CN1150771C - 变换编码系统的变换系数选择方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种静图像/动图像的变换编码系统的变换系数选择方法及其装置。通过选择根据比特量变化量设定的既定个数的变换系数提高了复原图像的品质，所述的比特量是通过接收输入块后就各变换系数选择由上述局部译码器复原的块与输入块之间的误差引起的变化量各变换系数产生的。

Description

变换编码系统的变换系 数选择方法及其装置
技术领域
本发明涉及静图像/动图像的编码系统的变换系数选择方法及其装置，特别是涉及在使复原图像的品质进一步提高的变换编码系统的变换系数选择方法及其装置，该方法及其装置通过根据与利用选择系数的波特产生量对应的复原图像品质的变化量选择确定个数变换系数提高复原图像品质。
背景技术
随着数字传送媒体的发展，最近用于数字图像的存储和传送的国际标准化正在活跃进行。近年来，根据这样的标准化操作结果确定了与JPEG、MPEG-1、MPEG-2等静图像和动图像编码方式相对应的国际标准。
为了使图像信号没有冗长性地减少数据量，通常要进行变换编码。在变换编码过程中，将1个画面分成N×N象素尺寸块，对每个块进行变换编码，把空间域的图像信号变换成频率域的信号。通过这个变换编码可以使信号的能量主要集中在低频区。在这样的编码变换中使用宽幅离散余弦变换(DCT)。变换编码的方式提示了使变换系数量化并将量化的数据进行可变长度编码，进一步使数据量压缩的编码技术。
图1示出了在静图像编码系统中国际标准化的JPEG的构成。在图1的装置中，图像分割单元1将输入图像信号分割成N×N个尺寸的块输出。DCT变换单元2将从图像分割单元1输入的N×N个块进行二次DCT变换后产生DCT系数。量化单元3从DCT变换单元2输入DCT系数进行量化。可变长度编码单元4生成对应量化的DCT系数的可变长度编码，通过通道将可变长度编码传送给译码器。在译码器侧输入编码的数据通过逆过程使图像复原。
图2示出了在动图像编码系统中国际标准化的MPEG的构成。在图2中，图像分割单元11将输入图像分割成M×M个尺寸的块，并将各分割块输出给动作检测单元20和误差生成单元12。在动作检测单元20中通过运动预测，把现在输入的M×M个尺寸的块和最佳匹配的块从已经存储在帧存储器中的以前的图像取出。误差生成单元12把现在输入的块与动作检测单元20输出的预测块之间的差信号输出给变换单元13。在DCT变换单元中就M×M个尺寸的差信号把它分成N×N尺寸的小块，以N×N块为单位进行DCT变换。DCT变换的N×N系数经过量化单元14进行量化，量化的信号通过可变长编码单元15进行可变长度编码，再通过通道传送给译码器。另外，量化的差信号通过逆量化单元16和逆DCT变换单元17复原，复原的差信号与动作检出单元20输出的预测块相加存储在帧存储器19中。
可是在上述的静图像编码装置和动图像编码装置进行对应DCT变换系数的量化，并通过可变长度编码传送不为‘0’的量化系数。由于没有经过选择DCT系数的步骤，所以在确定传送系数时没有考虑复原图像的品质，并且也不是根据由可变长度编码器发生的比特量确定的传递送系数，因此在现有的方法中存在着下述缺点：由于没有根据由变换系数产生的比特量和由此产生的复原图像的复原图像品质的变化量而使变换系数的选择缺少有效性。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的是提供一种使编码系统最优化的编码系统的变换系数选择方法及其装置，其手段是在变换编码系统中随着比特量根据复原图像品质的变化量选择确定个数的变换系数。
上述的本发明目的是通过以包括下述单元为特征的编码系统的系数选择装置达到的：比特量计算单元，用于计算上述离散余弦变换的系数的比特量；局部译码器，用于使上述离散余弦变换的系数复原后生成复原块；控制单元，用于接收量化后的变换系数、由所述比特量计算单元输入的所述变换系数的总比特量以及从所述局部译码器输入的复原块和分割成规定尺寸块的离散余弦变换前的输入块，并根据块变化量和各变换系数产生的比特量变化量选择预定个数的变换系数，所述块变化量是由各变换系数复原所得的块和输入块之间的误差引起的。
上述本发明的目的是通过以下述步骤为特征的编码系统的系数选择方法达到的：(a)在上述量化了的离散余弦变换系中，选择所有非零系数并将其设定为初始系数集；(b)对于所述(a)中包含在初始系数集合中的系数，计算作为相对于各系数为‘0’时的复原图像质量的图像质量变化量的比特量减少比率定义的图像质量劣化度；(c)通过执行所述步骤(a)和步骤(b)来计算关于被设置成所述初始系数集的全部变换系数的图像品质劣化比；(d)消去在上述步骤(c)中算出的图像品质劣化比为最小的变换系数；以及(e)反复进行上述步骤(b)到步骤(d)的过程，直到重复进行的剩余的变换系数的数目等于既定的设定值为止。
上述本发明的目的是通过以下述步骤为特征的编码系统的系数选择方法达到的：(a)将上述离散余弦变换变换系数中的全部系数设定为‘0’；(b)通过把上述设定为‘0’的变换系数中的任意变换系数变换成设定为‘0’的上述原变换系数值并将不为‘0’的变换系数相加；(c)计算由被上述步骤(b)中相加的变换系数复原的块与输入块之间的平均方差同这时的比特量增加量的比率限定的图像品质提高比；(d)对上述设定为‘0’的全部变换系数判断是否被计算过对上述步骤(c)中所限定的图像品质提高比，当判断结果为没有对全部变换系数进行计算时，执行上述步骤(b)和步骤(c)，计算出对应全部变换系数的图像品质提高比；(e)选择对应上述步骤(d)中计算出的图像提高比为最大的变换系数；以及(f)判断在上述步骤(e)中选择的变化系数的数值与已经设定的值是否相等，如果判断的结果为所选择的变换系数的数值与已经设定的值不相等，则反复进行上述步骤(b)到步骤(e)。
附图说明
附图的简要说明：
图1是国际标准静图像编码系统(JPEG)构成图；
图2是国际标准的动图像编码系统(MPEG)的构成图；
图3是本发明的编码系统的构成图；
图4是图3中的系数选择单元50的详细构成图；
图5是用于说明本发明的一实施例的变换系数选择方法的流程图；
图6是用于说明本发明的另一实施例的变换系数选择方法的流程图。
下面结合附图详细说明本发明的一个优选实施例。
具体实施方式
图3示出了采用本发明的变换系数选择方法的变换编码系统。
如图3所示，本发明的系数选择单元50只选择位于量化单元40的输出端量化后的DCT系数中规定的个数，系数选择单元50与用于输入选择的系数编码的可变长度编码单元60相连接。
图4是图3中的系数选择单元50的详细构成图。如图所示，系数选择单元50装有用于输入由量化单元40量化的变换系数计算总比特量的比特量计算单元52。系数选择单元50装有用于输入量化后的变换系数产生复原块的局部译码器54。局部译码器54由逆量化单元542和逆DCT变换单元544构成。比特量计算单元52和局部译码器54的输出端与利用输出信号，根据对应波特产生量的复原图像品质变化量选择输出变换系数的控制单元56相连接。
下面说明上述构成的本发明装置的操作。
系数选择单元50的比特量计算单元52计算从量化单元40输入的量化变换系数的总比特量。局部译码器54输入变换系数使其量化、进行逆DCT变换复原生成复原元块。控制单元56输入量化后的变换系数、从比特量计算单元52输入变换系数的总比特量、从局部译码器54输入复原块和分割成N×N尺寸的DCT变换前的输入块，根据通过选择由各变换系数复原的块与输入块之间的误差引起的块变化量和各变换系数产生的比特量变化量选择输出设定的既定个数的变换系数。
下面用二个实施例详细说明选择被控制单元56设定的既定个数的变换系数的方式。
首先，根据图5的流程图说明本发明的第一实施例的控制单元56的操作。
控制单元56选择量化后的DCT系数中不为“0”的全部系数并在初始系数集合中设定对不为“0”的DCT系数的个数进行计数(步骤100)。
然后计算就包含上述初始系数内的系数使各系数为“0”时(步骤110)的复原块产生的图像品质劣化度(步骤120)。使各系数为‘0’时的图像品质劣化度作为对应复原图像品质的图像品质变化量的比特量减少的比率被限定。例如设使第1号变换系数为‘0’时复原图像品质的图像质量变化量为ΔD(i)，如果设与其对应的变换系数为ΔB(i)，所使第i号变换系数为‘0’时的图像劣化度是-ΔD(i)/ΔB(i)。
另外，就包含在上述初始系数集合的系数即不为‘0’的全部系数判断上述限定的图像品质劣化度是否已计算过(步骤130)。如果就判断结果，不为‘0’的全部系数正在进行计算图像品质劣化度，则从步骤110反复进行计算对应不为‘0’的全部品质劣化度。如果在步骤130中判断为对应不为‘0’的全部系数的图像劣化度已计算，选择其中图像品质劣化度为最小的系数(步骤140)，使变换系数中选择的系数为‘0’(步骤150)。图像品质劣化度为最小的系数是对包含在上述初始系数集合内的系数中即不为‘0’的系数中的图像品质的影响最小的系数。因为使对应图像品质劣化度的最小系数为‘0’，所以从上述初始系数集中消去该系数，使从不为‘0’的全部系数的总个数K中减去1后的‘K-1’变成不为‘0’的DCT系数的个数K(步骤160)。然后判断上述不为‘0’的DCT系数的个数K是否等于设定的既定值‘NUM1’(步骤170)。因此，‘NUM1’是用于由系数选择单元50选择输出的变换系数的个数，是由使用者设定的值。如果步骤170的判断结果不为‘0’的DCT系数的个数K比‘NUM1’大，则就不为‘0’的变换系数从上述步骤110开始重复进行。如果步骤170的判断结果不为‘0’的DCT系数的个数K等于‘NUM1’，则就结束系数选择输出剩余的不为‘0’的DCT系数。
下面根据图6的流程图说明本发明的第二实施例中的控制单元56的操作。
与上述第1实施例中消去不为‘0’的变换系数中的图像品质劣化度低的系数输出设定的个数的变换系数相比，在第二实施例中，先使全部变换系数设定为‘0’后，使图像品质提高度高的变换系数选择输出大约设定的既定的个数。控制单元56首先设定全部变换系数为‘0’(步骤200)。因为这时全部的变换系数是零，所以不为‘0’的变换系数的数K也是‘0’。然后，通过将设定为‘0’的变换系数中的任意变换系数变换为被设定为‘0’之前的原变换系数值来相加不为‘0’的变换系数(步骤210)。然后计算对应被加过的变换系数的图像品质提高度(步骤220)。对应加上变换系数的图像品质提高度由通过被加过的变换系数复原的块与输入块之间的平均方差同这时的比特量增加量的比率限定。即设通过被加过的变换系数i复原的块与输入块之间的平均方差为ΔD(i)，如果这时的比特量增加量为ΔB(i)，则对应被加过的变换系数i的图像品质提高度-ΔD(i)/ΔB(i)限定。
然后，在步骤230中，就设定为‘0’的全部系数判断是否已计算上述限定的图像品质提高度，如果判断结果为没有就全部系数进行计算图像品质提高度，则从步骤210开始重复进行计算对应全部系数的图像品质提高度。在步骤230中，如果判断为已经计算对应设定为‘0’的全部系数的图像品质提高度，则选择其中图像品质提高度为最大的系数(步骤240)。图像品质提高度为最大的系数是设定为上述‘0’的系数中对图像品质响最大的系数。因为图像提高度选择最大的系数，所以应从设定上述‘0’的集合中消去该系数，使不为‘0’的全部系数的总个数加‘1’的‘K+1’变为不为‘0’的DCT系数的个数K(步骤250)。然后，判断上述不为‘0’的DCT系数的个数K是否等于设定的既定的值‘NUM2’(步骤260)。因此，‘NUM2’是用于由系数选择单元50选择输出的变换系数的个数，是由使用者设定的值。如果步骤260的判断结果不为‘0’的DCT系数的个数K比‘NUM2’小，则就设定为剩余的‘0’的变换系数从上述步骤210开始重复进行。如果步骤260的判断结果不为‘0’的DCT系数的个数K等于‘NUM2’，则就结束选择系数，并输出选择的不为‘0’的DCT系数。
可变长度编码单元60通过由上述方式对由系数选择单元50选择输出的变换系数进行可变长度编码输出。
如上所述，在本发明中，在选择量化变换系数过程中，通过根据利用选择由各变换系数复原的块与输入块的误差引起的块变化量和各变换系数产生的比特量变化量选择设定的既定个数的变换系数提供更高效率的变换编码系统。

Claims (5)

1、一种用在实现可变长度编码变换的变换编码系统中的系数选择装置，用于对分割成规定尺寸块的输入图像信号进行离散余弦变换，该系数选择装置包括：
比特量计算单元，用于计算上述离散余弦变换的系数的比特量；
局部译码器，用于使上述离散余弦变换的系数复原后生成复原块；
控制单元，用于接收量化后的变换系数、由所述比特量计算单元输入的所述变换系数的总比特量以及从所述局部译码器输入的复原块和分割成规定尺寸块的离散余弦变换前的输入块，并根据块变化量和各变换系数产生的比特量变化量选择预定个数的变换系数，所述块变化量是由各变换系数复原所得的块和输入块之间的误差引起的。
2、如权利要求1所述的编码系统的系数选择装置，其特征在于：上述控制单元在使上述离散余弦变换变换系数中的变换系数为‘0’时，将图像品质劣化度作为对应复原图像品质的图像品质变化量与比特量减少的比率进行限定，并选择输出消去限定的图像品质劣化度低的变换系数后残余的系数。
3、如权利要求1所述的变换编码系统的系数选择装置，其特征在于：上述控制单元在选择上述离散余弦变换变换系数中各变换系数时，根据复原块与输入块之间的平均方差与比特量增加量的比率限定图像品质提高度，并选择输出限定的图像品质提高度大的变换系数。
4、一种用于对分割成规定尺寸的块的输入图像信号进行离散余弦变换实现可变长度编码的变换编码系统的系数选择方法，其特征在于：所述系数选择方法包括：
(a)在上述量化了的离散余弦变换系中，选择所有非零系数并将其设定为初始系数集；
(b)对于所述(a)中包含在初始系数集合中的系数，计算作为相对于各系数为‘0’时的复原图像质量的图像质量变化量的比特量减少比率定义的图像质量劣化度；
(c)通过执行所述步骤(a)和步骤(b)来计算关于被设置成所述初始系数集的全部变换系数的图像品质劣化比；
(d)消去在上述步骤(c)中算出的图像品质劣化比为最小的变换系数；以及
(e)反复进行上述步骤(b)到步骤(d)的过程，直到重复进行的剩余的变换系数的数目等于既定的设定值为止。
5、一种用于对分割成规定尺寸的块的输入图像信号进行离散余弦变换实现可变长度编码的变换编码系统的系数选择方法，其特征在于：所述系数选择方法包括：
(a)将上述离散余弦变换变换系数中的全部系数设定为‘0’；
(b)通过把上述设定为‘0’的变换系数中的任意变换系数变换成设定为‘0’的上述原变换系数值并将不为‘0’的变换系数相加；
(c)计算由被上述步骤(b)中相加的变换系数复原的块与输入块之间的平均方差同这时的比特量增加量的比率限定的图像品质提高比；
(d)对上述设定为‘0’的全部变换系数判断是否被计算过对上述步骤(c)中所限定的图像品质提高比，当判断结果为没有对全部变换系数进行计算时，执行上述步骤(b)和步骤(c)，计算出对应全部变换系数的图像品质提高比；
(e)选择对应上述步骤(d)中计算出的图像提高比为最大的变换系数；以及
(f)判断在上述步骤(e)中选择的变化系数的数值与已经设定的值是否相等，如果判断的结果为所选择的变换系数的数值与已经设定的值不相等，则反复进行上述步骤(b)到步骤(e)。
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