CN101150721B - 具有适应性位元平面编码模式的编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有适应性位面编码模式的编码方法，其对一由多个宏模块构成的图框的多个位面进行编码，每一位面是由该图框的多个宏模块的模式所组成，该方法包含步骤：(A)初始化该图框的位面的编码模式为压缩模式；(B)对该图框及位面执行编码，并计算该位面编码后的位元数目；(C)计算该位面未编码后的位元数目；(D)当该位面编码后的位元数目小于该位面未编码后的位元数目时，执行步骤(A)；(E)当该位面编码后的位元数目不小于该位面未编码后的位元数目时，该图框的位面的编码模式设为非压缩模式。

Description

具有适应性位元平面编码模式的编码方法

技术领域

本发明涉及影像编码的技术，尤指一种具有适应性位面(bitplane)编码模式的编码方法。

背景技术

一般影像编码时是针对整张画面做压缩，其需要将画面切割成一个个宏模块(Macroblock，MB)，然后针对每个宏模块做压缩处理。为了能够达成较高的压缩率，不同的区块通常可以依其属性，而使用不同的压缩模式(Macroblock Mode)。所以在压缩后的位流(Bit Stream)中，每个宏模块需要有一些栏位来表示此宏模块使用何种压缩模式，例如Skipped MB/Not Skipped、1MV/4MV、AC prediction、DirectMode/Not Direct Mode等。在VC-1标准中，提供位面模式，针对每个宏模块的压缩模式做进一步压缩，来达到较高的压缩率。

在VC-1(WMV)影像编码中，其将一图框(frame)先区分成由多个宏模块所组成。每一个宏模块的编码模式则组合成多个位面(bitplane)。即，每一位面是由该图框具有的多个宏模块模式所组成。VC-1(WMV)影像编码标准中对位面进行编码，以获得更佳的压缩效率。

位面的压缩模式可区分为原始模式(Raw Mode)及压缩模式(Compress Mode)。图1是一现有位面于压缩模式的影像编码系统的示意图。第一宏模块模式决定装置120及第二宏模块模式决定装置150所输出的宏模块的编码模式先暂存于第二缓冲器130中。当组合成多个位面后，再执行位面压缩。此时，需将宏模块的压缩数据暂存于第一缓冲器140中。最后将压缩的位面与压缩的宏模块组合成位流(BitStream)，其中，压缩的位面是位于图框标头(Frame Header)中。图2是一现有位面于原始模式的影像编码系统的示意图。每一宏模块编码模式先暂存于该第二缓冲器130中。此时，编码模式并未经压缩且和压缩的宏模块组合成位流，每一宏模块的编码模式数据是位于宏模块标头(MBHeader)中。然而，此种方式需要暂存压缩后的宏模块的位流及宏模块在位流中的位置，另外也需要额外的数据搬移时间，故而效率不佳。因此可知，现有位面编码模式的编码方法及系统仍存有诸多的缺点而有进行改进的必要。

发明内容

本发明的一目的是在提供一种位面(bitplane)编码模式的编码方法，从而减少所需记忆体空间并有效降低硬体成本。

本发明的另一目的是在提供一种位面编码模式的编码方法，从而节省运算时间，而可增加系统的运算速度。

依据本发明的一特点，本发明是提出一种具有适应性位面编码模式的编码系统，其对一图框的多个位面进行编码，该图框由多个宏模块所构成，该每一位面是由该图框的该些宏模块所采用的模式所组成，该系统包含：一移动估测装置、一第一宏模块模式决定装置、一数位余弦转换及量化装置、一第二宏模块模式决定装置、一可变长度编码装置、及一原始模式决定装置。该移动估测装置用以接收该宏模块，以对该宏模块进行移动估测；该第一宏模块模式决定装置耦合至该移动估测装置，依据该移动估测决定该宏模块的模式；该数位余弦转换及量化装置耦合至该移动估测装置及该第一宏模块模式决定装置，以依据该第一宏模块模式决定装置的输出去执行数位余弦转换及量化运算；该第二宏模块模式决定装置耦合至该数位余弦转换及量化装置，依据该数位余弦转换及量化装置的输出决定该宏模块的模式；该可变长度编码装置耦合至该数位余弦转换及量化装置与该第二宏模块模式决定装置，依据该第二宏模块模式决定装置输出的模式，而对该数位余弦转换及量化装置的输出进行可变长度编码，以产生该宏模块的一位流；该原始模式决定装置耦合至该第一宏模块模式决定装置及该第二宏模块模式决定装置，当该原始模式决定装置决定该图框的该位面为原始模式时，将该些宏模块相关的位面数据分别放在该每一宏模块的标头。

依据本发明的另一特色，本发明是提出一种具有适应性位面编码模式的编码方法，其对一图框的多个位面进行编码，该图框由多个宏模块所构成，该每一位面是由该图框的多个宏模块采用的编码模式所组成，该方法包含步骤：(A)初始化该图框的位面的编码模式为一压缩模式；(B)对该图框及位面执行编码，并计算该位面编码后的位元数目；(C)计算该位面未编码的位元数目；(D)当该位面编码后的位元数目小于该位面未编码的位元数目时，对下一个图框执行步骤(A)；(E)当该位面编码后的位元数目大于等于该位面未编码后的位元数目时，初始化下一个图框的位面的编码模式为一原始模式；(F)对该对下一个图框执行编码，并计算该下一个图框的位面未编码后的位元数目；(G)计算该下一个图框的位面编码后的位元数目；(H)当该下一个图框的位面编码后的位元数目大于等于该下一个图框的位面未编码的位元数目时，执行步骤(E)。

附图说明

图1是一现有位面于压缩模式的影像编码系统的示意图。

图2是一现有位面于原始模式的影像编码系统的示意图。

图3是本发明的具有适应性位面编码模式的编码系统的系统示意图。

图4是本发明的一种具有适应性位面编码模式的编码方法的流程图。

主要元件符号说明

移动估测装置                110

第一宏模块模式决定装置      120

第一缓冲器                  140

第二缓冲器                  130

第二宏模块模式决定装置      150

数位余弦转换及量化装置      160

压缩装置                    170

可变长度编码装置            180

移动估测装置                310

第一宏模块模式决定装置320

数位余弦转换及量化装置330

第二宏模块模式决定装置340

可变长度编码装置      350

原始模式决定装置      360

缓冲器                370

压缩装置              380

具体实施方式

图3是本发明的具有适应性位面(bitplane)编码模式的编码系统的系统示意图。该编码系统对一由多个宏模块(MB)构成的图框的多个位面进行编码。每一位面是由该图框的多个宏模块的模式所组成。该编码系统包含：一移动估测装置310、一第一宏模块模式决定装置320、一数位余弦转换及量化装置330、一第二宏模块模式决定装置340、一可变长度编码装置350、一原始模式(raw mode)决定装置360、一缓冲器370及一压缩装置380。

前述移动估测装置310用以接收一宏模块，以对该宏模块进行移动估测运算，并产生该宏模块的移动向量(Motion Vector，MV)、及相关的差异绝对值总和(SumofAbsoluteDifference，SAD)。

前述第一宏模块模式决定装置320耦合至该移动估测装置310，依据该移动估测装置的输出决定该宏模块的模式。

当该图框为P图框(P-frame)时，该移动估测装置310分别产生该宏模块的1MV及相关的SAD_1MV、4MV及相关的SAD_4MV。该第一宏模块模式决定装置320依据1MV及相关的SAD_1MV、4MV及相关的SAD_4MV分别计算出F1及F2。其中F1＝Function(1MV，SAD_1MV)和F2＝Function(4MV，SAD_4MV)。若是F1的值小于F2的值，该第一宏模块模式决定装置320则判定该宏模块为1MV模式。若是F1的值非小于F2的值，该第一宏模块模式决定装置320则判定该宏模块为4MV模式。

当该图框为B图框(B-frame)时，该移动估测装置310分别产生该宏模块的直接(Direct)模式的SAD_Direct、及非直接(Not Direct)模式的SAD_Not Direct及MV_Not Direct。该第一宏模块模式决定装置320依据SAD_Direct、SAD_Not Dircct及MV_Not Dircct分别计算F3及F4。其中F3＝Function(SAD_Direct)、F4＝Function(SAD_Not Direct，MV_Not Direct)。若是F3的值小于F4的值，该第一宏模块模式决定装置320则判定该宏模块的模式为直接模式。若是F3的值非小于F4的值，该第一宏模块模式决定装置320则判定该宏模块的模式为非直接模式。

当该图框为P图框或B图框时，该移动估测装置310分别产生该宏模块的非图框内(Non Intra)；模式的SAD、及一该宏模块的图框内(Intra)模式的变异数σ。该第一宏模块模式决定装置320依据SAD及变异数σ分别计算F5及F6。其中F5＝Function(SAD)、F6＝Function(σ)。若是F5的值非小于F6的值，该第一宏模块模式决定装置320则判定该宏模块的模式为图框内模式。若是F5的值小于F6的值，该第一宏模块模式决定装置320则判定该宏模块的模式为非图框内模式。

前述数位余弦转换及量化装置330耦合至该移动估测装置310及该第一宏模块模式决定装置320，以依据该第一宏模块模式决定装置320的输出对该移动补偿后(Motion Compensation)的宏模块执行数位余弦转换及量化运算。该数位余弦转换及量化装置330是先对该移动补偿后的宏模块进行数位余弦转换，而获得频率域(FrequencyDomain)的系数。再利用量化表格(图未示)对频率域系数进行量化。

前述第二宏模块模式决定装置340耦合至该数位余弦转换及量化装置330，依据该数位余弦转换及量化装置330的量化频率域系数决定该宏模块的模式。当该宏模块的量化频率域系数的绝对值的总和小于一预定值时，该第二宏模块模式决定装置340则判定该宏模块的模式为略过(Skipped)模式。该宏模块的量化频率域系数的绝对值的和非小于一预定值时，该第二宏模块模式决定装置340则判定该宏模块的模式为非略过(Not Skipped)模式。亦即，该第二宏模块模式决定装置340依据下列公式计算该量化频率域系数的绝对值的和： $F_n=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|F_{i,j}\right|,$ 其中，该宏模块的大小为N*N，F_i，j为该宏模块的量化后的频率域系数，F_n为该宏模块的量化频率域系数的绝对值的和。

当该图框为交错I图框(Interlace I-frame)时，该第二宏模块模式决定装置由下列两种模式择一作为该宏模块的模式，亦即场(Field)模式及图框(Frame)模式。

前述可变长度编码装置350耦合至该数位余弦转换及量化装置330与该第二宏模块模式决定装置340，依据该第二宏模块模式决定装置340的输出模式，而对该数位余弦转换及量化装置330的输出进行可变长度编码，以产生一宏模块的位流。

前述原始模式决定装置360耦合至该第一宏模块模式决定装置320及该第二宏模块模式决定装置340，当该原始模式决定装置360决定该图框的位面为原始模式时，将各宏模块的位面数据放在各宏模块标头。

前述缓冲器370耦合至该原始模式决定装置360，以暂存宏模块的位面。该压缩装置380耦合至该缓冲器370，以对该缓冲器370暂存的位面进行压缩。当该原始模式决定装置360决定该图框的位面为压缩模式时，该压缩装置380将各宏模块的位面数据执行可变长度编码运算，再将该压缩后的位面放在该图框标头。其中，该压缩装置380是对该位面进行无损(lossless)压缩。该压缩装置380所执行无损压缩可为可变长度编码(VLE)。

图4是本发明的一种具有适应性位面编码模式的编码方法的流程图。该编码方法对一由多个宏模块所构成的图框的多个位面进行编码，并对该图框的多个宏模块进行编码。每一位面是由该图框具有的多个宏模块的模式所组成。

首先，在步骤(A)中，初始化该图框的位面的编码模式为压缩模式。其是将一参数raw_mode设定为0，以表示将对位面进行压缩。该压缩装置380将各宏模块的位面数据执行可变长度编码，再将该压缩后的位面放在该图框的标头。

在步骤(B)中，对该图框及位面执行编码，并计算该位面编码后的位元数目。该压缩装置380将各宏模块的位面数据执行可变长度编码，而该图框的各个宏模块则执行MPGE编码。该编码后的位面是放置于该图框的图框标头处。

在步骤(C)中，计算该位面未编码的位元数目。在步骤(D)中，判断该位面编码后的位元数目是否小于该位面未编码的位元数目。当判定该位面编码后的位元数目小于该位面未编码的位元数目时，表示该位面进行编码后有达到压缩的效果，故执行步骤(A)以对下一个图框的位面执行编码运算。

在步骤(D)中，当该位面编码后的位元数目非小于该位面未编码的位元数目时，表示该位面进行编码后未达到压缩的效果，故执行步骤(E)以对下一个图框的位面不执行编码运算。

在步骤(E)中，初始化下一个图框的位面的编码模式为原始模式。其是将一参数raw_mode设定为1，以表示将对位面不进行压缩。

在步骤(F)中，对该下一个图框执行编码，并计算该位面未编码的位元数目。在步骤(G)中，计算该位面编码后的位元数目。该未编码的位面是放置于该图框的各个宏模块的宏模块标头处。

在步骤(H)中，判断该位面未编码的位元数目是否小于该位面编码后的位元数目。当判定该位面编码后的位元数目非小于该位面未编码后的位元数目时，表示该位面进行编码后未达到压缩的效果，执行步骤(E)而不对下一个图框的位面执行编码运算。

在步骤(H)中，当判定该位面编码后的位元数目小于该位面未编码的位元数目时，表示该位面进行编码后有达到压缩的效果，执行步骤(A)以对下一个图框的位面执行编码运算。

由上述说明可知，本发明是在整张图框压缩前决定是否采用位面中的原始模式或是压缩模式。如果位面采用原始模式，则每个宏模块的一个模式会以1位元方式来表示，同时将每个宏模块所采用模式的资讯放在该宏模块标头。如果位面采用压缩模式，则宏模块中不包含区块压缩模式数据，而将压缩的位面放于图框的标头。当图框压缩结束后，再决定采用原始模式以外的位面编码方式(bitplane coding mode)。由此，可以让画面压缩只需要一次(one-pass)即可完成，进而达到节省运算时间及记忆体空间的功效。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (4)

1.一种具有适应性位面编码模式的编码方法，其对一图框的多个位面进行编码，该图框由多个宏模块所构成，该每一位面是由该图框的多个宏模块采用的编码模式所组成，该方法包含步骤：

(A)初始化该图框的位面的编码模式为一压缩模式；

(B)对该图框及位面执行编码，并计算该位面编码后的位元数目；

(C)计算该位面未编码的位元数目：

(D)当该位面编码后的位元数目小于该位面未编码的位元数目时，对下一个图框执行步骤(A)；

(E)当该位面编码后的位元数目大于等于该位面未编码的位元数目时，初始化下一个图框的位面的编码模式为一原始模式；

(F)对该下一个图框执行编码，并计算该下一个图框的位面未编码的位元数目；

(G)计算该下一个图框的位面编码后的位元数目；以及

(H)当该下一个图框的位面编码后的位元数目大于等于该下一个图框的位面未编码的位元数目时，执行步骤(E)。

2.根据权利要求1所述的编码方法，其中，在步骤(H)中，当该下一个图框的位面编码后的位元数目小于该位面未编码的位元数目时，对下一个图框执行步骤(A)。

3.根据权利要求1所述的编码方法，其中，在步骤(B)中，该编码后的位面是放置于该图框的图框标头。

4.根据权利要求1所述的编码方法，其中，在步骤(F)中，该未编码的位面是放置于该图框的各个宏模块的宏模块标头。

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