CN105794116A

CN105794116A - 编码器、解码器及使用内插值的运行方法

Info

Publication number: CN105794116A
Application number: CN201480051371.0A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·卡开宁; 奥西·卡雷沃
Original assignee: Gurulogic Microsystems Oy
Current assignee: Gurulogic Microsystems Oy
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-07-20
Also published as: GB2516426A; GB201312818D0; RU2016101046A3; US10178388B2; KR20160033714A; WO2015007390A1; RU2683614C2; US20160142712A1; KR102113904B1; RU2016101046A; EP3022844A1; GB2516426B

Abstract

一种在编码器(20)中对数据(D1)进行编码以生成相应的编码数据(E2)的方法，包括：(a)接收要被编码的输入数据(D1)，分析要被编码的输入数据(D1)的子部分，确定要用来编码子部分的一个或多个编码算法，其中，一个或多个编码算法包括至少一个内插值算法；(b)为至少一个内插值算法计算一个或多个内插值参数，所述参数代表要被至少一个内插值算法编码的数据(D1)的子部分的数据值；(c)使用一个或多个其它编码算法，对要被编码的数据(D1)的其余子部分进行编码；(d)把步骤(b)和(c)生成的数据进行组合，生成编码数据(E2)。一种在解码器(30)中对编码数据(E2)进行解码以生成相应的解码数据(D3)的方法，包括：(i)分析编码数据(E2)，确定包括在编码数据(E2)中的一个或多个编码参数，以及与它们有关的一个或多个编码算法，其中，至少一个编码算法包括至少一个内插值算法；(ii)把逆算法应用于编码数据(E2)中的一个或多个参数以及与它们相关联的数据，计算编码数据(E2)的子部分的数据值；(iii)把计算得到的子部分的数据值进行组合，生成解码数据(D3)。所述方法适于用在编码器、解码器、和编解码器。所述方法被实现于计算硬件，所述计算硬件执行一个或多个软件产品，所述软件产品被配置以实现所述方法。

Description

编码器、解码器及使用内插值的运行方法

技术领域

本发明涉及对数据(D1)进行编码以生成相应的编码数据(E2)的方法，其中，所述方法涉及内插数据值，用以获得增强的数据压缩和/或改进的编码精度。本发明还涉及对编码数据(E2)进行解码以生成相应的解码数据(D3)的解码方法，其中，所述解码方法涉及从被编码入编码数据(E2)的内插参数生成解码数据(D3)。本发明还涉及编码器、解码器和编解码器，它们操作用于实现上述的方法。进一步，本发明还涉及记录在非暂时机器可读存储介质上的软件产品，其中，软件产品在计算硬件上执行，实现上述方法。

背景技术

通过当前的通讯网络(如互联网和无线电话网络)被通讯的数据量随着时间的进展而日益增加，如，3D视频和高清视频变得更普及。已知的图像和视频编码方法，如JPEG、JPEG2000、WebP、H.264、WebM、VC-1，如表1所列，用于压缩自然图像内容时是有效的，但是，用于压缩其它类型的数据，如桌面图像、动画、图形、或是在数据值中包括本地或全局变化的自然内容时，就不是很有效。

表1：已知数据编码方法，合并在此作为参考

GIF和PNG编码方法，参见表1，也能够有效处理一些特定类型的编码任务，但是，如果要被编码的给定图像包括大量不同类型的内容或者是大量的彼此类似的内容，它们不是很合适。在解码器中的后续解码的数据重构过程中，这些方法也很低效，或者会产生很多误差。尤其是，如果给定的图像包括自然对象，作为编码方法的GIF为了编码“噪声”(如，给定图像的空间随机纹理部分)而使用大量的比特。单个的基于变换的方法，如DCT和小波方法，不适于结构化内容。

行程长度编码(RLE)能够有效地编码多个相邻的类似的数据值，然而，RLE也表现出一些限制与问题，例如涉及它的针对周期数据值的优化的情形。只把德尔塔编码(DE)与RLE组合，RLE对于简单的线性1D数据块是有效的，但是对于复杂的1D块则不再有效了，对于复杂的2D或复杂的3D数据块，它就完全不能满意地工作了。

许多当前已知的方法在编码之前把整个图像或图像信道缩小，然后对结构化的图像或图像信道做内插处理，使其回到原始的分辨率，例如，把现有的YUV420/YUV422格式用在图像/视频编码。这些已知的方法不适合于许多情形，因为它们不能以按块的方式处理给定数量的数据。这些方法在使用内插值时，每一处都采用类似的方式，这给所有的图像细节带来严重的负面影响，为平滑的区域产生了无效的压缩。它们还需要其它的编码方法，来为缩小的数据值产生额外的压缩。

一份出版物，名为“ScannedCompoundDocumentEncodingUsingMultiscaleRecurrentPatterns”(利用多尺度递归模式的扫描复合该文档编码)，作者：Francisco，N.C.；Rodrigues，N.M.M.；daSilva，E.A.B.；deCarvalho，M.B.；DeFaria，S.M.M.；daSilva，E.A.B.；ImageProcessing(图像处理)，IEEETransactions(IEEE会刊)，vol.(卷)19，no.(号)10，pp.(页)2712，2724，Oct.2010(访问时间：2013年4月26日)，URL地址：

http：//ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp？reload＝true&tp＝&arnumber＝5454328&url＝http％3A％2F％2Fieeexplore.ieee.org％2Fie15％2F83％2F5577553％2F05454328.pdf％3Farnumber％3D5454328

其中描述了对数据编码的方法，涉及扫描的复合文档，使用先前的编码模式，这些先前的编码模式被存储于多尺度的词典中，以为后来使用。

前述的已知方法不是真正地适用于数据的基于块的编码，所以，需要改进的方法来对这些块数据进行编码。已知的许多方法中没有一种最优地适用于众多不同的图像数据、视频数据、音频数据、图形数据、统一码数据、或二进制数据，或者类似的数据格式，或者经常遇到的数据类型。因此，需要新的方法来对编码方法的选择进行补充，从而使得所有类型的数据可以被有效地压缩。例如，没有一种快速有效的方法可用于编码包含下面的15个值的数据块：

(7，8，10，14，22，38，70，134，70，38，22，14，10，8，7)

其中，一系列的数据值以预定的方式增大，如，向着数据值系列的中间区域增大，然后类似地向着系列的开始端和结尾端减小，或者是以不同的方式向着数据值系列的两端变化。

表2：本文中使用的缩略词

发明内容

本发明的目的之一是，提供一种改进的方法，对数据(D1)进行编码，以生成相应的编码数据(E2)。

本发明的目的还在于，提供一种改进的编码器，使用前述的对数据(D1)进行编码的方法。

本发明的目的还包括，提供一种改进的方法，用于解码由前述的改进的数据编码方法生成的编码数据(E2)。

本发明的目的还在于，提供一种改进的解码器，使用前述的对编码数据(E2)进行解码的方法。

根据本发明的第一方面，提供一种对数据进行编码的方法，如权利要求1所述：一种方法，用于在编码器中对数据(D1)进行编码以生成相应的编码数据(E2)，所述方法包括：

(a)接收要被编码的数据(D1)，分析要被编码的数据(D1)的子部分，确定要用来编码子部分的一个或多个编码算法，其中，一个或多个编码算法包括至少一个内插值算法；

(b)为至少一个内插值算法计算一个或多个内插值参数，所述参数代表要被至少一个内插值算法编码的数据(D1)的子部分的数据值；

(c)使用一个或多个其它编码算法，对要被编码的数据(D1)的其余子部分进行编码；

(d)把步骤(b)和(c)生成的数据进行组合，生成编码数据(E2)。

本发明的优点在于，至少一个内插值算法，使得它能够使用改进类型的内插值算法来对难以编码的数据块和/或数据包进行编码。

进一步，本发明的优点在于，它使得一个很有效的编码方法被提供用来编码某些类型的图像数据、视频数据、音频数据、图形数据、文本数据、ASCII数据、统一码字符数据、二进制块数据或数据包。对于内部有许多变化但是数据的频率内容不是可能的最高值这样的数据，所述的很有效的编码方法能够在运行中提供非常高的压缩率。使用很有效的编码方法来编码的这些数据，与一个相关联的被选择的内插值方法一起，很容易用小量的数据值和/或参数来描述。

此外，该很有效的方法在解码器中实现编码数据(E2)的有损和无损重构，它与其它方法一起组合起来被使用，从而优化用于有损重构数据的RD值，或者优化用于无损重构数据的比特。该方法提供易于缩放的质量，用于比特率降低的目的，其方式是对值进行优化，并且在解码器中在重构数据中不造成大的主观或客观误差。如果周围数据包或块的预测没有被用于一个给定块或包的数据内插值，那么，给定的数据块或包就完全独立于其它的数据块或包，由此实现更简单的并行处理，它提供了额外的益处，即在编码数据(E2)的过程中减小了的误差扩散。

可选地，在所述方法中，所述至少一个内插值算法包括以下至少之一：幻灯片方法、尺度方法、金字塔方法、多项式方法、分段常数方法、4点尺度方法、5点金字塔方法、希尔方法、9点尺度方法。

可选地，所述方法包括将一个或多个数据压缩处理应用于在步骤(d)组合的数据以生成编码数据(E2)，其中，所述一个或多个数据压缩处理包括至少以下之一：SRLE、RLE、PCM、DPCM、ODelta、EM(熵修正器)、VLC、行程编码、算术编码、哈夫曼编码、DCT、小波变换、调色板方法、VQ、数据库、DC、幻灯片、多级、尺度、线、外插值和内插值。

所述方法包括，在步骤(c)使用以下至少之一：DCT编码、小波编码、调色板编码、VQ编码、数据库编码、PCM、DPCM编码、DC编码、行程编码、RLE、幻灯片、多级编码、尺度、线编码、外插值编码。

所述方法包括，计算一个误差，如差值误差，所述的误差是要被编码的数据(D1)中所包括的数据与在步骤(d)生成自编码数据(E2)的重构数据之间的误差，其中，所述方法包括，带编码或不带编码地将所述误差数据加入和/或发送到编码数据(E2)。可选地，所述方法包括，以给定数据块或给定数据包为基础，取决于包含在给定数据块或给定数据包中的内容的性质，把误差合并入编码数据(E2)。所述方法包括，选择一个或多个算法对要被编码的数据(D1)进行编码，其中，要被编码的数据(D1)包括至少以下之一：1维(1D)数据、音频数据、ECG数据、地震数据、2维(2D)数据、图像数据、2D视频数据、2D图形数据、3维(3D)图像数据、3D视频数据、3D图形数据。

可选地，所述方法涉及在步骤(d)中将与以下至少之一有关的信息包括在编码数据(E2)中：数据值、梯度值、内插方法、预测验证比特、数据值位置、差值、扫描顺序、以及编码方法。所述方法包括，以它们自己的压缩数据流的方式，传输编码数据(E2)中的一个或多个参数。所述方法包括，对一个或多个参数中的至少一个进行量化，以在编码数据(E2)中提供改进的数据压缩。

根据本发明的第二方面，提供一种用于在解码器中对编码数据(E2)进行解码以生成相应的解码数据(D3)的方法，所述方法包括：

(a)分析编码数据(E2)，确定包括在编码数据(E2)中的一个或多个编码参数，以及与它们有关的一个或多个编码算法，其中，至少一个编码算法包括至少一个内插值算法；

(b)把逆算法应用于编码数据(E2)中的一个或多个参数以及与它们相关联的数据，计算编码数据(E2)的子部分的数据值；

(c)把计算得到的子部分的数据值进行组合，生成解码数据(D3)。

可选地，所述方法使用以下至少之一的逆算法：幻灯片方法、尺度方法、金字塔方法、多项式方法、分段常数方法、4点尺度方法、5点金字塔方法、希尔方法、9点尺度方法。

可选地，所述方法，在步骤(a)之前，使用以下至少之一的逆算法对编码数据(E2)进行解压缩：SRLE、RLE、PCM、DPCM、ODelta、EM(熵修正器)、VLC、行程编码、算术编码、哈夫曼编码、DCT、小波变换、调色板方法、VQ、数据库、DC、幻灯片、多级、尺度、线、外插值和内插值。

根据本发明的第三方面，提供一种编码器，用于对数据(D1)进行编码以生成相应的编码数据(E2)，所述编码器实现前述第一方面的方法编码要被编码的数据(D1)以生成编码数据(E2)。

根据本发明的第四方面，提供一种解码器，用于对编码数据(E2)进行解码以生成相应的解码数据(D3)，所述解码器实现前述第二方面的方法，对编码数据(E2)进行解码以生成解码数据(D3)。

根据本发明的第五方面，提供一个编解码器，它包括至少一个根据本发明的第三方面的用于生成编码数据(E2)的编码器，和至少一个根据本发明的第四方面的用于对编码数据(E2)进行解码的解码器。

根据本发明的第六方面，提供一种软件产品，记录在非暂时的机器可读的数据存储介质中，所述软件产品在计算硬件上执行，所述计算硬件用于实现根据本发明的第一和/或第二方面的方法。

在不背离本发明的范围的情况下，本发明的特征还可以做各种组合。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例以例示的方式加以说明。

图1是编码器、解码器、以及它们组成的编解码器的示意图，其中，编码器与解码器在通过其处理数据时执行本发明的方法；

图2是彼此不同的内插方法的示例的示意图，它们使用彼此不同的内插算法；

图3是使用本发明的幻灯片方法计算出的预测值的示意图；

图4是数据值内插的示意图，它的呈现当中缺少用于内插的样本。

在附图中，使用带下划线的数字来代表项目，所代表的项目位于下划线数据所处的位置或接近的位置。无下划线数字所表示的项目通过指示线与无下划线数字连接，无下划线数字的关联箭头表示项目位于箭头所指的位置。

具体实施方式

总而言之，本发明涉及一种快速有效的内插方法用于编码和解码的目的。该方法称之为“一种内插值方法”，因为采用相对少的参数用于内插计算以再生成中间值，所述中间值处于由相对少的参数定义的数据之间。此外，其它名称也可用于本方法的特定版本，如“幻灯片方法(slidemethod)”、“尺度方法(scalemethod)”、“金字塔方法”等。下面给出了方法的示例。方法最优地专用于某些类型的数据块，其中，数据点值的一个集合被内插值，以产生期望的1D、2D、3D数据值，本方法用在高维度也是可行的。进一步，本发明的方法可选地特别用于图像数据、视频数据、音频数据、图形数据，替代旧的编码方法，如DCT、小波、DPCM，以及类似的旧的已知类型的方法。

关于本发明的方案，描述了对数据(D1)进行编码的方法，和相应的对编码数据(E2)进行解码的方法，它们分别用于编码器和解码器，当压缩图像数据、视频数据、音频数据、图形数据、文本数据、ECG测量数据、地震数据、ASCII数据、统一码字符数据、二进制文件数据和数据流等等，它们提高可取得的编码效率。该方法包括把将数据块或数据包的内容变换为易于压缩的形式。其它的编码方法可以按照组合或平行的方式与根据本发明的编码方法一起使用，其它的编码方法用于其它的数据块或数据包，例如，在编码图像数据或音频数据的时候。本发明的方法涉及使用内插计算，从数据点值的集合中对1D、2D、3D数据块的数据值进行估计。

可选地，内插计算，例如一个或多个最近的、线性的、多项式的、以及样条的(spline)，可以依据给定数据块之内的内容的性质来选择，相关联的选择决定被从编码器发送至相应的解码器，编码器与解码器可以整体地被配置为编解码器。用于内插值目的的数据值的位置，如，来自尺度方法、幻灯片方法、带有额外信息的预设的5点、6点，可以被发送给解码器。用来指示预测成功的验证比特(至少针对数据点值的一部分是成功的)，以及用于预测的可选的差值，可以被发送给解码器。当预测是不成功的，为那些数据点的原始数据也有益地被发送给解码器，可以有或没有进行德尔塔编码。

不同的压缩方法，如SRLE、RLE、PCM、DPCM、ODelta、EM(熵编码)、VLC、行程编码、算术编码、哈夫曼编码，都可以用来压缩必要信息，如方法的选择、数据值、梯度值、内插方法、预测验证比特、数据值位置、差值、扫描顺序、以及编码方法。编码数据(E2)从编码器到解码器的发送包括所有的发送机制，如存储到文件中、流化(streaming)到解码器，但不限于这些。

根据本发明的实施例的编码方法可以与其它编码方法一起使用，如，DCT、小波变换、调色板方法、VQ、数据库、DPCM、DC、、多级(multilevel)、线(line)、以及外插值方法地。当采用本发明的方法，给定的图像、视频、音频、和/或图形的每个数据序列或数据块都是采用选择的最适合于编码该类型数据序列或数据块的方法来编码。图像、视频、音频、和/或图形中的给定数据块的大小可以随着内容的变化而改变。如上面所述的示例，数据块的数据序列可选地可以是1维的(1D)，如在音频、ECG或地震数据中，也可以是多维的，如在2D图像、2D视频、2D图形、或者3D图像、3D视频、3D图形等等之中，尽管用于数据序列或数据块的更高维度在实现本发明的实施例时也是可行的。

尤其，桌面图像、动画、图形或者自然数据(在数据块或数据包中本地或全局地发生变化)难以用已知的编码方法进行压缩。由于这个缘故，本发明涉及一种方法，它被优化以用来压缩难以压缩的内容。自然，要被编码和压缩的数据是原始数据，或者它可以是使用一些预测方法而生成的预测误差数据，如DPCM、德尔塔编码、运动估计或者其它时间或空间预测方法。

参见图1，它提供了一个编解码器(用10表示)的示意图。编解码器10包括编码器20，其接收要被编码的数据D1，对数据D1进行编码以生成相应的编码数据E2。编解码器10还包括一个或多个解码器30，其接收编码数据E2，对编码数据E2进行解码以生成相应的解码数据D3。可选地，解码数据D3大体是数据D1的无损再生。编码器20和一个或多个解码器30分别包括数据处理器40和50，它们分别连接于一个或多个数据存储器60和70。数据处理器40和50被实现为硬连线的数字硬件和/或计算硬件，可执行一个或多个软件产品，软件产品记录在非暂时性机器可读数据存储介质中，即数据载体。编码数据E2经由通讯网络80被从编码器20通讯给一个或多个解码器30。可选地，编码数据E2从编码器20发送到解码器30的方式是通过共享数据存储器，如共享数据库或物理数据存储介质，如光可读数据存储盘。

要被编码的数据D1在被提供给数据处理器40之前，在预处理器100被预处理。由数据处理器40生成的编码数据在后处理器110中被后处理，生成编码数据E2，例如，用额外的压缩方法(如RLE、EM、哈夫曼编码等)进行处理。

可选地，编码数据E2在被提供给数据处理器50之前，在预处理器120中被预处理。可选地，由数据处理器50生成的解码数据在后处理器130中被后处理，生成解码数据D3。

在运行中，数据D1被分成一个或多个数据块，可以用不同的方式来划分。一个或多个数据块被单独地分析，以发现最合适的方法来编码单独的一个或多个数据块。最合适的方法取决于包括在一个或多个数据块中的数据内容。一个这样的合适的方法是根据本发明的内插值方法，其中的内插值方法将在下文详述。其它合适的方法包括已知的传统方法，其中的给定的数据块的内容最适于用这样的一个已知方法来编码。编码数据E2包括确定一个或多个数据块以及相应的一个或多个方法的信息，所述的一个或多个方法是已经在数据处理器40之中被选择用来对一个或多个数据块进行编码的方法。在解码器30中，编码数据E2分析相应于一个或多个数据块的编码数据，以及在数据处理器中所采用的对一个或多个数据块进行编码的方法。数据处理器50把被选择的合适的方法的逆运算应用于一个或多个数据块，生成解码数据，以用于生成解码数据D3。

如此，根据本发明的内插值方法在数据处理器40中与许多其它方法一起使用，并在数据处理器50中使用其逆运算。由于此原因，编码方法的选择需要被存储在编码数据文件中或者数据流之中，如，在编码数据E2中，针对每个编码数据块，被提供给解码器30。如果数据块的大小是变的，指示数据块的大小是多大、以及块在数据D1中如何被定位的信息，需要以一些方式被发送给解码器30。该工作的执行可以采用英国专利GB1214414.3及其美国同族专利申请US13/584005(“编码器”)和英国专利申请GB1214400.2及其美国同族专利申请US13/584047(“解码器”)所描述的方法。这些专利申请的内容在此合并作为参考，相应的欧洲专利EP13002521.6(“编码器”)和EP13002520.8(“解码器”)也在此一并合并作为参考。

被本发明的编码方法编码的数据块或数据包的大小可以是期望的任何大小，有利地，大小的范围是5到10000的数值。用在内插值中的数据值的数量可以是任何期望的量，但有益地，用在内插值中的数据值的数量是处于1到1000数值的范围。如果需要更多的值，典型地，最好是将一个给定数据块或数据包进行分割，之后为它们采用不同的编码方法或不同的参数。

用于内插值的数据值可以被编码，编码时采用不同的压缩方法，例如PCM、DPCM、、VLC、RLE、DCT，以及数据库方法，例如在后处理器110中所实现的。如果有多个选择可用，做出的选择被发送给解码器30。数据值的扫描顺序可以是变化的，例如，左到右从顶或底、顶到底从左或右、折线形、U形、C形、或Z形。如果多个扫描顺序被采用，所做的选择也被发送给解码器30。

本发明的方法，即基于内插值算法的方法，在编码时能够节省更多的比特，提供增强的数据压缩，因而比通常所用的复杂且消耗能源的现有技术方法更节省电能和处理时间，因为采用本发明的方法时，只有给定数据块中的数据点值的一个集合被编码，相比之下，在现有技术的方法中，给定块的所有数据值都被编码。通常，当编码一个集合的数据点，从数据块中选择值，它们被压缩并发送给解码器30，在那里，数据点被接收，解压缩并被用于内插值，以重构给定块的数据块值。

被发送的数据值，以有可选地被发送的梯度值，可以被用于内插值。根据本发明的可能的内插方法可以是基于一个假设，即，数据值是连续的、平滑的、周期的、等等。而且，内插法还能够基于已知的值估计梯度的变化。不同的内插法是可用的，如：

(a)分段常数(piecewiseconstant)(＝最近的)

(b)线性

(c)多项式

(d)样条内插值。

有不同版本的内插值法可以用，如，不同数量的数据值，或者数据值的位置不同，如4点尺度或幻灯片方法，5点金字塔方法(或称hill方法，本文称之为“希尔方法”)，以及9点尺度方法。

本发明的内插编码方法可以是预选定的，或者，其选择是基于要被编码的给定数据块或数据包中的数据内容，或者是通过RD优化来选择。如果内插编码方法是从多个替代的方法中选择的，那么，方法的选择被发送给解码器30，以用于解码之目的，如前文所述。要用的方法的选择，例如相比于其它方法的内插值方法，针对数据块或数据包，其实现是基于RD值，所述的RD值能够使用不同的计算方法而被计算。方法的选择通常需要被发送给解码器30以用于解码之目的。方法的选择与内插值方法的选择通常可以是组合在一起的，例如为了在编码数据E2中取得更大的数据压缩。

所述方法典型地使用的值，是那些被发送的和基于给定数据块内的数据值的值，但它也可以使用数据块外的预测值，即有或没有额外的信息，如果那些值是可用的。针对在编码数据E2中被从编码器20发送到解码器30的每个值，可以有单独的验证比特。可选地，一个比特可以被用于一次验证所有的预测值，无需在编码数据E2中发送多个比特。如果这一个比特未验证所有的预测数据值，那么，针对每个值的单独的比特是需要的。这种实现方式所取得的编码方案，当数据块的边界发生变化时，仅使用预测值的一部分，或者，它能够使用不同的值。这些预测的或验证的块边界值可以与一个或多个其它数据点值一起使用，用于内插值之目的。

使用内插值的方法有益地用于编码单个的数据块或数据包。这意味着，其它部分的数据可以用彼此类似的或彼此不同的方法来编码。内插值方法可以用于任何大小的数据，任何形式的数据，即任何维度的数据块或数据包。该内插值方法的实现方式有许多，下文将有描述。针对被用来生成要被发送的用于重构(即，当对编码数据E2进行解码时，在解码器30中进行的重构内插值)的值的数据点值，有几个选择标准和/或计算公式。有不同类型的内插值算法可以在执行内插值方法时使用，例如分段常数、线性、立方的、样条内插值。数据值的位置是变化的，下文将有描述。

图2示出的示例中，2x2和2x2+1数据值被用于实现尺度方法、幻灯片方法，或者针对4x4数据块的希尔方法，在其中对数据值的位置进行改变。图2的示例还显示了用于所述方法的内插值算法如何在选定的内插值算法之间有所变化，但这种变化是可选的，在实现本发明的方法时，所有这些方法都可以与不同的内插值算法一起使用。图2中的圆圈表示可选的位置，用作针对在不同内插值方法中被发送的4或5数据值的数据位置。该示例不对本发明构成限制，典型地，尺度比率在实践中是更大的，这意味着，2x2被用于编码较大的数据块(如，大于4x4的数据块)。

在解码器30中，如果对编码数据E2重构成解码数据D3有很高的质量要求，重构误差数据，如图2的右手侧所显示的，可以用不同的编码方法进行编码，并被包括在编码数据E2之中，并被用在解码器中执行解码数据D3的细化。在许多实践的应用中，这不是典型是被需要的，可能只是用于很高质量的静止图像，如空中监测图像、卫星图像等等。如果内插值方法，按照前述的各种实现方式，还是不够好，当在编码器20中对数据块或数据包进行编码时，可以选择其它的方法，或者说，使用类似的方法，但只是用于较小的块大小，这使得在编码数据E2中发送的数据值具有较高的精度，但其不利的效果在于略微差的数据压缩率(编码数据E2相对于数据D1的压缩率)。

参见图3，如果在被编码的块的周围，有已经在编码器20中被编码、也在解码器30中被解码的数据值可用，那么，这些值还能被用于预测那些否则就要被从编码器20发送到解码器30的数据值。如果被预测的值足够好，它可以按照它被预测的方式来被用。进一步，验证信息也被从编码器20发送给解码器30，以使得一些值可以被预测，但是其它值是作为合适数据值被发送，或者是作为合适数据值与预测值之间的差值而被发送。在图3示出的例子，有周围数据值可用，其中一些周围数据值产生足够好的预测值，而其它周围值未产生足够好的预测。这种情形下，编码器20在对数据块或数据包进行编码时尝试几种彼此不同的内插值算法，直到根据本发明的一个内插值算法被找到并提供满意的精确预测。如果在编码器20中没有一个内插值算法能够以足够的精度对给定的数据块或数据包进行编码，那么，寻找替代的方法，和/或，分割给定的数据块以提高它的编码精度，和/或，把给定的数据块与一个或多个相邻数据块组合形成一个复合块，使用高阶多项式内插值算法对其进行编码。图3中的这个例子不对本发明构成限制。

在实现本发明的实施例时，在编码器20中对数据D1进行编码以生成相应的编码数据E2，有多种不同的预测方法可用，以及，在解码器30中对编码数据E2进行解码以生成解码数据D3时，也有相应的解码方法，其中，预测方法可以被用来预测值，如针对给定的数据块，基于几个参数，这几个参数驱动了预测，对值进行预测的方法是采用内插值或类似的方式。下面给出了几个简单的方法，用来解释数据值从编码器20到解码器30的发送。这样的预测可以使用更多可用的值，而不仅仅是最近的周围数据值。

在图3中，使用3个周围数据值，即顶部值、左部值、和左上部值来为幻灯片法预测左上部值。从公式1来预测值的方法可以取得好的预测结果。

预测值＝(顶)+(左)-(左上)＝12+11-11＝12公式1

这是具有合理精度的预测值。

右上的值可以从三个周围的数据值来预测，然而在这种情况下，可以直接从顶部值算出预测值＝30(这不是个精确的预测，“坏值”)，通过这种计算来进行预测。左下部值的可以这样预测，即，从左部值预测出预测值＝11，这是一个“好值”还是“坏值”取决于对质量的要求。在图3的示例中，这个预测值被选为是“好值”，即，一个更精确的值。

右下部的值没有周围的像素值可用。有可能对该值完全不做预测，或者是预测时使用三个预测值，或者使用用在内插值中的三个值，并使用预测左上部值所用的公式类似的公式，预测值＝30+11-12＝29，这是个相对不精确的“坏值”；或者是预测值＝15+11-12＝14，这是个精确的“好值”或不精确的“坏值”是取决于与编解码器10有关的质量要求。在图3的示例中，这次，计算得的数值被选作是一个精确的“好值”。这个例子表明，如果执行了预测，最好是选择将要在内插中使用的值，它优于当进行右下像素的预测时仅仅被预测而不做纠正的值。

下面将描述数据值的发送，其中两个不同的方法将被阐述，第一方法和第二方法。第一方法根本不预测右下部的值，第二方法使用在内插中使用的三个值来做预测。第一方法发送验证比特是1、0、和1，缺失的数据值是作为15和15发送的。当数据值被发送时，德尔塔编码是可以使用的。第二方法发送的验证比特是1、0、1、和1，缺失的数据值是作为15发送的。

在前述的例子中，针对不需要更多值的方法描述了预测值。如果需要更多的值，在数据值的不精确的“坏”预测出现在运行中，需要发送额外的值，它们可以是完全没有预测的数据值，以保证最佳精度。当编码数据E2，例如以一个或多个数据流的形式，被从编码器20发送给解码器30，德尔塔编码和其它压缩方法可以被采用。

接下来描述的示例显示一种方式，按这种方式，有效地对1D数据进行编码是可行的。该示例很简单，只需要三个值被发送，即，值7、134、7，还发送额外的信息，即，使用两个值执行了内插值。如果值以更复杂的方式变化，如减小来自端部的两个值(7，8，10，14，22，38，70，134，70，38，22，14，10)，更多的信息必须从编码器20提供给解码器30，以实现满意的内插值，换言之，需要从编码器20发送多一些的信息到解码器30。

这次，那三个发送的数据是7、134、和10。此外，还发送了信息，即，被用的一个中央值是处在7的位置，即，索引是从值0开始。然后，采用两个值执行内插值方法。当编码器20和解码器30分别被实现为块编码器和块解码器，由于接收到的其它信息，编码器20与解码器30都得到了表示数据长度的信息；这样的信息不需要与被选择的方法一起被再次发送。该示例不构成对本发明的限制，本发明的范围由权利要求定义。

可选地，有其它方法可被编码器20使用，其中，区分其它方法是依据样本是如何被选择的和被发送给解码器30，以及可用的样本是如何在解码器30被内插值以重构数据块值。采样可以基于常规的结构，低的和高的数据值，以及边界值。图4所给出的下一个例子是关于当没有常规样本可用时对数据值进行选择的方式。当样本不是常规的也不是已知的，期望安排样本值的位置被从编码器20发送至解码器30。

图4的左侧数据块衍生自一个图像，例如包括滑动的天空的细节的图像，一些线是22度对角的方向，底部是草地。有十个数据值被示出，即，为了8x8数据块的数据值，图像可以满意地做内插值。图4中右侧的块包括例如滑动的颜色，它包括一座山和一个山谷，有6个值，在解码器30可以对整个8x8数据块的内容和数据值进行满意的内插值。

在本发明的实施例中，有多种技术可以用来从编码器20到解码器30发送数据值。其中的一个技术涉及发送针对数据块的角(corner)数据值，它采用前述的幻灯片方法，与包括额外值的补充信息一起，它们的数据和扫描顺序索引，一起被发送。这样的角数据值和/或补充信息的发送可以有或没有差值。如，在图4中，右侧的块的额外信息是：

2(＝额外数据值的量)；以及

21、34(额外数据值的索引)，

其中，左上角的索引是0，一行一行地执行扫描，从左向右，从左上角开始。那么，针对图4中的示例，被发送的数据值是10、20、20、30、5、40。当所用的真实扫描顺序被考虑到，还可能这样安排数据值的顺序，即，10、20、5、40、20、30，所有的滑动角不作为第一值被发送。

也可以采用其它的顺序和发送方法。参见图4，左侧数据块的值被发送的形式是，110，114，9，99，10，10，10，97，46，和189。此外，有必要从编码器20向解码器30传递信息，使得只有数据块边界值被发送，从左上角开始，向下的方向。从编码器20向解码器30发送的数据值用数据流或数据字描述如下：

1000111100000010001111000000

可选地，同样的信息可以额外地或替代地作为行程被从编码器20发送给解码器30，例如，1，3，4，6，1，3，4，和6，其中，第一个值被定义为表示可用值的行程。

在前述的实施例中，有几种可替代的使用内插值算法的方法，还有从编码器20向解码器30发送数据值的替代方式。在编解码器10的实践实现中，要被编码的数据D1中的数据内容和它的特性，定义或者确定了编码器20中有多少种替代的方法可以被选择用来生成编码数据E2，其中，替代方法是以按照一个数据块一个数据块的方式来选择的，或者是一个数据包一个数据包的方式来选择；出自要在编码器20中被编码的数据D1的数据块和/或数据包被划分，划分的方式是为了有利于产生最有效的编码，如可取得的编码精度和/或数据压缩。如前所述，表示编码器20中采用的方法的信息，连同表示已经被编码成编码数据E2的数据块和/或数据包的形式的数据，都提供给解码器30。所有被选择的方法都与其它可能的编码方法一起使用，当本发明的内插值方法被选择，所有需要的参数被多种不同的熵编码方法加以编码，如，SRLE、RLE、PCM、DPCM、ODelta、EM、VLC、行程编码、哈夫曼编码、算术编码，但不限于这些。

典型地，所有不同的参数据值，例如关于方法选择、数据值、梯度值、内插方法、预测验证比特、数据值位置、差值、扫描顺序、以及编码方法的参数，都作为它们自己的压缩数据流而被发送，在编码数据E2的一个编码比特流之内，从而使得一个可能的最好的压缩效率得以实现。需要的话，所有的数据值都可以被量化，以增强编码数据E2可取行的数据压缩的程度。在根据本发明的方案的一个实际数据编码方案中，内插值方法对要通过编解码器10被通讯的数据块或数据包中的数据值的大部分，即多于一半，进行内插值。

前述的本发明的方法的实现可以采用并行处理，采用在时间上同时的方式处理数据块和/或数据包的处理器阵列。当不执行值预测，所有的数据块都可以独立地来平行地被处理。只有当编码器20中数据流压缩需要要被编码的所有数据被按照合适的顺序放置，并行处理才不合适于用在编码器20中。类似地，解码器30处理接收到的编码数据E2也是通过多个并行的处理器，例如，至少当采用了不同的方法时是这样的。当在编码数据E2中以及后续的解码中采用了一个或多个预测，还是有可以把编码数据E2分割成“init”块或“init”包，这些块或包是独立的单独地被处理。这种情况下，来自不同的init块或init包的数据可以被单独地编码，在甚至在更在大程序上简化了编解码器10内的数据发送，也简化了解码器30的实现。

编码器20和解码器30可以在实践中实现于以下设置的一个或多个：智能电话、平板电脑、个人计算机、phablet电脑、视频装置、监测系统、科学装置、高清音频装置、、电视装置，但不限于这些。本发明的方法还可以通过使用计算硬件来实现，计算硬件执行记录在非暂时的机器可读存储介质中的一个或多个软件产品。替代地，或额外地，本发明的实施例，至少是部分地，是采用专门数字硬件实现的，如专用集成电路、场编程逻辑门阵列(PLGA)或类似的。另外，编码数据E2可以通过物理数据载体来传送，例如CD盘、光盘、磁盘、半导体数据存储设备，或者是通过数据通讯网络来流化，如互联网，无线电话网络等等。

在不背离本发明范围的情况下，可以对所述的实施例进行修改。本文所用的术语“包括”、“包含”、“由……组成”、“具有”、“是”等表述应当被理解为非排它的方式，即，允许未被明示描述的项目、部件、或元素的存在。单数或“一个”的使用应当被理解为不排除复数。括号内的序号的使用是为了帮助理解内容，不应当被理解为限定的作用。

Claims

1.一种在编码器(20)中对数据(D1)进行编码以生成相应的编码数据(E2)的方法，所述方法包括：

(a)接收要被编码的输入数据(D1)，分析要被编码的输入数据(D1)的子部分，确定要用来编码子部分的一个或多个编码算法，其中，一个或多个编码算法包括至少一个内插值算法；

(d)把步骤(b)和(c)生成的数据进行组合，生成编码数据(E2)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个内插值算法包括以下至少之一：幻灯片方法、尺度方法、金字塔方法、多项式方法、分段常数方法、4点尺度方法、5点金字塔方法、希尔方法、9点尺度方法。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括，将一个或多个数据压缩处理应用于在步骤(d)组合的数据以生成编码数据(E2)，其中，所述一个或多个数据压缩处理包括至少以下之一：SRLE、RLE、PCM、DPCM、ODelta、EM(熵修正器)、VLC、行程编码、算术编码、哈夫曼编码、DCT、小波变换、调色板方法、VQ、数据库、DC、幻灯片、多级、尺度、线、外插值和内插值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括，在步骤(c)使用以下至少之一：DCT编码、小波编码、调色板编码、VQ编码、数据库编码、PCM、DPCM编码、DC编码、行程编码、RLE、幻灯片、多级编码、尺度、线编码、外插值编码。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于编码的所述至少一个内插值算法包括，基于从数据库提供的信息执行内插值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括，计算一个误差，所述的误差是要被编码的数据(D1)中所包含的数据与生成自在步骤(d)的数据的重构数据之间的误差，其中，所述方法包括，带编码或不带编码地将所述误差数据加入和/或发送到编码数据(E2)。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括，以给定数据块或给定数据包为基础，取决于包含在给定数据块或给定数据包中的内容的性质，把误差合并入编码数据(E2)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括，选择一个或多个算法对数据(D1)进行编码，其中，要被编码的数据(D1)包括至少以下之一：1维(1D)数据、音频数据、ECG数据、地震数据、2维(2D)数据、图像数据、2D视频数据、2D图形数据、3维(3D)图像数据、3D视频数据、3D图形数据。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤(d)中将与以下至少之一有关的信息包括在编码数据(E2)中：数据值、梯度值、内插方法、预测验证比特、数据值位置、差值、扫描顺序、编码方法。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括，传输编码数据(E2)中的一个或多个参数，以它们自己的压缩数据流的方式传输。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括，对一个或多个参数中的至少一个进行量化，以提供在编码数据(E2)中的改进的数据压缩。

12.一种在解码器(30)中对编码数据(E2)进行解码以生成相应的解码数据(D3)的方法，所述方法包括：

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括，使用以下至少之一的逆算法：幻灯片方法、尺度方法、金字塔方法、多项式方法、分段常数方法、4点尺度方法、5点金字塔方法、希尔方法、9点尺度方法。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括，在步骤(a)之前，使用以下至少之一的逆算法对编码数据(E2)进行解压缩：SRLE、RLE、PCM、DPCM、ODelta、EM(熵修正器)、VLC、行程编码、算术编码、哈夫曼编码、DCT、小波变换、调色板方法、VQ、数据库、DC、幻灯片、多级、尺度、线、外插值和内插值。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，用于解码的所述至少一个内插值算法包括，基于从数据库提供的信息执行内插值。

16.一种编码器(20)，用于对要被编码的数据(D1)进行编码以生成相应的编码数据(E2)，其特征在于，所述编码器(20)使用如权利要求1所述的方法，编码要被编码的数据(D1)以生成编码数据(E2)。

17.一种解码器(30)，用于对编码数据(E2)进行解码以生成相应的解码数据(D3)，其特征在于，所述解码器(30)使用如权利要求12所述的方法，对编码数据(E2)进行解码以生成解码数据(D3)。

18.一种编解码器(10)，包括至少一个如权利要求16所述的用于生成编码数据(E2)的编码器(20)，和至少一个如权利要求17所述的用于对编码数据(E2)进行解码的解码器(30)。

19.一种软件产品，记录在非暂时的机器可读的数据存储介质(60，70)中，其特征在于，所述软件产品在计算硬件(40，50)上执行，用于执行如权利要求1和/或如权利要求12所述的方法。