CN1134086A - 用于选择地编码/解码视频信号的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种利用对视频信号中包含的多个块选择性编码及解码来处理视频信号的改进方法/装置。该编码方法包括以下步骤：从运动补偿误差信号中选择多个处理块，并判定这些处理块的位置数据，其中包括在处理块中的误差值大于其余的误差值，并且每个处理块的位置数据指定为其左上角象素位置；将处理块转换成多组变换系数；将多组变换系数转换成多组量化的变换系数；将多组量化的变换系数与处理块的位置数据相组合，由此提供编码信号。

Description

用于选择地编码/解码视频信号 的方法及装置

本发明涉及用于视频信号处理的方法及装置；更具体地，涉及利用选择地编码视频信号而能减小视频信号传送速度的编码方法及装置及与它们对应的解码方法及装置。

众所周知，数字化视频信号的传输能比模拟信号的传输传送质量高得多的视频图象。当包括一个图象帧序列的视频信号用数字形式表示时，将产生出用于传输的大量数据，尤其是在高清晰度电视系统中更是如此。但是，由于可以获得的传统传输信道的频带宽度是受到限制的，为了通过有限的信道宽度传输大量的数字数据，将不可避免地要压缩或减小传输数据量。在各种视频压缩技术中，所谓混合编码技术，即将时间及空间压缩技术与统计编码技术相结合的编码技术被认为是最有效的。

大多数混合编码技术使用运动补偿DPCM(差分脉冲码调制)，二维DCT(离散余弦变换)，DCT系数的量化，及VLC(可变长度编码)。

运动补偿DPCM是一种确定当前帧与其前一帧之间一物象运动，并根据该物象运动流预测当前帧，以便产生代表当前帧及其预测之间差别的差值或误差信号的处理。例如，在Staffan Ericsson写的“用于混合预测/变换编码的固定及自适应预测器”，IEEE通信学报(IEEE Transactions on Communications)COM-33，No.12，第1291-1302页(1985年12月)；及在Ninomiya及Ohtsuka写的“用于电视图象的运动补偿帧间编码方案”，IEEE通信学报COM-30，No.1，第201-211页(1982年1月)的文章中已描述了该方法。

尤其是，在运动补偿DPCM中，基于当前帧及在先帧之间运动的估算从相应的在先帧数据中预测当前帧数据。这种估算的运动可以以代表在先帧与当前帧之间象素位移的二维运动矢量的方式描述。

对于估算物象象素的位移具有两种基本方法。一种是逐块的估算，另一种是逐象素的方法。

在逐块的运动估算中，每个当前帧中的块与其在先帧中的块相比较，直到确定到最佳适配为止。由此，可以确定出用于当前帧中整个块的帧间位移矢量(它指示在帧之间有多少象素块已运动了)。

用于减少或消除图象数据之间的空间冗余的二维DCT将一数字图象数据块例如8×8个象素块，转换成一组变换系数数据。这种技术被描述在Chen及Pratt写的“场景自适应编码器”IEEE通信学报COM-32，No.3，第225-232页(1984年3月)的文章中。利用通过量化器，锯齿扫描及VLC对这种变换系数数据的处理，可使待传输的数据量得到有效压缩。

当将混合编码技术应用于低位速具有例如64kb/s传输信道带宽的视频信号编码系统时，由于有限的信道容量，实际上不可能传输所有这些编码视频信号数据。

因此，本发明的主要目的在于提供一种利用对视频信号中包含的多个块的选择性处理而对视频信号进行编码及解码的改进方法及装置，由此减小经编码的视频信号的传输速度。

根据本发明，提出了一种用于视频信号编码器中将误差信号转换成编码信号的方法，其中误差信号代表视频信号的当前帧及在先帧之间的运动补偿差分象素值，它包括下列步骤：

提供取自误差信号的多个块，每个块包括M×N个运动补偿差分象素值，其中M及N为正整数；

通过对包括在各块中的运动补偿差分象素值的平均计算，计算各块的平均值；

将这些块的平均值进行比较，从最大一个平均值开始以递减的顺序选出一序列块，并提供所选块的位置数据，其中所选的块彼此不重叠；

将包括在每个所选块中的M×N个运动补偿差分象素值转换成一组变换系数；

将该组变换系数转换成一组量化的变换系数；及

将该组量化的变换系数与所选块的位置数据相组合，由此提供编码的信号。

由以下结合附图对优选实施例的说明，将会使本发明的上述和另外的目的及特征显而易见，附图中：

图1是根据本发明的视频信号编码器的方框图；

图2表示图1中所示的图象信号编码器的详细方框图；

图3表示图2中所示的位置判定单元的详细方框图；

图4表示在位置判定单元上选择处理块所用的一种方法；

图5表示图1中所示图象信号解码器的详细方框图；及

图6表示根据本发明的一个视频信号解码器的方框图。

参照图1，它表示包括一个本发明的图象编码器的视频信号编码器的方框图。

当前帧的输入数字视频信号经由线L10提供给一个运动估算单元126并供给到一个减法器101。在运动估算单元126中，对线L10上的当前帧信号及来自帧存储器124的线L12上的重建在先帧信号进行处理，用以使用传统的逐块估算方法来估算一组移动矢量，每个移动矢量代表当前帧的一个搜索块与包含在在先帧相应搜索区域中的最佳适配块之间的位移。

提供自运动估算单元126的线L20上的移动矢量被供给一个预测单元122及一个熵编码器107。响应该移动矢量，利用检索来自帧存储器124的与该运动矢量相对应的象素数据，在预测单元122上，在逐块的基础上产生出一预测当前帧信号。该预测当前帧信号被提供给减法器101并经由线L30供给加法器115。

在减法器101上从当前帧信号中减去来自预测单元122的预测当前帧信号；所产生的数据，即表示差分象素值的或当前帧与预测当前帧之间误差值的误差信号，经由线L40被传送到本发明的图象信号编码器105。在图象信号编码器105，根据本发明对误差信号进行处理，用以根据包括在其中的象素误差值检测多个处理块。然后使用DCT及量化来处理这些处理块，以便提供多组量化的变换系数。来自图象信号编码器105的输出用于在线L70上提供处理块的位置数据及在线L50上提供量化的变换系数。以后将参照图2至4来描述图象信号编码器105的详细结构。

量化的变换系数及处理块的位置数据经由两个信号通路被传送：一个信号通路是通向熵编码器107的通路，其中利用例如行程及可变长度编码技术的组合将量化的变换系数及处理块的位置数据和通过线L20提供的运动矢量一起编码，并将该编码提供给一发射机(未示出)用以将其发射；另一个信号通路是通向图象信号解码器113，在其中该组量化的变换系数被转换回重建误差信号。对图象信号解码器113的详细结构将参照图5来描述。

来自图象信号解码器113在线L80上的重建误差信号及来自预测单元122的预测当前帧信号在加法器115上相组合，以便提供重建当前帧信号并被写入到帧存储器124中。

为了使编码器能监测接收机中解码器的特性并由此防止编码器的重建当前帧信号偏离解码器中的信号，因此需要重建误差信号。

参照图2，它给出了图1中所示的图象信号编码器105的详细方框图。来自减法器101由线L40提供的误差信号被存储在误差信号存储器210中。存储在误差信号存储器210中的误差信号经由线L60被提供给位置判定单元220。位置判定单元220根据处理块中象素的误差值确定来自误差信号中的多个处理块的位置，并将这些处理块的位置数据提供给误差信号存储器210。对位置判定单元220的详细结构将参照图3来描述。

来自位置判定单元220的处理块的位置数据通过线L71耦合到误差信号存储器210并通过线L70耦合到熵编码器107及图象信号解码器113。响应处理块的位置数据，误差信号存储器210提供给DCT单元230一组用于每个处理块的误差值。在DCT单元230中对每个处理块进行处理以提供给量化单元240一组变换系数。然后该组变换系数在量化单元240中被量化，以便通过线L50将一组量化的变换系数提供给图1中所示的熵编码器107及图象信号解码器113。

参照图3，它表示图2中所示的位置判定单元220的详细方框图。来自在图2中所示的误差信号存储器210的误差信号提供给绝对值电路310。该绝对值电路310将包括在误差信号中的每个误差值转换成其绝对值。来自绝对值电路310的绝对误差值在中值滤波器320上使用传统的中值滤波方法在逐象素的基础上进行滤波。尤其是，在中值滤波器320上，输入的象素用该象素周围的一个窗口中包含的象素的中值来取代。这就是说，中值滤波器320将一个适当选择的窗口中的象素的绝对误差值利用对其乘以预定的滤波系数进行平均计算，该选择窗口在其中心包含有该待被滤波的象素；并将该平均值指定为象素的滤波误差值。被滤波的误差信号输入到N个(i，j)块形成单元，如332，334，336及338中。

参照图4，它表示例如P×Q个象素的一帧滤波误差值，其中各个括号中的数表示该帧四角的象素的X及Y座标。每个(i，j)块形成单元产生一个M×M个象素，例如该帧中8×8个象素的(i，j)误差块，其中i及j分别代表该误差块左上角象素的X及Y座标。

再回顾图3，它表示有(P－M＋1)×(Q－M＋1)个块形成单元，为了简化起见，图中仅画出4个单元。第一块形成单元，例如(0，0)块形成单元332，向在(0，0)处的误差块提供一组滤波误差值。类似地，第二块形成单元，例如(0，1)块形成单元334，及第N个块形成单元，例如(P－M，Q－M)块形成单元338分别向位于(0，1)及(P－M，Q－M)的误差块提供各组滤波误差值。

块形成单元332至338分别向选择器360及相应的平均计算器342，344，346及348提供各个误差块的位置数据和各组滤波误差值。每个平均计算器342至348利用对包括在其中的滤波误差值的平均计算向处理块确定单元350提供用于各误差块的平均值。在处理块确定单元350中，对平均值进行比较，以便以从最大一个平均值开始以其递减的顺序选出预定数目例如4个非重叠误差块。例如，在图4中所示的误差块B3在所有误差块中具有最大平均值，则该误差块B3首先被选出。随后，一个误差块如B1，在其余的不与先前选出的误差块即B3相重叠的误差块中具有最大平均值，被接着选出来。这个过程被重复下去，直到所有预定数目的非重叠误差块，如B1，B2及B3及B4均被选出为止。这些误差块被选出作为待在图2所示的DCT单元230中被处理的处理块。由处理块确定单元350输出的是一个代表处理块的选择信号。虽然处理块的数目是根据本发明的优选实施例预定的，但是显然对于那些熟悉本领域技术的人员，能够根据缓冲寄存器的占用率、即输出缓冲寄存器(未示出)中的数据量进行调节。

选择器360，响应于来自处理块确定单元350的选择信号，根据来自块形成单元332及至338的误差块的位置数据确定处理块的位置；并将其作为处理块的位置数据经由线L71提供给图2中所示的误差信号存储器210，并经由线L70提供给如图1所示的熵编码器107及图象信号解码器113。例如，如果图4中所示的块B1至B4被选为处理块，它们在左上角象素的位置、如P1至P4，就成为这些处理块的位置数据。

参照图5，它是图1中所示的图象信号解码器113的详细方框图。来自图1中所示的图象信号编码器105的量化的变换系数被提供给一个逆量化单元510，在其中经线L50传来的量化的变换系数被转换回重建变换系数。该变换系数被供给到IDCT(反DCT)单元520，用以提供出包括在这些处理块中的重建误差值。该重建误差值被提供给重建误差信号存储器530，其中根据由线L70提供的处理块的位置数据将多组重建误差值存储到相应的位置。该重建误差信号存储器530的剩余部分被设置成0，以便将重建误差信号经由线L80提供给如图1中所示的加法器115。

参照图6，它表示一个视频信号解码器的方框图，该解码器包括一个图象信号解码器720，一个加法器730，一个校正单元740，一个帧存储器750，它们基本上分别等同于图1中所示的视频信号解码器的图象信号解码器113，加法器115，预测单元122及帧存储器124。

从图1中所示的视频信号编码器发送来的编码视频信号被提供给一熵解码器710。然后，该熵解码器710对编码视频信号进行解码，并将运动矢量提供给校正单元740，及将处理块的位置数据和量化的变换系数提供给图象信号解码器720。在图象信号解码器720上，用和视频信号编码器的图象信号解码器113相同的方式对处理块的位置数据及量化的变换系数进行处理，由此将重建误差信号提供给加法器730。同时，校正单元740，响应移动矢量通过从帧存储器750中检索象素数据，将校正的当前帧信号提供给加法器730。校正的当前帧信号及重建误差信号在加法器730上相组合，以便将重建当前帧信号提供给显示单元(未示出)及帧存储器750。

使用以上所说明的方法，对多个处理块进行选择及处理以提供低位速的编码视频信号。编码信号的位速利用改变一帧中处理块的数目可方便地被改变。

虽然本发明是针对特定实施例进行描述的，但显然地，对于那些熟悉本领域技术的人员，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神及范围的情况下，还可作出各种变化及改型。

Claims (3)

1、一种用于视频信号编码器中将误差信号转换成编码信号的方法，其中误差信号代表视频信号的当前帧及在先帧之间的运动补偿差分象素值，它包括下列步骤

提供取自误差信号的多个块，每个块包括M×N个运动补偿差分象素值，其中M及N为正整数；

通过对包括在各块中的运动补偿差分象素值的平均计算，计算每个块的平均值；

将各块的平均值进行比较，从最大一个平均值开始以递减顺序选出一序列块，并提供所选块的位置数据，其中所选的块彼此不重叠；

将包括在每个被选块中的M×N个运动补偿差分象素值转换成一组变换系数；

将该组变换系数转换成一组量化的变换系数；及

将各组量化的变换系数与被选块的位置数据相组合由此提供编码信号。

2、一种用于视频信号编码器中将误差信号转换成编码信号的编码装置，其中误差信号代表视频信号的当前帧及在先帧之间的运动补偿差分象素值，它包括：

用于提供取自误差信号的多个块的装置，每个块包括M×N个运动补偿差分象素值，其中M及N为正整数；

用于通过对包括在各块中的运动补偿差分象素值的平均计算来计算每个块的平均值的装置；

用于将各块的平均值进行比较，从最大一个平均值开始以递减顺序选出一序列块，并提供所选块的位置数据的装置，其中所选的块彼此不重叠；

用于将包括在每个被选块中的M×N个运动补偿差分象素值转换成一组变换系数的装置；

用于将该组变换系数转换成一组量化的变换系数的装置；及

用于将各组量化的变换系数与被选块的位置数据相组合，由此提供编码信号的装置。

3、用于在视频信号编码器或视频信号解码器中重建误差信号的解码装置，所述误差信号代表视频信号的当前帧及在先帧之间的运动补偿差分象素值，该解码装置利用对由一将误差信号转换成编码信号的编码装置提供的编码信号的解码重建误差信号，所述编码装置包括：用于提供取自误差信号的多个块的装置，每个块包括M×N个运动补偿差分象素值，其中M及N为正整数；用于通过对包括在各块中的运动补偿差分象素的平均计算来计算每个块的平均值的装置；用于将各块的平均值进行比较从最大一个平均值开始以递减顺序选出一序列块，并提供所选块的位置数据的装置，其中所选的块彼此不重叠；用于将包括在每个被选块中的M×N个运动补偿差分象素值转换成一组变换系数的装置；用于将该组变换系数转换成一组量化的变换系数的装置；及用于将各组量化的变换系数与被选块的数据相组合，由此提供编码信号的装置，所述解码装置包括：

用于将包括在编码信号中的每组量化的变换系数转换成一组重建变换系数的装置；

用于将这些重建转换系数逆变换成一组重建的M×N个运动补偿差分象素值的装置；及

用于响应被选块的位置数据提供重建误差信号的装置，其中重建误差信号在相应选出块的位置上具有一组重建M×N个运动补偿差分象素值，并在非选出块的位置上具有零值。

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