CN1112336A - 具有编码误差补偿功能的图像信号解码装置 - Google Patents

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Abstract

一个用在图像解码系统中的误差补偿器，对一带 有量化误差的DC变换系数进行补偿。包括一用于 产生对所选择的DC变换系数的估值的估算单元。 该估值被与第一和第二数值进行比较，如果该估值大 于或等于第一数值但小于第二数值的第一条件被满 足时该估值被选择。然而，如果第一条件不被满足 时，判定小于第一数值的第二条件是否被满足。当第 二条件不被满足时，选择第一数值，否则选择第二数 值。

Description

本发明涉及一种用于对已编码的图像信号进行解码的装置，特别是涉及到一种用于对带有量化误差的编码图像信号进行补偿的图像信号解码装置。
在各种电子/电气应用例如高清晰度电视和电视电话系统中，视频信号可能需要以数字化的形式传输。当包含有一序列视频“帧”的视频信号以数字化形式表达时，由于视频帧的每一行都由称为“像素”的数字数据基元的序列限定，必然会产生大量的数字数据。然而，由于常规的传输信道的可用的频率带宽是有限的，为了通过该信道传输大量的数字数据，需要使用一视频信号编码装置以压缩或降低所要传输的数据容量。
由于通常在单个帧中的某些像素之中及在相邻的各帧的像素之中存在一定的相关性或冗余度，视频信号可以被常规地压缩而不会对它的完整性产生严重的影响。在各种视频信号压缩技术中，公认为最有效的是所谓的混合编码技术，其将时间和空间压缩技术与统计编码技术结合在一起。
大多数混合编码技术采用自适应的帧间/帧内（inter/intra）方式编码、正交变换、变换系数的量化以及VLC（可变长度编码）。自适应的帧间/帧内方式编码是一种自适应从当前帧的PCM（脉码调制）数据或DPCM（差分脉码调制）数据中选择。用于随后的正交变换的视频数据的处理，该处理例如是根据上述数据的变化进行的。
正交变换利用诸如当前帧的PCM数据和运动补偿的DPCM数据的图像数据之间的空间相互关系并降低或消除其间的空间冗余度，将数字图像数据块变换为一组变换系数。这一技术公开在Chen和Pratt的“场景自适应编码器”中，见IEEE    Transactions    on    Communications，COM-32    No.3（1984.3）。通过量化和VLC对这样的变换系数数据进行处理，所要传输的数据的数量可以被有效地压缩。
具体地，在例如DCT（离散余弦变换）或类似的正交变换中，图像数据被分为具有相等大小的块，例如为8×8个像素的块，并且每个块由空间域变换为频率域。因此得到一个DC系数和若干（例如63）个AC系数。该块的该DC系数反映了该块中的像素的平均亮度。
然后将由正交变换所形成的正交变换系数进行量化。在进行量化时，采用各种不同的量化步长控制方案。量化器步长控制通常意指在量化块间的AC和DC系数和在块内的AC系数时采用的步长的控制。这种量化器步长控制是根据当前存储在缓冲存储器中的数据的数量和输入的视频信号的复杂度来确定的。
在这些方案中，各系数值被量化器步长所除并取整为最接近的整数，以产生量化的系数。可以对半整数值向上或向下取整而不会直接影响质量。然而，朝零的取整有助于提供最小的码大小因而是优选的。例如，步长“QS”为16，具有在25和40之间所包括的数值的所有系数将提供一个量化系数2。因此，可能对量化的系数带来“1/2×QS”的最大量化误差。
然后被量化的系数经过缓冲存储器传输到在接收端的解码系统。在该解码系统中，经量化的系数受到与编码处理相反的作用，例如逆量化，其中经量化的系数被乘以步长以再现原来的图像。因而，由于对带有最大误差的经量化的变换系数进行逆量化所形成的量化误差会反映在再现的图像上，从而导致“分块（blocking）效应”，降低图像质量。
因此，本发明的一个目的是提供一种能够降低分块效应的图像解码装置。
本发明的另一个目的是提供一种用在图像解码系统中对一组带有量化误差的经解码的变换系数进行补偿的装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种可对经解码的图像数据进行补偿以产生经补偿的图像数据的方法，其中经解码的图像数据包括若干变换系数的块，在每个块中的变换系数利用量化步长被逆量化并具有一DC变换系数，该方法包含的步骤是：（a）按逐块的方式存储DC变换系数;（b）对DC变换系数产生一个估值;（c）判断该估值大于或等于一第一数值而小于一第二数值的第一条件是否被满足，其中该第一数值表示一从DC变换系数的数值中减去一阈值而限定的差值，该第二数值表示一将该阈值加到DC变换系数值上而限定的和值;（d）如果第一条件被满足，选择该估值作为被补偿的图像数据;（e）如果第一条件不被满足，判定该估值小于该第一数值的第二条件是否被满足;（f）如果第二条件被满足，选择该第一数值作为被补偿的图像数据，否则选择该第二数值作为被补偿的图像数据;以及（g）重复所述步骤（a）到（f）。
根据本发明的另一方面，提供了一种用在具有可产生若干变换系数的块的装置的图像信号解码系统中的装置，用于对变换系数进行补偿产生经补偿的变换系数，其中各块中的变换系数利用量化器步长被逆量化并具有一DC变换系数，该装置包含：用于存储DC变换系数的数值的装置;用于对该DC变换系数产生一估值的装置;用于通过利用DC变换系数和量化器步长计算一第一数值的第一计算装置，其中该第一数值表示从该DC变换系数的数值中减去一阈值所限定的一个差值;用于通过利用DC变换系数和量化器步长计算一第二数值的第二计算装置，其中该第二数值表示将该阈值加到该DC变换系数的数值上所限定的和值;用于判断该估值大于或等于该第一数值而小于第二数值的第一条件是否被满足，并且当该第一条件被满足时产生一第一选择信号的装置;用于当第一条件不被满足时，判断该估值小于第一数值的第二条件是否被满足，并且当第二条件被满足时，产生一第二选择信号的装置;用于当第二条件不被满足时产生一第三选择信号的装置;响应于第一、第二和第三选择信号将提供到其上的估值、第一和第二数值选择地分别提供的装置。
通过结合附图对各优选实施例的如下介绍，本发明的上述以及其它目的和特征将变得更显而易见，附图中：
图1为表示包含本发明的一个实施例的经改进的图像信号解码装置的概要方框图;
图2为表示图1中所示的误差补偿器的详细方块图;
图3表示用于解释根据本发明对变换系数进行估算处理的变换系数块的阵列;以及
图4给出用于介绍根据本发明的对逆量化的变换系数进行补偿的流程图。
参阅图1，其表示采用本发明的误差补偿器30的图像信号解码系统100。该图像信号解码系统100包含可变长度解码器（VLD）22、行程解码器（RLD）24、反折线扫描器26、逆量化器28、误差补偿器30、反离散余弦变换器（IDCT）50、加法器52、帧存储器54和运动补偿器56。
在图像信号解码系统100中，经编码的图像数据，即由FIFO（先入先出）缓存器（未表示）取出的一系列的可变长度编码的变换系数和运动矢量被提供到VLD22。VLD22对该组可变长度编码的变换系数和运动矢量进行解码，并将变换系数提供到RLD24，将运动矢量提供到运动补偿器56。VLD22基本上是一查寻表：即在VLD22中，提供若干码集，以在可变长度码和它们行程码或运动矢量之间限定各自的相互关系。被解码成行程码的变换系数被提供到也是一查寻表的RLD24，用于产生量化的离散余弦变换（DCT）系数。该量化的DCT系数然后被提供到反折线扫描器26。
在反折线扫描器26，经量化的DCT系数被重构，以利用由FIFO缓存器施加到其上的量化器步长“QS”，提供若干例如为8×8个经量化的DCT系数构成的原始的块。在逆量化器28，每一个经量化的DCT系数的块被变换为一个DCT系数的块。正如在本技术领域所公知的，在每个块中的一组DCT系数包括一个DCT系数和若干（例如63）个AC系数，它们按照在频率范围中的它们的相对重复要性的顺序而统计地分布。在每个块中的DC系数反映在块中的像素的平均亮度。
每个块中的该组变换系数首先从DC系数，接着其余的AC系数从位于方块的左上角的DC值开始沿着折线扫描路径被传输到误差补偿器30。误差补偿器30对该带有量化误差的DCT系数进行补偿，以产生根据本发明的一个实施例的经补偿的变换系数，这将在下文通过参照图2和图3作进一步的介绍。
IDCT50的功能是将来自误差补偿器30的经补偿的该组DCT系数变换成一组当前帧的一个块和它的前一帧的对应的块之间的差分数据。然后该在IDCT50已变换的差分数据被送到加法器52。
同时，运动补偿器56根据来自VLD22的运动矢量从存储在帧存储器54中的前一帧中抽出相应的像素数据，并将抽出的像素数据提供到加法器52。然后该来自运动补偿器56的被抽出的像素数据和来自IDCT50的像素差分数据在加法器52被相加，以此构成当前帧的指定块的图像数据，并写入帧存储器54。然后将所构成的当前帧的一个块的该被构成的图像数据或经解码的图像数据随后被提供到一显示器（未表示），以产生一已降低了分块效应的画面。
下面参阅图2，其表示图1所示的误差补偿器30的详细方框图。来自逆量化器28变换系数的各块被输入到选择单元32、第一计算器34、第二计算器36和存储单元38。选择单元32用于从每个块的该组变换系数中选出一DC变换系数。所选择的DC变换系数的一个亮度值“Q”被提供到存储单元38，按照顺序的方式，例如从左到右，从顶到底或者以折线的方式逐块地被存储。
估算单元40对所选择的DC系数块和它的沿水平和竖直方式相邻的、先前已补偿或处理的块之间的数值进行平均，以对所选择的DC变称系数产生一估，其中各系数值被存储在存储单元38。在图3中，假设块“K”是所选择的需补偿的DC系数块，4个块“A”、“B”、“C”、“D”是先前已补偿的块，估值“E”按照下式计算
E＝｛（2＊DCB-DCA）+（2＊DCD-DCC）｝/2
其中，DCA、DCB、DCC和DCC分别表示块A、B、C、D的变换系数的数值，数字2表示一加权系数。
加权系数用于实现在所选择的DC系数块K和它的相邻块A、B、C和D的亮度之间平滑的过渡，并且一较高的加权系数施加于直接与所选择的DC系数方块K相邻的两个块B和D上，而不是施加于其余的两个块A和C上。
另一方面，第一和第二计算器34和36的功能是通过利用所选择的DC系数的亮度值和施加到其上的量化器步长分别计算第一和第二补偿值，其中第一补偿值表示从所选择的DC系数的亮度值“Q”减去一阈值所限定的差值，第二补偿值表示由预定的阈值与所选择的DC变换系数求和所限定的和值。根据本发明，该阈值对应于最大的量化误差值，即1/2×QS。计算出的第一和第二补偿值被提供到比较器42和选择单元46。
比较器42判断估值“E”大于或等于该第一数值但小于该第二数值的第一条件是否被满足。当第一条件被满足时，比较器42产生一第一选择信号提供到选择单元46。然而，当第一条件不被满足时，比较器42判断估值小于该第一数值的第二条件是否被满足。如果第二条件被满足，比较器42产生一第二选择信号到选择单元46。假如第二条件不被满足，比较器产生一第三选择信号到选择单元46。
然后，响应于第一、第二和第三选择信号，选择单元46有选择地分别输出该估值、第一或第二补偿值到IDCT50。
图4示出了由图2所示的误差补偿器30执行的补偿处理的流程图。
该补偿处理在步骤61开始选择一DC变换系数。所选择的DC变换系数被存储在存储单元38中。
在步骤62，通过利用存储在存储单元38中的已预先处理的DC系数的块计算对所选择的DC变换系数的估值。
在步骤63，判断Q-（1/2×QS）≤E＜Q+（1/2×QS）的第一条件是否被满足，假如第一条件被满足，在步骤67中，该估值被选择并输出。
然而假如第一条件不被满足，在步骤64，判定是否满足第二条件E＜Q-（1/2×QS）;假如第二条件被满足，在步骤67中一样，第一补偿值Q-（1/2×QS）被选择并输出。否则，在步骤67，该第二补偿值Q+（1/2×QS）被选择和输出。
上述过程重复进行，直到所有逆量化的变换系数的块均被补偿为止。
在利用各优选实施例对本发明已做表述时，很明显，对本技术领域的熟练技术人员来说，在不脱离如在所附权利要求中所限定的本发明的构思和保护范围内可以做出很多变化和改进。

Claims (6)

1、一种用于对图像数据进行补偿产生经补偿的图像数据的方法，其中的图像数据包括若干利用量化步长被进行逆量化的变换系数的块，各块具有一DC变换系数，该方法包含的步骤是：
(a)按逐块的方式存储该DC变换系数；
(b)对该DC变换系数产生一估值；
(c)判断该估值大于或等于一第一数值但小于一第二数值的第一条件是否被满足，其中第一数值表示从DC变换系数中减去一阈值所限定的差值，第二数值表示将该阈值和DC变换系数相加所限定的和值；
(d)如果第一条件被满足，选择该估值作为经补偿的图像数据信号；
(e)如果第一条件不被满足，判断该估值小于第一数值的第二条件是否被满足；
(f)如果第二条件被满足，选择第一数值作为经补偿的图像数据信号；否则，选择第二数值作为经补偿的图像数据信号；以及
(g)重复所述的步骤(a)到(f)。
2、如权利要求1所述的方法，其中的产生该估值的步骤（b）包含对所选择的DC系数块和它的相邻的但是先前经处理的4个块之间的数值进行平均，以产生对所选择的DC变换系数的估值的步骤，其中一更高的加权系数施加到两与所选择的DC系数块直接相邻的块上而不是施加到其余的两个块上。
3、如权利要求2所述的方法，其中的阈值是1/2×QS，QS为量化器步长。
4、一种用在具有用于产生若干变换系数块的装置的图像信号解码系统中，用于对变换系数进行补偿，以产生经补偿的变换系数的装置，其中每个块的变换系数通过利用量化器步长被逆量化，并具有一DC变换系数，该装置包括：
用于按逐块的方式存储该DC变换系数的数值的装置;
用于产生对该DC变换系数的估值的装置;
用于通过利用DC变换系数和量化器步长计算一第一数值的第一计算装置，其中该第一数值表示从DC变换系数中减去一阈值所限定的差值;
用于通过利用DC变换系数和量化器步长计算一第二数值的第二计算装置，其中该第二数值表示将该阈值与DC变换系数相加所限定的和值;
用于判断该估值大于或等于第一数值而小于第二数值的第一条件是否被满足，并当第一条件被满足时，产生一第一选择信号的装置;
用于当第一条件不被满足时，判断该估值小于第一数值的第二条件是否被满足，并且当第二条件被满足时，产生一第二选择信号的装置;
用于当第二条件不满足时，产生一第三选择信号的装置;以及
响应于第一、第二和第三选择信号将提供到其上的估值、第一和第二数值选择性分别地提供的装置。
5、如权利要求4所述的装置，其中的估值产生装置包括用于对该DC系数块和它的相邻的但已先前处理的4个方块之间的数值进行平均，以产生对该DC变换系数的估值的装置，其中一更高的加权系数施加到两个与该DC系数块直接相邻的块上而不是施加到其余的两个块上。
6、如权利要求5所述的装置，其中的阈值为1/2×QS，QS为量化器步长。
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