TWI399093B - 用於高效能細緻可調性編碼器之快速重新量化方法及快速重新量化器 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種快速重新量化方法及快速重新量化器；特別是關於用於高效能細緻可調性編碼器之快速重新量化方法及快速重新量化器。
傳統視訊編碼方式於無線或有線網路即時性傳輸時，會面臨網路頻寬隨時間變動、傳輸通道之傳輸干擾錯誤、網路壅塞造成封包丟失等問題。採用可調視訊編碼(Scalable Video Coding；SVC)可使同一視訊以不同頻寬之無線或是有線網路傳輸至各式各樣的接收儀器設備上，其原理是利用多重回圈運算以將視訊資料編碼成具有不同可調性的位元流，然而，可調視訊編碼的高複雜運算度卻造成實現即時運算的困難。
傳統高效能細緻可調性(Fine Granularity Scalable；FGS)層之餘留值(Residual)須經過重新量化迴路(Re-quantization loop;REQ)運算三次產生三層FGS編碼層，一般設計方式主要有三層REQ硬體共用或是平行化方式，前者產出率過低而後者硬體成本過高。
參考第一圖，為傳統三層重新量化方塊圖。傳統重新量化包含REQ第一層101、REQ第二層102以及REQ第三層103。以REQ第一層101為例，將FGS層餘留值經由前轉換(FT;Forward transform)或是Hadamard轉換得到轉換餘留值TR，基礎層反量化餘留值sb0經由正規化後作為轉換餘留值TR之層間預測參考，由於H.264定義轉換與反轉換部分乘法移至量化以及反量化內，故正規化目的是將反量化域的餘留值正規化至轉換域後才可以作層間預測，轉換餘留值TR經由層間預測去除層間冗餘量得到能量較低之轉換餘留值tr1，將未量化之轉換餘留值tr1以較小量化階梯之量化單元Q1作量化得到餘留值資料w1，當基礎層反量化餘留值sb0等於0時，餘留值資料w1對於視訊畫質顯得重要，因此將餘留值資料w1不作裁切完整編碼，此時第一加強層係數z1等於餘留值資料w1，反之餘留值資料w1對視訊畫質而言效果為畫質細緻化，故將其裁切於-1至1之間得到第一加強層係數z1。將第一加強層係數z1反量化後加上基礎層反量化餘留值sb0可得重建第一加強層餘留值sb1，此時對第二加強層而言，第一加強層為預測用基礎層，REQ第二層102以及REQ第三層103採用與REQ第一層101相同預測以及重建架構並逐層縮小量化階梯以得到第二加強層係數z2以及第三加強層係數z3。第三加強層係數z3經由反量化單元IQ3後可重建第三加強層餘留值sb3，以第三加強層餘留值sb3重建畫面再經由去區塊濾波器後可作為適應性參考畫面細緻可調性(Adaptive-Reference-FGS；ARFGS)層移動量補償參考畫面或是B畫面移動量補償參考畫面。
由第一圖可知，FGS編碼系統需要三層的REQ，設N為點平行度，每個REQ之正規化單元、量化單元以及反量化單元內共有3N個乘法器，迴路兩個、量化單元三個、正規化單元一個以及裁切單元一個共7N個加法器，一般REQ設計方式主要有不同層REQ硬體平行化方式或是不同層REQ硬體共用方式，採用前者須要有獨立之量化以及反量化器，硬體成本過高明顯不切實際，採用後者則產出率過低，無法達到高畫質數位電視之需求。
有鑑於此，急需一種可用於FGS編碼器，降低運算複雜度且達到高畫質數位電視之需求的快速重新量化方法及快速重新量化器。
本發明係在於提供一種用於FGS編碼器之快速重新量化方法及快速重新量化器，俾使降低運算複雜度且達到高畫質數位電視之需求為目的。
為達到上述目的，本發明提供一種用於高效能細緻可調性編碼器之快速重新量化方法，包含：接收一FGS層轉換餘留值與一基礎層量化餘留值；量化該FGS層轉換餘留值以獲得一FGS層量化餘留值；左移該基礎層量化餘留值三個位元；將該FGS層量化餘留值減已左移三個位元之基礎層量化餘留值以獲得一FGS餘留值資料；根據該FGS餘留值資料與該基礎層量化餘留值輸出一第一加強層係數；輸出一第二加強層係數，其係該FGS層量化餘留值的第一位元；以及輸出一第三加強層係數，其係該FGS層量化餘留值的第零位元。
為達到上述目的，上述之快速重新量化方法，進一步包含：輸出一第三加強層餘留值，該第三加強層餘留值係將該FGS層量化餘留值的第零位元加已左移三個位元之基礎層量化餘留值的結果反量化。
為達到上述目的，上述之快速重新量化方法，其中前述根據該FGS餘留值資料與該基礎層量化餘留值輸出一第一加強層係數之步驟包含：將該FGS餘留值資料的第二位元至第十一位元取絕對值以獲得一絕對值資料；判斷該基礎層量化餘留值是否為零，若該基礎層量化餘留值等於0則該第一加強層係數為該絕對值資料，若該基礎層量化餘留值不等於0則裁切該絕對值資料，而該第一加強層係數為已裁切之該絕對值資料；以及輸出該第一加強層係數。
為達到上述目的，上述之快速重新量化方法，其中裁切該絕對值資料係對該絕對值資料作0至1間之裁切。
為達到上述目的，上述之快速重新量化方法，其中該FGS餘留值資料為十三位元有號數。
為達到上述目的，本發明復提供一種用於高效能細緻可調性(FGS)編碼器之快速重新量化器，包含：一量化單元，其係量化一FGS層轉換餘留值以輸出一FGS層量化餘留值；一左移運算器，其係將一基礎層量化餘留值左移三個位元並輸出；以及一資料範圍裁切分層單元，其係根據一FGS餘留值資料與該基礎層量化餘留值以輸出一第一加強層係數、一第二加強層係數與一第三加強層係數，其中該FGS餘留值資料為該FGS層量化餘留值減已左移三個位元之基礎層量化餘留值；其中，該第二加強層係數為該FGS層量化餘留值的第一位元；該第三加強層係數為該FGS層量化餘留值的第零位元。
為達到上述目的，上述之快速重新量化器，進一步包含：一反量化單元，其係將該FGS層量化餘留值的第零位元加已左移三個位元之基礎層量化餘留值的結果反量化以輸出一第三加強層餘留值。
為達到上述目的，上述之快速重新量化器，其中該資料範圍裁切分層單元包含：一取絕對值單元，其係將該FGS餘留值資料的第二位元至第十一位元取絕對值以獲得一絕對值資料；及一裁切單元，其係判斷該基礎層量化餘留值是否為零，若該基礎層量化餘留值等於0則該第一加強層係數為該絕對值資料，若該基礎層量化餘留值不等於0，該裁切單元裁切該絕對值資料，則該第一加強層係數為已裁切之該絕對值資料，該裁切單元輸出該第一加強層係數。
為達到上述目的，上述之快速重新量化器，其中該裁切單元裁切該絕對值資料係對該絕對值資料作0至1間之裁切。
為達到上述目的，上述之快速重新量化器，其中該FGS餘留值資料為十三位元有號數。
本發明藉由單回圈運算將視訊資料編碼成具有不同可調性的位元流，可大幅降低運算複雜度及硬體成本，並且符合高效能之FGS編碼要求。
雖然本發明將參閱含有本發明較佳實施例之所附圖式予以充份描述，但在此描述之前應瞭解熟悉本行之人士可修改在本文中所描述之發明，同時獲致本發明之功效。因此，須瞭解以下之描述對熟悉本行技藝之人士而言為一廣泛之揭示，且其內容不在於限制本發明。
參考第一圖，為傳統三層重新量化方塊圖。傳統REQ之餘留值層間預測於轉換域與反量化域實行，由於H.264/AVC定義整數之轉換以及反轉換運算部分乘法移至量化以及反量化內，故正規化基礎層之反量化餘留值後才能於轉換域作層間預測。
分析REQ編碼迴路，REQ於不同層之函數功能性相同，量化函數以及反量化函數之量化參數QP
大小不同，量化參數QP
越大代表量化階梯越大失真越嚴重，第n層量化參數QP n
定義為QP n
=OP n - 1
-6
+QP d
，其中QP d
為-1至1之整數(-1,0,1)。量化單元Q 1
=Q(x ,QP 1 )
、量化單元Q 2
=Q(x,QP 2 )
以及Q 3
=Q(x,QP 3 )
，假設QP d
=0
，則QP 0
=QP 1
-6
=QP 2
-6
*2
=QP 3
-6
*3
，量化參數QP
大小多6相當於量化階梯大一倍。
參考第二圖，為簡化第一圖中傳統三層重新量化之方塊圖。首先，先將REQ層間預測改在量化域實行可以省去正規化過程並避免正規化之進位誤差，假設QP d
=0
以及忽略量化進位誤差則Q n (x,QP n )
=Q n + 1 (x
,QP n + 1 )
>>1
，如此一來，量化域層間預測僅需要一個左平移1個位元運算調整基礎層量化係數。餘留係數重建部分，由於層間預測改在量化域實行故無須反量化三層REQ量化餘留值，僅需將REQ第三層之重建量化係數以反量化單元IQ3
反量化後得第三加強層餘留值sb3，第三加強層餘留值sb3輸出至FGS迴路重建最高品質預測用圖片作為動態補參考畫面。
整合三層量化器於一個量化器中，令QP d
=0
，在此條件下Q n
=(Q n
+1)
>>1
，故Q 2 (x,QP 2 )
=Q 3 (x,QP 3 )
>>1
，Q 1 (x,QP 1
)=Q 2 (x,QP 2 )
>>1
=Q 3 (x,QP 3 )
>>2
，REQ三層量化函數可以一個量化器Q3
取代，即量化餘留值r
=Q 3 (TR,QP 3 )
，將量化餘留值r
右移1位元可得REQ第二層所需量化餘留值，同理可得REQ第一層所需量化餘留值，簡化結果如第三圖所示。第三圖為進一步簡化第二圖中重新量化之方塊圖。三層REQ之層間預測結果於方程式(1)、方程式(2)及方程式(3)，值得一提的是右移運算1位元將損失最低1位元精確度，而左移運算不損失精確度。
w
1=r
>>2-b
0<<1 (1)
w
2=r
>>1-b
0<<2-w
1<<1 (2)
w
3=r
-b
0<<3-w
1<<2-w
2<<1 (3)其中，w
1、w
2以及w
3為餘留值資料，b
0為基礎層量化餘留值。
藉由將方程式(1)改寫成方程式(4)可以發現w
1為r
之2位元以上以b
0作層間預測：w
1=((r
>>2)<<2-b
0<<3)>>2=(r
-b
0<<3)>>2 (4)將方程式(4)代入方程式(2)可推導出方程式(5)，由方程式(5)可知r
之第1位元即為本發明快速重新量化(Fast-REQ)之第二層結果。
w
2=r
>>1-b
0<<2-(r
>>2)<<1+b
0<<2=r
>>1-(r
>>2)<<1=((r
>>1)<<1-(r
>>2)<<2)>>1=r
[1] (5)
同理由方程式(3)可推導出方程式(6)，r
之第0位元即為本發明(Fast-REQ)之第三層結果。
w
3=r
-b
0<<3-(r
>>2)<<2+b
0<<3-(r
>>1-(r
>>2)<<1)<<1=r
-(r
>>2)<<2-(r
>>1)<<1+(r
>>2)<<2=r
-(r
>>1)<<1=r
[0] (6)
參考第四圖，為本發明快速重新量化之一實施例的架構示意圖。重新快速量化器401包含一量化單元402、一左移運算器403、一資料範圍裁切分層單元404、一反量化單元405、一減法器以及一加法器。該量化單元402，其係量化一FGS層轉換餘留值TR以輸出一FGS層量化餘留值r
，即實現r
=Q 3 (TR,QP 3 )
；該左移運算器403，其係將一基礎層量化餘留值b
0左移三個位元並輸出，即實現b
0<<3；該減法器係用以將該FGS層量化餘留值減r
已左移三個位元之基礎層量化餘留值b
0並輸出一FGS餘留值資料w
，即實現w
=r
-b
0<<3，其中w
={w
1,w
2,w
3}；該資料範圍裁切分層單元404接收該FGS餘留值資料w
與該基礎層量化餘留值b
0，以輸出一第一加強層係數z1、一第二加強層係數z2與一第三加強層係數z3用以FGS層熵編碼。
如方程式(5)與方程式(6)所示，因為w
2與w
3只有一個位元，所以該第二加強層係數z2與該第三加強層係數z3之裁切可省略。該第二加強層係數z2為該FGS層量化餘留值的第一位元r
[1]，亦即該FGS餘留值資料的第一位元w
[1]。該第三加強層係數z3為該FGS層量化餘留值的第零位元r
[0]，亦即該FGS餘留值資料的第零位元w
[0]。該反量化單元405，其係將該FGS層量化餘留值的第零位元r
[0]加已左移三個位元之基礎層量化餘留值b
0的結果反量化以輸出一第三加強層餘留值sb3重建最高品質預測用圖片作為動態補參考畫面。
傳統REQ輸出係數z1、z2以及z3，無論有無裁切寬度皆為13位元有號數。本發明Fast-REQ運算層間預測後之該FGS餘留值資料w
為13位元有號數，該資料範圍裁切分層單元404對w
[12:2]共11位元作裁切得到第一加強層係數，第二及第三加強層係數則不裁切採以w
[1]以及w
[0]直接給值方式，故輸出z1、z2以及z3分別為11、1以及1位元。
考慮Fast-REQ之裁切與分層，傳統REQ每層有獨立之量化函數，輸出係數皆為13位元有號數，Fast-REQ僅有一個量化函數，若採用w
為二補數表示作裁切以及分層，將會造成FGS第一層重建之量化係數可能過大之不合理現象，以w
=-1為例，w
二進位二補數表示為w
=13'b11111111111，裁切分層後z1=11'b11111111111=-1、z2=w
2=1'b
1=1以及z3=w3=1'b
1=1，FGS第一層重建圖片將以z1=-1以反量化單元重建，這將造成重建圖片訊噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio,PSNR)驟降，與傳統REQ相比降低約4dB，原因是z1值過大。解決方法為修改w
表示方法，將w
表示改為w
[12]指示正負號，w
[11:0]表示w
之強度，則w
之二進位表示為w=13'b1000000000001，經過裁切及分層後z1=10'b0000000000=0，z2=1'b
0=0，z3=1'b
1=1，w
[12]指示正負號，此時FGS第一層重建圖採用z1=0以反量化單元重建可得PSNR較高之FGS第一層重建畫面。w
[12]指示全部Fast-REQ層之正負號，若w
[12]固定跟著z1輸出編碼，此時如果z1=0，傳送w
[12]對於PSNR並無幫助而且會增加位元率，將w
[12]由z1、z2至z3層順序跟著第一個非零值層一起編碼可解決此問題。故我們採用Signed with nonzero方式編碼。
經由上述分析，參考第五圖，為第四圖之資料範圍裁切分層單元的架構示意圖。該資料範圍裁切分層單元404包含一取絕對值單元501、一裁切單元502以及一符號單元503，該資料範圍裁切分層單元404用以實現方程式(7)。
該資料範圍裁切分層單元404藉由該取絕對值單元501將該FGS餘留值資料w
取絕對值而獲得一絕對值資料W
，W[12]記錄正負號。該裁切單元502判斷該基礎層量化餘留值b0是否為零，若該基礎層量化餘留值b0等於0則該第一加強層係數z1為該絕對值資料，即z1=ABS(w[11:2])，若該基礎層量化餘留值不等於0則對該絕對值資料W
作0~1之間裁切，而該第一加強層係數z1為已裁切之該絕對值資料，即z1=Clip
(ABS
(W
[11:2]),1,0)；該裁切單元502並將W
[1]輸出作為z2，即z2=W
[1]，以及W
[0]輸出作為z3，即z3=W
[0]。該符號單元503則將W’
依據W[12]還原為二補數表示提供ARFGS重建參考畫面，其中W’
={z1,z2,z3}。
在詳細說明本發明的較佳實施例之後，熟悉該項技術人士可清楚的瞭解，在不脫離下述申請專利範圍與精神下可進行各種變化與改變，而本發明亦不受限於說明書之實施例的實施方式。
101．．．REQ第一層
102．．．REQ第二層
103．．．REQ第三層
401．．．重新快速量化器
402．．．量化單元
403．．．左移運算器
404．．．資料範圍裁切分層單元
405．．．反量化單元
501．．．取絕對值單元
502．．．裁切單元
503．．．符號單元
第一圖係傳統三層重新量化方塊圖。
第二圖係簡化第一圖中傳統三層重新量化之方塊圖。
第三圖係進一步簡化第二圖中重新量化之方塊圖。
第四圖係本發明快速重新量化之一實施例的架構示意圖。
第五圖係第四圖之資料範圍裁切分層單元的架構示意圖。
401．．．重新快速量化器
402．．．量化單元
403．．．左移運算器
404．．．資料範圍裁切分層單元
405．．．反量化單元
Claims (10)
- 一種用於高效能細緻可調性(FGS)編碼器之快速重新量化方法，包含：接收一FGS層轉換餘留值與一基礎層量化餘留值；量化該FGS層轉換餘留值以獲得一FGS層量化餘留值；左移該基礎層量化餘留值三個位元；將該FGS層量化餘留值減已左移三個位元之基礎層量化餘留值以獲得一FGS餘留值資料；根據該FGS餘留值資料與該基礎層量化餘留值輸出一第一加強層係數；輸出一第二加強層係數，其係該FGS層量化餘留值的第一位元；以及輸出一第三加強層係數，其係該FGS層量化餘留值的第零位元。
- 如申請專利範圍第1項所述之快速重新量化方法，進一步包含：輸出一第三加強層餘留值，該第三加強層餘留值係將該FGS層量化餘留值的第零位元加已左移三個位元之基礎層量化餘留值的結果反量化。
- 如申請專利範圍第1項所述之快速重新量化方法，其中前述根據該FGS餘留值資料與該基礎層量化餘留值輸出一第一加強層係數之步驟包含：將該FGS餘留值資料的第二位元至第十一位元取絕對值以獲得一絕對值資料；判斷該基礎層量化餘留值是否為零，若該基礎層量化餘留值等於0則該第一加強層係數為該絕對值資料，若該基礎層量化餘留值不等於0則裁切該絕對值資料，而該第一加強層係數為已裁切之該絕對值資料；以及輸出該第一加強層係數。
- 如申請專利範圍第3項所述之快速重新量化方法，其中裁切該絕對值資料係對該絕對值資料作0至1間之裁切。
- 如申請專利範圍第1項所述之快速重新量化方法，其中該FGS餘留值資料為十三位元有號數。
- 一種用於高效能細緻可調性(FGS)編碼器之快速重新量化器，包含：一量化單元，其係量化一FGS層轉換餘留值以輸出一FGS層量化餘留值；一左移運算器，其係將一基礎層量化餘留值左移三個位元並輸出；以及一資料範圍裁切分層單元，其係根據一FGS餘留值資料與該基礎層量化餘留值以輸出一第一加強層係數、一第二加強層係數與一第三加強層係數，其中該FGS餘留值資料為該FGS層量化餘留值減已左移三個位元之基礎層量化餘留值；其中，該第二加強層係數為該FGS層量化餘留值的第一位元；該第三加強層係數為該FGS層量化餘留值的第零位元。
- 如申請專利範圍第6項所述之快速重新量化器，進一步包含：一反量化單元，其係將該FGS層量化餘留值的第零位元加已左移三個位元之基礎層量化餘留值的結果反量化以輸出一第三加強層餘留值。
- 如申請專利範圍第6項所述之快速重新量化器，其中該資料範圍裁切分層單元包含：一取絕對值單元，其係將該FGS餘留值資料的第二位元至第十一位元取絕對值以獲得一絕對值資料；及一裁切單元，其係判斷該基礎層量化餘留值是否為零，若該基礎層量化餘留值等於0則該第一加強層係數為該絕對值資料，若該基礎層量化餘留值不等於0，該裁切單元裁切該絕對值資料，則該第一加強層係數為已裁切之該絕對值資料，該裁切單元輸出該第一加強層係數。
- 如申請專利範圍第8項所述之快速重新量化器，其中該裁切單元裁切該絕對值資料係對該絕對值資料作0至1間之裁切。
- 如申請專利範圍第6項所述之快速重新量化器，其中該FGS餘留值資料為十三位元有號數。
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|---|---|---|---|
| TW98145778A TWI399093B (zh) | 2009-12-30 | 2009-12-30 | 用於高效能細緻可調性編碼器之快速重新量化方法及快速重新量化器 |
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| TW98145778A TWI399093B (zh) | 2009-12-30 | 2009-12-30 | 用於高效能細緻可調性編碼器之快速重新量化方法及快速重新量化器 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201123901A (en) | 2011-07-01 |
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