專利名稱：變換編碼系統(tǒng)的變換系數(shù)選擇方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜圖像/動圖像的編碼系統(tǒng)的變換系數(shù)選擇方法及其裝置，特別是涉及在使復(fù)原圖像的品質(zhì)進(jìn)一步提高的變換編碼系統(tǒng)的變換系數(shù)選擇方法及其裝置，該方法及其裝置通過根據(jù)與利用選擇系數(shù)的波特產(chǎn)生量對應(yīng)的復(fù)原圖像品質(zhì)的變化量選擇確定個數(shù)變換系數(shù)提高復(fù)原圖像品質(zhì)。
隨著數(shù)字傳送媒體的發(fā)展，最近用于數(shù)字圖像的存儲和傳送的國際標(biāo)準(zhǔn)化正在活躍進(jìn)行。近年來，根據(jù)這樣的標(biāo)準(zhǔn)化操作結(jié)果確定了與JPEG、MPEG-1、MPEG-2等靜圖像和動圖像編碼方式相對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。
為了使圖像信號沒有冗長性地減少數(shù)據(jù)量，通常要進(jìn)行變換編碼。在變換編碼過程中，將1個畫面分成N×N象素尺寸塊，對每個塊進(jìn)行變換編碼，把空間域的圖像信號變換成頻率域的信號。通過這個變換編碼可以使信號的能量主要集中在低頻區(qū)。在這樣的編碼變換中使用寬幅離散余弦變換(DCT)。變換編碼的方式提示了使變換系數(shù)量化并將量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行可變長度編碼，進(jìn)一步使數(shù)據(jù)量壓縮的編碼技術(shù)。


圖1示出了在靜圖像編碼系統(tǒng)中國際標(biāo)準(zhǔn)化的JPEG的構(gòu)成。在圖1的裝置中，圖像分割單元1將輸入圖像信號分割成N×N個尺寸的塊輸出。DCT變換單元2將從圖像分割單元1輸入的N×N個塊進(jìn)行二次DCT變換后產(chǎn)生DCT系數(shù)。量化單元3從DCT變換單元2輸入DCT系數(shù)進(jìn)行量化?？勺冮L度編碼單元4生成對應(yīng)量化的DCT系數(shù)的可變長度編碼，通過通道將可變長度編碼傳送給譯碼器。在譯碼器側(cè)輸入編碼的數(shù)據(jù)通過逆過程使圖像復(fù)原。
圖2示出了在動圖像編碼系統(tǒng)中國際標(biāo)準(zhǔn)化的MPEG的構(gòu)成。在圖2中，圖像分割單元11將輸入圖像分割成M×M個尺寸的塊，并將各分割塊輸出給動作檢測單元20和誤差生成單元12。在動作檢測單元20中通過運(yùn)動預(yù)測，把現(xiàn)在輸入的M×M個尺寸的塊和最佳匹配的塊從已經(jīng)存儲在幀存儲器中的以前的圖像取出。誤差生成單元12把現(xiàn)在輸入的塊與動作檢測單元20輸出的預(yù)測塊之間的差信號輸出給變換單元13。在DCT變換單元中就M×M個尺寸的差信號把它分成N×N尺寸的小塊，以N×N塊為單位進(jìn)行DCT變換。DCT變換的N×N系數(shù)經(jīng)過量化單元14進(jìn)行量化，量化的信號通過可變長編碼單元15進(jìn)行可變長度編碼，再通過通道傳送給譯碼器。另外，量化的差信號通過逆量化單元16和逆DCT變換單元17復(fù)原，復(fù)原的差信號與動作檢出單元20輸出的預(yù)測塊相加存儲在幀存儲器19中。
可是在上述的靜圖像編碼裝置和動圖像編碼裝置進(jìn)行對應(yīng)DCT變換系數(shù)的量化，并通過可變長度編碼傳送不為‘0’的量化系數(shù)。由于沒有經(jīng)過選擇DCT系數(shù)的步驟，所以在確定傳送系數(shù)時沒有考慮復(fù)原圖像的品質(zhì)，并且也不是根據(jù)由可變長度編碼器發(fā)生的波特量確定的傳遞送系數(shù)，因此在現(xiàn)有的方法中存在著下述缺點(diǎn)由于沒有根據(jù)由變換系數(shù)產(chǎn)生的波特量和由此產(chǎn)生的復(fù)原圖像的復(fù)原圖像品質(zhì)的變化量而使變換系數(shù)的選擇缺少有效性。
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的是提供一種使編碼系統(tǒng)最優(yōu)化的編碼系統(tǒng)的變換系數(shù)選擇方法及其裝置，其手段是在變換編碼系統(tǒng)中隨著波特量根據(jù)復(fù)原圖像品質(zhì)的變化量選擇確定個數(shù)的變換系數(shù)。
上述的本發(fā)明目的是通過以包括下述單元為特征的編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇裝置達(dá)到的在對分割成規(guī)定尺寸塊的輸入圖像信號進(jìn)行DCT變換實(shí)現(xiàn)可變長度編碼的編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇裝置中，包括計算上述DCT變換系數(shù)的波特量的波特量計算單元，使上述DCT變換的系數(shù)復(fù)原后生成復(fù)原塊的局部譯碼器，選擇根據(jù)波特量變化量設(shè)定既定個數(shù)的變換系數(shù)的控制單元，所述的波特量變化量是通過接收輸入塊就各變換系數(shù)選擇由上述局部譯碼器復(fù)原的塊與輸入塊之間的誤差引起塊變化量和各變換系數(shù)產(chǎn)生的。
另外，上述本發(fā)明的目的是通過以下述步驟為特征的編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇方法達(dá)到的。在對分割成規(guī)定尺寸的塊的輸入圖像信號進(jìn)行DCT變換實(shí)現(xiàn)可變長度編碼的變換編碼系統(tǒng)的選擇方法中，包括將上述DCT變換系數(shù)中的任意系數(shù)設(shè)定為‘0’的第一步驟，計算被由除以在上述第一步驟中設(shè)定為‘0’的系數(shù)后的余數(shù)的變換系數(shù)復(fù)原的塊和輸入塊的塊變化量相對應(yīng)的波特量變化量的比限定的圖像品質(zhì)劣化比的第二步驟，就全部變換系數(shù)進(jìn)行上述第一步驟和第二步驟的過程計算對應(yīng)全部變換系數(shù)的圖像劣化比的第三步驟，消去在上述第三步驟中算出的圖像品質(zhì)劣化比的最小變換系數(shù)的第四步驟。
反復(fù)進(jìn)行上述第二步驟到第四步驟的過程，直到重復(fù)進(jìn)行的剩余的變換系數(shù)的數(shù)目等于既定的設(shè)定值為止的第五步驟。
此外，上述的本發(fā)明目的通過以包括下述步驟為特征的編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇方法達(dá)到在對分割成規(guī)定尺寸塊的輸入圖像信號進(jìn)行DCT變換實(shí)現(xiàn)可變長度編碼的編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇方法中，包括將上述DCT變換系數(shù)中的全部系數(shù)設(shè)定為‘0’的第一步驟通過把上述設(shè)定為‘0’的變換系數(shù)中的任意變換系數(shù)變換成設(shè)定為‘0’的上述原變換系數(shù)值并將不為‘0’的變換系數(shù)相加的第二步驟，計算由被上述第二步驟中相加的變換系數(shù)復(fù)原的塊與輸入塊之間的平均方差同這時的波特量增加量的比率限定的圖像品質(zhì)提高比的第三步驟，就上述設(shè)定為‘0’的全部變換系數(shù)進(jìn)行上述第一和第二步驟的過程，計算出對應(yīng)全部變換系數(shù)的圖像品質(zhì)提高比的第四步驟，選擇對應(yīng)上述第四步驟中計算出的圖像提高比的最大變換系數(shù)的第五步驟，反復(fù)進(jìn)行上述第二步驟到第五步驟的過程，直到重復(fù)進(jìn)行到選擇的變換系數(shù)的數(shù)目與既定設(shè)定值為同一值時為止的第六步驟。
附圖的簡要說明圖1是國際標(biāo)準(zhǔn)靜圖像編碼系統(tǒng)(JPEG)構(gòu)成圖；圖2是國際標(biāo)準(zhǔn)的動圖像編碼系統(tǒng)(MPEG)的構(gòu)成圖；圖3是本發(fā)明的編碼系統(tǒng)的構(gòu)成圖；圖4是圖3中的系數(shù)選擇單元50的詳細(xì)構(gòu)成圖；圖5是用于說明本發(fā)明的一實(shí)施例的變換系數(shù)選擇方法的流程圖；圖6是用于說明本發(fā)明的另一實(shí)施例的變換系數(shù)選擇方法的流程圖。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例。
圖3示出了采用本發(fā)明的變換系數(shù)選擇方法的變換編碼系統(tǒng)。
如圖3所示，本發(fā)明的系數(shù)選擇單元50只選擇位于量化單元40的輸出端量化后的DCT系數(shù)中規(guī)定的個數(shù)，系數(shù)選擇單元50與用于輸入選擇的系數(shù)編碼的可變長度編碼單元60相連接。
圖4是圖3中的系數(shù)選擇單元50的詳細(xì)構(gòu)成圖。如圖所示，系數(shù)選擇單元50裝有用于輸入由量化單元40量化的變換系數(shù)計算總波特量的波特量計算單元52。系數(shù)選擇單元50裝有用于輸入量化后的變換系數(shù)產(chǎn)生復(fù)原塊的局部譯碼器54。局部譯碼器54由逆量化單元542和逆DCT變換單元544構(gòu)成。波特量計算單元52和局部譯碼器54的輸出端與利用輸出信號，根據(jù)對應(yīng)波特產(chǎn)生量的復(fù)原圖像品質(zhì)變化量選擇輸出變換系數(shù)的控制單元56相連接。
下面說明上述構(gòu)成的本發(fā)明裝置的操作。
系數(shù)選擇單元50的波特量計算單元52計算從量化單元40輸入的量化變換系數(shù)的總波特量。局部譯碼器54輸入變換系數(shù)使其量化、進(jìn)行逆DCT變換復(fù)原生成復(fù)原元塊?？刂茊卧?6輸入量化后的變換系數(shù)、從波特量計算單元52輸入變換系數(shù)的總波特量、從局部譯碼器54輸入復(fù)原塊和分割成N×N尺寸的DCT變換前的輸入塊，根據(jù)通過選擇由各變換系數(shù)復(fù)原的塊與輸入塊之間的誤差引起的塊變化量和各變換系數(shù)產(chǎn)生的波特量變化量選擇輸出設(shè)定的既定個數(shù)的變換系數(shù)。
下面用二個實(shí)施例詳細(xì)說明選擇被控制單元56設(shè)定的既定個數(shù)的變換系數(shù)的方式。
首先，根據(jù)圖5的流程圖說明本發(fā)明的第一實(shí)施例的控制單元56的操作。
控制單元56選擇量化后的DCT系數(shù)中不為“0”的全部系數(shù)并在初始系數(shù)集合中設(shè)定對不為“0”的DCT系數(shù)的個數(shù)進(jìn)行計數(shù)(步驟100)。
然后計算就包含上述初始系數(shù)內(nèi)的系數(shù)使各系數(shù)為“0”時(步驟110)的復(fù)原塊產(chǎn)生的圖像品質(zhì)劣化度(步驟120)。使各系數(shù)為‘0’時的圖像品質(zhì)劣化度作為對應(yīng)復(fù)原圖像品質(zhì)的圖像品質(zhì)變化量的波特量減少的比率被限定。例如設(shè)使第1號變換系數(shù)為‘0’時復(fù)原圖像品質(zhì)的圖像質(zhì)量變化量為△D(i)，如果設(shè)與其對應(yīng)的變換系數(shù)為△B(i)，所使第i號變換系數(shù)為‘0’時的圖像劣化度是-△D(i)/△B(i)。
另外，就包含在上述初始系數(shù)集合的系數(shù)即不為‘0’的全部系數(shù)判斷上述限定的圖像品質(zhì)劣化度是否已計算過(步驟130)。如果就判斷結(jié)果，不為‘0’的全部系數(shù)正在進(jìn)行計算圖像品質(zhì)劣化度，則從步驟110反復(fù)進(jìn)行計算對應(yīng)不為‘0’的全部品質(zhì)劣化度。如果在步驟130中判斷為對應(yīng)不為‘0’的全部系數(shù)的圖像劣化度已計算，選擇其中圖像品質(zhì)劣化度為最小的系數(shù)(步驟140)，使變換系數(shù)中選擇的系數(shù)為‘0’(步驟150)。圖像品質(zhì)劣化度為最小的系數(shù)是對包含在上述初始系數(shù)集合內(nèi)的系數(shù)中即不為‘0’的系數(shù)中的圖像品質(zhì)的影響最小的系數(shù)。因?yàn)槭箤?yīng)圖像品質(zhì)劣化度的最小系數(shù)為‘0’，所以從上述初始系數(shù)集中消去該系數(shù)，使從不為‘0’的全部系數(shù)的總個數(shù)K中減去1后的‘K-1’變成不為‘0’的DCT系數(shù)的個數(shù)K(步驟160)。然后判斷上述不為‘0’的DCT系數(shù)的個數(shù)K是否等于設(shè)定的既定值‘NUM1’(步驟170)。因此，‘NUM1’是用于由系數(shù)選擇單元50選擇輸出的變換系數(shù)的個數(shù)，是由使用者設(shè)定的值。如果步驟170的判斷結(jié)果不為‘0’的DCT系數(shù)的個數(shù)K比‘NUM1’大，則就不為‘0’的變換系數(shù)從上述步驟110開始重復(fù)進(jìn)行。如果步驟170的判斷結(jié)果不為‘0’的DCT系數(shù)的個數(shù)K等于‘NUM1’，則就結(jié)束系數(shù)選擇輸出剩余的不為‘0’的DCT系數(shù)。
下面根據(jù)圖6的流程圖說明本發(fā)明的第二實(shí)施例中的控制單元56的操作。
與上述第1實(shí)施例中消去不為‘0’的變換系數(shù)中的圖像品質(zhì)劣化度低的系數(shù)輸出設(shè)定的個數(shù)的變換系數(shù)相比，在第二實(shí)施例中，先使全部變換系數(shù)設(shè)定為‘0’后，使圖像品質(zhì)提高度高的變換系數(shù)選擇輸出大約設(shè)定的既定的個數(shù)?？貑卧?6首先設(shè)定全部變換系數(shù)為‘0’(步驟200)。因?yàn)檫@時全部的變換系數(shù)是零，所以不為‘0’的變換系數(shù)的數(shù)K也是‘0’。然后，通過在將設(shè)定為‘0’的變換系數(shù)中的任意變換系數(shù)設(shè)定‘0’之前變換為原變換系數(shù)值加上不為‘0’的變換系數(shù)(步驟210)。然后計算對應(yīng)被加過的變換系數(shù)的圖像品質(zhì)提高度(步驟220)。對應(yīng)加上變換系數(shù)的圖像品質(zhì)提高度由通過被加過的變換系數(shù)復(fù)原的塊與輸入塊之間的平均方差同這時的波特量增加量的比率限定。即設(shè)通過被加過的變換系數(shù)i復(fù)原的塊與輸入塊之間的平均方差為△D(i)，如果這時的波特量增加量為△B(i)，則對應(yīng)被加過的變換系數(shù)i的圖像品質(zhì)提高度-△D(i)/△B(i)限定。
然后，在步驟200中，就設(shè)定為‘0’的全部系數(shù)判斷是否已計算上述限定的圖像品質(zhì)提高度，如果判斷結(jié)果為沒有就全部系數(shù)進(jìn)行計算圖像品質(zhì)提高度，則從步驟210開始重復(fù)進(jìn)行計算對應(yīng)全部系數(shù)的圖像品質(zhì)提高度。在步驟230中，如果判斷為已經(jīng)計算對應(yīng)設(shè)定為‘0’的全部系數(shù)的圖像品質(zhì)提高度，則選擇其中圖像品質(zhì)提高度為最大的系數(shù)(步驟240)。圖像品質(zhì)提高度為最大的系數(shù)是設(shè)定為上述‘0’的系數(shù)中對圖像品質(zhì)響最大的系數(shù)。因?yàn)閳D像提高度選擇最大的系數(shù)，所以應(yīng)從設(shè)定上述‘0’的集合中消去該系數(shù)，使不為‘0’的全部系數(shù)的總個數(shù)加‘1’的‘K+1’變?yōu)椴粸椤?’的DCT系數(shù)的個數(shù)K(步驟250)。然后，判斷上述不為‘0’的DCT系數(shù)的個數(shù)K是否等于設(shè)定的既定的值‘NUM2’(步驟260)。因此，‘NUM2’是用于由系數(shù)選擇單元50選擇輸出的變換系數(shù)的個數(shù)，是由使用者設(shè)定的值。如果步驟260的判斷結(jié)果不為‘0’的DCT系數(shù)的個數(shù)K比‘NUM2’小，則就設(shè)定為剩余的‘0’的變換系數(shù)從上述步驟210開始重復(fù)進(jìn)行。如果步驟260的判斷結(jié)果不為‘0’的DCT系數(shù)的個數(shù)K等于‘NUM2’，則就結(jié)束選擇系數(shù)，并輸出選擇的不為‘0’的DCT系數(shù)。
可變長度編碼單元60通過由上述方式對由系數(shù)選擇單元50選擇輸出的變換系數(shù)進(jìn)行可變長度編碼輸出。
如上所述，在本發(fā)明中，在選擇量化變換系數(shù)過程中，通過根據(jù)利用選擇由各變換系數(shù)復(fù)原的塊與輸入塊的誤差引起的塊變化量和各變換系數(shù)產(chǎn)生的波特量變化量選擇設(shè)定的既定個數(shù)的變換系數(shù)提供更高效率的變換編碼系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種變換編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇裝置，其特征在于在對分割成規(guī)定尺寸塊的輸入圖像信號進(jìn)行DCT變換實(shí)現(xiàn)可變長度編碼的編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇裝置中包括計算上述DCT變換系數(shù)的波特量的波特量計算單元；使上述DCT變換的系數(shù)復(fù)原后生成復(fù)原塊的局部譯碼器；選擇根據(jù)波特量變化量設(shè)定既定個數(shù)的變換系數(shù)的控制單元，所述的波特量變化量是通過接收輸入塊后就各變換系數(shù)選擇由上述局部譯碼器復(fù)原的塊與輸入塊之間的誤差引起的變化量和各變換系數(shù)產(chǎn)生的。
2.如權(quán)利要求1所述的編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇裝置，其特征在于上述控制單元在使上述DCT變換系數(shù)中的變換系數(shù)為‘0’時，選擇輸出消去作為對應(yīng)復(fù)原圖像品質(zhì)變化量的波特量減少的比率限定圖像品質(zhì)劣化度低的變換系數(shù)后殘余的系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的變換編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇裝置，其特征在于上述控制單元在選擇上述DCT變換系數(shù)中各變換系數(shù)時，選擇輸出作為對應(yīng)復(fù)原圖像品質(zhì)的圖像品質(zhì)變化量的波特量增加的比率限定的圖像品質(zhì)提高度大的變換系數(shù)。
4.一種變換編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇方法，其特征在于在對分割成規(guī)定尺寸的塊的輸入圖像信號進(jìn)行DCT變換實(shí)現(xiàn)可變長度編碼的變換編碼系統(tǒng)的選擇方法中包括將上述DCT變換系中的任意系數(shù)設(shè)定為‘0’的第一步驟；計算被由除以在上述第一步驟中設(shè)定為‘0’的系數(shù)后的余數(shù)的變換系數(shù)復(fù)原的塊和輸入塊的塊的變化量相對應(yīng)的波特量變化量的比限定的圖像品質(zhì)劣化比的第二步驟；就全部變換系數(shù)進(jìn)行上述第一步驟和第二步驟的過程計算對應(yīng)全部變換系數(shù)的圖像劣化比的第三步驟；消去在上述第三步驟中算出的圖像品質(zhì)劣化比的最小變換系數(shù)的第四步驟；反復(fù)進(jìn)行上述第二步驟到第四步驟的過程，直到重復(fù)進(jìn)行的剩余的變換系數(shù)的數(shù)目等于既定的設(shè)定值為止的第五步驟。
5.一種變換編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇方法，其特征在于在對分割成規(guī)定尺寸塊的輸入圖像信號進(jìn)行DCT變換實(shí)現(xiàn)可變長度編碼的編碼系統(tǒng)的系數(shù)選擇方法中包括將上述DCT變換系數(shù)中的全部系數(shù)設(shè)定為‘0’的第一步驟；通過把上述設(shè)定為‘0’的變換系數(shù)中的任意變換系數(shù)變換成設(shè)定為‘0’的上述原變換系數(shù)值并將不為‘0’的變換系數(shù)相加的第二步驟；計算由被上述第二步驟中相加的變換系數(shù)復(fù)原的塊與輸入塊之間的平均方差同這時的波特量增加量的比率限定的圖像品質(zhì)提高比的第三步驟；就上述設(shè)定為‘0’的全部變換系數(shù)進(jìn)行上述第一步驟和第二步驟，計算出對應(yīng)全部變換系數(shù)的圖像品質(zhì)提高比的第四步驟；選擇對應(yīng)上述第四步驟中計算出的圖像提高比的最大變換系數(shù)的第五步驟；反復(fù)進(jìn)行上述第二步驟到第五步驟的過程，直到重復(fù)進(jìn)行到選擇的變換系數(shù)的數(shù)目與既定設(shè)值為同一值時為止的第六步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種靜圖像/動圖像的變換編碼系統(tǒng)的變換系數(shù)選擇方法及其裝置。通過選擇根據(jù)波特量變化量設(shè)定的既定個數(shù)的變換系數(shù)提高了復(fù)原圖像的品質(zhì)，所述的波特量是通過接收輸入塊后就各變換系數(shù)選擇由上述局部譯碼器復(fù)原的塊與輸入塊之間的誤差引起的變化量各變換系數(shù)產(chǎn)生的。
文檔編號H03M7/30GK1168058SQ9710100
公開日1997年12月17日 申請日期1997年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月6日
發(fā)明者千罡旭 申請人:三星電子株式會社