CN87106840A - 减缩位速率的方法和电路装置 - Google Patents

Abstract

该方法描述了位速率的减缩，特别是具有系数字块的视频信号的位速率的减缩。该系数的特点是它们大部分为零值。由此，一个后面带有系数的零运行被认为是一个事件，所提供的零行程保持在低于一个最大值。如果达到该最大值，则带有后面系数最大零运行被认为是一个事件，然后接着的该系数被认为是另一事件。为了传送的目的，每一事件被霍夫曼代码字所确定。

Description

本发明涉及一种用于减缩位速率的方法和电路装置。当对包括有一串数字信号值和在运行中出现的频度最高，信号值为A的信号编码时，要进行位速率的减缩。

一篇由Wen-Hsiung    Chen和William    K.pratt发表的文章（When-Hsiung和Pratt，William    K.：情景自适应编码器，IEEE通信学报32卷3期第225-232页，1984年3月）描述了一种以最小可能的位速率来传送高质量视频图象的视频信号编码过程。这种编码由几步来实现。首先，由象素块表示的相等的视频部分服从于不连续的余弦变换。在这个变换过程中采用了特殊的二维富立叶变换。由于这个变换，由原始的字块得出了新的数值（系数）块。这个系数块具有这样的特性，即它的元素的大部分（也就是大部分的系数）是近似等于0或恰好等于0。这些系数随后的量化总是使得大部分的元素为0，结果使之随后的霍夫曼编码因此包含了值得考虑的位速率减缩。上述文章的作者实现了进一步的位速率的减缩，其中系数是按霍夫曼编码顺序排列的中间信号的零运行频繁出现。

众所周知，在霍夫曼编码中，各代码字有不同的长度，使用编码信号的统计特性。在目前条件下，这特别意味着研究在什么频率上具有长度为1，2，3等的零运行在上述中间信号中出现。最短的霍夫曼代码字指定出现最频繁，其次较长的代码字指定出现频度较小，等等。

根据上述文章，需要二张霍夫曼编码表对中间信号进行编码。第一张表表明与0不同的系数（被量化）如何被编码。因为相等大小的系数出现的频度相同，所以仅仅是系数的数值被编码。符号是按一个单独位方式传送的。第二张表表示行程如何被编码。为了在编码期间从另外的表中识别出一张表的代码字，采用一个单独的代码字（称之为行程前缀）来识别被编码的行程。

本发明的目的是提供一种对在前面开始段落中所提及的那种类型的信号进行编码的方法，以及包括在特殊情况下由图象编码操作所引起的一个中间信号，导致比目前所知的要大的位速率的减缩。

本发明的任务按这样一种方式来解决，就是将一个霍夫曼代码字指定为具有长度为0，1，2等的信号值A的各自的运行，与信号值一起随后运行或与信号值一起提前运行。

本发明的有益的实施例，特别是适用于在开始部分所描述的信号的特殊情况以及用于实现本发明所提出的方法的电路装置，可以从下面的子权利要求中得到。

下面将用举例的方法并参照附图来详细地对本发明进行说明。

图1是一张说明各事件出现的表。

图2是一张解释各事件分离的表。

图3至图5表示的是编码表，以及

图6是根据本发明对视频信号编码的各装置的电路图。

在下面的各个实施例中说明了在开始段落中所提及的信号和在视频图象元素的编码块之后出现的信号。在开始段落中所提及的信号值是系数块的系数或元素，因为在中间信号中它出现的运行频度最大，因而其信号值为0值。

按照本发明，所出现的一个零运行和这个运行之后的系数被认为是一个被编码的事件。重要的是，当一个和0不同的系数不是先于一个或多个0系统-因此一个行程0出现时，也作为一个被编码的事件来处理。

在视频信号中出现的每一个事件具有一个特征频度。已被证实（例如可用测量），当具有0值的上述系数运行变得较长时，小数值的系数比大数值系数出现的频度要高。

图1示出了视频信号在余弦变换和随后被量化的情况下，上述各事件的频度分布。表中的每一区域代表由零行程L和随后（量化）的系数B值所表征的一个事件。数值B用没有零的自然数标出，长度L由带零的自然数标出。为了使这张表不变为任意大，所有大于或等于9的B值的事件合并为一个事件。对于L大于或等于9时也同样适用。

不同区域中所标的数表示在具有大约15000个信号值的量化的视频信号中，通常如何出现有关事件，在表中示出霍夫曼代码字的分配：数列L＝0，B＝1可得到最短的代码字，接着数列L＝1，B＝1给出了相邻较长的代码字，等等。

如果表中各事件的区域的代码字是用各个频率来表示，那么就得到了二维编码表。由于这种编码表一般可由本技术领域的熟练技术人员来建立，因而相应于图1的这些事件没有标出。为了完整性，应注意的是，在给定霍夫曼代码字之后对于L大于或等于9或者B大于或等于9的事件跟随着的最大数是11比特，这个比特分别给予接收机有关L值和B值的准确的信息。

根据上述二维编码表来编码的视频信号与在开始部分段落所述的编码法相比较，可得到12%的附加位速率的减缩。

这个附加的位速率的减缩是可能的，因为例如具有三个连续为零运行且随后的系数为2的事件所出现的几率与三个连续为零运行出现的几率和系数为2出现的几率的乘积无论如何是不同的。

现在较详细地研究一下图1的局限性。从上述的实施例明显地看出，根据图1进行编码的各事件的数目是保持在有效的限度内，因为如果行程L大于8，那么所有随后系数值相等的零运行都被认为是一个事件。

相类似地，如果随后的系数值B大于8，那么所有相等长度的零运行也被认为是一个事件。

如图1所示的那样，对那些有关相对来说很少出现的事件是用相对长的霍夫曼代码来编码的。因为用于解码的接收机知道准确的零行程或准确的系数值，以使信息没有任何损失。将一个附加的代码字加到霍夫曼代码字上（如上面已经指出的），可以得到精确的长度或精确的数值或精确的长度和数值。

用霍夫曼代码字和附加的信息可清楚地说明被编码的状态。因为这种结合的比特位的数目也取决于信号的统计特性，这种组合也将在接收机和解码器上出现，以便使基于这种组合的状态在接收机末端可以被清楚地识别。

在这种检测情况中，被规定的霍夫曼代码字的长度可达30比特。因为处理至多是16比特全长的代码字不需任何特殊的装置，而例如利用16位的微处理器处理30比特的代码字是可能的，只要将给的事件分为各子事件（以改善迄今所述的方法），其长度至多是16比特的这些代码字足够用于所有事件和子事件的编码。现在将较详细地说明这种分离。

首先，一个被编码的事件，它包括一个L＝L_m零运行并带有随后的值为B＝B_m的系数，这个事件被标为（L_m，B_m）。与前文所述相反的是现在明显地允许B_m＝0。因为不会出现任意大的系数值，所以在实际中出现的事件（L_m，B_m）的二维差异是有限的，但是它还是很大的。所以，所使用的霍夫曼代码字的数目和长度相应地增大。为了减小被编码事件的总数，其出发点是，例如一个随后的系数值为7的19个零运行可分为几个部分，第一部分表示16个零的运行，第二部分表示3个零的运行，第三部分是没有零及随后的系数值为7的运行。这些部分的每一部分都被认为是一个子事件，这些子事件用霍夫曼代码字来编码。每一部分的长度都小于可予先给定的值，这在下面还要进一步交待。

图2说明这种分离。图2的水平方向表示各系数全部出现的值B（包括0值），垂直方向表示0值的运行系数的长度（起始也为0）。指出的“事件区域”代表事件（L_m，B_m），也就是说，L_m个零后面是B_m值的系数。例如，事件（0，3）意味着由0运行领先的系数值为3的事件，意味着不存在邻先0值的系数。信号中被隔开的零用符号事件（0，0）表示。坐标（3，3_m）尤其是指该事件中B_m值的系数是继连续三个零而发生的。因为对于B_m，零值也是允许的，那么事件（3，0）意味着存在四个连续的零。

图2所示的一条折线将连续的区域分为两个区域，左边区域是由被认为是可编码的事件组成，右边区域的事件被认为是不可编码的。对于一个信号值（相应于可编码事件）部分，其最大长度为16;包含事件（0，15），（1，15）和（2，15）。其余的可编码事件的相应的信号部分都较短。可编码和不可编码事件并不全是随意分的;最常出现的事件应当同可编码事件相关联。带×号的不可编事件（8，7）将被分离，例如分离为事件（0，7）和事件（7，0）。这种分离有各种可能，最简单表达为“在事件的轴向上的投影”。与可编码事件有关的该事件区域中的数字表示对事件进行编码的霍夫曼代码字的长度（此后表示比特数）。这个代码字还包括系数的符号和有关B值数值的可能的数据，它们都不长于16比特。就调整的霍夫曼代码字而论，假定不出现大于136的系数。

图3-图5给出了所采用的霍夫曼代码字的精确的结构。为了表示字块末端的特性，第一个代码字11代表被编码信号值;在传送中，它是接着一个与系数块相关的最后代码字之后产生的。图3-图5的第一列表示连续的编号，第二列表示系数B的值，第三列表示零运行的长度L。根据图2，后面的两个数据组合的结果是一个可编事件的“坐标”。图3-图5的第四列是用比特方式表示的代码字。S位表示符号位。用“-”标明的位置是无意义的位置。用“+”标明的位置包含的被编码的系数的值大于8。最后一列再次表明该霍夫曼代码字的长度。

进一步减缩位速率的可能性是由于这样一种事实（如象本实施例）就是被编码的信号按照字块来构成。如象已经表明的，一个系数块的各个系数从它的下一个字块用“字块末端”信号来分离。这个“字块末端”信号被换成一个代码字（比较图3），当下面类型的m（可编码）事件按顺序排好并变为被指定代码字的顺序时，这个“字块末端”信号被变换成一个代码字（参见图3）。

（L₁，B₁）

（L₂，B₂）

……（1）

（L_m，B_m）

事件的编号m取决于这些系数的特定的值。如果包含的所有系数字块，例如63零运行带有随后的值为1的系数，它仅分成一个事件即（63，1）或根据图2分成几个可编码事件。事先并不知道一个系数字块分离成多少个可编码事件，由于这个原因，分离的字块必须已经借助于一个“字块末端”信号彼此分开。在接收机终端，被传送的霍夫曼代码字被重新变换为事件，并且这些事件再次被转换为系数序列，例如64系数。接收机知道这个64系数是与一个系数字块有关。

为了进一步解释和简单起见，假定所涉及的是4×4字块，这样一个字块总共包含了16个系数，与一个字块有关的所有数据，根据随后字块的数据被一个“字块末端”符号分开。这个符号和相应的代码字把按事件编码的信号的分离排除在外。例如一个十进制的字块的系数顺序的形式为：

××    4005000050000001    ××    （2）

根据式（1），这个字块分成如下的事件

（0，4）

（2，5）（4，5）    （3）

（6，1）

根据上面的式（1）或式（3），一个字块的系数顺序总是可以分成几个事件，在它们被进一步处理之前，这些系数被暂时贮存起来。式（2）中各系数的暂时顺序和式（1）式（3）中各事件的暂时顺序相应于它们书写记录的顺序（采用欧洲的书写法）。按照式（2）实施例中的符号××表示上述的字块和被说明的字块的“字块末端”符号。

在式（2）中的各个不同于0的系数都是正的，并表示是最小单位（也就是1）的整数倍。从式（3）可以看出，最后的一个事件是（6，1）没有指明指定事件的霍夫曼代码字。

对于接收机，首先检验最后事件所接收的权，即检验根据式（2）的字块（6，1）的权。在图象编码中，一般经验已证明，当后面的系数值较小时，具有大于5个零运行的事件的传送就变得没有什么价值了。如按照这个经验规则，检验到的L＝5和B＝1的事件就不再传送，最后事件的传送也不再发生。这时根据同样的标准检验前面一个事件（4，5）。因为事件（4，5）和指定的霍夫曼代码字必须传送，在式（2）的例子中将终止对这个字块的检验。

在接收机终端对霍夫曼代码字解码之后，按照式（2）字块的所有系数能恢复原状，除与不传送事件相关的之外。然而，由于与字块的最后系数相关，在接收机终端被解码的系数随0值的系数增长，直到系数的总数为16为止。

图6给出了一种根据可编码事件来实现系数顺序的简单分离的电路装置。由于本技术领域里的技术人员熟知的原因，图中没有给出所用的时钟脉冲和二进制逻辑运算的详细过程。在图6的电路装置中，被编码的各个事件包括一个零值运行的系数和一个随后的系数。如果被编码信号的行程L超过予定的长度Lmax，则有关的事件不能被编码并被分成几个可编码事件。由于予定的最大长度Lmax不取决于随后的系数，所以这些随后的系数不需延迟或中间存贮。

这些系数从输入端E通过多路引线e逐次地加到寻址存贮器PROM的地址输入端和比较电路K的第一输入端。多路引线e包含有和用二进制数表示的系数所需的比特位一样多的导线。在存贮器PROM中存有一个编码表。

计数器Z的位置通过多路引线f加到比较器K的第二输入端E₂。多路引线f还同时连接到存贮器PROM的其他地址输入端。

假定一个不是零的系数出现在输入端E₁，这时比较电路A从它的输出端A₂提供一个脉冲，这个脉冲通过一条引线加到计数器Z的复位输入端R和触发电路FF的时钟输入端C₂，利用这个脉冲使计数器复位到零状态，出现在存贮器PROM输出端的代码字被触发电路以位并联方式接收。这个代码字可从图6所示的电路装置的输出端获得。因为它们都具有相同的长度，在输出端A出现的代码字不是最终的霍夫曼代码字。将相同长度的代码字变换为不等长度的代码字以及相反的变换（在接收机末端需要后一种变换）参考专利申请DE 3510902，DE3510901和DE3632682。

如果出现在输入端E₁的是零，则比较电路K从另一输出端A₁供给一计数脉冲并加到计数器Z的时钟输入端C₁，计数器Z的计数加1。比较电路K将实际的计数与Lmax值连续地进行比较，Lmax是存贮在其中的一个存贮器中，图中没有画出。如果计数达到最大值Lmax，则不再提供计数脉冲，而改为从输出端A₂提供复位或转换脉冲。

在图6的电路装置中，对整个系数（也包含它们的符号）进行处理。为了修改，各系数符号是以单独方式加到电路装置的输出端A的，根据用比较电路K的比较和用可编程存贮器PROM确定代码字而把它们除外。

Claims (10)

1、一种减缩位速率的方法，编码信号包括一个用数字表示值的序列和一个运行中出现频率最高的信号值A，其特征是一个霍夫曼代码字确定信号A的每一个行程0，1，2等，信号值在运行的后面或者在运行的前面。

2、按照权利要求1的方法，其特征是如果运行超过了一予定长度和/或如果后面或前面的信号值超过了一予定值，则相同的霍夫曼代码字确定信号A的每一行程，信号值在运行的后面或者在运行的前面。

3、按照权利要求1或2的方法，其特征是如果伴随运行前面或后面的信号值的信号值A超过了一予定的长度，则所说的所有的运行按这样的方式被分成几部分，其中的每一部分的长度低于一予定值，并且每一部分被霍夫曼代码字所确定。

4、按照权利要求1或2或3的方法，其特征是该信号包括一个系数序列，该系数接着导致后来被量化的视频信号的象素顺时针变换，并且其中的信号值A为零。

5、按照权利要求1的方法，其特征是一个字块的最后的霍夫曼代码字不被传送的有利和不利是在一个具有相等长度字块结构的信号中进行检验，在有利占优势的情况下，不传送霍夫曼代码字，主要用在先的霍夫曼代码字作为紧接前面的霍夫曼代码字重复相同的检验。

6、按照权利要求5的方法，其特征是如果和信号值A相关的长度超过了一个取决于后面的信号值的数值的界限，则不传送被检验的霍夫曼代码字。

7、按照权利要求6的方法，其特征是该信号包括一个系数序列，该系数接着导致后来被量化的视频信号的象素顺时针变换，并且其中信号值A为零值，如果与零运行相关的长度大于5并且后面的信号值具有不为零的可能的最小值时，被检验的霍夫曼代码字不被传送。

8、按照权利要求4或7的方法，其特征是该霍夫曼代码字与零运行的后面的或前面的系数的符号无关，其中该符号是被单独的比特位所编码。

9、用来完成权利要求1至8的任一个权利要求的电路装置，其特征是带有予定延迟的二进制编码系数加到存贮器（PROM）的地址输入端和比较电路（K）的第一输入端，计数器Z提供的计数被加到有存贮器（PROM）的另一地址输入端和比较电路（K）的第二输入端（E₂），如果在第一输入端（E₁）出现零值系数，则比较电路（K）从第一输出端（A₁）提供一个计数脉冲至计数器（Z），如果计数不超过在一存贮器中所存的值，则比较电路（K）从第二输出端（A₂）提供一个脉冲，如果提供的计数脉冲不满足这个条件，借助于比较电路（K）第二输出端（A₂）的脉冲使计数器（Z）复位，在存贮器（PROM）输出端出现的代码字被传送到中间存贮器（FF）。

10、按照权利要求9的电路装置，其特征是仅仅该系数的值被加到存贮器（PROM）和比较器电路（K）的地址输入端，该系数的符号位通过一条单独的线加到电路装置的输出端（A）。

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