CN1531348A - 图像编码设备、方法及程序，和图像解码设备、方法及程序 - Google Patents

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Abstract

在视频编码设备1中，变换单元8将图像变换为原子信息，该原子信息包括：基数的索引信息、系数以及用于规定在其上恢复图形的位置的位置信息。编码单元12对用于表示存在原子信息的原子标志以及通过分割图像获得的每个块的原子信息的项目数进行编码。编码单元12将包括在每个块内的原子信息的位置信息变换为用于规定该块内的相对位置的位置信息，并编码该原子信息以产生压缩码。在改变块大小时，进行上述处理过程，而且，具有最低位速率的压缩码以及与用于产生它的块的大小有关的代码包括在压缩数据中。

Description

图像编码设备、方法及程序，和图像解码设备、方法及程序
技术领域
本发明涉及一种图像编码设备、图像编码方法、图像编码程序、图像解码设备、图像解码方法以及图像解码程序。
背景技术
在图像编码设备中，执行利用多个基数分解编码目标图像的处理过程。作为这样一种图像编码设备，已知一种执行利用匹配追踪方法(Matching Pursuits Method)(在本说明书中，以下简称为“MP方法”)分解编码目标图像的处理过程的图像编码设备(例如，请参考Neff R.和Zakhor A.发表的“Very Low Bit-Rate Coding Based onMatching Pursuit，”IEEE Trans.Circuits Syst.Video Technol.，vol.7，no.1，pp.158-171，February 1997)。MP方法重复执行将编码目标图像表示为初始残留分量并利用下面的公式(1)利用包括多个基数的基数集分解残留分量的处理过程。在此，在公式(1)中，f表示编码目标图像、Rnf表示第n次重复操作之后的残留分量，gkn表示使与Rnf的内积值最大的基数，Rmf表示第m次重复操作之后的残留分量。也就是说，根据MP方法，从基数集中选择使与残留分量的内积值最大的基数，而将残留分量分解为选择的基数和最大内积值，该最大内积值是与该基数进行乘法运算的系数。
f = &Sigma; n = 0 m - 1 < R n f , g kn > g kn + R m f - - - ( 1 )
在利用该MP方法变换图像以产生压缩数据的情况下，需要将上述系数、基数的索引信息以及位置信息进行编码，从而产生压缩码，该位置信息规定恢复图形的位置，该图形是通过将索引信息规定的基数乘以系数形成的，而且需要将该压缩码包括在压缩数据中。
发明内容
通过对利用诸如MP方法的分解方法分解编码目标图像以产生压缩数据的图像编码设备进行研究，本发明人发现需要进一步降低传统图像编码设备产生的压缩数据的位速率。
因此，本发明的一个目的是提供一种使图像的压缩数据具有低位速率的图像编码设备、图像编码方法以及图像编码程序，而且还提供了一种用于解码这种压缩数据的图像解码设备、图像解码方法以及图像解码程序。
为了实现上述目的，本发明的图像编码设备包括：变换装置，用于将编码目标图像内的编码目标块变换成变换信息；量化装置，用于量化该变换信息并产生量化的变换信息；以及编码装置，用于通过基于预定的熵编码规则编码该量化的变换信息来产生压缩数据。编码装置对编码目标图像被分割成的块大小进行编码，并产生包含在首部信息中的压缩块大小信息。所述熵编码规则根据所述块大小而被转换。
此外，为了实现上述目的，本发明的图像编码方法包括：变换步骤，其中变换装置将编码目标图像内的编码目标块变换成变换信息；量化步骤，其中量化装置量化该变换信息并产生量化的变换信息；以及编码步骤，其中编码装置通过基于预定的熵编码规则编码该量化的变换信息来产生压缩数据。在编码步骤，编码装置对编码目标图像被分割成的块大小进行编码，并产生包含在首部信息中的压缩块大小信息。所述熵编码规则根据所述块大小而被转换。
根据本发明，熵编码规则适当地根据块大小而被转换。因此，压缩数据的位速率可被降低。
此外，为了实现上述目的，本发明的图像编码程序使计算机用作以下装置：变换装置，用于将编码目标图像内的编码目标块变换成变换信息；量化装置，用于量化该变换信息并产生量化的变换信息；以及编码装置，用于通过基于预定的熵编码规则编码该量化的变换信息来产生压缩数据。编码装置对编码目标图像被分割成的块大小进行编码，并产生包含在首部信息中的压缩块大小信息。所述熵编码规则根据所述块大小而被转换。
由于图像编码程序使计算机起变换装置、量化装置以及编码装置的作用，所以利用该图像编码程序运行的计算机可以以低位速率产生编码目标图像的压缩数据。
优选地，在本发明中，变换装置根据预定变换规则将编码目标图像变换为包括下列内容的变换信息：索引信息，用于规定多个基数中用于分解编码目标图像的基数；系数，用于与索引信息规定的基数相乘；以及位置信息，用于规定在其上恢复通过使索引信息规定的基数乘以所述系数而形成的图形的位置。编码装置产生包括压缩码的压缩数据，该压缩码是通过根据预定压缩编码规则对由所述量化装置产生的量化的变换信息进行编码而产生的。在改变块大小时，编码装置执行这样的处理，其中编码装置：将编码目标图像分割为多个块；对于多个块中的每个块，提取其位置信息包括在该块内的量化的变换信息；对于多个块中的每个块，编码标志，该标志用于表示存在其位置信息包括在该块内的量化的变换信息；对于多个块中的每个块，编码其中每个包括包含在该块内的位置信息的量化的变换信息项目数；将量化的变换信息的位置信息变换为块内位置信息，该块内位置信息规定其内包括位置信息的块上的相对位置；以及编码量化的变换信息，这样，编码装置产生多个压缩码，并且使与压缩码的位速率变成最低的块的大小有关的代码以及以该大小产生的压缩码包括在压缩数据中。
根据本发明，编码目标图像被分割为多个块，在各块中产生包括代码的压缩码，对于多个块中的每个块，通过对用于表示存在量化的变换信息的标志以及在包括量化的变换信息时的量化的变换信息的数量进行编码，形成该代码。此外，对于多个块中的每个块，将包括在该块内的变换信息的位置信息变换为用于规定块内的相对位置的块内位置信息，而使通过编码该变换信息形成的代码包括在该压缩码中。在改变块大小时，执行上述处理过程，使与压缩码的位速率变成最低的块的大小有关的代码以及通过将编码目标图像分割为这样大小的块获得的压缩码包括在压缩数据中。随着块大小变小，可以减少块内位置信息的代码的数量，但是与标志和量化的变换信息的数量有关的代码的数量却增加。相反，随着块大小变大，可以减少与标志和量化的变换信息的数量有关的代码的数量，但是块内位置信息的代码的数量却增加。根据本发明，由于在通过改变用于编码目标图像的块的大小产生的压缩码中，最佳块大小的压缩码包括在压缩数据中，所以可以以低位速率产生编码目标图像的压缩数据。
在本发明中，量化装置量化包含在变换信息中的系数，以产生包括量化系数的量化的变换信息。当在上述处理过程中编码量化的变换信息时，编码装置优选从包括在量化的变换信息的多个项目中的各量化系数的绝对值中提取最小绝对值，使与最小绝对值有关的代码包括在压缩数据中，将每个量化系数变换为每个量化系数的绝对值与最小绝对值的差分值，编码之后使该差分值包括在压缩码中，以及在编码之后使每个量化系数的正符号或负符号包括在压缩码中。
根据本发明，包括在量化的变换信息的多个项目中的各量化系数的绝对值中的最小绝对值以及与该绝对值有关的代码包括在压缩数据中。将包括在量化的变换信息中的量化系数变换为其绝对值与最小绝对值之间的差分值，而且在压缩编码之后，该差分值和该量化系数的正符号或负符号包括在压缩码中。这样，由于通过变更为差分值，可以使包括在量化的变换信息内的量化系数的代码数量减少，所以可以进一步降低压缩数据的位速率。
根据本发明，对于多个块中的每个块，编码装置优选以各量化系数的绝对值的降序排列量化的变换信息的各项目，每个量化的变换信息项目包括包含在该块内的位置信息，以排列顺序编码差分值以及在差分值是0时停止编码该差分值。
根据本发明，对于多个块中的每个块，以各量化系数的绝对值的降序排列包括在块中的量化的变换信息的各项目。使以绝对值的降序排列的每个量化系数成为其绝对值与最小绝对值之间的差分值，以排列顺序编码该差分值。在差分值是0时，停止编码每个块中的差分值。因此，由于对各差分值中的0差分值不产生压缩码，所以可以进一步降低压缩数据的位速率。
根据本发明，编码装置优选将算术编码方法用作预定压缩编码规则，并利用根据块大小而不同的预定概率表，进行算术编码。
根据本发明，利用根据通过分割编码目标图像获得的各块的大小而不同的预定概率表，采用算术编码方法，对表示存在量化的变换信息的标志、量化的变换信息的数量以及量化的变换信息进行编码。由于根据块的大小，变换信息包括在块内的概率、量化的变换信息数量的数值的出现概率等均互相不同，所以利用根据块大小而不同的概率表，可以进一步降低压缩数据的位速率。
本发明的另一个方面涉及图像解码设备，该图像解码设备对由图像编码设备或通过运行图像编码程序以产生图像的计算机产生的压缩数据进行解码。该图像解码设备包括：解码装置，用于通过基于预定的熵解码规则解码压缩数据来产生量化的变换信息；反量化装置，用于反量化该量化的变换信息并产生变换信息；以及反变换装置，用于将该变换信息反变换成解码目标图像内的解码目标块。解码装置对包含在首部信息中的压缩块大小信息进行解码，并产生解码目标图像被分割成的块大小。所述熵解码规则根据所述块大小而被转换。
此外，本发明的图像解码方法包括：解码步骤，其中解码装置通过基于预定的熵解码规则解码压缩数据来产生量化的变换信息；反量化步骤，其中反量化装置反量化该量化的变换信息并产生变换信息；以及反变换步骤，其中反变换装置将该变换信息反变换成解码目标图像内的解码目标块。在解码步骤，解码装置对包含在首部信息中的压缩块大小信息进行解码，并产生解码目标图像被分割成的块大小。所述熵解码规则根据所述块大小而被转换。
根据本发明，可以从本发明的图像编码设备产生的压缩数据恢复解码目标图像。
此外，根据本发明的图像解码程序使计算机用作以下装置：解码装置，用于通过基于预定的熵解码规则解码压缩数据来产生量化的变换信息；反量化装置，用于反量化该量化的变换信息并产生变换信息；以及反变换装置，用于将该变换信息反变换成解码目标图像内的解码目标块。解码装置对包含在首部信息中的压缩块大小信息进行解码，并产生解码目标图像被分割成的块大小。所述熵解码规则根据所述块大小而被转换。
由于本发明的图像解码程序使计算机起解码装置、反量化装置以及反变换装置的作用，所以利用该图像解码程序运行的计算机可以从本发明的图像编码设备产生的压缩数据恢复解码目标图像。
根据本发明，优选在解码步骤中，解码装置根据预定解码规则将压缩数据解码，该压缩数据包括通过编码量化的变换信息产生的压缩码，该量化的变换信息是通过量化变换信息而产生的，该变换信息是通过根据预定变换规则将解码目标图像变换成下列信息而形成的：多个基数中用于分解解码目标图像的基数的索引信息；与该索引信息规定的基数相乘的系数；以及用于规定在其上恢复通过使索引信息规定的基数乘以系数形成的图形的位置的位置信息。在反变换步骤，根据预定反变换规则，利用存储在目录存储装置内的多个基数，反变换装置利用解码装置解码的变换信息产生解码目标图像。压缩数据包括与通过分割解码目标图像获得的块的大小有关的代码，而且可以使包括在变换信息内的位置信息成为用于规定其内包括了位置信息的块内的相对位置的块内位置信息。在解码步骤，解码装置参考与包括在压缩数据内的块的大小有关的代码，将包括在变换信息内的块内位置信息变换为用于规定解码目标图像内的位置的位置信息。
根据本发明，对图像编码设备产生的压缩数据进行解码，将包括在变换信息内的块内位置信息变换为位置信息，根据与包括在该压缩数据内的块的大小有关的代码，该位置信息规定解码目标图像中的位置。利用该变换信息，采用反变换处理过程，恢复解码目标图像。因此，从本发明的图像编码设备产生的压缩数据，可以恢复解码目标图像。
在本发明中，优选地，量化的变换信息包括通过量化系数而产生的量化系数。压缩数据包括压缩码，通过对与包括在多个量化的变换信息项目中的量化系数的绝对值中的最小绝对值有关的代码、各量化系数的绝对值与最小绝对值之间的差分值、量化系数的正符号或负符号进行编码产生该压缩码。解码装置将最小绝对值与每个差分值相加，该差分值包括在通过参考与该最小绝对值有关的代码对压缩数据进行解码产生的量化的变换信息的多个项目中，然后，将包括在量化的变换信息内的正符号或负符号赋予该相加值。
根据本发明，对于通过解码压缩数据产生的量化的变换信息的多个项目中的每个项目，将最小绝对值与包括在量化的变换信息中的差分值相加，然后，将包括在量化的变换信息内的正符号或负符号赋予该和值。因此，对于其中如上所述为了降低位速率量化系数被变换为差分值的变换信息，可以恢复量化系数。
根据本发明，优选通过利用算术编码过程进行编码，产生包括在压缩数据内的压缩码，在该算术编码过程中，根据块大小而不同的预定概率表用作预定压缩编码规则；以及根据预定解码规则，利用根据通过分割解码目标图像获得的块的大小的预定概率表，解码装置进行反算术编码。
根据本发明，根据预定解码规则，利用根据通过分割解码目标图像获得的块的大小的预定概率表，执行用于解码压缩数据的反算术编码。因此，根据该图像解码程序，为了降低位速率，可以对利用根据块大小变化的概率表产生的压缩数据进行解码。
根据以下所做的详细说明和附图，可以更全面理解本发明，附图仅用于说明本发明而对本发明没有限制意义。
根据以下所做的详细说明，本发明应用的进一步范围将变得更加明显。然而，应该明白，用于说明本发明优选实施例的详细说明和特定例子仅是说明性的，因为根据该详细说明，属于本发明实质范围的各种变更和修改对于本技术领域内的熟练技术人员是显而易见的。
附图的简要说明
在下面的详细说明中，将参考附图，附图包括：
图1是示出根据实施例的视频编码设备的功能配置的方框图；
图2是示出原子标志的编码值与二进制值之间的对应关系的例子的图表；
图3是示出用于算术编码原子标志的概率表上的初始值的例子的图表；
图4是示出用于算术编码原子标志的概率表上的初始值的另一个例子的图表；
图5是示出原子数的编码值与二进制值之间的对应关系的例子的图表；
图6是示出用于算术编码原子数的概率表上的初始值的例子的图表，而且它示出用于算术编码对应于原子数的二进制值的BIN号0的概率表的初始值的例子；
图7A是示出在块大小为4×4情况下，块内位置信息与二进制值之间的对应关系的例子的图表；
图7B是示出在块大小为8×8情况下，块内位置信息与二进制值之间的对应关系的例子的图表；
图7C是示出在块大小为16×16情况下，块内位置信息与二进制值之间的对应关系的例子的图表；
图8是示出索引信息与二进制值之间的对应关系的例子的图表；
图9是示出正符号或负符号与二进制值之间的对应关系的例子的图表；
图10是示出差分量化系数与二进制值之间的对应关系的例子的图表；
图11是示出根据实施例的视频编码方法的流程图；
图12是示出根据实施例的视频编码方法，并示出在该视频编码方法中对块内的原子信息进行编码处理的流程图；
图13是示出根据实施例的视频解码设备的功能配置的方框图；
图14是示出根据实施例的视频解码方法的流程图；
图15是示出根据实施例的视频编码程序的配置的示意图；以及
图16是示出根据实施例的视频解码程序的配置的示意图。
具体实施方式
将说明根据本发明实施例的视频编码设备1。实际上，视频编码设备1是设置了CPU(中央处理单元)、内存器件以及诸如硬盘的存储器器件等的计算机。在此，除了诸如个人计算机的常规计算机外，“计算机”还包括诸如移动通信终端的个人信息数字助理，而且本发明原理广泛应用于可以处理信息的设备。
接着，将说明视频编码设备1的功能配置。图1是示出视频编码设备1的功能配置的方框图。如图1所示，视频编码设备1包括运动补偿预测单元(运动补偿预测装置)2、帧存储器4、减法单元(减法装置)6、变换单元(变换装置、目录存储装置)8、量化单元10、编码单元(编码装置)12、反量化单元14、反变换单元16以及加法单元18。以下将详细说明每个部件。
利用存储在帧存储器4内的基准帧，运动补偿预测单元2对编码目标帧进行运动补偿，然后，产生编码目标帧的预测图像。
更具体地说，运动补偿预测单元2将编码目标帧分割为多个具有预定大小的块。可以使该预定大小具有16像素×16行的大小。运动补偿预测单元2使每个块与基准区域实现块匹配，该基准区域是存储在帧存储器4内的基准帧上的预定区域，运动补偿预测单元2检测多个块中每个块对基准帧的运动矢量。根据该基准帧，利用该运动矢量，运动补偿预测单元2产生编码目标帧的预测图像。
请注意，根据基准帧产生的基准区域上的图像并不局限于仅利用整数像素构造的图像，而且可以接受其上设置了内插像素的图像，该内插像素插在各整数像素之间的一半位置或四分之一位置。通过以这样的方式设置内插像素，可以以高精度检测运动矢量。
减法单元6在运动补偿预测单元2产生的预测图像与编码目标帧之间进行差分运算，以产生包括预测图像与编码目标帧之间的残留的预测残留图像。
利用MP方法，根据公式(1)，变换单元8分解预测残留图像。为了执行MP方法，变换单元8存储所使用的基数集。该基数集内的每个基数均基于预定的二维函数。
作为预定二维函数，例如，可以采用基于下面的公式(2)所示的生成函数的二维函数。
( 4 X &prime; 2 - 2 ) e - ( X &prime; 2 + y 2 ) - - - ( 2 )
此外，预定二维函数包括用于形变生成函数产生的二维图形的各种参数。
作为这些参数，可以使用：运动参数，用于移动公式(2)产生的二维图形；旋转参数，用于旋转它；定标参数，用于分别在X方向和Y方向的两个方向放大和缩小它；以及曲线参数，用于弯曲二维图形。
在此，为了弯曲二维图形，可以将基于下面的公式(3)的x’代入公式(2)，以将下面的公式(3)中的K和α用作曲线参数。例如，如果α＝2，则通过弯曲公式(2)的生成函数产生的二维图形，可以获得弧形二维图形。此外，如果将k设为正数值或负数值，则可以改变弧形二维图形的方向。
                x′＝x+Kyα          ...(3)
根据上述公式(1)，利用通过调整上述参数获得的基数集，变换单元8将预测残留图像变换为一组原子信息，这组原子信息包括从基数集内选择的基数、与该基数相乘的系数以及用于规定在其上记录图形的位置的位置信息，该图形是通过将该基数乘以该系数形成的。
量化单元10对包括在原子信息内的系数进行量化，使量化系数包括在原子信息内代替该系数。
利用熵编码处理过程，编码单元12对运动补偿预测单元2产生的运动矢量进行编码以产生压缩码。
此外，编码单元12对原子信息进行编码，以产生压缩码，该原子信息内的系数是被量化单元10量化的系数。编码单元12产生含有这些压缩码的压缩数据。
以下将详细说明原子信息的编码处理过程。在编码处理过程中，编码单元12首先获得量化系数，该量化值的绝对值是包括在通过分解编码目标帧获得的原子信息的多个项目中的量化系数中的最小值，将该量化系数作为编码目标帧中的量化系数的最小绝对值存储。通过使它包括在每个编码目标帧的帧头部，可以使该最小绝对值包括在压缩数据中。
接着，编码单元12将编码目标帧分割为多个块然后，对每个块内的原子信息进行编码处理。通过改变块的大小，将原子信息编码处理成编码目标帧。作为块大小，例如，可以采用3种大小：4×4、8×8和16×16，在这种情况下，对原子信息重复进行3次编码处理。在此，块大小和改变块大小的次数并不局限于该例子。
在编码目标帧被分割成的多个块中的每个块中，编码单元12获得表示存在原子信息的原子标志，该原子信息基于位置信息，该位置包括在块内。
此外，在原子信息包括在块内时，它获得原子信息的项目数量(以下将原子信息的项目数量称为“原子数”)。
然后，编码单元12对原子标志和原子数进行算术编码，并使它们包括在压缩码中。以下将说明算术编码处理过程。
接着，对于多个块中的每个块，编码单元12以其绝对值的降序排列包括在该块内的原子信息的各项目。
然后，编码单元12将位置信息变换为块内位置信息，该块内位置信息被变换为位置信息包括在其内的块内的相对位置信息，然后，以排列顺序，对该块内位置信息和索引信息算术编码，以使它们包括在压缩码中。
此外，在将量化系数变换为差分量化系数后，编码单元12对该量化系数进行算术编码，并使它们包括在压缩码中，该差分量化系数是其绝对值与最小绝对值之间的差分值。在此，在每个块中，在以排列顺序对差分量化系数进行算术编码的处理过程中，在差分量化系数是“0”时，停止对差分量化系数进行编码。
此外，编码单元12对用于表示每个量化系数是正或负的正符号或负符号进行算术编码，以使它们包括在压缩码中。
以下将详细说明上述编码单元12对原子信息进行的算术编码处理过程。首先，利用图2所示的原子标志的编码值与二进制值之间的对应关系，将用于表示各块内存在原子的原子标志分别变换为二进制值。
利用其上对各块大小列出不同初始值的概率表，算术编码已经被变换为二进制值的原子标志。图3所示的概率表可以用作该概率表。
图3示出用于算术编码原子标志的概率表中的初始值，而根据块大小，该概率表上的初始值不同。这是因为块大小越小，每个块内具有原子信息的概率就越小，相反，块大小越大，每个块内具有原子信息的概率就越大。由于算术编码是利用概率表对数值行上的一部分分配代码，所以优选采用图3所示的根据块大小而不同的概率表，以致可以在原子标志的编码过程中，对大的部分分配高频二进制值。
根据过去的二进制值的频率，更新用于对原子标志进行算术编码的概率表，以便可以对数值行上的部分中的大部分分配高频二进制值。
请注意，图4所示的概率表也可以用作用于算术编码原子标志的概率表。在图4中，“FAN”表示帧中的原子数，而“FS”表示该帧上的像素数。在使用图4所示的概率表时，对于算术编码原子标志的过程，可以实现与利用图3所示概率表实现的有利效果相同的有利效果。
利用图5所示的原子数的编码值与二进制值之间的对应关系，将每个块中的原子数变换为一系列二进制值。
然后，根据对每个BIN号(BIN号表示二进制值的位号)准备的概率表，对包括在与原子数对应的一系列二进制值中的每个二进制值进行算术编码。
图6是示出用于算术编码原子数的概率表上的初始值的例子的图表，而且它示出BIN号0的概率表上的初始值的例子。此外，关于原子数，由于根据块大小，对于各BIN号，二进制值的频率不同，所以设置概率表上的初始值，以便可以对数值行上的大的部分分配高频二进制值。根据过去的各BIN号的二进制值的频率，更新该概率表。
在在被划分为水平轴和垂直轴的情况下，被变更为二进制值之后，算术编码块内位置信息。图7A、图7B和图7C是分别示出块内位置信息与二进制值之间的对应关系的例子的图表，它们分别示出在块大小为4×4、8×8和16×16情况下，块内位置信息与二进制值之间的对应关系。
利用上述上述对应关系，根据块大小，将块内位置信息变换为一系列二进制值。对于每个BIN号，对由块内位置信息变换获得的系列二进制值进行算术编码。作为用于进行该算术编码过程的概率表，可以使用其中在数值行上对0.5的部分均分配“0”和“1”的概率表。
同样，还根据图8所示的索引信息与二进制值之间的对应关系的例子表示的规则，将索引信息变换为二进制值列。在图8中，将索引信息称为“原子索引”。对于每个BIN号，对由索引信息变换获得的系列二进制值进行算术编码。作为用于进行该算术编码过程的概率表，可以使用其中在数值行上对0.5的部分均分配“0”和“1”的概率表。根据过去的帧上的每个BIN号的二进制值的频率，更新该概率表。
根据图9所示的正符号和负符号与二进制值之间的对应关系的例子表示的规则，将量化系数的正符号或负符号变换为二进制值。通过将其中在数值行上对0.5的部分均分配“0”和“1”的概率表用作概率表，对由正符号或负符号变换获得的二进制值进行算术编码。
根据图10所示的差分量化系数与二进制值之间的对应关系的例子表示的规则，将差分量化系数变换为系列二进制值。对于每个BIN号，对由差分量化系数变换获得的二进制值列进行算术编码。作为用于进行该算术编码过程的概率表，可以使用其中在数值行上对0.5的部分均分配“0”和“1”的概率表。根据过去的帧上的每个BIN号的二进制值的频率，更新该概率表。
回去参考图1，在改变块大小时，编码单元12对原子信息执行上述编码处理过程，从而产生多个压缩码。编码单元12从多个压缩码中选择其位速率是最低位速率的压缩码，以使它包括在该压缩数据中，编码单元12包括用于产生帧头部内的压缩码的块大小。
在减小对编码目标帧进行分割获得的块大小时，可以减少块内位置信息的代码数量，然而，却增加了原子标志和原子数的代码的数量。相反，在块大小增大时，可以减少原子标志和原子数的代码的数量，但是，却增加了块内位置信息的代码的数量。根据上述编码处理过程，由于利用每个编码目标帧的最佳块大小获得的压缩码包括在压缩数据中，所以可以降低压缩数据的位速率。
反量化单元14、反变换单元16以及加法单元18是进行处理以将基准帧存储到帧存储器4内的部分。反量化单元14对包括在原子信息内的量化系数进行反量化。反变换单元16执行变换单元8对原子信息执行的变换处理的反变换处理，从而恢复预测残留图像。加法单元18将基准帧的预测图像与反变换单元16恢复的预测残留图像叠加，然后，产生基准帧。如上所述，将该基准帧存储到帧存储器4中，而且该基准帧用于进行由运动补偿预测单元2产生编码目标帧的预测图像的处理过程。
以下将说明视频编码设备1的运行过程，此外，还说明根据实施例的视频编码方法。图11是这种视频编码方法的流程图。
如图11所示，在视频编码设备1中，运动补偿预测单元2进行运动补偿预测(步骤S01)。在运动补偿预测过程中，将编码目标帧分割为多个预定大小的块。然后，对于每个块，运动补偿预测单元2获得对基准帧的运动矢量，然后，产生编码目标帧的预测图像。在此，可以将被事先编码的帧用作基准帧。也就是说，由加法单元18将反量化单元14对先前编码帧进行反量化和反变换单元16对其进行反变换产生的预测残留图像与该帧的预测图像进行叠加产生的、存储在帧存储器4内的图形用作基准帧。
接着，利用减法单元6对编码目标帧与预测图像进行差分运算，然后，产生预测残留图像(步骤S02)。
通过利用变换单元8，根据上述MP方法进行处理，可以将预测残留图像变换为原子信息(步骤S03)。
接着，量化单元10对包括在原子信息内的系数进行量化，以变换为量化系数(步骤S04)。然后，编码单元12对上述运动矢量和原子信息进行编码(步骤S05)。
在步骤S05，编码单元12从包括在编码目标帧的原子信息内的系数中提取其绝对值是最小绝对值的系数。该最小绝对值包括在帧头部中。接着，编码单元12将编码目标帧分割为多个块。
编码单元12对每个块的原子信息进行图12示出的流程图所示的编码处理。首先，多个块中的每个块，编码单元12获得表示存在原子信息的原子标志，在该原子信息中，位置包括在块中，然后，如上所述，编码单元12对该原子标志进行算术编码(步骤S10)。
接着，编码单元12判定原子信息是否包括在该块内，即原子标志是否为1(步骤S11)。在原子标志不是1时，则在该块内不存在原子信息，因此，结束对该块的原子信息进行编码处理。相反，在原子标志是1时，即，在原子信息包括在该块内时，如上所述，编码单元对包括在该块内的原子信息数进行算术编码(步骤S12)。
然后，编码单元12以各系数的绝对值的降序排列包括在该块内的原子信息。接着，编码单元12将包括在原子信息内的位置信息变换为块内位置信息，该块内位置信息是该块内的相对位置信息，然后，编码单元12对块内位置信息进行算术编码(步骤S13)。
接着，编码单元12对包括在原子信息内的索引信息进行算术编码(步骤S14)。
然后，编码单元12包括在原子信息内的量化系数的正符号或负符号进行算术编码，将量化系数变换为差分量化系数，该差分量化系数是其绝对值与上述最小绝对值的差分值，然后，编码单元12对该差分量化系数进行算术编码(步骤S15)。
接着，编码单元12判定编码该块内的所有原子信息的过程是否已经结束(步骤S16)，而且在已经结束时，它结束对该块的原子信息的编码处理过程，相反，在未结束时，它就重复步骤S12至S16。
在改变分割编码目标帧获得的块的大小时，进行上述处理过程，不仅从被编码的压缩码中选择低位速率的压缩码，而且使被选择的块的大小包括在帧头部中。
接着，将说明根据实施例的视频解码设备20。实际上，视频解码设备20是设置了CPU(中央处理单元)、内存器件以及诸如硬盘的存储器器件的计算机。在此，除了诸如个人计算机的常规计算机外，“计算机”还包括诸如移动终端的个人信息数字助理，而且本发明原理广泛应用于可以处理信息的设备。
接着，将说明视频解码设备20的功能配置。图13是示出视频解码设备20的功能配置的方框图。在功能方面，视频解码设备20包括：解码单元(解码装置)22、反量化单元24、反变换单元(反变换装置)26、运动补偿预测单元(运动补偿预测装置)28、帧存储器30、以及加法单元32。
解码单元22对视频编码设备1产生的压缩数据进行解码。解码单元22事先知道概率表的初始值和视频编码设备1内的编码单元12使用的概率表的更新规则，而且可以对编码单元12编码的压缩数据进行解码。
此外，解码单元22将包括在帧头部内的最小绝对值与通过解码该压缩数据、以及通过将正符号或负符号与该结果值相加获得的差分量化系数相加，从而恢复量化系数。
此外，参考包括在帧头部内的块的大小，解码单元22将块内位置信息变换为解码目标帧中的位置信息。通过进行上述处理，解码单元22恢复运动矢量和原子信息。将包括在该原子信息内的量化系数变换为反量化单元24反量化的系数。
对反变换单元26设置与视频编码设备1使用的上述MP方法使用的基数集相同的基数集，然后，参考该基数集，反变换单元26产生解码目标帧的预测残留图像。也就是说，利用包括在原子信息内的位置信息、系数以及基数的索引信息，执行反变换单元26执行的反变换处理。在位置信息规定的位置，反变换单元26恢复通过将利用位置信息规定的基数产生的二维图形乘以包括在原子信息内的系数获得的二维图形。利用该反变换处理过程，产生预测残留图像。
参考存储在帧存储器30内的基准帧，利用解码单元22解码的运动矢量，运动补偿预测单元28产生解码目标帧的预测图像。
帧存储器30是用于将事先被解码的帧作为基准帧存储进行存储以及如上所述，用于存储运动补偿预测单元28参考的基准帧的临时存储器。
通过将反变换单元26产生的预测残留图像叠加到运动补偿预测单元28产生的预测图像，加法单元32产生解码目标帧。
以下将说明视频解码设备20的运行过程，此外，还将说明根据实施例的视频解码方法。图14是示出该视频解码方法的流程图。
在视频解码设备20中，如上所述，利用解码单元22对视频编码设备产生的压缩数据进行解码，这样形成已经恢复了位置信息和量化系数的原子信息(步骤S21)。
利用解码单元22解码的原子信息包括该级的量化系数，然后，将该量化系数变换为被反量化单元24反量化的系数(步骤S22)。
然后，反变换单元26参考与视频编码设备1在上述MP方法中使用的基数集相同的基数集，并根据原子信息产生解码目标帧的预测残留图像(步骤S23)。
接着，利用解码单元22解码的运动矢量和存储在帧存储器30内的基准帧，运动补偿预测单元28进行运动补偿预测，从而产生解码目标帧的预测图像(步骤S24)。
然后，加法单元32将预测残留图像与预测图像叠加，以产生解码目标帧(步骤S25)。
接着，将说明用于使计算机用作视频编码设备1的视频编码程序100以及用于使计算机用作视频解码设备20的视频解码程序120。图15和16是分别示出视频编码程序100和视频解码程序120的配置的示意图。
如图15所示，对视频编码程序100设置：用于控制处理过程的主模块101、运动补偿预测模块102、减法模块104、变换模块106、量化模块108、编码模块110、反量化模块112、反变换模块114以及加法模块116。运动补偿预测模块102、减法模块104、变换模块106、量化模块108、编码模块110、反量化模块112、反变换模块114以及加法模块116使计算机执行的功能与上述运动补偿预测单元2、减法单元6、变换单元8、量化单元10、编码单元12、反量化单元14、反变换单元16以及加法单元18各自的功能相同。
此外，如图16所示，对视频解码程序120设置：用于控制处理过程的主模块121、解码模块122、反量化模块124、反变换模块126、运动补偿预测模块128以及加法模块130。解码模块122、反量化模块124、反变换模块126、运动补偿预测模块128以及加法模块130使计算机执行的功能与上述解码单元22、反量化单元24、反变换单元26、运动补偿预测单元28、帧存储器30、以及加法单元32各自的功能相同。
以下将说明根据该实施例的视频编码设备1和视频解码设备20的作用和优点。在视频编码设备1中，由于在通过对每个编码目标帧改变块大小产生的压缩码中，最佳位速率的压缩码包括在压缩数据中，所以可以产生图像的压缩码，以便以低位速率进行编码。此外，由于与块大小有关的、已经用于每个编码目标帧的代码包括在该视频编码设备1产生的压缩数据中，所以根据该块大小，视频解码设备20可以将包括在原子信息中的块内位置信息恢复到编码目标帧中的位置信息。
此外，在视频编码设备1中，对于每个编码目标帧，从包括在原子信息中的系数中提取其绝对值是最小的系数，将包括在编码目标帧中的原子信息的系数变换为其绝对值与上述最小绝对值的差分值，然后，对该差分值和该系数的正符号或负符号进行压缩编码，并使它们包括在压缩数据中。这样，由于通过将包括在原子信息中的系数变更为差分值，可以减少代码的数量，所以可以进一步降低压缩数据的位速率。此外，由于对于每个编码目标帧，与最小绝对值有关的代码包括在视频编码设备1产生的压缩数据中，所以参考埃最小绝对值和正符号或负符号，视频解码设备20可以将包括在由压缩数据解码的原子信息中的差分值恢复为系数。
此外，在视频编码设备1中，对于通过分割编码目标帧获得的多个块中的每个块，以系数的绝对值的降序排列包括在该块中的原子信息。将包括在该原子信息中的系数变换为其绝对值与各系数的最小绝对值的差分值，并以排列顺序对它们进行编码。然后，在差分值为0时，停止对该块内的差分值进行压缩编码。这样，由于根据原子信息的系数，不对差分值中的0差分值产生压缩码，所以可以进一步降低压缩码的位速率。
此外，在视频编码设备1中，利用根据通过分割编码目标帧获得的块的大小而不同的预定概率表，采用算术编码方法，压缩编码原子标志、原子数以及原子信息。利用根据通过分割编码目标帧获得的块的大小而不同的概率表，可以进一步降低压缩数据的位速率，因为根据块大小，原子信息包括在块内的概率和原子数的数值的出现概率等互相不同。此外，利用与视频编码设备1使用的概率表相同的概率表，视频解码设备20可以解码视频编码设备1产生的压缩数据。
如上所述，尽管对涉及动态图像的编码过程和解码过程的本发明实施例进行了说明，但是本发明原理不仅可以应用于视频，而且可以应用于静态图像的编码过程和解码过程。
在优选实施例中，对本发明原理进行了说明，但是，显然，在本发明原理范围内，本技术领域内的熟练技术人员可以对设置和细节进行修改。因此，我们对属于权利要求实质范围的所有变更和修改要求专利权。

Claims (14)

1、一种图像编码设备，包括：
变换装置，用于将编码目标图像内的编码目标块变换成变换信息；
量化装置，用于量化该变换信息并产生量化的变换信息；以及
编码装置，用于通过基于预定的熵编码规则编码该量化的变换信息来产生压缩数据，
其中，编码装置对编码目标图像被分割成的块大小进行编码，并产生包含在首部信息中的压缩块大小信息，
以及所述熵编码规则根据所述块大小而被转换。
2、根据权利要求1的图像编码设备，还包括：目录存储装置，用于存储多个基数，
其中，所述变换装置根据预定变换规则将编码目标图像变换为包括下列内容的变换信息：索引信息，用于规定多个基数中用于分解编码目标图像的基数；系数，用于与索引信息规定的基数相乘；以及位置信息，用于规定在其上恢复通过使索引信息规定的基数乘以所述系数而形成的图形的位置，
所述编码装置产生包括压缩码的压缩数据，该压缩码是通过根据预定压缩编码规则对由所述量化装置产生的量化的变换信息进行编码而产生的，以及
在改变块大小时，编码装置执行这样的处理，其中编码装置：将编码目标图像分割为多个块；对于多个块中的每个块，提取其位置信息包括在该块内的量化的变换信息；对于多个块中的每个块，编码标志，该标志用于表示存在其位置信息包括在该块内的量化的变换信息；对于多个块中的每个块，编码其中每个包括包含在该块内的位置信息的量化的变换信息项目数；将量化的变换信息的位置信息变换为块内位置信息，该块内位置信息规定其内包括位置信息的块上的相对位置；以及编码量化的变换信息，这样，编码装置产生多个压缩码，并且使与压缩码的位速率变成最低的块的大小有关的代码以及以该大小产生的压缩码包括在压缩数据中。
3、一种图像编码方法，包括：
变换步骤，其中变换装置将编码目标图像内的编码目标块变换成变换信息；
量化步骤，其中量化装置量化该变换信息并产生量化的变换信息；以及
编码步骤，其中编码装置通过基于预定的熵编码规则编码该量化的变换信息来产生压缩数据，
其中，在编码步骤，编码装置对编码目标图像被分割成的块大小进行编码，并产生包含在首部信息中的压缩块大小信息，
以及所述熵编码规则根据所述块大小而被转换。
4、根据权利要求3的图像编码方法，其中：
在变换步骤，变换装置根据预定变换规则将编码目标图像变换为包括下列内容的变换信息：索引信息，用于规定存储在目录存储装置内的多个基数中用于分解编码目标图像的基数；系数，用于与索引信息规定的基数相乘；以及位置信息，用于规定在其上恢复通过使索引信息规定的基数乘以系数形成的图形的位置，
在编码步骤，编码装置产生包括压缩码的压缩数据，该压缩码是根据预定压缩编码规则对由所述量化装置产生的量化的变换信息进行编码而产生的，以及
在改变块大小时，编码装置执行这样的处理，其中编码装置：将编码目标图像分割为多个块；对于多个块中的每个块，提取其位置信息包括在该块内的量化的变换信息；对于多个块中的每个块，编码标志，该标志用于表示存在其位置信息包括在该块内的量化的变换信息；对于多个块中的每个块，编码其中每个包括包含在该块内的位置信息的量化的变换信息项目数；将量化的变换信息的位置信息变换为块内位置信息，该块内位置信息规定其内包括位置信息的块上的相对位置；以及编码量化的变换信息，这样，编码装置产生多个压缩码，而且使与压缩码的位速率变成最低的块的大小有关的代码以及以该大小产生的压缩码包括在压缩数据中。
5、根据权利要求3的图像编码方法，其中：
量化装置量化包含在变换信息中的系数，以产生包括量化系数的量化的变换信息，
当在所述处理中编码量化的变换信息时，编码装置从包括在量化的变换信息的多个项目中的各量化系数的绝对值中提取最小绝对值，使与最小绝对值有关的代码包括在压缩数据中，将每个量化系数变换为每个量化系数的绝对值与最小绝对值的差分值，编码之后使所述差分值包括在压缩码中，以及在编码之后使每个量化系数的正符号或负符号包括在压缩码中。
6、根据权利要求4的图像编码方法，其中，在编码步骤，编码装置将算术编码用作预定压缩编码规则，并利用根据块大小而不同的预定概率表，进行算术编码。
7、一种使计算机用作以下装置的图像编码程序：
变换装置，用于将编码目标图像内的编码目标块变换成变换信息；
量化装置，用于量化该变换信息并产生量化的变换信息；以及
编码装置，用于通过基于预定的熵编码规则编码该量化的变换信息来产生压缩数据，
其中，编码装置对编码目标图像被分割成的块大小进行编码，并产生包含在首部信息中的压缩块大小信息，
以及所述熵编码规则根据所述块大小而被转换。
8、一种图像解码设备，包括：
解码装置，用于通过基于预定的熵解码规则解码压缩数据来产生量化的变换信息；
反量化装置，用于反量化该量化的变换信息并产生变换信息；以及
反变换装置，用于将该变换信息反变换成解码目标图像内的解码目标块，
其中，解码装置对包含在首部信息中的压缩块大小信息进行解码，并产生解码目标图像被分割成的块大小，
以及所述熵解码规则根据所述块大小而被转换。
9、根据权利要求8的图像解码设备，还包括目录存储装置，用于存储多个基数，
其中，所述解码装置根据预定解码规则将压缩数据解码，该压缩数据包括通过编码量化的变换信息而产生的压缩码，该量化的变换信息是通过量化所述变换信息而产生的，该变换信息是通过根据预定变换规则将解码目标图像变换成下列内容而形成的：多个基数中用于分解解码目标图像的基数的索引信息；与该索引信息规定的基数相乘的系数；以及用于规定在其上恢复通过使索引信息规定的基数乘以所述系数而形成的图形的位置的位置信息，
反变换装置根据预定反变换规则，利用存储在目录存储装置内的多个基数，由所述变换信息产生解码目标图像，
压缩数据包括与通过分割解码目标图像获得的块的大小有关的代码，而且可以使包括在变换信息内的位置信息成为用于规定其内包括了位置信息的块内的相对位置的块内位置信息，以及
解码装置参考包括在压缩数据内的与块的大小有关的代码，将包括在变换信息内的块内位置信息变换为用于规定解码目标图像内的位置的位置信息。
10、一种图像解码方法，包括：
解码步骤，其中解码装置通过基于预定的熵解码规则解码压缩数据来产生量化的变换信息；
反量化步骤，其中反量化装置反量化该量化的变换信息并产生变换信息；以及
反变换步骤，其中反变换装置将该变换信息反变换成解码目标图像内的解码目标块，
其中，在解码步骤，解码装置对包含在首部信息中的压缩块大小信息进行解码，并产生解码目标图像被分割成的块大小，
以及所述熵解码规则根据所述块大小而被转换。
11、根据权利要求10的图像解码方法，其中：
在解码步骤，所述解码装置根据预定解码规则将压缩数据解码，该压缩数据包括通过编码量化的变换信息而产生的压缩码，该量化的变换信息是通过量化所述变换信息而产生的，该变换信息是通过根据预定变换规则将解码目标图像变换成下列内容而形成的：多个基数中用于分解解码目标图像的基数的索引信息；与该索引信息规定的基数相乘的系数；以及用于规定在其上恢复通过使索引信息规定的基数乘以所述系数而形成的图形的位置的位置信息，
在反变换步骤，反变换装置根据预定反变换规则，利用存储在目录存储装置内的多个基数，由所述变换信息产生解码目标图像，
压缩数据包括与通过分割解码目标图像获得的块的大小有关的代码，而且可以使包括在变换信息内的位置信息成为用于规定其内包括了位置信息的块内的相对位置的块内位置信息，以及
在解码步骤，解码装置参考包括在压缩数据内的与块的大小有关的代码，将包括在变换信息内的块内位置信息变换为用于规定解码目标图像内的位置的位置信息。
12、根据权利要求11的图像解码方法，其中：
所述量化的变换信息包含通过量化所述系数而产生的量化系数，
压缩数据包括压缩码，该压缩码是通过对与包括在量化的变换信息的多个项目中的量化系数的绝对值中的最小绝对值有关的代码、各量化系数的绝对值与最小绝对值之间的差分值、各量化系数的正符号或负符号进行编码而产生的，以及
在解码步骤，解码装置将最小绝对值与每个差分值相加，所述差分值包括在通过参考与该最小绝对值有关的代码对压缩数据进行解码而产生的量化的变换信息的多个项目中，而且解码装置将包括在量化的变换信息内的正符号或负符号赋予相加值。
13、根据权利要求11的图像解码方法，其中：
包括在压缩数据内的压缩码是通过利用算术编码进行编码而产生的，在该算术编码中，根据块大小而不同的预定概率表被用作预定压缩编码规则，以及
在解码步骤，解码装置根据预定解码规则，利用根据通过分割解码目标图像获得的块的大小的预定概率表，进行反算术编码。
14、一种使计算机用作以下装置的图像解码程序：
解码装置，用于通过基于预定的熵解码规则解码压缩数据来产生量化的变换信息；
反量化装置，用于反量化该量化的变换信息并产生变换信息；以及
反变换装置，用于将该变换信息反变换成解码目标图像内的解码目标块，
其中，解码装置对包含在首部信息中的压缩块大小信息进行解码，并产生解码目标图像被分割成的块大小，
以及所述熵解码规则根据所述块大小而被转换。
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