CN1593064A - 可配置的图形优化器 - Google Patents

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Abstract

描述了在数字影院***中对基于频率的图像数据进行串行化的装置和方法。编辑了至少一组数据，它们可能被表示为16×16的数据块。或者，编辑了数据帧。该组数据被分成四组，每组都可能被表示为8×8块。四个8×8数据块的每一个都用Z字形扫描、垂直扫描以及/或者水平扫描来进行串行化。

Description

可配置的图形优化器
发明背景
I.发明领域
本发明涉及图像处理和压缩，尤其涉及压缩图像的可配置的图形优化程序。
II.相关技术描述
数字图像处理在数字信号处理领域内具有显著地位。人类视觉的重要性已经促进了数字图像处理的领域和学科内的极大兴趣和进展。在视频信号的发送和接收领域，譬如那些用于投影胶片或电影的领域，对图像压缩作出了各种改进。许多当前和提议的视频***利用了数字编码技术。该领域的方面包括图像编码、图像恢复、以及图像特征选择。图像编码代表试图以有效的方式发送数字通信信道的图片，利用尽可能少的比特来使所需的带宽最小，而同时把失真维持在某些限制内。图像恢复代表努力恢复对象的真实图像。在通信信道上被发送的已编码图像已经被各种因素而失真。降级的来源可能在最初从对象创建图像时已引起。特征选择是指选择图片的某些属性。较广泛环境中的识别、分类以及判决可能要求这种属性。
视频的数字编码，譬如数字影院内的编码，是受益于改进的图像压缩技术的领域。数字图像压缩可能一般被分为两类：无损和有损的方法。无损图像无须任何信息损失而被恢复。有损的方法包括不能恢复某些信息，这取决于压缩率、压缩算法的质量、以及算法的实现。一般而言，有损压缩方法被认为是获得效能成本划算的数字影院方法所期望的压缩率。为了达到数字影院质量级别，压缩方法应该提供在视觉上无损的性能级别。这样，尽管由于压缩过程而有数学的信息损失，然而该损失引起的图像失真对于正常观察条件下的观察者来说应该是难以察觉的。
已经为其它应用研发了现有的数字图像压缩技术，也就是为了电视***。这种技术已作出了设计折衷以适用于想要的应用，但不满足影院演出所需的质量要求。
数字影院压缩技术应该提供常看电影的人先前体验过的视觉质量。理想的是，数字影院的视觉质量应该试图超越高质量版本的拷贝胶卷。与此同时，压缩技术应该具有实用的高编码效率。如这里所定义的，编码效率是指使被压缩的图像质量满足一定质量级别所需的比特率。此外，***和编码技术应该具有内部灵活性来容纳不同格式，并且应该是效能成本划算的；即，小型且有效的解码器或编码器处理。
许多可用的压缩技术提供了显著的压缩级别，但是导致视频信号质量的降级。一般而言，用于传递被压缩的信息的技术要求以恒定的比特率传递被压缩的信息。
能提供显著压缩级别同时保持期望的视频信号质量的一种压缩技术使用了已编码的离散余弦变换(DCT)系数数据的自适应大小的块和子块。该技术下文中被称为自适应块大小离散余弦变换(ABSDCT)方法。该技术在美国专利号5021891中公开，该专利题为“自适应块大小图像压缩方法和***(Adaptive Block Size ImageCompression Method and System)”，它被转让给本发明的受让人并且通过引用被结合于此。DCT技术也在美国专利号5107345中公开，该专利题为“自适应块大小图像压缩方法和***(Adaptive Block Size Image Compression Method andSystem)”，它被转让给本发明的受让人并且通过引用被结合于此。而且，美国专利号5452104中讨论了ABSDCT技术与差分四叉树变换技术的组合，该专利题为“自适应块大小图像压缩方法和***(Adaptive Block Size Image Compression Methodand System)”，它也被转让给本发明的受让人并且通过引用被结合于此。这些专利中公开的***使用了称为“帧内”编码的编码，其中图像数据的每帧都被编码，而不考虑其它帧的内容。通过使用ABSDCT技术，可达到的数据速率可能从约每秒1.5千兆比特降低到约每秒50兆比特，而没有信号质量的可辨别的降级。
ABSDCT技术可能用于压缩黑色和白色或彩色图像，或者表示该图像的信号。彩色输入信号可能是YIQ格式，Y是的亮度或辉度采样，I和Q是每个4×4像素块的色度(即彩色)采样。也可能使用其它已知格式，譬如YUV、YCbCy或RGB格式。由于眼睛对彩色的低空间敏感性，大多数研究表明，水平和垂直方向上以4倍对彩色分量的子采样是合理的。因而，视频信号可以用4个亮度分量和2个色度分量来表示。
通过使用ABSDCT，视频信号一般被分段成像素块用于处理。对于每个块而言，亮度和色度分量被传递至块交织器。例如，16×16(像素)块可以被提供给块交织器，块交织器排序或组织每个16×16块内的采样，以产生数据的块和复合子块，用于离散余弦变换(DCT)分析。DCT运算符是把时间采样的信号转换成相同信号的频率表示的一种方法。通过转换成频率表示，已经示出DCT技术允许非常高的压程度，因为可以设计量化器利用图像的频率分布特性。在优选实施例中，一个16×16的DCT应用于第一次排序，四个8×8的DCT应用于第二次排序，16个4×4的DCT应用于第三次排序，而64个2×2的DCT应用于第四次排序。
DCT操作降低了视频源内固有的空间冗余。在执行了DCT之后，大多数视频信号能量会集中在少数的DCT系数中。可能使用附加变换，差分四叉树变换(DQT)，来降低DCT系数间的冗余。
对于16×16块以及每个子块而言，分析DCT系数值和DQT值(如果使用了DQT)来确定对块或子块进行编码所需的比特数。然后，选择要求最少比特数的块或子块的组合来编码以表示图像分段。例如，可能选择2个8×8子块、6个4×4子块和8个2×2子块来表示图像分段。
然后，适当地顺序排列所选的块或子块的组合，组成一个16×16块。在准备传输时，DCT/DQT系数值接着可能经受频率加权、量化和编码(譬如可变长度编码)。尽管上述ABSDCT技术执行得非常好，然而它是计算密集的。因此，该技术的小型硬件实现可能很难。
可变长度编码以游程长度和大小的形式来完成。其它压缩方法，譬如联合图像专家组(JPEG)或运动图片专家组(MPEG-2，在整个被处理的块大小上使用了标准的Z字形扫描方法。然而，通过使用ABSDCT，根据数据块内的方差产生不同的块大小。因而，在整个被处理的块大小上，标准的Z字形扫描方法不总是最佳的。而且，每个块大小上的标准Z字形扫描方法在硬件上可能难以实现。此外，Z字形图形对于给定的块或帧来说不总是最佳图案。因此，需要一种方法和装置来确定最佳图案。
发明概述
本发明的实施例提供了用于最佳图案确定器的装置和方法。一实施例中，最佳图案可以逐帧地配置。另一实施例中，使用了预定块大小的缺省图案，不考虑由自适应块大小离散余弦变换(ABSDCT)技术所确定的实际块大小。
本发明是图像压缩的基于质量的***和方法，它使用了离散余弦变换系数数据的自适应大小的块和子块以及基于质量的量化标度因子。一像素数据块被输入编码器。编码器包括一块大小分配(BSA)元件，它对输入的像素块分段以用于处理。块大小分配是基于输入块和进一步细分的块的方差。通常，具有较大方差的区域被细分成较小的块，具有较小方差的区域不被细分，只要块和子块的均值落在不同的预定范围内。这样，首先，块的方差阈值根据其均值从其标称值被修改，然后把块的方差与阈值相比较，如果方差大于阈值，块就被细分。
向变换元件提供了块大小分配，变换元件把像素数据变换成频域数据。仅对通过块大小分配而选择的块和子块执行变换。然后，变换数据通过量化和串行化而经受按标度变化。变换数据的量化是基于图像质量度量的，譬如调节对比度的标度因子、系数计数、码率失真、块大小分配的密度和/或过去的标度因子。串行化是基于创建相同值的最长可能的游程长度。一实施例中，使用固定块大小的Z字形扫描来对数据进行串行化，以产生数据流，而不考虑块大小分配。另一实施例中，块大小为8×8。在准备传输时，可以用可变长度编码器对数据流进行编码。已编码的数据通过传输信道被发送到解码器，在解码器处为了准备显示而重建像素数据。
另一实施例中，描述了数字影院***中对基于频率的图像数据进行串行化的方法。至少一组数据被编辑，它们可能被表示为一个16×16的数据块。或者，一个数据帧被编辑。该组数据被分成四组，每组都被表示为8×8的块。4个8×8数据块的每一个都用Z字形扫描、垂直扫描和/或水平扫描来进行串行化。
因而，实施例的一方面是在8×8块内使用固定的扫描图形来处理数据块，不考虑实际的块大小分配。
实施例的另一方面是逐帧地确定并实现最佳扫描技术。
实施例的另一方面是向用户提供可配置的扫描图形。
附图简述
通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中：
图1是基于质量的图像处理***的编码器部分的框图，该***结合了基于方差的块大小分配***以及本发明的方法；
图2是基于质量的图像处理***的解码器部分的框图，该***结合了基于方差的块大小分配***以及本发明的方法；
图3是说明基于方差的块大小分配中所涉及的处理步骤的流程图；
图4a说明了示例性的块大小分配；
图4b说明了贯穿16×16块大小的Z字形扫描图形；
图4c说明了每个可变块大小内的Z字形扫描图形；
图5a说明了独立于实际块大小的8×8块的Z字形扫描图形；
图5b说明了独立于实际块大小的8×8块内实现的不同扫描图形；
图6a说明了串行化过程的实施例；以及
图6b说明了串行化过程的另一实施例。
优选实施例的详细描述
为了便于数字信号的数字传输并且享受相应的好处，一般需要采用某些形式的信号压缩。为了实现产生图像时的高压缩，维持图像的高质量也很重要。而且，对于微型硬件的实现计算效率是期望的，这在许多应用中都是重要的。
在详细说明本发明一实施例之前，应该理解本发明不限于下面描述中提出的或者附图中所述的组件的结构和排列细节。本发明能有其它实施例，并且以各种方式实现。而且，可以理解，这里所用的措辞和术语都是为了描述的目的，而不应被视为是限制性的。
一实施例的一方面所采用的图像压缩是基于离散余弦变换(DCT)技术，譬如共同待批的美国专利申请“Contrast Sensitive Variance Based Adaptive Block SizeDCT Image Compression”中公开的技术，该申请序列号为09/436085，于1999年11月8日提交，被转让给本发明的受让人并且通过引用被结合于此。一般而言，要在数字域内被处理的图像会由像素数据组成，像素数据被分成不重叠块的阵列，大小为N×N。对每个块执行二维DCT。二维DCT由下列关系式所定义：
X ( k , l ) = α ( k ) β ( l ) N * M Σ m = 0 N - 1 Σ n = 0 N - 1 x ( m , n ) cos [ ( 2 m + 1 ) πk 2 N ] cos [ ( 2 n + 1 ) πl 2 N ] , 0 ≤ k , l ≤ N - 1
其中
Figure A0281558300112
以及
x(m，n)是N×M块内的像素位置(m，n)，以及
X(k，l)是相应的DCT系数。
由于像素值是非负的，因此DCT分量X(0，0)总是正的，并且通常具有最多能量。实际上，对于一般图像而言，大多数变换能量都集中在分量X(0，0)附近。该能量紧缩属性使DCT技术成为具有吸引力的压缩方法。
图像压缩技术使用了对比度自适应编码来实现进一步的比特率降低。已经观察到，大多数自然图像的组成是：平的相对缓慢变化的区域、以及像对象边界和高对比度纹理这样的繁忙区域。对比度自适应编码方案通过向繁忙区域分配更多比特而向较不繁忙的区域分配较少比特而利用了该因素。
对比度自适应方法使用了帧内编码(空间处理)而不是帧间编码(空间—时间处理)。除了复杂的处理电路以外，帧间编码本身要求多个帧缓冲器。在许多应用中，实际实现需要降低的复杂度。在会使空间—时间编码方案崩溃且性能表现极差的情况下，帧内编码也是有用的。例如，由于机械快门所产生的积分时间相对较短，因此每秒24帧的影片会落在这个类别。短积分时间允许较高的时间混叠程度。帧帧相关的假设对于快速运动而破坏，因为它变得急动。当包含了50Hz和60Hz两个电源线频率时，帧内编码也容易标准化。电视目前以50Hz或60Hz发送信号。帧内方案作为数字方法的使用可以适用于50Hz和60Hz操作两者，或者通过折衷帧速率相对空间分辨率，甚至适用于每秒24帧的影片。
为了图像处理目的，在被分成不重叠块的阵列的像素数据上执行DCT操作。注意到，尽管这里讨论的块大小尺寸为N×N，然而可以预想，可以使用各种块大小。例如，可以使用N×M的块大小，其中N和M都是整数，M或大于或小于N。另一重要方面是块可被分成至少一层子块，譬如N/i×N/i、N/i×N/j、N/i×M/j等等，其中i和j是整数。而且，这里讨论的示例性块大小是16×16的像素块，具有DCT系数的相应块和子块。还可以预想到，可以使用各种其它整数值，譬如既可以是偶数又可以是奇数，如，9×9。
图1和图2说明了图像处理***100，该***结合了可配置串行化器的概念。图像处理***100包括一编码器104，它压缩接收到的视频信号。被压缩的信号使用传输信道或物理媒介108来发送，并且被解码器112所接收。解码器112把接收到的已编码数据解码成图像采样，后者可以被显示。
通常，图像被分成多个像素块用于处理。彩色信号可能用RGB到YC1C2转换器116而从RGB空间被转换到YC1C2空间，其中Y是亮度分量，C1和C2是色度(即彩色)分量。由于人眼对彩色的低空间敏感性，因此许多***在水平和垂直方向上以4倍对C1和C2分量进行子采样。然而，子采样不是必要的。称为4∶4∶4的全分辨率图像在某些应用中可能非常有用或必要，譬如在覆盖“数字影院”的应用中。两个可能的YC1C2表示是，YIQ表示和YUV表示，两者都是本领域公知的。也可能采用YUV表示的变体，称为YCbCr。这可能进一步被***成奇和偶分量。因而，一实施例中，使用了表示Y-偶、Y-奇、Y、Cb-偶、Cb-奇、Cr-偶、Cr-奇。
在一优选实施例中，奇和偶Y、Cb、Cr分量的每一个都不作子采样地被处理。这样，16×16像素块6个分量的每一个输入被提供给编码器104。为了说明目的，说明了Y-偶分量的编码器104。对于Y-奇分量、以及奇的和偶的Cb和Cr分量使用了类似的编码器。编码器104包括一块大小分配元件120，它在准备视频压缩时执行块大小分配。块大小分配元件120根据块内图像可观察的特性来确定16×16块的块分解。块大小分配根据16×16块内的活动性而以四叉树方式把每个16×16块细分成较小的块，譬如8×8、4×4和2×20。块大小分配元件120产生一四叉树数据，称为PQR数据，它的长度在1到21比特之间。因此，如果块大小分配元件确定要分解16×16块，则设定PQR数据的R比特，R比特后是Q数据的4个附加比特，它们对应于4个分解后的8×8块。如果块大小分配确定要细分任一8×8块，则添加每个被细分的8×8块的P数据的4个附加比特。
现在参照图3，提供了一流程图，示出块大小分配元件120的操作细节。使用块的方差作为要细分块的判决的度量。从步骤202开始，读取一个16×16的像素块。步骤204中，计算该16×16块的方差v16。方差计算如下：
var = 1 N 2 Σ i = 0 N - 1 Σ j = 0 N - 1 x 2 i , j - ( 1 N 2 Σ i = 0 N - 1 Σ j = 0 N - 1 ) 2
其中N＝16，xi，j是N×N块内的第i行、第j列。步骤206中，如果块的均值在两个预定值之间，那么首先修改方差阈值T16来提供新的阈值T’16，然后把块方差与新阈值T’16相比较。
如果方差v16不大于阈值T16，则在步骤208中，16×16块的起始地址被写入临时存储器，然后把PQR数据的R比特设为0以指明不细分16×16块。然后，算法读取下一个16×16像素块。如果方差v16大于阈值T16，则在步骤210中，把PQR数据的R比特设为1以指明16×16块要被细分成4个8×8块。
如步骤212所示，4个8×8块(i＝1∶4被顺序地考虑用于进一步的细分。对于每个8×8块而言，在步骤214中计算方差v8i。步骤216中，如果块的均值在两个预定值之间，那么首先修改方差阈值T8来提供新的阈值T’8，然后把块方差与该新阈值相比较。
如果方差v8i不大于阈值T8，则在步骤218中，8×8块的起始地址被写入临时存储器，并且把相应的Q比特Qi设为0。然后处理下一个8×8块。如果方差v8i大于阈值T8，则在步骤220中，把相应的Q比特Qi设为1以指明8×8块要被细分成4个4×4块。
如步骤222所示，4个4×4块(ji＝1∶4被顺序地考虑用于进一步的细分。对于每个4×4块而言，在步骤224中计算方差v4ij。步骤226中，如果块的均值在两个预定值之间，那么首先修改方差阈值T4来提供新的阈值T’4，然后把块方差与该新阈值相比较。
如果方差v4ij不大于阈值T4，则在步骤228中，写入4×4块的起始地址，并且把相应的P比特Pij设为0。然后处理下一个4×4块。如果方差v4ij大于阈值T4，则在步骤230中，把相应的P比特Pij设为1以指明4×4块要被细分成4个2×2块。此外，4个2×2块的地址被写入临时存储器。
阈值T16、T8和T4可能是预定的常数。这被称为硬判决。或者，可能实现自适应判决即软判决。软判决根据2N×2N块的平均像素值改变方差的阈值，其中N可以是8、4或2。因而，平均像素值的函数可以被用作阈值。
为了说明目的，考虑以下示例。令Y分量的预定方差阈值对于16×16、8×8以及4×4块分别为50、1100和880。换言之，T16＝50，T8＝1100，且T16＝880。令平均值的范围为80到100。假定16×16块所计算的方差为60。由于60大于T16，且均值90在80和100之间，因此16×16块被细分成4个8×8子块。假定为8×8子块计算的方差为1180、935、980和1210。由于两个8×8块具有超出T8的方差，因此这两个块再被细分以产生总的8个4×4子块。最终，假定8个4×4块的方差为620、630、670、610、590、525、930和690，相应的均值为90、120、110、115。由于第一个4×4的块的均值落在范围(80，100)内，因此其阈值会被降低到T’4＝200，这低于880。所以，该4×4块会与第七个4×4块一样被细分。所产生的块大小分配在图4a中示出。图4b中示出相应的四叉树分解。此外，图4c中示出由这个块大小分配所产生的PQR数据。
注意到使用了类似的步骤来为彩色分量Y-奇、Cb-偶、Cb-奇、Cr-偶和Cr-奇分配块大小。彩色分量可以水平、垂直或在两个方向上被抽取。
此外，注意到尽管已经把块大小分配描述成自顶向下的方法，其中首先评估最大的块(本例中是16×16，然而也可以取代地使用自底向上的方法。自底向上方法会先评估最小的块(本例中为2×2。
回过头参照图1，PQR数据以及所选块的地址被提供给DCT元件124。DCT元件124使用PQR数据对所选的块执行适当大小的离散余弦变换。仅仅所选的块需要经历DCT处理。
图像处理***100还包括DQT元件128，用于降低DCT的DC系数中间的冗余度。在每个DCT块的左上角遇到DC系数。通常，DC系数相比AC系数是大的。大小差异使得难以设计有效的可变长度编码器。因而，降低DC系数间的冗余是有利的。
DQT元件128对DC系数执行二维DCT，每次取2×2。从4×4块内的2×2块开始，对4个DC系数执行二维DCT。该2×2DCT被称为4个DC系数的差分四叉树变换，即DQT。接着，使用8×8块内DQT的DC系数以及3个相邻的DC系数来计算下一级DQT。最终，使用16×16块内4个8×8块的DC系数来计算DQT。这样，在16×16块内，有一个真实的DC系数，其余是对应于DCT和DQT的AC系数。
变换系数(DCT和DQT两者)被提供给量化器用于量化。在优选实施例中，用频率加权掩模(FWM)和量化标度因子来量化DCT系数。FWM是与输入DCT系数的块维数相同的频率权重的表格。频率权重对不同的DCT系数应用不同的权重。权重被设计成强调具有对人类视觉***更为敏感的频率内容的输入采样，而不强调具有对视觉***较不敏感的频率内容的采样。权重也可以根据像观察距离等因素来设计。
权重是根据经验数据选择的。ISO/IEC JTC1 CD 10918中公开了为8×8DCT系数设计权重掩模的方法，该文题为“Digital compression and encoding ofcontinuous-tone till images-part 1：Requirements and guidelines”，由国际标准组织于1994年公布，通过引用被结合于此。通常，设计两个FWM，一个用于亮度分量，一个用于色度分量。通过抽选而获得块大小为2×2、4×4的FWM表。通过对8×8块的FWM表的内插而获得16×16的FWM表。标度因子控制了被量化的系数的质量和比特率。
这样，每个DCT系数都按照以下关系被量化：
Figure A0281558300151
其中，DCT(i，j)是输入DCT系数，fwm(i，j)是频率加权掩模，q是标度因子，而DCTq(i，j)是经量化的系数。注意到根据DCT系数的符号，括号内的第一项上舍入或下舍入。DQT系数也用适当的加权掩模来进行量化。然而，可以使用多个表格或掩模，并将其应用于Y、Cb和Cr分量的每一个。
然后，用量化器130，或标度因子元件，对像素数据块和频率加权掩模进行定标。在一优选实施例中，有对应于平均比特率的32个标度因子。不像MPEG2这样的其它压缩方法，平均比特率是根据所处理图像的质量来控制的，而不是根据目标比特率或缓冲状态来控制。
经量化的系数被提供给扫描串行化器152。串行化器152扫描经量化系数的块以产生经量化系数的经串行化的流。可以采用Z字形扫描、列扫描、或行扫描。也可以选择许多不同的Z字形扫描图案，以及除了Z字形之外的图案。一优选技术为Z字形扫描采用了8×8块大小，然而也可以使用其它大小。
参照图4和5，这里描述了不同的扫描技术。图4b说明了对整个16×16块400的Z字形扫描。在基于频率的块中，譬如DCT，对值进行编码并表示，使得DC值处在左上角，AC值在接近右下角时减小。因此，不考虑16×16块内的块大小分配，整个16×16块上Z字形扫描的扫描技术导致编码的低效。换言之，这样的Z字形扫描导致相同值的较短的游程长度。
图4c说明了较佳的扫描技术，利用了给定块内系数排列的顺序。每个块404、406、408、410、412、414、416、418、420、422、424、426和428都采用了各自的Z字形扫描。一实施例中，每个块都采用不同的扫描图案，譬如垂直或水平的、或反向Z字形。尽管该实施例在保留最大游程长度方面非常好，然而为每个块计算各自的Z字形扫描在计算上更加密集，并且在硬件上难以实现。
因而，已经确定，像图5a和5b中所述的扫描实现那样的实现可能在使游程长度最大以及硬件实现容易性之间的最佳取得平衡。图5a说明了一个16×16块500，它通过块大小分配被细分成块504、506、508、510、512、514、516、518、520、522、524、526和528。一实施例中，不考虑BSA中止，采用了对16×16块的每个8×8象限的Z字形扫描。这样，块504、506、508和510被一Z字形扫描串行化，块512被一Z字形扫描串行化、块514被一Z字形扫描串行化、而块516、518、520、522、524、526和528被一Z字形扫描串行化。
图5b说明了一个16×16块550，它通过块大小分配被细分成块554、556、558、560、562、564、566、568、570、572、574、576和578。在该实施例中，对16×16块的每个8×8象限采取不同的扫描类型。通过评估8×8块内的值并且确定哪种扫描方法是最有效的，从而确定所采用的扫描类型。例如，在图5b中，为块554、556、558、560采取水平扫描，块562被一Z字形扫描串行化，块564被一垂直扫描串行化，而块566、568、570、572、574、576和578被一Z字形扫描串行化。另一实施例中，最佳扫描方法是逐帧确定的，这与以逐块的基础相对。与逐块方法相比，逐帧地确定最佳扫描方法计算上较不密集。
图6a说明了发生串行化的过程600。读取一组数据604。由于被读取的数据是基于可变块大小的，因此被读入的数据不具有统一大小或长度。数据被编辑608，或者被构造为可表示为16×16块的形式。然后，数据被分成4个8×8块大小612。然后对每个8×8块执行Z字形扫描616。然后，数据被路由至缓冲器620)。
图6b说明了串行化的另一实施例650。读取一数据帧654。评估数据帧已确定最佳的串行化技术658。根据评估，采取Z字形扫描662、垂直扫描664、或水平扫描668。在根据扫描方法之一进行串行化之后，数据被路由至缓冲器672。
回过头参照图1，经串行化的、经量化的系数的流被提供给可变长度编码器156。可变长度编码器156可能使用零值的游程长度编码，其后是哈夫曼编码。该技术在上述美国专利号5021891、5107345和5452104中详细讨论，这些专利都通过引用被结合与总结于此。游程长度编码器取得经量化的系数并从非零值系数中分出零值。零值被称为游程长度值，并且经受哈夫曼编码。非零值被分开地进行哈夫曼编码。
经量化系数的修正哈夫曼编码也是可行的，它用于优选实施例中。这里，在Z字形扫描之后，游程长度编码器会确定每个8×8块内的游程长度/大小对。这些游程长度/大小对接着经过哈夫曼编码。
哈夫曼编码是从图像的测得的或理论的统计量中设计的。已经观察到，大多数自然图像的组成是由：平坦的相对缓慢变化的区域、以及像对象边界和高对比度纹理这样的繁忙区域。通过向繁忙区域分配更多比特而向平坦区域分配较少比特，具有像DCT这样的频域变换的哈夫曼编码器采用了这些特征。通常，哈夫曼编码器利用查找表来对游程长度和非零值进行编码。一般使用多个表格，本发明优选的是3个表格，然后可以根据需要采用1个或2个表格。
编码器104所产生的压缩的图像信号可以用缓冲器160临时存储，然后用传输信道108发送到解码器112。包含块大小分配信息的PQR数据也被提供给解码器112。解码器112包括一缓冲器164和一可变长度解码器168，后者对游程长度值和非零值进行解码。
可变长度编码器168的输出被提供给反向串行化器172，后者按照所采用的扫描方案对系数排序。例如，如果使用了Z字形扫描、垂直扫描和水平扫描的混合，则反向串行化器172会根据所采用的扫描类型适当地重排系数。反向串行化器172接收PQR数据来帮助把系数适当地排序成复合系数块。
用选择器174把复合块提供给反向量化器176，用于撤销由量化器标度因子和频率加权掩模的使用所产生的处理。
然后，如果应用了差分四叉树变换，则把系数块提供给IDQT元件186，其后是IDCT元件186。否则，系数块被直接提供给IDCT元件190。IDQT元件186和IDCT元件190对系数进行反变换以产生一个像素数据块。然后，像素数据可能必须被内插、转换成RGB形式、然后为了将来的显示而被存储。
因而，给出了用于图像压缩的***和方法，它根据像素方差执行块大小分配。基于方差的块大小分配提供了几个好处。由于在确定块大小之后执行离散余弦变换，因此实现了高效的计算。仅需对所选的块执行计算上密集的变换。此外，块选择过程是有效的，因为计算像素的方差值数学上很简单。基于方差的块大小分配的另一好处是它是基于感觉的。像素方差是块内活动性的度量，并且指示了边缘、纹理等等的存在。它能比像素平均值这样的度量更好地捕获块的细节。这样，本发明的基于方差的方案向具有较多边缘的区域分配较小的块，向较平坦的区域分配较大的块。因此，在重建的图像中可以实现出众的质量。
作为例子，各种说明性的逻辑框、流程图、以及结合这里所公开的实施例描述的步骤可以用以下来实现：具有应用专用集成电路(ASIC)的硬件或软件、可编程逻辑器件、微处理器、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、譬如寄存器和FIFO、执行一组固件指令的处理器、以及常规的可编程软件和处理器，或者它们的组合。处理器最好是微处理器，但或者，处理器可以是任一常规处理器、控制器、微控制器或状态机。软件可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、DVD-ROM或本领域已知的任何其它形式的存储媒介内。
提供了优选实施例的前面描述，使得本领域的任何技术人员都能制造或使用本发明。对于本领域的技术人员而言，对于本发明的各种修改是显而易见的，这里所发现的基本原理也可以应用于其它实施例，而不使用创造性的能力。因此，本发明不是为了限制这里所示的实施例，但是符合与这里所公开的原理和新颖性特征一致的最宽泛的范围。

Claims (35)

1.数字影院***中，一种对基于频率的图像数据进行串行化的方法，所述方法包括：
编辑至少一组数据，它们可以被表示为一个16×16块；
把该组数据分成可被表示为4个8×8块的组；
对4个8×8数据块的每一个进行串行化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述串行化包括对4个8×8数据块的每一个进行Z字形扫描。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述串行化包括对4个8×8数据块的每一个进行垂直扫描。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述串行化包括对4个8×8数据块的每一个进行水平扫描。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编辑至少一个组包括：编辑一个数据帧，它可以被表示为多个16×16块。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于频率的图像数据被分成Y、Cb和Cr彩色分量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述Y、Cb和Cr彩色分量进一步被分成偶的和奇的彩色分量。
8.数字影院***中，一种压缩数字图像的方法，所述图像包括像素数据，所述像素数据被分成彩色分量，所述方法包括以下动作：
读取像素数据的一组彩色分量；
产生一块大小分配，以把像素的该组彩色分量分成像素数据的子块；
把像素数据的子块变换成相应的频域表示；以及
把频域表示按比例缩放成数据流，其中缩放动作是基于与图像质量相关的质量度量；
从数据流编辑至少一组数据，它们可能被表示为一个16×16块；
把该16×16的数据组分成可被表示为4个8×8块的组；以及
对4个8×8数据块的每一个进行串行化。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述按比例缩放动作还包括：向所述像素数据的子块提供频率加权的掩模的动作，使得频率加权掩模强调对人类视觉***更为敏感的图像部分，并且较不强调对人类视觉***较不敏感的图像部分。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述按比例缩放动作还包括：根据图像质量对像素数据的子块进行量化的动作。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述质量度量是信噪比。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述变换动作执行离散余弦变换。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述变换动作执行离散余弦变换，其后是差分四叉树变换。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述彩色分量是Y、Cb和Cr彩色分量。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述Y、Cb和Cr彩色分量被分成偶的和奇的彩色分量。
16.数字影院***中，一种对基于频率的图像数据进行串行化的装置，所述装置包括：
编辑至少一组数据的装置，该组数据可以表示为一个16×16的块；
把该组数据分成可被表示为4个8×8块的组的装置；
对4个8×8数据块的每一个进行串行化的装置。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述用于串行化的装置包括对4个8×8数据块的每一个进行Z字形扫描的装置。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述用于串行化的装置包括对4个8×8数据块的每一个进行垂直扫描的装置。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述用于串行化的装置包括对4个8×8数据块的每一个进行水平扫描的装置。
20.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述编辑至少一个组的装置包括：编辑被表示为多个16×16块的数据帧的装置。
21.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述基于频率的图像数据被分成Y、Cb和Cr彩色分量。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述Y、Cb和Cr彩色分量进一步被分成偶的和奇的彩色分量。
23.数字影院***中，一种压缩数字图像的装置，所述图像包括像素数据，所述像素数据被分成彩色分量，所述装置包括：
用于读取一组像素数据的装置；
用于产生一块大小分配来把该组像素分成像素数据的子块的装置；
用于把像素数据的子块变换成相应的频域表示的装置；以及
用于把频域表示按比例缩放成数据流的装置，其中缩放动作是基于与图像质量相关的质量度量；
用于从数据流编辑至少一组数据的装置，该组数据可能被表示为一个16×16块；
用于把该16×16的数据组分成可被表示为4个8×8块的组的装置；以及
用于对4个8×8数据块的每一个进行串行化的装置。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述变换动作执行离散余弦变换。
25.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述变换动作执行离散余弦变换，其后是差分四叉树变换。
26.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述彩色分量是Y、Cb和Cr彩色分量。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述Y、Cb和Cr彩色分量被分成偶的和奇的彩色分量。
28.数字影院***中，一种用于对基于频率的图像数据进行串行化的装置，所述装置包括：
编辑器，用于编辑可被表示为16×16块的至少一组数据；
分割器，用于把该组数据分成可被表示为4个8×8块的组；
串行化器，用于对4个8×8数据块的每一个进行串行化。
29.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述串行化器进一步包括一Z字形扫描器，用于对4个8×8数据块的每一个进行Z字形扫描。
30.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述串行化器进一步包括一垂直扫描器，用于对4个8×8数据块的每一个进行垂直扫描。
31.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述串行化器进一步包括一水平扫描器，用于对4个8×8数据块的每一个进行水平扫描。
32.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述编辑器用于对表示为多个16×16块的数据帧进行编辑。
33.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述基于频率的图像数据被分成Y、Cb和Cr彩色分量。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述Y、Cb和Cr彩色分量进一步被分成偶的和奇的彩色分量。
35.数字影院***中，一种用于压缩数字图像的装置，所述图像包括像素数据，所述装置包括：
阅读器，用于读取一组像素数据；
发生器，用于产生一块大小分配，以把像素组分成像素数据的子块；
变换器，用于把像素数据的子块变换成相应的频域表示；
比例缩放器，用于把频域表示按比例缩放成数据流，其中缩放动作是基于与图像质量相关的质量度量；
编辑器，用于从数据流中编辑至少一组数据，该组数据可被表示为一个16×16块；
分割器，用于把该16×16的数据组分成可表示为4个8×8块的组；以及
串行化器，用于对4个8×8数据块的每一个进行串行化。
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