專利名稱：用于選擇地編碼/解碼視頻信號的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于視頻信號處理的方法及裝置；更具體地，涉及利用選擇地編碼視頻信號而能減小視頻信號傳送速度的編碼方法及裝置及與它們對應(yīng)的解碼方法及裝置。
眾所周知，數(shù)字化視頻信號的傳輸能比模擬信號的傳輸傳送質(zhì)量高得多的視頻圖象。當(dāng)包括一個圖象幀序列的視頻信號用數(shù)字形式表示時，將產(chǎn)生出用于傳輸?shù)拇罅繑?shù)據(jù)，尤其是在高清晰度電視系統(tǒng)中更是如此。但是，由于可以獲得的傳統(tǒng)傳輸信道的頻帶寬度是受到限制的，為了通過有限的信道寬度傳輸大量的數(shù)字數(shù)據(jù)，將不可避免地要壓縮或減小傳輸數(shù)據(jù)量。在各種視頻壓縮技術(shù)中，所謂混合編碼技術(shù)，即將時間及空間壓縮技術(shù)與統(tǒng)計編碼技術(shù)相結(jié)合的編碼技術(shù)被認為是最有效的。
大多數(shù)混合編碼技術(shù)使用運動補償DPCM(差分脈沖碼調(diào)制)，二維DCT(離散余弦變換)，DCT系數(shù)的量化，及VLC(可變長度編碼)。
運動補償DPCM是一種確定當(dāng)前幀與其前一幀之間一物象運動，并根據(jù)該物象運動流預(yù)測當(dāng)前幀，以便產(chǎn)生代表當(dāng)前幀及其預(yù)測之間差別的差值或誤差信號的處理。例如，在Staffan Ericsson寫的“用于混合預(yù)測/變換編碼的固定及自適應(yīng)預(yù)測器”，IEEE通信學(xué)報(IEEE Transactions on Communications)COM-33，No.12，第1291-1302頁(1985年12月)；及在Ninomiya及Ohtsuka寫的“用于電視圖象的運動補償幀間編碼方案”，IEEE通信學(xué)報COM-30，No.1，第201-211頁(1982年1月)的文章中已描述了該方法。
尤其是，在運動補償DPCM中，基于當(dāng)前幀及在先幀之間運動的估算從相應(yīng)的在先幀數(shù)據(jù)中預(yù)測當(dāng)前幀數(shù)據(jù)。這種估算的運動可以以代表在先幀與當(dāng)前幀之間象素位移的二維運動矢量的方式描述。
對于估算物象象素的位移具有兩種基本方法。一種是逐塊的估算，另一種是逐象素的方法。
在逐塊的運動估算中，每個當(dāng)前幀中的塊與其在先幀中的塊相比較，直到確定到最佳適配為止。由此，可以確定出用于當(dāng)前幀中整個塊的幀間位移矢量(它指示在幀之間有多少象素塊已運動了)。
用于減少或消除圖象數(shù)據(jù)之間的空間冗余的二維DCT將一數(shù)字圖象數(shù)據(jù)塊例如8×8個象素塊，轉(zhuǎn)換成一組變換系數(shù)數(shù)據(jù)。這種技術(shù)被描述在Chen及Pratt寫的“場景自適應(yīng)編碼器”IEEE通信學(xué)報COM-32，No.3，第225-232頁(1984年3月)的文章中。利用通過量化器，鋸齒掃描及VLC對這種變換系數(shù)數(shù)據(jù)的處理，可使待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量得到有效壓縮。
當(dāng)將混合編碼技術(shù)應(yīng)用于低位速具有例如64kb/s傳輸信道帶寬的視頻信號編碼系統(tǒng)時，由于有限的信道容量，實際上不可能傳輸所有這些編碼視頻信號數(shù)據(jù)。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用對視頻信號中包含的多個塊的選擇性處理而對視頻信號進行編碼及解碼的改進方法及裝置，由此減小經(jīng)編碼的視頻信號的傳輸速度。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于視頻信號編碼器中將誤差信號轉(zhuǎn)換成編碼信號的方法，其中誤差信號代表視頻信號的當(dāng)前幀及在先幀之間的運動補償差分象素值，它包括下列步驟提供取自誤差信號的多個塊，每個塊包括M×N個運動補償差分象素值，其中M及N為正整數(shù)；通過對包括在各塊中的運動補償差分象素值的平均計算，計算各塊的平均值；將這些塊的平均值進行比較，從最大一個平均值開始以遞減的順序選出一序列塊，并提供所選塊的位置數(shù)據(jù)，其中所選的塊彼此不重疊；將包括在每個所選塊中的M×N個運動補償差分象素值轉(zhuǎn)換成一組變換系數(shù)；將該組變換系數(shù)轉(zhuǎn)換成一組量化的變換系數(shù)；及將該組量化的變換系數(shù)與所選塊的位置數(shù)據(jù)相組合，由此提供編碼的信號。
由以下結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的說明，將會使本發(fā)明的上述和另外的目的及特征顯而易見，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的視頻信號編碼器的方框圖；圖2表示圖1中所示的圖象信號編碼器的詳細方框圖；圖3表示圖2中所示的位置判定單元的詳細方框圖；圖4表示在位置判定單元上選擇處理塊所用的一種方法；
圖5表示圖1中所示圖象信號解碼器的詳細方框圖；及圖6表示根據(jù)本發(fā)明的一個視頻信號解碼器的方框圖。
參照圖1，它表示包括一個本發(fā)明的圖象編碼器的視頻信號編碼器的方框圖。
當(dāng)前幀的輸入數(shù)字視頻信號經(jīng)由線L10提供給一個運動估算單元126并供給到一個減法器101。在運動估算單元126中，對線L10上的當(dāng)前幀信號及來自幀存儲器124的線L12上的重建在先幀信號進行處理，用以使用傳統(tǒng)的逐塊估算方法來估算一組移動矢量，每個移動矢量代表當(dāng)前幀的一個搜索塊與包含在在先幀相應(yīng)搜索區(qū)域中的最佳適配塊之間的位移。
提供自運動估算單元126的線L20上的移動矢量被供給一個預(yù)測單元122及一個熵編碼器107。響應(yīng)該移動矢量，利用檢索來自幀存儲器124的與該運動矢量相對應(yīng)的象素數(shù)據(jù)，在預(yù)測單元122上，在逐塊的基礎(chǔ)上產(chǎn)生出一預(yù)測當(dāng)前幀信號。該預(yù)測當(dāng)前幀信號被提供給減法器101并經(jīng)由線L30供給加法器115。
在減法器101上從當(dāng)前幀信號中減去來自預(yù)測單元122的預(yù)測當(dāng)前幀信號；所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，即表示差分象素值的或當(dāng)前幀與預(yù)測當(dāng)前幀之間誤差值的誤差信號，經(jīng)由線L40被傳送到本發(fā)明的圖象信號編碼器105。在圖象信號編碼器105，根據(jù)本發(fā)明對誤差信號進行處理，用以根據(jù)包括在其中的象素誤差值檢測多個處理塊。然后使用DCT及量化來處理這些處理塊，以便提供多組量化的變換系數(shù)。來自圖象信號編碼器105的輸出用于在線L70上提供處理塊的位置數(shù)據(jù)及在線L50上提供量化的變換系數(shù)。以后將參照圖2至4來描述圖象信號編碼器105的詳細結(jié)構(gòu)。
量化的變換系數(shù)及處理塊的位置數(shù)據(jù)經(jīng)由兩個信號通路被傳送一個信號通路是通向熵編碼器107的通路，其中利用例如行程及可變長度編碼技術(shù)的組合將量化的變換系數(shù)及處理塊的位置數(shù)據(jù)和通過線L20提供的運動矢量一起編碼，并將該編碼提供給一發(fā)射機(未示出)用以將其發(fā)射；另一個信號通路是通向圖象信號解碼器113，在其中該組量化的變換系數(shù)被轉(zhuǎn)換回重建誤差信號。對圖象信號解碼器113的詳細結(jié)構(gòu)將參照圖5來描述。
來自圖象信號解碼器113在線L80上的重建誤差信號及來自預(yù)測單元122的預(yù)測當(dāng)前幀信號在加法器115上相組合，以便提供重建當(dāng)前幀信號并被寫入到幀存儲器124中。
為了使編碼器能監(jiān)測接收機中解碼器的特性并由此防止編碼器的重建當(dāng)前幀信號偏離解碼器中的信號，因此需要重建誤差信號。
參照圖2，它給出了圖1中所示的圖象信號編碼器105的詳細方框圖。來自減法器101由線L40提供的誤差信號被存儲在誤差信號存儲器210中。存儲在誤差信號存儲器210中的誤差信號經(jīng)由線L60被提供給位置判定單元220。位置判定單元220根據(jù)處理塊中象素的誤差值確定來自誤差信號中的多個處理塊的位置，并將這些處理塊的位置數(shù)據(jù)提供給誤差信號存儲器210。對位置判定單元220的詳細結(jié)構(gòu)將參照圖3來描述。
來自位置判定單元220的處理塊的位置數(shù)據(jù)通過線L71耦合到誤差信號存儲器210并通過線L70耦合到熵編碼器107及圖象信號解碼器113。響應(yīng)處理塊的位置數(shù)據(jù)，誤差信號存儲器210提供給DCT單元230一組用于每個處理塊的誤差值。在DCT單元230中對每個處理塊進行處理以提供給量化單元240一組變換系數(shù)。然后該組變換系數(shù)在量化單元240中被量化，以便通過線L50將一組量化的變換系數(shù)提供給圖1中所示的熵編碼器107及圖象信號解碼器113。
參照圖3，它表示圖2中所示的位置判定單元220的詳細方框圖。來自在圖2中所示的誤差信號存儲器210的誤差信號提供給絕對值電路310。該絕對值電路310將包括在誤差信號中的每個誤差值轉(zhuǎn)換成其絕對值。來自絕對值電路310的絕對誤差值在中值濾波器320上使用傳統(tǒng)的中值濾波方法在逐象素的基礎(chǔ)上進行濾波。尤其是，在中值濾波器320上，輸入的象素用該象素周圍的一個窗口中包含的象素的中值來取代。這就是說，中值濾波器320將一個適當(dāng)選擇的窗口中的象素的絕對誤差值利用對其乘以預(yù)定的濾波系數(shù)進行平均計算，該選擇窗口在其中心包含有該待被濾波的象素；并將該平均值指定為象素的濾波誤差值。被濾波的誤差信號輸入到N個(i，j)塊形成單元，如332，334，336及338中。
參照圖4，它表示例如P×Q個象素的一幀濾波誤差值，其中各個括號中的數(shù)表示該幀四角的象素的X及Y座標(biāo)。每個(i，j)塊形成單元產(chǎn)生一個M×M個象素，例如該幀中8×8個象素的(i，j)誤差塊，其中i及j分別代表該誤差塊左上角象素的X及Y座標(biāo)。
再回顧圖3，它表示有(P－M＋1)×(Q－M＋1)個塊形成單元，為了簡化起見，圖中僅畫出4個單元。第一塊形成單元，例如(0，0)塊形成單元332，向在(0，0)處的誤差塊提供一組濾波誤差值。類似地，第二塊形成單元，例如(0，1)塊形成單元334，及第N個塊形成單元，例如(P－M，Q－M)塊形成單元338分別向位于(0，1)及(P－M，Q－M)的誤差塊提供各組濾波誤差值。
塊形成單元332至338分別向選擇器360及相應(yīng)的平均計算器342，344，346及348提供各個誤差塊的位置數(shù)據(jù)和各組濾波誤差值。每個平均計算器342至348利用對包括在其中的濾波誤差值的平均計算向處理塊確定單元350提供用于各誤差塊的平均值。在處理塊確定單元350中，對平均值進行比較，以便以從最大一個平均值開始以其遞減的順序選出預(yù)定數(shù)目例如4個非重疊誤差塊。例如，在圖4中所示的誤差塊B3在所有誤差塊中具有最大平均值，則該誤差塊B3首先被選出。隨后，一個誤差塊如B1，在其余的不與先前選出的誤差塊即B3相重疊的誤差塊中具有最大平均值，被接著選出來。這個過程被重復(fù)下去，直到所有預(yù)定數(shù)目的非重疊誤差塊，如B1，B2及B3及B4均被選出為止。這些誤差塊被選出作為待在圖2所示的DCT單元230中被處理的處理塊。由處理塊確定單元350輸出的是一個代表處理塊的選擇信號。雖然處理塊的數(shù)目是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例預(yù)定的，但是顯然對于那些熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員，能夠根據(jù)緩沖寄存器的占用率、即輸出緩沖寄存器(未示出)中的數(shù)據(jù)量進行調(diào)節(jié)。
選擇器360，響應(yīng)于來自處理塊確定單元350的選擇信號，根據(jù)來自塊形成單元332及至338的誤差塊的位置數(shù)據(jù)確定處理塊的位置；并將其作為處理塊的位置數(shù)據(jù)經(jīng)由線L71提供給圖2中所示的誤差信號存儲器210，并經(jīng)由線L70提供給如圖1所示的熵編碼器107及圖象信號解碼器113。例如，如果圖4中所示的塊B1至B4被選為處理塊，它們在左上角象素的位置、如P1至P4，就成為這些處理塊的位置數(shù)據(jù)。
參照圖5，它是圖1中所示的圖象信號解碼器113的詳細方框圖。來自圖1中所示的圖象信號編碼器105的量化的變換系數(shù)被提供給一個逆量化單元510，在其中經(jīng)線L50傳來的量化的變換系數(shù)被轉(zhuǎn)換回重建變換系數(shù)。該變換系數(shù)被供給到IDCT(反DCT)單元520，用以提供出包括在這些處理塊中的重建誤差值。該重建誤差值被提供給重建誤差信號存儲器530，其中根據(jù)由線L70提供的處理塊的位置數(shù)據(jù)將多組重建誤差值存儲到相應(yīng)的位置。該重建誤差信號存儲器530的剩余部分被設(shè)置成0，以便將重建誤差信號經(jīng)由線L80提供給如圖1中所示的加法器115。
參照圖6，它表示一個視頻信號解碼器的方框圖，該解碼器包括一個圖象信號解碼器720，一個加法器730，一個校正單元740，一個幀存儲器750，它們基本上分別等同于圖1中所示的視頻信號解碼器的圖象信號解碼器113，加法器115，預(yù)測單元122及幀存儲器124。
從圖1中所示的視頻信號編碼器發(fā)送來的編碼視頻信號被提供給一熵解碼器710。然后，該熵解碼器710對編碼視頻信號進行解碼，并將運動矢量提供給校正單元740，及將處理塊的位置數(shù)據(jù)和量化的變換系數(shù)提供給圖象信號解碼器720。在圖象信號解碼器720上，用和視頻信號編碼器的圖象信號解碼器113相同的方式對處理塊的位置數(shù)據(jù)及量化的變換系數(shù)進行處理，由此將重建誤差信號提供給加法器730。同時，校正單元740，響應(yīng)移動矢量通過從幀存儲器750中檢索象素數(shù)據(jù)，將校正的當(dāng)前幀信號提供給加法器730。校正的當(dāng)前幀信號及重建誤差信號在加法器730上相組合，以便將重建當(dāng)前幀信號提供給顯示單元(未示出)及幀存儲器750。
使用以上所說明的方法，對多個處理塊進行選擇及處理以提供低位速的編碼視頻信號。編碼信號的位速利用改變一幀中處理塊的數(shù)目可方便地被改變。
雖然本發(fā)明是針對特定實施例進行描述的，但顯然地，對于那些熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神及范圍的情況下，還可作出各種變化及改型。
權(quán)利要求
1.一種用于視頻信號編碼器中將誤差信號轉(zhuǎn)換成編碼信號的方法，其中誤差信號代表視頻信號的當(dāng)前幀及在先幀之間的運動補償差分象素值，它包括下列步驟提供取自誤差信號的多個塊，每個塊包括M×N個運動補償差分象素值，其中M及N為正整數(shù)；通過對包括在各塊中的運動補償差分象素值的平均計算，計算每個塊的平均值；將各塊的平均值進行比較，從最大一個平均值開始以遞減順序選出一序列塊，并提供所選塊的位置數(shù)據(jù)，其中所選的塊彼此不重疊；將包括在每個被選塊中的M×N個運動補償差分象素值轉(zhuǎn)換成一組變換系數(shù)；將該組變換系數(shù)轉(zhuǎn)換成一組量化的變換系數(shù)；及將各組量化的變換系數(shù)與被選塊的位置數(shù)據(jù)相組合由此提供編碼信號。
2.一種用于視頻信號編碼器中將誤差信號轉(zhuǎn)換成編碼信號的編碼裝置，其中誤差信號代表視頻信號的當(dāng)前幀及在先幀之間的運動補償差分象素值，它包括用于提供取自誤差信號的多個塊的裝置，每個塊包括M×N個運動補償差分象素值，其中M及N為正整數(shù)；用于通過對包括在各塊中的運動補償差分象素值的平均計算來計算每個塊的平均值的裝置；用于將各塊的平均值進行比較，從最大一個平均值開始以遞減順序選出一序列塊，并提供所選塊的位置數(shù)據(jù)的裝置，其中所選的塊彼此不重疊；用于將包括在每個被選塊中的M×N個運動補償差分象素值轉(zhuǎn)換成一組變換系數(shù)的裝置；用于將該組變換系數(shù)轉(zhuǎn)換成一組量化的變換系數(shù)的裝置；及用于將各組量化的變換系數(shù)與被選塊的位置數(shù)據(jù)相組合，由此提供編碼信號的裝置。
3.用于在視頻信號編碼器或視頻信號解碼器中重建誤差信號的解碼裝置，所述誤差信號代表視頻信號的當(dāng)前幀及在先幀之間的運動補償差分象素值，該解碼裝置利用對由一將誤差信號轉(zhuǎn)換成編碼信號的編碼裝置提供的編碼信號的解碼重建誤差信號，所述編碼裝置包括用于提供取自誤差信號的多個塊的裝置，每個塊包括M×N個運動補償差分象素值，其中M及N為正整數(shù)；用于通過對包括在各塊中的運動補償差分象素的平均計算來計算每個塊的平均值的裝置；用于將各塊的平均值進行比較從最大一個平均值開始以遞減順序選出一序列塊，并提供所選塊的位置數(shù)據(jù)的裝置，其中所選的塊彼此不重疊；用于將包括在每個被選塊中的M×N個運動補償差分象素值轉(zhuǎn)換成一組變換系數(shù)的裝置；用于將該組變換系數(shù)轉(zhuǎn)換成一組量化的變換系數(shù)的裝置；及用于將各組量化的變換系數(shù)與被選塊的數(shù)據(jù)相組合，由此提供編碼信號的裝置，所述解碼裝置包括用于將包括在編碼信號中的每組量化的變換系數(shù)轉(zhuǎn)換成一組重建變換系數(shù)的裝置；用于將這些重建轉(zhuǎn)換系數(shù)逆變換成一組重建的M×N個運動補償差分象素值的裝置；及用于響應(yīng)被選塊的位置數(shù)據(jù)提供重建誤差信號的裝置，其中重建誤差信號在相應(yīng)選出塊的位置上具有一組重建M×N個運動補償差分象素值，并在非選出塊的位置上具有零值。
全文摘要
一種利用對視頻信號中包含的多個塊選擇性編碼及解碼來處理視頻信號的改進方法/裝置。該編碼方法包括以下步驟從運動補償誤差信號中選擇多個處理塊，并判定這些處理塊的位置數(shù)據(jù)，其中包括在處理塊中的誤差值大于其余的誤差值，并且每個處理塊的位置數(shù)據(jù)指定為其左上角象素位置；將處理塊轉(zhuǎn)換成多組變換系數(shù)；將多組變換系數(shù)轉(zhuǎn)換成多組量化的變換系數(shù)；將多組量化的變換系數(shù)與處理塊的位置數(shù)據(jù)相組合，由此提供編碼信號。
文檔編號H04N7/32GK1134086SQ9510546
公開日1996年10月23日 申請日期1995年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月20日
發(fā)明者丁海默 申請人:大宇電子株式會社