TW201320757A - 位元串流型式之畫像的解碼方法 - Google Patents

位元串流型式之畫像的解碼方法 Download PDF

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Abstract

一種位元串流型式之畫像的解碼方法。該畫像係經過編碼且以係數之向量加以表示。各係數為經過量子化的型式。根據向量的掃描順序而從各向量中選出特定係數。然後，根據該特定係數的特徵來推斷出一組模式。接著，根據該組模式來進行位元串流的解碼。

Description

位元串流型式之畫像的解碼方法
本發明係關於畫像的編碼，尤其關於使用修正的經過量子化的變換係數(transform coefficient)以使得所要進行的解碼操作可根據修正的係數的特徵來推斷出之畫像的解碼。
使用不同的模式將畫像(picture)、影像(video)、圖像(image)、或其他類似的資料壓縮成位元串流(bit-stream)時，通常係將模式資訊(mode information)儲存在位元串流的標頭欄位(header field)以使得解碼器在解碼後續資料期間要應用模式之前先知道要使用什麼模式。
在典型的影像及圖像壓縮系統中，解碼器係接收熵解碼器所解析出的量子化的變換係數。然後將這些量子化的變換係數經過逆變換(inverse transform)。再使用逆變換出的變換資料以各種方式來重建出原來的訊號。在要將量子化的變換係數予以解碼之前，所要進行的量子化、變換、及後續的解碼操作可依也是熵解碼器所解析出的從標頭資料得到的各種模式指標而定。
當編碼系統中需要額外的模式訊號時，該額外的模式訊號就可能造成用來表示編碼的訊號之位元串流的大小增加。而且，若編碼系統的架構係屬於先前同意的標準或規格，則該規格就需要改變以容納該額外的指標。
因此，需要一種相較於將模式外顯地表示之方式而以 減少位元串流的大小之方式隱含地表示模式資訊之方法。
此外，也需要一種可使得編碼出的位元串流能用先前定義的位元串流語法來加以解碼之表示模式資訊之方法。為了使此方法具有實用性，還需要限制與將位元串流用於編碼器或解碼器中有關之複雜度的增加。先前技術中，通常將一個編碼器暨解碼器稱為“編解碼器(codec)”。
編碼器：將區塊(block)或向量(vector)之資料輸入以進行變換。變換的輸出為區塊或向量之變換係數。此等變換係數隨後通過量子化器，以特定的順序將係數予以量子化。量子化的變換係數接著輸入至熵編碼器，由熵編碼器將之轉換為二元的位元串流以供傳輸或儲存。在此過程中可使用不同的模式來選擇變換類型、量子化類型等。
解碼器：將二元的位元串流予以解碼，得到各種模式資料及區塊或向量之變換係數。使此等係數受到逆變換，然後將逆變換的輸出用來以不同的方式重建出影像、圖像或其它資料。解碼出的模式資料係用來控制解碼處理的各個不同的部份。
加水印及隱藏資料(Watermarking and Data Hiding)：
在某些影像應用中，會將數位資料形態的可見的或不可見的水印(watermark)加到畫像或影像之中。所加的水印通常用於記錄媒體的認證。如此的水印一般係設計成難以檢知或難以從畫像或影像中去除掉。加水印並不會如同本發明所希望地增加影像編解碼的編碼效率，為了改善影像的編碼效率而直接應用傳統的加水印技術所產生的效果也 不明顯。先前技術中存在有將模式資料嵌入碼中之技術。一般而言，該技術係使用解碼出的變換係數的絕對值的總和的奇偶性(奇數或偶數)來決定要使用兩個或多個模式中的哪一個。
一種位元串流型式之畫像的解碼方法。該畫像係經過編碼且以係數之向量加以表示。各係數為經過量子化的型式。
根據向量的掃描順序而從各向量中選出特定係數。然後，根據該特定係數的特徵來推斷出一組模式。接著，根據該組模式來進行位元串流的解碼。
在一個實施形態中，該組模式係從最後掃描的非零係數推斷出。
本發明的實施形態係將位元串流109型式之畫像予以解碼。該畫像係經分割成一個個區塊(block)加以編碼者。各區塊分別以一個係數之向量(a vector of coefficients)加以表示。區塊中的係數係為經過量子化的型式。
在編解碼器的解碼器100中，熵解碼器201將位元串流109予以解析而輸出包含N個(先前經量子化的)變換係數之向量或區塊101。位元串流中也包含有畫面間/畫面內預測資料105。根據向量的掃描順序在各向量中選擇一個特定的係數。掃描順序將在後面說明。
方塊210根據該特定的係數而推斷出一組(兩個或多 個)模式，且使用推斷出的模式102而如後述般決定出調整後的係數214。一般而言，可能的話係將係數往接近0之方向調整。調整後的係數係先經過逆量子化203然後受到逆變換204。
依推斷出的該組模式而定，可將推斷出的該組模式102利用於解碼器100的不同的模組中。例如，可將推斷出的該組模式102用於逆量子化203及/或逆變換204中。
逆變換之輸出在加法器205與畫面內/畫面間預測模組207之輸出相加然後儲存在緩衝器206中，最後輸出區塊208。
該向量或區塊101為[x0,x1,…,xN-1]。在典型的壓縮系統中，編碼器係將很多個變換係數量子化為0。因此，本發明的焦點放在：在方塊210中從非零的係數中選出一個特定的係數然後根據此特定的係數的特徵來推斷出該模式或該組模式。
係數經過橫移(traverse)或掃描，然後以例如水平逐線掃描(raster scan)、Z字形掃描(zigzag)、垂直掃描、對角線向上掃描(diagonal up)等之特別的順序進行解析。第3A至3D圖顯示不同的掃描之例。
一般而言，掃描順序係選擇成先取得非零的係數，然後讓向量中最後剩下的量子化的變換係數為0。當解析從熵解碼器接收到的變換係數時，接收的向量可為例如：[5 -3 -4 2 0 1 0 0 0 0 0 0]。在此例中，元素x5為最後一個非零的係數。
除了指出最後一個非零係數的位置之外，也可指出其他的非零係數的位置。此外，還可推導出一個指示有各個非零係數的位置之圖(map)。就前面給定的向量例而言，非零係數的二值圖(binary map)可為[1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0]。或者，亦可推導出一個標示有符號資訊之三級圖(tertiary-level map)，例如[1 -1 -1 1 0 1 0 0 0 0 0 0]。
在對於解碼出的係數之向量進行解析後，可將嵌在向量中之模式資訊抽出(亦即推斷出模式)。考慮兩個模式“A”及“B”。例如，解碼器可使用兩個不同種類的量子化器，兩個不同種類的變換，或具有某些有兩種狀態之其他模式。抽出模式資訊後，解碼器可在選擇的模式為A之情況，使用例如逆量子化器203之A，或在選擇的模式為B之情況，使用逆量子化器203之B。在此說明幾個抽出嵌入的模式資訊之實施形態。
在N個係數之向量[x0,x1,…,xN-1]中，x0為第一個係數，xN-1為最後一個係數。假設想決定出嵌在向量中的模式M。兩個可能的模式為例如模式A及模式B。
與先前技術之比較
在先前技術中，通常係根據各區塊的所有係數的總和的奇偶而決定。此需要時間進行計算，而可能無法用於很多現代的即時應用(real time application)，例如行動電話的視訊交換(video exchange)。
本發明之解碼器的較佳實施形態則是根據一個係數，且或許是該係數的下一個係數來決定模式。此為明顯 優於先前技術之優點。
推斷模組
第2圖顯示模式推斷模組210的實施形態。使解碼出的係數進入非零係數定位器模組211，使得模式選擇器212可推斷出一組模式，例如A或B。然後視需要地，係數調整器模組213使用該組模式中之任一個來產生出調整後的係數214。可視需要地根據選擇的模式而使調整後的係數進入逆量子化器203。決定出的模式亦可用來控制解碼器的其他部份，例如逆變換204及畫面內/畫面間預測207。
推斷模組的實施形態 實施形態1：
在此實施形態中，對係數進行掃描直到定位出最後一個非零的係數215。若該係數為奇數，則推斷模式為A。若該係數為偶數，則推斷出模式為B。依序檢查各係數，來決定最後一個非零的係數xk，其中k可介於0與N-1之間。若xk為奇數，則將模式M設定為模式A(亦即模式M←A)。若xk為偶數，則將模式M設定為模式B(亦即模式M←B)。
亦可將上述之奇偶予以交換來作為另一實施形態。
實施形態2：
在此實施形態中，若在所選擇的掃描順序中最後一個係數並不是0且為奇數，則推斷模式為A，若為偶數，則推斷模式為B。若最後一個係數為0，則定位出最後一個非零的係數。將此最後一個非零係數的值當作指示模式類型之旗標(flag)。若該旗標為1，則模式為A。若該旗標為-1， 則模式為B。然後藉由將該係數設定為0來將該旗標去除掉。因為編碼器係將該旗標安插在該位置，所以以此方式使用該旗標時，解碼器可還原出與當初編碼器所使用的相同的一組係數(亦即為可逆的)。因為先前在編碼器調整了最後一個係數以確保最後所做的模式決定為正確的，所以若不使用該旗標，則該改變就會是不可逆的。解碼器的實施形態為：若最後一個係數xN-1非為0，則{若xk為奇數，則將模式M設定為模式A。若xk為偶數，則將模式M設定為模式B。}否則{若最後一個係數xN-1為0，則依序檢查各係數，來決定最後一個非零的係數xk，若xk=1，則將模式M設定為模式A，然後使xk=0(亦即xk←0)若xk=-1，則將模式M設定為模式B，然後使xk=0(亦即xk←0)}
實施形態3：
實施形態2可修正成也將最後一個係數用作為上述的1或-1旗標： 若最後一個係數xN-1非為0且不等於1或-1，則{若xk為奇數，則將模式M設定為模式A。若xk為偶數，則將模式M設定為模式B。}否則{若最後一個係數xN-1為0或1或-1，則依序檢查各係數，來決定最後一個非零的係數xk，若xk=1，則將模式M設定為模式A，然後使xk=0若xk=-1，則將模式M設定為模式B，然後使xk=0}
實施形態4：
若編碼器中經常發生以1或-1作為最後一個非零的係數之情形，就希望能夠不要將該係數當作是上述的旗標來作為其他的實施形態。不過，若模式A在係數為偶數時，則必須做修正。
在此情況，依序檢查各係數，來決定最後一個非零的係數xk，若xk為1、-1、或偶數，則將模式M設定為模式A若xk為奇數，則將模式M設定為模式B
編碼器的實施形態
在編碼器中，量子化器輸出係數區塊或係數向量。若使用上述各實施形態中的一個實施形態之解碼器，使用各 係數而做出正確的模式決定，則無需做特別的動作。然而，若該等係數的值會使解碼器做出不正確的決定，則編碼器在將係數傳給熵編碼器之前必須對係數進行修正。
將模式資料嵌入之方式有兩種：可逆的，亦即，在解碼器中檢測出修正的地方並予以去除掉，使得在解碼器的係數向量與在編碼器的係數向量一致；以及不可逆的，其中解碼器在抽出模式決定之後並無法確實地還原出正確的向量。依編碼器及解碼器的實施形態而異，可採用可逆的及不可逆的方式中的一個或兩個都用。假設在編碼器的係數向量為[v0,v1,…,vN-1]。
編碼器的實施形態1：
依序檢查各係數，來決定最後一個非零的係數vk。
若模式M=A且vk為偶數，則{若vk>0則將vk的值更新為vk-1之值(亦即vk←vk-1)，使vk成為奇數若vk<0則將vk的值更新為vk+1之值(亦即vk←vk+1)，使vk成為奇數}若模式M=B且vk為奇數，則{若vk=1則將vk的值設定為2，使vk成為偶數且不為0若vk=-1則將vk的值設定為-2，使vk成為偶數且不為0若vk不為1也不為-1，則： {若vk>0則將vk的值更新為vk-1之值(亦即vk←vk-1)，使vk成為偶數若vk<0則將vk的值更新為vk+1之值(亦即vk←vk+1)，使vk成為偶數}}
編碼器的實施形態2：
若最後一個係數vN-1非為0，則將vk的值更新為vN-1之值(亦即vk←vN-1)，然後對vk進行上述之編碼器的實施形態1之操作，否則{若最後一個係數vN-1為0，則依序檢查各係數，來決定最後一個非零的係數vk，且{若模式M=A，則將vk+1的值設定為1(亦即vk+1←1)若模式M=B，則將vk+1的值設定為-1(亦即vk+1←-1)}}
編碼器的實施形態3：
若最後一個係數vN-1非為0，則將vk的值更新為vN-1之值(亦即vk←vN-1)，且：{ 若模式M=A，則{若vk=-1則將vk的值設定為1；否則若vk為偶數，則往接近0之方向將vk加1或減1而將vk調整為奇數，只要不會使vk=-1即可。在該例中，係往離開0之方向調整vk，亦即將vk調整成vk=3。}若模式M=B，則{若vk=1則將vk的值設定為-1；否則若vk為奇數，則往接近0之方向將vk加1或減1而將vk調整為偶數。}}
編碼器的實施形態4：
定位出最後一個非零的係數vk。
若模式M=B且vk為奇數，則往接近0之方向將vk加1或減1而調整vk的值。若此調整使vk=0，則改為往離開0之方向將vk加1或減1而調整vk的值。
若模式M=A且vk為偶數，則往接近0之方向將vk加1或減1而調整vk的值。
其他的實施形態：
使用具有最大的量值(絕對值)之係數，來取代前述之使用最後一個非零係數之作法。若具有最大的量值之係數 不只一個，則使用具有最大的向量元素下標(vector index)之係數(亦即具有最大的量值之最後一個係數)。
使用兩個(相鄰)係數間的差值，來取代前述之使用奇數/偶數來做決定之作法。若差值為正，則推斷為模式A。若差值為負，則推斷為模式B。
亦可使用一個給定的係數之符號(正號或負號)來進行模式之推斷。編碼器可改變係數的符號，解碼器可使用該符號來進行模式之決定。推斷出模式為何後，解碼器可使用係數中的其他資訊來決定是否要再改變該符號來使得在解碼器之調整後的係數與在編碼器之原來的係數一致。
在量子化器係使用位元率-失真最佳化量子化(rate-distortion optimized quantization；RDO-Q)之情況，可將模式旗標或模式資訊之嵌入設成為RDO-Q處理的一部份。在決定要將哪些係數設為0時，RDO-Q處理可在係數的成本(cost)之外也考量模式旗標的成本。
要透過係數來隱含其資訊之模式可能多於兩個。例如，可能有A、B、C三種模式。此外，還可能為多個各包含多個模式之群組。例如，群組1包含模式A、B、C，群組2包含模式W、X、Y、Z。可使各組係數中隱含有表示群組1中的一個模式及群組2中的一個模式之資訊。
可使用其他的性質，例如最大或最小的係數，來取代前述之最後一個非零係數，來表示模式資訊。若有多於一個係數符合指定的準則，則可進行第二決定處理來選擇要將資訊嵌入哪個係數。例如，若該指定的準則係“使用最 大的係數”，且有兩個係數都具有同樣的最大的值，則可使用兩個之中的後面的那個。
另一個實施形態可決定相連續的(亦即相鄰的)非零係數群的數目。然後使用具有最多非零係數之係數群，以前述實施形態的任一個來將模式資訊嵌入其中。
再者，如前述，可從解碼出的係數推導出二值圖(binary map)或三級圖(tertiary-level map)。可根據此等圖的函數(function)或圖中的圖案(pattern)來推斷出區塊的模式。例如，可根據非零係數的數目來推斷出模式。亦可在編碼器將二元的碼字(codeword)嵌入該等圖中來表示各種模式。
100‧‧‧解碼器
101‧‧‧解碼出的係數
102‧‧‧推斷出的模式
105‧‧‧畫面間/畫面內預測資料
109‧‧‧位元串流
201‧‧‧熵解碼器
203‧‧‧逆量子化器
204‧‧‧逆變換
205‧‧‧加法器
206‧‧‧緩衝器
207‧‧‧畫面內/畫面間預測模組
208‧‧‧輸出區塊
210‧‧‧模式推斷模組
211‧‧‧非零係數定位器模組
212‧‧‧模式選擇器
213‧‧‧係數調整器模組
214‧‧‧調整後的係數
215‧‧‧非零的係數
第1圖係使用本發明的實施形態之編解碼器的解碼器的方塊圖。
第2圖係根據本發明的實施形態之模式推斷模組的方塊圖。
第3A圖係掃描順序的範例。
第3B圖係掃描順序的範例。
第3C圖係掃描順序的範例。
第3D圖係掃描順序的範例。
100‧‧‧解碼器
101‧‧‧解碼出的係數
102‧‧‧推斷出的模式
105‧‧‧畫面間/畫面內預測資料
109‧‧‧位元串流
201‧‧‧熵解碼器
203‧‧‧逆量子化器
204‧‧‧逆變換
205‧‧‧加法器
206‧‧‧緩衝器
207‧‧‧畫面內/畫面間預測模組
208‧‧‧輸出區塊
210‧‧‧模式推斷模組
214‧‧‧調整後的係數

Claims (21)

  1. 一種位元串流型式之畫像的解碼方法，其中該畫像係經過編碼且以係數之向量加以表示，且各係數為經過量子化的型式，該解碼方法包括下列步驟：根據該向量的掃描順序而從各向量中選出特定的係數；根據該特定的係數的特徵來推斷出一組編碼模式；以及根據該組編碼模式來進行位元串流的解碼，其中，該等步驟係在解碼器中進行。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，其中，該組編碼模式係從最後掃描到的非零的係數來推斷出。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之解碼方法，其中，該最後掃描到的非零的係數之值為1或-1。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之解碼方法，還包括：在進行推斷後將該值設定為0。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之解碼方法，其中，該最後掃描到的非零的係數之值為1、-1或偶數就推斷為第一編碼模式，否則就推斷為第二編碼模式。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之解碼方法，還包括：在進行推斷後將該值往接近0之方向調整。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之解碼方法，還包括：若在進行推斷之前該最後掃描到的非零的係數之 值為1或-1，則將該值往離開0之方向調整。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之解碼方法，其中，該最後掃描到的非零的係數之值為2或-2，且若需要將該值調整為奇數值則將該值往離開0之方向調整。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，其中，該特定的係數具有在係數的向量之中為最大的量值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之解碼方法，其中，該最大的量值發生於不只一個係數。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，其中，該組編碼模式係從兩個係數間的差值的符號來推斷出。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之解碼方法，其中，在進行推斷後即調整該符號。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，其中，該組編碼模式之推斷係與位元率-失真最佳化量子化處理相結合而進行。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，其中，將成本用於決定在該等係數中之資訊的嵌入。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，其中，該組編碼模式係從相連續的非零係數的數目來推斷出。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，其中，該組編碼模式係使用應用於該等係數之函數來推 斷出。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之解碼方法，其中，該函數係擬隨機函數(pseudo-random)。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，其中，該組編碼模式係由編碼器所決定。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，還包括：在一個圖(map)中指示出該等非零係數的位置。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之解碼方法，還包括：在一個圖(map)中指示出各個非零係數的符號。
  21. 如申請專利範圍第2項所述之解碼方法，還包括：在進行推斷後將該特定的係數的值往離開0之方向調整。
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