專利名稱：差分編碼與解碼方法以及相應(yīng)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于差分編碼與解碼的方法和電路。
通常用來(lái)減少所傳輸?shù)男畔⒘康囊环N方法是求傳輸信號(hào)與它的預(yù)測(cè)信號(hào)之間的差分。
這里面產(chǎn)生的問(wèn)題，在于輸入信號(hào)被限定在某一數(shù)值幅度內(nèi)時(shí)，那么通過(guò)求輸入信號(hào)和預(yù)測(cè)信號(hào)之間的差分而得到的信號(hào)會(huì)有一個(gè)兩倍的幅度。
人們已經(jīng)知道一些能夠?qū)⒉罘中盘?hào)維持在原信號(hào)的幅度之內(nèi)的簡(jiǎn)單算法。
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種能夠有效地減少傳輸冗余信息的差分編碼與解碼的方法。
為此，根據(jù)本發(fā)明的編碼方法構(gòu)成如權(quán)利要求1所述，解碼方法構(gòu)成如權(quán)利要求8所述，相應(yīng)的電路構(gòu)成如權(quán)利要求9和10所述，而本方法對(duì)視頻信號(hào)的一個(gè)應(yīng)用特例則如權(quán)利要求3所述。
根據(jù)下面的敘述，本發(fā)明將變得更容易理解些。
差分編碼是以求出輸入信號(hào)和它的預(yù)測(cè)信號(hào)之間的差分代替直接對(duì)輸入信號(hào)編碼的一種特殊型式的編碼。
為要預(yù)測(cè)輸入信號(hào)，可以使用任何型式的預(yù)測(cè)器，在最簡(jiǎn)單的情形，用前面已經(jīng)編過(guò)碼的數(shù)值作為預(yù)測(cè)信號(hào)。
假定輸入信號(hào)數(shù)值包括在集合(一幅值，……，幅值-1)中，幅值是一個(gè)正整數(shù)，其結(jié)果是，這一信號(hào)和它的預(yù)測(cè)信號(hào)之間的差分有一個(gè)雙倍數(shù)的幅值。
因此，產(chǎn)生的問(wèn)題就是如何能將差分信號(hào)導(dǎo)入原幅度內(nèi)。
這里所述的算法可由文獻(xiàn)得知，是維持差分信號(hào)在原幅度信號(hào)內(nèi)的最簡(jiǎn)單的方法。
令Val為被預(yù)測(cè)的樣本數(shù)值pred為預(yù)測(cè)數(shù)值算式如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[Δ＝val－pred；if(Δ＜－range)Δ＝Δ＋2 range；elseif(Δ＞range－1)Δ＝Δ－2range；]]></pre>在其一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明除維持差分信號(hào)的數(shù)值在原幅值之內(nèi)外，還對(duì)它執(zhí)行進(jìn)一步的壓縮。
基本的想法是，給定預(yù)測(cè)的信號(hào)，就這樣規(guī)定差分?jǐn)?shù)值，使它具有盡可能靠近預(yù)測(cè)值的較小數(shù)值，這樣一來(lái)，就對(duì)更多可能出現(xiàn)的數(shù)值賦以較小的數(shù)字。
算式如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[Δ＝val－pred；rangeΔ＝range；if(pred＞0)rangeΔ＝range－pred－1；else if(pred＜0)rangeΔ＝range＋pred；if(Δ＞rangeΔ)if((Δ-rangeΔ＋1)mod 2＝＝0)sn＝-1；else if((ΔrangeΔ＋1)mod 2＝＝1)sn＝+1；Δ＝( rangeΔ＋(Δ-rangeΔ＋1)/2)sn；]]></pre>
如果輸入信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間為零，對(duì)前面的零信號(hào)的差分運(yùn)算勢(shì)必刪去一些存在的零。
保持這一零序列是適當(dāng)?shù)?，這是由于在后面可能發(fā)生的信息壓縮中，這些零能以一種很有效的方式編碼。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)執(zhí)行一種當(dāng)信號(hào)值為零時(shí)的信號(hào)絕對(duì)編碼法，即使工作在差分方式下，零的數(shù)目也維持不變。
算式如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[if(val＝＝0)Δ＝0；else if(pred＝＝0)Δ＝val；else if(pred＞0) Δ＝val－pred； if((Δ≥0)∨(Δ＜-pred))Δ＝Δ＋1；else if(pred＜0) Δ＝ val－pred；if((Δ≤0)∨(Δ＞－pred))Δ＝Δ－1；]]></pre>在這里沒(méi)有引入對(duì)差分信號(hào)幅度的任何控制，不過(guò)，前面敘述的算法能夠擴(kuò)廣到這里來(lái)。
現(xiàn)在將敘述上面提到的方法對(duì)視頻信號(hào)的一個(gè)應(yīng)用。
系統(tǒng)的基本部件是使較高能量變換系數(shù)的變化幅度得以減小的預(yù)測(cè)器，被傳輸?shù)牟罘中盘?hào)具有對(duì)后面的編碼很方便的統(tǒng)計(jì)特性。
此方法應(yīng)用于對(duì)視頻圖像成分即亮度和色度的編碼，其中需要用到DCT(離散余弦變換)。
一幅數(shù)字圖像由若干行組成，每一行又由一般稱為“像素”的若干個(gè)小點(diǎn)組成。
這里所講的視頻編碼技術(shù)，先將圖像分解成8×8像素的方陣，然后對(duì)每一個(gè)方陣應(yīng)用二維DCT，這樣的操作就使得在每個(gè)方陣中占著空間的冗余像素減少了。
在這里，每個(gè)方陣內(nèi)的DCT系數(shù)互不相關(guān)；但相鄰的方陣之間的冗余關(guān)系仍可看得出來(lái)。
在本發(fā)明的方法中，沿著圖像的色條來(lái)研究各方陣，特別是，每一色條的第一個(gè)方陣未經(jīng)任何處理就傳輸了，從第二個(gè)方陣開(kāi)始應(yīng)用本發(fā)明的方法，以達(dá)到減小高加權(quán)系數(shù)的數(shù)值。
本算法只考慮每個(gè)8×8變換方陣的第一列系數(shù)；這些系數(shù)一般都是那些加權(quán)比較高的，這是由于它們?cè)诟粜袙呙柚写碜钪匾膸l率的關(guān)系。
因此，當(dāng)一個(gè)人處理當(dāng)前方陣的時(shí)候，他知道整個(gè)前一個(gè)方陣以及當(dāng)前方陣除了有待估算的第一列系數(shù)之外的全部系數(shù)。
本方法的要點(diǎn)是對(duì)當(dāng)前方陣與前一方陣之間的邊界鏈接波形(在區(qū)間定義域中)為要做到這一點(diǎn)，前一方陣作列的逆變換并定出最后一列；當(dāng)前方陣也作列的逆變換以定出第一列，不過(guò)在這一情形下，第一列的DCT系數(shù)不知道，因而作為未知數(shù)出現(xiàn)在逆變式中。
在這里，通過(guò)鏈接共同邊界上的兩個(gè)列(在區(qū)間定義域中)使得兩個(gè)方陣連續(xù)。
由這樣得出的方程組求得第一列的各未知項(xiàng)。
整個(gè)這一過(guò)程全都包括在下面的計(jì)算中PRx0=Cx0pre-Cx1pre-Cx1att+Cx2pre-Cx2att]]>-Cx3pre-Cx3att+Cx4pre-Cx4att]]>-Cx5pre-Cx5att+Cx6pre-Cx6att]]>-Cx7pre-Cx7att]]>X＝0，...，7其中PRx0為當(dāng)前方陣指標(biāo)為X，0的DCT系數(shù)的預(yù)測(cè)值。
Cprexy為前一方陣指標(biāo)為x，y的DCT系數(shù)。
Cattxy為當(dāng)前方陣指標(biāo)為x，y的DCT系數(shù)。
從真值中減去這樣得到的預(yù)測(cè)值，并將差分傳送出去。
注意，通過(guò)上面的公式估算的值也可以假定為允許幅度以外的數(shù)值在這一情形下，僅出現(xiàn)最近端的飽和。
下一步的要點(diǎn)是為每一對(duì)同調(diào)系數(shù)引進(jìn)適當(dāng)?shù)募訖?quán)系數(shù)。這樣，特別是在圖像從一個(gè)方陣到另一個(gè)方陣改變太多時(shí)，就認(rèn)為對(duì)邊界上列的鏈接不正確，這樣的校正過(guò)程特別對(duì)高階系數(shù)是必不可少的。
在這一情形下，公式變?yōu)镻Rx0=K0Cx0pre-K1(Cx1pre+Cx1att)+K2(Cx2pre-Cx2att)]]>-K3(Cx3pre+Cx3att)+K4(Cx4pre-Cx4att)]]>-K5(Cx5pre+Cx5att)+K6(Cx6pre-Cx6att)]]>-K7(Cx7pre+Cx7att)]]>X＝0，...，7其中Kx為加權(quán)系數(shù)。
根據(jù)所做的模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)的性能對(duì)加權(quán)系數(shù)的變化并不很敏感，因此把它們選得全都相等，并用基波的兩個(gè)功率之和給出的數(shù)，以簡(jiǎn)化相應(yīng)的硬件。
在這一情況下，所估計(jì)的值一般都要占用一個(gè)大于允許值的比特?cái)?shù)，由一種簡(jiǎn)單的平均飽和量化法把信號(hào)再重新導(dǎo)入正確的幅度。
通過(guò)下面兩種不同的算法從真值減去預(yù)測(cè)值，一種是在/DCT系數(shù)具有00指標(biāo)時(shí)，一種適用于其他系數(shù)。
當(dāng)DCT系數(shù)的指標(biāo)為00時(shí)，使用所述的第一種算法，能使預(yù)測(cè)誤差幅度減小，事實(shí)上，這類系數(shù)具有準(zhǔn)平均的概率分布；對(duì)預(yù)測(cè)值的差分運(yùn)算則將這樣的分布變換為更適于連續(xù)編碼的拉普拉斯分布。
對(duì)其他所要預(yù)測(cè)的系數(shù)，由于它們長(zhǎng)時(shí)間為零，則使用保持各個(gè)零的差分算法。
在高階系數(shù)的情形，這樣求出的預(yù)測(cè)值達(dá)不到有效壓縮信號(hào)，在這樣的情況下，系數(shù)未經(jīng)任何處理就傳送了。
至于說(shuō)到差分信號(hào)解碼，只要對(duì)編碼算法中所述的那些執(zhí)行反演運(yùn)算就足夠了。
實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明所述的方法的電路至少包括一個(gè)預(yù)測(cè)器，一個(gè)加法器(或減法器)，以及例如像數(shù)字信號(hào)處理器這樣能夠執(zhí)行計(jì)算的機(jī)構(gòu)。
在最簡(jiǎn)單的情形，預(yù)測(cè)器可以是就像一根延遲線，并輸出前面已傳送的數(shù)值。
顯然，如上所述的方法和電路的若干變例不管怎樣，完全屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)都是可以接受的。
權(quán)利要求
1.一種差分信號(hào)編碼方法，其求出一個(gè)輸入信號(hào)與它的預(yù)測(cè)值之間的差分并使差分信號(hào)的數(shù)值維持在原來(lái)幅度之內(nèi)，其特征在于對(duì)差分?jǐn)?shù)值這樣編碼，即對(duì)更多可能出現(xiàn)的數(shù)值賦以較小的數(shù)字。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于信號(hào)為零時(shí)執(zhí)行信號(hào)的絕對(duì)編碼法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于差分信號(hào)來(lái)自一個(gè)視頻信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于為計(jì)算各預(yù)測(cè)值，考慮各用于計(jì)算預(yù)測(cè)值的y行x列視頻信號(hào)方陣，并計(jì)算所述方陣的離散余弦變換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于僅考慮所述方陣的第一列系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于區(qū)間定義域的共同邊界上的兩列是鏈接的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于區(qū)間定義域的共同邊界上的兩列的鏈接是通過(guò)引入適當(dāng)?shù)募訖?quán)系數(shù)完成的。
8.一種對(duì)差分信號(hào)解碼的方法，其方法是求出一個(gè)輸入信號(hào)與它的預(yù)測(cè)值之和并使差分信號(hào)值維持在原來(lái)幅度之內(nèi)，其特征在于它根據(jù)前面各權(quán)利要求的反演方法對(duì)信號(hào)解碼。
9.一種編碼電路，包括一個(gè)預(yù)測(cè)器、一個(gè)減法電路、一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器、一個(gè)輸入信號(hào)、一個(gè)預(yù)測(cè)信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理器加在輸入信號(hào)和預(yù)測(cè)信號(hào)之間的差分信號(hào)上，其特征在于所述處理器根據(jù)要求1至7的編碼方法處理信號(hào)。
10.一種解碼電路，包括一個(gè)預(yù)測(cè)器、一個(gè)加法電路、一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器、一個(gè)輸入信號(hào)、一個(gè)預(yù)測(cè)信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)處理器的饋入信號(hào)是一個(gè)輸入信號(hào)與預(yù)測(cè)信號(hào)之和，其特征在于所述處理器根據(jù)權(quán)利要求8的解碼方法處理信號(hào)。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于差分編碼和解碼的方法和相關(guān)電路，差分編碼是一種特殊的編碼，不是直接對(duì)輸入信號(hào)編碼，而是求出輸入信號(hào)和預(yù)測(cè)信號(hào)之間的差分。這樣減少了要傳輸?shù)男畔?。本發(fā)明的方法進(jìn)一步減少了信號(hào)冗余及要傳輸?shù)男畔ⅰ?br> 文檔編號(hào)H04N7/34GK1121759SQ94191941
公開(kāi)日1996年5月1日 申請(qǐng)日期1994年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月29日
發(fā)明者西爾維奧·卡奇, 莫里早·拉澤 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾有限公司