CN1140003A

CN1140003A - 自适应编码/解码的方法和装置

Info

Publication number: CN1140003A
Application number: CN95191426.XA
Authority: CN
Inventors: 陈奥云
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-01-08
Also published as: EP0742986A1; EP0742986A4; CA2179408C; AU689658B2; CA2179408A1; WO1996017477A1; AU3722395A; US5473376A

Abstract

本发明涉及在一个视频/图象压缩系统中自适应熵编码/解码多个量化变换系数的方法(100)和装置(200)。对于编码，首先以预定顺序接收预定数目的量化变换系数，给出一个通常减少的平均功率。然后量化变换系数被分析成为多个系数组。当最新系数组包括全零量化系数时，它被删除。然后该系数组按预定顺序被转换成多个参数组。当前参数组是以预定顺序的逆顺序从参数组中获得的。根据在先选择的熵编码器和在先参数组选择当前熵编码器。利用当前熵编码器对当前参数组编码提供熵编码的信息比特。

Description

自适应编码/解码的方法和装置

本发明涉及视频压缩，具体涉及熵编码。

公知的视频系统包括多个通信装置和通信频道，这些通信频道为通信装置提供通信媒介。例如，通信频道可以是有线连接或是射频(RF)载波。为了提高视频系统的效率，将需要通过通信媒介进行传送的视频进行数字压缩。数字压缩减少了在维持视频感观质量时显示视频所需的比特数。减少比特数就能够更有效地利用频道带宽并降低存储需求。为了获得数字视频压缩，每个通信装置可包括一个编码器和一个解码器。编码器允许通信装置在通信频道上发送之前压缩视频。解码器使通信装置能够从通信频道接收压缩的视频并将其再现为可视图象。通信装置能够利用数字视频压缩，包括高清晰度电视发射机和接收机，电缆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。

对于数字视频压缩现已研制几种应急的标准，其中包括国际电信联盟(ITV)的ITV-T建议H.26P、国际标准组织/国际电子委员会(ISO/IEC)、以及国际标准MPEG-4。这些标准可能利用变换编码作为构成信息部分(part of the building blocks)，以获得好的编码效率。当前，非常低比特率可视电话的专家组LBCE考虑利用离散余弦变换，以提高编码效率。运动图象专家组MDEG也可能利用离散余弦变换或其它类型变换。为了达到压缩的目的，要对变换系数进行量化和熵编码。

据此，要使压缩能力达到最大，现在需要一种比上述的应急标准H261、MPEG-1和MPEG-2更有效的对量化变换系数进行熵编码的方法和装置，特别是用于低比特率的应用。

图1示出根据本发明自适应熵编码方法的一个实施例的步骤流程图。

图2示出根据本发明自适应熵解码方法的一个实施例的步骤流程图。

图3示出根据本发明自适应熵编码/解码装置的一个实施例方框图。

图4示出一种示例性的现有技术的扫描和变换两维信息组(block)以提供一个扫描系数的一维阵列的方法的图解。

图5示出扫描系数的平均功率相对于指数的曲线图；根据本发明在较高的和较低的功率系数之间进行区别。

本发明是视频/图象压缩系统中对多个量化变换系数进行自适应熵编码/解码的一种方法和装置。对编码而言，首先以预定顺序接收预定数量的量化变换系数，该预定顺序给出一个通常减少的平均功率。然后，量化的变换系数被分析成为多个系数组。当最新的系数组包含全零量化系数时，该最新的系数组被删除。然后，系数组按预定顺序转换成为多个参数组。一个当前参数组是按照预定顺序的逆顺序从参数组中得到的。根据在先选定的熵编码器和在先参数组，自适应地选择当前的熵编码器。利用当前熵编码器对当前参数组进行编码，以提供熵编码信息比特。

本发明可与一种压缩算法一起使用，该算法将一个图像处理成为具有预定变换长度(size)的量化变换系数的两维信息组(block)。然后，按照预定的次序使每个信息组被扫描成为一个一维阵列，该阵列以给出通常减少的平均功率。

量化变换系数的一维阵列被分析成为一个系数组序列，如下范例的。例如，考虑到具有64个系数的一个阵列，其中只有5个为非零值：

{0，0，1，0，-2，3，0，1，0，0，1，0，0，……} (1)

分析之后，该系数组为：

{0，0，1}，{0，-2}，{3}，{0，1}，{0，0，1} (2)

总的来说，系数组的数目与非零系数的数目相同，这是因为删除了由全零系数组构成的最新组{0，0，……}。每个系数组具有以下形式：

{0，……，0，1} (3)这是由一序列零系数组成的，它后面跟随非零系数。这个系数组也可按与该系数相同的方式进行排序。

然后，每个系数组{0，……，0，1}被转换成一个参数组：

{r，1，e} (4)

其中r为游程(rum)，它可以等于0，由系数组中零系数的数目确定，1为电平，e为信息组结束指示符，它表明参数组是否为系数组的第一组。鉴此，在参数组是系数组的第一组时，e被置位为1；而在参数组不是第一组的系数组时，e被置位为0。例如，系数组{0，0，1}成为参数组{2，1，1}，而系数组{3}成为参数组{0，3，0}。

参照图1-4更全面地描述本发明。图1以标号100示出根据本发明的自适应熵编码方法一个实施例步骤流程图。多个量化变换系数按预定的扫描顺序被扫描，给出一个通常减少的平均功率，多个量化变换系数存储在一个存储单元中。该编码方法的第一步即步骤102将预定数目的量化变换系数分析成为多个系数组，并将这些系数组按预定的方案转换成为多个参数组，然后将这些参数组存储在存储单元中。每个参数组包括一个电平参数，它是一个非零的量化变换系数的数值，当最新系数组包含全零量化变换系数时，该最新系数组被删除。该编码方法的第二步即步骤104以预定扫描顺序的逆顺序从存储单元中存取多个参数组中的每个参数组。该编码方法的第三步即步骤106根据在先参数组中的在先电平参数和在先选定的熵编码器自适应地选择多个熵编码器中的当前熵编码器。该编码方法中的第四步即步骤108是利用当前的熵编码器对当前参数组编码，以提供熵编码的信息比特。参数组以{r，1，e}的形式存储到存储单元中。在最后参数组的信息组结束参数表示当前参数组是待编码的最新参数组之前，编码过程一直重复进行。

图2以标号200示出根据本发明的自适应熵解码方法的一个实施例步骤流程图。该解码方法的第一步即步骤202利用当前熵解码器，解码熵编码的信息比特，以提供一个解码的当前参数组。编码方法的第二步即步骤204根据已解码的当前参数组的一个解码的当前电平参数和在先选定的熵编码器，自适应地选择多个熵解码器中的下一个熵解码器。解码方法的第三步即步骤206以预定扫描顺序的逆顺序，把多个解码的参数组中的每个参数组存储到存储单元中。解码方法的第四步即步骤208按照预定方案，以预定的扫描顺序将经解码的参数组转换成多个解码的量化变换系数，并将解码的量化变换系数存储到存储单元中。在解码的量化变换系数数目少于量化变换系数的预定数目时，附加零值解码量化变换系数。在当前参数组的信息组结束参数表示当前参数组是最新待解码的参数组之前解码过程一直重复进行。

当前熵编码器编码当前参数组，它是从熵编码器序列中自适应地选出的，当前熵解码器解码熵编码信息比特，它是从对应于熵编码器系列的熵解码器系列中自适应地选出的熵编码器/解码器以可变长度码或算术码为基础。假定n≥2，和E₁，E₂，……，E_n为熵编码器/解码器序列，而T₁，T₂，……，T_n－1为对应的正向增加的幅度阈值序列。熵编码器/解码器的序列可以按照编码增长电平的能力的序列来排列。一种更有效编码方案用于特殊的编码器/解码器，是根据由特殊编码器/解码器编码的电平不超过一个对应阈值的信息选择的。当n＝2时，一个优选的T₁是用于应急的H.26P标准的1。执行如下的自适应。

首先，E₁用于编码/解码第一参数组。假定E_k－1为用于编码/解码在先参数组(r，1，e)的熵编码器/解码器。如果|1|＞T_k－1，则E_k用于编码/解码当前参数组，否则E_k－1用于编码/解码当前参数组。

图3以标号300示出根据本发明的自适应熵编码/解码装置的方框图。该装置包括一个第一存储单元302、一个参数组确定器304、一个顺序颠倒器306、一个编码器控制器308和多个熵编码器310。在解码时，该装置还包括多个熵解码器312、一个解码器控制器314、一个第二存储单元316和参数组变换器318。

对于编码，量化变换系数320被接收并存储在第一存储单元302中。参数组确定器304存取存储单元302中的量化系数。参数组确定器304按照通常增加的平均功率的预定顺序将量化变换系数320分析和变换成为多个参数组322，然后将这些参数组存储在存储单元302中。顺序颠倒器306以预定顺序的逆顺序存取存储单元302中的参数组322。顺序颠倒器306将当前参数组324的电平发送给编码器控制器308。编码器控制器308根据在先熵编码器及在先电平，从多个熵编码器310中选择当前熵编码器。然后，编码器控制器308将当前参数组326切换到当前熵编码器，并切换当前熵编码器的转出，以形成熵编码的信息比特328。

对于解码，解码器控制器314将熵编码的信息比特328切换到多个熵解码器312中的当前熵解码器，当前熵解码器解码熵编码的信息比特328并产生当前解码的参数组330。然后，解码器控制器314根据当前熵解码器和当前已解码的参数组330的当前电平，从多个熵解码器312中自适应地选择与熵编码器组310对应的下一个熵解码器。当前参数组330被存储到第二存储单元316中。参数组变换器318存取第二存储单元316以便将参数组变换回量化变换系数并将该量化变换系数存储在第二存储单元316中。然后已解码的量化变换系数322从第二存储单元316中输出。

本发明是根据以下的观察：按照减少平均功率的顺序扫描的量化变换系数在不同扫描位置具有不同平均功率数量。为此，不同的熵编码器应该自适应地用于对不同扫描位置的量化变换系数进行编码。

图4以标号400示出一个示例性的现有技术的扫描和变换两维信息组以提供一个扫描系数一维阵列的方法的图解。利用两维栅格402从左到右增加水平频率406，和从上到下增加垂直频率408，来图示64个量化离散余弦变换系数的两维信息组。量化变换系数以MPEG-1和H.261标准中新描述的锯齿顺序404扫描，以形成64个量化系数的一维阵列。

图5以标号500示出扫描系数的平均功率的曲线图，其中，扫描系数平均功率的图形分为较高的功率系数组506和较低的功率系数组508。按照本发明在较高的和较低的功率系数之间来区分。总的来说，标号400的锯齿扫描系数的平均功率502按其指数504的函数下降。该指数被确定为扫描系数的顺序。在本例中，锯齿扫描系数由一个阈值510分成较高的功率系数506和较低的功率系数508。因较高功率系数506和较低功率系数508的不同统计特性，故使用一个熵编码器编码较高功率系数506，使用另一个熵编码器编码较低功率系数508。

本发明使用比在MPEG-1、MPEG-2及H.261中使用的编码方法更少的比特数编码量化变换系数。本发明适应于量化变换系数的每个信息组，而在MPEG-1，MPEG-2和H.261的编码方法却做不到。

Claims

1.一种在视频压缩系统中对多个量化变换系数进行自适应熵编码/解码的方法，其中多个量化变换系数按预定的扫描顺序扫描，给出一个通常减少的平均功率，而且多个量化变换系数被存储在存储单元中，其特征在于，该方法至少包括以下步骤中的一个步骤：

1A)按以下步骤编码：

1A1)将预定数目的量化变换系数分析成为多个系数组，并将这些系数组按照预定方案变换成为多个参数组，然后将这些参数组存储在存储单元中，其中每个参数组包括一个电平参数，它是一个非零量化变换系数的数值在一个最新系数组包括全零量化变换系数时，该最新系数组被删除；

1A2)按照预定扫描顺序的逆顺序从存储单元中存取多个参数组中的每个参数组；

1A3)根据在先参数组的在先电平参数自适应地选择多个熵编码器中的当前熵编码器；

1A4)利用当前熵编码器对当前参数组进行编码，以提供熵编码的信息比特；

1B)按照以下步骤解码：

1B1)利用当前熵解码器，解码当前熵编码的信息比特，以提供一个经解码的当前参数组；

1B2)根据解码的当前参数组的解码的当前电平参数和在先选择的熵解码器，自适应地选择多个熵解码器中的下一个熵解码器；

1B3)按照预定扫描顺序的逆顺序，将多个解码的参数组中的每个参数组存储到存储单元中；

1B4)以预定的扫描顺序将解码的参数组按照预定方案转换成为多个解码的量化变换系数，然后将解码的量化变换系数存储在存储单元之中，其中，在所述解码的量化系数的数目少于量化变换系数的预定数目时，附加零值解码的量化变换系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定方案通过把连续的零值量化变换系数分组直到和包括一个非零量化变换系数而形成系数组，并选择时，每个参数组还包括一个运算参数，该运算参数是在非零量化变换系数之前多个连续零值量化变换系数。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，至少包括以下3A—3D步骤之一：

3A)每个参数组还包括一个信息组结束参数，该参数表示被编码在多个参数组中的最后的参数组；

3B)每个熵编码器是一个可变长度编码器；

3C)每个熵编码器是一个算术编码器；

3D)多个熵编码器是两个熵编码器。

4.根据权利要求的方法，其特征在于，多个熵编码器是按预定的顺序，且选择时，在当前电平超过一个预定阈值时选定下一个熵编码器。

5.一种用于在视频压缩系统中对多个量化变换系数进行自适应熵编码/解码的装置，其特征在于，所述多个量化变换系数按预定扫描顺序扫描，给出通常减少的平均功率，该多个量化变换系数被存储在一个存储单元中，所述装置至少包括以下部件之一：

5A)一个编码器，包括：

5A1)一个第一存储单元，可操作地耦合，以接收多个量化变换系数并连接到一个参数组确定器，以存储量化变换系数；

5A2)该参数确定器，可操作地耦合到存储单元，以便将预定数量量化变换系数分析成为多个系数组，并将系数组按预定方案转换成为多个参数组，然后将该参数组存储在存储单元中，其中，每个参数组包括一个电平参数，它是一个非零量化变换系数的数值，在最新系数组包括全零量化变换系数时，该最新系数组被删除；

5A3)一个顺序颠倒器，可操作地耦合到存储单元，以便按预定扫描顺序的逆顺序选择多个参数组的每个参数组，继而将该参数组提供给编码控制器和多个熵编码器；

5A4)该编码器控制器，可操作地耦合到顺序颠倒器，以便根据在先参数组的在先电平参数选择多个熵编码器中的一个当前熵编码器。

5A5)所述多个熵编码器，可操作地连接到所述编码控制器和顺序反向器，用以对当前参数组进行编码以提供熵编码的信息比特；

5B)一个解码装置，包括：

5B1)多个熵解码器，可操作地耦合，以从多个熵编码器接收熵编码的信息比特，用于解码熵编码的信息比特，以提供一个解码的当前参数组；

5B2)一个解码器控制器，可操作地耦合到多个熵解码器，根据已解码的当前参数组和在先选定的熵解码器的已解码的当前电平参数，自适应地选择多个熵解码器中的下一个熵解码器；

5B3)一个第二存储单元，可操作地耦合到多个熵解码器，按预定的扫描顺序存储多个已解码的参数组中的每个参数组；

5B4)一个参数组变换器，可操作耦合到第二存储单元，用于以预定扫描顺序将已解码的参数组按预定方案变换成为多个已解码的量化变换系数，并将已解码的量化信息系数存储在存储单元中，其中，当已解码的量化变换系数的数目小于量化变换系数的预定数目时，附加零值解码量化变换系数。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，至少包括以下6A～6F之一：

6A)所述的预定方案把连续的零值量化变换系数分组直到包括一个非零量化变换系数，来形成系数组；

6B)每个参数组还包括一个运算参数，该运算参数是在非零量化变换系数之前的多个零值量化变换系数；

6C)每个参数组还包括一个信息组结束参数，该信息组结束参数表示在多个待编码的参数组中的最后参数组；

6D)每个熵编码器是一个可变长度编码器；

6E)每个熵编码器是一个算术编码器；

6F)多个熵编码器是两个熵编码器；

7.根据权利要求5的装置，其特征在于，多个熵编码器是按照预定的顺序排列的；

8.根据权利要求7的装置，其特征在于，下一个熵编码器是在当前电平超过一个预定阈值时被选择的。