專利名稱：電視圖像數(shù)字信號編碼器和解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以給對應(yīng)于隔行的掃描的場圖像的數(shù)字信號進(jìn)行編碼的編碼器，該編碼器包括第一可變長度編碼信道、第二可變長度編碼信道、第一預(yù)測信道和第二預(yù)測信道，第一可變長度編碼信道由串聯(lián)配置的用以壓縮隔行掃描數(shù)據(jù)的第一部分和編碼部分組成，第二可變長度編碼信道與第一可變長度編碼信道并聯(lián)，由串聯(lián)配置的用以壓縮逐行掃描數(shù)據(jù)的第二部分和編碼部分組成，第一預(yù)測信道用以根據(jù)所述第一部分的輸出信號進(jìn)行預(yù)測，第二預(yù)測信道與第一預(yù)測信道并聯(lián)，用以根據(jù)所述第二部分的輸出信號進(jìn)行預(yù)測，所述第二部分的輸入側(cè)有一個(gè)用以對各場解除隔行掃描的電路，所述第二預(yù)測通道則有一個(gè)用以對各場重新進(jìn)行隔行掃描的電路。本發(fā)明特別適宜按MPEG1(“運(yùn)動(dòng)圖像專家組”這是國際標(biāo)準(zhǔn)組織中處理“運(yùn)動(dòng)圖像”編碼順序問題的工作組)標(biāo)準(zhǔn)對電視信號進(jìn)行編碼和解碼。
MPEG1標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范規(guī)定，所處理的圖像要求按一定的順序排列。但即使原圖像是電視圖像，即有兩個(gè)隔行掃描場的圖像，MPEG編碼時(shí)視為在同一時(shí)刻獲取的信息組成部分的這兩個(gè)場在較小的程度上實(shí)際上對應(yīng)于相隔20毫秒場間間隔的數(shù)據(jù)。在運(yùn)動(dòng)非常迅速的圖像順序中，這種顯著的場間運(yùn)動(dòng)使圖像產(chǎn)生各種缺陷，例如圖塊中出現(xiàn)寄生頻率而產(chǎn)生的梳狀效應(yīng)。
按照MPEG1標(biāo)準(zhǔn)，各圖像切割成16×16個(gè)像素的宏圖塊，該宏圖塊由四個(gè)供亮度用的8×8個(gè)像素圖塊和兩個(gè)供色度用的8×8個(gè)像素圖塊組成。從

圖1中可以看到，在這種宏圖塊中，在圖像靜止時(shí)，即使該宏圖塊的各行交替對應(yīng)于兩個(gè)彼此間隔20毫秒的隔行掃描場中的一個(gè)或另一個(gè)隔行掃描場，其豎向結(jié)構(gòu)也令人滿意地保持排列成行的情況。圖2示出了場間運(yùn)動(dòng)量顯著且因宏圖塊奇數(shù)行的信息組成部分和偶數(shù)行信息組成部分的時(shí)移而出現(xiàn)梳狀效應(yīng)的情況下的同一垂直結(jié)構(gòu)。
美國專利5，091，782介紹了一種數(shù)字視頻信號的編碼器，其中在進(jìn)行編碼之前以兩種不同的方式處理兩個(gè)隔行掃描場。一方面，各隔行掃描場經(jīng)過分離，再劃分為若干圖塊，然后對各圖塊進(jìn)行正交變換，再進(jìn)行量化，另一方面，對如此得出且其兩個(gè)場的空間一致的各圖塊重新隔行掃描，以便進(jìn)行正交變換和量化。對如此經(jīng)量化的兩個(gè)不同信號序列分別就量化前的信號進(jìn)行誤差計(jì)算，從而可以根據(jù)原信號的運(yùn)動(dòng)，從所述兩個(gè)經(jīng)量化、待編碼的信號序列中最后選定其中的一個(gè)信號序列，即誤差最小的信號序列。
本發(fā)明的目的是提出一種這樣的編碼器它可利用另一種壓縮數(shù)據(jù)的技術(shù)方案，并且考慮到了圖像中有或多或少的顯著運(yùn)動(dòng)。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明涉及本說明書開端所述的那種編碼器，該編碼器的特征在于，它有一個(gè)判斷組件，該組件由比較裝置和選擇裝置組成，比較裝置用以將第一和第二編碼信道的輸出信號進(jìn)行比較，選擇裝置則用以根據(jù)所述比較結(jié)果選擇編碼信道和預(yù)測信道。
我們提出的這種結(jié)構(gòu)，其特有的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施起來更簡單，即與上述編碼器相比，它無需對原信號進(jìn)行任何誤差計(jì)算，只是建立在編碼之后進(jìn)行的對位元數(shù)的比較這個(gè)基礎(chǔ)上。
圖1和圖2示出了部分圖像中在圖像中有顯著運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的稱之為做“梳狀結(jié)構(gòu)”的缺陷，該圖像部分是由四個(gè)亮度圖塊構(gòu)成的組合。
圖3示出了本發(fā)明編碼器的一個(gè)實(shí)施例。
圖4和5分別示出了在第一和第二編碼信道進(jìn)行編碼之前出現(xiàn)的由四個(gè)圖像圖塊組成的同樣組合。
圖6示出了適用于處理由本發(fā)明的編碼器接收來的編碼信號的解碼器的一個(gè)實(shí)施例。
圖3中所示的編碼器包括接收待編碼數(shù)字信號的第一可變長度編碼信道10和根據(jù)編碼前可獲得的信號進(jìn)行預(yù)測的第一信道20。編碼信道10包括串聯(lián)配置的正交換電路12(在本實(shí)施例中為離散余弦變換)、量化電路13、可變長度編碼電路14和緩沖存儲(chǔ)器15(其輸出端S1構(gòu)成編碼器的輸出端)以及在該緩沖存儲(chǔ)器與電路13之間用以調(diào)節(jié)量化級因而調(diào)節(jié)比特率的返回接線16。預(yù)測信道20在編碼之前接收信號，且包括在電路13的輸出端，串聯(lián)配置的反量化電路21和反正交變換電路22(在此情況下為反離散余弦變換)，確保對電路13和12所進(jìn)行的處理進(jìn)行相應(yīng)的反變換。電路22的輸出信號加到加法器23的第一輸入端，加法器23的輸出信號則存入圖像存儲(chǔ)器24中。
存儲(chǔ)器24的輸出信號加到運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償級60;該補(bǔ)償級包括運(yùn)動(dòng)估計(jì)電路61和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償電路62。電路62的第一輸入端接收存儲(chǔ)器24的輸出信號，第二輸入端接收電路61的輸出信號。電路61接收編碼器的數(shù)字輸入信號并確定每個(gè)圖塊表示其相對于原先發(fā)送出去以便進(jìn)行編碼的相應(yīng)圖塊的運(yùn)動(dòng)的位移矢量(該確定叫做圖塊匹配)。經(jīng)如此確定的矢量加到運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償電路62的第二輸入端。這些位移矢量也提供給下面即將談到的解碼器上。
電路62提供一個(gè)預(yù)測圖塊，此預(yù)測圖塊與前面圖塊之差由配置在正交變換電路62上游的減法器25確定。預(yù)測圖塊也加到加法器23的第二輸入端。減法器25的第一輸入端接收格式轉(zhuǎn)換電路75的輸出信號，電路75則接收編碼器對應(yīng)于準(zhǔn)備在其輸出端以圖塊的形式顯示的圖像的數(shù)字輸入信號。因此電路12輸入端處的數(shù)字信號是一些表示預(yù)測誤差的信號，這里預(yù)測誤差即為各原圖像圖塊與預(yù)測圖塊之間的差異，這是在預(yù)測通道20中進(jìn)行去量化電路21的輸入端與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償電路62的輸出端之間的各項(xiàng)操作之后從該兩圖塊推導(dǎo)出來的。
圖3的編碼器還包括可變長度第二編碼信道30連同有關(guān)的第二預(yù)測信道40以及判斷組件50。第二編碼信道30與第一編碼信道并聯(lián)配置，包括，在減法器25的輸出端，串聯(lián)配置的場隔行掃描抑制電路31、第二正交變換電路32、第二量化電路33和第二可變長度編碼電路34。信道30還包括緩沖存儲(chǔ)器15，以及如上述將緩沖存儲(chǔ)器15與電路33連接起來用以調(diào)節(jié)量化間隔和比特率的返回接線36。與第一信道類似，與該通道30有關(guān)的第二預(yù)測信道40包括串聯(lián)配置的第二去量化電路41、第二反正交變換電路42、第二加法器43、第二圖像存儲(chǔ)器44和在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償級60中的第二運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償電路64。信道40還包括對各場再進(jìn)行隔行掃描的電路，串接在電路42與43之間。信道40的輸出端，即電路64的輸出端，接第一預(yù)測電路20的負(fù)輸出端(即電路62的輸出端)，以便共同加到減法器25的負(fù)輸入端上。第二電路32、33、34、41、41、43、44、64分別與第一電路12、13、14、21、22、23、24、62相對等。
判斷組件50包括比較級和選擇級。比較級包括用以對編碼電路14輸出端處的比特元數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的第一計(jì)數(shù)器51、用以對編碼電路34的輸出處的比特?cái)?shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的第二計(jì)數(shù)器52和用以比較這兩個(gè)數(shù)的比較器53。選擇級由比較器53的輸出信號控制，它包括第一開關(guān)55和第一和第二開關(guān)56和57，第一開關(guān)55的非公用端子分別接兩編碼電路14和34的輸出端，公用端子接緩沖存儲(chǔ)器15的輸入端，以便將電路14或24的輸出信號加到所述緩沖存儲(chǔ)器上，第一和第二開關(guān)56和57則用以連接或不連接在有關(guān)編碼信道的量化電路輸出端處的各預(yù)測信道。信號S2(在此情況下由單個(gè)位元構(gòu)成)由判斷組件50提供，以便在傳輸之后加到稍后即將座到的解碼器，并表示有關(guān)宏圖塊的各行是否去隔行掃描。
圖3所示的編碼器其工作過程如下。大家知道，編碼器的數(shù)字輸入信號原來對應(yīng)于由兩個(gè)隔掃描場組成的電視圖像，但對此已按宏圖塊將初始行掃描場轉(zhuǎn)換成序貫排列。本發(fā)明的上述編碼器采用一給定的準(zhǔn)則，而此時(shí)即采用對比特?cái)?shù)的后驗(yàn)估測，該比特?cái)?shù)是由對圖4所示的信號為進(jìn)行編碼或預(yù)測而獲得的序貫排列的隔行掃描的各宏圖塊各行的進(jìn)行編碼得來的或是由對如圖5所示的非隔行掃描信號進(jìn)行編碼或預(yù)測而獲得的序貫排列的無隔行掃描的各宏圖塊的各行進(jìn)行編碼所得到的。圖4中，宏圖塊的各行對應(yīng)于原隔行掃描場。圖5中，奇數(shù)場的八個(gè)行安置在例如宏圖塊的上部分，偶數(shù)場的八個(gè)行安置在下部分。在后一種情況下，由于宏圖塊事先已解除隔行掃描的狀態(tài)，因而可以進(jìn)行正交交換，再在相干的各圖塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行量化和編碼。從圖2中可以看得很清楚，該相干現(xiàn)象再形成的情況，即在圖2所示的垂直結(jié)構(gòu)中，當(dāng)位于(奇數(shù)場)最左側(cè)(各行)的信息組成部分與位于(相應(yīng)偶數(shù)場)最右側(cè)(各行)的信息組成部分這時(shí)在抑制宏圖塊隔行掃描之后分別重新組合成該宏圖塊的上部分和下部分時(shí)，就再形成相干現(xiàn)象。
相反，在圖3中所示的那種編碼器中如上面所述的那樣處理原來對應(yīng)于隔行掃描的電視視圖像時(shí)，如此經(jīng)編碼的信號可以在圖6中所示的那種解碼器中加以解碼。該解碼器包括解碼信道110和預(yù)測組件120，以及在該編碼信道與所述預(yù)測組件之間的第二判斷組件150。
解碼信道110包括串聯(lián)配置的緩沖存儲(chǔ)器111、可變長度解碼電路112、去量化電路113、反正交變換電路114(這里為離散余弦逆變換)以及在線路112與113之間的輔助接線115，該輔助接線用以從該組件給反量化電路提供來自編碼器經(jīng)編碼的信號的量化級值。
預(yù)測組件120包括串聯(lián)配置的圖像存儲(chǔ)器121、電路122和加法器123。圖像122用以根據(jù)圖像存儲(chǔ)器121的存儲(chǔ)內(nèi)容和可變長度解碼電路112所提供的各位移矢量(該位移矢量也在所述編碼信號組件中傳遞)進(jìn)行預(yù)測，加法器123的第一輸入端經(jīng)第二判斷組件150接收解碼信道110的輸出信號，加法器123的第二輸入端接收所述預(yù)測電路122的輸出信號。該加法器123的輸出端構(gòu)成解碼器的輸出端。
第二判斷組件150在兩個(gè)開關(guān)153和154相應(yīng)的非公用端子之間有兩個(gè)并聯(lián)通路151和152。開關(guān)153的公用端子接收解碼信道110的輸出信號(即反正交換電路114的輸出信號)，同時(shí)開關(guān)154的公用端子構(gòu)成加法器123的第一輸入端。通路151是將解碼信道110的輸出信號傳送到加法器123的直接通路，同時(shí)通路151確保同樣的傳輸作用，但這時(shí)經(jīng)由用以重新對圖像的各場進(jìn)行隔行掃描的電路155。開關(guān)153和154由信號S2同步控制，信號S2則是在編碼器中由第一判斷組件50提供，它表示編碼部分中有關(guān)宏圖塊的奇數(shù)行和偶數(shù)行是否已解除隔行掃描狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種用以對對應(yīng)于隔行掃描場圖像的數(shù)字信號進(jìn)行編碼的編碼器，該編碼器包括第一可變長度編碼信道(10)、第二可變長度編碼信道(30)、第一預(yù)測信道(20)和第二預(yù)測信道(40)，第一可變長度編碼信道(10)由串聯(lián)配置的用以壓縮隔行掃描數(shù)據(jù)的第一部分和編碼部分組成，第二可變長度編碼信號(30)與第一可變長度編碼信道(10)并聯(lián)，由串聯(lián)配置的用以壓縮逐行掃描數(shù)據(jù)的第二部分和編碼部分組成，第一預(yù)測信道(20)用以根據(jù)所述第一部分的輸出信號進(jìn)行預(yù)測，第二預(yù)測信道(40)與第一預(yù)測信道(20)并聯(lián)，用以根據(jù)所述第二部分的輸出信號進(jìn)行預(yù)測，所述第二部分的輸入側(cè)有一個(gè)用以對各場解除隔行掃描的電路(31)，所述第二預(yù)測信道(40)則有一個(gè)用以對各場重新進(jìn)行隔行掃描的電路，本編碼器的特征在于它有一個(gè)判斷組件(50)，該組件由比較裝置和選擇裝置組成，比較裝置用以將第一和第二編碼信道的輸出信號進(jìn)行比較，選擇裝置則用以根據(jù)所述比較結(jié)果選擇編碼信道和預(yù)測信道。
2.如權(quán)利要求1所述的編碼器，其中第一可變長度編碼信道(10)包括串聯(lián)配置的第一正交變換電路(12)和第一量化電路(13)以及第一可變長度編碼電路(14)、緩沖存儲(chǔ)器(15)和在所述存儲(chǔ)器與量化電路之間的返回接線(16)，其中第一預(yù)測信道(20)在所述量化電路的輸出端包括串聯(lián)配置的去量化電路(21)、反正交變換電路(22)、加法器(23)、圖像存儲(chǔ)器(24)和輸出端也構(gòu)成所述加法器的第二輸入端的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償電路，同時(shí)第二可變長度編碼信道(30)包括串聯(lián)連接的隔行掃描抑制電路(31)、第二正交變換電路(32)和第二量化電路(33)以及第二可變長度編碼電路(34)、緩沖存儲(chǔ)器(15)和在所述存儲(chǔ)器與第二量化電路之間的返回接線(36)，且第二預(yù)測信道(40)包括串聯(lián)配置的第二反量化電路(41)、第二正交變換電路(42)、對各場重新隔行掃描的電路(45)、第二加法器(43)、第二圖像存儲(chǔ)器(44)和其輸出端也構(gòu)成所述第二加法器的第二輸入端的第二運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償電路，所述第二預(yù)測信道(40)的輸出端接第一預(yù)測信道(20)的輸出端，從而共同加到配置在兩編碼信道輸入側(cè)的減法器(25)的負(fù)輸入端;其特征在于判斷組件(50)包括比較級和選擇級，比較級用以比較編碼在第一和第二編碼通道中提供的位元數(shù)，選擇級用以選擇對應(yīng)于最小數(shù)的預(yù)測信道和編碼信道，所述比較級包括計(jì)數(shù)器(51，52)和比較器(53)，前者用以對編碼電路(14，34)的輸出端處的比特?cái)?shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，后者用以比較這兩個(gè)比特?cái)?shù)，所述選擇級則包括開關(guān)(55)和兩個(gè)開關(guān)(56，57)，開關(guān)(55)用以選擇與兩比特?cái)?shù)較小的一個(gè)相應(yīng)的編碼信道，開關(guān)(56，57)用以選擇對應(yīng)于經(jīng)如此選取的編碼信道的預(yù)測信道。
全文摘要
隔行掃描場圖像信號的一種編碼器，包括第一可變長度編碼信道(10)和有關(guān)的第一預(yù)測信道(20)以及第二可變長度編碼信道(30)，信道(30)與第一信道并聯(lián)配置，且在其輸入端側(cè)有一個(gè)電路(31)供解除對各場的隔行掃描之用，還有一個(gè)有關(guān)的第二預(yù)測信道(40)，信道(40)有一個(gè)電路(45)和判斷組件(50)，電路(45)用以重新對各場進(jìn)行隔行掃描，組件(50)則用以比較編碼在相應(yīng)的第一和第二編碼信道中提供的信號，并根據(jù)所述比較的結(jié)果選擇預(yù)測信道和編碼信道。
文檔編號H04N7/30GK1092232SQ93120978
公開日1994年9月14日 申請日期1993年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月22日
發(fā)明者F·居迪 申請人:菲利浦電子有限公司