CN105847841B - 包含量化或逆量化程序的信号处理装置及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包含量化或逆量化程序的信号处理装置及信号处理方法。根据本发明的信号处理装置，包含一记忆模块与一展开模块。该记忆模块中储存有多个初始系数。该展开模块用以将该多个初始系数中的N个初始系数映射至一量化表格中，做为N个参考量化权重。N为大于2的整数。该N个参考量化权重于该量化表格中并非排列于同一直线上。该展开模块考量待决定的一目标量化权重于该量化表格中与该N个参考量化权重间各自的一概略距离，并据此利用该N个参考量化权重内插产生该目标量化权重。

Description

包含量化或逆量化程序的信号处理装置及信号处理方法

技术领域

本发明与影像编码/解码技术相关，并且尤其与影像编码/解码程序中的量化技术相关。

背景技术

随着通信技术的进步，数字电视广播渐趋成熟、普及。除了经由电缆线路传送外，数字电视信号也可透过基站或人造卫星等设备以无线信号的型态被传递。为了兼顾提升画面品质和降低传输数据量的需求，传送端通常会将待传递的影像及声音信号编码、压缩。相对应地，接收端必须正确地将收到的信号解码、解压缩，始能还原影音信号。

图1(A)呈现一影像编码系统的局部功能方块图范例。帧内预测(intra-prediction)模块12分别针对一视频帧中的各个影像区块进行帧内预测程序，以产生其亮度残余值(residual)矩阵。帧内预测模块12选出的亮度残余值矩阵被提供至离散余弦转换(discrete cosine transform,DCT)模块14，进行DCT程序，以产生一DCT系数矩阵。为了进一步降低数据量，二次转换(secondary transform)模块16会对该DCT系数矩阵中的低频成分施以二次转换。随后，经过二次转换后的低频成分及其他未经二次转换的高频DCT系数在量化模块18被重新结合并且施以量化程序。

进行量化程序时所需要的量化表格(quantization table)储存于记忆模块15中。量化表格为一量化权重值矩阵，其大小与DCT系数矩阵相同。若DCT模块14输出的DCT系数矩阵的大小为N×N，量化表格的大小也会是N×N。为了节省存储器空间，某些量化表格尺寸较大(例如16×16或32×32)的影像编码系统会改采如图1(B)所示的架构。在这种架构中，储存于记忆模块15中的并非完整的量化表格，而是一尺寸较小的系数矩阵(例如4×4或8×8)。当量化模块18需要量化表格时，展开模块17会将该小尺寸系数矩阵展开为大尺寸的量化表格。

目前常见的将该小尺寸系数矩阵展开的两种方法为均一式填补(flat padding)和双线性内插(bilinear interpolation)。均一式填补的复杂度低，但展开结果较为粗略。相对地，双线性内插的内插效果好，但复杂度高。

发明内容

本发明提出一种新的信号处理装置及信号处理方法，根据并非排列于同一直线上的N个参考量化权重进行内插，并以概略距离决定内插时使用的加权数值。相较于均一式填补，根据本发明的信号处理装置及信号处理方法可提供较精细的内插结果。另一方面，由于仅需估计量化权重间的概略距离，而非精准计算其间的面积比例，根据本发明的信号处理装置及信号处理方法的运算复杂度可低于双线性内插。

根据本发明的一具体实施例为一种信号处理装置，其中包含一记忆模块与一展开模块。该记忆模块中储存有多个初始系数。该展开模块用以将该多个初始系数中的N个初始系数映射至一量化表格中，做为N个参考量化权重。N为大于2的整数。该N个参考量化权重于该量化表格中并非排列于同一直线上。该展开模块考量待决定的一目标量化权重于该量化表格中与该N个参考量化权重间各自的一概略距离，并据此利用该N个参考量化权重内插产生该目标量化权重。

根据本发明的另一具体实施例为一种信号处理方法，用以将多个初始系数展开为一量化表格。首先，该多个初始系数中的N个初始系数被映射至该量化表格，做为N个参考量化权重。N为大于2的整数，且该N个参考量化权重于该量化表格中并非排列于同一直线上。随后，考量待决定的一目标量化权重于该量化表格中与该N个参考量化权重间各自的一概略距离后，这些概略距离与该N个参考量化权重被据以内插产生该目标量化权重。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及附附图得到进一步的了解。

附图说明

图1(A)和图1(B)呈现一典型影像编码系统的局部功能方块图。

图2为根据本发明的一实施例中的影像编码装置的功能方块图。

图3(A)呈现一初始矩阵与量化表格间的相对关系范例。图3(B)呈现根据本发明的展开模块产生的一种内插结果范例。

图4(A)和图4(B)分别呈现能实现图3(B)的加权数值分派规则的一种座标分派规则和相对应的虚拟码范例。

图5呈现几种根据本发明的实施例种可能采用的多边形区域范例。

图6为根据本发明的一实施例中的信号处理方法的流程图。

须说明的是，本发明的附图包含呈现多种彼此关联的功能性模块的功能方块图。这些附图并非细部电路图，且其中的连接线仅用以表示信号流。功能性元件及/或程序间的多种互动关系不一定要透过直接的电性连结始能达成。此外，个别元件的功能不一定要如附图中绘示的方式分配，且分散式的区块不一定要以分散式的电子元件实现。

符号说明

12：帧内预测模块 14：离散余弦转换模块

15：记忆模块 16：二次转换模块

17：展开模块 18：量化模块

200：影像编码装置 22：帧内预测模块

24：离散余弦转换模块 25：记忆模块

26：二次转换模块 27：展开模块

27A：概略距离判断单元 28：量化模块

S61～S63：流程步骤

具体实施方式

本发明的概念可应用于各种包含量化或逆量化程序(亦即会使用到量化表格的程序)的信号处理装置，例如采用数字音视频编解码技术标准(audio video codingstandard,AVS)的影像编码/解码系统。为便于说明，以下实施例主要以影像编码装置为例来说明，但本发明的范畴不以此为限。透过以下说明，本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，另有多种电路组态和元件可在不背离本发明精神的情况下实现本发明的概念。

根据本发明的一具体实施例为一种影像编码装置，其功能方块图绘示于图2。影像编码装置200包含帧内预测模块22、离散余弦转换模块24、记忆模块25、二次转换模块26、展开模块27以及量化模块28。于实际应用中，影像编码装置200可单独存在，亦可被整合进更大的影像处理系统。帧内预测模块22分别针对一视频帧中的各个影像区块进行帧内预测程序，以产生其亮度残余值矩阵。接着，帧内预测模块22输出的亮度残余值矩阵被提供至离散余弦转换(DCT)模块24进行DCT程序，以产生一DCT系数矩阵。二次转换模块26负责对DCT系数矩阵中的低频成分施以二次转换。随后，经过二次转换后的低频成分及其他未经二次转换的高频DCT系数在量化模块28被重新结合，并且根据一量化表格被施以量化程序。记忆模块25中储存有多个初始系数。展开模块27负责将由该多个初始系数组成的一初始矩阵展开，成为尺寸相对较大的量化表格，供量化模块28使用。

图3(A)呈现一初始矩阵与量化表格间的相对关系范例。于此范例中，初始矩阵的尺寸为8×8，量化表格的尺寸为32×32，且初始矩阵中原来已知的8×8个初始系数被分散映射至量化表格中，成为8×8个参考量化权重(标示有斜线图样者)。实务上，这8×8个参考量化权重可能有部分相同，亦可能完全不同。量化表格中其他未标示有斜线图样的元素可部分或全部由展开模块27根据该8×8个参考量化权重内插产生。

以图3(A)中的参考量化权重A～D为例，图3(B)呈现展开模块27产生的一种内插结果范例，藉此说明展开模块27的运作方式。于此范例中，展开模块27将参考量化权重A视为一基准量化权重，并且利用参考量化权重A～D内插产生基准量化权重A的右下方的十五个量化权重。这十五个内插产生的量化权重皆以基准量化权重A为基础，被各自加上一调整量。展开模块27包含一概略距离判断单元27A，用以判断待决定的一目标量化权重于量化表格中与参考量化权重A～D间各自的概略距离。概略距离判断单元27A的判断结果即为决定上述调整量的依据，详述如下。

参考量化权重B与基准量化权重A间的差异(4*dx)、参考量化权重C与基准量化权重A间的差异(4*dy)、参考量化权重D与基准量化权重A间的差异(4*dz)皆可预先得知。差异量dx、dy、dz有可能为正，亦有可能为负。于此实施例中，展开模块27以差异量dx、dy、dz为计算调整量的基本单位，一待决定的目标量化权重可被表示为：

A+a1*dx+a2*dy+a3*dz，(式一)

其中的加权数值a1、a2、a3系由概略距离判断单元27A的判断结果决定。目标量化权重在量化表格中距离参考量化权重B愈近，加权数值a1愈大，亦即令参考量化权重B对目标量化权重的影响愈高。依此类推，目标量化权重在量化表格中距离参考量化权重C愈近，加权数值a2愈大。目标量化权重在量化表格中距离参考量化权重D愈近，加权数值a3愈大。出于标准化(normalization)的考量，加权数值a1、a2、a3的总和可被设计为定值。实务上，概略距离判断单元27A的输出信号可直接为加权数值a1、a2、a3。

由图3(B)可看出，位于第一列、第二～四栏的三个量化权重依次愈来愈接近参考量化权重B，因此各自的加权数值a1亦逐渐递增(分别等于1、2、3)。位于第一栏、第二～四列的三个量化权重则是依次愈来愈接近参考量化权重C，因此各自的加权数值a2亦逐渐递增(分别等于1、2、3)。再以位于第四栏、第一～四列的量化权重为例，愈接近参考量化权重D的量化权重，其加权数值a3就愈高(分别等于0、1、2、3)。为了降低计算复杂度，加权数值a1、a2、a3可被设定为皆为整数。举例而言，假设第一列、第四栏的量化权重被视为与基准量化权重B相隔一个单位长度的距离，概略距离判断单元27A亦可将位于第二列、第四栏的量化权重概略视为与基准量化权重B相隔1个单位长度的距离，而非1.414个单位长度的距离。依此类推，概略距离判断单元27A可将位于第三列、第四栏的量化权重概略视为与基准量化权重B相隔2个单位长度的距离。

实务上，概略距离判断单元27A可根据待决定的目标量化权重在量化表格中的座标即时计算加权数值a1、a2、a3。图4(A)和图4(B)分别呈现能实现图3(B)的加权数值分派规则的一种座标分派规则和相对应的虚拟码范例。每一个待决定的目标量化权重各自被派以一座标值(jj,ii)。

须说明的是，本发明的主要概念在于根据并非排列于同一直线上的N个参考量化权重进行内插，并以概略距离决定内插时使用的加权数值，其范畴不以图3(B)中呈现的加权数值配置方式为限。N为大于2的整数，例如等于三或四。由于并非排列于同一直线上，该N个参考量化权重可被视为于量化表格中构成一多边形区域，且待决定的目标量化权重位于该多边形区域中。图5呈现几种根据本发明的实施例种可能采用的多边形区域范例。实务上，一个量化表格可能会被分割为多个形状不同的多边形区域。即使是在这个情况下，只要为各个多边形区域决定出适当的参考量化权重，便可得到相对应的内插结果。

相较于均一式填补，根据本发明的展开模块可提供较精细的内插结果。另一方面，由于仅需估计量化权重间的概略距离，而非精准计算其间的面积比例，根据本发明的展开模块的运算复杂度可低于双线性内插。

于一实施例中，记忆模块25中储存有该N个初始系数中的一基准初始系数，以及另外(N-1)个初始系数各自与该基准初始系数的差异。举例而言，记忆模块25可将基准初始系数A与差异量dx、dy、dz储存于同一存储器位置。当展开模块27需要计算基准量化权重A的右下方的十五个量化权重时，只要自记忆模块25中同时取出基准初始系数A和差异量dx、dy、dz，无须另外自记忆模块25撷取与初始系数B～D相关的数据。随后，辅以概略距离判断单元27A提供的各组权数值a1、a2、a3，展开模块27便可计算出基准量化权重A的右下方的十五个量化权重。实务上，据以产生量化表格的多个初始系数皆为已知数，预先于记忆模块25中储存上述数据因此为可行。在这个情况下，只需要单纯的加法元件和乘法元件便可实现根据本发明的内插运算。

须说明的是，本发明的范畴并未限定于量化模块28的输入信号必为DCT系数矩阵及/或其二次转换结果，而是涵盖各种影像数据矩阵。不过，就量化模块28的输入信号为DCT系数矩阵的情况而言，DCT系数矩阵中愈靠近左上角的低频成分通常较重要。因此，展开模块27可选择最接近量化表格左上角的参考量化权重所对应的初始系数，做为上述基准初始系数。

于一实施例中，当出现需要简化运算程序、缩短运算时间的需求时，展开模块27可选择性地结合均一式填补与前述内插机制。以图3(B)为例，展开模块27可先根据前述内插机制计算出十五个待决定的量化权重中的一个量化权重，再将该计算结果填入该十五个位置中的部分或所有位置。在这个情况下，式一中的差异量dx、dy、dz可一律由这三个差异量中的一个(例如dx)或是三个差异量的平均值取代。

于另一实施例中，展开模块27可根据该N个参考量化权重内插产生多个候选量化权重，并仅自该多个候选量化权重中择一做为目标量化权重。

于实际应用中，展开模块27可被实现为固定式及/或可编程数字逻辑电路，包含可编程逻辑门阵列、特定应用集成电路、微控制器、微处理器、数字信号处理器，与其他必要电路。此外，本发明的范畴并未限定于特定储存机制。记忆模块25可包含一个或多个挥发性或非挥发性存储器装置，例如随机存取半导体存储器、只读存储器、磁性及/或光学存储器、快闪存储器等等。

根据本发明的另一具体实施例为一种信号处理方法，用以将多个初始系数展开为一量化表格，其流程图绘示于图6。首先，步骤S61为将该多个初始系数中的N个初始系数映射至该量化表格，做为N个参考量化权重。N为大于2的整数，且该N个参考量化权重于该量化表格中并非排列于同一直线上。随后，步骤S62为考量待决定的一目标量化权重于该量化表格中与该N个参考量化权重间各自的一概略距离。步骤S63则是根据这些概略距离与该N个参考量化权重进行内插，以产生该目标量化权重。

本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，先前在介绍影像编码装置200时描述的各种操作变化亦可应用至图6中的信号处理方法，其细节不再赘述。

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种信号处理装置，包含：

一记忆模块，其中储存有多个初始系数；以及

一展开模块，用以将该多个初始系数中的N个初始系数映射至一量化表格中，做为N个参考量化权重，N为大于2的整数，该N个参考量化权重于该量化表格中并非排列于同一直线上，该展开模块考量待决定的一目标量化权重于该量化表格中与该N个参考量化权重间各自的一概略距离，并据此利用该N个参考量化权重内插产生该目标量化权重；

其中该记忆模块中储存有该N个初始系数中的一基准初始系数，以及另外(N-1)个初始系数各自与该基准初始系数的差异；该展开模块于产生该目标量化权重时，自该记忆模块取得该基准初始系数与该(N-1)个差异，并根据该目标量化权重与该N个参考量化权重间各自的该概略距离分别赋予该(N-1)个差异一加权值，其中该加权值为整数。

2.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该N个参考量化权重中最接近该量化表格左上角的该参考量化权重所对应的该初始系数被选定为该基准初始系数。

3.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该展开模块将该目标量化权重填入该量化表格中的多个位置。

4.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该展开模块根据该N个参考量化权重内插产生多个候选量化权重，并自该多个候选量化权重中择一做为该目标量化权重。

5.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，整数N等于三或四。

6.一种信号处理方法，用以将多个初始系数展开为一量化表格，包含：

(a)将该多个初始系数中的N个初始系数映射至该量化表格，做为N个参考量化权重，其中N为大于2的整数，且该N个参考量化权重于该量化表格中并非排列于同一直线上；以及

(b)考量待决定的一目标量化权重于该量化表格中与该N个参考量化权重间各自的一概略距离，并据此利用该N个参考量化权重内插产生该目标量化权重；

其中该N个初始系数中的一基准初始系数，以及另外(N-1)个初始系数各自与该基准初始系数的差异系预先提供；步骤(b)包含：于产生该目标量化权重时，根据该目标量化权重与各参考量化权重间各自的该概略距离分别赋予该(N-1)个差异一加权值，其中该加权值为整数。

7.如权利要求6所述的信号处理方法，其特征在于，该N个参考量化权重中最接近该量化表格左上角的该参考量化权重所对应的该初始系数被选定为该基准初始系数。

8.如权利要求6所述的信号处理方法，其特征在于，进一步包含：

于决定该目标量化权重后，将该目标量化权重填入该量化表格中的多个位置。

9.如权利要求6所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(b)包含：根据该N个参考量化权重内插产生多个候选量化权重，并自该多个候选量化权重中择一做为该目标量化权重。

10.如权利要求6所述的信号处理方法，其特征在于，整数N等于三或四。