RANGE-PREDICTIVE CODE MODULATION METHOD WITH SIGNAL-ADAPTIVE BIT-RATE REDUCTION

Abstract: 1. Predictive quantizing method for the coding of a predicted range of values, a domain which is classified according to a defined criteria in a expected quantity of high occurance probability characterized by the fact that the expected quantity takes into consideration all relevant diverging expective parameters (predictions) technically obtainable from a signal development, to define thereby an expected range quantizable according to its size limited by a minimum and a maximum, whereby the quantizing values may be selected according to its points of accumulation.

Description: Bereichsprädiktives Code-Modulationsverfahren mit signaladaptiv reduzierter bit-Rate. II) V e r f a h r e n s - B e s c'h r e i b u n g Die Erfindung beschreibt ein bereichsprädiktives Code-Modulationsverfahren auf der Basis eines in der deutschen Offenlegungsschrift DE 30 20 061 Al beschriebenen mehrfach adaptiven (D)PCM-Quantisierungsverfahrens, mit dessen Hilfe hier signaladaptiv reduzierte bit-Raten erzielt werden sollen. 1. Stand der Technik t.t- Konventionelle prädiktive Verfahren, wie insbesondere die Differenz-Puls Code-Modulation (DPCM) beruhen insbesondere auf einer punktuellen Signalwert Vorhersage. Um diesen Prädiktionswert (Schätzwert) herum wird sekundär eine von der Übertragungsrate abhängige Anzahl diskreter Abweichungswerte gelegt. Diese werden binär codiert. Die zutreffende Abweichung wird mittels Codewort des repräsentativen diskreten Abweichungswertes übertragen. 1.2. Eine wesentliche Verbesserung stellt die adaptive DPCM (ADPCM) dar. Aufgrund subjektiver Erfahrungen beruhende Fehlertoleranz wird hierbei genutzt1 un signaladaptiv primär davon abhängige, tolerable Schrittweiten festzulegen. Aus verschiedenen subjektiv zulässigen Schrittweiten-Gruppierungen ergeben sich sekundär, aufgrund fester Übertragungsrate (aus der Stufenzahl), Quan tisierungsbereiche unterschiedlicher Weite. t.3. Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, indem in der Nähe der abso luten Signalbereichsgrenzen die zum Prädiktionswert unmöglichen Abweichungen, wegen Bereichsüberschreitung,garnicht berücksichtigt werden. Dies wird,ent sprechend W.Kehler: Bereichsprädiktives Code-Modulationsverfahren; Pat. -Beschreibung S.2 sprechend der Auslegeschrift 2 124 o60 des Deutschen Patentamts, ebenfalls genutzt (vgl. dort, Spalte 3, Zeile 8 bis 12). 1.4. Die tsredundanznindernde, mehrfach adaptive Quantisierung eines Wertebereichs, besonders geeignet zur optimierten Codierung und Decodierung von (D)PCM Signalen bei fester bit-Rate gemäss DE 30 20 061 Al, weicht erstmals davon ab, dass nur e i n meist durch (gewichtete) Mittelwertbildung bestimmter Prädiktionswert ermittelt wird, um den sekundär(aus Stufungskriterien)ein Quantisierungsbereich gelegt wird. Erstmals wird,als Alternative hierzu, die primäre Festlegung einer aus einem vorhersehbaren Signalbereich (Erwar tungsbereich) hervorgehenden Erwartungsmenge(für Signalwerte) ermöglicht. Ein Erwartungsbereich bedarf zu seiner Festlegung, anders als ein konventio neller Prädiktionswert, mindestens zwei vorhersehbare Parameter. Diese wer den von mehreren Funktionen bzw. einer (mehrparametrigen) Erwartungsfunktion geliefert, die vom konventionellen Prädiktionswert unabhängig ist, indem sie letzteren höchstens als einen von mehreren Parametern benutzt. Erst sekundär folgt daraus eine Bereichsciuantisierung. Der Unterschied zwischen dem oben beschriebenen ??Quantisierungsbereichll und einer !tBereichsquantisie- rungtsseines Erwartungsbereichs für das Signal, beschreibt Redundanz. Die ide ale Erwartungsmenge dieses Erwartungsbereichs wird alle nur irgendwie aus einem Signal ermittelbaren divergierenden(z) Vorhersagen berücksichtigen. Sie weicht damit prinzipiell von konventionellen Quantisierungabereichen ab. Gemäss DE 30 20 061 Al wird, bei fester bit-Rate, die Redundanz zwischen den Verfahrensweisen zur Optimierung von Quantisierungsbereichen genutzt. 2. Kritik, neue > iöglichkeitem 2.1. Die Nutzung von Redundanz zur Reduktion der (mittleren) Übertragungsrate liegt nahe, ist aber in DE 30 20 061 Al noch nicht als Anwendungsmöglichkeit jenes zum Teil bereichsprädiktiven Verfahrens genannt. Hier soll die Erfin dung Abhilfe schaffen, indem sie Wege zur Reduzierung der bit-Rate aufzeigt. Dazu muss der sehr weitläufigen Auffassung einer Erwartungsmenge gemäss DE 30 20 061 A1,die Vorstellung entgegengesetzt werden, dass aus quasiperio dischen Signalen technischer Anwendungsfälle annähernd ideale Erwartungs mengen vorhersehbar sind, wie oben beschrieben. Zugrundegelegt werden muss diesbezüglich die ausreichend schnelle Abrufbarkeit der gesamten relevanten Signalentwicklung innerhalb eines ausreichend langen Zeitraums. Unvorherseh barkeiten absoluter Art können jedoch keinesfalls Gegenstand irgendeines prädiktiven Verfahrens sein und bleiben entsprechend auch hier unberücksich tigt. Die Entwicklung ausreichend grosser und schneller Speicher bildet je denfalls die Grundlage für die Weiterentwicklung prädiktiver Verfahren. 3.Das neue Verfahren W. Kehler: Bereichsprädiktives Code-Modulationsverfahren; Pat.-Beschreibung, S.3 3. Das neue Verfahren 3.1. Neue Speichertechniken ermöglichen den schnellen Zugriff auf grosse Signal datenmengen und deren rasche Verarbeitung. Die näherungsweise Ermittlung von Idealen Erwartungsmengen ist damit auch für komplexe Signalverläufe möglich geworden. Während der Begriff Erwartungsmenge noch subjektive Defi nitionsmöglichkeiten offen lässt, ist die Ideale Erwartungsmenge derart zu sehen, dass sie alle nur denkbaren divergierenden (I) Parameter und sonst dem Signalverlauf extrahierbaren Erwartungsfunktionen berücksichtigt. Letztere lassen sich zu einer einzigen mehrparametrigen Erwartungsfunktion zusammen fassen. Die Patentansprüche sind, ebenso wie die Verfahrensbeschreibung, als anschaulich von Idealen Erwartungsmengen ausgehend zu verstehen. In der tech nischen Realisation kann jedoch nur gelten, dass mindestens zwei Erwartungs parameter (auch Prädiktionen im engen konventionellen Sinn) die Erwartungs menge festzulegen helfen (zentrieren). Subjektive Aspekte, auch wenn sie von Signalgegebenheiten abhängen (vgl. ADPCM), sind ebensowenig ttErwartungspara- meter wie irgendwelche technisch-physikalischen Gegebenheiten oder ein vom Anwender z.B. festgelegter Gesichtspunkt. Der Begriff ist ausschliesslich signal- und wahrscheinlichkeitsbezogen. Selbstverständlich wird auch das neue Verfahren bereits bekannte Techniken zur zusätzlichen Redundanzverrin gerung, insbesondere die Möglichkeit subjektiv zulässiger Schrittweiten nebenher nutzen müssen,um eine Codeoptimierung zu erreichen. Zwecks Reduk tion der Übertragungsrate wird dabei als wesentlichste Gegebenheit der unter Punkt 1.4. erkennbare Unterschied zwischen dem konventionellen Quantisierungs- bereich und einem meist wesentlich engeren Idealen Erwartungsbereich bzw. der zugehörigen Idealen Erwartungsmenge nutzbar. 4. Realisierungsfälle 4.1. Bei Videoaufzeichnungen kann primär aus jeder orthogonalen Richtung (x,y,t) eine gezielte Prädiktion versucht werden. Zusätzlich kann nach konventio nellem Muster eine Art (gewichteter) Mittelwert-Prädiktion aus den Umge bungspunkten gemacht werden. Der Streubereich dieser Werte liefert eine praktisch Ideale Erwartungsmenge, sofern innerhalb eines hinreichend weiten Beobachtungskegels längs der Zeitachse keine Bewegung erkannt wird. Jeder darüber hinausgehende Quantisierungsbereich nach konventionellem Muster ist redundant. Eine exakte Abschätzung aus der Zeitachse in Form eines punktuel len Prädiktionswertes wird andererseits durch Rauscheffekte meist verhindert. Wird Bewegung erkannt, so bleibt der Charakter einer Erwartungsmenge erhalten, sie kann aber nur noch eine nichtideale bzw. mögliche Erwartungsmenge sein. Immerhin lässt sich die Änderungstendenz der Bewegung feststellen und als wei terer Erwartungsparameter einbringen. Der Erwartungsbereich für die Änderung liefert die in DE 30 20 061 Al schon erwähnte Abkehr von redundanter Symmetrie. 4.2. Die fiktive (4) Namensgebung W. Kehler: Bereichsprädiktives Code Modulationsverfahren; Pat.-Beschreibung, 5.4 4.2. Die fiktive Annahme einer sehr scharfen, bewegten Schwarz-Weiss-Kante lässt auch in anderer Hinsicht die Nützlichkeit der Definition eines Idealen Erwartungsbereichs bzw. einer Idealen Erwartungsmenge erkennen. Für eine bewegungsgefährdete Prädiktions-Adresse (Bildpunkt-Koordinaten) wird der Ideale Erwartungsbereich alle Werte zwischen schwarz und weiss enthalten. Die Ideale Erwartungsmenge der scharfen Kante besteht jedoch ausschliesslich aus den beiden Werten schwarz und weiss, ist also mit einem bit codierbar' Die Ideale Dynamische Erwartungsmenge, die hier theoretisch mit zwei Werten auskäme, wird im Fall unscharfer Kanten Repräsentativwerte enthalten müssen, die den gesamten Erwartungsbereich abdecken, was praktisch stets der Fall sein wird. Die Idealisierung lässt jedoch erkennen, dass eine Restmenge durch aus innerhalb eines Erwartungsbereichs bzw. zwischen Werten einer Erwartungs menge liegen darf(vgl. Anspruch 1b). Auch wird ein Unterschied zur vorher beschriebenen Definitionsmöglichkeit deutlich, die nun als Ideale Statische Erwartungsmenge gedeutet werden kann. Aus beiden Definitionen liesse sich wiederum eine Ideale Gesamt-Erwartungsmenge herleiten,usw. - Vgl. Anspruch 4. In diesem Fall wird aber auch deutlich, dass konventionelle Verfahren derartige Fälle garnicht codieren (Ausnahme: Die nichtprädiktive PCM). Erst bereichs prädiktive Verfahren eröffnen solche Möglichkeiten prinzipiell. Besonders deutlich verhält sich die Bereichsprädiktion der konventionellen punktuellen Wert-Prädiktion in allen Fällen überlegen, bei denen ein Streuungsmass ange geben werden kann, das jede Mittelwertbildung mathematisch sinnvoll ergänzt (mithin auch bei der Berechnung von Prädiktionswerten konventioneller Art eine zusätzliche Möglichkeit'). Üblicherweise lässt sich der Streuung noch eine Vorzugsrichtung zuordnen, wie bereits erklärt worden ist. 4.3. Bildfolgen lassen eine sehr anschauliche Erklärung der erwähnten Fakten, Definitionen und Möglichkeiten zu. Es erscheint jedoch wichtig, darauf hinzuweisen, das die Beschreibungen auf alle quasiperiodischen Vorgänge anwendbar sind( 0szilloskopbilder machen dies besonders deutlich. 4.4. Neben dem Fall verschiedener Erwartungsmengen gemäss 4.2. tritt insbesondere die zu einer Erwartungsmenge fremde Restmenge als weitgehend frei wählbarer Parametersatz auf. Die Restmenge ist dort von dominierender Bedeutung, wo die Wahrscheinlichkeit für Signalwerte ausserhalb der Erwartungsmenge gross ist. Hier sei ihre Nützlichkeit am Beispiel einer sehr engen Erwartungsmenge erklärt: In einer quasi-rauschfreien Bildfolge sind oft viele Bildanteile statisch. In einem nicht bewegungsgefährdeten Punkt reduziert sich die Ideale Statische Erwartungsmenge (vgl. 4.2.) auf den Signalwert des vorigen Bildes. Liegt der Signalwert des aktuellen Bildes gleich, S9 gSndgt die Uber- tragung¯eineµ Rennungsbits ("1"). Andernfalls wird nach den inversen Kennungs bit ("o") für die Restmenge ein Lokalisierungs-Codewort übertragen. 3. Unterschiede W. Kehle: Bereichsprädiktives Code-Modulationsverfahren; Pat.-Beschreibung S.5 5. Unterschiede 5.1. Eine Bereichsprädiktion unterscheidet sich grundlegend von der Festlegung von Quantisierungsbereichen herkömmlicher DPCM-Verfahren. Dort liefert ein punktueller Prädiktionswert jenen zentralen Stützpfeiler, um den herum nach zweckmässigen Kriterien ein Quantisierungsbereich(für Abweichungen) aufgebaut wird. Die Weite des Bereiches ist nicht von der erwarteten Streuung abhängig. Insbesondere liegt neben dem Prädiktionswert kein un mittelbarer Erwartungsparameter vor. In DE 30 20 061 Al werden erstmals über weitere Erwartungsparameter Erwartungsmengen erzeugt, die allerdings nicht von zuvor dafür festgelegten Erwartungsbereichen (s.i.4.) ausgehen müssen. Die Definition von Erwartungsmengen erscheint dort bewusst diffuser gehalten, um den vielfältigen Möglichkeiten gerecht zu werden, die zur Festlegung einer nicht nur auf çigm Erwartungswert basierenden Wertemenge geeignet sind. Da eine Erwartungsmenge auch als Erwartungsbereich aufgefasst werden kann, lässt es sich für diesen Sonderfall als bereichsprädiktives Verfahren deuten: Das neue Verfahren geht erfindungsgemäss den umgekehrten Weg, legt also pri mär in jedem Fall einen Erwartungsbereich fest. Von willkürlichen Zusatz parametern abgesehen, die auch technisch oder subjektiv bedingt werden, wird streng gemäss 1.4. vorgegangen (Erwartungsmenge folgt aus Erwartungsbereich). 5.2 Unter 4.4. ist ein Fall geschildert, welcher der Definition einer Erwartungs menge dann nicht bedarf, wenn sich der Erwartungsbereich auf einen Prädik tions-Punkt reduziert. In der Praxis steht dem das Grundrauschen (Filmkorn) meist entgegen. Der Unterschied zu konventioneller DPCM wird jedoch klar, sobald im Anschluss an das ennungsbit Lokalisationscodes unterschiedlicher Länge vorgesehen werden. So können für die Lokalisation innerhalb der Erwar tungsmenge zusätzlich ein bis drei, für die Restmenge umgekehrt vier bis ein bit, je nach Signalzustand, vorgesehen werden. - Ansprüche 1c, 2c; 3a,b,c. Dies läuft auf eine Codewort-Längenprädiktion hinaus, die nach konventionel ler Vorgehensweise entfallen muss. W. Kehler: Bereichsprädiktives Code-Modulationsverfahren; Pat.-Beispiele 5.1 III) B e i s p i e l e 1. Als erstes Anwendungsbeispiel sei der unter 5.2 genannte Fall(in Verbin dung mit 4.4) erwähnt. Hier kann die Sicherheit der Abschätzung von Er wartungsmengen gegen Übertragungsbits aufgerechnet werden, besonders inner halb der mit hoher Sicherheit statischen Bildbereiche. Als idealer Grenzfall ist bei zusätzlicher Rauschfreiheit ein bit Übertragungsrate gemäss 4.4. nötig. Stellt man dennoch zwei bit zur Verfügung, so lässt sich sogar sukzessiv von Bild zu Bild das Quantisierungsrauschen abbauen,(das durch die stets diskre ten Werte entsteht,)sobald Bildteile statisch sind. - Ansprüche lc, 2c; 3a,b,c 2. Das zweite Beispiel betrifft Sprungerwartungen (bzw. eine Art Rampenfunktion) sobald bewegte Kanten die Prädiktions-Adresse(aktueller Bildpunkt} gefährden. Ein extremes Beispiel wurde unter 4.2. angegeben. Praktisch liegt stets der Fall vor, dass eine Dynamische Erwartungsmenge rechts oder links (!) zur Sta- tischen Erwartungsmenge auftaucht. Hier zeigt sich die zusätzliche Redundanz aller herkömmlicherweise symmetrisch um einen Prädiktionswert herum operie renden Verfahren, selbst bei fester Übertragungsrate, da die Abweichungser wartung gerichtet (positiv oder negativ) sein wird. Im Idealfall ist dann bei fester Übertragungsrate ein bit redundant. - Ansprüche la, 2a; (3a) 3. Natürlich kann jede Dynamische Erwartungsmenge als zur statischen komplemen- tär betrachtet werden. Damit wäre sie eine zu erwartende Restmenge bzgl. dem Beispiel 2. - Ansprüche 1C, 2c; 3c; 5 4. Prinzipiell lässt sich der Grad der Näherung in einer Erwartungsmenge stufen a) l !? = Erwartungsmenge, dann sukzessiv codiert (vgl. Ansprüche) b) 11. = = Erwartungs-Kernmenge und, falls unbedingt erforderlich c) "111 = Prädiktionswert mit enger Toleranz (dritte Stufe weniger günstig) Eine Codierungs-Null lässt die Deutung eines Restmengen-Charakters innerhalb der Erwartungsmenge zu. Dies kann implizieren, dass der Code für jede Null um ein bit verlängert wird (der Anmelder kann hierbei jedoch nur unter Aus schluss von Fall c) Vorteile erkennen, sofern die engen sukzessiv zentral zueinander liegen, was aber nicht der Fall zu sein braucht).Eine zwei-bit Minimalcodierung in statischen Bildgebieten erscheint jedoch vorteilhaft, mithin eine Anwendung der Fälle a) und b) bei ein bis drei bit Übertragungs rate, sowie einem Abbruch nach ein bis drei Stellen mit "1. Vgl. auch unter 4.4 bzw. 4.2. Stets wird hier die Wahrscheinlichkeit gegen Übertragungsbits aufs Spiel gesetzt. Ansprüche ia,c, 2a,c; 3a,b; 4 3. Signalisiert das Kennungs-bit, dass ein enger(tolerabler) Erwartungsbereich in statischen Bildgebieten verfehlt wurde, so wird ein reiner Restmengen code W.Kehler: Bereichsprädiktives Code-Modulationsverfahren; Pat.-Beispiele S.2 code übertragen. Doch entspräche hier lediglich der Restcode den Ansprüchen unter 1b und 2b. Praktisch wichtiger im Hinblick auf diese Ansprüche er- scheint jener Fall in dem eine Statische Erwartungsmenge mit hoher Sicher heit nicht erreicht wird, weil mit Sicherheit eine Bewegungsfront eintrifft mithin eine Dynamische Erwartungsmenge massgebend wird.-Anspr.lb,2b; 4; 5 6. Es erscheinen Codes denkbar, welche die Codewort-Länge direkt an der Weite infrage kommender Bereiche orientieren. - Anspruch 3b 7. Es sind auch Codes möglich, die für die Statische-, die Dynamische Erwar tungsmenge sowie für die Restmenge unterschiedliche Kennungen und Codewort Längen vorsehen können. - Ansprüche 3i 4 8. Das Verfahren eignet sich auch dort, wo, aufbauend auf PCM-Stützwerten, prädiktive Verfahren(zur bit-sparenden Reduktion von Übertragungsraten) dazwischen angewandt werden. Dabei können PCM-Stützwerte auch als Rest mengencode interpretiert und signalbedingt abgerufen werden. sobald z.B. ein Kennungsbit es signalisiert. In turbulenten Bildbereichen erscheint dies sinnvoll. - Anspruch 4; 5.- Eine Kombination mit verwandten oder darauf auf bauenden Codierverfahren erscheint ebenso sinnvoll möglich. li n 1 Begriffsdefinitionen zur Signalverarbeitung 1. SIGNALHENGE (sn) -Menge von Signalwerten S(t) im mehrdim. Raum 1.1 ABBILDUNG, zweidim. -zweidim. erfassbare SM, unterteilbar in: 1.1.1 SINGULÄRER PUNKT -hervorstechender Einzelpunkt, Koordin. X,Y fest 1.1.2 PUNKTBEWEGUNG, planar in xty -bewegter Einzelpunkt, Koord. X(t),Y(t) 1.1.3 ZEITSIGNAL, planar in y,t -bewegter Einzelpunkt, Koord. Y(t),t; S(t)=konst. 1.1.4 KONTUR, zweidim. -fester Umriss; Zeichen(Schrift); Grafik; Äquipot. 1.1.5 BILD, vollständiges -flächenhaft zweidimensionale SM (Fotografie), enthält neben kontinuierlichen Bereichen auch Konturen und singuläre Punkte mit Signalwerten 1.2 RÄUMLICHE SM -dreidim. erfassbare SM, unterteilbar in: 1.2.1 SINGULÄRER RAUMPUNKT -hervorstechender Einzelpunkt, Koord. X,Y,T fest 1.2.2 RAUMPUNKT-BEWEGUNG -bewegter Einzelpunkt, Koord. X(t),Y(t),Z(t) 1.2.3 VARIABLES ZEITSIGNAL -intensitätsvariables Zeitsignal S(x,y,t) 1.2.4 VARIABLE KONTUR -zeitveränderliche Raumkurve. ganz allgemein 1.2.5 VARIABLE FLÄCHENKONTUR -in einer Fläche zeitveränderliche Kontur 1.2.6 BEWEGTE KONTUR -längs einer Linie bewegte, forminvariante Kontur 1.2.7 FORM, dreidim. -zeitlich invarianter dreidimensionaler Umriss 1.2.8 KÖRPER, dreidim. -dreidim. SM (z.B. inhomogene Materie) in x,y,z 1.2.9 BILDFOLGE -dreidim. SM (z.B. Film, Videobilder) in x,y,t A n m e r k u n g : Bildfolgen lassen sich als dreidimensionale Körper auf fassen. Die Aquivalenz zeigt sich, sobald man sich Film-Einzelbilder als in z-Richtung aneinandergereiht vorstellt (statt in x- oder y-Richtungl). Der Helligkeitswert (Luminanz) S(t) stellt mathematisch einen Funktionswert im Raum dar, der als vierte Koordinate interpretierbar ist. Beim zweidimensio nalen Bild lässt sich der Luminanzwert grafisch leicht als Funktion über der Bildfläche, also dreidimensional interpretieren. Insofern sind die Zuordnungen gen oben ausschliesslich geometriebezogen zu verstehen. a) Eine Bildfolge (bzw. ein allg. Körper) enthält neben zweidimensionalen Kon turen und singulären Punkten der Einzelbilder noch weitergehende Information: variable Konturen (Analogie: allg. dreidim. Form) gemäss 1.2.4, 1.2.5, 1.2.6 u. Raumpunkt-Bewegungen innerhalb der x,y-Fläche! Solche Veränderungen sind prinzipiell aus vergangenen Bildern vorhersehbar, zumindest tendenziell. b) Bewegungsrichtungen sind vorhersehbar und liefern einen gerichteten Erwar tungswert bzw. eine gerichtete Tendenz. Anders ausgedrückt: Die Wahrschein lichkeit einer Änderung in einer bestimmten Richtung um einen abschätzbaren Wert (nicht Betragll) lässt sich bestimmen. c) Ist keine Änderungstendenz zu ermitteln, so entspricht ein Bildpunkt mit ho her Sicherheit jenem des vorhergehenden Bildes. Diese rein zeitliche Prädik tion ist ebenfalls(in der Zeitachse) gerichtet. d) Konventionelle Prädiktionen werden als (irgendwie gewichtete) Mittelwert bildungen der bekannten Umgebungspunkte anzusehen sein. Mittelwertbildungen sind Kennzeichen der Statistik. ender Unterschied zwischen gerichteter Aussage und statistischer Aussage wird lerkennbar, wenn man das Verhalten eines Individuums (Person oder Objekt) vor !versagt und andererseits das Verhalten als Gruppenelement mittelt: !Beispiel: Ein Bundesbürger trinkt im Durchschnitt vdraussichtlich 1 Liter/Tag. ! Ein bestimmter Bundesbürger trinkt voraussichtlich jedoch 1,7 2' f) Quasiperiodische Zeitsignale lassen sich von Periode zu Periode als Kontur folge auffassen. Die Änderungen von Periode zu Periode sind als einfache 3ild änderungen im Oszilloskop erkennbar. Beispiel: Sprachlaute, AM usw. g) Vorhersagen über eine Bewegung oder einen Konturverlauf sind als gerichtete Aussage stark von der Quantisierung abhängig, sowie vom Punkt-Raster. Grobe Änderungen von Punkt zu Punkt lassen nur statistische Aussagen zu. h) Beachtenswert ist, dass planare Punktbewegung(t.1.2) in ein variables Zeit signal(1.2.3) bzw. in eine Bildfolge(t.2.9) übergeht, sobald sie ein RASTER bildet (vgl. 3.ff). Letztere ist dann einem Körper(1.2.8) äquivalent. c Begriffsdefinitionen zur Signalverarbeitung II 2. Puls-Code-Modulationsverf. -Als Pulshöhe quantisierte Signalmenge, codiert 2.1 Differenz-PCM (DPCM) -von einer Prädiktion abweichende Differenz cod. 2.2 Adaptive DPCM (ADPCM) -änderungsäbhängig gestufte DPCM (subjekt. Verf.) 2.3 Mehrfach-ADPCM (MADPCM) -Erwartunpmengen-gesteuerte (D)PCM 2.4 "Erwartungs- Parameter -statistisch oder gezielt ermittelte Vorhersage 2.4.1 Prädiktionswert (PW) -syn. SCHÄTZWERT, punktuelle Signalwert-Vorhers. 2.4.2 Erwartungswert (EW) -Erwartungsparameter allgemeinster Art einer SM (z.B.: Prädiktion, Differenz von Prädiktionen, Streuung von Prädiktionen, Richtung einer Be wegung, Abweichungstendenz, Grösse eines Erwar tungsbereichs bzw. einer Erwartungsmenge, vor aussichtl. Stufung bzw. Schrittweite, Kontur prädiktion, Kontur-Streuungs-Erwartung usw,) 2.4.2.1 örtlicher EW (ÖEW) insbesondere: Erwartungswert für einen Ort, 2.4.2.2 Signal-EW (SEW), zeitl. Erwartungswerte für ein Signal an einem Ort (Ortsprädiktion, Signalwert-Prädiktion z.B.). 2.3 Erwartungsfunktion (EF) -ein oder mehrparametrige(l) zeitliche SEWe und/ -oder ÖEWe oder globalere (zeit/räumliche) Funktior die Erwartungswerte enthält (z.B.: Richtung und Geschwindigkeit einer Bewegung, Prädiktion und voraussichtliche Abweichtendenz) 2.6 Erwartungsbereich (EB) -a) Bereich von Erwartungswerten b) über Erwartungswerte bestimmter Bereich c) Bereich einer EF oder mehrerer EFen 2.7 Erwartungsmenge (EM) -a) Menge, die alle EWe berücksichtigt b) EB, EB nach Quantisierung evtl. modifiiert c) über Erwartungsfunktionen bestimmte cge d) Menge von Erwartungswerten einer mehrparam.EF (Zentrum,Streuung ;-Schwerpunkt,untere Abwei chung,obere Abweichung;-untere u.obere Grenze) 2.8 Restmenge (RM) -zur Erwartungsmenge fremde Menge 3. Quantisierung, Rasterung -Stufung bzw. Schrittweitenbestimmung einer EM 3.1 örtliche Quantisierung (ÖQ) -geometrisches Raster(Punkt- u. Abstandsraster) Stufung eines Kontinuums räumlicher oder flä chenhafter Art mit Repräsentativ-Punkten. 3.2 Signal-Quantisierung (SQ) -Stufung einer SM, "Signalraster"t PCM, Repr.-Werte 3.3 Differenzen-Quant. (DQ) -Stufung eines Abweichungsbereichs um PW herum 3.4 Erwartungsmengen-Quant.(EMQ) -Stufung einer Erwartungsmenge innerhalb SM 3.4.1 Bereichs-Quantisierung (BQ) -primäre Bereichsfestlegung, sekundär Stufenraster 3.4.1.1 Schrittweiten gemäss Stufenzahl' tertiär ergibt dies Schritt weiten; auch sekundäre Schrittweitenfestsetzung 3.4.1.2 Stufung und tertiäre Stufung (daraus folgendes Raster). 3.4.2 Quantisierungsbereich (QB) -primäre Festlegung der Schrittweiten, sekundär folgt daraus die Stufung, tertiär der QB in Form eines Bereichs der Quantisierung. 4. Zentrierung einer Wertemenge 4.1 Zentrierung einer EM über EF -vgl. Pat.-Anspr. la): Bei Bei konventioneller DPCM und ADPCM wird ein Quantisierungsbereich (QB) gemäss 3.4.2 über einen Prädiktionswert (PW gem. 2.41) zentriert. 4.1.2 Bei MADPCM gemäss Patentanmeldung wird eine Erwartunpsmenge (En) gemäss 2.7, die einen quantisierten Bereich liefert, durch eine Erwartungsfunktion (EF) entsprechend 2.5, oder über mehrere Funktionen (z.B. MLn.,Max.eines EB) zentr. 4.1.3 Sie nutzt i.a. zusätzlich subjektive Fehlertoleranz (vgl. ADPCM) d.h. die aus 3.4.1 u.3.4.2 folgende Redundanz zur definitiven Schrittweiten-Festsetzung(tb}; 4. i.4 Die EM wird dadurch definitiv quantisier und festgelegt (Pat.-Anspr. ic).

Claims: 1. PREDECTIVE QUANTIZING METHOD for coding a RANGE of VALUES which is classified according to a defined criterion in an EXPECTED QUANTITY, a set of high occurance probability, and a RESIDUAL QUANTITY, a set of low occurance probability, characterized by the determination of the RANGE of values for SIGNAL DATA QUANTITIES meaning a unit of the set of stored signal point values, to utilize a thereby defined quantizable range, the QUANTIZATION RANGE, by forming a) an EXPECTED QUANTTITY for the signal values, taking into consideration all possible diverging parameters as well as other predictive functions technically obtainable from a signal development, to define thereby an EXPECTED RANGE for a SIGNAL QUANTITY reducible according to the size limited by its MINIMUM and MAXIMUM, to quantize its signal adaptive width (range, variance) by known methods, especially by PCM or DPCM - selecting the quantizing values according to the cumulations of signal values (points of cumulation), as in particular may be represented by the two signal values at an edge (contour) - unless this is not necessary due to the fact the range degenerates to become a single point; b) a correspondingly created RESIDUAL QUANTITY for signal values, in the sense of the set theory extraneous to the EXPECTED QUANTITY, the residual quantity considering possible RESIDUAL VALUES in the case of failing predictions and being allowed to lie totally or partly within the EXPECTED RANGE. 2. RANGE PREDICTIVE QUANTIZING METHOD according to claim 1, characterized by a) an exclusive selection of elements lying within the EXPECTED RANGE for signal values, forming a CODABLE EXPECTED QUANTITY; b) a correspondant exclusive selection of elements lying within the RESIDUAL QUANTITY; c) a selection of elements lying within the EXPECTED QUANTITY and its RESIDUAL QUANTITY, commonly of variable sizes, in particular to obtain CODE WORDS with corresponding VARIABLE LENGTHS. 3. RANGE PREDICTIVE QUANTIZING METHOD according to claim 2, characterized by the TRANSMISSION of a) a pure and also successively range dependent EXPECTED QUANTITY CODE, b) a pure and also successively range dependent RESIDUAL QUANTITY CODE for a RESIDUAL QUANTITY depending on its EXPECTED QUANTITY, c) MIXED CODE in principle of VARIABLE LENGTH corresponding to the signal adaptively determined quantity ranges. 4. RANGE PREDICTIVE QUANTIZING METHOD according to claim 3, characterized by the REDUCTION of the CODEWORD LENGTH on the base that either jointly or separately a) an unnecessary precision, especially by further transmission bits for a (successive) correctly estimated TOLERABLE EXPECTED RANGE, is relinquished, b) depending on a variable width of the EXPECTED RANGE or a RESIDUAL RANGE the code word lengths will vary according to this, c) depending on subjective or physical or technical requirements or another kind,in particular even arbitrary, a STEPPED ARRANGEMENT or GRADUATION PRINCIPLE is used for the quantization, which is based upon that principle of the EXPECTED QUANTITY and the RESIDUAL QUANTITY, whereby an EXPECTED QUANTITY is based on the principle of at least two EXPECTIVE PARAMETERS (predictions). 5. RANGE PREDICTIVE QUANTIZING METHOD according to one of the claims 2 to 4, characterized by a) a combination with PCM-methods, b) a combination with an only tendential or punctual DEVIATION PREDICTION, made in relation to any kind of EXPECTED QUANTITY, c) a case-dependent or alternating combination or choice of a) and b). 6. RANGE PREDICTIVE QUANTIZING METHOD according to one of the claims 1 to 5, characterized by producing inverse definitions of the quantities or their codings in the way that a signal value will not be expected within an EXPECTED QUANTITY whitch means that a value will fit the REST QUANTITY with high probability.

Inventors: KEHLER, WALDEMAR, DIPL.-ING.
Applicants: KEHLER, WALDEMAR, DIPL.-ING.
Application year: 1982
Main classification: H04B14
IPC codes: H04N7, H04B14