CN1290336C

CN1290336C - 用于改进算术编码/译码的设备

Info

Publication number: CN1290336C
Application number: CNB021515816A
Authority: CN
Inventors: T·多姆贝克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2003230152A; EP1322117A1; US20030108125A1; CN1427629A; KR20030047769A

Abstract

本发明涉及一种用于译码通过已编码作为已译码数字数据给出的关联的函数的数字数据(1)的设备(40)，包括：用于已编码数字数据的算术译码的装置(11)，其适用于提供一个当前已译码数字数据(2)；适用于从关联字(3)中提供一个概率(4)到算术译码装置的控制装置(13)；和适用于存储一组成行的已编码数字数据和从前一译码的数字数据中提供一个关联字(3)的处理电路(12)。该处理电路用于使存储装置内的数据循环移动，以便访问所需用于在存储装置的相同存储栈上形成的关联字，因而允许用规律的方式提取关联字。

Description

用于改进算术编码/译码的设备

发明领域

本发明涉及一种用于处理数字数据的电路，该电路包括用于存储一组成行的数字数据的存储装置和用于从一组数字数据中供应一个关联字的提取装置。

本发明还涉及一种用于对编码的数字数据的算术译码的设备和一种包括这种处理电路用于数字数据的算术编码的设备。

最后，它还涉及一种从数字数据中提取关联字的方法，该数字数据以一组成行的形式存储在存储装置中，以及一种用于对已编码数字数据的算术译码的方法和一种用于数字数据的算术编码的方法。

特别是，其适用于一种数字电视的编码器和译码器，该数字电视被设计为分别编码和译码MPEG-4类型压缩的多媒体数字数据，特别是代表通过基于关联的算术编码技术压缩的视频对象的二进制形式的数字数据。

背景技术

MPEG-4编码标准允许属于相同影像的视频对象被独立的编码。为此目的，视频对象平面的形式是通过二进制映像表示的。因为在视频平面的虚拟屏幕上显示每一个象素，所以二进制数据和比特指示是否上述象素属于视频对象平面。所述二进制数据压缩成16象素16行的块，称作宏模块，对于这种被应用的算术编码方法来说，依据所属技术领域的专业人员熟悉的原理，它是基于关联的。对于宏模块中的每一个象素，属于视频对象平面的概率从二进制映像中推出。该概率在算术编码的时候使用。他们在这种方法中通过仅仅使用前面已译码的象素，即译码器也是能够计算出他们的方法来计算。

图1是一种基于关联算术译码的方法框图。它包括一种算术译码步骤CAD(11)，用于算术码(1)的译码，该步骤目的在于提供用于象素的一个二进制值(2)。它也包括一个处理步骤PROC(12)，用于从前面译码的象素中提取关联字(3)，并产生一组译码象素(5)，例如实例中使用的宏模块。它最后包括一个控制步骤CTRL(13)，由于从关联字(3)中提供一个概率(4)到算法译码步骤。因此，算术译码和涉及关联概率的知识允许象素的二进制值被译码。然后，该象素与其他象素一起使用以确定关联和下一个象素的概率。

在MPEG-4标准下，关联字在图2a和图2b描述的原理上已经译码的象素中得出。图2a示出了在INTRA宏模块的情况下用于当前象素(20)的关联字的计算，该宏模块借助于仅仅来自它自己和从相邻宏模块中的两行或列的信息进行编码。在这种情况下，关联字

C = \underset{k}{Σ} C_{k} \cdot 2^{k}

包括在3行上分配的10C_k比特，其中C_k＝0用于透明象素，而C_k＝1用于不透明象素。图2b示出了在INTER宏模块的情况下用于当前象素(20)的关联字的计算，该宏模块通过从包括参考宏模块的18象素的18行的区域中代表移动的预测进行编码。在这种情况下，关联字

C = \underset{k}{Σ} C_{k} \cdot 2^{k}

包括在5行上分配的9C_k比特，也就是2行的当前宏模块(21)和3行的参考宏模块(22)。

基于关联算术编码的方法是循环的。因此，在每一次循环中，提取关联字。因为象素存储在包括处理装置的存储器的宏模块中，所述存储器(31)例如被编组成如在所见的图3的框图中所示的8比特字(32)，在存储器中访问被请求去重现用于形成关联字的象素值的存储栈(33)在每一次循环中改变。更甚者，存储器中访问被请求的字的数目也可以在循环的时候改变。因此，在现有技术原理中的关联字的提取发生在非规律的方式下。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种用于处理数字数据的电路，其包括一个适合于存储一组成行的数字数据的装置和适合于从一组数字数据中提供一个关联字的提取装置，该电路允许以一个非常规律的方式提取关联字。

最终，按照本发明用于处理数字数据的电路特征在于提取装置包括用于在关联字提取之后移位数字数据的装置，并用于在一行数字数据的处理结束时重排列所述数据。

因此，由于该移位装置，译码的数字数据在每一个时钟周期移位，在这样的方法中以便允许提取装置去访问存储装置中的相同位置以重现用于形成关联字的象素值。在优选的实施例中，移位装置包括适合于包含数字数据的移位寄存器，该寄存器被彼此连接，在这种方式下以便允许在同一行数据上的数字数据项周期性的移位。此外，当处理数据链路时，重排列装置允许译码的数字数据被重组。在优选的实施例中，重排列装置包括对角连接的移位寄存器，在这种方式下以便允许在当前行上的数字数据被重新排列到在当前行的处理结束处的前一行上。

本发明已经代替了在存储装置中的不同位置中以非规律方式访问数据，象在现有技术中实践的那样使用在存储装置中数据项的循环移动，以便访问形成的所需关联字被安排到存储装置的相同存储栈。因此，产生用于存储装置的固定连接是可能的，特别是对于打算与使用关联字的概率相关的概率表，借此作出以更规律的处理关联字的提取。在该方法中，数据处理的速度被加速，因为对于在每一个时钟周期被提取的关联字是可能的。需要完成这种装置的资源被最小化，这应归于提取的数据简单化，同时延迟时间也减少了。

本发明的另一个目的是一种用于编码数字数据的算术译码设备和一种用于数字数据的算术编码的设备，其包括这种处理电路，以允许以一个更规律的方式确定将被提取的算术译码编码概率的关联字。

本发明的另一个目的是一个编码多媒体数字数据的译码器，特别是MPEG-4类型的，它包括一个这种类型的译码装置，和一种多媒体数字数据的编码器，该编码器包括这种类型的编码装置，其中译码器和编码器是高效的。

本发明的最后一个目的是提议了一种在以一组成行的存储在存储装置中的数字数据中提取关联字的方法，一种用于编码数字数据的算术译码的方法和一种用于数字数据的算术编码的方法，上述方法也使用更规律的关联字的提取。

附图的简述

参照下文中描述的实例阐述本发明的上述和其他目的是很明显的，它是借助于非限定实例给出。

在附图中

图1是一个基于关联算术译码方法的总框图。

图2a示出在INTRA宏模块情况下关联字的计算。

图2b示出在INTER宏模块情况下关联字的计算。

图3示出了按照现有技术包括存储和处理装置的存储器的组织。

图4示出按照本发明基于关联的算术译码设备。

图5示出了按照本发明的宏模块的行上处理的原理。

图6示出了按照本发明结合一个基于关联算术译码设备的MPEG-4译码器。

图7示出了基于关联的算术编码设备，和

图8示出了结合一个基于关联算术编码设备的MPEG-4编码器。

优选实施例详述

本发明涉及一种处理数字数据的电路。它是在代表视频对象平面(VOP)的二进制形式的MPEG-4类型的数字可视数据的基于关联算术编码/译码的关联发展的，而且可以适用于其它类型的应用，这里目标是在规律的方式下依赖于存储器中数据的循环移动从存储在存储器中的一组二进制或非二进制数字数据中提取关联字。

图4示出按照本发明基于关联的算术译码设备(40)。该译码设备适用于译码作为通过译码数字数据给定的关联字的函数的已编码数字数据或算术编码(1)，在这种情况下，其指示是否象素属于视频对象平面的象素的二进制值。为此目的，它包括：

-装置CAD(11)，用于对编码数字数据的算术译码，在所属技术领域的专业人员熟悉的原理下，该装置适用于提供用于当前象素(2)的二进制值，

-电路(12)，用于处理数字数据，该电路包括适用于存储一组成行的象素的存储装置和用于从一组前述象素值中提供一个关联字(3)的提取装置，

-控制装置(13)，用于从关联字(3)中提供一个概率(4)到算术译码装置，给出一个在关联字和概率之间对应关系的概率表TAB(131)。

存储装置目的在于节省在两个连续时钟之间请求用于解码或来自解码结果的象素的二进制值。在优选的实例中，所述装置包括一个二维网络的移位寄存器(121)，利用每一个寄存器代表一个象素。该存储装置被构成以便包含立即请求用于译码目的的数据，或适用于包含大量的数据，因而用作超高速缓冲存储器，用于具有较长延迟时间的存储媒质。

请求用作译码的二进制值最初被装入到存储装置。该存储装置适用于包含来自象素的宏模块的和来自邻近宏模块中的一些行以便允许该结构的关联字。在INTRA宏模块情况下，至少3行的20个象素被请求，然而在INTER宏模块中，至少5行的20个象素被请求，这是两行的当前宏模块和三行的参考宏模块。存储装置也可以同样包括一个完整的宏模块，和部分的邻近宏模块，即在当前的INTRA或INTER宏模块情况下20行20个象素的一个区域和在参考宏模块情况下18行18个象素的一个区域。不用说本发明并不局限于这种用于存储器的尺寸。例如通过考虑下述情况，优化每行的移位寄存器的数量是可能的，即一方面，某些移位寄存器最初是空的(它们通过随后译码的数据填充)，另一方面，某些移位寄存器的内容在译码期间废弃(例如，一旦译码已经发生，在参考区域中的象素值)。假如预装用于18行18象素的参考区域，就特别有可能使存储栈上的数据废弃，该区域存储的信息将被已译码的数据逐渐代替。

处理电路(12)的存储装置形成部分，有时称为关联字工作器，以及移位寄存器彼此连接以允许属于同一行的二进制象素值周期性的移位。该移位寄存器被对角线连接，在这样的方式下以便允许在当前行上的数字数据项被重排列到在当前行处理结束处的前面的行上。该处理电路还包括一个通用控制器，适用于在移位装置和重排列装置之间通过复用各种输入到移位寄存器进行选择。因而，该移位寄存器已经固定连接到控制装置的概率表(131)，在这种方式下提供具有关联字(3)的表。图h示出了在INTRA宏模块情况下10比特关联字的提取。这里没有描述在INTER宏模块下9比特关联字的提取，但是最好在使用至少二进制值的5行的相似原理上执行。

数字数据可以通过逐行或逐列处理。仅仅逐行处理将着重看跟随的，处理的第二模式相似于感觉中的第一模式，例如它可以通过使数字数据对称于宏模块的对角线而执行。

按照图5中所述的原理执行宏模块中行的处理。阴影部分的移位寄存器(121)对应于邻近于当前宏模块的宏模块的象素。在初始配置(51)中，来自当前宏模块的一行16象素被包含在来自前述宏模块的两个象素和来自随后的宏模块的两个象素之间。在前15个时钟周期期间，象素朝邻近移位寄存器的方向左移位。循环移位仅仅发生在其移位寄存器连接到控制装置的概率表(131)的那些行。第十六个时钟周期发生在当前行的处理结束处。于是，在当前行(52)上的数字数据，也就是在第15个时钟周期上显示的数字数据被对角线的传输到用于前一行(53)的移位寄存器上，这里是以第十六个时钟周期中的情况示出的，从而，从包含在来自前一宏模块的两个象素和来自后一宏模块的两个象素之间的当前宏模块中恢复原始结构，即一行16象素。然后，这个循环和对角的移动每16个时钟周期固定地重复。

图6示出了采用了这种基于关联的算术译码设备的MPEG-4译码器。

该MPEG-4译码器包括一个解复用电路DEMUX(60)，用于把复用的编码多媒体数据分成用于一个VOP的二进制形式的算术码(1)、用于运动(61)的编码数据和用于纹理(62)的编码数据。该MPEG-4译码器包括三个主要部件，用于译码这些不同类型的数据：

-一个如上所述基于关联的算术译码设备SHD(40)，其适用于译码算术编码(1)成用于二进制形式(5)的值，

-一个紧随运动补偿器MC(64)的运动译码器MD(63)，

-一个用于译码编码的纹理数据的译码器(67)。

一个视频对象平面VOP是逐宏模块、通过合并用于二进制形式、用于运动和用于纹理的已译码信息和借助于重新构成装置REC(66)重新构成的。该视频对象平面被暂时存储在图像存储器MEM(65)中。

图7示出了按照本发明基于关联的算术编码设备(70)。该编码设备适用于作为所述象素的关联函数的象素(71)的编码二进制值。为此目的，它包括：

-用于二进制值的算术编码的装置CAE(72)，其用于提供一个算术码(1)，

-如上所述一个处理电路(12)，适用于存储一组用于象素成行的二进制值，和提供一组从来自用于前一象素的一组二进制值中的一个用于当前象素的二进制值的关联字(3)，

-控制装置(13)，适用于从关联字和从概率表TAB(131)中提供一个概率(4)到算术编码装置，在处理电路中的移位寄存器通过固定连接，连接到概率表(131)。

图8示出了采用这种基于关联算术编码设备的MPEG-4编码器。该MPEG-4编码器操作原理如下。一个视频对象平面VOP分成多个宏模块(80)。代表视频对象平面的二进制形式的值被确定(81)，然后通过如上所述的基于关联的算术编码设备(70)编码，其提供一个算术编码(1)到多路复用器MUX(83)。运动估计ME和运动补偿MC通过使用先一或后一作为参考图像的视频图像平面执行。在当前的视频图像平面和参考视频图像平面之间的残留的误差被计算，然后通过在运动(61)和纹理(62)上提供已编码信息到复用器的纹理编码器(82)编码。

来自以一组成行形式存储在存储装置中的数字数据中的关联字(3)的提取也可以以下述方法进行，该方法包括步骤：在关联字的提取之后移位数字数据，和在一行数字数据的处理的结尾处重新安排所述数据。

同样的，作为通过译码的数字数据给定的关联的函数的编码数字数据(1)的译码也可以以下述方法进行，该方法包括步骤：算术地译码已编码数字数据，该步骤目的是提供一个当前的已译码数字数据(2)，存储一组成行的已译码数字数据，从前一已译码数字数据中提取如上所述的关联字(3)，并控制该步骤目的是从关联字(3)中提供一个概率(4)到算术译码步骤。

最后，作为所述数据的关联的函数的数字数据(71)的编码也可以下述方法进行，该方法包括步骤：算术地编码数字数据，该步骤目的是提供已编码数字数据(1)，存储一组成行的数字数据，从一组前一组数字数据中提取如上所述用于当前数字数据项的关联字(3)，并控制。该步骤目的是从关联字(3)中提供一个概率(4)到算术编码步骤。

在本发明文本中的圆括号中的参考标记不应该被理解为一种限制。动词“包括”和它变化的形式也应该在广义的概念下理解，也就是因为不仅除了在上述动词之后列出的步骤和项目，而且不排除冠以“一”或“一个”这样的在所述动词已经列出之后的多个步骤和项目。

Claims

1.一种用于处理数字数据的电路(12)，包括适用于存储一组成行的数字数据的存储装置和适用于从一组数字数据中提供一个关联字(3)的提取装置，所述电路特征在于：该提取装置包括重排序装置，用于在提取当前关联字之后移位数字数据行中的数字数据，以及用于在一行数字数据的处理结尾处重新安排所述数字数据，以便访问存储装置中相同的位置以重现用于形成下一个关联字的数字数据。

2.按照权利要求1用于数据处理的电路，特征在于：重排序装置包括适用于包括数字数据的移位寄存器，所述移位寄存器连接在一起，使在同一数字数据行中的数字数据能被周期性移位，所述移位寄存器也以对角线方式连接，以便允许在当前行上的数字数据被重排列在当前行的处理结尾处的先前行上。

3.一种用于译码作为通过已译码数字数据给出的关联的函数的编码数字数据(1)的设备(40)，包括：

-用于已编码数字数据的算术译码的装置(11)，该装置适用于提供一个当前已译码数字数据(2)，

-适用于从关联字(3)中提供一个概率(4)到算术译码装置的控制装置(13)，

所述设备特征在于包括一个如权利要求1所述的处理数字数据的电路(12)，其适用于存储一组成行的已译码数字数据，和从先前译码的数字数据中提供关联字(3)。

4.一种用于编码作为通过数字数据给定的关联的函数的数字数据(71)的设备(70)，包括：

-用于数字数据的算术编码的装置(72)，该装置适用于提供已编码的数字数据(1)，

-适用于从关联字(3)中提供一个概率(4)到算术编码装置的控制装置(13)，

所述设备特征在于：包括一个如权利要求1所述的处理数字数据的电路(12)，其适用于存储一组成行的数字数据，和从一组先前数字数据中提供一个用于当前数字数据项的关联字(3)。

5.一种用于MPEG-4类型的多媒体数字数据的译码器，包括一个如权利要求3所述的译码设备，适用于从多媒体数字数据中译码表示二进制形状的编码的数字数据。

6.一种用于MPEG-4类型的多媒体数字数据的编码器，包括一个如权利要求4所述的编码设备，该设备适用于从多媒体数字数据编码表示二进制形状的数字数据。

7.一种译码作为通过译码的数字数据给定的关联的函数的已编码数字数据(1)的方法，包括步骤：

-对已编码数字数据算术译码，该步骤用于提供一个当前已译码数字数据(2)，

-在存储装置中存储一组成行的已译码的数字数据，

-从先前译码的数字数据中提取一个关联字(3)，

-控制，该步骤用于从关联字(3)中提供一个概率(4)到算术译码步骤，

所述方法特征在于：提取步骤包括在提取当前的关联字之后移位数字数据行中的已译码数字数据的子步骤；和在一行数字数据的译码结尾处重新排列所述数字数据，以便访问存储装置中的相同位置以重现用于形成下一个关联字的已译码数字数据的子步骤。

8.一种编码作为通过所述数据给定的关联的函数的数字数据(71)的方法，包括步骤：

-对数字数据算术译码，该步骤用于提供编码的数字数据(1)，

-在存储装置中存储一组成行的数字数据，

-从一组先前的数字数据项中提取用于当前数字数据的一个关联字(3)，

所述方法特征在于：提取步骤包括在提取当前的关联字之后移位数字数据行中的数字数据的子步骤；和在一行数字数据的编码结尾处重新排列所述数字数据，以便访问存储装置中的相同位置以重现用于形成下一个关联字的已译码数字数据的子步骤。