TWI221388B - Improved block transform and quantization for image and video coding - Google Patents

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TWI221388B
TWI221388B TW91121390A TW91121390A TWI221388B TW I221388 B TWI221388 B TW I221388B TW 91121390 A TW91121390 A TW 91121390A TW 91121390 A TW91121390 A TW 91121390A TW I221388 B TWI221388 B TW I221388B
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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 __^ 五、發明説明（) tjg領域： 本發明概有關於一種影像與視訊信號之編碼及解碼作 業’而特別是關於一種供以編碼與解碼影像視訊信號之經改 、 良式區塊轉換及反轉換作業，併連同量化及解量化方法。 t明背景： 「離散餘弦轉換（DCT)」常用於區塊轉換影像和視訊（影 像序列）’即如JPEG和MPEG，之編碼作業。除其他原因外， k疋因為DCT會按照影像的視覺品質，將隨機信號（像是對 應於影像資料）區別成為較重要的低頻部分以及較不重要的 向頻部分，如此可利於壓縮作業。 僅以一例，H.26L係一影像及/或視訊編解碼技術，可利 用四乘四像素區塊來建構出各視框。與MpEG和jpEG的不 同之處，在於該等是利用八乘八區塊，而H 26L則是利用相 同視框内之現存其他區塊的預測資訊（亦即視框内編碼作 業）再加上各視框間的估算及移動補償（亦即視框間編碼作 業），依四乘四像素區塊來獲得相當高品質的壓縮結果。一 般說來，為獲得視框内預測結果，—h.26l、編碼器會告知相 對應之H.26L备碼器須利用與現正建構之視框裡的哪些其 他、先前像素區塊來作為預測作業的基礎，連$ (從先前視 t内區塊的該等區塊）識別出須利用六個可能預測器（方程 式）中的何者來作為決定新區塊的像素。這會導致預測誤 差，而③也就是供置有解碼器以校正這個新區塊。該預測誤 Η訊係按區塊轉換(DCT)所編碼，並經編碼傳送給該解碼 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐） ---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
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五、發明説明（） 器以重新計算此誤差資訊，包括透過—反轉換，來校正該預 測區塊。 影像及視訊編碼或解碼作業會佔用顯著的處理功率 量。即如眾知，一個編碼器通常會比起多個將資料轉化成影 像之解碼器佔用更多的處理功率量，因為解碼器一般是會實 作於消費電器内。例如，影像及視訊解碼可出現在電視機頂 盒、個人數位助理（PDA)、口袋型個人電腦及許多先進細胞 式電話内。 汝此▲考夏到影像及視訊編碼及解碼方法時，保持簡 易的解碼作業會是極為重要的事，即使是這意味著編碼作業 必定會具有更高的計算複雜性亦然。只要按任何相對於現有 技術之主要方式，如此該編碼及解碼處理不致負面地影響到 現存的壓縮水準、最終影像品質及其他在解碼器處所需之資 源量，任何能夠讓編碼作業便得更簡易的方式皆屬所欲者。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁} -、一 Η 口 Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明目的及概沭： 簡言之’本發明提供一種可顯著地簡化在編碼器及解碼 益兩者處影像及視訊之計算複雜性的改良方法、系統及區塊 轉換。在此同時，對壓縮、影像/視訊品質及其他資源之影 響確僅微乎其微。 更特別是，可提供一種按新式整數逼近至「離散餘弦轉 換（DCT)」之正交區塊轉換及相對應反轉換，及連同其他計 算變化’該等可顯著降低在編碼器及解碼器兩者處的計算複 雜性。的確，在一具體實施例中，於編碼器及解碼器兩者處， 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 1221388 A7 _____ B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 能夠將每個係數的轉換運算數減少成為1 6位元算術的四個 加法及一個移位（從如H.26L標定之轉換方式所要求32位元 算術的四個加法及三個乘法）。本發明可正確地轉換像素資 訊（即如誤差校正資料），因為編碼作業過程中的量化處理（刻 度及進位成一整數值）以及解碼作業過程中的解量化處理， 透過使用按照各項係數之位置而選定的三個表格其中一 者’除在轉換及反轉換處理的過程中進行位移運算所達成者 以外’確可擁有既已補償其他轉換乘法之因素的參數值。 此外，在解碼過程中，即以各個經量化之係數，該解碼 器可執行16位元乘法，而不是32位元乘法（即如H.26L所 要求者），將該量化係數解量化成為一轉換係數。在許多裝 置上，對典型的影像及視訊，本發明的處理優點可從而顯著 地優於H.26L ’尤其是在解碼器端，即便確有，亦僅具可忽 略不計的品質及/或壓縮損失。 按如後載之詳細說明，併同隨附圖式，其他益處及優點 可為顯而易見，其中： 圖式簡單說明： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1圖為一示旄性電腦系統之區塊圖，可將本發明併入其 中； 第2圖表示將視訊像素或影像資料編碼為編碼視訊所運用 之各組成元件區塊圖，，其中包含根據本發明之一特 點的轉換作業、量化作業、解量化作業及反轉換作 業； 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 1221388
五、發明説明( 第3圖係一蝶狀結構，此者代表根據本發明 良轉換矩陣；以及 第4圖係一蝶狀結構，此者代表根據本發明之另一 改良轉換矩陣。 _特點的經 一特點的經改 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖號對照說明： 120運作環境 124記憶體 128鍵盤 132應用程式 136電力供應器 144音訊產生器 202輸入像素資料 206橫列轉換程序 210最終轉換係數 214量化參數 2 1 8熵值編碼器 222區塊轉換解碼器 226量化係數 ' 230解量化參數 234二維反轉換程序 238橫列反轉換程序 發明詳細說明： 122處理器 126顯示器 130作業系統 1 3 4通知管理員 140發光二極體 200區塊轉換編螞器 204二維式轉換 208縱行轉換程序 2 12量化程序 2 1 6量化係數 2 2 0線路 224熵值解碼器 2 2 8解量化程序 2 3 2轉換係數 236縱行反轉換程序 240輸出像素資料 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j •丨裝. -訂 1221388 A7
濟 部 智 慧 財 員 費 第1圖為—適當運作環境12G之範例，其中可實作本發 、其適用於衫像及/或視訊資料解碼作業。該運作環境 120僅屬一適當運作環境之範例，而非意指本發明之使用範 圍或功m的任何限制。其他可適於本發明運用之眾知計算 系統、環境及/或組態，包含，但不限於，個人電腦、飼服 器電腦、手持式或膝上型裝置、多重處理器系統、微處理器 基礎式系統、可程式化消費電子產品、網路pc、迷你電腦、 ^以電腦'含有任何上述系統或裝置之分散式計算環境 :等曰例如’很有可能影像及’或視訊影像資料編碼作業通 φ會疋由相較於目前的攜帶式個人電腦更具處理能力之電 細來執盯’然確無理由不能在示範性裝置上執行編碼作業， 或在更具功能之機械上進行解碼作業。 本發明可按一般電腦可執行指令之情境加以說明，像是 程式模組’由-或更多電腦或其他裝置執行一般說來，程 式模組包括能夠執行特定工作或是實作特定抽象資料型態 之副程式、程式、物件、元件、資料結構等等。通常，在： 種實作方式裡，確可視需要將程式模組的功能性予以合併或 政佈。计异裝i 12〇 一般會包括至少的電腦可讀取媒體。電 腦可讀取媒體可^為任何能夠被該計算裝置12〇所接取的可 用媒體《以為犯例，非為限制者，該電腦可讀取媒體可包 含電腦儲存媒體及通訊媒體。電腦館存媒體包括揮發性及非 揮發性、可移除式與非可移除式媒體，該者可為按任何方法 或技術所實作，而用來儲存像是電腦可讀取指令、資料社 構、程式模組或其他資料之資訊。電腦儲存媒體包括，作不 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 、?1 % 印 第9頁 本紙張尺度適财_家標準(CNS)A4規格(21()χ 297公] 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1221388 A 7 ---- B7 五、發明説明（） 限於’ RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體或其他記憶體技 術、CD-ROM、數位光碟（DVD)或其他光學儲存設備、磁卡、 磁帶、磁碟儲存設備或其他磁性儲存裝置，或是任何其他可 用來存放所欲資訊，且可被該計算裝置12〇所接取的媒體。 通訊媒體通常會實作電腦可讀取指令、資料結構、程式模組 或其他在像是載波或其他傳送機制之調變信號信號中的資 料，並包含任何資訊遞送媒體。此名詞「調變資料信號」意 思是具有一或更多其特徵集合，或是按將資訊編碼於該信號 内之方式而改變的信號❶僅以一範例，此非限制者，通訊媒 體包括像是有線網路或有向固接連線的有線媒體，以及像是 曰響、射頻（RF)、紅外線及其他無線媒體的無線媒體。在此 亦應包含上述各種組合，而仍歸屬該電腦可讀取媒體範圍。 第1圖顯示其依該等手持式計算裝置12〇的功能性元 件，其中包含處理器122、記憶體124、顯示器126、鍵盤 128 (此可為實體或虛挺鍵盤）。該記憶體124 一般會含有揮 發性記憶體（即如RAM)以及非揮發性記憶體（即如r〇m、 PCMCIA卡等等）兩者。一作業系統n〇可常駐於該記憶體 124内，並在該處理器122上執行，而該者可像是微軟公司 的Windows® CE作業系統或其他作業系統。 一或更多應用程式132會被載入記憶體124内，並執行 於該作業系統130上執行。應用範例包括電子郵件程式、排 程程式、PIM (個人資訊管理）程式、文書處理程式、試算表 程式、網際網路瀏覽程式等等。手持式個人電腦12〇也可包 括被載入記憶體124内的通知管理員134，此者會執行於處 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ 297公爱) 6靖先閲讀背面之注意事¾再填寫本頁)
Α7 Α7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
^kn = ^ (^^n) = Ck Λ TTC〇S 一· -—————— 五、發明説明（） 理器12 2上。句·、s λ*垃 〜通知g理員134可處理譬如從應用程式132 來的通知請求。 該手持式個人電腦120具有電力供應器136，此者可實 、·、、’或更多個電池。該電力供應器1 %可進一步包括一外 、 來原可跨載或重新充電該等内建電池，像是AC變 壓器或一經充電之置接基座。 如圖1所示之示範性手持式個人電腦1 20具有三種外部 通知機制·—或更多的發光二極體（LED) 140以及-音訊產 生器I44。這些裝置可直接地耦接於該電力供應器136，使 知田進行通知時，這些會如通知機制所表示般保持為啟動狀 態一段時間，然該手持式個人電腦處理器122與其他元件會 仍屬關閉以保留電池電力。肖LED 14G最好是維持啟動，一 直到使用者採取動作為止。注意現有的音訊產生器144會耗 用目則的手持式個人電腦電池過多電力，因此當系統的其他 確已啟動，或是在經啟動後的某個確定時段内，會將音 訊產生器設計為關閉狀態。 編碼及解碼作業 作為背景說明，該「離散餘弦轉換（Dcτ)」會藉一線性 轉換Χ = Ηχ，將長度Ν向量X映對到具轉換係數之新向量χ， 其中該Η的第k橫列及第η縱行的元素可經定義為： k=0，1，···，N-l，而 n = 0，1，···，N-l，且 ，而 Ck=l，對 於k>l。由於此DCT矩陣為正交，因此其反矩陣會等於其轉 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁}
1221388 A7 五、發明説明（） 置矩陣，亦即x=H-1X=HTX。 町的其—缺點是各個H(k，n)項為無理數， 入資料X⑷會映對到無理轉換絲 數輪 腦，當依瀑序方式計算直接及反轉換時I:資二數:電 確地等於輸入資料。換言之，如按χ 並不會精 所計算’則對所“值，•卜χ(η)不會為真二了 適當的比例參數…，亦即x=rHJ ^，藉引入 和 U==r〇Und(aHTX), 則u⑷心⑷，其中當α和r被選定為足夠大時，對 有η值G為-整數，但此並不保證一精確結果。 例如，在移動補償視訊編碼器中，會利用先前的解碼視 框資料來作為參考資訊，以獲將被用來產生目前視框的預測 資訊。因此，作為編碼作業的—部份，編碼器會產生其本身 的解碼視框，而該編碼器需要此項來計算出反轉換。如果採 用等式u = r〇und(aHTx)，則在各種處理器中的不同浮點格2 及約進策略會導致互異結I。因在匕，在編碼器端由各解碼器 (這些會具有不同的處理器）所解碼之解碼資料將會存在漂 異性，從而各個新視框的影像將益形劣化，這是因為編碼器 是以視框區塊作為預測/移動資訊的基礎，然而這些視框區 塊會逐漸愈來愈不像該解碼器所產生的視框區塊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 種"k料 >示異解決方式是利用一僅含整數之矩陣來逼 近該矩陣Η，藉以將約近誤差消除為零。如H的橫列為正交 且具有相同範數（平方總和），則會真的能夠對所有的整數χ 按照整數算數而精確地計算u。換句話說，藉χ = Ηχ來計算 出直接轉換而藉U = HTX來計算出反轉換，則會獲得u = Gx的 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） 1221388 A7 B7 五、發明説明（） 結果，其中G等於Η中任一橫列之平方範數的整數。 一種產生DCT之整數逼近的方式是利用一般式： Q(k,n)=round( a H(k,n)) 其中α為比例參數。 在H.26L·視訊壓縮標準裡，影像是由多個四像素乘四像 素的區塊所組成，從而在H.26L中，該DCT公式裡Ν = 4。 這會使得DCT矩陣等於如下： 1111 Η (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
C S 一 S —C 1 -1 -1 1 s 一 c c 一 s 其中 C三V^cos(；T/8)而 。 目刖版本之H.26L的轉換矩陣為設定^ =26所獲，故各 數值可按如下算出： 13 13 13 13 Qo=round(26H) = 17 7 一 7 -17 13 -13 -13 13 7 . -17 17 一 7 藉將比例參數值 設為 26 ，Qo 的 (亦即任兩縱行的 内積為 零）， 且 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於676的範數值;。事實上，對所有在α <5〇内的數值，僅Q =2或α =26能夠提供具有相等範數橫列之正交矩陣。然而， α =2的解並不能導致出良好壓縮結果，而更大的^值並不 具有吸引力，因為如此會增加計算直接轉換X=Q〇x時所需 要的汁算複雜度（亦即字元長度）。因此，在H 26L中即選定 d = 2 6 反轉換可定義為x’ = Q0X，而也可利用整數算數計算 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2ΐϊχ 297公爱） 1221388 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（） 由上述定義，x，=676x，亦即所建構的資料χ，會等於原始資 料X再放大676的整數增益（這是中任一橫列之範數）。 根據本發明之一特點，在此供置一種區塊轉換矩陣，可 利用正交，但具有不同數值，而當編碼及解碼時又確可顯著 降低計算複雜度之整數近似方式。更特別是，利用α =2·5， 可產生出下列矩陣： "1 1 1 1 2 1 一 1 一 2 Q〇 = round (25H )= 1—1—1 1 1-22-1 /主意，Q d為互相正交，而其範數雖有所不同（橫列零及 二具有等於4的範數，而橫列一及三具有等於1〇的範數）， 如後述般這會在量化及解量化内處理，而其方式是不會顯著 地增加計算複雜性。 現參照第2圖，其中顯示一區塊轉換編碼器2〇〇與區塊 轉換解碼器222,兩者可透過某種型式的媒體及/或中介裝置 相互連接。應瞭解此編碼器200並不需要令其輸出直接可由 該解碼器222運用，因此標示為第2圖中22〇的線路可幾乎 代表各種可能媒體或裝置，像是網路纜線、無線傳送媒體、 電話線路、儲存裝置、路由器及/或彼等幾乎任何組合。 一般說來，該編碼器200的運作方式是，透過可區分之 一維式轉換204來轉換各NxN輸入像素資料2〇2區塊（亦即 代表誤差校正資訊）。更特別是，首先會由橫列轉換程序2〇6 來轉換該區塊内的像素資料各橫列，然後將橫列轉換的結果 (未於第2圖中特別列出）由縱行轉換程序2〇8來轉換，成為 第14頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CI^A4規格(210X 297公變) "" ' --- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 最終轉換係數210。換言之，二維DCT基本上是對像素區塊 的各橫列執行一維式DCT，之後再對經各橫列一維式DCT 處理而產生之像素區塊的各縱行執行一維式DCT。可按相反 順序進行橫列及縱行轉換作業而仍可獲得相同結果。 在H.26L裡，下列用以計算轉換係數之等式中的特定轉 換矩陣結果會是： A=13a+13b+13c+13d B = 17a+ 7b - 7c -17d C=13a-13b-13c+13d D= 7a-17b+17c - 7d 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此，[abed]首先會表示一橫列的像素數值，然後，經橫列 轉換後，代表一縱行的等橫列轉換資料數值，這會是位於一 四乘四區塊中。不過，在實作上確可簡化這些等式，並且該 DCT矩陣矩具有一遞迴結構，能夠減少所需進行乘法及加法 運算的次數。然而，上述矩陣會要求至少四次加法及三次乘 法運算以计算出各像素的轉換係數。此外，由於各個像素或 為一有號9位元數值，因此當乘上橫列及縱行因數時（該增 益等於676範數），計算作業會需要32位元算術，而單一個 計算作業就會佔用達到數個1 6位元計算作業。在編碼過程 中，這些在正常時雖並不認為具顯著性，但是按如11.26]1特 定矩陣數值’在解碼作業中也將出現這些額外的運算及32 位元算術，而這會顯著地耗佔資源。 相對於H.26L特定矩陣，利用同樣的一般公式表示方 式，如前述之本發明區塊轉換矩陣會成為： 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐） 1221388 A7 B7 五、發明説明（）
Qd « round (2.57/): 1 1 1 1 2 1 -1 - 2 1 -1 -1 1 1 一 2 2 一 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 這可提供下列等式以計算出轉換係數： A = a + b + c + d B = 2a+ b - c 一2d C = a - b - c + d D = a —2b+ 2c - d 此公式/矩陣能夠更最佳化地運作的部分原因是，不會在轉 換階段中執行各個乘法，而是各乘法因數基本上是藉由僅改 變比例調整所用之數值，而在量化階段内進行處置。因此， 與這些公式所作的唯一乘法會是2的次方，而在處理器中可 透過簡單的位元左位移完成，並無須真正地進行乘法。將u、 v、y和z作為輔助參數，且其中’’<< 1”意思是左位移一個位 元（等於乘上2但計算速度較快），上述等式可簡化為下列等 式： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 u = a + d ; v=b + c ; y=b -。； z = a - d ; A = u + v ; C = u - v ; B = y + (ζ<<1); D = z -（y<< 1 ); 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 1221388 A7
透過如第3圖所示的蝶型結構（其中兩點間的直線表示 、、悤和’而直線上的數字(即如各個」、2 #_2)則表示乘法因 數），而對於各個給定像素，為找出這些轉換係數實際上會 =求僅四個加法及一個位移，如此可相對於H_26L的各項特 數而&供顯著的效能改善結果。此外，由於較小的係數 值，因此可按16位元算數來執行所有轉換運算（以9位元像 素貝料）。更特別是，以如上定義之轉換矩陣Qd，經二維2① 轉換後最大#號放大為3 6，從而經二維轉換後之輸出係 數會比輸入要多展開6個以上位元。因此，對於9位元輸入， 輸出係數具有1 5位元的動態範圍，意味著可按1 6位元計算 出二維直接轉換。並且，即如後文詳述，效能會因更少的運 算次數而提高，這些運算各者僅為16位元算術，而基本上 會在運算過程中與反轉換互為重複，從而能夠供以顯著地提 高其解碼作業效能。 一旦算出轉換係數210，則會藉由調整數值比例並將彼 等約近到其最近整數以將該係數區塊2 1 0量化。這可如第2 圖中的量化程序212所示，在此從來自量化參數214之各量 化數值中選出，俾將該轉換係數2 1 0比例化為該量化係數 2 1 6。即如前述/由於在經改良之矩陣中並非一個範數，而 是三個，因此會將三個按照須於何處量化該轉換係數而定， 且含有這些數值的量化表Q〇、Qi及Q2放進該區塊中。 用於比例化及約進的量化公式可如下述，此式應按32 位元精確度來計算： L = [K>A(QP，r) + fX] >〉20 第17頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1221388 A7 B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在此L為量化係數，κ為轉換係數，A(QP，r)為由量化參數 QP與r所標指之比例因數’其中r表示須採何表（使用q〇、 Q1或Q2)，fx為[〇_〇5]x2範圍（fX會有和K 一樣的符號）， 以及>>20表示右位移20個位置（除以1，〇48,576),以將數值 比例縮小。此量化程序因而引入誤差。注意雖然量化作業是 採用3 2位元算術，但是這只有當編碼時才有此需要，而當 編碼時確不如在解碼時般顯著（其中解量化作業會即如後述 般僅需要16位元精準度）。 標號r會根據係數K在區塊内的位置，來選定須使用哪 一個量化表Q〇、Q1或Q2以調整三個不同範數： r = 〇 (使用 Q0)，如該係數來自{(〇,〇)，（〇」），〇，〇)，〇，；!）） 位置其一者； (使用 Q1)，如該係數來自{(〇,2)，（〇,3)，（1，2)，（1，3)， (2,0)，（2，1)，（3,〇)，（3，1)}位置其一者； r = 2 (使用 Q2)，如該係數來自{(2,2)，（2,3)，（3,2)，（3,3)} 位置其一者。 在右位移20個位元後，各個量化結果L會符如1 6位元 整數。 在一示範性具體實施例中，該比例因數A(QP，r)會按照 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 量化參數QP及根據下表之係數位置群組r而定： A(QP=0..31, r=0) = {104858, 93418, 83226, 74146, 66056, 58849, 52429, 46709, 41613, 37073, 33028, 29425, 26214, 2335.4, 20806, 18536, 16514, 14712, 13107, 11677, 10403, 9268, 8257, 7356, 6554, 5839, 5202, 4634, 4129, 3678, 3277, 2919}; A(QP=0..31, r=l) = {66318, 59082, 52636, 46894, 41778, 37220, 33159, 29541, 26318, 23447, 20889, 18610, 16579, 14771, 13159, 11723, 10444, 9305, 8290, 7385, 6580, 5862, 5222, 4652, 4145, 3693, 3290, 2931Λ 2611, 2326, 2072, 1846}; 第18頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1221388 A7 _ _B7 _____ 五、發明説明（） A(QP=〇..31, r=2) = {41943, 37367, 33290, 29658, 26422, 23540, 20972, 18684, 16645, 14829, 13211, 11770, 10486, 9342, 8323, 7415, 6606, 5885, 5243, 4671, 4161, 3707, 3303, 2942, 2621, 2335, 2081, 1854, 1651, 1471, 1311, 1168}· 上述特定數值係經設計以滿足Η·26L的設計規格，即在該表 格標號裡對每增量6該量化步階大小應為兩倍。對於其他視 訊或靜止影像編碼應用，可按照所欲傳真性增量來設計出其 他的量化表。注意，為於編碼器處儲存該量化表，會需要一 些額外的表格空間以收存三個而不是一個表，但此額外空間 量僅需64位元組，而這是可忽略無誤。 現回返到第2圖，在量化程序之後會將各量化係數2! 6 饋往熵值編碼器218，該者通常是可進一步減少為進行區塊 編碼所需的位元個數。熵值編碼器（與解碼器）係屬眾知，並 因而不在此贅述，因本發明運作方式在之前大致上讀與該熵 值編碼作業無關，且之後亦與熵值解碼作業無關。 現轉向考量區塊轉換解碼器2 2 2的解碼作業，在某時點 處’無論如何遞送，經熵值編碼之輸出位元會被饋送至該網 值解碼器2 2 4以作為輸入位元。一般說來，這種熵值解碼器 係屬眾知’並且在其他可能運算中，述明該熵值解碼器224 確對一給定區塊重製出各量化係數226實已足夠。注意通常 編碼與解碼作業並不會漏失資料，亦即被饋往該熵值編碼器 218的量化係數216會等同於該熵值解碼器224所重製的各 量化係數226。 通常，該區塊轉換解碼器222會鏡映該區塊轉換編瑪器 第19頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公爱) ----— (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁)
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五、發明説明（） 的運算即使是如後所述且如本發明全文所秉持者，提 供一種經修_改的反轉換矩陣，此者能夠在整個解碼程序裡運 用16位元算術，如此大幅降低解碼器的計算複雜性。 一旦從該熵值解碼器224中擷取出該等量化係數226， 可利用如下式所實作之解量化程序228，將各項量化係數L 轉化成一重新架構（解量化）數值κ，： K，= LxB(QP，r) 在此比例因數B係按照當編碼時所運用的Qp標號而定，而 r可藉由從表DO、D1或D2中選取參數（以調整三個範數）來 決定解量化參數230。注意該Γ可從在區塊中被解量化的係 數位置中導出，即如前文中參照於量化作業時所述，然亦可 從該編碼器送出該r值，如此確可減少解碼器處的計算複雜 性，但每個係數將會要求至少送出兩個以上的位元供以識別 此r 〇 按此方式，當編碼時該比例因數B(QP，r)會按照所用之 QP的量化參數標號以及係數群組j•而定。在一示範性實作 中，此相關性係根據下表所標定： B(QP=0..31, r=0) = {80, 90, 101, 113, 127, 143, 160, 180, 202, 226, 254, 285, 320/ 359, 403, 453, 508, 570, 64〇，718, 8〇6, 905, 1016, 1140, 1280, 1437, 1613, 1810, 2032, 2281, 2560, 2874}; B(QP=0..31, r=l) = {101, 114, 127, 143, 161, 180, 202, 221, 255， 286, 321, 361, 405, 454, 510, 572, 643, 721, 810, 909, 1020, 1145, 1285, 1443, 1619, 1817, 2040, 2290, 2570, 2885, 3239, 3635}; B(QP=0..31, r=2) = {128, 144, 161, 181, 203, 228, 256, 287, 323, 362, 406, 456, 512, 575, 645, 724, 813, 912, 1024, 1149, 1290, 1448, 1625, 1825, 2048, 2299, 2580, 2896, 3252, 3650, 4095, 4596}. 第20頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
1221388 A7 ___B7 五、發明説明（） 按此編碼表，上述特定值係經設計以滿足H 26L的設計規 格，對在該表標號中每增量6的量化步階大小應予加倍。對 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於其他的視訊或靜止影像編碼應用，可按照所欲傳真性增量 來設計出其他的量化表。 即如可知者，該解量化公式可將係數放大到較大數值， 然這些比例值各者確為夠小，以保證在該解碼器處僅需i 6 位元算術即可。應注意到既然表中各項為數學相關（基於該 範數）於在另外兩份表中的相對應QP標號之表項，因此亦可 另僅為單一 QP數值表，而根據1·值來進行適當的數學調整， 而非製作出三份列表。但是，詢查小型列表或可具有相當效 率性，且所需要來存放三份32項按每項2個位元組，而非 單一列表32項且每項為4位元之列表的位元組個數（即如 H.26L轉換所標定者），會為額外的64位元組，這在目前的 計算裝置中是可忽略無誤，尤其是考量到解量化作業所產生 而可適入於16位元字組的轉換係數，而非32位元DW〇rds , 藉此可減少所需的記憶體總量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 亦如第2圖所示者，一旦該等量化係數226既已透過上 述公式及列表而解1化後’即可呈現出一個重新建構轉換係 數232的四乘四^陣。從這些轉換係數232，即可藉將其饋 送至二維反轉換程序234來產生所重先建構的像素，此程序 是分別由縱行及橫列反轉換程序236及238所組成。 在本發明中’不是利用反轉換Qt = QdT’即如一般正常 做法以進行16位元解量化及反轉換計算，本發明而是定義 下述反轉換矩陣以供運用： 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 1221388 A7 B7 五、發明説明（） •11 1 1/2' 11/2-1-1 1 -1/2 -1 1 1 _1 1 一 1/2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 注意，各縱行為互相正交，而其範數有所不同。但是這是 透過如前所述之用以選擇解量化參數的「r」值來處理。Z 外，注意到在從QD產生Ql時，qd會經轉置，縱行一及三 會被乘上二分之一。然同樣地，已出現在表D〇、Di及D2 内的QP值會在事先被加調整，因而不需要補償任何額外的 計算複雜性。更進一步，當依此矩陣來計算反轉換時所需進 行的唯一「乘法」會是乘上二分之一，而實際執行方式可為 高效率的右位移運算。注意這種高精度除法所引入的少量雜 訊’基本上是不會對速率扭曲效能產生影響的。 以如上定義之Q!，其最大增益等於四。因此，二維反 轉換程序僅僅是擴大四個位元的動態範圍，所以能夠按i 6 位元算數進行計算。 如第2圖所示的縱行反轉換程序236及橫列反轉換程序 23 8 (這是按照該縱行反轉換程序的結果來運算）可產生出輸 出像素資料2 4 0。為此，利用上述反轉換矩陣並將[a b c D ] 稱為一待加反轉換之特定橫列或縱行，則可按如下方式計算 相對應的反轉換數值[A，B，C，D，]: u = A + C ； v = A—C ; y=(B»l)-D ； z = (D>>l) + B ; 第22頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁} Λ· 訂· % 1221388 A7 _____B7 五、發明説明（） a5 =u + z b，=v + y c，=v—y d9 =u—z 在此，u、v、y及z是輔助變數，而>>i裘千去 丄衣不右位移一個位 元（等於乘上二分之一）。類似於編碼作章，锈w P m 遗過如第4圖所 表示的蝶狀結構’這些等式實際上是減少為每個係數四個加 法運算及一個右位移運算，所有皆為16位元算術。最後， 該反轉換程序234 (如第2圖），將所重新建構之像素值比例 縮小一 2·7因數（透過7位元右位移運算來進行）。 經7位元位移所重先建構之像素值具有9位元範圍，所 以可按16位元算術來計算反轉換。當按16位元算術計算 時，如前方式設定的解量化表DO、D1及D2可令解量化等 式不致出現溢流問題。當利用本發明轉換及反轉換時，相對 於H.26L標定者’其部分計算優點可如下表所總結列述： 轉換 每個像素的運算， 直接轉換 量化 解量 ------- 母個像素的運算， 反韓拖 H.26L規格 4項加法，3項乘 法，按32位元算術 1項乘法，按 32位元算術 1項乘法，按 32位元算術 4項加法，3項乘法， 按32位元算術 本發明 4項加法，1項位 移，按16位元算術 1項乘法，按 32位元算術 1項乘法，按 16位元算術 4項加法，1項位移， 按16位元算術 即如觀察所顯見，確可獲得顯著節省結果，尤其是可用於i 6 位元功能的處理器上。例如，實作上，典型的16位元pda 處理器或可觀察到按本發明在解碼方面為速度加倍的改善 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁} 訂· 線:« 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1221388 五、發明説明（） 結果。 此外’轉換/反轉換既經按照其對品質與壓縮結果的影 響進行測試。本編碼增益的結果(通常這是定義為信號雜訊 比的增加量）顯示出，相對於H.26L，利用本發明轉換對於測 試資料確可獲得轉換僅約〇.〇ldB的漏失，而這是可略除不 計，且實際上即以真實視訊信號資訊，像是像素預測誤差， 極可能遠低於此值。此外，整體效能係相對於h.26l標定轉 換而跨於這32個量化參述各者所測試，其結果是僅約百分 之0·5的差異範圍，其平均值極為接近零，這可表示本發明 轉換確實能夠如H.26L所標定之轉換般良好執行。 即如從前揭詳細說明所得知，在此可提供一種分別地用 於影像或視訊編碼及解碼作業之改良轉換及反轉換矩陣，可 相對已知轉換方式顯著地降低計算複雜性，而無須不利地影 響到壓縮或品質。除在轉換及反轉換作業的過程中須進行一 個由位移運算外，確可消除轉換乘法而同時可獲正確結果， 這是因為量化及解量化參數值可補償這些乘法因數。由於所 用數值之故’在此，（對於如9或更少個位元所表示的像素 資料），可按1 6位元方式來進行編碼過程中的轉換運算，以 及解碼過程中的f解量化與轉換運算。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此’確可對本發明著手各式修改及替換建構，其部分 的前述具體實施例可如附圖所示且已如前文詳述。然應瞭解 非為限制本發明於前揭該等特定形式，而實反之，所欲者係 涵蓋落屬本發明精神與範圍之内的所有修飾、替代建構，與 等同物。 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)

Claims (1)

1221388
、申請專利範圍 ABCD •種用於視訊或影像像素資料解碼之方法，該方法至少包 含下列步驟： 接收一組量化係數； 將該等量化係數解量化為轉換係數；以及 對該等轉換係數施用一反轉換程序，以由此重新建構 輸入像素資訊，而該反轉換程序會進行反轉換計算結果， 具有能夠藉由一位移運算來進行各乘法運算之數值。 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之解量化該 4量化係數之步驟包括對各量化係數乘上從至少一列表 中所選定參數的步驟。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3.如申請專利範圍第2項所述之方法，其中當解碼時可接取 至少兩份參數表，其中該等係數為經邏輯排列於一區塊 内’且其中對於各個量化係數，係根據該係數在該區塊内 的位置來選擇其中一表。 4 ·如申凊專利範圍第3項所述之方法，其中當進行解碼時可 接取這三份參^數表。 5. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該等量化係數及 參數值可按16位元進行解量化。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中按16位元算術 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 訂 線 1221388 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 執行一反轉換程序以轉換各係數。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如申請專利範圍第i項所述之方法，其中該反轉換程序對 應於一二維轉換，&者係利用_如下矩陣表示之數值的 轉換計算結果： 1 1 1 1/2， 1 1/2 -1 一 1 1 -1/2 -1 1 1 一 1 1 -1/2 8. 如申請專利項所述之方法，其+進—步包含對輸 入像素資訊施用一轉換程序，以由此建構轉換係數，該轉 換程序會施用具有可能夠藉位移運算來執行各項乘法運 算之數值的轉換計算結果；以及 將該等轉換係數量化成為各量化係數。 9. 如申請專利Μ帛i項所述之方法，纟中該轉換程序對應 於一二維轉換，此者係利用根據如下矩陣表示之數值的轉 換計算結果：t 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 1 -1 - 2 1 -1 -1 1 〇 _1 -2 2 -1 10· 一種電腦可讀取媒體，具有電腦可執行指令，用以執行 第26頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 1221388 ABCD 六、申請專利範圍 如申請專利範圍第i項所述之方法。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 11 · 一種用以提供視訊或影像資料之系統，其至少包含： 一區塊轉換，其中含有： 1) 一像素轉換程序，對輸入像素資訊施用一轉 換處理以由此建構轉換係數，該轉換程序會施用 具有可能夠藉位移運算來執行各項乘法運箅之 數值的轉換計算結果；以及 2) —量化程序，可將該等轉換係數量化成為一 組各量化整數係數； 一係數轉換機制，可提供來自區塊轉換編碼器的各量 化整數係數給一區塊轉換解碼器；以及 一區塊轉換編碼器，其包含： 1) 一解量化程序，可將該等量化係數解量化成為 各轉換係數； 2) 一反轉換程序，可由此重新建構輸入像素資 訊，而該反轉換程序會施用反轉換計算結果，具有能夠藉 由一位移運算來進行各乘法運算之數值。 t. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12·如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該轉換程序 對應於一二維橫列轉換及縱行轉換程序。 13·如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該橫列轉換 與縱行轉換程序會施用根據如下矩陣所表示之數值的轉 第27頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 1221388 A8 B8 C8 -----—-__ D8 六、申請專利範圍 換計算結果： (請先閲讀背面之注·意事項再填寫本頁) 21-1-2 1 -1 一1 1 _1 -2 2 14·如申請專利範圍第丨丨項所述之系統，其中該量化程序 可藉從一列表中選擇一參數來調整各轉換係數比例。 1 5 ·如申請專利範圍第丨丨項所述之系統，其中該量化程序 可藉對各個轉換係數，從一組三份列表之選定列表中選擇 一參數’來調整各轉換係數比例，該表係經根據該轉換係 數在相對於其他轉換係數之相對位置所選擇。 1 6 ·如申4專利範圍第i丨項所述之系統，其中該係數轉換 機制包括一在區塊轉換編碼器内的熵值編碼器；至少一通 訊媒體或裝置’此者可將該區塊轉換編碼器邏輯連接至該 區塊轉換解碼器；以及一在區塊轉換解碼器内的熵值解碼 器。 丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 17.如申清專利範圍第11項所述之系統，其中該解量化程 序可藉從一列表中選擇一參數來調整各轉換係數比例。 1 8 ·如申π專利範圍第丨丨項所述之系統，其中該解量化程 _ 第28頁 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS)A4規格(210x297公楚） 1221388 ABCD 申請專利範圍 序可藉對各個量化係數，從一組三份列表之選定列,表中選 擇一參數，來調整各量化係數比例，該表係經根據該量化 係數在相對於其他量化係數之相對位置所選擇。19.如申請專利範圍帛η工員所述之系統，#中該反轉換程 序可對應二維縱行反轉換及橫列反轉換程序。 2〇·如申請專利範圍第U項所述之系統，其中該縱行反轉換及橫列反轉換程序會施用根據如下矩陣表示之數值的 轉換計算結果： 豪 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1/2 1/2 -1 -1/2 -1 一 1 1 1/2 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 1 · 種用以對視訊或影像像素資料加以解碼之方法，該方 法至少包含下列步驟： 接收一組量化係數； 將該等量化係數解量化為轉換係數；以及 對該等轉換係數施用一反轉換程序，而該反轉換程序 會細》用根據如下矩陣表示之數值的轉換計算結果： 1 1 1/2 _ 1/2 —1 一 1 -1/2 -1 1 一1 1 一 1/2 第29頁 本紙張尺度相巾_畔標準(CNS)A4祕(210X297公爱） 1221388
α如中請專利範圍第21項所述之方法，其中該解碼量化 作業步驟至少包含選擇纟量化係冑的步驟，Μ包含對各個 選定量化係數加以下列步驟： 根據該量化係數相對於其他量化係數的邏輯相對位置 來選擇一列表； 查核該份既經選取之列表内的一參數；以及 藉該參數來乘上一量化係數值，將量化係數調整比例為一 轉換係數，並向右位移至少一個位元。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第30頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)
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