TW455821B - Signal process method and device - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明说明（/ ) 本發明是有關於一種結合座標軸轉換與量化之訊號 處理方法及其裝置，且特別是有關於一種計算量、影像品 質與位元率可調性(Adaptive)之訊號處理方法及其裝置。 在數位訊號壓縮應用上，無論對於靜態影像壓縮或動 態聲音/視訊壓縮，大多需要使用座標軸轉換來進行資料 轉換，以減少編碼(codinS)時所不需要的多餘(redundancy) 資料。這是由於資料在經由座標軸轉換後有良好的能量集 中（energy compact)效應。亦即大部分能量會集中在較 低頻部份，並且高頻部份的値會很小或是接近於零。故在 量化後’只有座標軸轉換資料之低頻部份會有編碼値’依 此達到資料壓縮目的。 DCT 是一種時域（time domain)至頻域（frequency domain)之座標軸轉換。基本的DCT可定義成四種形式： DCT-Ι : y(A) = f \χ(η) cos( DCT-II : nkn ----------^------IT------^ _ _ (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) ,1/2 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 DCT-III : y(k) DCT-IV ：

N ’ 其中，n，k = O，1，..,，N_1 ; rt = 0 V ’ >(«) c0{"2^/^) ’其中 ’ n’ k = O’1’...’ N_1 ’

4N 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Μ規格（2丨ox297公釐） 455821 經濟部中央標準局員工消費合作社印^ N-i (i) A7 B7 五、發明説明（2 ) 在上述式中’當n = 0或N時，φ) = 士；否則，e(n)= 1，且y(k)爲DCT轉換之輸出，x(n)爲DCT轉換之輸入。 在實際之應用上，DCT-II型之DCT轉換最常被利用。 底下，我們將先探討不同之1-D(—維)DCT演算法， 將其擴展至2-D(二維)DCT之演算架構。 自從DCT的目旨蓖集中效果與Karhunen-Loe’ve轉換相 似被提出後，已有相當多的硏究關於如何降低1-D DCT之 計算量，如Lee所提出之DCT演算法。Lee之DCT運算 法對於8點係數之；l-D DCT運算只需要12個乘法運算與 29個加法運算。根據習知技術，N點之1-D DCT乘法運 算複雜度之下限（low-bound)爲： μ{ρ〇τΝ)=Τ^ -n-2 ; 其中，N = 2n ;且#爲最少之乘法運算數量。 故由此可知Lee演算法之8點1-D DCT計算量符合乘 法運算複雜度之下限。所以在此探討Lee之l-D DCT演算 法，並將應用於2-D DCT架構上。 首先假設 Y(k)，k=0，l，...，N-l 爲 x(n)，n=〇,l，…，N-1 做 DCT轉換後之結果，故其順向離散餘弦轉換(F〇rwardDCT， .FDCT)之轉換公式可寫成如下： (2/i + 1)Αττ

2N 在上式中，虽k = 0時’ ♦)=万，否則，e(k) 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------^------訂------^ I (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 455821 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（i) 這種型式之DCT爲所謂DCT-II型 轉換(Inverse DCT, IDCT)可寫成如下： (in + ΐ)^π 其逆向離散餘弦 Ν-\ x(n)= ^e(A:)r(i:)cos k=0

2N (2) 在上式中，當k = 0時，e⑷;否則，e(k) 而（2)式之IDCT可化成 (2n + \)kn N-\ ^7(^)cos

IN (3) 接著我椚考慮將X(n)對k値分成奇數與偶數作運算 其運算結果如(4)式所示： g(n)JfG(k)oos\^^ 其中 裝-- (請先閱讀背*之注意事項再填寫本萸) k=Q N/2-1 (n)~ ^H(k)cos k=0

N _ In -l· ])kn N ⑷ G(k)-t(2k)? //卜) = t(2k + l>fy(2k-l)，k = 0,…，Ni2-\, Y(-1) = 0 故由上面之推導可知，x(n)可表示成

(in -f l)^ 2N 線 x {N -n-\) = g(«)- 1/2 cos

In + \)π IN I· a (4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） (5) 經濟部中央標率局員工消費合作社印裳 58 2 1 A7 B7 五、發明説明（夕） 在此，値得注意的是，此爲逆向dct(idct)之推導， 但因爲DCT轉換爲正交轉換(orthogonal transform)，故若 欲求得順向DCT(FDCT)之結果，只需將其架構作反向之 輸入，則所得之輸出即爲FDCT之結果。其8點之1-DDCT 架構圖如第1圖所示。在第1圖中，X(〇)…係代表輸入資 料，而Y(〇)…則是其輸出資料，或稱之爲1-D DCT輸出。 在影像壓縮的應用上，其主要是對具有8x8個圖素 (pixel)之影像區塊(block)作DCT轉換，故通常爲2-D之DCT 轉換。在此先考慮另一種習知之4x4遞迴（recursive)2-D DCT架構。此架構爲遞迴架構，其應用可擴展至ΝχΝ之 2-D DCT(N=2n)。藉由此遞迴特性推導出8x8之2-D DCT 架構，如第2圖所示。第2圖中之X。。、xu等係代表輸入 資料，而y(m,n)(m，i^0〜7)則爲2-D DCT輸出。此架構於 實現時需要8個1-D DCT。該些1-D DCT以Lee所提出之 1:D DCT實現之。該些1-D DCT之輸出値係以ai(i=0〜63) 表示之，爲簡化起見，第2圖只列出部份a,値，其餘未列 出部份當可依第2圖之排列原則了解之。而第2圖中之掃 描順序（或稱zig-zag order)則是代表，此8X8圖素之影像 區塊於2-D DCT轉換後，該些2-D DCT輸出値之高低頻 順序。輸出項頻率較低者，其掃描順序亦較低。 整個8x8圖素影像區塊之2-D DCT運算需要96個乘 法運算、466個加法運算及49個移位運算。 —般而言，一個8X8圖素之影像區塊經過DCT轉換 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210x297公釐） ----------^------II------線 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 • 45 58 2 丨 Α7 Β7 五、發明説明（f) 再經由量化後，其高頻係數容易爲0。而這些爲0之係數 項，在編碼時是可以不考慮的。 在實際應用上1爲得到所需之影像壓縮品質，在DCT 轉換上常需要較多計算量。而較多計算量將導致在速度上 之降低與硬體成本之增加。故如何能達到最小計算量且維 持影像壓縮品質是一重要課題。 第圖係繪示一種習知技術之運算方塊圖。此種習知 技術係將影像區塊之所有2-D DCT係數求出後，再將之量 化得到量化後結果。故將第3a圖之方法稱之爲”計算所有 DCT係數法”。所以，第3a圖中之DCT單元310係指計 算出所有DCT係數所需之架構，其架構係如第2圖所 示。而量化單元320則是指對該些2-D DCT係數進行量化 運算。由於如何進行量化運算係屬知技術，故於此不再重 敘之。 .故此種習知技術雖然可得到較佳之影像壓縮品質，但 其重大缺點在於無法具有調適性，且其計算量非常龐大。 另外，固定點省略之DCT演算法爲一種比較簡單，但 品質較差且對不同影像無法表現出調適功能之方法。其運 算方塊圖如第3b圖所示。 這種方法是利用DCT係數經量化後，因爲其高頻項容 易爲零’故對每一個影像區塊只考慮計算部份固定數量之 DCT係數。例如對每一8X8圖素之影像區塊而言，若只 固定作頻率掃描順序(如zig-zag scan)之前32個DCT係數 6 本紙張尺度適用中國國家g ( CNS ) A4規格（2ΪΟΧ297公ϋ ----------1------、玎------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 5 5 8 2 1 a7 _ _B7___— ___ 五、發明説明（<ί ) 運算，應能表現大部份的影像集中效應°所以’第3b圖 中之固定點省略DCT單元330之架構可由第2圖中推導 而得，於此將不再重繪。固定點省略DCT單元330之2-D DCT輸出値則由量化單元34〇所接收，而得到量化輸出° 但顯而易見的’若對一變化複雜之影像區塊而言’其 所得之影像品質勢必降低。因爲有許多不應被省略之高頻 項係數將會被此方法所忽略。故無法同時兼顧到精簡計算 量與提高影像編碼後品質。亦即無法對影像品質與計算量 有調適表現。 第3c圖顯示另一種精簡DCT計算之習知技術，在此 稱爲遞迴式精簡法。其可應用在H.263影像壓縮標準(video compression standard)=>其原理是利用觀察量化値與DCT 係數經量化後之關係，以決定計算整個8X8 DCT係數或 只計算4MDCT的係數。 因爲在H.263壓縮標準裡，量化値Q(quantization parameter)之分佈是從1〜31。且一張影像裡不同巨集的影 像區塊(MB, macro block)可能有不同的Q値。此作法是首 先在一串視訊串列(video sequence)的前段，求出區塊結束 點（End Of Block, EOB)位置與Q値的關係(如第4圖所示p 所謂EOB係指，於一影像區塊中之EOB後之訊號，經過 量化後，其量化係數爲故本說明書也稱爲量化結束點， 或簡稱E0B。 以第4圖中之99°/。的曲線爲例，若當Q値爲9時，意 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規;ίΓ( 210Χ 297公釐） ~~ ----- ----------1------1Τ-----線 (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 5 5821 A7 B7 五、發明説明（夕） 指有99%的EOB都在30以內或更小，所以我們就可以得 到EOB位置與相對Q値的關係◊當Q値變大時，EOB的 位置會往前。反之Q値變小時，所對應E0B位置會往後 移。利用此關係，若此巨集之影像區塊所使用之Q値較大 時，亦即表示對此巨集之影像區塊所要求之影像品質較不 嚴格。 接下來，經由此（Q，E〇B)之關係’定義出適當Q臨界 値。由分析可發現，在Zig-Zag scan下的第S、9個位置， 爲4X4影像區塊中所對應Zig-Zag順序下（1，2, 3, 4, 1, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 18, 19, 25)的中間値，故選取 9 爲求一 Q臨界値之EOB位置。若此巨集之影像區塊所使用之Q 値大於所選定之Q臨界値，則可視爲此巨集之影像區塊並 不需要太高之影像品質，故以4X4DCT單元350來代替原 本之8x8DCT計算。且所使用之4x4DCT單元350所用之 4.X4DCT架構爲接近値計算，並非真正8X8DCT後之値。 如果需要較高影像品質，則必需利用8x8DCT單元360來 計算所有2-D DCT係數。計算出2-D DCT係數後，再由 量化單元370得到量化輸出。 故若選取較小之EOB以求得較大之Q臨界値，則代 表必須付出較多之計算來求得較高之影像品質。反之’若 以較小之Q臨界値，雖會減少較多之計算，但影像品質 會較差。 本發明之目的之一係在提供一種能在影像壓縮品質、 . 裝 訂·------球 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 本紙張尺度適用中國國家榡準（（：防）六4規/格（2丨0'\297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 ο 6 B 2 t A7 _____B7 五、發明説明（夕） 計算量間做調適之數位訊號處理裝置與方法。本發明以適 當之數値偵測/尋找’來預測出最符合此影像區塊經DCT 轉換並量化後之EOB位置。再依此EOB來決定DCT架構 所需計算之係數量。也就是，對於影像區塊之DCT轉換， 希望能預測出大約EOB位置，而以較精簡架構來計算出 所需部份之DCT架構。本發明可減少計算量，且影像品 質失真較少。 根據本發明之一目的，提出一種訊號處理方法，用以 對輸入資料進行DCT轉換與量化運算，得到量化輸出。 該輸入資料係對應至複數個1-D DCT輸出値、N個2-D DCT 輸出値(N爲正整數)與搜尋機制。此n個2-D DCT輸出値 係對應於複數個1-D DCT輸出値與N個掃描順序與N個 量化値。該搜尋機制係包括部份掃描順序。該訊號處理方 法包括：根據該搜尋機制將N個掃描順序之一定爲該影像 區塊之EOB ;計算低於EOB之掃描順序所對應之2_d DCT 輸出値；以及對計算出之2-D DCT輸出値進行量化運算， 得到該量化輸出。 此外’本發明更揭露一種訊號處理方法，用以對輸入 資料進行座標軸轉換與量化運算，得到量化輸出。輸入資 .料係對應至N個座標軸轉換輸出値與搜尋機制，n爲正整 數。各座標軸轉換輸出値係對應於一掃描順序與一量化 値。搜尋機制係包括部份掃描順序。N個掃描順序係依序 從〇分佈至N-1。該訊號處理方法包括：根據該搜尋機制 9 ^-------1T--^---線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家榡準（CNS) A4規格（210><297公釐） Λα 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 5 5 8 2 1 A7 ___B7__ 五、發明説明（？） 將掃描順序之一定爲輸入資料之量化結束點；計算低於量 化結束點之掃描順序所對應之座標軸轉換輸出値；以及對 計算出之座標軸轉換輸出値進行量化運算，得到該量化輸 出。 此外，本發明更揭露一種訊號處理裝置，用以處理輸 入資料經DCT轉換得到DCT輸出値，再予以量化得到量 化輸出。輸入資料經DCT轉換所得之DCT輸出値係對應 於依序從〇分佈至N-1之N個頻率掃描順序。該訊號處理 裝置包括：頻率掃描單元，包括數個頻率掃描順序，輸出 頻率掃描順序之一當成第一頻率掃描順序；DCT轉換單 元，包括輸入資料之1-D DCT輸出値與N個2-D DCT輸 出値，N個2-D DCT輸出値係對應至N個頻率掃描順序 以及部份1-D DCT輸出値，DCT轉換單元係回應於第一 頻率掃描順序而輸出1-D DCT輸出値之一；量化單元，包 括W個量化値，其回應於第一頻率掃描順序而輸出第一量 化値：以及頻域調適單元，根據1-D DCT輸出値與第一量 化値而輸出比較結果；其中，頻率掃描單元係‘根據比較結 果而設定頻率掃描順序之一爲量化結束點，DCT轉換單元 係計算出低於量化結束點之掃描順序所對應之2-D DCT輸 出値，量化單元係計算出之2-D DCT輸出値量化而得到量 化輸出。 本發明更揭露一種訊號處理裝置，用以處理輸入資料 經座標軸轉換得到座標軸輸出値，再予以量化以得到量化 10 ----------1------.ΐτ------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（2〗〇Χ2ί>；/公釐） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印裝 4 5 5 B 2 1 A7 B7 五、發明説明（/p ) 輸出。輸入資料經座標軸轉換所得之座標軸輸出値係對應 於依序從〇分佈至N-1之N個掃描順序，N爲正整數。訊 號處理裝置包括：掃描單元，包括部份掃描順序，輸出第 一掃描順序；座標軸轉換單元，包括輸入資料所對應之N 個座標軸轉換輸出値，各座標軸轉換輸出値係對應於一個 掃描順序，座標軸轉換單元回應於第一掃描順序而輸出座 標軸轉換輸出値之一；量化單元，包括N個量化値，回應 於第一掃描順序而輸出第一量化値：以及調適單元，根據 座標軸轉換輸出値之一與第一量化値而輸出比較結果；其 中，掃描單元係根據比較結果而選擇掃描順序之一爲量化 結束點，座標軸轉換單元係計算出低於該量化結束點之掃 描順序所對應之座標軸轉換輸出値，該量化單元係將所計 算出之座標軸轉換輸出値量化而得到該量化輸出。 爲讓本發明之上述目的、特徵 '和優點能更明顯易懂’ 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 圖式之簡單說明： /第1圖繪示習知1-D DCT架構圖。 /第2圖繪示習知2-D DCT架構圖° V第3a至3c圖繪示三種習知技術之運算方塊圖。 i第4圖繪示習知技術之EOB與量化値之關係曲線。 /第5圖繪示本發明實施例之層狀結構圖。 /第6a至6c圖繪示對一圖片之真實E0B位置與本發明 本紙法尺度適用中國國家榇芈（CNS ) 規格（2!0Χ297公釐） ----------^.------II------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

AbbB21 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（"） 所預測EOB位置之關係圖。 第7a至7c圖繪示對另一圖片之真實EOB位置與本發 明所預測EOB位置之關係圖。 第8a至8c圖繪示對又另一圖片之真實EOB位置與本 發明所預測EOB位置之關係圖。 第9圖繪示本發明實施例之運算方塊圖。 第10圖繪示本發明實施例之流程圖。 符號說明 310 : 2-D DCT 單元 320、340、370、930 ··量化單元 330 :固定點省略2-D DCT單元 350 : 4X4 2-D DCT 單元 360 : 8 X 8 2-D DCT 單元 910 :頻率掃描單元 920 : 2-D DCT單元 940 :頻域調適單元 950 :移位單元 960 :比較單元 較佳實施例 本發明例係透過對量化雜訊（quantization noise)之分· 析，來精簡DCT之計算量。因爲影像經編碼與解碼後之 影像品質與量化値之大小有相當大關係。如上述般，一個 影像區塊經DCT轉換再經量化後，大部份高頻係數項會 爲〇。故若考慮在DCT架構中，能預先偵測出量化雜訊 (quantization noise)與量化表（quantization table)之關係， 將可依此決定如何減少DCT之計算量。 首先討論如何藉由分析量化雜訊以預測EOB位置。 -- C請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) ,-° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） u ^82 1 Α7 Β7 五、發明説明（β) 由第2圖之架構中可知，每一 2-D 8X8 DCT轉換後輸 出y(m，n)(m,:n=0~7)爲最多8個1-DDCT輸出値3;之結合。 而量化後輸出yq(m,η)係可寫成下列所示： yq(m>n)· Q{^n) 故若量化後輸出yq(m，n)小於量化雜訊時，即I以《ν〇|<ΐ/2 時’ yq(m，n)可視爲零。另外，若可找出計算此yq(m,n)所 需之KJ(亦即組成該y(m，n)之所有闵皆小於或等於|«_|)， 則上式可變成： 8- (6) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 其中’ KJ與h.l分別爲3;與amax之絕對値。由上面之推 導可知’當我們得知當KJ爲小於（Q (m,τι) /16)時，則 此項量化輸出yq(m，n)可視爲量化雜訊而省略不計算。至 於Q (m,n)係由量化表可得知。 接下來，我們將探討哪一區段量化後係數爲0，作爲減 少計數量之根據。依一影像區塊作編碼時，由低頻至高頻 之順序（比如，Zig-Zag scan)來判斷何處以下之計算可被省 略。表1爲一個8X8圖素影像區塊中頻率掃描順序(Zig-Zag 順序）、所對應之2-D DCT輸出以及分析量化雜訊所對應 之 amax。 13 -----------裝------訂--------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2I0X29?公釐） A7 Β7 表1 五、發明説明（刀）

Zig-zagO y(0,0) aO Zig-zag 1 y(M) al Zig-zag5 y(2,〇) a2 Zig-zag6 y(3,〇) a3 Zig-zagl4 y(4,〇) a4 Zig-zagl5 y(5,〇) a5 Zig-zag27 y(6,o) a6 Zig-zag28 y(7,〇) a7 Zig-zag2 y(〇，i) a9 Zig-zag4 y(l,i) a8 Zig-zag7 y(2J) a9 Zig-zagl 3 y(3，i) alO Zig-zag I 6 y(4,l) all Zig-zag26 y(5，n al2 Zig-zag29 y(6,i) al3 Zig-zag42 y(7,i) aU Zig-zag3 y(〇,2) a2 Zig-zag8 y(U2) al Zig-zagI2 y(2,2) aO Zig-zagl7 y(3,2) al Zig-zag25 y(4,2) a2 Zig-zag30 y(5,2) a3 Zig-zag4I y(6,2) a4 Zig-zag43 y(7,2) a5 Zig-zag9 y(〇,3) all Zig-zagl 1 y(i，3) alO Zig-zag 18 y(2,3) a9 Zig-zag24 y(3,3) a8 Zig-zag31 y(4,3) a9 Zig-zag40 y(5,3) a 10 Zig*zag44 y(6t3) all 2ig-zag53 y(7,3) ai2 Zig-zaglO Y(〇,4) a4 2ig-zagl9 Y(l,4) a3 Zig-zag23 y(2,4) a2 Zig-zag32 y(3,4) a 1 Zig-zag39 y(4,4) aO Zig-zag45 y(5,4) a 1 Zig-zag52 y(M) a2 2ig-zag54 y(7,4) a3 Zig-zag2〇 y(〇,5) al3 Zig-za〇22 y(i，5) a 1 2 Zig-zag33 y(2,5) all Zig-zag38 y(3,5) alO Zig-zag46 y(4,5) a9 Zig-zag5 1 Y(5,5) aS Zig-zag55 y(6,5) a9 Zig-zag60 y(7,5) alO Zig-zag21 y(〇,6) a6 Zig-zag34 y(M) a5 Zig-zag37 y(2,6) a4 Zig-zag47 y(3,6) a3 Zig-zag50 y(4,6) a2 Zig-2ag56 y(5,6) a 1 Zig-zag59 y(6,6) aO Zig-zag6] Y(7,6) aO Zig-zag35 y(〇,7) a 1 5 2ig-zag36 y(U7) a 1 4 Z ig-zag48 y(2,7) al3 Zig-zag49 y(3,7) a!2 Zig-zag57 y(4>7) all Z ig-zag5 8 y(5J) alO 2ig-zag62 y(6,7) a9 Zig-zag63 y(7,7) a8 基於上述探討之量化雜訊與DCT輸出之間的關係，我 們可以依照影像區塊特性選擇搜尋機制(search strategy)， 來決定EOB位置。當EOB位置決定後，我們就可以選取 精簡之DCT架構。在本實施例中，我們以二分法（binary search)來當成搜尋機制，來決定該使用何種DCT精簡架 構。要注意的是，本實施例所用係一種不對稱二分法。參 考第5圖可知何謂不對稱二分法。在第5圖中之位置(或 稱節點)26雖只是第3層，但因其下方已無任何節點’故 節點26被視爲最底層。而其他被視爲最底層之節點則是 本紙張尺度適用中國國家標準（CXS ) Λ4規格（210Χ2?7公t ) ----------——參------ir------0 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 5 5 8 2 1 A7 B7 五、發明説明（舟） 在第4層。 利用此二分法所得之層狀結構係如第5圖所示。當然， 此搜尋機制未必受限於二分法，也可視影像區塊特性而採 用依序（sequential)捜尋結構，跳躍（skip)搜尋結構…等。此 搜尋機制之預測原則是盡量往低頻位置選取EOB位置。 利用此搜尋機制所找出之EOB可涵蓋此影像區塊之真正 EOB，且能盡可能地減少誤差。 本實施例係利用二分法將部份zig-zag順序排列於一層 狀結構中。本實施例預測EOB之步驟如下： 0)設定一 EOB參數I之起始値爲N-1。N-1爲所有掃 描順序之最後一個，以第5圖爲例，N=63。 (b) 根據該搜尋機制選擇一第一掃描順序做一測試運 算，該第一掃描順序，比如第5圖中之29。 (c) 當該測試運算爲真時，將該第一掃描順序設定成該 Ε-0Β參數，且當該第一掃描順序或搜尋結果不爲該搜尋機 制之結束條件（比如，層狀結構之最低層之一）時’根據該 搜尋機制選擇一第二掃描順序來取代該第一掃描順序。也 就是說，比如當位置29測試爲量化雜訊時，將I値設爲29。 並選擇位置21爲下一待測試之掃描順序。 (句當該測試運算爲假時，且當該第一掃描順序或搜尋 結果不爲該搜尋機制之最低層時，根據該搜尋機制選擇一 第二掃描順序來取代該第一掃描順序。也就是，當位置29 測試結果爲大於量化雜訊時，此時I値暫時保持不變’並 15 -----------裝------訂------線 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2|0x297公釐） 45582 1 A7 B7_ 五、發明説明（/广） 選擇47爲下一待測試之掃描順序。 (e) 重覆上述(b)、（c)與（d)步驟，直到符合該搜尋機制 之結束條件，便停止此量化雜訊測試。 (f) 將該ΕΟΒ參數I之値設成該ΕΟΒ。也就是說，比 如測試順序依序爲位置29 ' 21與26，而只有位置29爲量 化雜訊時，此時便將EOB設爲29。要注意的是，當EOB=63 時’代表此影像區塊之能量集中效應不明顯，故需對進行 所有2-D DCT運算與所有的量化運算，以免有過大之誤 差。 第6a至6c圖、第7a至7c圖以及第8a至8c圖係分別 表示對不同影像(F-16、麗娜與狒狒）與量化係數値下所做 出之結果。其中，圓點”〇”表示一張影像經原始DCT轉換 且量化後，EOB發生在此位置之區域數目。而星號，’*”表 示以本實施例所預測出之EOB之區域數目。第6a、7a與 8a圖係針對Q=3〇之量化表所得結果。第6b、7b與8b圖 係針對Q=60之量化表所得結果。第6c、7c與8c圖係針 對Q=90之量化表所得結果。 由於此三張圖形複雜程度不同，其中以狒狒最爲複雜， 而其餘兩張圖之複雜程序則較簡單。所以，在有關於狒狒 之圖（第8a至8c圖）中，其EOB變動較爲激烈。當Q値愈 大時’其變動情形愈爲激烈。而由於其餘兩張圖(F-16、麗 娜）之複雜度較低，所以其EOB變動較不明顯。 由這些圖中我們可以看出，在較低Zig-Zag順序之真實 16 本紙張尺度it用中國國家標李（CNS ) A4規格（2丨〇><297公缓） I--------— 裝------訂--.----4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局*;工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4^5821' A7 B7 五、發明説明（尨） EOB位置變化較爲複雜。而運用本發明所提之搜尋機制， 其所預測之EOB位置恰可以涵蓋這些變化較複雜之部分。 這樣的結果表示’本實施例所搜尋之EOB位置，能在盡 量不降低影像輸出品質下，達到減少計算複雜度之目的。 也就是試著以調適方式，偵測到最符合原本DCT轉換經 量化之EOB位置。 請參照第9圖，其繪示本發明之訊號處理裝置之運算 方塊圖。如第9圖所示，該訊號處理裝置包括：頻率掃描 單元910、2-D DCT單元920、量化單元930與頻域調適 單元940。 頻率掃描單元910內部包括根據影像區塊特性而建立 之搜尋機制以及部份掃描順序。在此，仍舊以二分法所建 立之層狀結構爲例做說明。2-D DCT單元920係用以接收 輸入資料，其內部架構比如，如第2圖所示。量化單元930 內有量化値Q(m，n)。頻域單元940係包括移位單元950與 比較單元960。 這些運算單元之動作係如下所述。底下之描敘中，頻 率掃描順序' 2-D DCT輸出値以及aniax間之對應關係可如 上表1所示。

首先，頻率掃描單元910選擇層狀結構之頻率掃描順 序（如第5圖之頻率掃描順序29)當成掃描順序訊號order。 頻率掃描單元910將此掃描順序訊號order輸出至2-D DCT 單元920與量化單元930,以進行第一個量化雜訊測試。2-D 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ¢------訂---；----i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 455821 五、發明説明（/7) DCT單元920係回應於此掃描順序訊號order而計算並輸 出1-D DCT輸出値amax(al3)。要注意的是，本實施例所用 之l-D DCT轉換乃使用李(Lee)的1-D DCT轉換。 量化單元930係回應於此掃描順序訊號order而輸出 量化値Q(6,l)。移位單元950係接收並移位量化値Q(6,l)， 而輸出量化値Q(6，l)/16。比較單元960則將al3轉換成 |flu|，並比較|β13|與量化値Q(6，l)/16之大小，而輸出一比較 結果com。當|«|3|小於Q(m,n)/16時，該比較結果com係爲 真，當>]3|大於或等於Q(m，n)/16時，該比較結果com係爲 假。此比較結果com係回授至頻率掃描單元910。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 'i *n I - -i i m i — n I I -- - ί i---- -TJ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，頻率掃描單元910回應於此比較結果com而根 據其內部之搜尋機制而選擇位於下一頻率掃描順序。當此 比較結果com爲真時，頻率掃描單元910係選擇頻率掃描 順序21當成掃描順序訊號order。當此比較結果com爲假 時，頻率掃描單元910係選擇頻率掃描順序47當成掃描 順序訊號order。之後，頻率掃描單元910再次將此掃描 順序訊號order輸出至2-D DCT單元920與量化單元930， 來進行下一個量化雜訊測試。 接著’這些運算單元係重覆上述動作，直到預測出該 影像區塊之EOB爲止。當EOB找出後，2-D DCT單元920 便將頻率低於此EOB之所有2-D DCT輸出値及其相關之 1-D DCT輸出値計算出。接著，該量化單元係將這些2_D DCT輸出値量化而得到該量化輸出。 __________ 18 本紙張尺度適用中國^家標準（CNS ) A4規;^_( 210X 297公疫) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 么 5 58 2]' A7 ___ _B7_ 五、發明説明（/?) 爲讓本實施例能更淸楚，將本實施例之流程繪示於第10 圖。如步驟1010所示，首先針對該輸入資料之特性建立 適當搜尋機制。該搜尋機制比如爲第5圖之層狀結構。 接著，選擇此搜尋機制之某一頻率掃描順序（比如，第 5圖中之29)進行第一次量化雜訊測試，如步驟1020所示。 此量化雜訊測試步驟係利用公式（6)來進行。 接著，判斷目前之頻率掃描順序是否爲最佳之ΕΟΒ位 置，如步驟1030所示。如果是最佳ΕΟΒ位置，則接著進 行步驟1040。如果不是最佳ΕΟΒ位置，則根據搜尋機制 選擇新的頻率掃描順序重覆進行步驟1020。 接著，當找出最佳ΕΟΒ位置後，便計算所有頻率低於 此ΕΟΒ位置之1-D與2-DDCT輸出値，如步驟1040所示。 接著，對所有計算出之2-D DCT輸出値進行量化運算， 以得到該影像區塊之量化輸出，如步驟1050所示。 .由上述說明可得知，應用本發明，在將影像區塊之DCT 轉換與量化運算過程中，可省略之計算量包括：不必要之 1-D DCT轉換、2-D DCT轉換中之部份運算與部份量化運 算。 表2〜4爲對F-16、麗娜及狒狒所作之計算量、影像品 質與可調適度之比較。其中Q表示JPEG(Joint Photographic Experts Group)壓縮標準中，以Q爲5至95來表示其相對 量化値由大到小。故以愈大Q之量化値作量化之影像，其 影像品質將愈好。 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇>^97公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I ! - --1 I. - —^1 -- ·. —I— r _ 訂--------線--1- 28554

7 A 經濟部中央標萆局員工消費合作社印製 五 、發明説明（/ ^ ) 表2 Q = 30 計算所有DCT係數 固定點省略法 本發明 圖形 F-16 麗娜 狒拂 F-16 麗娜 狒狒 F-16 麗娜 狒拂 加法平均數量< 466 466 466 417 417 417 372.83 365.97 376.71 加法額外數量 1 1.74 14.4S 1Ϊ.52 乘法平均數量 )0 96 96 96 96 96 96 96 96 除法平均數量 54 54 64 32 32 32 20.03 I 8.00 21.08 表3 Q = 60 計算所有DCT係數 固定點省略法 本發明 圖形 F-16 麗娜 狒拂 F-16 麗娜 拂狒 F-1 6 麗娜 拂狒 加法平均數量 466 466 466 417 417 417 384.32 376.13 402.65 加法額外數量 1 1.67 1 1.68 1 1.24 乘法平均數量 96 96 96 96 96 96 96 96 96 除法平均數量 64 64 64 32 32 32 23.58 21 ,05 29.15 表4 Q-90 計算所有DCT係數 固定點省略法 本發明 圖形 F-16 麗娜 狒狒 F-16 麗娜 狒狒 F-16 麗娜 狒拂 加法平均數量 466 466 466 417 417 417 413.75 411,04 443.91 加法額外數量 1 1.63 1 1.3S 1 i .43 乘法平均數量 96 96 96 96 96 96 96 96 96 除法平均數量 64 64 64 32 32 32 34.97 33.4 7 47.79 20 (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標孪（CNS ) Α·4規格（210X 297公釐） Λ55Β21 A7 B7 五、發明説明（· ％) 這是由於本發明所提出之方法’對於依不同影像有調 整計算量與影像品質間的功能。因爲若對一幅複雜度高影 像而言，其高頻部分較容易在量化之後仍有不可忽略的値 存在。若以只作固定點省略計算的DCT而言’將會省略 掉高頻項而造成誤差。而本發明所提之方法，對於此缺點 有改正功能。在逐層的計算結構下，能保留不應該被省略 之高頻項。也就是盡量使本發明所做出之DCT轉換結果 與計算所有係數之結果逼近。並在不影響影像品質下’以 較少計算量來求得所需之係數値。 本發明與其他習知技術之比較如下列表5所示。 比較這幾種方式可知，本發明之方法會對影像本身複 雜度有某種程度上的調適效果。因爲本發明方法是盡量逼 近真實之EOB位置，故可呈現較好影像品質及較低計算 複雜度。 n^i I 1-- - I I I - - - - - - !Γ (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 表5 複雜度 品質 調適度 計算所有係數法 局複雜 度 商品質 Μ 點省略法 中複雜 度 尙可 Μ ®式精簡法 低複雜 度 中等 中等 低複雜 度 良好 筒 而本發明之方法可在頻域上尋找適合該影像區塊之 EOB位置。再以適當DCT架構來作DCT運算，故比起習 2 1 本威狀度適用中關家標率（CNS )副」格（2mx 297_^v爱） 455821 經濟部中央標準局員工消費合作.杜印製 B7 五、發明説明（γ ) 知技術，在影像品質與計算量方面上更具有調適度。 因此’本發明的功效之一是利用量化雜訊來簡化與調 整適合之DCT架構。此調整可達到影像區塊調適，並且 不需以先對輸入資料作特性分析。 本發明並不限定於求出DCT轉換與量化結合之運算結 果。只要是任何有關於求出座標軸轉換與量化結合之運算 結果，皆可應用本發明。適用於本發明之座標軸轉換更包 括：傅立葉轉換（Fourier transform)，小波轉換（wavelet transform)，或相類似轉換等 當利用座標軸轉換時，係利用對輸入資料之座標軸轉 換輸出値進行預估而得到一預估値(比如，於DCT例中， 此預估値即爲KJ)。然後，將此預估値與量化雜訊進行比 較（比如，於DCT例中，比較μ_|與Q(m，n)/16) *而得到比 較結果。 .且本發明並不限定應用於8X8圖素之影像區塊，適當 大小之影像區塊仍可適用於本發明。甚至，本發明之輸入 資料除了用影像區塊外，也可用多媒體訊號，醫學訊號或 相類似訊號。 此外，在本發明之精神與範圍內，除對1-D DCT輸出 値進行預估外，也可對所有2-D DCT輸出値進行另一種簡 單預估，來精簡整體計算架構。甚至，也可根據影像區塊 之物理特性，而適當地取樣幾個掃描順序。對這幾個掃描 順序進行預估分析後，可決定如何取捨影像區塊，甚至可 22 I^衣 、1τ- ^^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210 X 297公釐） 455821 A7 B7 五、發明説明（αν) 將整個影像區塊捨去。綜上所述，雖然本發明已以較佳實 施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技 藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更 動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範 圍所界定者爲準。 —^訂一------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CN[S ) Α·4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. ^55821 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 1. 一種訊號處理方法，用以對一輸入資料量化運算，得 到一量化輸出，其中該輸入資料係包括一影像區塊，該影 像區塊係對應至N個DCT輸出値、一搜尋機制，各該些 N個DCT輸出値係對應於N個掃描順序舆N個量化値， 該些N個掃描順序係由0分佈至Ν-i，該搜尋機制係包括 部份該些N個掃描順序，該訊號處理方法包括： 根據該搜尋機制將部份該些N個掃描順序之一定爲該 影像區塊之一區塊結束點(EOB); 計算低於該EOB之掃描順序所對應之DCT輸出値； 以及 對計算出之DCT輸出値進行一量化運算’得到該量化 輸出。 2. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理方法，其中該 搜尋機制爲由不對稱二分法所建立之一層狀結構。 3. 如申請專利範圍第2項所述之訊號處理方法，其中根 據該搜尋機制決定該EOB之步驟包括： (a) 設定一 EOB參數之起始値爲N-1 ; (b) 根據該搜尋機制選擇一第一掃描順序做一測試運 算； (c) 當該測試運算爲真時，將該第一掃描順序設定成該 EOB參數，且當該第一掃描順序不爲該搜尋機制之最低層 時，根據該搜尋機制選擇一第二掃描順序來取代該第一掃 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2〖0X297公釐） ^'11------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 BS C8 D8 ¢15582 1 、申請專利範圍 描順序； (d) 當該測試運算爲假時，且當該第一掃描順序不爲該 搜尋機制之最低層時，根據該搜尋機制選擇一第二掃描順 序來取代該第一掃描順序繼續進行下一層之搜尋機制； (e) 重覆上述(b)、（c)與(d)步驟，直到該搜尋機制之最 底層；以及 ⑴將該EOB參數之値設成該EOB。 4. 如申請專利範圍第3項所述之訊號處理方法，其中該 測試運算方法爲： 比較與Q(m,n)/16之大小； 其中，KJ係該第一掃描順序所對應之一 DCT轉換運 算過程中間產出項之最大可能絕對値，Q(m,η)係該第一掃 描順序所對應之一量化値。 5. 如申請專利範圍第4項所述之訊號處理方法，其中判 斷該測試運算爲真假之方法： 當KJ小於Q(m，n)/16時，該測試運算爲真，該第二掃 描順序係低於該第一掃描順序；以及 當大於或等於Q(m,n)/16時，該測試運算爲假，該 第二掃描順序係高於該第一掃描順序。 6. 一種訊號處理方法，用以對一輸入資料進行一座標軸 轉換與一量化運算，得到一量化輸出，其中該輸入資料係 對應至N個座標軸轉換輸出値與一搜尋機制，N爲正整數， 各該些N個座標軸轉換輸出値係對應於一掃描順序與一量 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（2丨Ο X 297公釐） --------—^-------訂------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央襟準局員工消費合作.杜印裝 55821 g D8 六、申請專利範圍 化値，該搜尋機制係包括部份該些掃描順序’該些N個掃 描順序係依序從〇分佈至N-1，該訊號處理方法包括： 根據該搜尋機制將一掃描順序定爲該輸入資料之座標 軸轉換輸出値之一量化結束點(EOB); 計算所有低於該量化結束點之掃描順序所對應之座標 軸轉換輸出値；以及 對計算出之座標軸轉換輸出値進行一量化運算’得到 該量化輸出。 7. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理方法，其中該輸 入資料爲影像區塊之組合。 8. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理方法’其中該輸 入資料爲一多媒體訊號。 9. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理方法，其中該 輸入資料爲一醫學訊號。 10. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理方法，其中該 座標軸轉換係一離散餘弦轉換。 11，如申請專利範圍第6項所述之訊號處理方法，其中該 搜尋機制爲由不對稱二分法所建立之一層狀結構。 12. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理方法’其中該 搜尋機制爲依序搜尋結構。 13. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理方法，其中該 捜尋機制爲跳躍搜尋結構。 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（2丨0 X 297公釐） ---¢------1T------^ (請先閱讀背面之ii意事項再填寫本瓦) 455821 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一~~~ ^ 14. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理方法，其中根 據該搜尋機制決定該量化結束點之步驟包括： (勾設定一第〜參數之起始値爲N-1 ; (b) 根據該搜尋機制選擇一第一掃描順序做一測試運 算； (c) 當該測試運算爲真時，將該第一掃描順序設成該 EOB參數之値’且當該第一掃描順序或搜尋結果不爲該搜 尋機制之結束條件時，根據該搜尋機制選擇一第二掃描順 序來取代該第一掃描順序； (d) 當該測試蓮算爲假時，且當該第—掃描順序或搜尋 結果不爲該搜尋機制之結束條件時，根據該捜尋機制選擇 一第二掃描順序來取代該第一掃描順序； (e) 重覆上述(b)、（c)與（d)步驟，直到符合該搜尋機制 之結束條件；以及 ⑺將該EOB參數之値設成該量化結束點。 15. 如申請專利範圍第14項所述之訊號處理方法，其中 該測試運算方法爲： 得到該第一掃描順序所對應之一座標軸轉換輸出値之 一預估値； 將該預估値與該座標軸轉換輸出値所對應之一量化値 比較。 16. 如申請專利範圍第15項所述之訊號處理方法，其中該 量化値更對應至一量化雜訊。 27 「乐尺度適财 (CNS) Α4·_ (21QX297^ ) ~~ ---- ---------裝------訂------冰 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央祿芈局員工消費合作社印裝 AS B8 C8 D8 45 582 飞 、申請專利範圍 1*7.如申請專利範圍第I4項所述之訊號處理方法，其中判 斷該測試運算爲真假之方法： 當該預估値小於該量化雜訊時，該測試運算爲真； 反之，則該測試運算爲假。 18.—種訊號處理裝置，用以處理一輸入資料經離散餘弦轉 換（DCT)與量化運算以得到一量化輸出，該輸入資料對應 至N個DCT輸出値，N爲正整數，各該些N個DCT輸 出値係對應至N個頻率掃描順序之一，該些N個頻率掃 描係依序由0分佈至N-1，該訊號處理裝置包括： 一頻率掃描單元，包括部份該些頻率掃描順序，輸出 該些N個頻率掃描順序之一當成一第一頻率掃描順序； 一離散餘弦轉換(DCT)單元，該離散餘弦轉換單元包 括該些輸入資料之複數一維DCT輸出値與N二維DCT輸 出値，該離散餘弦轉換單元係回應於該第一頻率掃描順序 而輸出該些一維DCT輸出値之一； 一量化單元’包括N個量化値，該量化單元係回應於 該第一頻率掃描順序而輸出一第一量化値：以及 一頻域調適單元，根據該些一維DCT輸出値之一與該 第一量化値而輸出一比較結果； 其中’該頻率掃描單元係根據該比較結果而設定該些 N個頻率掃描順序之一爲該些二維DCT輸出値之一量化 結束點’該離散餘弦轉換單元係計算出低於該量化結束點 28 _尺度遮用 tmmm (cns ) 29Vi>^ ^IT------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 經濟部_央標準局員工消費合作社印製 B8 C8 -----------D8___ 六、申請專利範圍 之掃描順序所對應之該些二維DCT輸出値，該量化單元 係將計算出之該些二維DCT輸出値量化而得到該量化輸 出 19. 如申請專利範圍第18項所述之訊號處理裝置，其中 該頻域調適單元更包括： 一移位單元，接收Q(m，n)而輸出Q(m,n)/16，其中Q(m，n) 係該第一量化値；以及 一比較單元，係比較k」與Q(m，n)/16之大小而輸出該 比較結果，其中kj係該第一頻率掃描順序所對應之1-D DCT輸出値之最大絕對値，當卜_|小於Q(m,n)/16時，該 比較結果係爲真，當卜_|大於或等於Q(m,n)/16時，該比較 結果係爲假。 20. —種訊號處理裝置，用以處理一輸入資料經座標軸轉換 與量化運算以得到一量化輸出，該輸入資料係對應至N個 座標軸轉換輸出値，各該些N個座標軸轉換輸出値係對應 於N個掃描順序之一，該些掃描順序係從0分佈至N-1， N爲正整數，該訊號處理裝置包括： 一掃描單元，包括部份該些掃描順序，輸出該些N個 掃描順序之一當成一第一掃描順序； 一座標軸轉換單元，該座標軸轉換單元包括該些N個 座標軸轉換輸出値，以及各該些N個座標軸轉換輸出値之 一預估値該座標軸轉換單元係回應於該第一掃描順序而 29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210 X 297公爱） ---------^.------11 (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 53 2 1 努 C8 _ D8 _ 六、申請專利範圍 輸出該些座標軸轉換預估輸出値之一； 一量化單元，包括N個量化値，該量化單元係回應於 該第一掃描順序而輸出一第一量化値：以及 一調適單元，根據該些座標軸轉換預估輸出値之一與 該第一量化値而輸出一比較結果； 其中，該掃描單元係根據該比較結果而選擇該些N個 掃描順序之一爲該些座標軸轉換輸出値之一量化結束點， 該座標軸轉換單元係計算出低於該量化結束點之掃描順序 所對應之座標軸轉換輸出値，該量化單元係將計算出之座 標軸轉換輸出値量化而得到該量化輸出。 21.如申請專利範圍第20項所述之訊號處理裝置，其中 該調適單元包括： 一移位單元，接收該第一量化値而輸出一第一量化雜 訊；以及 一比較單元，係比較該預估値之絕對値與該第一量化 雜訊，當該預估値之絕對値小於該第一量化雜訊時，該比 較結果爲真；反之，則該比較結果爲假。 ---------""裝------，1τ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標举局員工消費合作社印製 30 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Μ说格Ul〇X297公釐）