CN1373968A - 利用子波的视频压缩方案 - Google Patents

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Abstract

表示视频数据的数据元素最好被逻辑地划分为多个块。以逐位的方式查看每个块以判定是否该块的数据元素可以以高度紧密的形式表示。如果一个给定的块不能以这种方式表示,则将其细分为多个具有更小尺寸的块。这种识别合适的块和细分的处理被递归地重复直到达到最小的块尺寸。通过使用多个升序表(206)可以获得同样的结果,这些表是通过重复地形成缩小的数据元素的表而构建的。这多个升序表被遍历,并且基于缩小的数据元素,识别能够接受高度紧密形式的数据块。子波变换(204)最好被用于提供要压缩的视频数据。

Description

利用子波的视频压缩方案
                          技术领域
本发明涉及视频压缩装置和方法，特别涉及用于以数字格式大幅度压缩视频图像信息而不大幅度降低图像品质并同时提供实际恒定的数据输出率的一种装置和方法。
                          背景技术
视频图像由多个一般称为像素的独立图像元素构成，视频图像的像素是微小的彩色和/或黑白点，它们紧密地位于电子显示器上以便当从远处观看像素集合时它们实际难以区分而是显现为一幅图像。例如，高分辨率NTSC(全国电视系统委员会)帧由成千上万的像素构成。形成一个NTSC视频帧的像素可以由二进制数据值来表示，这些二进制数据值以数字形式规定了图像的亮度(luma)(Y)、红色度(Cr)和蓝色度(Cb)的含量。高分辨率NTSC视频帧对于这样的图像的亮度含量一般包括720×480字节的数字数据。每个NTSC帧的红色度和蓝色度含量包含360×480字节的数据。以30帧/每秒(fps)的帧频无线发送的实时NTSC视频信号要求大量(约166兆比特/秒)的数据在发射机和接收机之间传输。
众所周知，最好压缩视频数据以便使发送视频数据所需要的带宽最小。这一般通过处理具有极少或没有被传输的一幅或多幅图像的可感知内容的数据来实现。有一类用于压缩视频数据的方法包含使用子波变换。例如，授予Shapiro的美国专利第5,315,670、5,412,741、5,321,776、5,315,670和5,563,960号说明了基于子波变换的视频压缩的各种技术。简而言之，表现为子波系数的视频数据的子波变换提供了用于基于从视频像素信息向保持频率和空间特性的子波域的变换而编码和解码视频图像的方法。另外，Shapiro认识到提供了嵌入流作为输出的压缩方案的益处。嵌入流在流的开始处包含所有的低数据率。即，在压缩方案压缩数据时，首先输出包含最主要和最重要信息内容的数据。在压缩继续时，另外的信息内容被添加到输出流，进一步优化了被压缩的视频数据的整体品质。这使得当达到用于输出流的任何目标数据率的时候压缩编码器停止编码，因此使得可以得到恒定的输出数据率。类似地，解压缩输出流的压缩解码器可以在任何点停止解码，导致产生具有本应以被截短的流的数据率产生的品质的一幅图像。嵌入流的这些性质可以简化整个系统设计。
虽然Shapiro(见上)等已经公开了用于压缩视频数据的子波变换技术，许多这些现有技术未着重于视频传输速度。而是，许多现有技术着重于再现的精确性，并且所有的这些现有技术因计算复杂而要求大量的处理能力。作为结果，这些现有技术压缩方案一般不适用于用在消费品上，消费品的成本必须尽可能地低。能够经济地用在消费方面的计算效率高的视频压缩技术将是对现有技术的一个改进。而且，这样的技术应当提供嵌入流的输出。
                          发明内容
一般来说，本发明提供了一种计算简单的技术，用于提供压缩的视频数据作为嵌入流。这是通过分级地识别可以逻辑地减小到高度紧密的(highlycompact)表示形式的数据块来实现的。在本发明的一个实施例中，数据元素被逻辑地分到块中。每个块以按位的方式被检查以判定是否该块的数据元素可以以高度紧密的形式来表示。如果肯定，那么在给定的位位置输出整个块的单比特表示。如果给定块不可以以这种方式表示，则将其再分为更小尺寸的块。这一识别合适的块和再分的处理根据需要递归地重复直到达到最小的块尺寸。
在本发明的另一个实施例中，经由通过重复对来自低级的表的单独的数据元素进行逻辑“或”运算而形成缩小的数据元素的表来构建多个升序表。以这种方式，连续的高级的表是大数据元素块的表示。递归地从最高级的表递减并以按位的方式，遍历多个升序表；基于缩小的数据元素，可以接受高度紧密形式的数据块被识别。
本发明有益地利用了子波变换来提供可以按照本发明有利地压缩的视频数据。在初始像素调整后，计算子波系数并将其表示为多位二进制值。在本发明的一个实施例中，子波系数被表示为符号量值形式。子波系数被存储在两维的矩阵中并由它们表示的图像的频率分量来分级地集中在一起。如此处所公开的，子波系数随后被作为输入提供到压缩处理。
与其他现有技术系统形成对比，这里公开的和要求权利的本发明提供了计算效率高的手段，通过它视频数据可以被高度压缩而没有不可接受的图像降级，同时提供了嵌入的输出流的益处。而且，虽然本发明针对其在视频数据上的应用而特别说明，这里教授的原理可以有益地应用到多种形式的数据。
                         附图说明
图1是按照本发明的无线视频传输系统的框图；
图2是按照本发明的用于压缩视频数据的装置的框图；
图3是按照本发明的用于解压视频数据的装置的框图；
图4图解了按照本发明的多级子带分解；
图5图解了按照本发明的数据表示格式；
图6是图解按照本发明的用于提供压缩的视频数据的第一方法的流程图；
图7图解了按照图6的方法分析的示意性视频数据；
图8是图解按照本发明的用于提供解压的视频数据的第一方法的流程图；
图9是图解按照本发明的用于构建升序表的方法的流程图；
图10A-10C图解了按照图9的方法构建的升序表；
图11是图解按照本发明的用于提供压缩的视频数据的第二方法的流程图；
图12是图解按照本发明的用于提供解压缩的视频数据的第二方法的流程图。
                       具体实施方式
本发明可以参照图1-12更全面地说明。
图1示出了包括视频发送机101和视频接收机103的无线视频系统100的框图。视频发送机101包括一个摄像机或其他图像传感器104，它提供代表由图像传感器104捕获的图像——例如由标号102所示的目标——的视频信号106。视频信号106可以包括数字或模拟信号，这是设计的选择问题。在一个优选实施例中，视频信号106包括以每秒30帧产生的NTSC视频信号，但是也可以采用其他的帧频。而且，如果其他视频信号格式能够被转换为基于帧的、基于像素的格式，则可以使用其他视频信号格式。
视频图像传感器104向视频处理器200传输视频信号106，它随后利用下面说明的技术变换和压缩视频信号106。所变换和压缩的信息(被压缩的视频)110被提供给无线发送机112，它将被压缩的视频110调制到无线载波115上以通过天线114发送。所使用的无线载波或调制的具体形式对本发明来说并不重要。也要看到本发明不限定于无线系统。实际上，由载波115和相关的无线发送机112和无线接收机118产生的无线路径可以被有线路径或甚至无线和有线传输元件的组合来替换，如现有技术所公知。
视频接收机103包括检测和解调从天线116接收的无线载波115的无线接收机118。该无线接收机118解调无线载波115并由此产生接收的压缩视频120。接收的压缩视频120被视频解压器300处理以产生接收的视频信号124。所接收的视频信号124随后被用来提供视频图像128用于在诸如电视或计算机监视器的显示器126上显示。所显示的图像128是由摄像传感元件104检测的目标102的的图像的复制品。下面特别参照图2和3进一步详细讨论视频压缩器200和视频解压器300。
图2是图1所示的视频压缩器200的框图。虽然实际上任何适当快的微处理器可以作为视频压缩器200而起作用，本领域的技术人员应当理解大多数数字信号处理器(DSP)在诸如子波变换计算的复杂运算中固有地优于通用微处理器。而且，可以期望利用可编程逻辑阵列或其他类似的硬件实施例来实现视频压缩器200。
最好是YCrCb像素形式的视频信号202被作为输入施加到离散子波变换204块。在一个优选实施例中，视频信号在施加到子波变换204之前被调整(未在图2中示出)。例如，为了减少在视频图像中要处理的数据量，在抗混淆(anti-alias)滤波(被称为抽取的处理)后，视频图像的每隔一个像素被丢弃。在接收机，在重建每隔一个像素时，被丢弃的插入像素通过利用保留的像素内插被丢弃像素的值而重建。一旦在水平和垂直平面上原始图像的像素被抽取，来自保留像素的图像信息内容被划分成亮度、红色度和蓝色度分量，产生不同的三套像素。在这样的实施例中，到子波变换204的输入包括360×240字节的亮度信息和针对所述每个色度图像的180×120字节。
子波变换204针对所有三种信号图像而计算，即，亮度和红色度和蓝色度，导致三套子波系数的计算。离散子波变换的计算在本领域内是一般公知的。在一个优选实施例中，子波变换204执行下面的步骤：
1.视频信号数据被“像素扩展”以提高图像数据的大小以便简化在子波变换过程中发生的数据划分。例如，360×240字节的亮度数据被扩展成384×256字节。
2.每个图像在Y维上通过子波滤波器，分割图像为低通区域和高通区域。
3.这些区域随后在X维上通过子波滤波器，进一步分割这些区域为低通和高通区域，有效地产生四个区域。
4.在X和Y维上被低通滤波的那个区域再次按照(1)至(3)被处理，因此将此区域划分成四个新的区域。
5.此处理被重复直到已经产生6级亮度信息和产生各自5级的红色度和蓝色度信息。当然，对亮度和/或色度信息也可能产生更大或更小的数量的级。
上述子波变换的整体效果是如图4所示的多级子带分解。存储在输入存储区206中的数据包括子波滤波的亮度块404、子波滤波的蓝色度块406和子波滤波的红色度块408。沿着图4的垂直轴和水平轴显示的尺寸仅仅是示意性的，其他的尺寸也可以被使用，这是设计选择的问题。而且，虽然输入存储区206以两维来表示以帮助理解，但是在实际中它包括一个存储在存储器中的表，此为现有技术所公知。每个块404、406、408包括原始图像的各种分量的空间频率内容的多级的子带分解。表示最低频率的子带被存储在每个块的左上角中，表示最高频率的子带被存储在每个块的右下角块中。如现有技术所公知的，给出的图像的大多数信息内容被包含在低频(如平滑过渡区和/或连续颜色区)中，但是高频数据(在目标之间的分界的锐边)有助于在图像中找到的更精细的细节。作为结果，那些存储在低频块中的系数趋向于具有最高的值。例如，在亮度块404最左上角的由标号412表示的子带表示被变换图像的最低频率内容。相反地，在亮度块404最右下角的由标号410表示的子带表示被变换图像的最高频率内容。在本发明中所示的多级子带分解的分级特性被支持使用，因为它对于产生嵌入流很有用。
再次参见图2，子波变换204产生子波系数并如上所述将它们存储在输入存储区206中。一旦存储了子波系数，升序/降序键(ascending/descending key，ADK)压缩器208可以开始压缩处理以便提供被压缩的数据212。在实际中，由收发带有各自功能的控制信号216、218的控制功能214来监控子波变换204和ADK压缩器208处理的排序。在一个优选实施例中，控制功能214保持在逐帧的基础上处理。例如，当子波滤波器204已经完成了视频数据202(一帧)的处理并在输入存储区206中产生了新的子波系数的时候，它通知控制功能214。作为响应，控制功能214通知ADK压缩器208它能够开始处理新存储的子波系数。期望控制功能214也可以向ADK压缩器208提供用于通知ADK压缩器208它应当在逐帧的基础上输出多少数据的帧大小数据，下面将进一步详细说明。一旦ADK压缩器208已经完成了其处理，它通知控制功能214，控制功能214随后通知子波滤波器204它可以开始处理一个新的视频数据帧。
视频压缩器200也包括符号量值转换器210。在实际中，利用最有助于简单的算术运算的数据表示，如二进制反码或二进制补码的数据表示，子波系数被存储在输入存储区206中。然而，在下面的说明中将变得更清楚，当在要压缩的数据中的二进制“1”位的出现数量被最小化的时候，ADK压缩器208运行得最为高效。为此，符号量值转换器210与ADK压缩器208相结合将存储在输入存储区206的数据转换为符号量值格式，如图5所示。图5图解了一个优选数据表示，包括N位量值表示502、符号位504和标记位506。在所示的示例中，N＝14。因为实际的数据被表示为量值，最高有效位将是二进制“0”数字的可能性最大。如现有技术所公知的，符号位504表示是否整个值是正或负。虽然符号位504被示出在最低有效位的位置，符号位504可以占用任何位的位置，这由设计的考虑来决定。同样，标记位506也可以占用任何位的位置，这是设计的选择问题。下面特别参照图6和11更详细地说明标记位506的使用。
图3是图1所示的视频解压器300的框图。虽然实际上任何适当快的微处理器都可以作为视频解压器300来起作用，本领域的技术人员应当理解大多数数字信号处理器(DSP)在诸如反子波变换计算的复杂运算中固有地优于通用微处理器。而且，可以期望利用可编程逻辑阵列或其他类似的硬件实施例来实现视频压缩器300。一般而言，视频解压器300执行与视频解压器200互补的运算以提供原始输入的视频信号的再现。
视频解压器300接收由按照本发明的一个视频压缩器提供的压缩数据302。压缩数据302被发送到ADK解压器304。如下面将详细说明的，ADK解压器304首先再创建符号量值格式的子波系数并将它们存储在输出存储区306中。而且，与符号量值转换器308相结合，ADK解压器304使得接收到的子波系数转换为更适合于在反子波变换处理中使用的数据表示，如二进制补码或二进制反码数据表示。在此结束后，反子波变换310在接收的子波系数上操作以提供未压缩的数据312。用于反子波变换的技术是本领域内公知的。与视频压缩器200的方式类似，视频解压器300包括控制功能314，它收发控制信号316、318以对ADK解压器304和反子波变换310之间的操作排序。即，当ADK解压器304完成解压一帧数据时，它通知控制功能314，作为响应，控制功能314通知反子波变换310它可以开始处理了。当反子波变换310结束其操作时，它通知控制功能314，其随后通知ADK解压器它可以再次提供更为压缩的数据。下面参照图6-12说明ADK压缩器和解压器的各种实施例。
图6是图解用于提供压缩的数据的第一方法的流程图。图6所图解的步骤可以通过上述的视频压缩器200特别是ADK压缩器208来实现。在步骤601，包含多个元素的视频数据被提供作为输入数据。在一个优选实施例中，视频数据包括通过上述的多级子带分解产生的子波系数(针对一个视频帧的亮度、红色度和蓝色度分量的每个)；每个子波系数被作为输入数据的一个分立的元素。当然，输入数据可以包括除了子波系数之外的数据类型。在步骤602，与分量的任何一个相对应的数据元素被作为要分析的初始分量而访问。在一个优选实施例中，亮度分量是初始分量。
在步骤603，记录位位置对于每个Y、Cr和Cb分量被可选地识别。再次参见图5，N位量值数据502可以被认为占用了多个位位置(不包括符号位504和标记位506)。如图5所图解的，数据502包括14个不同的位位置，从最高有效位位置(标为“数据位13”)到最低有效位位置(标为“数据位0”)。在本发明的上下文中，对于给定的分量的记录位的位置是与具有最大量值的元素的最高有效位(即具有二进制“1”值)相对应的位位置。因此，为了确定如亮度数据的记录位的位置，搜索亮度数据以找到最大的量值。假定例如所有亮度数据的最大量值(进一步假设N位的量值，其中N＝14)为“00110111010010”。在此示例中，亮度数据的记录位位置是标为“数据位11”的位位置，如图5箭头标出的“LBP”所示。此处理随后对于红色度和蓝色度将被重复以提供三个记录位位置。虽然这三个记录位位置的值的每个都可以被提供作为输出，在本优选实施例中，这三个记录位位置的最大值随后被提供作为压缩处理的输出。
如下面详细说明的，本发明通过在给定的位位置定位具有二进制“0”值的数据元素的最大的可能块而提供压缩。在给定的位位置的这样的数据块随后被在输出数据流中的单个比特紧密地表示。在数据中给定的位位置找到的二进制“1”值必须被分离地发送。因此，记录位位置表示在要压缩的数据中搜索二进制“1”值的起始点；对于所有的数据元素，我们知道大于记录位位置的在位位置的所有位值由二进制“0”值构成，因此没有必要发送它们。这可以通过示例而更好地理解。
参见图7，图中有一个图解的块704A，包含标为“AAx”的数据元素，其中x可以是“A”、“B”、“C”和“D”。为了简单起见，假设每个数据元素包含一个3位的量值，最高有效位的位置在最左面的位位置(位位置2)，最低有效位的位置在最右面的位位置(位位置0)，其间只有一位(位位置1)。还假设每个数据元素的值如下：“AAA”是“010”、“AAB”是“001”、“AAC”是“011”、“AAD”是“000”。显然，这些数值的最大量值为“011”，此数值的具有二进制“1”值的最高有效位位于位位置1。因此，位位置1被识别为记录位位置。因为更高位位置的所有位(即位位置2)具有二进制“0”值，因而没有必要发送它们。当接收机接收到记录位位置时，它将自动假设，对于所有的数据元素(本例中限于“AAx”元素)，高于记录位的位位置的位值是“0”。在此示例中，对记录位位置的使用消除了发送四位数值的必要。当然，这一相同的思想可以被应用到包含更多位位置的数据表示并因此在可能的情况下提供更大的发送效率。
再次返回图6，在步骤604初始化一个分析位位置。虽然该分析位位置可以被初始化为任何位位置，当记录位位置已经被确定时，分析位位置最好被初始化为记录位位置的值。无论如何，本领域的一般技术人员会认识到，通过将分析位位置初始化为更高有效位的位位置并且在分析过程继续的时候将分析位位置递减到更低有效位位置，便利了嵌入流的产生。而且在步骤604中也示出，一个递归指示符j被初始化为其最大值J。这里说明的递归指示符仅仅被用于图解的目的；本领域的一般技术人员会认识到，对于实现递归步骤存在很多技术。在图6的实现方式中，在任何时间的递归指示符的数值指示目前考虑的大小块，最大值J指示最大的可能块正被考虑，同时逐渐变小的值与逐渐变小的块尺寸相对应。
在步骤605，输入数据(此处是所有的视频数据)被逻辑地再分成多个块。虽然在优选实施例中输入数据被再分成4个相同大小的块，输入数据被逻辑再分的方法是设计选择的问题。例如，再次参见图7，图中示出了已经被分成分离的块702A-D的视频数据700。在所示的示例中，第一块702A包含16个标为“Axy”的数据元素，其中x和y都可以是“A”、“B”、“C”和“D”中的任何一个。类似的规则应用于块702B-D。在步骤606，判定是否有任何块剩余需要处理。此处在图7中图解的示例中，存在多个块剩余需要处理，在步骤607选择下一个可以获得的要处理的块，如第一块702A。
在步骤608，判定是否目前考虑的块有最小的块尺寸。在一个优选实施例中，最小块尺寸对应于12×8块，即包含96个数据元素的块。一旦得到了最小块尺寸，就不再进一步细分块以获得紧密的表示。实际上，最小块尺寸指示可获得的“最深”递归水平，这从下面的讨论中将会明显。如果当前考虑的块不具有最小块尺寸，则处理在步骤612继续。
在步骤612，当前考虑的最小大小的块最好再分为多个M×M不重叠块，其中M＝2。在最小块尺寸是12×8的时候，这将导致24个2×2的块。其他M的值也可以使用，而且进一步可以了解在步骤612建立的块不必是方的。无论如何，在最小大小的块中的每个子块随后被分析。即，对于每个子块，按照下面的步骤确定和处理在每个数据元素的分析位位置的位值：
1)当遇到“0”位值时，输出“0”并到下一个数据元素；
2)当遇到“1”位值时，输出“1”并查验与此数据元素相关的标记位。如果此数据元素的标记位被置1，那么该数据元素的符号位已经被输出并且处理可以在下一个数据元素继续。如果未置1标记位，输出该数据元素的符号位，置1标记位并移到下一个元素。(此处理假设标记位被初始化清零。标记位的极性可以容易地被反转以获得相同的功能，在此情况下该标记位将初始化为1)
此处理被重复直到在各个子块中的每个数据元素的位位置的位值已经被输出。对于给定的数据元素的标记位保证当该数据元素的第一个“1”位值被输出时，对于该元素的符号位被输出，并且它保证该元素的符号位仅仅被发送一次。用来遍历在每个子块中的元素的具体方式是设计选择的问题。图7图解了一个示例。假设第一块702A包含最小的块尺寸。在此情况下，子块704A-D通过“z”方式在子块之间和在子块本身内(由箭头所示)被分析(如上所述)。因此，单独的数据元素的处理将进行如下：“AAA”、“AAB”、“AAC”、“AAD”、“ABA”、“ABB”、“ABC”、“ABD”、“ACA”、“ACB”、“ACC”、“ACD”、“ADA”、“ADB”、“ADC”和“ADD”。当然，也可以容易地采用在子块之间和/或子块内的其他方式。然后，处理在步骤613继续，在此判定是否已经到了当前视频帧的位界限。因为所提供的输出是一个嵌入流(根据递减分析位位置和结构中的元素的遍历顺序)，处理可以在任何点停止，即当达到分配给压缩的视频数据输出的预定数量的位时。如果还未达到位界限，则在步骤606继续在第j级的另外块的处理。
如果在步骤608，所考虑的块不具有最小块尺寸，处理在步骤609继续。在步骤609，判定是否当前块的每个数据元素在分析位位置包含第一位值。(在一个优选实施例中，如图6所示，第一位值是“0”位值，而第二位值是“1”位值)。如果肯定，则在步骤614输出该第一位值(即一个“0”位)，作为在当前考虑的块的分析位位置的所有数据元素的代表。例如，假设在第一块702A内的每个数据元素(即元素“Axy”，其中x和y可以是“A”、“B”、“C”和“D”中的任何一个)在当前分析位位置包含一个“0”比特。一个单独的“0”比特随后被提供作为在该分析位位置的所有数据元素的输出代表。在步骤613继续处理，在此再次判定是否已经达到当前视频帧的位界限。如果否定，处理在步骤606继续。
然而，如果在步骤609确定了当前块的任何数据元素在分析位位置包含第二位值(即一个“1”位)，那么在步骤610输出第二位值。此处的第二位值输出将向接收方指示已经发生递归和处理将在更小的块尺寸基础上继续。所以，也是在步骤610，当前块(如第一块702A)被指定为输入块(预备在步骤605进一步细分)，并且递归指示符j被减一，指示发生了至少一级的递归。如果在步骤611，还没有超出正在被分析的当前帧的输出位界限，则处理在步骤605继续。在步骤605，输入数据(现在是第一块702A)再次被逻辑分成例如图7所示的多个块，产生标为704A-D的多个块。注意在此处，最高级的更大的块(即块702B-D)还未被处理。在新一级的处理随后按照上述的步骤606-614而进行。
步骤606和615相结合判定何时给定级的递归已经完成，指示下面两者之一：(i)对于整个帧的处理已经完成，或者，(ii)处理必须返回下一个最高递归级(即下一个最大块尺寸)来继续处理。例如，假设当前j＜J，标为704A-D的块当前正在被处理，并且标为704D的块按照步骤612或步骤614才完成了处理。在步骤606，在此级没有更多个块剩余要处理，因此步骤615将确定处理还没有完成最高递归级，因为j≠J。在步骤616，递归指示符被加一，并且在步骤606判定是否存在任何另外的在新的第j级的块剩余要被处理。因此，当完成了标为704D的块时，递归指示符将加一而达到下一个最高级。在此级，标为702B-D的块将仍需要被处理，整个步骤将重复。
当对于当前被分析的分量而言在当前分析位位置的所有数据元素的压缩已经被执行的时候(即步骤615的“是”分支)，处理将在步骤617继续。在步骤617，判定是否在当前的分析位位置更多的分量剩余要被分析。在一个优选实施例中，亮度分量被首先在第一分析位位置分析，其后每个色度分量在第一位位置被分析。这个顺序对于随后的位位置重复直到位界限被达到或所有的分量在所有的位位置被处理。如果在当前的分析位位置还有分量剩余要被分析，那么与下一个分量相对应的数据元素在步骤618被访问，并且处理返回步骤605以在当前分析位位置分析新分量。
然而，如果在当前分析位位置没有分量剩余要被分析，处理在步骤619继续，在此判定是否还有位位置剩余要被分析。如果否定，那么所有的分量已经在所有可能的位位置被分析，并且对于帧的处理结束。(注意如果在达到位界限之前，所有的分量已经在所有的位位置被分析，则到达位界限的剩余的位预算可以填充以假数据比特以便保持位边界。)但是如果还有另外的位位置剩余要被分析，则与初始分量(即与在步骤602选择的分量相同的分量)相对应的数据元素在步骤620被访问。在步骤621，下一个位位置被指定为分析位位置。在一个优选实施例中，步骤621包含将分析位位置减一以达到下一个最高有效位位置的步骤。处理可以随后在步骤605恢复。
图8是图解用于提供解压缩的视频数据的第一方法的流程图。图8中图解的步骤可以通过上述的视频解压器300特别是ADK解压器304来实现。图8中图解的方法与上述的与图6相关的方法互补。在步骤801，适合于存储至少一帧的解压视频数据的数据存储区被指定为一个输出存储区。在一个优选实施例中，解压的视频数据包含由亮度、红色度和蓝色度视频分量的多级子带分解产生的子波系数，每个子波系数被当作一个独立的数据元素。在步骤802，接收到压缩数据，如通过图6图解的方法而提供的压缩数据。在一个优选实施例中，被压缩的数据包含被压缩的视频数据和包括上述的记录位位置的数据表示。在步骤803，用于存储与各分量(Y，Cr，Cb)中的任一个相对应的解压数据的输出存储区的那个部分被访问作为要被合成的初始分量。在一个优选实施例中，亮度分量是初始分量。
在步骤804，一个合成位位置被初始化。在记录位位置已经被提供的时候，合成位位置被初始化为与记录位位置相同的值，但是可以使用任何位位置值，只要它同样地跟踪上述与图6相关的分析位位置的进展。也是在步骤804，一个递归指示符j被初始化为其最大值J。与上述与图6相关的递归指示符类似，图8的递归指示符仅仅是许多可获得的用于实现递归步骤的方法之一，在此描述仅仅用于说明的目的。
在步骤805，输出存储区被逻辑地细分成多个块。具体而言，在此步骤创建的块结构最好在空间定向和尺寸上与上述的步骤605的第一个重复操作产生的块结构相同。以这种方式，由图8的处理产生的解压的视频数据应当与原始压缩的视频数据相同(假设在发送期间在被压缩的视频数据中没有发生不可改正的错误)。在解压视频数据的处理中，当解压被压缩的数据的时候，遵循与用来分析视频数据的相同的空间形式。
在步骤806，判定是否在当前级上有任何块剩余要被处理(即要接收重新构建/解压的视频数据)。由于通过图8的处理的第一路径是在第J级，要被处理的块将对应于最大可能的块尺寸。在步骤807，选择下一个可获得的块(对于第一个重复操作，这将是第一个可获得的块)，在步骤808，判定是否所选择的块包含最小尺寸的块。如上所述，最小尺寸的块对应于最深的递归级。如果当前选择的块不是最小尺寸的块，处理在步骤809继续。
在步骤809，对应于所考虑的块的所接收的压缩数据的一位被分析以确定其位值。如果该位包含一个第一位值(最好是一个“0”位值)，则处理在步骤814继续，在此具有第一位值的位被存储在形成当前选择的块的每个数据元素中的合成位位置。以这种方式，本发明可以提供大量数据的非常紧密的表示，尤其是当块尺寸较大时。随后，在步骤813，可选地判定是否已经达到当前视频帧的位界限。如上所述，压缩处理可以在当已经达到分配给被压缩的视频数据输出的预定数量时的任一点停止。同样，解压处理可以在已经处理了预定数量的接收的压缩视频比特后停止。这又是被压缩的视频数据的嵌入流特性导致的结果。如果还没有达到所述位界限，则在步骤806继续进行在第j级另外的块的处理。
但是，如果在步骤809分析的位包含第二位值(最好是一个“1”位值)，则处理在步骤810继续，在此当前选择的块被指定为输出存储区，递归指示符j减一。实质上，对应于当前所选择的块和具有第二位值的所接收的比特作为一个标志指示至少一个数据元素包含第二位值(在合成位位置)，并指示进一步的合成将在当前所选的块内基于更小的块而进行。如果在步骤811，还没有超过正在被合成的当前帧的位界限，则处理在步骤805继续。在步骤805，输出存储区(现在是在通过步骤806以及后面步骤的前一个路径中所考虑的块)被再次逻辑细分为多个块。注意在此，在最高级(即前一个级)的更大的块还没有完全处理。随后在新一级的处理按照步骤806及其后面的步骤进行。
随着递归处理的继续，将会达到一个点，在此，所考虑的结果发生的块将具有最小的块尺寸，如步骤808所确定的。当此发生时，在步骤812的处理实际上是上述与步骤612相关的处理的相反处理。在步骤812，当前考虑的最小尺寸的块最好被再分成多个M×M块，其中M＝2。又是如此，在最小块尺寸是12×8之处，这将导致24个2×2块。M的其他值也可以被使用，进一步会明白在步骤612建立的块不需要是方的。无论如何，在最小尺寸的块中的每个子块的每个数据元素在合成位位置的位值被随后合成。即，对于每个子块，在每个数据元素的合成位位置的位值按照下面的步骤基于从压缩的视频数据所接收的比特而确定：
1)当遇到“0”位值时，存储一个“0”并移向下一个数据元素；
2)当遇到“1”时，存储一个“1”并查验与该数据元素相关的标记位。如果该数据元素的标记位被置位，那么该数据元素的符号位已经被存储，处理可以在下一个数据元素继续。如果标记位未置位，则存储下一个接收的比特作为该数据元素的符号位，对标记位置位并移向下一个元素。(此处理假设标记位被初始清除。标记位的极性可以容易地反转以获得相同的功能，此时标记位可以被初始置位)
此处理被重复直到已经存储了在各个子块中的每个数据元素的位位置的位值。给定数据元素的标记位保证当存储了该数据元素的第一“1”位值的时候该元素的符号位被存储，并且它保证该元素的符号位仅仅被存储一次。用于在每个子块中遍历多个元素的具体方式是设计选择的问题，但是在任何情况下应当与分析/压缩处理中使用的方式相同。
步骤806和815相结合判定何时已经完成了给定级的递归，这表示下面两者之一：(i)整个帧的处理已经完成，或(ii)处理必须返回下一个最高递归级(即下一个最大块尺寸)来继续处理。例如，假设当前j＜J，并且在(j)级的最后块才完成处理(例如按照步骤812或步骤814)。在步骤806，将不再有(j)级的块剩下要处理，因此步骤815将确定因为j≠J，所以还没有完成最高递归级。在步骤816，递归指示符加一，在步骤806，判定是否在新的第j级有任何另外的块被剩余要处理。如果在新的第j级有块被剩余要处理，步骤806-814按上述执行。
当对于当前正在合成的分量来说在当前合成位位置的所有数据元素的重建已经执行的时候(即步骤815的“是”分支)，处理将在步骤817继续。在步骤817，判定是否在当前合成位位置还有分量剩余要被合成。在一个优选实施例中，在第一合成位位置亮度分量被首先合成，其后是在第一位位置每个色度分量合成。此顺序对于后续的位位置重复直到达到位界限或所有的分量已经在所有的位位置被处理。如果在当前合成位位置还有分量剩余要被合成，那么在步骤818访问用于存储与下一个分量相对应的数据元素的输出存储区的那个部分。然后，处理返回步骤805以在当前合成位位置重建新的分量。
但是，如果在当前合成位位置没有分量剩余要被合成，则处理在步骤819继续，在此确定是否还有任何位位置剩余要被合成。如果否定，那么所有分量已经在所有可能的位位置被合成，对该帧的处理结束。(注意如果在达到位界限之前，在所有位位置所有的分量已经被合成，则剩余的从被压缩的数据接收的比特最好是被提供假数据比特以便保持位边界，并且可以被忽略)但是，如果有另外的位位置剩余要被合成，则在步骤820访问用于存储与初始分量(即与在步骤803所选择的相同的分量)相对应的数据元素的存储区的那部分。其后，在步骤821，下一个位位置被指定为合成位位置。在一个优选实施例中，步骤821包含使合成位位置减一达到下一个最高有效位的步骤。随后步骤可以在步骤805恢复。
与图6和8相关的所说明的方法一起提供了用于数据压缩和解压的一种有效技术，该数据尤其是从分级的、多级子带分解产生的子波系数。通过识别可以被紧密地表示的数据的最大可能的块，本发明提供好的压缩率与相对小的计算复杂程度。下面参照图9-12说明了本发明的另一个实施例。图9-12特别图解了一种用于基于多个升序表的ADK压缩/解压的方法。升序表提供了子波系数的更加抽象的表示以使得最容易接受高度紧密表示方法的那些数据部分可以容易地被识别。
图9图解了用于构建升序表的方法。图9所示的该方法可以通过视频压缩器200来实现，最好是在子波系数已经被计算后通过子波变换204，或者在子波数据实际压缩之前通过ADK压缩器208。无论如何实现，该方法在步骤901开始，在此子波系数被作为输入而提供。最好，子波系数以与上述子波变换204相关的方式类似的方式而提供。从下面的讨论中可以明显看出，当亮度、红色度和蓝色度分量的每个被作为输入提供时，对于这每个分量创建各自的升序表。随后在步骤902，结果发生的子波系数(对应于Y、Cr或Cb之一)被存储作为0级表，最好是按照上述的与图4相关的安排而存储。另外，在步骤903，级指数k被初始化为一(1)。级指数k仅仅是那些本领域的一般技术人员将认可为对于构建多个升序表有用的多个方法之一，如下所述。
在步骤904，(k-1)级表被再分为多个块。对于通过步骤902的第一路径，(k-1)级表对应于0级表。(k-1)级表被逻辑再分的方式是设计选择的问题。在一个优选实施例中，(k-1)级表被再分成多个M×M不重叠块，其中M＝2。当然可以使用其他块尺寸；进一步可以期望也可以使用非方的块尺寸。在步骤905，判定是否有任何(k-1)级表中的块剩余要被处理。如果肯定，在步骤906选择下一个可获得的块。在步骤907，当前选择的块的多个数据元素被一起进行逐位或逻辑运算以提供缩小的数据元素。(为了解释的目的，或运算以“·”符号表示。)在图10A和10B中进一步图解了此处理。
图10A描述了多个2×2块，每个包含多个数据元素。为了简化的目的，每个数据元素包含一个单一比特的数据，数值如图10A所示。四个2×2块由标记1002所示。按照步骤907，第一块的多个元素(包含标为“AAx”的数据元素，其中x为“A”、“B”、“C”和“D”中的任何一个)一起进行或运算，产生具有位值“1”的缩小的数据元素“AA”(“AAA”·“AAB”·“AAC”·“AAD”＝0·1·1·0＝1)。数据元素“AAA”、“AAB”、“AAC”和“AAD”被称为缩小的数据元素“AA”的“孩子”。相同的步骤在第二、三和四块的数据元素(分别包含标为“ABx”、“ACx”和“ADx”的数据元素，其中x为“A”、“B”、“C”和“D”中的任何一个)执行，产生标为“AB”、“AC”和“AD”的缩小的数据元素。实际上，每个缩小的数据元素的值指示在任一个其相关的孩子中一个“1”位值存在与否。在实际中，每个数据元素不是包含单一的位值，而是按照例如图5所示的数据表示包含预定数量的位。在该情况下，在每个相对应的位位置的数据元素的位值被一起进行或运算(逐位或)，导致产生与其对应的孩子具有相同长度的缩小的数据元素。在步骤908，在(k)级表中的对应位置存储每个缩小的数据元素。只要在当前级(k)还有块要处理，就重复步骤905-908。当在创建减小的数据元素过程中使用2×2块时，所产生的(k)级表是(k-1)级表的一半(在每维上)，如图10A和10B所示。
当在步骤905确定在(k-1)级表中没有更多的块要处理的时候，处理在步骤909继续，在此判定是否才完成的缩小的元素的表对应于最大级(K)的表。即图9所示的处理将导致产生所处理的每个分量(Y，Cr，Cb)的K+1个表。表1图解了按照图9构建的升序表的优选参数。如表1所示，优选数值为，亮度分量K＝5，每个色度分量K＝4。当然，根据需要可以使用K的其他值。
                              表1
  亮度级   色度级    表大小   表维数 2×2块的数量
    5     4     96   12×8     24
    4     3     384   24×16     96
    3     2     1536   48×32     384
    2     1     6144   96×64     1536
    1     0     24576   192×128     6144
    0     98304   384×256     24576
如果还没有产生最大级(K)表，则级指数k在步骤910加一，处理在步骤904继续。随后，执行步骤904-908直到已经产生新的第k级的缩小的数据元素的表。例如，参见图10B和10C，在由标号1004识别的2×2块中的数据元素如上所述被缩小以提供缩小的数据元素1006(“A”)。注意在由标号1004识别的块中的数据元素是缩小的数据元素1006的孩子；由标号1002识别的数据元素是缩小的数据元素1006的子孙。那些包括标为“Bx”、“Cx”和“Dx”的数据元素的块被类似地处理以分别提供缩小的数据元素“B”、“C”和“D”，每个数据元素具有如上所述的类似的孩子/子孙关系，其中x是“A”、“B”、“C”和“D”之中的任一个。
最后，在步骤909确定，对于任何给定的分量(Y，Cr，Cb)，完成了缩小的系数的(K)级表。当此发生时，在步骤911进一步判定是否剩余任何分量要处理。如果肯定，如上所述处理在步骤901继续。如果否定，处理在步骤912继续，在此遍历升序表以便提供压缩的数据，如下面特别参照图11所述。如下面更详细讨论的，所述升序表提供了子波系数的紧密的表示并因此便利了压缩的分析。
图11图解了用于特别基于如上所述参照图9的升序表的使用而提供压缩的数据的另一种方法。图11图解的方法可以通过上述的视频压缩器200特别是ADK压缩器208来实现。假设在实施图11的方法之前，如上所述的升序表已经针对要被压缩的视频帧的每个分量(Y，Cr，Cb)而被创建。在步骤1101，以与上述步骤602相同的方式针对每个Y，Cr，Cb分量而可选地识别记录位位置。再一次，虽然三个记录位位置的每个都可能被分别提供作为输出，但是这三个记录位位置的最大者最好被提供作为压缩处理的输出。在步骤1102，针对任一个分量的升序表被访问作为要分析的初始分量，但是亮度分量的升序表被优选为初始分量。
在步骤1103，一个分析位位置被初始化。虽然该分析位位置可以被初始化为任一位位置，该分析位位置最好被初始化为记录位位置的数值(当已经提供了一个记录位位置的时候)并在其余的压缩处理中递减。而且，在步骤1103，递归指示符j被初始化为其最大值J。此处所述的递归指示符仅用于说明的目的；本领域的一般技术人员将认识到，实现递归步骤有很多技术。在图11图解的实现方式中，任何给定的时间的递归指示符的值指示当前考虑的是哪一级的升序表；最大值J表示当前考虑的是最高级表，同时逐渐变小的数值对应于逐渐变低的表级。
在步骤1104，访问(j)级的表。当j＝J时，所访问的表是当前分析的分量的最高级的表。参见图10所示的示例，图10C中的缩小的系数的表是最高级的表。在步骤1105，判定是否当前遍历的表是0级的表。如果否定，那么在步骤1106判定是否剩余(j)级表中的任何数据元素要分析。如果肯定，在步骤1107访问下一个数据元素，并且在步骤1108判定是否该缩小的数据元素在分析位位置包括一个第一位值，其中在一个优选实施例中，该第一位值是“0”位值。(注意在步骤1108分析的任何数据元素是根据步骤1105的缩小的数据元素)如果在步骤1108检测到第一位值，那么在步骤1110，第一位值被提供作为在分析位位置的数据元素的所有子孙的输出代表。再次参见图10，假设所示的所有位值对应于第P个位位置以及分析位位置当前也被设置为第P个位位置。进一步假定当前考虑的数据元素是图10B中标为“AB”的数据元素。在确定该“AB”数据元素在第P位位置包含一个“0”位值的时候，输出一个“0”位值以便表示“AB”的每个子孙。以另一种方式来说，因为标为“ABx”的数据元素(其中x是“A”、“B”、“C”和“D”中的任一个)都在第P位位置包括“0”位值，输出一个单一的“0”位值表示所有的四个数据元素是足够充分的。压缩因此而被提供，因为一个接收方将明白此“0”位值输出代表所有的四个标为“ABx”的数据元素。当最高级表(J级)的一个数据元素在分析位位置包含一个“0”位值的时候，最大的压缩被提供，因为它允许一个单一的输出比特来代表在分析位位置的最大可能数量的子孙。在步骤1111，判定是否已经达到当前帧的位界限，如果否定，则如果有其他数据元素的话，在步骤1106继续其他数据元素的处理。
如果在步骤1108检测到任何数据缩小的数据元素的第二位值，那么在步骤1109第二位值被提供作为输出。此处的第二位值输出将向接收方指示已经发生了递归以及处理将在下一个最低表级继续。为此，递归指示符j减一。如果在步骤1112，被分析的当前帧的输出位界限还没有超过，则处理在步骤1104继续，在此在步骤1108考虑的数据元素的孩子以上述的与步骤1104-1111相关的方式被分析。
对于0级表中的数据元素提供特殊的处理。再次参见图10，标为“A”的数据元素将使得处理向下递归到标为“AA”的数据元素。同样，处理将再次向下递归到“AA”的子孙，即数据元素“AAx”。因此在步骤1105，对j＝0的测试将为真，处理将在步骤1113继续。在步骤1113，每个元素被以预定的顺序分别地处理，该顺序如上述的相关于图7的“z”形式，但是也可以使用任何这样的形式。对于每个数据元素，按照下面的步骤确定和处理在分析位位置的位值：
1)当遇到“0”位值时，输出一个“0”并移向下一个数据元素；
2)当遇到“1”时，输出一个“1”并查验与该数据元素相关的标记位。如果该数据元素的标记位被置位，那么该数据元素的符号位已经被输出，处理可以在下一个数据元素继续。如果标记位未置位，输出该数据元素的符号位，置位标记位并移向下一个元素。(该处理假定这些标记位被初始清除。标记位的极性可以容易地被反转以获得相同的功能，在此情况下，将初始置位)一旦0级数据元素已经以这种方式被处理，在步骤1114进行查验以保证当前帧的位界限还没有被超出。如果否定，递归指示符j在步骤1115加一，于是将处理返回下一个最高级(1级)用于那一级的另外元素——如果有的话——的处理。
当在步骤1106确定在给定的级(除了0级)没有更多的元素剩余要处理的时候，处理在步骤1116继续以判定是否才结束的当前级是最高的级(J)。如果否定，递归指示符j在步骤1115加一，于是处理返回到下一个最高级用于处理该级的另外的元素——如果有的话。例如，参见图10，当图10A所示的标为“ADx”的数据元素已经根据步骤1113完成了处理的时候，处理将通过步骤1116和1115向上递归回到图10B所示的表。由于在此级没有更多的元素剩余要处理(数据元素“AD”是此级要处理的最后的孩子数据元素)，因此处理将再次向上递归回到图10A所示的表。在此级上，在步骤1116的测试将为真(数据元素“D”是在此级上要处理的最后的数据元素)，处理将在步骤1117继续。
实质上，图11的方法，在至今已经描述的位置，检查在升序表的最高级表中发现的每个数据元素，并且在必要的地方向下遍历树结构(即每个数据元素的子孙)来识别那些可以最紧密地表示的数据元素。再次参见图10，对于对应于标为“A”的缩小的数据元素的树的遍历将进行如下(假定还没有符号位被输出)。从“A”缩小的数据元素开始，遇到位值“1”，因此输出一个“1”并考虑“A”的子孙(“AA”、“AB”、“AC”、“AD”)。“AA”缩小的数据元素也具有一个“1”值，因此输出一个“1”并考虑“AA”的子孙(“AAA”、“AAB”、“AAC”、“AAD”)。注意在此例中，“AA”的子孙全是“0”级的数据元素。“AAA”数据元素是一个“0”，因此输出一个“0”。“AAB”数据元素是一个“1”并且相应的标记位还没有被置位(按照示例的规则)，因此输出一个“1”，随后跟随着“AAB”的符号位，相应的标记位被置位。“AAC”数据元素是一个“1”，因此输出一个“1”，随后跟随着“AAC”的符号位，相应的标记位被置位。“AAD”数据元素是一个“0”，因此输出一个“0”。这就完成了“AA”的子孙的处理，因此处理继续针对“A”的又一个子孙“AB”数据元素进行。“AB”数据元素是一个“0”，因此输出一个“0”。“AC”元素也是一个“0”，因此输出另一个“0”。“AD”数据元素是一个“1”，因此输出一个“1”并且处理在0级继续以考虑“AD”的子孙(“ADA”、“ADB”、“ADC”、“ADD”)。“ADA”数据元素是一个“1”，因此输出一个“1”，随后跟随着“ADA”的符号位，相应的标记位被置位。“ADB”数据元素是一个“0”，因此输出一个“0”。“ADC”数据元素是一个“1”，因此输出一个“1”，随后跟随着“ADC”的符号位，相应的标记位被置位。最后，“ADD”数据元素是一个“0”，因此输出一个“0”。这就完成了对于“A”数据元素和所有其子孙的处理。如果符号位由符号“s”表示，则通过遍历“A”数据元素和其子孙产生的输出结果为下列的位流：1，1，0，1，s，1，s，0，0，0，1，1，s，0，1，s，0。遍历“B”数据元素和其子孙产生的结果为下列的位流：1，1，1，s，0，0，0，0，0，1，0，1，s，0，0。遍历“C”数据元素和其子孙产生的结果为下列的位流：1，0，1，1，s，0，0，0，0，1，1，s，0，1，s，0。最后，遍历“D”数据元素和其子孙产生的结果为下列的位流：1，1，0，0，1，s，0，0，1，1，s，0，1，s，0，0。
因此，在本例中，用于表示“A”、“B”、“C”和“D”数据元素的子孙的位的总数量是64位，包括符号位。相反，如果所有的“A”、“B”、“C”和“D”数据元素的子孙(和相对应的符号位，根据相同的规则)被输出而未利用本发明，则需要总共76位。这对应于本例中所需要的数据数量的超过15％的无损缩小。当然，在更高表级的“0”值的出现提供了数据压缩更大的机会。实际上，已经发现更高空间频率的子波系数经常包括相当多个“0”位值(根据在图像中的大多的信息在较低的空间频率上发现的事实)。作为结果，可以利用较为普通的计算源来获得子波系数数据的充分的压缩率。例如，可以实时地获得100∶1的压缩率并具有可以接受的视频质量。
再次返回图11，当对于当前被分析的分量在当前分析位位置的所有数据元素的压缩已经被执行的时候(即步骤1116的“是”分支)，处理将在步骤1117继续。在步骤1117，判定是否在当前的分析位位置有更多的分量剩余要被分析。在一个优选实施例中，亮度分量被首先在第一分析位位置分析，随后是每个色度分量在第一位位置被分析。此顺序对于后续位位置重复直到达到位界限或所有的分量在所有的位位置已经被处理。如果在当前分析位位置剩余更多的分量要被分析，那么针对下一个分量的升序表在步骤1118被访问，处理返回步骤1104以在当前分析位位置分析新的分量。
但是，如果在当前分析位位置没有剩余更多的分量要被分析，处理在步骤1119继续，在此判定是否剩余任何更多个位位置要分析。如果否定，那么所有的分量在所有可能的位位置已经被分析，对于该帧的处理结束。(注意如果在位界限被达到之前，所有的分量在所有的位位置已经被分析，则到达位界限的剩余的位预算可以被填充假数据比特以便保持位边界)但是，如果剩余另外的位位置要被分析，则在步骤1120访问针对初始分量的升序表(即与在步骤1102选择的相同的分量)，并在步骤1121，下一个位位置被指定为分析位位置。在一个优选实施例中，步骤1121包括将分析位位置减一到达下一个最高有效位位置的步骤。处理随后可以在步骤1104恢复。
图12是一个流程图，图解了用于提供解压的视频数据的另一种方法。图12图解的步骤可以通过上述的视频解压器200特别是ADK解压器304来实现。图12图解的该方法与上述与图11相关的方法互补。在步骤1201，接收到压缩数据，如利用图11的方法提供的压缩数据。在一个优选实施例中，压缩的数据包含压缩的视频数据并包括如上所述的记录位位置的数据表示。
在步骤1202，对应于任一分量(Y，Cr，Cb)的升序表的储存区被访问作为要合成的初始分量。在一个优选实施例中，亮度分量是初始分量。
在步骤1203初始化一个合成位位置。虽然该合成位位置可以被初始化到任何位位置，最好该合成位位置被初始化到记录位位置值(当已经提供一个记录位位置的时候)并且在余下的解压处理中递减。而且，在步骤1203，递归指示符j被初始化为其最大值J。这里所述的递归指示符仅仅用于说明的目的；因为本领域的一般技术人员会认识到，实现递归步骤有很多技术。在图12所示的实现方式中，在任何给定时间的递归指示符的值表示当前考虑的是哪一级的升序表；最大值J表示最高级的表当前正在被合成，同时逐渐变小的值对应于逐渐变小的表级。
在步骤1204，访问(j)级升序表的存储区。当j＝J的时候，存储区对应于当前重建的分量的最高级表。在步骤1206，判定在当前合成位位置是否在(j)级表中剩余任何数据元素要被合成。如果肯定，在步骤1207访问下一个数据元素，在步骤1208，判定是否当前重建的表是一个0级的表。如果否定，处理在步骤1208继续，在此分析来自所接收的压缩数据的下一个接收的比特。假定在传输过程中在所接收的压缩数据中没有发生不可纠正的错误，在步骤1208分析的接收的比特应当对应于当前考虑的数据元素。在步骤1209，判定是否所接收的比特包含一个第一位值，其中该第一位值是在一个优选实施例中的一个“0”位值。(注意在步骤1209考虑的任何数据元素是按照步骤1207的缩小的数据元素。)如果该第一位值在步骤1208被检测到，那么在步骤1212，该第一位值被存储在当前缩小的数据元素的所有子孙中的合成位位置。例如，参见图10，假定当前考虑的数据元素是图10B中标为“AB”的数据元素。在确定对应于“AB”数据元素的接收的比特包含一个“0”位值的时候，一个“0”位值被存储在每个“AB”的子孙(“ABA”、“ABB”、“ABC”和“ABD”)中的合成位位置。在实际中，所有的数据元素被初始化为全“0”位值，因此免除了实际向存储器中写入“0”位值的必要。在步骤1213，判定是否已经达到当前帧的位界限，如果否定，如果存在另外的数据元素，则在步骤1205继续另外数据元素的处理。
如果在步骤1209检测到第二位值，则表示必须发生到下一个最低表级的递归。为此，递归指示符j在步骤1210减一。应当注意图12图解的处理的整体目标是再建原被压缩以提供压缩的数据的数据元素，即0级表。作为结果，不严格要求更高级升序表(1级到J级)也被重建，虽然它们也可以被重建。如果更高级升序表被重建，那么在步骤1210，第二位值也可以被存储在(j)级表中的相应的数据元素中(在将递归指数减一之前)。如果在步骤1211，当前帧的位界限还没有超过，处理在步骤1204继续，在此在步骤1209考虑的数据元素的孩子以上述与步骤1204-1213相关的方式被分析。
当重建0级表中的那些数据元素的时候，提供特殊的处理。当在步骤1207判定所考虑的当前级满足测试j＝0，处理在步骤1214继续。在步骤1214，每个要涉及的数据元素以预定顺序被分别处理，如上面与图7相关所讨论的“z”形式，虽然也可以使用任何这样的形式。对于每个数据元素，在合成位位置的位值被基于从压缩数据接收的比特而按照下面的步骤确定：
1)当遇到一个“0”位值时，存储一个“0”，并移向下一个数据元素；
2)当遇到一个“1”时，存储一个“1”并查看与那个数据元素相关的标记位。如果那个数据元素的标记位被置位，那么该数据元素的符号位已经被存储，处理可以在下一个数据元素继续。如果该标记位未置位，存储下一个接收的比特作为该数据元素的符号位，对标记位置位并移向下一个元素。(此处理假定标记位被初始清除。标记位的极性可以容易地反转以获得相同的功能，在此情况下标记位将被初始置位。)
此处理重复直到在各个子块中的每个数据元素的位位置的位值已经被存储。给定的数据元素的标记位保证当该数据元素的第一个“1”位值被存储的时候存储该元素的符号位，并且它保证该元素的符号位仅仅发送一次。遍历数据元素使用的具体形式是设计选择的问题，但是无论在何情况下，都应当与分析/压缩处理中使用的形式相同。递归指示符j在步骤1215加一，于是使处理返回下一个最高级(1级)以处理该极的另外的元素——如果有的话。但是在此之前，在步骤1211进行查看以保证当前帧的位界限还没有被超过。如果否定，则处理在步骤1204继续。
当在步骤1205确定在给定级(除了0级)没有剩余更多的元素要处理，则处理在步骤1216继续以判定是否才完成的当前级是最高级(J)。如果否定，递归指示符j在步骤1217加一，于是使处理返回下一个最高级以处理该极的另外的元素——如果有的话。当对于当前被合成的分量而言在当前合成位位置的所有数据元素的重建已经执行时(即步骤1216的“是”分支)，处理将在步骤1217继续。在步骤1217，判定是否在当前合成位位置剩余更多的分量要被合成。在一个优选实施例中，亮度分量被首先在第一合成位位置合成其后每个色度分量在第一位位置被合成。此顺序对于后续位位置重复直到达到位界限或所有的分量在所有的位位置已经被处理。如果剩余更多的分量在当前合成位位置要合成，那么在步骤1218访问对应于下一个分量的升序表的存储区，处理返回步骤1204以在当前合成位位置重建新分量。
但是，如果在当前合成位位置没有剩余更多的分量要被合成，则处理在步骤1219继续，在此判定是否剩余任何更多的位位置要合成。如果否定，那么所有的分量已经在所有可能的位位置被合成，对该帧的处理结束。(注意如果在达到位界限之前，所有的分量已经在所有的位位置被合成，则最好剩余的来自压缩数据的接收的比特是提供的假数据比特以便保持位边界，这些接收的比特可以被忽略。)但是，如果剩余另外的位位置要被合成，则在步骤1220访问对应于初始分量的升序表的存储区(即与在步骤1202选择的相同的分量)，在步骤1221，下一个位位置被指定为合成位位置。在一个优选实施例中，步骤1221包含将合成位位置减一以达到下一个最高有效位位置的步骤。处理可以随后在步骤1204恢复。
以上所述的仅仅是用来说明本发明的原理的应用。本领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实现其他的方案和方法。

Claims (30)

1.一种处理要压缩的视频数据的方法，该方法包括步骤：
(A)提供视频数据作为输入数据，输入数据的每个数据元素以预定数
   量的比特表示；和
(B)对于表示预定数量比特的多个位位置的至少一个位位置：
    (i)对输入数据的数据元素分组以提供多个数据块，每个具有小
       于输入数据的块尺寸；
    (ii)当数据块的所有数据元素在位位置包含一个第一位值的时
        候，输出该第一位值作为在位位置的数据块的所有数据元素
        的表示；和
    (iii)当数据块的任何数据元素在位位置包含一个第二位值的时
        候，输出该第二位值，并按照步骤(i)至(iii)递归地处理
        作为输入数据的多个数据块的每个数据块，直到达到最小的
        块尺寸。
2.如权利要求1的方法，其中步骤(B)还包含步骤：
      (iv)当达到最小块尺寸时，对于多个数据块的每个数据块，输
          出一个数据比特代表在位位置的数据块的每个数据元素。
3.如权利要求2的方法，其中步骤(B)(iv)还包含步骤：
      (a)当代表数据元素的数据比特包含第二位值并当对应
         于数据元素的标记位未置位时，对于数据块的每个数
         据元素，输出对应于数据元素的一个符号位；和
      (b)将对应于数据元素的标记位置位。
4.如权利要求1的方法，还包含步骤：
(C)识别在视频数据中具有最大量值的最大数据元素；
(D)确定被设置为第二位值的最大数据元素的最高有效位以识别记录
   位位置；和
(E)输出记录位位置的数据表示。
5.如权利要求4的方法，其中多个位位置按照从记录位位置到最低有效位位置的顺序被处理。
6.如权利要求1的方法，其中最小块尺寸对应于2×2块。
7.如权利要求1的方法，其中视频数据包括通过亮度数据、红色度数据和蓝色度数据中的任一个的子波变换而产生的子波系数。
8.如权利要求1的方法，其中以符号量值形式表示数据元素。
9.如权利要求1的方法，其中第一位值是一个二进制零值，第二位值是一个二进制一值。
10.一种处理要解压的数据以提供解压的视频数据的方法，该方法包括步骤：
(A)提供数据存储区作为输出存储区，该数据存储区的每个数据元素
   由预定数量的比特表示；
(B)接收压缩的视频数据以提供接收的比特；
(C)对于代表预定数量的比特的多个位位置的至少一个位位置：
    (i)对输出存储区的数据元素分组以提供多个数据块，每个具有
       小于输出存储区的块尺寸；
    (ii)当对应于多个数据块的一个数据块的接收的比特之一包含
       一个第一位值的时候，在位位置的数据块的每个数据元素中
      存储该第一位值；和
    (iii)当对应于多个数据块的一个数据块的接收的比特之一包含
       一个第二位值的时候，按照步骤(i)至(iii)递归地处理作
      为输出存储区的数据块，直到达到最小的块尺寸。
11.如权利要求10的方法，其中步骤(C)还包含步骤：
    (iv)当多个数据块的一个数据块具有最小块尺寸时，在数据块
       的每个数据元素中存储在位位置的接收比特的对应的一个。
12.如权利要求11的方法，其中步骤(C)(iv)还包含步骤：
        (a)对于数据块的每个数据元素，当接收的比特的对应的一
           个包含第二位值并当对应于数据元素的一个标记位未
           置位的时候，存储接收的比特中后续接收的一个作为对
           应于数据元素的一个符号位；和
        (b)将对应于数据元素的标记位置位。
13.如权利要求10的方法，其中所接收的比特包含记录位位置的数据表示，该记录位位置表示被设置为第二位值的数据存储区的数据元素的最高有效位。
14.如权利要求13的方法，其中多个位位置按照从记录位位置到最低有效位位置的顺序被处理。
15.如权利要求10的方法，其中最小块尺寸对应于2×2块。
16.如权利要求10的方法，其中解压的视频数据包括通过亮度数据、红色度数据和蓝色度数据中的任何一个的子波变换产生的子波系数。
17.如权利要求10的方法，其中数据元素以符号量值形式表示。
18.如权利要求10的方法，其中第一位值是一个二进制零值，第二位值是一个二进制一值。
19.一种处理要压缩的视频数据的方法，其中视频数据已经通过离散的子波变换处理以提供子波系数，该方法包括步骤：
(A)在一个0级表中存储作为数据元素的子波系数，每个子波系数由预定数量的比特表示，0级表构成多个升序表的一部分；
(B)从J＝1到K，通过执行下面的步骤构建多个升序表的其他表：
    (i)将来自(J-1)级表的数据元素分组以提供多个数据元素块；
    (ii)对于多个数据元素块的每个数据元素块，通过对构成数据元
       素块的数据元素进行逐位逻辑或运算而形成一个缩小的数据
       元素，其中数据元素块的数据元素是该缩小的数据元素的孩
       子；和
    (iii)在多个升序表的(J)级表中存储缩小的数据元素。
20.如权利要求19的方法，其中多个数据元素块的每个数据元素块包含一个2×2块。
21.如权利要求19的方法，其中视频数据包含亮度数据、红色度数据和蓝色度数据中的至少一个。
22.如权利要求19的方法，其中子波系数以符号量值的形式表示。
23.如权利要求19的方法，其中子波系数包含一个标记位。
24.如权利要求19的方法，还包含步骤：
(C)识别在0级表中的具有最大量值的一个最大子波系数；
(D)确定被设置为二进制一值的最大子波系数的最高有效位以识别一
   个记录位位置；和
(E)输出记录位位置的数据表示。
25.如权利要求24的方法，还包括步骤：
(F)在多个升序表上执行至少一个降序树搜索，其中每个降序树搜索
   唯一地对应于在记录位位置和一个最低有效位位置之间并包括这
   两者的多个位位置的一个位位置。
26.如权利要求25的方法，其中每个降序树搜索还包括步骤：
    (i)遍历多个升序表并识别在位位置的多个升序表的每个数据
       元素的二进制值，并按照下列步骤输出压缩的数据：
       (a)当对于在0级表中的一个数据元素，一个二进制零值
          被识别的时候，输出一个二进制零值来代表在位位置的
          数据元素；
       (b)当对于在0级表中的一个数据元素，一个二进制一值
          被识别的时候，输出一个二进制一值来代表在位位置的
          数据元素；
       (c)当针对J＝1到K中的任一个，对于在(J)级表中的
          一个数据元素，一个二进制零值被识别的时候，输出一
          个二进制零值来代表在位位置的数据元素的所有子孙，
          其后跳过对于在位位置的数据元素的所有子孙的识别
          步骤；和
       (d)当针对J＝1到K中的任一个，对于在(J)级表中的
          一个数据元素，一个二进制一值被识别的时候，输出一
          个二进制一值，并按照步骤(a)至(d)递归地处理数
          据元素的孩子。
27.如权利要求26的方法，其中步骤(i)(b)还包括步骤：
          (1)当对应于数据元素的标记位未置位的时候，输出
             对应于该数据元素的一个符号位；和
          (2)对对应于数据元素的标记位置位。
28.如权利要求25的方法，其中位位置初始为记录位位置并对于每次逐次的降序树搜索减一。
29.如权利要求27的方法，还包括步骤：
   (G)从J＝0到K，提供包含解码的(J)级的表的多个解码的升序
      表，该多个解码的升序表的每个数据元素由预定数量的比特
      表示；
(H)接收压缩的数据和记录位的数据表示；和
(I)通过基于压缩的数据来执行至少一个降序树解码而增加多个
   解码的升序表，其中每个降序树解码唯一地对应于在记录位
   位置和一个最低有效位位置之间并包括这两者的多个位位置
   的一个解码位位置。
30.如权利要求29的方法，其中每个降序树解码还包括步骤：
(J)遍历多个解码的升序表，并按照下面步骤在该多个解码的升序表
   的每个数据元素中在解码的位位置存储压缩数据的一个二进制
   值：
   (i)当从压缩数据识别一个二进制零值并且来自0级表的一个
      数据元素要被增加时，在该数据元素中在解码的位位置存储
      一个二进制零值；
   (ii)当从压缩数据识别一个二进制一值并且来自解码的0级表
      的一个数据元素要被增加时，在该数据元素中在解码的位位
      置存储一个二进制一值；
   (iii)当从压缩数据识别一个二进制零值并且对于J＝1至K在
      解码的(J)级表中的一个数据元素要被增加时，在该数据元
      素的解码的0级表中的所有子孙内在解码的位位置存储一个
      二进制零值，并且其后跳过对于该数据元素的所有子孙在解
      码的位位置存储的步骤；和
   (iv)当从压缩数据识别一个二进制一值并且对于J＝1至K在
      解码的(J)级表中的一个数据元素要被增加时，在该数据元
      素在解码的位位置存储一个二进制一值，并且按照步骤(i)
      至(iv)递归地处理该数据元素的孩子。
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