CN1579097A - 压缩 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控制对于存储器压缩的解码器偏移的方法，该方法包括以下步骤：在第一遍编码循环中提供从解码器(79)输出的已解码比特流和输入到编码器(76)的比特流，其中输入到所述编码器(76)的所述比特流是基于从所述解码器(79)的输出；确定输入到所述编码器(76)中的所述比特流和从所述解码器(79)输出的所述已解码比特流之间的区别，其中所述的区别是由于在所述第一遍编码循环期间在所述编码器(76)中压缩了从所述解码器(79)输出的所述已解码比特流而造成的；以及在第二遍编码循环中根据所述确定的区别校正从所述解码器(79)输出的所述已解码比特流。
Description
本发明涉及一种控制解码器偏移的设备和方法，特别是在嵌入式存储器压缩中控制解码器偏移的方法。
在很多场合下需要通过传输链路传输运动图像的电视信号。当以数字信号形式传播的广播质量的电视时，要求具有超过100M比特/秒的传输速率，这就会使得传输的成本非常高并且需要高带宽的链路。于是，引入了一种在可以接受的范围内降低图像质量的方法，用以减少传输的信息内容。
变换编码利用一帧内像素量之间的相关性将这些量转换为另一组值，由于经过转换的值相对较小，所以可以用更少的比特进行编码。最常用的变换编码方法就是离散余弦变换(DCT)。
当前的视频压缩方案，诸如MPEG2和H.263需要存储一幅参考图像用于预测时间编码。对于主流图像格式(720×576像素)来说，这幅图像大约需要5M比特存储空间。传统方法上，这幅参考图像存储在空间域中，用于直接的运动估计和补偿。在这种方法的VLSI实施方案中值得注意的是，一个缺点是在这个域中的存储量通常太大，以致于必须使用外部的存储器IC来实现。这就增加了整个系统中的部件数目，也因此增加了其价格。如果能够减少存储量，就可以将存储器和处理硬件嵌入到单个IC当中。可以通过使用遵从于可伸缩编码技术的源系统的量化作用把图像存储在压缩过的域内，从而实现这种存储量的减少。
在Kleihorst等人的论文“用于混合视频编码器的DCT-域嵌入式存储器压缩(DCT-Doma in Embedded Memory Compression for HybridVideo Coders)”，VLSI信号处理系统杂志(Journal of VLSI SignalProcessing Systems)24，31-41(2000)中，提出了一个属于DCT-域的编码器结构。在编码器中进行了编码的一个帧被解码并被提供给帧存储器，该帧存储器存储在运动估计/补偿中使用的帧。在帧存储器的前面有一个可伸缩的编码器。当帧存储器满了后，为了在给定存储容量的存储器提供对于解码的帧的尽可能好的表达，需要截尾(truncate)可伸缩编码的比特流(代表被解码的帧)。如果提供给帧存储器的比特流被截尾，则可在编码器的帧存储器中获得的帧表达就不同于在解码器的帧存储器中相应的帧表达。所以，就出现了一个没有被解码器考虑的误差，这就引起了所谓的解码器偏移。已经提出了使用更多内部编码帧或者更少的压缩，但是这却造成了更高的比特率。
嵌入式压缩也可以用在空间域的编码器当中。
在WO 95/29561中公开了一种代码转换器。这种代码转换器用于将视频信号在使用运动补偿的第一种和第二种编码方案之间相互转换，包括一个解码器和一个编码器，该解码器用于将接收到的根据第一种编码方案编码的数据流解码，该编码器用于按照第二种编码方案将来自解码器的数据流编码成另一条数据流。解码器从收到的数据流中提取出运动矢量再将其传递到编码器的数据流中，这样就可以避免对于运动矢量的重复计算。可以提供偏移补偿装置用于补偿图像帧之后的任何偏移。
本发明的一个目标是提供一种用于控制对于存储器压缩的解码器偏移的改进方法和设备。
根据本发明的一方面，提供了一种控制对于存储器压缩的解码器偏移的方法。这种方法包括以下步骤：在第一遍编码循环中提供输入到编码器的已编码帧和从解码器输出的已解码帧，其中从所述解码器输出的所述已解码帧是基于所述编码器输入的所述已编码帧；确定输入到所述编码器中的所述已编码帧和从所述解码器输出之间的区别，这里所述的区别是由于在所述第一编码循环期间压缩了所述编码器的输出而引起的；所述第二遍编码循环中根据所述已经确定的区别校正输入到所述编码器的所述已编码帧。对于嵌入式存储器压缩的应用来说，这种压缩优选地是一种截尾。截尾很容易实现，又是一种有效的压缩方法。为了更好保证被截尾的比特流仍旧可以被解码，编码器应该产生可伸缩的比特流。
参考下面描述的实施例，本发明的所述和其他方面将变得显而易见。
在图中：
图1显示了一种应用在照相机系统中的混合编码器，这里的混合编码器使用了一个可伸缩的编码器来为存储器提供可伸缩的比特流；
图2显示了另一种应用在照相机系统中的混合编码器，这里的另一种混合编码器使用了一个可伸缩的编码器，用于为存储器提供可伸缩的比特流。
如MPEG和H.263的这些混合视频压缩方案使用了一个图像存储器来进行运动补偿编码。在VLSI实现方案中，这幅图像因为比较大所以通常存储在外部的RAM中。为了减少系统整体的成本，提出了一种用于把图像在存储之前压缩4到5倍的方法，这就使得在编码器IC本身上嵌入图像存储器成为可能。在一个DCT-域的编码器中，输入的信号在编码循环外直接进行DCT变换(见图1和图2)。这就意味着运动估计和补偿需要在DCT域中执行。局部的解码只能进行到执行去量化(IQ)和反MC(IMC)的操作。为了利用量化(Q)后大量为零的系数(在IQ后依旧存在)，在存储之前就应用了一个可伸缩的编码器(LLC)。一种可伸缩的编码方法本来是无损耗的，但是如果必要的话，可以从比特流中量化。通过一个可伸缩的解码器(LLD)执行从存储器(MEM)中的提取操作以用于运动补偿。需要注意，现在几乎所有的编码器部分都位于DCT-域内，但是传统的非DCT-域编码器只有有限的一部分位于DCT-域内。为了控制和保障实际的存储，就应用了可伸缩的压缩方法。
图1显示了一个照相机系统，该系统包括一个第一DCT域混合编码器。该混合编码器在这个例子中是所谓的‘PIPI’编码器，这意味着它进行I(帧内)和P(帧间)帧交替编码。该照相机系统包含照相机4和混合编码器5。照相机4产生的信号首先在DCT 50中进行DCT变换。然后，已变换的信号在ME 51中进行运动估计，在MC 52中进行运动补偿。运动补偿信号在Q 53中进行量化。量化后的信号进一步被锯齿扫描器(ZZ)58、一个行程长度编码器(RLE)59和变长编码器(VLE)60处理，之后得到例如一个MPEG编码的信号。量化后的信号进一步在LLC 54中被可伸缩地编码，然后提供给存储器55。这要求存储器55的大小可以被编码器5本身的缓冲器/速率控制机制保证。这是因为实际上只有I帧的系数存储到存储器55中。对于编码器的成本和编辑能力比压缩比率更重要的应用场合，比如存储器应用，这就是适合的编码器。循环存储器55位于量化器53之后(通过LLC 54)，几乎利用了所有源编码器的效果。为了获得可以在运动估计器51中使用的重建帧，编码器还进一步包括一个可伸缩的解码器LLD 56和一个逆量化器IQ 57，二者均和存储器55相连。该可伸缩的解码器LLD 56执行可伸缩编码器LLC 54的逆向操作。
对于较低的比特率所需的更高压缩比率，必须使用连续的P帧。图2中显示了一种照相机系统的结构，它包括一个多P帧编码器7。和图1类似的是，编码器7包括一个DCT 70、一个运动估计器(ME)71、一个运动补偿器(MC)72、一个量化器(Q)73、一个ZZ 80、一个RLE 81和一个VLE 82。Q 73通过去量化(IQ)74连到一个反向运动补偿器(IMC)75，从而获得一个重建后的信号。在帧间编码的帧P之间，一批未确定数量的非零系数现在可以通过IMC机制75直接进入循环存储器78，绕过了Q 73。主动控制存储要求的一种方法是量化进入循环存储器78的信号。只要图像质量保持(显著地)高于编码器的目标输出质量，就可以允许一些数量的量化，而连续P帧的数量就受到了限制。这种量化是根据可伸缩的编码原则，通过简单地去除每个DCT块比特流的一定百分比来实现的。一个分离的缓冲器控制机制可以大致描述图像的内容并在工作中调整该百分比。这些量化信息在LLD 79执行的解码阶段就不再需要。由截尾器T 77对LLC 76生成的一个可伸缩的比特流执行额外的量化。如果非零系数的数量超过了可以接受的范围，则通过转换成块内而使用一个后退机制。图1和图2所示的实施例生成标准的MPEG或者类似的已编码比特流。该比特流可以被标准解码器解码。
图2中显示的编码器7是具有在帧存储器之前使用额外压缩(优选地是可伸缩的)的嵌入式存储器压缩的编码器的一个实例。在编码器7中进行了编码的帧被解码并被提供给帧存储器78，帧存储器78存储被用于运动估计/补偿的帧。在帧存储器78之前有一个可伸缩的编码器76和截尾器77。为了在帧存储器78被给定存储容量的情况下提供对于已解码帧的尽可能好的表达，当帧存储器78满了以后，可伸缩的编码比特流(代表被解码的帧)就被截尾器77截尾。
如果提供给帧存储器78的比特流被截尾，则在编码器帧存储器中的帧表示就与解码器帧存储器中的对应帧表示有所不同。因此，截尾器77就引进了一个误差，但是这个误差在解码器LLD 79中没有被考虑。这就造成了一个所谓的解码器偏移：由于在解码器LLD 79中的运动估计/补偿是基于与编码器LLC 76中的帧不同的帧，所以已解码的帧中就包括了误差。
为了解决这个问题，在第一遍编码循环期间，确定误差源，该误差源就是可伸缩解码器LLD 79的输出与可伸缩编码器LLC 76的输入之间的区别(见图6)。不必存储这个帧。有优势的是，提供了从LLC 76到LLD 79的一条捷径100。把已经所确定的误差从将要编码的输入帧中减去。输入帧被再次编码(合成了误差)，然后输出已编码的帧。在该第二遍编码循环中，就不再需要运动估计。运动估计是编码器中强度最大的处理过程。把误差从输入帧中减去可被当作是一阶校正。解码器现在将制造与那些在编码器中相当的误差，这样就减少了解码器偏移。
在第一遍编码循环中确定的误差也可以不从输入中减去而继续传输。
值得注意的是，所述的实施例是为了举例阐述而不是限制本发明，本领域的技术人员可以在不脱离所附的权利要求书范围的情况下设计出很多种替换的实施例。在权利要求书书中，任何在括号内的附图标记都不应被解释为对于权利要求的限制。“包括”一词并不排除那些未在权利要求当中列出的元件或步骤的存在。本发明可以通过硬件手段实现，该硬件包括一些独立元件，也可以通过适合于编程的计算机实现。在设备权利要求中列举了几种装置，其中的一些装置可以通过同一个硬件来实现。某些方法在互不相同的从属权利要求中被叙述的事实并不意味着不能将这些方法结合使用以实现本发明的优点。
Claims (8)
1.一种控制对于存储器压缩的解码器偏移的方法，包括步骤：
-在第一遍编码循环中，提供一个输入到编码器(76)中的已编码的帧和一个从解码器(79)中输出的已解码的帧，其中所述从解码器(79)输出的已解码帧是基于所述输入到所述编码器(76)中的已编码的帧；
-确定输入到所述编码器(76)的所述已编码帧和从所述解码器(79)输出的所述已解码帧之间的区别，其中所述的区别是由于在所述第一遍编码循环期间压缩所述编码器(76)的输出而造成的；以及
-在第二遍所述编码循环中，根据所述确定的区别校正输入到所述编码器(76)的所述已编码帧。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述第二遍编码循环中从输入到所述解码器(76)的所述帧中减去所述确定的区别。
3.如权利要求1所述的方法，其中在所述第二遍编码循环中传输所述已确定的区别。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述编码器(76)和所述解码器(79)之间提供捷径100。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述的压缩是截尾。
6.一种用于控制对于存储器压缩的解码器偏移的设备，包括：
-一个编码器(76)和一个连接到所述编码器(76)的解码器(79)；
-用于在第一遍编码循环中提供一个输入到所述编码器(76)的已编码帧和一个从所述解码器(79)输出的已解码帧的装置，其中从所述解码器(79)输出的所述已解码帧是基于输入到所述编码器(76)的所述已编码帧；
-确定输入到所述编码器(76)的所述已编码帧和从所述解码器(79)输出的所述已解码帧之间的区别，其中所述的区别是由于在所述第一遍编码循环期间压缩所述编码器(76)的输出而造成的；以及
-在第二遍所述编码循环中，根据所述确定的区别校正输入到所述编码器(76)的所述已编码帧。
7.如权利要求6所述的设备，其中在所述编码器(76)和所述解码器(79)之间提供捷径(100)。
8.一个照相机系统，包括如权利要求6或7所述的设备。
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