專(zhuān)利名稱(chēng)：確定圖像信號(hào)量化數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像信號(hào)的壓縮，更具體地涉及用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置。
在常規(guī)圖像系統(tǒng)中，當(dāng)模擬信號(hào)的圖像數(shù)據(jù)輸入時(shí)，該模擬數(shù)據(jù)由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)由離散余弦變換器(DCT)轉(zhuǎn)換成頻率相關(guān)信號(hào)。該頻率相關(guān)信號(hào)的能量集中在低頻段，DCT的變換系數(shù)由量化處理過(guò)程轉(zhuǎn)換為參考值，然后該數(shù)據(jù)首先被壓縮。該量化參考值由鋸齒掃描從低頻段讀出，因此，該數(shù)據(jù)由游程長(zhǎng)度編碼轉(zhuǎn)換成比特流數(shù)據(jù)，圖像就被壓縮。
可是在前述的圖像系統(tǒng)，量化是場(chǎng)景質(zhì)量和所產(chǎn)生比特量的最重要因素。因此，由于數(shù)據(jù)是由量化處理按步長(zhǎng)而分離的，數(shù)據(jù)量受步長(zhǎng)的控制，場(chǎng)景質(zhì)量也隨步長(zhǎng)而改變。
在控制比特量的常規(guī)方法中，緩沖器的充滿以宏塊單元計(jì)算，以保持場(chǎng)景質(zhì)量為最佳狀態(tài)，如此來(lái)判斷緩沖器的充滿。因此，當(dāng)緩沖器的充滿較大時(shí)，量化參考量增加，以減小產(chǎn)生的比特量，如

圖1所示。另外，當(dāng)緩沖器的充滿小時(shí)，量化參考量減小，以增加產(chǎn)生的比特?cái)?shù)。因此，通過(guò)減小和增加產(chǎn)生的比特?cái)?shù)，可控制比特的發(fā)送數(shù)量，以防止緩沖器空。
圖2顯示了在一個(gè)場(chǎng)景中編碼類(lèi)型塊的量化矩陣，用于該編碼類(lèi)型塊的方法是控制MPEG-2比特?cái)?shù)的方法。該常規(guī)算法如下所示。
緩沖器的狀態(tài)由式(1)確定。
緩沖器狀態(tài)(j)＝初始緩沖器＋產(chǎn)生的比特(j-1)－目標(biāo)比特/MB(j-1)(1)其中，Buffer Stat(j)為緩沖器的狀態(tài)，InitBuffer為場(chǎng)景初始狀態(tài)時(shí)緩沖器的充滿程度，GenBits(j-l)為直到第(j-1)個(gè)宏塊所產(chǎn)生的比特?cái)?shù)，Target Bit是宏塊的目標(biāo)比特。
量化參考量為RefQuant(j)＝BufferStat(j)×31/React Parm (2)其中，RefQuant(j)為量化參考量，React Parm由式(3)表示React Param＝2×比特率/圖像率 (3)另外，宏塊的有效性為有效性＝1＋min[Bi-Variance(j，k)] (4)j＝0，1，2，…MBcnt-1k＝1，2，3，4其中，min[Bi-Variance(j，k)]是第(j，k)個(gè)塊變化的最小值。通常的有效性滿足下述關(guān)系。常規(guī)有效性＝ (5)[有效性(j)＋2×平均有效性]其中，Aver-Activity為有效性平均值。因此，宏塊的量化量由式(2)乘式(5)獲得宏塊量化量(j)＝參考量化(i)×常規(guī)有效性(j)(6)其中，Mquant(j)為宏塊的量化量。因此，按照第j個(gè)宏塊的量化量執(zhí)行量化處理，就可控制產(chǎn)生的比特。
可是在上述的量化處理中、由于場(chǎng)景的硬變換而使場(chǎng)景質(zhì)量損壞，邊緣模糊現(xiàn)象也產(chǎn)生了。因此，很難在該編碼系統(tǒng)中采用常規(guī)技術(shù)，在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)集中在確定的空間。
本發(fā)明的目的是要提供一種確定圖像系統(tǒng)量化數(shù)的裝置，該圖像系統(tǒng)中，計(jì)算離散余弦變換系數(shù)的有效性以計(jì)算目標(biāo)比特，可獲得用于離散余弦變換系數(shù)的編碼長(zhǎng)度，通過(guò)比較目標(biāo)比特和編碼的長(zhǎng)度來(lái)確定量化數(shù)，以執(zhí)行最佳的量化。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括離散余弦變換裝置，用于變換圖像數(shù)據(jù)；片段延遲裝置，用于對(duì)離散余弦變換裝置輸入的數(shù)據(jù)延遲一預(yù)定時(shí)間；量化裝置，用于量化從片段延遲裝置輸入的數(shù)據(jù)；可變解碼裝置，用于解碼由量化裝置量化的數(shù)據(jù)；格式化器，用于按照系統(tǒng)適合的形式，排列從可變解碼裝置輸入的數(shù)據(jù)；有效值計(jì)算裝置，用于在宏塊單元中計(jì)算由離散余弦變換裝置變換的離散余弦變換系數(shù)，從而計(jì)算有效性；目標(biāo)比特計(jì)算裝置，用于在宏塊單元中計(jì)算從有效性計(jì)算裝置輸入的數(shù)據(jù)的目標(biāo)比特；編碼長(zhǎng)度計(jì)算裝置，用于計(jì)算由量化和可變解碼離散余弦變換裝置的離散余弦變換系數(shù)而產(chǎn)生的比特；比較裝置，用于比較由編碼長(zhǎng)度計(jì)數(shù)裝置計(jì)算的編碼長(zhǎng)度和由目標(biāo)比特計(jì)算裝置計(jì)算的目標(biāo)比特；以及量化數(shù)確定裝置，用于通過(guò)計(jì)算從比較裝置輸入的數(shù)據(jù)而確定并輸出量化數(shù)。
有效性計(jì)算裝置包括一個(gè)比較器，用于將離散余弦變換裝置的系數(shù)數(shù)據(jù)與2相比較；一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于計(jì)數(shù)比2大的系數(shù)數(shù)據(jù)；一個(gè)加法器，用于在宏塊單元中相加計(jì)數(shù)器的系數(shù)。
目標(biāo)比特計(jì)算裝置包括乘法器，用于將有效性計(jì)算裝置的系數(shù)之和乘以片段目標(biāo)比特；加法器，用于將乘法器的輸出相加；以及除法器，用于將乘法器的輸出除以加法器的片段和，以得到宏塊的目標(biāo)比特。
圖1顯示了在圖像數(shù)據(jù)編碼期間緩沖器的控制曲線。
圖2是在該場(chǎng)景中編碼類(lèi)型塊的量化數(shù)矩陣。
圖3顯示了按照本發(fā)明的量化數(shù)確定裝置的結(jié)構(gòu)。
圖4顯示了圖3中有效性計(jì)算單元和目標(biāo)比特計(jì)算單元的結(jié)構(gòu)。
圖5顯示了圖3中編碼長(zhǎng)度計(jì)算單元的結(jié)構(gòu)。
圖6顯示了編碼長(zhǎng)度的計(jì)算操作。
參見(jiàn)圖3，按照本發(fā)明的量化數(shù)確定裝置包括DCT101，用于變換圖像數(shù)據(jù)；片段延遲單元102，用于將離散余弦變換單元102輸入的數(shù)據(jù)延遲預(yù)定時(shí)間；量化單元103，用于量化從片段延遲單元102輸入的數(shù)據(jù)；可變編碼單元104，用于可變地對(duì)量化單元104輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼；格式化器105，用于以適合于系統(tǒng)的形式排列從可變編碼單元104輸入的數(shù)據(jù)；有效性計(jì)算單元106，用于計(jì)算從DCT101輸入的數(shù)據(jù)；目標(biāo)比特計(jì)算單元107，用于計(jì)算從有效性計(jì)算單元106輸入的數(shù)據(jù)并輸出目標(biāo)比特；編碼長(zhǎng)度計(jì)算單元108，用于計(jì)算從DCT101輸入的數(shù)據(jù)并輸出16個(gè)編碼長(zhǎng)度之和；比較器109a-109o，用于將編碼長(zhǎng)度計(jì)算單元108輸入的編碼長(zhǎng)度之和與目標(biāo)比特計(jì)算單元107輸入的目標(biāo)比特相比較；量化數(shù)確定單元110，用于計(jì)算從比較器109a-109o輸入的數(shù)據(jù)，以確定量化數(shù)，并輸出確定的量化數(shù)到量化單元103。
有效性計(jì)算單元106包括比較器201，用于將DCT101系數(shù)與2比較，以判定該系數(shù)是否是0.1；計(jì)數(shù)器202，用于計(jì)數(shù)大于2的系數(shù)；以及加法器203，用于將計(jì)數(shù)器202計(jì)數(shù)的系數(shù)相加，以得到5個(gè)宏塊的系數(shù)和。
目標(biāo)比特計(jì)算單元107包括乘法器301a-301e，用于將有效性計(jì)算單元106的系數(shù)和乘以片段目標(biāo)比特值2680；加法器302，用于相加從乘法器301a-301e輸出的值，以得到片段之和；以及除法器303a-303e，用于將乘法器301a-303e輸出的值除以加法器302的片段之和，以得到目標(biāo)比特。
在上述的量化數(shù)確定裝置中，當(dāng)模擬信號(hào)的圖象數(shù)據(jù)輸入到圖象系統(tǒng)時(shí)，它被模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(未示出)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；然后由DCT101轉(zhuǎn)換成頻率相關(guān)信號(hào)。轉(zhuǎn)換的信號(hào)輸入到有效性計(jì)算單元106的比較器201，它判別離散余弦變換系數(shù)是否超過(guò)2，然后用計(jì)數(shù)器202對(duì)超過(guò)2的離散余弦變換系數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由計(jì)數(shù)器202計(jì)數(shù)的值由加法器203相加，以獲得宏塊單元有效性系數(shù)之和，然后輸出到目標(biāo)比特計(jì)算單元107。
在此種情況，該離散余弦變換系數(shù)的數(shù)目是場(chǎng)景復(fù)雜程度的重要因素。由于小系數(shù)不影響場(chǎng)景的復(fù)雜程度，可是，有效性計(jì)算單元106不管低于2的系數(shù)比特。因此，有效性計(jì)算單元106的輸出被乘以1片段的目標(biāo)比特2680，以獲得該片段比特。該片段比特由加法器302相加并成為片段之和。再有，該片段比特由除法器303a-303e除以片段之和以獲得片段和的比率，因此獲得五個(gè)宏塊的目標(biāo)。
1個(gè)片段和1個(gè)宏塊的目標(biāo)比特為1 seg-Target-bit＝1同步塊×5×8比特＝77字節(jié)×5×8比特＝2680比特 (7)1同步塊(宏塊)目標(biāo)比特＝
其中，seg0target-bit為一個(gè)片段的目標(biāo)MB-target-bit為一個(gè)宏塊的目標(biāo)。在式(8)中，當(dāng)存貯壓縮的圖象數(shù)據(jù)時(shí)，該目標(biāo)比特是恢復(fù)該五個(gè)宏塊的場(chǎng)景質(zhì)量的最佳位數(shù)。
另外，通過(guò)有效性計(jì)算單元106的有效性計(jì)算在目標(biāo)比特計(jì)算單元107中估價(jià)對(duì)應(yīng)于合適場(chǎng)景質(zhì)量的比特?cái)?shù)時(shí)，DCT101的六個(gè)變換系數(shù)被量化并由編碼長(zhǎng)度計(jì)算單元108編碼，以獲得圖5所示的實(shí)際編碼長(zhǎng)度。因此，在比較器109a-109o中，對(duì)于目標(biāo)比特計(jì)算單元107的宏塊的目標(biāo)比特與由編碼長(zhǎng)度計(jì)算單元108獲得的六個(gè)編碼長(zhǎng)度相比較。在量化數(shù)確定單元110中，計(jì)算從比較器109a-109o輸入的值，以判斷最接近目標(biāo)比特的編碼長(zhǎng)度，如此該判斷的值被作為量化數(shù)輸出到量化單元。
圖6顯示了執(zhí)行量化和可變編碼處理的二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)。在該圖中，用于確定量化數(shù)Qno的硬件的復(fù)雜程度減少了。通過(guò)將離散余弦變換系數(shù)的實(shí)際比特?cái)?shù)與宏塊的目標(biāo)比特相比較，如果該比特大于目標(biāo)比特，執(zhí)行上邊的樹(shù)路徑。相反，如果該比特?cái)?shù)小于目標(biāo)比特，則執(zhí)行下邊的樹(shù)路徑。在此情況，由于用了乘法器，對(duì)于各個(gè)步驟只需要一個(gè)可變編碼器。
當(dāng)用有效計(jì)算單元106和目標(biāo)比特計(jì)算單元107估價(jià)對(duì)應(yīng)于合適場(chǎng)景質(zhì)量的比特?cái)?shù)時(shí)，由編碼長(zhǎng)度計(jì)算單元108執(zhí)行離散余弦變換系數(shù)的實(shí)際編碼處理，量化數(shù)由比較器109和量化數(shù)確定單元110計(jì)算，從DCT101輸入的數(shù)據(jù)在片段延遲單元102中延遲并輸出到量化單元103。在量化單元中，按照量化數(shù)確定單元110通過(guò)片段延遲單元102輸入的DCT變換系數(shù)被量化并轉(zhuǎn)換為參考量。
在可變編碼單元104中，量化單元103的參考量通過(guò)鋸齒掃描從低頻范圍讀出，因此該數(shù)據(jù)變成游程長(zhǎng)度編碼，然后為比特流數(shù)據(jù)。比特流數(shù)據(jù)被格式化器105轉(zhuǎn)換為適合該系統(tǒng)的格式，以壓縮該圖象數(shù)據(jù)。
盡管有效性是通過(guò)獲得宏塊單元中系數(shù)數(shù)目而計(jì)算的，在本發(fā)明中，該有效性也可通過(guò)獲得系數(shù)數(shù)目而直接獲得。
另外，當(dāng)計(jì)算離散余弦變換系數(shù)的編碼長(zhǎng)度時(shí)，只用八個(gè)量化和可變編碼模塊就能獲得八個(gè)的比特和，因此六個(gè)的比特和可以被計(jì)算。
Q21＝(Q2i－Q2(i－1))/2＝Qi (9)在用六個(gè)量化和可變編碼模塊獲得比特和之后，也就能計(jì)算十二個(gè)的比特和。
Q3i－(Q3i－Q3(i－1))/3＝Q3i－1 (10)Q3i－[(Q3i－Q3(i－1))/3]×2＝Q3i－2(11)在上述的圖象信號(hào)量化數(shù)確定裝置中，由于目標(biāo)比特以有效性的比率計(jì)算，不被格式化器使用的數(shù)據(jù)為最小的數(shù)據(jù)，量化處理有效地執(zhí)行。另外，因?yàn)閳D象數(shù)據(jù)被記錄在記錄空間，而它是以一定尺寸確定的以由有效的量處理平均地分配場(chǎng)景質(zhì)量，所以場(chǎng)景質(zhì)量提高了。
以上結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但我們的意圖并不是將本發(fā)明限制在該詳細(xì)的描述中，除非特別說(shuō)明了，本發(fā)明的精神和范圍應(yīng)由權(quán)利要求更寬地加以確定。
權(quán)利要求
1.一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，包括離散余弦變換裝置，用于變換圖象數(shù)據(jù)；片段延遲裝置，用于將從所說(shuō)離散余弦變換裝置輸入的數(shù)據(jù)延遲一預(yù)定時(shí)間；量化裝置，用于量化從所說(shuō)片段延遲裝置輸入的所說(shuō)數(shù)據(jù)；可變編碼裝置，用于可變地對(duì)從所說(shuō)量化裝置輸入的所述數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼；格式化器，用于變換從所說(shuō)可變編碼裝置輸入的數(shù)據(jù)為適當(dāng)?shù)母袷剑挥行杂?jì)算裝置，用于在宏塊單元中計(jì)數(shù)所說(shuō)離散余弦變換裝置的離散余弦變換系數(shù)的數(shù)目，并計(jì)算有效性；目標(biāo)比特計(jì)算裝置，用于計(jì)算從所說(shuō)有效性計(jì)算裝置輸入的所說(shuō)數(shù)據(jù)的目標(biāo)比特；編碼長(zhǎng)度計(jì)算裝置，用于計(jì)算實(shí)際產(chǎn)生的比特，所說(shuō)編碼長(zhǎng)度計(jì)算裝置對(duì)所說(shuō)離散余弦變換裝置的所說(shuō)離散余弦變換系數(shù)進(jìn)行量化并可變地編碼；多個(gè)比較裝置，用于將所說(shuō)編碼長(zhǎng)度計(jì)算裝置的編碼長(zhǎng)度與所說(shuō)目標(biāo)比特計(jì)算裝置的所說(shuō)目標(biāo)比特進(jìn)行比較；以及量化數(shù)確定裝置，用于確定從所說(shuō)比較裝置輸入的所說(shuō)數(shù)據(jù)的量化數(shù)，并將所說(shuō)量化數(shù)輸出到所說(shuō)量化裝置。
2.按照權(quán)利要求1的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中從所說(shuō)片段延遲裝置輸入的所說(shuō)數(shù)據(jù)被量化裝置轉(zhuǎn)換為參考量。
3.按照權(quán)利要求1的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)參考量被所說(shuō)可變編碼裝置轉(zhuǎn)換為比特流數(shù)據(jù)。
4.按照權(quán)利要求3的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)參考量通過(guò)鋸齒掃描從低頻范圍讀出，以由所說(shuō)可變編碼裝置進(jìn)行游程長(zhǎng)度編碼。
5.按照權(quán)利要求1的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)有效性計(jì)算裝置包括比較器，用于將所說(shuō)余弦變換裝置的所述余弦變換系數(shù)與預(yù)定值比較計(jì)數(shù)器，用于計(jì)算所說(shuō)離散余弦變換系數(shù)的數(shù)目；以及多個(gè)加法器，用于相加由所說(shuō)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的變換系數(shù)。
6.按照權(quán)利要求5的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)變換系數(shù)的和為5的宏塊單元。
7.按照權(quán)利要求5的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)的預(yù)定值為2。
8.按照權(quán)利要求5的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不為0的所說(shuō)離散余弦變換系數(shù)。
9.按照權(quán)利要求5的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不為0和1的所說(shuō)離散余弦變換系數(shù)。
10.按照權(quán)利要求5的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不為0、1和2的所說(shuō)離散余弦變換系數(shù)。
11.按照權(quán)利要求1的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)目標(biāo)比特計(jì)算裝置包括多個(gè)乘法器，用于將從所說(shuō)有效性計(jì)算裝置輸入的所說(shuō)系數(shù)之和乘以片段目標(biāo)比特；加法器，用于分別將乘法器的輸出相加；以及多個(gè)除法器，用于將所說(shuō)乘法器的輸出除以所說(shuō)加法器輸出的片段和。
12.按照權(quán)利要求11的一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，其中所說(shuō)片段目標(biāo)比特滿足下式1seg-Target-bit＝1同步塊×5×8比特77字節(jié)×5×8比特＝2680比特其中，seg-Target-bit為片段目標(biāo)比特。
全文摘要
一種用于確定圖象信號(hào)量化數(shù)的裝置，包括離散余弦變換裝置、片段延遲裝置、量化裝置、可變編碼裝置、格式化器、有效性計(jì)算裝置、目標(biāo)比特計(jì)算裝置、編碼長(zhǎng)度計(jì)算裝置、多個(gè)比較裝置、以及量化數(shù)確定裝置。在上述的圖象信號(hào)量化數(shù)確定裝置中，由于目標(biāo)比特以有效性的比率計(jì)算，所以不被格式化器使用的數(shù)據(jù)為最小數(shù)據(jù)，量化處理能有效地進(jìn)行。
文檔編號(hào)H04N7/30GK1157441SQ9611005
公開(kāi)日1997年8月20日 申請(qǐng)日期1996年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月19日
發(fā)明者崔炳胡 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社