CN1316433C - 视频信息编码方法和视频信息解码方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有固定处理时间保证的视频信息编码设备和解码设备。通过以编码单元诸如一个图像、片、宏块或块为基础，限制要输入到CABAC编码单元和解码单元/从该单元输出的数据量，并通过编码未压缩的视频数据，可以提供一种具有固定处理时间保证的视频信息编码设备和解码设备。从而，能够安装一种具有所述处理时间保证的设备。

Description

视频信息编码方法 和视频信息解码方法
技术领域
本发明与最近开发的标准JVT(ITU-T Rec.H.264|ISO/IEC14496-10AVC)相类似，涉及当通过网络媒体诸如卫星广播、有线电视或因特网接收视频信息(比特流)，或者当在存储介质诸如光盘、磁盘或闪存上处理视频信息时，所使用的一种用于编码视频信息的方法、设备和程序，以及一种用于解码视频信息的方法、设备和程序，通过正交变换诸如离散余弦变换或者卡南-洛维(karhunen loeve)变换，以及运动补偿压缩所述视频信息。
背景技术
近来，对于提供信息的广播站和接收所述信息的家庭来说，为了有效的信息传输和存储，使用采用一种方法诸如MPEG以使用所述视频信息的冗余，将所述视频信息作为数字信息，通过正交变换诸如离散余弦变换、和运动补偿来压缩视频信息的设备已经变得普遍。
尤其是，规定MPEG2(ISO/IEC 13818-2)为通用的视频编码方法，并且由于它能够处理隔行扫描图像和逐行扫描图像，以及标准分辨率视频和高分辨率视频，因此将其广泛用作专业和消费的应用。通过使用所述MPEG2压缩方法，能够实现视频的高压缩率和高质量，例如通过给标准分辨率720×480像素的隔行扫描图像分配比特率为4到8Mpbs，或给高分辨率1920×1088像素的逐行扫描图像分配比特率为18到22Mbps。
MPEG2主要为广播编码高质量的视频，并不处理低于MPEG1所用比特率的比特率，即，它是一种具有高压缩率的编码方法。但是，希望移动终端的流行将会带来对这种编码方法的巨大需求，所以，已经标准化了MPEG4编码系统。有关视频编码方法的标准已被批准为国际标准ISO/IEC 14496-2(1998年12月)。
另外，近来，正在标准化将用于视频会议的视频编码作为首先期望用途的、被称之为JVT(ITU-T Rec.H.264|ISO/IEC 14496-10 AVC)的方法。与诸如MPEG2和MPEG4的传统编码系统相比，所公知的是所述JVT能够提供更高的编码效率，尽管它需要更多的编码和解码操作。
图8示出了利用正交变换诸如离散余弦变换或者卡南-洛维变换以及运动补偿实现视频压缩的视频信息编码设备的通用结构。如图8中所示，一种视频信息编码设备100由一个A/D转换器101、一个屏幕重新排列缓冲器102、一个加法器103、一个正交变换单元104、一个量化单元105、一个逆编码单元106、一个存储缓冲器107、一个去量化单元108、一个逆正交变换单元109、一个帧存储器110、一个运动预测/补偿单元111、和一个速率控制单元112构成。
参考图8，所述A/D转换器101将输入的视频信号转换成数字信号。所述屏幕重新排列缓冲器102根据A/D转换器101所提供的视频压缩信息的GOP(图像组)重新排列各帧。该屏幕重新排列缓冲器102为正交变换单元104提供有关将要内部编码(在图像内部编码)的图像的全部帧的视频信息。所述正交变换单元104给所述视频信息应用一种正交变换，诸如离散余弦变换或者卡南-洛维变换，并将变换系数提供给所述量化单元105。该量化单元105对正交变换单元104所提供的变换系数执行一种量化处理。
所述逆编码单元106根据量化单元105提供的所述量化变换系数、量化标度确定一种编码模式，并给所述编码模式应用可变长度编码或诸如算术编码的逆编码，以产生将被插入到编码视频每个单元的报头部分中的信息。给定所述被编码的编码模式并将它存储在存储缓冲器107中。输出这种被编码的编码模式作为视频压缩信息。
另外，所述逆编码单元106给所述量化的变换系数应用可变长度编码或逆编码，诸如算术编码，并将该编码的变换系数提供给所述存储缓冲器107以便将其存储在那里。输出这种编码的变换系数作为视频压缩信息。
所述量化单元105在速率控制单元112的控制下操作。该量化单元105为去量化单元108提供所述量化的变换系数，该去量化单元对所述变换系数执行去量化操作。所述逆正交变换单元109通过给所述去量化的变换系数应用一种逆正交变换处理产生解码视频信息，并将该信息提供给所述帧存储器110以便将其存储在那里。
另一方面，所述屏幕重新排列缓冲器102为运动预测/补偿单元111提供有关将要被图像间编码(在图像之间编码)的图像的视频信息。所述运动预测/补偿单元111同时从所述帧存储器110中检索用于参考的视频信息，并执行运动预测/补偿处理以产生参考视频信息。该运动预测/补偿单元111将所述参考视频信息提供给加法器103，然后加法器将所述参考视频信息转换成与前述视频信息的差分信号。同时，运动预测/补偿单元111为逆编码单元106提供运动向量信息。
所述逆编码单元106根据量化单元105提供的所述量化变换系数、所述量化标度以及运动预测/补偿单元111所给出的运动向量信息等等确定一种编码模式，并给所述编码模式应用可变长度编码或逆编码诸如算术编码，以产生将被插入到编码视频每个单元的报头中的信息。将所述被编码的编码模式提供给存储缓冲器107并将它存储在那里。输出这种被编码的编码模式作为视频压缩信息。
所述逆编码单元106给所述运动向量信息应用可变长度编码或逆编码诸如算术编码，以产生将被插入到编码视频每个单元的报头部分中的信息。
在所述图像间编码中，将被输入到正交变换单元104中的视频信息是通过加法器103获得的差分信号，这不同于所述内部编码。由于其他处理与将被图像内部编码的视频压缩信息情况中的处理相同，因此将省略对这些处理的说明。
接下来，图9示出了对应于上述视频信息编码设备100的视频信息解码设备的通用结构。如图9中所示，所述视频信息解码设备120由一个存储缓冲器121、一个逆解码单元122、一个去量化单元123、一个逆正交变换单元124、一个加法器125、一个屏幕重新排列缓冲器126、一个D/A转换器127、一个运动预测/补偿单元128以及一个帧存储器129所构成。
所述存储缓冲器121暂时存储输入的视频压缩信息，然后将所述信息传送到所述逆解码单元122。该逆解码单元122根据视频压缩信息的规定格式，给所述视频压缩信息应用可变长度解码或诸如算术解码的处理，从它的报头部分获得所述编码模式信息，并将该信息提供给去量化单元123。同理，所述逆解码单元122获得所述量化的变换系数并把它提供给去量化单元123。在所述帧已经经受图像间编码的情况下，所述逆解码单元122还解码在视频压缩信息的报头部分中存储的运动矢量信息，并将该信息提供给运动预测/补偿单元128。
所述去量化单元123去量化从逆解码单元122提供的量化的变换系数，并将该变换系数提供给逆正交变换单元124。所述逆正交变换单元124根据视频压缩信息的规定格式，给所述变换系数应用逆正交变换，诸如逆离散余弦变换或逆卡南-洛维变换。
另一方面，在所述帧已经经受图像内部编码的情况下，在屏幕重新排列缓冲器126中存储经受所述逆正交变换的视频信息，然后，在D/A转换器127的D/A转换处理之后输出所述信息。
在所述帧已经经受图像间编码的情况下，所述运动预测/补偿单元128根据经受逆解码的所述运动矢量信息和帧存储器129中存储的所述视频信息产生一个参考图像，并将该图像提供给加法器125。所述加法器125将该参考图像和逆正交变换单元124的输出加起来。由于其他处理与帧经受图像内部编码情况下的处理以相同的方式执行，因此省略了对其的说明。
现在，将详细描述符合JVT的逆编码单元106。如图10所示，符合JVT的所述逆编码单元106采用称作CABAC(基于上下文的自适应二进制算术编码)的算术编码以及称作CAVLC(基于上下文的自适应可变长度编码)的可变长度编码中的一种逆编码，以用于一个符号诸如从量化单元105和运动预测/补偿单元111输入的模式信息、运动信息、以及量化的系数信息，并输出视频压缩信息(比特流)。根据图10中的CABAC/CAVLC选择信息，可以判断使用哪一种逆编码。该CABAC/CAVLC选择信息由所述视频信息编码设备100确定，并通过将其嵌入到一个比特流中作为报头信息而输出。
首先，在图11中示出了逆编码单元106中的所述CABAC系统。如图11所示，从量化单元105和运动预测/补偿单元111输入的模式信息、运动信息和量化的变换系数信息作为多值符号输入到一个二进制化单元131中。该二进制化单元131根据预定的规则将所述多值符号转换成任意长度的二进制符号串。该二进制符号串输入到一个CABAC编码单元133，所述CABAC编码单元133给该输入的二进制符号应用二进制符号算术编码，并将编码结果作为一个比特流输出到存储缓冲器107。一个上下文操作单元132基于输入到二进制化单元131中的符号信息和从二进制化单元131输出的二进制符号来计算上下文，并将该上下文输入到CABAC编码单元133中。上下文操作单元132的一个上下文存储器组135存储在编码过程中当情况发生时更新的上下文，以及用于重置的上下文的初始状态。
然后，在图12中示出了逆编码单元106中的CAVLC系统。如图12所示，从量化单元105、运动预测/补偿单元111输入的模式信息、运动信息、和量化的变换系数信息作为多值符号被输入到CAVLC编码单元140中。类似于传统MPEG所采用的可变长度编码方法，该CAVLC编码单元140给所述输入的多值符号应用一个可变长度编码表，并输出一个比特流。上下文存储单元141存储已经在CAVLC编码单元140中编码的信息，例如，已被处理块中以及正被处理块中非零系数的数量，前一次编码的系数值，等等。所述CAVLC编码单元140能够根据来自上下文存储单元141的信息，改变应用于符号的可变长度编码表。应该注意到所述上下文存储单元141还存储用于重置的上下文的初始状态。所述输出比特流被输入到存储缓冲器107中。
同理，将详细描述符合JVT的逆解码单元122。与逆编码单元106相类似，符合JVT的所述逆解码单元122给输入比特流应用CABAC和CAVLC中的一种逆解码，如图13所示。通过读取嵌入到输入比特流报头信息中的CABAC/CAVLC选择信息，可应用CABAC和CAVLC之一。
图14示出了逆解码单元122中的所述CABAC系统。在图14中，一个CABAC解码单元161给从所述存储缓冲器121输入的比特流应用二进制符号算术解码，并输出所述结果为二进制符号串。输入该二进制符号串到一个逆二进制化单元163中，该逆二进制化单元163根据预定的规则将二进制符号串转换成多值符号。从逆二进制化单元163输出的所述多值符号从所述逆二进制化单元163输出到去量化单元123和运动预测/补偿单元128，以作为模式信息、运动矢量、和量化的系数信息。一个上下文操作单元162基于输入到逆二进制化单元163中的二进制符号串和从逆二进制化单元163输出的多值符号来计算上下文，并输入该上下文到CABAC解码单元161。上下文操作单元162的一个上下文存储器组165存储在解码过程中当发生情况时更新的上下文，以及用于重置的上下文的初始状态。
接下来，在图15中示出了逆解码单元122中的CAVLC系统。如图15所示，来自所述存储缓冲器121的一个输入比特流被输入到CAVLC解码单元170中。类似于传统的MPEG所采用的可变长度解码方法，所述CAVLC解码单元170为所述输入比特流采用一个可变长度解码表，并输出模式信息、运动信息、和量化的变换系数信息。这些输出信息输入到所述去量化单元123和运动预测/补偿单元128中。一个上下文存储单元171存储已经在CAVLC解码单元170中解码的信息，例如，已被处理块以及正被处理块中非零系数的数量，正好在此次之前解码的系数值，等等。所述CAVLC解码单元170能够根据来自上下文存储单元171的信息，改变应用于这些符号的可变长度解码表。应该注意到所述上下文存储单元171还存储用于重置的上下文的初始状态。
对于图11和图14中所示的CABAC的具体操作，在最终的委员会草案ISO/IEO 14496-10：2002(9.2节)中记录了有关CABAC的说明，其中公开的全部内容在此包含引作参考。
发明内容
本发明申请人已经意识到了在现有编码和解码系统中所存在的一定缺陷，并且可在其中作出改进，正如现在所讨论的。
当在视频信息编码设备100中编码1个图像时，甚至是考虑将1个图像、片、宏块和块中任一作为一个编码单元时，包括在编码单元中、将被输入到图11中二进制化单元131的符号数量不是固定的，这是因为它取决于将被输入的视频信号和编码条件。
另外，将被输出的用于输入到所述二进制化单元131中的一个符号的二进制数据串的长度不固定，如在JVT FCD的9.2节中所描述的。例如，从JVT FCD的9.2.1.5节中的表9-20清楚可见，用于I片中mb_type1符号的二进制数据串的长度最小是1(在Intra_4×4时)，并且最大是6。所以，响应于一个符号从二进制化单元131输出的二进制数据的长度也是不固定的。
由于上述原因，响应于一个包括在编码单元中的、输入视频信号的符号从二进制化单元131输出的二进制数据段的数量是不固定的，所以，由于输入数据和编码条件，有可能从二进制化单元131输出大量的二进制数据。
从二进制化单元131输出的所述二进制数据输入到CABAC编码单元133中。但是，由于CABAC编码单元133实际上需要长于一个时钟的处理时间来处理一段输入二进制数据，因此如果大量的二进制数据段输入到CABAC编码单元133中，那么也相应地需要大量的处理时间。另外，如上所述，由于输入到CABAC编码单元133中的二进制数据段的数量不固定，不能够估计用于处理的最长时间。
所以，在视频信息编码设备100应该具有实时处理和固定处理速度保证的情况下，如果大量的二进制数据段输入到所述CABAC编码单元133或二进制数据段的数量不固定，那么它将不能够具有这样的保证。
另外，响应于根据一个符号从二进制化单元131输出的一个二进制数据串而从CABAC编码单元133输出的比特长度是不固定的。这是因为CABAC根据输入二进制数据的出现概率来控制输出的比特长度。结果，输入到CABAC编码单元133中的一段二进制数据可以是1比特或更少比特的比特流数据，或几个比特的比特流数据，这取决于它的出现概率。
由于所述CABAC编码单元133实际上需要长于一个时钟周期的处理时间来处理将被输出的一个比特数据段，如果从所述CABAC编码单元133输出大量的比特数据段，则需要长的处理时间，相应地，因此所安装的编码单元需要长的处理时间。另外，如上所述，由于从CABAC编码单元133输出的比特数据段的数量不固定，因此难以固定用于处理的最长时间。
所以，在视频信息编码设备100应该具有实时处理和固定处理时间保证的情况下，如果从CABAC编码单元133中输出大量的比特数据段或比特数据段的数量不固定，那么它将不能够具有这样的保证。
输入到CABAC编码单元133/从其输出的二进制数据或比特数据段的数量在编码单元诸如一个图像、图像的一个片、一个宏块、或一个块不固定并可能变大的事实防止了编码单元中固定处理时间的保证。
而且，当在视频信息解码设备120中解码1个图像时，甚至是考虑将1个图像、片、宏块、和块作为解码单元，包括在编码单元中、输入到CABAC解码单元161中的比特流中的比特数量是不固定的，这是因为所述数量取决于输入比特流。
由于所述CABAC解码单元161需要一个长于一个时钟周期的处理时间来处理一段输入比特数据，如果大量的比特数据段输入到该CABAC解码单元161中，则相应地需要长的处理时间。另外，如上所述，由于输入到CABAC解码单元161中的比特数据段的数量不固定，不能够估计最慢的处理速度。
所以，在视频信息解码设备120应该具有实时处理和固定处理时间保证的情况下，如果大量的比特数据段输入到所述CABAC解码设备161或比特数据段的数量不固定，那么它将不能够具有这样的保证。特别是，与所述视频信息编码设备100相比，在该视频信息解码设备120中，非常需要实时解码和显示视频信息。所以，不能够保证实时处理的事实是一个问题。
因此，本发明的一个目的是解决上述问题。在本发明中，考虑到上述问题，将要输入到CABAC编码单元和解码单元中/从CABAC编码单元和解码单元输出的数据量在一个编码单元诸如一个图像、一片、一个宏块或块中是有限的，并给视频信息编码设备和解码设备、及其比特流应用这种限制的机制。
而且，在本发明中，考虑到上述问题，编码未压缩的视频数据以及给视频信息编码设备和解码设备、及其比特流应用这种编码的机制。
再进一步，在本发明中，考虑到上述问题，对CAVLC与CABAC应用相同的方法。
通过限制要输入到上述CABAC编码单元和解码单元中/从上述单元输出的数据量以及编码未压缩数据，视频信息编码设备和解码设备能够具有固定处理时间的保证，并且能够实现一种具有处理时间保证的设备。另外，在CAVLC与CABAC中能够获得相似的效果。
附图说明
当结合以下附图时，将容易获得对本发明更为完整的理解以及本发明所附带的许多优点，通过参考附图详细的描述上述的理解和优点将变得更加显而易见，其中：
图1示出了本发明的视频信息编码设备结构的一个实例；
图2示出了本发明的视频信息编码设备结构的一个实例；
图3示出了本发明的视频信息编码设备结构的一个实例；
图4示出了本发明的视频信息编码设备结构的一个实例；
图5示出了本发明的视频信息编码设备结构的一个实例；
图6示出了本发明的视频信息解码设备结构的一个实例；
图7示出了本发明的宏块处理单元结构的一个实例；
图8示出了背景技术中视频信息编码设备结构的一个实例；
图9示出了背景技术中视频信息解码设备结构的一个实例；
图10示出了在背景JVT中可变长度编码单元结构的一个实例；
图11示出了在背景JVT中CABAC编码单元结构的一个实例；
图12示出了在背景JVT中CAVLC编码单元结构的一个实例；
图13示出了在背景JVT中可变长度解码单元结构的一个实例；
图14示出了在背景JVT中CABAC解码单元结构的一个实例；和
图15示出了在背景JVT中CAVLC解码单元结构的一个实例。
具体实施方式
下文将参考附图说明本发明的实施例，其中在全文中相同的附图标记表示相同或相似的单元。
图1示出了本发明的视频编码设备10的一个实施例。在图1的设备10中，输入将被编码的视频信号，并输出一个编码的比特流。所述设备10由一个输入缓冲器11、变换处理部件12、一个CABAC处理部件13、限制控制单元14、以及一个输出缓冲器15所构成。所述输入缓冲器11将输入视频分割成宏块并输出一个宏块，当在后一级完成该宏块的处理时，输出下一个宏块。所述变换处理部件12处理一个输入宏块图像，并向所述CABAC处理部件13输出报头信息和量化的系数信息。具体而言，参数设置单元16设置报头信息诸如一个宏块的模式信息和运动矢量信息，和量化参数，并输出所述值(符号)给一个预测单元17、一个DCT单元18、一个量化单元19、以及所述CABAC处理部件13。所述参数设置单元16能够设置并输出一片和一个图像的报头信息，以及一个宏块的报头信息，这些信息一起被称之为报头信息。而且，通过参考来自所述参数设置单元16的输入信号，所述预测单元17中的运动补偿、所述DCT单元18中的DCT变换、以及所述量化单元19中的量化处理被应用于来自它们前级的输入信号。
在所述CABAC处理部件13中，报头信息和量化的系数信息作为符号数据输入，经受算术编码并输出为比特数据。尤其是，通过二进制化单元20将输入符号数据转换成二进制数据串，并且根据来自上下文操作单元21的上下文信息，通过CABAC编码单元22熵编码所述二进制数据。所述上下文操作单元21根据输入到所述二进制化单元20中的符号数据和从二进制化单元20输出的二进制数据来更新上下文，并且还向所述CABAC编码单元22输出所述上下文信息。
限制控制单元14具有第一计数器，用于计数输入到CABAC编码单元22中的二进制数据段的数量，并具有第二计数器(比特计数器25)，用于计数输出比特数据段的数量。每当一个二进制数据输入到CABAC编码单元22中时，所述限制控制单元14就将所述第一计数器增加1，并且每当一个比特数据从CABAC编码单元22输出时，就将所述第二计数器增加1。每当宏块开头的处理开始时，这些计数器重置成0。从而，能够计数输入到CABAC编码单元22中的数据段数量和从CABAC编码单元22输出的数据段数量。
当这些计数器中的一个或两个显示一个数量超出了预先设置的阈值时，所述限制控制单元14向输出缓冲器15、上下文操作单元21、和参数设置单元16输出一个信号(以下称为“重新编码信号”)，该信号指示将被编码的数据是无效的。接收到所述重新编码信号的所述参数设置单元16重置一个编码参数，以便不超出所述阈值，并对将被编码的宏块数据执行重新编码处理。另外，所述上下文操作单元21具有一个上下文存储器组23，该上下文存储器组23存储在编码过程中根据需要而更新的上下文，和用于重置的上下文的初始状态，如在图11中所示的作为背景技术的上下文存储器组135，而且还能够存储正好在宏块的数据处理之前上下文的状态。所以，接收到一个重新编码信号的所述上下文操作单元21将正在存储的上下文状态重写为新添加存储器中所存储的上下文值，从而有可能恢复恰好在根据将被编码的宏块数据执行所述更新之前的上下文的状态。另外，接收到该重新编码信号的输出缓冲器15删除将被编码和内部存储的宏块的全部比特数据，并等待利用新的编码参数而编码的宏块数据的输入。另外，当完成目标宏块的所述编码处理时，如果限制控制单元14的任何计数器没有显示出一个值超出了预先设置的阈值，则能够将输出缓冲器15中目标宏块的所述比特数据输出为比特流。
在图1的上述设备10中，在宏块的开始处重置限制控制单元14的计数器意味着，在一个宏块的基础上监控并限制将输入到CABAC编码单元22中的二进制数据段的数量和将输出的比特数据段的数量，并通过在宏块中在一个块的基础上设置用于这种重置的定时，能够在一个块的基础上监控和限制数据段的数量。同理，通过在一片的基础上执行重置，能够在一片的基础上监控和限制数据段的数量，并且通过在一个图像的基础上执行重置，能够在一个图像的基础上监控和限制数据段的数量。当改变用于管理和限制数据段数量的一个单元时，所述上下文操作单元21的上下文存储器组23同时存储恰好在改变之前在编码单元中的一个上下文值，所以，恰好在改变之前该编码单元中的状态被恢复为上下文的状态。另外，还每个编码单元地删除输出缓冲器15中的比特数据。
而且，还能够执行恢复到存储在上下文存储器组23中的预定初始值，而不是恢复到存储在所述上下文存储器组23中的编码单元中的恰好在改变之前上下文值。
在图1的上述设备10中，尽管所述限制控制单元14具有两个计数器，但是能够独立地将在这些计数器中设置的阈值设置成各种值，只监控这两个计数器中一个计数器的数据计数并且能够忽略另一个计数器的数据计数，或者所述限制控制单元14能够被构造成没有计数器。
在该设备10中，对于一个时间宏块处理来说，能够限制输入到CABAC编码单元中/从CABAC编码单元输出的数据的最大量，这允许满意地使用宏块的一个时间处理的所需时间。另外，能够输出要在要求的处理时间内被解码的比特流。
现在，为了下文的描述，图7示出了一个单元、一个宏块处理单元，表示图1的变换处理部件12和CABAC处理部件13。以下所述的宏块处理单元执行与一个单元相同的处理，其中图1的变换处理单元12和CABAC处理单元13是并联的。
在图1所示的设备10中，每当所述限制控制单元14输出一个重新编码信号时所述变换处理部件12必须设置一个新的编码参数，并且编码一个目标宏块，进而，由于通过重置参数所获得的数据，所述限制控制单元14的计数器可能重复地超出一个阈值。在这种情况下，将对一个宏块连续地执行编码处理若干次，这将花费长的时间来编码一个图像。
作为本发明的视频编码设备的另一个实施例，在图2中示出了一个利用不同参数并行编码目标宏块的实例作为第二实施例。
在图2的设备30中，类似于图1的所述设备10，输入将被编码的视频信号并输出一个编码的比特流。图2的所述设备30由一个输入缓冲器31、能够在N级利用N个不同的编码参数执行并行编码处理的宏块处理单元32-1到32-N、相应的输出缓冲器33-1到33-N、限制控制/路由选择单元34和一个转换开关35所构成。
在图2的设备30中，为将被编码的一个宏块设置N个不同的编码参数，通过所述宏块处理单元32-1到32-N并行地执行利用这些编码参数的编码处理，以及在所述输出缓冲器33-1到33-N中存储其编码输出。
所述限制控制/路由选择单元34具有两个输入/输出数据计数器(比特计数器36)，用于对应于宏块处理单元32-1到32-N的所述CABAC编码单元，选择一个使其计数器不超出一个阈值的因而是N个并行路由中最为有效的编码路由，并选择一条用于从转换开关35输出的线路。
图2中设备30的详细操作以及编码单元的变化与图1中的设备10相同。
在该设备30中，在编码的时候能够限制将被输入到CABAC编码器中/从CABAC编码器输出的数据的最大量，从而能够满意地使用所要求的编码处理时间。另外，能够输出可在要求的处理时间内解码的比特流。
接下来，图3示出了本发明的视频编码设备的另一个实施例。在该实施例中，除了图1的所述的实施例以外，还提供了一个用于未压缩的编码数据的路由，即用于编码一个输入宏块的未压缩的原始数据。
图3的设备40和图1的设备10之间的不同之处在于，宏块视频数据不仅输入到一个宏块处理单元41中，而且还输入到一个未压缩编码单元43。所述未压缩编码单元43向所述输出缓冲器B44输出输入视频信息的数据，该视频信息数据不经受变换处理和熵编码，即为原始数据。类似于图1的限制控制单元14，一个限制控制/路由选择单元45使用所述比特计数器49来管理将输入到CABAC编码器/从CABAC编码器输出的数据量，如果被监控的数据超出一个阈值，所述转换开关46则选择来自所述输出缓冲器B44的一个输入用于输出。如果所述数据没有超出一个阈值，则能够选择输出缓冲器A42或输出缓冲器B44的一个输出。
在所述限制控制/路由选择单元45选择输出缓冲器B44即原始数据的情况下，则通知所述宏块处理单元41的上下文操作单元该情形，并通过使用存储在上下文存储器组中的恰好在处理所述宏块之前的所述上下文值，为上下文操作单元的上下文值恢复恰好在处理所述宏块之前的状态，其中所述宏块被作为原始数据处理。
而且，在将所述宏块作为原始数据处理时恢复上下文中，也能够恢复预定的初始状态。
指示是否已经将宏块作为原始数据编码的数据嵌入到将输出的比特流的报头信息中。
在已编码原始数据的情况下，所述CABAC编码单元在输出原始数据作为比特流之前执行终端处理。
另外，未压缩编码单元43并不局限于输出原始数据的未压缩编码单元，而且它还能够是另一种类型的压缩单元诸如DPCM编码单元。
图3中设备40的其他操作和编码单元的变型与图1中的设备10相同。
在该设备40中，能够限制在编码的过程中将被输入到CABAC编码器中/从CABAC编码器输出的数据的最大量，从而能够满意地使用所要求的编码处理时间。另外，能够输出可在要求的处理时间内解码的比特流。
接下来，图4示出了作为本发明的视频编码设备的另一个实施例的设备50。在该实施例中，除了图2的设备30以外，还提供了一个用于将解压缩和编码的数据的路由，即它用于解压缩和编码输入宏块的原始数据。
由于图4设备与图2设备的共有单元的操作与图1的设备几乎相同，因此将仅描述不同的操作。在本实施例中，宏块视频数据不仅输入到宏块处理单元51-1到51-N中，而且还输入到未压缩编码单元58中。所述未压缩编码单元58向一个输出缓冲器B59输出输入视频信息的数据，该视频信息数据不经受变换处理和熵编码，即它为原始数据。一个限制控制/路由选择单元53监控一个比特计数器55，如图2的限制控制/路由选择单元34，如果用于全部路由1-N的比特计数器(2个中的任何一个)超出了预先设置的阈值，信号选择单元54则选择并输出一个来自所述输出缓冲器B59的输入。如果所述比特计数器55不超出所述阈值，则所述信号选择单元54能够选择来自所述输出缓冲器A52-1至A52-N和所述输出缓冲器B59的任何输出。
而且，如果所述信号选择单元54选择来自输出缓冲器B59的原始数据，则将存储在上下文存储器组中的恰好在处理宏块之前的上下文状态恢复作为宏块处理单元51-1到51-N的上下文操作单元的上下文状态。应该注意到在该恢复中能够恢复一个预定的初始值，如对图1的设备10进行的描述。
当所述信号选择单元54从输出缓冲器A52-1到A52-N中选择一个输出缓冲器A52-1，相反不是选择来自输出缓冲器的原始数据时，将宏块处理单元51-1的上下文操作单元的上下文状态复制到其他宏块处理单元51-1到51-N的上下文操作单元。这是因为各上下文操作单元的上下文的全部状态对于下一宏块的编码开始的时间来说都应该是相同的。应该注意到未压缩编码单元58并不局限于输出原始数据的未压缩处理单元，而是还能够是其他类型的压缩单元诸如DPCM编码单元。
图4中设备50的其他详细操作以及编码单元的变型与图1中的设备10相同。
在该设备50中，在编码的过程中能够限制将被输入到CABAC编码器中/从CABAC编码器输出的数据的最大量，从而能够满意地使用所要求的编码处理时间。另外，能够输出可在要求的处理时间内解码的比特流。
接下来，图5示出了使用CAVLC而不使用CABAC的一个设备60，如图8的所述逆编码单元106。该设备60具有一个CAVLC处理单元63，以代替图1中设备10的CABAC处理单元13，除了所述CAVLC处理单元63和限制控制单元64以外，它执行相同的操作。所以，在本部分内容中只描述CAVLC处理单元63和限制控制单元64的操作。
在CAVLC处理单元63中，类似于传统的MPEG2，利用一个可变长度表对作为符号数据输入的报头信息和量化的系数信息进行可变长度编码，并将其输出为比特数据。所述CAVLC处理单元63由为图12中背景技术所描述的CAVLC编码单元和上下文存储单元构成，除了存储CAVLC编码单元所编码的信息，例如，在不仅正被处理而且已被处理的每个块中的非零系数的数量，以及正好在此次之前编码的系数值，如在背景技术的存储单元中，本发明的CAVLC处理单元63还能够存储恰好在编码一个宏块之前的上下文状态，以便当一个重新编码信号到达时，恢复恰好在编码所述宏块之前的所述状态。所述CAVLC编码单元能够根据来自该上下文存储单元的信息，改变将应用于一个符号的可变长度编码表。注意，所述上下文存储单元存储用于重置的上下文的初始状态。
所述限制控制单元64具有一个计数器(比特计数器75)，所述计数器用于计数从CAVLC处理单元63输出的比特数据段的数量，并且每当所述CAVLC处理单元63输出比特数据时将该计数器增加1。当宏块开头的处理开始时，该计数器重置成零。所以，对于每个宏块来说，能够计数来自该CAVLC处理单元63的输出数据段的数量。
如果该计数器75超出了预定的阈值，所述限制控制单元64则向一个输出缓冲器65和参数设置单元66输出一个信号(下文称之为“重新编码信号”)，以指示将被编码的数据无效。接收到该重新编码信号的参数设置单元66重置一个编码参数以不超出所述阈值，并对将被编码的宏块数据执行重新编码。另外，接收到所述重新编码信号的所述输出缓冲器65删除正存储到其中的将被编码宏块的全部比特数据，并等待输入利用一个新的编码参数编码的宏块数据。
图5中设备60的其他详细操作和编码单元的变型与图1中的设备10相同。
在该设备60中，能够为一个时间宏块处理限制将从所述CAVAL编码单元输出的数据的最大量，从而能够满意地使用所要求的宏块处理时间。另外，能够输出可在要求的处理时间内解码的比特流。
而且，不仅在图1的设备中而且在图2到图4的设备中，能够使用所述CAVLC处理单元来代替CABAC处理单元，并且它的操作与本实施例中现在描述的内容相同。但是，如果将一个宏块作为原始数据进行编码，则所述CAVLC处理单元不具有用于所述宏块的上下文，从而应该定义一种在编码原始数据时更新上下文的方法。如果一个编码设备和一个解码设备相互同步，则能够应用各种类型的方法。例如，能够将存在于作为原始数据编码的一个宏块的各块中的非零系数的数量取为15。在该设备中，在编码过程中能够限制从所述CAVLC编码单元输出数据的最大量，从而能够满意地使用所要求的编码处理时间。另外，能够输出可在要求的处理时间内解码的比特流。
接下来，图6示出了对应于图1到图4所示设备的本发明的视频信息解码设备的一个设备80。应该注意到图1和图2的设备不具有未压缩编码单元和用于所述单元的路由，从而图6的该设备80不选择一个到未压缩解码单元88的路由。在这种情形非常清楚的情况下，可以不提供未压缩解码单元88和用于所述单元的路由。
在图6的设备80中，输入要解码的比特流以及输出解码的视频信号。图6的所述设备80由路由选择单元81、85，一个编码方法判断单元84，一个逆变换处理单元83，一个CABAC处理单元82，一个限制控制单元86和未压缩解码单元88所构成。
首先，当每个宏块的处理开始时，所述路由选择单元81、85选择CABAC处理单元82的一个路由。在解码来自输入比特流的宏块之前，所述CABAC处理单元82解码嵌入到比特流中的一个符号，该符号指示该宏块是否是原始数据；如果所述编码方法判断单元84判断所述宏块是原始数据，那么路由选择单元81、85选择未压缩解码单元88的一个路由，以将来自所述未压缩解码单元88的输出作为一个视频信号而输出。同时，所述未压缩解码单元88通过固定长度解码获得视频数据。如果选择该未压缩编码单元88，并且如果它与编码设备一侧的所述CABAC处理单元的操作同步，则可以不改变CABAC处理单元82的上下文操作单元92中上下文的状态，可以利用一个预定值初始化上述状态，或者利用另一种原则改变所述状态。另外，此时，设置用于解码以后要解码的同一图像中的一个宏块的预测器为一预定值。例如，设置未压缩解码宏块的运动矢量为0，设置宏块类型为图像内部编码。如果它与编码设备侧合成，该预测器值可以具有任意值。
如果编码方法判断单元84选择通过CABAC处理单元82来处理该宏块数据，则将输入比特流连续输入到所述CABAC处理单元82中。
所述CABAC处理单元82解码并输出来自输入比特流的报头信息和量化的系数信息为符号数据。具体而言，根据来自上下文操作单元92的上下文信息，通过所述CABAC解码单元90熵解码该输入比特流，并通过逆二进制化单元91将输出的二进制符号串转换成符号数据。所述上下文操作单元92根据输入到逆二进制化单元91中的二进制数据和从逆二进制化单元91输出的符号数据更新上下文，并向CABAC解码单元90输出上下文信息。所述CABAC处理单元88的操作符合在背景技术中所注释的JVT FCD 9.2节中的描述。
逆变换处理单元83对输入的报头信息和量化的系数信息执行去量化、逆DCT、以及运动补偿，以解码和输出视频信号。
限制控制单元86具有第一计数器，用于计数要输入到CABAC解码单元90中的比特数据段的数量，并具有第二计数器(比特计数器93)，用于计数输出二进制数据段的数量，每当一个比特数据输入到CABAC解码单元90中时，将所述第一计数器增加1，并且每当从CABAC解码单元90输出二进制数据时，将所述第二计数器增加1。当宏块开头的处理开始时，这些计数器被重置成0。从而，能够计数输入到CABAC解码单元90中的每个宏块输入数据段的数量和从CABAC解码单元90输出的每个宏块输出数据段的数量。
如果这些计数器的任何一个超出了一个预先设置的阈值，所述限制控制单元86执行差错处理。该差错处理能够停止解码处理一次并且在一个片报头或图像报头到达之后再次开始解码处理，或者能够只发出警告并保持解码处理继续进行。另外，不进行差错处理也能够保持所述解码处理。
在该设备80中，能够控制在解码过程中输入到CABAC解码单元90中/从该单元输出的数据量，从而即使输入或输出了超出最大数据量的数据量，也能够执行差错处理等等以满意地使用所要求的解码处理时间。
另外，限制控制单元86不必安装在设备80中。在这种情况下，在所述CABAC编码单元90中不监控输入和输出数据的量。
而且，尽管设备80示出了在将CABAC用作熵解码的情况下本发明的视频信息解码设备的一个实施例，能够代替CABAC处理单元而使用所述CAVLC处理单元，如在视频编码设备的实施例中所示。正如在编码设备的实施例中所示，由于上述设备非常相似，因此将省略对其实际处理的描述。注意，类似于所述编码设备，前面定义了一种在CAVLC中当宏块作为原始数据编码时更新上下文的方法。
接下来，将示出根据本发明编码的比特流的一个实施例。如上所述，在本发明中能够编码在比特流中压缩的数据和原始数据。所以，添加指示宏块是否已经作为原始数据被编码的报头信息，其后跟随有原始数据或压缩的比特数据。指示宏块是否已经作为原始数据被编码的该信息是不同的，这取决于宏块的类型，该类型是宏块的报头信息之一。相反，本发明的比特流能够包括以不同编码方法处理的宏块。
而且，本说明书示出了将规定应用于宏块的编码方法的信息作为所述宏块的报头信息添加的情况。如果在一个片报头或一个图像报头中添加这种规定信息，则能够混合编码方法以及在一片或一个图像的基础上规定所述编码方法。
如果利用CABAC编码报头信息(例如，宏块类型)，以及编码所述原始数据(即，固定长度的比特串)，那么在编码该原始数据之前，在本发明的比特流中插入经受CABAC的终端处理的比特。
而且，在通过CABAC编码比特流的情况下，所述比特流由不使任何用于CABAC编码单元和解码单元的输入和输出的比特计数器超出一个预先设置阈值的数据所构成。另外，在编码所述比特流的情况下，该比特流由不使任何用于CAVLC编码单元输出和解码单元输入的比特计数器超出一个预先设置阈值的数据所构成。结果，利用本发明的比特流，视频信息编码设备和视频信息解码设备具有固定解码处理时间的保证。
通过限制要输入到CABAC编码单元和解码单元/从该单元输出的数据量，并通过编码未压缩的数据，视频信息编码设备和解码设备具有固定处理时间的保证，因此使得可以实现一种具有处理时间保证的设备。另外，在代替CABAC使用CAVLC的情况下也能够获得相同的效果。

Claims (12)

1.一种用于编码输入图像数据的编码设备，包括：
转换单元，用于将输入图像分割成块并转换所述块；以及
编码单元，用于通过编码已转换的块并在首部添加指示已编码的块的信息的块类型而生成比特流，并输出该比特流，
其中，当所述比特流的量高于比特流的预定量时，该编码单元用所述输入图像数据的块代替所述比特流的块，并在该比特流的首部信息中添加指示未压缩编码的块类型。
2.根据权利要求1的编码设备，其中，该编码单元执行算术编码处理或可变长度编码处理。
3.根据权利要求1的编码设备，其中，所述块类型指示宏块类型。
4.一种用于解码包含首部信息的比特流的解码设备，包括：
解码单元，用于通过包含在该首部信息中的块类型来解码所述比特流；以及
转换单元，用于转换由解码单元输出的解码数据，
其中，当所述块类型指示未压缩编码时，该解码单元不执行所述解码处理。
5.根据权利要求4的解码设备，其中，该解码单元执行算术解码处理或可变长度解码处理。
6.根据权利要求4的解码设备，其中，所述块类型指示宏块类型。
7.一种用于编码输入图像数据的编码方法，包括：
转换步骤，用于将输入图像分割成块并转换所述块；以及
编码步骤，用于通过编码已转换的块并在首部添加指示已编码的块的信息的块类型而生成比特流，并输出该比特流，
其中，当所述比特流的量高于比特流的预定量时，该编码步骤用所述输入图像数据的块代替所述比特流的块，并在该比特流的首部信息中添加指示未压缩编码的块类型。
8.根据权利要求7的编码方法，其中，该编码步骤执行算术编码处理或可变长度编码处理。
9.根据权利要求7的编码方法，其中，所述块类型指示宏块类型。
10.一种用于解码包含首部信息的比特流的解码方法，包括：
解码步骤，用于通过包含在该首部信息中的块类型来解码所述比特流；以及
转换步骤，用于转换由解码步骤输出的解码数据，
其中，当所述块类型指示未压缩编码时，该解码步骤不执行所述解码处理。
11.根据权利要求10的解码方法，其中，该解码步骤执行算术解码处理或可变长度解码处理。
12.根据权利要求10的解码方法，其中，所述块类型指示宏块类型。
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