專利名稱：利用量化活動度控制比特產(chǎn)生數(shù)量的圖像編碼方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種圖像編碼方法和裝置，特別是涉及到一種精確控制利用量化活動度編碼的圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生的比特數(shù)量的方法和裝置。
最近，已經(jīng)建議了多種用于將視頻和音頻信號編碼成需要被傳輸或存儲在存儲介質(zhì)中的數(shù)字數(shù)據(jù)和對被編碼的數(shù)字數(shù)據(jù)解碼以產(chǎn)生視頻和音頻信號的方法。需要一個國際標(biāo)準以用于編碼和解碼系統(tǒng)的工業(yè)用途。其結(jié)果，制定了諸如ISO/IEC的MPEG(運動圖像專家組)-1和MPEG-2以及ITU-TS的H.261標(biāo)準。根據(jù)這種標(biāo)準，圖像被分成多個數(shù)據(jù)塊，其中的每個數(shù)據(jù)塊都具有M(水平)×N(垂直)的尺寸，并通過離散余弦變換(DCT)、量化、變長編碼、運動估算和運動補償編碼和差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)方法進行編碼。
用于將數(shù)據(jù)編碼成可變比特數(shù)量的裝置使用一個緩沖存儲器，用于以一個恒定的比特速率輸出被編碼的數(shù)據(jù)。順便說一下，由于被編碼的數(shù)據(jù)量總是根據(jù)圖像的內(nèi)容在不斷變化，所以，精確估算相應(yīng)于每一幀的被編碼的數(shù)據(jù)量是非常困難的。另一方面，緩沖存儲器具有有限的數(shù)據(jù)充滿度，并且，傳輸信道也具有有限的頻帶，結(jié)果，就會出現(xiàn)很多問題，即，數(shù)據(jù)將由于緩沖存儲器的上溢而丟失以及可以獲得的傳輸頻帶不能夠因緩沖存儲器的下溢被有效地使用。因此，基本的問題是要適當(dāng)?shù)乜刂票痪幋a數(shù)據(jù)的量，以避免數(shù)據(jù)丟失和有效利用可以獲得的傳輸頻帶。
到目前為止，所產(chǎn)生的比特量是通過根據(jù)緩沖存儲器的充滿度調(diào)節(jié)量化步長加以控制的。即，當(dāng)存儲在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量很大時，量化步長被設(shè)置得很大，以便避免該緩沖存儲器的上溢。借此減少產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)比特數(shù)量。當(dāng)存儲在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)量很小時，量化步長被設(shè)置得很小，以便避免緩沖存儲器下溢，借此增加產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)比特量。
在量化步長的變化稍微取決于緩沖存儲器充滿度的情況下，由于根據(jù)量化步長產(chǎn)生的比特數(shù)量變化的不確定性，在緩沖存儲器內(nèi)可能會頻繁發(fā)生上溢和下溢。一旦在緩沖存儲器內(nèi)發(fā)生上溢或下溢，就會占用很長的時間去消除這種情況，由于在緩沖存儲器中的上溢引起的數(shù)據(jù)丟失使得不可能在解碼器中對丟失的數(shù)據(jù)進行解碼。緩沖存儲器的下溢使得頻帶利用率變糟，從而增加了成本。反之，在量化步長主要取決于緩沖存儲器充滿度的情況下，可以避免所述的上溢和下溢。但是，由于量化步長對緩沖存儲器的充滿度非常敏感，所以，恢復(fù)的被編碼數(shù)據(jù)的圖像質(zhì)量搖擺不定。
由于被編碼的數(shù)據(jù)量是根據(jù)圖像的內(nèi)容而變化的，所以，所產(chǎn)生的比特量不能夠使用基于緩沖存儲器充滿度改變量化步長的方法進行精確控制。換言之，量化步長和緩沖存儲器充滿度之間的關(guān)系根據(jù)不具有規(guī)律性的圖像內(nèi)容而變化。
因此，本發(fā)明的一個目的就是要提供一種方法，用于通過確定量化步長精確控制產(chǎn)生編碼幀比特的數(shù)量，所述量化步長使得能夠利用量化活動度產(chǎn)生最接近于反映輸入圖像內(nèi)容的所希望比特數(shù)量的待編碼數(shù)據(jù)比特量，從而在不僅僅依賴緩沖存儲器充滿度的情況下可以避免該緩沖存儲器的上溢和下溢。
本發(fā)明的另一個目的就是要提供一種使用上述圖像編碼方法的裝置，用于控制利用量化活動度產(chǎn)生的比特數(shù)量。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提供了一種圖像編碼方法，用于控制使用量化活動度產(chǎn)生的比特量，以便對圖像數(shù)據(jù)進行編碼和經(jīng)過一個緩沖器以恒定的傳輸速率傳輸被編碼的圖像數(shù)據(jù)，所述的圖像編碼方法包括如下步驟(a)以具有一個預(yù)定尺寸的數(shù)據(jù)塊為單位變換輸入的圖像數(shù)據(jù)，并輸出變換系數(shù)；(b)根據(jù)由步驟(a)輸出的預(yù)定數(shù)據(jù)單位的變換系數(shù)，計算與預(yù)定量化步長相對應(yīng)的量化活動度；(c)根據(jù)在步驟(b)中計算的量化活動度、傳輸速率和緩沖器的充滿度來確定量化步長；和(d)根據(jù)在步驟(c)中確定的量化步長量化步驟(a)中的變換系數(shù)并對量化后的變換系數(shù)進行編碼。
還提供了一種圖像編碼裝置，用于控制使用量化活動度產(chǎn)生比特的數(shù)量。所述圖像編碼裝置包括緩沖器部分，用于以一個恒定傳輸速率傳輸所接收的數(shù)據(jù)；變換部分，用于以具有預(yù)定尺寸的數(shù)據(jù)塊為單位變換所接收的圖像數(shù)據(jù)并輸出變換系數(shù)；量化活動度計算部分，用于根據(jù)從變換部分所接收的預(yù)定數(shù)據(jù)單位的變換系數(shù)計算與預(yù)定量化步長對應(yīng)的量化活動度；量化控制器，用于接收在量化活動度計算部分中計算的量化活動度、傳輸速率和緩沖器部分的充滿度并確定量化步長；和編碼部分，用于根據(jù)在所述量化控制器中確定的量化步長量化變換系數(shù)并用于對量化后的變換系數(shù)進行編碼和輸出給所述緩沖器部分。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施例進行描述。附圖中

圖1是一個方框圖，它示出了根據(jù)本發(fā)明的一個圖像編碼裝置；圖2是一個簡要電路圖，它示出了圖1中量化活動度計算器部分；圖3是一個詳細的電路圖，它示出了圖2的量化活動度計算器；圖4是一個詳細的電路圖，它示出了圖1的量化控制器；圖5是一個流程圖，用于解釋圖4所示量化步長選擇器的操作；以及圖6A和6B示出了一個根據(jù)圖3所示查詢表中一個內(nèi)碼模式和非內(nèi)碼模式的閾值的例子。
下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的最佳實施例。
圖1所示的圖像編碼裝置包括一個用于獲得在所接收當(dāng)前幀的圖像信號和所恢復(fù)的在前幀圖像信號之間的差值信號的減法器11。離散余弦變換器(DCT)12接收由減法器11提供的差值信號，并以數(shù)據(jù)塊為單位對所接收的差值信號進行離散余弦變換，輸出變換系數(shù)。第一幀存儲器13接收從DCT12輸出的變換系數(shù)并延遲與一幀對應(yīng)的時間間隔。量化活動度計算單元14針對被第一幀存儲器13延遲了傳輸系數(shù)的一個幀單元計算與量化步長對應(yīng)的量化活動度。量化活動度計算器14可由圖2和圖3詳細了解。圖像編碼裝置還包括量化器15，用于接收在第一幀存儲器13中被延遲一幀的變換系數(shù)；變長編碼器17，用于對輸入量化數(shù)據(jù)進行變長編碼，以便將輸入數(shù)據(jù)壓縮成變長編碼數(shù)據(jù)；和緩沖存儲器18，用于以一個恒定的傳輸速率傳輸變長編碼數(shù)據(jù)。量化控制器16根據(jù)在量化活動度計算單元14中計算的量化活動度、緩沖存儲器18的充滿度和傳輸速率確定量化步長。所述量化控制器16詳細示于圖4。在量化控制器16中確定的量化步長被輸入給量化器15和逆量化器19。輸入給變長編碼器17的量化數(shù)據(jù)被輸入給逆量化器19。逆量化器19對量化數(shù)據(jù)進行逆量化，和逆DCT(IDCT)20對被逆量化的數(shù)據(jù)進行逆離散余弦變換。
所述圖像編碼裝置還包括一個用于存儲需要恢復(fù)的在前幀圖像數(shù)據(jù)的第二幀存儲器23和一個用于將從IDCT20輸出的數(shù)據(jù)以及從第二幀存儲器23輸入的在前幀的恢復(fù)數(shù)據(jù)相加的加法器21。作為一個恢復(fù)圖像數(shù)據(jù)從加法器21輸出的圖像數(shù)據(jù)被存儲在存儲器22中。存儲器22輸出所存儲在前幀的恢復(fù)圖像數(shù)據(jù)給減法器11和第二幀存儲器23。
在圖1中，減法器11從輸入當(dāng)前幀的數(shù)字圖像信號x(n)中減去從存儲器22接收的輸入在前幀的恢復(fù)圖像數(shù)據(jù)x′(n-1)，并獲得差值信號x(n)-x′(n-1)。DCT12從減法器11接收差值信號x(n)-x′(n-1)，并以預(yù)定尺寸的數(shù)據(jù)塊(例如8×8個象素尺寸的數(shù)據(jù)塊)為單位對所接收的差值信號進行離散余弦變換。所述離散余弦變換被用于消除包含在幀間差值信號中象素之間的相關(guān)性。由于變換系數(shù)具有8×8象素的兩維分布，所以，通過Z字形掃描將兩維變換系數(shù)轉(zhuǎn)換成一維系數(shù)，以便提高變長編碼的效率。由DCT12輸出的變換系數(shù)ACn(i，j)表示在對通過對在當(dāng)前幀x(n)基礎(chǔ)上獲得的幀問差值信號進行離散余弦變換所獲得結(jié)果當(dāng)中的第i個離散余弦變換數(shù)據(jù)塊進行Z字形掃描的結(jié)果當(dāng)中的第j個變換系數(shù)。在一幀圖像被分成M個數(shù)據(jù)塊、其中每個數(shù)據(jù)塊具有8×8個象素的情況下，i的值為0、1、…、或M-1，j的值表示在變換系數(shù)數(shù)據(jù)塊中變換系數(shù)的位置，其值為0、1、…、或63。變換系數(shù)ACn(i，j)被輸入給第一幀存儲器13和量化活動度計算單元14。在第一幀存儲器13延遲輸入的變換系數(shù)ACn(i，j)與一幀對應(yīng)的時間間隔期間內(nèi)，量化活動度計算單元14根據(jù)量化步長k或來自變換系數(shù)ACn(i，j)的K計算量化活動度ACTnk，其中k=1，2，…，并輸出計算結(jié)果給量化控制器16。然后，在第一幀存儲器13被延遲一幀的變換系數(shù)ACn(i，i)被輸出給量化器15。這里，K是可以被應(yīng)用的量化步長的最大值。在K等于31的情況下，存在有31個ACTn1、ACTn2、…和ACTn31量化活動度。量化活動度ACTnk被規(guī)定為量化系數(shù)QACnk(i，j)的量，該量在使用量化步長k量化變換系數(shù)ACn(i，j)時不等于零。這里，在變換系數(shù)中僅考慮AC分量系數(shù)ACn(i，j)，其中i=1，2，…或63。量化活動度計算單元14將在后面參考圖2和3進行描述。
量化控制器16接收在量化活動度計算單元14中計算的量化活動度ACTKn-1、緩沖存儲器18的充滿度Bn-1、傳輸速率R，并確定將被應(yīng)用于從第一幀存儲器13輸出的變換系數(shù)ACn-1(i，j)的量化步長Qn-1。量化控制器16將在下面結(jié)合圖4和5進行描述。在量化控制器16中確定的量化步長Qn-1被輸入給量化器15和逆量化器19。量化器15根據(jù)所輸入的量化步長Qn-1量化從第一幀存儲器13輸出的變換系數(shù)ACn-1(i，j)。量化后的系數(shù)QACQn-(i，j)被輸入給變長編碼器17和逆量化器19。變長編碼器17在統(tǒng)計特征的基礎(chǔ)上對所輸入的量化后系數(shù)QACQn-1(i，j)進行變長編碼，以壓縮輸入的量化后系數(shù)QACQn-1(i，j)。變長編碼后的數(shù)據(jù)被存儲在緩沖存儲器18內(nèi)，且存儲在緩沖存儲器18內(nèi)的數(shù)據(jù)被經(jīng)過一個信道發(fā)射。
同時，逆量化器19利用相同的量化步長Qn-1逆量化輸入量化系數(shù)QACQn-1(i，j)，和DCT20逆離散余弦變換被逆量化的系數(shù)并將其恢復(fù)成變換之前的狀態(tài)．DCTl2和IDCT20利用有限的比特執(zhí)行計算，并將其結(jié)果表示成有限的比特，在此期間，將會產(chǎn)生誤差。另外，在量化器15中也會產(chǎn)生誤差。因此，從DCT20輸出的逆量化和逆離散余弦變換的圖像數(shù)據(jù)x(n-1)-x′(n-2)+e(n-1)不同于輸入給DCTl2的圖像數(shù)據(jù)x(n-1)-x′(n-2)。加法器21將從第二幀存儲器23輸出的輸出x′(n-2)和從IDCT輸出的圖像數(shù)據(jù)x(n-1)-x′(n-2)+e(n-1)相加，借此產(chǎn)生相對于在前幀x(n-1)的一個恢復(fù)幀x′(n-1)=X(n-1)+e(n-1)的圖像信號。存儲器22接收在加法器21中產(chǎn)生的一個幀的圖像信號x′(n-1)，并在其中存儲所接收的圖像信號，當(dāng)圖像信號以幀為單位輸入給減法器11時，將所存儲的信號輸出給減法器11。
圖2詳細地示出了圖1所示量化活動度計算單元14的電路。該單元包括量化活動度計算器1411、1412、…、141k、…141K以及寄存器1421、1422、…、142k、…和142K，所述量化活動度計算器用于計算與量化步長最大值K對應(yīng)的數(shù)量相同多的量化活動度ACTl～ACTK，所述寄存器與量化活動度計算器1411、1412、…、141k、…141K相對厘。
在圖2中，量化活動度計算單元14接收從DCT12輸出的變換系數(shù)ACn(i，j)。在以相應(yīng)量化步長量化相應(yīng)輸入變換系數(shù)ACn(i，j)的情況下，與量化步長逐一對應(yīng)的量化活動度計算器1411、1412、…、141k、…141K計算量化活動度。由量化活動度計算器計算的各量化活動度ACTn1、ACTn2、…、ACTnk、…和ACTnK被輸出給相應(yīng)的寄存器1421、1422、…、142k、…142K。寄存器存儲輸入的量化活動度，并向量化控制器16輸出所存儲的量化活動度ACTn-11、ACTn-12、…、ACTn-1k、…、和ACTn-1K。量化活動度計算器1411、1412、…、141k、…141K將結(jié)合圖3詳細描述。
圖3是一個詳細的電路圖，它示出了與量化步長k相對應(yīng)的量化活動度(ACTk)計算器。量化活動度ACTk被規(guī)定為當(dāng)以量化步長k量化變換系數(shù)時不等于零的量化系數(shù)QACn-1(i，j)的總數(shù)。當(dāng)一幀圖像被分成M個數(shù)據(jù)塊、且每個數(shù)據(jù)塊具有8×8個象素時，量化活動度ACTk由下述等式(1)規(guī)定ACTk=Σi=0M-1Σj=163Ik(i,j)----(1)]]>這里，Ik(i，j)表示量化系數(shù)QACk(i，j)是否為零，它是由下述等式(2)規(guī)定的
當(dāng)使用由一對[行程(run)，層(level)]組成的單一代碼字對量化后的系數(shù)進行變長編碼時，由等式(1)規(guī)定的量化活動度變成一定數(shù)量的代碼字。這樣，變長編碼后產(chǎn)生的比特量線性正比于上述等式(1)的量化活動度。由于使用上述線性正比關(guān)系，可以預(yù)測和控制所產(chǎn)生的比特量。
在圖3中，輸入的變換系數(shù)AC(i，j)被輸入給比較器32，以便計算如上規(guī)定的量化活動度。變換系數(shù)AC(i，j)具有一個規(guī)定范圍內(nèi)的整數(shù)值。比較器32還從查詢表LUT31中接收一個閾值tk(i，j)。這里，閾值tk(i，j)是當(dāng)利用量化步長k對64個變換系數(shù)中的第j個變換系數(shù)AC(i，j)進行量化時量化系數(shù)QACk(i，j)變成零的變換系數(shù)AC(i，j)中的最大值。比較器32將輸入變換系數(shù)AC(i，j)的值與閾值tk(i，j)相比較。如果變換系數(shù)大于閾值，比較器32輸出二進制信號“1”給計數(shù)器33，如果前者小于或等于后者，比較器32輸出二進制信號“0”給計數(shù)器33。每當(dāng)一幀開始時，計數(shù)器33的計數(shù)值都被復(fù)位到“0”。計數(shù)器33對比較器32輸出二進制信號為“1”的次數(shù)計數(shù)。計數(shù)器33輸出與整個一幀相關(guān)的計數(shù)值作為與量化步長k對應(yīng)的量化活動度ACTk?；谄渌炕介L的量化活動度以與如上相同的方式進行計算。
例如，在MPEG-1中可如下計算量化活動度。在MPEG-1中，變換后的數(shù)據(jù)塊被編碼成內(nèi)碼(intra code)和非內(nèi)碼(non-intra code)兩種代碼模式之中的一種模式。在被編碼成內(nèi)碼模式的情況下，根據(jù)下述等式(3)量化AC成分的變換系數(shù)，而在被編碼成非內(nèi)碼的情況下，它們根據(jù)下述等式(4)進行量化。
QACQ(i，j)＝8×AC(i，j)//(Qxw(mi＝內(nèi)部，j)) ……(3)QACQ(i，j)＝8×AC(i，j)/(Qxw(mi＝非內(nèi)部，j))……(4)這里，符號“//”是一個算符，它表示將除法操作的結(jié)果四舍五入，使之成為一個最接近的整數(shù)，另一個符號“/”表示舍掉除法操作結(jié)果的小數(shù)位，以使其成為一個整數(shù)。另外，w(mi＝內(nèi)部，j)和w(mi＝非內(nèi)部，j)表示反映為增強圖像主觀質(zhì)量每一個變換系數(shù)所具有的視覺特征的權(quán)值。字符mi是第i個數(shù)據(jù)塊的代碼模式。
其中Q＝1，2，…，31和j＝1，2，…，63的閾值tQ(j)可以利用上述等式(3)和(4)很容易地獲得。在所述MPEG-1中，相對于每個代碼模式的權(quán)值w(mi＝內(nèi)部，j)和w(mi＝非內(nèi)部，j)的閾值與圖6A和6B表所示相同。
圖6A和6B示出了根據(jù)內(nèi)碼和非內(nèi)碼模式在圖3所示查詢表31中閾值的一個例子，其中j＝1，2，…，63的閾值tQ(j)僅僅是根據(jù)從1到20的量化步長Q計算的。
參看圖6A，內(nèi)碼模式下具有19個權(quán)值。參看圖6B，在非內(nèi)碼模式的所有位置上，都分配了“16”的相同權(quán)值。因此，在量化步長所對映的閾值之中，LUT31向比較器32輸出根據(jù)輸入碼模式mi和變換系數(shù)的位置(j)獲得的閾值。在非MPEG-1的情況下，與上述的相同方式計算所述閾值以形成查詢表。
圖4示出了圖1所示量化控制器16的詳細電路。量化控制器16包括一個比特產(chǎn)生量預(yù)測器161，用于接收緩沖存儲器18的充滿度B和傳輸速率R并預(yù)測比特產(chǎn)生的數(shù)量X；一個量化步長選擇器162，用于從量化活動度計算單元14接收量化活動度和選擇量化步長，采用所述量化步長能夠產(chǎn)生最接近于由比特產(chǎn)生量預(yù)測器161預(yù)測的比特產(chǎn)生量X的比特量。
在圖4中，量化控制器16的比特產(chǎn)生量預(yù)測器161使用緩沖存儲器18的充滿度B和信道傳輸速率R預(yù)測來自當(dāng)前幀所希望的比特產(chǎn)生量X。預(yù)測的比特量X被輸入給量化步長選擇器162。量化步長選擇器162使用在量化活動度計算單元14中計算的量化活動度ACTk(其中，1≤k≤K)選擇能夠從當(dāng)前幀產(chǎn)生預(yù)測比特產(chǎn)生量X的量化步長Q。量化步長選擇器162將結(jié)合圖5詳細描述。
圖5是一個流程圖，用于解釋圖4所示量化步長選擇器162的操作。
在圖5中，量化步長選擇器162根據(jù)下述等式(5)計算量化活動度ACTx(步驟510)，用于從當(dāng)前幀產(chǎn)生由比特產(chǎn)生量預(yù)測器161預(yù)測的比特產(chǎn)生量X。
ACTx＝mX+n……(5)上述等式(5)特別表示如上所述在量化活動度和比特產(chǎn)生量之間的線性正比關(guān)系，這是一種比特產(chǎn)生預(yù)測模式。這里，m和n是常數(shù)并能夠根據(jù)代碼模式改變和通過實驗加以確定。根據(jù)代碼模式，MPEG-1具有三種模式，即I-幀、P-幀和B幀，并具有下述通過實驗獲得的產(chǎn)生預(yù)測模型在I-幀情況下，ACT＝0.165X。
在P-幀情況下，ACT＝0.150X。
在B-幀情況下，ACT＝0.150X-1000。
這里，ACT是與量化步長無關(guān)的量化活動度。
例如，假如在某個I-幀中所希望的比特產(chǎn)生量是150000比特，那么，通過將量化系數(shù)應(yīng)用到變換系數(shù)而獲得的量化活動度ACTx將變成24750比特(＝0.165×150000)。
當(dāng)在步驟510使用比特產(chǎn)生預(yù)測模型計算量化活動度ACTx時，量化步長選擇器162將量化活動度ACTx與在量化活動度計算單元14中計算的每一個量化步長的量化活動度進行比較，并獲得滿足下述條件的量化步長“k”(步驟520)。
ACTk+1＜ACTx≤ACTk……(6)通常，其中相對于變換系數(shù)應(yīng)用較大量化步長值的量化活動度的值總是小于或等于相對于變換系數(shù)應(yīng)用較小量化步長值的量化活動度的值。因此，當(dāng)使用由比特產(chǎn)生預(yù)測模型計算的量化活動度ACTx大于量化步長k+1的量化活動度和小于或等于量化步長k的量化活動度時，量化步長選擇器162最終選擇量化步長k作為當(dāng)前幀的量化步長Q(步驟530)。這里，如果量化步長是k，那么，可以產(chǎn)生最接近于或等于所希望比特產(chǎn)生數(shù)量X的比特數(shù)量。量化步長選擇器162將所選擇的量化步長Q傳輸給圖1所示的量化器15和逆量化器19(步驟540)。下一幀輸入圖像信號的量化步長也可以通過執(zhí)行從步驟510開始的處理進行選擇。
如上所述，這種使用一個量化活動度控制比特產(chǎn)生數(shù)量的圖像編碼方法和裝置，根據(jù)變換系數(shù)計算與量化步長對應(yīng)的量化活動度，并預(yù)測與每一幀相關(guān)的所希望比特的產(chǎn)生量，以便控制以產(chǎn)生一個預(yù)測比特產(chǎn)生量的量化活動度量化步長編碼的數(shù)據(jù)比特產(chǎn)生量。因此，可以避免緩沖存儲器的上溢和下溢且傳輸信道能夠被充分利用。
這里僅對本發(fā)明的最佳實施例進行了描述，很明顯，在不脫離本發(fā)明原理和范圍的前提下，可以對其作出很多修改。
權(quán)利要求
1.一種圖像編碼方法，用于對圖像數(shù)據(jù)進行編碼和將編碼后的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過一個緩沖存儲器以一個恒定的傳輸速率進行傳輸，所述圖像編碼方法包括如下步驟(a)以一個具有預(yù)定尺寸的數(shù)據(jù)塊為單位對輸入圖像數(shù)據(jù)進行變換并輸出變換系數(shù)；(b)計算與從所述步驟(a)輸出的預(yù)定數(shù)據(jù)單位的變換系數(shù)的預(yù)定量化步長相對應(yīng)的量化活動度；(c)在所述步驟(b)所計算量化活動度、傳輸速率和緩沖器充滿度的基礎(chǔ)上確定量化步長；和(d)根據(jù)在所述步驟(c)中確定的量化步長量化所述步驟(a)的變換系數(shù)和對量化后的變換系數(shù)進行編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像編碼方法，其特征在于在所述步驟(a)中，輸入一幀圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像編碼方法，其特征在于在所述步驟(a)中，輸入相鄰兩幀圖像數(shù)據(jù)之間的差值數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像編碼方法，其特征在于所述量化活動度是當(dāng)以所述量化步長量化所述變換系數(shù)時不等于零的量化系數(shù)的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像編碼方法，其特征在于在所述步驟(b)中，當(dāng)輸入圖像數(shù)據(jù)被分成具有m×n個象素尺寸的M個數(shù)據(jù)塊時，根據(jù)下述等式計算量化活動度ACTk=Σi=0M-1Σj=163Ik(i,j)]]>其中，ACTk表示基于量化步長k(＝1，2，…，K)的量化活動度，i表示數(shù)據(jù)塊的位置，j表示數(shù)據(jù)塊中AC成分變換系數(shù)的位置，N表示m×n，當(dāng)以量化步長k量化變換系數(shù)時，如果量化系數(shù)為零，則Ik表示0，如果量化系數(shù)不為零，則Ik表示1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像編碼方法，其特征在于所述量化活動度線性正比于變長編碼的數(shù)據(jù)的比特產(chǎn)生量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像編碼方法，其特征在于所述步驟(b)還包括下述子步驟(b1)將所述變換系數(shù)與一個預(yù)置閾值相比較；和(b2)根據(jù)所述子步驟(b1)的比較結(jié)果以幀為單位對大于所述閾值的變換系數(shù)的數(shù)量進行計數(shù)以輸出所述量化活動度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像編碼方法，其特征在于所述閾值被區(qū)別地設(shè)置成按照內(nèi)碼和非內(nèi)碼模式之一在單位數(shù)據(jù)塊的AC成分變換系數(shù)值中的每個量化步長之中等于零的量化步長的變換系數(shù)的最大值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像編碼方法，其特征在于所述步驟(c)包括如下子步驟(c1)在所述傳輸速率和緩沖器充滿度的基礎(chǔ)上預(yù)測該預(yù)定數(shù)據(jù)單位的比特產(chǎn)生量；和(c2)使用在所述步驟(b)計算的量化活動度和在所述子步驟(c1)中預(yù)測的比特產(chǎn)生量確定一個量化步長。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像編碼方法，其特征在于所述子步驟(c2)包括如下子步驟(c2a)計算所述量化活動度，以便以預(yù)定數(shù)據(jù)單元為單位產(chǎn)生在子步驟(c1)中預(yù)測的比特產(chǎn)生量；和(c2b)將在子步驟(c2a)中計算的量化活動度與在所述步驟(b)中計算的量化活動度進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果確定量化步長。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像編碼方法，其特征在于所述子步驟(c2a)在下述等式的基礎(chǔ)上計算用于產(chǎn)生預(yù)測比特產(chǎn)生量的量化活動度ACTxACTx＝aX+b其中，a和b是通過實驗確定的常數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像編碼方法，其特征在于所述子步驟(c2b)將所計算的量化活動度ACTx與在所述步驟(b)中計算的量化活動度進行比較，并確定滿足下述條件的量化活動度ACTk的量化步長ACTk+1＜ACTx≤ACTk
13.一種圖像編碼裝置，包括緩沖器部分，用于以一個恒定的傳輸速率傳輸所接收的數(shù)據(jù)；變換部分，用于以具有預(yù)定尺寸的數(shù)據(jù)塊為單位變換所接收的圖像數(shù)據(jù)，并輸出變換系數(shù)；量化活動度計算部分，用于計算與從所述變換部分接收的預(yù)定數(shù)據(jù)單元的變換系數(shù)的預(yù)定量化步長相對應(yīng)的量化活動度；量化控制器，用于接收在所述量化活動度計算部分中計算的量化活動度、傳輸速率和所述緩沖器的充滿度，并確定一個量化步長；和編碼部分，用于根據(jù)在所述量化控制器中確定的量化步長量化變換系數(shù)，并用于對量化后的變換系數(shù)進行編碼和輸出給所述緩沖器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像編碼裝置，其特征在于所述的量化活動度是當(dāng)以所述量化步長量化一幀的所述變換系數(shù)時不等于零的量化系數(shù)的數(shù)量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像編碼裝置，其特征在于所述量化活動度計算部分包括多個量化活動度計算器，用于接收所述變換系數(shù)并以一幀為單位計算每個量化步長的量化活動度；和與所述量化活動度計算器逐一耦接的多個寄存器，用于存儲所計算的量化活動度，并輸出所存儲的量化活動度給所述量化控制器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像編碼裝置，其特征在于所述多個量化活動度計算器中的每一個都包括一個查詢表，用于存儲每個變換系數(shù)中量化系數(shù)為零的變換系數(shù)值中的最大值為閾值，并輸出與通過根據(jù)數(shù)據(jù)塊單位內(nèi)碼和非內(nèi)碼模式及變換系數(shù)位置獲得的閾值；比較器，用于將所述輸入的變換系數(shù)和一個閾值相比較；計數(shù)器，用于根據(jù)比較結(jié)果以一幀為單位對大于所述閾值的變換系數(shù)的數(shù)量進行計數(shù)并輸出作為量化活動度的計數(shù)結(jié)果。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像編碼裝置，其特征在于所述量化控制器利用在所述量化活動度和產(chǎn)生的比特量之間的線性正比關(guān)系確定量化步長。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像編碼裝置，其特征在于所述量化控制器包括預(yù)測器，用于在信道傳輸速率和緩沖器充滿度的基礎(chǔ)上預(yù)測當(dāng)前幀的比特產(chǎn)生數(shù)量；和量化步長選擇器，計算用于產(chǎn)生預(yù)測比特產(chǎn)生量的量化活動度，將所計算的量化活動度和在所述量化活動度計算部分中計算的量化活動度比較，選擇用于產(chǎn)生預(yù)測比特產(chǎn)生量的量化步長。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的圖像編碼裝置，其特征在于根據(jù)對于同一變換系數(shù)采用較大量化步長值獲得的量化活動度值小于或等于采用較小量化步長值獲得的量化活動度值，所述量化步長選擇器最終選擇與大于或等于在量化活動度計算部分中計算的量化活動度的所述計算的量化活動度相對應(yīng)的量化步長。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像編碼裝置，其特征在于還包括一個存儲器，用于在所述量化活動度計算部分計算所述量化活動度期間存儲所述變換部分變換系數(shù)。
全文摘要
一種圖像編碼方法和裝置,用于通過量化活動度精確控制單個編碼幀的比特產(chǎn)生量。其中量化活動度是以某量化步長量化離散余弦變換系數(shù)時不等于零的量化系數(shù)的數(shù)量。根據(jù)緩沖存儲器的充滿度和傳輸速率預(yù)測所希望的比特產(chǎn)生量,確定量化活動度的量化步長,利用在所計算量化活動度和變長編碼數(shù)據(jù)產(chǎn)生量之間的線性正比關(guān)系產(chǎn)生最接近于所預(yù)測比特產(chǎn)生量的比特產(chǎn)生量。因此,可有效避免緩沖存儲器的上溢和下溢,也充分利用傳輸信道。
文檔編號H03M7/40GK1175853SQ9711712
公開日1998年3月11日 申請日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月26日
發(fā)明者金泰镕, 金在均, 樸季鎬 申請人:三星電子株式會社