TW201524195A - 影像編碼系統及其方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種影像編碼系統，包含：一小波轉換單元以及一處理電路。該小波轉換單元，用以對複數個連續輸入成分區段進行多線式小波轉換，以產生一小波轉換影像，其中該小波轉換影像包含具複數個頻帶的小波係數。該處理電路，耦接該小波轉換單元，用以量化、掃描以及編碼該些小波係數，以產生一壓縮影像。其中，該些連續輸入成分區段的數目是2的倍數且小於5。因為本發明小波轉換單元進行以線為基礎的小波轉換，以減少儲存量及維持一實質上固定的傳輸率，因此本發明之影像編碼系統可以使用SRAM緩衝器，而無需使用DRAM緩衝器。

Description

影像編碼系統及其方法
本發明係有關於影像處理，尤有關於一種適用於即時影像傳輸的影像編碼系統。
離散小波轉換(diacrete wavelet transform，以下簡稱DWT)技術已為業界所熟知且描述於眾多的影像編碼標準中，例如：JPEG 2000、Dirac及Microsoft’s RemoteFX。一維(1D)DWT包含迭代(iterated)使用一對互補的半頻帶(half-band)濾波器11與12，分別連接一個降取樣因子等於2的降取樣器(subsampler)，如第1圖所示。
至於二維(2D)影像，通常將小波濾波器分別施加於影像的垂直與水平二個方向的每個影像成分(component)上，以產生四個不同頻率的頻帶(subband)：LL(左上)、LH(左下)、HL(右上)以及HH(右下)。在二維DWT的例子中，只有LL頻帶被遞迴地分解(iteratively decomposed)，以得到第2圖的二維頻譜分解圖。
第3圖顯示揭露於美國第6,678,419號專利之小波影像編碼系統之方塊圖。請參考第3圖，該小波影像編碼系統包含一小波轉換區塊31、一量化(quantization)區塊32、一重排序及編塊(reordering and blocking)區塊33以及一無失 真適應性(lossless adaptive)編碼區塊34。將影像像素資料饋入該小波轉換區塊31，該小波轉換區塊31以一種已知方式運作以將小波係數(coefficient)提供至該量化區塊32。接著，該量化區塊32將該些小波係數的純量(scalar)量化，以降低表示該些小波係數的位元數，但損害了品質。該量化區塊32的輸出是一組整數，其需被逐位元地(bit-by-bit)編碼。可以被調整以設定最後品質的參數是該量化步驟，該量化步驟做得越好，壓縮率以及影像品質越佳。
大部分已知的小波影像編碼系統使用二維小波轉換以增進編碼效率，亦即，有固定品質的高壓縮率。有些小波影像編碼系統使用區塊式(tile-based)編碼，亦即，將一影像分成複數個不重疊的區塊，而這些區塊大小通常是64x64或更大，因此，這些影像編碼系統一般需要搭配一DRAM次系統來儲存原始影像像素、中間處理資料以及已編碼的位元流。
然而，有些即時影像傳輸系統希望有不需內建DRAM的解決方案以減少硬體成本及系統複雜度，例如：應用於一監視攝影機的即時影像傳輸系統，具有一固定的傳輸率，若可能的話，要求不要內建DRAM緩衝器。然而，此無內建DRAM緩衝器的即時影像傳輸系統無法供傳統二維小波影像編碼演算法來運作。為解決上述問題，因此提出本發明。
有鑒於上述問題，本發明之目的之一為提供一種影像編碼系統，具有良好壓縮品質且運作時無須內建DRAM緩衝器。
本發明的一實施例係提供一種影像編碼系統。該影像編碼系統包括一小波轉換單元、一掃描單元、一量化器、一熵編碼器以及一輸出緩衝器。該小波轉換單元，用以對一輸入成分區段進行一維小波轉換，以產生具複數個頻帶的小波係數。該掃描單元，以相反順序讀取該些頻帶。該量化器，根據該些頻帶的對應量化值及一索引訊號，對該些頻帶進行量化。該一熵編碼器，用以編碼，以產生一壓縮影像。該輸出緩衝器，用以儲存該壓縮影像及產生該索引訊號。其中，該索引訊號表示相對於該輸出緩衝器容量的一緩衝器滿溢程度；其中，該些頻帶的對應量化值與該些頻帶及該緩衝器滿溢程度有關；以及，其中，該掃描單元及該量化器耦接在該小波轉換單元及該熵編碼器之間。
本發明的另一實施例係提供一種影像編碼系統。該影像編碼系統，包含：一小波轉換單元以及一處理電路。該小波轉換單元，用以對複數個連續輸入成分區段進行多線式小波轉換，以產生一小波轉換影像，其中該小波轉換影像包含具複數個頻帶的小波係數。該處理電路，耦接該小 波轉換單元，用以量化、掃描以及編碼該些小波係數，以產生一壓縮影像。其中，該些連續輸入成分區段的數目是2的倍數且小於5。
本發明的另一實施例係提供一種影像編碼系統。該影像編碼系統，包含：一小波轉換單元以及一處理電路。該小波轉換單元，用以對二條連續亮度成分區段進行雙線式小波轉換以及對每隔一條色度成分區段進行一維小波轉換，以產生一小波轉換影像，其中該小波轉換影像包含具複數個頻帶的小波係數。該處理電路耦接該小波轉換單元，用以量化、掃描以及編碼該些小波係數，以產生一壓縮影像。
本發明的另一實施例係提供一種影像編碼方法，適用於一影像編碼系統。該影像編碼方法包含：對複數個連續輸入成分區段進行多線式小波轉換，以得到一小波轉換影像，其中該小波轉換影像包含具複數個頻帶的小波係數；以及，量化、掃描以及編碼該些小波係數，以得到一壓縮影像；其中，該些連續輸入成分區段的數目是2的倍數且小於5。
31‧‧‧小波轉換區塊
32‧‧‧量化區塊
33‧‧‧重排序及編塊區塊
34‧‧‧無失真適應性編碼區塊
40、40A‧‧‧影像編碼系統
412‧‧‧分割單元
41、47、49‧‧‧SRAM緩衝器
42、42a、42b、42c‧‧‧小波轉換單元
43‧‧‧量化器
44‧‧‧掃描單元
45‧‧‧熵編碼器
46‧‧‧輸出緩衝器
48‧‧‧影像源
61、71a、71b、71c‧‧‧加法器
62、72a、72b、72c‧‧‧減法器
63a、63b、73a~73f‧‧‧除法器
65、75‧‧‧一維小波轉換器
80‧‧‧轉換電路
82‧‧‧多工器
第1圖係顯示一分析濾波器及一合成濾波器的示意圖。
第2圖係顯示三階小波轉換頻率分解圖。。
第3圖顯示揭露於美國第6,678,419號專利之小波影像編 碼系統之方塊圖。
第4圖係根據本發明的一實施例，顯示一影像編碼系統之方塊圖。
第5A圖顯示利用該單線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。
第5B圖顯示一條720個像素的成分線進行三階一維小波轉換後，產生一維小波轉換影像的一個例子。
第6A圖顯示利用該雙線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。
第6B圖係根據本發明一實施例，顯示進行n階雙線式小波轉換的小波轉換單元42a的示意圖。
第6C圖顯示小波轉換單元42a產生之小波轉換影像之一個示例。
第7A圖顯示利用該四線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。
第7B圖係根據本發明一實施例，顯示進行n階四線式小波轉換的小波轉換單元42b的示意圖。
第7C圖顯示由小波轉換單元42b產生之小波轉換影像之一個示例。
第8A圖顯示利用該混合式編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。
第8B圖係根據本發明另一實施例，顯示小波轉換單元42c 的示意圖。
第9圖係根據第4及6C圖的實施例，顯示掃描單元的掃描順序。
第10圖係根據本發明的另一實施例，顯示一影像編碼系統之方塊圖。
第11A圖顯示利用可處理360個成分的單線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。
第11B圖顯示利用可處理360個成分的雙線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。
第11C圖顯示利用可處理360個成分的混合式編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。
在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「一」及「該」等單數形式的用語，都同時包含單數及複數的涵義，除非本說明書中另有特別指明。另外，「雙線式(dual-line-based)小波轉換」主要係指同時對二條連續成分線(component line)(例如：在YUV色彩空間中的二條連續Y成分線)進行的一第一修正型小波轉換(包含一加法運算、一減法運算以及一維小波轉換)。「四線式小波轉換」主要係指同時對四條連續成分線(例如：在YUV色彩空間中的四條連續Y成分線)進行的一第二修正型小波轉換(包含複數個加法運算、複數個減法運算以及一維小波轉換)。「混合式小波轉換」主要係指對分別二條連續亮度(luminance)成分線(例 如：在YUV色彩空間中的二條連續Y成分線)及每隔一條(every other)色度(chrominance)成分線(例如：在YUV色彩空間中的一條U成分線及一條V成分線)進行的雙線式小波轉換及一維小波轉換之組合。
本發明的特色之一係進行以線為基礎(line-based)的小波轉換(為一維小波轉換、雙線式小波轉換、四線式小波轉換以及混合式小波轉換之其一)以達成即時影像傳輸，來減少資料儲存量與維持良好壓縮品質。因此，本發明之影像編碼系統無需使用DRAM緩衝器，可以僅使用線緩衝器(以靜態隨機存取記憶體(SRAM)來實施)來儲存少量原始影像資料、中間處理結果以及已編碼的位元，從而具有良好壓縮品質及一實質上固定的傳輸率。本發明的另一特色係進行適應性量化以達成即時影像傳輸，來對緩衝器46的滿溢狀態(fullness)進行控制。
小波轉換的目的是以不同基礎來表示原始影像，來達到去相關性(decorrelation)的目的。根據本發明，小波轉換單元42被配置成四種組態之一(即單線組態、雙線組態、四線組態以及混合式組態之一)，以對輸入影像進行四種小波轉換之一，其中該四種小波轉換為一維小波轉換、雙線式小波轉換、四線式小波轉換以及混合式小波轉換。相對應地，本發明之影像編碼系統(40、40A)使用單線編碼核心(kernel)、雙線編碼核心、四線編碼核心以及混合式編碼核心(為單線編碼核心及雙線編碼核心之組合)之一，以減少資 料儲存量與維持良好壓縮率。請注意，本發明之影像編碼系統(40、40A)適用於灰階影像與彩色影像，為方便解釋，於下列幾個實施例中，係以本發明之影像編碼系統(40、40A)對具有720x480解析度的彩色影像編碼並搭配YUV色彩空間來做說明。然而，該YUV色彩空間與該彩色影像大小僅為示例，而非本發明的限制。在實際運作上，可使用任何色彩空間與任何彩色影像大小，皆屬本發明的範疇。另外，在本說明書與所有圖式中，相同的符號代表相同的元件。
第4圖係根據本發明的一實施例，顯示一影像編碼系統之方塊圖。參考第4圖，本發明影像編碼系統40包括一分割單元412、三個SRAM緩衝器41、47、49、一小波轉換單元42、一量化器43、一掃描單元44、一熵編碼器(entropy coder)45和一輸出緩衝器46。其中，該輸出緩衝器46也是以SRAM來實施，而該些SRAM緩衝器41、47、49的容量遠小於傳統進行二維小波轉換的影像編碼系統中使用之緩衝器容量。請注意，本發明中該分割單元412並非必要元件，因此在圖中以虛線顯示。為方便說明，以下描述本發明影像編碼系統40時將暫時先排除掉該分割單元412，而在本說明書最後部分再詳述該分割單元412的運作方式。
當該小波轉換單元42配置為單線組態且運作於一個使用單線編碼核心的影像編碼系統40時，該小波轉換單元42對每一條成分線進行一維小波轉換。首先，複數條成分線，至少包含二條Y成分線、二條U成分線及二條V成分線， 從該影像源48饋入並儲存至SRAM緩衝器41。第5A圖顯示利用該單線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。從第5A圖中明顯看到，使用單線編碼核心的影像編碼系統40以逐線(line-by-line)方式對影像像素編碼。具有單線組態的小波轉換單元42依序接收各成分線，並對各成分線進行n階一維小波轉換，最後產生(n+1)頻帶的小波係數。然後，該小波轉換單元42將該(n+1)頻帶的小波係數儲存於SRAM緩衝器47。因為影像資料能量大部分會聚集在低頻頻帶，所以該小波轉換單元42可以對低頻係數重覆分解n次，以得到n階分解，其中n表示分解的階數。例如，當n=3，具有單線組態的小波轉換單元42對各成分線進行三階一維小波轉換，最後產生具有四個頻帶的小波轉換影像，如第5B圖所示。第5B圖顯示一條720個像素的成分線進行三階一維小波轉換後，產生一維小波轉換影像的一個例子。參考第5B圖中的一維小波轉換影像，最左邊頻帶L3包含最低頻頻帶的小波係數，而最右邊頻帶H1則包含最高頻頻帶的小波係數。
當該小波轉換單元42配置為雙線組態且運作於一個使用雙線編碼核心的影像編碼系統40時，該小波轉換單元42對二條連續成分線進行雙線式小波轉換(或分解)。第6A圖顯示利用該雙線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。參考第6A圖，使用雙線編碼核心的影像編碼系統40以逐雙線方式(dual-line-by-dual-line)對影像編碼。具有雙線組態的小波轉換單元42同時接收二條連續 成分線，並對二條連續成分線進行n階雙線式小波轉換，最後產生(n+1)頻帶的小波係數。第6B圖係根據本發明一實施例，顯示進行n階雙線式小波轉換的小波轉換單元42a的示意圖。參考第6B圖，具有雙線組態的小波轉換單元42a包含一加法器61、一減法器62、二個除法器63a、63b以及一個一維小波轉換器65。請注意，二條連續成分線k、(k+1)平行輸入至該加法器61及該減法器62，其中k>=0。該加法器61及該除法器63a的運作類似於對該二條連續成分線的垂直方向進行低通濾波運算，而該減法器62及該除法器63b的運作類似於對該二條連續成分線的垂直方向進行高通濾波運算。因此，該除法器63a產生包含低通小波係數的轉換影像L1，而該除法器63b產生包含高通小波係數的轉換影像H1。接著，一維小波轉換器65對低通轉換影像L1進行(n-1)階一維小波轉換，以產生n個頻帶影像，即H2、H3、....、Hn及Ln頻帶影像。因此，在完成n階雙線式小波轉換時，小波轉換單元42a會產生包含(n+1)頻帶之小波係數的小波轉換影像，其中該(n+1)頻帶包含H1、H2、H3、....、Hn及Ln頻帶。於該小波轉換影像中的小波係數總數等於該二條連續成分線k、(k+1)的成分總數。
假設該小波轉換單元42a對一個720x480彩色影像的二條包含720個像素的連續成分線k、(k+1)進行三階雙線式小波轉換，同時，成分線k包含下列元素：A0、A1、A2、...、 A719；成分線(k+1)包含下列元素：B0、B1、B2、...、B719。因此，H1頻帶影像包含下列小波係數：(A0-B0)/2、(A1-B1)/2、(A2-B2)/2、....、(A719-B719)/2；L1頻帶影像包含下列小波係數：(A0+B0)/2、(A1+B1)/2、(A2+B2)/2、....、(A719+B719)/2。最後，如第6C圖所示，該小波轉換單元42a產生包含1440個小波係數的四頻帶影像H1、H2、H3和L3。其中，H1頻帶影像包含720個小波係數、H2頻帶影像包含360個小波係數、H3和L3頻帶影像各包含180個小波係數。
當該小波轉換單元42配置為四線組態且運作於一個使用四線編碼核心的影像編碼系統40時，該小波轉換單元42對四條連續成分線進行四線式小波轉換(或分解)。第7A圖顯示利用該四線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。參考第7A圖，使用四線編碼核心的影像編碼系統40以逐四線(four-line-by-four-line)方式對影像編碼。具有四線組態的小波轉換單元42同時接收四條連續成分線，並對四條連續成分線進行n階四線式小波轉換，最後產生(n+2)頻帶的小波係數。第7B圖係根據本發明一實施例，顯示進行n階四線式小波轉換的小波轉換單元42b的示意圖。參考第7B圖，具有四線組態的小波轉換單元42b包含三個加法器71a、71b、71c、三個減法器72a、72b、72c、六個除法器73a~73f以及一個一維小波轉換器75。請注意，四條連續成分線k~(k+3)平行輸入至二個加法器71a、71b及二個 減法器72a、72b，其中k>=0。類似於第6B圖的實施例，該些加法器71a、71b、71c及除法器73a、73c、73e的運作類似於對二條連續成分線或二個低通影像的垂直方向進行低通濾波運算，而該些減法器72a、72b、72c及除法器73b、73d、73f的運作類似於對該二條連續成分線或二個低通影像的垂直方向進行高通濾波運算。因此，除法器73a及73c分別產生低通轉換影像L1U及L1D，而除法器73b及73d分別產生高通轉換影像H1U及H1D。接著，二個低通轉換影像L1U及L1D平行饋入至加法器71c和減法器72c，然後，除法器73e產生低通轉換影像L2，而除法器73f產生高通轉換影像H2。
之後，一維小波轉換器75對低通轉換影像L2進行(n-2)階一維小波轉換，以產生(n-1)個頻帶影像，其中，n>=3。因此，在完成n階雙線式小波轉換時，小波轉換單元42b會產生包含(n+2)頻帶之小波係數，包含H1D、H1U、H2、H3、....、Hn及Ln頻帶。於該小波轉換影像中的小波係數總數等於該四條連續成分線k~(k+3)的成分總數。
假設該小波轉換單元42b對一個720x480彩色影像的四條包含720個像素的連續成分線k~(k+3)進行三階雙線式小波轉換，同時，成分線k包含下列成分：A0、A1、A2、...、A719；成分線(k+1)包含下列成分：B0、B1、B2、...、B719；成分線(k+2)包含下列成分：C0、C1、C2、...、C719；成分線(k+3)包含下列成分：D0、D1、D2、...、D719。因此，H1U頻 帶影像包含下列小波係數：(A0-B0)/2、(A1-B1)/2、(A2-B2)/2、....、(A719-B719)/2；H1D頻帶影像包含下列小波係數：(C0-D0)/2、(C1-D1)/2、(C2-D2)/2、....、(C719-D719)/2；L1U頻帶影像包含下列小波係數：(A0+B0)/2、(A1+B1)/2、(A2+B2)/2、....、(A719+B719)/2；L1D頻帶影像包含下列小波係數：(C0+D0)/2、(C1+D1)/2、(C2+D2)/2、....、(C719+D719)/2；H2頻帶影像包含下列小波係數：(A0+B0-C0-D0)/4、(A1+B1-C1-D1)/4、(A2+B2-C2-D2)/4、....、(A719+B719-C719-D719)/4；L2頻帶影像包含下列小波係數：(A0+B0+C0+D0)/4、(A1+B1+C1+D1)/4、(A2+B2+C2+D2)/2、....、(A719+B719+C719+D719)/2。最後，如第7C圖所示，該小波轉換單元42b產生包含2880個小波係數的五頻帶影像H1D、H1U、H2、H3和L3。其中，H1D、H1U、H2頻帶影像各包含720個小波係數、H3和L3頻帶影像各包含360個小波係數。請注意，第7C圖中頻帶H1D及H1U的位置是可以交換的。
當該小波轉換單元42配置為混合式組態且運作於一個使用混合式編碼核心(為單線編碼核心及雙線編碼核心之組合)的影像編碼系統40時，該小波轉換單元42對二條連續亮度線及每隔一條色度線進行混合式小波轉換。換言之，具混合式單線組態的小波轉換單元42對二條連續Y成分線進行雙線式小波轉換，同時對每隔一條U成分線及每隔一條V成分線進行一維小波轉換。第8A圖顯示利用該混合式編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示 例。從第8A圖中明顯看到，使用混合式編碼核心的影像編碼系統40以逐雙線方式對Y成分影像編碼，對每一偶數條U成分線及V成分線編碼，及丟棄奇數條U成分線及V成分線。另一實施例中，使用混合式編碼核心的影像編碼系統40以逐雙線方式對Y成分影像編碼，對每一奇數條U成分線及V成分線編碼，及丟棄偶數條U成分線及V成分線。
第8B圖係根據本發明另一實施例，顯示小波轉換單元42c的示意圖。參考第8B圖，具有混合式組態的小波轉換單元42c包含一轉換電路80、一多工器82、及一個一維小波轉換器65。該轉換電路80包含一加法器61、一減法器62以及二個除法器63a、63b。具有混合式組態的小波轉換單元42c對二條連續Y成分線k~(k+1)進行n階雙線式小波轉換，同時對每隔一條U成分線k及每隔一條V成分線k進行(n-1)階一維小波轉換。
當該小波轉換單元42c被設定為一雙線模式時，係透過一被設為有效(asserted)的控制訊號S3將該轉換電路80致能(enabled)，同時多工器82根據一控制訊號S2將一資料流從一第二輸入埠傳送至輸出埠。於該雙線模式下，該轉換電路80係與一維小波轉換器65共同運作，故該小波轉換單元42c的運作與該小波轉換單元42a相同。當該小波轉換單元42c被設定為一單線模式時，係透過一被設為無效(de-asserted)的控制訊號S3將該轉換電路80禁能(disabled)， 同時多工器82根據該控制訊號S2將一資料流從一第一輸入埠傳送至輸出埠；因此，一維小波轉換器65對每隔一條U成分線k及每隔一條V成分線k進行一維小波轉換。
當該小波轉換單元42c被設定為一雙線模式時，係透過一被設為有效(asserted)的控制訊號S3將該轉換電路80致能(enabled)，同時多工器82根據一控制訊號S2將一資料流從一第二輸入埠傳送至輸出埠。於該雙線模式下，該轉換電路80係與一維小波轉換器65共同運作，故該小波轉換單元42c的運作與該小波轉換單元42a相同。當該小波轉換單元42c被設定為一單線模式時，係透過一被設為無效(de-asserted)的控制訊號S3將該轉換電路80禁能(disabled)，同時多工器82根據該控制訊號S2將一資料流從一第一輸入埠傳送至輸出埠；因此，一維小波轉換器65對每隔一條U成分線k及每隔一條V成分線k進行一維小波轉換。
如同業界所熟知的，在小波轉換影像中各頻帶都具有一相對應的量化值。量化器43接收該小波轉換影像、進行量化，並產生一量化影像。在本發明之量化器43中，係利用以下線性方程式來產生各頻帶的量化值Q[z]：Q[z]=B+M*z，其中，參數z的範圍從0到(r-1)、參數r表示一小波轉換影像中頻帶的總數、以及參數B及M為正實數。在上述方程式中，各量化值Q[z]，從Q[0]到Q[r-1]，分別對應至不同頻域的頻帶，也就是，從最低頻的頻帶到最高頻的頻 帶。以第7C圖為例，五個頻帶的量化值分別顯示於圖式的下方。量化值Q[0]對應至最低頻的頻帶L3，而量化值Q[4]對應至最高頻的頻帶H1D。
在量化器43中，該小波轉換影像中各頻帶的每一小波係數被除以一相對應量化值Q[z]，再四捨五入至最接近的整數，以得到一量化係數。請回到第4圖，該輸出緩衝器46產生一索引(index)訊號S1至該量化器43，其中，索引訊號S1表示相對於該輸出緩衝器46容量的緩衝器滿溢程度(或滿溢率)(fullness)。一實施例中，該緩衝器滿溢程度等於該輸出緩衝器46容量的分數(fraction)或百分比。量化值Q[z]隨著不同的緩衝器滿溢程度而改變。例如，若該緩衝器滿溢程度達到一第一臨界值T1，量化值Q[z]會增加；相反地，若該緩衝器滿溢程度少於一第二臨界值T2，量化值Q[z]會下降。
一實施例中，根據不同的緩衝器滿溢程度，利用以下程式碼來適應性地改變該量化值Q[z]：Increase_Quantization = 0; Decrease_Quantization = 0; B=init1; /*參數B及M為正實數*/ M=init2; If (Buffer_Fullness > T1) Increase_Quantizaiton = 1; Elae if (Buffer_Fullness < T2) Decrease_Quantization = 1; /*當Buffer_Fullness > T1時，增加B and M */ /*當Buffer_Fullness < T2時，減少B and M */ If (Increase_quantization) { B += stepb; /* stepb與stepm為正實數*/ M += atepm; } Elae if (Decrease_quantization) { B -= atepb; M -= atepm; } for z=0: (r -1) Q[z] = B + M * z; end
本發明之量化器43有以下優點：(1)各頻帶的量化值是即時計算而得，故無須記憶體空間來儲存量化值；(2)量化值Q[z]隨著不同的緩衝器滿溢程度而改變，所以需考慮影像品質及緩衝器滿溢程度之間的取捨(trade-off)。
請回到第4圖，該量化器43產生該量化影像並儲存該量化影像至SRAM緩衝器49。第9圖係根據第4及6C圖的實施例，顯示掃描單元的掃描順序。假設該量化器43接收第6C圖的小波轉換影像，並產生第9圖的量化影像。參考第9圖，掃描單元44以相反順序對量化影像的量化係數進行線掃 瞄(以下簡稱”相反順序線掃瞄”)。也就是由量化影像的H1頻帶影像的右邊界(H1頻帶影像的最後一個係數)開始，直到L3頻帶影像的左邊界(L3頻帶影像的第一個係數)為止，掃描單元44依序掃描或讀取四個頻帶的量化係數，以提供掃描係數給熵編碼器45。因為掃描單元44進行上述相反順序線掃瞄是很直接的，所以系統很容易對記憶體定址(addressing)進行控制。
之後，熵編碼器45將該些掃描係數編碼，以產生一壓縮影像並儲存至輸出緩衝器46。具體而言，利用適應性變動長度(run-length)Golomb-Rice編碼、霍夫曼(Huffman)編碼、二位元算術編碼、或其組合，熵編碼器45對該些掃描係數進行熵壓縮。
第10圖係根據本發明的另一實施例，顯示一影像編碼系統之方塊圖。比較第4圖及第10圖，量化器43和掃描單元44的位置互換，另外，在第10圖中，因為掃描單元44位於量化器43的前級，所以不需SRAM緩衝器49。
當影像解析度增加時，各輸入成分線可能包含大量的成分或取樣點，例如，高達4000個成分或取樣點，這將對小波轉換單元42造成嚴重的負擔，在此狀況下，影像編碼系統40、40A需包含分割單元412。回到第4圖及第10圖，取決於小波轉換單元42一次能處理的成分總數，分割單元412將從影像源48輸出的各成分線分割成複數個成分線段(division)。當小波轉換單元42一次只能處理360個成分時， 分割單元412須將一個720x480的彩色影像的各成分線分割成二個成分線段，並儲存至SRAM緩衝器41。之後，根據編碼核心的形態，儲存至SRAM緩衝器41的成分線段以特定的順序被饋入至小波轉換單元42。第11A圖顯示利用可處理360個成分的單線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。如第11A圖清楚所示，影像資料饋入至小波轉換單元42的順序是以逐段(division-by-division)及逐線(line-by-line)方式進行。資料饋入至小波轉換單元42的順序原則上是將相同像素線的相對應段串在一起，例如；先將相同像素線(例如Y[0]、U[0]、V[0])的前半段串在一起，之後再將相同像素線的後半段串在一起。
相同地，第11B圖顯示利用可處理360個成分的雙線編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例；第11C圖顯示利用可處理360個成分的混合式編碼核心對一個720x480的彩色影像進行編碼之編碼順序的示例。請注意，第11A-11C圖的例子中，分割單元412將各成分線分割成成分線段的數目以及編碼核心(或小波轉換單元42)一次可處理的成分點(或取樣點)數目僅為示例，而非本發明之限制。在實際運作上，可根據不同電路設計，使用任何成分線段的數目(由分割單元412將各成分線分割而成)以及任何成分點數目(編碼核心(或小波轉換單元42)一次可處理的數目)，皆屬本發明的範疇。
總而言之，因為本發明小波轉換單元(42、42a、42b、42c)進行以線為基礎的小波轉換(為一維小波轉換、雙線式小波轉換、四線式小波轉換以及混合式小波轉換之其一)，處理的資料量遠少於傳統二維小波轉換單元運作時處理的資料量。因此，本發明之影像編碼系統無需使用DRAM緩衝器，而可以僅使用SRAM緩衝器(41、46、47、49)來儲存處理資料，故具有良好壓縮品質及一實質上固定的傳輸率。因此，本發明之影像編碼系統非常適用於即時影像傳輸。
上述僅為本發明之較佳實施例而已，而並非用以限定本發明的申請專利範圍；凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。
40‧‧‧影像編碼系統
412‧‧‧分割單元
41、47、49‧‧‧SRAM緩衝器
42‧‧‧小波轉換單元
43‧‧‧量化器
44‧‧‧掃描單元
45‧‧‧熵編碼器
46‧‧‧輸出緩衝器
48‧‧‧影像源

Claims (42)

  1. 一種影像編碼系統，包含：一小波轉換單元，用以對一輸入成分區段進行一維小波轉換，以產生具複數個頻帶的小波係數；一掃描單元，以相反順序讀取該些頻帶；一量化器，根據該些頻帶的對應量化值及一索引訊號，對該些頻帶進行量化；一熵編碼器，用以編碼，以產生一壓縮影像；以及一輸出緩衝器，用以儲存該壓縮影像及產生該索引訊號；其中，該索引訊號表示相對於該輸出緩衝器容量的一緩衝器滿溢程度；其中，該些頻帶的對應量化值與該些頻帶及該緩衝器滿溢程度有關；以及其中，該掃描單元及該量化器耦接在該小波轉換單元及該熵編碼器之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之系統，其中該輸入成分區段是一影像的一成分線。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之系統，其中該掃描單元的輸入端耦接該小波轉換單元的輸出端；以及，該量化器的輸入端耦接該掃描單元的輸出端，以及，該量化器的輸出端耦接該熵編碼器的輸入端。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之系統，其中該量化器的輸入端耦接該小波轉換單元的輸出端；以及，該掃描單元的輸入端耦接該量化器的輸出端，以及，該掃描單元的輸出端耦接該熵編碼器的輸入端。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之系統，其中該些頻帶的對應量化值大小隨該緩衝器滿溢程度增加而增加。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之系統，其中該些頻帶的對應量化值大小隨該些頻帶的對應頻率增加而增加。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之系統，其中該輸出緩衝器是以靜態隨機存取記憶體(SRAM)來實施。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載之系統，更包含：一分割單元，用以將一影像的各成分線分割為複數個成分線段；以及一輸入緩衝器，耦接在該分割單元及該小波轉換單元之間，用以儲存該些成分線段，並輸出該些成分線段之一相對應線段當作該輸入成分區段。
  9. 一種影像編碼系統，包含：一小波轉換單元，用以對複數個連續輸入成分區段進行多線式小波轉換，以產生一小波轉換影像，其中該小波轉換影像包含具複數個頻帶的小波係數；以及一處理電路，耦接該小波轉換單元，用以量化、掃描以及編碼該些小波係數，以產生一壓縮影像； 其中，該些連續輸入成分區段的數目是2的倍數且小於5。
  10. 如申請專利範圍第9項所記載之系統，其中該些連續輸入成分區段是一影像的複數條連續成分線。
  11. 如申請專利範圍第9項所記載之系統，其中該小波轉換單元對該些連續輸入成分區段進行加法、減法以及一維小波轉換運算，以產生該小波轉換影像。
  12. 如申請專利範圍第9項所記載之系統，其中該些連續輸入成分區段的數目等於2；其中該小波轉換單元對該些連續輸入成分區段進行n階雙線式小波轉換運算；以及，其中該些頻帶的數目等於(n+1)且n>=2。
  13. 如申請專利範圍第12項所記載之系統，其中該小波轉換單元包含：一加法器，用以將該些連續輸入成分區段的第一成分區段及第二成分區段相加，以產生一低通影像；一減法器，用以將該第一成分區段減去該第二成分區段，以產生一第一頻帶的小波係數；以及一小波轉換器，對該低通影像進行(n-1)階一維小波轉換，以產生其餘頻帶的小波係數；其中，該第一頻帶及該其餘頻帶的小波係數形成該小波轉換影像。
  14. 如申請專利範圍第9項所記載之系統，其中該些連續輸入成分區段的數目等於4；其中該小波轉換單元對該些連續 輸入成分區段進行n階四線式小波轉換運算；以及，其中該些頻帶的數目等於(n+2)且n>=3。
  15. 如申請專利範圍第9項所記載之系統，其中該小波轉換單元包含：一第一加法器，用以將該些連續輸入成分區段的第一成分區段及第二成分區段相加，以產生一第一低通影像；一第一減法器，用以將該第一成分區段減去該第二成分區段，以產生一第一頻帶的小波係數；一第二加法器，用以將該些連續輸入成分區段的第三成分區段及第四成分區段相加，以產生一第二低通影像；一第二減法器，用以將該第三成分區段減去該第四成分區段，以產生一第二頻帶的小波係數；一第三加法器，用以將該第一低通影像及該第二低通影像相加，以產生一第三低通影像；一第三減法器，用以將該第一低通影像減去該第二低通影像，以產生一第三頻帶的小波係數；以及一小波轉換器，對該第三低通影像進行(n-2)階一維小波轉換，以產生其餘頻帶的小波係數；其中，該第一頻帶、該第二頻帶、該第三頻帶以及該其餘頻帶的小波係數形成該小波轉換影像。
  16. 如申請專利範圍第9項所記載之系統，其中該處理電路包含： 一掃描單元，以相反順序讀取該些頻帶；一量化器，根據該些頻帶的對應量化值及一索引訊號，對該些頻帶進行量化；一熵編碼器，用以編碼，以產生該壓縮影像；以及一輸出緩衝器，用以儲存該壓縮影像及產生該索引訊號；其中，該索引訊號表示相對於該輸出緩衝器容量的一緩衝器滿溢程度；其中，該些頻帶的對應量化值與該些頻帶及該緩衝器滿溢程度有關；以及其中，該掃描單元及該量化器耦接在該小波轉換單元及該熵編碼器之間。
  17. 如申請專利範圍第16項所記載之系統，其中該些頻帶的對應量化值大小隨該緩衝器滿溢程度增加而增加。
  18. 如申請專利範圍第16項所記載之系統，其中該些頻帶的對應量化值大小隨該些頻帶的對應頻率增加而增加。
  19. 如申請專利範圍第16項所記載之系統，其中該輸出緩衝器是以靜態隨機存取記憶體(SRAM)來實施。
  20. 如申請專利範圍第9項所記載之系統，其中該小波轉換影像中小波係數的數目等於該些連續輸入成分區段中的成分總數。
  21. 如申請專利範圍第9項所記載之系統，更包含：一分割單元，用以將一影像的各成分線分割為複數個成 分線段；以及一輸入緩衝器，耦接在該分割單元及該小波轉換單元之間，用以儲存該些成分線段，並輸出該影像的連續條成分線中之相對應複數個成分線段當作該些連續輸入成分區段。
  22. 一種影像編碼系統，包含：一小波轉換單元，用以對二條連續亮度成分區段進行雙線式小波轉換以及對每隔一條色度成分區段進行一維小波轉換，以產生一小波轉換影像，其中該小波轉換影像包含具複數個頻帶的小波係數；以及一處理電路，耦接該小波轉換單元，用以量化、掃描以及編碼該些小波係數，以產生一壓縮影像。
  23. 如申請專利範圍第22項所記載之系統，其中該二條連續亮度成分區段是一影像的複數條連續亮度成分線，以及該每隔一條色度成分區段是該影像的每隔一條色度成分線。
  24. 如申請專利範圍第22項所記載之系統，其中該小波轉換單元對該二條連續亮度成分區段進行加法、減法以及一維小波轉換運算。
  25. 如申請專利範圍第22項所記載之系統，其中該小波轉換單元包含：一加法器，用以根據一第一控制訊號，將該二條連續亮度成分區段的第一成分區段及第二成分區段相加，以產生 一低通影像；一減法器，用以根據該第一控制訊號，將該第一成分區段減去該第二成分區段，以產生複數個第一小波係數；一小波轉換器，對該低通影像進行一維小波轉換，以產生複數個第二小波係數；以及一選擇器，選擇性地傳送該低通影像及該第一成分區段之其一至該小波轉換器；其中，當該小波轉換單元運作於一雙線模式時，該加法器及該減法器被致能，同時，該選擇器傳送該低通影像至該小波轉換器；以及其中，當該小波轉換單元運作於一單線模式時，該加法器及該減法器被禁能，同時，該選擇器傳送該第一成分區段至該小波轉換器。
  26. 如申請專利範圍第22項所記載之系統，其中當該小波轉換單元運作於該雙線模式時，該些第一小波係數及該第二小波係數形成該小波轉換影像；以及，當該小波轉換單元運作於該單線模式時，該第二小波係數形成該小波轉換影像。
  27. 如申請專利範圍第22項所記載之系統，其中該處理電路包含：一掃描單元，以相反順序讀取該些頻帶；一量化器，根據該些頻帶的對應量化值及一索引訊號， 對該些頻帶進行量化；一熵編碼器，用以編碼，以產生該壓縮影像；以及一輸出緩衝器，用以儲存該壓縮影像及產生該索引訊號；其中，該索引訊號表示相對於該輸出緩衝器容量的一緩衝器滿溢程度；其中，該些頻帶的對應量化值與該些頻帶及該緩衝器滿溢程度有關；以及其中，該掃描單元及該量化器耦接在該小波轉換單元及該熵編碼器之間。
  28. 如申請專利範圍第27項所記載之系統，其中該些頻帶的對應量化值大小隨該緩衝器滿溢程度增加而增加。
  29. 如申請專利範圍第27項所記載之系統，其中該些頻帶的對應量化值大小隨該些頻帶的對應頻率增加而增加。
  30. 如申請專利範圍第27項所記載之系統，其中該輸出緩衝器是以靜態隨機存取記憶體(SRAM)來實施。
  31. 如申請專利範圍第22項所記載之系統，更包含：一分割單元，用以將一影像的各成分線分割為複數個成分線段；以及一輸入緩衝器，耦接在該分割單元及該小波轉換單元之間，用以儲存該些成分線段，並輸出該影像之二條連續亮度成分線之相對應成分線段當作該二條連續亮度成分區段，以及輸出該影像之每隔一條色度成分線之一相對應成 分線段當作該每隔一條色度成分區段。
  32. 一種影像編碼方法，適用於一影像編碼系統，包含：對複數個連續輸入成分區段進行多線式小波轉換，以得到一小波轉換影像，其中該小波轉換影像包含具複數個頻帶的小波係數；以及量化、掃描以及編碼該些小波係數，以得到一壓縮影像；其中，該些連續輸入成分區段的數目是2的倍數且小於5。
  33. 如申請專利範圍第32項所記載之方法，其中該些連續輸入成分區段是一影像的複數條連續成分線。
  34. 如申請專利範圍第32項所記載之方法，其中該進行多線式小波轉換步驟包含：對該些連續輸入成分區段進行加法、減法以及一維小波轉換運算，以得到該小波轉換影像。
  35. 如申請專利範圍第32項所記載之方法，其中該進行多線式小波轉換步驟包含：對該些連續輸入成分區段進行n階雙線式小波轉換運算，以得到該小波轉換影像；其中，該些連續輸入成分區段的數目等於2；以及其中，該些頻帶的數目等於(n+1)且n>=2。
  36. 如申請專利範圍第35項所記載之方法，其中該進行n階雙線式小波轉換運算步驟包含： 將該些連續輸入成分區段的第一成分區段及第二成分區段相加，以得到一低通影像；將該第一成分區段減去該第二成分區段，以得到一第一頻帶的小波係數；以及對該低通影像進行(n-1)階一維小波轉換，以得到其餘頻帶的小波係數；其中，該第一頻帶及該其餘頻帶的小波係數形成該小波轉換影像。
  37. 如申請專利範圍第32項所記載之方法，其中該進行多線式小波轉換步驟包含：對該些連續輸入成分區段進行n階四線式小波轉換運算，以得到該小波轉換影像；其中，該些連續輸入成分區段的數目等於4；以及其中該些頻帶的數目等於(n+2)且n>=3。
  38. 如申請專利範圍第37項所記載之方法，其中該進行n階四線式小波轉換運算步驟包含：將該些連續輸入成分區段的第一成分區段及第二成分區段相加，以得到一第一低通影像；將該第一成分區段減去該第二成分區段，以得到一第一頻帶的小波係數；將該些連續輸入成分區段的第三成分區段及第四成分區段相加，以得到一第二低通影像； 將該第三成分區段減去該第四成分區段，以得到一第二頻帶的小波係數；將該第一低通影像及該第二低通影像相加，以得到一第三低通影像；將該第一低通影像減去該第二低通影像，以得到一第三頻帶的小波係數；以及對該低通影像進行(n-2)階一維小波轉換，以得到其餘頻帶的小波係數；其中，該第一頻帶、該第二頻帶、該第三頻帶以及該其餘頻帶的小波係數形成該小波轉換影像。
  39. 如申請專利範圍第32項所記載之方法，其中該量化、掃描以及編碼步驟包含：根據該些頻帶的對應量化值及一索引訊號，對該些頻帶進行量化；以相反順序讀取該些頻帶；編碼以得到該壓縮影像；以及藉由一輸出緩衝器，儲存該壓縮影像及產生該索引訊號；其中，該索引訊號表示相對於該輸出緩衝器容量的一緩衝器滿溢程度；其中，該些頻帶的對應量化值與該些頻帶及該緩衝器滿溢程度有關；以及 其中，該影像編碼系統包含該輸出緩衝器。
  40. 如申請專利範圍第39項所記載之方法，其中該些頻帶的對應量化值大小隨該緩衝器滿溢程度增加而增加。
  41. 如申請專利範圍第39項所記載之方法，其中該些頻帶的對應量化值大小隨該些頻帶的對應頻率增加而增加。
  42. 如申請專利範圍第32項所記載之方法，更包含：將一影像的各成分線分割為複數個成分線段；以及輸出該影像的複數條連續成分線之相對應複數個成分線段當作該些連續輸入成分區段。
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