CN1103165C - 确定图像信号量化数的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定图象信号量化数的装置，包括：离散余弦变换装置、片段延迟装置、量化装置、可变编码装置、格式化器、有效性计算装置、目标比特计算装置、编码长度计算装置、多个比较装置、以及量化数确定装置。在上述的图象信号量化数确定装置中，由于目标比特以有效性的比率计算，所以不被格式化器使用的数据为最小数据，量化处理能有效地进行。

Description

确定图像信号量化数的装置

本发明涉及图像信号的压缩，更具体地涉及用于确定图象信号量化数的装置。

在常规图像系统中，当模拟信号的图像数据输入时，该模拟数据由模/数转换器转换成数字数据，然后该数字数据由离散余弦变换器(DCT)转换成频率相关信号。该频率相关信号的能量集中在低频段，DCT的变换系数由量化处理过程转换为参考值，然后该数据首先被压缩。该量化参考值由锯齿扫描从低频段读出，因此，该数据由游程长度编码转换成比特流数据，图像就被压缩。

可是在前述的图像系统，量化是场景质量和所产生比特量的最重要因素。因此，由于数据是由量化处理按步长而分离的，数据量受步长的控制，场景质量也随步长而改变。

在控制比特量的常规方法中，缓冲器的充满以宏块单元计算，以保持场景质量为最佳状态，如此来判断缓冲器的充满。因此，当缓冲器的充满较大时，量化参考量增加，以减小产生的比特量，如图1所示。另外，当缓冲器的充满小时，量化参考量减小，以增加产生的比特数。因此，通过减小和增加产生的比特数，可控制比特的发送数量，以防止缓冲器空。

图2显示了在一个场景中编码类型块的量化矩阵，用于该编码类型块的方法是控制MPEG-2比特数的方法。该常规算法如下所示。

缓冲器的状态由式(1)确定。BufferStat(j)＝InitBuffer+GenBits(j-1)

           -TargetBit每MB(j-1)                (1)其中，Buffer Stat(j)为缓冲器的状态，InitBuffer为场景初始状态时缓冲器的充满程度，GenBits(j-1)为直到第(j-1)个宏块所产生的比特数，Target Bit是宏块的目标比特。

量化参考量为

RefQuant(j)＝BufferStat(j)×31/React Parm     (2)

其中，RefQuant(j)为量化参考量，React Parm由式(3)表示：

React Param＝2×比特率/图像率                 (3)另外，宏块的有效性为：

Activity＝1+min[Bi-Variance(j，k)]            (4)

j＝0，1，2，…MBcnt-1

k＝1，2，3，4其中，min[Bi-Variance(j，k)]是第(j，k)个块变化的最小值。通常的有效性满足下述关系。 $\mathrm{Normal\; Activity}=\frac{[2\×\mathrm{Activity}\left(j\right)+\mathrm{Aver}-\mathrm{Activity}]}{[\mathrm{Activity}\left(j\right)+2\×\mathrm{Aver}-\mathrm{Activity}]}---\left(5\right)$ 其中，Aver-Activity为有效性平均值。因此，宏块的量化量由式(2)乘式(5)获得：Mquant(j)＝RefQuant(i)×Normal ActiVity(j)    (6)其中，Mquant(j)为宏块的量化量。因此，按照第j个宏块的量化量执行量化处理，就可控制产生的比特。

可是在上述的量化处理中，由于场景的硬变换而使场景质量损坏，边缘模糊现象也产生了。因此，很难在该编码系统中采用常规技术，在该系统中数据集中在确定的空间。

本发明的目的是要提供一种确定图像系统量化数的装置，该图像系统中，计算离散余弦变换系数的有效性以计算目标比特，可获得用于离散余弦变换系数的编码长度，通过比较目标比特和编码的长度来确定量化数，以执行最佳的量化。

为达到上述目的，本发明包括：离散余弦变换装置，用于变换图像数据；片段延迟装置，用于对离散余弦变换装置输入的数据延迟一预定时间；量化装置，用于量化从片段延迟装置输入的数据；可变编码装置，用于编码由量化装置量化的数据；格式化器，用于按照系统适合的形式，排列从可变编码装置输入的数据；有效值计算装置，用于在宏块单元中计算由离散余弦变换装置变换的离散余弦变换系数，从而计算有效性；目标比特计算装置，用于在宏块单元中计算从有效性计算装置输入的数据的目标比特；编码长度计算装置，用于计算由量化和可变解码离散余弦变换装置的离散余弦变换系数而产生的比特；比较装置，用于比较由编码长度计数装置计算的编码长度和由目标比特计算装置计算的目标比特；以及量化数确定装置，用于通过计算从比较装置输入的数据而确定并输出量化数。

有效性计算装置包括：一个比较器，用于将离散余弦变换装置的系数数据与2相比较；一个计数器，用于计数比2大的系数数据；一个加法器，用于在宏块单元中相加计数器的系数。

目标比特计算装置包括：乘法器，用于将有效性计算装置的系数之和乘以片段目标比特；加法器，用于将乘法器的输出相加；以及除法器，用于将乘法器的输出除以加法器的片段和，以得到宏块的目标比特。

图1显示了在图像数据编码期间缓冲器的控制曲线。

图2是在该场景中编码类型块的量化数矩阵。

图3显示了按照本发明的量化数确定装置的结构。

图4显示了图3中有效性计算单元和目标比特计算单元的结构。

图5显示了图3中编码长度计算单元的结构。

图6显示了编码长度的计算操作。

参见图3，按照本发明的量化数确定装置包括：DCT 101，用于变换图像数据；片段延迟单元102，用于将离散余弦变换单元102输入的数据延迟预定时间；量化单元103，用于量化从片段延迟单元102输入的数据；可变编码单元104，用于可变地对量化单元104输入的数据进行编码；格式化器105，用于以适合于系统的形式排列从可变编码单元104输入的数据；有效性计算单元106，用于计算从DCT101输入的数据；目标比特计算单元107，用于计算从有效性计算单元106输入的数据并输出目标比特；编码长度计算单元108，用于计算从DCT 101输入的数据并输出16个编码长度之和；比较器109a-109o，用于将编码长度计算单元108输入的编码长度之和与目标比特计算单元107输入的目标比特相比较；量化数确定单元110，用于计算从比较器109a-109o输入的数据，以确定量化数，并输出确定的量化数到量化单元103。

有效性计算单元106包括：比较器201，用于将DCT101系数与2比较，以判定该系数是否是0.1；计数器202，用于计数大于2的系数；以及加法器203，用于将计数器202计数的系数相加，以得到5个宏块的系数和。

目标比特计算单元107包括：乘法器301a-301e，用于将有效性计算单元106的系数和乘以片段目标比特值2680；加法器302，用于相加从来法器301a-301e输出的值，以得到片段之和；以及除法器303a-303e，用于将来法器301a-303e输出的值除以加法器302的片段之和，以得到目标比特。

在上述的量化数确定装置中，当模拟信号的图象数据输入到图象系统时，它被模拟/数字转换器(未示出)转换成数字数据；然后由DCT 101转换成频率相关信号。转换的信号输入到有效性计算单元106的比较器201，它判别离散余弦变换系数是否超过2，然后用计数器202对超过2的离散余弦变换系数进行计数。由计数器202计数的值由加法器203相加，以获得宏块单元有效性系数之和，然后输出到目标比特计算单元107。

在此种情况，该离散余弦变换系数的数目是场景复杂程度的重要因素。由于小系数不影响场景的复杂程度，可是，有效性计算单元106不管低于2的系数比特。因此，有效性计算单元106的输出被乘以1片段的目标比特2680，以获得该片段比特。该片段比特由加法器302相加并成为片段之和。再有，该片段比特由除法器303a-303e除以片段之和以获得片段和的比率，因此获得五个宏块的目标。

1个片段和1个宏块的目标比特为

1 seg-Target-bit＝1同步块×5×8比特

                ＝77字节×5×8比特

                ＝2680比特               (7)

1同步块(宏块)目标比特＝

其中，seg0target-bit为一个片段的目标MB-target-bit为一个宏块的目标。在式(8)中，当存贮压缩的图象数据时，该目标比特是恢复该五个宏块的场景质量的最佳位数。

另外，通过有效性计算单元106的有效性计算在目标比特计算单元107中估价对应于合适场景质量的比特数时，DCT 101的六个变换系数被量化并由编码长度计算单元108编码，以获得图5所示的实际编码长度。因此，在比较器109a-109o中，对于目标比特计算单元107的宏块的目标比特与由编码长度计算单元108获得的六个编码长度相比较。在量化数确定单元110中，计算从比较器109a-109o输入的值，以判断最接近目标比特的编码长度，如此该判断的值被作为量化数输出到量化单元。

图6显示了执行量化和可变编码处理的二叉树结构。在该图中，用于确定量化数Qno的硬件的复杂程度减少了。通过将离散余弦变换系数的实际比特数与宏块的目标比特相比较，如果该比特大于目标比特，执行上边的树路径。相反，如果该比特数小于目标比特，则执行下边的树路径。在此情况，由于用了乘法器，对于各个步骤只需要一个可变编码器。

当用有效计算单元106和目标比特计算单元107估价对应于合适场景质量的比特数时，由编码长度计算单元108执行离散余弦变换系数的实际编码处理，量化数由比较器109和量化数确定单元110计算，从DCT 101输入的数据在片段延迟单元102中延迟并输出到量化单元103。在量化单元中，按照量化数确定单元110通过片段延迟单元102输入的DCT变换系数被量化并转换为参考量。

在可变编码单元104中，量化单元103的参考量通过锯齿扫描从低频范围读出，因此该数据变成游程长度编码，然后为比特流数据。比特流数据被格式化器105转换为适合该系统的格式，以压缩该图象数据。

尽管有效性是通过获得宏块单元中系数数目而计算的，在本发明中，该有效性也可通过获得系数数目而直接获得。

另外，当计算离散余弦变换系数的编码长度时，只用八个量化和可变编码模块就能获得八个的比特和，因此六个的比特和可以被计算。

Q21＝(Q2i-Q2(i-1))/2＝Qi           (9)

在用六个量化和可变编码模块获得比特和之后，也就能计算十二个的比特和。

Q3i-(Q3i-Q3(i-1))/3＝Q3i-1         (10)

Q3i-[(Q3i-Q3(i-1))/3]×2＝Q3i-2    (11)

在上述的图象信号量化数确定装置中，由于目标比特以有效性的比率计算，不被格式化器使用的数据为最小的数据，量化处理有效地执行。另外，因为图象数据被记录在记录空间，而它是以一定尺寸确定的以由有效的量处理平均地分配场景质量，所以场景质量提高了。

以上结合附图描述了本发明的实施例，但我们的意图并不是将本发明限制在该详细的描述中，除非特别说明了，本发明的精神和范围应由权利要求更宽地加以确定。

Claims (12)

1.一种用于确定图象信号量化数的装置，包括：

离散余弦变换装置，用于变换图象数据；

片段延迟装置，用于将从所说离散余弦变换装置输入的数据延迟一预定时间；

量化装置，用于量化从所说片段延迟装置输入的所说数据；

可变编码装置，用于可变地对从所说量化装置输入的所述数据进行编码；

格式化器，用于变换从所说可变编码装置输入的数据为适当的格式；

有效性计算装置，用于在宏块单元中计数所说离散余弦变换装置的离散余弦变换系数的数目，并计算有效性；

目标比特计算装置，用于计算从所说有效性计算装置输入的所说数据的目标比特；

编码长度计算装置，用于计算实际产生的比特，所说编码长度计算装置对所说离散余弦变换装置的所说离散余弦变换系数进行量化并可变地编码；

多个比较装置，用于将所说编码长度计算装置的编码长度与所说目标比特计算装置的所说目标比特进行比较；以及

量化数确定装置，用于确定从所说比较装置输入的所说数据的量化数，并将所说量化数输出到所说量化装置。

2.按照权利要求1的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中从所说片段延迟装置输入的所说数据被量化装置转换为参考量。

3.按照权利要求1的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说参考量被所说可变编码装置转换为比特流数据。

4.按照权利要求3的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说参考量通过锯齿扫描从低频范围读出，以由所说可变编码装置进行游程长度编码。

5.按照权利要求1的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说有效性计算装置包括：

比较器，用于将所说余弦变换装置的所述余弦变换系数与预定值比较；

计数器，用于计算所说离散余弦变换系数的数目；以及

多个加法器，用于相加由所说计数器计数的变换系数。

6.按照权利要求5的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说变换系数的和为5的宏块单元。

7.按照权利要求5的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说的预定值为2。

8.按照权利要求5的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说计数器计数不为0的所说离散余弦变换系数。

9.按照权利要求5的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说计数器计数不为0和1的所说离散余弦变换系数。

10.按照权利要求5的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说计数器计数不为0、1和2的所说离散余弦变换系数。

11.按照权利要求1的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说目标比特计算装置包括：

多个乘法器，用于将从所说有效性计算装置输入的所说系数之和乘以片段目标比特；

加法器，用于分别将乘法器的输出相加；以及

多个除法器，用于将所说乘法器的输出除以所说加法器输出的片段和。

12.按照权利要求11的一种用于确定图象信号量化数的装置，其中所说片段目标比特满足下式：

     1seg-Target-bit＝1同步块×5×8比特

                    ＝77字节×5×8比特＝2680比特

其中，seg-Target-bit为片段目标比特。

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