專利名稱：樹狀結(jié)構(gòu)二進(jìn)制算術(shù)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用二進(jìn)制算術(shù)編碼作數(shù)據(jù)壓縮的方法及裝置，尤其是，涉及使用二進(jìn)制算術(shù)編碼的多值數(shù)符的樹狀結(jié)構(gòu)編碼的方法和裝置。
算術(shù)編碼是可變長度編碼方法中的一種，它趨于理想編碼方案中表示每數(shù)符平均碼長的平均信息量極限。在該算術(shù)編碼方法中，輸入數(shù)符以從1至0的概率間隔被排列成對編碼器及解碼器均是已知的序列。算術(shù)編碼的目的在于創(chuàng)造一種碼流，它是指向相應(yīng)于被編碼的輸入數(shù)符的間隔的二進(jìn)制部分。將多個數(shù)符的編碼是將概率間隔再分成愈來愈小的子間隔并總是與一專門數(shù)符的概率成比例地處理。只要碼流不被允許指向分配給相應(yīng)數(shù)符的子間隔的外部，解碼器將會恢復(fù)原始的輸入數(shù)符。隨著再劃分過程的進(jìn)行，子間隔的長度變小，而對于子間隔長度(通稱為“A”)及碼流指向的現(xiàn)在位置(通稱為“C”)必須更加精確。因此，每當(dāng)A降低到某適當(dāng)?shù)淖钚≈狄韵聲r，執(zhí)行對間隔的重分度或A及C的再歸一化。
通常，對算術(shù)編碼器的輸入是一個多值的數(shù)符。同時，標(biāo)準(zhǔn)圖象處理方案、例如JPEG(聯(lián)合攝影專家組)采用了二進(jìn)制算術(shù)編碼方法。該二進(jìn)制算術(shù)編碼方法完全如上述那樣地工作，只是輸入數(shù)符僅具有兩個值。選擇二進(jìn)制編碼方法是為了有效的執(zhí)行。例如，使用二進(jìn)制輸入數(shù)符可使人簡化間隔再分度的執(zhí)行，由此取消了乘法的需要。
將輸入限定為二值的數(shù)符，就需要將多值的數(shù)符轉(zhuǎn)換成一個二進(jìn)制的數(shù)符序列。
在傳統(tǒng)的使用二進(jìn)制算術(shù)編碼方法的編碼器中，多值輸入數(shù)符被轉(zhuǎn)換成一個二進(jìn)制數(shù)符序列，然后使用二進(jìn)制算術(shù)編碼對每個二進(jìn)制數(shù)符進(jìn)行編碼。
參照

圖1，這是一個當(dāng)其輸入為多值數(shù)符的、使用二進(jìn)制算術(shù)編碼的傳統(tǒng)編碼器的例子。表1表示輸入數(shù)符值及圖1所示的編碼器1中使用的從多值數(shù)符值轉(zhuǎn)換來的二進(jìn)制數(shù)符值的序列。
如表1中所示，假定輸入數(shù)符是從0至6范圍中的一個整數(shù)值，并且它被轉(zhuǎn)換成3位的二進(jìn)制數(shù)符。如果可能的輸入數(shù)符值的數(shù)目是N，N大于2M，則多值輸入數(shù)符被轉(zhuǎn)換成M位二進(jìn)制輸入數(shù)符，并且使用二進(jìn)制算術(shù)編碼方法對每位進(jìn)行編碼。
對于給定輸入數(shù)符的實際編碼或轉(zhuǎn)換處理依賴于輸入數(shù)符的統(tǒng)計特性。這就是說，在編碼處理中使用的參數(shù)根據(jù)輸入數(shù)符的特性而變化。在表示多值輸入數(shù)符的二進(jìn)制數(shù)符序列中，每位具有不同的統(tǒng)計性能，故對于二進(jìn)制數(shù)符的每位施加不同的編碼處理。因此，在二進(jìn)制算術(shù)編碼器中，對三個位(B2，B1，B0)中的每個位用不同的統(tǒng)計模型或碼符(Context)進(jìn)行編碼。碼符被看作二進(jìn)制算術(shù)編碼器所使用的概率決定表中的一個指數(shù)并與間隔長度A有關(guān)。
在圖1中，多值輸入數(shù)符在二進(jìn)制轉(zhuǎn)換器10中被轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制數(shù)符，并串行地饋送到BAC30，其中BAC表示二進(jìn)制算術(shù)編碼器。使用了三個不同的碼符、如0，1，2分別地對三個位B2，B1，B0進(jìn)行編碼。尤其是，第一位B2被用碼符0編碼。
在上述傳統(tǒng)編碼器1中，用于位B1的碼符與位B2無關(guān)地預(yù)先被確定。換句話說，不管位B2是“0”或“1”不會影響位B1及B0的碼符。但是，對于通常的輸入數(shù)據(jù)如圖象信號，這三個位彼此具有一定的相關(guān)性。因此，從編碼效率的觀點來看，尋找一種能利用該相關(guān)性的編碼方法，以取代使用不考慮另外二進(jìn)制數(shù)碼的相同碼符的方法是有利的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種使用二進(jìn)制算術(shù)編碼的編碼方法及裝置，其中充分地利用了輸入數(shù)符的統(tǒng)計特性。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于對N個值輸入數(shù)符編碼的方法，其中N是一個大于2M-1但不于2M的整數(shù)，M為非負(fù)的整數(shù)，該方法包括下列步驟將輸入數(shù)符轉(zhuǎn)換成M位的二進(jìn)制數(shù)符；在多個碼符中選擇M個碼符，每個碼符與所述M位的二進(jìn)制數(shù)符的每個位相對應(yīng)，且每個碼符表示二進(jìn)制數(shù)符的不同概率模型，其中多個碼符值被分成M組碼符，第K組碼符包括2K-1個碼符，K是從1至M的一個整數(shù)，較大的K值表示上位，對應(yīng)于第一位的碼符包括在第一組碼符中，對應(yīng)于第L位的碼符響應(yīng)第L位的上位從第L組碼符中選擇出來，L是從2至M范圍中的一個整數(shù)；及使用二進(jìn)制算術(shù)編碼方法根據(jù)相應(yīng)的碼符對所述M位二進(jìn)制數(shù)符串行地編碼。
從以下結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的說明將會闡明本發(fā)明的上述及另外的目的及特征，其附圖為圖1表示對多值輸入數(shù)符進(jìn)行編碼的一個傳統(tǒng)編碼器的例子；圖2表示本發(fā)明的用于對圖1的多值輸入數(shù)符編碼的編碼器；圖3是說明碼符選擇方案的示意圖；圖4A至4C表示根據(jù)本發(fā)明的編碼程序。
參照圖2，它表示本發(fā)明的一個編碼器2，其中使用了與圖1(或表1)中相同的多值輸入數(shù)符。在本發(fā)明的該編碼器中，是在分組單元100中進(jìn)行多值輸入數(shù)符到二進(jìn)制數(shù)符的轉(zhuǎn)換的。分組處理實質(zhì)上與表1所示的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換相類似。對于不同格式的輸入數(shù)符，可使用不同的分組方案。但是，它可被歸納為將輸入數(shù)符轉(zhuǎn)換為組指示位的處理，其中在分組處理的第一階段中所有可能的數(shù)符值被分離成二個子組，即表示為組指示位1的上組及表示為位0的下組。在分組處理的后一階段中，將包括在一個子組中的數(shù)符值進(jìn)行再劃分，直到每個子組包括不超過一個數(shù)符值為止。在圖2所示的編碼器中使用了三組指示位(B2，B1，B0)。第一組指示位B2指示在分組處理的第一階段中輸入數(shù)符是否屬于上組或?qū)儆谙陆M。另外的組指示位涉及分組處理的后一階段。
組指示位(B2，B1，B0)被串行地耦合到BAC110。在本發(fā)明中，用于位B1及B0的碼符不是如在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)編碼器1中那樣預(yù)先確定的，而是在碼符選擇單元120中確定出來的。這些碼符與相應(yīng)的組指示位B1及B0一起被饋入BAC110。
在圖2所示的編碼器2中，B2是在BAC110中用一個預(yù)定的碼符、例如0來編碼的。但是，用于對第二位B1編碼的碼符是響應(yīng)位B2在碼符選擇單元120中確定的，位B2是B1的上位。例如，如果B2為1，對于B1的碼符為4，而如果B2為0，對于B1的碼符為1。對于第三位B0也采用類似的方式。用于對第三位B0編碼的碼符是響應(yīng)作為B0上位的位B2及B1在碼符選擇單元120中確定的。圖3是用于解釋上述碼符選擇方案的樹系圖。如果B1的碼符為1，則2或3可被選擇為B0的碼符，但不能選擇5或6。相反地，如果B1的碼符是4，則5或6可被選擇為B0碼符，便不能選擇2或3。簡言之，用于某一輸入位的碼符是以圖3所示的分級方式根據(jù)該輸入位的上位來確定的。
例如，使用碼符0，1及2來對數(shù)“001”進(jìn)行編碼。對于“101”，使用了碼符0，4及5。在表2中，對應(yīng)于組指示位地表示出碼符的組合，這些組指示位相應(yīng)于表1中相同的輸入數(shù)符組。
應(yīng)該指示，對于輸入數(shù)符1使用碼符1對第二位B1進(jìn)行編碼，而對于輸入數(shù)符5則使用碼符4對B1進(jìn)行編碼。在本發(fā)明的編碼器2中所使用的全部碼符數(shù)目大于圖1中所示的傳統(tǒng)編碼器1的全部碼符數(shù)。但是，由于使用了各種碼符，輸入數(shù)符的統(tǒng)計特性可以全部被使用，由此便可提供更有效的編碼結(jié)果。
在BAC110中根據(jù)如上述確定的碼符對組指示位編碼。接著輸入的數(shù)符在本發(fā)明的編碼器2中以上述方式被處理，由此提供編碼輸出數(shù)符。
參照圖4A至4C在圖2中所示的本發(fā)明編碼器2中進(jìn)行的編碼程序以流程圖的形式重新被說明。
子程序TSAC_ENCODE(VALUE，HALF，CONTEXT)表示對多值輸入數(shù)符編碼的程序，其中VALUE表示一個輸入數(shù)符值，而CONTEXT表示用于對第一組指示位編碼的起始碼符。為簡便起見，設(shè)定起始碼符為0。并假定輸入數(shù)符具有多個整數(shù)值，例如0至6。但是在輸入數(shù)符具有非整數(shù)值如0.001、0.013、0.025等時，利用將其每個值轉(zhuǎn)換成整數(shù)0至N-1，其中N是可能輸入的值的數(shù)目，便可使用相同的程序。變量HALF、當(dāng)輸入值的數(shù)目大于2M-1但不大于2M時，表示2M-1。對于輸入數(shù)符0至6，HALF為4。全部碼符的數(shù)目為(2*HALF-1)。在圖4A至4C中所繪的程序也將對于輸入數(shù)據(jù)1及5進(jìn)行說明。
在圖4B至4C中，CODE_0(CONTEXT)及CODE_1(CONTEXT)分別表示利用給定碼符對值0及1的組指示位進(jìn)行編碼的子程序，及CODE_01(VALUE，CONTEXT)表示在VALUE為0的情況下調(diào)用CODE_0(CONTEXT)、而在VALUE為1的情況下調(diào)用CODE_1(CONTEXT)的子程序。
首先，在步驟S20上確定輸入數(shù)符值是否屬于上組或是下組。對于在分組的第一階段中屬于下組的輸入數(shù)符“1”，VALUE小于HALF，則在步驟S22中調(diào)用子程序TSAC_ENCODE_0(1，2，0)，其中HALF值被2除。在TSAC_ENCODE_0(1，2，0)中，第一組指示位在步驟S30上被編碼成CODE_0(0)。在步驟S32上，確定是否必須進(jìn)行再分組處理。在HALF為1的情況下，VALUE是僅二個值中的一個，即0及1中的一個，并可在步驟S34上使用子程序CODE_01(VALUE，CONTEXT＋1)進(jìn)行編碼。但是，HALF現(xiàn)在為2，因此VALUE在步驟S36上再與HALF相比較，并在步驟S38上循環(huán)地調(diào)用子程序TASC_ENCODE_0(1，1，1)。程序繼續(xù)進(jìn)行到步驟S30，其中調(diào)用CODE_0(1)對第二組指示位編碼，然后進(jìn)入步驟S32。這時HALF為1則在步驟S34上調(diào)用CODE_01(1，2)對第三組指示位編碼，并結(jié)束編碼處理。
對于輸入數(shù)符“5”，它在分組第一階段中屬于上組，VALUE大于HALF，則在步驟S24上調(diào)用子程序TSAC_ENCODE_1(1，2，0)，并使VALUE減去HALF及將HALF除以2。在TSAC_ENCODE_1(1，2，0)中，在步驟S40上調(diào)用CODE－1(0)對第一組指示位編碼?，F(xiàn)在HALF為2，因此在步驟S46上VALUE再與HALF相比較，并在步驟S48上調(diào)用子程序TSAC_ENCODE_0(1，1，4)。程序繼續(xù)進(jìn)行到步驟S30，其中調(diào)用CODE_0(4)對第二組指示位編碼，然后進(jìn)行到子程序TSAC_ENCODE_0(1，1，4)中的步驟S32。這時HALF為1，則在步驟S34上調(diào)用CODE_01(1，5)對第三組指示位編碼，并結(jié)束編碼處理。
通過對上述程序的回顧，可以知道，對于輸入數(shù)符1及5所使用的碼符與表2中所示的相吻合。
雖然本發(fā)明的編碼器是根據(jù)7個值的輸入數(shù)符進(jìn)行說明的，但只要稍加變更便可使本發(fā)明的編碼器處理各種輸入模式。
雖然本發(fā)明是相對專門的實施例作出描述的，但顯然，在不脫離以下權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神及范圍的情況下對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說可作出各種變化和修改。
表權(quán)利要求
1.用于對N個值輸入數(shù)符編碼的方法，其中N是一個大于2M-1但不大于2M的整數(shù)，M是非負(fù)的整數(shù)，該方法包括下列步驟將輸入數(shù)符轉(zhuǎn)換成M位的二進(jìn)制數(shù)符；在多個碼符中選擇M個碼符，每個碼符與所述M位扔二進(jìn)制數(shù)符的每個位相對應(yīng)，且每個碼符表示二進(jìn)制數(shù)符的不同概率模型，其中多個碼符值被分成M組碼符，第K組碼符包括2K-1個碼符，K是從1至M的一個整數(shù)，較大的K值表示上位，對應(yīng)于第一位的碼符包括在第一組碼符中，對應(yīng)于第L位的碼符響應(yīng)第L位的上位從第L組碼符中選擇出來，L是從2至M范圍中的一個整數(shù)；及使用二進(jìn)制算術(shù)編碼方法根據(jù)相應(yīng)的碼符對所述M位二進(jìn)制數(shù)符串行地編碼。
2.用于對N個值輸入數(shù)符編碼的裝置，其中N是一個大于2M-1但不大于2M的整數(shù)，M是非負(fù)的整數(shù)，所述裝置包括用于將輸入數(shù)符轉(zhuǎn)換成M位的二進(jìn)制數(shù)符的裝置；用于在多個碼符值中選擇M個碼符的裝置，每個碼符與所述M位的二進(jìn)制數(shù)符的每個位相對應(yīng)，每個碼符值表示二進(jìn)制數(shù)符的不同概率模型，其中多個碼符值被分成M組碼符，第K組碼符包括2K-1個碼符，K是從1至M的一個整數(shù)，較大的K值表示二進(jìn)制數(shù)符的上位，對應(yīng)于第一位二進(jìn)制數(shù)符的碼符包括在第一組碼符中，對應(yīng)于第L位的碼符響應(yīng)第L位的上位從第L組碼符中選擇出來，L是從2至M范圍中的一個整數(shù)；及二進(jìn)制算術(shù)編碼器，它根據(jù)相應(yīng)的碼符對所述M位二進(jìn)制數(shù)符串行地編碼。
全文摘要
對N個值的輸入數(shù)符使用樹狀結(jié)構(gòu)二進(jìn)制算術(shù)編碼器進(jìn)行編碼的方法包括將輸入數(shù)符轉(zhuǎn)換成M位二進(jìn)制數(shù)符；選擇M個碼符，各碼符與所述M位二進(jìn)制數(shù)符的各位相對應(yīng)且表示二進(jìn)制數(shù)符的不同概率模型，其中多個碼符值被分成M組，第K組碼符包括文檔編號H03M7/46GK1132966SQ9511823
公開日1996年10月9日 申請日期1995年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月31日
發(fā)明者金鐘洛 申請人:大宇電子株式會社