專利名稱：可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以塊單位進行變換的視頻編碼器的可提高視頻壓縮效率的方法，本發(fā)明裝置與方法針對經過了變換過程的變換塊適用濾波器(Filter)而算出用來設定數據清除對象的成本(Cost)，然后比較成本與所設定的基準值而清除數據以減少所生成的比特量，從而得以提高視頻編碼器的壓縮效率。
背景技術：
適用了時間冗余要素清除方法的視頻編碼器通常如下列圖I所示地包括減法器(10),能夠求得塊單位的輸入數據與預測單元制作的預測數據(prediction data)之間的差分數據(redisual data);變換及量化單元(20)，利用預定函數把上述減法器(10)得到的差分數據加以變換，把該變換的數據予以量化；熵編碼單元(30)，對量化的變換數據進行無損壓縮后輸出比特流；預測單元(40)，把上述量化的變換數據生成為恢復數據(reconstructed data),并且作為參考數據(reference data)運用。預測單元(40)包括逆變換及逆量化單元(41),針對變換及量化單元(20)所量化的變換數據進行逆量化(Inverse Quantization)，對變換的數據進行逆向還原的變換；加法器(42)，把上述解碼的數據生成為恢復數據；幀記憶器(43)，儲存恢復數據及參考數據；運動預測單元(44)，從參考數據預測出輸入數據的運動并生成運動矢量(motionvector);運動補償單元(45)，利用運動預測單元(44)所生成的運動矢量對運動進行補償。一般來說，清除時間冗余要素的視頻編碼器從之前儲存的參考數據對當前輸入數據進行運動預測并且對其差分數據依次進行變換及量化、熵編碼，從而提高壓縮效率。在熵編碼之前，量化的變換數據通過逆變換及逆量化生成為恢復數據并且把上述恢復數據作為參考數據運用。而且，如果視頻編碼器是H. 264/AVC則在逆變換及逆量化單元后為了減少塊歪曲現(xiàn)象而執(zhí)行去塊濾波器(deblocking filter)。變換及量化是一種利用人類眼睛視覺對低頻成分敏感而對高頻成分不敏感的特性把輸入數據分解成低頻成分與高頻成分并且用離散值表現(xiàn)以減少比特的技術，如圖4所示，上述量化的變換數據由左上側的DC系數與除了上述DC系數以外AC系數構成。在此，上述變換數據在概率上具有0值或0附近的值。一般來說，在現(xiàn)有視頻編碼器中，適用于熵編碼的變換數據直接包含有下列比特，該比特被分配給不對主觀畫質施加較大影響的部分，針對這種變換數據直接實行熵編碼時，在所發(fā)生的比特量方面會因為比特率(bit rate)而降低視頻壓縮效率。

發(fā)明內容
發(fā)明需要解決的技術課題
本發(fā)明提供一種壓縮編碼方法，其在執(zhí)行數據變換時利用數據被變換成頻率成分時越接近低頻越能敏感地作用在人類眼睛而越接近高頻越不會敏感地作用在人類眼睛的特性配置濾波器，該濾波器具有重要度地設定了 DC數據及其周邊的濾波器系數，利用濾波器對進行了變換及量化的變換塊算出清除壓縮編碼的數據時所需成本，利用設定的基準值針對算出來的該成本設定需要清除的數據對象并清除該數據而減少需要壓縮的數據，從而在不影響畫質的情形下提高壓縮效率。
解決課題的技術方案本發(fā)明可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，清除時間冗余要素后壓縮視頻的視頻編碼器，其特征在于，還包括數據濾波器單元，其對量化的變換塊進行判斷后適用其大小與變換塊相同的濾波器清除所設定基本塊，根據由一個以上的所設定基本塊所構成的宏塊的數據分布而把上述基本塊的數據加以清除(變換成0)，并且作為輸出比特流的編碼過程的壓縮對象數據而予以提供。上述數據濾波器單元包括變換濾波器(Filter)適用單元，接受通過變換及量化過程傳達的變換塊并判斷變換塊的大小，適用其大小與變換塊大小相同的濾波器并算出成本；基本塊判斷單元，利用上述變換濾波器適用單元所算出來的基本塊的成本與所適用的濾波器系數所設定的變換塊清除基準值及針對數據大小的塊大小值決定是否清除基本塊；宏塊判斷單元，利用宏塊所含各基本塊的由上述變換濾波器適用單元所算出來的成本與所適用的濾波器所設定的基本塊清除基準值及針對數據大小的塊大小值判斷是否清除宏塊內的基本塊，針對各基本塊的成本之合與所適用的濾波器所設定的宏塊清除基準值進行比較而判斷是否清除宏塊；塊清除單元，針對基本塊判斷單元及宏塊判斷單元所決定的塊進行數據清除。本發(fā)明可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，清除時間冗余要素壓縮視頻的視頻編碼過程，包括下列過程基本塊成本計算過程，針對經過變換及量化過程后變換的塊的大小進行判斷后，適用同一大小的濾波器算出變換塊成本；基本塊判斷過程，針對通過基本塊成本計算過程算出的基本塊的成本與變換塊清除基準值進行比較，針對基本塊內數據與塊大小值進行比較后判斷是否清除基本塊，從而決定需要清除的基本塊；宏塊判斷過程，比較宏塊內各基本塊的成本與基本塊清除基準值，針對塊內數據大小與塊大小值進行比較后判斷宏塊內基本塊是否為清除對象，如果判斷結果為清除對象則針對宏塊內基本塊之合與宏塊清除基準值進行比較，從而判斷是否清除宏塊；塊清除過程，根據上述基本塊判斷過程與宏塊判斷過程的決定內容而清除塊并且作為編碼過程的壓縮對象數據而予以提供。有益效果前述的本發(fā)明清除了現(xiàn)有視頻編碼器中人類眼睛較不敏感的領域，得以在盡量不影響畫質的情形下高效地減少比特量，從而提高視頻編碼器的壓縮效率。本發(fā)明并不限于前面所舉例的H. 264/AVC，本發(fā)明的方法及裝置適用于一切清除時間冗余要素后進行變換的所有視頻編碼器。


圖I是清除時間冗余要素的一般視頻編碼器的結構方塊圖。圖2是本發(fā)明可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置的結構方塊圖。圖3是本發(fā)明的數據濾波器單元的詳細結構方塊圖。
圖4是經過了變換及量化的變換塊數據的特性圖。圖5是本發(fā)明把適用于變換塊的濾波器根據編碼方式區(qū)分為幀編碼(a)與字段編碼(b)的一實施例圖。圖6是H. 264/AVC的宏塊及其下位塊的圖形。圖7是本發(fā)明根據編碼方式而在幀編碼時對變換塊(a)適用濾波器(b)、在字段編碼適用濾波器(C)后算出成本的過程說明圖。圖8是本發(fā)明的包含基本塊的宏塊的一實施例圖。圖9是本發(fā)明根據編碼方式而適用于8x8變換塊的幀編碼濾波器(a)與字段編碼濾波器(b)的一實施例圖。圖10是本發(fā)明可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法的數據清除過程流程圖。
具體實施例方式下面結合圖2所示實施例詳細說明本發(fā)明可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，重復的部分使用同一符號處理。本發(fā)明包括減法器(10)，求得塊單位的輸入數據與預測單元制作的預測數據(prediction data)之間的差分數據(redisual data);變換及量化單元(20),利用預定函數把上述減法器(10)得到的差分數據加以變換，把該變換的數據予以量化；數據濾波器單元(50)，針對上述變換及量化單元(20)所輸出的量化的變換塊適用濾波器清除所設定的基本塊，根據由一個以上的所設定基本塊所構成的宏塊的數據分布而把上述基本塊的數據加以清除(變換成0);熵編碼單元(30)，針對通過數據濾波器單元(50)輸出的量化的變換數據進行無損壓縮后輸出比特流；預測單元(40)，把通過上述數據濾波器單元(50)輸出的量化的變換數據生成為恢復數據(reconstructed data),并且作為參考數據(referencedata)運用；預測單元(40)包括逆變換及逆量化單元(41)，針對通過數據濾波器單元(50)輸出的量化的變換數據進行逆量化(Inverse Quantization)，對變換的數據進行逆向還原的變換；加法器(42)，把上述解碼的數據生成為恢復數據；幀記憶器(43)，儲存恢復數據及參考數據；運動預測單元(44)，從參考數據預測出輸入數據的運動并生成運動矢量(motion vector);運動補償單元(45),利用運動預測單元(44)所生成的運動矢量對運動進行補償。如圖3所示，上述數據濾波器單元(50)包括變換濾波器適用單元(51)，接受上述變換及量化單元(20)所輸出的量化的變換數據所構成的變換塊并判斷變換塊的大小，根據編碼方式在所設定的濾波器中適用其大小與變換塊大小相同的濾波器并算出成本；基本塊判斷單元(52)，利用上述變換濾波器適用單元(51)所算出來的成本與所適用的濾波 器系數所設定的變換塊清除基準值及針對數據大小的塊大小值決定是否清除基本塊；宏塊判斷單元(53)，利用宏塊所含各基本塊的由上述變換濾波器適用單元(51)所算出來的成本與所適用的濾波器所設定的基本塊清除基準值及針對數據大小的塊大小值判斷是否清除宏塊內的基本塊，針對各基本塊的成本之合與所適用的濾波器所設定的宏塊清除基準值進行比較而判斷是否清除宏塊；塊清除單元(54)，針對基本塊判斷單元(52)及宏塊判斷單元(53)所決定的塊進行數據清除。在如前所述的本發(fā)明可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置中，變換及量化單元(20)針對預測單元(40)進行預測后得到的差分數據進行變換及量化而輸出由量化的變換系數所構成的變換塊。預測單元(40)是一種利用已經進行了逆變換及逆量化后被儲存在幀記憶器里的參考數據預測當前輸入數據的手段。數據濾波器單元(50)是一種適用其大小與變換及量化單元(20)的變換塊相同的濾波器后把塊的數據變換成0而加以清除的手段，根據上述變換及量化單元(20)所輸出的量化的變換塊的數據分布與由一個以上的上述變換塊所構成的宏塊的數據分布而把上述 塊的數據變換成0后輸出。熵編碼單元(40)根據熵編碼模式對上述數據濾波器單元(50)所輸出的塊的數據進行編碼后輸出比特流。在上述數據濾波器單元(50)中，上述變換濾波器適用單元(51)接受由上述變換及量化單元(20)所輸出的量化的變換數據所構成的變換塊并判斷上述變換塊的大小，將其大小與上述變換塊相同的濾波器適用于上述變換塊的數據后算出成本。如圖5所示，變換濾波器適用單元(51)根據編碼方式對幀編碼適用所設定的幀編碼濾波器(a)后算出成本、對字段編碼則適用所設定的字段編碼濾波器(b)后算出成本。上述基本塊判斷單元(52)利用上述變換濾波器適用單元(51)所算出的成本決定是否清除所設定的基本塊內的數據，利用所適用的濾波器系數所設定的變換塊清除基準值與針對數據大小的塊大小值決定清除基本塊。上述變換塊清除基準值由適用于變換塊的濾波器的最大系數構成，亦即，表示適用于DC數據的濾波器系數將被適用。塊大小值被設定為“ I ”。把塊大小值設定為I并且清除其以下的數據，這是因為，塊數據的變換指的是把數據變換成頻率成分，當變換成頻率領域的塊的數據具有2以上的大小值時，將對預測單元(40)中經過逆變換后的塊的一個以上領域以較大值施加影響，因此不清除具有2以上的值的數據。算出的成本為所設定的變換塊清除基準值以下而且上述變換塊的數據為所設定的塊大小值I以下時，決定清除上述基本塊。上述宏塊判斷單元(53)判斷是否清除由一個以上的所設定基本塊所構成的宏塊，利用宏塊所含各基本塊的由上述變換濾波器適用單元(51)所算出的成本與所適用的濾波器所設定的塊清除基準值及針對數據大小的塊大小值判斷是否清除宏塊內的基本塊，針對各基本塊的成本之合與所適用的濾波器所設定的宏塊清除基準值進行比較后判斷是否清除宏塊。塊清除基準值由濾波器的最大系數值，即適用于DC數據的系數值與最小系數值的總和構成，宏塊清除基準值設定為適用了濾波器最大系數的DC系數為2個以下的最大成本與最小系數總和之合。對于宏塊內所含基本塊，上述宏塊判斷單元(53)在變換濾波器適用單元(51)所算出來的成本為塊清除基準值以下并且基本塊的數據為塊大小值“I”以下時，針對宏塊清除基準值與各基準塊的成本之合進行比較而判斷是否清除宏塊。對于宏塊內所含基本塊，上述變換濾波器適用單元(51)所算出來的成本為宏塊清除基準值以下時決定清除宏塊內的數據。塊清除單元(54)把上述基本塊判斷單元(52)決定清除的基本塊與宏塊判斷單元(53)的數據全部變換成0以清除數據。在H. 264/AVC中，通常由稱為宏塊的基本16x16塊單位構成并且以4x4塊單位進 行變換。上述變換的塊由具備I個DC系數與15個AC系數的變換系數構成。下面結合附圖所圖示的實施例詳細說明前述本發(fā)明的動作。為了更加詳細地說明本發(fā)明，本實施例把本發(fā)明適用于16x16塊，其把H. 264/AVC的8x8塊作為基本塊而把其上位的塊作為宏塊。變換塊通過變換及量化單元(20)被輸入數據濾波器單元(50)時，在數據濾波器單元(50)適用其大小與變換塊相同的濾波器并算出成本(cost)。請參閱圖4，利用人類眼睛對低頻成分敏感而對高頻成分不敏感的特性，如圖5所示地讓適用于上述變換的塊的濾波器在低頻成分具有數值較大的系數而在高頻成分具有數值較小的系數。如圖5所示，以4x4塊單位進行了變換時，如下列數學式I所示，濾波器將由3階段的系數值構成。數學式I
權利要求
1.一種可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，清除時間冗余要素后壓縮視頻的視頻編碼器，其特征在于， 還包括數據濾波器單元，其對量化的變換塊進行判斷后適用其大小與變換塊相同的濾波器清除所設定基本塊，根據由一個以上的所設定基本塊所構成的宏塊的數據分布而把上述基本塊的數據加以清除(變換成0)，并且作為輸出比特流的編碼過程的壓縮對象數據而予以提供。
2.根據權利要求I所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 上述數據濾波器單元包括變換濾波器適用單元，接受通過變換及量化過程傳達的變換塊并判斷變換塊的大小，適用其大小與變換塊大小相同的濾波器并算出成本；基本塊判斷單元，利用上述變換濾波器適用單元所算出來的基本塊的成本與所適用的濾波器系數所設定的變換塊清除基準值及針對數據大小的塊大小值決定是否清除基本塊；宏塊判斷單元，利用宏塊所含各基本塊的由上述變換濾波器適用單元所算出來的成本與所適用的濾波器所設定的基本塊清除基準值及針對數據大小的塊大小值判斷是否清除宏塊內的基本塊，針對各基本塊的成本之合與所適用的濾波器所設定的宏塊清除基準值進行比較而判斷是否清除宏塊；塊清除單元，針對基本塊判斷單元及宏塊判斷單元所決定的塊進行數據清除。
3.根據權利要求2所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 上述基本塊判斷單元在上述變換濾波器適用單元所算出來的成本為變換塊清除基準值以下、數據大小為塊大小值以下時把基本塊的數據設定為清除對象； 上述宏塊判斷單元在上述變換濾波器適用單元所算出的成本為基本塊清除基準值以下而且數據大小為塊大小值以下時判斷宏塊內的基本塊是否符合清除對象，如果符合則在各基本塊的成本之合為宏塊清除基準值以下時決定清除宏塊。
4.根據權利要求2所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 上述變換塊適用單元為了算出成本而配置適用于變換塊的幀編碼濾波器與字段編碼濾波器，根據編碼方式而選擇性地適用幀編碼濾波器或字段編碼濾波器。
5.根據權利要求I到權利要求4之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 適用于變換塊的濾波器根據數據的重要度位置而設定濾波器系數，設定的濾波器系數由根據變換塊的尺寸(NXN)而設定的濾波器階段值構成，以最小系數的總和低于下一個較低系數、最大系數大于其它系數之合地設定。
6.根據權利要求5所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 上述濾波器系數的根據變換塊的尺寸(NXN)而決定的濾波器階段值由4+2設定。
7.根據權利要求2到權利要求4之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 變換塊清除基準值設定為適用于變換塊的濾波器的最大系數。
8.根據權利要求2到權利要求4之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 針對數據大小的塊大小值設定為I。
9.根據權利要求2到權利要求4之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 基本塊清除基準值用來判斷宏塊內的基本塊清除對象，是由所適用的濾波器的最大系數值加上最小系數總和而設定的值。
10.根據權利要求2到權利要求4之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 為了把適用了最大系數的DC系數為2個以下為止的情形設定為清除對象，把宏塊清除基準值設定為針對最大系數的最大成本(最大系數x2)加上最小系數總和的值。
11.根據權利要求2或3所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼裝置，其特征在于， 上述變換濾波器適用單元針對變換塊的大小與所設定基本塊的大小進行比較而判斷是否相同，如果變換塊與設定的基本塊相同，則把變換塊的成本直接決定為基本塊的成本，如果變換塊與設定的基本塊不同，則把基本塊內變換塊的成本全部加起來算出基本塊成本。
12.一種可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，清除時間冗余要素后壓縮視頻的視頻編碼過程，其特征在于，包括下列過程 基本塊成本計算過程，針對經過變換及量化過程后變換的塊的大小進行判斷后，適用同一大小的濾波器算出變換塊成本； 基本塊判斷過程，針對通過基本塊成本計算過程算出的基本塊的成本與變換塊清除基準值進行比較，針對基本塊內數據與塊大小值進行比較后判斷是否清除基本塊，從而決定需要清除的基本塊； 宏塊判斷過程，比較宏塊內各基本塊的成本與基本塊清除基準值，針對塊內數據大小與塊大小值進行比較后判斷宏塊內基本塊是否為清除對象，如果判斷結果為清除對象則針對宏塊內基本塊之合與宏塊清除基準值進行比較，從而判斷是否清除宏塊； 塊清除過程，根據上述基本塊判斷過程與宏塊判斷過程的決定內容而清除塊并且作為編碼過程的壓縮對象數據而予以提供。
13.根據權利要求12所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，其特征在于， 上述基本塊成本計算過程還包括下列步驟，為了算出成本而選擇符合變換塊的大小的濾波器時根據編碼方式而適用濾波器。
14.根據權利要求12所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，其特征在于， 上述基本塊成本計算過程還包括下列步驟針對變換塊的大小與所設定基本塊的大小進行比較而判斷是否相同；如果變換塊與設定的基本塊相同，則把變換塊的成本直接作為基本塊的成本使用，如果變換塊與設定的基本塊不同，則把基本塊內變換塊的成本全部加起來算出基本塊成本。
15.根據權利要求12所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，其特征在于， 上述基本塊判斷過程在基本塊成本計算過程所算出來的基本塊的成本為變換塊清除基準值以下、數據大小為塊大小值以下時把基本塊的數據設定為清除對象； 上述宏塊判斷過程在基本塊成本計算過程中算出的基本塊的成本為基本塊清除基準值以下而且數據大小為塊大小值以下時判斷宏塊內的基本塊是否符合清除對象，如果符合則在各基本塊的成本之合為宏塊清除基準值以下時決定清除宏塊。
16.根據權利要求12到權利要求15之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，其特征在于， 在基本塊成本計算過程中，適用于變換塊的濾波器根據數據的重要度位置而設定濾波器系數，設定的濾波器系數由根據變換塊的尺寸而設定的階段值構成，以最小系數的總和低于下一個較低系數、最大系數大于其它系數之合地設定。
17.根據權利要求12到權利要求15之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，其特征在于， 基本塊判斷過程中的變換塊清除基準值設定為適用于變換塊的濾波器的最大系數。
18.根據權利要求12到權利要求15之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，其特征在于， 基本塊判斷過程及宏塊判斷過程中針對數據大小的塊大小值設定為I。
19.根據權利要求12或權利要求14之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，其特征在于， 宏塊判斷過程中的基本塊清除基準值用來判斷宏塊內的基本塊清除對象，是由所適用的濾波器的最大系數值加上最小系數總和而設定的值。
20.根據權利要求12到權利要求15之任何一項所述的可提高視頻壓縮效率的變換塊的編碼方法，其特征在于， 為了把適用了最大系數的DC系數為2個以下為止的情形設定為清除對象，把宏塊判斷過程的宏塊清除基準值設定為針對最大系數的最大成本(最大系數x2)加上最小系數總和的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以塊單位進行變換的視頻編碼器的可提高視頻壓縮效率的方法。本發(fā)明涉及一種壓縮編碼裝置與方法，其在執(zhí)行數據變換時利用數據被變換成頻率成分時越接近低頻越能敏感地作用在人類眼睛而越接近高頻越不會敏感地作用在人類眼睛的特性配置濾波器，該濾波器具有重要度地設定了DC數據及其周邊的濾波器系數，利用濾波器針對進行了變換及量化的變換塊算出清除壓縮編碼的數據時所需成本，利用設定的基準值針對算出來的該成本決定是否對設定的基本塊清除數據，而且，針對包含有該基本塊的宏塊決定是否清除數據并且針對被決定的塊清除數據而減少需要壓縮的數據，從而在不影響畫質的情形下提高壓縮效率。
文檔編號H04N7/50GK102640493SQ201080050886
公開日2012年8月15日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權日2009年11月10日
發(fā)明者徐主憲, 鄭昇薰, 金仁權, 金成勛 申請人:加萊克西亞通信有限公司