CN102413324A - 预编码码表优化方法与预编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预编码码表优化方法，用于对预编码过程中所涉及的用来表示亮度系数或色度系数的码表进行优化；该方法包括：选取所述的用来表示亮度系数或色度系数的码表中的任意一个，通过熵编码的哥伦布等级对应法则将该码表与编码阶数加以对应；根据所述码表中的码字、编码阶数以及哥伦布码信息位长度间的关系将所述码表中的各个码字转换为哥伦布码信息位长度；将所述码表转换为判断逻辑，其中码表的查询条件为所述判断逻辑的判断条件，与所述码表中的查询结果码字所对应的哥伦布码信息位长度为所述判断逻辑的判断结果。本发明将预编码过程中原先用到的表格转换为判断逻辑，使得数字终端不再需要存储表格，节省了大量的内存资源。

Description

预编码码表优化方法与预编码方法

技术领域

本发明涉及音视频编解码领域，特别涉及一种预编码码表优化方法与预编码方法。

背景技术

AVS标准是由中国信息产业部成立的“数字音视频编解码技术标准工作组”提出的我国自主制定的数字音视频编解码技术标准。该标准是数字电视、宽带网络流媒体、移动多媒体通信、激光视盘等多媒体产业的共性基础标准。该标准非常先进，其编码效率比现有的MPEG2标准高2-3倍，与H.264/AVC标准相比在编码效率上相当，但技术实现方案更加简洁。2006年初信息产业部正式批准通过了AVS成为音视频领域的国家标准，具有良好的市场前景和研究价值。

在采用AVS标准做音视频编解码的过程中，预测编码是减少音视频信号中时域冗余的一种典型方法，有利于在有限带宽的条件下传输大量的音视频数据。预测编码的实现方式被称为预测模式，所述预测模式又分为帧内预测模式和帧间预测模式。这些预测模式在实际使用时存在多种可选择的类型，例如，帧内预测8x8亮度块时可采用Intra_8x8_Veritical、Intra_8x8_Horizontal、Intra_8x8_DC、Intra_8x8_Down_Left等5种模式，而帧内预测8x8色度块时则可采用Intra_Chroma_DC、Intra_Chroma_Horizontal、Intra_Chroma_Veritical、Intra_Chroma_Plane等4种预测模式。由于在预测编码过程中所能采用的预测模式有多种，因此选用何种预测模式将会影响到最终的编码效率。在包括AVS标准的第二代视频编解码标准中都引入了RDO(Rate Distortion Optimized，率失真优化)的决策准则来对各种预测模式进行代价计算，从而对选用何种预测模式加以判断。

RDO策略是在率失真理论的基础上提出的一种代价函数方案。它的主要作用是在计算代价函数的同时考虑码率和失真度两方面因素的制约，在保证低失真度的同时保证低码率，以更有利于视频流的传输。其基本方法就是给每种预测模式建立一个代价函数cost＝D+λR，该函数中的D表示预测数据的失真度，λ为拉格朗日常数，R为编码预测数据的比特数。根据AVS标准制定工作组所提供的参考代码，在计算R时采用熵编码的方法，但是并不产生码流，所以这种计算R的方法又叫预编码方法。

根据AVS标准，在预编码过程中采用了2D哥伦布熵编码方法，这一熵编码方法需要用到大量的系数。为了提高效率，现有技术中通常会利用统计学规律将2D哥伦布熵编码方法中最常出现的系数组合成19张表格，其中基于Inter亮度的码表共有7张，基于Intra亮度的码表共有7张，基于色度的码表共有5张。对所述19张表格的存储需要大量的存储资源，而存储资源被大量占用又必然会影响整个预编码过程的执行效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中利用表格进行预编码方法需要占用大量的内存资源，且降低预编码过程执行效率的缺陷，从而提供一种执行效率高、内存资源占用少的预编码码表优化方法和预编码方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种预编码码表优化方法，用于对预编码过程中所涉及的用来表示亮度系数或色度系数的码表进行优化；该方法包括：

步骤1)、选取所述的用来表示亮度系数或色度系数的码表中的任意一个，通过熵编码的哥伦布等级对应法则将该码表与编码阶数加以对应；

所述编码阶数为所述码表中的码字做哥伦布编码后所生成的哥伦布码的后缀中所含比特的位数与其前缀中所含比特的位数之差；所述前缀为所述哥伦布码中第一个比特数“1”之前的部分，所述后缀为所述哥伦布码中第一个比特数“1”之后的部分；

步骤2)、根据所述码表中的码字、步骤1)所得到的编码阶数以及哥伦布码信息位长度间的关系将所述码表中的各个码字转换为哥伦布码信息位长度；其中，

M＝floorlog₂(codenum+2^k)

M表示哥伦布码信息位长度，所述哥伦布码信息位长度为所述哥伦布码后缀的长度；codenum表示所述码表中的码字；k表示编码阶数；floor表示向下取整；

步骤3)、将所述码表转换为判断逻辑，其中码表的查询条件为所述判断逻辑的判断条件，与所述码表中的查询结果码字所对应的哥伦布码信息位长度为所述判断逻辑的判断结果。

上述技术方案中，在所述的步骤2)中，根据所述码表中的码字、步骤1)所得到的编码阶数以及哥伦布码的长度间的关系将所述码表中的各个码字转换为哥伦布码的长度；其中，

M_stream＝2floorlog₂(codenum+2^k)+1-k

M_stream表示哥伦布码的长度；codenum表示所述码表中的码字；k表示编码阶数；floor表示向下取整；

在所述的步骤3)中，将与所述码表中的查询结果码字所对应的哥伦布码的长度作为所述判断逻辑的判断结果。

上述技术方案中，所述的用来表示亮度系数或色度系数的码表为AVS标准中的19张表，这19张表包括7张基于Inter亮度的码表，7张基于Intra亮度的码表以及5张基于色度的码表；包括：

VLC0_Intra、VLC1_Intra、VLC2_Intra、VLC3_Intra、VLC4_Intra、VLC5_Intra、VLC6_Intra、VLC0_Inter、VLC1_Inter、VLC2_Inter、VLC3_Inter、VLC4_Inter、VLC5_Inter、VLC6_Inter、VLC0_Chroma、VLC1_Chroma、VLC2_Chroma、VLC3_Chroma和VLC4_Chroma。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的通过熵编码的哥伦布等级对应法则将该码表与编码阶数加以对应包括：VLC0_Inter采用3阶指数哥伦布码，VLC2_Chroma及VLC3_Chroma采用1阶指数哥伦布码，VLC1_Chroma及VLC4_Chroma采用0阶指数哥伦布码，其他码表均采用2阶指数哥伦布码。

本发明还提供了一种预编码方法，包括：

步骤1)、对预测残差系数加以扫描，形成多个(run，level)数对，其中run表示预测残差系数中非零系数前连续值为零的系数个数，level表示一个非零系数；

步骤2)、根据其中一个所述(run，level)数对的值调用根据权利要求1-4之一所得到的判断逻辑中的一个；

步骤3)、将所述(run，level)数对中的run值与level值作为判断条件，利用所述判断逻辑得到判断结果。

上述技术方案中，所述判断结果为哥伦布码信息位长度或哥伦布码的长度；若判断结果为哥伦布码信息位长度，则在所述步骤3)中还包括将哥伦布码信息位长度转换为哥伦布码的长度的步骤。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的对预测残差系数加以扫描采用zig-zag扫描方法。

本发明的优点在于：

1、本发明将预编码过程中原先用到的表格转换为判断逻辑，使得数字终端不再需要存储表格，节省了大量的内存资源。

2、根据本发明，预编码过程不再需要做查表操作，提高了预编码操作的执行效率。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明加以说明。

根据AVS标准，预编码过程所要完成的工作是将预测残差系数做zig-zag扫描，形成多个(run，level)数对，其中run表示非零系数前连续值为零的系数个数，level表示一个非零系数；然后通过调用并查找前面所提到的19张表格得到(run，level)数对所对应的码字codenum；最后对码字codenum进行哥伦布编码，得到相应的用二进制数表示的哥伦布码。虽然预编码过程最后能够得到预测残差系数经编码后的哥伦布码，但在实际应用中，并不需要哥伦布码本身的具体内容，只要知道该码的长度(即码中所包含的比特数)。

基于上述原因，在本发明中可对预编码过程中所用到的19张表格进行优化，以减少在数字终端(特别是内存资源有限的数字终端)上所占用的内存资源。参考图1，所述的优化包括以下步骤。

1、在做所述的优化前，首先对预编码过程中所要用到的19张表格加以分析。

在背景技术的描述中已经提到，所述的19张表格包括有7张基于Inter亮度的码表，7张基于Intra亮度的码表以及5张基于色度的码表，具体的说，这些表格包括：VLC0_Intra、VLC1_Intra、VLC2_Intra、VLC3_Intra、VLC4_Intra、VLC5_Intra、VLC6_Intra、VLC0_Inter、VLC1_Inter、VLC2_Inter、VLC3_Inter、VLC4_Inter、VLC5_Inter、VLC6_Inter、VLC0_Chroma、VLC1_Chroma、VLC2_Chroma、VLC3_Chroma和VLC4_Chroma。在下面的表1中给出了其中VLC3_Inter的示意图，对于一个残差系数，经过扫描得到(run，level)数对后，若所要调用的表格为VLC3_Inter，则通过下面的表1就可以查找出其所对应的码字codenum。例如，若一残差系数所对应的(run，level)数对为(4，2)，则通过表1查找得到的码字codenum为41。

表1

通过对表1的观察可以发现，该表中所能查找到的最大码字的值为55，而对于表1中没有示出的其它18张表格，它们中所包含的最大码字的值也没有超出63。也就是说，在这19张表格中，所能找出的码字的范围在0到63之间。

2、下面再对预编码过程所得到的哥伦布码加以分析。

在前文对预编码过程的说明可以知道，码字codenum做哥伦布编码能够得到以二进制数表示的哥伦布码。分析哥伦布码的结构，可将哥伦布码分为前缀和后缀，所述前缀、后缀的区分以码中的第一个比特数“1”为基准，在“1”之后的为后缀，在“1”之前的为前缀。例如，有哥伦布码“000110011”，其后缀为“10011”，其前缀为“000”。根据前缀、后缀的划分标准，前缀都由比特数0组成，而在后缀中则0、1都有可能，容易用来表示具体的信息，因此后缀也被称为信息位。后缀中所含比特的位数与前缀中所含比特的位数之差被称为哥伦布码的编码阶数，根据编码阶数可为哥伦布码划分等级。在下面的表2中给出了现有技术中已知的哥伦布等级的编码分布。

表2

3、下面要做的是将前面所提到的19张表格与哥伦布码的编码阶数对应起来。根据AVS熵编码的哥伦布等级对应法则，表格与编码阶数的对应关系如下：VLC0_Inter采用3阶指数哥伦布码，VLC2_Chroma及VLC3_Chroma采用1阶指数哥伦布码，VLC1_Chroma及VLC4_Chroma采用0阶指数哥伦布码，其他码表均采用2阶指数哥伦布码。本步骤中所提到的AVS熵编码的哥伦布等级对应法则为现有技术，因此不对这一法则的生成方法加以说明。

4、在上面的表2中揭示了码字codenum、编码阶数k与哥伦布码信息位长度间的关系，这一关系也可通过下面的计算公式(1)表示：

M＝floorlog₂(codenum+2^k)       (1)

其中，M表示信息位长度，floor表示向下取整。

根据前文中所提到的信息位的定义，在信息位长度以及编码阶数确定的前提下，可以计算整个哥伦布码的长度，其计算公式如下：

M_stream＝2M+1-k            (2)

其中，M_stream表示哥伦布码的长度。

由于在前文中已经将19张表格与哥伦布码的编码阶数相对应，而且在上面的公式(1)中也给出了码字codenum、编码阶数k与哥伦布码信息位长度间的关系，因此，可以对所述的19张表格进行转换，将表格中的码字codenum的值转换为哥伦布码信息位长度。例如，表1经过转换后的表格如表3所示。

表3

在表3中码表的信息位长度只有2、3、4、5四种情况。采用同样方法对其它18张表格进行转换后可以知道：所有码表中的信息位长度只有1，2，3，4，5，6六种情况。与前文对19张表格的分析所得出的码字codenum有六十四种情况相比，可能性的数量有极大的降低。

5、将表格转换为逻辑判断

鉴于19张表格在转换后，表格中关于信息位长度的取值范围有极大的降低，因此可以用判断逻辑来代替表格。例如，根据表3，当level＝1，run＝6、7、8、9时，信息位长度均为5；因此可以用逻辑判断的方法来代替表查找的操作，如：如果(level＝＝1 &&(run＝＝6‖run＝＝7‖run＝＝8‖run＝＝9))，那么M＝5。显而易见，由于表查找操作被替换为逻辑判断操作，因此也就无需在内存中存储相应的表格，达到节省内存的目的。

以上是对码表优化过程的说明，在经过上述优化后，在预编码过程中，当得到(run，level)数对后，可以根据(run，level)的值调用相应的判断逻辑，直接计算信息位长度，再根据前述公式(2)由信息位长度计算哥伦布码的长度，避免了调用表格计算码字codenum，再由码字codenum计算哥伦布码的过程。此外，由于在数字终端不再需要存储所述的19张表格，因此也可以节省数字终端的内存空间。

虽然在本发明的上述实施例中，将AVS标准所涉及的19张表格中的码字转换为哥伦布码信息位长度，然后利用哥伦布码信息位长度有限的特点将表格转换为相应的判断逻辑。但在其他实施例中，也可以将所述19张表格中的码字转化为哥伦布码长度，同样可以利用哥伦布码长度有限的特点将所述表格转换为相应的判断逻辑。此外，除了基于AVS标准的预编码过程外，在基于其他音视频编码标准的预编码过程中，同样可以根据本发明的方法将相关的表格转换成相应的判断逻辑，从而达到节省存储空间，提高编码效率的目的。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种预编码码表优化方法，用于对预编码过程中所涉及的用来表示亮度系数或色度系数的码表进行优化；该方法包括：

步骤1)、选取所述的用来表示亮度系数或色度系数的码表中的任意一个，通过熵编码的哥伦布等级对应法则将该码表与编码阶数加以对应；

所述编码阶数为所述码表中的码字做哥伦布编码后所生成的哥伦布码的后缀中所含比特的位数与其前缀中所含比特的位数之差；所述前缀为所述哥伦布码中第一个比特数“1”之前的部分，所述后缀为所述哥伦布码中第一个比特数“1”之后的部分；

步骤2)、根据所述码表中的码字、步骤1)所得到的编码阶数以及哥伦布码信息位长度间的关系将所述码表中的各个码字转换为哥伦布码信息位长度；其中，

M＝floorlog₂(codenum+2^k)

M表示哥伦布码信息位长度，所述哥伦布码信息位长度为所述哥伦布码后缀的长度；codenum表示所述码表中的码字；k表示编码阶数；floor表示向下取整；

步骤3)、将所述码表转换为判断逻辑，其中码表的查询条件为所述判断逻辑的判断条件，与所述码表中的查询结果码字所对应的哥伦布码信息位长度为所述判断逻辑的判断结果。

2.根据权利要求1所述的预编码码表优化方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，根据所述码表中的码字、步骤1)所得到的编码阶数以及哥伦布码的长度间的关系将所述码表中的各个码字转换为哥伦布码的长度；其中，

M_stream＝2floorlog₂(codenum+2^k)+1-k

M_stream表示哥伦布码的长度；codenum表示所述码表中的码字；k表示编码阶数；floor表示向下取整；

在所述的步骤3)中，将与所述码表中的查询结果码字所对应的哥伦布码的长度作为所述判断逻辑的判断结果。

3.根据权利要求1或2所述的预编码码表优化方法，其特征在于，所述的用来表示亮度系数或色度系数的码表为AVS标准中的19张表，这19张表包括7张基于Inter亮度的码表，7张基于Intra亮度的码表以及5张基于色度的码表；包括：

VLC0_Intra、VLC1_Intra、VLC2_Intra、VLC3_Intra、VLC4_Intra、VLC5_Intra、VLC6_Intra、VLC0_Inter、VLC1_Inter、VLC2_Inter、VLC3_Inter、VLC4_Inter、VLC5_Inter、VLC6_Inter、VLC0_Chroma、VLC1_Chroma、VLC2_Chroma、VLC3_Chroma和VLC4_Chroma。

4.根据权利要求3所述的预编码码表优化方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所述的通过熵编码的哥伦布等级对应法则将该码表与编码阶数加以对应包括：VLC0_Inter采用3阶指数哥伦布码，VLC2_Chroma及VLC3_Chroma采用1阶指数哥伦布码，VLC1_Chroma及VLC4_Chroma采用0阶指数哥伦布码，其他码表均采用2阶指数哥伦布码。

5.一种预编码方法，包括：

步骤1)、对预测残差系数加以扫描，形成多个(run，level)数对，其中run表示预测残差系数中非零系数前连续值为零的系数个数，level表示一个非零系数；

步骤2)、根据其中一个所述(run，level)数对的值调用根据权利要求1-4之一所得到的判断逻辑中的一个；

步骤3)、将所述(run，level)数对中的run值与level值作为判断条件，利用所述判断逻辑得到判断结果。

6.根据权利要求5所述的预编码方法，其特征在于，所述判断结果为哥伦布码信息位长度或哥伦布码的长度；若判断结果为哥伦布码信息位长度，则在所述步骤3)中还包括将哥伦布码信息位长度转换为哥伦布码的长度的步骤。

7.根据权利要求5所述的预编码方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所述的对预测残差系数加以扫描采用zig-zag扫描方法。

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