CN1129317C

CN1129317C - 采用数据块截断方法编码视频信号的方法及装置

Info

Publication number: CN1129317C
Application number: CN96102794A
Authority: CN
Inventors: 丁海默
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd
Current assignee: Fengye Vision Technology Co., Ltd.
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2016-03-20
Also published as: KR960040005A; IN186938B; JPH08280013A; US5805226A; CN1138274A; KR960036647A; KR100229804B1

Abstract

对包括有多帧的视频信号的数据块进行编码的方法，每帧被分成包括K×K个象素的互不重叠的多个数据块。包括的步骤有：确定两个重建值和数据块的比特平面，以折线次序扫描包括在比特平面内的K×K个二进制象素并提供行程和电平值；用预定可变长度编码表编码行程和电平值从而提供已编码的比特平面；确定指示未编码或已编码的比特平面哪个是以更少的比特数表示的一选择信号；响应该信号挑选该未编码或已编码的比特平面；以及把两个重建值和选择的的比特平面相组合。

Description

采用数据块截断方法编码视频信号的方法及装置

发明领域

本发明涉及视频信号编码的装置，尤其是涉及对采用数据块截断编码(BTC)方法处理视频信号过程中产生的比特平面进行编码的方法和装置。

背景技术

在象高清晰度电视及可视电话系统之类的多种电子应用中，视频信号可以数字的形式传送。当把包括一系列视频“帧”的视频信号表示成数字形式时，会产生大量的数字数据，对于视频帧的每一行是由称之谓“象素”的数字数据单元的序列所定义。但是，由于受限于传统发送信道可用频带宽度的限制，为了把该大量的数字数据经一固定信道发送，通常则要采用视频信号的编码方法以压缩数据。

BTC属这种视频信号压缩方法之一，其在使数据量大为降低的同时保持了图象质量。

为利用BTC方法对视频信号编码，视频信号帧被分成大小为K×K(K是正整数)的不相叠的数据块。参考图1A，其中所示出的数据块的例子是以BTC方法进行编码的一个单元。图1A所示数据块有16个象素，每一个由符号f1至f16所表示。

数据块中的这N(＝K²)个象素进一步被分成两组(一个亮组和一个暗组)，包括在该数据块中象素的强度值则被转换成两个重建值之一，每一个重建值指示分别包括在该亮或该暗组中的象素的代表性强度。在图1B中，A和B是重建值，B代表亮组。结果是，利用两个重建值和一个指示由这两个重建值之一代表的数据块中象素的每一个的图形来表示该数据块。该图形由一比特平面所表示，即一个二进制图象数据块，如图1C所示。

这两个重建值是从分别表征该数据块的亮度和对比度的一个取样均值和一个取样方差所确定的。包括在图1A所示数据块中的象素强度值的取样均值f_H和取样方差f_V ²可以由下式计算：

f_{M} = \frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} f_{i}

(式1)

f_{V} = \sqrt{\frac{1}{N} Σ_{i = 1}^{N} ({f_{i}}^{2} - {f_{M}}^{2})}

(式2)其中N表示包含在数据块中的象素数；i是从1到N的正整数；f_i是象素强度值，以图1A中的相同符号表示。这两个重建值被确定，以使得示于图1B中两色调数据块的取样均值和取样方差分别与示于图1A中原始数据块相同。为实现这一点，两个重建值，即A和B，由下式确定：

A = f_{M} - f_{V} \sqrt{\frac{L}{N - L}}

B = f_{M} + f_{V} \sqrt{\frac{N - L}{L}}

(式3)其中L表示其强度值大于或等于取样均值f_M的象素数。

参考图1B，其象素强度值小于f_M的象素由A表示，而其它象素由B表示。另一方面，在图1C所示的比特平面中，其强度值小于f_M的象素由0表示，而其它象素由1表示。

在一个编码器确定的两个重建值及该比特平面被发送到相应的解码器，在该比特平面内指示在数据块内的每一象素是否属于该亮组或该暗组，以及该两个重建值的每一个分别表示在解码器每一组中重建的象素值。

借助以两个重建值及一个比特平面表示视频信号的数据块，使得要经一信道发送的数据量大为降低。

在相应的解码器，比特平面以及两个重建值被解码为重建的视频信号数据块。由于只是用两个重建值表示多达K×K个不同的象素强度值，所以在原始的和重建的视频信号之间会存在显著的差异。但是，由于针对每一数据块的取样均值和取样方差在整个BTC处理中都被保存，因而使亮度、对比度及在每一数据块中的可视特征都被完好地保留。在数据块里没有大的灰度电平变异的条件下，较小的变异将被保持。这将与在大的变化附近趋于以大的变化掩蔽的变化的人眼视觉系统的响应密切吻合。因此，尽管在BTC处理中产生有比特数的较大的降低，但重建的图象信号仍然能完好地近似于原始信号。

同时，如果包含在比特平面内的每一个二进制象素都不作进一步处理而被发送的话，就需要多达K×K象素来表现该比特平面。因而，在编码一个视频信号帧中所用的比特数与该帧中的象素数目加上为编码每一数据块的重建值所消耗的比特数相同。尽管利用传统的BTC方法减少了所要发送的比特数目，但在比特平面的发送中仍要使用大量的比特数。在上述的传统BTC方案中，由于比特平面没有为数据压缩而被处理，所以，通过对包含在比特平面中的二进制象素进行处理，能够进一步实现在进行编码视频信号过程中的比特的减少。

发明内容

因此，本发明首要目的是提供一种装置，以使用在利用BTC方法编码视频信号的编码器中，以便利用折线扫描、行程编码(RLC)方法和可变长度编码(VLC)方法对比特平面进行编码。

本发明提供一种用于编码视频信号以提供已编码视频信号的装置，该视频信号包括多帧，而每一帧分成其中包括有K×K个象素的多个不相重叠的数据块，K是正整数，所说的装置包括：

BTC编码装置，针对每一数据块用于确定包括在一数据块中K×K个象素的取样均值和取样方差，响应该取样均值及取样方差，根据象素的强度值把包括在所说每一数据块中的象素分成亮组和暗组，并确定两个重建值，每一重建值都指示包括在亮组和暗组中象素的表征强度值，以及，针对所说的每一数据块，确定包括K×K个二进制象素的一个比特平面，每个二进制象素指示在所说每个数据块中相应象素所属的亮组或暗组；

扫描装置，针对所说的每一数据块，用于按折线次序扫描包括在该比特平面中的K×K个二进制象素，并用于提供行程和电平值；

编码装置，针对所说的每一数据块，用于采用预定可变长度编码表编码该行程和该电平值，从而提供已编码的比特平面；

确定装置，针对所说的每一数据块，用于确定一选择信号，该选择信号指示由较少比特数所代表的该未编码比特平面或已编码的比特平面；

选择装置，针对所说的每一个数据块，用于响应该选择信号挑选该未编码比特平面或已编码的比特平面；和

组合装置，针对所说的每一个数据块，用于组合该两个重建值和由选择装置所选的该未编码的比特平面或已编码的比特平面，从而提供已编码的视频信号。

本发明还提供一种用于编码视频信号以提供已编码视频信号的装置，该视频信号包括多帧，而每一帧分成其中包括有K×K个象素的多个不相重叠的数据块，K是正整数，所说的装置包括：

BTC编码装置，针对每一数据块用于确定包括在所说数据块中K×K个象素的取样均值和取样方差，响应该取样均值及取样方差，根据象素的强度值把包括在所说每一数据块中的象素分成亮组和暗组并确定两个重建值，每一重建值都指示包括在亮组和暗组中象素的表征强度值，以及，针对所说的每一数据块，用于确定包括K×K个二进制象素的一个比特平面，每个二进制象素都指示在所说每个数据块中相应象素所属的亮组或暗组；

成组装置，用于提供比特平面组，其中每一比特平面组是通过组合M×M个比特平面且包括L×L个象素获得的，而L是K×M，以及L、M是正整数；

扫描装置，以一折线次序扫描包括在所说每一比特平面组中的L×L个二进制象素并提供行程及电平值；

编码装置，针对所说的每一比特平面组，利用预定可变长度编码表编码该行程和该电平值，从而提供编码的比特平面组；

确定装置，用于确定一个选择信号，该信号指示未编码的比特平面组或已编码的比特平面组的哪一个由更少的比特数所表示；

选择装置，响应该选择信号来选择该未编码的比特平面组或已编码的比特平面组；和

组合装置，把针对包括在所说每个比特平面组内的M×M比特平面的两个重建值和由选择装置所选择的未编码比特平面组或已编码的比特平面组之一相组合，从而提供已编码的视频信号。

附图说明

从下面结合附图对本发明最佳实施例的描述，本发明上述及其它目的将变得明了。

图1A至1C示范了一个视频信号数据块及其用在BTC方法中对应的双色调整数据块和比特平面。

图2是据本发明一较佳实施例的编码装置的框图。

图3示出了根据本发明第一实施例的比特平面的扫描次序。

图4是据本发明另一实施例的编码装置的框图。

图5示出了根据本发明第二实施例的比特平面的扫描次序。

具体实施方式

参考图2，其中示出根据本发明第一实施例的一个编码装置的框图，它包括BTC100、扫描部分200、VLC部分300、比较器400和选择器500。

输入视频信号送到BTC部分100，其中把视频信号的一帧分成大小为K×K的多个数据块(K是正整数)，而每一数据块都由普通的BTC方法所处理。

具体而言，首先确定包括在数据块中的K×K象素的取样均值和取样方差。随后根据象素强度把包括在数据块中的K×K象素分成亮组和暗组。响应该取样均值和取样方差，在BTC部分100中还确定指示每一个分别在亮组和暗组中所包括象素表征强度值的两个重建值。

在BTC部分100处还确定针对数据块的比特平面，其中该比特平面有K×K二进制象素，每一个二进制象素值指示该块中的每一个象素属于亮组或暗组。

由BTC部分100所得到的两个重建值被送到与该编码装置的后序部分(未示出)相连接的线路110上，该后序部分可以是如一个用于发送的发送器，而该比特平面由线路120与扫描部分200耦合。

根据本发明，该比特平面利用RLC技术而被编码。为实现这一点，与K＝4的图1C中所示的相似，该比特平面首先在扫描部分200以图3所示的折线次序扫描。参考图3，扫描从该比特面的上左角开始，最后达到右下角。其行程值是在图1C所示比特平面的两个非零元素之间的零的个数。

通过以图3的顺序扫描图1C的比特平面而得的行程和电平值示于表1。

如表1所示，从比特平面获得的电平值总是1。来自扫描部分200的行程和电平值被送到VLC部分300并被转换成可变长度的编码比特平面。在VLC部分300，利用其中列有行程和电平值对及其相应码字的一个预定VLC表，把行程和电平值的每一对转换成一个可变长度码字。该VLC表的被预定的方式是使最短的码字赋于最常出现的行程和电平值对。实际上，由于电平值总是固定为1，所以在确定相应码字时只考虑行程值。

已经编码的比特平面被送到比较器400，其中分别用来表示来自BTC部分100的未编码比特平面和来自VLC部分300的已编码的比特平面的比特数目被相互比较，以确定这些比特平面的哪一个具有更短的比特长度。比较器400产生指示未编码或编码的比特平面的哪一个有较短比特的选择信号，并把该选择信号送到选择器500。

除了选择信号外，来自BTC部分100的未编码比特平面和来自VLC部分300的已编码的比特平面也被耦合到选择器500。响应该选择信号，选择器把未编码或已编码比特平面送到其上已耦合了重建值的该编码装置的后续部分，例如一个发送器(未示出)。即，能够由较短比特所表示的未编码的或编码的比特平面被选择耦合到该发送器。

由BTC部分100提供的两个重建值以及从选择器500提供的比特平面组合在一起，并送到发送器以发送到对应于本发明编码装置的解码装置。

如上述，通过在比特平面内结合使用RCL和VCL方法，比特数目，即承载包括在视频信号中的信息所占的带宽与传统的BTC方法相比被减小了。

参考图4，其中示出根据本发明第二实施例的编码装置的方框图，它包括BTC部分101、成组部分151、扫描部分201、VLC部分301、比较器401和选择器501。除去成组部分151以外，该编码装置总体结构及操作与图2所示第一实施例的结构与操作相似。

输入的视频信号被送到BTC部分101，在其中把视频信号帧分成大小为K×K的多个数据块(K是正整数)，每个数据块由传统的BTC方法处理。

具体地说，在BTC部分101得到两个重建值并经过线路111耦合到该编码器的随后部分(未示出)，例如用于发送的发送器。在BTC部分101确定的比特平面耦合到成组部分151。

根据本发明的第二实施例，在利用RLC技术编码之前，在成组部分151中先将预定数目的比特平面组合。例如，把四个相邻的数据块组合构成包括16×16个二进制象素的比特平面组，如图5所示。该比特平面组被耦合到扫描部分201。

在扫描部分201，该比特平面组按图5所示的折线次序被扫描。如图5所示，该扫描次序是从该比特平面组的左上角开始，最终到达右下角。该第二实施例与第一实施例的不同之处在于，该比特平面组是扫描单元而不是比特平面。

比特平面组的最优大小取决于输入信号的特征，该大小使在利用RLC和VLC方法编码比特平面组时能够产生最短的码字。因此，根据图象的特征而自适应地确定比特平面组的大小是有利的。

通过以图5所示次序扫描比特平面组而获得的行程和电平值被送到VLC部分301，并利用其中的预定VLC表转换成一个可变长度的已编码比特平面组。

已编码的比特平面组被送到比较器401，在其中把分别用于表示来自成组部分151的未编码比特平面组和来自VLC部分301的已编码的比特平面组的比特数相互比较，以决定这两个比特平面组的哪一个具有更短的比特。比较器401产生指示未编码或已编码的比特平面组中的哪一个具有更短的比特的选择信号，并把该选择信号送到选择器501。

除去选择信号之外，来自成组部分151的未编码比特平面组和来自VLC部分301的已编码比特平面组也被耦合到选择器501。响应该选择信号，选择器501或是把未编码的或是把已编码的比特平面组送到其上耦合有重建值的该编码装置的后续部分，例如一个发送器(未示出)。就是说把能够由较短比特表示的该未编码或编码的比特平面组选择出来并耦合到发送器。

从BTC部分101提供的两个重建值和从选择器501提供的比特平面组被组合到一起，并送到发送器以发送到相对应的解码装置。

尽管本发明是参照特定较佳实施例介绍的，但在不偏离所附权利要求所设定的本发明的精神及范围条件下仍可有其它的改进及变化。

表1

行程	电平
行程	电平	6	1
2	1	6	1
2	1	0	1
0	1	0	1
0	1	0	1
0	1	0	1
0	1	0	1
0	1	0	1

Claims

1、一种用于编码视频信号以提供已编码视频信号的装置，该视频信号包括多帧，而每一帧分成其中包括有K×K个象素的多个不相重叠的数据块，K是正整数，所说的装置包括：

2、根据权利要求1所述的装置，其中，两个重建值A和B，由下式给出：

A = f_{M} - f_{V} \sqrt{\frac{L}{N - L}}

B = f_{M} + f_{V} \sqrt{\frac{N - L}{L}}

其中，f_M和f_V ²分别表示数据块中的象素强度值的取样均值和取样方差，N表示包含在数据块中的象素数，L表示其强度值大于取样均值f_M的象素数。

3、一种用于编码视频信号以提供已编码视频信号的装置，该视频信号包括多帧，而每一帧分成其中包括有K×K个象素的多个不相重叠的数据块，K是正整数，所说的装置包括：

4、根据权利要求3所述的装置，其中，两个重建值A和B，由下式给出：

A = f_{M} - f_{V} \sqrt{\frac{L}{N - L}}

B = f_{M} + f_{V} \sqrt{\frac{N - L}{L}}