CN1679340A

CN1679340A - 不可伸缩到可伸缩视频转换方法,可伸缩到不可伸缩视频转换方法

Info

Publication number: CN1679340A
Application number: CNA038121662A
Authority: CN
Inventors: R·J·范德维勒坦; A·莫雷尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2005-10-05
Also published as: AU2003239288A8; AU2003239288A1; JP2005529515A; WO2003103295A1; US20050226322A1; KR20050012763A; EP1514423A1

Abstract

本发明涉及一种修改不可伸缩编码的视频信号的经济合算的方法，用于生成包含基本层和一组增强层的可伸缩编码的视频信号。基本层是通过应用于系数上的利用移位矩阵所执行的比特移位以及减少数量的最低有效位平面的提取而得到的。增强层是从最低有效位平面的位平面编码而得到的。与相同截断块中的所有系数并且可能导致视觉假象的重新量化方法相反，移位矩阵允许系数的逐级衰减。基本层则由被阻尼的系数构成。本发明也涉及修改所述可伸缩编码的视频信号以生成不可伸缩编码的视频信号的经济合算的方法。

Description

不可伸缩到可伸缩视频转换方法，可伸缩到不可伸缩视频转换方法

技术领域

本发明涉及修改不可伸缩编码视频信号以生成可伸缩编码视频信号的方法。

本发明还涉及修改可伸缩编码视频信号以生成不可伸缩编码视频信号的方法。

本发明可以应用于数字视频处理领域。

背景技术

编码视频信号现在广泛应用于许多应用中，特别是应用在使用根据MPEG-2或MPEG-4视频标准编码的或根据子波变换编码的视频信号的应用中。

为了简化对编码视频信号的处理，首先在消费者一方从存储的观点出发，并且其次从比特率的观点出发，在其在诸如因特网的通信信道上的传输期间，已研制用于生成可伸缩编码视频信号的视频编码方法。

可伸缩编码视频信号包含具有低比特率的基本层(base layer)以及具有较低和递减质量的一组增强层，所述基本层例如依照MPEG-2或MPEG-4视频标准进行编码。视频信号的整个质量在基本层和增强层之间分享。因此，可通过抑制一个或多个增强层来增加消费者一方的编码视频信号的存储容量。类似地，可抑制一个或多个增强层，以适应通信信道的带宽容量。

MPEG-4视频标准描述在象素域中从输入的视频信号中生成可伸缩编码视频信号的编码方法。这个方法也记载在IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS ANDSYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY，2001年3月第11卷第3期的题为“Overview of Fine Granularity Scalability(FGS)in MPEG-4 video standard”的文章中。

该编码方法描述在图1中，在图1中利用一组处理步骤102对象素域中的视频信号101进行编码，以生成包括基本层103和一组增强层104的可伸缩编码的视频信号。

该文章也描述了一种解码这样的可伸缩编码的视频信号201的解码方法。该解码方法描述在附图2中，在图2中通过一系列处理步骤204对包含基本层203和一组增强层202的可伸缩编码的视频信号进行解码，以生成解码的视频信号205。

根据现有技术的编码方法具有局限性，因为它不能用于直接从一个不可伸缩编码的视频信号例如从依照MPEG-2标准编码的视频信号中生成可伸缩编码的信号。

由于作为输入信号使用的不可伸缩编码的视频信号现在被广泛应用于许多应用中，例如，应用在消费或广播设备中，所以从不可伸缩编码的视频信号中直接生成可伸缩编码信号变成一个令人感兴趣的特征。

基本上，如果现有技术中所描述的方法被用于从不可伸缩编码的视频信号中生成可伸缩编码的信号时，则必须在应用编码步骤之前执行对所述不可伸缩编码的视频信号执行的附加解码步骤。该解码步骤可包含标准的解码，例如使用MPEG-2标准解码器。

为了快速处理，这个附加解码步骤需要大量的处理资源，这导致限制其在消费产品中的使用的昂贵方案。相反，如果处理资源被有意地加以限制，对于实时应用中的使用，该处理变得太缓慢。

该编码步骤包含运动补偿步骤，避免基本层上的漂移质量。然而，运动补偿步骤不仅消耗处理资源，而且也消耗存储器的存储容量，这使该编码方法自身是昂贵的。

而且，解码步骤和编码步骤的级联在编码质量方面不是最佳的，因为编码参数可能与原始的不可伸缩编码的视频信号的编码参数不同。因此，该解决方案导致视频质量的丢失并且在生成的可伸缩编码视频信号中生成假象。

发明内容

本发明的一个目的是建议一种首先经济合算的视频修改方法，用于从不可伸缩编码的视频信号中生成具有较好质量的可伸缩编码的视频信号。该方法专用于包含输入系数块的视频信号，所述块例如在基于块的视频编码情况中包含DCT系数或在基于子波的视频编码情况中包含子波系数。

本发明涉及一种修改包含输入系数块的不可伸缩输入编码的视频信号的方法，用于生成包含基本层和一组增强层的可伸缩输出编码的视频信号，所述输入系数利用输入量化因子进行量化。该修改的方法的特征在于，其包括：

-应用于所述输入系数以生成主要移位系数的第一比特移位步骤，所述第一比特移位步骤包含将比特向左移位利用移位矩阵的系数给定的数量，

-应用于所述主要移位系数以生成次要移位系数的第二比特移位步骤，所述第二比特移位步骤包含将比特向右移位数量N1，

-应用于所述次要移位系数的可变长度编码步骤，以生成限定所述基本层的可变长度编码系数，

-用于编码由所述主要移位系数的N1个最低有效位组成的位平面的位平面编码步骤，以生成限定所述增强层的编码位平面。

在优选模式中，第一种修改的方法的特征在于，N1对应于所述移位矩阵中的较大系数。

该修改的方法允许生成包含基本层和一组增强层的可伸缩编码的视频信号。

该基本层通过修改不可伸缩编码视频信号的系数值而得到，其他的编码参数(运动向量、帧类型………)仍保持不变。与所述不可伸缩编码视频信号的比特率相比，基本层的比特率减少。比特率减少是通过使用直接作用于系数的移位矩阵来执行，导致截断系数的最低有效位(LSB)。与相同地截断块中的所有系数并且会引起可见假象的基于系数的重新量化步骤的方法相反，移位矩阵在优选衰减高频系数时允许系数的逐级衰减。随后获得阻尼系数。因此，当获得具有减少比特率的基本层的同时，由于低频的视频细节被保留，因而基本层保持好的质量。

此方法没有使用运动补偿步骤，这构成一种经济合算的解决方案。系数的衰减导致基本层的漂移质量，但是鉴于这样的衰减优选涉及人眼对之不敏感的高频系数，因此在解码基本层中漂移质量是不可视觉感知的。

这组增强层是通过编码由每一个被截断的系数的LSB组成的位平面而生成。特别地，如果位平面被单独编码，则每一个编码的位平面可以构成一个增强层。

本方法允许通过增加基本层和所述增强层组的所有增强层来精确恢复不可伸缩编码视频信号的视频质量。

在一些增强层在其在通信信道的传输期间被丢失的情况下，解码的视频质量仍然保持是可接受的，因为基本层自身由阻尼系数组成，这减少了质量漂移。在这种情况中，与现有技术的解决方案即基本层的系数未被阻尼而仅仅被重新量化(即，没有考虑频率分布的相同截断)相比，依照本发明的方案代表一个重要的进步，这显著地导致重要的质量漂移和快速下降的感知质量。

位平面编码的使用允许可伸缩编码的视频信号的精细颗粒度，这是因为增强层是通过编码所述LSB中呈递减等级的位平面而得到的。当用于应用中以适应存储容量或信道带宽容量时，可以逐渐地进行一个或多个增强层的抑制。特别是，包含最精细细节的增强层即与LSB位平面相对应的最低有效位被首先抑制。

许多处理步骤包含比特移位二进制数据，这也构成一种经济合算的解决方案并且易于利用移位寄存器来实现。

基本层的比特率可以很容易地通过改变移位矩阵的系数来改变，这给予此方法以灵活性。

有益地，可以执行移位矩阵的系数的自适应改变，以达到给定的基本层的比特率目标。这样的移位矩阵系数的自适应改变能够特别地基于用于编码图像、编码图像的复杂度或编码图像类型的量化因子的值。

在一个较佳模式中，第一种修改的方法的特征在于：

-N1对应于数量K和所述移位矩阵中的较大系数的相加，

-它包含重新量化步骤，用于对输入量化因子进行重新新量化，以生成重新量化的输出量化因子，所述重新量化步骤包括将输入量化因子乘以等于2^K的因子。

基本层是通过不仅修改系数值而且还通过修改不可伸缩编码视频信号的量化因子而得到的，其他的编码参数(运动向量、帧类型……)仍然保持不变。这个较佳模式允许生成具有显著减少的比特率的基本层。这是通过截断块内的所有系数，甚至低频系数，并且通过对量化因子应用重新量化步骤来实现的。

重新量化步骤包含乘以输入量化因子的2的幂。由于这个乘法可以通过所述量化因子的的比特移位来执行，所以这个解决方案是经济合算的。

同样，被截断的系数的所有比特是位平面编码的，这允许通过基本层和所述增强层的相加来精确恢复不可伸缩编码的视频信号的视频质量。

本发明的另一个目的在于建议第二种经济合算的视频修改方法，用于在未执行重新量化时，从利用依照本发明的第一种修改方法生成的可伸缩的输入编码视频信号中生成不可伸缩的输出视频信号。这种方法专用于包含输入系数块的视频信号，所述块例如在基于块的视频编码的情况中包括DCT系数或在基于子波的视频编码的情况中包括子波系数。

在处理可伸缩信号时，假定通过最高有效位平面的编码而生成的增强层被接收并且在通过最低有效位平面的编码而生成增强层之前被用于解码处理中。

本发明涉及修改包含基本层和一组增强层的可伸缩输入编码视频信号的方法，用于生成不可伸缩的输出视频信号，所述基本层包含输入系数的块。该修改的方法的特征在于，对于每一个增强层，该方法包括下列递归的一组步骤：

-应用于所述输入系数的比特移位步骤，所述比特移位步骤包括将被认为阻尼的输入系数的比特向左移位一个单元，以生成主要移位系数，

-用于解码增强层的位平面解码步骤，用于生成限定主要解码值的解码的位平面，

-加法步骤，用于将所述主要移位系数加到所述主要解码值，以生成限定不可伸缩输出视频信号的解码值，

这组递归步骤被执行的次数等于增强层的数量。

对于每一个相继的增强层，此第二修改方法包括在基本层的输入和被阻尼的系数的LSB中插入限定所述增强层的位平面的比特。对可获得的所有增强层的所得到的修改的系数递归重复相一处理。一旦完成此组递归步骤，修改的系数就限定不可伸缩的视频信号。

由于非阻尼的系数仍然保持不变，因此此方法在处理资源方面是有效的。

如果所有的增强层通过解码处理进行接收，那么所得到的不可伸缩视频信号和利用第一种修改方法所生成的不可伸缩的输入编码视频信号是完全相同的。

如果只可得到减少数量的增强层，那么解码的视频质量仍然保持可接受，这是因为基本层自身包含阻尼系数而不包含重新量化的系数。在这种情况中，此方法可以确保可接受的视频质量。

本发明的另一个目的在于建议第三种经济合算的视频修改方法，用于在执行重新量化时，从依照本发明的第一种修改方法生成的可伸缩的输入视频信号中生成不可伸缩的输出视频信号。

本发明涉及修改包含基本层和一组增强层的可伸缩的输入编码视频信号的方法，用于生成不可伸缩的输出视频信号，所述基本层包含利用输入量化因子进行量化的输入系数块。该修改的方法的特征在于，它包括：

a)对于每一个增强层，第一组递归步骤包含：

-应用于所述输入系数的第一比特移位步骤，所述第一比特移位步骤包含将输入系数的比特向左移位一个单位，以生成主要移位系数，

-位平面解码步骤，用于解码增强层，以生成限定主要解码值的解码的位平面，

-第一加法步骤，用于将主要解码值加到所述主要移位系数，以生成修改的系数，

-重新量化步骤，用于对输入量化因子进行重新量化，并生成输出量化因子，所述重新量化步骤包括将输入量化因子除以2，

第一组递归步骤最多被执行等于给定数量K的次数。

b)对于每一个增强层，第二组递归步骤包含：

-应用于所述修改系数的第二比特移位步骤，所述第二比特移位步骤包含将认为被阻尼的修改的解码系数的比特向左移位一个单位，以生成次要移位系数，

-位平面解码步骤，用于解码增强层，以生成限定次要解码值的解码的位平面，

-第二加法步骤，用于将所述次要移位系数加到所述次要解码值，以生成限定不可伸缩输出视频信号的解码值。

第二组递归步骤被执行与剩余的增强层数量相等的次数。

对于每一个相继的增强层，此第二修改的方法包含第一组递归步骤，这些步骤包括将限定所述增强层的位平面的比特插入到基本层的所有输入系数的LSB中。对被认为经过重新量化而得到的可利用的所有增强层的所得到的修改的系数，递归地重复同一处理过程。同时，每次插入增强层时，与这些系数相关的量化因子被分半。

此处理通过对由于第一组递归的步骤而得到的修改系数应用第二组递归步骤而继续进行。第二组递归的步骤包括将限定所述增强层的位平面的比特插入阻尼系数的LSB中。对于可获得的所有增强层，对所得到的修改的系数递归地重复同样的处理。一旦完成第二组递归的步骤，则修改的系数限定不可伸缩的视频信号。

此第三种修改的方法允许修改具有被重新量化并被阻尼的系数的可伸缩编码的视频信号。

在第二组递归的步骤中，这种方法在处理资源方面是有效的，因为非阻尼系数保持不变。

如果所有的增强层都利用解码处理来接收，所得到的不可伸缩视频信号和利用第一种修改方法生成的不可伸缩输入编码视频信号是完全相同的。

如果只有减少数量的增强层是可用的，则解码的视频质量依旧保持可接受，因为基本层自身不但包含重新量化的系数而且还包含阻尼系数。在这种情况中，本方法确保可接受的视频质量。

在一个较佳模式中，第二和第三种修改方法的特征在于，它们包括：

-可变长度编码步骤，应用于限定输出视频信号的所述解码值，用于生成可变长度编码系数。

-标准视频解码步骤，用于解码所述可变长度编码系数，以生成所述不可伸缩输出视频信号的解码的视频信号。

可变长度编码步骤的使用允许使用标准视频解码方法例如MPEG-2或MPEG-4视频标准解码方法来解码不可伸缩的输出视频信号。

本发明也涉及一种编码器，包含硬件和软件装置，用于实现上述的第一修改的方法的步骤。

本发明也涉及一种解码器，包含硬件和软件装置，用于实现上述的第二或第三修改的方法的步骤。

本发明也涉及一种包括解码器的机顶盒产品，其中该解码器包含用于实现上述的第二或第三修改的方法的的步骤的硬件和软件装置。

本发明也涉及一种可伸缩编码的信号，利用依照本发明的第一修改的方法来生成。

本发明也涉及一种存储媒体，携带有利用依照本发明的第一修改的方法生成的可伸缩编码信号。

本发明也涉及第一计算机程序，包括用于实现依照上述的本发明的第一修改的方法的步骤的代码指令，所述第一计算机程序由信号处理器使用。

本发明也涉及第二计算机程序，包括用于实现依照上述的本发明的第二修改的方法的步骤的代码指令，所述第二计算机程序由信号处理器使用。

本发明也涉及第三计算机程序，包括用于实现依照上述的本发明的第三修改的方法的步骤的代码指令，所述第三计算机程序由信号处理器使用。

以下将给出本发明的具体解释和其它方面。

附图说明

现在，将参考下述的实施例并结合附图对本发明的特别方面进行解释，其中相同的部分或子步骤以相同的方式来标记：

附图1是描述从不可伸缩的视频信号中生成可伸缩编码视频信号的已知方法的步骤的示意图，

附图2是描述从可伸缩编码的视频信号中生成解码的不可伸缩视频信号的已知方法的步骤的示意图，

附图3是描述根据本发明的用于从不可伸缩编码的视频信号中生成可伸缩编码的视频信号的第一方法的步骤的示意图，

附图4是描述包含重新量化步骤的依照本发明的第一方法的变型的步骤的示意图，

附图5描述在依照本发明的修改的方法中使用的移位矩阵的示例，

附图6描述用于从利用所述第一方法生成的可伸缩编码视频信号中生成不可伸缩编码的视频信号的依照本发明的第二方法的步骤的示意图，

附图7描述用于从利用所述第一方法生成的可伸缩编码视频信号中生成不可伸缩编码的视频信号的依照本发明的第三方法的步骤的示意图。

具体实施方式

在下面，在假设视频信号是基于块编码的(例如从基于MPEG视频编码中导出的)的情况下对本发明进行描述，块中包括DCT(离散余弦变换)系数。然而，此方法并不局限于包含DCT系数的视频信号，而可以应用于包含子波系数或从另一视频编码中导出的系数的视频信号。

同样地，在假设视频信号的输入系数是可变长度编码系数的情况下，对本发明进行描述。因此，在此情况下执行可变长度编码步骤。然而，本方法并不局限于这样的输入系数，并且也可以应用于不是可变长度编码的输入系数。因此，可变长度解码步骤在这种情况下是没有用的。

附图3是描述根据本发明的用于从不可伸缩编码的视频信号中生成可伸缩编码的视频信号的一种方法的步骤的示意图。

不可伸缩编码的视频信号是包含8*8＝64个DCT系数块的信号，这些系数利用输入量化因子进行量化，并且按照诸如MPEG-2或MPEG-4视频标准被编码。

本方法包含应用于所述DCT系数的可变长度解码步骤301，用于生成可变长度解码的DCT系数。这个步骤可包括在通过使用诸如Huffman(哈夫曼)码编码而得到的输入DCT系数和输出DCT系数之间的查表操作。

本发明还包含应用于所述可变长度解码的DCT系数的第一比特移位步骤302，用于生成主要移位DCT系数，所述第一比特移位步骤包含将比特向左移位利用移位矩阵的系数给定的一个数量。位于给定行和列上的给定DCT块中的每一个DCT系数与移位矩阵中具有相同行和列的移位系数相关。当一个DCT系数向左移位时，新的LSB被填充0。

本方法包含应用于所述主要移位DCT系数的第二比特移位步骤303，用于生成次要移位DCT系数，所述第二比特移位步骤包含将比特按数量N1向右移位。这个N1单位的向右移位被应用于所有的DCT系数，以定义限定基本层的DCT系数。

数量N1对应于移位矩阵中的较大移位系数Smax。因此，移位系数越大，相应的DCT系数被第二比特移位步骤阻尼得越少。

本方法还包含应用于所述次要移位DCT系数的可变长度编码步骤304，用于生成限定所述基本层的可变长度编码的DCT系数，具有改进的编码效率。这个步骤可以包含在输入DCT系数和输出DCT系数之间的查表操作，其中输出DCT系数是通过使用诸如哈夫曼代码进行编码而得到的。它允许减少基本层的比特的数量。

本方法还包含应用于由所述主要移位DCT系数的N1最低有效位组成的N1＝Smax的位平面的位平面编码步骤305，用于生成限定N1增强层的编码位平面。

为此，可以利用如在被称作ISO/IEC 14496-2/AMD 4的MPEG-4标准文献中所描述的已知编码方法(RUN，EOP)将位平面转换成2维符号。这个方法包含以下步骤：

-计数步骤，用于计算在1(RUN)前面的连续0的数目，

-在此位平面的左侧是否具有任何1，即End-Of-Plane(位平面结束)(EOP)检测步骤。如果在最高有效位平面(MSB)之后的位平面包含所有的0，则形成一个特殊符号“ALL-ZERO”来代表全零位平面。

例如，让我们考虑一组64数据，每个由主要移位DCT系数的N1个最低有效位组成，这些位用十进制值表示为(10，0，6，0，0，3，0，2，2，0，0，2，0，0，1，0，……0，0)，或用二进制值表示为(1010，0000，0110，0000，0000，0011，0000，0010，0010，0000，0000，0010，0000，0000，0001，0000，……0000，0000)。因此，限定了四个如下所示的位平面：

(1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，……0，0)(位平面1)

(0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，……0，0)(位平面2)

(1，0，1，0，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，0，……0，0)(位平面3)

(0，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0，1，0，……0，0)(位平面4)

将这四个位平面的位编码成(RUN，EOP)符号，从而得到：

(0，1)(编码的位平面1)

(2，1)(编码的位平面2)

(0，0)(1，0)(2，0)(1，0)(0，0)(2，1)(编码的位平面3)

(5，0)(8，1)(编码的位平面4)

因此，利用给每个2D(2维)符号分配一个VLC代码的查表，可以使每一个2D符号通过可变长度编码(VLC)步骤。

对于位平面编码步骤，也可以使用其它的方法，例如避免发送位于位平面的开头上的零的方法，从而获得更好的效率。在EP 01204442.6中描述了这样的方法。

附图4是描述包含重新量化步骤的根据本发明的第一方法的一种变型的步骤的示意图。这种方法是直接从附图3所示的方法中派生出来的，但是不同的是它包含重新量化步骤。

不可伸缩编码的视频信号是包含8*8＝64个DCT系数块的信号，这些系数被输入量化因子量化，并且按照诸如MPEG-2或MPEG-4视频标准被编码。

本方法包含应用于所述DCT系数的可变长度解码步骤401，用于生成可变长度解码的DCT系数。这个步骤可包括在输入DCT系数和输出DCT系数之间的查表操作，其中输入DCT系系通过使用诸如哈夫曼代码的编码而得到。

本方法还包含应用于所述可变长度解码的DCT系数的第一比特移位步骤402，用于生成主要移位DCT系数，所述第一比特移位步骤包含将比特按照移位矩阵的系数给定的数量向左移位。位于给定行和列上的给定DCT块中的每一个DCT系数与移位矩阵中具有相同行和列的移位系数相关。当一个DCT系数向左移位时，新的LSB被填入0。

本方法包含了应用于所述主要移位DCT系数的第二比特移位步骤403，用于生成次要移位DCT系数，所述第二比特移位步骤包含将比特向右移位数量N1。这个N1个单位的向右移位应用于所有的DCT系数，以定义限定基本层的DCT系数。

数量N1对应于整数量K和移位矩阵中的较大移位系数Smax之和。为了补偿K个单位的移位，执行重新量化步骤404，以便对与DCT系数有关的输入量化因子进行重新量化，用于生成重新量化的输出量化因子，所述重新量化步骤包括将输入量化因子乘以等于2^K的因子。

本方法还包含应用于所述次要移位DCT系数的可变长度编码步骤405，用于生成限定所述基本层的可变长度编码的DCT系数，具有改进的编码效率。这个步骤可以包含在输入DCT系数和输出DCT系数之间的查表操作，其中输出DCT系数通过使用诸如哈夫曼代码的编码而得到。它允许减少基本层的比特的数量。

本方法还包含应用于由所述主要移位DCT系数的N1个最低有效位组成的N1＝(K+Smax)位平面的位平面编码步骤406，用于生成限定N1个增强层的编码位平面。

为此，可以利用如在被称作ISO/IEC 14496-2/AMD 4的MPEG-4标准文献中所描述的以及前面结合附图3所描述的已知编码方法(RUN，EOP)将位平面转换成2D符号。

附图5描述用于根据本发明的方法中的移位矩阵M1和M2的非限制性示例。

每个矩阵M1和M2包含一组含有可变整数的8*8的移位系数。特别地，位于左上角的移位系数大于位于右下角的移位系数。实际上，位于左上角的移位系数专用于移位必须被保留以保证好的视频质量的低频DCT系数，而位于右下角的移位系数专用于移位能够被阻尼的高频DCT系数。

有益地，可以执行移位矩阵系数的自适应改变，以实现基本层的给定的比特率目标。这样的移位矩阵系数的自适应改变可特别地基于用于编码图像、编码图像的复杂度或编码图像类型的量化因子的值。例如，一个自适应方案可包括：

-在未执行时间预测的INTRA(帧内)编码图像上：对于低频DCT系数，利用大的移位系数填充移位矩阵，而对于高频DCT系数，利用较小的移位系数填充移位矩阵。

-在已执行时间预测的INTER(帧间)编码图像上：与限定用于INTRA图像的低频DCT系数的移位系数相比，对于低频DCT系数利用较小的移位系数并且对于高频DCT系数利用较小的移位系数来填充移位矩阵。

在阻尼DCT系数的同时，这个方案将确保在INTRA图像上保持好的视频质量，并且因此对INTER图像也是如此。

另一个自适应方案可以包括修改用于阻尼基本层的DCT系数的移位矩阵的移位系数，以达到所述基本层的给定的比特率目标。当比特率过高时，能够通过增加与高频DCT系数相关的移位系数和与低频DCT系数相关的移位系数之间的移位系数幅度差来完成自适应。否则，在比特率太低时，能够通过减小与高频DCT系数相关的移位系数和与低频DCT系数相关的移位系数之间的移位系数幅度差来完成自适应。

附图6是描述根据本发明的第二方法的步骤的示意图，用于从利用附图3所示的第一修改方法生成的可伸缩编码的视频信号中生成不可伸缩编码的视频信号。

该方法包含用于将索引i初始化成值1的初始化步骤601，索引i表示携带等级(rank)i的位平面BP_i的增强层的等级。

本方法还包含用于检测是否接收到至少一个增强层的检测步骤602，基本层被认为已接收到。如果没有接收到增强层，基本层能够将它自己当作不可伸缩编码的视频信号并可以被解码，例如利用标准的MPEG解码步骤603来解码。

本方法还包含应用于限定接收的基本层的所述DCT系数的可变长度解码步骤604，用于生成可变长度解码的DCT系数。这个步骤可包括在输入DCT系数和输出DCT系数之间的查表操作，其中输入DCT系数通过使用诸如哈夫曼代码的编码而得到。

本方法还包含用于检测基本层的可变长度解码的DCT系数是否被阻尼的检测步骤605。这样的信息可以从可获得的移位矩阵中推算出来，例如通过将这样的信息与利用上面参考附图3所述的修改的方法生成的或本地存储的可伸缩编码的视频信号分开进行发送。实际上，可以假设，对于给定的DCT系数，如果其丢失的比特数等于移位矩阵的相关移位系数(这可以在对获得的含有位平面的增强层解码时得知)，并且这些丢失的比特等于0，那么DCT系数没有被阻尼。否则，认为DCT系数被阻尼了。

对于认为没有被阻尼的DCT系数，它们能在标准解码步骤603中进行解码之前首先通过可变长度编码步骤606。

对于认为被阻尼的DCT系数，本方法还包含应用于所述可变长度解码的DCT系数的比特移位步骤607，所述比特移位步骤包括将所述可变长度解码的DCT系数向左移位一个单位，用于生成主要移位DCT系数。

本方法还包含用于对利用检测步骤602检测到的增强层进行解码的位平面解码步骤608，以生成限定主要解码值的解码的位平面。该步骤可以包含对已经依照例如上述的(RUN，EOF)方法被编码的编码位平面进行解码。特别地，这样的位平面解码步骤包含应用于2D符号的可变长度解码步骤，以及用于从可变长度解码的2D符号中生成“0”和“1”字符串的步骤。

本方法还包含加法步骤609，用于将所述主要移位DCT系数加到所述主要解码值上，用于生成限定不可伸缩的输出视频信号的解码值。

本方法还包含检测步骤610，用于检测是否获得另一增强层，即位平面的附加比特是否能够被添加到先前修改的DCT系数。对于增强层的其他比特不再可利用的DCT系数能够在标准解码步骤603中被解码之前首先通过可变长度编码步骤606。如果检测到另一个增强层，那么对于仍被认为被阻尼的DCT系数，此处理再次从检测步骤605开始，并且重复的次数等于增强层的数量，其通过索引i的递增步骤611来表示。

附图7是描述根据本发明的第三方法的步骤的示意图，用于从利用附图4所描述的第一方法生成的可伸缩编码的视频信号中生成不可伸缩编码的视频信号。

本方法包括用于将索引i初始化成值1的初始化步骤701，索引i表示携带等级i的位平面BP_i的增强层的等级。

本方法还包含用于检测是否接收到至少一个增强层的检测步骤702，其中基本层被认为已接收到。如果没有接收到增强层，基本层能够将它自己当作不可伸缩编码的视频信号并例如利用标准的MPEG解码步骤703进行解码。

本方法还包含应用于限定接收的基本层的所述DCT系数的可变长度解码步骤704，用于生成可变长度解码的DCT系数。这个步骤可包括在输入DCT系数和输出DCT系数之间的查表操作，其中输入DCT系数从使用诸如哈夫曼代码的编码中生成。

本方法还包含应用于所述可变长度解码的DCT系数的第一比特移位步骤705，用于生成主要移位系数，所述第一比特移位步骤包含将可变长度解码的DCT系数向左移位一个单位。

本方法还包含用于对增强层解码的位平面解码步骤706，用于生成限定主要解码值的解码的位平面。位平面解码步骤706和基于附图6描述的步骤608是相同的，也就是说，它与用于解码按照(RUN，EOP)方法编码的2D符号的步骤相对应。

本方法还包含用于添加主要解码值到主要移位DCT系数的第一加法步骤707，用于生成修改的DCT系数。

为了补偿利用步骤707所进行的加法，本方法还包含重新量化步骤708，用于重新量化和DCT系数有关的输入量化因子并且生成输出量化因子，所述重新量化步骤包含在每次加法步骤707被执行时将输入量化因子除以2。

本方法还包含用于检测是否接收到其它的增强层的检测步骤709。如果没有接收到其他的增强层，那么限定不可伸缩编码的视频信号的基本层的DCT系数能首先通过一个可变长度编码步骤710，并且然后利用标准视频解码步骤703进行解码。如果检测到另一增强层，那么检测步骤711检查包含步骤705-706-707-708-709的递归步骤组是否必须被再次执行。如果有效地检测到另一增强层，则递增步骤712递增索引i。第一组递归步骤最大被执行与给定数量K相等的次数，所述数量对应于结合附图4所描述的方法的量化步骤404而得到的位平面的数量。这个数量K与利用上述的第一修改方法生成的或本地存储的可伸缩编码的视频信号分开进行发送。

在基本层DCT系数的LSB中插入与重新量化信息相对应的位平面之后，第二组步骤被执行，用于将其他位平面插入被阻尼的DCT系数的LSB中，被阻尼的DCT系数利用检测步骤713进行检测。为了知道DCT系数是否被阻尼，可以从可获得的移位矩阵中推算出来，例如，通过将它与利用上面参考附图4所描述的修改的方法生成的或本地存储的可伸缩编码的视频信号分开进行发送。实际上，可以假设，对于给定的DCT系数，如果其丢失的比特数等于移位矩阵的相关移位系数(这可以在对获得的含有位平面的增强层解码时得知)，而且假定这些丢失的比特等于0，那么DCT系数没有被阻尼。否则，认为DCT系数被阻尼了。

对于认为没有被阻尼的DCT系数，它们在视频标准解码步骤703中被解码之前能够首先通过可变长度编码步骤710。

对于认为被阻尼的DCT系数，本方法还包含应用于所述可变长度解码的DCT系数的比特移位步骤714，所述比特移位步骤包括将所述可变长度解码的DCT系数向左移位一个单位，以生成次要移位DCT系数。

本方法还包含用于对剩余的增强层解码的位平面解码步骤715，以生成限定次要解码值的解码位平面。该步骤715可包含对已经例如依照所述的(RUN，EOP)方法编码的编码位平面进行解码。特别地，这样的位平面解码步骤包含应用于2D符号的可变长度解码步骤，和用于从可变长度解码的2D符号中生成“0”和“1”字符串的步骤。

本方法还包含第二加法步骤716，用于将所述次要移位DCT系数添加到所述次要解码值上，用于生成限定不可伸缩的输出视频信号的解码值。

本方法还包含检测步骤717，用于检测是否可获得另一增强层，也就是说，位平面的附加比特是否能够被添加到先前修改的DCT系数。对于不再获得增强层的其他比特的DCT系数，能够在标准解码步骤703中进行解码之前首先通过可变长度编码步骤710。如果检测到另一个增强层，那么对于认为仍被阻尼的DCT系数，此处理再次从检测步骤713开始，并且重复的次数等于增强层的数量，这利用索引i的递增步骤718来表示。

以下是对参考附图3-4-6-7所述的方法的说明。为了便于理解，只考虑和移位矩阵M的前三个移位系数相关的三个DCT系数，但是同样的原则应适用于8*8 DCT块之内的所有DCT系数。

假设DCT块包含3个系数(A＝a1 a2 a3，B＝b1 b2 b3，C＝c1 c2 c3)，其中a_i，b_i，c_i是所述系数的比特值：

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c1 c2 c3

A，B和C是被量化的DCT系数，并且相关的量化因子Q等于Q＝Q0。

例如，移位矩阵是这样的，以致于：

M = [\begin{matrix} 2 \\ 1 \\ 0 \end{matrix}]

在这种情况中，最大的移位系数是Smax＝2。

1)没有重新量化的编码：

下述的解释涉及基于附图3的第一修改的方法。

利用矩阵M通过输入DCT系数的步骤302的比特移位得到：

a1 a2 a3 0 0

b1 b2 b3 0

c1 c2 c3

利用N1＝Smax＝2通过步骤303的比特移位之后，如下给出基本层的DCT系数：

a1 a2 a3

b1 b2

c1

因此，与它们的原始值相比，在基本层中，系数b和c被阻尼了(分别按照移位矩阵M，被除以2和4)。

具有2个增强层利用位平面BP1和BP2来限定：

BP 1 = [\begin{matrix} • \\ b 3 \\ c 2 \end{matrix}],

BP 2 = [\begin{matrix} • \\ • \\ c 3 \end{matrix}] .

其中a·表示这个位置上的比特等于0，并且取决于位平面编码方法，这样的比特被发送或不被发送。

2)具有重新量化的编码：

这些解释涉及基于附图4的第一修改的方法。

假设重新量化使得：执行两个比特的额外移位，也就是说K＝2。

利用矩阵M通过输入DCT系数的步骤402的比特移位得到：

a1 a2 a3 0 0

b1 b2 b3 0

c1 c2 c3

在利用N1＝(K+Smax)＝4通过步骤403的比特移位之后，如下给出基本层的DCT系数：

a1

0

由于重新量化步骤404，与基本层的这个DCT系数相关的量化因子是

Q＝Q0*2^K＝4*Q0。

具有四个增强层利用位平面BP1、BP2、BP3和BP4来限定：

BP 1 = [\begin{matrix} a 2 \\ b 1 \\ • \end{matrix}],

BP 2 = [\begin{matrix} a 3 \\ b 2 \\ c 1 \end{matrix}],

BP 3 = [\begin{matrix} • \\ b 3 \\ c 2 \end{matrix}],

和

BP 4 = [\begin{matrix} • \\ • \\ c 3 \end{matrix}] .

3)没有重新量化的解码：

这些解释涉及基于附图6的第二修改的方法。假设接收到的基本层和增强层是利用基于附图3的修改的方法生成的。

与Q＝Q0有关的可获得的基本层系数是：

a1 A2 a3

B1 b2

c1

可以假设系数b和c被阻尼了。

在接收第一个增强位平面BP1之后，DCT系数被重构为：

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c1 c2

利用移位矩阵的知识，可知道没有必要为系数a接收更多的比特(并且在随后的位平面BP2中对于b没有更多的比特)。因此，b和c的系数值被向左移位，并且正确的比特值波插在LSB位置上。系数b现在不再被阻尼。

在接收第二增强位平面BP2之后，这些系数则最终被完整地重构为：

a1 a2 A3

b1 b2 B3

c1 c2 C3

量化系数C1，C2和C3被恢复，并且和量化因子Q＝Q0相关。

注意：不完整的系数被阻尼。如果所有增强层都存在，则解码的系数和原始流完全相同。如果一个或多个增强层被丢失，则与原始流相比，解码的系数被阻尼(如果1个增强层被丢失，那么阻尼因子是2，如果2个增强层被丢失，那么因子是4……，如果K个增强层被丢失，那么因子是2^K)。

4)具有重新量化的解码：

这些解释涉及基于附图7的第三修改的方法，假设接收到的基本层和增强层是利用基于附图4的修改方法生成的。

可获得的与Q＝4*Q0有关的基本层的系数为：

a1

0

增强位平面BP1的数据利用步骤707被添加，以获得如下的与Q＝2*Q0有关的DCT系数(Q被分半)：

a1 a2

b1

0

注意，依照移位矩阵M，系数b被2的因子阻尼了。

接下来，增强位平面BP2的数据利用步骤707被添加，以获得以下的和Q＝Q0相关的DCT系数(Q被分半)：

a1 a2 a3

b1 b2

0 c1

因为不再可得到重新量化数据(K＝2)，所以量化步骤Q现在将维持在Q0，并且解码将继续进行，这与没有重新量化的情况相同。

通过利用步骤716插入位平面BP3的比特，继续被阻尼的DCT系数(也就是系数A和B)的修改，以获得如下的系数：

a1 a2 a3

b1 b2 b3

0 c1 c2

通过利用步骤716插入位平面BP3的比特，继续被阻尼的DCT系数(也就是说系数C)的修改，以获得如下的系数：

a1 a2 a3

b1 b2 b3

c1 c2 c3

此第一修改的方法能够在视频编码器中实施，而第二和第三修改的方法能够在诸如专用于接收和处理编码的音频/视频信号的机顶盒产品的视频解码器中实施。为此，利用硬件部件，这些方法能够利用诸如有线电子线路来实现(用于VLC或VLD查表或用于在运动补偿步骤期间存储视频帧的RAM存储器、用于移位步骤的移位寄存器)，或者代替地，利用存储在计算机可读媒体中的指令组来实现，所述指令至少替代了所述电路的一部分，并且在计算机或数字处理器的控制之下是可执行的，以实现和所述替代电路中实现的相同功能。

本发明还涉及利用根据本发明的第一修改的方法生成的可伸缩编码的信号，所述可伸缩信号通过应用于DCT系数上的双移位步骤而生成。

本发明还涉及一种存储媒体媒体，携带有利用根据本发明的第一方法生成的可伸缩编码的信号，所述可伸缩信号通过应用于DCT系数上的双移位步骤而生成。

本发明还涉及包含代码指令的第一计算机程序，用来实现根据本发明的第一修改的方法的步骤，所述第一计算机程序被一个信号处理器使用。

本发明还涉及包含代码指令的第二计算机程序，用来实现根据本发明的第二修改的方法的步骤，所述第二计算机程序被一个信号处理器使用。

本发明还涉及包含代码指令的第三计算机程序，用来实现根据本发明的第三修改的方法的步骤，所述第三计算机程序被一个信号处理器使用。

Claims

1.一种修改包含输入系数的块的不可伸缩的输入编码视频信号的方法，用于生成包含基本层和一组增强层的可伸缩的输出编码视频信号，所述输入系数利用输入量化因子进行量化，其特征在于，该修改的方法包括：

-应用于所述输入系数的第一比特移位步骤，用于生成主要移位系数，所述第一比特移位步骤包含将比特向左移位利用移位矩阵的系数给定的数量，

-应用于所述主要移位系数的第二比特移位步骤，用于生成次要移位系数，所述第二比特移位步骤包含将比特向右移位数量N1，

-应用于所述次要移位系数的可变长度编码步骤，用于生成限定所述基本层的可变长度编码的系数，

-用于编码由所述主要移位系数的N1个最低有效位组成的位平面的位平面编码步骤，以生成限定所述增强层的编码的位平面。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，N1对应于所述移位矩阵中的较大系数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

-N1对应于数量K和所述移位矩阵中的较大系数的相加，

-它包含用于重新量化输入量化因子的重新量化步骤，用于生成重新量化的输出量化因子，所述重新量化步骤包含将输入量化因子乘以等于2K的因子。

4.一种修改包含基本层和一组增强层的可伸缩的输入编码视频信号的方法，用于生成不可伸缩的输出视频信号，所述基本层包含输入系数的块，其特征在于，对于每个增强层而言，所述修改的方法包含以下的递归步骤组：

-应用于所述输入系数的比特移位步骤，用于生成主要移位系数，所述比特移位步骤包含将被认为被阻尼的输入系数的比特向左移位一个单位，

-用于解码增强层的位平面解码步骤，用于生成限定主要解码值的解码位平面，

-用于添加所述主要移位系数到所述主要解码值的加法步骤，用于生成限定不可伸缩的输出视频信号的解码值，

递归的步骤组被执行等于增强层数量的次数。

5.一种修改包含基本层和一组增强层的可伸缩的输入编码视频信号的方法，用于生成不可伸缩的输出视频信号，所述基本层包含利用输入量化因子量化的输入系数的块，其特征在于，所述修改的方法包括：

a)对于每个增强层，第一组递归的步骤包括：

-应用于所述输入系数的第一比特移位步骤，用于生成主要移位系数，所述第一比特移位步骤包含将输入系数的比特向左移位一个单位，

-用于解码增强层的位平面解码步骤，以生成限定主要解码值的解码的位平面，

-用于将所述主要解码值添加到所述主要移位系数的第一加法步骤，用于生成修改的系数，

-重新量化步骤，用于重新量化输入量化因子和生成输出量化因子，所述重新量化步骤包括将输入量化因子除以2，

第一组递归的步骤被执行等于给定数量K的次数；

b)对于每个增强层，第二组递归的步骤包括：

-应用于所述修改系数的第二比特移位步骤，用于生成次要移位系数，所述第二比特移位步骤包含将被认为被阻尼的修改的解码系数的比特向左移位一个单位，

-用于解码增强层的位平面解码步骤，以生成限定次要解码值的解码的位平面，

-用于将所述次要移位系数添加到所述次要解码值的第二加法步骤，用于生成限定不可伸缩的输出视频信号的解码值，

第二组递归的步骤被执行等于剩余的增强层数量的次数。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，它也包括：

-应用于限定输出视频信号的所述解码值的可变长度编码步骤，用于生成可变长度编码的系数，

-用于解码所述可变长度编码的系数的标准视频解码，以生成所述不可伸缩的输出视频信号的解码的视频信号。

7.一种修改包含输入系数的块的不可伸缩的输入编码视频信号的编码器，用于生成包含基本层和一组增强层的可伸缩的输出编码视频信号，所述输入系数利用输入量化因子进行量化，其特征在于，所述编码器包括：

-应用于所述输入系数的第一比特移位装置，用于生成主要移位系数，所述第一比特移位装置包含将比特向左移位利用移位矩阵的系数给定的数量，

-应用于所述主要移位系数的第二比特移位装置，用于生成次要移位系数，所述第二比特移位装置包含将比特向右移位数量N1，

-应用于所述次要移位系数的可变长度编码装置，用于生成限定所述基本层的可变长度编码的系数，

-用于编码由所述主要移位系数的N1个最低有效位组成的位平面的位平面编码装置，以生成限定所述增强层的编码的位平面。

8.一种修改包含基本层和一组增强层的可伸缩的输入编码视频信号的解码器，用于生成不可伸缩的输出视频信号，所述基本层包含输入系数的块，其特征在于，所述解码器包含对于每一个增强层递归使用的以下一组装置：

-应用于所述输入系数的比特移位装置，用于生成主要移位系数，所述比特移位装置包含将被认为被阻尼的输入系数的比特向左移位一个单位，

-用于解码增强层的位平面解码装置，用于生成限定主要解码值的解码的位平面，

-用于将所述主要移位系数添加到所述主要解码值的加法器，用于生成限定不可伸缩的输出视频信号的解码值，

被递归使用的装置组被执行等于增强层数量的次数。

9.一种修改包含基本层和一组增强层的可伸缩的输入编码视频信号的解码器，用于生成不可伸缩的输出视频信号，所述基本层包含利用输入量化因子量化的输入系数的块，其特征在于，所述解码器包括：

a)对于每个增强层，递归使用的第一组装置包括：

-应用于所述输入系数的第一比特移位装置，用于生成主要移位系数，所述第一比特移位装置包含将输入系数的比特向左移位一个单位，

-用于添加所述主要解码值到所述主要移位系数的第一加法器，用于生成修改系数，

-重新量化装置，用于重新量化输入量化因子和生成输出量化因子，所述重新量化装置包括将输入量化因子除以2，

被递归使用的第一组装置被执行等于给定数量K的次数。

b)对于每个增强层，被递归使用的第二组装置包括：

-应用于所述修改系数的第二比特移位装置，用于生成次要移位系数，所述第二比特移位装置包含将被认为被阻尼的修改的解码系数的比特向左移位一个单位，

-用于解码增强层的位平面解码装置，用于生成限定次要解码值的解码的位平面，

-用于将所述次要移位系数加到所述次要解码值的第二加法器，用于生成限定不可伸缩的输出视频信号的解码值，

被递归使用的第二组装置被执行等于剩余增强层的次数。

10.一种机顶盒产品，用于接收和处理可伸缩的编码视频信号，包含权利要求8或9所述的解码器。

11.一种包含基本层和一组增强层的可伸缩的编码视频信号，所述信号利用修改包含输入系数的块的不可伸缩的输入编码视频信号的方法而得到，所述输入系数利用输入量化因子进行量化，所述修改的方法包括：

-用于编码由所述主要移位系数的N1个最低有效位组成的位平面的位平面编码步骤，用于生成限定所述增强层的编码的位平面。

12.一种存储媒体，其上存储有包含基本层和一组增强层的可伸缩的编码视频信号，所述信号利用修改包含输入系数的块的不可伸缩的输入编码视频信号的方法而得到，所述输入系数块利用输入量化因子进行量化，所述修改的方法包括：

13.一种计算机程序，包含用于实现如权利要求1、4或5所述方法之一的步骤的代码指令。