CN1097957C - 用于基于边界的自适应熵编码/解码的方法和装置 - Google Patents

用于基于边界的自适应熵编码/解码的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了多媒体压缩系统中自适应熵编码/解码的一种装置和方法。对于编码，步骤包括：A)步骤(102)用于按预定的扫描顺序把预定数目的量化变化系数分为多个系数组并根据预定方案转换该系数组为多个参数集，并存储该参数集，其中在最后系数组包括全为零的量化变换系数的情形下，该最后系数组被放弃；B)步骤(104)用于根据来自解码器控制器的信号，按预定的扫描顺序发送多个参数集的当前一个参数集；C)步骤(106)用于基于最后参数集的状态参数自适应地选择当前熵编码器；以及D)步骤(108)用于对当前参数集进行编码以提供熵编码的信息比特。解码是按编码方法的镜像方式完成的。

Description

用于基于边界的自适应熵编码/解码的方法和装置
本发明涉及视频/图象压缩，并特别涉及变换系数的编码。
一般所知，视频系统包括许多通信装置和为通信装置提供通信媒体的通信信道。例如，通信信道可以是导线连接或无线电频率，RF，载波。为了增加视频系统的效率，对需要通过通信媒体通信的视频进行数字压缩。数字压缩降低了表示视频所需要的比特数，同时保持了视频可接受的质量。比特的降低允许更有效地使用带宽并降低存储的要求。为了实现数字视频的压缩，每一通信装置可包含一个编码器和一个解码器。编码器允许通信装置在通过通信信道传输之前压缩视频。解码器使得通信装置能够从通信信道接受压缩的视频并使其再现。可使用数字视频压缩的通信装置包括电视发射机和接收机，有线电视发射机和接收机，可视电话，计算机和便携式无线电设备。
现在正在研制用于数字视频压缩出现的几种标准，包括国际电信联盟(ITU)，ITU-T建议H.263+和H.263/L，国际标准化组织/国际电工技术委员会(ISO/IEC)，和国际标准MPEG-4。这些标准要使用变换编码作为良好编码效率建立模块的一部分。当前，很低比特率可视电话专家组(Expert′sGroup on Very Low Bitrate Visual Telephony)，LBC，正在对编码效率问题考虑使用离散余弦变换。活动画面专家组，MPEG，也要使用离散余弦变换或其他类型的变换。为了实现压缩，要对变换系数进行量化，扫描及熵编码。于是，为了使压缩能力达到最大，就需要一种方法和装置用于对扫描量化的变换系数编码/解码，于是它们能够比已经出现的标准H.263，H.263，MPEG-1及MPEG-2更有效地被压缩。
图1是用于根据本发明编码方法的步骤的一个实施例的流程图。
图2是用于根据本发明编码方法的步骤的一个实施例的流程图。
图3是根据本发明的装置的一个实施例的框图。
图4是根据本发明扫描系数的不增最小上界(bound)的图示。
图5是根据本发明扫描系数的状态转移图。
图6是根据本发明扫描系数平均功率的图示。
本发明是用于对视频/图象压缩系统中扫描变换系数进行熵编码/解码的方法和装置。对于熵编码，本发明是用于对多个量化变换系数进行自适应熵编码/解码的方法和装置。为了编码，首先按给出总的下降平均功率的预定顺序接收预定数目的量化变换系数。第二，然后按预定顺序的相反顺序分析这些系数以获得这些系数的非增加最小上界。第三，把量化的变换系数分为多个系数组。当最后一个系数组包含所有零量化系数时，放弃这最后的系数组。然后把当前系数组和下一个系数组的边界转换为包含当前状态参数的当前参数集。然后基于先前参数集的先前状态参数自适应地选择当前熵编码器以对当前参数集进行编码，以提供熵编码信息比特。
本发明可以同把图象处理为带有预定变换规格的二维量化变换系数模块的压缩算法一同使用。然后扫描每一模块成为按给出一般为下降平均功率顺序的至少一个一维的阵列。
量化的变换系数的每一个一维阵列分为如下例所示的系数组序列。例如，考虑具有28个系数的一个阵列，其中只有七个是非零的：
{8，6，0，4，0，0，1，2，1，0，1，0，0，…}               (1)分组后系数组为
{8}，{6}，{0，4}，{0，0，1}，{2}，{1}，{0，1}             (2)一般，系数组的数目与非零系数的数目相同，因为由全是零的系数构成的最后一组{0，0，…}被放弃。每一系数组具有这样的形式
{0，…，0，l}                                             (3)它由后跟非零系数l的零系数序列构成。该系数组再按系数相同的方式排列顺序。
然后系数组按预定顺序的相反顺序分组以便获得单调的最小上界。例如，(2)中的系数组的单调最小上界为
8，6，4，2，2，1，1                                       (4)
一般，单调最小上界是如下产生的。令G1，G2，…，Gn为分组后的系数组，其中
Gk＝{0，…，lk}                                           (5)这组的单调最小上界bk为
lk，lk+1，…，ln                                    (6)的最大绝对值。为了减少计算量，bk也可以从k＝n出发作为lk和bk+1的最大绝对值递归地判断。
每一系数组{0，…，0，lk}及其边界bk转换为参数集
{rk，lk，sk}其中rk是游程(run)，可以等于零，定义为系数组中的零系数的数目，lk为水平，sk为状态。该状态是bk+1的单调函数。例如，对于1≤k＜n，状态定义为
sk＝3，             如果4≤bk+1；
sk＝2，             如果2≤bk+1＜4；
sk＝1，             如果bk+1＜2；对于K＝n，状态定义为
sk＝0，这指出，它是最后的参数集。特别地，在(2)中的系数组变为系数集{0，8，3}，{0，6，3}，{0，4，2}，{2，1，2}，{0，2，1}，{0，1，1}，{1，1，0}。
可以参照图1-6对本发明进行更为充分的说明。图1标号100是根据本发明用于编码的方法步骤的实施例的一个流程图。编码方法中的第一步骤是把预定数目的量化变换系数按一般下降功率扫描顺序分为多个系数组，并根据预定的方案转换系数组为多个参数集，且在存储单元中存储参数集，其中每一当前参数集包含作为非零量化变换系数值的一个水平参数，基于对应于下一个系数组边界参数的一个状态参数，其中在最后一个参数组包含全是零的量化变换系数，该最后系数组被放弃(102)。编码方法的第二步骤是通过存储单元根据来自编码器控制器的信号，按预定的扫描顺序发送多个参数集的当前参数集(104)。编码方法的第三步骤是基于最后参数集的状态参数选择多个熵编码器的当前熵编码器。编码方法中的第四即最后步骤是由当前熵编码器对当前参数集编码以提供熵编码的信息比特(108)。
标号200的图2为根据本发明用于解码的方法步骤的一个实施例的流程图。该解码方法中的第一步骤是通过第一熵解码器对熵编码信息比特进行解码以提供解码的当前参数集(202)。解码处理中的第二步骤是基于解码的当前参数集的已解码的当前状态参数自适应地选择多个熵解码器的下一个熵解码器(204)。解码处理中的第三步骤是根据预定的扫描顺序中预定的方案，转换已解码的参数集为预定数目解码的量化变换系数，其中解码的量化变换系数的数目小于预定的变换系数的数目，附加零值已解码量化变换系数以产生预定数目的变换系数(206)。
标号300的图3为根据本本发明的编码器/解码器装置的一个实施例的框图。编码器装置包括一个存储器单元(302)，一个边界判定器(308)，一个存储器单元(302)，一个边界判定器(304)，一个解码器控制器(312)，多个熵编码器(322)(324)。当进行解码时，该装置还包括多个熵解码器(328)(330)，一个解码器控制器(334)和一个参数集转换器(336)。
为了进行编码，连接到边界参数判定器(308)、参数集判定器(320)和编码器控制器(312)的存储器单元(302)接收至少一个非零量化变换系数(304)，并存储量化的变换系数、边界参数(310)和参数集(322)。连接到存储器单元(302)的边界参数判定器(308)产生边界参数(310)。连接到存储器单元(302)的基于边界的参数集判定器(320)把预定数目的量化变换参数(304)按预定的扫描顺序分为多个系数组，并根据预定方案转换该系数组为多个参数集(322)，并在存储器单元(302)中存储该参数集，其中每一当前的参数集包含为非零量化变换系数的数值的一水平参数，和一个基于对应于下一个系数组的边界参数的状态参数，其中在最小系数组包括全为零的量化变换系数时，该最后的系数组被放弃。连接到存储器单元(302)的编码器控制器(312)用于选择多个熵编码器(322，324)的熵编码器，并根据最后参数集的状态自适应地选择熵编码器/解码器。连接到编码器控制器(312)和存储器单元(302)的第一熵编码器(322)用于对第一参数集进行编码以提供熵编码信息比特。连接到编码器控制器(32)和存储器单元(302)的多个附加的熵编码器(324)用于根据基于边界的状态参数自适应地提供熵编码信息比特。
为了进行解码，连接到解码器控制器(334)并接收熵编码的信息比特(326)的第一熵解码器(328)用于对熵编码的信息比特进行解码以提供第一解码的参数集。连接到解码器控制器的多个附加的熵解码器(330)接收熵编码信息比特，并对熵编码的信息比特进行解码以提供当前解码的参数集。选择地连接到所有熵解码器(328，330)的解码器控制器(334)用于基于解码的当前参数集(332)的解码的当前状态参数自适应地选择多个熵解码器的下一个熵解码器。连接到解码器控制器(334)的基于边界的参数集转换器(336)根据预定方案按预定的扫描顺序把解码的参数集转换为预定数目的解码的量化变换系数，其中在解码的量化变换系数的数目小于预定的变换系数数目之处，附加零数值的解码量化变换系数以产生预定数目的变换系数。
标号400的图4为根据本发明作为其标记(index)k(402)的一个函数的被扫描系数振幅(404)的非增最小上界b_k(408)。该边界还被分类为对应于先前参数集状态参数的范围(420)。
标号500的图5是根据本发明对应于先前参数集状态参数被扫描参数的示例性状态转移图。该状态转移图具有对应于第一系数(502)和系数边界的各个范围(504，506，508)的四个状态。
标号600的图6是根据本发明作为被扫描系数标记(602)的一般下降函数平均功率(640)的图示。
本发明对量化变换系数编码比在H.261，H.263，MPEG-1及MPEG-2中使用的编码方法所用的比特数较少。本发明适用于量化变换系数的每一模块，而H.261，H.263，MPEG-1及MPEG-2中的编码方法则不适用。
在不背离本发明精神和基本特征之下本发明可以由其他具体形式实施。所描述的实施例应当认为在任何方面都只是作为说明而不是限制。因而本发明的范围是由所附权利要求指出的而不是上述说明。所有出自权利要求等价的意义和范围内的变化都包括在它们的范围之内。

Claims (2)

1.多媒体压缩系统中自适应熵编码/解码的一种方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
对于编码：
A)按预定的扫描顺序把预定数目的量化变化系数分为多个系数组并根据预定方案转换该系数组为多个参数集，并在一个存储器单元中存储该参数集，其中每一当前参数集包含作为非零量化变换参数数值的一水平参数，以及基于对应于下一个系数组的边界参数的状态参数，其中在最后系数组包括全为零的量化变换系数的情形下，该最后系数组被放弃；
B)通过存储器单元根据来自解码器控制器的信号，按预定的扫描顺序发送多个参数集的当前一个参数集；
C)基于最后参数集的状态参数自适应地选择多个熵编码器的当前熵编码器；
D)通过当前熵编码器对当前参数集进行编码以提供熵编码的信息比特；以及
对于解码：
E)通过第一熵解码器把熵编码的信息比特解码以提供解码的当前参数集；
F)基于解码的当前参数集的解码的当前状态参数，自适应地选择多个熵解码器的下一个熵解码器；
G)根据预定方案按预定的扫描顺序转换解码的参数集为预定数目的解码量化变换系数，其中在解码的量化变换系数的数目小于变换系数的预定数目的情形下，附加零数值解码量化变换系数以产生预定数目的变换系数。
2.用于在多媒体压缩系统中自适应地熵编码/解码的装置，其特征在于，包括：
对于编码器：
A)一个连接到边界参数判定器、参数集判定器和编码器控制器并接收至少一个非零量化变换系数的存储器单元，用于存储量化变换系数、边界参数及参数集；
B)连接到存储器单元的边界参数判定器，用于产生边界参数；
C)连接到存储器单元的基于边界的参数集判定器，用于把预定数目的量化变换系数按预定的扫描顺序分为多个系数组，并根据预定的方案转换系数组为多个参数集，并在第一存储器单元中存储该参数集，其中每一当前参数集包含作为非零量化变换系数值的一个水平参数及基于对应于下一个系数组的边界参数的一个状态参数，其中在最后系数组包括全为零的量化变换系数情形下，最后的系数组被放弃；
D)连接到存储器单元的编码器控制器，用于根据预定方案选择多个熵编码器的预定熵编码器并自适应地选择熵编码器/多个编码器；
E)连接到编码器控制器和存储器单元的第一熵编码器，用于对第一参数集编码以提供熵编码的信息比特；
F)连接到编码器控制器和存储器单元的多个附加的熵编码器，用于根据基于边界的状态参数自适应地提供熵编码的信息比特；
对于解码
E)连接到解码器控制器并接收熵编码信息比特的第一熵解码器，用于对熵编码的信息比特解码以提供第一解码的参数集；
F)连接到解码器控制器并接收熵编码的信息比特的多个附加的熵解码器，用于对熵编码的信息比特解码以提供当前解码的参数集；
G)选择地连接到所有熵解码器的解码器控制器，用于根据解码的当前参数集的解码的当前状态参数自适应地选择多个熵解码器的下一个熵解码器；
H)连接到解码器控制器的基于边界的参数集转换器，用于根据预定的方案按预定的扫描顺序转换解码的参数集为预定数目的解码的量化变换系数，其中在解码量化变换系数的数目小于变换系数预定数目情形下，附加零值解码量化变换系数以产生预定数目的变换系数。
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