CN101501998A - 用于对图片序列进行编码的方法以及执行所述方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对图片中的多个非重叠块进行编码的方法。该方法包括下列步骤：通过实施预定的变换将每个块变换(10)为频域中系数的变换的块；根据预定的扫描图案，从最低频率到最高频率联合扫描(40)至少两个相邻的变换的块的系数，至少两个相邻的变换的块的组被称为超级块；以及，将扫描的超级块的系数熵编码(50)为熵编码的位组。

Description

用于对图片序列进行编码的方法以及执行所述方法的装置
技术领域
本发明涉及用于对图片序列进行编码的方法。本发明还涉及执行这个方法的编码装置。
背景技术
用于对划分为像素的非重叠块的图片序列进行编码的大多数方法包括以下步骤，对每个块：
通过实施预定的变换将块变换为系数的变换的块；
根据之字形(zig-zig)图案来扫描所变换的块的系数；以及
将扫描的变换的块的系数熵(entropy)编码为熵编码的位组。
在变换步骤之前通常有一个预测步骤。在预测步骤之后，通常通过实施DCT(离散余弦变换)或者简单的整数变换将残差块变换为系数的变换的块。当残差在空间域时，系数在频域。变换步骤之后通常有一个量化步骤，以得到量化系数的块。之后对量化系数进行熵编码以进一步去除系数中的统计冗余。结果，词“变换的块”意味着已经简单变换的块或者已经变换并量化的块。通常在熵编码之前，对4乘4系数的一个块根据图1所描述的之字形图案扫描每个变换的块的系数。根据这个扫描图案，首先扫描具有较高能量的低频率系数，而最后扫描具有较低能量的系数，即，高频率系数。因此之字形图案以从左上方系数到右下方系数的系数列表的形式重新排列变换的块中的系数。由于统计上有更多的零系数位于列表的末端并因此不被编码，因此熵编码步骤从这个扫描图案中获益。
发明内容
本发明涉及用于对图片中的多个非重叠块进行编码的方法。该方法包括以下步骤：
通过实施预定的变换将每个块变换为频域中系数的变换的块；
根据预定的扫描图案，从最低频率到最高频率在至少两个相邻的变换的块上扫描系数，两个相邻的变换的块的组被称为超级块(super-block)；以及
将扫描的超级块的系数熵编码为熵编码的位组。
有利地，通过更有效地扫描系数，该编码方法允许在对给定的图片序列进行编码时保存位。更具体地，通过在多个变换的块上扫描系数，去除了更多的统计冗余。
根据一个实施例，对超级块的每个块实施的预定的变换使得最低频率系数位于超级块的中部而最高频率系数位于超级块的外侧。
根据另一个实施例，对超级块的每个块实施相同的预定的变换并且在变换步骤之后有一个转置(transposing)步骤以重新排列超级块中的系数，使得最低频率系数位于超级块的中部而最高频率系数位于超级块的外侧。
根据一个具体的特性，扫描图案是一个螺旋图案。根据其他特性，预定的变换是一个离散余弦变换并且超级块由两行两个块(twolines of two blocks)构成。
本发明还涉及用于对划分为非重叠块的图片序列进行编码的装置，包括：
用于通过实施预定的变换将每个块变换为频域中系数的变换的块的装置；
用于扫描系数的装置；以及
用于将扫描的系数编码为熵编码的位组的熵编码装置。
根据一个实施例，扫描装置适于根据预定的扫描图案，从最低频率到最高频率在至少两个相邻的变换的块上扫描系数。
本发明涉及MPEG型的位流。根据第一实施例，位流包括至少一个位，该位表示用于图像的至少一部分的编码的预定扫描图案的大小是否大于变换的块的大小或者预定扫描图案的大小是否等于变换的块的大小。根据另一个实施例，位流包括至少一个位，该位表示用于一组图像的编码的预定扫描图案的大小是否大于变换的块的大小或者预定扫描图案大小是否等于变换的块的大小。
附图说明
通过对本发明部分实施例的下列描述，本发明的其他特点和优点将会显现，结合附图进行该描述，其中：
图1描述了根据当前技术的4乘4像素的块的扫描图案。
图2描述了由两行两个4乘4像素的块构成的超级块；
图3描述了根据本发明的由两行两个4乘4像素的块构成的超级块的左上方4乘4像素块的变换；
图4描述了根据本发明的由两行两个4乘4像素的块构成的超级块的右上方4乘4像素块的变换；
图5描述了根据本发明的由两行两个4乘4像素的块构成的超级块的左下方4乘4像素块的变换；
图6描述了根据本发明其系数已重新排列的超级块；
图7描述了根据本发明的第一螺旋状扫描图案；
图8描述了根据本发明的第二螺旋状扫描图案；
图9描述了根据本发明的第三螺旋状扫描图案；
图10描述了根据本发明的第四螺旋状扫描图案；
图11描述了根据本发明的第五螺旋状扫描图案；
图12描述了根据本发明的第六螺旋状扫描图案；
图13描述了根据本发明的第七螺旋状扫描图案；
图14描述了根据本发明的第八螺旋状扫描图案；
图15描述了根据本发明的扫描图案；
图16描述了根据本发明第一实施例的编码方法的流程图；
图17描述了根据本发明第二实施例的编码方法的流程图；
图18描述了根据本发明第三实施例的编码方法的流程图；
图19描述了根据本发明的一个实施例的解码方法的流程图；
图20描述了根据本发明的编码装置；以及
图21描述了根据本发明的解码装置。
具体实施方式
在MPEG-2视频编码标准中，对8乘8像素的每个块实施变换步骤，之后对8乘8系数的每个变换的块实施熵编码步骤。在H.264/AVC基线类(Baseline profile)、主要类(main profile)和扩展类(Extended profile)中，对4乘4像素的每个块实施变换步骤，之后对4乘4系数的每个变换的块实施熵编码步骤。这些编码方法分离了不同的相邻变换的块之间的统计相关性，并因此限制了熵编码步骤的编码效率的进一步提高。
为了这个目的，根据本发明，对由至少两个相邻的变换的块构成的超级块执行熵编码步骤。因此，改善了熵编码步骤以及压缩效率。因此，对四个相邻的变换的块A、B、C和D如图7到图14中所描述的在变换的块上扫描系数。在本实施例的下面的详细描述中，将参考附图，附图通过举例的方式示出可以在其中实施本发明的具体实施例。在这些图中对相似的元件(步骤或模块)给出了相同的参考标号。
根据一个优选的实施例，在图16中描述的方法包括下面的步骤，对超级块实施该方法：
通过实施预定的变换M将超级块的每个块变换10为频域中系数的变换的块；
如果需要，转置20系数的每个块使得最低频率系数聚集在超级块的中部而最高频率系数位于超级块的外侧；以及
根据如图7所描述的螺旋图案从具有最低频率系数的超级块的中部开始到具有最高频率系数的超级块的外侧，扫描40所述超级块的系数；以及
将扫描的所述超级块的系数熵编码50为熵编码的位组。
如果有的话，在如图16所描述的转置步骤之后，或者在如图17所描述的转置步骤之前，实施量化步骤30。
根据图18所描述的另一个实施例，通过直接对每个块实施专门的转置变换Mt在单一步骤11中变换和转置超级块的每个块，使得生成的系数直接位于根据图7的超级块中的右侧位置，即，使得最低频率系数聚集在超级块的中部而最高频率系数位于超级块的外侧。
根据一个具体的实施例，如图2所描述的，一个超级块由四个变换的块构成：第一变换的块A(左上方的块)，第二变换的块B(右上方的块)，第三变换的块C(左下方的块)，以及第四变换的块D(右下方的块)。在这个图中也描述了根据当前技术的之字形图案。为了将每个块的最低频率系数聚集到超级块的中部，转置(步骤20)块A、B和C而块D仍然不变。图3中所描述的块A中系数的转置是中心对称的。图4中所描述的块B中系数的转置在于交换第一和第四行且交换第二和第三行。图5中所描述的块C中系数的转置在于交换第一和第四列且交换第二和第三列。在转置步骤20之后，如图6所描述的，四个块A、B、C和D的最低频率系数聚集在超级块的中部而最高频率系数位于超级块的外侧。
根据一个优选的实施例，根据如图7到图14中所描述的从最低频率系数到最高频率系数的螺旋扫描图案扫描(步骤40)超级块中的系数。分别对亮度块和色度块实施该过程。
根据另一个实施例，没有对系数进行显式地(explicitly)转置。即，在变换步骤10之后，根据图15中的一个的扫描图案在超级块中扫描图2的系数，使得首先扫描最低频率系数而最后扫描最高频率系数。在该图中，为了清楚，用数字代替箭头来表示变换步骤10之后的系数的扫描顺序。
更通常地，本发明包括从最低频率系数开始且以最高频率系数结束的覆盖一个以上变换的块的任意螺旋状扫描图案。因此，螺旋图案可以如图7到图8所描述的以顺时针方向转动(turn)，可以如图9所描述的以逆时针方向或部分以顺时针方向且部分以逆时针方向转动。扫描图案也可以具有垂直方向和水平方向之间的不同的优先级。例如，用于对隔行的(interlace)图片序列进行编码的扫描图案可以将较高优先级给予垂直方向，以改善编码效率，这是由于如图10所描述的(其中，为了清楚，用数字代替箭头来表示转置步骤20之后的系数的扫描顺序)，更高的相关性存在于沿水平方向的系数之间。描述了4乘4像素的块的本发明也可以实施于8乘8像素的块，甚至实施于更大的块。除了超级块也可以包括四个以上的块。仅有的限制是超级块大于变换的块。
根据本发明的另一个方面，当超级块中的一些块为全零块时(即，当它们的所有系数等于零时)修改扫描图案。例如，如果变换的块A和D是全零块，则图7所描述的扫描图案变化为图11所描述的扫描图案，即，在扫描步骤40期间跳过了块A和D的系数。由于不再对这两个块的零系数编码，这个修改的扫描图案允许保存更多的位。图12描述了修改的扫描图案的另一个实例。当变换的块C和D为全零块时更加有利地使用这个修改的扫描图案。图13和图14分别描述了当B和C为全零块和当B和D为全零块时修改的扫描图案。
根据一个优选的实施例，使用具有螺旋状扫描图案的转置变换和具有传统扫描图案的传统变换对图片序列进行编码，在宏块macroblock)、片(slice)、图片或GOP(GOP代表图片组)级进行选择。为了这个目的，在位流中插入一个或者多个位以表示是否对大于变换的块的超级块实施了扫描步骤40或者是否对每个变换的块都实施了扫描步骤40。更具体地，插入一个或多个位以表示是否使用了传统的变换和扫描图案或者是否使用了根据本发明的转置变换和扫描图案来对图片数据进行编码。在宏块、片、图片或者GOP级插入这个(这些)位，因此分别在宏块、片、图片或者GOP级执行从一个变换/扫描方案到另一个的切换。这个选择由编码装置基于例如率失真(rate-distortion)标准来完成。
本发明还涉及图19所描述的解码方法。该方法适于对根据本发明的编码方法产生的一组位进行解码。该解码方法包括以下步骤：
对频域中一组系数中的至少一组位进行解码60；
通过逆转(reverse)编码方法的步骤40的过程来重新排列70系数块中的系数；
转置80系数以逆转编码方法的转置步骤20的过程；以及
通过实施逆变换M-1变换100所述系数块。
根据另一个实施例，解码方法还包括用于反量化(de-quantize)系数的步骤90。在转置步骤80之前或转置步骤80之后实施该步骤90。
本发明还涉及执行根据本发明的方法的图20中所描述的编码装置1。该编码装置包括：
模块100，用于变换并可能量化变换的块中的像素块；
模块110，用于转置系数的变换的块；
模块120，用于根据本发明扫描系数；
以及模块130，用于根据本发明熵编码扫描的系数。
如果没有显式地转置系数并且根据图15的扫描图案直接地扫描系数，则不需要模块110。该编码装置还可以包括：
内部预测模块140，用于计算预测块P，P用于计算残差块Rn；
模块150，用于估计运动矢量，由预测模块140使用该运动矢量；以及
模块160，用于重构残差块R’n，该模块执行逆变换并且可能对系数执行反量化；以及
存储器170，用于存储重构的块I’n。
本发明涉及如图21所描述的解码装置2。该解码装置2适于对由编码装置1产生的位组进行解码以及根据本发明执行解码方法。该解码装置2包括：
模块200，用于对频域中一组系数中的位组进行解码；
模块210，用于通过逆转编码方法的步骤40的过程来重新排列系数块中的系数；以及
模块220，用于转置系数以逆转编码方法的转置步骤20的过程；
模块230，用于通过实施逆变换M-1变换所述系数块并可能用于反量化该系数。
在图20和图21中，表示的模块是功能单元，其可以对应于或者不对应于物理上可区分的单元。例如，这些模块或者它们中的一些可以被组合在单一的部件中，或者构成部件和相同的软件的功能。对立地，特定的模块可能由独立的物理实体组成。

Claims (9)

1.用于对图片中的多个非重叠块进行编码的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过实施预定的变换，将每个所述块变换(10)为频域中变换的系数块；
根据预定的扫描图案，从最低频率到最高频率在至少两个相邻的变换的块上扫描(40)所述系数，所述至少两个相邻的变换的块的组被称为超级块；以及
将扫描的所述超级块的系数熵编码(50)为熵编码位组。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述超级块的每个块实施所述预定的变换(11)使得最低频率系数位于所述超级块的中部而最高频率系数位于所述超级块的外侧。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述超级块的每个块实施相同的预定的变换，并且其中，在所述变换步骤(10)之后有转置步骤(20)，用于重新排列所述超级块中的系数，使得最低频率系数位于所述超级块的中部而最高频率系数位于所述超级块的外侧。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述扫描图案是螺旋图案。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定的变换是离散余弦变换。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述超级块由两行两个块构成。
7.用于对划分为非重叠块的图片序列进行编码的装置(1)，包括：
用于通过实施预定的变换将每个所述块变换为频域中变换的系数块的装置(100)；
用于扫描所述系数的装置(120)；以及
用于将扫描的系数编码为熵编码位组的熵编码装置(130)；
其特征在于，所述扫描装置(120)适于根据预定的扫描图案从最低频率到最高频率在至少两个相邻的变换的块上扫描所述系数。
8.MPEG型的位流，其中，所述位流包括至少一个位，所述位表示用于对图像的至少一部分进行编码的预定扫描图案的大小是否大于变换的块的大小，或者所述预定扫描图案的大小是否等于所述变换的块的大小。
9.MPEG型的位流，其中，所述位流包括至少一个位，所述位表示用于对图像组进行编码的预定扫描图案的大小是否大于变换的块的大小或者所述预定扫描图案的大小是否等于所述变换的块的大小。
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