CN1494323A - 利用生成的能动表进行量化／反量化的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过生成适合于输入影象的能动表来进行量化/反量化的一种方法及装置的。所要解决的问题是：随着因特网及高清晰度电视、图象电话的高速发展，由文字中心转变为以动画、影象等为中心的可视性内容。这种图象数据，通过通常的储存、传送方法，无论从功能上还是价格上都不合理。本发明的技术要点是：它设有从被输入的任意影象中析取复杂度的阶段；设有通过被析取的复杂度及离散余弦的变换，来生成给定的量化表阶段；以及设有根据生成的量化表进行量化处理的阶段。本发明对输入的任意影象，生成一种最合适的量化表，并用其可有效地去除高频领域，使比特量减少；并能按各自的频率领域去构成表。本发明适合于输入影象的能动表来进行量化/反量化。

Description

利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置

【技术领域】

本发明涉及利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置。具体地说，它是有关通过生成最适合于输入影象的能动表来进行量化/反量化的一种方法及装置的。

【背景技术】

最近以来，从活字媒体开始发展的媒体(mebia)产业，随着因特网的飞速发展以及HDTV(高清晰度电视)、图象电话的高速发展，由如超级文本的文字中心转变为以动画、影象等为中心的可视性内容。这种图象数据，因其数据量非常庞大，通过通常的储存、传送方法，无论从功能上还是价格上，都非常不合理。

图1示出了传统编码器框图；而图2示出了传统MPEG(移动图像专家组)的INTERA(交互式)量化表。

如图1所示，传统的动画压缩方法是，当任意影象被输入时，复杂度计算部(110)将计算输入影象的复杂度，然后传送到量化部(140)。与此同时，离散余弦变换处理部(120)也把输入的影象信息变换成离散余弦后传送到量化部(140)。

这时，在量化部(140)，根据从复杂度计算部(110)及离散余弦变换处理部(120)获得的变址信息，将在事先制作的量化表上检测出影象压缩率，如图2所示。

图3示出利用多种量化表的量化器框图。

如图3所示，在韩国专利公告1019980132895中记载有一种方法。该方法是在分析了多种多样的影象的基础上，试验性地生成了几种具有代表性的表，并在编码器和译码器上分别去约定表的数值之后，在编码时去传送被选择的表值的变址。

上述方法因利用比传统的标准表数要多的表，所以可适应多样的影象变化。但在上述的情况下，将不能细微地显示个别的影象，而且当表数增加时，将引起被传送的变址的比特数增加，因而产生编码效率下降的缺点。

第二个方法是把在编码器中使用的表，包含到比特数列中进行传送；这时未约定的表也能进行复原。

但传送表的比特量将以几何级数增加，会造成编码效率大大降低的问题。

另外，上述的一些方法在表现方法上，没有一个明确的标准。而且因比特量的过大增长，象质的改善也不大。而且通常把重点放在把表值固定在建议值上，并将其用来改善量化步长，以适于量化器。

但这些方法，在频率领域里将高频与低频是分开对待的，所以虽然析出了利用人类视觉特性的参数，但由于表值是固定的，实际使用时对低频与高频有完全相同的反应，因而使其特性减半。

【发明内容】

本发明的目的是为了有效地去解决传统技术中存在的问题，对当前输入的影象生成一种合适的量化表，并提供一种生成适用的能动表用量化/反量化方法及装置。

为了完成上述的技术课题，本发明设有如下的几个阶段：即，设有从任意的影像中析取复杂度的阶段；

设有通过被析取的复杂度及离散余弦变换来生成一定的量化表的阶段；

设有根据生成的量化表进行量化处理的阶段。

为了完成上述的技术课题，本发明在另一方面还将设有如下的几个阶段：即，设有根据量化步长去把从编码发生量控制器产生的预测错码加以反量化的阶段；

设有将把被反量化的影像数据变换成反离散余弦，然后生成再生错误信号的阶段；

设有利用再生错误信号和复杂度，去再生影像的阶段。

为了完成上述的技术课题，本发明又在另一方面还将设有如下的几个手段：即，设有为了预测和补偿输入的任意影像的动态，进行演算处理的复杂度计算手段；

设有对输入的任意影像数据进行直交变换的离散余弦变换处理手段；

设有为使缓冲器的数据存储量维持在一个特定量，用来控制量化步长用的符号发生量控制手段；

设有通过在复杂度计算手段中计算出来的复杂度生成一种适合任意影像特性的量化表，并利用任意的扫描方式和生成的量化表，将把从离散余弦变换处理手段提供的一定的影像数据，进行量化的量化手段；

设有对量化的影像数据进行编码的信息熵编码手段。

为了完成上述的技术课题，本发明又在另一方面还将设有如下的几个手段：即，设有按量化步长，从量化手段把预测错码进行反量化的反量化手段；

设有从反量化手段将把信号变换成反离散余弦，借以生成一个再生错误信号用的离散余弦变换处理手段；

设有利用再生错误信号和预测信号，生成复原影像的反信息熵编码手段。

如前所述，根据本发明生成的能动表量化/反量化方法及装置，对输入的任意影象，生成一种最合适的量化表，并用其去有效地去除高频领域，使比特量减少；并能很方便地按各自的频率领域去构成表。

【附图说明】

图1示出传统编码器框图。

图2示出传统MPEG(移动图像专家组)的INTERA(交互式)量化表。

图3示出利用多种量化表的量化器框图。

图4示出本发明一实例的编码器部分框图。

图5示出本发明一实例的译码器部分框图。

图中符号的说明

400：复杂度计算手段

410：离散余弦变换处理手段

420：量化手段

430：符号发生量控制手段

440：信息熵编码手段

510：反量化手段

520：反信息熵编码手段

530：离散余弦变换处理手段

【具体实施方式】

下面参照附图4和图5，就利用通过生成一种能动表来进行量化/反量化方法的一实例，进行详细说明。

图4示出本发明一实例的编码器的部分框图。

如图4所示，为了实现生成能动表的量化方法，设有复杂度计算手段(400)，离散余弦变换处理手段(410)，量化手段(420)，符号发生量控制手段(430)，信息熵编码手段(440)。

复杂度计算手段(400)，为析取输入任意影像的特征参数，将进行复杂度的计算。

离散余弦变换处理手段(410)，将把输入的任意影像数据像元分成正方块；并如在图2所示，在像元块单位的数据中，把低频成份的影像数据，偏置变换到左上端部分；而高频成份的影像数据，偏置变换到右下端部分。这时，若去除影像数据中，分布在右下端不必要的高频成分，那么可在几乎不损失影像数据量的情况下进行压缩。

量化手段(420)，将利用在复杂度计算手段(400)中计算出来的复杂度，去生成适合输入任意影像特性的量化表，并对任意影像数据进行量化。

符号发生量控制手段(430)，将去控制量化步长，使缓冲器(未图示)的存储量维持在特定量。

信息熵编码手段(440)，将根据从符号发生量控制手段(430)获得的量化步长，去量化由离散余弦变换处理手段(410)提供的信号，生成预测错码。

图5示出本发明一实例的译码器的部分框图。

如在图5所示，为了实现生成能动表的量化方法，设有由反信息熵编码手段(510)，反量化手段(520)及离散余弦变换处理手段(530)组成的译码器。

反量化手段(520)，根据量化步长，对预测错码进行译码，通过译码器进行与影象复原过程相同的计算后，复原出译码器相同的次影象信号。

反信息熵编码手段(510)，将反量化器(520)复原的信号，变换成反离散余弦，并把再生错码信号提供给加法器。在这种情况下，利用再生错码信号和复杂度，加算出预测信号，构成新的复原影象，以便去预测下一输入影象。

下面将详细说明用来生成能动表的一种利用量化手段的量化方法。

首先，从输入的任意影像数据中，如果输入任意一个像元，即一个代码字，那么根据影像数据的空间频率特性，由离散余弦变换处理手段(410)，将低频成份与高频成份，分别偏置分布到左上端和右下端。

并且，为了析取任意影象的复杂度，决定利用如下数学试、

[数学试1]

${\mathrm{\σ}}^{\′}=\frac{1}{10}\sqrt{\frac{\mathrm{n\Σf}{\left(x\right)}^2-{\left(\mathrm{\Σf}\left(x\right)\right)}^2}{n(n-1)}}$

上述复杂度，是以标准偏差的10分之1的比例来取值的；它是根据一个像元块内的像元值(x)和像元数(n)来计算的。在这种情况下，所得的值愈大，表示变化强烈的高频成份愈多；其值愈小则表示无变化的低频成份。这时，上述复杂度可将被由分散或一般的标准偏差等来代替。

另外，输入的影象，可以利用译码器中被复原的影像。在这种情况下，没有必要去传送由上述数学式1计算出的值，所以不会发生比特量超顶的现象。

然后，参照复杂度，去生成给定的量化表。这时生成量化的数学式如下。

[数学式2]

$q(u,v)=\frac{1}{1+{\mathrm{\σ}}^{\′}{e}^{-r(\sqrt{u^2+v^2}-\mathrm{center})}}$

式中，center表示像元块的中心。例如，在8×8的情况下，是为∑24.5。r表示低频成份与高频成份交界处的梯度。此时，r最适合的值为0.5~1.2。

根据数学式2生成的量化表，经下面的数学式3换算后，如在标准方案中所看到的那样将被量化。

[数学式3]

$\hat{F}(u,v)=\mathrm{round}\left(\frac{F(u,v)}{Q(u,v)\mathrm{xmquant}}\right)$

在这里，F(u，v)是变换编码后的系数值；而Q(u，v)是利用数学式2生成的量化表。为了生成上述的量化表而使用的值，将在译码器中为了反量化而经过信息熵编码后再被传送。

上面使用的数学式2，可变换成如下数学式4的一元式来使用。

[数学式4]

$q^{\′}\left(u\right)=\frac{1}{1+{\mathrm{\σ}}^{\′}{e}^{-r(u-\mathrm{center})}}$

式中，在数学式2中出现的σ’决定高频与低频的分界；σ’的增加，将起到使量化表内容的分布向高频方面进行移动的作用；从整体上，只对以像块内的DC(直流)为基准的狭窄领域进行译码。并且，使高频成分的大部分变为0，提高了编码效率，减少了比特率。

另外，r表示在分界上的梯度。因此，r值愈小，愈能得到完满的梯度；而且适当低的数值，可以去减少量化值在分界部分上可能发生的误差。在数学式4中，r若为0，那么数学式2将变为1/(1+σ’)，将会起到象线性量化器的作用。梯度愈完满，所包含的高频成分将愈多，反映人的视觉特性就变少。

然后，为了去除偏向各自不同领域的影象数据中的高频成分，在量化手段(420)中生成量化表；在通过量化表进行量化的过程中，将其变换成一个只存在低频成份的量化影象数据，然后再将其输出。

只存在低频成份的影象数据，将由信息熵编码手段来进行编码处理。

本发明作为参考，虽然只是对图示的一实例进行了说明，但只要具备本技术领域的通常知识的人都能知道，由此可以导出多种多样的，以及均等的其它实例。为此，对本发明的技术保护范围，应将根据权利要求的技术思想来加以确定。

Claims (8)

1、一种利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置，其特征是：它设有从被输入的任意影象中析取复杂度的阶段；设有通过被析取的复杂度及离散余弦的变换，来生成给定的量化表阶段；以及设有根据生成的量化表进行量化处理的阶段。

2、按照权利要求1所述的利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置，其特征是：量化表是通过下式能动地生成的。

$q(u,v)=\frac{1}{1+{\mathrm{\σ}}^{\′}{e}^{-r(\sqrt{u^2+v^2}-\mathrm{center})}}$

3、按照权利要求2所述的利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置，其特征是：所述的r值的取值范围是0.5-1.2。

4、按照权利要求1所述的利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置，其特征是：为生成能动表，利用下式将把高频和低频的量化系数值的边界，能设计的可变。

$q(u,v)=\frac{1}{1+{\mathrm{\σ}}^{\′}{e}^{-r(\sqrt{u^2+v^2}-\mathrm{center})}}$

5、按照权利要求1所述的利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置，其特征是：为生成能动表，利用下式将去调整高频及低频的整个量化系数水平及梯度。

$q(u,v)=\frac{1}{1+{\mathrm{\σ}}^{\′}{e}^{-r(\sqrt{u^2+v^2}-\mathrm{center})}}$

6、一种利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置，其特征是：它设有根据量化步长，把编码发生量控制器中的预测错码进行反量化的阶段；设有把反量化影象数据变换成反离散余弦，然后去生成一种再生错误信号的阶段；以及利用再生错误信号和复杂度来再生影象的阶段。

7、一种利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置，其特征是：它设有复杂度计算手段，它为预测和补偿输入的任意影象动态而进行演算处理；设有对输入的任意影象数据进行直交变换的离散余弦变换处理手段；设有符号发生量控制手段，它为使缓冲器的数据储蓄量维持在一个特定的量，去控制量化步长；通过在复杂度计算手段中被计算出来的复杂度，生成一种适于输入任意影像特性的量化表，并利用任意的扫描方式和生成的量化表，将把从离散余弦交换处理手段提供的一定的影象数据，加以量化的量化手段；以及对量化的影象数据进行编码的信息熵编码手段。

8、一种利用生成的能动表进行量化/反量化的方法及装置，其特征是：它设有一个从量化手段中，按量化步长把预测错码进行反量化的反量化手段；设有从反量化手段中，把信息变换成反离散余弦，借以生成一个再生错误信号用的离散余弦变换处理手段；以及设有利用再生错误信息和预测信息，生成复原影象的反信息熵编码手段。

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