專利名稱：使用矢量量化技術對圖象信號進行編碼的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖象信號編碼裝置，更具體地說，涉及一種使用矢量量化技術能有效地減少待被發(fā)送的編碼圖象數(shù)據(jù)量的裝置。
數(shù)字視頻信號的傳輸可比模擬信號的傳輸傳送質(zhì)量高得多的視頻圖象。當由一序列圖象“幀”組成的圖象信號以數(shù)字形式表示時，便會產(chǎn)生大量的傳輸數(shù)據(jù)，尤其是在高清晰度電視系統(tǒng)的情況下。然而，因為常規(guī)傳輸信道的可利用的頻率帶寬是有限的，為了通過有限的信道帶寬發(fā)送大量的數(shù)字數(shù)據(jù)，必然要壓縮或減少傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量。在各種視頻壓縮技術中，一種把時間和空間壓縮技術與統(tǒng)計編碼技術結合在一起的所謂的混合編碼技術是已知最有效的。
在常規(guī)的混合編碼技術中，通過用二維變換技術以及量化變換系數(shù)來壓縮數(shù)字視頻信號塊。
數(shù)字視頻信號塊可以是幀間塊或者幀內(nèi)塊，其中幀間塊代表已有技術中熟知的運動補償?shù)腄PCM(差分脈沖碼調(diào)制)塊，幀內(nèi)塊表示數(shù)字視頻信號的當前幀的象素數(shù)據(jù)塊。
二維變換技術，例如減少或消除幀內(nèi)塊或幀間塊中圖象數(shù)據(jù)之間的空間冗余的DCT，把數(shù)字圖象數(shù)據(jù)塊，例如8×8象素塊轉換成一組變換系數(shù)數(shù)據(jù)。通過以量化、折線掃描、行程長度編碼(RLC)以及可變長度編碼(VLC)對這些變換系數(shù)數(shù)據(jù)進行處理，可以有效地壓縮待被發(fā)送的數(shù)據(jù)量。
具體地說，變換系數(shù)數(shù)據(jù)塊被量化，然后被折線掃描，從而產(chǎn)生由多個零和非零值構成的編碼的圖象數(shù)據(jù)流。此后，對數(shù)據(jù)流進行行程長度編碼，以利用其中零值的行程。
使用RLC的常規(guī)的裝置將該數(shù)據(jù)流轉換成多個行程長度及其相應的電平，其中行程長度表示在非零值之前一串連續(xù)零中零的數(shù)量，及該電平表示該串連續(xù)零后面的非零值的大小。
一般地說，行程一電平對流通過VLC技術被進一步處理。VLC技術使用一VLC表，其中將VLC表中的一個可變長度碼字指定給由RLC產(chǎn)生一個行程一電平對。在VLC技術中，因為較短的可變長度碼字被指定給一個統(tǒng)計上較頻繁發(fā)生的行程一電平對，所以可變長度碼字的平均字長變得比源數(shù)字碼即行程一電平對的平均字長短。
然而，因為非零值量化的DCT系數(shù)主要位于必然伴有大量的要被編碼的行程一長度對的低頻區(qū)內(nèi)，所以通過使用通常具有基于源數(shù)字碼的全部統(tǒng)計的VLC表的常規(guī)的可變長度編碼技術來減少可變長度碼字是困難的。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種圖象編碼裝置，該裝置通過使用矢量量化器和基于視頻信號的局部統(tǒng)計的VLC編碼器可以使位速率有效地減小。
按照本發(fā)明，提供一種用于編碼數(shù)字視頻信號的數(shù)字視頻信號編碼器，其中所述數(shù)字視頻信號由一系列視頻幀表示，各視頻幀被劃分成多個編碼塊，所述數(shù)字視頻信號編碼器包括源編碼裝置，用于產(chǎn)生和各編碼塊相應的一組量化的變換系數(shù)；掃描裝置，用于通過使用折線掃描方法掃描該組量化的變換系數(shù)，從而產(chǎn)生第一和第二子組的掃描的量化變換系數(shù)，第一子組包括位于預定的低頻區(qū)的多個量化的變換系數(shù)，第二子組具有其余的量化的變換系數(shù)；統(tǒng)計編碼裝置，用于統(tǒng)計地編碼第二子組的量化的變換系數(shù)，從而產(chǎn)生統(tǒng)計編碼的數(shù)據(jù)；以及矢量量化編碼裝置，用于矢量量化第一子組的掃描的量化變換系數(shù)，從而產(chǎn)生矢量量化的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的上述以及其它的目的和特點從下面結合附圖對最佳實施例的說明中會變得更加明了，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的采用一矢量量化器的圖象信號編碼系統(tǒng)的方框圖；以及圖2是說明量化的變換系數(shù)塊的示例性圖。
由圖1可見，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一矢量量化器的改進的圖象信號編碼裝置10的方框圖。
編碼裝置10包括一DCT(離散余弦變換)及量化電路110，一掃描電路20，一矢量量化器150，以及一統(tǒng)計編碼器160。
輸入的視頻信號被提供給DCT及量化電路110，其中輸入數(shù)字視頻信號包括具有例如當前視頻幀和先前視頻幀的多個視頻幀。視頻幀信號逐塊地被處理，其中視頻幀信號塊可以是上述幀內(nèi)塊或幀間塊，且視頻幀塊的大小一般在8×8和32×32個象素之間的范圍內(nèi)。正如現(xiàn)有技術中所公知的，DCT及量化電路110包括一離散余弦變換(DCT)電路(未示出)和一量化電路(未示出)。
在DCT及量化電路110，各輸入數(shù)字視頻信號通過使用例如DCT的常規(guī)的變換技術被變換為一組例如DCT系數(shù)，其中，正如現(xiàn)有技術中所熟知的，非零的或有效的DCT系數(shù)主要出現(xiàn)在包括一DC系數(shù)的低頻區(qū)，零或無效的DCT系數(shù)集中在高頻區(qū)。然后，塊中的DCT系數(shù)在DCT及量化電路110通過使用任何已知的量化方法被量化成一組量化的DCT系數(shù)。正如現(xiàn)有技術中所熟知的，集中在高頻區(qū)的無效的DCT系數(shù)通過量化被轉換成零值量化的DCT系數(shù)。因此，非零值量化的DCT系數(shù)位于如圖2所示的塊的左上角的低頻區(qū)內(nèi)而大多數(shù)零值系數(shù)位于高頻區(qū)內(nèi)。
DCT及量化電路110輸出該組被提供給掃描電路20的量化的DCT系數(shù)。掃描電路20包括一折線掃描單元120，一開關控制單元130和一開關140，并用來進行折線掃描，以產(chǎn)生第一子組量化的DCT系數(shù)和第二子組量化的DCT系數(shù)。折線掃描單元120沿著預定的例如折線掃描路徑從低頻量化的DCT系數(shù)向高頻量化的DCT系數(shù)順序地掃描該組量化的DCT系數(shù)，如圖2所示，其中的掃描順序由在相應的量化的DCT系數(shù)部分的數(shù)字表示。具體地說，在折線掃描單元120中，量化的DCT系數(shù)沿從圖2所示的塊的左上角的DC分量開始沿一折線掃描路徑被掃描。
然后掃描的量化DCT系數(shù)被送入開關控制單元130和開關140。開關控制單元130對來自折線掃描單元120的掃描的量化DCT系數(shù)進行計數(shù)，并如果計數(shù)值等于或小于一個代表在該組量化的DCT系數(shù)中預定的低頻區(qū)的一端部的預定數(shù)M，例如15時，M是大于1而小于64的正整數(shù)，則向開關140提供第一控制信號S1。當計數(shù)值大于該預定數(shù)時，開關控制單元130則向開關140提供一第二控制信號S2。
響應于第一和第二控制信號S1和S2中的每一個，開關140向矢量量化器150和統(tǒng)計編碼器160中的每一個提供掃描的量化DCT系數(shù)。換句話說，具有第一掃描的量化DCT系數(shù)的第一子組200被提供給矢量化器150，而包括高頻區(qū)中的其余系數(shù)的第二子組210被送入可變長度編碼器160。
矢量量化器150包括一存儲器151，一誤差計算單元152和一選擇單元153。存儲器151存儲具有預定數(shù)N，例如1024個矢量模式的碼本，N是大于1的正整數(shù)，以及一相應組的索引。借助于使用由經(jīng)驗獲得的源數(shù)字碼的統(tǒng)計情況來選擇該組矢量模式。各矢量模式包括預定的M個矢量元素，例如M對應于包含在第一子組內(nèi)的量化的DCT系數(shù)的個數(shù)。誤差計算單元151接收第一子組量化的DCT系數(shù)，該組矢量模式以及相應的該組索引，并使第一子組和各矢量模式進行比較，從而產(chǎn)生一組均方差(MSE)。每個均方差按下式獲得。MSEi=1MΣ[C(n)-Ai(n)]2]]>其中i＝1，2，3…，N；n＝1，2，3…，M；N和M是大于1的正整數(shù)；C(n)是包含在第一子組中的量化的DCT系數(shù)；Ai(n)是包含在第i個矢量圖形中的相應的元素。
該組MSE和相應的該組索引被送入用來選擇帶有最小MSE的一個索引的選擇單元153。然后，把選擇的索引送到信道編碼器170。
統(tǒng)計單元160包括一行程長度編碼單元161和一可變長度編碼單元162，并接收來自開關140的第二組量化的DCT系數(shù)。行程長度編碼單元161將第二組量化的DCT系數(shù)順序地轉換成行程一電平對，每個行程一電平對代表一行程長度和一個相應的電平，其中行程長度代表在一非零值以前的一串連續(xù)零中零的個數(shù)，而電平表示跟隨著該串連續(xù)零后的非零值的大小。來自行程長度編碼單元161的行程一電平對被提供給可變長度編碼單元162，它把相應于高頻區(qū)的行程一電平對以這樣一種方式轉換成可變長度碼字，即使得較短的可變長度碼字被指定給在統(tǒng)計上較頻繁發(fā)生的行程一電平對。
此后，來自可變長度編碼單元162的可變長度碼字被提供給信道編碼器170，它使所選擇的索引和可變長度碼字相結合，并作為編碼的視頻信號發(fā)送該結合的索引和碼字。
由上述可見，本發(fā)明的編碼器包括一矢量量化器，用來編碼位于預定的低頻區(qū)的第一組量化的DCT系數(shù)，其中該第一組比位于高頻區(qū)的第二組量化DCT系數(shù)具有更多的行程一長度對。因此，可以理解，本發(fā)明的編碼器可以有效地減少要被發(fā)送的編碼圖象數(shù)據(jù)的數(shù)量。
雖然本發(fā)明已結合最佳實施例進行了說明，顯然對本領域的技術人員來說，在不脫離所附權利要求限定的本發(fā)明的范圍的前提下可以作出各種變化和改型。
權利要求
1.一種用來對數(shù)字視頻信號進行編碼的數(shù)字視頻信號編碼器，其中所述數(shù)字視頻信號通過一系列視頻幀來表示，每個視頻幀被劃分成多個編碼塊，所述編碼器包括源編碼裝置，用來產(chǎn)生和每個編碼塊相應的一組量化的變換系數(shù)；掃描裝置，用來掃描該組量化的變換系數(shù)，從而產(chǎn)生第一及第二子組掃描的量化變換系數(shù)，第一子組包括位于預定的低頻區(qū)上的預定數(shù)量的量化的變換系數(shù)，第二子組具有其余的量化的變換系數(shù)；統(tǒng)計編碼裝置，用來對第二子組量化的變換系數(shù)進行統(tǒng)計編碼，從而產(chǎn)生統(tǒng)計編碼的數(shù)據(jù)；以及矢量量化編碼裝置，用來矢量量化第一子組掃描的量化變換系數(shù)，從而產(chǎn)生矢量量化的數(shù)據(jù)。
2.如權利要求1所述的數(shù)字視頻信號編碼器，其中的掃描裝置包括用來對所述預定數(shù)進行計數(shù)的計數(shù)裝置。
3.如權利要求2的數(shù)字視頻信號編碼器，其中矢量量化編碼裝置包括用來存儲多個矢量模式的裝置，每個矢量模式具有所述預定數(shù)量的矢量元素和與每個矢量模式相應的多個索引；誤差計算裝置，用來計算第一組掃描的量化變換系數(shù)和每個矢量模式之間的均方差；以及選擇裝置，用來選擇一待被發(fā)送的索引，所述索引代表帶有一最小均方差的矢量模式。
4.如權利要求3的數(shù)字視頻信號編碼器，其中統(tǒng)計編碼裝置包括行程長度編碼裝置，用來把第二組掃描的量化變換系數(shù)轉換為多個行程一電平對；以及可變長度編碼裝置，用來對每個行程一電平對進行編碼，從而生成多個可變長度碼字作為統(tǒng)計編碼的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種數(shù)字視頻信號編碼器，包括離散余弦變換及量化電路，用來產(chǎn)生相應于每個編碼塊的一組量化的變換系數(shù)，并通過掃描電路被分成第一及第二子組掃描的量化變換系數(shù)。第一和第二子組分別被送入矢量量化器和可變長度編碼器?？勺冮L度編碼器對第二子組量化變換系數(shù)進行統(tǒng)計編碼，從而產(chǎn)生統(tǒng)計編碼的數(shù)據(jù)；矢量量化器對第一子組掃描的量化變換系數(shù)進行矢量量化，從而產(chǎn)生矢量量化的數(shù)據(jù)。
文檔編號G06T9/00GK1143885SQ9610397
公開日1997年2月26日 申請日期1996年3月28日 優(yōu)先權日1995年3月28日
發(fā)明者丁海默 申請人:大宇電子株式會社