CN100455019C - 内容自适应二进制算术编码的方法和使用该方法的设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种内容自适应二进制算术编码(CABAC)的方法以及使用该方法的设备。CABAC方法包括：分别生成与包括在输入块中的多个预定大小的残差块相对应的多个语法元素；对指示非零变换系数是否存在于语法元素中的每一残差块的标记进行分组；对分组的标记进行内容自适应二进制算术编码。内容自适应二进制算术编码的复杂度降低，从而更快更容易地执行内容自适应二进制算术编码。

Description

内容自适应二进制算术编码的方法和使用该方法的设备
本申请要求于2004年7月22日提交到韩国知识产权局的第10-2004-0057161号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及内容自适应二进制算术编码(CABAC)，更具体地说，涉及一种可更容易地和更快地执行内容自适应二进制算术编码的方法以及使用该方法的设备。
背景技术
由于运动图像包含大量数据，因此需要压缩编码以存储和发送图像数据。图像数据的编码和解码以具有例如具有16×16像素的宏块或具有8×8像素的块的可变大小的单元被执行。
另一方面，被称为MPEG-4部分10先进视频编码(AVC)或ITU-T H.264的新的视频压缩编码标准已被开发。例如，随着在移动通信网络中使用的新通信信道被提供，H.264被开发以将传统的电路交换系统切换到分组系统并处理各种通信基础结构。
H.264是具有比传统的标准的MPEG-4部分2的编码效率高50％的视频压缩编码标准。考虑到快速变化的无线环境和因特网环境，H.264对于误码是强健的，而且现在开始看到在网络中的广泛使用。
H.264采用用于图像数据压缩的各种数据压缩方法。数据压缩方法的其中之一是内容自适应二进制算术编码(CABAC)。CABAC是一种使用符号出现概率来压缩数据的熵编码的方法。
图1是传统的CABAC编码设备的框图。图1的CABAC设备根据H.264标准操作。CABAC设备包括：二进制编码单元110、内容建模单元130、概率估计单元150、第一二进制算术编码单元160、以及第二二进制算术编码单元170。
二进制编码单元110执行传统的可变长度编码，即其参照先前存储的预定的可变长度编码表来输出与输入的符号相对应的二进制值。内容建模单元130存储多个概率表；选择概率表而且使用选择的概率表以对从二进制编码单元110接收的二进制值进行算术编码；并将索引值输出到概率估计单元150。
概率估计单元150参照从内容建模单元130输入的概率表的索引值来确定用于算术编码的符号的概率值。概率估计单元150将符号的概率值和从二进制编码单元110中输出的二进制值输出到第一二进制算术编码单元160。第一二进制算术编码单元160接收符号的概率值和从二进制编码单元110输出的二进制值以生成比特流。
另一方面，如果输入的符号不要求内容建模过程，则输入的符号在被二进制编码单元110进行二进制编码之后被提供给第二二进制算术编码单元170。
根据H.264标准，残差块和运动估计信息的信息被图1的设备进行CABAC，从而生成最终的比特流。残差块包括原始块的像素值和再生块的像素值之间的差值。再生块经由估计原始块的运动而获得运动矢量，并使用获得的运动矢量来再生原始块。
H.264对4×4残差块执行离散余弦变换(DCT)，并生成多个语法元素的每个为4×4残差块。4×4残差块的语法元素被H.264定义为code_block_flag、significant_coeff_flag[i]、以及coeff_sign_flag[i]。元素coded_block_flag指示非零变换系数值是否存在于当前4×4残差块的16个像素值中。元素significant_coeff_flag[i]指示16个像素位置的第i像素的变换系数值是否为0。元素coeff_sign_flag[i]指示不为0的第i像素的变换系数值的符号。元素code_block_flag、significant_coeff_flag[i]、以及coeff_sign_flag[i]分别具有1比特的长度。
当如上所述的传统的CABAC被执行时，由内容建模单元130执行的内容建模过程十分复杂。具体地说，由如上所述的4×4残差块的语法元素的元素coded_block_flag的建模过程导致的瓶颈情况在整个CABAC过程中发生。
图2是示出对包括在当前宏块中的十六个4×4块中的一个的语法元素进行编码的过程的流程图。在对4×4块的一个执行DCT之后并且在如上所述的语法元素被生成之后，1比特的元素coded_block_flag被编码(S210)。接下来，当元素coded_block_flag的值为“1”时(S230)，4×4块的其余语法元素被编码(S250)。这里，编码包括CABAC。
在4×4块中，元素significant_coeff_flag和coeff_sign_flag按1比特被分配给每一像素，因此，每个块具有16比特的最大长度。在S250中，在4×4块中的一个中生成的16个significant_coeff_flag元素和16个coeff_sign_flag元素按相同种类的信息被分组，其后被编码。另一方面，在包含在当前宏块中的十六个4×4块的每个中，16个coded_block_flag被生成，但不被分组和编码，从而导致在整个CABAC过程中的瓶颈情况。
发明内容
在下面的描述中，本发明的其它方面和/或优点将被部分地阐述并且将从描述中部分地变得清楚，或可通过本发明的实践而被理解。
本发明提供一种内容自适应二进制算术编码的复杂性在其中被降低以容易地和更快地执行内容自适应二进制算术编码的方法和设备。
根据本发明的一方面，提供一种内容自适应二进制算术编码方法，该方法包括如下操作：分别生成与包含在输入块中的多个预定大小的残差块相对应的多个语法元素；对指示非零变换系数是否存在于语法元素中的每一残差块的标记进行分组；以及对分组的标记进行内容自适应二进制算术编码。
根据本发明的另一方面，提供一种内容自适应二进制算术编码设备，该设备包括：控制单元，其分别生成与包括在输入块中的预定大小的多个残差块相对应的多个语法元素，对指示的非0的变换系数是否存在于语法元素中的每一残差块的标记进行分组，以及输出分组的标记；以及内容自适应二进制算术编码单元，其对分组的标记进行内容自适应二进制算术编码。
根据本发明的另一方面，提供一种执行内容自适应二进制算术编码方法的程序在其上被记录的计算机可读记录介质，所述的方法包括操作：分别生成与包括在输入块中的多个预定大小的残差块相对应的多个语法元素；对指示的非零的变换系数是否存在于语法元素中的每一残差块的标记进行分组；以及对分组的标记进行内容自适应二进制算术编码。
附图说明
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得更加清楚和易懂，其中：
图1是传统的内容自适应二进制算术编码(CABAC)设备的框图；
图2是示出对包括在当前宏块中的多个4×4块中的一个的语法元素进行编码的过程的流程图；
图3是根据本发明实施例的CABAC设备的框图；以及
图4是根据本发明实施例示出CABAC方法的流程图。
具体实施方式
现将详细描述其例子在附图中示出的本发明实施例，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。下面通过参照附图描述实施例以解释本发明。
为了解决传统技术的问题，根据本发明的实施例，由4×4残差块逐一生成的coded_block_flag以残差宏块为单位被分组并共同被编码。
图3是根据本发明实施例的内容自适应二进制算术编码(CABAC)的框图。参照图3，CABAC设备包括控制单元310和CABAC单元330。
当完成以4×4残差块为单位对当前残差宏块执行离散余弦变换(DCT)时，控制单元310接收4×4残差块的DCT系数值，并且生成多个用于每一4×4残差块的语法元素。语法元素是coded_blocl_flag、significant_coeff_flag[i]、coeff_sign_flag[i]、last_significant_coeff_flag[i]、以及coeff_abs_level_minus_1[i]。元素coded_block_flag指示非零变换系数值是否存在于当前4×4残差块的16个像素值中。元素significant_coeff_flag[i]指示在16个像素位置中的第i像素的变换系数值是否为0。元素coeff_sign_flag[i]指示不为0的第i像素的变换系数值的符号。元素last_significant_coeff_flag[i]指示在16个像素位置中的第i像素是否是最后的非零变换系数。元素coeff_abs_level_minus_1[i]指示通过从第i像素的最后的非零变换系数的绝对值中减去1得到的值。
元素coded_block_flags、元素significant_coeff_flag[i]、元素coeff_sign_flag[i]、以及元素last_significant_coeff_flag[i]的每一个具有1比特的长度。coeff_abs_level_minus_1[i]的长度根据值的类型而变化。
控制单元310对多个coded_block_flag语法元素进行分组，并将分组的标记输出到CABAC单元330。
CABAC单元330接收分组的标记并对其执行CABAC。其后，CABAC单元330接收其余的多个语法元素，并对其执行CABAC。
现将基于图3的CABAC设备的配置来详细描述根据本发明的实施例的CABAC方法。
图4是示出根本发明实施例的CABAC方法的流程图。
在本发明的实施例中，整个编码过程以16×16大小的宏块为单位被执行。以4×4块为单位执行DCT和用于如coded_block_flag、significant_coeff_flag[i]、last_significant_coeff_flag[i]、coeff_abs_level_minus_1[i]、以及coeff_sign_flag[i]的残差数据的语法元素的生成。
当完成以4×4残差块为单位对当前残差宏块执行DCT时，控制单元310接收4×4残差块的DCT系数值(S410)，并生成如coded_block_flag、significant_coeff_flag[i]、last_significant_coeff_flag[i]、coeff_abs_level_minus_1[i]、以及coeff_sign_flag[i]的语法元素(S430)。
由于当前残差宏块包括十六个4×4亮度残差块、一个4×4亮度DC残差块、两个2×2色度DC残差块、以及八个4×4色度AC残差块，所以当前宏块的coded_block_flag具有27的最大值。控制单元310将多个coded_block_flag进行分组(S450)。
控制单元310将分组的coded_block_flag输出到CABAC单元330。CABAC单元330接收分组的coded_block_flag，并对其执行CABAC(S470)。根据传统技术，coded_block_flag没有被分组和分离，并以1比特被编码，从而增加了CABAC过程的复杂性。然而，根据本发明，当前宏块的多个coded_block_flag元素被共同分组，并且CABAC被共同执行，从而降低了CABAC过程的复杂性。
另一方面，在内容建模过程中，从多个概率表中选择用于输入符号的CABAC的最适合的概率表、coded_block_flag。为了选择用于输入符号的CABAC的最适合的概率表，需要位于当前4×4残差块周围的块的模式信息和如coded_block_flag的语法元素的信息。用于对与当前4×4残差块相关的元素coded_block_flag进行内容建模的参考块是在当前4×4残差块之上的4×4块、在当前4×4残差块左边的4×4块、在当前4×4残差块被包括在其中的当前残差宏块之上的宏块、以及在当前残差宏块左边的宏块。
因此，当根据传统技术，coded_block_flag未被分组和彼此按1比特分离以执行CABAC时，对于内容建模过程，重新得到并读取模式信息以及如在当前4×4残差块之上的4×4块、在当前4×4残差块左边的4×4块、在当前4×4残差块被包括在其中的当前残差宏块之上的宏块、以及在当前残差宏块左边的宏块的语法元素的信息。然而，根据本发明，多个与当前宏块相关的coded_block_flag元素被共同分组和CABAC，从而降低了内容建模过程的复杂性。例如，一次重新得到、读取、并且存储模式信息和如在当前残差宏块之上的宏块和在当前残差宏块左边的宏块的coded_block_flag的语法元素的信息。因此，不需要每次重新得到和读取这样的信息。
在CABAC单元330根据S470对分组的coded_block_flag元素执行CABAC之后，除了coded_block_flag元素之外的其它语法元素从控制单元310被输入以被CABAC(S490)。
如上所述，在本发明的实施例中，作为例子，16×16宏块被输入以以4×4块为单位进行DCT，并且语法元素被编码。然而，块的大小不限于16×16宏块和4×4块。应该理解，宏块可以是M×N宏块(M＝N或M≠N，正整数)，或宏块可以是任意预定的形状，而且可做出改变从而不脱离本发明的原理。
本发明可在计算机可读记录介质上实施为计算机可读代码。计算机可读记录介质是可存储其后可被计算机系统读取的数据的数据存储装置。计算机可读记录介质的例子包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置、以及载波(例如通过因特网的数据传输)。计算机可读记录介质也可以是分布于连接计算机系统的网络，从而计算机可读代码以分布式方式被存储和执行。
虽然本发明已参照其实施例被具体地示出和描述，但本领域普通技术人员应理解，在不脱离由下述权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可对其在形式和细节上做出各种改变。
虽然本发明的一些实施例已被示出和描述，但本领域技术人员应理解，在不脱离在权利要求及其等同物限定的本发明范围的本发明的原理和精神的条件下，可对这些实施例做出改变。

Claims (18)

1、一种编码方法，该方法包括：
生成每个残差块的多个语法元素；
对指示非零变换系数是否存在于每个残差块的多个语法元素中的标记进行分组；以及
通过内容自适应二进制算术编码对分组的标记进行编码。
2、如权利要求1所述的方法，还包括：对除了分组的标记以外的多个语法元素进行编码。
3、如权利要求1所述的方法，其中，残差块包括4×4像素块。
4、如权利要求1所述的方法，其中，残差块包括M×N像素块。
5、如权利要求4所述的方法，其中，M＝N，并且M和N是整数。
6、如权利要求1所述的方法，其中，残差块包括宏块。
7、如权利要求6所述的方法，其中，宏块包括K×L宏块。
8、如权利要求7所述的方法，其中，K＝L，并且K和L是整数。
9、如权利要求7所述的方法，其中，K×L宏块是16×16宏块。
10、一种编码设备，该设备包括：
控制单元，其生成每个残差块的多个语法元素，并对指示非零变换系数是否存在于每一残差块的多个语法元素中的标记进行分组；以及
编码单元，其通过内容自适应二进制算术编码对分组的标记进行编码。
11、如权利要求10所述的设备，其中，编码单元接收除了标记以外的其余多个语法元素，并对该其余的语法元素进行编码。
12、如权利要求10所述的设备，其中，残差块包括4×4像素块。
13、如权利要求10所述的设备，其中，残差块包括M×N像素块。
14、如权利要求13所述的设备，其中，M和N是整数，并且M＝N。
15、如权利要求10所述的设备，其中，残差块包括宏块。
16、如权利要求15所述的设备，其中，宏块是K×L宏块。
17、如权利要求16所述的设备，其中，K和L是整数，并且K＝L。
18、如权利要求16所述的设备，其中，K×L宏块是16×16宏块。
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