DE2640157A1

DE2640157A1 - Verfahren und anordnung zum redundanzvermindernden codieren von bildern

Info

Publication number: DE2640157A1
Application number: DE19762640157
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Phys Dr Lux
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1978-03-16
Also published as: JPS5753033B2; FR2363948B1; GB1537738A; JPS5333014A; DE2640157C2; US4155097A; NL7709732A; IT1084429B; NL184250C; FR2363948A1; NL184250B

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2000 Hamburg 1, Steindamm

"Verfahren und Anordnung zum redundanzvermindernden Codieren von Bildern"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum redundanzvermindernden Codieren der Werte der Bildpunkte von zeilenweise abgetasteten, in Zeilen und Bildpunkte matrixartig eingeteilten Bildern, bei dem mindestens für einen Teil der Bildpunkte der Differenzwert zwischen dem tatsächlichen Wert des Bildpunktes und einem aus den Werten anderer Bildpunkte gewonnenen prädiktiven Wert gebildet wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens .

Ein derartiges Verfahren ist aus der DT-AS 23 12 526

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bekannt und dient dazu, bei der Übertragung oder Speicherung von Bildern die pro Bildpunkt zu übertragende oder zu speichernde Information zu verringern, ohne den Bildinhalt zu verfälschen. Dieses bekannte Verfahren der prädiktiven Dekorrelation hat nun den Nachteil, daß eine Störung nur eines einzigen der gespeicherter bzw. übertragenen Werte die folgenden Bildpunkte ebenfalls gestört bzw. verfälscht werden, da diese Werte nur Differenzen und keine Absolutwerte angeben. Es ist zwar bekannt, Codewörter mit Prüfzeichen zu versehen, um eventuell aufgetretene Fehler erkennen bzw. korrigieren zu können, jedoch wird dadurch die durch die Codierung erzielte Redundanzverminderung zumindest zum Teil wieder aufgehoben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem ein Auftreten der Fehler in einem codierten Bildwert nicht mehr als diesen Bildwert selbst verändert, wobei die Wirksamkeit der Redundanzverminderung nur wenig beeinflußt wird. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Bildmatrix in aneinandergrenzende, gleich große quadratische Teilbiüer eingeteilt wird, daß die Werte der Bildpunkte von den Bildzeilen, die von einer Zeile von Teilbildern bedeckt werden, zwischengespeichert werden, daß in jedem Teilbild eine Anzahl etwa gleichmäßig über das Teilbild verteilter Bildpunkte als Stützstellen für sich transformiert oder durch prädiktive Differenzbildung dekorreliert werden, daß für jeden der übrigen Zwischenpunkte nur aus den Stützstellen des zugehörigen Teilbildes ein Prädiktionswert bestimmt und der Differenzwert zwischen diesem und dem tatsächlichen Wert des

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Zwischenpunktes gebildet wird, daß die transformierten Werte bzw. die Differenzwerte einem Quantisierer zugeführt werden, und daß ihindestens dem Codewort bzw. den Codewörtern für die Stützstellen Prüfzeichen zugefügt werden. Durch die Einteilung in Teilbilder und Dekorrelation der Bildpunkte, d.h. der Stützstellen und der Zwischenpunkte, unter Berücksichtigung jeweils mehrerer Werte ergibt sich eine bessere Dekorrelation als bei der bekannten Methode, bei der nur ein oder mehrere unmittelbar zurückliegende Bildpunkte derselben Zeile für die Dekorrelation berücksichtigt werden. Zum anderen ergibt sich durch die Aufteilung in Stützstellen und Zwischenpunkte jedoch die Möglichkeit, die Stützstellen mit im Verhältnis zur gesamten Codewortlänge eines Teilbildes kurzen Prüfzeichen zuverlässig abzusichern, so daß die Redundanz nicht viel verschlechtert wird. Ein Fehler in einem Codewort für eine Stützstelle ist dann sicher erkennbar und korregierbar, so daß kein unbemerkter Fehler im rekonstruiertem Bild entstehen kann, während ein Fehler in dem Codewort für einen Zwischenpunkt bei der Rekonstruktion nur diesen Zwischenpunkt beeinfluisan kann. Dadurch sind größere unbemerkte Fehler also praktisch ausgeschlossen, die bei bestimmten Bildern weitreichende Folgen haben könnten, beispielsweise bei Röntgenbildern, wo eine Verfälschung eines größeren Bildbereiches zu einer Fehldiagnose führen kann.

Zweckmäßig sind die Stützstellen im Teilbild so angeordnet, daß jeder Zwischenpunkt in waagerechter, senkrechter oder diagonaler

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Richtung unmittelbar zwischen zwei Stützstellen eines Teilbildes liegt. Dann ist die Entfernung zwischen den einzelnen Stützstellen noch so klein, daß eine wirksame Dekorrelation untereinander durchgeführt werden kann, und ebenso ist die Dekorrelation der Zwischenwerte von den Stützstellen aus noch effektiv.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zeilenzahl der vorgegebenen Teilbilder gleiche Anzahl Schieberegister vorhanden sind, von denen jedes die Werte aller Bildpunkte einer Bildzeile speichert, daß an die Ausgänge der die Werte der Stützstellen des letzten in den Schieberegistern gespeicherten Teilbildes enthaltenden Stufen der Schieberegister eine erste Verknüpfungsschaltung zur Erzeugung der transformierten Werte bzw. der Differenzwerte der Stützstellen angeschlossen ist, daß an diese Ausgänge ferner eine zweite Verknüpfungsschaltung angeschlossen ist, deren weiteren Eingänge mit den Ausgängen der die Werte der übrigen Bildpunkte des letzten Teilbildes enthaltenden Stufen der Schieberegister verbunden sind, daß die Ausgänge der Verknüpfungsschaltungen über einen Umschalter abwechselnd über einen Quantisierer mit einem Prüfzeichengenerator verbunden sind, der mindestens aus den die Stützstellen angebenden Codewörtern Prüfzeichen erzeugt, und diesen Codewörtern zufügt, und daß eine Taktsteuerung nach Verarbeitung aller Bildpunkte eines Teilbildes dem Schiebetakt-Eingang·der Schieberegister eine der Zeilenzahl der Teilbilder gleiche Anzahl Schiebetakte zuführt. Durch die Ver-

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Wendung von Schieberegistern ergibt sich eine einfache Steuerung der Speicher für die Bildzeilen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen?

Fig. 1 zwei verschiedene Teilbildgrößen mit Aufteilung in Stützstellen und Zwischenpunkte,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anordnung, ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Rücktransformation der erfindungsgemäß codierten Bilder,

das Blockschaltbild einer Verknüpfungsanordnung nach Fig.2 zur Codierung der Stützstellen sowie eine zugehörige Koeffizientenmatrix,

eine andere Ausführung der Verknüpf ungsanordnung mit zugehöriger Koeffizientenmatrix,

eine Anordnung zur Dekorpelation der Zwischenpunkte.

Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6.

Die Größe der Teilbilder, in die das abzutastende Bild eingeteilt wird, stellt einen gewissen Kompromiß dar. Für eine gute Dekorrelation ist ein großes Teilbild günstiger, jedoch steigt dann der Aufwand für die Dekorrelation ganz erheblich. In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Bild mit einer Teilbildgröße von 3x3 Bildpunkten dargestellt. Die Eckpunkte, die als kleine Kreise

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dargestellt sind und in dem einen Teilbild mit 1 bis 4 . nummeriert sind und im folgenden mit x1 bis x4 bezeichnet werden, stellen die Stützstellen dar. Die durch Kreuze angedeuteten Bildpunkte, die in dem einen Teilbild mit 5 bis 9 nummeriert sind und im folgenden mit x5 bis x9 bezeichnet werden, stellen die Zwischenpunkte dar. Aus der Fig. 1 ist zu erkennen, daß zwischen je zwei Stützpunkten eines Teilbildes jeweils nur ein Zwischenpunkt liegt, so daß einerseits noch eine genügende Korrelation zwischen den Stützstellen eines Teilbildes besteht, so daß diese Stützstellen unter sich ohne Verwendung weiterer Bildpunkte noch gut dekorreliert werden können, und andererseits ist jeder Zwischenpunkt von mindestens zwei Stützstellen in waagerechter, senkrechter oder diagonaler Richtung benachbart, so daß die Dekorrelation der Zwischenpunkte nur durch Verwendung von Stützstellen ebenfalls in ausreichendem Maße möglich ist.

In Fig. 1b ist ein Beispiel einer Aufteilung von Teilbildern mit 5x5 Bildpunkten dargestellt. Auch hier sind wieder die Stützstellen durch Kreise und die Zwischenpunkte durch Kreuze angedeutet. Die Stützstellen liegen wieder in den vier Eckpunkten des Teilbildes, außerdem in der Mitte der Randzeile bzw. Randspalte und im Mittelpunkt des Teilbildes. Bei der Dekorrelation der Eck-Stützstellen wird es ausreichen, die drei in waagerechter, senkrechter und diagonaler Richtung benachbarten Stützstellen mit zu berücksichtigen. Die mittleren Randstützstellen können gegenüber den drei in senkrechter und waagerechter Richtung be-

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nachbarten Stützstellen dieses Teilbildes dekorreliert werden, während für die Stützstelle in der Teilbildmitte die vier umgebenden Stützstellen berücksichtigt werden können. Auch hier ist jeder Zwischenpunkt von mindestens zwei Stützstellen benachbart. Aus der Erläuterung der Dekorrelation der Stützstellen ist bereits zu erkennen, daß diese nur mit wesentlich mehr Aufwand als bei den in Fig. 1a dargestellten Teilbildern durchgeführt werden kann. Andererseits ist die Dekorrelation jedoch wirksamer, da für eine Anzahl Stützstellen eine größere Umgebung berücksichtigt werden kann. Außerdem ist das Verhältnis von Stützstellen zu Zwischenpunkten günstiger, so daß bei dem Zufügen von Prüfzeichen zu den Codewörtern der Stützstellen die Redundanz etwas weniger verschlechtert wird als bei den Teilbildern nach Fig. 1a. Der Einfachheit halber soll jedoch im folgenden eine Bildcodierung durch Aufteilung in Teilbilder gemäß Fig.1a erläutert werden.

Die Dekorrelation der Stützstellen x1 bis x4 kann auf verschiedene ¥eise durchgeführt werden, indem diese vier Stützstellen als ein Bild betrachtet werden und darauf eines der bekannten Verfahren der Bildcodierung (siehe zum Beispiel Proceedings of the IEE, VOL. 60, Nr. 7, Juli 1972, Seiten 809 bis 820) angewendet werden. Eine andere Möglichkeit ist die prädiktive Dekorrelation, die im Prinzip in der in der Beschreibungseinleitung genannten DT-AS 23 12 526 angegeben ist. Dabei wird also die Differenz zwischen dem Wert einer Stütz st ekle und dem Aus den Werten der anderen drei Stützstellen gewonnenen prädiktiven Wert für diese Stützstelle

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gebildet, und dies wird der Reihe nach für alle Stützstellen eines Teilbildes durchgeführt. Die Erzeugung der Differenzwerte kann mathematisch auch wie folgt ausgedrückt werden:

Ca] * Lx] = Cx'] (1)

Darin ist CA]die Matrix der Prädiktionskoeffizienten, die so bestimmt werden, daß der mittlere quadratische Fehler minimiert wird. Die Prädiktionskoeffizienten sind dabei abhängig vom Bildinhalt, jedoch kann bei einer nur kleinen Verringerung der Oualtität der Prädiktion von für verschiedene Bilder einheitlichen Prädiktionskoeffizienten ausgegangen werden, wenn diese Bilder im wesentlichen ähnlichen Inhalt haben, wie es beispielsweise bei Röntgenaufnahmen der Fall ist. Ferner sind Cx] und Cx'] die in einer Spalte angeordneten Stützstellen. Wenn die gleiche Korrelation der Bildpunktwerte in waagerechter und senkrechter Richtung sowie andererseits auch in Richtung der Haupt- und Nebendiagonalen angenommen wird, so erhält man eine Toeplitz-Matrix, die in Fig. 4b dargestellt ist. Darin berücksichtigt der Wert 1 jeweils den Wert des Bildpunktes selbst, während die vorzeichenrichtige Summe der anderen Koeffizienten den negativen Prädiktionswert berücksichtigen, so daß sich der richtige Differenzwert bei der Multiplikation und Summation der Produkte unmittelbar ergibt. Eine besonders einfache Form ergibt die Annahme einer gleichen Korrelation in waagerechter und senkrechter und diagonaler Richtung, bei der die Matrix außer dem Wert 1 nur einen einzigen Koeffizientenwert enthält_t so daß sich eine einfache Realisierungsmöglichkeit ergibt.

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Ein gewisser Nachteil der Differenzbildung liegt grundsätzlich darin, daß der Absolutwert, d.h. im vorliegenden Falle die mittlere Grundhelligkeit des Teilbildes, verlorengeht, wenn die Summe der Prädiktionskoeffizienten gleich 1 ist. Venn die Koeffizientensumme nun von dem Wert 1 abweicht, ist zwar der Absolutwert noch darin vorhanden, jedoch wird dann die Redundanzverminderung verschlechtert, d.h. die Redundanz wird wieder erhöht. Diese Erhöhung ist um so geringer, je näher die Koeffizienten summe an den Wert 1 herankommt, jedoch sind dann bei der Rekonstruktion Multiplikationen mit großen Werten notwendig, so daß ein entsprechender Fehler der mittleren Bildhelligkeit unvermeidbar ist. Eine bessere Möglichkeit besteht darin, die in Fig. 4b angegebene Matrix anstelle der in Fig. 5b angegebenen Matrix zu verwenden. Darin haben in der ersten Matrixzeile alle Koeffizienten den Wert 1 oder eine kleinere positive Zahl, wobei

es vor allem darauf ankommt, daß alle Koeffizienten den gleichen positiven Wert haben. Der erste abgeleitete Wert, d.h. für die in Fig.1 dargestellte Matrix der für den Bildpunkt x1 abgeleitete Wert stellt dann keinen dekorrelierten Wert, sondern den Mittelwert der Bildhelligkeit der Stützstellen x1,x2,x3 und x4 dar. Die übrigen Werte bleiben unverändert. Dadurch ergeben die abgeleiteten Werte der Sützstellen in codierter Form zwar insgesamt ein längers Codewort, d.h. die Redundanzverminderung ist nicht optimal, dafür ist dann aber der Gleichwert darin enthalten. Die Redundanzverminderung läßt sich jedoch wieder verbessern, indem nicht die Absolutwerte der mittleren Bildhelligkeiten , sondern die Differenzen zu dem entsprechenden Wert des vorhergehenden Teilbildes übertragen werden, wie in der Patentanmeldung P ..,.. (PHD 76-133) vorgeschlagen wurde.

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Die Bestimmung der Differenzwerte für die Zwischenpunkte erfolgt nach folgenden Gleichungen:

x'5 = "D₁₁Xi + t>₁₂x2 - x5

χ·6 = bp-jx1 + bp

x*7 = t⁾3i^x'' ⁺ ΐ>32^χ^ ^{+ D}33^x:J+ °34^χί+ " ^x' (2)

XlQ — "K "V^ -I- Ή. YlL ~m V"ft O — 1±Λ /l9 -Λ.Ο

jr'Q — 13 x3 + b x4 — x9

Der Prädiktionswert für den Bildpunkt x5 wird also aus den Stützstellen x1 und x2 gewonnen, und davon wird der tatsächliche Wert des Zwischenpunktes x5 abgezogen. Bei dem Zwischenpunkt x7 in der Mitte des Teilbildes wird der Prädiktionswert aus allen vier Stützstellen berechnet. Für die praktische Realisierung werden Her wieder die Korrelationen in waagerechter und senkrechter Richtung als gleich angenommen, so daß die Koeffizienten b^ bis bpp und b^₁ bis b^p gleich sind, und ebenso werden die Korrelationen in diagonaler Richtung alle gleich angenommen, so daß die Koeffzienten b-₅₁ bis b,^ ebenfalls untereinander gleich, jedoch normalerweise von den anderen Koeffizienten verschieden sind.

Eine Schaltungsanorndung zur Durchführung der Dekorrelation ist in Fig. 2 dargestellt. Darin sind drei Schieberegister 2, 4 und vorhanden, die jeweils die Werte einer Bildzeile des abgetasteten Bildes aufnehmen. Da der Helligkeitswert jedes Bildpunktes nach der Abtastung durch einen (nicht dargestellten) Analog-Digital-

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Wandler in eine Anzahl Bits umcodiert wird, hat jede Stufe der Schieberegister 2, 4 und 6 eine entsprechende Anzahl Speicherstufen, die ihren Inhalt beispielsweise parallel an die entsprechenden Speicherstufen der nächsten Schieberegisterstufe weitergeben. Bei der üblichen zeilenweisen Bildabtastung werden die codierten Bildpunktwerte dem Eingang 15 zugeführt und über den Umschalter 16 nacheinander in das Schieberegister 2 hinein?; geschoben, bis eine Bildzeile vollständig abgetastet und gespeichert ist, und dann wird der Schalter 16 auf den Eingang des Schieberegisters 4 umgeschaltet und die dem Eingang 15 zugeführten codierten Werte der nächsten Bildzeile werden in das Schieberegister 4 eingeschrieben, usw.. Die Länge der drei Schieberegister 2, 4 und 6 ist so bemessen, daß jedes gerade die Werte einer Bildzeile aufnehmen kann. Dann sind nach der Aufnahme von drei vollständigen Bildzeilen in den jeweils letzten drei Stufen x1 bis x9 der drei Schieberegister die Werte des ersten Teilbildes enthalten, und zwar in der in Fig. 1a angegebenen Verteilung. Die Ausgänge der Stufen x1 bis x4 der Schieberegister 2 und 6 sind mit einer Verknüpfungsanordnung 8 verbunden, in der die parallel anliegenden Werte dieser vier Stützstellen mittels einer Koeffizientenmatrix verknüpft werden, d.h. die Stützstellenwerte werden mit vier verschiedenen Sätzen von Koeffizienten multipliziert, und die Produkte bei jeder Multiplikation werden aufsummiert. Eine Realisierungsmöglichkeit dieser Verknüpfungsanordnung wird später beschrieben, und hier soll der Einfachheit halber nur angenommen werden, daß die vier Differenzwprte bzw.

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abgeleiteten Werte der Stützstellen des ersten Teilbildes nacheinander an einem Ausgang erscheinen. Bei einer Verknüpfungsanordnung, die diese vier Werte parallel erzeugt, kann dies durch einen nachgeschalteten Multiplexer erreicht werden. Die vier Werte werden über den Umschalter 18, der tatsächlich aus einer Anzahl paralleler Umschalter für die Bits der abgeleiteten Werte besteht, in der gezeichneten Stellung einem nichtlinearen Quantisierer zugeführt, und dessen Ausgang führt auf einen Prüfzeichengenerator, der aus jedem quantisierten Wert einzeln oder aus allen vier Werten zusammen ein Prüfzeichen berechnet und jedem Wert bzw. allen vier Werten zufügt. Der Ausgang 17 des Prüfzeichengenerators 14 ist mit einer Übertragungsstrecke bzw. einem Speicher verbunden, der hier nicht dargestellt ist.

Die Ausgänge der die Werte der Stützstellen enthaltenden Stufen der Schieberegister 2 und 6 sind außerdem mit einer zweiten Verknüpfungsschaltung 10 verbunden, mit der auch die Ausgänge der anderen Stufen der Schieberegister 2, 4 und 6, in denen die Werte

der Zwischenpunktevdes ersten Teilbildes enthalten sind, verbunden sind. Diese Verknüpfungsschaltung erzeugt aus den Werten der Stützstellen durch Multiplikation und Summation wieder Prädiktionswerte, und zwar für die Zwischenpunkte, von denen der Wert des Zwischenpunktes dann abgezogen wird, wie in den Gleichungen (2) angegeben ist. Auch diese Verknüpfungsschaltung 10 enthält also Multiplizierer, Summierer und einen Koeffizientenspeicher. Auch hier wird angenommen, daß die Differenzwerte der

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x5, x6 ... x9

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einzelnen Zwischenpunkte nacheinander am Ausgang erscheinen, was in gleicher Weise bei der Verknüpfungsschaltung 8 gegebenenfalls durch einen Multiplexer erreicht werden kann. Bevor die Differenzwerte jedoch nacheinander erzeugt werden, wird der Umschalter 18 durch ein Signal am Eingang 26 umgeschaltet, um den Ausgang der Verknüpfungsschaltung 10 mit dem Quantisierer und dem Prüfzeichengenerator zu verbinden. Die Differenzwerte werden dann nacheinander über den Umschalter 18 dem Quantisierer 12 zugeführt, dessen Ausgang zwar weiterhin mit dem Codegenerator 14 verbunden ist, jedoch werden zu den Werten für die Zwischenpunkte zweckmäßig keine Prüfzeichen mehr berechnet und zugefügt, da ein Übertragungsfehler, wie bereits erläutert wurde, sich nur in einem einzigen Bildpunkt auswirken kann.

Nach der Ausgabe der Werte für alle Zwischenpunkte eines Teilbildes werden in den Schieberegistern 2, 4 und 6 die Informationen um drei Stellen weitergeschoben, wodurch die Bildpunktwerte des ersten Teilbildes verschwinden und die Bildpunktwerte des zweiten Teilbildes in den bezeichneten letzten Stufen des Schieberegisters stehen. Nun kann der Zyklus der Verarbeitungsschritte von neuem beginnen, bis die drei Bildzeilen, d.h. die darauf liegenden Teilbilder, vollständig verarbeitet sind.

Dieser beschriebene Ablauf der Verarbeitungsschritte wird durch eine Taktsteuerung 32 gesteuert, die die von einem Taktgenerator 28 erzeugten Impulse in der richtigen Reihenfolge auf eine An-

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zahl Ausgänge 20 bis 30 verteilt, was durch eine/Zählschaltung erreicht werden kann. Zunächst werden vier Impulse am Ausgang 22 erzeugt, die dem gleich bezeichneten Eingang der Verknüpfungsanordnung 8 zugeführt werden, um die vier abgeleiteten Stützstellenwerte nacheinander zu erzeugen. Gleichzeitig werden über den Ausgang 30 Signale erzeugt und dem gleich bezeichneten Eingang des Prüfzeichengenerators 14 zugeführt, damit dieser aus den vom Quantisierer 12 erzeugten Codeworte für die Stützstellen Prüfzeichen bestimmt und diesen Codeworten zufügt. Danach erscheint am Ausgang 26 ein Impuls, der den Umschalter 18 in die entgegengesetzte Lage umschaltet. Nun folgen fünf Impulse am Ausgang 24, die dem gleich bezeichneten Eingang der Verknüpfungsanordnung 10 zugeführt werden, um die abgeleiteten Vierte für die Zwischenpunkte zu erzeugen. Während dieser Zeit wird durch ein entsprechendes Signal am Ausgang 30 der Prüfzeichengenerator gesperrt, so daß die Codewörter des Quantisierers 12 für die Zwischenpunkte nicht mit Prüfzeichen versehen werden. Nun werden am Ausgang 20 drei Schiebetakte erzeugt, die den gleich bezeichneten Schiebetakteingängen der Schieberegister 2, 4 und 6 zugeführt werden. Eventuelle zusätzliche Impulse an den Ausgängen 22 und 24, die abhängig vom gewählten Aufbau der Verknüpfungsanordnungen 8 und 10 .'notwendig sein können und die später erläutert werden, können sich daran anschließend bzw. mit den anderen Impulsen zumindest teilweise überschneiden. Die Erzeugung solcher Folgen von Impulsen kann bekanntlich mit Hilfe von Zählschältungen leicht vorgenommen werden.

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Dieser Zyklus von Verarbeitungsschritten wird nacheinander mit allen in den Schieberegistern 2,4 und 6 enthaltenen Teilbildern durchgeführt, bis die drei Bildzeilen abgearbeitet sind und diese Schieberegister leer sind. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die beim Weiterschieben der Information in den Schieberegistern 2,4 und 6 am Ausgang der Schieberegister erscheindenden Informationen verschwinden können, da sie nicht mehr benötigt werden.

Nun können die nächsten drei Bildzeilen verarbeitet werden. Bei einer willkürlich steuerbaren Abtastung werden dann drei Bildzeilen nacheinander abgetastet und wieder in die Schieberegister 2,4 und 6 eingeschrieben. Die erste von den drei Bildzeilen kann auch bereits bei der.Verarbeitung der vorhergehenden drei Bildzeilen mit den Schiebetakten, die die Informationen in den Schieberegistern 2,4 und 6 bei dieser Verarbeitung weiterschieben, eingeschrieben werden, um die Zeit besser auszunutzen. Bei einer kontinuierlichen Abtastung mit festgelegter Geschwindigkeit, wie es bei mechanischen Abtasteinrichtungen alldoppelt gemein der Fall ist, müssen die Schieberegister 2,4 und 6/vorhanden sein und nach Abtastung von je drei Bildzeilen periodisch umgeschaltet werden, wobei die Codierung von drei Bildzeilen mindestens ebenso schnell erfolgen muß wie die Abtastung von drei Bildzeilen.

Die Rücktransformation eines so codierten Bildes kann mit einer der Anordnung nach Fig.2 inversen Anordnung durchgeführt werden,

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die in Fig.3 dargestellt ist. Die am Ausgang 17 der Fig.2 erzeugten Signale werden in Fig.3 über einen Eingang 33 einer Anordnung 34 zugeführt, die die Codewörter für die Stützstellen anhand der Prüfzeichen auf Fehler prüft bzw. solche Fehler korrigiert, und danach alle Codewörter durch einen Dequantisierer in die ursprünglichen, von den Verknüpfungsanordnungen 8 und 10 der Fig. 2 erzeugten Werte zurückverwandelt. Da die nacheinander erzeugten abgeleiteten bzw. dekorrelierten Werte eines Teilbildes bei der Rekonstruktion parallel vorliegen müssen, werden diese jeweils zwischengespeichert. Dafür werden die rückgewonnenen abgeleiteten Werte der Stützstellen über den Umschalter 35 einem vierstufigen Schieberegister 36 zugeführt und durch eine Folge von vier Schiebetakten am Schiebetakteingang 37 eingeschrieben, und danach wird der Umschalter 35 auf das Schieberegister 38 umgeschaltet, und die abgeleiteten Werte der Zwischenpunkte werden durch fünf Schiebetakte am Schiebetakteingang 39 in dieses Schieberegister eingeschrieben.

Die Ausgänge des Schieberegisters 36 sind mit einer Verknüpfung sanordnung 40 verbunden, die die ursprünglichen Werte der Stützstellen zurückgewinnt und die in entsprechender Weise wie die Verknüpfungsanordnung 8 nach Fig.2 aufgebaut sein kann, wobei lediglich andere Koeffizienten verwendet werden, die sich aus der inversen Matrix ergeben. Bei der Verknüpfungsanordnung 40 wird jedoch angenommen, daß die Werte der vier Stützstellen

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an vier parallelen Ausgängen gleichzeitig erzeugt werden, was bei einer seriellen Erzeugung der Werte durch einen in der Verknüpfungsanordnung 40 angeordneten Serien-Parallel-Wandler in Form eines Schieberegisters erreicht v/erden kann, denn diese vier Verte werden in der Verknüpfungsanordnung 42, von der vier Eingänge mit den Ausgängen der Verknüpfungsanordung 40 verbunden sind, parallel benötigt. Außerdem sind die Ausgänge der Verknüpfungsanordnung 40 mit parallelen Eingängen von solchen Stufen von Schieberegistern 44,45 und 46 verbunden, daß darin die Anordnung der Werte der Stützstellen der Anordnung in den Schieberegistern 2,4 und 6 nach Fig.2 entspricht. Wenn die Schieberegisterstufen der Schieberegister 44,45 und 46 einzeln einschreibbar sind, können die Werte der Stützstellen in der Verknüpfungsanordnung 40 auch nacheinander erzeugt und durch einen Demultiplexer auf die vier Ausgänge nacheinander verteilt und in die Schieberegisterstufen eingeschrieben werden, wobei dann die entsprechenden vier Eingänge der Verknüpfungsanordnung 42 mit den Ausgängen dieser Schieberegisterstufen verbunden sein können.

Die Ausgänge des Schieberegisters 38 sind mit den weiteren Eingängen einer Verknüpfungsanordnung 42 verbunden, die die ursprünglichen Werte der Zwischenpunkte zurückgewinnt und die in gleicher Weise wie die Verknüpfungsanordnung 10 in.Fig.2 aufgebaut sein kann, jedoch ebenfalls mit den entsprechend anderen Koeffizienten. Für die Ausgänge dieser Verknüpfungsanordnung gilt das gleiche wie für die Ausgänge der Verknüpfungsanordnung

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40, nämlich daß bei serieller Erzeugung der Werte der Zwischenpunkte in der Verknüpfungsanordnung 42 ein Serien-Parallelwandler vorhanden ist, der die Werte der Zwischenpunkte an den Ausgängen der Verknüpfungsanordnung 42 parallel erzeugt, so daß diese beispielsweise gleichzeitig mit den Werten der Stützstellen in die daran angeschlossenen Stufen der Schieberegister 44,45 und 46 eingeschrieben werden können, oder in der Verknüpfung sanordnung 42 ist ein Demultiplexer vorhanden, und die an den Ausgängen nacheinander erscheinenden Werte der Zwischenpunkte werden nacheinander in diese Schieberegisterstufen eingeschrieben. Die Steuerung der Serien-Parallel-Wandler bzw. Demultiplexer erfolgt durch Taktsignale an den Eingängen 41 bzw. 43, die von den gleichbezeichneten Ausgängen einer Taktsteueranordnung 48 erzeugt werden, in der beispielsweise mittels Zählschaltungen die Taktimpulse eines Taktgenerators 47 in der notwendigen Folge erzeugt werden. Diese Taktsteurung 48 erzeugt auch die Einschreibsteuertakte am Eingang 49 der Schiebe-, register 44,45 und 46 sowie die nach der vollständigen Rückgewinnung der Werte eines Teilbildes erforderlichen Schiebetakte an den Schiebetakteingängen 37 und 39 der Schieberegister 36 bzw. 38 für die Übernahme der zurückzuwandelnden Werte des nächsten Teilbildes.

Wenn die Ausgabe des zurückgewonnenen Bildes zeilenweise erfolgen soll, müssen die Schieberegister 44,45 und 46 jeweils die Kapazität einer ganzen Bildzeile haben, so daß aie nach

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der Rückgewinnung einer ganzen Zeile von Teilbildern nacheinander ausgelesen werden können.

Die Verknüpf ungsschaltungen 8 und 10 nach Fig. 2 bzw. 40 und 42 nach Fig.3 können auf verschiedene Weise leicht realisiert werden, da die an den Eingängen anliegenden Werte bzw. abgeleiteten Werte der Stützstellen lediglich mit verschiedenen Koeffizienten multipliziert und die dabei entstehenden Produkte sowie im Falle der Verknüpfungsschaltungen 10 und 42 außerdem die an den übrigen Eingängen anliegenden Werte entsprechend aufsummiert werden müssen. Die Verknüpfungsschaltungen 8 und bzw. 40 und 42 müssen also Multiplizierer, Summierer und Koeffizientenspeicher für jeweils mehrstellige Dualzahlen enthalten, die in der Technik bekannt sind. Da jedoch insbesondere Multiplizierer für mehrstellige Dualzahlen etwas aufwendig sind, ist es zweckmäßig, soweit die Verarbeitungsgeschwindigkeit dies zuläßt, möglichst wenige Multiplizierer zu verwenden und die Ausgangswerte seriell zu erzeugen.

Ein Beispiel für die Verknüpfungsschaltung 8 bzw. 40 ist in Fig.4a dargestellt. Darin sind also vier Multiplizierer 50,52, 54 und 56 für jeweils mehrstellige Dualzahlen enthalten, deren einen Eingängen die zu verarbeitenden Werte der Stützstellen zugeführt werden. Die anderen Eingänge der Multiplizierer erhalten die Koeffizienten aus dem Speicher 60, der hier als Schieberegister dargestellt ist. Dieses Schieberegister enthält

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beispielsweise die Koeffizienten der in Fig.3b dargestellten Matrix, und zwar spaltenweise nacheinander. Dadurch werden also in einem Augenblick den Multiplizierern 50 bis 56 die Koeffizienten der ersten Zeile der Matrix angeboten. Die Produkte an den Ausgängen der Multiplizierer werden dem Summierer 58 zugeführt, der an seinem Ausgang dann den abgeleiteten Wert der ersten Stützstelle liefert. Danach erhält das Schieberegister 60 über den Eingang 22 einen Schiebetakt, und damit werden den Multiplizierern 50 bis 56 die Koeffizienten der zweiten Matrixzeile angeboten, usw.. Das Schieberegister 60 ist im Kreis geschlossen, so daß die am Ende erscheinende Information wieder in den Eingang eingeschrieben wird und nicht verlorengeht, da die Koeffizienten ja ständig wieder benötigt werden. Auf diese Weise erscheinen die verarbeiteten, d.h. die abgeleiteten Werte der Stützstellen am Ausgang des Summierers 58 nacheinander. Bei der Verknüpfungsschaltung 8 in Fig. 2 v/erden diese Werte in serieller Form weiter verarbeitet, während bei der Verknüpfungsanordnung 40 in Fig.3, wie bereits beschrieben, dem Serienausgang ein Serien-Parallel-Wandler oder ein Demultiplexer nachgeschaltet werden muß. Nach der Verarbeitung der vier Stützstellen muß bei dem in Fig.4 dargestellten Aufbau der Verknüpfungsanordnung durch zusätzliche Schiebetakte an dem Eingang 22 bzw. 41 dafür gesorgt werden, daß der Inhalt des Schieberegisters 60 wieder die ursprüngliche Stellung einnimmt, entweder durch entsprechend viele Schiebetakte in entgegengesetzter Richtung, oder falls das Schieberegister nur eine Schiebe-

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richtung besitzt, durch Zufuhr von weiteren zwölf Schiebetakten, um einen vollständigen Umlauf zu vollenden.

Da die Koeffizienten normalerweise durch mehrstellige Dualzahlen gebildet werden, muß jede Schieberegisterstufe des Schieberegisters 60 mehrere Speicherstufen besitzen. Um den Aufwand für dieses Schieberegister bei bestimmten Anordnungen der Koeffizienten in der Matrix, wie beispielsweise in Fig.5b dargestellt, zu verringern, kann das Schieberegister in der in Fig. 5a" dargestellten Weise aufgebaut werden. Hier besitzt das Schieberegister nur vier Stufen 70,72,74 und 76, die ebenfalls je ein mehrstelliges Dualwort aufnehmen. Zunächst sind die Koeffizienten in der in der ersten Matrixzeile der Fig 5b angegebenen Verteilung in den Stufen gespeichert. In der dargestellten Stellung der Schalter 80 bis 86 enthalten die Stufen die Koeffizienten in der in der zweiten Matrixzeile dargestellten Verteilung. Nun werden alle Schalter 80 bis 84 in die entgegengesetzte Lage umgeschaltet, und nach dem zweiten Schiebetakt am Eingang 32 enthalten die Stufen 70 bis 76 die Koeffizienten in der in der dritten Matrixzeile dargestellten Verteilung. Nun werden die Schalter 80 bis 86 wieder in die gezeichnete Darstellung zurückgeschaltet, und nach dem dritten Schiebetakt am Eingang 32 sind die Koeffizienten entsprechend der vierten Matrixzeile verteilt. Wenn danach die Schalter 80 bis 86 wieder in die entgegengesetzte Lage umgeschaltet werden, ist nach dem vierten Schiebetakt am Eingang 22 wieder die Anfangsverteilung der Koeffizienten erreicht. Das Umschaltsignal

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für die Schalter 80 bis 84 kann dabei ebenfalls von der Taktsteuerung 32 erzeugt werden.

Ein Beispiel für eine Anordnung zur Dekorrelation der Zwjschenwerte ist in Fig.6 dargestellt. Darin ist ein Addierer 90 vorhanden, der jeweils die Werte von 2 Stützstellen addiert. Dieser Addierer 90 ist ebenso wie der weitere Addierer 93, die Subtrahierer 92 und 95 sowie die Multiplizierer 91 und 9h für die Verarbeitung mehrstelliger Dualzahlen ausgelegt.. Die vom Addierer 90 erzeugte Summe der Werte der beiden Stützstellen werden einem Multiplizierer 91 zugeführt, der diese Summe mit einem Koeffizienten b₁ multipliziert. Wie bereits früher erwähnt, können die waagerechten und senkrechten Korrelationskoeffizienten der Stützstellen ohne großen Fehler als gleich angenommen werden, eo daß der Koeffizient b^ des Multiplizierers 91 immer den gleichen Wert hat.

Das Ausgangssignal des Multiplizierers 91» dessen Wert der Prädiktionswert für den entsprechenden Zwischenpunkt ist, wird dem positiven Eingang einer Subtrahierstufe 92 zugeführt, deren Subtrahiereingang das Signal des entsprechenden Zwischenpunktes erhält. Die Zuordnung der Verknüpfung der Stützstellen x1,x2, x3 und x4, deren Werte an den entsprechend bezeichneten Eingängen angelegt werden, zu den Zwischenpunkten x5, x6, x8 und x9, deren Werte ebenfalls an den entsprechend bezeichneten Ein-

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gangen angelegt werden, wird durch die Steuerung der Umschalter 98, 99 und 100 über den Dekoder 97 erreicht. Dieser Dekoder 97 ist an einen Zähler 96 angeschlossen, der die am Eingang 24 anliegenden, von tier Taktsteuerung 32 in Fig. 2 erzeugten Taktsignale als Zähltakt erhält. Die Schalter 98 und 99, deren Stellungen gekoppelt sind, wie die gestrichelte Linie andeutet, und die ebenso wie die übrigen Umschalter zweckmäßig als Halbleiterschalter in Form von Verknüpfungsgliedern ausgeführt sind, schalten bei jedem Taktsignal am Eingang 24 eine Stellung weiter und beginnen dann wieder bei der ersten Stellung, während der Schalter 100 jeweils bei jedem zweiten Taktsignal umschaltet. Dadurch wird die gegebene Rechenvorschrift für die Erzeugung der Differenzwerte für die Zwischenpunkte ausgeführt, wie sich leicht nachprüfen läßt. Dabei wird zur Vereinfachung der Steuerung der Differenzwert für den mittleren Zwischenpunkt x7 am Schluß erzeugt, wenn auch die Reihenfolge der Erzeugung der Differenzwerte für die Zwischenpunkte belanglos ist, solange bei der Rekonstruktion die gleiche Reihenfolge eingehalten wird.

Für die Erzeugung des mittleren Zwischenpunktes x7 werden in dem Addierer 93 die Werte aller 4 Stützstellen x1 bis x4 addiert, und das Ergebnis wird dem Multiplizierer 94 zugeführt, der die Summe mit dem Koeffizienten b₂ multipliziert. Der Ausgang des Multiplizierers 94 ist mit dem positiven Eingang einer Subtrahierstufe 95 verbunden, deren Subtrahiereingang den Wert des mittleren Zwischenpunktes x7 erhält. Die Ausgänge der Subtrahierstufen 92 und 95 sind über einen Umschalter 101 mit dem PHD 76-158 809811/0133 " ²³ "

Ausgang der Verknüpfungsanordnung verbunden. Dieser Umschalter 101 wird ebenfalls von dem Dekodierer 97 gesteuert, der beispielsweise während 4 Taktsignalen am Eingang 24 den Umschalter 101 in der gezeichneten Stellung hält, bis die Differenzwerte für die Zwischenpunkte x5,x6,x8 und x9 erzeugt sind, und dann in die entgegengesetzte Lage umschaltet, wodurch der Differenwert für den Zwischenpunkt x7 am Ausgang erscheint.

Da der Ausgang des Umschalters 101, d.h. der Ausgang der Verknüpfungsanordnung 10, auf den Umschalter 26 führt, wie aus Fig.2 hervorgeht, können die beiden Umschalter 101 und 26 auch zu einem Umschalter mit drei Stellungen vereinigt werden.

Die in Fig.6 dargestellte Anordnung kann auch in der Weise abgewandelt werden, daß für die Erzeugung des Differenzwertes für den Zwischenpunkt x7 der vom Addierer 90 kommende Eingang des Multiplizierers 91 auf den Ausgang des Addierers 93 umgeschaltet wird und der Schalter 99 noch einen fünften Eingang erhält, über den der Wert des Zwischenpunktes x7 zugeführt wird. Dann kann der Umschalter 101 entfallen, da dann der Ausgang des Subtrahierers 92 direkt den Ausgang der Verknüpfungsanordnung darstellt.

PHD 76-138 PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE: n«/ni„

1.'Verfahren zum redundanzvermindernden Codieren der Werte der Bildpunkte von zeilenweise abgetasteten, in Zeilen und Bildpunkte matrixartig eingeteilten Bildern, bei dem mindestens für einen Teil der Bildpunkte der Differenzwert zwischen dem tatsächlichen Wert des Bildpunktes und einem aus den Werten anderer Bildpunkte gewonnenen prädiktiven Wert gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildmatrix in aneinandergrenzende, gleich große quadratische Teilbilder eingeteilt wird, daß die Werte der Bildpunkte von den Bildzeilen, die von einer Zeile von Teilbildern bedeckt werden, zwischengespeichert werden, daß in jedem Teilbild eine Anzahl etwa gleichmäßig über das Teilbild verteilter Bildpunkte als Stützstellen für sich transformiert oder durch prädiktive Differenzbildung dekorreliert werden, daß für jeden der übrigen Zwischenpunkte nur aus den Stützstellen des zugehörigen Teilbildes ein Prädiktionswert bestimmt und der Differenzwert zwischen diesem und dem tatsächlichen Wert des Zwischenpunktes gebildet wird, daß die transformierten Werte bzw. die Differenzwerte einem Quantisierer zugeführt werden, und daß mindestens dem Codewort bzw. den Codewörtern für die Stützstellen Prüfzeichen zugefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstellen im Teilbild so angeordnet sind, daß jeder Zwischenpunkt in waagerechter,senkrechter oder diagonaler Richtung unmittelbar zwischen zwei ätützstellen eines Teilbildes liegt.

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ORIGlNAL INSPECTED

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stützstellen durch prädiktive Differenzbildung dekorreliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Differenzwerte die Werte der StütasiBllen mit Koeffizienten multipliziert werden, die für das ganze Bild gleich sind, und die Produkte aufsummiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Differenzwertes für jeden Zwischenpunkt die Werte der benachbarten Stützstellen mit Koeffizienten multipliziert werden, die für das ganze Bild gleich sind, und daß Produkte sowie der Wert des Zwischenpunktes selbst aufsummiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten für alle Zwischenpunkte bei waagerecht oder senkrecht benachbarten Stützstellen gleich sind.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zeilenzahl der vorgegebenen Teilbilder gleiche Anzahl Schieberegister (2,4,6) vorhanden sind, von denen jedes die Werte aller Bildpunkte einer Bildzeile speichert, daß an die Ausgänge der die Werte der Stützstellen des letzten in den Schieberegistern gespeicherten Teilbildes enthaltenden Stufen (x1, x2, x3, x4) der Schieberegister eine erste Verknüpfungsschaltung (8) zur Er-

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264(1157.

zeugung der transformierten Werte bzw. der Differenzwerte der Stützstellen angeschlossen ist, daß an diese Ausgärige ferner eine zweite Verknüpfungsschaltung (10) angeschlossen ist, deren weiteren Eingänge mit den Ausgängen der die Werte der übrigen Bildpunkte des letzten Teilbildes enthaltenden Stufen (x5, x6, x7, x8, x9) der Schieberegister verbunden sind, daß die Ausgänge der Verknüpfungsschaltungen über einen Umschalter abwechselnd über einen Quantisierer (12) mit einem Prüfzeichengenerator (14) verbunden sind, der mindestens aus den die Stützstellen angebenden Codewörtern Prüfzeichen erzeugt und diesen Codewörtern zufügt, und daß eine Taktsteuerung (16) nach Verarbeitung aller Bildpunkte eines Teilbildes dem Schiebetakt-Eingang (20) der Schieberegister eine der Zeilenzahl der Teilbilder gleiche Anzahl Schiebetakte zuführt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verknüpfungsanordnung (8) einen Speicher (60) zum Speichern der Koeffizientenwerte sowie eine Anzahl an die Speicher und an die Eingänge der Verknüpfungsanordnung angeschlossene Multiplizierer (50 bis 56) sowie für je eine Gruppe von so vielen Multiplizierern, wie ein Teilbild Stützpunkte enthält, eine Summierschaltung (58) enthält, die die von den Multiplizierern erzeugten Ausgangswerte vorzeichenrichtig summiert.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (60) ein Schieberegister ist, daß nur eine Gruppe von

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Multiplizierern (50 bis 56) und nur ein Summierer (58) vorhanden ist, wobei die Multiplizierer an solche Elemente des Schieberegisters angeschlossen sind, daß nach jedem Schiebetakt den Multiplizierern ein anderer Satz von Koeffizientenwerten zugeführt wird, so daß der Summierer die einzelnen Werte eines Teilbildes nacheinander erzeugt.

9. Anordnung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verknüpfungsanordnung (10) einen ersten Addierer (90) enthält, dessen Eingänge über Umschalter (98,100) nacheinander mit verschiedenen Kombinationen der Ausgänge von jeweils zwei die Stützstellen enthaltenden Schieberegisterstufen (x1,x2,x3,x4) verbunden werden und dessen Ausgang über einen ersten Multiplizierer (91)» dessen Multipliziereingang einen festen Wert (b^) erhält, mit dem positiven Eingang eines ersten Subtrahierers (92) verbunden ist, dessen Subtrahiereingang über einen weiteren Umschalter (99) nacheinander mit den Ausgängen der die entsprechenden Zwischenwerte enthaltenden Schieberegisterstufen (x5,x6,x8,x9) verbunden wird, daß ein zweiter Addierer (93) vorhanden ist, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Schieberegisterstufen, die die Werte der jeweils einem Zwischenpunkt (x7) unmittelbar benachbarten vier Stützstellen (x1,x2,x3,x4) enthalten, verbunden sind und dessen Ausgang über einen zweiten Multiplizierer (9^0 mit dem positiven Eingang eines zweiten Subtrahierers (95) verbunden ist, dessen Subtrahiereingang den Wert des entsprechenden Zwischenpunktes (x7) erhält, und daß die Ausgänge der beiden Subtrahierer über einen Umschalter (101) mit dem Ausgang der zweiten Verknüpfungsanordnung verbunden sind. 8 0 9 8 1 Ϊ/Ö 1 3 3

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