專利名稱：圖象信號編碼方法和裝置和圖象信號解碼方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖象數(shù)據(jù)的量化和反向量化的方法，該圖象數(shù)據(jù)使用如光盤或磁帶之類的記錄媒體貯存，本發(fā)明還涉及一種用于使用記錄媒體如光盤或磁帶貯存的信息的記錄和再現(xiàn)的裝置，和涉及一個用于發(fā)射/接收可適合用于稱為電話會議系統(tǒng)，活動圖象電話系統(tǒng)或廣播系統(tǒng)的信息的裝置。
近來，在一種用于發(fā)射視頻和音頻信號到遠(yuǎn)處的稱為信號發(fā)射系統(tǒng)，如電話會議系統(tǒng)或電視電話系統(tǒng)中，通過對視頻或音頻信號編碼以改進(jìn)信息傳輸效率來高效地使用傳輸信道已成為人們習(xí)慣的做法。
對于有極大量信息的活動圖象數(shù)據(jù)，首先必須提供用于以高效編碼記錄圖象信號的裝置和在讀出已記錄的信號時高效地對已記錄的信號進(jìn)行解碼的裝置。對于這種裝置，已提出過多種利用圖象信號的相關(guān)性的高效的編碼系統(tǒng)。在這些高效編碼系統(tǒng)中，有一種MPEG(活動話圖專家組)系統(tǒng)。
采用這種MPEG系統(tǒng)，圖象信號的圖象幀之間的差通過利用幀之間的相關(guān)性被用于減小沿時標(biāo)的重復(fù)，并且接下來進(jìn)行離散余弦變換(DCT)處理，以利用線性相關(guān)性以減少沿空間標(biāo)度的重復(fù)從而達(dá)到對圖象信號的高效編碼。
在利用幀間相關(guān)性時，如果幀圖象PC1，PC2和PC3分別在時間t＝t1，t2和t3產(chǎn)生，如圖9中(A)所示，則利用幀圖象PC1和PC2的圖象信號之差，可產(chǎn)生圖象PC12，如圖9中(B)所示;同時，利用幀圖象PC2和PC3的圖象信號之差，可產(chǎn)生圖象PC23，如圖9中(B)所示。由于相互鄰近瞬時的幀圖象相互沒有很大變化，故兩幀圖象之間的差是一個較小的值。
也就是，對于圖象PC12，如圖9中(B)所示，圖9中(B)所示的圖象PC12的陰影部分代表的差值信號是作為由圖9中(A)所示的幀圖象PC1和PC2的圖象信號之間的差產(chǎn)生，而如圖9中(B)所示的圖象PC23的陰影部分代表的差值信號是作為圖9中(A)所示的幀圖象PC2和PC3的圖像信號之差產(chǎn)生，編碼量可被對這些差值信號進(jìn)行編碼而壓縮。
但是，原始圖象不能通過只發(fā)送這些差值信號而恢復(fù)，結(jié)果，在壓縮編碼圖象信號過程中，幀圖象被分為內(nèi)編碼圖象即I-圖象，預(yù)測編碼圖象即P-圖象和雙向預(yù)測編碼圖象即B-圖象。
也就是說例如

圖10中(A)和(B)所示，17幀圖象信號從幀F(xiàn)1到幀F(xiàn)17被分為一組作為一個圖象組，圖象組是一個處理單元。首幀F(xiàn)1被編碼成I-圖象，而第二幀F(xiàn)2和第三幀F(xiàn)3被分別處理成B-圖象和P-圖象。第四幀ff，也就是幀F(xiàn)4到幀F(xiàn)17，被交替處理成B-圖象和P-圖象。
對于I-圖象的圖像信號，一幀圖象信號作為一個整體被發(fā)射。另一方面，對于B-圖象的圖象信號，時間上在前一幀的圖象信號的平均值與時間上在后一幀的圖像信號的平均值之差被求出并編碼用以發(fā)送，如圖10中(B)所示。
圖11(A)和(B)說明上述用于對活動圖象信號進(jìn)行編碼的方法的原理。因此，圖11(A)和(B)分別說明活動圖象信號的幀數(shù)據(jù)和發(fā)送幀數(shù)據(jù)。參考圖11，由于第一幀F(xiàn)1被處理成I-圖象，也就是非內(nèi)插幀，該幀F(xiàn)1在發(fā)送射信道上作為傳輸數(shù)據(jù)F1X(非內(nèi)插傳輸數(shù)據(jù))被直接發(fā)送。另一方面，由于第二幀F(xiàn)2被處理成B-圖象，也就是一個內(nèi)插幀，時間上在后的一幀F(xiàn)3(幀間編碼非內(nèi)插幀)的平均值與時間上在前的一幀F(xiàn)1的平均值之差值被求出并作為發(fā)送數(shù)據(jù)(內(nèi)插發(fā)送幀數(shù)據(jù))被發(fā)射。
具體地說，B-圖象以四種不同模式被處理。第一種處理模式包括原始幀F(xiàn)2的數(shù)據(jù)作為發(fā)送數(shù)據(jù)F2X直接發(fā)射，如虛線箭頭SP1(內(nèi)編碼)所示。該處理模式與I-圖象的處理模式相似，第二種處理模式包括求出幀F(xiàn)2與時間上在后的幀F(xiàn)3的差值并發(fā)射該差值，如圖11中虛線箭頭SP2所示(反向預(yù)測編碼)。第三種處理模式包括取出幀F(xiàn)2與時間上在前的幀F(xiàn)1之差值并發(fā)射該差值，如圖11中虛線箭頭SP3所示(反向預(yù)測編碼)。第四種處理模式包括求出時間上在前的幀F(xiàn)1與時間上在后的幀F(xiàn)3之差值并作為發(fā)送數(shù)據(jù)F2X發(fā)射該差值，如圖11中虛線箭頭SP4所示(雙向預(yù)測編碼)。
在這四個方法中，采用可給出最少發(fā)送數(shù)據(jù)量的方法。
應(yīng)注意，在發(fā)射差值數(shù)據(jù)時，該幀參考(所述幀)與預(yù)測圖象(與被計算的幀參考不同的幀圖象)之間的活動向量X1，也就是用于正向預(yù)測編碼的幀F(xiàn)1和F2之間的活動向量X1，活動向量X2，也就是用于反向預(yù)測編碼的幀F(xiàn)2和F3之間的活動向量，或用于雙向預(yù)測編碼的兩個活動向量X1和X2與差值數(shù)據(jù)一起被發(fā)射。
對于P-圖象的幀F(xiàn)3(幀間編碼非內(nèi)插幀)，幀F(xiàn)3與時間上在前的幀F(xiàn)1間的差值信號作為預(yù)測圖象，如虛線箭頭SP3所示，和活動向量X3被計算出并作為發(fā)送數(shù)據(jù)F3X(正向預(yù)測編碼)被發(fā)射。另一方面，原始幀F(xiàn)3的數(shù)據(jù)作為發(fā)送數(shù)據(jù)F3X被直接發(fā)射(內(nèi)編碼)，如虛線箭頭SP1所示。這兩個P-圖象中給出較小發(fā)送數(shù)量的一個被送擇，如上述B-圖象的情況。
同時，B-圖象的幀F(xiàn)4和B-圖象的幀F(xiàn)5以上述相同的方式被處理，以產(chǎn)生發(fā)送數(shù)據(jù)F4X，F(xiàn)5X和活動向量X4，X5和X6。
圖12說明圖象序列的幀間編碼和幀內(nèi)編碼的另一個例子。在該圖中，一個15幀循環(huán)代表一個編碼單元。
應(yīng)注意，幀2是一個I-圖象，而幀5，8，11和14是由具有只從正向進(jìn)行預(yù)測的幀間編碼而編碼的P-圖象，和幀0，1，3，4，6，7，9，10，12和13是由帶具有從反向和正向兩方向進(jìn)行預(yù)測幀間編碼而編碼的B-圖象。
用于上述幀內(nèi)/幀間編碼的輸入，編碼，解碼和輸出顯示順序示于圖13。
圖14說明基于上述原理用于編碼，發(fā)射和解碼活動圖象信號的一個裝置的結(jié)構(gòu)的一個例子。
該編碼裝置1對輸入圖象信號進(jìn)行編碼并把已編碼信號傳送到記錄媒體3上用于在其上記錄。一個解碼裝置2重現(xiàn)，解碼和輸出記錄在記錄媒體3上的信號。
在編碼裝置2中，視頻信號VD通過一個輸入端10被輸入到預(yù)處理電路11并被分為亮度信號和彩色信號，這里是色度差信號，該亮度信號和色度信號分別被模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器12，13進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。從A/D轉(zhuǎn)換器12，13來的數(shù)字化圖象信號被傳送和儲存到幀存儲器14。在幀存儲器14中，亮度信號和色度信號分別儲存在亮度信號幀存儲器15和色度幀存儲器16中。
一個格式轉(zhuǎn)換電路17將儲存在幀存儲器14中的幀格式信號轉(zhuǎn)換為塊格式信號。儲存在存儲器14中的視頻信號是包含V行的幀格式數(shù)據(jù)，每行包含H點，如圖15中(A)所示。該格式轉(zhuǎn)換電路17把一幀信號分為N個片，每片包含16行。每片被分為M個宏塊，如圖15中B所示。每個宏塊由相應(yīng)于16×16象素或點的亮度信號組成，16×16象素或點又進(jìn)一步分為塊Y[1]至Y[4]，每一個含有8×8點，如圖15中(C)所示。該16×16點亮度信號與8×8點Cb信號和8×8點Cr信號相關(guān)。
如圖15中(A)所示的在所述片范圍內(nèi)的活動圖象信號按使活動圖象信號以圖15中(C)所示的宏塊為基礎(chǔ)代表連續(xù)信號的方式排列，并且每個宏塊中的活動圖象信號也代表在光柵掃描序列中的連續(xù)的以塊為基礎(chǔ)的信號。
轉(zhuǎn)換成塊格式數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)從格式轉(zhuǎn)換電路17提供給一個編碼器18并將以參考圖16以下詳細(xì)描述的方式編碼。
經(jīng)編碼器18編碼后的信號作為位流被輸出到發(fā)射信道，以便能記錄在，(例如)記錄媒體3上。從記錄媒體3再生的數(shù)據(jù)被加到解碼裝置2的一個解碼器31，以參考圖19以下將詳細(xì)描述的方式解碼。
經(jīng)解碼器31解碼后的數(shù)據(jù)被輸入格式轉(zhuǎn)換電路32，之后從塊格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成上述的幀格式數(shù)據(jù)，幀格式的亮度信號被傳送和儲存在幀存儲器33的亮度信號幀存儲器34，而色度信號被傳送和存儲到色度信號幀存儲器35。從亮度信號幀存儲器34和色度信號幀存儲器35中讀出的亮度信號和色差信號被數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換器)36，37進(jìn)行數(shù)-模轉(zhuǎn)換。產(chǎn)生的模擬信號被傳送到一個后處理電路38以被同步成輸出圖象信號，該輸出圖象信號從一個輸出端30輸出，用以在一個顯示設(shè)備，如CRT上顯示。
參考圖16，解釋編碼器18的結(jié)構(gòu)。
通過輸入端49提供的圖象數(shù)據(jù)以宏塊為基礎(chǔ)進(jìn)入活動向量檢測電路50，該電路適用于處理根據(jù)W預(yù)置序列相應(yīng)于I-圖象，P-圖象或B-圖象的各自幀的圖象數(shù)據(jù)。該相應(yīng)輸入幀圖象以預(yù)定方式作為I-圖象，P-圖象或B-圖象被處理。例如，由圖10所示的幀F(xiàn)1到F17組成的圖象組是按I，B，P，B，P…B，P順序被處理，如這里所示。
要被作為I-圖象處理的圖象數(shù)據(jù)，例如，幀F(xiàn)1，從活動向量檢測電路50被傳送到用于在其中存儲的幀存儲器51的正向原始圖象部分51a，而要被作為B-圖象處理的圖象數(shù)據(jù)，例如，幀F(xiàn)2被傳送和存儲到幀存儲器51的參考原始圖像部分51b，和要被作為P-圖象處理的幀的圖象數(shù)據(jù)，例如幀F(xiàn)3，被傳送和存儲到幀存儲器S1的反向原始圖象部分51C。
在下一周期時間，當(dāng)作為B-圖象要被處理的幀的圖象如幀F(xiàn)4或作為P-圖象要被處理的幀的圖象如幀F(xiàn)4或作為P-圖象要被處理的幀的圖象如幀F(xiàn)5被輸入，存儲在反向原始圖象部分51c中的第一個P-圖象的圖象數(shù)據(jù)，也就是幀F(xiàn)4被傳送到正向原始圖象部分51a，并且下一個B-圖象的圖象，也就是幀F(xiàn)4，被存儲(被重寫)到原始圖象部分51b，同時，下一個P-圖象的圖象數(shù)據(jù)，也就是幀F(xiàn)5，被存儲(或重寫)到反向原始圖象部分51C。該操作順序連續(xù)重復(fù)。
儲存在幀存儲器51中的各自圖象的信號被讀出和傳送到預(yù)測模式切換電路52，在該電路中進(jìn)行幀預(yù)測模式操作或場預(yù)測模式操作。另外，在處理部分53中，在預(yù)測判定電路54的控制下，執(zhí)行內(nèi)編碼，正向預(yù)測編碼，反向預(yù)測編碼或雙向預(yù)測編碼操作。要進(jìn)行這些操作中哪個操作的判定是根據(jù)預(yù)測誤差信號，也就是參考圖象(正處理的圖象)和要預(yù)測的圖象間的差來做出。結(jié)果，活動向量檢測電路50產(chǎn)生用于判定預(yù)測誤差信號的絕對值或平方值之和。
在預(yù)測模式開關(guān)電路52中解釋幀預(yù)測模式和場預(yù)測模式。
如果在預(yù)測模式切換電路52中設(shè)定幀預(yù)測模式，該預(yù)測模式開關(guān)電路52直接輸出從活動向量檢測電路50提供的4個亮度塊Y[1]至Y[4]到下游側(cè)處理器53。在這種情況下，如圖17中(A)所示，奇數(shù)場行數(shù)據(jù)和偶數(shù)場行數(shù)據(jù)共同存在于每個亮度塊中。在圖17中，在每個宏塊中實線和虛線分別表示奇數(shù)場行數(shù)據(jù)(第一場行數(shù)據(jù))和偶數(shù)場行數(shù)據(jù)(第二場行數(shù)據(jù))，而a和b表示活動補(bǔ)償?shù)膯卧?。在幀預(yù)測模式中，預(yù)測的進(jìn)行基于4個亮度塊(宏塊)和與這4個亮度塊相關(guān)的活動向量。與此相反，如果在預(yù)測模式切換電路52中設(shè)定場預(yù)測模式，則建立從活動向量檢測電路50來的輸入如圖17中(A)所示的陣列信號，使亮度塊Y[1]和Y[2]只由奇數(shù)場行數(shù)據(jù)組成，而余下的兩個亮度塊Y[3]和Y[4]只由偶數(shù)場行數(shù)據(jù)組成，如圖17中(B)所示。這些亮度塊Y[1]至Y[4]被輸出到處理部分53。在這種情況下，一個活動向量與兩個亮度塊Y[1]和Y[2]相關(guān)，而另一個活動向量與另外兩個亮度塊Y[3]和Y[4]相關(guān)。
進(jìn)一步參考圖16，活動向量檢測電路50輸出幀預(yù)測模式的預(yù)測誤差的絕對值的總和和場預(yù)測模式的預(yù)測誤差的絕對值的總和到預(yù)測模式切換電路52。該切換電路52相互比較這兩個幀預(yù)測模式和場預(yù)測模式的預(yù)測誤差的絕對值的總和，以產(chǎn)生有較小總和值的預(yù)測模式的上述操作，將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到處理器53。
實際上，相應(yīng)的操作通過活動向量檢測電路50執(zhí)行。也就是，該活動向量檢測電路50輸出帶有用于選擇模式的結(jié)構(gòu)的信號到預(yù)測模式切換電路52。該預(yù)測模式切換電路52直接輸出信號到下游處理器53。
同時，對于幀預(yù)測模式，色度信號在奇數(shù)行場數(shù)據(jù)與偶數(shù)行場數(shù)據(jù)共存的狀態(tài)下，如圖17中(A)所示，加到處理器53。對于場預(yù)測模式，色度塊Cb[5]和Cr[6]的上半部(4行)是分別與亮度塊Y[1]和Y[2]相關(guān)的奇數(shù)場色度信號，而色度塊Cb[5]和Cr[6]的下半部(4行)是分別與亮度塊Y[3]和Y[4]相關(guān)的偶數(shù)場色度信號，如圖17中(B)所示。
活動向量檢測電路50產(chǎn)生預(yù)測誤差的絕對值的和的方式可用于確定在預(yù)測判定電路54中進(jìn)行內(nèi)編碼，正向預(yù)測編碼，反向預(yù)測編碼或雙向預(yù)測編碼中的哪一個。
也就是，作為用于內(nèi)編碼的預(yù)測誤差的絕對值之總和，求出參考圖象的宏塊的信號Aij的總和∑Aij的絕對值｜∑Aij｜與該宏塊的信號Aij的絕對值｜Aij｜的一個絕對值之和∑｜Aij｜間的差。此外，作為用于正向預(yù)測的預(yù)測誤差的絕對值的總和，求出參考圖象的宏塊信號Aij與預(yù)測圖象的宏塊信號Bij之差(Aij-Bij)的絕對值｜Aij-Bij｜的總和｜Aij-Bij｜。用于反向預(yù)測和用于雙向預(yù)測編碼的預(yù)測誤差的絕對值總和與用于正向預(yù)測的預(yù)測誤差的絕對值的總和相似地被求出。在這些情況下，當(dāng)然需要使用與用于正向預(yù)測不同的預(yù)測圖象。
這些總和值被加到預(yù)測判定電路54，之后預(yù)測判定電路54選擇正向預(yù)測編碼，反向預(yù)測編碼和雙向預(yù)測編碼的預(yù)測誤差絕對值的總和最小的一個作為間預(yù)測的預(yù)測誤差的絕對值的總和。另外，預(yù)測判定電路54通過比較選擇用于間預(yù)測的預(yù)測誤差的絕對值的總和與用于內(nèi)編碼的預(yù)測誤差的絕對值的總和中較小的一個，并根據(jù)所述的絕對值的總和選擇一個模式作為預(yù)測模式。也就是，如果用于內(nèi)編碼的預(yù)測誤差的絕對值的總和有較小的值，則設(shè)定圖象內(nèi)預(yù)測模式。如果用于間編碼的預(yù)測誤差的絕對值的總和有較小的值，則設(shè)定正向預(yù)測模式，反向預(yù)測模式和雙向預(yù)測模式中有最小值的一個。
因此，活動向量檢測電路50通過預(yù)測模式切換電路52把參考圖象的宏塊的信號以相應(yīng)于由如圖17所示的預(yù)測模式切換電路52選擇的幀預(yù)測模式或場預(yù)測模式的構(gòu)形加到處理器53。另外，活動向量檢測電路50檢測預(yù)測圖象與參考圖象間與由預(yù)測判定電路52所選擇的四個預(yù)測模式中的預(yù)測模式相關(guān)的活動向量，輸出檢測到的活動向量到變長編碼電路58和活動補(bǔ)償電路64(如112下所述)。同時，選擇將給出最小的相應(yīng)預(yù)測誤差的絕對值的總和的活動向量。
當(dāng)活動向量檢測電路50從正向原始圖象部分51a中讀出I-圖象的圖象數(shù)據(jù)時，預(yù)測判定電路54設(shè)定幀內(nèi)(圖象內(nèi))預(yù)測模式，也就是不進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償?shù)哪Ｊ?，作為預(yù)測模式，并使處理器53的一個開關(guān)設(shè)定到一個固定的觸點a。因此，I-圖象的圖象數(shù)據(jù)被輸入到DCT切換電路55。
該DCT模式切換電路55設(shè)定4個亮度塊的數(shù)據(jù)到奇數(shù)場行數(shù)據(jù)與偶數(shù)場行數(shù)據(jù)(幀DCT模式)共存的狀態(tài)或奇數(shù)場行數(shù)據(jù)與偶數(shù)場行數(shù)據(jù)(場DCT模式)分開的狀態(tài)，如圖18(A)或(B)所示，并把處于兩個狀態(tài)中之一的數(shù)據(jù)輸出到DCT電路56。也就是，該DCT模式切換電路55比較在奇數(shù)場數(shù)據(jù)與偶數(shù)場數(shù)據(jù)共存下執(zhí)行DCT操作時達(dá)到的編碼效率和在奇數(shù)場數(shù)據(jù)與偶數(shù)場數(shù)據(jù)相互分開下進(jìn)行DCT操作時達(dá)到的編碼效率以選擇有較高編碼效率的模式。
輸入信號被設(shè)定成奇數(shù)場行數(shù)據(jù)與偶數(shù)場行數(shù)據(jù)共存的一種構(gòu)形，如圖18中(A)所示。計算垂直相互相鄰的奇數(shù)場行信號與偶數(shù)場行信號之差，并求出這些差值的絕對值或平方值的總和。另一方面，輸入信號被設(shè)定成奇數(shù)場行數(shù)據(jù)與偶數(shù)場行數(shù)據(jù)分開的構(gòu)形，如圖18中(B)所示。計算垂直相鄰的奇數(shù)場行數(shù)據(jù)間的差和垂直相鄰的偶數(shù)場行數(shù)據(jù)間的差，并求出絕對值或平方值之和。相互比較這些總和，DCT模式被設(shè)定為有較小總和值的模式。也就是，如幀DCT模式的總和值或場DCT模式的總和值較小，則DCT模式切換電路55相應(yīng)地設(shè)定為幀DCT模式或場DCT模式。有與所選的DCT模式相關(guān)構(gòu)形的數(shù)據(jù)被輸出到DCT電路56的同時，指示所選DCT模式的一個DCT標(biāo)志被輸出到一個VLC電路58和活動補(bǔ)償電路64。
比較在預(yù)測模式切換電路52中示出圖17的預(yù)測模式與DCT模式切換電路55中示于圖18的DCT模式顯示有關(guān)亮度塊的各自模式中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是相同的。
如果在預(yù)測模式切換電路52中選擇幀預(yù)測模式，也就是奇數(shù)行與偶數(shù)行共存的模式，則在DCT模式切換電路55中也選擇幀DCT模式(奇數(shù)行與偶數(shù)行共存的模式)的可能性很高，而且，若在預(yù)測模式切換電路52中選擇場預(yù)測模式，也就是奇數(shù)行與偶數(shù)行分開的模式，則在DCT模式切換電路55中也選擇場DCT模式(奇數(shù)行數(shù)據(jù)與偶數(shù)行數(shù)據(jù)分開的模式)的可能性就高。
但是，這種情況是不必要的，而且在預(yù)測模式切換電路52中設(shè)定預(yù)測模式以使差值的絕對值的總和將變小，同時在DCT模式切換電路55中DCT模式被設(shè)定以使編碼效率變得更理想。
從DCT模式切換電路55輸出的I-圖象的圖象數(shù)據(jù)輸入DCT電路56，在DCT電路56中該數(shù)據(jù)被離散余弦變換(DCT)處理。以變換成DCT系數(shù)。這些DCT系數(shù)輸入到量化電路57以在輸入可變長度編碼電路58之前以相應(yīng)于儲存在下游側(cè)緩沖器59中的數(shù)據(jù)量的量化級被量化。
該可變長度編碼電路(VLC電路)58將從量化電路57加入的圖象數(shù)據(jù)，此處為I-圖象數(shù)據(jù)變換成變長碼數(shù)據(jù)，如霍夫曼碼，與從量化電路57施加的量化級(量化定標(biāo))一起傳送變長碼數(shù)據(jù)到傳送緩沖區(qū)59。對于可變長度編碼電路58，還從量化電路57加入量化級(量化定標(biāo))從預(yù)測判定電路54加入預(yù)測模式，也就是指示圖象內(nèi)編碼，正向預(yù)測編碼，反向預(yù)測編碼或雙向預(yù)測編碼中的已被設(shè)定的那種模式，從活動向量檢測電路50加入活動向量，從預(yù)測模式切換電路52加入預(yù)測標(biāo)志，也就是指示已被設(shè)定的幀預(yù)測模式成場預(yù)測模式的標(biāo)志，和一個DCT標(biāo)志，也就是指示已被設(shè)定的幀DCT模式和場DCT模式之一的標(biāo)志，這些數(shù)據(jù)或標(biāo)志也被變換成相應(yīng)的可變長度編碼數(shù)據(jù)。
傳送緩沖區(qū)59暫時儲存輸入數(shù)據(jù)，以將對應(yīng)于已存數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)輸出到量化電路57。當(dāng)在傳送緩沖區(qū)59中常駐數(shù)據(jù)量增大到一個允許的上限時，發(fā)送緩沖區(qū)59通過量化控制信號遞增加量化電路57中的量化級以減小量化數(shù)據(jù)量。相反地，如果發(fā)送緩沖區(qū)59中常駐數(shù)據(jù)量降低到一個允許的下限時，發(fā)送緩沖區(qū)59通過量化控制信號遞減量化電路57中的量化級以增加已量化數(shù)據(jù)量。在這種方式下，可防止在發(fā)送緩沖區(qū)59中產(chǎn)生數(shù)據(jù)上溢或下溢。儲存在發(fā)送緩沖區(qū)59中的數(shù)據(jù)在預(yù)定時間周期被讀出，并在發(fā)送信道上通過輸出端69輸出，以記錄在例如記錄媒體3上。另一方面，從量化電路57輸出的I-圖象數(shù)據(jù)輸入反向量化電路60以用從量化電路57輸入的量化級數(shù)據(jù)進(jìn)行反向量化。反向量化電路60的一個輸出加到反向DCT(IDCT)電路61上，反向DCT電路61中進(jìn)行該輸出數(shù)據(jù)的反向DCT。
應(yīng)注意，從預(yù)測模式切換電路52來的預(yù)測標(biāo)志和從DCT模式切換電路55來的DCT標(biāo)志輸入到變換電路66。從估算模式切換電路52來的估算標(biāo)志也輸入到變換電路66。由IDCT電路61已進(jìn)行反向DCT處理的數(shù)據(jù)通過變換電路66，65和處理器62被傳送，用于數(shù)據(jù)比較并接下來發(fā)送和儲存到幀存儲器63的正向預(yù)測圖象部分63a。
同時，當(dāng)處理例如圖象I，B，P，B，P，B，……順序輸入的幀圖象數(shù)據(jù)時，活動向量檢測電路50首先處理初始輸入的作為I-圖象的幀圖象數(shù)據(jù)，并且，接下來作為B-圖象在處理輸入的第二幀圖象之前，處理在第二圖象數(shù)據(jù)之后輸入作為P-圖象的第三幀圖象數(shù)據(jù)。這里由于B-圖象基于反向預(yù)測，除非作為反向預(yù)測圖象P-圖象否則不能用于預(yù)測，因此B-圖象不能被解碼。
因此，活動向量檢測電路50在處理I-圖象之后開始處理儲存在反向原始圖象部分51C中的P-圖象的圖象數(shù)據(jù)。以幀間差(預(yù)測誤差)為基礎(chǔ)的宏塊絕對值的總和值從活動向量檢測電路50被發(fā)送到預(yù)測模式切換電路52和預(yù)測判定電路54。響應(yīng)P-圖象的宏塊的預(yù)測誤差的絕對值的總和，預(yù)測模式切模電路52和預(yù)測判定電路54設(shè)定幀/場預(yù)測模式，圖象內(nèi)預(yù)測，正向預(yù)測，反向預(yù)測或雙向預(yù)測中的一個預(yù)測模式。
如果預(yù)測模式被設(shè)定到圖象內(nèi)預(yù)測模式，處理器53中的開關(guān)切換到固定端a，(如上所述)。因此，與I-圖象的圖象數(shù)據(jù)相似，P-圖象的圖象數(shù)據(jù)通過DCT模式切換電路55，DCT電路56，量化電路57，可變長度編碼電路58和發(fā)送緩沖區(qū)59被傳送到發(fā)送信道。另外，該圖象數(shù)據(jù)通過反向量化電路60，IDCT電路61，變換電路66，處理器62和變換電路65還被加到和存貯在幀存儲器63的反向預(yù)測圖象部分63b。
如果預(yù)測模式是正向預(yù)測模式，則處理器53中的開關(guān)在存儲在幀存儲器63的正向預(yù)測圖象部分63a中的圖象數(shù)據(jù)這里是I-圖象的圖象數(shù)據(jù)由活動補(bǔ)償電路64響應(yīng)由活動向量檢測電路50輸出的活動向量而讀出并活動補(bǔ)償?shù)耐瑫r切換到端點b。也就是，在由預(yù)測判定電路54命令設(shè)定到正向預(yù)測模式時，在正向預(yù)測圖象部分63a的讀出地址對應(yīng)于當(dāng)前由活動向量檢測電路50輸出的宏塊位置偏移相應(yīng)于用于產(chǎn)生預(yù)測圖象數(shù)據(jù)的活動向量的量之后，活動補(bǔ)償電路64讀出該數(shù)據(jù)。
從活動補(bǔ)償電路64輸出的預(yù)測數(shù)據(jù)被加到處理器53a，之后處理器53a將基于從活動補(bǔ)償電路64提供的預(yù)測圖數(shù)據(jù)的宏塊減去從預(yù)測模式切換電路52提供的參考圖象的宏塊數(shù)據(jù)以輸出其差值作為預(yù)測誤差。該差值數(shù)據(jù)通過DCT模式切換電路55，DCT電路56，量化電路57可變長度編碼電路58和發(fā)送緩沖區(qū)59并通過輸出端點69加到發(fā)送信道。該差值數(shù)據(jù)由反向量化電路60和IDCT電路61本機(jī)解碼，以使該差值通過變換電路66輸入到處理器62。
從預(yù)測模式切換電路52來的預(yù)測標(biāo)志和從DCT模式切換電路55來的DCT標(biāo)志被加到變換電路66，用于與IDCT電路61的一個輸出進(jìn)行比較。
與加到處理器53a的預(yù)測圖象數(shù)據(jù)相同的數(shù)據(jù)也加到處理器62。處理器62將活動補(bǔ)償電路64的輸出預(yù)測圖象數(shù)據(jù)加到IDCT電路61的輸出差值數(shù)據(jù)上。以這種方式，產(chǎn)生原始I-圖象的圖象數(shù)據(jù)。P-圖象的圖象數(shù)據(jù)通過變換電路65被加到和存儲到反向預(yù)測圖象部分63b。
在I-圖象的數(shù)據(jù)和P-圖象的數(shù)據(jù)分別被儲存在正向預(yù)測編碼圖象部分63a和反向預(yù)測編碼圖象部分63b后，活動向量檢測電路50執(zhí)行B-圖象的處理。響應(yīng)基于宏塊的幀間差值的絕對值的總和值。預(yù)測模式切換電路52設(shè)定幀模式或場模式，同時，預(yù)測判定電路54設(shè)定圖象內(nèi)預(yù)測模式，正向預(yù)測模式，反向預(yù)測模式或雙向預(yù)測模式之一。
如果預(yù)測模式是幀內(nèi)預(yù)測模式或正向預(yù)測模式，處理器53中的開關(guān)分別切換到固定觸點a和b。此時，該處理過程似于對P-圖象用于發(fā)送該數(shù)據(jù)而進(jìn)行的處理。另一方面，如果設(shè)定反向預(yù)測模式或雙向預(yù)測模式，處理器53中的開關(guān)分別設(shè)定到固定端點c或d。
對于反向預(yù)測模式，處理器53中開關(guān)設(shè)定到固定端點c，儲存在反向預(yù)測編圖象部分63b中的圖象數(shù)據(jù)，這里是P-圖象的圖象數(shù)據(jù)，由活動補(bǔ)償電路64響應(yīng)活動向量檢測電路50輸出的活動向量而被讀出并被活動補(bǔ)償。也就是，當(dāng)預(yù)測判定電路54命令設(shè)定到反向預(yù)測模式時，在反向預(yù)測編碼圖象部分63b的讀出地址從相應(yīng)于當(dāng)前由活動向量檢測電路60輸出的宏塊位置的一個位置偏移相應(yīng)于用于產(chǎn)生預(yù)測編碼圖象數(shù)據(jù)的活動向量的量后，活動補(bǔ)償電路64讀出該數(shù)據(jù)。
由活動補(bǔ)償電路64輸出的預(yù)測編碼圖象數(shù)據(jù)加到處理器53b，之后處理器53b將由活動補(bǔ)償電路64提供的預(yù)測編碼數(shù)據(jù)由預(yù)測模式切換電路52提供的參考圖象的宏塊數(shù)據(jù)，以輸出差值數(shù)據(jù)，該差值數(shù)據(jù)通過DCT模式切換電路55，DCT電路56，量化電路57，可變長度編碼電路58和傳送緩沖區(qū)59經(jīng)過輸出端69被加到傳送信道。
對于雙向預(yù)測模式，處理器53中開關(guān)設(shè)定到固定端d，儲存在正向預(yù)測編碼圖象部分63a中的圖象數(shù)據(jù)，此時是I-圖象數(shù)據(jù)，和儲存在反向預(yù)測編碼圖象部分63b中的圖象數(shù)據(jù)，此時是P-圖象的圖象數(shù)據(jù)由活動補(bǔ)償電路64響應(yīng)由活動向量檢測電路50輸出的活動向量而讀出和活動補(bǔ)償。也就是，預(yù)測判定電路54命令設(shè)定到雙向預(yù)測模式時，在正向預(yù)測編碼圖象部分63a和反向預(yù)測編碼圖象部分63b的讀出地址從相應(yīng)于當(dāng)前由活動向量判定電路50輸出的宏塊位置的一個位置偏移一個相應(yīng)于用于產(chǎn)生預(yù)測編碼圖象數(shù)據(jù)的正向和反向預(yù)測編碼圖象的活動向量的量后，活動補(bǔ)償電路64讀出該數(shù)據(jù)。
由活動補(bǔ)償電路64輸出的預(yù)測編碼圖象數(shù)據(jù)加到處理器53c，之后該處理器53c將由活動補(bǔ)償電路64提供的預(yù)測編碼圖象數(shù)據(jù)的平均值由活動向量判定電路50提供的參考圖象的宏塊數(shù)據(jù)以輸出其差值數(shù)據(jù)，該差值數(shù)據(jù)通過DCT模式切換電路55，DCT電路56，量化電路57可變長度編碼電路58和發(fā)送緩沖區(qū)59經(jīng)過輸出端69被加到發(fā)送信道。
由于B-圖象的圖象不被用作其它圖象的預(yù)測圖象，故它不儲存在幀存儲器63中。與此同時，幀存儲器63可按正向預(yù)測編碼圖象部分63a和反向預(yù)測編碼圖象部分63b可為庫互換(bank-exchanged)的方式構(gòu)成，使儲存在一個或另一上部分63a，63b中的圖象作為一個給定參考圖象的正向預(yù)測編碼圖象或反向預(yù)測編碼圖象而輸出。
雖然以上主要是針對亮度塊描述的，但在傳送之前，色度塊也是根據(jù)示于圖17和18的宏塊加以處理的。同時，處理色度塊時所運(yùn)用的活動向量是相關(guān)的亮度塊在垂直水平方向上減少1/2的活動向量。
圖19以方框圖形式表示圖14所示解碼器31的典型結(jié)構(gòu)。通過傳送信道也就是記錄媒體3，發(fā)送的圖象數(shù)據(jù)由接收電路(未示出)接收或由重建電路(也未示出)重建，以便接著通過一個輸入端80暫時儲存在接收緩沖區(qū)81內(nèi)。暫存的圖象數(shù)據(jù)加到一個解碼電路90的一個可變長度解碼電路82。之后，該可變長度解碼電路82將從接收緩沖區(qū)81提供的數(shù)據(jù)用變長解碼法進(jìn)行解碼，并將活動向量，預(yù)測模式，預(yù)測標(biāo)志和DCT標(biāo)志輸出到活動補(bǔ)償電路87，同時將量化級數(shù)據(jù)和已解碼圖象數(shù)據(jù)輸出到反向量化電路83。
該反向量化電路83根據(jù)提供給它的量化級數(shù)據(jù)反向量化由可變長度解碼電路82提供的圖象數(shù)據(jù)，以將已反向量化的數(shù)據(jù)輸出到IDCT電路84。從反向量化電路83輸出的數(shù)據(jù)，也就是DCT系數(shù)，由IDCT電路84進(jìn)行反向DCT處理，以通過變換電路88供給處理器85。
從IDCT電路84輸出的圖象數(shù)據(jù)由反向電路88根據(jù)提供給變換電路88的預(yù)測標(biāo)志和DCT標(biāo)志進(jìn)行比較。
如果加到處理85的圖象數(shù)據(jù)是I-圖象數(shù)據(jù)。則該數(shù)據(jù)由處理器85輸出，以便通過變換電路89加到和儲存在幀存儲器86中的正向預(yù)測編碼圖象部分86a中，以產(chǎn)生順序進(jìn)入處理器85的圖象數(shù)據(jù)(P-或B-圖象的數(shù)據(jù))的預(yù)測編碼圖象數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)還由變換電路89經(jīng)輸出端91輸出到示于圖14中的格式變換電路32。
如果加到處理85的圖象數(shù)據(jù)是正向預(yù)測模式的數(shù)據(jù)，并且是有作為預(yù)測編碼圖象數(shù)據(jù)的前一幀的圖象數(shù)據(jù)的P-圖象數(shù)據(jù)，則儲存在幀存儲器86的正向預(yù)測編碼圖象部分86a中的前一幀的圖象數(shù)據(jù)(I-圖象數(shù)據(jù))由活動補(bǔ)償電路87根據(jù)可變長度解碼電路82輸出的活動向量而讀出和活動補(bǔ)償。該活動補(bǔ)償數(shù)據(jù)在處理器85中被相加到由IDCT電路84提供的圖象數(shù)據(jù)(差值數(shù)據(jù))并輸出由此產(chǎn)生的和數(shù)據(jù)。該和數(shù)據(jù)，也就是已解碼P-圖象數(shù)據(jù)，通過變換電路89供給和儲存到幀存儲器86中的反向預(yù)測編碼圖象部分86b，以產(chǎn)生順序輸入處理器85的圖象數(shù)據(jù)，即B-或P-圖象數(shù)據(jù)的預(yù)測圖象數(shù)據(jù)。
如果數(shù)據(jù)是P-圖象數(shù)據(jù)和是圖象內(nèi)預(yù)測模式數(shù)據(jù)，與I-圖象數(shù)據(jù)不同，該數(shù)據(jù)不在處理器85中處理，并通過變換電路89直接傳送和儲存在反向預(yù)測編碼圖象部分86b中。由于P-圖象是在B-圖象之后要顯示的圖象，在該時間點，它還未被輸出到格式轉(zhuǎn)換電路32。也就是，如前所述，在B-圖象之后輸入的P-圖象在B-圖象之前被處理和傳送。
如果由IDCT電路84供給的圖象數(shù)據(jù)是B-圖象數(shù)據(jù)，則分別響應(yīng)從可變長度編碼電路82輸出的預(yù)測模式，即正向預(yù)測模式，反向預(yù)測模式或響應(yīng)雙向預(yù)測模式，讀出儲存在正向預(yù)測編碼圖象部分86a中的I-圖象的圖象數(shù)據(jù)。儲存在反向預(yù)測編碼圖象部分86b中的P-圖象的圖象數(shù)據(jù)，或這兩個圖象數(shù)據(jù)，并由活動補(bǔ)償電路87根據(jù)由可變長度解碼電路82輸出的活動向量進(jìn)行活動補(bǔ)償，以產(chǎn)生預(yù)測編碼圖象。如果不需要活動補(bǔ)償，即如果預(yù)測模式是圖象內(nèi)預(yù)測模式，則不產(chǎn)生這種預(yù)測編碼圖象。
由活動補(bǔ)償電路87按這種方式進(jìn)行活動補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)在處理器85中相加到變換電路88的一個輸出上。該總和輸出經(jīng)過變換電路89和輸出端91被傳送到示于圖14的格式轉(zhuǎn)換電路32。由于該總和輸出是不被用于產(chǎn)生其它圖象的預(yù)測圖象的B-圖象數(shù)據(jù)，它不儲存在幀存儲器86中。
在輸出B-圖象后，存儲在反向預(yù)測圖象部分86b中的P-圖象的圖象數(shù)據(jù)被讀出并通過活動補(bǔ)償電路87傳送到處理器85。在此時不進(jìn)行活動補(bǔ)償。
在當(dāng)前解碼器31中，相應(yīng)于示于圖16的編碼器中的預(yù)測模式切換電路52和DCT模式切換電路55的電路均未示出。這些電路進(jìn)行的處理操作，即是奇數(shù)場行信號與偶數(shù)場行信號相互分開的格式變換或這些信號相互混合的原始構(gòu)形的操作，由活動補(bǔ)償電路87執(zhí)行。
雖然以上已描述了對亮度信號的處理，色度信號的處理的相似的方式執(zhí)行，但除外將用于亮度信號的活動向量在垂直和水平方向上各減小一半的活動向量用于色度信號的情況。
與此同時，在圖象信號編碼中執(zhí)行量化和反向量化過程中，應(yīng)用指示量化細(xì)度，即量化寬度，或量化步長的一個值是常規(guī)方法。從2到62的偶數(shù)被用作量化寬度。量化寬度由量化特征值(QUANT)表示。從1到31的整數(shù)被用于表示指示所述步長的量化特征值。量化寬度是一個兩倍于量化特征值的值。
為壓縮一幅圖象總體上在達(dá)到一個目標(biāo)數(shù)據(jù)量需要量化寬度。但是要壓縮一幅具有與那些使用上述量化寬度的一整幅圖象的明顯不同統(tǒng)計特性的圖象就非常困難，例如，要壓縮一幅有極低象素相關(guān)性的圖象或通過利用頻域中系數(shù)密度的DCT編碼的近似于白噪聲的圖象就極難。也就是說在這種情況下，即使采用量化特征值的最大值31也不能把圖象壓縮到目標(biāo)尺寸。
另一方面，如果希望獲得有很高圖象質(zhì)量的圖象，諸如稱為無損(loss-less)圖象等基本沒有變形的圖象，即使是量化特征值的最小值1也過大而不能為精確恢復(fù)圖象進(jìn)行量化。
此外，在圖象信號的編碼過程中，被壓縮的位流經(jīng)常被目標(biāo)發(fā)送率所控制。此時，在一個普通線性量化器中，上述量化特征值反比于，或更精確地，與基于上述量化特征值的量化后圖象數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的位的個數(shù)呈對數(shù)關(guān)系。
結(jié)果，如果量化特征值保持在小范圍值內(nèi)時量化特征值改變了1，產(chǎn)生的位的量明顯變化。如果，例如，量化特征值從1變到2，產(chǎn)生的位的數(shù)量明顯地減少一半。這說明，如果量化特征值在一個小范圍內(nèi)，量化特征值相鄰值之間的間隔太寬，以致使它很難精細(xì)地控制所產(chǎn)生的位量。
相反地，如果量化特征值在一個較寬的范圍內(nèi)，則即使量化特征值改變了1，所產(chǎn)生的位的量也幾乎設(shè)有。如果，例如，量化特征值從30變到31，量化特征值為31時產(chǎn)生的位量比量化特征值為30時的恒量的變化不超過5%。這說明對于有較大范圍的值的量化特征值，量化特征值的相鄰值間的間隔不需要較窄。
為了克服上述的困難，已知的一種方法是將這些量化特征值映射到一個非線性數(shù)字序列而不是直接采用從1到31單調(diào)遞增的數(shù)字序列。用于找到映射到這種非線性數(shù)字序列的量化特征值的量化信息與量化特征值的關(guān)系示于表7。同時，量化信息按索引號排列并用數(shù)字符號表示。
雖然由量化特征值范圍引起的上述問題可通過運(yùn)用映射到非線性序列的量化特征值來克服，但量化特征值被賦予映射到非線性數(shù)字序列的查表值，使得在編碼解碼裝置中必需設(shè)置一個用于貯存查表值的裝置。這樣的結(jié)果是編碼/解碼裝置的硬件尺寸增大。
利用非線性數(shù)字序列的量化特征值的傳統(tǒng)反向量化器的結(jié)構(gòu)概略地示于圖20。非線性數(shù)字序列的量化特征值被保存在由ROM組成的表200中，量化特征值的8位數(shù)據(jù)從表200中讀出。量化特征值在乘法器201中被每次以已量化圖象數(shù)據(jù)的n位變換系數(shù)而反向量化該已量化數(shù)據(jù)。在反向量化器中的表200和乘法器201都需要一個大尺寸的電路。
也就是，在采用傳統(tǒng)圖象信號編碼/解碼裝置時，由于采用了數(shù)字1到31，或示于圖7的數(shù)字序列值，必需在圖象信號編碼/解碼裝置的反向量化器中提供用于反向量化器的乘法器。該乘法器有增大了的尺寸因而不必要地增大了圖象信號編碼/解碼裝置的尺寸。
針對本領(lǐng)域的上述狀態(tài)，本發(fā)明的一個目的是提供可采用合適的量化特征值用于量化和反向量化圖象信號而不增加電路規(guī)模的圖象信號編碼方法和裝置以及圖象信號解碼方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明，所提供的一種輸入圖象信號被量化并被編碼的圖象信號編碼方法，包括設(shè)定一個用于表示2的冪的一個指數(shù)的量化信息值作為多個量化信息中的第一量化信息;設(shè)定相應(yīng)于乘以2的冪的一個系數(shù)的值作為多個量化信息中的第二量化信息;和根據(jù)用所述系數(shù)與2的冪的乘積表示的非線性量化特征值(QUANT)進(jìn)行量化。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種被傳送的已編碼數(shù)據(jù)被反向量化并接著解碼以恢復(fù)圖象數(shù)據(jù)的圖象信號解碼方法，其中，在反向量化時，使用表示2的冪的一個指數(shù)值作為多個量化信息中的第一量化信息和相應(yīng)于被2的相乘的系數(shù)的一個值作為多個量化信息中的第二量化信息，由2的冪乘以要被2的冪相乘的一個系數(shù)再現(xiàn)非線性量化特征值。
在上述的圖象信號編碼或解碼方法中，最好通過使用用于表示2的冪的指數(shù)的一個值k作為第一量化信息，k是一個正整數(shù)，和通過使用(i/2+j)作為相應(yīng)于被2的冪相乘的系數(shù)的第二信息，i是正整數(shù)和j是0或1，而找到量化特征值，并最好運(yùn)用被作為量化寬度的一個常數(shù)相乘的量化特征值。
該量化特征值(QUANT)由以下方程表示QUANT＝(i/2+j)×2k+2(k+2)-4.
包含第一量化信息和第二量化信息的量化信息由5位表示，而量化信息k，i和j與量化特征值的關(guān)系被設(shè)定為如表1，2，3或4所示。
如果量化特征值用二進(jìn)制數(shù)表示，在4個連續(xù)位中至少存在一個有效位。
當(dāng)反向量化已編碼數(shù)據(jù)時，已編碼數(shù)據(jù)被相加三次，產(chǎn)生的總和移位數(shù)由第一量化信息k設(shè)定。
通過使用m作為表示2的冪的指數(shù)值的第一量化信息，m為表示所需量化特征值所要求的值(整數(shù))，和通過使用α;作為相應(yīng)于被2的冪相乘的系數(shù)的第二信息，α是0或1;i等于1～n，而求得量化特征值，其中，量化特征值被用作量化寬度的一個常數(shù)相乘。
該量化特征值(QUANT)由下式給定。
QUANT＝2(m-1)+α1×2(m-2)+α2×2(m-3)+…+αn×2(m-n-1)其中n是代表量化特征值的精度的預(yù)設(shè)整數(shù)。
如果表示可由第一量化信息m假設(shè)的值的范圍所需的位數(shù)是L，則包含第一量化信息和第二量化信息的量化信息由(L+n)位表示。
量化信息m，α與量化特征值的關(guān)系被設(shè)定成如來3或6所示。
在反向量化已編碼數(shù)據(jù)中，該已編碼數(shù)據(jù)被相加兩次，由此產(chǎn)生的總和被移位3位。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種圖象信號編碼方法，其中一個圖象信號使用一個預(yù)定預(yù)測圖象信號被編碼，由此產(chǎn)生的已編碼信號以預(yù)定方式被處理，并接下來被量化，并且其中產(chǎn)生的已量化信號是可變長度編碼信號，其中在線性量化上產(chǎn)生的位數(shù)被計算，指示量化方式的一個線性/非線性量化切換信號根據(jù)該計算的結(jié)果產(chǎn)生，并且，如果線性/非線性量化切換信號指示非線性量化，根據(jù)由2的冪和被2的冪相乘的一系數(shù)所表示的非線性量化特征值(QUANT)，與表示2的冪的一個指數(shù)作為多個量化信息中的第一量化信息的一個值和相應(yīng)于所述系數(shù)作為第二量化信息的一個值一起進(jìn)行量化。
對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量的估算基于幀進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種輸入圖象信號被量化并接著被編碼的圖象信號編碼裝置，該裝置包括用一個預(yù)定預(yù)測圖象信號對輸入圖象信號進(jìn)行編碼的一個編碼部件;一個對已由所述編碼部件編碼的信號進(jìn)行預(yù)定變換處理操作的變換部件;一個用于對所述變換部件的一個輸出信號根據(jù)由2的冪和被2的冪相乘的一個系數(shù)表示的非線性量化特征值(QUANT)與用于表示2的冪的一個指數(shù)作為多個量化信息中的第一量化信息的一個值和相應(yīng)于所述系數(shù)作為第二量化信息的一個值一起進(jìn)行量化的量化部件;和一個用對已量化信號進(jìn)行可變長度編碼的變長編碼部件。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種一個輸入圖象信號被量化和接著被編碼的圖象信號編碼裝置，該裝置包括一個用預(yù)定預(yù)測圖象信號對輸入圖象信號進(jìn)行編碼的編碼部件;一個用于對由編碼部件已編碼的信號進(jìn)行預(yù)定變換的變換部件;一個用于估算在線性量化中產(chǎn)生的位的量的估算部件;一個用于產(chǎn)生一個根據(jù)估算部件的估算結(jié)果指示量化方式的線性/非線性切換信號的切換信號發(fā)生部件;一個用于根據(jù)由2的冪和被2的冪相乘的系數(shù)表示的非線性量化特征值(QUANT)使用一個用于表示2的冪的指數(shù)作為多個量化信息中的第一量化的值和一個相應(yīng)于作為第二量化信息的所述系數(shù)的值，當(dāng)從所述切換切換信號發(fā)生部件來的線性/非線性切換信號指示非線性量化時，對變換部件來的信號進(jìn)行線性量化的第一量化部件。
該估算部件以幀為基礎(chǔ)計算產(chǎn)生的位的量。
在根據(jù)本發(fā)明的圖象信號解碼方法中，如果指示線性/非線性量化哪個將被使用的線性/非線性量化切換信號指示非線性量化，則通過2的冪乘以要被2的冪相乘的系數(shù)，使用用于表示2的冪的指數(shù)作為多個量化信息中的第一量化信息的一個值和相應(yīng)于所述系數(shù)作為第二量化信息的一個值再產(chǎn)生非線性量化特征值，并且根據(jù)所產(chǎn)生的非線性量化特征值(QUANT)反向量化已編碼數(shù)據(jù)。
對應(yīng)于該線性/非線性量化切換信號的切換以幀為基礎(chǔ)，線性反向量化和非線性反向量化以幀為基礎(chǔ)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種圖象信號解碼裝置，該裝置中，對傳送的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行可變長度解碼而獲得的數(shù)據(jù)被反向量化而已被反向量化的數(shù)據(jù)被解碼以恢復(fù)圖象數(shù)據(jù)，該裝置包括一個用于對傳送圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行可變長度解碼的變長解碼部件;一個用于通過2的冪與一個系數(shù)相乘，使用用于表示2的冪的指數(shù)作為多個量化信息中第一量化信息的一個值和相應(yīng)于被2的冪相乘的所述系數(shù)作為量化系數(shù)中第二量化信息的一個值再產(chǎn)生量化特征值和根據(jù)再產(chǎn)生的量化特征值(QUANT)反向量化已量化數(shù)據(jù)的反向量化部件;和一個用于對已反向量化數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定操作的變換部件。
該反向量化部件包括一個用于變換第一量化信息的表部分;用于根據(jù)第一量化信息對第二量化信息進(jìn)行移位的移位裝置，用于將表的一個輸出加到移位裝置的一個輸出的加法裝置;和一個用于將已量化數(shù)據(jù)乘以加法裝置的輸出的乘法裝置。
反向量化部件包括一個用于變換第一量化信息的表;用于將該表的一個輸出加到第二量化信息的加法裝置;用于將該加法裝置的一個輸出乘以已量化數(shù)據(jù)的乘法裝置;和用于將乘法裝置的輸出移位由第一量化信息所設(shè)定的位數(shù)的移位裝置。該乘法裝置由一個三級乘法器組成。
反向量化部件包括一個用于變換第一量化信息的表;用于將該表的一個輸出加到第二量化信息的加法裝置;用于根據(jù)被變長解碼部分解碼并與該圖象數(shù)據(jù)一起傳送的線性/非線性量化切換信號的線性/非線性量化信息選擇該加法裝置的輸出和該線性量化信息之一的選擇裝置;用于將選擇裝置的輸出乘以已量化數(shù)據(jù)的乘法裝置;以及只有當(dāng)線性/非線性量化切換信號指示非線性量化時，用于將乘法裝置的輸出移位由第一量化信息所設(shè)定的位數(shù)的移位裝置。該乘法裝置由一個三級乘法器組成。
量化特征值被變換成非線性數(shù)字序列，并且正確選擇用于變換成該數(shù)字的非線性序列的方法。
只用一個帶有較少級數(shù)和處理操作數(shù)目的乘法器進(jìn)行量化和反向量化。
另外，只用加法和移位進(jìn)行量化和反向量化。
參考附表和附圖，將詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實施例。
圖1說明根據(jù)本發(fā)明的圖象信號編碼裝置和解碼裝置中用于再產(chǎn)生量化特征值的電路示意性結(jié)構(gòu);
圖2示出圖1中移位器110的一個示意性結(jié)構(gòu);
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的圖象信號編碼裝置解碼裝置中反向量化電路的示意性結(jié)構(gòu);
圖4說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖象信號編碼裝置和解碼裝置中再產(chǎn)生量化特征值的電路的示意性結(jié)構(gòu);
圖5示出圖1中移位器110的一個示意性結(jié)構(gòu);
圖6示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖象信號編碼裝置和解碼裝置中的反向量化電路的示意性結(jié)構(gòu);
圖7示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的圖象信號編碼裝置和解碼裝置中反向量化電路的一個示意性結(jié)構(gòu);
圖8說明根據(jù)本發(fā)明的圖象信號編碼裝置中量化電路的示意性結(jié)構(gòu);
圖9說明高效編碼的原理;
圖10說明壓縮圖象數(shù)據(jù)中的圖象類型;
圖11說明對活動圖象信號進(jìn)行編碼的原理;
圖12說明活動圖象信號的GOP結(jié)構(gòu);
圖13說明輸入，編碼，解碼和輸出圖象信號的順序;
圖14是示出傳統(tǒng)編碼/解碼裝置一種典型結(jié)構(gòu)的方框電路圖;
圖15說明在示于圖14的格式轉(zhuǎn)換電路17中的格式轉(zhuǎn)換操作;
圖16是表示圖14表示編碼器18的一種典型結(jié)構(gòu)的方框電路圖;
圖17說明示于圖16的預(yù)測模式切換電路52的操作;
圖18說明示于圖16的DCT模式切換電路52的操作;
圖19是表示圖14所示解碼器31的一種典型結(jié)構(gòu)的方框電路圖;
圖20說明傳統(tǒng)非線性量化電路的示意性結(jié)構(gòu)。
圖中各標(biāo)號代表110，143，150，183…移位器;111，141，151，181，…表;112，140，152，180…加法部件;142，182…乘法器;190，191…加法部件;192…移位器;210…最大系數(shù)選擇電路;211…選擇量化特征值電路;213…線性量化電路;214…非線性量化電路。
對于本發(fā)明的第一實施例，用于表示量化信息中2的冪標(biāo)記或指數(shù)的二進(jìn)制數(shù)表示第一量化信息而相應(yīng)于要被2的冪相乘的系數(shù)的二進(jìn)制數(shù)表示第二量化信息，并根據(jù)由2的冪值與上述系數(shù)的乘積表示的數(shù)字的非線性序列所代表的量化特征值(QUANT)進(jìn)行量化和反向量化。如果第一量化信息用k表示和第二量化信息用(i/2+j)表示，則量化特征值(QUANT)可用等式(1)求得。
QUANT＝(i/2+j)×2k+α (1)(α＝2(k+2)-4)其中j和k是正整數(shù)和i是0或1。使用量化特征值(QUANT)，對圖象信號的編碼和解碼分別由一個編碼器和一個解碼器執(zhí)行。
應(yīng)注意，在由MPEG系統(tǒng)編碼的位流中含有變長編碼數(shù)據(jù)。因此，需要一個特殊碼，使它從一點開始解碼期間，即使可能已產(chǎn)生可變長度編碼數(shù)據(jù)的變化，也能進(jìn)行一元解碼。在以上的位流中，該特殊碼是一個包含23或更多個連續(xù)的0的代碼。在這一考慮中，在量化信息中的位都是0的量化特征值(QUANT)被禁止以制止除上述特殊碼外可變長碼數(shù)據(jù)，使得23或更多個0可為其它變長碼數(shù)據(jù)的任何組合產(chǎn)生。
如果量化信息被認(rèn)為是恒定的由式(1)表示的序列是一個等于一個2的冪的相鄰兩項有相同差值的等差級數(shù)。如果由量化信息j表示的數(shù)是P，該等差變?yōu)?×P的間隔。
可由式(1)表示的量化特征值(QUANT)由表8給出。
在表8中，量化信息的k，j和i分別是2位，2位和1位，總共是5位，也示出了與此相關(guān)的量化特征值(QUANT)，包括二進(jìn)制表示。量化信息的5位表示為(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)，從MSB開始。量化信息k的頭兩位(Q1，Q2)表示用于表示2的冪的指數(shù)的第一量化信息。對于量化信息的其余三位，兩位j(Q3，Q4)和一位i(Q5)表示第二量化信息，第二量化信息是相應(yīng)于被式(1)的2的冪數(shù)相乘系數(shù)的一個值。
用X(＝1/2+j)表示的量化特征值的8個值的一組組成一個等差級數(shù)，該等差級數(shù)有其在從一組變到另一組的切換點改變等差值。如果采用表8所示的數(shù)字的非線性序列，量化信息的變換可被一元操縱。結(jié)果，如果量化寬度由可被式(1)表示的值表示，可不再需要用于保存相應(yīng)變換表的存儲器。
由于由量化信息k，j和i表示的5位表示了為發(fā)送從1到31的量化特征值的值所需的位數(shù)，可以使采用根據(jù)本發(fā)明用于找到量化特征值(QUANT)的方法對圖象信號進(jìn)行編碼/解碼的方法和裝置可同采用為找到量化特征值的傳統(tǒng)方法的圖象信號編碼/解碼方法和裝置互換。
在上表8中，量化特征值(QUANT)各組用X表示。對于每組X的一個初始值α，量化特征值(QUANT)用α和X通過等式α+X×2n表示，其中n是自然數(shù)。因此，包含8個值的每組可從前端組開始由0+X，4+2X，12+4X和28+8X表示。
設(shè)置在用于通過變換成示于表8的非線性數(shù)字序列而再產(chǎn)生的量化特征值的圖象信號解碼裝置中的電路示意地圖示于圖1中。
如果量化信息(Q3，Q4，Q5)被輸入移位器110并使用量化信息(Q1，Q2)的值被移位，則每組X的數(shù)字序列可由X×2n表示，n是自然數(shù)。也就是，如果量化信息(Q1，Q2)是(0，0)，(0，1)，(1，0)和(1，1)，則量化信息(Q3，Q4，Q5)分別被移位0，1，2或3位。
表9示出引入表111的量化信息(Q1，Q2)的值由表111變換后發(fā)生的輸出S1的值，和在表111中被順序讀出的值S2，如上所述。
示于圖1的移位器110的構(gòu)形示意地示于圖2。在與門121至132輸入的量化信息(Q3，Q4，Q5)根據(jù)由移位量發(fā)生器120以量化信息(Q1，Q2)為基礎(chǔ)所產(chǎn)生的移位量被改變，并通過或門133，136和異或門134，135被發(fā)送。由此產(chǎn)生的量化信息在位0輸出端b
至位5輸出端b[5]上輸出。
根據(jù)量化信息(Q1，Q2)順序讀出的值0，4，12和28被儲存在表111中。讀出值的高3位和X×2n的高3位，(n為自然數(shù))，在相加節(jié)點112相加。由此產(chǎn)生的總和信號的4位和值X×2n的低3位連接起來給出7位量化特征值(QUANT)，作為再生值。
用于找到上述非線性量化特征值的電路裝置的尺寸小于用于找到示于圖7的傳統(tǒng)非線性量化特征值的電路裝置。其原因在于傳統(tǒng)的非線性量化特征值缺乏周期性并必須不時參考表，以致所以需要大量門電路。
由此產(chǎn)生的量化特征值被已量化圖象數(shù)據(jù)(量化數(shù)據(jù))的變換系數(shù)以反向量化方式相乘。由于7位中的4位是有效位，這可從表8中看到，一個三級乘法器可用于將量化特征值乘以變換系數(shù)作為圖象信號的已量化數(shù)據(jù)(量化數(shù)據(jù))。
圖象信號編碼和解碼裝置中的反向量化電路的布局示意地示于圖3中。輸入表141的量化信息(Q1，Q2)在變換成示于表10的值S3后加到加法部件140。
在加法部件140中，值S3和量化信息(Q3，Q4，Q5)被加在一起，由此產(chǎn)生的總和被傳送到一個信號開關(guān)部件144。輸入到該信號開關(guān)部件的還有用于進(jìn)行線性量化的量化信息(Q3，Q4，Q5)和用于進(jìn)行非線性量化的MSB等于0的量化信息。輸入到該信號開關(guān)部件的另外還有用于選擇要進(jìn)行線性量化或非線性量化的線性/非線性量化信號。
本文所述線性量化意味著由二進(jìn)制值表示的量化信息的值與量化寬度即量化步長的值有線性關(guān)系。相反，非線性量化意味著由二進(jìn)制值表示的量化信息的值與量化寬度的值有非線性關(guān)系。
如果在信號開關(guān)部件144中由線性量化/非線性量化切換信號選擇了線性量化，則用于線性量化的量化信息(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)被選擇和傳送到乘法器142。相反，如果通過線性/非線性量化開關(guān)信號選擇了非線性量化，則從加法部件140來的4位量化信號和作為量化信息的MSB的0被選擇和傳送到乘法器142。乘法器142把輸入的量化信息乘以n位變換系數(shù)以產(chǎn)生乘積，該乘積輸出到移位器143。
量化信息(Q1，Q2)和上述線性量化/非線性量化開關(guān)信號被輸入移位器143。如果已由線性量化/非線性量化開關(guān)信號選擇了線性量化，則移位器143直接發(fā)送乘法器142的輸出作為再現(xiàn)輸出。相反，如果已由線性量化/非線性量化開關(guān)信號選擇了非線性量化，則移位器143將乘法器142的輸出移位，其移位量以輸入量化信息(Q1，Q2)為基礎(chǔ)而產(chǎn)生，如表11所示，以輸出移位后數(shù)據(jù)作為再現(xiàn)數(shù)據(jù)。
表11線性/非線性Q1Q2移位量量化切換信號線性量化××0位非線性量化000位非線性量化011位非線性量化102位非線性量化113位在上表中，由線性量化/非線性量化切換信號選擇的線性量化的(Q1，Q2)的符號x表示移位量不受量化信息(Q1，Q2)的值的任何可能組合的影響。
如果已量化數(shù)據(jù)反向量化的數(shù)據(jù)的再現(xiàn)值是A，作為量化數(shù)據(jù)的變換系數(shù)是Coeff和量化寬度是SP，再現(xiàn)值A(chǔ)可表示為A＝Coeff×SP＝Coeff×(2×QUANT)(2)如果已選擇了非線性量化，則用于找到量化特征值(QUANT)的等式(2)修正為QUANT＝((i/2+j)+(4-4/2k))×2k(3)在上式中，(i/2+j)項相應(yīng)于輸入加法部件140的第二量化信息(Q3，Q4，Q5)，(4-4/2k)項相應(yīng)于表141的一個輸出和2k項相應(yīng)于移位器143中的移位量。因此由下式給出再現(xiàn)值A(chǔ)A＝Coeff((i/2+j)+(4-4/2k))×2(k+1)(4)用于找到再現(xiàn)值A(chǔ)的移位器143在結(jié)構(gòu)上更簡單。還可采用有較少級數(shù)的乘法器142，該乘法器142能將變換系數(shù)的n位，開關(guān)部件144的輸出數(shù)據(jù)的4位和MSB相乘。
在上述第一實施例中，可假設(shè)量化特征值的最大值是56.0，量化寬度是112。但是，例如，如果白噪聲輸入實際圖象，需要更大的量化特征值。為處理這種情況，可采用以下兩種方法。
第一種方法是分配量化特征值的較大的值，如64，96或128，給當(dāng)前未采用的二進(jìn)制“00000”的量化信息。如果分配64或128作為量化特征值的值，則由于移位器中的移位滿足反向量化中的乘法，可簡化處理。如果分配96作為量化特征值的值，則由于單級加法部件足以滿足，處理可相似簡化。
第二種方法是分配量化特征值的值64，96或128給二進(jìn)制“11111”的量化信息，這是考慮到如果采用二進(jìn)制“00000”的量化信息，很可能產(chǎn)生一個“0”的長序列。
在由28×8X表示的第四組的移位量明顯改變的情況下的量化特征用第三實施例的方式在表12中示出。
在表12中由28+16X表示第四組量化信息通過有意設(shè)定由量化信息k表示的移位量的最大值而找到，使第四組量化信息較大則不管量化信息k的連續(xù)性。因此量化特征值的最大可能值是84.0，該值足夠大以適應(yīng)如自噪聲的特殊輸入。這種方法在控制編碼中是所希望的，因為它可能提供連續(xù)的量化特征值直到最大值。
在當(dāng)前第三實施例中，禁止量化信息“00000”，如在上述第一實施例中相同。
用于再產(chǎn)生量化特征值的電路示意地示于圖4，該電路在圖象信號解碼裝置中用以通過變換成示于表12的非線性數(shù)字序列再產(chǎn)生量化特征值。
n是自然數(shù)的X×2n值可由輸入量化信息(Q3，Q4，Q5)到移位器150，和使用量化信息(Q1，Q2)值移位量化信息(Q3，Q4，Q5)來表示。也就是，如果量化信息(Q1，Q2)是(0，0)，(0，1)，(1，0)或(1，1)，量化信息(Q3，Q4，Q5)分別被移位0，1，2或4位。
圖5示出示于圖4的移位器150的示意性結(jié)構(gòu)。輸入到與門161至172的量化信息(Q3，Q4，Q5)響應(yīng)在移位量發(fā)生器160中，根據(jù)量化信息(Q1，Q2)產(chǎn)生的移位量而改變，并通過或門173，175和異或門174被發(fā)送，以使量化信息在位0輸出端b
至位6輸出端b[6]上輸出。
根據(jù)量化信息(Q1，Q2)順序讀出的值0，4，12和28，被儲存到表151，讀出值的高4位和值X×2n(n為自然數(shù))，以高4位在相加節(jié)點152加在一起。5位總和值附加到值X×2n的低3位以再產(chǎn)生8位量化特征(QUANT)，從表151順序讀出的值是示于表9中的值，與上述第一實施例中相同。
圖象信號編碼/解碼裝置中反向量化電路用示意地示地圖6中。輸入表181的量化信息(Q1，Q2)變換成示于表13中的值S4，以便輸出到加法部件180。
在加法部件180中，從表181來的值S4和量化信息(Q3，Q4，Q5)加在一起，產(chǎn)生的總和在乘法器182中乘以n位變換系數(shù)。在移位器183中根據(jù)量化信息(Q1，Q2)經(jīng)移位產(chǎn)生乘積，用以再產(chǎn)生圖象數(shù)據(jù)。同時，在當(dāng)前第三實施例中反向量化電路182的乘法器183的位數(shù)不同于上述第一實施例中反向量化電路的乘法器142的位數(shù)。
也就是，在第三實施例中，如果量化信息k有值0，1或2，則圖象數(shù)據(jù)的再現(xiàn)值A(chǔ)可從等式(4)中求得。另一方面，如果量化信息k有值3，則圖象數(shù)據(jù)的再現(xiàn)值A(chǔ)可從下式得到A＝Coeff×((i/2+j)+1.75)×25(5)
用于尋求再現(xiàn)值A(chǔ)的移位器183在結(jié)構(gòu)上較簡單。還可采用較少級數(shù)的乘法器182，它能將變換系數(shù)的n位和乘法器180的輸出數(shù)據(jù)的5位相乘。
以下描述本發(fā)明的第四實施例，對于根據(jù)本發(fā)明的圖象信號的編碼方法，圖象信號根據(jù)如下表示的量化特征值(QUANT)被量化。
QUANT＝2(m-1)+α1×2(m-2)+α2×2(m-3)+…+αn×2(m-n-1)(6)其中m為表示量化特征值所冪的整指數(shù)，而為Qj，j為1～n，是表示量化特征值精度的預(yù)定整數(shù)。
在當(dāng)前第四實施例中，用整數(shù)指數(shù)從0到7的值和作為式(6)的一個典型例子的量化特征值2的精度n，信號被量化。雖然在等式(6)中采用(m-1)值代替m作為冪的指數(shù)，采用指數(shù)m或(m-1)并無本質(zhì)區(qū)別。
可被上式(6)表示的量化特征值示于表14。
如果采用示于表14的非線性序列，該映射可由等式(6)一元地確定，使得不再需要提供保存映射數(shù)據(jù)的存儲器。
如果采用了映射到示于表14的非線性序列，以下編碼數(shù)據(jù)被發(fā)送，用于傳送根據(jù)等式(6)的量化信息。為發(fā)送量化信息m，首先必需發(fā)送從0到7的整數(shù)，所以需要3位。此外，為發(fā)送量化信息α1和α2，每個需要1位，所以總共需要5位。5位數(shù)正好是發(fā)送從1到31的數(shù)字所需的，因此可保持在傳統(tǒng)量化特征值下運(yùn)行的系統(tǒng)與在根據(jù)本發(fā)明的量化特征值下運(yùn)行的系統(tǒng)的兼容性。
以下給出5位量化信息(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)的典型結(jié)構(gòu)。量化信息m由前3位(Q1，Q2，Q3)二進(jìn)制表示，而量化信息α1和量化信息α2各由1位(Q4，Q5)表示。
Q1，Q2，Q3，Q4，Q55位Q，Q2，Q3000至111量化信息mQ40或1量化信息α1Q50或1量化信息α1現(xiàn)在說明采用映射到示于表14的非線性序列時的反向量化。如果示于表14的非線性序列由二進(jìn)制數(shù)表示，則在任何這些二進(jìn)制數(shù)中只有3位同時變?yōu)椤?”。結(jié)果，位“1”連續(xù)產(chǎn)生而不是隨機(jī)產(chǎn)生，使得通過置于兩級加法器下游的移位器就足以將數(shù)據(jù)移位到所需位置。在圖7中示出根據(jù)本發(fā)明以上述原理為基礎(chǔ)的反向量化電路。根據(jù)本發(fā)明的反向量化裝置由兩個全加器190，191和一個移位器192組成。移位器將數(shù)據(jù)向左移的位數(shù)示于表15，并根據(jù)(Q1，Q2，Q3)的值。在此時，該LSB被插入0。
等于100的一個DCT系數(shù)用量化寬度20被量化的情況以實例方式加以說明。該量化特征值等于5，如果采用9位編碼，該值在編碼成“000000101”后被發(fā)送。如果以本發(fā)明的方式用5位進(jìn)行編碼，以量化寬度是20用5位編碼后變?yōu)椤?0101”，因為20＝16+4，16＝24和4＝22，因此m＝5，α1＝0和α2＝1。
在接收到量化值(量化數(shù)據(jù))“000000101”和量化寬度“10101”，解碼器輸入該數(shù)據(jù)到反向量化電路。也就是，在圖7中，a0…a8＝”00000101”和Q1Q2Q3＝“101”量化信息mQ4＝“0”Q5＝“1”在示于圖7的反向量化電路中，由于Q5＝“1”，在最上行中的a0至a8直接被輸入加法器190。但是，由于Q4＝“0”，下一行的a0到a8的一個輸出變?yōu)椤?”但不輸入加法器190。
在第三行的A0至A8被相加產(chǎn)生相加結(jié)果，使新的總和結(jié)果是“000000011001”。這個值被輸入移位器192，根據(jù)Q1，Q2，Q3＝“101”移位兩位，使移位器192由一個輸出變?yōu)椤?00001100100”，因此產(chǎn)生數(shù)字“100”的量化值。在本實例中，移位器192的移位量和計算移位量的方法分別示于表15和16中。
表15
Q1 Q2 Q3左移位量(0填沖)0右移位:3或左移位二進(jìn)制點:31右移位:2或左移位二進(jìn)制點:22右移位:1或左移位二進(jìn)制點:13041526374表16000000101←Q5=1000000000←Q4=0+) 000000101000000011001←輸入至移位器↓000001100100←從移位器輸出現(xiàn)說明本發(fā)明的第五實施例。
在本發(fā)明第四實施例中，定義了量化特征值精度最大到在二進(jìn)制表示中二進(jìn)制點以下的第三位置，如表14所示。但是，由量化電路接收的量化特征值精度被獨立確定。例如，如果由量化電路接收的量化特征值的精度最大到二進(jìn)制表示中二進(jìn)制點以下第一位置，則禁止有過密量化特征值精度的示于表14的量化信息。以這種方式限定的量化特征值示于表17。在第五實施例中，禁止的量化信息不能被采用。
在第六實施例中，有過密量化特征值精度的量化信息被改變，其分配方式是使量化信息表示有可接受精度的附近的量化特征值，而不是禁止有過密量化特征值精度的量化信息，這個實施例示于表18，其中代表量化特征值的例如0.5的量化信息是“000XX”，X表示“無關(guān)”，表示在這些位置的位可以是0或1，在當(dāng)前第六實施例中，沒有如第五實施例中的被禁止的量化信息。
應(yīng)注意，可變長度編碼數(shù)據(jù)包含在由MPEG系統(tǒng)編碼的位流中，因此，在從任意點開始進(jìn)行解碼時，如果可能的變長編碼數(shù)據(jù)的變化已產(chǎn)生時，需要一個能進(jìn)行一元解碼的特殊碼，在根據(jù)MPEG系統(tǒng)編碼的位流中，該特殊碼是有23或更多連續(xù)0的一個碼。在這種考慮中，在除以上特殊碼外的可變長碼數(shù)據(jù)，使得23或更多個0可為其它任何變長碼數(shù)據(jù)的任何組合產(chǎn)生。
結(jié)果，盡可能不被使用只由0組成的量化信息。因此，在表14，17和18中，量化信息“00000”帶來一系列問題。為克服這些問題，在例如表14中，“0”和“1”互相倒置，用于禁止認(rèn)為只在極少數(shù)情況下使用的較大的量化特征值“112”。這種例子示于表19。表20示出一個例子，其中表18的精度加倍用以翻轉(zhuǎn)該量化信息。
以下說明一種圖象信號編碼/解碼裝置，其中在引入量化信息時線性量化轉(zhuǎn)換為非線性量化或反之。
根據(jù)本發(fā)明的圖象信號編碼裝置的示意性結(jié)構(gòu)與示于圖16中的傳統(tǒng)編碼裝置相似。但是，反向量化電路60有示于圖3，6和7的示意性布局之一，而量化電路57有示于圖8的示意性布局。
以示于圖16的DCT電路56來的信號被傳送到示于圖8的量化電路57和之后傳到最大系數(shù)選擇電路210。在最大系數(shù)選擇電路210中，用最大系數(shù)除以用于線性量化的最大量化寬度62而獲得的一個值與量化級的最大值256進(jìn)行比較。如果該值等于或大于最大量化寬度，則量化特征值選擇電路211選擇線性量化的量化特征值。此時，該量化特征值選擇電路211輸出指示線性量化已被選擇的量化選擇信號到信號切換開關(guān)212和到示于圖16的可變長編碼電路58。結(jié)果，信號切換開關(guān)212被設(shè)定到固定端a，以使量化特征值選擇電路211的輸出通過信號切換開關(guān)212固定端a被傳送到線性量化電路213。在線性量化電路213中，該數(shù)據(jù)與線性量化特征值一起進(jìn)行線性量化，由此產(chǎn)生的已線性量化數(shù)據(jù)輸出到可變長編碼電路58和反向量化電路60。
由于不僅量化特征值選擇信號而且量化寬度(量化級)被加到可變長編碼電路58，故該可變長編碼是電路58使用量化寬度進(jìn)行可變長編碼。
另一方面，如果斷定在最大系數(shù)選擇電路210中獲得的并與量化級比較后的小于最大量化寬度，則量化特征值選擇電路211選擇非線性量化的量化特征值。因此，從量化特征值選擇電路211來的指示已選擇非線性量化的量化選擇信號輸出到信號選擇開關(guān)212，該信號選擇開關(guān)212切換到固定端b。量化特征值選擇電路211的一個輸出經(jīng)信號切換開關(guān)212的b端傳送到非線性量化電路214以便根據(jù)非線性量化特征值進(jìn)行非線性量化。已非線性量化的數(shù)據(jù)輸出到可變長編碼電路58和反向量化電路60。
由于不僅量化特征值選擇信號而且量化寬度(量化級)被加到可變長編碼電路58，如線性量化相同，可變長編碼電路58使用量化寬度進(jìn)行可變長編碼。
由于線性量化/非線性量化開關(guān)信號的幀為基礎(chǔ)變換，故線性量化變?yōu)榉蔷€性量化或相反也以幀為基礎(chǔ)。
對于最大系數(shù)選擇電路210去檢查在MPEG系統(tǒng)中規(guī)定的指示量化特征值的標(biāo)志以確定進(jìn)行線性量化還是非線性量化也是可能的。
對于最大系數(shù)選擇電路210，去檢查動態(tài)范圍的確定要執(zhí)行線性量化還是非線性量化也是可能的。
根據(jù)本發(fā)明圖象信號解碼裝置的示意性結(jié)構(gòu)與示于圖19的傳統(tǒng)解碼裝置的結(jié)構(gòu)相似。但是，反向量化電路83可有任一種示于圖3，6和7的示意性結(jié)構(gòu)。
應(yīng)注意，上述實施例只是說明性的，并可作出不背離本發(fā)明范圍的改變和修改。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種圖象信號編碼裝置，該裝置包括用于使用預(yù)定預(yù)測圖象信號對輸入圖象信號進(jìn)行編碼的一個編碼部件;用于對由該編碼部件編碼的信號進(jìn)行預(yù)定變換操作的一個變換部件;用于估算線性量化中產(chǎn)生的位的量的一個估算部件;用于產(chǎn)生根據(jù)估算部件估算的結(jié)果指示量化方式的線性/非線性切換信號的一個切換信號發(fā)生單元;一個第一量化部件，用于當(dāng)從切換信號發(fā)生部件來的線性/非線性切換信號指示線性量化時，對變換部件來的信號進(jìn)行線性量化;一個第二量化部件，用于當(dāng)從切換信號發(fā)生部件來的線性/非線性切換信號指示非線性量化時，根據(jù)由2的冪和被2的冪相乘的系數(shù)表示的非線性量化特征值(QUANT)，使用用于表示作為多個量化信息中的第一量化信息的2的冪的指數(shù)的一個值和相應(yīng)于作為第二量化信息的系數(shù)的一個值對來自變換部件的信號進(jìn)行線性量化;和一個可變長編碼部件，用于借助圖象數(shù)據(jù)使用較寬范圍和適當(dāng)精度的量化特征值被量化或反向量化，對第一量化部件或第二量化部件的輸出的已量化信號進(jìn)行可變長編碼。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種圖象信號解碼裝置，該裝置包括一個可變長解碼部件，用于對被傳送的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行可變長解碼;一個反向量化部件，用于通過將2的冪乘以一個系數(shù)，使用用于表示作為多個量化系數(shù)中第一量化系數(shù)的2的冪的指數(shù)的一個值和一個相誤碼于被作為多個量化系數(shù)中的第二量化信息的要與所述2的冪相乘的系數(shù)的值再產(chǎn)生量化特征值，并根據(jù)再產(chǎn)生的非線性量化特征值反向打開(inverse-contusing)從可變長編碼部件來的已量化數(shù)據(jù);和一個變換部件，用于借助圖象數(shù)據(jù)使用較寬范圍和適當(dāng)精度的量化特征值可被反向量化，對已反向量化數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定操作。
結(jié)果，可采用較大的量化特征值用于對需要較大量化特征值的圖象進(jìn)行編碼，同時可采用較小量化特征值用于對高質(zhì)量圖象進(jìn)行解碼。
另一方面，可獲得適用于控制高精度編碼產(chǎn)生的位的數(shù)目的量化特征值。
此外，由于不需要存儲量化特征值的非線性數(shù)字序列，不增加電路結(jié)構(gòu)尺寸，量化和反向量化可使用移位操作和一個有減少了級數(shù)的乘法器完成，該乘法器的大小可為傳統(tǒng)編碼/解碼方法和編碼/解碼裝置中的乘法器的一半。
權(quán)利要求
1.一種輸入圖象信號被量化并接著被編碼的圖象信號編碼方法，該方法包括以下步驟設(shè)定用于表示作為多個量化信息中第一量化信息的2的冪的指數(shù)的量化信息的一個值；設(shè)定相應(yīng)于被作為多個量化信息中第二量化信息的2的冪相乘的系數(shù)的一個值；和根據(jù)用所述系數(shù)與2的冪的乘積表示的非線性量化特征值(QUANT)進(jìn)行量化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的圖象信號編碼方法，其特征在于所述量化特征值是由以下求得使用k作為表示2的冪的指數(shù)的一個值的第一量化信息，k為正整數(shù);和通過使用(i/2+j)作為相應(yīng)于被2的冪相乘的系數(shù)的第二量化信息，j是正整數(shù)和i是0或1，并且其中被一常數(shù)相乘的量化特征值被用作量化寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的圖象信號編碼方法，其特征在于該量化特征值(QUANT)由下式表示QUANT＝(i/2+j)×2k+2(k+2)-4.
4.根據(jù)權(quán)利要求3的圖象信號編碼方法，其特征在于包含所述第一量化信息和所述第二量化信息的所述量化信息由5位表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的圖象信號編碼方法，其特征在于所述量化信息k，i和j與量化特征值的關(guān)系如下表1所示被設(shè)定
6.根據(jù)權(quán)利要求5的圖象信號編碼方法，其特征在于如果所述量化特征值用二進(jìn)制數(shù)表示，則在4個連續(xù)位中至少存在一個有效位;
7.根據(jù)權(quán)利要求4的圖象信號編碼方法，其特征在于所述量化信息k，i和j與量化特征值的關(guān)系如下表2所示被設(shè)定
8.根據(jù)權(quán)利要求7的圖象信號編碼方法，其特征在于如果所述量化特征值用二進(jìn)制數(shù)表示，則在4個連續(xù)位中至少存在一個有效位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的圖象信號編碼方法，其特征在于所述量化特征值是以下述方式求得，即通過使用m作為用于表示2的冪的指數(shù)的一個值的第一量化信息，m為用于表示所需量化特征值所要求的值(整數(shù))，和通過使用α;作為相應(yīng)于被2的冪相乘的系數(shù)的第二量化信息，αi是0或1，i等于1～n，而且被一常數(shù)相乘的該量化特征值被用作量化寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的圖象信號編碼方法，其特征在于所述量化特征值(QUANT)可由下式表示QUANT＝2(m-1)+α1×2(m-2)+α2×2(m-3)+…+αn×2(m-n-1).
11.根據(jù)權(quán)利要求10的圖象信號編碼方法，其特征在于如果用于表示可由所述第一量化信息m表示的值的范圍所需的位數(shù)是L，則包括所述第一量化信息和所述第二量化信息的量化信息用(L+n)位表示。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的圖象信號編碼方法，其特征在于包含所述第一量化信息和所述第二量化信息的所述量化信息用5位表示。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的圖象信號編碼方法，其特征在于所述權(quán)量化信息m，αi.與量化特征值的關(guān)系如下表3所示被設(shè)定。
14.一種圖象信號編碼方法，其中圖象信號使用預(yù)定預(yù)測圖象信號被編碼，產(chǎn)生的已編碼信號以預(yù)定方式處理，接著被量化，其中產(chǎn)生的已量化信號被可變長編碼，并計算線性量化所產(chǎn)生的位的量，根據(jù)計算結(jié)果，產(chǎn)生指示量化方式的線性/非線性量化切換信號，并且，如果所述線性/非線性量化切換信號指示非線性量化，則基于由2的冪和被2的冪相乘的一個系數(shù)表示的非線性量化特征值(QUANT)，使用用于表示作為多個量化信息中第一量化信息的2的冪的指數(shù)的一個值和相應(yīng)于作為第二量化信息的所述系數(shù)的一個值進(jìn)行量化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的圖象信號編碼方法，其特征在于對產(chǎn)生的位量的計算是以幀為基礎(chǔ)進(jìn)行。
16.一種將輸入圖象信號量化并接著編碼的圖象信號編碼裝置，包括一個編碼部件，用于使用預(yù)定預(yù)測圖象信號對輸入圖象信號進(jìn)行編碼;一個變換部件，用于對被所述編碼部件編碼的信號進(jìn)行預(yù)定變換處理操作;一個量化部件，用于根據(jù)由2的冪和被2的冪相乘的系數(shù)所表示的非線性量化特征值(QUANT)，用表示作為多個量化信息中第一量化信息的2的冪的指數(shù)的一個值和相應(yīng)于作為第二量化信息的所述系數(shù)的一個值，對所述變換部件的輸出信號進(jìn)行量化;和一個可變長編碼部件，用于對已量化信號進(jìn)行可變長編碼。
17.一種將輸入圖象信號量化并接著編碼的圖象信號編碼裝置，包括一個編碼部件，用于使用預(yù)定預(yù)測圖象對輸入圖象信號進(jìn)行編碼;一個變換部件，用于對被所述編碼部件編碼的信號進(jìn)行預(yù)定變換處理操作;一個計算部件，用于計算線性量化產(chǎn)生的位的量;一個切換信號發(fā)生部件，用于根據(jù)所述計算部件計算結(jié)果產(chǎn)生指示量化方式的線性/非線性切換信號。一個第一量化部件，用于當(dāng)來自所述切換信號發(fā)生部件的線性/非線性量化切換信號指示線性量化時，對來自所述變換部件的信號進(jìn)行線性量化，一個第二量化部件，用于當(dāng)來自所述切換信號發(fā)生部件的線性/非線性切換信號指示非線性量化時，根據(jù)由2的冪和被2的冪相乘的系數(shù)所表示的非線性量化特征值(QUANT)，使用用于表示作為多個量化信息中第一量化信息的2的冪的指數(shù)的一個值和相應(yīng)于作為第二量化信息的所述系數(shù)的一個值，對來自該變換部件的信號進(jìn)行量化。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的圖象信號編碼裝置，其特征在于所述計算部件計算產(chǎn)生的位的量是以幀為基礎(chǔ)的。
19.一種被傳送的已編碼數(shù)據(jù)被反向量化并接著被解碼以恢復(fù)圖象數(shù)據(jù)的圖象信號解碼方法，其特征在于在進(jìn)行反向量化時，通過將2的冪乘以要被所述2的冪相乘的一個系數(shù)，使用用于表示作為多個量化信息中第一量化信息的2的冪的指數(shù)的一個值和相應(yīng)于作為第二量化信息的所述系數(shù)的一個值，再產(chǎn)生非線性量化特征值，并根據(jù)該再產(chǎn)生產(chǎn)的非線性量化特征值(QUANT)反向量化已編碼數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的圖象信號解碼方法，其特征在于所述量化特征值由以下方式求得，即通過使用k作為用于表示2的乘方指數(shù)的多個量化信息中第一量化信息，和還通過使用(i/2+j)作為相應(yīng)于被2的冪相乘的系數(shù)的一個值的第二量化信息，j和k是正整數(shù)，i是0或1，并且得到的量化特征值乘以常數(shù)以給定一個用作量化寬度的值。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的圖象信號解碼方法，其特征在于該量化特征值(QUANT)由下式表示QUANT＝(i/2+j)×2k+2(k+2)-4.
22.根據(jù)權(quán)利要求21的圖象信號解碼方法，其特征在于包含所述第一量化信息相所述第二量化信息的所述量化信息由5位表示。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的圖象信號解碼方法，其特征在于在反向量化已編碼數(shù)據(jù)中，該已編碼數(shù)據(jù)被相加三次，并且產(chǎn)生的總和被移位由所述第一量化信息設(shè)定的位數(shù);
24.根據(jù)權(quán)利要求22的圖象信號解碼方法，其特征在于所述量化信息k，i和j與量化特征值的關(guān)系如下表4所示被設(shè)定。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的圖象信號解碼方法，其特征在于所述量化信息k，i和j與量化特征值的關(guān)系如下表5所示被設(shè)定
26.根據(jù)權(quán)利要求19的圖象信號解碼方法，其特征在于所述量化特征值用下法求得，即通過使用m作為用于表示2的冪的指數(shù)的一個值的第一量化信息，m為用于表示所需量化特征值所要求的值(整數(shù))，和通過使用α作為相應(yīng)于被2的冪相乘的系數(shù)的第二量化信息，αi為0或1，i等于1～n，而且其中被一常數(shù)相乘的量化特征值被用作量寬度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的圖象信號解碼方法，其特征在于所述量化特征值(QUANT)由下式表示QUANT＝2(m-1)+α1×2(m-2)+α2×2(m-3)+…+αn×2(m-n-1)其中n為指示量化特征值精度的預(yù)定整數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的圖象信號解碼方法，其特征在于如果用于表示可由所述第一量化信息m表示的值的范圍所需位數(shù)是L，則包含所述第一量化信息和所述第二量化信息的量化信息由(L+n)位表示。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的圖象信號解碼方法，其特征在于在反向量化已編碼數(shù)據(jù)中，該已編碼數(shù)據(jù)被相加n次，所產(chǎn)生的總和移位L位。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的圖象信號解碼方法，其特征在于包含所述第一量化信息和所述第二量化信息的所述量化信息由(3+2)位表示。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的圖象信號解碼方法，其特征在于在反向量化已編碼數(shù)據(jù)中，該已編碼數(shù)據(jù)被相加兩次，所產(chǎn)生的和被移位3位。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的圖象信號解碼方法，其特征在于所述量化信息m，αi與量化特征值的關(guān)系如下表6所示被設(shè)定。
33.一種進(jìn)行由可對已傳送的圖象數(shù)據(jù)可變長解碼而獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反向量化并將已反向量化的數(shù)據(jù)解碼以恢復(fù)圖象數(shù)據(jù)的圖象信號解碼方法，其特征在于如果用于指示要進(jìn)行線性量化或非線性量化的線性/非線性量化切換信號指示非線性量化，則通過將2的冪乘以一個系數(shù)，使用用于表示作為多個量化系數(shù)中第一量化系數(shù)的2的冪的一個值和相應(yīng)于作為多個量化系數(shù)中第二量化信息的被所述2的冪相乘的所述系數(shù)的一個值，再產(chǎn)生量化特征值，并根據(jù)該現(xiàn)產(chǎn)生的量化特征值(QUANT)對已量化數(shù)據(jù)進(jìn)行反向量化。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的圖象信號解碼方法，其特征在于所述線性/非線性量化切換信號的切換是以幀為基礎(chǔ)，由此所述線性量化切換到所述非線性量化或相反是以幀為基礎(chǔ)。
35.一種由對傳送的圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行可變長解碼獲得的數(shù)據(jù)被反向量化而已反向量化的數(shù)據(jù)再被解碼以恢復(fù)圖象數(shù)據(jù)的圖象信號解碼裝置，包括一個可變長解碼部件，用于對已傳送圖象數(shù)據(jù)進(jìn)行可變長解碼;一個反向量化部件，用于通過將2的冪乘以一個系數(shù)，使用用于表示作為多個量化系數(shù)中第一量化系數(shù)的2的冪的指數(shù)的一個值和相應(yīng)于作為多個量化系數(shù)中第二量化信息的被所述2的冪相乘的所述系數(shù)的一個值，再產(chǎn)生量化特征值，并根據(jù)已再產(chǎn)生的量化特征值(QUANT)對已量化數(shù)據(jù)進(jìn)行反向量化;和一個變換部件，用于對已反向量化數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定操作。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的圖象信號解碼裝置，其特征在于所述反向量化部件包括一個用于轉(zhuǎn)換所述第一量化信息的表部分，用于根據(jù)所述第一量化信息對所述第二量化信息進(jìn)行移位的移位裝置，用于將所述表部分的輸出加到所述移位裝置之輸出的加法裝置和一個用于將已量化數(shù)據(jù)乘以所述加法裝置輸出的乘法部分。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的圖象信號解碼裝置，其特征在于所述反向量化部件包括用于轉(zhuǎn)換所述第一量化信息的一個表部分;用于對所述表部分的輸出與所述第二量化信息求和的加法部件;用于將所述加法部件的輸出乘以已量化數(shù)據(jù)的乘法裝置;和用于將所述乘法裝置的輸出移位由所述第一量化信息設(shè)定的位數(shù)的移位裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的圖象信號解碼裝置，其特征在于所述乘法裝置包括一個三級加法器。
39.根據(jù)權(quán)利要求35的圖象信號解碼裝置，其特征在于所述反向量化部件包括用于轉(zhuǎn)換所述第一量化信息的一個表部分;用于將所述表部分的輸出與所述第二量化信息求和的加法裝置;用于根據(jù)以由所述可變長解碼部件解碼并與圖象數(shù)據(jù)一起傳送的線性/非線性量化切換信號為根據(jù)的線性/非線性量化信息，選擇所述加法裝置的輸出和線性量化信息之一的選擇裝置;用于將所述選擇裝置的輸出與已量化數(shù)據(jù)相乘的乘法裝置;和用于僅當(dāng)線性/非線性量化切換信號指示非線性量化時對所述乘法裝置的輸出進(jìn)行移位，其移位數(shù)由所述第一量化信息設(shè)定。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的圖象信號的解碼裝置，其特征在于所述乘法裝置由一個三級加法器組成。
全文摘要
輸入移位器110的量化信息(Q3，Q4，Q5)是使用量化量(Q1，Q2)作為移位量移位的。已移位量化信息的高3位在加法部件112中加到由量化信息(Q1，Q2)的表111變換產(chǎn)生的值S1。從加法部件112來的4位附加到已移位量化信息的低3位以再產(chǎn)生7位量化特征值。圖象數(shù)據(jù)可使用有寬范圍和適當(dāng)精度的量化特征值被量化和反向量化。
文檔編號H04N7/50GK1090115SQ93119720
公開日1994年7月27日 申請日期1993年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月29日
發(fā)明者矢崎陽一, 和田徹, 田原勝己 申請人:索尼公司