CN1650625A - 用于将参数值映像到码字索引的自适应方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于熵编码的方法和系统，其中表示编码信号(20)的参数被映射到码字索引(128)以便解码器(50)可以根据码字索引(128)重构编码信号。当参数空间被限制以致因为码字不是以对应参数的顺序或连续的方式安排使得编码效率低时，使用分类步骤将参数分类成不同的组，以便在不同组的参数以不同方式被映射为码字索引。分类可以根据与已选值相关的参数绝对值进行。在解码处理中，码字索引还根据与已选值相关的码字索引值被分类为不同组。

Description

用于将参数值映像到 码字索引的自适应方法和系统

本专利申请要求享有2002年4月26日申请的U.S.临时申请号60/37611的优先权。

发明领域

本申请一般涉及编码系统，尤其是涉及视频编码和解码系统。

发明背景

典型视频编解码器是基于动作补偿预测和预测错误编码的。通过分析和编码图像帧之间的动作以及使用动作信息重构图像片段(segment)来获得动作补偿预测。预测错误编码被用于编码在动作补偿图像片段与原始图像中对应片段之间的差值。可以根据可用带宽与编码视频的所需质量来调整预测错误编码的精度。在典型的基于系统的离散余弦变换(DCT)中，这通过变化在量化DCT系数到指定精度中使用的量化器参数(QP)来实现。

通常，编码系统提供一组参数来表示已编码信号。为了解码和重构已编码信号，这些参数被熵编码并被发送到解码器。为了改进熵编码器的压缩性能，经常从编码器和解码器都可用的信息中预测参数。通过这样做，熵编码器必须仅编码实际参数值和引起编码增益的预测参数值之间的小方差值。在图1中举例说明编码过程。

如图1所示，表示视频序列中图像片段的输入信号被提供给参数生成块，在此生成一组表示输入信号的参数。根据由参数生成块生成的参数，参数预测块被用于提供一组由动作补偿预测图像片段表示的参数。然后，减法模块被用于计算实际参数与预测参数之间的差值以提供参数差值P。熵编码器编码参数差值p以提供一组码字，以便允许解码器根据码字重构输入信号。

在典型的情况下，熵编码器假定最大可能参数差值是零，小差值总是比来自预测器的大偏差更有可能。因此，熵编码器使用下列公式按照下降概率顺序将参数差值映射到码字索引中。

        c＝2abs(p)-sign(p)            (1)

其中abs(p)表示参数差值p的绝对值，sign(p)是参数差值p的符号，c是码字索引。更具体地，

可见，在该解码器中，能够通过如下的逆映射容易地重构参数差值p：

        p＝isign(c)(c+odd(c))/2       (2)

其中通过c是偶数或奇数来确定sign(c)。更具体地，

如果c是奇数，odd(c)是1，否则，odd(c)是0。

使用这些等式，将参数差值p映射到码字索引c，如同：

现在，码字索引按照概率的下降顺序映射，并例如使用索引Golomb编码被有效编码。

当编码参数在有限范围内时，该结果是不希望的。例如，如果参数(或者上述的参数差值)p的范围仅有在-6与1之间的数值，那么使用等式1将p映射为码字索引c将产生

因为从不使用码字索引3，5，7...，所以该映射导致压缩性能的明显减少。

现有技术中对于这种编码效率低的解决方案是使用直接模运算或者循环映射方法来将未使用的索引映射为有效索引。这种方法将剩余的索引(在下文实例中的3、5与7)映射到参数空间的另一端。因而，索引12、10与8分别被映射到3、5与7。

这种方法的优势在于直接计算，但是另一方面，因为参数空间另一端的低概率参数被映射到小的(也就是，高概率)码字索引，例如3与5，所以导致次最佳性能。下列表格显示当参数具有从-6到1的有效数值时的这种映射。

如所指的，使用索引Golomb编码进行编码没有效率。

因此，有利并希望的是提供一种编码方法与系统，其中不管参数差值或者参数的有限范围，从参数差值或者参数到码字索引的映射都是是最佳的。

发明概述

本发明的主要目的是当编码参数位于有限范围内时改进压缩性能，以便码字索引中没有间隔，并以有序的方式映射码字索引。通过分类(sort)参数差值或者参数本身来实现该目的。在熵编码之前，参数差值或者参数被分类为至少第一组与第二组，以便如果参数差值(或者参数)的绝对值小于或者等于已选值时，将参数差值(或者参数)插入第一组，否则将其插入第二组。第一组中参数差值(或者参数)的映射基于参数差值(或者参数)的绝对值和符号。第二组中参数差值(或者参数)的映射基于参数差值(或者参数)的绝对值。

因此，依据本发明的第一方面，提供一种编码输入信号以提供一组表示已编码信号的参数的方法，其中参数与预测值之间的差值在编码器中被进一步映射为多个码字索引，在编码差值或者参数中使用表示多个码字的码字索引，以便允许解码器根据码字重构输入信号。该编码方法的特征在于：将差值或者参数分类为至少第一组和第二组；根据差值或者参数的绝对值和符号映射第一组的差值或者参数；和根据绝对值映射第二组的差值或者参数。

基于差值或者参数的绝对值分类使得第一组中每个差值或者参数的绝对值等于或者小于已选值。从第二组的差值或者参数映射的码字索引表示差值或者参数的绝对值和已选值的和。

参数可以是视频编码系统的量化参数。

输入信号可以是视频编码系统中的视频信号。

输入信号可以是音频编码系统中的音频信号。

输入信号可以是在用于传输或者存储的数据编码中的数据信号。

有利地，执行所述映射使得对应于所述差值或参数的码字索引被连续地分配。

依据本发明的第二方面，提供一种用于编码输入信号以提供已编码信号的熵编码器。该编码器包括：

用于提供一组表示已编码信号的参数的装置；

提供至少一个预测值的装置；

响应于参数和预测值，提供参数和预测值之间的差值的装置；

响应于差值或者参数，提供多个码字索引的装置，在编码差值或者参数中使用表示多个码字的码字索引，以允许解码器根据码字重构输入信号。该编码器的特征在于：

用于将差值或者参数分类成至少一个第一组和一个第二组的分类模块；

可操作地连接到分类模块，用于根据差值或者参数的绝对值和符号来映射第一组中的差值或者参数，以及根据绝对值映射第二组中的差值或者参数的映射模块，以便提供所述多个码字索引。

编码器可以在编码视频信号的视频信号编码器中实现。

编码器可以在编码音频信号的音频信号编码器中实现。

编码器可以在编码数据以用于传输或者存储的数据编码器中实现。

依据本发明的第三方面，提供一种用于从一组码字索引中重构已编码信号的熵解码器，所述解码器包括：

提供已编码信号预测值的装置；

将码字索引组转换成一组参数差值的装置；

响应于参数差值和预测值，提供一组表示已编码信号的参数的装置，

响应于参数组，用于提供已编码信号的装置。解码器的特征在于：

将码字索引分类为至少一个第一组与一个第二组分类模块；

可操作地连接到分类模块，根据码字索引是偶数或者奇数来映射第一组中的码字索引，以及根据码字索引与已选值之间的差值来映射第二组中的码字索引的映射模块，以便提供参数差值。

根据与已选值相关的码字索引值进行分类，使得第一组中的每个码字索引等于或者小于已选值的两倍。

依据本发明第四方面，提供一种熵编码与解码系统，包括：

解码器，和

编码器，用于编码输入信号以提供一个已编码信号的编码器，其中编码器包括：

用于提供一组表示已编码信号的参数的装置；

提供至少一个预测值的装置；

响应于参数与预测值，提供所述参数和所述预测值之间差值的装置；

响应于差值或者参数，提供多个码字索引的装置，码字索引表示在编码差值或者参数中使用的多个码字，以允许解码器根据码字重构输入信号。编码与解码系统的特征在于：

在编码器中将差值或者参数分类成至少一个第一组与一个第二组的分类模块；

在编码器中可操作地连接到分类模块，用于根据差值或者参数的绝对值和符号来映射第一组中的差值或者参数，以及根据绝对值来映射第二组中的差值或者参数的映射模块，以提供所述多个码字索引。

根据差值或者参数的绝对值进行分类，使得第一组中的每个差值或者参数的绝对值等于或者小于已选值。从第二组中的差值或者参数映射的码字索引表示差值或者参数绝对值与已选值的和。

依据本发明的第五方面，提供在编码器中使用的软件程序，其用于编码输入信号以提供已编码信号，其中所述编码器包括：

用于提供一组表示已编码信号的参数的装置；

提供至少一个预测值的装置；

响应于参数与预测值，提供参数与预测值之间差值的装置；

响应于差值或者参数，提供多个码字索引的装置，码字索引表示在编码差值或者参数中使用的多个码字，以便允许解码器根据码字重构输入信号。该软件程序的特征在于：

用于将差值或者参数分类成至少一个第一组与一个第二组的代码；和

用于根据绝对值和差值或者参数的符号来映射第一组的差值或者参数，以及根据绝对值来映射第二组的差值或者参数的代码，以便提供所述多个码字索引。

根据差值或者参数的绝对值分类，使得第一组中的每个差值或者参数的绝对值等于或者小于已选值。根据第二组中的差值或者参数映射的码字索引表示差值或者参数绝对值和已选值的和。

依据本发明的第六方面，提供一种在解码器中使用的软件程序，用于从一组码字索引中重构已编码信号，其中解码器包括：

提供已编码信号预测值的装置；

将码字索引组转换成一组参数差值的装置；

响应于参数差值与预测值，提供一组表示已编码信号参数的装置，和

响应于参数组，提供已编码信号的装置。该软件程序的特征在于：

将码字索引分类为至少一个第一组与一个第二组的代码；

根据码字索引是偶数还是奇数来映射第一组中的码字索引，根据码字索引与已选值之间的差值映射第二组码字索引的代码，以便提供参数差值。

根据与已选值相关的码字索引值分类，使得每个码字索引等于或者小于已选值的两倍。从第二组中的码字索引映射的每个参数差值根据p＝msign(c)(c-n)计算得出，其中msign(c)是具有最大绝对值的p的符号。

本发明将在阅读结合图2和3的描述中变得显而易见。

附图说明

图1是显示现有技术编码器的方框图。

图2是显示依据本发明包含在熵编码与解码系统中编码器的方框图。

图3是显示依据本发明解码器的方框图。

优选实施方式

本发明将有限的参数差值空间分为两个部分。第一部分包括绝对值等于或者小于n(n是参数差值p允许的最大值的绝对值或最小值的绝对值，视何者更小)的参数差值p。第二部分包括所有其它有效参数差值p。

使用方程式1将参数差值p的第一部分最佳地映射到码字索引。从第一部分中的索引数目开始，对第二部分的最佳映射是线性的。下面的等式给出编码器的映射。

$c=\left\{\begin{array}{c}2\mathrm{abs}\left(p\right)-\mathrm{sign}\left(p\right),\mathrm{abs}\left(p\right)\≤n\\ \mathrm{abs}\left(p\right)+n,\mathrm{abs}\left(p\right)>n\end{array}\right.,---\left(3\right)$

当码字索引c被传送到解码器时，参数差值或者参数可以使用如下逆映射来重构：

$p=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{isign}\left(c\right)(c+\mathrm{odd}\left(c\right))/2,c\≤2n\\ \mathrm{msign}\left(c\right)(c-n),c>2n\end{array}\right.,---\left(4\right)$

其中对于偶数c，isign(c)等于-1，否则isign(c)等于+1，misign(c)具有最大绝对值p的符号。

在参数差值间隔从-6到1扩展，或者p值是-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1的实例中，使n＝1。使用等式3，在下面的表格中显示映射的结果。

可从表格中看到，现在c是p绝对值的递增函数。也就是，当来自预测的偏差增加时，码字索引c也增加。这允许有效使用例如索引Golomb代码的通用可变长度码(VLC)。

如结合等式3和4所描述的，为了执行编码方法，如同图2所示，分类模块被包含在熵编码模块中。同样地，可以在熵编码之前根据已选值n分类参数差值或者参数。如图2所示，视频编码/解码系统1包括编码器10和解码器50。当表示图像片段的视频信号100被提供给参数生成块20时，获得一组表示已编码信号的参数120。参数预测块22根据表示过去图像片段与和当前图像片段的参数提供一组预测参数122。从减法模块24中计算参考数字124表示的参数差值p。参数差值p被传送到分类模块26用于分类。同时，通过参数预测块22将已选值n提供给分类模块26。优选地，分类由软件程序27来执行。

如果参数差值p的绝对值小于或者等于n，那么参数差值p被插入第一组126，以便对应于参数差值p的码字索引c依照2abs(p)-sign(p)被映射。例如，n＝1，第一组包括p＝1，0，1。如果p＝1，则因为sign(-1)＝0，c＝2。同样地，如果p＝0，那么c＝0。如果p＝1，sign(p)1，那么c＝1。然而，如果p的绝对值大于n，p被插入第二组127，以便对应于那个p的码字索引c依照abs(p)+n被映射。优选地，由熵编码块28中的软件程序29执行映射，以提供表示码字索引的信号128。

如图3所示，在解码器50中相同的参数预测块66被用于提供参数n，以便可以执行从码字索引c到p的逆映射。如图3中所示，解码器50有依照等式4分类码字索引的分类器60。优选地，通过软件程序61执行分类。如果c小于或者等于2n，那么c被插入第一组160，以便逆映射模块62可以依照p＝isign(c)[c+odd(c)]/2来计算参数差值p。如果c大于2n，那么c被插入第二组161，以便逆映射模块62可以依照p＝msign(c)(c-n)来计算p。优选地，通过软件程序63来执行映射。

由参考数字162表示的参数差值p通过加法模块64与预测参数166求和来产生一组参数164。这些参数通过熵解码器68被解码。

在本发明的优选实施例中，视频编码系统的量化参数(OP)被编码和解码。在该实施例中，QP有从0到31的范围。当传送新的QP时，计算新QP与最近传送的QP之间的差值，并使用等式3来获得码字索引。在接收到码字索引之后，解码器将应用等式4来查找QP差值。最后，通过向先前的QP值增加已接收的QP差值来获得新的QP值。

本发明可以以多种方式实现：

等式3和4可以写成多种产生相同映射的方式。例如，sign(p)可以被不同地定义，使得p小于或者等于0时sign(p)＝0，否则sign(p)＝1。此外，p可以被分类为以下三组：

          c＝0，                    如果p＝0

          c＝2abs(p)-sign(p)，      如果abs(p)≤n，但大于0

          c＝abs(p)+n，             如果abs(p)＞n

如果正负参数(或者参数差值)都有效并且具有相同的绝对值，那么等式3和4在映射负参数之前映射正参数。这是可逆的。

除参数差值之外，还可以使用本发明描述的方法来编码参数绝对值。

参数间隔不必是连续的。例如，零值可以用其它方式表示，并可以因此修改等式3和4。

该方法不被限制为VLC编码，还可以用于其他熵编码方法的情况中，例如算术编码。

本发明已经就视频编码方面公开。然而，相同的方法可被用于音频编码和静止图像编码。还可以在传输或者存储的数据编码中使用。

因此，虽然本发明已经根据其优选实施例进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行前述以及各种其他的变化、省略和偏差。

Claims (31)

1.一种编码输入信号以提供一组表示编码信号的参数方法，其中该参数与预测值之间的差值在编码器中被进一步映射为多个码字索引，该码字索引表示在编码该差值或者参数中使用的多个码字，以便允许解码器根据码字重构输入信号，所述编码方法的特征在于：

将该差值或者参数分类成为至少第一组与第二组；

根据该差值或者参数的绝对值与符号映射第一组中的差值或者参数；以及

根据绝对值映射第二组中的差值或者参数。

2.权利要求1中的方法，其特征在于，所述分类基于所述差值或者参数的绝对值，使得第一组中每个差值或者参数的绝对值等于或者小于已选值。

3.权利要求2的方法，其特征在于，从第二组中的差值或者参数映射的码字索引表示差值或者参数的绝对值与已选值的和。

4.权利要求1的方法，其特征在于，执行所述映射从而使得对应所述差值或者参数的码字索引被连续地分配。

5.权利要求1的方法，其特征在于，输入信号表示来源于视频序列的至少一个图像段的视频信号。

6.权利要求1的方法，其特征在于，通过软件程序执行所述分类。

7.权利要求1的方法，其特征在于，通过软件程序执行所述映射。

8.权利要求1的方法，其特征在于，所述参数包括视频编码系统的量化参数。

9.权利要求1的方法，其特征在于，输入信号包括视频编码系统中的视频信号。

10.权利要求1的方法，其特征在于，输入信号包括音频编码系统中的音频信号。

11.权利要求1的方法，其特征在于，输入信号包括数据编码系统中的数据信号。

12.一种编码输入信号以提供编码信号的熵编码器，所述编码器包括：

用于提供一组表示该编码信号的参数的装置；

用于提供至少一个预测值的装置；

响应该参数与预测值，用于提供该参数与预测值之间的差值的装置；

响应该差值或者参数，用于提供多个码字索引的装置，该码字索引表示在编码该差值或者参数中使用的多个码字，从而允许解码器根据该码字重构输入信号，所述编码器的特征在于：

分类模块，用于将该差值或者参数分类成至少第一组与第二组；

映射模块，可操作地连接到分类模块，用于根据该差值或者参数的绝对值与符号映射第一组中的差值或者参数，根据绝对值映射第二组中的差值或者参数，以便提供所述多个码字索引。

13.权利要求12的编码器，其特征在于，所述分类基于所述差值或者参数的绝对值，使得第一组中每个差值或者参数的绝对值等于或者小于已选值。

14.权利要求13的编码器，其特征在于，从第二组中的差值或者参数映射的码字索引表示差值或者参数的绝对值与已选值的和。

15.权利要求12的编码器，其特征在于，执行所述映射，从而使得对应所述差值或者参数的码字索引被连续地分配。

16.权利要求12的编码器，其特征在于，输入信号表示来源于视频编码器中视频序列的至少一个图像段的视频信号，并且在视频编码器中提供所述编码器。

17.一种根据一组码字索引重构编码信号的熵解码器，所述解码器包括：

用于提供编码信号的预测值的装置；

用于将该组码字索引转换成一组参数差值的装置；

响应该参数差值和预测值，用于提供一组表示该编码信号的参数的装置；以及

响应该组参数，用于提供该编码信号的装置，其特征在于：

分类模块，用于将该码字索引分类成至少第一组和第二组；和

映射模块，可操作地连接到分类模块，用于根据该码字索引是偶数还是奇数来映射第一组中的码字索引，以及根据该码字索引和已选值之间的差值映射第二组中的码字索引，以便提供参数差值。

18.权利要求17的解码器，其特征在于，所述分类基于与已选值相关的码字索引值，使得每个码字索引等于或者小于已选值的两倍。

19.权利要求18的解码器，其特征在于，从第二组码字索引映射的每个参数差值根据p＝msign(c)(c-n)计算得出，其中msign(c)是具有最大绝对值的p的符号。

20.权利要求17的解码器，其特征在于，通过软件程序执行所述分类。

21.权利要求17的解码器，其特征在于，通过软件程序执行所述映射。

22.一种熵编码与解码系统，包括：

解码器，和

用于编码输入信号以提供编码信号的编码器，其中该编码器包括：

用于提供一组表示该编码信号的参数的装置；

用于提供至少一个预测值的装置；

响应该参数与预测值，用于提供该参数与预测值之间的差值的装置；

响应该差值或者参数，用于提供多个码字索引的装置，该码字索引表示在编码该差值或者参数时使用的多个码字，从而允许解码器根据该码字重构输入信号，所述编码与解码系统的特征在于：

在编码器中的分类模块，用于将该差值或者参数分类成至少第一组与第二组；和

在编码器中的映射模块，可操作地连接到该分类模块，用于根据该差值或者参数的绝对值与符号映射第一组中的差值或者参数，以及根据绝对值映射第二组中的差值或者参数，以提供所述多个码字索引。

23.权利要求22的系统，其特征在于，所述分类基于所述差值或者参数的绝对值，从而使得第一组中的每个差值或者参数的绝对值等于或者小于已选值。

24.权利要求23的系统，其特征在于，从第二组中的差值或者参数映射的码字索引表示该差值或者参数的绝对值与已选值的和。

25.权利要求22的系统，其特征在于，在编码器中执行所述映射，使得对应所述差值或者参数的码字索引被连续地分配。

26.一种在编码器中使用的软件程序，用于编码输入信号以提供编码信号，其中该编码器包括：

用于提供一组表示该编码信号的参数的装置；

用于提供至少一个预测值的装置；

响应该参数与预测值，用于提供该参数与预测值之间的差值的装置；

响应该差值或者参数，用于提供多个码字索引的装置，该码字索引表示在编码该差值或者参数时使用的多个码字，从而允许解码器根据码字重构输入信号，所述软件程序的特征在于：

用于将该差值或者参数分类成至少第一组与第二组的代码；和

用于根据该差值或者参数的绝对值与符号映射第一组中的差值或者参数，以及根据绝对值映射第二组中的差值或者参数的代码，以便提供所述多个码字索引。

27.权利要求26的软件程序，其特征在于，所述分类基于所述差值或者参数的绝对值，从而使得第一组中的每个差值或者参数的绝对值等于或者小于已选值。

28.权利要求27的软件程序，其特征在于，从第二组中的差值或者参数映射的码字索引表示该差值或者参数绝对值与已选值的和。

29.一种在解码器中使用的软件程序，该解码器用于从一组码字索引重构编码信号，其中该解码器包括：

用于提供编码信号预测值的装置；

用于将该组码字索引转换成一组参数差值的装置；

响应该参数差值与预测值，用于提供一组表示该编码信号的参数的装置，和

响应该组参数，用于提供该编码信号的装置，所述软件程序的特征在于：

用于将该码字索引分类为至少第一组与第二组的代码；和

用于根据码字索引是偶数还是奇数来映射第一组码字索引，根据码字索引与已选值之间的差值映射第二组码字索引的代码，以便提供该参数差值。

30.权利要求29的软件程序，其特征在于，所述分类基于与已选值相关的码字索引值，使得每个码字索引等于或者小于已选值的两倍。

31.权利要求30的软件程序，其特征在于，从第二组中的码字索引映射的每个参数差值根据p＝msign(c)(c-n)计算得出，其中msign(c)是具有最大绝对值的p的符号。

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