CN1257614C - 信号编码方法与装置以及信号解码方法与装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用变换基底更加有效底进行编码与解码的方法及装置。该编码方法是根据变换规则对编码对象信号进行变换、编码的方法，其中，获取同该编码对象信号有相关的信号以当做参照信号；根据所获取参照信号之特性导出构成变化规则基础的变换基底；根据基于所导出变换基底的变换规则对所述编码对象信号进行变换、编码。据此，编码对象信号被按基于根据参照信号特性所导出的变换基底的变换规则变换。由于该参照信号与编码对象信号具有相关，故由该特性所导出的变换基底能够是匹配于编码对象信号性质的基底。

Description

信号编码方法与装置以及信号解码方法与装置
技术领域
本发明涉及对图像信号等信号序列进行编码及解码的方法及装置，尤其是涉及利用DCTT等变换基底进行信号序列编码及解码的方法及装置。
背景技术
以往，譬如在”MPEG：A Video Compression Standard forMultimedia Applications”(Le Gall，D.：Trans.ACM，1991，April)中揭示了一种MPEG-1编码方式的图像编码装置及图像解码装置。其中，图像编码装置结构见图1，图像解码装置结构见图2。
根据图1所示图像编码装置，通过活动补偿帧间预测来消减时间方向上存在的冗长度，再通过DCT(Discrete Cosine Transform：离散余弦变换)来消减残留于空间方向上的冗余度，据此可进行映像信号的信息压缩。活动补偿帧间预测的方式见图3，该活动向量检测所常用的块匹配处理概要见图4，DCT的概念见图活动向量5，DCT系数编码原理见图6。下面参照这些图来描述分别由图1及图2所示的图像编码装置及图像解码装置的动作。
输入映像信号1是帧图像的时间序列，设其表示帧图像单位的信号。另外，将构成编码对象的帧图像称为图3所示的当前帧。当前帧譬如被按固定16像素×16线的正方形区(称为宏块)分割，下面的处理就是以宏块单位进行的。
当前帧的宏块数据(当前宏块)首先被送给活动检测部2，在此进行活动向量5的检测。参照存放在帧存储器3中的过去的已编码帧图像1(以下称局部解码图像)的给定搜索区域找出类似于当前宏块的模图(pattern)，根据该模图与当前宏块间的空间移动量而生成活动向量5。
上述局部解码图像不限定于过去的帧，也可以将未来帧预先编码后存放于帧存储器中加以使用。若使用未来帧，虽会产生编码顺序交换而使处理延迟增大，但容易预测过去与未来之间产生的映像内容变动，具有可以更有效消减时间冗余度的优点。一般，在MPEG-1下，可以就1帧选择3种编码类型：利用过去未来两帧的两方向预测(B帧预测)、只使用前帧的前方向预测(P帧预测)、不进行帧间预测只在帧内进行编码。在图3中，只限定于P帧预测，将局部解码图像记作前帧。
活动向量5以2维平行移动量表现。作为活动向量5的检测方法，一般采用图4所示块匹配(Block Matching)方法。设置以当前宏块空间位置为中心的活动搜索范围，从前帧的活动搜索范围内的图像数据求出差分乘方和或差分绝对值和为最小的块作活动预测数据，将当前宏块与活动预测数据的位置变动量当做活动向量5。对当前帧内的所有宏块求活动预测数据，把其当做帧图像而表示的帧就相当于图3所示的活动预测帧。在活动补偿帧间预测中，如图3所示，取活动预测帧与当前帧之差分，将该残差信号(以下称预测残差信号8)当做DCT编码对象。
具体来说，由活动补偿部7进行取出各宏块的活动预测数据(以下为预测图像6)的处理。即，该活动补偿部7利用活动向量5从帧存储器3内局部解码图像4生成预测图像6。
预测残差信号8被DCT部9变换成DCT系数数据。DCT如图5所示，是将空间像素向量变换成表现固定频率成份的正规正交基底组。作为空间像素向量，采用8×8像素块(以下称DCT块)。由于DCT本身是离散型变换处理，所以实际上是按DCT块水平与垂直8元行向量、列向量进行变换。DCT是利用空间区域存在的像素间相关来使DCT块内电力集中度局部化。电力集中度越高变动效率越好，对于自然图像信号，可以得到并不逊色于最佳变换即KL变换的性能。特别是在自然图像场合，以DC成份为主轴，电力集中于低频带，而高频带几乎没有电力。为此，如图6B所示，通过在DCT块内从低频到高频对量化系数扫描并较多地含有零线来提高包活熵编码效果在内的整个编码效率。
在量化部11进行DCT系数10量化。量化系数12在可变长编码部13被扫描、进行游程长度编码，被复用于压缩流14而传送。须指出的是，因在图像解码装置也同图像编码装置一样要生成预测图像，所以需要由活动检测部2检测出的活动向量5，故要按宏块将活动向量5复用于压缩流14而传送。
又，量化系数12经逆量化部15、逆DCT部16局部解码，其结果被同预测图像6求和，于是生成同图像解码装置一侧同一的解码图像17。由于解码图像17要用于下个帧的预测，所以要作为上述局部解码图像存放于帧存储器3内。
接着描述一下图2所示的图像解码装置。
在解码装置中，接收到压缩流14后，在可变长解码部18检测出表示各帧首的同步字，然后按宏块单位将活动向量5、量化DCT系数复原。活动向量5被送给活动补偿部7。活动补偿部7同图像编码装置的动作一样，从帧存储器19(同帧存储器3一样使用)取出只活动向量5部分活动了的图像部分当做预测图像6。量化DCT系数12经逆量化部15、逆DCT部16解码后被同预测图像6求和，形成最终的解码图像17。解码图像17以给定显示时刻输出于显示装置以重现映像。
如上述已有例子那样的参照先已结束解码的信号(以下视场合而称作参照图像或预测图像)、利用其相关的编码算法，在以MPEG活动图像编码为首的领域被普遍使用。按已有例子所说明的理由，作为变换基底，在许多场合下是采用DCT。该DCT对于事先并不知道概率分布的信号波形的编码较有效。但是，一般来说，声音、图像等媒介信号是非定常的，在时间空间上存在局部信号偏移，故若以上述已有例子的那种固定的变换基底的话，不能有效地消减用于表现信号的基底的数量(系数数量)，压缩效果有限。
发明内容
本发明目的就在于提供一种能以变换基底更有效地进行编码及解码的方法及装置。
本发明目的是这样实现的：一种信号编码方法，根据变换规则对编码对象信号进行变换、编码，其中，包括如下步骤：第一处理步骤——获取同所述编码对象信号有相关的信号以当做参照信号；和第二处理步骤——根据所获取参照信号之特性导出构成变化规则基础的变换基底；以及第三处理步骤——根据基于所导出变换基底的变换规则对所述编码对象信号进行变换、编码。
根据这样的信号编码方法，编码对象信号被按基于根据参照信号特性所导出的变换基底的变换规则变换。由于该参照信号与编码对象信号具有相关，故所导出的变换基底能够是匹配于编码对象信号的性质的基底。
所述编码对象信号既可以是表示有关于图像的信息的图像信号也可以是声频信号等媒介信号或其它任意信号。
当以图像信号为编码对象信号时，可以把以活动补偿预测方式从输入原图像信号得到的预测残差信号当做所述编码对象信号。又，当以图像信号为编码对象信号时，可以把以活动补偿预测方式从输入图像信号得到的预测图像信号当做参照信号。
从即便编码一侧不向解码一侧送有关于变换基底的信息也可以在解码一侧重现用于编码的变换基底这一观点出发，在本发明信号编码方法中，所述参照信号可以是可视作与在对按本信号编码方法编码的信号进行解码之际得到的信号同一的信号。
上述变换基底可以根据上述参照信号特性生成，上述变换基底还可以根据所述参照信号特性从预置的多个变换基底中选择。
当从预置的多个变换基底中选择应该使用的变换基底时，若解码一侧具有同样的多个变换基底则解码一侧的处理会变得容易。这时，可以在所述编码对象信号编码的同时，对特定所选择变化基底的信息进行编码。通过把该编码的特定所选择变化基底的信息送给解码一侧，就可以在解码一侧根据该特定变化基底的信息从多个变换基底中特定出编码一侧所用变换基底。
从可以在解码一侧容易地获取编码一侧所用变换基底的观点出发，在本发明信号编码方法中，可以将所导出的变换基底同所述编码对象信号一道进行编码。通过将变换基底本身编码并送给解码一侧，就可以在解码一侧容易地获取编码一侧所用变换基底，
从在仅靠预置的多个变换基底不能进行适当变换时本发明也行之有效的观点出发，可以根据所述参照信号特性生成变换基底，根据所述参照信号特性从预置的多个变换基底及所生成的变换基底中选择应该使用的变换基底。
从应极力减少出现多个变换基底中不含有适当变换基底的情况这一观点出发，本发明可采取如是措施：当所述所生成的变换基底被选作应该使用的变换基底时，将该所生成的变换基底追加于所述多个变换基底中。
从抑制所述多个变换基底中所含无用变换基底的数量增加这一观点出发，本发明可采取如是措施：从所述多个变换基底中删除由所述参照信号特性与所述多个变换基底各自之关系所确定的一变换基底。
从能够使用更加适当的变换基底这一观点出发，本发明可采取如是措施：根据所述参照信号特性从所述多个变换基底中选择一变换基底，利用所选择的一变换基底和所述所生成的变换基底对编码对象信号进行编码，根据编码结果选择该一变换基底和所述所生成的变换基底当中的某一方。
为了能够利用如所谓”Matching Pursuits”那样的模图匹配方式来变换编码对象信号，本发明可以为如是方法：对编码对象信号的部分信号波形进行特定，将该部分信号波形变换为表示其与构成变换基底的波形向量之类似程度的类似程度信息，对特定波形向量的信息和所述类似程度信息以及所述部分信号波形的编码对象信号内位置进行编码，在所述第二处理步骤中，根据对应于所述编码对象信号之所述部分信号波形的参照信号的部分信号的特性生成构成所述变换基底的波形向量。
本发明目的还可以这样实现：一种信号编码装置，为根据变换规则对编码对象信号进行变换、编码的装置，其中，包括如下单元：第一处理单元——获取同所述编码对象信号有相关的信号以当做参照信号；和第二处理单元——根据所获取参照信号之特性导出构成变化规则基础的变换基底；以及第三处理单元——根据基于所导出变换基底的变换规则对所述编码对象信号进行变换、编码。
本发明目的还可以这样实现：一种信号解码方法，对编码信号进行解码，根据变换规则对解码所得信号进行变换以重现信号，其中，包括如下步骤：第一处理步骤——根据对所述编码信号进行解码所得信号导出构成变换规则基础的变换基底；以及第二处理步骤——根据基于所导出变换基底的变换规则对所述解码所得信号进行变换、以进行信号重现。
从在解码一侧生成变换基底这一观点出发，根据本发明信号解码方法，可以在所述第一处理步骤中，获取同对所述编码信号进行解码所得信号具有相关的信号以当做参照信号，根据该所获取参照信号之特性生成所述变换基底。
从容易在解码一侧进行获取变换基底处理这一观点出发，根据本发明信号解码方法，可以在所述第一处理步骤中，根据编码信号从预置的多个变换基底中选择第二处理步骤所应该使用的变换基底。
从更加容易在解码一侧进行处理这一观点出发，根据本发明信号解码方法，可以在所述第一处理步骤中，获取对编码信号进行解码所得变换基底，以当做第二处理步骤所应该使用的变换基底。
又，根据本发明信号解码方法，还可以在所述第一处理步骤中，当在对编码信号进行解码所得信号中含有所述多个变换基底中不含有的第一变换基底时，获取该第一变换基底以当做第二处理步骤所应该使用的变换基底，同时，将第二变换基底追加于所述多个变换基底中。
从在上述信号解码方法中防止多个变换基底中所含无用变换基底的数目增加这一观点出发，根据本发明信号解码方法，当在对编码信号进行解码所得信号中含有特定所述多个变换基底中的第二变换基底的信息时，可以从所述多个变换基底中删除所述第二变换基底。
从把上述第二变换基底完全更新为上述第一变换基底这一观点出发，根据本发明信号解码方法，可以使所述第一变换基底在所述多个变换基底中被以特定所述第二变换基底的信息所特定。
为了能够利用如所谓”Matching Pursuits”那样的模图匹配方式对编码信号进行适当解码，本发明信号解码方法可以采取如是措施：当在对编码信号进行解码所得信号中含有表示在编码对象信号编码之际利用了构成根据给定参照信号的部分信号的特性而生成的变换基底的波形向量的信息、表示所述波形向量与编码对象信号的部分信号波形之类似程度的类似程度信息、以及所述部分信号波形的编码对象信号内位置时，在所述第一处理步骤中，根据对应于从所述编码信号得到的所述信号编码之际所用给定参照信号的参照信号的部分信号的特性生成构成变换基底的波形向量，在所述第二处理步骤中，根据基于所生成的波形向量的变换规则来变换所述类似程度信息，以重现所述编码对象信号内位置处部分信号波形。
进一步，本发明目的还可以这样实现：一种信号解码装置，为对编码信号进行解码并根据变换规则对解码所得信号进行变换以重现信号的装置，其中，包括如下单元：第一处理单元——根据对所述编码信号进行解码所得信号导出构成变换规则基础的变换基底；以及第二处理单元——根据基于所导出变换基底的变换规则对所述解码所得信号进行变换、以进行信号重现。
附图说明
图1是示意一种已有的利用DCT技术进行编码的图像编码装置之框图。
图2是示意一种已有的利用DCT技术进行解码的图像解码装置之框图。
图3是活动补偿帧间预测方式的说明图。
图4是用于活动向量检测的块匹配处理的概要说明图。
图5是DCT概念说明图。
图6A及6B是DCT系数编码的原理说明图。
图7是根据本发明实施例的编码原理说明图。
图8是根据本发明第一实施例的图像编码装置的示意图。
图9是根据本发明第一实施例的图像解码装置的示意图。
图10是一种预测图像正交变换适用区域的辉度分布示意图。
图11是根据本发明第二实施例的图像编码装置的示意图。
图12是根据本发明第二实施例的图像解码装置的示意图。
图13A是给出DCT变换基底处理公式的图。
图13B及113C是一种DCT变换基底的示意图。
图14A及14B是一种变换基底的示意图(其一)。
图15A及15B是一种变换基底的示意图(其二)。
图16A及16B是一种变换基底的示意图(其三)。
图17A及17B是一种变换基底的示意图(其四)。
图18A及18B是一种变换基底的示意图(其五)。
图19A及19B是一种变换基底的示意图(其六)。
图20是根据本发明第二实施例的图像编码装置的变形例的示意图。
图21是根据本发明第二实施例的图像解码装置的示意图。
图22是根据本发明第三实施例的图像编码装置的示意图。
图23是根据本发明第三实施例的图像解码装置的示意图。
图24是根据本发明第四实施例的图像编码装置的示意图。
图25是根据本发明第四实施例的图像解码装置的示意图。
图26是根据本发明第五实施例的图像编码装置的示意图。
图27是根据本发明第五实施例的图像解码装置的示意图。
图28是根据本发明第六实施例的图像编码装置的示意图。
图29是根据本发明第六实施例的图像解码装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作以说明。
若可以相应于图像的模图将变换基底变形、使用适应于图像的局部信号分布的基底，则就可以有效地消减应编码系数、有望改善编码效率。作为可用于基底变形的信息，可以考虑没有必要当做附加信息传送给解码一侧、而且可以构成反映编码对象信号模图的信息的参照图像(图7)。
如图7所示，通常，活动补偿帧间预测的预测残差信号中在活动模型不适合的物体边界处等残留有原图像或参照图像的波形模图。尤其是往往在边缘部(图7的车轮廓等)有电力集中，在DCT固定的基底的场合需要许多基底系数来表现这种模图。因此，如图7所示，使从参照图像的模图让DCT固定变换基底变形，生成新变换基底。即，参照模图具有强阶跃时，在将最可以表现阶跃的基底取代DC成份设置为主轴的情况下来进行变换基底的生成。通过以该新生成的变换基底取代DCT固定变换基底，主轴就不是按象DCT那样的DC成份而是按信号局部频率分布来设置，电力集中度增大。
若此，根据本发明实施例，所构成的图像编码装置及图像解码装置具备利用很能反映编码对象信号(预测残差信号)的模图的参照信号之相关来在使各编码对象信号电力集中度提高的方向上进行基底变形的单元。据此，可以较少的基底系数来表现信号，故可以进一步提高压缩率。
下面说明本发明第一实施例。
本实施例的图像编码装置譬如具有图8所示结构，而图像解码装置譬如具有图9所示结构。根据本实施例，让DCT基底变形，使得可利用活动补偿帧间预测来消减存在于时间方向上的冗余度、以相当于主成份的基底很好地捕捉到活动补偿预测结果得到的该宏块预测图像波形模图，利用采用该变形基底的变换编码进行信息压缩。虽然因相应于预测图像模图来逐个地进行基底变形运算而使得运算负荷增加，但是由于是用同图像解码装置共用的预测图像数据进行该运算，图像编码装置却无须向图像解码装置传送有关于变形基底变形的附加信息。
在图8所示图像编码装置中，活动补偿帧间预测步骤同上述已有技术方法一样，其步骤概要如图3所示，用于活动向量检测的块匹配处理概要如图4所示。另外，以变形了的基底进行正交变换之后所进行的系数量化及熵编码的步骤(参见图6A及6B)也同已有技术一样。以下，参照这些图来描述图像编码装置与图像解码装置之动作。
根据图8，输入映像信号101是帧图像的时间序列，以下设其表示帧图像单位的信号(构成编码对象的帧图像相当于图3的当前帧)。当前帧是按宏块单位通过以下步骤编码。当前宏块首先被送给活动检测部102，在此进行活动向量105的检测。活动补偿部107利用活动向量105并参照帧存储器103中局部解码图像117取出各宏块的预测图像106。
预测残差信号8被当做当前宏块与预测图像106之差分而获得，其被适应变换部109变换成正交变换系数数据110。适应变化部109所用的变换基底119是在变换基底运算部118相应于所使用的预测图像106的模图而生成的。所生成的变换基底119被送给适应变换部109用于正交变换。变换基底运算部118的处理后述。
由适应变化部109得到的正交变换系数数据110经量化部111在可变长编码部113被扫描、进行游程长度编码，被复用于压缩流114而传送。活动向量105也按宏块复用于压缩流114而传送。又，量化系数112经逆量化部115、逆适应变换部116局部解码，其结果被同预测图像106求和，于是生成同图像解码装置一侧同一的解码图像117。由于解码图像117要用于下个帧的预测，所以要作为局部解码图像存放于帧存储器103内。
上述变换基底运算部118进行如下处理。
变换基底运算部118将所输入预测图像106分割成正交变换适用区域(N×N像素块，N＝4，8等)，以这一单位求变换基底119向适应变换部109输出。首先如图10所示，对预测信号106的各正交变换适用区域求水平与垂直方向的平均辉度分布向量xH、xV。据此可得到反映各区域水平与垂直方向的主成份的波形模图。在图10中，给出的是N＝4的例子，可以说是一种在块的水平方向上存在尖的边缘而在垂直方向则平坦的图像模图。基底变形体现为变换系数集中于主轴(变换阵中第1行向量，在DCT下为直流成份)周围，将DCT的基底变形，使各平均辉度分布向量xH、xV匹配于主轴的基底。具体来说，对于水平与垂直的DCT变换基底以带加权的正规平均辉度分布向量置换主轴的基底，求相关行列CH、CV，以其固有向量的平均辉度分布φH，O-φH，N-1、φV，O-φV，N-1为新变换基底119。变换基底119为正规正交基底。
据此，预测信号106的水平与垂直的各平均辉度分布的模图被反映于主轴，当如图7所示那样预测图像与编码对象图像(预测残差信号)之间具有模图类似性时，可以提高编码对象图像的正交变换系数的集中度。也可以采用其它实现方法，如预先准备若干可以平均辉度分布向量呈现的波形模图样例，从中选用同平均辉度分布向量内积最大的模图。
另外，逆适应变换部116利用变换基底119的转置阵将变换系数作逆变换，复原成图像空间上的信号。
在图9所示解码装置中，接收到压缩流114后，在可变长解码部120检测出表示各帧首的同步字，然后按宏块单位将活动向量105、量化正交变换系数121复原。活动向量105被送给活动补偿部107。活动补偿部107同图像编码装置的动作一样，从帧存储器122(同帧存储器103一样使用)取出只活动向量105活动了的图像部分当做预测图像106。量化正交变换系数121经逆量化部115、逆适应变换部116解码后被同预测图像106求和，形成最终的解码图像117。变换基底运算部118按上述步骤计算出同编码一侧一样的变换基底119输出。逆适应变换部116利用转置阵将变换系数作逆变换，复原成图像空间上的信号。解码图像117以给定显示时刻输出于显示装置以重现映像。
下面说明本发明第二实施例。
本实施例的图像编码装置譬如具有图11所示结构，而图像解码装置譬如具有图12所示结构。根据本实施例，让DCT基底变形，使得可利用活动补偿帧间预测来消减存在于时间方向上的冗余度、以相当于主成份的基底很好地捕捉到活动补偿预测结果得到的该宏块预测图像波形模图，利用采用该变形基底的变换编码进行信息压缩。预先预备多种考虑了图像局部性质的变换基底，相应于预测图像模图来切换使用之。在图像编码装置一侧和图像解码装置一侧进行同一基底设置，只接发ID信息以当做基底切换信息。在图像解码装置一侧只根据ID信息来选择基底，无须在图像解码一侧进行基底运算。
在图11所示图像编码装置中，活动补偿帧间预测步骤同上述已有技术方法一样，其步骤概要如图3所示，用于活动向量检测的块匹配处理概要如图4所示。另外，以变形了的基底进行正交变换之后所进行的系数量化及熵编码的步骤(参见图6A及6B)也同已有技术一样。以下，参照这些图来描述图像编码装置与图像解码装置之动作。
根据图11，输入映像信号201是帧图像的时间序列，以下设其表示帧图像单位的信号(构成编码对象的帧图像相当于图3的当前帧)。当前帧按宏块单位通过以下步骤编码。当前宏块首先被送给活动检测部202，在此进行活动向量205的检测。活动补偿部207利用活动向量205并参照帧存储器203中局部解码图像217取出各宏块的预测图像206。
预测残差信号208被当做当前宏块与预测图像206之差分而获得，其被适应变换部209变换成正交变换系数数据210。适应变化部209所用的变换基底219在变换基底运算部218相应于所使用的预测图像206的模图而选择。所选择的变换基底219被送给适应变换部209用于正交变换。另外，按正交变换处理单位将变换基底219的ID信息250复用于压缩流214传送给图像解码装置一侧。变换基底运算部218的处理后述。
由适应变化部209得到的正交变换系数数据210经量化部211在可变长编码部213被扫描、进行游程长度编码，被复用于压缩流214而传送。活动向量205也按宏块复用于压缩流214而传送。又，量化系数212经逆量化部215、逆适应变换部216局部解码，其结果被同预测图像206求和，于是生成同解码装置一侧同一的解码图像217。由于解码图像217要用于下个帧的预测，所以要作为局部解码图像存放于帧存储器203内。
上述变换基底运算部218进行如下处理。
变换基底运算部218将所输入预测图像206分割成正交变换适用区域(N×N像素块，N＝4，8等)，以这一单位求变形基底219向适应变换部209输出。首先如图10所示，对预测图像206的各正交变换适用区域求水平与垂直方向的平均辉度分布向量xH、xV。据此可得到反映各区域水平与垂直方向的主成份的波形模图(参见图10)。在变换基底运算部218中预备有将典型的平均辉度分布向量xH、xV的模图反映于主轴的K种正规正交基底Ai(i＝0，1，......，K-1)，可相应于xH、xV来选择出某一个基底Ai。作为Ai而准备的基底(N＝4)的例子见图13B乃至19B。
在图13B乃至19B中不但给出了变换基底运算部218所具备的正规正交基底(顺变换阵)还给出了后述图像解码装置的逆适应变换部216所使用的变换基底的转置阵所对应的逆变换阵。
图13B及13C所示的基本DCT基底，其主轴基底为直流成份。利用构成该DCT基底的顺变换阵和逆变换阵进行以图13A所示的下列公式表示的DCT变换及其逆变换。
顺变换 F ( u ) = 2 N C ( u ) Σ x = 0 N - 1 f ( x ) cos π ( 2 x + 1 ) u 2 N
逆变换 f ( x ) = 2 N Σ x = 0 N - 1 C ( u ) F ( u ) cos π ( 2 x + 1 ) u 2 N
C ( u ) = 1 2 ( u = 0 ) 1 ( u ≠ 0 ) 公式(1)
对于上述DCT基底，图14A与14B所示模图及图15A与15B所示模图构成辉度平缓变化的模图。另外，图16A与16B所示模图以及图17A与17B所示模图是N×N像素块内有峰谷形像素值起伏的模图。又，在图18A与18B所示模图以及图19A与19B所示模图下，有带锐尖缘部的模图反映于主轴。至于变换基底运算部218的基底选择规范，譬如是选择平均辉度分布向量xH、xV与主轴基底向量之内积为最大的Ai，等等。
当预测图像与编码对象图像(预测残差信号)之间具有模图类似性时，可以按上述步骤有选择地使用对于预测图像的模图电力集中度较高的基底，据此可以提高编码对象图像的正交变换系数的集中度。又，ID信息250本身由于因图像性质而会出现选择频度偏差，故可以通过在可变长编码部213利用适当的霍夫曼码指配、算术码等的熵编码来消减1D信息的传送比特。
接着描述一下图12所示图像解码装置。
在解码装置中，接收到压缩流214后，在可变长解码部220检测出表示各帧首的同步字，然后按宏块单位将各正交变换单位使用的变换基底ID信息250、活动向量205及量化正交变换系数221复原。活动向量205被送给活动补偿部207。活动补偿部207同图像编码装置的动作一样，从帧存储器222(同帧存储器203一样使用)取出只活动向量205部分活动了的图像部分当做预测图像206。量化正交变换系数221经逆量化部215、逆适应变换部216解码后被同预测图像206求和，形成最终的解码图像217。
变换基底蓄积部251中存放有同图像编码装置一侧一样的基底设置Ai(见图13乃至图19)，根据变换基底ID信息219选择变换基底219，所选择的变换基底219被送给逆适应变换部216。逆适应变换部216利用所选择的变换基底Ai的转置阵将变换系数作逆变换，复原成图像空间上的信号。解码图像117以给定显示时刻输出于显示装置以重现映像。
作为第二实施例的变形例，也可以这样构成：不传送用于识别使用基底Ai(i＝0，1，......，K-1)中哪一个的ID信息250，而只传送表示是选用构成变换基底基准的DCT基底还是选用变换基底Ai中的某一个的标志信息。这时，图像编码装置譬如可具有图20所示结构，而图像解码装置譬如可具有图21所示结构。
在图20所示图像编码装置中，在基底运算部218A中预备有反映了图13乃至图19所示的典型的图像模图的K种正规正交基底Ai(i＝0，1，......，K-1)。于是，基底运算部218将所输入预测图像206分割成正交变换适用区域(N×N像素块，N＝4，8等)，以按该正交变换适用区域从基底Ai当中求最佳适应变换基底。至于基底Ai的选择方法，譬如是对预测图像206的各正交变换适用区域求水平与垂直方向的平均辉度分布向量xH、xV，从而选择平均辉度分布向量与主轴基底向量之内积为最大的Ai，等等。
接着，选择DCT基底和适应于预测图像206而得到的上述适应变化基底当中码率好的作变换基底219而输出。至于码率比较规范，譬如可以是：在两变换基底当中选择以编码失真与码量线性和所表示的速率失真成本为最小者。变换基底运算部218A将表示是选择DCT基底还是选择变换基底运算部218A所确定的基底的标志信息250A复用于压缩流而向解码装置传送。
这样得到的变换基底219被送给适应变换部209A用于变换编码。
在图21所示图像解码装置中，从压缩流取出上述标志信息250A输入给变换基底运算部218B。当变换基底运算部218B识别出是采用DCT以外基底时，就以同图像编码装置完全一样的判断基准来特定变换基底Ai，而当识别出是采用DCT基底时，就将DCT基底作为变换基底219输出。
图像解码装置可以使用同图像编码装置完全一样的预测图像206。关于变换基底Ai的特定，假设使用同上述图像编码装置中描述的一样的判断基准的话，则对预测图像206的各正交变换适用区域求水平与垂直方向的平均辉度分布向量xH、xV，选择平均辉度分布向量与主轴基底向量之内积为最大的变换基底Ai即可。这样得到的变换基底219被逆适应变换部216所用，将变换系数作逆变换，复原成图像空间上的信号。
一般，图像信号是非定常的信号，故基底设置Ai种类越丰富越能够提高适应正交变换效率。根据上述图像编码装置与图像解码装置，即便适应于图像模图的基底Ai种类设得较丰富，也不会增加为进行其特定所需的附加信息，可以进行高效编码。
作为第二实施例的又一变形例，也可采用这一形态：不是传送表示是选用构成变换基底基准的DCT基底还是选用基底Ai的标志信息，而是在接收一侧相应于参照图像的区域活动度(譬如辉度分散值、辉度最大值与最小值之差分绝对值)来自动对之进行判别。活动度若高就在编码一侧发送变换基底ID信息，若低则不发送变换基底ID信息，使用默认DCT基底。在接收一侧，若参照图像区域活动度高于给定值，则视变换基底被指定，而接受变换基底ID信息进行解码。
下面描述本发明第三实施例。
本实施例的图像编码装置譬如具有图22所示结构，而图像解码装置譬如具有图23所示结构。根据本实施例的结构是：把在图像编码装置一侧求出的变换基底本身当做编码数据传送给图像解码装置一侧，从而不必在图像解码装置一侧进行基底运算。
在图22所示图像编码装置中，输入映像信号301是帧图像的时间序列，以下设其表示帧图像单位的信号(构成编码对象的帧图像相当于图3的当前帧)。当前帧按宏块单位通过以下步骤编码。当前宏块首先被送给活动检测部302，在此进行活动向量305的检测。活动补偿部307利用活动向量305并参照帧存储器303中局部解码图像317取出各宏块的预测图像306。
预测残差信号308被当做当前宏块与预测图像306之差分而获得，其被适应变换部309变换成正交变换系数数据310。适应变化部309所用的变换基底319在变换基底运算部318相应于所使用的预测图像306的模图而生成。又，由于在解码一侧使用同样的变换基底，所以变换基底319的各基底向量被编码、并复用于压缩流314。变换基底319被送给适应变换部309用于正交变换。变换基底运算部318的处理同上述第一实施例的变换基底运算部118完全一样。
由适应变化部309得到的正交变换系数数据310经量化部311在可变长编码部313被扫描、进行游程长度编码，被复用于压缩流314而传送。活动向量305也按宏块复用于压缩流314而传送。又，量化系数312经逆量化部315、逆适应变换部316局部解码，其结果被同预测图像306求和，于是生成同图像解码装置一侧同一的解码图像317。由于解码图像317要用于下个帧的预测，所以要作为局部解码图像存放于帧存储器303内。
在图23所示解码装置中，接收到压缩流314后，在可变长解码部320检测出表示各帧首的同步字，然后按宏块单位将各正交变换单位使用的变换基底319、活动向量305及量化正交变换系数321复原。活动向量235被送给活动补偿部307。活动补偿部307同编码装置的动作一样，从帧存储器322(同帧存储器303一样使用)取出只活动向量305部分活动的图像部分当做预测图像306。量化正交变换系数321经逆量化部315、逆适应变换部316解码后被同预测图像306求和，形成最终的解码图像317。逆适应变换部316利用变换基底319的转置阵将变换系数作逆变换，复原成图像空间上的信号。解码图像317以给定显示时刻输出于显示装置以重现映像。
下面说明本发明第四实施例。
本实施例的图像编码装置譬如具有图24所示结构，而图像解码装置譬如具有图25所示结构。
根据本实施例，同上述第二实施例一样，是使用基底设置Ai(i＝0，1，......，K-1)适当地选择基底变换来进行变换编码，此外，还具备动态地更新变换基底Ai的结构。据此，在出现不能充分地以固定基底设置对应的图像模图之际，可以进一步改善编码效率。
在图24所示图像编码装置中，输入映像信号401是帧图像的时间序列，以下设其表示帧图像单位的信号(构成编码对象的帧图像相当于图3的当前帧)。当前帧按宏块单位通过以下步骤编码。当前宏块首先被送给活动检测部402，在此进行活动向量405的检测。活动补偿部407利用活动向量405并参照帧存储器403中局部解码图像417取出各宏块的预测图像406。
预测残差信号408被当做当前宏块与预测图像406之差分而获得，其被适应变换部409变换成正交变换系数数据410。适应变化部409所用的变换基底419在变换基底运算部418相应于所使用的预测图像406的模图而选择。所选择的变换基底419被送给适应变换部409用于正交变换。另外，按正交变换处理单位将变换基底419的ID信息450复用于压缩流414传送给图像解码装置一侧。
进一步，当在变换基底运算部418生成不包含在当前基底设置Ai中的别的变换基底的场合，该变换基底本身也要同ID信息450一道经可变长编码部413复用于压缩流414而传送。这时，所传送的ID信息450是指被以同时传送的变化基底所置换的基底的ID信息。变换基底运算部418的处理后述。
由适应变化部409得到的正交变换系数数据410经量化部411在可变长编码部413被扫描、进行游程长度编码，被复用于压缩流414而传送。活动向量405也按宏块复用于压缩流414而传送。又，量化系数412经逆量化部415、逆适应变换部416局部解码，其结果被同预测图像406求和，于是生成同解码装置一侧同一的解码图像417。由于解码图像417要用于下个帧的预测，所以要作为局部解码图像存放于帧存储器403内。
变换基底运算部418进行如下处理。
变换基底运算部418将所输入预测图像406分割成正交变换适用区域(N×N像素块，N＝4，8等)，以这一单位求变形基底419向适应变换部409输出。首先，对预测图像406的各正交变换适用区域求水平与垂直方向的平均辉度分布向量xH、xV。据此可得到反映各区域水平与垂直方向的主成份的波形模图(参见图10)。在变换基底运算部418中预备有将典型的平均辉度分布向量xH、xV的模图反映于主轴的K种正规正交基底Ai(i＝0，1，......，K-1)，可相应于xH、xV来选择出某一个基底Ai。作为Ai而准备的基底(N＝4)的例子见图13B乃至19B。各例说明可详见第二实施例，在此省略。
又，还进行如第一实施例所述的基于xH、xV的基底运算，设其结果得到的基底为A’。在变换基底运算部418，从Ai(i＝0，1，......，K-1)和A’中选择平均辉度分布向量xH、xV与主轴基底向量之内积为最大的基底。当A’被选择时，用A’置换内积值(类似程度信息)最小的基底。但是，由于A’被选择时因传送基底本身会出现码量的***开销(overhead)，为此可进行这样一些操作：以从Ai中选择的基底和A’两者进行变化编码，选择码率与失真的平衡较好者，或者对内积值(类似程度信息)乘偏移值(offset)，以便于只预先在Ai中进行选择。
当预测图像与编码对象图像(预测残差信号)之间具有模图类似性时，可以利用上述步骤有选择地使用相对于预测图像模图其电力集中度较高的基底，据此可以提高编码对象图像的正交变换系数的集中度。ID信息450本身由于因图像性质而会出现选择频度偏差，故可以通过在可变长编码部413利用适当的霍夫曼码指配、算术码等的熵编码来消减ID信息的传送比特。又，以A’置换的基底是在图像解码装置一侧由ID信息450唯一确定的，故通过采用只传送同以A’置换的基底之间存在差异的基底向量等方式可以减少基底传送的***开销。
图25所示图像解码装置的动作如下。
在解码装置中，接收到压缩流414后，在可变长解码部420检测出表示各帧首的同步字，然后按宏块单位将各正交变换单位使用的变换基底ID信息450、更新基底时的变换基底419、活动向量405及量化正交变换系数421复原。活动向量405被送给活动补偿部407。活动补偿部407同图像编码装置的动作一样，从帧存储器422(同帧存储器403一样使用)取出只活动向量405活动了的图像部分当做预测图像406。量化正交变换系数421经逆量化部415、逆适应变换部416解码后被同预测图像406求和，形成最终的解码图像417。
在变换基底蓄积部418，根据变换基底ID信息450从同图像编码装置一侧一样的基底设置Ai中选择对应的基底419，所选择的基底419被送给逆适应变换部416。但当变换基底419是作为编码数据被送来时，同基底设置A1中以ID信息所示基底置换，将之直接传送给逆适应变换部416。逆适应变换部416利用所选择的变换基底的转置阵将变换系数作逆变换，复原成图像空间上的信号。解码图像417以给定显示时刻输出于显示装置以重现映像。
下面说明本发明第五实施例。
本实施例的图像编码装置譬如具有图26所示结构，而图像解码装置譬如具有图27所示结构。在本实施例中，利用活动补偿帧间预测的预测图像与编码对象图像(当前宏块)的相关高之特点，对预测图像求最佳正交变换基底，将之直接适用于编码对象信号。即，不是对预测残差信号而是对帧内信号直接进行正交变换。据此，由于对当前宏块信号的变换系数集中分布于主轴附近，故即便是对帧内信号也可以很有效地进行系数编码。又，由于预测图像是图像编码装置与图像解码装置所公用的信号，所以双方可以相同步骤生成正交变换基底，故无须传送基底数据。
在图26所示图像编码装置中，输入映像信号501是帧图像的时间序列，以下设其表示帧图像单位的信号(构成编码对象的帧图像相当于图3的当前帧)。当前帧按宏块单位通过以下步骤编码。当前宏块首先被送给活动检测部502，在此进行活动向量505的检测。活动补偿部507利用活动向量505并参照帧存储器503中局部解码图像517取出各宏块的预测图像506。
这里，同目前为止所述的各实施例都不同，不实行从当前宏块减去预测图像506的处理，而是将预测图像506送给变换基底运算部518，以用于生成当前宏块变换编码时所用的变换基底519。
在变换基底运算部518，进行以预测图像506为源(source)的KL(卡尔内·雷贝)变换基底生成处理。KL变换是对遵循定常概率过程的信号从电力集中度角度给予最佳正规正交变换。故，对于象图像信号那样的非定常信号，在传送时有必要按各变换单位求KL变换基底，使可以在图像解码装置使用同样基底。本实施例的结构即表现为：通过对预测图像求KL变换而省去向图像解码装置一侧传送变换基底。一般，预测图像506是根据活动补偿帧间预测算法被当做类似于当前宏块的模图而提取出的。即，预测图像506的信号分布极其类似于当前宏块的概率高。从此观点可以认为：通过预测图像KL变换，即便以当前宏块的变换系数也可以比采用DCT能够提高电力集中度，即可以较少的基底系数表现信号。
当前宏块在适应变换部509被利用预测图像506的KL变换基底变换成正交变换系数数据510。正交变换系数数据510经量化部511后在可变长编码部513被扫描、进行游程长度编码，被复用于压缩流514而传送。活动向量505也按宏块复用于压缩流514而传送。又，量化系数512经逆量化部515、逆适应变换部516局部解码，生成同解码装置一侧同一的解码图像517。由于解码图像517要用于下个帧的预测，所以要存放于帧存储器503内。
图27所示图像解码装置的动作如下。
在解码装置中，接收到压缩流514后，在可变长解码部520检测出表示各帧首的同步字，然后按宏块单位将活动向量505及量化正交变换系数521复原。活动向量505被送给活动补偿部507。活动补偿部507同编码装置的动作一样，从帧存储器522(同帧存储器503一样使用)取出只活动向量505活动了的图像部分当做预测图像506。
量化正交变换系数521经逆量化部515、逆适应变换部516解码后形成解码图像517。在变换基底运算部518，同图像编码装置一侧一样，求以预测图像506为源的KL变化基底，作为变换基底519输出。逆适应变换部516根据变换基底519将变换系数作逆变换，复原成图像空间上的信号。解码图像517以给定显示时刻输出于显示装置以重现映像。
下面说明本发明第六实施例。
本实施例的图像编码装置譬如具有图28所示结构，而图像解码装置譬如具有图29所示结构。在本实施例中所涉及的是这样一种装置：以采用称作”Matching Pursuits”(模图匹配)的技术的压缩编码方式进行映像编码解码，并导入上述各实施例所描述的反映预测图像信号模图的适应基底。根据”Matching Pursuits”方法，构成编码对象的图像信号f能以预先预备的过完备(over-complete)基底设置gk通过如下公式(2)表现。
f = &Sigma; n = 0 m - 1 < R n f , g kn > g kn + R m f - - - - ( 2 )
其中，n为基底搜索步骤数，Rnf为第n搜索步骤中构成基底表现对象的信号(以下称第n阶段的部分信号波形)，gkn是同Rnf的内积为最大的基底，Rmf是构成第m搜索步骤的搜索对象的残差成份。可见，步骤n越多信号f的表现精度越高。第n+1搜索步骤的基底搜索对象信号如下：
            Rnf-<Rnf，gkn>gkn        公式(3)
其意味着用于信号f表现的基底数越多越能更好地表现信号。Rnf是在以图像内任意位置为中心的给定窗口范围内定义的信号波形。编码信息在各搜索步骤中是表示g的索引(gk在编码一侧和解码一侧公用，通过只交换索引信息即可特定基底)、内积值(类似程度信息，见如下公式(4))、部分信号波形Rmf的画面内位置信息P＝(xk，yk)。
        内积值＝<Rnf，gkn>(相当于基底系数)    公式(4)
根据该图像信号表现及编码方法，越是增加编码基底数量即增加搜索步骤数，码量就越增加、失真就变得越小。
在图28所示图像编码装置中，输入映像信号是帧图像的时间序列，以下设其表示帧图像单位的信号(构成编码对象的帧图像相当于图3的当前帧)。当前帧以如下步骤编码。当前帧首先被送给活动检测部602，按上述实施例所述的宏块单位进行活动向量605检测。在活动补偿部607，利用活动向量605并参照帧存储器603中局部解码图像604取出当前帧预测图像606。预测残差信号608被当做预测图像606与当前帧(输入映像信号601)之差分而获得。
接着，在基底搜索部609，针对预测残差信号608根据上述”Matching Pursuits”算法生成基底参数(以下称元子)610。基底设置gk存放于基底码本619。从”Matching Pursuits”算法性质上看，若能在初始步骤找到尽可能正确地表现部分信号波形的基底，则可以较少元子即较少码量来表现部分信号波形。另外，由于从一开始就使用过完备的基底gk所以只要对于gk所含的向量满足初始独立条件就可以将任意的模1的向量用作新基底。
因此，本实施例的结构特点就在于能够将预测图像606所含的图像信号的波形模图用作新基底。如上所述，在物体轮廓区域活动补偿预测脱离范围时，有时预测图像信号的模图同预测残差信号相关高，譬如在预测残差信号中出现同预测图像类似的尖模图等。对此，可以通过从预测图像本身生成基底来增加可使用基底的候选、以高效地表现预测残差信号。
具体来说，是在基底运算部618以预测图像606为输入而生成如下公式所示的新候选基底hj652。
               hj＝Pj/Pj|      公式(5)
其中，Pj为由部分预测图像生成的波形向量，|Pj|为Pj的模。但这里的部分预测图像意味着预测图像606内基底搜索对象的部分信号波形和处于同一空间位置的部分信号波形。由于部分预测图像的画面内位置与编码元子的位置信息相同，图像解码装置一侧不需要用于特定部分预测图像位置的附加信息。作为Pj可以是如下各量
(1)从部分预测图像减去DC成份后的波形模图
(2)从部分预测图像提取出尖成份后的波形模图(通过在水平方向或垂直方向实施索贝尔操作来提取)
(3)部分预测图像本身与由其沿水平移动1/4像素后的模图的差分波形模图
(4)部分预测图像本身与由其沿垂直移动1/4像素后的模图的差分波形模图
(5)部分预测图像本身与由其沿水平移动1/2像素后的模图的差分波形模图
(6)部分预测图像本身与由其沿垂直移动1/2像素后的模图的差分波形模图
(7)将部分预测图像平滑后的波形模图
利用这些以部分预测图像为基础的Pj并按公式(5)来生成新基底设置hj。由于hj只以预测图像606所含信号生成即可，所以无须传送基底向量本身。取代gk只要传送hj的索引即可，可见，无须增加传送码量即可增加候选基底。
然而，有时要对用于识别是使用gk还是使用hj的标志信息650进行编码。
又，如是结构虽没图示但也可采用：当要把对某部分信号波形所确定的hj与其它任意部分波形公用时，把该基底同gk中不太使用的基底置换。根据上述步骤，基底搜索部609不但将标志信息650而且还将由gk或hj索引、部分信号波形与基底的内积值、部分信号波形位置构成的元子参数610向基底编码部611输出。基底编码部611对这些元子参数进行量化等处理，将编码数据供给可变长编码部613，同时还向基底解码部616输出。基底编码部616利用来自以标志信息650和开关651切换的gk或hj的编码基底模图对图像信号进行复原。接着，被同预测图像606求和，生成解码图像617。为便于下个帧的活动补偿预测时使用，将之存放于帧存储器603内。
接着描述一下图29所示的图像解码装置。
在解码装置中，接收到压缩流614后，在可变长解码部620检测出表示各帧首的同步字，然后按宏块单位将活动向量605、元子参数621复原。活动向量605被送给活动补偿部607。活动补偿部607同编码装置的动作一样，从帧存储器622(同帧存储器603一样使用)取出只活动向量605活动了的图像部分当做预测图像606。
元子参数621以基底解码部616解码。此时，根据标志信息650用开关651来切换是使用原本预备的基底码本gk619还是使用从预测图像606生成的基底h，据此来确定用于解码的基底。当使用hj时，基底运算部618利用同编码一侧一样的规则来从预测图像606生成hj。
基底解码部606的输出被同预测图像606求和，形成解码图像617，为便于以后帧的活动补偿预测时使用，将之存放于帧存储器622内。解码图像617以给定显示时刻输出于显示装置以重现映像。
综上所述，根据本发明，不但可以利用匹配于编码对象信号性质的变换基底进行变换及编码，而且还可以在编码信号解码后以相同变换基底进行变换。其结果，在以变换基底进行信号编码与解码之际可以更加有效地进行编码与解码。

Claims (105)

1.一种信号编码方法，根据变换规则对编码对象信号进行变换、编码，其中，包括如下步骤：
第一处理步骤——获取同所述编码对象信号有相关的信号以当做参照信号；和
第二处理步骤——根据所获取参照信号之特性导出构成变化规则基础的变换基底；以及
第三处理步骤——根据基于所导出变换基底的变换规则对所述编码对象信号进行变换、编码。
2.按权利要求1所述信号编码方法，其中，所述参照信号为可视作与在对按本信号编码方法编码的信号进行解码之际得到的信号同一的信号。
3.按权利要求1所述信号编码方法，其中，所述编码对象信号为表示有关于图像的信息的图像信号。
4.按权利要求3所述信号编码方法，其中，构成所述编码对象信号的图像信号为以活动补偿预测方式从输入原图像信号得到的预测残差信号。
5.按权利要求3所述信号编码方法，其中，所述参照信号为以活动补偿预测方式从输入原图像信号得到的预测图像信号。
6.按权利要求1所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，根据所述参照信号的信号值分布特性对预置基准的变换基底进行变形，据此生成新变换基底。
7.按权利要求3所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，根据同所述图像信号有相关的参照信号的辉度分布特性对离散余弦变换变换基底进行变形，据此生成新变换基底。
8.按权利要求7所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，求所述参照信号的辉度分布特性与离散余弦变换变换基底之关系，根据该关系对离散余弦变换变换基底进行变形，生成新变换基底。
9.按权利要求8所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，预置能以参照信号的辉度分布特性呈现的多个波形模图，根据与所述参照信号的辉度分布特性之类似关系从所述多个波形模图中选择波形模图，根据所选择波形模图与离散余弦变换变换基底之关系对离散余弦变换变换基底进行变形，生成新变换基底。
10.按权利要求1所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，根据所述参照信号特性从预置的多个变换基底中选择第三处理步骤所应该使用的变换基底。
11.按权利要求10所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，求预置的多个变换基底各自同所述参照信号的信号值分布特性之关系，选择其同所述参照信号的信号值分布特性之关系满足给定基准的变换基底。
12.按权利要求3所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，对于预置的多个变换基底分别求表示其特征的基底向量与同其图像信号具有相关的参照信号的辉度分布特性之类似关系，从所述多个变换基底中选择具有其与参照信号的辉度分布特性之类似关系满足给定基准的所述基底向量的变换基底，以当做第三处理步骤所应该使用的变换基底。
13.按权利要求12所述信号编码方法，其中，所述多个变换基底包括离散余弦变换基底，在所述第二处理步骤中，在根据所述类似关系从离散余弦变换基底以外的多个变换基底中选择出的变换基底与离散余弦变换基底当中；选择编码效率较好者。
14.按权利要求10所述信号编码方法，其中，所述编码对象信号编码的同时，对特定所述第二处理步骤中所选择变化基底的信息进行编码。
15.按权利要求13所述信号编码方法，其中，将表示是否选择了离散余弦变换基底的标志信息同所述编码对象信号一道进行编码。
16.按权利要求1所述信号编码方法，其中，将所述第二处理步骤中所导出的变换基底同所述编码对象信号一道进行编码。
17.按权利要求1所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中根据所述参照信号特性生成变换基底，根据所述参照信号特性从预置的多个变换基底及所生成的变换基底中选择第三处理步骤所应该使用的变换基底。
18.按权利要求17所述信号编码方法，其中，当所述所生成的变换基底被选作第三处理步骤所应该使用的变换基底时，将该所生成的变换基底追加于所述多个变换基底中。
19.按权利要求18所述信号编码方法，其中，当所述生成的变化基底被选择作为要在第三处理步骤中使用的变换基底时，利用该生成的变换基底来置换使用与该选择中所使用的基准不同的基准所选择的所述多个变换基底中的一个变换基底。
20.按权利要求3所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，根据同所述图像信号有相关的参照信号的辉度分布特性对离散余弦变换变换基底进行变形，据此生成新变换基底，对预置的多个变换基底及所生成的变换基底分别求表示其特征的基底向量与参照信号的辉度分布特性之类似关系，从所述多个变换基底及所生成的变换基底中选择具有其与参照信号的辉度分布特性之类似关系满足第一基准的所述基底向量的变换基底，以当做第三处理步骤所应该使用的变换基底。
21.按权利要求20所述信号编码方法，其中，当所述所生成的变换基底被选作第三处理步骤所应该使用的变换基底时，将该所生成的变换基底追加于所述多个变换基底中，从所述多个变换基底中删除具有其与参照信号的辉度分布特性之类似关系满足第二基准的所述基底向量的变换基底。
22.按权利要求17所述信号编码方法，其中，根据所述参照信号特性从所述多个变换基底中选择一变换基底，利用所选择的一变换基底和所述所生成的变换基底对编码对象信号进行编码，根据编码结果选择该一变换基底和所述所生成的变换基底当中的某一方。
23.按权利要求17所述信号编码方法，其中，在从所述多个变换基底及所述所生成的变换基底中选择第三处理步骤所应该使用的变换基底之际；优先选择属于所述多个变换基底的变换基底。
24.按权利要求17所述信号编码方法，其中，当所述所生成的变换基底被选择时，将该变换基底同所述编码对象信号一道进行编码。
25.按权利要求18所述信号编码方法，其中，将特定所述所生成的变换基底及被以所述多个变换基底删除的变换基底的信息同所述编码对象信号一道进行编码。
26.按权利要求3所述信号编码方法，其中，所述参照信号为以活动补偿预测方式从所输入原图像信号得到的预测图像信号，构成所述编码对象信号的图像信号为所述所输入原图像信号。
27.按权利要求26所述信号编码方法，其中，在所述第二处理步骤中，生成以构成参照信号的预测图像为源的卡尔内·雷贝变换基底，以当做第三处理步骤所应该使用的变换基底。
28.按权利要求1所述信号编码方法，其中，对编码对象信号的部分信号波形进行特定，将该部分信号波形变换为表示其与构成变换基底的波形向量之类似程度的类似程度信息，对特定波形向量的信息和所述类似程度信息以及所述部分信号波形的编码对象信号内位置进行编码，在所述第二处理步骤中，根据对应于所述编码对象信号之所述部分信号波形的参照信号的部分信号的特性生成构成所述变换基底的波形向量。
29.按权利要求28所述信号编码方法，其中，根据预置的波形向量群中所含的各波形向量及所生成的波形向量各自与所述部分信号波形之类似关系，选择一波形向量用作变换基底。
30.按权利要求28所述信号编码方法，其中，所述类似程度信息为基于所述部分信号波形与波形向量之内积值的信息。
31.按权利要求28所述信号编码方法，其中，应编码的特定波形向量的信息包括标志信息，该标志信息表示到底选择所述波形向量群中所含的各波形向量及所述所生成的波形向量中何者。
32.一种信号编码装置，为根据变换规则对编码对象信号进行变换、编码的装置，其中，包括如下单元：
第一处理单元——获取同所述编码对象信号有相关的信号以当做参照信号；和
第二处理单元——根据所获取参照信号之特性导出构成变化规则基础的变换基底；以及
第三处理单元——根据基于所导出变换基底的变换规则对所述编码对象信号进行变换、编码。
33.按权利要求32所述信号编码装置，其中，所述参照信号为可视作与在对按本信号编码装置编码的信号进行解码的信号解码装置中得到的信号同一的信号。
34.按权利要求32所述信号编码装置，其中，所述编码对象信号为表示有关于图像的信息的图像信号。
35.按权利要求34所述信号编码装置，其中，构成所述编码对象信号的图像信号为以活动补偿预测方式从输入原图像信号得到的预测残差信号。
36.按权利要求34所述信号编码装置，其中，所述参照信号为以活动补偿预测方式从输入原图像信号得到的预测图像信号。
37.按权利要求32所述信号编码装置，其中，所述第二处理单元具有根据所述参照信号特性生成变换基底的基底生成单元。
38.按权利要求37所述信号编码装置，其中，所述变换基底生成单元，根据所述参照信号的信号值分布特性对预置基准的变换基底进行变形，据此生成新变换基底。
39.按权利要求34所述信号编码装置，其中，所述第二处理单元具有如是单元：其根据同所述图像信号有相关的参照信号的辉度分布特性对离散余弦变换变换基底进行变形，据此生成新变换基底。
40.按权利要求32所述信号编码装置，其中，所述第二处理单元具有基底选择单元，该基底选择单元根据所述参照信号特性从预置的多个变换基底中选择第三处理单元所应该使用的变换基底。
41.按权利要求40所述信号编码装置，其中，所述基底选择单元求预置的多个变换基底各自同所述参照信号的信号值分布特性之关系，选择其同所述参照信号的信号值分布特性之关系满足给定基准的变换基底。
42.按权利要求34所述信号编码装置，其中，所述第二处理单元具有基底选择单元，该基底选择单元对于预置的多个变换基底分别求表示其特征的基底向量与同其图像信号具有相关的参照信号的辉度分布特性之类似关系，从所述多个变换基底中选择具有其与参照信号的辉度分布特性之类似关系满足给定基准的所述基底向量的变换基底，以当做第三处理单元所应该使用的变换基底。
43.按权利要求42所述信号编码装置，其中，所述多个变换基底包括离散余弦变换基底，所述基底选择单元在根据所述类似关系从离散余弦变换基底以外的多个变换基底中选择出的变换基底与离散余弦变换基底当中，选择编码效率较好者。
44.按权利要求40所述信号编码装置，其中，所述编码对象信号编码的同时，特定所述第二处理单元所选择变化基底的信息被编码。
45.按权利要求43所述信号编码装置，其中，表示是否选择了离散余弦变换基底的标志信息同所述编码对象信号一道被编码。
46.按权利要求32所述信号编码装置，其中，所述第二处理单元所导出的变换基底同所述编码对象信号一道被编码。
47.按权利要求32所述信号编码装置，其中，所述第二处理单元包括根据所述参照信号特性生成变换基底的基底生成单元、以及根据所述参照信号特性从预置的多个变换基底及所生成的变换基底中选择第三处理单元所应该使用的变换基底的基底选择单元。
48.按权利要求47所述信号编码装置，其中，当所述所生成的变换基底被选作第三处理单元所应该使用的变换基底时，该所生成的变换基底被追加于所述多个变换基底中。
49.按权利要求48所述信号编码装置，其中，当所述生成的变换基底被选择作为要在第三处理步骤中使用的变换基底时，利用该生成的变换基底来置换使用与该选择中所使用的基准不同的基准所选择的所述多个变换基底中的一个变换基底。
50.按权利要求34所述信号编码装置，其中，所述第二处理单元包括：
基底生成单元——根据同所述图像信号有相关的参照信号的辉度分布特性对离散余弦变换变换基底进行变形，据此生成新变换基底，以及
基底选择单元——对预置的多个变换基底及所生成的变换基底分别求表示其特征的基底向量与参照信号的辉度分布特性之类似关系，从所述多个变换基底及所生成的变换基底中选择具有其与参照信号的辉度分布特性之类似关系满足第一基准的所述基底向量的变换基底，以当做第三处理单元所应该使用的变换基底。
51.按权利要求47所述信号编码装置，其中，所述基底选择手段包括：
第一单元——根据所述参照信号特性从所述多个变换基底中选择一变换基底，以及
第二单元——利用所选择的一变换基底和所述所生成的变换基底对编码对象信号进行编码，根据编码结果选择该一变换基底和所述所生成的变换基底当中的某一方。
52.按权利要求47所述信号编码装置，其中，所述基底选择单元，在从所述多个变换基底及所述所生成的变换基底中选择第三处理单元所应该使用的变换基底之际，优先选择属于所述多个变换基底的变换基底。
53.按权利要求47所述信号编码装置，其中，当所述所生成的变换基底被选择时，该变换基底同所述编码对象信号一道被编码。
54.按权利要求48所述信号编码装置，其中，特定所述所生成的变换基底及被从所述多个变换基底删除的变换基底的信息同所述编码对象信号一道被编码。
55.按权利要求34所述信号编码装置，其中，所述参照信号为以活动补偿预测方式从所输入原图像信号得到的预测图像信号，构成所述编码对象信号的图像信号为所述所输入原图像信号。
56.按权利要求55所述信号编码装置，其中，所述第二处理单元生成以构成参照信号的预测图像为源的卡尔内·雷贝变换基底，以当做第三处理单元所应该使用的变换基底。
57.按权利要求32所述信号编码装置，其中，编码对象信号的部分信号波形被特定，该部分信号波形被变换为表示其与构成变换基底的波形向量之类似程度的类似程度信息，特定所述波形向量的信息和所述类似程度信息以及所述部分信号波形的编码对象信号内位置被编码，所述第二处理单元具有基底生成手段，该基底生成手段根据对应于所述编码对象信号之所述部分信号波形的参照信号的部分信号的特性生成构成所述变换基底的波形向量。
58.按权利要求57所述信号编码装置，其中，根据预置的波形向量群中所含的各波形向量及所生成的波形向量各自与所述部分信号波形之类似关系，一波形向量被选作变换基底。
59.按权利要求57所述信号编码装置，其中，所述类似程度信息为基于所述部分信号波形与波形向量之内积值的信息。
60.按权利要求57所述信号编码装置，其中，应编码的特定波形向量的信息包括标志信息，该标志信息表示到底选择所述波形向量群中所含的各波形向量及所述所生成的波形向量中何者。
61.一种信号解码方法，对编码信号进行解码，根据变换规则对解码所得信号进行变换以重现信号，其中，包括如下步骤：
第一处理步骤——根据对所述编码信号进行解码所得信号导出构成变换规则基础的变换基底；以及
第二处理步骤——根据基于所导出变换基底的变换规则对所述解码所得信号进行变换、以进行信号重现。
62.按权利要求61所述信号解码方法，其中，在所述第一处理步骤中，根据对所述编码信号进行解码所得的参照信号的特征，生成所述变换基底。
63.按权利要求62所述信号解码方法，其中，所述参照信号为可视作与某信号同一的信号，该某信号是指与所述编码信号被编码前的编码对象信号具有相关的信号。
64.按权利要求61所述信号解码方法，其中，所述编码信号为有关于图像的信息被编码后的编码图像信号。
65.按权利要求64所述信号解码方法，其中，构成所述编码信号的编码图像信号为以活动补偿预测方式从图像信号得到的预测残差信号被编码后的编码预测残差信号。
66.按权利要求64所述信号解码方法，其中，所述参照信号为以活动补偿预测方式从对编码图像信号进行解码所得图像信号得到的预测图像信号。
67.按权利要求62所述信号解码方法，其中，在所述第一处理步骤中，根据所述参照信号的信号值分布特性对预置基准的变换基底进行变形，据此生成新变换基底。
68.按权利要求67所述信号解码方法，其中，所述编码信号为有关于图像的编码图像信号，在所述第一处理步骤中，根据构成所述参照信号的信号值分布特性的辉度分布特性对离散余弦变换变换基底进行变形，据此生成新变换基底。
69.按权利要求68所述信号解码方法，其中，在所述第一处理步骤中，求所述参照信号的辉度分布特性与离散余弦变换变换基底之关系，根据该关系对离散余弦变换变换基底进行变形，生成新变换基底。
70.按权利要求69所述信号解码方法，其中，在所述第一处理步骤中，预置能以参照信号的辉度分布特性呈现的多个波形模图，根据与所述参照信号的辉度分布特性之类似关系从所述多个波形模图中选择波形模图，根据所选择波形模图与离散余弦变换变换基底之关系对离散余弦变换变换基底进行变形，生成新变换基底。
71.按权利要求61所述信号解码方法，其中，在所述第一处理步骤中，根据编码信号从预置的多个变换基底中选择第二处理步骤所应该使用的变换基底。
72.按权利要求71所述信号解码方法，其中，从所述多个变换基底中，选择被特定对编码信号进行解码所得变换基底的信息所特定的相应变换基底。
73.按权利要求71所述信号解码方法，其中，在所述第一处理步骤中，求所述多个变换基底各自同所述参照信号的信号值分布特性之关系，选择其同所述参照信号的信号值分布特性之关系满足给定基准的变换基底。
74.按权利要求73所述信号解码方法，其中，所述编码信号是有关于图像的编码图像信号，在所述第一处理步骤中，对于所述多个变换基底分别求表示其特征的基底向量与构成参照信号的信号值分布特性的辉度分布特性之类似关系，从所述多个变换基底中选择具有其与参照信号的辉度分布特性之类似关系满足给定基准的所述基底向量的变换基底。
75.按权利要求74所述信号解码方法，其中，所述多个变换基底包括离散余弦变换基底，在所述第一处理步骤中根据标志信息选择第二处理步骤所应该使用的变换基底，该标志信息表示对编码图像信号进行解码所得离散余弦变换基底及其以外的多个变换基底中的某一方。
76.按权利要求75所述信号解码方法，其中，当所述标志信息表示离散余弦变换基底以外的多个变换基底时，根据同所述参照信号的辉度分布特性之类似关系从所述离散余弦变换基底以外的多个变换基底中选择一变换基底。
77.按权利要求71所述信号解码方法，其中，在所述第一处理步骤中，当在对编码信号进行解码所得信号中含有所述多个变换基底中不含有的第一变换基底时，获取该第一变换基底以当做第二处理步骤所应该使用的变换基底，同时，将第一变换基底追加于所述多个变换基底中。
78.按权利要求77所述信号解码方法，其中，当在对编码信号进行解码所得信号中含有特定所述多个变换基底中的第二变换基底的信息时，从所述多个变换基底中删除所述第二变换基底。
79.按权利要求78所述信号解码方法，其中，所述第一变换基底在所述多个变换基底中被以特定所述第二变换基底的信息所特定。
80.按权利要求61所述信号解码方法，其中，所述编码信号为对原图像进行编码所得编码原图像信号，而且所述参照信号为以活动补偿预测方式从该编码原图像信号得到的预测图像信号，在所述第一处理步骤中，生成以构成参照信号的预测图像为源的卡尔内·雷贝变换基底，以当做第二处理步骤所应该使用的变换基底。
81.按权利要求61所述信号解码方法，其中，当在对编码信号进行解码所得信号中含有表示在编码对象信号编码之际利用了构成根据给定参照信号的部分信号的特性而生成的变换基底的波形向量的信息、表示所述波形向量与编码对象信号的部分信号波形之类似程度的类似程度信息、以及所述部分信号波形的编码对象信号内位置时，在所述第一处理步骤中，根据对应于从所述编码信号得到的所述信号编码之际所用给定参照信号的参照信号的部分信号的特性生成构成交换基底的波形向量，在所述第二处理步骤中，根据基于所生成的波形向量的变换规则来变换所述类似程度信息，以重现所述编码对象信号内位置处部分信号波形。
82.按权利要求81所述信号解码方法，其中，在对编码信号进行解码所得信号中，含有表示在编码对象信号编码之际利用了构成根据给定参照信号的部分信号的特性而生成的变换基底的波形向量及预置波形向量群中某一方的标志信息，而且当该标志信息表示利用了波形向量群时还含有特定该波形向量群中被用波形向量的信息，于是，在所述第一处理步骤中，当该标志信息表示利用了波形向量群时，从所述多个波形向量群中选择由特定该被用波形向量的信息所特定的波形向量，而在所述第二处理步骤中，根据基于所选择的波形向量的变换规则来变换所述类似程度信息，以重现所述编码对象信号内位置处部分信号波形。
83.一种信号解码装置，为对编码信号进行解码并根据变换规则对解码所得信号进行变换以重现信号的装置，其中；包括如下单元：
第一处理单元——根据对所述编码信号进行解码所得信号导出构成交换规则基础的变换基底；以及
第二处理单元——根据基于所导出变换基底的变换规则对所述解码所得信号进行变换、以进行信号重现。
84.按权利要求83所述信号解码装置，其中，所述第一处理单元包括：根据对所述编码信号进行解码所得的参照信号的特性生成所述变换基底的基底生成单元。
85.按权利要求84所述信号解码装置，其中，所述参照信号为可视作与某信号同一的信号，该某信号是指与所述编码信号被编码前的编码对象信号具有相关的信号。
86.按权利要求83所述信号解码装置，其中，所述编码信号为有关于图像的信息被编码后的编码图像信号。
87.按权利要求86所述信号解码装置，其中，构成所述编码信号的编码图像信号为以活动补偿预测方式从图像信号得到的预测残差信号被编码后的编码预测残差信号。
88.按权利要求86所述信号解码装置，其中，所述参照信号为以活动补偿预测方式从对编码图像信号进行解码所得图像信号得到的预测图像信号。
89.按权利要求84所述信号解码装置，其中，所述基底生成单元根据所述参照信号的信号值分布特性对预置基准的变换基底进行变形，据此生成新变换基底。
90.按权利要求89所述信号解码装置，其中，所述编码信号为有关于图像的编码图像信号，所述基底生成单元根据构成所述参照信号的信号值分布特性的辉度分布特性对离散余弦变换变换基底进行变形，据此生成新变换基底。
91.按权利要求90所述信号解码装置，其中，所述基底生成单元具有求所述参照信号的辉度分布特性与离散余弦变换变换基底之关系的单元，根据该关系对离散余弦变换变换基底进行变形，生成新变换基底。
92.按权利要求91所述信号解码装置，其中，所述基底生成单元，预置能以参照信号的辉度分布特性呈现的多个波形模图，具有根据与所述参照信号的辉度分布特性之类似关系从所述多个波形模图中选择波形模图的单元，根据所选择波形模图与离散余弦变换变换基底之关系对离散余弦变换变换基底进行变形，生成新变换基底。
93.按权利要求83所述信号解码装置，其中，所述第一处理单元具有基底选择单元，该基底选择单元根据编码信号从预置的多个变换基底中选择第二处理单元所应该使用的变换基底。
94.按权利要求93所述信号解码装置，其中，所述基底选择单元从所述多个变换基底中选择被特定对编码信号进行解码所得变换基底的信息所特定的相应变换基底。
95.按权利要求93所述信号解码装置，其中，所述基底选择单元具有求所述多个变换基底各自同所述参照信号的信号值分布特性之关系的单元，选择其同所述参照信号的信号值分布特性之关系满足给定基准的变换基底。
96.按权利要求95所述信号解码装置，其中，所述解码信号是有关于图像的编码图像信号，所述基底选择单元具有对于所述多个变换基底分别求表示其特征的基底向量与构成参照信号的信号值分布特性的辉度分布特性之类似关系的单元，从所述多个变换基底中选择具有其与参照信号的辉度分布特性之类似关系满足给定基准的所述基底向量的变换基底。
97.按权利要求96所述信号解码装置，其中，所述多个变换基底包括离散余弦变换基底，所述基底选择单元根据标志信息选择第二处理单元所应该使用的变换基底，该标志信息表示对编码图像信号进行解码所得离散余弦变换基底及其以外的多个变换基底中的某一方。
98.按权利要求97所述信号解码装置，其中，当所述标志信息表示离散余弦变换基底以外的多个变换基底时，所述基底选择单元根据同所述参照信号的辉度分布特性之类似关系从所述离散余弦变换基底以外的多个变换基底中选择一变换基底。
99.按权利要求83所述信号解码装置，其中，所述第一处理单元具有基底获取单元，该基底获取单元获取对编码信号进行解码所得变换基底，以当做第二处理单元所应该使用的变换基底。
100.按权利要求93所述信号解码装置，其中，所述第一处理单元包括两个单元，其中一个单元当在对编码信号进行解码所得信号中含有所述多个变换基底中不含有的第一变换基底时，获取该第一变换基底以当做第二处理单元所应该使用的变换基底，而另一个单元将第二变换基底追加于所述多个变换基底中。
101.按权利要求100所述信号解码装置，其中，还具有如是单元：其当在对编码信号进行解码所得信号中含有特定所述多个变换基底中的第二变换基底的信息时，从所述多个变换基底中删除所述第二变换基底。
102.按权利要求101所述信号解码装置，其中，所述第一变换基底在所述多个变换基底中被以特定所述第二变换基底的信息所特定。
103.按权利要求84所述信号解码装置，其中，所述编码信号为对原图像进行编码所得编码原图像信号，而且所述参照信号为以活动补偿预测方式从该编码原图像信号得到的预测图像信号，所述基底生成单元生成以构成参照信号的预测图像为源的卡尔内·雷贝变换基底，以当做第二处理单元所应该使用的变换基底。
104.按权利要求83所述信号解码装置，其中，当在对编码信号进行解码所得信号中含有表示在编码对象信号编码之际利用构成根据给定参照信号的部分信号的特性而生成的变换基底的波形向量的信息、表示所述波形向量与编码对象信号的部分信号波形之类似程度的类似程度信息、以及所述部分信号波形的编码对象信号内位置时；所述第一处理单元具有波形向量生成单元——其根据对应于从所述编码信号得到的所述信号编码之际所用给定参照信号的参照信号的部分信号的特性生成构成变换基底的波形向量，所述第二处理单元根据基于所生成的波形向量的变换规则来变换所述类似程度信息，以重现所述编码对象信号内位置处部分信号波形。
105.按权利要求104所述信号解码装置，其中，在对编码信号进行解码所得信号中，含有表示在编码对象信号编码之际利用了构成根据给定参照信号的部分信号的特性而生成的变换基底的波形向量及预置波形向量群中某一方的标志信息，而且当该标志信息表示利用了波形向量群时还含有特定该波形向量群中被用波形向量的信息，所述第一处理单元具有波形向量选择单元——其当该标志信息表示利用了波形向量群时从所述多个波形向量群中选择由特定该被用波形向量的信息所特定的波形向量，所述第二处理单元根据基于所选择的波形向量的变换规则来变换所述类似程度信息，以重现所述编码对象信号内位置处部分信号波形。
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