專利名稱：使用矢量量化技術(shù)對(duì)圖象信號(hào)進(jìn)行編碼的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖象信號(hào)編碼裝置，更具體地說(shuō)，涉及一種使用矢量量化技術(shù)能有效地減少待被發(fā)送的編碼圖象數(shù)據(jù)量的裝置。
數(shù)字視頻信號(hào)的傳輸可比模擬信號(hào)的傳輸傳送質(zhì)量高得多的視頻圖象。當(dāng)由一序列圖象“幀”組成的圖象信號(hào)以數(shù)字形式表示時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生大量的傳輸數(shù)據(jù)，尤其是在高清晰度電視系統(tǒng)的情況下。然而，因?yàn)槌Ｒ?guī)傳輸信道的可利用的頻率帶寬是有限的，為了通過(guò)有限的信道帶寬發(fā)送大量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，必然要壓縮或減少傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量。在各種視頻壓縮技術(shù)中，一種把時(shí)間和空間壓縮技術(shù)與統(tǒng)計(jì)編碼技術(shù)結(jié)合在一起的所謂的混合編碼技術(shù)是已知最有效的。
在常規(guī)的混合編碼技術(shù)中，通過(guò)用二維變換技術(shù)以及量化變換系數(shù)來(lái)壓縮數(shù)字視頻信號(hào)塊。
數(shù)字視頻信號(hào)塊可以是幀間塊或者幀內(nèi)塊，其中幀間塊代表已有技術(shù)中熟知的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腄PCM(差分脈沖碼調(diào)制)塊，幀內(nèi)塊表示數(shù)字視頻信號(hào)的當(dāng)前幀的象素?cái)?shù)據(jù)塊。
二維變換技術(shù)，例如減少或消除幀內(nèi)塊或幀間塊中圖象數(shù)據(jù)之間的空間冗余的DCT，把數(shù)字圖象數(shù)據(jù)塊，例如8×8象素塊轉(zhuǎn)換成一組變換系數(shù)數(shù)據(jù)。通過(guò)以量化、折線掃描、行程長(zhǎng)度編碼(RLC)以及可變長(zhǎng)度編碼(VLC)對(duì)這些變換系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以有效地壓縮待被發(fā)送的數(shù)據(jù)量。
具體地說(shuō)，變換系數(shù)數(shù)據(jù)塊被量化，然后被折線掃描，從而產(chǎn)生由多個(gè)零和非零值構(gòu)成的編碼的圖象數(shù)據(jù)流。此后，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行行程長(zhǎng)度編碼，以利用其中零值的行程。
使用RLC的常規(guī)的裝置將該數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成多個(gè)行程長(zhǎng)度及其相應(yīng)的電平，其中行程長(zhǎng)度表示在非零值之前一串連續(xù)零中零的數(shù)量，及該電平表示該串連續(xù)零后面的非零值的大小。
一般地說(shuō)，行程一電平對(duì)流通過(guò)VLC技術(shù)被進(jìn)一步處理。VLC技術(shù)使用一VLC表，其中將VLC表中的一個(gè)可變長(zhǎng)度碼字指定給由RLC產(chǎn)生一個(gè)行程一電平對(duì)。在VLC技術(shù)中，因?yàn)檩^短的可變長(zhǎng)度碼字被指定給一個(gè)統(tǒng)計(jì)上較頻繁發(fā)生的行程一電平對(duì)，所以可變長(zhǎng)度碼字的平均字長(zhǎng)變得比源數(shù)字碼即行程一電平對(duì)的平均字長(zhǎng)短。
然而，因?yàn)榉橇阒盗炕腄CT系數(shù)主要位于必然伴有大量的要被編碼的行程一長(zhǎng)度對(duì)的低頻區(qū)內(nèi)，所以通過(guò)使用通常具有基于源數(shù)字碼的全部統(tǒng)計(jì)的VLC表的常規(guī)的可變長(zhǎng)度編碼技術(shù)來(lái)減少可變長(zhǎng)度碼字是困難的。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種圖象編碼裝置，該裝置通過(guò)使用矢量量化器和基于視頻信號(hào)的局部統(tǒng)計(jì)的VLC編碼器可以使位速率有效地減小。
按照本發(fā)明，提供一種用于編碼數(shù)字視頻信號(hào)的數(shù)字視頻信號(hào)編碼器，其中所述數(shù)字視頻信號(hào)由一系列視頻幀表示，各視頻幀被劃分成多個(gè)編碼塊，所述數(shù)字視頻信號(hào)編碼器包括源編碼裝置，用于產(chǎn)生和各編碼塊相應(yīng)的一組量化的變換系數(shù)；掃描裝置，用于通過(guò)使用折線掃描方法掃描該組量化的變換系數(shù)，從而產(chǎn)生第一和第二子組的掃描的量化變換系數(shù)，第一子組包括位于預(yù)定的低頻區(qū)的多個(gè)量化的變換系數(shù)，第二子組具有其余的量化的變換系數(shù)；統(tǒng)計(jì)編碼裝置，用于統(tǒng)計(jì)地編碼第二子組的量化的變換系數(shù)，從而產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)編碼的數(shù)據(jù)；以及矢量量化編碼裝置，用于矢量量化第一子組的掃描的量化變換系數(shù)，從而產(chǎn)生矢量量化的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的上述以及其它的目的和特點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)最佳實(shí)施例的說(shuō)明中會(huì)變得更加明了，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的采用一矢量量化器的圖象信號(hào)編碼系統(tǒng)的方框圖；以及圖2是說(shuō)明量化的變換系數(shù)塊的示例性圖。
由圖1可見(jiàn)，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一矢量量化器的改進(jìn)的圖象信號(hào)編碼裝置10的方框圖。
編碼裝置10包括一DCT(離散余弦變換)及量化電路110，一掃描電路20，一矢量量化器150，以及一統(tǒng)計(jì)編碼器160。
輸入的視頻信號(hào)被提供給DCT及量化電路110，其中輸入數(shù)字視頻信號(hào)包括具有例如當(dāng)前視頻幀和先前視頻幀的多個(gè)視頻幀。視頻幀信號(hào)逐塊地被處理，其中視頻幀信號(hào)塊可以是上述幀內(nèi)塊或幀間塊，且視頻幀塊的大小一般在8×8和32×32個(gè)象素之間的范圍內(nèi)。正如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的，DCT及量化電路110包括一離散余弦變換(DCT)電路(未示出)和一量化電路(未示出)。
在DCT及量化電路110，各輸入數(shù)字視頻信號(hào)通過(guò)使用例如DCT的常規(guī)的變換技術(shù)被變換為一組例如DCT系數(shù)，其中，正如現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的，非零的或有效的DCT系數(shù)主要出現(xiàn)在包括一DC系數(shù)的低頻區(qū)，零或無(wú)效的DCT系數(shù)集中在高頻區(qū)。然后，塊中的DCT系數(shù)在DCT及量化電路110通過(guò)使用任何已知的量化方法被量化成一組量化的DCT系數(shù)。正如現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的，集中在高頻區(qū)的無(wú)效的DCT系數(shù)通過(guò)量化被轉(zhuǎn)換成零值量化的DCT系數(shù)。因此，非零值量化的DCT系數(shù)位于如圖2所示的塊的左上角的低頻區(qū)內(nèi)而大多數(shù)零值系數(shù)位于高頻區(qū)內(nèi)。
DCT及量化電路110輸出該組被提供給掃描電路20的量化的DCT系數(shù)。掃描電路20包括一折線掃描單元120，一開(kāi)關(guān)控制單元130和一開(kāi)關(guān)140，并用來(lái)進(jìn)行折線掃描，以產(chǎn)生第一子組量化的DCT系數(shù)和第二子組量化的DCT系數(shù)。折線掃描單元120沿著預(yù)定的例如折線掃描路徑從低頻量化的DCT系數(shù)向高頻量化的DCT系數(shù)順序地掃描該組量化的DCT系數(shù)，如圖2所示，其中的掃描順序由在相應(yīng)的量化的DCT系數(shù)部分的數(shù)字表示。具體地說(shuō)，在折線掃描單元120中，量化的DCT系數(shù)沿從圖2所示的塊的左上角的DC分量開(kāi)始沿一折線掃描路徑被掃描。
然后掃描的量化DCT系數(shù)被送入開(kāi)關(guān)控制單元130和開(kāi)關(guān)140。開(kāi)關(guān)控制單元130對(duì)來(lái)自折線掃描單元120的掃描的量化DCT系數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并如果計(jì)數(shù)值等于或小于一個(gè)代表在該組量化的DCT系數(shù)中預(yù)定的低頻區(qū)的一端部的預(yù)定數(shù)M，例如15時(shí)，M是大于1而小于64的正整數(shù)，則向開(kāi)關(guān)140提供第一控制信號(hào)S1。當(dāng)計(jì)數(shù)值大于該預(yù)定數(shù)時(shí)，開(kāi)關(guān)控制單元130則向開(kāi)關(guān)140提供一第二控制信號(hào)S2。
響應(yīng)于第一和第二控制信號(hào)S1和S2中的每一個(gè)，開(kāi)關(guān)140向矢量量化器150和統(tǒng)計(jì)編碼器160中的每一個(gè)提供掃描的量化DCT系數(shù)。換句話說(shuō)，具有第一掃描的量化DCT系數(shù)的第一子組200被提供給矢量化器150，而包括高頻區(qū)中的其余系數(shù)的第二子組210被送入可變長(zhǎng)度編碼器160。
矢量量化器150包括一存儲(chǔ)器151，一誤差計(jì)算單元152和一選擇單元153。存儲(chǔ)器151存儲(chǔ)具有預(yù)定數(shù)N，例如1024個(gè)矢量模式的碼本，N是大于1的正整數(shù)，以及一相應(yīng)組的索引。借助于使用由經(jīng)驗(yàn)獲得的源數(shù)字碼的統(tǒng)計(jì)情況來(lái)選擇該組矢量模式。各矢量模式包括預(yù)定的M個(gè)矢量元素，例如M對(duì)應(yīng)于包含在第一子組內(nèi)的量化的DCT系數(shù)的個(gè)數(shù)。誤差計(jì)算單元151接收第一子組量化的DCT系數(shù)，該組矢量模式以及相應(yīng)的該組索引，并使第一子組和各矢量模式進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生一組均方差(MSE)。每個(gè)均方差按下式獲得。MSEi=1MΣ[C(n)-Ai(n)]2]]>其中i＝1，2，3…，N；n＝1，2，3…，M；N和M是大于1的正整數(shù)；C(n)是包含在第一子組中的量化的DCT系數(shù)；Ai(n)是包含在第i個(gè)矢量圖形中的相應(yīng)的元素。
該組MSE和相應(yīng)的該組索引被送入用來(lái)選擇帶有最小MSE的一個(gè)索引的選擇單元153。然后，把選擇的索引送到信道編碼器170。
統(tǒng)計(jì)單元160包括一行程長(zhǎng)度編碼單元161和一可變長(zhǎng)度編碼單元162，并接收來(lái)自開(kāi)關(guān)140的第二組量化的DCT系數(shù)。行程長(zhǎng)度編碼單元161將第二組量化的DCT系數(shù)順序地轉(zhuǎn)換成行程一電平對(duì)，每個(gè)行程一電平對(duì)代表一行程長(zhǎng)度和一個(gè)相應(yīng)的電平，其中行程長(zhǎng)度代表在一非零值以前的一串連續(xù)零中零的個(gè)數(shù)，而電平表示跟隨著該串連續(xù)零后的非零值的大小。來(lái)自行程長(zhǎng)度編碼單元161的行程一電平對(duì)被提供給可變長(zhǎng)度編碼單元162，它把相應(yīng)于高頻區(qū)的行程一電平對(duì)以這樣一種方式轉(zhuǎn)換成可變長(zhǎng)度碼字，即使得較短的可變長(zhǎng)度碼字被指定給在統(tǒng)計(jì)上較頻繁發(fā)生的行程一電平對(duì)。
此后，來(lái)自可變長(zhǎng)度編碼單元162的可變長(zhǎng)度碼字被提供給信道編碼器170，它使所選擇的索引和可變長(zhǎng)度碼字相結(jié)合，并作為編碼的視頻信號(hào)發(fā)送該結(jié)合的索引和碼字。
由上述可見(jiàn)，本發(fā)明的編碼器包括一矢量量化器，用來(lái)編碼位于預(yù)定的低頻區(qū)的第一組量化的DCT系數(shù)，其中該第一組比位于高頻區(qū)的第二組量化DCT系數(shù)具有更多的行程一長(zhǎng)度對(duì)。因此，可以理解，本發(fā)明的編碼器可以有效地減少要被發(fā)送的編碼圖象數(shù)據(jù)的數(shù)量。
雖然本發(fā)明已結(jié)合最佳實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，顯然對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的前提下可以作出各種變化和改型。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行編碼的數(shù)字視頻信號(hào)編碼器，其中所述數(shù)字視頻信號(hào)通過(guò)一系列視頻幀來(lái)表示，每個(gè)視頻幀被劃分成多個(gè)編碼塊，所述編碼器包括源編碼裝置，用來(lái)產(chǎn)生和每個(gè)編碼塊相應(yīng)的一組量化的變換系數(shù)；掃描裝置，用來(lái)掃描該組量化的變換系數(shù)，從而產(chǎn)生第一及第二子組掃描的量化變換系數(shù)，第一子組包括位于預(yù)定的低頻區(qū)上的預(yù)定數(shù)量的量化的變換系數(shù)，第二子組具有其余的量化的變換系數(shù)；統(tǒng)計(jì)編碼裝置，用來(lái)對(duì)第二子組量化的變換系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)編碼，從而產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)編碼的數(shù)據(jù)；以及矢量量化編碼裝置，用來(lái)矢量量化第一子組掃描的量化變換系數(shù)，從而產(chǎn)生矢量量化的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字視頻信號(hào)編碼器，其中的掃描裝置包括用來(lái)對(duì)所述預(yù)定數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)裝置。
3.如權(quán)利要求2的數(shù)字視頻信號(hào)編碼器，其中矢量量化編碼裝置包括用來(lái)存儲(chǔ)多個(gè)矢量模式的裝置，每個(gè)矢量模式具有所述預(yù)定數(shù)量的矢量元素和與每個(gè)矢量模式相應(yīng)的多個(gè)索引；誤差計(jì)算裝置，用來(lái)計(jì)算第一組掃描的量化變換系數(shù)和每個(gè)矢量模式之間的均方差；以及選擇裝置，用來(lái)選擇一待被發(fā)送的索引，所述索引代表帶有一最小均方差的矢量模式。
4.如權(quán)利要求3的數(shù)字視頻信號(hào)編碼器，其中統(tǒng)計(jì)編碼裝置包括行程長(zhǎng)度編碼裝置，用來(lái)把第二組掃描的量化變換系數(shù)轉(zhuǎn)換為多個(gè)行程一電平對(duì)；以及可變長(zhǎng)度編碼裝置，用來(lái)對(duì)每個(gè)行程一電平對(duì)進(jìn)行編碼，從而生成多個(gè)可變長(zhǎng)度碼字作為統(tǒng)計(jì)編碼的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種數(shù)字視頻信號(hào)編碼器，包括離散余弦變換及量化電路，用來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)于每個(gè)編碼塊的一組量化的變換系數(shù)，并通過(guò)掃描電路被分成第一及第二子組掃描的量化變換系數(shù)。第一和第二子組分別被送入矢量量化器和可變長(zhǎng)度編碼器?？勺冮L(zhǎng)度編碼器對(duì)第二子組量化變換系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)編碼，從而產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)編碼的數(shù)據(jù)；矢量量化器對(duì)第一子組掃描的量化變換系數(shù)進(jìn)行矢量量化，從而產(chǎn)生矢量量化的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06T9/00GK1143885SQ9610397
公開(kāi)日1997年2月26日 申請(qǐng)日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月28日
發(fā)明者丁海默 申請(qǐng)人:大宇電子株式會(huì)社