CN100496128C - 视频或图像压缩中扫描变换系数的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的方法和装置。本发明允许对具有特殊分布规律的变换系数块采用特殊的适应其分布特点的扫描顺序。当不使用预先设定的扫描顺序时，所使用的特殊的扫描顺序将作为压缩信号的一部分，从编码端传输到解码端。并使用控制信号指示是否使用预先设定的扫描顺序。这一方法增加了扫描顺序的灵活性，使扫描所得的一维变换系数序列更趋向于由大到小的排列，从而提高编码效率。本发明并不限于视频或图像编解码领域，还可以推广至其他信号处理的应用中。
Description
技术领域
本发明涉及一种电数字数据处理技术，特别地，涉及一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的方法和装置。
背景技术
传统的视频编码标准如国际电信联盟ITU制定的H.261，H.263，H.26L，H.264标准以及国际标准化组织ISO的运动图像专家组织MPEG制定的MEPG-1，MPEG-2，MPEG-4等都是基于混合编码Hybrid Coding框架之上的。所谓混合编码框架是综合考虑预测，变换以及熵编码的方法的编码框架，有以下主要特点：1、利用预测去除时间域的冗余度；2、利用变换去除空间域的冗余度；3、利用熵编码去除统计上的冗余度。
上述视频编码标准都具有帧内编码帧，即I帧，和帧间编码帧，即P帧，I帧和P帧采用不同的编码方法。I帧的编码过程如下：对原始图像数据或帧内预测得到的残差块进行二维变换；然后在变换域中对变换系数进行量化；对量化所得的二维变换系数块作扫描，使之成为一维的变换系数序列；最后进行熵编码，即Huffman编码或者算术编码等。P帧的编码过程如下：采用运动估计得到运动矢量，然后采用基于运动补偿的帧间预测，接着对帧间预测得到的残差块进行二维变换，再对变换域系数进行量化，对量化所得的二维残差块系数作扫描，使之成为一维的残差系数序列，最后进行熵编码。
在扫描二维变换系数块的过程中，要求尽量先扫描到绝对值较大的系数，使输出的一维系数序列更趋向于从大到小排列，这样有助于提高编码效率。系数块中，系数分布规律大致是在低频附近，也就是变换系数块的左上角，有较多的非零系数，而且绝对值较大，相应的，在高频附近，即靠近变换系数块的右下角附近，有较多的零系数。扫描顺序zig-zag是从低频开始向高频扫描的，能够尽量使所得一维系数从大到小排列。所以zig-zag被广泛应用于各种图像和视频编解码标准中。但是zig-zag同等对待系数在水平和垂直方向的分布，这就不能很好地符合对隔行视频序列编码所产生的系数块的分布规律。为了适应变换系数的各种分布特性，MPEG-2，MPEG-4，H.264等视频压缩标准采用了几种不同的扫描顺序，根据编码模式切换扫描顺序，使编码效率有了一定提高。尽管如此，两三个扫描顺序仍不具有普适性，对于一些具有特殊分布规律的变换系数块，仍不能有效地使输出的一维系数序列从大到小排列，降低了编码效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的方法和装置。本发明允许对具有特殊分布规律的变换系数块采用特殊的适应其分布特点的扫描顺序。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的方法，扫描变换系数的过程包括：
1)预先设定对变换系数的扫描顺序；
2)编码器根据优化策略决定是否采用预先设定的扫描顺序并产生控制信号；
3)如果采用预先设定的扫描顺序，则控制信号指示采用该预先设定的扫描顺序；
4)如果不采用预先设定的扫描顺序，则生成实际的扫描顺序，控制信号用于指示采用该实际生成的扫描顺序，实际生成的扫描顺序成为生成的压缩信号的一部分；
5)根据控制信号指示的扫描顺序扫描变换系数块，使之成为变换系数序列；
6)控制信号和扫描所得的变换系数序列成为生成的压缩信号的一部分。
进一步地，还包括用实际生成的扫描顺序作为预先设定的扫描顺序。
一种运用于压缩的视频或图像解压缩的扫描变换系数的方法，该压缩的视频或图像信号具有以下特征，
1)变换系数的扫描顺序预先设定或由编码器实际生成并包含于压缩信号中，
2)压缩信号中含有控制信号，用于指示变换系数的扫描顺序是否包含于压缩信号中；
扫描变换系数的过程包括：
1)预先设定对变换系数的扫描顺序；
2)根据压缩信号中的控制信号，判断是否使用预先设定的扫描顺序；
3)如果控制信号指示使用预先设定的扫描顺序，则用预先设定的扫描顺序，对变换系数序列作反扫描，使之成为变换系数块；
4)如果控制信号指示不使用预先设定的扫描顺序，则使用压缩信号中的扫描顺序对变换系数序列作反扫描，使之成为变换系数块。
进一步地，还包括用视频压缩信号中的扫描顺序作为预先设定的扫描顺序。一种应用上述的扫描变换系数的方法的编码装置，它包括：
一第一存储装置，存放预先设定的扫描顺序；
一第二存储装置，当实际扫描顺序不同于预先设定的扫描顺序时，存放实际扫描顺序；
一扫描装置，用于扫描变换系数块；
一第一时分复用装置；
根据控制信号，扫描装置与第一存储装置相连并且扫描装置与第一时分复用装置相连；或扫描装置与第二存储装置相连，并且扫描装置与第一时分复用装置相连，并且第二存储装置与第一时分复用装置相连。
一种应用上述的扫描变换系数的方法的解码装置，它包括：
一第三存储装置，存放预先设定的扫描顺序；
一第四存储装置，当控制信号指示不使用预先设定的扫描顺序时，存放实际扫描顺序；
一反扫描装置，用于反扫描变换系数序列；
一第二时分复用装置；
根据控制信号，反扫描装置与第三存储装置相连并且反扫描装置与第二时分复用装置相连；或反扫描装置与第四存储装置相连，并且反扫描装置与第二时分复用装置相连，并且第四存储装置与第二时分复用装置相连。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果：它允许对具有特殊分布规律的变换系数块采用特殊的适应其分布特点的扫描顺序。这增加了扫描顺序的灵活性，克服了采用几个固定扫描顺序的缺点，更加符合变换域系数块系数的分布规律，使扫描所得的变换系数序列更趋向于大到小排列，有利于编码效率的提高。本发明并不限于视频编码或图像编码领域，还可以推广至其他信号处理的应用中。
附图说明
图1是目前现有方法的编码装置框图；
图2是目前现有方法的解码装置框图；
图3是本发明实施例1的编码装置框图；
图4是本发明实施例1的解码装置框图；
图5是本发明实施例2的编码装置框图；
图6是本发明实施例2的解码装置框图。
具体实施方式
附图1示出了现有的扫描变换系数的编码装置，包括第一存储装置、第二存储装置，选择扫描顺序的开关1、用于扫描二维变换系数块的扫描装置。
将预先设定的两种不同的扫描顺序分别存放于第一存储装置、第二存储装置；变换系数通过数据总线输入扫描装置；编码模式控制开关1，使扫描装置与第一存储装置相连或与第二存储装置相连；扫描装置从与其相连的存储装置中读入扫描顺序，扫描变换系数块，使其成为变换系数序列输出。
附图2示出了现有的扫描变换系数的解码装置，包括第三存储装置、第四存储装置，选择扫描顺序的开关2、用于反扫描二维变换系数块的反扫描装置。
将预先设定的两种不同的扫描顺序分别存放于第三存储装置、第四存储装置；变换系数通过数据总线输入反扫描装置；解码模式控制开关2，使反扫描装置与第三存储装置相连或与第四存储装置相连；反扫描装置从与其相连的存储装置中读入扫描顺序，反扫描变换系数序列，使其成为变换系数块输出。
现有方法的不足之处是扫描方法预先设定，不够灵活。对于具有特殊分布的变换系数块，编码效率不高。下面针对现有方法的不足，并参照附图详细说明本发明。
实施例1
附图3示出了一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的编码装置，包括用于存放预先设定的扫描顺序的第一存储装置、用于存放实际扫描顺序的第二存储装置、根据控制信号选择存储装置的开关1、根据控制信号决定实际扫描顺序是否要输出的开关2、用于扫描二维变换系数块的扫描装置和用于分时输出的第一时分复用装置。
将预先设定的扫描顺序输入第一存储装置；变换系数通过数据总线输入扫描装置；编码装置根据编码效率判断是否采用预先设定的扫描顺序，并产生控制信号；如果采用预先设定的扫描顺序，控制信号控制开关1，使得扫描装置与存储装置1相连；如果不采用预先设定的扫描顺序，则根据编码效率生成实际的扫描顺序，并输入第二存储装置，控制信号控制开关1，使得扫描装置与第二存储装置相连；扫描装置从与其连接的存储装置中读入扫描顺序；扫描装置与数据总线相连，将扫描后的一维变换系数序列输出到第一时分复用装置；当第二存储装置与扫描装置相连时，控制信号控制开关2，使得第二存储装置中的扫描顺序输出到第一时分复用装置；将控制信号输出到第一时分复用装置；由第一时分复用装置分时输出扫描后的一维变换系数序列、控制信号和不采用预先设定的扫描顺序时第二存储装置中的扫描顺序。第一时分复用装置输出的数据成为压缩信号的一部分。
附图4示出了一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的解码装置，包括：用于存放预先设定的扫描顺序的第三存储装置、用于存放实际扫描顺序的第四存储装置、根据控制信号选择存储装置的开关3、根据控制信号决定实际扫描顺序是否要输入的开关4、用于反扫描一维变换系数序列的反扫描装置和用于分时输入的第二时分复用装置。
压缩信号输入第二时分复用装置，从第二时分复用装置读入控制信号；如果控制信号指示使用预先设定的扫描顺序，控制信号控制开关3，使得反扫描装置与第三存储装置相连；如果控制信号指示不使用预先设定的扫描顺序，则控制信号控制开关4，使得实际的扫描顺序从第二时分复用装置读出并通过数据总线输入第四存储装置，控制信号控制开关3，使得反扫描装置与第四存储装置相连；从第二时分复用装置读入一维变换系数，一维变换系数通过数据总线输入反扫描装置；反扫描装置从与其连接的存储装置中读入扫描顺序；反扫描装置与数据总线相连，输出反扫描后的二维变换系数块。
实施例2
附图5示出了一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的编码装置，包括用于存放预先设定的扫描顺序的第一存储装置、用于存放实际扫描顺序的第二存储装置、根据控制信号选择存储装置的开关1、根据控制信号决定实际扫描顺序是否要输出的开关2、根据控制信号决定是否连接第一存储装置和第二存储装置的开关5、用于扫描二维变换系数块的扫描装置和用于分时输出的第一时分复用装置。
将预先设定的扫描顺序输入第一存储装置；变换系数通过数据总线输入扫描装置；根据编码效率判断是否使用预先设定的扫描顺序，并产生控制信号；如果采用预先设定的扫描顺序，控制信号控制开关1，使得扫描装置与第一存储装置相连；如果不采用预先设定的扫描顺序，则根据编码效率生成实际的扫描顺序，并输入第二存储装置，控制信号控制开关1，使得扫描装置与第二存储装置相连；扫描装置从与其连接的存储装置中读入扫描顺序；扫描装置与数据总线相连，将扫描后的一维变换系数序列输出到第一时分复用装置；当第二存储装置与扫描装置相连时，控制信号控制开关2，使得第二存储装置中的扫描顺序输出到第一时分复用装置；将控制信号输出到第一时分复用装置；由第一时分复用装置分时输出扫描后的一维变换系数序列、控制信号和不采用预先设定的扫描顺序时第二存储装置中的扫描顺序；如果不采用预先设定的扫描顺序，控制信号控制开关5，使第一存储装置和第二存储装置相连，将第二存储装置中的扫描顺序作为预先设定的扫描顺序输入第一存储装置。第一时分复用装置输出的数据成为压缩信号的一部分。
附图6示出了一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的解码装置，包括：用于存放预先设定的扫描顺序的第三存储装置、用于存放实际扫描顺序的第四存储装置、根据控制信号选择存储装置的开关3、根据控制信号决定实际扫描顺序是否要输入的开关4、根据控制信号决定是否连接第三存储装置和第四存储装置的开关6、用于反扫描一维变换系数序列的反扫描装置和用于分时输入的第二时分复用装置。
压缩信号输入第二时分复用装置，从第二时分复用装置读入控制信号；如果控制信号指示使用预先设定的扫描顺序，控制信号控制开关3，使得反扫描装置与第三存储装置相连；如果控制信号指示不使用预先设定的扫描顺序，则控制信号控制开关4，使得实际的扫描顺序从第二时分复用装置读出并通过数据总线输入第四存储装置，控制信号控制开关3，使得反扫描装置与第四存储装置相连；从第二时分复用装置读入一维变换系数，一维变换系数通过数据总线输入反扫描装置；反扫描装置从与其连接的存储装置中读入扫描顺序；反扫描装置与数据总线相连，输出反扫描后的二维变换系数块；如果不采用预先设定的扫描顺序，控制信号控制开关6，使第三存储装置和第四存储装置相连，将第四存储装置中的扫描顺序作为预先设定的扫描顺序输入第三存储装置。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种运用于视频或图像压缩的扫描变换系数的方法，其特征在于：扫描变换系数的过程包括：
1)预先设定对变换系数的扫描顺序；
2)编码器根据优化策略决定是否采用预先设定的扫描顺序并产生控制信号；
3)如果采用预先设定的扫描顺序，则控制信号指示采用该预先设定的扫描顺序；
4)如果不采用预先设定的扫描顺序，则生成实际的扫描顺序，控制信号用于指示采用该实际生成的扫描顺序，实际生成的扫描顺序成为生成的压缩信号的一部分；
5)根据控制信号指示的扫描顺序扫描变换系数块，使之成为变换系数序列；
6)控制信号和扫描所得的变换系数序列成为生成的压缩信号的一部分。
2.根据权利要求1所述的扫描变换系数的方法，其特征在于，还包括用实际生成的扫描顺序作为预先设定的扫描顺序。
3.一种运用于压缩的视频或图像解压缩的扫描变换系数的方法，其特征在于：
该压缩的视频或图像信号具有以下特征，
1)变换系数的扫描顺序预先设定或由编码器实际生成并包含于压缩信号中，
2)压缩信号中含有控制信号，用于指示变换系数的扫描顺序是否包含于压缩信号中；
扫描变换系数的过程包括：
1)预先设定对变换系数的扫描顺序；
2)根据压缩信号中的控制信号，判断是否使用预先设定的扫描顺序；
3)如果控制信号指示使用预先设定的扫描顺序，则用预先设定的扫描顺序，对变换系数序列作反扫描，使之成为变换系数块；
4)如果控制信号指示不使用预先设定的扫描顺序，则使用压缩信号中的扫描顺序对变换系数序列作反扫描，使之成为变换系数块。
4.根据权利要求3所述的扫描变换系数的方法，其特征在于，还包括用视频压缩信号中的扫描顺序作为预先设定的扫描顺序。
5.一种应用权利要求1所述的扫描变换系数的方法的编码装置，其特征在于，它包括：
一第一存储装置，存放预先设定的扫描顺序；
一第二存储装置，当实际扫描顺序不同于预先设定的扫描顺序时，存放实际扫描顺序；
一扫描装置，用于扫描变换系数块；
一第一时分复用装置；
根据控制信号，扫描装置与第一存储装置相连并且扫描装置与第一时分复用装置相连；或扫描装置与第二存储装置相连，并且扫描装置与第一时分复用装置相连，并且第二存储装置与第一时分复用装置相连。
6.根据权利要求5所述的编码装置，其特征在于，第一存储装置和第二存储装置相连，将第二存储装置中的扫描顺序作为预先设定的扫描顺序输入第一存储装置。
7.一种应用权利要求3所述的扫描变换系数的方法的解码装置，其特征在于，它包括：
一第三存储装置，存放预先设定的扫描顺序；
一第四存储装置，当控制信号指示不使用预先设定的扫描顺序时，存放实际扫描顺序；
一反扫描装置，用于反扫描变换系数序列；
一第二时分复用装置；
根据控制信号，反扫描装置与第三存储装置相连并且反扫描装置与第二时分复用装置相连；或反扫描装置与第四存储装置相连，并且反扫描装置与第二时分复用装置相连，并且第四存储装置与第二时分复用装置相连。
8.根据权利要求7所述的解码装置，其特征在于，第三存储装置和第四存储装置相连，将第四存储装置中的扫描顺序作为预先设定的扫描顺序输入第三存储装置。
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