CN1758756A - 一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法和装置 - Google Patents

一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法和装置。将待编码数据进行二进制化编码，首先，将待编码数据的值域划分为若干个子域，每个子域都有与之对应的子域标志比特串和子域基值，然后，根据待编码数据的数值大小，确定其所属子域，同时生成与之相应的子域标志比特串和子域基值，接着，用待编码数据减去子域基值得到子域相对值，然后根据所生成的子域标志比特串来采用相应的二进制化编码机制来对得到的子域相对值进行二进制化编码，从而得到子域码，将子域码拼接到子域标志比特串之后。将该二进制化编码方法跟二进制算术编码相结合，能达到非常高效的编码效率。本发明应用于数字信号处理领域，特别是视频编解码或图像编解码领域。

Description

一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种电数字数据处理技术，特别是涉及一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法和装置。
背景技术
熵编码在视频编码和图像编码中都有着广泛的应用，其作用去除视频数据或者图像数据统计上的冗余度，从而达到数据压缩的效果。
熵编码大体上可以分为两类：Huffman编码和算术编码。由于Huffman码是基于对信源数据分布的静态统计来进行编码的，所以很难自适应的依据条件概率来对信源进行编码，这样信源数据之间的条件冗余信息就无法很好的去除，因此限制了其压缩性能。而算术编码能够方便的对信源分布进行自适应的动态统计，能够很好的应用信源数据之间的条件信息，去除信源数据之间的条件相关性，所以相对与Huffman码有着更好的压缩性能，但是其算法复杂度却相对较高。
基于上下文的自适应二进制算术编码(Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding，CABAC)采用二进制的算术编码，使得对信源符号的概率估计变得简单，同时，通过基于上下文自适应的对信源符号进行概率统计，实现了相对于Huffman码更好的压缩性能，所以，该算法已被国际视频编码标准H.264所采纳。
附图1示出了基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)的编码框图。从图中可以看出，CABAC编码共有三个技术环节：对语法元素的二进制化、基于上下文的概率建模和二进制算术编码引擎。其中对语法元素的二进制化是CABAC中基础关键的一个环节，合理有效的二进制化算法能够方便概率模型的建立，能够充分的利用信源符号的概率分布特征，从而使得CABAC能够高效的对信源数据进行压缩。因此，对信源符号进行合理有效的二进制化在CABAC中起着至关重要的作用。
H.264视频标准中所采用的二进制化算法是Truncated Unary和Exp-Golomb两种二进制机制的一种合并，其首先设定一个门限值，当待编码数值低于这个门限值的时候，采用Truncated Unary二进制机制对待编码数据进行二进制化；当待编码数值高于或者等于这个门限值的时候，首先，生成一段较长的前缀码，然后将待编码数据与该门限值的差值用Exp-Golomb二进制机制进行二进制化，并将二进制化后的结果并接到前缀码之后，从而生成待编码数据最终的二进制化表示。其缺点在于，对于数值较大的数据，其二进制化结果中有很大一部分为前缀码，不利于压缩。
关于Truncated Unary码和Exp-Golomb码的介绍
Truncated Unary码是相对简单的一种码字，其主要用于处理在值域有上限的数据。设待编码数据为x，值域上限为s，其中x，s均为非负整数，如果x＜s，则x的二进制化结果为x个前缀比特b0，然后以一个b1比特作为结束，其中b0、b1∈{0，1}，且b0≠b1；如果x＝＝s，则x的二进制化结果为x个前缀比特b0。例：对于上限值为8的Truncated Unary码，5的编码结果为b0 b0 b0 b0b0 b0 b1，而8的编码结果为b0 b0 b0 b0 b0 b0 b0 b0 b0 b0。
Exp-Golomb码相对于Truncated Unary码较复杂，Exp-Golomb码有个参数k来定义其阶数。下表中给出了0阶、1阶、2阶和3阶指数哥伦布码的结构，表中的xi∈{0，1}。
  阶数   码字结构   CodeNum取值范围
k＝0   1   0
  01x0   1-2
  001x1x0   3-6
  0001x2x1x0   7-14
k＝1   1x0   0-1
  01x1x0   2-5
  001x2x1x0   6-13
  0001x3x2x1x0   14-29
k＝2   1x1x0   0-3
  01x2x1x0   4-11
  001x3x2x1x0   12-27
  0001x4x3x2x1x0   28-59
k＝3   1x2x1x0   0-7
  01x3x2x1x0   8-23
  001x4x3x2x1x0   24-55
  0001x5x4x3x2x1x0   56-119
发明内容
本发明的目的是提供一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法和装置。待编码数据经过本发明的二进制化算法处理之后，能够很好的反映出信源数据的概率分布特征，而且待编码数据经过本发明的二进制化处理之后，使得对信源数据的概率估计方便精确，这样，本发明与二进制算术编码相结合，能够对视频信号中，如变换系数、运动矢量以及其他待编码信息，实现高效的压缩性能。此外，本发明也可应用于huffman码。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一、一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法，该方法的步骤如下：
a)将待编码数据的值域划分为m个子域，每个子域都有与之对应的子域标志比特串和子域基值；
b)根据待编码数据的数值大小，确定其所属子域，同时生成与之相应的子域标志比特串和子域基值；
c)用待编码数据减去子域基值得到子域相对值；
d)根据在b)步骤中所生成的子域标志比特串来采用相应的二进制化编码机制来对c)步骤中所得到的子域相对值进行二进制化编码，从而得到子域码，不同的子域标志比特串对应不同的二进制化编码机制；
e)将子域码拼接到子域标志比特串之后得到待编码数据的二进制化表示。
所述的m个子域，其m等于2，子域标志比特串长度为1比特，第一子域的子域标志比特串为b0，子域基值为bv0，第二子域的子域标志比特串为b1，子域基值为bv1，其中，b0、b1∈{0，1}，且b0≠b1，bv0＜bv1。
按如下方式确定待编码数据所属子域：若待编码数据大于等于子域基值bv0且待编码数据小于子域基值bv1，则待编码数据属于第一子域；若待编码数据大子等于子域基值bv1，则待编码数据属于第二子域。
对于子域标志比特串为b0的待编码数据，采用截断值为bv1-bv0-1的Truncated Unary二进制化编码机制对其子域相对值进行二进制化编码；对于子域标志比特串为b1的待编码数据，采用k阶Exp-Golomb二进制化编码机制对其子域相对值进行二进制化编码，其中k为非负整数。
二、一种用于将待编码数据进行二进制化编码的装置，它包括：
1)能将待编码数据的值域划分为若干个子域、确定每个子域标志比特串和子域基值、根据待编码数据的数值大小输出与之对应的子域标志比特串和子域相对值的子域划分装置；
2)能根据输入的子域标志比特串、采用相应的二进制化机制对输入的子域相对值进行二进制化编码得到子域码、最后将子域码拼接到子域标志比特串之后得到待编码数据的二进制化表示的子域码编码装置；
子域码编码装置的输入端与待编码数据相连，子域码编码装置的子域标志比特串输出端和子域相对值输出端分别接子域码编码装置的输入端，子域码编码装置的输出端为待编码数据的二进制化表示。
本发明具有的有益效果是：
按照上述方法对待编码数据进行二进制化，不仅可以更好的反映出待编码数据的分布特点，而且可以针对待编码数据在不同子域所表现的概率分布特点而采用与之相应的二进制化机制，从而使得对待编码数据的概率估计更加准确，与二进制算术编码相结合，就能大大提高编解码效率。本发明应用于数字信号处理领域，特别是视频编解码或图像编解码领域。
附图说明
图1是基于上下文的自适应二进制算术编码的编码框图；
图2是本发明的编码装置框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：变换系数的Level绝对值的二进制化
附图2示出了本发明的二进制化编码装置，包括子域划分装置、编码合成装置。
当前待编码数据(记为data_value)输入子域划分装置。子域划分装置将待编码数据值域分为m＝2个子域，相应的子域基值分别为bv0＝1和bv1＝15，子域标志比特串分别为b0＝‘0’和b1＝‘1’，即若待编码数据大于0同时小于15，则子域划分装置输出子域标志比特串‘0’和子域相对值data_value-1；若待编码数据大于等于15，子域划分装置输出子域标志比特串‘1’和子域相对值data_value-15。
子域标志比特和子域相对值输入到子域码编码装置，子域码编码装置根据子域标志比特来采用相应的二进制化机制来对子域相对值进行二进制化编码。即若子域标志比特串为‘0’，则采用Truncated Unary编码机制对子域相对值进行二进制化编码；若子域标志比特串为‘1’，则采用k＝0阶Exp-Golomb编码机制对子域相对值进行二进制化编码。
最后，将子域标志比特串和子域相对值二进制化后生成的比特串进行并接，并接时，子域标志比特串在前，子域相对值二进制化后生成的比特串在后，这样，最终得到待编码数据的二进制化表示。
实施例2：运动矢量残差分量绝对值的二进制化
附图2示出了本发明的二进制化编码装置，包括子域划分装置、编码合成装置。
当前待编码数据(记为data_value)输入子域划分装置。子域划分装置将待编码数据值域分为m＝2个子域，相应的子域基值分别为bv0＝0和bv1＝9，子域标志比特串分别为b0＝‘0’和b1＝‘1’，即若待编码数据大于等于0同时小于9，则子域划分装置输出子域标志比特串‘0’和子域相对值data_value；若待编码数据大于等于9，子域划分装置输出子域标志比特串‘1’和子域相对值data_value-9。
子域标志比特串和子域相对值输入到子域码编码装置，子域码编码装置根据子域标志比特串来采用相应的二进制化机制来对子域相对值进行二进制化编码。即若子域标志比特串为‘0’，则采用Truncated Unary编码机制对子域相对值进行二进制化编码；若子域标志比特串为‘1’，则采用k＝3阶Exp-Golomb编码机制对子域相对值进行二进制化编码。
最后，将子域标志比特串和子域相对值二进制化后生成的比特串进行并接，并接时，子域标志比特在前，子域相对值二进制化后生成的比特串在后。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
a)将待编码数据的值域划分为m个子域，每个子域都有与之对应的子域标志比特串和子域基值；
b)根据待编码数据的数值大小，确定其所属子域，同时生成与之相应的子域标志比特串和子域基值；
c)用待编码数据减去子域基值得到子域相对值；
d)根据在b)步骤中所生成的子域标志比特串来采用相应的二进制化编码机制来对c)步骤中所得到的子域相对值进行二进制化编码，从而得到子域码，不同的子域标志比特串对应不同的二进制化编码机制；
e)将子域码拼接到子域标志比特串之后得到待编码数据的二进制化表示。
2.根据权利要求1所述的一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法，其特征在于：所述的m个子域，其m等于2，子域标志比特串长度为1比特，第一子域的子域标志比特串为b0，子域基值为bv0，第二子域的子域标志比特串为b1，子域基值为bv1，其中，b0、b1∈{0，1}，且b0≠b1，bv0＜bv1。
3.根据权利要求2所述的一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法，其特征在于：按如下方式确定待编码数据所属子域，若待编码数据大于等于子域基值bv0且待编码数据小于子域基值bv1，则待编码数据属于第一子域；若待编码数据大于等于子域基值bv1，则待编码数据属于第二子域。
4.根据权利要求3所述的一种用于将待编码数据进行二进制化编码的方法，其特征在于：对于子域标志比特串为b0的待编码数据，采用截断值为bv1-bv0-1的Truncated Unary二进制化编码机制对其子域相对值进行二进制化编码；对于子域标志比特串为b1的待编码数据，采用k阶Exp-Golomb二进制化编码机制对其子域相对值进行二进制化编码，其中k为非负整数。
5.一种用于将待编码数据进行二进制化编码的装置，其特征在于它包括：
1)能将待编码数据的值域划分为若干个子域、确定每个子域标志比特串和子域基值、根据待编码数据的数值大小输出与之对应的子域标志比特串和子域相对值的子域划分装置；
2)能根据输入的子域标志比特串、采用相应的二进制化机制对输入的子域相对值进行二进制化编码得到子域码、最后将子域码拼接到子域标志比特串之后得到待编码数据的二进制化表示的子域码编码装置；
子域划分装置的输入端与待编码数据相连，子域划分装置的子域标志比特串输出端和子域相对值输出端分别连接到子域码编码装置的输入端，子域码编码装置的输出端为待编码数据的二进制化表示。
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