專利名稱：圖象信號編碼裝置及編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以在數(shù)字視頻磁帶錄像機(以下稱DVCR)中壓縮和記錄數(shù)字圖象信號的圖象信號編碼裝置及編碼方法，具體地說，涉及一種能夠進(jìn)行壓縮編碼的量化裝置和量化方法，其中以一種預(yù)定的單位通過分配預(yù)定的輸入信號編碼量而進(jìn)行壓縮編碼。
DVCR的發(fā)展取決于磁帶錄像的記錄密度的增加、數(shù)字壓縮方法的改善、及數(shù)字電路技術(shù)的改進(jìn)。目前，DVCR有許多保持其圖象質(zhì)量的優(yōu)點，盡管反復(fù)再現(xiàn)亦不為所傷。所以，必然要從模擬VCR發(fā)展到DVCR。
隨著關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)視頻圖象DVCR之國際標(biāo)準(zhǔn)的確定，今后對DVCR的需要將得到增加，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒌玫竭M(jìn)一步發(fā)展。目前DVCR的大部分規(guī)格經(jīng)一致同意已被確定下來。相當(dāng)有限的部件留給制造者按其意去改變，這種部件支配著DVCR的效率。
本發(fā)明提供一種量化頻帶寬度的制作方法及其裝置，它對這種裝置的效率，尤其是圖象的質(zhì)量起著重要的作用。由于應(yīng)將數(shù)字圖象信號按幀單元記錄在預(yù)定數(shù)目的錄像磁帶的視頻磁跡上，所以因其在壓縮記錄的圖象信號中的無規(guī)則輸出使可變長度編碼方法引出一個問題。這就是被壓縮后的輸出圖象信號可能短于或長于固定的目標(biāo)長度。在這種情況下，解壓縮圖象的質(zhì)量被破壞或受到損害。于是，對于DVCR中的DVCR圖象信號壓縮編碼來說，一種通過盡可能有效地采用被分配的區(qū)域而使圖象信號的編碼長度接近固定目標(biāo)長度的輸出圖象信號的方法是必不可少的。
另外，作為DVCR的附加功能，高速尋找是最重要的，但同樣也是最困難的問題。在模擬VCR中，是通過解壓縮和顯示所要讀出的東西，而不用特殊的方法來進(jìn)行高速尋找的。然而，由于DVCR采用可變長度編碼，所以如果所有信號還未被讀出，就沒有信號可被解壓縮。因此，對于這種高速尋找來說，需要使壓縮碼的長度被固定在盡可能小的獨立的數(shù)據(jù)塊單元中。于是，按分段單元方式執(zhí)行可變長度編碼，這種分段單元由預(yù)定數(shù)目的宏數(shù)據(jù)塊構(gòu)成，其編碼長度被強制性固定。這里的宏數(shù)據(jù)塊由五個DCT塊構(gòu)成，每個DCT塊的尺寸為8×8，由四個亮度分量和兩個色差分量組成?？梢酝ㄟ^將一個幀的獨立編碼單元減小成一個較小的單元來改善高速尋找的效率。作為與一個幀中安排的信號數(shù)據(jù)的比較，將它安排在分段單元中對高速尋找是有效的，但是按照壓縮的觀點來看， 它可能相對地?fù)p耗圖象的質(zhì)量。
當(dāng)把壓縮編碼的獨立編碼長度固定在一個分段單元中時，影響這種效率最重要的步驟是量化步驟。壓縮步驟基本上可被分成可變長度編碼步驟和量化步驟。在可變長度編碼步驟中，經(jīng)歷運行長度編碼步驟的信號被一可變長度碼表簡單地編碼，于是不存在發(fā)生錯誤的可能性。因而，為達(dá)到固定的編碼長度，充分的量化是重要的和必需的。
因為數(shù)字視頻信號的數(shù)據(jù)量，特別是影片的數(shù)據(jù)量持續(xù)地超過兩小時是非常大的，以致于不能按其本身被轉(zhuǎn)換成數(shù)字，且以數(shù)字方式所轉(zhuǎn)換的視頻信號被記錄在錄像磁帶上，所以盡管DVCR記錄密度的增大，更有效的壓縮還是必需的。此外，這種壓縮應(yīng)足以能進(jìn)行高速尋找，這在某些時候是DVCR的基本功能之一。
本發(fā)明的目的在于提供一種量化級尺寸選擇器，用以在壓縮編碼時進(jìn)行有效的量化。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種進(jìn)行有效量化的量化級尺寸選擇方法。
為達(dá)到第一目的，提供一種采用量化級尺寸選擇單元的圖象信號編碼裝置，所述選擇單元由以下單元構(gòu)成一個多級量化單元，它按照許多預(yù)定的量化級尺寸對于來自所述的正交變換編碼單元的小數(shù)據(jù)塊輸出進(jìn)行量化；多級運行長度編碼單元，用于對于來自所述多級量化器的系數(shù)輸出進(jìn)行運行長度編碼；多級可變長度編碼單元，用于對來自所述多級運行長度編碼單元的系數(shù)輸出進(jìn)行可變長度編碼；多級累加單元，用于在各小數(shù)據(jù)塊單元中累加所述可變長度編碼單元的編碼長度輸出，并在大數(shù)據(jù)塊單元中累加各預(yù)定的參考小數(shù)據(jù)塊；歸范單元，用于通過利用所述的各小數(shù)據(jù)塊單元中累加的編碼長度和所述參考大數(shù)據(jù)塊單元中累加的編碼長度來進(jìn)行歸范，并給每個小數(shù)據(jù)塊分配一個新的目標(biāo)編碼長度；以及量化級尺寸選擇單元，用于選擇量化級尺寸，能在從所述多級累加單元分別對各小數(shù)據(jù)塊輸出所給定的許多量化級尺寸中間輸出最接近所述歸范單元的目標(biāo)編碼長度的值。
為達(dá)到第二目的，提供一種采用量化級尺寸選擇方法的圖象信號壓縮編碼方法，所述選擇方法按照許多固定的量化級尺寸對于所述各小數(shù)據(jù)塊進(jìn)行多級量化；對于來自所述多級量化步驟的系數(shù)輸出進(jìn)行運行長度編碼；對于來自所述多級運行長度編碼步驟輸出的編碼進(jìn)行可變長度編碼；通過在小數(shù)據(jù)塊的各單元中分別累加從所述多級可變長度編碼步驟輸出的編碼長度的正交轉(zhuǎn)換單元，并在所述參考大數(shù)據(jù)塊的單元中累加所述各參考小數(shù)據(jù)塊來進(jìn)行多級累加；按照一個參考大數(shù)據(jù)塊單元中累加的所述編碼長度和一個小數(shù)據(jù)塊單元中累加的所述編碼長度來進(jìn)行歸范，然后再給每個小數(shù)據(jù)塊分配一個新的適宜的編碼長度，其中所述新的適宜的編碼長度是由一個大數(shù)據(jù)塊相對應(yīng)的適當(dāng)?shù)墓潭ùa長度與所述參考小數(shù)據(jù)塊的碼長度相乘，然后再被所述參考大數(shù)據(jù)塊的碼長度除的結(jié)果所得到；選擇量化級尺寸，使得在所述多級累加步驟中對每個小數(shù)據(jù)塊所給定的所述多個量化級尺寸中間能夠輸出最接近從所述歸范步驟輸出的所述新的適宜的編碼長度的值。
通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將使本發(fā)明的上述目的及優(yōu)點變得愈加清晰，其中

圖1是表示本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的圖象信號壓縮編碼器的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是表示圖1所示數(shù)據(jù)塊單元結(jié)構(gòu)的方塊圖；圖3是表示圖1所示量化級尺寸選擇單元實施例的方塊圖；圖4是表示圖1所示量化級尺寸選擇單元另一實施例的方塊圖；圖5A是表示圖1所示量化單元實施例的方塊圖；圖5B是表示圖1所示量化單元另一實施例的方塊圖；圖6是概述圖3所示實施例工作過程的流程圖；圖7是概述圖4所示實施例工作過程的流程圖；圖8是概述圖6和7分別表示的量化級尺寸選擇步驟工作過程的流程圖。
如圖1所示，圖象信號壓縮編碼裝置由以下部分構(gòu)成，用來對圖象信號分組的分塊單元102；用來在正交變換數(shù)據(jù)塊單元中進(jìn)行正交變換編碼的正交變換編碼器104；用來選擇量化級尺寸的量化尺寸選擇單元106；在量化尺寸選擇步驟中延遲所述正交變換系數(shù)的緩沖器116；用來按照所選的量化級尺寸進(jìn)行量化的量化單元108；用來進(jìn)行運行長度編碼的運行長度編碼單元110；用于對運行長度碼進(jìn)行可變長度編碼的可變長度編碼單元112；以及用來重新調(diào)整可變長度編碼單元112的輸出信號，以便按固定的格式記錄它們的數(shù)據(jù)的調(diào)整單元114。
參見圖2，它表示圖1所示分塊單元102的結(jié)構(gòu)，該分塊單元包括小數(shù)據(jù)塊單元210和大數(shù)據(jù)塊單元212。
參見圖3，它是圖1的量化級尺寸選擇單元106的一個實施例，該量化級尺寸選擇單元106由接收正交變換編碼單元104輸出的多級量化器302、多級運行長度編碼器304、多級累加器306、規(guī)范器308、以及與量化單元108相連的量化級尺寸選擇器310(見圖1)所構(gòu)成。
參見圖4，它是圖1的量化級尺寸選擇單元106的另一個實施例，它由接收正交變換編碼單元104輸出的多級量化器402、多級運行長度編碼器404、多級可變長度編碼器406、多級累加器408、規(guī)范器410、以及與量化單元108相連的量化級尺寸選擇器412(見圖1)所構(gòu)成。
參見圖5A，它是圖1的量化單元108的一個實施例，該量化單元108由將輸入信號進(jìn)行比特移位的比特移位器510和控制該比特移位器510的控制器520構(gòu)成。
參見圖5B，它是圖1的量化單元108的另一個實施例，其中表示該量化單元由量化表530以及控制該量化表530的控制器540構(gòu)成。
參見圖6，它概述圖3所示本發(fā)明實施例的量化級尺寸選擇器106工作過程的流程，包括多級量化過程602、610和620；多級運行長度編碼過程604、612和622；多級小數(shù)據(jù)塊單元累加過程606、614和624；大數(shù)據(jù)塊單元累加過程616；歸范過程618；以及量化級尺寸選擇過程630。
參見圖7，它概述圖4所示本發(fā)明另一實施例的量化級尺寸選擇器106工作過程的流程，包括多級量化過程702、712和732；多級運行長度編碼過程704、714和734；多級可變長度編碼過程706、716和736；多級小數(shù)據(jù)塊單元累加過程708、718和738；大數(shù)據(jù)塊單元累加過程720；歸范過程722；以及量化級尺寸選擇過程730。
參見圖8，它概述圖6和7中所示量化級尺寸選擇過程630和730的流程，包括抽取過程802、804，用來抽取編碼長度信息和目標(biāo)編碼長度信息，其輸出是相應(yīng)的量化級尺寸；相減過程800，用來在編碼長度信息和目標(biāo)編碼長度信息之間作減法；編碼長度誤差估算過程806；以及量化級尺寸估算過程808。
以下將參照圖1至8，更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例。
圖1是表示將壓縮的編碼信號記錄在固定區(qū)域的編碼器的方框圖。以4∶1∶1或4∶2∶0輸入圖象信號的存儲容量大約是標(biāo)準(zhǔn)清晰度盒式錄象記錄裝置(以下稱SD-VCR)存儲容量的五倍。因而，需要信號的壓縮和解壓縮。
VCR中采用的圖象壓縮技術(shù)應(yīng)該反映作為記錄介質(zhì)的磁帶的性質(zhì)，還能保證編譯功能、特技功能以及最小的誤差傳播。由于磁帶是順序存取的存儲介質(zhì)，所以要把一幀編碼成小而獨立單元，以達(dá)到上述功能。
按照目前建議的標(biāo)準(zhǔn)，為壓縮編碼用的獨立的最小單元是一種數(shù)據(jù)段。一個數(shù)據(jù)段由五個宏數(shù)據(jù)塊構(gòu)成。以下將把宏數(shù)據(jù)塊稱作小數(shù)據(jù)塊，而把數(shù)據(jù)段稱作大數(shù)據(jù)塊。
宏數(shù)據(jù)塊由六個尺寸為8×8的離散余弦變換(DCT)數(shù)據(jù)塊構(gòu)成，它們由四個亮度分量和兩個色差分量構(gòu)成，一個數(shù)據(jù)段包含五個宏數(shù)據(jù)塊。
在圖2所示的分塊單元102中，先將輸入的數(shù)字圖象信號分塊在一個正交變換數(shù)據(jù)塊(它是正交變換編碼的單元)的各個單元中，然后再將這些正交變換數(shù)據(jù)塊分塊在一個包含幾個正交變換數(shù)據(jù)塊的一個小數(shù)據(jù)塊中。再將這些小數(shù)據(jù)塊分塊在一個包含幾個小數(shù)據(jù)塊的大數(shù)據(jù)塊單元中。為改善壓縮效率，分塊單元102平均地分割所輸入的一幀的數(shù)字圖像信號。
最小的數(shù)據(jù)塊單元是一個正交變換數(shù)據(jù)塊，其中一個典型的例子就是離散余弦變換(DCT)數(shù)據(jù)塊。小分塊單元210形成由幾個正交變換數(shù)據(jù)塊組成的小數(shù)據(jù)塊，一個大分塊單元212接受幾個來自小分塊單元210的小數(shù)據(jù)塊，并形成一大數(shù)據(jù)塊。圖2所示的小分塊單元210與大分塊單元212之間的排列可以被調(diào)換。
正交變換編碼單元104在能夠單獨被編碼的各單元中接收輸入信號并在那里進(jìn)行正交變換。一個典型的正交變換實例是DCT。
正交變換系數(shù)走兩條支路。一條支路朝向選擇量化級尺寸的量化級尺寸選擇單元106，另一條則朝向緩沖器116，以便在選擇量化級尺寸過程中延遲正交變換系數(shù)。
在壓縮編碼方法中，為了把可變輸入信號改變成被壓縮編碼數(shù)據(jù)有規(guī)則的尺寸，量化過程是最重要的。緊接的運行長度編碼過程以及可變長度編碼過程也能在無誤差的程度上減少編碼的量，不過這種量受到限制，因而壓縮率很大程度上取決于所述量化過程。量化單元108依量化級尺寸選擇單元106所選擇的量化級尺寸進(jìn)行量化。
量化單元108中所量化的系數(shù)在運行長度編碼單元110中進(jìn)行運行長度編碼(RLC)。運行長度編碼單元110接收正交變換模塊單元中的系數(shù)，并計算逐次零值系數(shù)的數(shù)目，直至遇到一個非零值，并且輸出一個由這些逐次零值和非零值的組合所構(gòu)成的符號。
可變長度編碼(VCL)單元112接收運行長度編碼單元110輸出的各個符號，并在那里通過以較高的出現(xiàn)幾率將一個短代碼字分配給一個符號并以相對來說比較低的出現(xiàn)幾率將一個長代碼字分配給一個符號，來進(jìn)行VCL。
可變長度編碼單元112的輸出數(shù)據(jù)不僅其長度而且輸出周期都是不規(guī)則的。因此，應(yīng)使可變長度編碼單元112的輸出數(shù)據(jù)受到調(diào)整，以便按預(yù)定的格式記錄在一個具有固定大小的區(qū)域上。數(shù)據(jù)調(diào)整單元114將可變長度編碼單元112的輸出碼變換為規(guī)則長度的字，并將其記錄在具有固定大小的區(qū)域上。
以下將詳細(xì)描述圖1所示的量化級尺寸選擇單元106中執(zhí)行的量化級尺寸選擇方法及其裝置。
參照圖3，它表示本發(fā)明量化級尺寸選擇裝置的第一實施例。
首先，量化級尺寸選擇裝置接收正交變換編碼單元104輸出的正交變換系數(shù)。為將輸出的編碼數(shù)量記錄在一個由固定區(qū)域上的幾個小數(shù)據(jù)塊組成的大數(shù)據(jù)塊單元上，可在正交變換數(shù)據(jù)塊、小數(shù)據(jù)塊或大數(shù)據(jù)塊的單元中給定量化級尺寸。
這里將只描述在各個小數(shù)據(jù)塊的單元中給定量化級尺寸情況。
圖3所示的多級量化器302按照幾個固定的量化級尺寸量化輸入的正交變換數(shù)據(jù)塊?？砂磧煞N方法進(jìn)行這種量化。如圖5A所示，按第一種方法，輸入的正交變換系數(shù)由比特移位器510在控制器520的控制下按量化級尺寸進(jìn)行比特移位，因而使其中的編碼數(shù)量變少。如圖5B所示，按第二種方法，在控制器540的控制下，通過每個系數(shù)被量化表530相乘來執(zhí)行量化。
多級運行長度編碼器304接收正交變換數(shù)據(jù)塊各單元中的系數(shù)，它們是分別按照幾個量化級尺寸從多級量化器302輸出的，并在其中執(zhí)行運行長度編碼。
多級累加器306在小數(shù)據(jù)塊的各單元中累加多級運行長度編碼器304的各輸出符號，并輸出結(jié)果。
規(guī)范器308利用從多級累加器306所提供的在一個參考小數(shù)據(jù)塊單元中和一個參考大數(shù)據(jù)塊單元中所累加的符號給每個小數(shù)據(jù)塊單元分配一個新的目標(biāo)符號值。
量化級尺寸選擇器310選擇量化級尺寸，使小數(shù)據(jù)塊單元中所給目標(biāo)符號值與多級量化過程中輸出的符號值之間的差別達(dá)到最小。按照所選的量化級尺寸進(jìn)行有效的量化過程。
參見圖4，它表示本發(fā)明的另一個實施例的量化級尺寸選擇裝置，該量化級尺寸選擇裝置在多級運行長度編碼單元404和多級累加器408之間另外有多級可變長度編碼單元406，因而規(guī)范器410不直接接收多級運行長度編碼單元404的輸出，而經(jīng)多級累加器408接收多級可變長度編碼單元406輸出的符號。也就是說，分配給每個小數(shù)據(jù)塊的目標(biāo)碼長度不從多級運行長度編碼單元404得到，而從多級可變長度編碼單元406得到，因此可以得到更加精確的符號值。
下面分別描述概述圖3和4所示量化級尺寸選擇單元310和412工作過程的圖6和7所示的流程圖。
首先，各正交變換的系數(shù)進(jìn)入多級量化單元302和402。在一個小數(shù)據(jù)塊單元中選擇能滿足一種限制的量化級尺寸，所述限制是，一個編碼的大數(shù)據(jù)塊單元應(yīng)該記錄在一固定尺寸上。在此過程中，最重要的事情是在小數(shù)據(jù)塊單元中確定量化級尺寸，以使輸出量接近固定大小的數(shù)據(jù)塊單元。
本發(fā)明中同時采用多種量化級尺寸，以便得到運行長度編碼的符號或可變長度編碼的碼長，規(guī)范器給每個采用所述符號或碼長的小數(shù)據(jù)塊分配一個目標(biāo)值，而量化級尺寸選擇器選擇量化級尺寸，它能使目標(biāo)值與所述符號或碼長之間的差取最小值，從而將其用于有效的量化器中。
首先，在參考量化步驟610和712中，將參考量化步驟610中的參考量化級尺寸確定為低級量化步驟602中所用量化級尺寸和高級量化步驟620中所用量化級尺寸之間的中間值。然后，歸范步驟618建立采用確定的各參考量化值的小數(shù)據(jù)塊的新目標(biāo)值。
在上述同一方法中，根據(jù)多級量化步驟602、610和620(或702、712和732)中各量化級尺寸的量化符號經(jīng)歷多級運行長度編碼步驟，即分別在正交變換數(shù)據(jù)塊的各單元中經(jīng)歷低級運行長度編碼步驟604、運行長度編碼步驟612和高級運行長度編碼步驟622。
運行長度編碼符號像圖6所示那樣分別進(jìn)入累加步驟的多級小數(shù)據(jù)塊單元，即累加步驟606的低級小數(shù)據(jù)塊、累加步驟614的小數(shù)據(jù)塊單元和累加步驟624的高級小數(shù)據(jù)塊單元，或者像圖7所示那樣分別進(jìn)入多級可變長度編碼步驟，即低級可變長度編碼步驟706、可變長度編碼步驟716和高級可變長度編碼步驟736。也就是說，累加步驟614的參考小數(shù)據(jù)塊的輸出被用于圖6的歸范步驟618中；而在圖7中累加步驟718的參考小數(shù)據(jù)塊的輸出被用于歸范步驟722中。
參見圖6，在累加步驟的多級小數(shù)據(jù)塊單元中，即在累加步驟606的低級小數(shù)據(jù)塊單元、累加步驟614的小數(shù)據(jù)塊單元和累加步驟624的高級小數(shù)據(jù)塊單元中，多級運行長度編碼步驟604、612和622的輸出被累加于各小數(shù)據(jù)塊單元中，并被傳至量化級尺寸選擇步驟630。此外，按照參考量化級尺寸，運行長度編碼步驟612的輸出并不只經(jīng)歷累加步驟614的小數(shù)據(jù)塊單元，而且也經(jīng)歷累加步驟616的大數(shù)據(jù)塊單元，其中的累加在由幾個小數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的大數(shù)據(jù)塊的單元中被執(zhí)行。累加步驟616的大數(shù)據(jù)塊單元的輸出進(jìn)入歸范步驟618，并給每個小數(shù)據(jù)分塊分配新的目標(biāo)符號值。
參見圖7，在累加步驟708的低級小數(shù)據(jù)塊單元中、累加步驟718的小數(shù)據(jù)塊單元和累加步驟738的高級小數(shù)據(jù)塊單元中，所述各符號值按照各自的量化級尺寸經(jīng)歷多級運行長度編碼步驟704、714和734并經(jīng)歷多級可變長度編碼步驟706、716和736，所述各符號值被累加在一個小數(shù)據(jù)塊的各單元中并被傳至量化級尺寸選擇步驟730。
另外，按照量化級尺寸經(jīng)歷運行長度編碼步驟714和可變長度編碼步驟716的所述各符號值不僅以累加步驟718的小數(shù)據(jù)塊單元的方式被累加于小數(shù)據(jù)塊單元中，而且以累加步驟720的大數(shù)據(jù)塊單元的方式被累加于大數(shù)據(jù)塊單元中。這樣的累加值在歸范步驟722中被用于給每個小數(shù)據(jù)塊分配新目標(biāo)值。
以下將描述歸范步驟630和722的工作原則。
當(dāng)把參考的量化級尺寸的最后輸出記錄于大數(shù)據(jù)塊中的一個預(yù)定區(qū)域時，壓縮編碼的數(shù)據(jù)尺寸應(yīng)不大于預(yù)定的尺寸。于是，若輸出的數(shù)據(jù)尺寸大于預(yù)定的尺寸時，量化級尺寸總的說來應(yīng)該是寬的，以減小編碼量，而若輸出的數(shù)據(jù)尺寸小于預(yù)定的范圍，因而存在非記錄區(qū)時，量化級尺寸應(yīng)該被減小，以便增大編碼量。因而就能避免在解碼時圖象變壞。
歸范步驟618和722確定參考量化級尺寸，以便能夠最大限度地利用適當(dāng)?shù)挠涗泤^(qū)，因此避免解碼的圖象受到損害。這就是說，在歸范步驟618和722中，若按照參考量化級尺寸的數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)塊單元尺寸大于目標(biāo)值，則所述數(shù)據(jù)的編碼量在小數(shù)據(jù)塊單元中被減少，使得數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)塊單元接近目標(biāo)值；而若它小于目標(biāo)值，則所述量化級尺寸應(yīng)該在小數(shù)據(jù)塊單元中減小，使得數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)塊單元的編碼量接近目標(biāo)值。如上所述，相應(yīng)地因為編碼量的增加或減少是通過調(diào)整量化級尺寸的小數(shù)據(jù)塊單元來實現(xiàn)的，所以最重要的是選擇量化級尺寸。
有些大數(shù)據(jù)塊中所包括的小數(shù)據(jù)塊與其它的相比具有相對來說多得多的編碼量或少得多的編碼量。如果數(shù)據(jù)尺寸的大數(shù)據(jù)塊單元大于目標(biāo)值，具有相對而言多得多的編碼量的小數(shù)據(jù)塊來說量化級尺寸被選作能夠減小比其它小數(shù)據(jù)塊相對多得多的編碼量。這是因為具有相對地多得多的信息的部分對于人的眼睛來說靈敏度是低的，因此它能更有效地減小解碼時圖象的損壞。
因此，圖6和7中分別表示的歸范步驟618和722采用上述原則來選擇更為有效的量化級尺寸。
歸范步驟618和722的參考值可以是圖6所示的運行長度編碼步驟612的輸出，亦或是圖7所示的可變長度編碼步驟716的輸出。在前一種情況下，由于省略了可變長度編碼步驟，所以硬件尺寸減小，但是由于所記錄的數(shù)據(jù)實際上不是運行長度編碼數(shù)據(jù)而是可變長度編碼數(shù)據(jù)，所以可能發(fā)生較多的誤差。當(dāng)采用圖7所示的可變長度編碼步驟716的輸出時，可以得到更為準(zhǔn)確的量化級尺寸。
在采用運行長度編碼步驟的輸出值情況下，在某種程上就可以省去可變長度編碼步驟，因為這種值正比于實際可變長度編碼裝置的輸出值。
圖6所示的歸范步驟618首先給每個小數(shù)據(jù)塊分配相應(yīng)于適當(dāng)碼長的目標(biāo)符號數(shù)。該步驟中所用的歸范方程如下述A=C×DB………(1)]]>A′=C′×D′B′………(2)]]>其中，A是分配給每個小數(shù)據(jù)塊的適當(dāng)?shù)姆枖?shù)；B是根據(jù)參考量化級尺寸的大數(shù)據(jù)塊的符號數(shù)；C是根據(jù)參考量化級尺寸的小數(shù)據(jù)塊的符號數(shù)；
D是對應(yīng)于與大數(shù)據(jù)塊相應(yīng)的適當(dāng)固定的編碼長度的目標(biāo)符號數(shù)；A′是分配給每個小數(shù)據(jù)塊的適當(dāng)?shù)木幋a長度；B′是按照參考量化級尺寸的大數(shù)據(jù)塊的編碼長度；C′是按照參考量化級尺寸的小數(shù)據(jù)塊的編碼長度；D′是對應(yīng)于大數(shù)據(jù)塊的適當(dāng)固定的編碼長度。
如方程1所表示的那樣，在按照參考量化級尺寸的量化步驟中，利用小數(shù)據(jù)塊和大數(shù)據(jù)塊的符號數(shù)進(jìn)行歸范，并將可容許的作為規(guī)范結(jié)果所得到的目標(biāo)符號數(shù)重新分配給一個小數(shù)據(jù)塊單元。
這里，D作為與相應(yīng)于大數(shù)據(jù)塊的適當(dāng)固定編碼長度對應(yīng)的目標(biāo)符號數(shù)，通過取適當(dāng)?shù)妮斎雸D象信號的平均值而被得到，盡管符號數(shù)并不總是與固定的碼長一樣。
在圖7所示的歸范步驟722中，將適當(dāng)?shù)拇a長分配給每個小數(shù)據(jù)塊，這對應(yīng)于方程2。
利用歸范步驟618和722所得到的信息，在圖6和7各自所示的量化級尺寸選擇步驟630和730中選擇能夠引起最小誤差量的量化級尺寸。
圖8是表示圖6和7中各自所示的量化級尺寸選擇步驟630和730的流程圖。
圖8中，在圖6的情況下，碼長信息802是累加步驟的小數(shù)據(jù)塊，即累加步驟606的低級小數(shù)據(jù)塊、累加步驟624的高級小數(shù)據(jù)塊和累加步驟614的參考小數(shù)據(jù)塊等所得的符號數(shù)目，而在圖7的情況下，它是從低級累加步驟708、高級累加步驟738和參考累加步驟718等所得的符號數(shù)目。
目標(biāo)編碼長度信息804是通過按照參考量化級尺寸的歸范步驟所分配給每個小數(shù)據(jù)塊的碼長信息，而碼長誤差估算步驟806通過從碼長信息802減去目標(biāo)編碼長度信息804來估算誤差。量化級尺寸估算步驟808是選擇量化級尺寸的操作，使得在碼長誤差估算步驟809中估算的誤差中間能夠得到最小的值。
換句話說，根據(jù)量化級尺寸輸出的小數(shù)據(jù)塊單元與通過歸范方程分配給每個小數(shù)據(jù)塊的值相比較，然后選擇能使其間的絕對差值為最小的量化級尺寸。如此被選擇的量化級尺寸在實踐中得到應(yīng)用。
如上所述，按照本發(fā)明，量化級尺寸選擇器選擇最適當(dāng)?shù)牧炕壋叽纾允箶?shù)據(jù)能被有效地記錄在一個固定的區(qū)域中，并使圖象的質(zhì)量隨之能很好地得到改善。
權(quán)利要求
1.一種圖象信號壓縮編碼裝置，它包括分塊裝置，用于在小數(shù)據(jù)塊單元和大數(shù)據(jù)塊單元中把圖象信號分成基本數(shù)據(jù)塊單元，小數(shù)據(jù)塊單元由亮度分量的四個正交變換數(shù)據(jù)塊和兩個色差分量的正交變換數(shù)據(jù)塊組成，大數(shù)據(jù)塊單元由五個小數(shù)據(jù)塊組成；正交變換裝置，用于根據(jù)所述分塊裝置的輸出在一個正交變換數(shù)據(jù)塊的各個單元中進(jìn)行正交變換。量化級尺寸選擇單元，用于接收所述正交變換的系數(shù)并選擇量化級尺寸；緩沖器，用于延遲所述正交變換系數(shù)，直至所述量化級尺寸選擇過程完成；量化器，用于按照所選擇的量化級尺寸進(jìn)行量化；運行長度編碼裝置，用于接收所述量化的信號并進(jìn)行運行長度編碼；可變長度編碼裝置，用于接收所述運行長度編碼數(shù)據(jù)并進(jìn)行可變長度編碼；以及數(shù)據(jù)調(diào)整裝置，用來重新調(diào)整數(shù)據(jù)，以便按預(yù)定的格式記錄由可變長度編碼單元輸出的信號；其特征在于，所述量化級尺寸選擇單元包括多級量化裝置，用于按照多個預(yù)定的量化級尺寸對于從所述正交變換編碼單元輸出的多個小數(shù)據(jù)塊進(jìn)行量化；多級運行長度編碼裝置，用于對于從所述多級量化器輸出的系數(shù)進(jìn)行運行長度編碼；多級可變長度編碼裝置，用于對于從所述多級運行長度編碼裝置輸出的系數(shù)進(jìn)行可變長度編碼；多級累加裝置，用于在小數(shù)據(jù)塊的單元中累加從所述可變長度編碼裝置輸出的編碼長度，并在大數(shù)據(jù)塊的單元中累加預(yù)定的參考小數(shù)據(jù)塊；歸范裝置，通過采用在所述小數(shù)據(jù)塊單元中累加的編碼長度和在所述參考大數(shù)據(jù)塊單元中累加的編碼長度來進(jìn)行歸范，并給每個數(shù)據(jù)塊分配新的目標(biāo)編碼長度；和量化級尺寸選擇裝置，用于選擇量化級尺寸，能夠在多個分別給于從所述多級累加裝置輸出的小數(shù)據(jù)塊的量化級尺寸中間輸出最接近于所述歸范裝置的目標(biāo)編碼長度的值。
2.一種如權(quán)利要求1所述的圖象信號壓縮編碼裝置，其特征在于，所述分塊裝置先進(jìn)行小數(shù)據(jù)塊單元的分塊，再進(jìn)行大數(shù)據(jù)塊單元的分塊，所述小數(shù)據(jù)塊由幾個正交變換數(shù)據(jù)塊構(gòu)成，而所述大數(shù)據(jù)塊由幾個小數(shù)據(jù)塊構(gòu)成。
3.一種如權(quán)利要求1所述的圖象信號壓縮編碼裝置，其特征在于，所述分塊裝置先進(jìn)行大數(shù)據(jù)塊單元的分塊，再進(jìn)行小數(shù)據(jù)塊單元的分塊，所述大數(shù)據(jù)塊由幾個小數(shù)據(jù)塊構(gòu)成，而所述小數(shù)據(jù)塊由幾個正交變換數(shù)據(jù)塊構(gòu)成。
4.一種如權(quán)利要求1所述的圖象信號壓縮編碼裝置，其特征在于，所述多級量化裝置通過在控制所述量化級尺寸的情況下對輸入信號進(jìn)行比特移位來起作用。
5.一種如權(quán)利要求1所述的圖象信號壓縮編碼裝置，其特征在于，所述多級量化裝置利用使各量化級尺寸與一個量化表相乘，然后再被一個輸入信號除的結(jié)果來進(jìn)行量化。
6.一種圖象信號壓縮編碼方法，它包括以下步驟在各小數(shù)據(jù)塊的單元中對圖象信號分塊，小數(shù)據(jù)塊由四個亮度分量的正交變換數(shù)據(jù)塊和兩個色差分量的正交變換數(shù)據(jù)塊組成，并在由五個小數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的大數(shù)據(jù)塊單元中對圖象信號分塊；對于所述分塊步驟的輸出在一個正交變換數(shù)據(jù)塊的各個單元中進(jìn)行正交變換；利用所述正交變換的系數(shù)選擇量化級尺寸；延遲所述正交變換系數(shù)，直至所述量化級尺寸的選擇步驟完成；按照所選擇的量化級尺寸進(jìn)行量化；對于所述量化的信號進(jìn)行運行長度編碼；對于所述運行長度編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行可變長度編碼；以及重新調(diào)整數(shù)據(jù)，以便按預(yù)定的格式記錄由所述可變長度編碼步驟輸出的信號，其特征在于，所述量化級尺寸的選擇步驟包括以下步驟按照多個固定的量化級尺寸對于所述的多個小數(shù)據(jù)塊進(jìn)行多級量化；對于從所述多級量化步驟輸出的系數(shù)進(jìn)行長度編碼；對于從所述多級運行長度編碼步驟輸出的編碼進(jìn)行可變長度編碼；通過在小數(shù)據(jù)塊的單元中累加從所述多級可變長度編碼步驟輸出的編碼長度的正交變換單元，并在所述參考大數(shù)據(jù)塊的單元中累加所述參考小數(shù)據(jù)塊來進(jìn)行多級累加；按照所述參考大數(shù)據(jù)塊單元中累加的編碼長度和所述小數(shù)據(jù)塊單元中累加的編碼長度來進(jìn)行歸范，然后給每個小數(shù)據(jù)塊分配新的適當(dāng)?shù)木幋a長度，其中所述新的適當(dāng)編碼長度是通過使所述參考小數(shù)據(jù)塊的編碼長度與一個適當(dāng)?shù)呐c一個大數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的固定編碼長度相乘，然后再被所述參考數(shù)據(jù)塊的編碼長度除的結(jié)果而得到的；選擇量化級尺寸，能夠在所述多個對所述多級累加步驟中的給于每個小數(shù)據(jù)塊的量化級尺寸中間輸出最接近于從所述歸范步驟輸出的新的適當(dāng)編碼長度的值。
7.一種如權(quán)利要求6所述的圖象信號壓縮編碼方法，其特征在于，所述分塊步驟先進(jìn)行小數(shù)據(jù)塊單元的分塊，再進(jìn)行大數(shù)據(jù)塊單元的分塊，所述小數(shù)據(jù)塊由幾個正交變換數(shù)據(jù)塊構(gòu)成，而所述大數(shù)據(jù)塊由幾個小數(shù)據(jù)塊構(gòu)成。
8.一種如權(quán)利要求6所述的圖象信號壓縮編碼方法，其特征在于，所述分塊步驟先進(jìn)行大數(shù)據(jù)塊單元的分塊，再進(jìn)行小數(shù)據(jù)塊單元的分塊，所述大數(shù)據(jù)塊由幾個小數(shù)據(jù)塊構(gòu)成，而所述小數(shù)據(jù)塊由幾個正交變換數(shù)據(jù)塊構(gòu)成。
9.一種如權(quán)利要求6所述的圖象信號壓縮編碼方法，其特征在于，通過在控制所述量化級尺寸的情況下對輸入信號進(jìn)行比特移位來執(zhí)行所述多級量化步驟。
10.一種如權(quán)利要求6所述的圖象信號壓縮編碼方法，其特征在于，所述多級量化步驟利用使各量化級尺寸與一個量化表相乘，然后再被一個輸入信號除的結(jié)果來進(jìn)行所述的量化。
全文摘要
一種利用量化級尺寸選擇單元的圖象信號編碼裝置和方法，所述單元包括多級量化裝置，對正交變換編碼單元輸出的小數(shù)據(jù)塊進(jìn)行量化；多級運行長度編碼裝置；多級可變長度編碼裝置；多級累加裝置，累加可變長度編碼單元輸出的編碼長度和各預(yù)定的參考小數(shù)據(jù)塊；歸范裝置，利用累加的編碼長度進(jìn)行歸范，并給每個小數(shù)據(jù)塊分配一個新的目標(biāo)編碼長度；量化級尺寸選擇裝置，在許多量化級尺寸間輸出最接近歸范單元的目標(biāo)編碼長度值。
文檔編號G06T9/00GK1150740SQ9611333
公開日1997年5月28日 申請日期1996年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月28日
發(fā)明者金宰賢 申請人:三星電子株式會社