專利名稱：數(shù)據(jù)壓縮的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像壓縮，特別是不排他地涉及改進(jìn)的代碼本檢索方法，例如在數(shù)據(jù)壓編方法中使用的。本發(fā)明還涉及對(duì)數(shù)字信號(hào)形式的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行壓縮的方法和裝置，可應(yīng)用在數(shù)字編碼的圖像序列壓縮中。
背景技術(shù)：
在圖像和視頻壓縮中，有必要依賴所用技術(shù)的混合，從一組候選圖像補(bǔ)碼(patch)中選擇哪個(gè)補(bǔ)碼最符合(在某種意義上)單獨(dú)保存的補(bǔ)碼。例如在通稱為矢量量化(VQ)的技術(shù)中，圖像的小補(bǔ)碼與保存在“代碼本”中的一組補(bǔ)碼比較，以確定代碼本中的哪個(gè)補(bǔ)碼最能用來代表這個(gè)圖像補(bǔ)碼。這個(gè)過程常稱為“代碼本檢索”。
代碼本的徹底檢索包含對(duì)每一獨(dú)立的代碼本補(bǔ)碼的實(shí)際匹配測量質(zhì)量的全部進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)這些測量選擇合適的代碼本補(bǔ)碼。匹配測量質(zhì)量可以是許多類型，包括絕對(duì)象素差，總體均方象素差，以及它們的平均等等。代碼本的徹底檢索是一個(gè)強(qiáng)度很高的計(jì)算過程，因?yàn)樵谠砩希@個(gè)過程包括圖像補(bǔ)碼和全部代碼本補(bǔ)碼中的每一象素。因此，為了提高計(jì)算效率和速度起見，很希望用一些方法減少檢索過程。
有可能根據(jù)等效象素值的對(duì)比，直接將圖像補(bǔ)碼與代碼本補(bǔ)碼進(jìn)行比較。這被稱為“圖像空間處理”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是排除或至少緩解現(xiàn)在技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的代碼本檢索方法，其中，能以比徹底檢索快得多的方式進(jìn)行代碼本檢索。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是把不會(huì)被選為最匹配的所有代碼本補(bǔ)碼排除在比較過程之外。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種代碼本檢索方法，在檢索中排除所有根據(jù)某個(gè)判據(jù)很可能不會(huì)被選為最匹配的代碼本補(bǔ)碼之后，偶爾有的與代碼本補(bǔ)碼關(guān)聯(lián)的非最佳圖像補(bǔ)碼是可以接受的。
至于在某個(gè)處理過程中一個(gè)給定的代碼本補(bǔ)碼是否肯定或很可能不被選擇，必須做出判斷。但明顯重要的是，這個(gè)處理過程比全部計(jì)算代碼本補(bǔ)碼是不是最佳匹配的過程要來得輕快。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種代碼本檢索方法，包括步驟
a)提供多個(gè)代碼本補(bǔ)碼；
b)提供至少一個(gè)圖像補(bǔ)碼；
c)用無損變換方法，將多個(gè)代碼本補(bǔ)碼和至少一個(gè)圖像補(bǔ)碼分別變換為多組頻率域代碼本系數(shù)和一組(多組)頻率域圖像系數(shù)；
d)通過每一圖像補(bǔ)碼的帶十和一符號(hào)的圖像系數(shù)與代碼本系數(shù)的比較模型，為每一圖像補(bǔ)碼選擇可能匹配代碼本補(bǔ)碼的短表；
e)將圖像補(bǔ)碼與對(duì)照短表代碼本補(bǔ)碼進(jìn)一步比較，選擇基本上最佳的匹配，這種進(jìn)一步比較，用任何合意的方法進(jìn)行。
可以判斷，步驟(a)至(e)可按任何合適的次序進(jìn)行，如果適當(dāng)?shù)脑挘@些一個(gè)或多個(gè)步驟其實(shí)也可以同時(shí)進(jìn)行。但是，最好(a)，(b)，(c)，(d)，然后(e)的次序進(jìn)行，雖然步驟(a)和(b)可以先做(b)再做(a)。
每一組代碼本系數(shù)或圖像系數(shù)分別代表代碼本補(bǔ)碼或圖像補(bǔ)碼上象素值分布的頻譜。
頻域代碼本和圖像系數(shù)可以說成是“頻率空間”的特征。
這里，無損變換定義為這樣一種變換，其可通過“逆變換”過程使原始數(shù)據(jù)分布精確地重構(gòu)。
無損變換可從哈達(dá)馬變換，子波，離散余弦變換或類似變換中，選擇一種。
在一個(gè)特定實(shí)施例中，用在模型比較中的圖像系數(shù)的數(shù)目至少在最初可等于補(bǔ)碼中的象素?cái)?shù)目。
但是，在一個(gè)修改的例子中，要求進(jìn)行對(duì)比的圖像系數(shù)的數(shù)目可以減至如頻譜中的那些最有效的部分，例如典型地減少至15個(gè)系數(shù)。
每一頻率空間系數(shù)代表被變換的補(bǔ)碼的總體特性，因而，一個(gè)象素值只代表補(bǔ)碼中的一個(gè)特定點(diǎn)，幾乎不能傳達(dá)總體信息。所以有效的補(bǔ)碼對(duì)比能基于全部頻率系數(shù)的一個(gè)小的子組進(jìn)行，但基于原始補(bǔ)碼中的象素的等效子組則不行。應(yīng)當(dāng)注意，在無損變換中，頻率系數(shù)和變換的補(bǔ)碼中的象素一樣多。
較好的是，對(duì)每一代碼本補(bǔ)碼和與這一代碼本補(bǔ)碼一起存儲(chǔ)的附加代碼本系數(shù)進(jìn)行變換計(jì)算。
也較好的是，對(duì)所考查的每一圖像補(bǔ)碼進(jìn)行變換計(jì)算。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，系數(shù)的一個(gè)子組被選擇。例如，一組16個(gè)系數(shù)(為象素值分布的最低的16個(gè)頻率)，它們代表預(yù)定的象素值分布的最有效的頻率特性。但可以判斷，可選擇不同的系數(shù)數(shù)目，或者選擇代表頻譜不同部分的系數(shù)。
再有，對(duì)于每一代碼本補(bǔ)碼，可建立一個(gè)“符號(hào)串”。符號(hào)串可包括例如16位模型，其中每一位相應(yīng)于考查所選的16個(gè)系數(shù)組的特定情況。串中的每一位可以指定第一值，例如為0，如果相應(yīng)的系數(shù)為負(fù)的話；或者指定第二值，例如為1，如果它是正的話。
還有，對(duì)于每一代碼本補(bǔ)碼，可建立一個(gè)“幅度有效性串”。幅度有效性串可包括例如16位模型，其中每一位相應(yīng)于考查所選的16個(gè)系數(shù)組的特定情況。串中的每一位可以指定第一值，例如為0，如果相應(yīng)的系數(shù)“無效用”的話；或者指定第二值，例如為1，如果它是“有效用”的話。如果系數(shù)的絕對(duì)值超過閾值，則可認(rèn)為它是有效用的，否則是無效用的。閾值可設(shè)置為所有為代碼本中的每一補(bǔ)碼所選的16個(gè)系數(shù)的平均絕對(duì)幅度的確定分?jǐn)?shù)。但可以判斷，也有其他方法指定這個(gè)閾值。并不要求全部系數(shù)都要用單一閾值。確實(shí)，有可能創(chuàng)建別的判別有效性的判據(jù)。
應(yīng)當(dāng)注意，所有這些代碼本計(jì)算可脫機(jī)進(jìn)行，所以在使用編碼器的過程中沒有系統(tǒng)開銷。
當(dāng)一個(gè)圖像補(bǔ)碼為考查而被選擇時(shí)，它的哈達(dá)馬系數(shù)可用模擬單個(gè)代碼本補(bǔ)碼的系數(shù)的方式建立。另外，也能為圖像補(bǔ)碼建立一個(gè)符號(hào)串。
進(jìn)一步考查用的代碼本塊或補(bǔ)碼，可按如下步驟接受或拒絕
1.可計(jì)算代碼本補(bǔ)碼和圖像補(bǔ)碼的符號(hào)串的按位“異或(exclusiveor)”。這是一個(gè)位組，其中每一位是第一值，例如0，如果符號(hào)串的相應(yīng)位相同的話；第二值是1，如果它們不同的話。例如0011與0110的按位“異或”，將會(huì)產(chǎn)生0101。
2.如此產(chǎn)生的位串可與代碼本補(bǔ)碼的有效性串按位相“與”。按位“與”是一組位，其中每一位被設(shè)置為每一值，例如1，如果兩個(gè)串中的相應(yīng)位都等于第一值的話，否則被設(shè)置為第二值0，例如0110與0101按位相“與”，將會(huì)產(chǎn)生0100。這個(gè)操作是將所有“無效用”的位設(shè)置為第一值例如0，并留下所有“有效用”的位不變。
3.可考查最后結(jié)果的位模型，如果每一位是第一值例如0，則代碼本補(bǔ)碼被接受，用于進(jìn)一步考查，否則它就被拒絕。這個(gè)判決可保證代碼本組中的每一有效用的系數(shù)，具有與圖像補(bǔ)碼位中的相應(yīng)系數(shù)相同的符號(hào)；無效用系數(shù)則不被考慮。這樣的代碼本補(bǔ)碼應(yīng)該比具有正符號(hào)有效性系數(shù)的任意代碼本補(bǔ)碼更精細(xì)地相似于圖像補(bǔ)碼。
接下來是第二種情況，即代碼本補(bǔ)碼要繼續(xù)受考查。這種情況是代碼本和圖像補(bǔ)碼相似，除了代碼本補(bǔ)碼在使用之前還需要反演之外，也就是說，它的每一象素值必須被乘以-1。代碼本補(bǔ)碼在一定意義上是歸一化的，即它們的象素值被限制在正負(fù)1之間。這對(duì)于計(jì)算與圖像補(bǔ)碼的相似性有關(guān)系(圖像補(bǔ)碼通常將具有0至127之間的象素值)，但與接受/拒絕判據(jù)無關(guān)。這個(gè)方法的一個(gè)好處是，使用頻率空間系數(shù)，消除了在使用之前調(diào)整P象素值的必要性。
確定是否保留代碼本補(bǔ)碼以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考查所要求的操作順序如下
1、可建立代碼本補(bǔ)碼和圖像補(bǔ)碼的符號(hào)串的按位“異或”。
2、如此產(chǎn)生的位串可與代碼本補(bǔ)碼的有效性串的反置按位相“或”。按位相“或”產(chǎn)生位組，每個(gè)位設(shè)置為第二值，例如1，如果兩串中的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)位是第二值的話；否則設(shè)置為第一值，例如0。例如，0110與0101按拉相“或”，將會(huì)產(chǎn)生0111。位串的反置是把每個(gè)第一值轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙?，反過來也一樣。例如0110的反置是1001。
3、可考查最后結(jié)果的位模型，如果每一位是第一值例如1，則代碼本補(bǔ)碼被接受，用于進(jìn)一步考查，否則它就被拒絕。這個(gè)判決可保證代碼本組中的每一有效用的系數(shù)，具有與圖像補(bǔ)碼位中的相應(yīng)系數(shù)相反的符號(hào)；無效用系數(shù)則不被考慮。
因此，代碼本補(bǔ)碼可保留下來以待進(jìn)一步考查所依的判據(jù)有兩個(gè)。被拒絕的補(bǔ)碼不需要作為當(dāng)前圖補(bǔ)的潛在匹配者而作進(jìn)一步考查，所以不會(huì)對(duì)計(jì)算負(fù)擔(dān)有再多的作用。如此避免的計(jì)算量，多于為計(jì)算圖像補(bǔ)碼的哈達(dá)馬變換系數(shù)和用在確定代碼本補(bǔ)碼的接受/拒絕的任何附加量。所以，這個(gè)方法能很有效地提高代碼本的檢索速度。
哈達(dá)馬系數(shù)能進(jìn)一步用于計(jì)算代碼本補(bǔ)碼和圖像補(bǔ)碼之間的失配，其目的是確定匹配的質(zhì)量，并由此從代碼本中選擇最佳補(bǔ)碼，作為圖像補(bǔ)碼的等效。
代碼本補(bǔ)碼和圖像補(bǔ)碼的差別E可表示為
這里，WiT表示代碼本補(bǔ)碼的第i個(gè)變換系數(shù)，σ是對(duì)比乘數(shù)，XiT是圖像補(bǔ)碼的第i個(gè)變換系數(shù)。σ能從系數(shù)中計(jì)算出來。
E能通過對(duì)系數(shù)子組求和來估算，可以證明，隨著所用系數(shù)的增加，估算值單調(diào)趨近于E的真值。E對(duì)用包含補(bǔ)碼的圖像空間型式中的象素值的模擬公式所算得的誤差，具有直接關(guān)系(以可算因子相乘)。
因此，頻域或空間系數(shù)值的使用可以在圖像補(bǔ)碼和所提供的代碼本之間，以完整而有效的方式選擇最佳匹配。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種壓縮以數(shù)字信號(hào)形式的象素矩陣組合而成的圖像幀的方法，包括提供代碼本檢索方法的步驟，所述代碼本檢索方法包括步驟
a)提供多個(gè)代碼本補(bǔ)碼；
b)提供至少一個(gè)圖像補(bǔ)碼；
c)用無損變換方法，將多個(gè)代碼本補(bǔ)碼和至少一個(gè)圖像補(bǔ)碼分別變換為多組頻率域代碼本系數(shù)和一組(多組)頻率域圖像系數(shù)；
d)通過每一圖像補(bǔ)碼的帶十和一符號(hào)的圖像系數(shù)與代碼本系數(shù)的比較模型，為每一圖像補(bǔ)碼選擇可能匹配代碼本補(bǔ)碼的短表；
e)將圖像補(bǔ)碼與對(duì)照短表代碼本補(bǔ)碼進(jìn)行比較，選擇基本上最佳的匹配，這種進(jìn)一步比較，用任何合意的方法進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種壓縮數(shù)字信號(hào)形式的數(shù)據(jù)矩陣的裝置，所述裝置包括計(jì)算機(jī)裝置，例如運(yùn)行實(shí)施根據(jù)第一方面的代碼本檢索方法的程序的已知類型的計(jì)算機(jī)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其帶有適用于執(zhí)行根據(jù)第一方面的代碼本檢索方法的計(jì)算機(jī)程序。
計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以是軟盤，CD或諸如此類。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種適用于執(zhí)行根據(jù)第一方面的代碼本檢索方法的計(jì)算機(jī)程序。


現(xiàn)在將只通過范例，參考附圖，描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中
圖1(A)-(E)是代碼本的略圖，其具有5個(gè)代碼本補(bǔ)碼或矢量，每個(gè)表示4×4象素圖像塊，其用于本發(fā)明的實(shí)施例中。
圖2是源4×4象素圖像塊或補(bǔ)碼，其用于有關(guān)圖1的實(shí)施例中。
具體實(shí)施例方式
用圖形來說明，如圖(A)于(E)中所示，在根據(jù)本發(fā)明的代碼本檢索方法(快速檢索處理)的實(shí)施例中，提供一個(gè)代碼本，其中具有0，1，2，3和4五個(gè)矢量，每個(gè)矢量有16個(gè)維數(shù)。五個(gè)矢量中的每一矢量表示一個(gè)4×4象素的圖像塊，如圖1中所示。指定給每一矢量的實(shí)際象數(shù)值在后面的表1中給出，那里，fc(i，j)表示位置i，j上的象素值。
在空間域檢索時(shí)，每一矢量元素(即象素)有相等的有效性，所以作為與源圖象塊有潛在的匹配性而被包含在每一代碼本矢量(補(bǔ)碼)的估算中。但是根據(jù)本發(fā)明，每一代碼本矢量被以適當(dāng)?shù)淖儞Q函數(shù)(函數(shù)的基矢量是正交的)變換到頻域，給出一組變換系數(shù)，其數(shù)目與每一代碼本矢量中的象素?cái)?shù)目相同。
頻域?qū)⒂嘘P(guān)代碼本矢量的“最有效的信息”集中在少量系數(shù)中，使得有可能既快速地，拒絕不能很好地表示源圖象塊的代碼本矢量，又通過全部系數(shù)的子組比較，從剩下來的代碼本矢量中辨識(shí)好的匹配。
沃爾什一哈達(dá)馬變換已被發(fā)現(xiàn)用在代碼本檢索是既簡單又有效的。前向兩維沃爾什變換由下式給出這里，n＝log2N，函數(shù)β(q，r)定義為
β(q，r)＝0，若r的二進(jìn)制表示中位q為0
1，若r的二進(jìn)制表示中位q為1
頻率系數(shù)的有效性，根據(jù)它在代碼本中的鑒別來定義，也就是根據(jù)跨越代碼本矢量的系數(shù)中的差別度，和由此在代碼本分割為與源矢量相似/不相似的矢量過程中，它的“合用性”來定義。
將哈達(dá)馬變換應(yīng)用于圖1(A)至(E)的代碼本，給出下面表2所示的變換系數(shù)，那里，Hc(u，v)表示頻率空間的兩維表達(dá)中的系數(shù)u，v。在作為整體的代碼本中的每一系數(shù)的相對(duì)有效性，可由每一系數(shù)的平均“絕對(duì)幅度”相對(duì)于全部代碼本矢量給出，或者由系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方差給出。代碼本中的每一系數(shù)的方差表示在表2中。
以標(biāo)準(zhǔn)方差存儲(chǔ)哈達(dá)馬系數(shù)，給出下列系數(shù)有效性序列
2→8→12→3→1→4→14→11→15→10→9→5→13→7→6→0這里，系數(shù)2具有最大標(biāo)準(zhǔn)方差。
考慮圖2中所示的源圖象塊，它具有表3中給出的象素和變換系數(shù)，那里，fs(i，j)表示源圖像中位置i，j上的象素強(qiáng)度。要注意，變換系數(shù)Hs(0，0)相應(yīng)于源塊的DC值或平均值。
在空間域的匹配，可利用誤差函數(shù)進(jìn)行這里，σ是等同地應(yīng)用于代碼本元素的對(duì)比調(diào)節(jié)乘數(shù)，Y是源塊的平均值。σ的最佳值由下式給出
在源塊和每一代碼本矢量之間，σ和相應(yīng)誤差∈表示在表4中。從表中可清楚看出，與源塊最好地“擬合”的是有負(fù)對(duì)比調(diào)節(jié)乘數(shù)的代碼本矢量0。
利用頻率空間檢索代碼本的第一個(gè)步驟，是拒絕那些不能給出對(duì)源塊良好近似度的“不相似”的代碼本矢量。這件事通過“最有效性系數(shù)”的符號(hào)匹配來完成。
利用由每一系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方差確定的有效性序列(那里，Q小于系數(shù)的總數(shù))，可用于拒絕較差的匹配者。下面的工作是用哈馬達(dá)系數(shù)的前6個(gè)系數(shù)，作示例性的說明。
·下面的表5表示有效性系數(shù)2，8，12，3，1，和4，那里，如果系數(shù)的絕對(duì)幅度小于閾值，則有效性為0，否則，有效性用系數(shù)的符號(hào)表示。在這個(gè)例子中，選擇有效性所用的閾值條件。是系數(shù)的絕對(duì)值，大于或等于所有代碼本系數(shù)的絕對(duì)幅度的平均值。
·為每一代碼本矢量，形成一串位(bits)(每一系數(shù)一位)，那里，如果相應(yīng)系數(shù)小于0，則位值為0；如果相應(yīng)系數(shù)大于或等于0，則位值為1。這是符號(hào)串或掩碼。每一代碼本矢量的符號(hào)掩碼在表6中給出。
·根據(jù)每一系數(shù)的幅度有效性，為每一代碼本矢量創(chuàng)建一個(gè)位有效性掩碼(每一系數(shù)一個(gè))。如果相應(yīng)的系數(shù)在表5中為非零值，位只是一。每個(gè)代碼本矢量的有效性掩碼在表7中給出。
·為每個(gè)有待匹配的源塊建構(gòu)符號(hào)掩碼，那里，每一位給出有關(guān)系數(shù)的符號(hào)。源塊的符號(hào)掩碼在表8中表示。
·通過在源符號(hào)掩碼和每一代碼本符號(hào)掩碼之間進(jìn)行逐位“異或”運(yùn)算，為正面的對(duì)比調(diào)節(jié)確定匹配。“異或”就是，如果兩個(gè)源位有相同的值，則結(jié)果為零；如果它們是不同的值，則結(jié)果為一。結(jié)果中的任何1，指示源和代碼本系數(shù)之間符號(hào)不同。為確定匹配質(zhì)量，在每一按位“異或”的結(jié)果與每一代碼本矢量的有效性掩碼之間，進(jìn)行“與”運(yùn)算。如果結(jié)果不包含1，則代碼本矢量只被考慮為潛在的匹配者。表9表示按位“異或”結(jié)果，其后是每一代碼本矢量的按位“與”。
·通過在源符號(hào)掩碼和每一代碼本符號(hào)掩碼的反置之間進(jìn)行逐位“異或”運(yùn)算，為反面的對(duì)比調(diào)節(jié)確定匹配。結(jié)果中的任何1，指示源和代碼本系數(shù)之間符號(hào)不同。為確定匹配質(zhì)量，在每一按位“異或”的結(jié)果與每一代碼本矢量的有效性掩碼之間，進(jìn)行“與”運(yùn)算。如前面那樣，如果結(jié)果不包含1，則代碼本矢量只被考慮為潛在的匹配者。表10表示反置的按位“異或”結(jié)果，其后是每一代碼本矢量的按位“與”。
利用每一系數(shù)的符號(hào)連同有效性的匹配方法，產(chǎn)生三個(gè)可能的匹配候選者。對(duì)于正面的對(duì)比(如表9中所示)，代碼本矢量1和2正確的有效性符號(hào)。對(duì)于反面的對(duì)比(如表9所示)代碼本矢量1和2具有正確的有效性符號(hào)。對(duì)于反面的對(duì)比(如表10中所示)，代碼本矢量0具有正確的有效性符號(hào)。換句話說，代碼本矢量3和4已經(jīng)被從檢索過程中拒絕。
代碼本矢量0，1和2中的最佳匹配，可用等式2在空間域計(jì)算出來，但這在計(jì)算上花費(fèi)較多。另一種方法是在源塊和留下的代碼本矢量之間，在頻域計(jì)算匹配。
因?yàn)樵陬l域中檢索比在空間檢索計(jì)算花費(fèi)少，所以必須用系數(shù)的子組確定誤差。這可通過在誤差計(jì)算上應(yīng)用“截止”來實(shí)現(xiàn)。為理解“截止”檢索，有必要理解頻域誤差是如何涉及空間域誤差的。
設(shè)W是一個(gè)代碼本矢量，代表一塊強(qiáng)度值，那里，強(qiáng)度值平均為零，矢量是單位長度。源矢量X和矢量W之間的匹配∈因此必須包括代碼本矢量元素與恒定的對(duì)比調(diào)節(jié)因數(shù)σ的乘積，加上恒定強(qiáng)度偏置γ的修正矢量元素。這個(gè)匹配被定義為這里，xi是源塊矢量x的第i元素，ωi是代碼本矢量w的維數(shù)。這個(gè)等式等效于等式2，那里，兩維強(qiáng)度值被映射至矢量的元素上。
使∈減至最小的最佳σ和Y值，從dt/dσ＝dt/dy計(jì)算如下
然后，等式4可表達(dá)為給出
由于d2∈/dY和d2∈/dσ是正的，d∈/dσ＝d∈/dY＝0代表∈的最小數(shù)。因此，將Y和σ的最佳值代入等式5，給出
和
之間的最佳匹配從等式8可以看出，給出一組歸一化的代碼本矢量W，這里W＝
對(duì)任意源塊矢量
的最佳匹配是W；∈W，它給出σ的最大絕對(duì)值。
這就是
這里，
，I是代碼本矢量Wj的第i元素。
等式4表示源矢量
和代碼本矢量
之間在空間域的誤差。
和
的每一元素分別表示源和代碼本塊的空間結(jié)構(gòu)，并對(duì)誤差∈有相同的貢獻(xiàn)。
和
被說成具有相等的“能量”。
另一種替代方法是在源和代碼本塊之間，在頻域進(jìn)行匹配。與空間域不同，能量集中在幾個(gè)低頻系數(shù)，使有可能從全部系數(shù)的一個(gè)小的組，對(duì)
和
之間的匹配質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。但在數(shù)值上，頻域的匹配必須相應(yīng)于空間域的匹配。
設(shè)
和
是N個(gè)單元矢量，
和
的第j個(gè)單元由下式給出這里，zj，I是N個(gè)單元矢量
第i個(gè)單元，x量矢量x的單元的平均值。
設(shè)ε是由σ加權(quán)的
和
的等效單元之間的方差之和，結(jié)果利用一維哈達(dá)馬變換，可定義每一矢量
為一個(gè)基本函數(shù)，這里，n＝log2N，函數(shù)β(q，r)定義為β(q，r)＝0，若r的二進(jìn)制表示中的位q為零
1，若r的二進(jìn)制表示中的位q為一因?yàn)楣_(dá)馬變換∑2j，izj，k＝{0ifh＝k} i，k∈{0，1，……，N-1}(13)1/N ifI＝k所以等式10可簡化為
由于
恒等于等式4中的r，所以可根據(jù)在空間域中的匹配表示在頻率域中的匹配為，
因此，對(duì)哈達(dá)馬變換來說，在空間域的誤差∈等于在變換域誤差∈的N倍。
對(duì)于n個(gè)哈達(dá)馬系數(shù)，這里1≤n≤N，設(shè)第一組n個(gè)系數(shù)之間的誤差是這里，σn是給出第一組n個(gè)源和代碼本哈達(dá)馬系數(shù)之間最佳“擬合”的對(duì)比乘數(shù)。如果那么，誤差εn可表示為
εn＝An-2σnBn+σn2Cn(17)
σn的最佳值從下式算出
因此，帶有最佳σn的n個(gè)系數(shù)的誤差由下式給出
為減少檢索時(shí)間，希望在根據(jù)全部哈達(dá)馬系數(shù)的一個(gè)子組估算誤差之后，“截止”誤差計(jì)算。這就是，如果誤差εm大于為代碼本匹配推導(dǎo)的最小誤差，就終止計(jì)算，這里，m＜N。只有當(dāng)εn≥εn-1時(shí)，才可能作這種“截止”。
證明→εn-εn-1＝0
因?yàn)?Cn-1Xn-Bn-1Wn)2≥0和(Cn-12+Cn-2Wn2)≥0。
因?yàn)棣舗≥εn-1，通過下列算法，可實(shí)現(xiàn)最佳代碼本矢量的估算，那里，假定代碼本系數(shù)被按有效性排序，從而使最后的系數(shù)(第N-1個(gè)系數(shù))是對(duì)所有代碼本矢量都為0值的DC值。
算法
for第一代碼本系數(shù)矢量w0，DO(執(zhí)行)
設(shè)置最佳誤差＝AN-1-BN-12/CN-1
存儲(chǔ)第一個(gè)代碼本矢量的索引，作為對(duì)x的最佳擬合
結(jié)束for語句
for每一保留的代碼本系數(shù)矢量wc，DO(執(zhí)行)
設(shè)置系數(shù)索引為1
執(zhí)行 計(jì)算ε＝Aj-B2j/Cj
j增1
當(dāng)j＜N和ε＜最佳誤差
if(若)ε＜最佳誤差then(則)
設(shè)置最佳誤差＝ε
存儲(chǔ)代碼本矢量的索引，作為對(duì)x的最佳擬合。
結(jié)束if語句
結(jié)束for語句
這個(gè)算法可應(yīng)用于數(shù)值的例子，從代碼本矢量0，1或2中確定最佳匹配。
表11給出下述檢索算法的結(jié)果。對(duì)于作為第一個(gè)矢量的代碼本矢量0，在頻率空間的誤差以n＝15根據(jù)等式19估算。這給出后續(xù)檢索的最佳誤差值。計(jì)算代碼本矢量1的開頭兩個(gè)系數(shù)，給出的誤差超過最佳誤差，因此，矢量1被拒絕。在誤差超過最佳誤差之前，源和代碼本矢量3之間的匹配估算到15個(gè)系數(shù)中的14個(gè)系數(shù)。因?yàn)槭噶?給出過最小誤差，所以它代表對(duì)源塊的最佳匹配。
最后的步驟是計(jì)算代碼本矢量0的對(duì)比，它將被映射至源塊上。等式8給出-0.944的對(duì)比。此后通過在空間域和頻率兩方面的匹配估算，可確定帶有相應(yīng)對(duì)比度的最佳代碼本矢量。利用頻率域的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)，是利用以源塊頻率系數(shù)的有效性拒絕太差的匹配者，和誤差截止這兩方面，減少了確定最佳匹配者所必需的計(jì)算量。雖然誤差截止也能應(yīng)用于空間域，但能給出的好處甚微，因?yàn)榇蠖鄶?shù)象素必須被用在誤差計(jì)算中。
注意，在空間域和頻率域計(jì)算的最佳對(duì)比度的差異，是由于變變換過程中的精度損失。
可以判斷，前面所述本發(fā)明的實(shí)施例，僅是為示例給出的，決不意味著限制本發(fā)明的范圍。
還可以判斷，在不偏離本發(fā)明的情況下，可以做出各種修改。例如，此前所述特定實(shí)施例，提供一種對(duì)圖像和代碼本補(bǔ)碼進(jìn)行比較的方法，目的是排除(為了低的計(jì)算成本)那些有可能不是所提供的圖像補(bǔ)碼的最佳匹配者的代碼本補(bǔ)碼。特定實(shí)施例所采用的頻率變換是哈達(dá)馬變換，雖然容易判別，其他頻率變換也能以類似方式使用。
還有，可以判斷，可以利用頻率空間系數(shù)本身，從那些最初未被拒絕的補(bǔ)碼中，最后選擇最佳匹配補(bǔ)碼。這本身表示在為確定非拒絕補(bǔ)碼的匹配質(zhì)量，使用圖像空間進(jìn)行比較的過程中，減少了計(jì)算量。
可進(jìn)一步設(shè)想，本發(fā)明可在“靜止”兩維圖像幀的壓縮，或形成視頻序列的一組圖像幀的壓編方面找到應(yīng)用場合。一個(gè)特定應(yīng)用是在可視電話之間傳輸視頻圖像。
還有，可以判斷，頻率域的系數(shù)實(shí)際上是每個(gè)圖型特征或綜合，與并非如此的象素?cái)?shù)據(jù)是截然不同的。
表1指定給代碼本矢量元素的值
表2圖1中給出的代碼本哈達(dá)馬變換系數(shù)
表3源塊象素值和變換系數(shù)
表4每一代碼本矢量的最佳σ值和誤差
表5代碼本中主要系數(shù)的有效性
表6每一代碼本矢量的符號(hào)掩碼
表7每一偏碼本矢量的有效性掩碼
表8源塊的符號(hào)掩碼
表9正面對(duì)比中，根據(jù)有效性系數(shù)的符號(hào)進(jìn)行的匹配
表10反面對(duì)比中，根據(jù)有效性系數(shù)的符號(hào)進(jìn)行的匹配
表11源和代碼本哈達(dá)馬系數(shù)之間的匹配
權(quán)利要求
1.一種代碼本檢索方法，包括步驟
a)提供多個(gè)代碼本補(bǔ)碼；
b)提供至少一個(gè)圖像補(bǔ)碼；
c)用無損變換方法，將多個(gè)代碼本補(bǔ)碼和至少一個(gè)圖像補(bǔ)碼分別變換為多組頻率域代碼本系數(shù)和一組(多組)頻率域圖像系數(shù)；
d)通過每一圖像補(bǔ)碼的帶十和一符號(hào)的圖像系數(shù)與代碼本系數(shù)的比較模型，為每一圖像補(bǔ)碼選擇可能匹配代碼本補(bǔ)碼的短表；
e)將圖像補(bǔ)碼與對(duì)照短表代碼本補(bǔ)碼進(jìn)行比較，選擇基本上最佳的匹配，這種進(jìn)一步比較用任何合意的方法進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟d)的模型比較中所用的圖像系數(shù)的數(shù)目，至少在開始時(shí)等于補(bǔ)碼中的象素?cái)?shù)目。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟d)的模型比較所要求的圖像系數(shù)的數(shù)目等于代表代碼本系數(shù)的頻譜中最具有效性的系數(shù)的數(shù)目。
4.如前面的任何權(quán)利要求的權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，步驟c)的變換是為每一代碼本補(bǔ)碼計(jì)算的，并且，代碼本系數(shù)與它們所應(yīng)用于其中的代碼本補(bǔ)碼一起存儲(chǔ)起來。
5.如前面的任何權(quán)利要求中的權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，為每一代碼本補(bǔ)碼建立“符號(hào)串”，包括多位(bit)模型，其中每一位相應(yīng)于為考查所選用的多個(gè)系數(shù)組的特殊情況，串中的每一位被指定一個(gè)第一值，如果相應(yīng)系數(shù)為負(fù)的話；或者指定一個(gè)第二值，如果相應(yīng)系數(shù)為正的話。
6.一種由數(shù)字信號(hào)形式的系數(shù)的象素矩陣組成的圖像幀的壓縮方法，包括提供所述前面任何權(quán)利要求中提出的代碼本檢索方法的步驟。
7.一種用于數(shù)字信號(hào)形式的數(shù)字項(xiàng)目矩陣壓縮的裝置，所述裝置包括運(yùn)行程序的計(jì)算機(jī)裝置，所述程序?qū)嵤└鶕?jù)權(quán)利要求1-5之任一的代碼本檢索方法。
8.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其攜帶的計(jì)算機(jī)程序適用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-5之任一的代碼本檢索方法。
全文摘要
一種壓縮以數(shù)字信號(hào)形式組成的圖像幀的方法，包括兩級(jí)代碼本檢索。在第一級(jí)中，象素化的圖像幀補(bǔ)碼和象素化的代碼本補(bǔ)碼，被變換為頻率域的系數(shù)，并在圖像補(bǔ)碼與代碼本補(bǔ)碼之間進(jìn)行模型的比較，通過拒絕不正確的匹配模型，以識(shí)別可能匹配代碼本補(bǔ)碼的短表。在第二級(jí)中，通過任何合意的方法，例如象素比較方法，將圖像幀與代碼本補(bǔ)碼的短表進(jìn)行比較，以選擇最佳匹配的代碼本補(bǔ)碼。
文檔編號(hào)H04N1/41GK1398488SQ0180454
公開日2003年2月19日 申請(qǐng)日期2001年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月5日
發(fā)明者理查德·約翰·弗賴爾, 羅伯特·巴托洛繆·蘭伯特, 戴維·詹姆斯·布雷斯林, 保羅·愛德華·喬治·德夫林 申請(qǐng)人:斯特拉斯克萊德大學(xué)