken der vorerwähnten tatsächlichen Zuweisungsmenge unter den Zuweisungszeichenmengen-Referenzwert das Eingangsbild einer Tiefpassfilter-Verarbeitung unterzogen, wodurch es ermöglicht wird, dass die Bildcodierungsverschlechterung weniger bemerkbar wird.
Beim Ausführen einer Signalcodierung und Aufzeichnung des codierten Signals auf einem Aufzeichnungsmedium in mehreren Zeitabschnitten wird der vorerwähnte Wert (B_av – B_gen) oder ein hierzu äquivalenter Wert auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet. So wird beim nächsten Mal, wenn ein Signal in einem leeren Bereich des Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird, vor der Signalaufzeichnung der Wert (B_av – B_gen) oder der hierzu äquivalente Wert aus dem Aufzeichnungsmedium ausgelesen. Gemäß diesem Wert wird die Zuweisungsbitmenge des Eingangssignals für jede Einheitzeit berechnet. Dies ermöglicht es, die Speicherkapazität des Aufzeichnungsmediums effektiv zu nutzen.
Weiterhin wird dann, wenn das vorerwähnte Eingangssignal ein Bewegtbild-Bildsignal ist, die vorerwähnte Codierschwierigkeit des Eingabebildes gemäß der bildbezogenen charakteristischen Information für jede vorgegebene Zeitspanne bestimmt, so dass das Codieren mit einer Zuweisungszeichenmenge ausgeführt wird, welche die menschliche sensorische Charakteristik, basierend auf den bildbezogenen charakteristischen Informationen, reflektiert. Somit wird die Realisierung einer hocheffizienten Bewegtbild-Bildcodierung ermöglicht.

Claims

Signalcodierverfahren zum Codieren eines Eingangssignals, welches eine Mehrzahl von Zeiteinheiten des Eingangssignals aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen eines Codierschwierigkeitswertes (d) für eine momentane Zeiteinheit der Mehrzahl von Zeiteinheiten; Bestimmen einer Referenzbitzuweisungsmenge (b), basierend auf der Codierschwierigkeit, durch Gewinnen eines Referenzwertes, der die Codierschwierigkeit betrifft, in Bezug auf eine vorgegebene Beziehung zwischen Codierschwierigkeit und Bitzuweisungsmenge für eine Codiermenge für ein übliches Eingangssignal der gleichen Art, der die momentane Zeiteinheit angehört; Bestimmen eines Speicherkapazitätreferenzwertes (S) aus einer Differenz zwischen einer Gesamtbitmengenzuweisung bis zu der momentanen Zeiteinheit (Bgen) und einer bis zu der momentanen Zeiteinheit erzeugten Gesamtbitmenge, wenn jeder Zeiteinheit eine Durchschnittsbitmenge pro Zeiteinheit zugewiesen würde (Bov), wobei die Durchschnittsbitmenge pro Zeiteinheit auf einer Menge an Speicherkapazität, die auf einem Aufzeichnungsmedium (BV) verfügbar ist, und einer Gesamtzeitlänge des Eingangssignals basiert; Modifizieren der Referenzbitzuweisungsmenge (b), um eine tatsächliche Bitzuweisungsmenge (bx) zu gewinnen, und zwar durch Vergleichen einer Differenz zwischen (b-bav) der Referenzbitzuweisungsmenge (b) und einer Durchschnittsbitzuweisungsmenge (bav) pro Zeiteinheit mit dem Speicherkapazitätreferenzwert (S) und durch Zuordnen eines Wertes für die tatsächliche Bitzuweisungsmenge (bx) für die momentane Zeiteinheit gemäß dem Vergleich, um das Eingangssignal auf dem Aufzeichnungsmedium in der verfügbaren Menge an Speicherkapazität zu speichern; und Codieren des Eingangssignals für die momentane Zeiteinheit gemäß der tatsächlichen Bitzuweisungsmenge; wobei der Schritt des Modifizierens der Referenzbitzuweisungsmenge (b) folgendes umfasst: Gleichsetzen der tatsächlichen Bitzuweisungsmenge (bx) mit der Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav), wenn der Speicherkapazitätreferenzwert (S) kleiner ist als die Differenz (b-bav) zwischen der Referenzbitzuweisungsmenge (b) und der Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav) und die Referenzbitzuweisungsmenge (b) größer ist als die Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav).
Signalcodierverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Modifizierens der Referenzbitzuweisungsmenge (b) das Steuern der tatsächlichen Bitzuweisungsmenge (bx) so umfasst, dass diese kleiner ist als oder gleich ist zu der Menge an Speicherkapazität, die auf dem Aufzeichnungsmedium (BV) zum Aufzeichnen des Eingangssignals verfügbar ist.
Signalcodierverfahren nach Anspruch 2, wobei das Eingangssignal einer Eingangsbildsequenz entspricht und wobei die Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav) gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird: bav = T GOP × BV/T SEQ; hierbei gilt: T GOP ist eine Einheitzeitlänge; BV ist eine Anzahl von Bits, die auf einem Signalaufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen eines Bewegtbildes verfügbar sind; und T SEQ ist eine Zeitlänge einer Bewegtbildsequenz, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann.
Signalcodierverfahren nach Anspruch 3, wobei dann, wenn die Eingangsbildsequenz auf dem Aufzeichnungsmedium gespeichert wird, der Speicherkapazitätreferenzwert (S) oder ein äquivalenter Wert auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird, so dass dann, wenn nachfolgend eine weitere Eingangsbildsequenz in einem leeren Bereich des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet wird, der Wert (S) oder der äquivalente Wert von dem Aufzeichnungsmedium gelesen und verwendet wird, um die tatsächliche Bitzuweisungsmenge für jede Zeiteinheit der weiteren Eingangsbildsequenz zu berechnen.
Signalcodierverfahren nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal in Abhängigkeit von aus dem Modifizierungsschritt gewonnenen Informationen einer Vor-Filterverarbeitung unterzogen wird.
Signalcodierverfahren nach Anspruch 5, wobei die Vor-Filterverarbeitung Tiefpassfilterung eines Bildes des Eingangssignals umfasst, wenn der Modifizierungsschritt ergibt, die tatsächliche Bitzuweisungsmenge unter die Referenzbitzuweisungsmenge zu drücken.
Signalcodierverfahren nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal ein Bewegtbild-Bildsignal ist und der Codierschwierigkeitswert aus charakteristischen Informationen für ein Bildsignal berechnet wird, das der Einheitzeit entspricht, wobei die charakteristischen Informationen eine menschliche sensorische Charakteristik reflektieren.
Signalcodiereinrichtung zum Codieren eines Eingangssignals, welches eine Mehrzahl von Zeiteinheiten des Eingangssignals aufweist, wobei die Einrichtung folgendes aufweist: Codierschwierigkeitsberechnungsmittel (13) zum Bestimmen eines Codierschwierigkeitswertes für eine momentane Zeiteinheit der Mehrzahl von Zeiteinheiten; Bitzuweisungsmengenberechnungsmittel (14), die betrieben werden, um eine Referenzbitzuweisungsmenge (b), basierend auf der Codierschwierigkeit, zu bestimmen, und zwar durch Gewinnen eines Referenzwertes, der die Codierschwierigkeit betrifft, in Bezug auf eine vorgegebene Beziehung zwischen Codierschwierigkeit und Bitzuweisungsmenge für eine Codiermenge für ein übliches Eingangssignal der gleichen Art, der die momentane Zeiteinheit angehört; Bestimmungsmittel (15) zum Bestimmen eines Speicherkapazitätreferenzwertes (S) aus einer Differenz zwischen einer Gesamtbitmengenzuweisung bis zu der momentanen Zeiteinheit (Bav) und einer bis zu der momentanen Zeiteinheit erzeugten Gesamtbitmenge (Bgen), wenn jeder Zeiteinheit eine Durchschnittsbitmenge pro Zeiteinheit zugewiesen würde, wobei die Durchschnittsbitmenge pro Zeiteinheit auf einer Menge an Speicherkapazität, die auf einem Aufzeichnungsmedium (BV) verfügbar ist, und einer Gesamtzeitlänge des Eingangssignals basiert; Modifizierungsmittel (15) zum Modifizieren der Referenzbitzuweisungsmenge (b), um eine tatsächliche Bitzuweisungsmenge (bx) zu gewinnen, und zwar durch Vergleichen einer Differenz zwischen (b-bav) der Referenzbitzuweisungsmenge (b) und der Durchschnittsbitzuweisungsmenge (bav) pro Zeiteinheit mit dem Speicherkapazitätreferenzwert (S) und durch Zuordnen eines Wertes für die tatsächliche Bitzuweisungsmenge für die momentane Zeiteinheit gemäß dem Vergleich, um das Eingangssignal auf dem Aufzeichnungsmedium in der verfügbaren Menge an Speicherkapazität zu speichern, wobei die Modifizierungsmittel betrieben werden, um die Referenzbitzuweisungsmenge (b) durch Gleichsetzen der tatsächlichen Bitzuweisungsmenge (bx) mit der Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav) zu modifizieren, wenn der Speicherkapazitätreferenzwert (S) kleiner ist als die Differenz (b-bav) zwischen der Referenzbitzuweisungsmenge (b) und der Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav) und die Referenzbitzuweisungsmenge (b) größer ist als die Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav); und Codiermittel (18) zum Codieren des Eingangssignals für die momentane Zeiteinheit gemäß der tatsächlichen Bitzuweisungsmenge.
Signalcodiereinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Modifizierungsmittel (15) betrieben werden, um die Referenzbitzuweisungsmenge zu modifizieren, und zwar durch Steuern der tatsächlichen Bitzuweisungsmenge (bx), so dass diese kleiner ist als oder gleich ist zu einer vorgegebenen Bitzuweisung, die auf einem Aufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen des Eingangssignals verfügbar ist.
Signalcodiereinrichtung nach Anspruch 9, wobei das Eingangssignal einer Eingangsbildsequenz entspricht und wobei die Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav) gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird: bav = T GOP × BV/T SEQ; hierbei gilt: T GOP ist eine Einheitzeitlänge; BV ist eine Anzahl von Bits, die auf einem Signalaufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen eines Bewegtbildes verfügbar sind; und T SEQ ist eine Zeitlänge einer Bewegtbildsequenz, die auf dem Signalaufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann.
Signalcodiereinrichtung nach Anspruch 10, die Aufzeichnungsmittel umfasst, die betrieben werden, um die Eingangsbildsequenz auf dem Aufzeichnungsmedium zu speichern, wobei der Speicherkapazitätreferenzwert (S) oder ein äquivalenter Wert auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird, so dass dann, wenn nachfolgend eine weitere Eingangsbildsequenz in einem leeren Bereich des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet wird, der Wert (S) oder der äquivalente Wert von dem Aufzeichnungsmedium gelesen und verwendet wird, um die tatsächliche Bitzuweisungsmenge für jede Zeiteinheit der weiteren Eingangsbildsequenz zu berechnen.
Signalcodiereinrichtung nach Anspruch 8, die Vor-Filtermittel (17) umfasst, die betrieben werden, um das Eingangssignal in Abhängigkeit von aus dem Modifizierungsschritt gewonnenen Informationen einer Vor-Filterverarbeitung zu unterziehen.
Signalcodiereinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vor-Filtermittel (17) einen Tiefpassfilter umfassen, der betrieben wird, um ein Bild des Eingangssignals zu tiefpassfiltern, wenn der Modifizierungsschritt ergibt, die tatsächliche Bitzuweisungsmenge unter die Referenzbitzuweisungsmenge zu drücken.
Signalcodiereinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Eingangssignal ein Bewegtbild-Bildsignal ist und der Codierschwierigkeitswert von den Codierschwierigkeitsberechnungsmitteln aus charakteristischen Informationen für ein Bildsignal bestimmt wird, das der Einheitzeit entspricht, wobei die charakteristischen Informationen eine menschliche sensorische Charakteristik reflektieren.
Signalaufzeichnungsmedium, auf dem ein codiertes Signal aufgezeichnet ist, wobei das codierte Signal durch das Verfahren nach Anspruch 1 gewonnen wurde, und wobei folgendes mit dem codierten Signal auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist: der Speicherkapazitätreferenzwert (S) oder ein äquivalenter Wert, der eine Differenz zwischen einer Gesamtbitmengenzuweisung (Bav) bis zu der momentanen Zeiteinheit mit einer bis zu der momentanen Zeiteinheit erzeugten Gesamtbitmenge (Bgen) repräsentiert, wenn jeder Zeiteinheit eine Durchschnittsbitmenge pro Zeiteinheit zugewiesen würde, wobei die Durchschnittsbitmenge pro Zeiteinheit auf einer Menge an Speicherkapazität, die auf einem Aufzeichnungsmedium (BV) verfügbar ist, und einer Gesamtzeitlänge des Eingangssignals basiert.
Signalübertragungsverfahren, welches die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen eines Codierschwierigkeitswertes (d) für eine momentane Zeiteinheit der Mehrzahl von Zeiteinheiten; Bestimmen einer Referenzbitzuweisungsmenge (b), basierend auf der Codierschwierigkeit, durch Gewinnen eines Referenzwertes, der die Codierschwierigkeit betrifft, in Bezug auf eine vorgegebene Beziehung zwischen Codierschwierigkeit und Bitzuweisungsmenge für eine Codiermenge für ein übliches Eingangssignal der gleichen Art, der die momentane Zeiteinheit angehört; Bestimmen eines Speicherkapazitätreferenzwertes (S) aus einer Differenz zwischen einer Gesamtbitmengenzuweisung (Bav) bis zu der momentanen Zeiteinheit und einer bis zu der momentanen Zeiteinheit erzeugten Gesamtbitmenge (Bgen), wenn jeder Zeiteinheit eine Durchschnittsbitmenge pro Zeiteinheit zugewiesen würde, wobei die Durchschnittsbitmenge pro Zeiteinheit auf einer Menge an Speicherkapazität, die auf einem Aufzeichnungsmedium (BV) verfügbar ist, und einer Gesamtzeitlänge des Eingangssignals basiert; Modifizieren der Referenzbitzuweisungsmenge (b), um eine tatsächliche Bitzuweisungsmenge (bx) zu gewinnen, und zwar durch Vergleichen einer Differenz zwischen (b-bav) der Referenzbitzuweisungsmenge (b) und der Durchschnittsbitzuweisungsmenge (bav) pro Zeiteinheit mit dem Speicherkapazitätreferenzwert (S) und durch Zuordnen eines Wertes für die tatsächliche Bitzuweisungsmenge für die momentane Zeiteinheit gemäß dem Vergleich, um das Eingangssignal auf dem Aufzeichnungsmedium in der verfügbaren Menge an Speicherkapazität zu speichern; Codieren des Eingangssignals für die momentane Zeiteinheit gemäß der tatsächlichen Bitzuweisungsmenge; wobei der Schritt des Modifizierens der Referenzbitzuweisungsmenge (b) das Gleichsetzen der tatsächlichen Bitzuweisungsmenge (bx) mit der Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav) umfasst, wenn der Speicherkapazitätreferenzwert (S) kleiner ist als die Differenz (b-bav) zwischen der Referenzbitzuweisungsmenge (b) und der Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav) und die Referenzbitzuweisungsmenge (b) größer ist als die Durchschnittsbitzuweisungsmenge pro Zeiteinheit (bav), und Übertragen der geschaffenen codierten Daten.
Signalübertragungsverfahren nach Anspruch 16, wobei das Eingangssignal in Abhängigkeit von aus dem Modifizierungsschritt gewonnenen Informationen einer Vor-Filterverarbeitung unterzogen wird.
Signalübertragungsverfahren nach Anspruch 17, wobei die Vor-Filterverarbeitung Tiefpassfilterung eines Bildes des Eingangssignals umfasst, wenn der Modifizierungsschritt ergibt, die tatsächliche Bitzuweisungsmenge unter die Referenzbitzuweisungsmenge zu drücken.