CN1104141C - 包括任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包括任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置，对照包括任意形状物体轮廓的区域复原画质，经选择变换系数实现高效变换编码。其构成有：变换器、变换系数选择器、反向变换器、编码器及重复控制器。该装置可提高还原画质和减少所需的比特量。

Description

包括任意形状物体轮廓的 数据块变换编码装置

技术领域

本发明涉及在输入图像信号内包括任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置；尤其是有关这样的一种包括任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置，即对照包括任意形状物体轮廓的区域复原画质，经选择变换系数，实现高效变换编码。

背景技术

通常，尽管无图像信号的冗余性，但为了减小数据量而进行变换编码。在变换编码中，把1个画面分成N×N大小的数据块，对各数据块作变换编码，把空间区域的图像信号变换成频率区域的信号。根据该变换编码，信号能量(变换系数值)主要集中在低频区域。在该变换编码中，最广泛地使用离散余弦变换(DCT，Discrete Cosine Transform)。并且，变换编码方式提供了这样的编码技术，即：使变换系数量化、对量化了的数据作可变长度编码，再使数据量压缩。

另一方面，因为变换编码方式对N×N大小的方形数据块作变换编码，所以当任意形状物体轮廓包括在特定数据块内情况下，作一般性变换编码其效率不佳。因此，近来任意形状物体轮廓包括在数据块内情况下，所提供的方式是对任意形状物体区域及其他背景区域作不同的变换编码。

图1是对输入图像信号编码的一般编码装置之结构图。

如图中所示，一般的编码装置设有图像分割器11。该图像分割器11把输入图像分离成N×N大小的数据块再输出。N×N大小的数据块施加在数据块控制器12及第1开关13上。数据块控制器12判定N×N大小的各输入数据块是否包括任意形状物体轮廓，再根据判定结果控制第1开关13。第1开关13通过数据块控制器12的控制把从图像分割器11输入的N×N大小的数据块加给第1编码器14或第2编码器15。下面详细说明数据块控制器12的控制，由数据块控制器12的判定，若输入数据块不包括任意形状物体轮廓，则控制第1开关13，把输入数据块加在第1编码器14上；反之若输入数据块包括任意形状物体轮廓，则控制第1开关13，把输入数据块加到第2编码器15。第1编码器14以一般的变换编码方式对图像信号数据块编码。第2编码器15进行包括任意形状物体轮廓的数据块的变换编码，有关这一点在后描述。

另一方面，在第1编码器14和第2编码器15上可随意切换地连接第2开关16。该第2开关16的工作也由数据块控制部12控制。下面对此作详细说明。根据数据块控制部12的判定若输入数据块不包括任意形状物体轮廓，则控制第2开关16，选择第1编码器14的输出；反之，若输入数据块包括任意形状物体轮廓，则控制第2开关16，选择第2编码器15的输出。从而，第2开关16输出对于输入数据块的变换编码的数据。

图2A是在图1装置中第2编码器的详细电路图；图2B是用于说明在图2A第2编码器中变换系数选择所需的区域的图。即，图2A是包括已有技术产生的任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置。

如前所述，第2编码器15进行包括任意形状物体轮廓的数据块的变换编码。变换器21对由图像分割器11输入的N×N大小数据块Bi作DCT变换，产生N×N个变换系数F1。将该变换系数F1输入系数选择器22。系数选择器22选择输入的N×N个变换系数F1内指定了的M个，除此之外，下一个变换系数置零。由系数选择器22选择了的选择系数Fs被输入反向变换器23。反向变换器23反向变换输入的选择系数Fs还原数据块。把其称之为还原数据块Br。还原数据块Br被输入重复控制器25。在重复控制器25中计算输入数据块Bi和还原数据块Br的均方误差，将此与预定的基准值比较。在重复控制器25计算均方误差之时，仅计算有关包括任意形状物体轮廓的区域。如图2B所示，当包括任意形状物体轮廓的区域表示为S时，均方误差仅计算有关S区域内的像素。若由重复控制器25计算的均方误差比预定的基准值大，则重复控制器25形成重复结构数据块Br′，这是把包括还原数据块Br内任意形状物体轮廓的区域S之像素数据替换成输入数据块Bi的相当区域像素数据而获得的。重复结构数据块Br′被输入给变换器21。变换器21使输入的重复结构数据块Br′作DCT变换产生N×N个变换系数向系数选择器22输出。由系数选择器22选择M个系数，在反向变换器23由选择了的系数作反向变换，产生还原数据块Br，由重复控制器25计算输入数据块Bi和还原数据块Br均方误差等的过程反复进行，直到均方误差小于预定的基准值。如果由重复控制器25计算的均方误差小于预定的基准值，则使由系数选择器22产生的系数选择终止。如果系数选择结束，则系数选择器22把选择了的系数向编码器24输出。编码器24使选择了的系数编码，最后输出编码的数据。

在所述的一般装置中，系数选择器22在N×N个变换系数中按能量大的顺序选择M个系数。这种方式是使N×N大小的数据块所有区域误差最小。然而，在N×N大小的数据块内，有意义的部分由于是含有任意形状物体轮廓的区域，所以该变换系数选择是一种非有效率的方法。

发明内容

本发明是根据上述情况提出的。其目的是提供这样一种用于含任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置，其特征是，在系数选择时不是对整体数据块的还原画质，而是参照相对区域的还原画质进行变换，所述区域包括数据块内任意形状物体轮廓。

为了实现上述目的，本发明提供的含任意形状物体轮廓的数据块编码装置包括以下部分：变换器，变换输入数据块，输出变换系数；变换系数选择器，使用所述变换系数和输入数据块，选择变换系数输出；反向变换器，对由所述变换系数选择器选择了的变换系数作反向变换，输出还原数据块；编码器，对由所述变换系数选择器选择了的选择系数作为可变长度编码；重复控制器，计算输入数据块和所述还原数据块的均方误差，将此与预定的基准值比较，决定是否继续系数选择。

其中所述变换系数选择器包括以下部分：数据块选择器，在输入数据块和误差数据块之中选择其一输出；图形形成器，经所述变换器输入所述输入数据块的变换系数，构成对各个变换系数的图形数据块并输出，存储图形数据块之后，若输入选择标志，则输出相当于选择标志的图形数据块；比较器，选择在所述图形数据块中与通过所述数据块选择器选择的数据块最佳匹配的图形数据块，输出选择标志；系数还原器，还原相当于由所述比较器选择的选择标志的变换系数；误差计算器，计算由所述数据块选择器选择的数据块和相当于图形形成器输入的选择标志的图形数据块的误差，产生误差数据块向所述数据块选择器输出；终止控制器，根据从所述重复控制器输入的控制信号，使由所述的比较器形成的图形数据块的选择终止。

附图说明

图1是对输入图像信号进行编码的一般的编码装置构成图；

图2A是在图1装置中第2编码器(包括已有技术产生的任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置)之结构图；

图2B是在图2A的第2编码器中用于说明变换系数选择所需区域的图；

图3是包括本发明最佳实施例的任意形状物体轮廓的数据块的变换编码装置的结构图；

图4是图3的变换系数选择器的详细结构图；

图5是图4的图形形成器详细结构图；

图6是图4的比较器的详细结构图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的最佳实施例。

图3是包括本发明最佳实施例的任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置的结构图。

如上述附图所示，包括本发明形成的任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置包括以下部分：变换器31，把输入的N×N大小的数据块Bi作DCT变换，生成N×N个变换系数F1；变换系数选择器32，使用所述变换系数F1和输入数据块Bi选择变换系数输出；反向变换器33，反向变换所述选择了的选择系数Fs，恢复还原数据块；编码器34，对所述选择了的选择系数Fs作可变长度编码；及重复控制器35，计算输入数据块Bi和所述还原数据块Br的均方误差，将此与预定的基准值相比较，计算的均方误差若小于基准值，则输出结束由所述变换系数选择器32产生的系数选择的控制信号。

图4是图3的变换系数选择器的详细结构图。

如图所示，其包括以下部分：数据块选择器41，输入向本发明装置输入的输入数据块Bi，在输入数据块Bi和误差数据块之中选择一个，输出选择了的数据块Bd；图形形成器42，经变换器31输入输入数据块Bi的变换系数，构成对单个变换系数的图形数据块Bp(n)并输出，存储图形数据块之后，若输入选择标志，则输出相当于选择标志的图形数据块Bp(k)；比较器43，选择在所述图形数据块Bp(n)中与通过数据块选择器41选择的数据块Bd最佳匹配的图形数据块，输出选择标志；系数还原器44，还原相当于由所述比较器43选择的选择标志的变换系数；误差计算器45，计算由所述数据块选择器41选择的数据块Bd和相当于图形形成器42输入的选择标志的图形数据块Bp(k)的误差，产生误差数据块向所述数据块选择器41输出；终止控制器46，根据从所述重复控制器35输入的控制信号，使由所述的比较器43形成的图形数据块的选择终止。

图5是图4图形形成器的详细构成图。

如图所示，其包括以下部分：反向变换器51，作分别对应于输入的N×N个变换系数的反向变换，构成N×N个图形数据块Bp(n)，把这些向所述比较器43输出；存储器52，存储由所述反向变换器51输出的图形数据块Bp(n)；控制器53，在通过由所述比较器43输入的选择标志存储在所述存储器52中的图形数据块Bp(n)内，把相当于选择标志的图形数据块Bp((K)向所述误差计算器45输出。

图6是图4的比较器的详细构成图。

如图所示，其包括以下部分：均方误差计算器61，计算由所述数据块选择器41选择了的数据块Bd和对于输入所述图形形成器42的N×N个图形数据块Bp(n)的各系数的图形数据块之均方误差；比特量变化计算器62，对选择了的系数的比特量，再补给所述一个系数，计算因此而发生的比特量之变化量；选择器63，就有关N×N个图形数据块，通过对于由所述比特量变化计算器62计算的比特量变化量的所述均方误差计算器61，选择计算的均方误差之比最小的系数图形数据块，输出由此产生的选择标志。

下面进一步具体说明包括如此构成的本发明最佳实施例的任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置的工作。

图3所示的变换器31对由图1所示的一般编码装置的图像分割器11输入的N×N大小数据块Bi作DCT变换，产生N×N个变换系数F1。该变换系数F1输入给变换系数选择器32。变换系数选择器32使用输入的N×N个变换系数和输入数据块Bi，在所述N×N个变换系数内选择变换系数输出。

根据图4所述的变换系数选择器32的详细结构图，说明选择由所述变换系数选择器32预定数的变换系数之过程。

数据块选择器41在选择第1变换系数的过程中，选择由图像分割器11输入的输入数据块Bi输出，在选择第2个以后的变换系数的过程中，选择对于在以前过程中选择的变换系数的图形数据块Bp(k)和输入数据块Bi的误差数据块并输出。

图形形成器42构成分别对于由变换器31输入的N×N个变换系数的图形数据块Bp(n)，输出并存储。并且，若输入选择标志K，则输出在存储的图形数据块Bp(n)之中相当于选择标志的图形数据块Bp(k)。接着根据图5所示的图形形成器的详细结构图说明所述图形形成器42的工作。反向变换器51实施分别对由变换器31输入的N×N个变换系数的反向变换，构成N×N个图形数据块Bp(n)并输出。所述图形数据块Bp(n)向下一个比较器43输出，并存储在图形形成器42的存储器52中。存储器52存储由所述反向变换器51输出的图形数据块Bp(n)。控制器53输出选择标志K，把存储在所述存储器52中的图形数据块Bp(n)内，相当于选择标志的图形数据块Bp(k)向下一个误差计算器45输出。

比较器43在由图形形成器42输入的图形数据块Bp(n)内，选择由所述数据块选择器41输入的数据块Bd和最佳匹配的图形数据块，输出选择标志K。参照图6所示的比较器31的详细构成图，说明所述比较器43的图形数据块的选择工作。

均方误差计算器61就有关到目前还未选择的所有图形数据块，分别计算由所述图形形成器42输入的图形数据块Bp(n)和由所述数据块选择器41输入的数据块Bd的均方误差，将其结果向对于各图形数据块的均方误差(ΔMSE(n))输出。比特量变化计算器62计算对于到目前选择了的系数的比特量，在存储之后补加任意系数，分别计算选择后的比特量变化量，将其结果向对应于各图形数据块的Δbit(n)输出。选择器63输入均方误差ΔMSE(n)和比特量变化量Δbit(n)，选择对于比特量变化量的均方差之比的[ΔMSE(n)/Δbit(n)]为最大的图形数据块，作为选择标志将其标志K输出。即，选择器63就有关通过在N×N个系数内把第K个系数作为选择系数补加而增加了的比特量变化量Δbit(k)，输出选择标志K，使得通过把第K个系数作为选择系数补加而减少的均方误差ΔMSE(k)之比为最大。

系数还原器44输入由所述比较器43选择了的选择标志K，使相当于选择标志K的变换系数还原并输出。输出的变换系数是由变换系数选择器32输出的选择系数。

误差计算器45计算由所述数据块选择器41选择了的数据块Bd和相当于从所述图形形成器42输入的选择标志K的图形数据块Bp(k)的误差，产生误差数据块，向所述数据块选择器41输出。

终止控制器46根据从所述重复控制器35输入的控制信号，使由所述比较器43形成的图形数据块选择终止。即，终止控制器46如果在选择的变换系数形成的还原数据块和输入数据块的均方误差小于预定的基准值情况下，则使变换系数选择器32形成的变换系数的选择终止。

到目前为止，已详细说明了可称之为包括本发明任意形状物体轮廓的数据块的变换编码装置之核心部分的变换系数选择器32的工作。

反向变换部33反向变换由所述变换系数选择部32选择了的变换系数Fs，产生还原数据块Br。

编码器34对由所述变换系数选择器32选择了的变换系数Fs作可变长度编码，并输出已编码的数据。

重复控制器35计算输入数据块Bi和还原数据块Br的均方误差，把计算了的均方误差与预定的基准值相比较，若计算的均方误差小于基准值，则使由所述变换系数选择器32产生的系数选择终止。

如上所述，包括本发明的任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置，补加变换系数选择时的任意系数(例如第K个系数)作为选择系数，随着由此增加的比特量变化量Δbit(k)，选择使根据作为选择系数补加所述系数(第K个系数)而减少的均方误差ΔMSE(k)之比为最大的选择系数，借此提高还原画质，同时可减少所需的比特量。

Claims (5)

1、一种含任意形状物体轮廓的数据块变换编码装置，其特征是包括以下部分：

变换器，变换输入数据块，输出变换系数；

变换系数选择器，使用所述变换系数和输入数据块，选择变换系数输出；

反向变换器，对由所述变换系数选择器选择了的变换系数作反向变换，输出还原数据块；

编码器，对由所述变换系数选择器选择了的选择系数作可变长度编码；

重复控制器，计算输入数据块和所述还原数据的均方误差，将此与预定的基准值比较，决定是否继续进行系数选择；

其中所述变换系数选择器包括以下部分：

数据块选择器，在输入数据块和误差数据块之中选择其一输出；

图形形成器，经所述变换器输入所述输入数据块的变换系数，构成对各个变换系数的图形数据块并输出，存储图形数据块之后，若输入选择标志，则输出相当于选择标志的图形数据块；

比较器，选择在所述图形数据块中与通过所述数据块选择器选择的数据块最佳匹配的图形数据块，输出选择标志；

系数还原器，还原相当于由所述比较器选择的选择标志的变换系数；

误差计算器，计算由所述数据块选择器选择的数据块和相当于图形形成器输入的选择标志的图形数据块的误差，产生误差数据块向所述数据块选择器输出；

终止控制器，根据从所述重复控制器输入的控制信号，使由所述的比较器形成的图形数据块的选择终止。

2、如权利要求1的数据块变换编码装置，其特征是所述图形形成器包括以下部分：反向变换器，作分别对应于输入的N×N个变换系数的反向变换，构成N×N个图形数据块，把这些图形数据块向所述比较器输出；存储器，存储由所述反向变换器输出的图形数据块；控制器，在通过由所述比较器输入的选择标志存储在所述存储器中的图形数据块内，把相当于选择标志的图形数据块向所述误差计算器输出。

3、如权利要求2的数据块变换编码装置，其特征是所述比较器包括以下部分：均方误差计算器，计算由所述数据块选择器选择了的数据块和在输入所述图形形成器的N×N个图形数据块内对于一个系数的图形数据块之均方误差；比特量变化计算器，对选择了的系数比特量，再补加所述一个系数，计算因此而发生的比特量之变化量；选择器，使用由所述比特量变化计算器计算的比特量变化量及由所述均方误差计算器计算的均方误差，在N×N个图形数据块内选择一个图形数据块。

4、如权利要求1的数据块变换编码装置，其特征是所述数据块选择器在选择第1个变换系数过程中，选择输入数据块输出；在选择第2个以后的变换系数的过程中，选择对于在以前过程中选择了的变换系数的图形数据块和输入数据块的误差数据块，并输出。

5、如权利要求3的数据块变换编码装置，其特征是所述选择器利用由所述均方误差计算器所算出的均方误差对于由所述比特量变化计算器计算的比特量变化量之比为最小的系数的图形数据块，输出由此形成的选择标志。

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