CN100358242C - 用于解码可变长度码的方法和相应的接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于解码被用来编码具有预定类型的数据、最好是图像或视频数据的可变长度码的方法，所述编码数据包含一个属于一组预定码字的码字的序列。根据本发明，该方法包括以下步骤：构建至少一个包括至少两个解码码字的部分解码码字序列；检查所述部分解码码字序列是否满足所述预定类型数据内在的至少一个属性。

Description

用于解码可变长度码的方法和相应的接收机

技术领域

本发明涉及一种用于解码可变长度码的方法。

背景技术

通常的图像和视频压缩标准包含空间以及空间和时间压缩。时间压缩包含仅仅第一个图像或在预定时间间隔的一个图像被完全地编码，而对后续图像仅对与被完全编码图像的差别进行编码。空间压缩通常包含首先向图像应用诸如离散余弦变换或小波变换之类的变换压缩技术，其次应用诸如霍夫曼编码、算术代码RVLC或U-VLC之类的熵压缩技术，其中霍夫曼编码、算术代码RVLC或U-VLC全部都属于可变长度码一族。熵压缩的步骤将是本发明的框架。

可变长度码包括在传输信道上被传输到接收机的多个码字。在接收机方，码字字典是已知的，并且解码器从比特流当中分离出码字以恢复初始传输的数据。这种通常的解码方法的缺点是：传输差错能够空间地传播，直到解码器检测到它找不到任何与所接收的序列相匹配的码字为止、和直到找到下一个同步序列为止。

实际上，可变长度码解码方法要求可靠的传输信道是高效的。在移动通信网络中，由于不可靠的传输媒介引起的比特错误在解码码字时能够导致失去同步。此外，由于实时约束，所以用一个触发重复错误数据帧的纠错机构(例如无线链路协议)来保护传输的数据是不可能的。

本领域中已知的是根据接收序列在码字字典上的投影对可变长度码进行解码的方法。这种方法在下列文章中进行了描述：

2001年IEEE数据压缩会议论文集，273-282页，R.Bauer，J.Hagenauer的On Variable Length Codes for Iterative Source-Channel Decoding。

意大利Sorrento的ISIT 2000，6月25-30日，R.Bauer，J.Hagenauer的Iterative Source-Channel Decoding based on aTrellis representation for Variable Length Codes。

这些方法利用了在码字内部比特之间的关系。然而，该关系还没有强到足以在接收机处有效地恢复差错。此外，即使单独采用的每个码字的解码好象是正确的，解码了的序列也可能导致没有意义的码字序列。

发明内容

本发明的一个特别目的是尤其是在有不可靠的传输媒介的通信网络中提供一种改善的、用于解码可变长度码的方法。

本发明的另一个目的是提供一个用于执行这种方法的接收机。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于解码被用来编码具有预定类型的数据、最好是图像或视频数据的可变长度码的方法，所述编码数据包含一个属于一组预定码字的码字的序列，所述方法包括以下步骤：

构建至少一个包括至少两个解码码字的部分解码码字序列；

检查所述部分解码码字序列是否满足所述预定类型数据内在的至少一个属性。

本发明还提供了一种用于接收用可变长度码编码的数据的接收机，所述接收机的特征在于它包括：

用于构建至少一个这样的部分解码码字序列的装置(321)，其中所述部分解码码字序列包括至少两个解码码字；

用于检查所述部分解码码字序列是否满足所述预定类型数据内在的至少一个属性的装置(322)。

根据本发明，用于解码可变长度码的方法包括步骤：在每个码字内部的约束之外考虑有关被编码数据的类型的约束。

在本发明的第一个最佳实施例中，该方法包含：通过在每次迭代时增加一个附加的貌似合理的码字，迭代地计算部分解码码字序列。就每个部分解码码字序列来说，计算一个度量(metric)，该度量给出了与预定类型的数据序列的含义有关的信息。在所有具有相同比特数的部分解码码字序列当中，只有使该度量(在此称作幸存值-survivor)最优化的部分解码码字序列才被保留用于下一次迭代。

最好是，该度量包含维特比度量。

最好是，取决于具有与幸存值相同比特长度的部分解码码字序列，为幸存值的每一比特计算似然值。这个似然值被用来在解码器输出端生成软输出。

在本发明的一个进一步的最佳实施例中，图像或视频数据内在的属性被用来检查部分解码码字序列的正确性。

根据本发明的方法呈现出以下优点：提供了对不可靠的传输信道差错的提高了的健壮性，并且没有由于冗余而增加任何比特速率，并且在编码方没有变化。

根据本发明的方法能够被用于所有种类的源解码(硬输入/硬输出、硬输入/软输出、软输入/硬输出、软输入/软输出)。

根据本发明的方法具有这样的优点：呈现了相当于其它现有技术解码算法的计算复杂性，同时就错误的解码码字序列来说提供了更好的结果。

附图说明

本发明的其它特征和优点将会在阅读作为非限制性说明而给出的最佳实施例的下列描述时、并且通过附图显现出来，其中：

图1A显示了根据本发明的方法的第一实施例的例图；

图1B详述了根据本发明的方法的简化例子；

图2显示了在根据本发明的方法的第二实施例中用以确定数据类型特定的属性的视频比特流的分层组织；

图3显示了根据本发明的接收机；

图4表示利用本发明的第二实施例获得的仿真结果。

具体实施方式

图1A显示了根据本发明的方法的第一实施例的例图。

根据本发明的方法的第一实施例包含：迭代地构建貌似合理的部分解码码字序列的列表，并且根据预定类型数据内部的属性选择某些部分解码码字序列用于进一步的处理。根据本发明的方法的这个第一实施例包括下列步骤。

步骤11包含构建一个包括所有貌似合理的部分解码码字序列的列表，其中该部分解码码字序列包括一个属于字典、并且对应于所接收的数据比特的码字。码字是在从传输媒介中收到编码数据时根据通常的可变长度码解码算法(例如H261、H263、H26L、H264、JPEG、MPEG、......、或在本说明书的现有技术部分中引用的那些)生成的。本发明没有提出获得不同码字的方法，并且对于本领域技术人员来说显然任何现有技术的方法都能被用于这个目的。

步骤12包含为不同的貌似合理的部分解码码字序列计算一个度量。该度量应当根据这类传输数据内部的属性给出一个有关解码序列的含义的指示。最好是，该度量是与在接收数据序列和发送数据序列之间的欧几里德距离相关联的维特比度量。维特比度量给出了一个有关已经发出了一个具有预定比特长度的数据序列的概率的指示，并且具有相同比特长度的接收数据序列是已知的。对于本领域技术人员来说，显然能够在使用维特比度量的地方使用反映数据序列的含义的其它度量，而没有背离本发明的范围。

步骤13包含在所有具有相同比特数的部分解码码字序列当中选择最优化预定度量的那一个用于进一步的处理。所选择的部分解码码字序列在下文中将被称为“幸存值”。

步骤14包含：通过向在步骤13中获得的部分解码码字序列增加一个附加的码字开始下一次迭代，并且重复步骤12、13、14直到获得一个具有预定比特长度的数据块(步骤15)为止。

图1B详述了以上列出的用于简化例子的步骤。例如，接收数据序列是

0  1  0  1  1  0  1  1  0  0。

假定这个序列对应于一个比特长度等于10比特的数据块。

字典包括下列码字，

代码 #1：0 1 0

代码 #2：1 1

代码 #3：0 0

代码 #4：0 1

代码 #5：0 1 1

代码 #6：0 1 1 0

代码 #7：1 0 0

仅仅包括一个码字的貌似合理的部分解码码字序列的第一个列表包括两个条目：代码#1和代码#4。这两个码字具有不同的比特长度：3比特和2比特。根据步骤12不进行选择。

包括两个码字的貌似合理的部分解码码字序列的列表也包括两个条目：

代码 #1 代码 #2

代码 #4 代码 #5

由于这两个部分解码码字序列具有相同的比特数(5比特)，所以最好是根据维特比度量执行对这些码字其中之一的选择。只有使该度量最优化的部分解码码字序列才将被保留用于进一步的处理。假定最优化该度量的部分解码码字序列是序列：代码#4 代码#5。在下一次迭代时，包括三个码字的貌似合理的部分解码码字序列的列表包括三个条目：

代码 #4 代码 #5 代码 #4

代码 #4 代码 #5 代码 #5

代码 #4 代码 #5 代码 #6

这些序列不具有相同的比特数，所以不执行选择。

在下一次迭代时，包括四个码字的貌似合理的部分解码码字序列的列表包括：

代码 #4 代码 #5 代码 #4 代码 #7

代码 #4 代码 #5 代码 #5 代码 #3

代码 #4 代码 #5 代码 #6 代码#X将会是一个包括至少11比特的码字序列，并且因此不再是貌似合理的序列(在这个例子中一个数据块精确地包括10比特)。不能获得包括10比特的、以代码#4 代码#5代码#6开始的码字序列。

由于部分解码码字序列 代码#4 代码#5 代码#4 代码#7 和部分解码码字序列 代码#4 代码#5 代码#5 代码#3 包括相同的比特数，所以该度量被用来选择使维特比度量最优化的部分解码码字序列。由于部分解码码字序列的比特长度等于一个数据块的比特长度，所以完成了这个数据块的解码。

在本发明的一个最佳实施例中，在每次迭代时附加的部分解码码字序列被保留用于进一步的处理。这呈现出这样的优点：提供了更正确的解码率，并且具有可接受的处理负荷的增加。如以下描述的那样选择这些被保留用于进一步处理的、附加的部分解码码字序列。

为每个比特长度L的幸存值计算与这个幸存值中的编码像素的数目有关的信息。这个信息最好是用于在幸存值中包含的每个码字的行程(run)参数的总和。

然后，还为具有与比特长度L的幸存值相同比特长度的所有其它部分解码码字序列计算与在部分解码的序列中编码像素的数目有关的信息(例如，用于在部分解码码字序列中的码字的“run”参数的总和)，并且将其标记为R。

具有与小于R的、在部分解码码字序列中编码像素的数目有关的信息的所有部分解码码字序列被保留用于下一次迭代。

或者，在具有相同的、与编码像素数目有关的信息的部分解码码字序列当中，只有使如下定义的似然值最优化的那个部分解码码字序列才被保留用于进一步的处理。

最好是，该方法包括一个在每次迭代时为幸存值的每一比特计算似然值的步骤13’。似然值最好是为具有与幸存值相同比特长度的部分解码码字序列计算的度量的一个函数。这个似然值被用来在解码器输出端生成软输出。本领域技术人员将会理解，这个步骤是可选的，尤其是如果在解码器输出端生成硬输出。

最好是能够以下列方法计算似然值：

首先，为每一比特计算一个与“幸存值”相关联、被称作“marginal(边缘)”的值。这个值考虑了不得不被丢弃、并且具有与幸存值相同比特长度的所有部分解码码字序列。

其中：

X_i是将被解码的序列的i-e比特，

S_p是在丢弃不是幸存值的所有候选值之前的k-e列表L_k的貌似合理的部分解码码字序列，

Y_p是对应于序列S_p的接收数据序列。

通过构建，用来自前一迭代列表L_k-1。的序列S′_p和一个新增加的码字V_new创建S_p：

S_p＝S′_pV_new

L是S_p的比特长度，而L’是S′_p的比特长度。

然后对于i∈[1，L′]：

Y_vlc是对应于这个码字的接收序列。

对于i∈[L′+1，L]，

如果S_p的相应比特等于X_i＝x，其中x∈{0，1}，则：

$B_{i,X_i=x}(S_p/Y_p)=$

如果S_p的相应比特等于X_i≠x，其中x∈{0，1}，则：

$B_{i,X_i=x}(S_p/Y_p)=0$

在迭代过程的结尾处，与上一个幸存值相关联的“marginal”值是所有丢弃的完全貌似合理的序列的总和，并且前者与幸存值本身的“marginal”值相关联。

“marginal”是一个用来在解码器输出端获得“软输出”的值。

然后最好是以下列方法为每一比特计算“软输出”。

在本发明的进一步的最佳实施例中，“Log-”和“Sub-log”逼近能够被用来在解码器输出端生成“软输出”。

“Sub-log”是这种算法的次优化算法，在维特比算法中将使用逼近log(e^a+e^b)＝max(a，b)。

“Log-”是这种算法的另一种次优化算法，在维特比算法中的逼近为：

log(e^a+e^b)＝max(a，b)+log(1+e^-|a-b|)

其中log(1+e^-|a-b|)由一个表给出。

就这两种次优化算法来说，乘法操作变成加法操作，并且(如果差错模型是AGWN)不必执行指数函数值计算。

图2显示了用在根据本发明的方法的第二实施例中以确定数据类型特定的属性的、视频比特流的分层组织。就每个画面来说，图像或视频数据包含画面头21，继之以多组块22(GOB)，每组块22包括一个GOB头23和宏块24(MB)，每个MB 24包括一个MB头25和数据块26。一个数据块26包含预定数目N的像素(例如就H.263来说是64个像素)。

通过数据块26的编码生成的每个码字如在H263标准中描述的那样由一个三元组(run，level，last)表示，或者是如在H.26L标准中描述的那样由一对(run，level)以及一个End-of-Block(块结束)指示符表示。可以使用其它现有技术的编码机制(例如MPEG、JPEG、H261、H264、......)而没有背离本发明的范围。参数run表示在一个码字中编码像素的数目。

根据本发明，表示一个数据块的部分解码码字序列应当验证下列属性：

其中参数“run”(行程)如在“run-length”(行程长度)压缩方法中定义的那样与每个码字相关联。参数“run”与一个码字中编码像素的数目有关。

实际上，其上述总和大于每一数据块的像素数目的部分解码码字序列将是错误的部分解码码字序列。

这类数据内在的属性能够被单独使用，是因为如果解码码字序列不满足该属性则它能够被拒绝。在这种情况下，应当使用另一种解码算法(例如更有效的一种)来解码接收的序列。

或者，这个属性能够和在本发明的第一实施例中提出的解码方法联合使用。在这种情况下，检查每个部分解码码字序列的这个属性，并且丢弃不满足该属性的部分解码码字序列。这呈现出这样的优点：进一步减少了在根据本发明第一实施例的解码方法中的处理负荷。

在本发明的一个进一步的实施例中，根据H263标准的三元组(run，level，last)中的字段last、根据H.26L标准的End-of-Block指示符，被用来定义这类数据内在的一个属性。实际上，如果相应的码字是数据块的最后一个码字，则字段“last(最后一个)”或“End-of-Block(块结束)”才被设置为1。在其它所有情况下(即解码码字不是数据块中的最后一个)，则字段“last”或“End-of-Block”必须为0。

这类数据内在的属性能够被单独使用，是因为如果解码码字序列不满足该属性则它能够被拒绝。在这种情况下应该执行接收序列的另一种解码。

或者，这个属性能够和在本发明的第一实施例中提出的解码方法联合使用。在这种情况下，检查每个部分解码码字序列的这个属性，并且丢弃不满足该属性的部分解码码字序列。这呈现出这样的优点：进一步减少了在根据本发明第一实施例的解码方法中的处理负荷。

最好是，根据本发明的方法在它的不同实施例中被用于在本身具有不可靠的传输媒介的无线通信网络上传输图像或视频数据。

图3显示了根据本发明的一个接收机。

接收机包括一个用于解码可变长度码的解码器30。解码器30包括一个现有技术中已知的、用于解码可变长度码的模块31，和一个用于检查解码的序列是否满足这类编码数据内在的一个预定属性的模块32。

模块31在从传输媒介中接收编码数据时根据通常的可变长度码解码算法(例如H261、H263、H26L、H264、JPEG、MPEG、......)生成码字。模块31把每个新解码码字转发到模块32。模块32包括用于构建包括至少两个解码码字的部分解码码字序列的装置321，用于检查该部分解码码字序列是否满足要解码的这类数据内在的一个或多个属性的装置322。

在一个最佳实施例中，装置322检查该部分解码码字序列是否使一个为具有预定比特长度的数据序列计算的度量最优化。这个度量最好是维特比度量。装置322然后仅仅保留在具有相同比特长度的部分码字序列当中、使维特比度量最优化的部分解码码字序列用于进一步的处理。

在另一个最佳实施例中，装置322检查该部分解码码字序列是否满足下列属性：

在本发明的一个进一步的最佳实施例中，装置322检查该部分解码码字序列是否满足下列属性：

last_{数据序列的最后一个码字}≠1

根据本发明的接收机能够是一个移动终端。或者，在基站子系统处解码编码数据的情况下，接收机能够是该基站子系统的一部分。

图4表示使用本发明第二实施例获得的仿真结果。来自视频序列的一组图像块已经被用来仿真。这组图像块已经在高斯(AGWN)信道上传输了，并且然后已经根据一种现有技术的解码方法(曲线41)和用根据本发明的方法(曲线42)解码了。曲线41、42显示了图像块差错率(在传输图像块的总数上被错误解码的图像块数目)。

利用根据本发明的方法获得1到2dB的增益。

在考虑视频流的“data(数据)”字段时已经获得了以上给出的仿真结果。然而，本发明中的方法还能够被应用到视频流的可以是定长的其它字段(例如，头字段、同步字、运动矢量、......)。实际上，被用于编码定长字段的定长码可以被认为是可变长度码的一个子集。

因此，配备有根据本发明的一个解码器的接收机可以被用于视频流的所有字段。

Claims (8)

1.用于解码被用来编码具有预定类型的数据的可变长度码的方法，所述具有预定类型的数据可以是图像或视频数据，所述编码数据包含一个属于一组预定码字的码字的序列，所述方法包括以下步骤：

通过在每次迭代时增加一个附加的貌似合理的码字，迭代地构建部分解码码字序列，其中在每次迭代时部分解码码字序列的数目等于能够被解码的附加的貌似合理的码字的数目；

为每个获得的部分解码码字序列计算一个度量，所述度量给出了有关具有预定比特长度的所述预定类型的数据序列的含义的信息；

保留最优化所述度量的所述预定比特长度的部分解码码字序列，在此被称作比特长度L的幸存值，以便用于下一次迭代。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述编码数据在无线通信网络的一个空中接口上传输。

3.根据权利要求1的方法，其中所述预定类型的数据是包括预定数目的像素的图像或视频数据块，所述方法进一步包括以下步骤：

在每次迭代时确定与在所述比特长度L的幸存值中编码像素的数目有关的信息；

保留至少一个与所述比特长度L的幸存值具有相同比特长度的附加的部分解码码字序列，其中所述附加的部分解码码字序列的所述与在其中编码像素的数目有关的信息小于所述比特长度L的幸存值的所述相应信息。

4.根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

为被保留用于下一次迭代的所述部分解码码字序列，在此称为幸存值，的每一比特计算一个似然值，该似然值是与所述幸存值具有相同比特长度的部分解码码字序列的一个函数；

作为所述似然值的一个函数生成一个软解码输出。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述数据是包含预定数目的像素的图像或视频数据块，所述方法进一步包括以下步骤：

如果在属于所述部分解码码字序列的码字上对表示码字中编码像素的数目的参数值求得的和大于每个数据块的像素数目，从而导致下面的等式得不到验证，则不接受所述部分解码码字序列：

其中所述参数“run_码字”表示码字中编码像素的数目，其中每个数据块的像素数目标记为N。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述数据是图像或视频数据块，所述方法进一步包括步骤：如果满足下述条件，则不接受所述部分解码码字序列：

所述部分解码码字序列具有的比特长度小于每一数据块的比特长度，并且所述部分解码码字序列的最后一个码字包括指示所述码字是所述数据块的最后一个码字的参数，或者

所述部分解码码字序列具有的比特长度等于每一数据块的像素的数目，并且所述部分解码码字序列的最后一个码字包括指示所述码字不是所述数据块的最后一个码字的参数。

7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤：如果没有验证所述属性，则丢弃所述部分解码码字序列。

8.用于接收用可变长度码编码的数据的接收机，所述接收机的特征在于它包括：

用于通过在每次迭代时增加一个附加的貌似合理的码字来重复地构建部分解码码字序列的装置，在每次迭代时部分解码码字序列的数目等于能够被解码的附加的貌似合理的码字的数目；

用于为每个获得的部分解码码字序列计算一个度量的装置，所述度量给出了有关具有预定比特长度的所述预定类型的数据序列的含义的信息；

用于保留最优化所述度量的所述预定比特长度的部分解码码字序列，在此被称作比特长度L的幸存值，以便用于下一次迭代的装置。

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