專利名稱：自適應(yīng)正交變換編碼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交變換編碼系統(tǒng)，特別是有關(guān)能使因圖象活動程度而有不同大小的變換塊中的一個相適應(yīng)的正交變換編碼裝置。
作為數(shù)據(jù)壓縮法中的一種的正交變換編碼是使用一定大小的變換塊將空間域的視頻數(shù)據(jù)變換成頻率域的變換系數(shù)的技術(shù)，主要使用離散余弦變換(DCT)。通常將已正交變換編碼的數(shù)據(jù)附加加權(quán)值進行量化和可變長編碼。用此方式壓縮的數(shù)據(jù)有隨正交變換和可變長編碼等而變化的可變數(shù)據(jù)量。例如圖象活動少時，被壓縮的數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)量變少，圖象活動多時，被壓縮的數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)量變多。因而按這種情況，被壓縮的數(shù)據(jù)量比所分配的數(shù)據(jù)量小，反之，也存在比所分配的數(shù)據(jù)量多的情況。
當(dāng)被壓縮的數(shù)據(jù)量比所分配的數(shù)據(jù)量多時，又傳送被壓縮的數(shù)據(jù)又用數(shù)字式VCR等記錄時，產(chǎn)生數(shù)據(jù)損失。此數(shù)據(jù)損失對重現(xiàn)的圖象帶來惡劣影響，成為圖象質(zhì)量變壞的主要原因。按照

圖1對用以使因被壓縮的數(shù)據(jù)量比所分配的數(shù)據(jù)量變多而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)損失最少的已有的編碼系統(tǒng)進行說明。
圖1中的模式選擇部11在空間域分析所加的視頻數(shù)據(jù)，判斷場間或幀間的圖象活動。
模式選擇部11按照所判斷的圖象活動選擇8×8模式和4×8模式中的一種。由視頻信號的壓縮而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大體上是在圖象活動多時比圖象活動少時要多。模式選擇部11據(jù)此通過對圖象活動判斷來預(yù)測壓縮的數(shù)據(jù)，選擇有最少數(shù)據(jù)損失的變換模式。圖象活動少時，選擇使用8×8規(guī)格的變換塊的8×8模式，圖象活動多時，選擇使用4×8規(guī)格變換塊的4×8模式。選擇8×8模式時，模式選擇器11以8×8象素塊的形態(tài)向8×8DCT單元13輸出所附加的視頻數(shù)據(jù)。8×8DCT單元13使用8×8尺寸的變換塊，將來自模式選擇器11的附加視頻數(shù)據(jù)變換成頻率域的數(shù)據(jù)。選擇4×8模式時，模式選擇器11產(chǎn)生場間或幀間的對應(yīng)象素之間的和與差信號SUM、DIFF。
更詳細地說，模式選擇器11將空間域的8×8象素塊的奇數(shù)行與偶行對應(yīng)列的象素值相加，產(chǎn)生表示4×8象素塊的和信號SUM，求出該奇數(shù)行與偶數(shù)行對應(yīng)列的象素值之差，產(chǎn)生表示4×8象素塊的差信號DIFF。和信號SUM供給4×8DCT單元14，差信號DIFF供給4×8DCT單元15。4×8DCT單元14、15使用4(垂直)×8(水平)規(guī)格的變換塊，將所附加的視頻數(shù)據(jù)變換成頻率域的數(shù)據(jù)。通過此4×8DCT單元14、15，使分布于高頻域的系數(shù)值移至低頻域。
按照曲折掃描圖形等從DC系數(shù)到高頻變換系數(shù)掃描來自圖1中的機器的已正交變換的數(shù)據(jù)。配備有圖1中的機器的編碼系統(tǒng)，當(dāng)壓縮的數(shù)據(jù)量比分配的數(shù)據(jù)量多時，從由正交變換產(chǎn)生的最高高頻部分丟棄數(shù)據(jù)。拋棄數(shù)據(jù)的這種優(yōu)先順序是按照人們對低頻區(qū)的圖象信號比高頻區(qū)更敏感的視覺特性進行。由于能使數(shù)據(jù)損失最少，從而能提高重放圖象的質(zhì)量。
但是，上述圖1中的機器實際上是按照未進行可變長編碼等處理的在進行正交變換以前的空間域的數(shù)據(jù)，選擇8×8模式或4×8模式中的一種。因而存在對因壓縮而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量的預(yù)測的準確度變壞的問題。
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種能預(yù)測按照頻率域中的數(shù)據(jù)進行可變長編碼的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)測結(jié)果選擇相適應(yīng)的不同的正交變換方式的自適應(yīng)正交變換編碼裝置。
為了達到上述本發(fā)明的目的，對空間域的視頻數(shù)據(jù)做正交變換，將正交變換所產(chǎn)生的變換系數(shù)進行可變長編碼的自適應(yīng)正交變換編碼裝置，它包括用以在M(垂直)×N(水平)大小的象素塊單位使上述視頻數(shù)據(jù)進行正交變換的第一正交變換部；用以施加與輸入上述第一正交變換部相同的視頻數(shù)據(jù)并處理該數(shù)據(jù)，以使其在低頻域的變換系數(shù)的分布比上述第一正交變換部高，將這樣處理過的視頻數(shù)據(jù)在上述象素塊單位進行正交變換的第二正交變換部；施加由上述第一正交變換部產(chǎn)生的變換系數(shù)，按照已設(shè)定的第一掃描順序掃描并輸出與個別象素塊相應(yīng)的變換系數(shù)的第一掃描部；施加由上述第二正交變換部產(chǎn)生的變換系數(shù)，按照已設(shè)定的第二掃描順序掃描并輸出與個別象素塊相應(yīng)的變換系數(shù)的第二掃描部；根據(jù)模式選擇信號選擇并輸出來自上述第一及第二掃描部的變換系數(shù)的選擇輸出部；對于相同的象素塊，分別預(yù)測將來自上述第一掃描部的變換系數(shù)進行可變長編碼的數(shù)據(jù)量和將來自上述第二掃描部的變換系數(shù)進行可變長編碼的數(shù)據(jù)量，按照預(yù)測出的數(shù)據(jù)量產(chǎn)生表示根據(jù)個別象素塊選擇的正交變換模式的模式選擇信號的控制部。
圖1是在用以使數(shù)據(jù)損失最小化的編碼系統(tǒng)中使用的已有的正交變換編碼器的方框圖。
圖2是本發(fā)明最佳實施例的自適應(yīng)正交變換編碼裝置的方框圖。
圖3A是用以說明對8×8規(guī)格塊的掃描順序的概念圖。
圖3B-3C是用以說明對4×8規(guī)格塊的掃描順序的概念圖。
下面將按照附圖進一步說明本發(fā)明的最佳實施例。
圖2示出本發(fā)明的自適應(yīng)正交變換裝置的最佳實施例的方框圖。
圖2的裝置借助使用8×8規(guī)格的變換塊進行離散余弦變換(DCT)的8×8變換模式和使用二個4×8規(guī)格的變換塊進行離散余弦變換的4×8變換模式，使在空間域顯示的8×8規(guī)格的象素塊正交變換。為了進行8×8變換模式使用圖2所示的第二延遲器23、8×8DCT單元24，為了進行4×8變換模式使用第一延遲器2l、運算器22和4×8DCT單元25。4×8變換模式完成將進入在空間域顯示的8×8規(guī)格的象素塊的視頻信號的高頻成分向低頻區(qū)移動的任務(wù)。將由第一掃描器26輸出的數(shù)據(jù)供給多路轉(zhuǎn)換器31和第一與第二計數(shù)器28、29，將由第二掃描器27輸出的數(shù)據(jù)供給多路轉(zhuǎn)換器31和第三與第四計數(shù)器32、33。模式選擇器30按照來自第一與第三計數(shù)器28、32的已被疊加的計數(shù)值COUNT1、COUNT3和第一基準值REF1，決定特定的變換模式。未決定特定變換模式時，模式選擇器30按照來自第二與第四計數(shù)器的已疊加的計數(shù)值COUNT2、COUNT4和第二基準值REF2，最終決定特定變換模式。表示所決定的變換模式的選擇信號SEL供給多路轉(zhuǎn)換器31。下面將按照3A-圖3C說明此圖2的裝置的詳細結(jié)構(gòu)及工作。
輸入圖2的裝置中的視頻數(shù)據(jù)是劃分成8×8規(guī)格的象素塊的數(shù)據(jù)。因而，視頻數(shù)據(jù)按從該象素塊第一行的第一列的象素到最末行的最末列的象素的順序，輸入到每個8×8規(guī)格的象素塊。輸入到圖2的裝置中的視頻數(shù)據(jù)同時供給第一延遲器21，運算器22和第二延遲器23。第一延遲器21將所輸入的視頻數(shù)據(jù)延遲與8×8象素塊的一行相應(yīng)的時間并輸出。如將已延遲的視頻數(shù)據(jù)和未延遲的視頻數(shù)據(jù)輸入到運算器22，則運算器22在每個8×8象素塊對于該象素塊內(nèi)相鄰的奇數(shù)行與偶數(shù)行，計算位于對應(yīng)列的象素值的和與差并輸出。此運算器22配備有用以計算相對于對應(yīng)象素值的和的加法器221，和用以求出相對于對應(yīng)象素值的差的減法器223。加法器221計算8×8象素塊內(nèi)的對應(yīng)象素值的和并形成4(垂直)×8(水平)象素塊，將該象素塊的視頻數(shù)據(jù)輸出到4×8DCT單元25。減法器223計算8×8象素塊內(nèi)的對應(yīng)象素值的差，形成4(垂直)×8(水平)象素塊，并將該象素塊的視頻數(shù)據(jù)輸出到4×8DCT單元25。
4×8DCT單元25配置有和DCT器251與差DCT器253。來自加法器221的視頻數(shù)據(jù)加到和DCT器251，來自減法器223的視頻數(shù)據(jù)加到差DCT器253。和DCT器251將所輸入的視頻數(shù)據(jù)用4×8規(guī)格的變換塊正交變換成頻率域的數(shù)據(jù)即變換系數(shù)，差DCT器253將所加的視頻數(shù)據(jù)用4×8規(guī)格的變換塊正交變換成頻率域的數(shù)據(jù)。由4×8DCT單元25產(chǎn)生的變換系數(shù)供給下述的第二掃描器27。
另一方面，對于相同的視頻數(shù)據(jù)，為了使從運算器22供給4×8DCT單元25的時刻與經(jīng)第二延遲器23供給8×8DCT單元24的時刻一致，第二延遲器23使從外部輸入到圖2的裝置的視頻數(shù)據(jù)延遲后輸出。用此第二延遲器23使供給8×8DCT單元24的數(shù)據(jù)與供給4×8DCT單元25的數(shù)據(jù)同步。8×8DCT單元24將來自第二延遲器23的視頻數(shù)據(jù)正交變換成8×8規(guī)格的象素塊單位，將正交變換所產(chǎn)生的頻率域的變換系數(shù)輸出到第一掃描器26。第一掃描器26用圖3A所示的掃描方式，掃描由來自8×8DCT單元24的變換系數(shù)形成的8×8規(guī)格的塊。而且，第二掃描器27用圖3B和圖3C所示的掃描方式掃描由來自和DCT器251的變換系數(shù)形成4×8規(guī)格的塊和由來自差DCT器253的變換系數(shù)形成的4×8規(guī)格的塊。
圖3A-圖3C示出對二維頻率域的掃描順序，在示于圖3A-圖3C的每一個中的二維頻率域中，其垂直軸向下頻率值高，其水平軸向右側(cè)頻率值高。而且，圖3A-3C中所示的數(shù)字表示按一種曲折掃描方式的掃描順序，表示從小的數(shù)字到大的數(shù)字完成掃描。所以第一掃描器26按圖3A所示數(shù)字的順序輸出相應(yīng)變換系數(shù)。第二掃描器27按圖3B與圖3C所示數(shù)字的順序輸出相應(yīng)值。因而，第二掃描器27的情況是交替地輸出由相加及正交變換所得的變換系數(shù)和由相減及正交變換所得的變換系數(shù)。
來自第一掃描器26的變換系數(shù)同時供給第一和第二計數(shù)器28、29，來自第二掃描器27的變換系數(shù)同時供給第三和第四計數(shù)器32、33。最好是第一掃描器26將供給第一與第二計數(shù)器28、29的變換系數(shù)延遲規(guī)定時間再供給多路轉(zhuǎn)換器31，第二掃描器27將供給第三與第四計數(shù)器32、33的變換系數(shù)延遲規(guī)定時間再供給多路轉(zhuǎn)換器31。由第一掃描器26和第二掃描器27產(chǎn)生的此信號延遲要用于產(chǎn)生決定變換模式的計數(shù)器值，用多路轉(zhuǎn)換器31選擇該區(qū)域的數(shù)據(jù)并輸出到后段的機器(未示出)。
第一與第二計數(shù)器28、29計算來自第一掃描器26的屬于8×8規(guī)格塊的變換系數(shù)，第三與第四計數(shù)器32、33計算來自第二掃描器27的屬于8×8規(guī)格塊的變換系數(shù)。特別是計數(shù)器28、29、32、33要這樣來設(shè)計，即，使第一與第三計數(shù)器28、32對8×8象素塊每次正交變換產(chǎn)生的變換系數(shù)中“0”值的次數(shù)計數(shù)，使第二與第四計數(shù)器29、33對上述變換系數(shù)的值從“0”變?yōu)榉恰?”值的次數(shù)計數(shù)。計數(shù)器28、29、32、33還要設(shè)計成使其在將各自所計數(shù)的值COUNT1、COUNT2、COUNT3、COUNT4輸出到8×8規(guī)格的塊單位的同時，進行初始化。因而，來自第一與第三計數(shù)器28、32的已計數(shù)的值COUNT1、COUNT3表示屬于8×8規(guī)格的個別對應(yīng)塊的“0”的個數(shù)，由第二及第四計數(shù)器29、33輸出的計數(shù)值COUNT2、COUNT4表示屬于8×8規(guī)格的個別對應(yīng)塊的“0”值如何連續(xù)排列。由計數(shù)器28、29、32、33輸出的計數(shù)值供給模式選擇器30。模式選擇器30按照所加的計數(shù)值選擇相對8×8規(guī)格的象素塊的變換模式。此模式選擇器30按照所輸入的計數(shù)值COUNT1、COUNT2、COUNT3、COUNT4與基準值REF1、REF2的比較來選擇特定的變換模式，并產(chǎn)生表示所選擇的變換模式的選擇信號SEL。模式選擇部30所使用的基準值REF1、REF2由實驗決定，通過正交變換和可變長編碼產(chǎn)生的已壓縮的數(shù)據(jù)量設(shè)定為不超過所分配的數(shù)據(jù)量的最佳值。下面將進一步詳細說明由模式選擇器30產(chǎn)生的選擇信號SEL的產(chǎn)生過程。
模式選擇器30利用計數(shù)值COUNT1、COUNT2、COUNT3、COUNT4選擇最佳的正交變換模式。此模式選擇器30將計數(shù)值COUNT1、COUNT3與第一基準值REF1比較。通過比較，計數(shù)值COUNT1、COUNT3中任何一個大于基準值REF1而另一個小于基準值REF1時，模式選擇器30選擇與比第一基準值REF1大的計數(shù)值對應(yīng)的變換模式。例如，只有計數(shù)值COUNT3大于第一基準值REF1時，才選擇4×8變換模式。反之，如果通過比較，計數(shù)值COUNT1、COUNT3兩者都大于或小于第一基準值REF1時，模式選擇器30再將計數(shù)值COUNT2、COUNT4與第二基準值REF2比較。通過比較，計數(shù)值COUNT2、COUNT4中任何一個大于第二基準值REF2，而另一個小于REF2時，模式選擇器30選擇與小于第二基準值REF2的計數(shù)值對應(yīng)的變換模式。例如，只有計數(shù)值COUNT4小于第二基準值REF2時，選擇8×8變換模式。而如果計數(shù)值COUNT2、COUNT4兩者都大于或小于第二基準值REF2時，模式選擇器30選擇8×8變換模式。模式選擇器30產(chǎn)生表示所選擇的變換模式的選擇信號SEL和模式信號MODE，所產(chǎn)生的選擇信號SEL供給多路轉(zhuǎn)換器31。多路轉(zhuǎn)換器31根據(jù)所加的選擇信號選擇由第一掃描部26或第二掃描部27供給的數(shù)據(jù)為8×8象素塊單位。如上所述，掃描部26、27使用于產(chǎn)生決定變換模式的計數(shù)值的塊的數(shù)據(jù)延遲后輸出。因而，多路轉(zhuǎn)換器31選擇屬于與用于產(chǎn)生選擇信號的相同的塊的變換系數(shù)，所選擇的數(shù)據(jù)供給后段的可變長編碼器(未示出)并進行可變長編碼。
本發(fā)明不限于選擇屬于與用以產(chǎn)生選擇信號的相同塊的特定模式的變換系數(shù)并供給后段的可變長編碼器的上述一種實施例的裝置。
如上所述，本發(fā)明分析正交變換的數(shù)據(jù)，選擇最佳正交變換模式，特別是按照存在于由每個8×8規(guī)格的象素塊的正交變換產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中的連續(xù)的“0”的個數(shù)和從“0”變?yōu)榉恰?”值的變更次數(shù)，來選擇正交變換模式。由于能按照對由后段可變長編碼器所產(chǎn)生數(shù)據(jù)量的更準確的預(yù)測來選擇最佳的正交變換模式，與按照空間域的數(shù)據(jù)分析選擇正交變換模式的情況相比，進一步有效地解決了因錯誤的模式選擇造成的圖象質(zhì)量惡化的問題。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)正交變換編碼裝置，使空間域的視頻數(shù)據(jù)正交變換，并將正交變換所產(chǎn)生的變換系數(shù)進行可變長編碼，其特征在于此自適應(yīng)正交變換編碼裝置包括用以將上述視頻數(shù)據(jù)在M(垂直)×N(水平)規(guī)格的象素塊單位進行正交變換的第一正交變換裝置；施加與輸入于上述第一正交變換裝置相同的視頻數(shù)據(jù)，處理所輸入的視頻數(shù)據(jù)以使低頻域的變換系數(shù)的分布比上述第一正交變換裝置高，將這樣處理過的視頻數(shù)據(jù)在上述象素塊單位進行正交變換的第二正交變換裝置；施加由上述第一正交變換裝置產(chǎn)生的變換系數(shù)，按已設(shè)定的第一掃描順序掃描并輸出與個別象素塊對應(yīng)的變換系數(shù)的第一掃描部；施加由上述第二正交變換裝置產(chǎn)生的變換系數(shù)，按已設(shè)定的第二掃描順序掃描并輸出與個別象素塊對應(yīng)的變換系數(shù)的第二掃描部；根據(jù)模式選擇信號選擇并輸出來自第一與第二掃描部的變換系數(shù)的選擇輸出裝置；對于相同的象素塊，分別預(yù)測將來自上述第一掃描部的變換系數(shù)進行可變長編碼的數(shù)據(jù)量和將來自上述第二掃描部的變換系數(shù)進行可變長編碼的數(shù)據(jù)量，按照預(yù)測出的數(shù)據(jù)量，產(chǎn)生用以表示根據(jù)個別象素塊選擇的正交變換模式的模式選擇信號的控制裝置。
2.按照權(quán)利要求1所說的編碼裝置，其特征在于每個上述正交變換裝置對所輸入的視頻數(shù)據(jù)進行離散余弦變換。
3.按照權(quán)利要求1所說的編碼裝置，其特征在于上述第二正交變換裝置包括計算存在于由M×N象素構(gòu)成的塊內(nèi)相鄰的對應(yīng)奇數(shù)行與偶數(shù)行的相同列的象素值的和與差，形成由按和的計算產(chǎn)生的(M/2)×N象素構(gòu)成的第一(M/2)×N象素塊以及由按差的計算產(chǎn)生的(M/2)×N象素構(gòu)成的第二(M/2)×N象素塊的塊形成裝置；用以將由上述塊形成裝置形成的第一(M/2)×N象素塊的數(shù)據(jù)進行正交變換的第一正交變換器；用以將由上述塊形成裝置形成的第二(M/2)×N象素塊的數(shù)據(jù)進行正交變換的第二正交變換器。
4.按照權(quán)利要求3所說的編碼裝置，其特征在于上述第二掃描部交替地掃描上述第一正交變換器產(chǎn)生的變換系數(shù)和上述第二正交變換器產(chǎn)生的變換系數(shù)。
5.按照權(quán)利要求3所說的編碼裝置，其特征在于還包括用以使輸入到上述第一正交變換裝置的視頻數(shù)據(jù)延遲的延時裝置，以便對于相同的視頻數(shù)據(jù)使由上述塊形成裝置形成的數(shù)據(jù)加到上述第一與第二正交變換器的時刻與輸入到上述第一正交變換裝置的時刻同步。
6.按照權(quán)利要求1所說的編碼裝置，其特征在于每個上述掃描部按從低頻到高頻的順序掃描變換系數(shù)。
7.按照權(quán)利要求1所說的編碼裝置，其特征在于上述控制裝置包括對于個別象素塊，計算來自上述第一掃描部的變換系數(shù)中其值為“0”的變換系數(shù)，并輸出表示計數(shù)結(jié)果的第一計數(shù)值的第一計數(shù)器；計算來自上述第二掃描部的變換系數(shù)中其值為“0”的變換系數(shù)，并輸出表示計數(shù)結(jié)果的第二計數(shù)值的第二計數(shù)器；將上述第一與第二計數(shù)值分別與已設(shè)定的第一基準值比較，按照比較結(jié)果產(chǎn)生模式選擇信號的模式選擇部。
8.按照權(quán)利要求7所說的編碼裝置，其特征在于當(dāng)上述第一與第二計數(shù)值中的任一個比第一基準值大而另一個比第一基準值小時，上述模式選擇部選擇與比第一基準值大的計數(shù)值對應(yīng)的正交變換模式。
9.按照權(quán)利要求8所說的編碼裝置，其特征在于上述控制裝置還包括對每個象素塊計算從來自第一掃描部的變換系數(shù)中的“0”變?yōu)榉恰?”的變換系數(shù)值的次數(shù)，輸出表示計數(shù)結(jié)果的第三計數(shù)值的第三計數(shù)器；計算從來自第二掃描部的變換系數(shù)中的“0”變?yōu)榉恰?”的變換系數(shù)值的次數(shù)，輸出表示計數(shù)結(jié)果的第四計數(shù)值的第四計數(shù)器；上述模式選擇部在第一與第二計數(shù)值中兩者同時比第一基準值小時，將上述第三與每四計數(shù)值分別與已設(shè)定的第二基準值比較，按照該比較結(jié)果產(chǎn)生模式選擇信號。
10.按照權(quán)利要求9所說的編碼裝置，其特征在于上模式選擇部在第三與第四計數(shù)值中的任一個比第二基準值大而另一個比第二基準值小時，選擇與比第二基準值小的計數(shù)值對應(yīng)的正交變換模式；在上述第三與第四計數(shù)值的兩者同時比第二基準值大或小時，產(chǎn)生用以選擇由上述第一正交變換裝置產(chǎn)生的變換系數(shù)的模式選擇信號。
全文摘要
本發(fā)明的自適應(yīng)正交變換編碼方法及裝置包括用以使視頻數(shù)據(jù)在象素塊單位進行正交變換的第一正交變換部；將處理過的視頻數(shù)據(jù)在上述象素塊單位進行正交變換的第二正交變換部；按設(shè)定的各個掃瞄順序掃瞄并輸出變換系數(shù)的掃瞄部；根據(jù)變換系數(shù)預(yù)測經(jīng)可變長編碼后的數(shù)據(jù)量并按預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生模式選擇信號的控制部；以及根據(jù)模式選擇信號選擇并輸出經(jīng)正交變換和掃瞄后的輸出數(shù)據(jù)的多路轉(zhuǎn)換器。
文檔編號H04N7/26GK1134079SQ9511319
公開日1996年10月23日 申請日期1995年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月19日
發(fā)明者崔成圭 申請人:三星電子株式會社