TWI415397B - 媒體編碼系統、量化係數編碼裝置及量化係數編碼方法 - Google Patents

Description

媒體編碼系統、量化係數編碼裝置及量化係數編碼方法

本發明係與媒體編碼有關，特別地，係關於一種能夠針對量化係數組找出其相對應之最佳的可變長度編碼模式，以達到最佳的編碼效率之媒體編碼系統、量化係數編碼裝置及量化係數編碼方法。

於傳統的MPEG-4媒體編碼系統中，量化的離散餘弦轉換係數(quantized discrete cosine transform coefficients)組包含三個離散餘弦轉換係數run、level及last且以(run,level,last)之型式表示，並係透過可變長度編碼(Variable-Length Coding,VLC)之方式進行編碼。一般而言，可變長度編碼方法係透過可變長度編碼表(VLC table)對一組量化DCT係數(run,level,last)進行編碼。

實際上，可變長度編碼表有兩種型式，其中一種是幀內編碼(intra-coded)之型式，適用於當視訊串流中之相鄰兩畫面無法比對出相當接近的大區塊(macroblocks)時，對同一畫面內的兩個大區塊進行編碼；另一種則是幀間編碼(inter-coded)之型式，適用於當視訊串流中之相鄰兩畫面可以比對出相當接近的大區塊時，對相鄰畫面的兩個大區塊進行編碼。

請參照圖一，圖一係繪示可變長度編碼表與其他三種可變長度編碼模式之適用範圍間之相對關係的示意圖。如圖一所示，由於可變長度編碼表所能定義的量化DCT係數組之數目有限，所以除了已定義於預設可變長度編碼表中的量化DCT係數組(run,level,last)之外，其他的量化DCT係數組則可分別適用於Type 1、Type 2及Type 3等三種逸出編碼模式(escape coding mode)。其中，Type 3為固定長度(fixed-length)逸出模式，其適用範圍最廣，可涵蓋所有的量化DCT係數組；Type 1為係數level逸出模式，而Type 2為係數run逸出模式，兩者分別適用於某部分的量化DCT係數組。值得注意的是，Type 1與Type 2之適用範圍將會有部分重疊之處，如圖一中之範圍A所示，位於範圍A內的所有量化DCT係數組均可同時適用Type 1與Type 2進行編碼。

接著，請參照圖二，圖二係繪示傳統的媒體編碼系統對量化係數組進行編碼之流程圖。如圖一所示，首先，執行步驟S10，判斷該組量化係數是否已被定義於一預設可變長度編碼表中。若步驟S10之判斷結果為是，該方法即執行步驟S11，直接根據該預設可變長度編碼表對該組量化係數進行編碼。若步驟S10之判斷結果為否，代表該預設可變長度編碼表中並未包含該組量化係數之編碼資訊，所以無法透過該預設可變長度編碼表對該組量化係數進行編碼。

此時，該方法執行步驟S12，判斷第一可變長度編碼模式(Type 1)是否適用於該組量化係數。若步驟S12之判斷結果為是，該方法即可執行步驟S13，根據第一可變長度編碼模式對該組量化係數進行編碼。若步驟S12之判斷結果為否，該方法執行步驟S14，判斷第二可變長度編碼模式(Type 2)是否適用於該組量化係數。若步驟S14之判斷結果為是，該方法即可執行步驟S15，根據第二可變長度編碼模式對該組量化係數進行編碼。由於第三可變長度編碼模式(Type 3)對於所有量化係數組而言均可適用，所以若步驟S14之判斷結果為否，該方法即執行步驟S16，根據第三可變長度編碼模式(Type 3)對該組量化係數進行編碼。

值得注意的是，判斷第一可變長度編碼模式是否適用於該組量化係數之步驟S12以及判斷第二可變長度編碼模式是否適用於該組量化係數之步驟S14之執行順序可互相交換，亦即Type 1與Type 2之判斷順序並無一定之限制，但順序交換後有可能會導致不同的判斷結果。

然而，上述的作法對於同時可適用於Type 1與Type 2之量化係數組(亦即圖一中之範圍A所涵蓋的量化係數組)，很可能會從Type 1與Type 2中選出「非最佳編碼模式」，亦即將該組量化係數透過「非最佳編碼模式」進行編碼後所得到之編碼長度並非最短編碼長度，故無法得到最佳的編碼效率(best coding efficiency)。

舉例而言，假設某組量化DCT係數(run,level,last)為(2,8,0)，同時適用於Type 1與Type 2且屬於幀內編碼之型式，根據上述習知方式，Type 1將會被選出對該組量化DCT係數進行編碼，所得到的編碼結果為「0000011,0,000011110s」，其編碼長度為18位元。然而，實際上若採用Type 2對該組量化DCT係數進行編碼，所得到的編碼結果將會是「0000011,10,010011s」，其編碼長度為16位元。

由上述結果可知，透過此一習知方式所選出之編碼模式對量化DCT係數組進行編碼，很可能得到的編碼結果並不具有最短編碼長度，故其編碼效率無法達到最佳化。此外，採用上述規則進行最佳編碼模式之判斷，不僅無法確保選出最佳編碼模式，還會使得傳統的媒體編碼系統之軟體及硬體變得相當複雜化，連帶造成實際生產成本上的增加。

因此，本發明之主要範疇在於提供一種媒體編碼系統、量化係數編碼裝置及量化係數編碼方法，以解決上述問題。

根據本發明之第一具體實施例為一種量化係數編碼裝置。於此實施例中，該量化係數編碼裝置係應用於一媒體編碼系統中。該量化係數編碼裝置包含一判斷模組、一編碼模式仲裁模組及一編碼模組。該判斷模組係用以判斷一組量化係數是否已被定義於一預設可變長度編碼表中。若該判斷模組之判斷結果為否，該編碼模式仲裁模組根據一預設規則自複數個預設編碼模式中決定出對應於該組量化係數之一最佳編碼模式。該編碼模組根據該最佳編碼模式對該組量化係數進行編碼。

根據本發明之第二具體實施例為一種量化係數編碼方法。於此實施例中，該量化係數編碼方法係應用於一媒體編碼系統中。首先，該量化係數編碼方法判斷一組量化係數是否已被定義於一預設可變長度編碼表中。若上述判斷結果為否，該量化係數編碼方法根據一預設規則自複數個預設編碼模式中決定出對應於該組量化係數之一最佳編碼模式。接著，該量化係數編碼方法根據該最佳編碼模式對該組量化係數進行編碼。

綜上所述，由於本發明之量化係數編碼裝置能夠正確地選出對應於量化DCT係數組之最佳編碼模式並根據最佳編碼模式對該量化DCT係數組進行可變長度編碼，故能確保該量化DCT係數組經過最佳編碼模式進行可變長度編碼後所得到之編碼長度為最短，藉以達到最佳化量化DCT係數編碼效率之功效。此外，由於本發明提出之量化係數編碼裝置判斷最佳編碼模式時所採用的規則相當簡單，故可有效地簡化媒體編碼系統之軟體及硬體設計，以降低實際生產之成本，提升市場競爭力。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之第一具體實施例為一種媒體編碼系統。於此實施例中，該媒體編碼系統係用以對一視訊串流進行編碼之程序。請參照圖三，圖三係繪示該媒體編碼系統之功能方塊圖。如圖三所示，媒體編碼系統1包含離散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform，下文簡以DCT稱之)裝置10、切換裝置11、位移估算裝置12、第一預估裝置13、第二預估裝置14、第三預估裝置15、形狀編碼裝置16、逆離散餘弦轉換(Inverse Discrete Cosine Transform，下文簡以IDCT稱之)裝置17、儲存裝置18、位移紋理編碼裝置19及視訊多工裝置20。

由於本發明之發明重點主要在於媒體編碼系統1中之位移紋理編碼裝置19，因此，接下來將進一步就位移紋理編碼裝置19之結構及運作原理做深入的探討。至於媒體編碼系統1中之其餘裝置屬於習知技術，故於此不另行贅述。

請參照圖四，圖四係繪示圖三中之位移紋理編碼裝置19的詳細功能方塊圖。如圖四所示，由於位移紋理編碼裝置19之一主要功能在於對經過DCT裝置10處理後所產生之量化DCT係數組進行編碼之程序，因此，位移紋理編碼裝置19包含有量化係數編碼裝置190，俾利此一程序之進行。

如圖四所示，量化係數編碼裝置190包含有判斷模組1900、編碼模式仲裁模組1902、編碼模組1904及儲存模組1906。其中，判斷模組1900係耦接至編碼模式仲裁模組1902及儲存模組1906；編碼模式仲裁模組1902係耦接至編碼模組1904及儲存模組1906。於此實施例中，當DCT裝置10將一組量化DCT係數傳送至量化係數編碼裝置190時，判斷模組1900將會判斷該組量化DCT係數是否已被定義於一預設可變長度編碼表中。

若判斷模組1900之判斷結果為是，亦即該組量化DCT係數的確已被定義於該預設可變長度編碼表內，編碼模組1904即會根據該預設可變長度編碼表所記載之編碼資訊對該組量化DCT係數進行編碼。於實際應用中，假設媒體編碼系統1為一MPEG-4媒體編碼系統，則該預設可變長度編碼表亦符合MPEG-4視訊編碼標準，但並不以此為限。

然而，若判斷模組1900之判斷結果為否，亦即該組量化DCT係數並未被定義於該預設可變長度編碼表內，故編碼模組1904無法透過該預設可變長度編碼表所記載之編碼資訊對該組量化DCT係數進行編碼。此時，編碼模式仲裁模組1902即需根據一預設規則自三種預設逸出編碼模式中決定出對應於該組量化DCT係數之一最佳逸出編碼模式。

於實際應用中，上述之預設規則係與該組量化DCT係數分別透過三種不同的預設逸出編碼模式(亦即Type 1、Type 2及Type 3)進行編碼後所得到之編碼長度大小有關。更詳細地說，該預設規則係指當該組量化DCT係數透過Type 1、Type 2及Type 3中之其一進行編碼後所得到之編碼長度最短，則此編碼模式即會被決定為對應於該組量化DCT係數之最佳編碼模式。

實際上，由於每一組量化DCT係數與其相對應的最佳編碼模式可以事先估算而得並儲存於一查找表內，故於此實施例中，儲存模組1906可儲存有一可變長度編碼最佳解表，且該可變長度編碼最佳解表記錄有每一組量化DCT係數與其相對應的最佳編碼模式，以供編碼模式仲裁模組1902進行最佳編碼模式仲裁時使用。

接著，將就編碼模式仲裁模組1902之架構及運作方式進行更進一步的探討。請參照圖五，圖五係繪示編碼模式仲裁模組1902之詳細功能方塊圖。如圖五所示，編碼模式仲裁模組1902包含有第一選擇器1902A、第二選擇器1902B及第三選擇器1902C。其中，第一選擇器1902A係耦接至第二選擇器1902B且第二選擇器1902B係耦接至第三選擇器1902C。至於第一選擇器1902A之數目可以是一個或多個，視實際運作之需求而定。

於此實施例中，第一選擇器1902A會自儲存模組1906存取該可變長度編碼最佳解表，以得到量化DCT係數組與其相對應的最佳編碼模式之相關資訊。接著，第一選擇器1902A即根據上述資訊與該組量化DCT係數的第一量化係數(run)進行比對。之後，第二選擇器1902B再根據上述資訊與該組量化DCT係數的第二量化係數(level)進行比對。

假設該組量化DCT係數可同時適用於Type 1與Type 2兩種編碼模式，則透過上述兩層的比對後，即可有效地分辨出Type 1及Type 2中之哪一種編碼模式才是對應於該組量化DCT係數之最佳編碼模式。假設透過上述兩層的比對後，發現到Type 1與Type 2均非該組量化DCT係數之最佳編碼模式，則可透過第三選擇器1902C確認適用範圍最廣的Type 3才是對應於該組量化DCT係數之最佳編碼模式。此外，第三選擇器1902C除了可用以比對第三量化係數(last)外，亦可用以決定最佳編碼模式係屬於幀間編碼或幀內編碼。

請參照圖六，圖六係繪示編碼模式仲裁模組1902之另一種運作方式。值得注意的是，圖六與圖五不同之處在於：圖六中之第一選擇器1902A係用以比對該組量化DCT係數的第二量化係數(level)且第二選擇器1902B係用以比對該組量化DCT係數的第一量化係數(run)。這也代表著第一量化係數(run)與第二量化係數(level)的比對順序並無一定的先後限制，亦不會影響到編碼模式仲裁模組1902最後的仲裁結果。這一點與先前技術中判斷順序交換後可能會有不同的判斷結果，有著極大的不同。

舉例而言，若量化DCT係數組為(2,8,0)，同時適用於Type 1與Type 2且屬於幀內編碼之型式，於先前技術中，非最佳的編碼模式Type 1將會被選出對該組量化DCT係數進行編碼，所得到的編碼結果為「0000011,0,000011110s」，相較於同樣符合編碼規定的Type 2編碼模式結果「0000011,10,010011s」，其編碼長度並非最短，亦即傳統的媒體編碼系統之編碼效率並無法確保能夠真正達到最佳化之境地。

然而，若透過本發明之編碼模式仲裁模組1902進行最佳編碼模式的判斷，由於編碼模式仲裁模組1902之三層選擇器係採用可變長度編碼最佳解表進行比對，上述誤判之情事並不會發生，故編碼模式仲裁模組1902所選出的最佳編碼模式Type 2對該組量化DCT係數進行編碼後的確可得到最短的編碼長度，藉以達到最佳化的編碼效率。

請參照圖七，圖七係繪示幀間編碼且係數Last=1之條件下，係數run與係數level之間的對應關係。如圖七所示，斜線部分代表的即是同時適用於Type 1與Type 2的量化DCT係數組；圖七中的列表係代表斜線部分的量化DCT係數組分別根據Type 1與Type 2所得到之編碼長度大小，以決定何者為最佳編碼模式。舉例而言，假設某量化DCT係數組為(1,4,1)，就圖七可知，量化DCT係數組(1,4,1)可同時適用於Type 1與Type 2，並且由圖七之列表可得對應於量化DCT係數組(1,4,1)之最佳編碼模式為Type 1。因此，編碼模式仲裁模組1902將會選出Type 1作為量化DCT係數組(1,4,1)的最佳編碼模式，接著，編碼模組1904即根據Type 1對量化DCT係數組(1,4,1)進行編碼，藉以得到最佳之編碼效率。

實際上，該預設可變長度編碼表可以是一幀內編碼表或一幀間編碼表，分別供位於視訊串流中之同一幀內的兩個大區塊或相鄰兩幀的兩個大區塊進行編碼。此外，該組量化係數可以是離散餘弦轉換係數，但不以此為限。

若判斷模組1900之判斷結果為否，編碼模式仲裁模組1902將會根據一預設規則自複數個預設編碼模式中決定出對應於該組量化係數之一最佳編碼模式。編碼模組1904根據該最佳編碼模式對該組量化係數進行編碼。於實際應用中，該預設規則係與該組量化係數分別透過該複數個預設編碼模式進行編碼後所得到之編碼長度大小有關。

更進一步而言，若該組量化係數透過該複數個預設編碼模式中之一特定編碼模式進行編碼後所得到之編碼長度最短，則編碼模式仲裁模組1902即決定該特定編碼模式為該最佳編碼模式。至於本實施例之量化係數編碼裝置190的詳細架構及實際運作情形，請參照第一具體實施例中相關之說明及圖示，在此不另行贅述。

根據本發明之第三具體實施例為一種量化係數編碼裝置運作方法。於此實施例中，量化係數編碼裝置190係應用於媒體編碼系統1中。請參照圖八，圖八係繪示該量化係數編碼裝置運作方法之流程圖。如圖八所示，首先，於步驟S20中，量化係數編碼裝置190判斷一組量化係數是否已被定義於一預設可變長度編碼表中。實際上，該預設可變長度編碼表係符合MPEG-4視訊編碼標準；該組量化係數可以是離散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform,DCT)係數。

若步驟S20的判斷結果為是，該方法執行步驟S21，根據該預設可變長度編碼表對該組量化係數進行可變長度編碼。若步驟S20的判斷結果為否，該方法執行步驟S22，根據一預設規則自三個預設編碼模式中決定出對應於該組量化係數之一最佳編碼模式。

於實際應用中，該預設規則係與該組量化係數分別透過該複數個預設編碼模式進行編碼後所得到之編碼長度大小有關。若該組量化係數透過該複數個預設編碼模式中之一特定編碼模式進行編碼所得到之編碼長度最短，則該特定編碼模式即會被決定為該最佳編碼模式。

若步驟S22所決定之最佳編碼模式為第一可變長度編碼模式(Type 1)，則該方法執行步驟S23，根據第一可變長度編碼模式對該組量化係數進行可變長度編碼；若步驟S22所決定之最佳編碼模式為第二可變長度編碼模式(Type 2)，則該方法執行步驟S24，根據第二可變長度編碼模式對該組量化係數進行可變長度編碼；若步驟S22所決定之最佳編碼模式為第三可變長度編碼模式(Type 3)，則該方法執行步驟S25，根據第三可變長度編碼模式對該組量化係數進行可變長度編碼。

綜上所述，由於本發明之量化係數編碼裝置能夠正確地選出對應於量化係數組之最佳編碼模式並根據最佳編碼模式對該量化係數組進行可變長度編碼，故可避免如同先前技術一樣選出無法得到最短編碼長度之「非最佳編碼模式」對該量化係數組進行編碼。因此，本發明提出的媒體編碼系統能夠透過量化係數編碼裝置確保該量化係數組經過最佳編碼模式進行可變長度編碼後所得到之編碼長度為最短，藉以達到最佳化量化係數編碼效率之功效。

此外，由於本發明提出之量化係數編碼裝置判斷最佳編碼模式時所採用的判斷規則相當簡單，故可大幅簡化原本媒體編碼系統複雜的軟體及硬體設計，以降低實際生產時之成本，提升產品於市場上之競爭力。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

S10~S25．．．流程步驟

1．．．媒體編碼系統

10．．．DCT裝置

11．．．切換裝置

12．．．位移估算裝置

13．．．第一預估裝置

14．．．第二預估裝置

15．．．第三預估裝置

16．．．形狀編碼裝置

17．．．IDCT裝置

18．．．儲存裝置

19．．．位移紋理編碼裝置

20．．．視訊多工裝置

190．．．量化係數編碼裝置

1900．．．判斷模組

1902．．．編碼模式仲裁模組

1904．．．編碼模組

1906．．．儲存模組

1902A．．．第一選擇器

1902B．．．第二選擇器

1902C．．．第三選擇器

圖一係繪示可變長度編碼表及其他三種可變長度編碼模式之適用範圍間之相對關係的示意圖。

圖二係繪示傳統的媒體編碼系統對量化係數組進行編碼之流程圖。

圖三係繪示根據本發明之第一具體實施例的媒體編碼系統之功能方塊圖。

圖四係繪示圖三中之量化係數編碼裝置的詳細功能方塊圖。

圖五及圖六係分別繪示圖四中之編碼模式仲裁模組的兩種不同運作方式。

圖七係繪示幀間編碼且DCT係數Last=1之條件下，DCT係數run、level與最佳編碼模式之間的對應關係。

圖八係繪示根據本發明之第二具體實施例之量化係數編碼裝置運作方法的流程圖。

19．．．位移紋理編碼裝置

1900．．．判斷模組

190．．．量化係數編碼裝置

1904．．．編碼模組

1902．．．編碼模式仲裁模組

1906．．．儲存模組

Claims (13)

1. 一種量化係數編碼裝置(quantized coefficient coding apparatus)，應用於一媒體編碼系統(media encoding system)中，該量化係數編碼裝置包含：一判斷模組，用以判斷一組量化係數(quantized coefficient)是否已被定義於一預設可變長度編碼(Variable Length Coding,VLC)表中；一編碼模式仲裁模組，耦接至該判斷模組，若該判斷模組之判斷結果為否，該編碼模式仲裁模組根據一預設規則自複數個預設編碼模式中決定出對應於該組量化係數之一最佳編碼模式；以及一編碼模組，耦接至該編碼模式仲裁模組，該編碼模組根據該最佳編碼模式對該組量化係數進行編碼；其中該編碼模式仲裁模組包括一第一選擇器及一第二選擇器，以執行兩層比對，該第一選擇器比對該組量化係數的一第一量化係數，該第二選擇器比對該組量化係數的一第二量化係數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之量化係數編碼裝置，其中該預設可變長度編碼表符合MPEG-4視訊編碼標準，若該判斷模組之判斷結果為是，該編碼模組根據該預設可變長度編碼表對該組量化係數進行編碼。
3. 如申請專利範圍第1項所述之量化係數編碼裝置，其中該組量化係數為離散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform,DCT)係數。
4. 如申請專利範圍第1項所述之量化係數編碼裝置，其中該預設規則係與該組量化係數分別透過該複數個預設編碼模式進行編碼後所得到之編碼長度大小有關。
5. 如申請專利範圍第1項所述之量化係數編碼裝置，其中若該組量化係數透過該複數個預設編碼模式中之一特定編碼模式進行編碼後所得到之編碼長度最短，則該編碼模式仲裁模組即決定該特定編碼模式為該最佳編碼模式。
6. 如申請專利範圍第1項所述之量化係數編碼裝置，其中該組量化係數與其相對應的該最佳編碼模式係儲存於一查找表(look-up table)內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之量化係數編碼裝置，其中該預設可變長度編碼表為一幀內(intra-frame)編碼表，用以供位於視訊串流(video stream)中之任一幀的任一巨集區塊(macro-block)進行幀內編碼(intra coding)。
8. 如申請專利範圍第1項所述之量化係數編碼裝置，其中該預設可變長度編碼表為一幀間(inter-frame)編碼表，用以供位於視訊串流中之任一幀的任一巨集區塊進行幀間編碼(inter-coding)。
9. 一種量化係數編碼方法，該量化係數編碼方法係應用於一媒體編碼系統中，該方法包含下列步驟：判斷一組量化係數是否已被定義於一預設可變長度編碼表中；若上述判斷結果為否，根據一預設規則自複數個預設編 碼模式中決定出對應於該組量化係數之一最佳編碼模式；以及根據該最佳編碼模式對該組量化係數進行編碼；其中決定該最佳編碼模式之步驟包括兩層比對，第一層比對該組量化係數的一第一量化係數，第二層比對該組量化係數的一第二量化係數。
10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該預設可變長度編碼表符合MPEG-4視訊編碼標準，若上述判斷結果為該組量化係數已被定義於該預設可變長度編碼表中，該方法更包含下列步驟：根據該預設可變長度編碼表對該組量化係數進行編碼。
11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該組量化係數為離散餘弦轉換係數。
12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該預設規則係與該組量化係數分別透過該複數個預設編碼模式進行編碼後所得到之編碼長度大小有關。
13. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中若該組量化係數透過該複數個預設編碼模式中之一特定編碼模式進行編碼所得到之編碼長度最短，則該特定編碼模式即會被決定為該最佳編碼模式。