利用有损内嵌压缩进行差异编码的制作方法

专利名称：利用有损内嵌压缩进行差异编码的制作方法
利用有损内嵌压缩进行差异编码
本发明涉及差异编码。更加具体地讲，本发明涉及一种利用当前数 据和过去数据之间的差异对诸如视频图像或语音帧之类的数据进行编码 和解码的系统。
差异编码(differential coding)是公知的技术，并且在视频或图 像编码领域中得到了广泛使用。图像可以由数字值的集合代表，各个值 代表像素(画面元素)的亮度，或者如果使用彩色的话，代表像素的构 成颜色的亮度。为了有效传输和/或存储图像，要对这些像素值进行编码。 通常在像素值的量值减小时，尤其是在某些值的量值减小到零时，能够 实现有效编码。
通过基于在前图像产生图像的预测结果、仅对实际图像与预测图像 之间的差异进行编码，能够有效减小像素值。显然，如果图像没有改变， 那么差异图像可以仅由零代表并且能够得到极其高效的编码。不过，存 储预测图像(或推导预测图像所使用的在前图像)可能需要^(艮大的存储 空间，尤其是在图像是高分辨率彩色图像的时候。为了降低对存储空间 的需求，可以在存储之前对预测图像进行压缩("内嵌压缩")。
无损压缩允许在没有任何信息损失的情况下对压缩图像进行完全重 建，但是可能无法提供以令人满意的方式降低存储空间需求的充分压缩。 出于这一原因，在存储预测图像之前通常使用有损压缩。
不过，有损压缩无法实现压缩图像的完全重建并且解压缩出来的预 测图像将不会给出实际图像的最佳预测结果。此外，存储预测图像的存 储器在典型情形下是安排成预测环的，各个预测图像用于确定下一个预 测图像。因此原始(未压缩)预测图像与解压缩出来的预测图像之间的 差别可能会在预测环中混叠起来，这会导致编码效率降低。
由于仅可以在编码器中使用内嵌压缩，而不能在解码器中使用内嵌 压缩，从而引起了进一步的问题。随着编码器的预测环中的差别不断累 积，会引入编码误差，该编码误差不会在解码器中得到补偿。这一所谓" 漂离(drift)"的结果是造成图像质量恶化。如果仅在解码器中使用内 嵌压缩，也会发生类似的漂离。现有技术未能针对这一问题给出满意的
解决方案。
知的MPEG标准 (MPEG=运动画面专家组，见 http: 〃www. chiariglione. org/mpeg/ )定义了视频解码装置。漂离问题 可能会在编码装置使用内嵌存储压缩，而相应的解码器装置不能补偿任 何造成的漂离的情况下发生。
国际专利申请W003/039158 (Philips)公开了一种控制由存储压缩 造成的解码器漂离的方法。在编码循环的第一个轮次期间确定未压缩图 像和解压缩出来的图像之间的差异，并且在第二个轮次期间对这一差异 进行补偿。不过，如果第一个和第二个轮次之间漂离有变化，则仍然会 有一定的差别保留下来。此外，这种已知方法具有需要大量存储空间的 缺点，这一缺点与在存储之前对图像进行压缩的出发点是相悖的。 WO03/039158的全部内容在此并入本文。
本发明的一个目的是克服现有技术的这些和其它问题并且提供一种 其中基本上消除了任何漂离的、利用内嵌压缩进行编码的方法和系统。 由此，本发明提供了一种编码器装置，该装置包括 -减法单元，用于将输入信号减去编码器预测信号，以产生差异信
号，
-编码单元，用于对差异信号进行编码，以产生编码信号， -加法单元，用于将差异信号与编码器预测信号相加，以产生组合 信号，和
-存储单元，用于暂时存储组合信号，以产生预测信号，该存储单 元被设置用于组合信号的有损压缩和解压缩，
该编码器装置被设置用于向编码信号添加表示有损压缩和/或解压缩的信息。
通过提供能够提供与所使用的有损压缩和/或解压缩有关的信息的 编码器装置，使解码器装置有可能利用这一信息并且有效实施相同的有 损压缩和/或解压缩。这样，能够实现编码器和解码器内嵌压缩处理的实 际等同或功能等同，并且避免了漂离。
在第一种实施方式中，表示有损压缩和/或解压缩的信息包含在编码 设置中，比如包含在编码简档或等级中。在第二种实施方式中，表示有 损压缩和/或解压缩的信息包含在参数中，并且编码器装置此外还包括用
于对编码信号和所述参数进行多路复用的多路复用器。在第三种实施方 式中，例如通过在实际传输编码数据之前使用内嵌压缩同步协议内的专 用信号来在编码器装置和解码器装置之间单独地传送表示有损压缩和/ 或解压缩的信息。
本发明还提供了一种解码器装置，该装置包括 -解码单元，用于对编码信号进行解码，以产生解码信号， -加法单元，用于将解码信号与解码器预测信号相加，以产生输出 信号，和
-存储单元，用于暂时存储输出信号，以产生解码器预测信号，该 存储单元被设置用于解码器预测信号的有损压缩和解压缩， 该解码器装置被设置用于接收和解译表示有损压缩和/或解压缩的信息。
此外，本发明提供了一种包括编码器装置和解码器装置的编码系统， 编码器装置包括
-减法单元，用于将输入信号减去编码器预测信号，以产生差异信
-编码单元，用于对差异信号进行编码，以产生编码信号， -加法单元，用于将差异信号与编码器预测信号相加，以产生组合 信号，和
-存储单元，用于暂时存储组合信号，以产生预测信号，该存储单 元祐L设置用于组合信号的有损压缩和解压缩， -解码器装置包括
-解码单元，用于对编码信号进行解码，以产生解码信号， -加法单元，用于将解码信号与解码器预测信号相加，以产生输出 信号，和
-存储单元，用于暂时存储输出信号，以产生解码器预测信号，该 存储单元被设置用于解码器预测信号的有损压缩和解压缩， 其中编码器存储单元和解码器存储单元被设置用于在供以同样的输入信 号的时候产生基本上相同的输出信号。
通过提供在供以相同的输入信号的时候产生基本上相同的输出信号 的编码器存储单元和解码器存储单元，确保了编码器装置中的任何漂离 能够在解码器装置中得到补偿。注意，术语"基本上相同"意思是完全相 同或几近相同，或者至少相似。优选的是在输入信号完全相同的情况下
存储单元输出信号完全相同，但是在某些应用中可能不必如此，输出信 号相近可能足以将任何漂离减小到可接受的程度了 。
优选的是，编码器存储单元和解码器存储单元被设置用于分别实现 组合信号和输出信号的相近(优选的是相同)压缩。如果使用基本上相 同的解压缩，这能够实现相近或相同的输出信号，这样基本上或完全消 除了任何漂离。不过，编码器和解码器压缩可以是不相近的，只要它们 的不同可被解压缩补偿，
注意，现有技术针对漂离问题的解决方案典型地仅仅涉及解码器装 置，而遗留下编码器装置未得到改变。本发明通过使编码器漂离与解码 器漂离有效地"同步"从而消除其不希望的效果而提供简单然而非常有效 的解决方案。通过要求解码器装置的内嵌压缩与编码器装置的内嵌压缩 相近并且优选地甚至相同，任何编码器漂离都可以在解码器装置中得到 完全补偿。
优选的是，编码器存储单元和解码器存储单元中的压缩牵涉到相同 的算法、相同的压缩系数和/或相同的压缩参数。就是说，优选的是压缩 算法是相同的，虽然也可以使用产生几近相同结果的类似算法。类似地， 相近或相同的压缩系数和/或相近或相同的压缩参数也是优选的。应当理 解，最为优选的是编码器内嵌压缩与解码器内嵌压缩完全相同，但是从 本发明受益并不要求这一完全相同。
虽然编码装置可以直接对由减法单元输出的差异信号进行编码，但 是可以获得进一步的编码效率收益。本发明的编码器装置因此此外还可 以包括用于在编码之前对差异信号进行变换的变换单元和用于在将差异 信号和编码器预测信号相加之前对经过变换的差异信号进行反变换的反 变换单元。
变换单元可以被设置用于进行离散余弦变换(DCT)、快速傅里叶变 换(FFT)或另一种适当的变换。反变换单元用于在产生预测图像之前重 构未经变换的图像。类似地，编码器装置可以此外还包括用于在编码之 前对经过变换的差异信号进行量化的量化单元，并且优选地还包括用于 在进行反变换之前对经过量化的差异信号进行反量化的反量化单元。此 外还可以在编码器装置和/或解码器装置中提供信号处理单元，例如运动 补偿单元(在视频编码的情况下)或滤波单元(在音频编码的情况下)。
如果编码器装置包括变换单元，则优选的是解码器装置包括用于在
相加之前对解码信号进行反变换的反变换单元。
在本发明的编码系统中，可以有利地将编码器装置设置用于在编码 信号中插入表示存储单元中所使用的有损压缩和解压缩的标志。可以将
解码器装置设置用于解译该标志，以便在解码器装置中适当地调节有损 压缩和解压缩。该标志可以包括压缩参数，或者可以包括表示使用了有 损内嵌压缩的单独一位。
本发明的编码系统还可以包括耦合在编码器装置和解码器装置之间 的介质，该介质最好是存储介质或传输媒介。存储介质可以例如由电子
存储电路(例如RAM)或硬盘构成，而传输介质可以由无线或有线通信网 络构成。由于存在该介质，编码和解码可以在空间上和/或时间上分开。
此外，本发明提供了一种用在前面定义的系统中的编码装置以及一 种用在前面定义的系统中的解码装置。该编码装置和解码装置构成本发 明的系统的一部分。注意，可以将该系统商品化为一组部件，编码装置 和解码装置构成这样的部件。
本发明还提供了一种包括前面定义的编码系统的用户装置，和一种 包括前面定义的编码系统的传输系统。该用户装置可以由机顶盒、移动 电话设备或者诸如硬盘记录器或DVD记录器之类的视频记录器构成，并且 可以被设置用于视频编码、音频编码和/或语音编码。在传输系统中，优 选地将编码器装置和解码器装置安排在分开的位置上，例如在不同的房 间、建筑、城镇或者甚至国家中。按照本发明的传输系统可以牵涉到电 视传输设备和/或电信网，包括因特网(视频和/或音频传输)。 本发明还提供一种编码方法，该方法包括步骤 -将输入信号减去编码器预测信号，以产生差异信号， -对差异信号进行编码，以产生编码信号， -将差异信号与编码器预测信号相加，以产生组合信号，和 -暂时存储组合信号，以产生预测信号，所述暂时存储的步骤被设 置用于组合信号的有损压缩和解压缩，
该编码方法包括向编码信号添加表示有损压缩和/或解压缩的信息的附 加步骤。
本发明此外还提供一种解码方法，该方法包括步骤
-对编码信号进行解码，以产生解码信号，
-将解码信号与解码器预测信号相加，以产生输出信号，和
-暂时存储输出信号，以产生解码器预测信号，所述暂时存储的步 骤被设置用于解码器预测信号的有损压缩和解压缩，
该解码方法此外还包括接收和解译表示有损压缩和/或解压缩的信息的 步骤。
优选地，将表示有损压缩和/或解压缩的信息包含在编码信号中。此 外或可替换地，可以在接收编码信号之前，接收这一信息的至少一部分。 本发明此外还提供一种编码方法，该方法包括编码器阶段和解码器
阶段，编码器阶段包括步骤
-将输入信号减去编码器预测信号，以产生差异信号，
-对差异信号进行编码，以产生编码信号，
将差异信号与编码器预测信号相加，以产生组合信号，和
-在实施组合信号的有损压缩和解压缩的时候，暂时存储组合信号，
以产生预测信号，
-解码器阶段包括步骤
-对编码信号进行解码，以产生解码信号，
-将解码信号与解码器预测信号相加，以产生输出信号，和-在实施解码器预测信号的有损压缩和解压缩的时候，暂时存储输
出信号，以产生解码器预测信号，
其中在供以同样的输入信号的时候，编码器存储步骤和解码器存储步骤 产生基本上相同的输出信号。
有益地，编码器存储步骤和解码器存储步骤可以分别牵涉到组合信 号和输出信号的相近或相同的压缩。
编码器存储步骤和解码器存储步骤中的压缩优选地牵涉到相同的算 法、相同的压缩系数和/或相同的压缩参数。本发明方法的另外的优选实 施方式将会从下文的介绍中变得显而易见。
本发明此外还提供了一种用于执行前面定义的方法的计算机程序产 品。计算机程序产品可以包括存储在诸如CD或DVD之类的数据载体上的一
组计算机可执行指令。允许可编程计算机执行前面定义的方法的这一组 计算机可执行指令也可以通过从远程服务器上下载(例如，经由因特网) 来得到。
本发明此外还提供了一种编码信号，该信号包含表示产生该信号所 使用的有损压缩和/或解压缩的信息。下文中将参照附图中所图示的示例性实施方式进一步解释本发明， 其中
图l示意性地示出了按照本发明的编码系统。
图2a和2b示意性地示出了按照本发明的内嵌存储单元。 图3示意性地示出了按照本发明的编码器装置的可替换实施方式。 图4意性地示出了按照本发明的解码器装置的可替换实施方式。 图5示意性地示出了结合有按照本发明的编码系统的用户装置。


图1中仅仅通过非限定性实例示出的编码系统1包括由介质4耦合的 编码器装置2和解码器装置3。介质4可以是适合于将编码信号e从编码器 装置2传递到解码器装置3的任何介质，并且可以例如由存储介质(例如 硬盘)和/或传输介质(例如，有线网络、无线电链路和/或因特网)构 成。编码信号e的传递因此可以是时间上的(存储)和/或位置上的(地 点)传递。介质4的实际属性对本发明而言并不重要。
图1中所示的示例性编码器2具有常规的结构并且包括减法单元21、 编码器单元22、存储单元23和加法单元24。不过，与现有技术相比，存 储单元23具有新颖的属性，稍后将对此进行更加详细的解释。此外，在 存储单元23和编码器单元22之间，可以存在可选的连接，它的功能将稍 后加以解释。
减法单元21接收输入信号x。在下面的介绍中，将假设信号x是视频 信号，但是本发明并不局限于此并且信号x也可以是音频信号或语音信号。
由此，在当前的非限定性实例中，输入信号x代表图像。如前文所解 释的，信号x可以包括数字像素值的集合，各个值代表图像像素的亮度。 信号x可以代表多个图像并且因此可以记为x[i]，其中1=1，2，3，...^各 个x[i]代表总共N个图像中的一个图像。不过，为了方便起见，将会把该 信号表示为x， 而不是x[i]。
减法单元21将输入信号x减去预测信号y，以产生差异信号z。将这一 差异信号z馈送给编码器22和加法单元24。编码器22对差异信号z进行编 码，以产生馈送给介质4的编码视频输出信号e。编码器22所使用的编码 类型可以是行程编码、可变长度编码或者减少视频信号数据量的任何其
它适当形式的编码(压缩)。
加法单元M将当前的预测信号y与差异信号z相加，以产生未来预测 信号y人这在数学上可以表示为如果y-y[i]，则,-y[i+l]。这要求将 信号y'暂时存储起来，直到可以得到下一个图像(信号x[i+l])。这一 暂时存储是由存储单元23提供的。稍后将参照图2更加详细地介绍这一存 储单元23及其新颖的特征。
解码器装置3从介质4接收编码视频信号e。图1的示例性解码器装置3 包括解码器单元31、加法单元32和存储单元33。解码器单元31被设置用 于进行解码，该解码是由编码器22进行的编码的反向操作。在加法单元 32中将这样解码出来(或解压缩出来)的信号f与预测信号g相加。结果 得到的输出信号h也馈送给存储单元33并且作为未来预测信号g'使用。数 学表示为h[i]=g' [i]-g[i+l]。
如此一来可以看出，编码器装置2和解码器装置3包括包含用来产生 预测信号y、 g的存储器23、 33的环路。由于预测信号y和g应该具有与它 们预测的信号x和f一样多的像素值，因此这一信号的暂时存储典型地需 要大量的存储空间。为了降低对存储空间的需求，使用了对预测信号的 压缩。这一所谓的内嵌压缩(它嵌入在预测环内)是有损的(就是说， 牵涉到数据损失)，因为无损压缩典型地不能实现期望的数据缩减。在 图2a和2b中图解说明了存储单元n和33的示例性结构。
在图2a的实施方式中，将存储单元23表示为包括压缩(C)单元231、 存储器232和解压缩(D)单元233。压缩单元"l使用有损压缩对信号y' 进行压缩，这样就减小了所需要的存储器232的大小。典型地要存储压缩 信号y、直到由编码器装置(图1中的2)接收到下一个图像(信号x)。 然后，由解压缩单元233对所存储的信号进行解压缩，得出信号y。注意， 取决于具体的实施方式，存储信号的时间可以不同。例如，可以在临到 下一个图像(信号x)到达之前对所存储的信号进行解压缩，以便顾及到 解压缩延迟。可替换地或者此外，可以在接收和编码数个图像的时候存 储同一个信号，这样可以对两个或更多个图像使用同一个预测信号。
由于有损压缩和解压缩的原因，因此可能发生所谓的"漂离"实际 预测图像和解压缩出来的预测图像之间的差别导致差异信号z增大。编码 器存储单元23为其中一部分的预测环放大了这一差别。这一漂离很是成 问题，因为解码器的存储器33也可能引入差别。在现有技术系统中，预
测信号的这些差别典型地是不相等的并且随时间增大，从而损害解码视 频信号的质量。
本发明通过确保编码器装置中的任何漂离至少近似于(但是优选地 等于)解码器装置中的漂离，解决了这一问题。这可以通过使得编码器
存储单元23中的有损压缩至少近似于(但是优选地等于)解码器存储单 元33中的有损压缩来实现。总的来说，要以这样一种方式来安排编码器 存储单元23和解码器存储单元33:当供以同样的输入信号时，它们的输 出信号是同样的或者至少是近似的。由此，编码器压缩单元231和解压缩 单元233合在一起得到与解码器压缩单元231和解压缩单元233合在一起 相同的信号处理。
本发明解决了漂离问题而不需要现有技术中公开的复杂漂离补偿措 施。从而，本发明的编码系统可以相对简单和经济。
编码器中的有损内嵌压缩与其在解码器中的对应部分的近似或等同
可以通过选取下列特征之一或多个来实现 -相同的压缩算法， -相同的压缩系数，和 -相同的压缩参数。
本发明的系统可以是作为一个整体来设计的，在这样的情况下，可 以将编码器装置和解码器装置的内嵌压缩选取为是同样的。如果使用现 有的编码器装置，则可以通过确定和匹配解码器装置的内嵌压缩特征来 将解码器装置设计成与编码器装置的内嵌压缩相匹配。不过，优选的是 编码器装置提供有关所使用的内嵌压缩的信息并且将这一信息传递到解 码器装置。更加具体地说，优选的是将编码器装置设置用于将表示有损 压缩和/或解压缩的信息加入到编码信号中，并且将相应的解码器装置设 置用于接收和解译所述信息。
为了提供这一信息，图1的编码器装置2包括存储单元23和编码器单 元22之间的连接。这一连接用来将信息信号qc和qd从存储单元U馈送到 编码器单元22。回到图2a,可以看出压缩单元231产生表示所使用的(内 嵌)压缩的信号qc并且解压缩单元233产生表示所使用的(内嵌)解压缩 的信号qd。这些内嵌压缩/解压缩信息信号qc和qd可以包括关于压缩算 法、压缩系数和/或压缩参数的信息。
存储器单元23将信息信号qc和qd中的至少一个，但是优选的是二者，
馈送给编码器单元"来编码成输出信号e。在优选实施方式中，使用信息 信号qc和qd来确定某些特定的编码设置，比如某些压缩和编码标准中使 用的"简档"和/或"等级"，"简档"本质上相应于应用领域，而"等级"本质 上相应于解码器复杂度。可替换地，信息信号qc和qd可以由所使用的特 定"简档"和"等级"来确定，在这样的情况下，图2a中qc和qd处的箭头应 该反过来。
例如，压缩单元231的压缩比可以由表示内嵌压缩的"简档"内的某一 "等级"来确定的。可替换地或者此外，可以存在多路复用器来对信号e、 qc和qd进行多路复用并且产生多路复用输出信号(输出流)。结果，编 码器装置的输出流可以包含诸如内嵌压缩的压缩比和/或压缩质量之类 的参数。可以将这些参数直接放在位流中或者可以使用适当类型的编码 (例如可变长度编码)对这些参数进行编码。这些参数也可以由指示符 代表，可以使用查找表或数学公式将这些指示符转换成参数。
还可以例如通过在实际传输编码数据之前使用内嵌压缩同步协议内 的专用信号来与编码数据分开地在编码器装置和解码器装置之间传送表 示有损压缩和/或解压缩的信息。编码器装置和解码器装置在这种情况下 可以"磋商"共用的内嵌压缩/解压缩属性。
编码器使用的具体内嵌压缩算法可以取决于应用。在视频应用中， 内嵌压缩算法可以牵涉到差异预测，例如考虑同一行上的前面两个像素 和前一行上的五个像素。可以将编码器信息信号qc和/或qd以压缩信号的 形式(例如以MPEG专有数据的形式)传送到解码器装置。在音频应用中， 任何差异预测可能牵涉到当前和/或之前的音频采样。
信号可以以多种方式(例如，以专有字段的形式)包括与所使用的 内嵌压缩相关的必要信息。例如，视频预测可以使用当前像素基于当前 行上的前面两个像素和前一行上关于该像素位置水平对称的5个像素的 线性预测。于是信号可以包含该算法本身，例如软件代码，或者预测公 式或参数，比如例如预测公式的7个加权系数。这种指示可以简单到仅仅 是一个索引号，例如如果在标准中规定了10种可能的算法，或者在之前 的时机(例如，在通信会话开始时，经由例如专用信道，或者在制造期 间前缀到所售卖的产品上)商妥了 (与标准规定无关地)IO种可能的算 法，那么信号中的识别信息可以例如是"7",代表目前信息的压缩使用的 是第7种可用的压缩算法。 所使用的内嵌压缩算法可以是混合压缩算法。在这种情况下，可以 将与内嵌压缩算法相关的运动矢量添加到位流中。如果内嵌压缩算法能
够再次使用由编码器单元22采用的母压缩算法的一个或多个"构成块"， 则会是十分有利的。这一再次使用可以通过时间多路复用(节省集成电 路表面面积)或者通过复制(增加集成电路表面面积，但是减少了设计 工作量)来实现。在一种特定的实施方式中，这应该能够实现简单存储 已经经过压缩的母位流的各部分并且根据需要对这些部分进行解压缩的 内嵌压缩算法。这种办法会导致相对较高的压缩比和相应的存储空间的 节省，代价是解码器的(计算)复杂度增加。
内嵌压缩操作所针对的数据单元可以与母压缩所针对的数据单元 (即，典型地在视频应用下是单独一个片段)相同，但是也可以大一些 或小一些。此外，某些参数设置(例如质量)可以紧密地与母压缩的参 数设置相应，但是也可以是独立选取的。
例如，在MPEG-2应用中，在接近G0P(即，画面组)的末端内嵌压缩 的质量可以降低，因为(漂离)误差传播将会不那么严重。可以有益地 使用这一点来为下一个G0P的第一部分增加可用存储空间(和因此增加质 量)。内嵌压缩参数还可以取决于例如母压缩的具有较低质量的画面/片 段类型，这一较低质量用于仅用于B-画面/片段的数据，因为这些画面不
那么容易受漂离的影响。
在图2b的实施方式中，类似于图2a的编码器存储单元23,将解码器 存储单元33表示为包括压缩(C)单元331、存储器332和解压缩(D)单 元333。存储单元33接收信号g' (-图l中的h)并且产生信号g。优选地， 将解码器存储单元33设置用于接收分别表示内嵌压缩和解压缩的信息信 号qc和qd。在图l中可以看出，解码器单元31 (或者，在一种可替换实施 方式中，是解复用器)从输入信号e产生信息信号qc和qd并且将这些信息 信号馈送到存储单元33。结果，解码器压缩单元331能够使用与编码器压 缩单元231完全相同的(有损)压缩，并且解码器解压缩单元333能够使 用与编码器解压缩单元233完全相同的(有损)解压缩。这样，压缩同步 得以实现。
在图3中图解说明了本发明的编码器装置2的另一种实施方式，其中 增加了变换和量化单元。变换单元25使用离散余弦变换(DCT)或另一种 适当的变换对差异信号z进行变换。在量化(Q)单元26中对得到的变换
系数进行量化，然后将量化结果馈送给编码器单元22和反量化(IQ)单 元27二者。编码器单元22进行行程编码(RLC )或另一种适当类型的编码， 以产生编码输出信号e。反量化单元27产生馈送给反变换单元28的去量化 信号，反变换单元28进行反离散余弦变换(IDCT)或与变换单元28所执 行的变换匹配的另一种反变换。和图l的实施方式中一样，将得到的信号 馈送给加法单元24，以产生未来预测信号y'。
注意，其它的f奮改和增加也是可以的。例如，可以产生运动向量来 实施运动补偿并且实现更加有效的编码。本领域技术人员据此能够对图l 和3的编码器装置进行修改。可以将可选的滤波操作有益地并入到解压缩 单元233中(图2)。
图4中示意性地图解说明了本发明的解码器装置3的可替换实施方 式。在图4的示例性实施方式中，增加了反量化单元34来进行反量化(IQ)， 并且增加了反变换单元35来进行反离散余弦变换(IDCT)或者适于转换 编码器装置的任何变换的任何其它变换。由此，图4的解码器装置3包括 被设置用于进行行程解码(RLD)或类似解码操作的解码器单元31、反量 化单元34、反变换单元35、加法单元32和存储单元33。按照本发明，解 码器存储单元33是针对与编码器存储单元23的有损压缩相匹配的有损压 缩而i殳计的。
图5中示意性地图解说明了按照本发明的用户装置。用户装置9包括 按照本发明的编码系统1以及其它元件91，比如存储单元。该存储单元可 以用于存储已编码(已压缩)数据，比如编码视频数据、编码音频数据 和/或编码语音数据。用户装置可以是硬盘记录器、DVD记录器、付费电 视用的机顶盒、摄录像机装置或移动电话设备。
总的来说，本发明提供了一种编码方法和包括编码器装置和解码器 装置的系统，编码器装置和解码器装置二者都具有安排在用于生成预测 信号的环路中的存储单元。这些存储单元应用有损压缩来降低存储空间 需求。为了防止因数据缩减不相似而造成的漂离，编码器装置中的有损 压缩基本上与解码器装置中的有损压缩相同。例如，这两个压缩可以牵 涉到同样的算法、压缩系数和/或压缩参数。
本发明基于这样的见解编码器预测环和解码器环之间出现的任何 漂离都可以通过确保编码器存储单元中的有损压缩和解压缩具有与解码 器存储单元中的有损压缩和解压缩相同的效果来加以防止，并且这可以
通过确保两个环路中涉及的数据缩减至少近似、优选地相同来实现。本
发明受益于这样一个进一步的见解编码器预测环和解码器预测环中相
相同来实现。
可以将本发明归纳为包括编码器装置和解码器装置的编码系统，编 码器装置和解码器装置二者都包括包含存储单元的预测环，所述存储单 元配备有数据压缩单元和数据解压缩单元，其中编码器存储单元和解码 器存储单元被设置用于在给予同样的输入信号的时候产生基本上相同的
输出信号。
注意，本文中使用的任何术语都不应当被视为限制了本发明的范围。 特别地，词"包括"和"包含"并不意味着不存在任何没有专门提出的元件。 单一的(电路)元件可以由多个(电路)元件或者它们的等价物来替代。
本领域技术人员将会理解，本发明并不局限于前面图解说明的实施 方式，并且可以做出很多的改变和增加，而不会超出所附权利要求中限 定的本发明的范围。
权利要求
1. 一种编码器装置(2)，包括-减法单元(21)，用于将输入信号(x)减去编码器预测信号(y)，以产生差异信号(z)，-编码单元(22)，用于对差异信号(z)进行编码，以产生编码信号(e)，-加法单元(24)，用于将差异信号(z)与编码器预测信号(y)相加，以产生组合信号(y′)，和-存储单元(23)，用于暂时存储组合信号(y′)，以产生预测信号(y)，该存储单元被设置用于组合信号(y′)的有损压缩和解压缩，该编码器装置被设置用于向编码信号(e)添加表示有损压缩和/或解压缩的信息(qc，qd)。
2. 按照权利要求l所述的编码器装置，其中表示有损压缩和/或解压 缩的信息(qc， qd)包含在编码设置中，比如包含在编码简档或等级中。
3. 按照权利要求l所述的编码器装置，其中表示有损压缩和/或解压 缩的信息(qc， qd)包含在参数中，并且其中编码器装置此外还包括用 于对编码信号(e)和所述参数进行多路复用的多路复用器。
4. 一种解码器装置(3),包括-解码单元(31)，用于对编码信号(e)进行解码，以产生解码 信号(f )，-加法单元(32)，用于将解码信号(f)和解码器预测信号(g) 相加，以产生输出信号(h)，和-存储单元(33)，用于暂时存储输出信号(h)，以产生解码器 预测信号(g)，该存储单元被设置用于解码器预测信号(g)的有损压 缩和解压缩，该解码器装置被设置用于接收和解译表示有损压缩和/或解压缩的 信息(qc， qd)。
5. 按照权利要求4所述的解码器装置，其中表示有损压缩和/或解压 缩的信息(qc， qd)包含在参数中，并且其中解码器装置此外还包括用 于对编码信号(e)和所述参数进行解多路复用的解多路复用器。
6. —种编码系统(1)，包括编码器装置(2)和解码器装置(3)， 该编码器装置包括-减法单元(21)，用于将输入信号(x)减去编码器预测信号(y), 以产生差异信号(z)，-编码单元(22)，用于对差异信号(z)进行编码，以产生编码 信号(e )，-加法单元(24)，用于将差异信号(z)与编码器预测信号(y) 相加，以产生组合信号(y')，和-存储单元(23),用于暂时存储组合信号(y')，以产生预测 信号(y)，该存储器单元被设置用于组合信号(y')的有损压缩和解压 缩，-解码器装置(3 )包括-解码单元(31)，用于对编码信号(e)进行解码，以产生解码 信号(f )，-加法单元(32)，用于将解码信号(f)和解码器预测信号(g) 相加，以产生输出信号(h)，和-存储单元(33)，用于暂时存储输出信号(h)，以产生解码器 预测信号(g)，该存储单元被设置用于解码器预测信号(g)的有损压 缩和解压缩，其中编码器存储单元(23)和解码器存储单元(33)被设置用于在 供以同样的输入信号的时候产生基本上相同的输出信号。
7. 按照权利要求6所述的编码系统，其中编码器存储单元(23)和 解码器存储单元(33)净皮设置用于相近或相同的有损压缩和解压缩。
8. 按照权利要求6所述的编码系统，其中编码器存储单元(23)和 解码器存储单元(33)中的压缩牵涉相同的算法、相同的压缩系数和/或 相同的压缩参数。
9. 按照权利要求6所述的编码系统，其中编码器装置(2)此外还包 括用于在编码之前对差异信号(z)进行变换的变换单元(25)和用于在 将差异信号(z)和编码器预测信号(y)相加之前对经过变换的差异信 号进行反变换的反变换单元(28)。
10. 按照权利要求9所述的编码系统，其中编码器装置(2)此外还 包括用于在编码之前对经过变换的差异信号进行量化的量化单元(26), 并且优选地还包括用于在进行反变换之前对经过量化的差异信号进行反 量化的反量化单元(27 )。
11. 按照权利要求9所述的编码系统，其中解码器装置(3)此外还 包括用于在相加之前对解码信号(f )进行反变换的反变换单元(35 )。
12. 按照权利要求6所述的编码系统，其中编码器装置(2)被设置 用于在编码信号(e)中插入标志，所述标志表示编码器存储单元(23) 中使用的有损压缩和解压缩。
13. 按照权利要求6所述的编码系统，此外还包括耦合在编码器装置 (2 )和解码器装置(3 )之间的介质(4 )，介质(4 )优选地是存储介质或传输介质。
14. 一种用户装置(9)，包括按照权利要求l的编码器装置(2)、 按照权利要求4的解码器装置(3 )和/或按照权利要求6的编码系统(1 )。
15. 按照权利要求14所述的用户装置，该用户装置是由机顶盒、移 动电话设备或者诸如硬盘记录器或DVD记录器之类的视频记录器构成的。
16. —种传输系统，包括按照权利要求l的编码器装置(2)、按照 权利要求4的解码器装置(3)和/或按照权利要求l的编码系统(1)，其 中编码器装置(2)和解码器装置(3)安排在分开的位置上。
17. —种编码方法，包括步骤-将输入信号(x)减去编码器预测信号(y)，以产生差异信号 (z)，-对差异信号(z)进行编码，以产生编码信号(e)， -将差异信号(z)与编码器预测信号(y)相加，以产生组合信 号(W )，和-暂时存储组合信号(y。，以产生预测信号(y)，所述步骤祐L 设置用于组合信号(y')的有损压缩和解压缩，该编码方法被设置用于向编码信号(e)添加表示有损压缩和/或解 压缩的信息(qc， qd)。
18. —种解码方法，包括步骤-对编码信号(e)进行解码，以产生解码信号(f )， -将解码信号(f )和解码器预测信号(g)相加，以产生输出信 号(h)，和-暂时存储输出信号(h)，以产生解码器预测信号(g)，所述 步骤被设置用于解码器预测信号(g)的有损压缩和解压缩，该解码方法包括接收和解译表示有损压缩和/或解压缩的信息(qc， qd)的额外步骤。
19. 按照权利要求18所述的解码方法，其中表示有损压缩和/或解压 缩的信息(qc, qd)包含在编码信号(e)中。
20. 按照权利要求18所述的解码方法，其中在接收编码信号(e)之 前接收表示有损压缩和/或解压缩的信息(qc， qd)的至少一部分。
21. —种编码方法，包括编码器阶段和解码器阶段，编码器阶段包 括步骤-将输入信号(x)减去编码器预测信号(y)，以产生差异信号 (z)，-对差异信号(z)进行编码，以产生编码信号(e)， -将差异信号(z)与编码器预测信号(y)相加，以产生组合信 号(y。，和-在实施组合信号(y')的有损压缩和解压缩的时候，暂时存储 组合信号(yO ，以产生预测信号(y), -解码器阶段包括步骤-对编码信号(e)进行解码，以产生解码信号(f)， -将解码信号(f )和解码器预测信号(g)相加，以产生输出 信号(h)，和-在实施解码器预测信号(g)的有损压缩和解压缩的时候， 暂时存储输出信号(h)，以产生解码器预测信号(g)， 其中在供以同样的输入信号的时候，编码器存储步骤和解码器存储 步骤产生基本上相同的输出信号。
22. 按照权利要求21所述的编码方法，其中编码器存储步骤和解码 器存储步骤分别牵涉到组合信号(y')和输出信号(h)的相近的或相同 的压缩。
23. 按照权利要求21所述的编码方法，其中编码器存储步骤和解码 器存储步骤中的压缩牵涉到相同的算法、相同的压缩系数和/或相同的压 缩参数。
24. 按照权利要求21所述的编码方法，其中编码器阶段此外还包括 用于在编码之前对差异信号(z)进行变换的变换步骤和用于在将差异信 号(z)和编码器预测信号(y)相加之前对经过变换的差异信号进行反 变换的反变换步骤。
25. 按照权利要求24所述的编码方法，其中编码器阶段此外还包括 用于在编码之前对经过变换的差异信号进行量化的量化步骤，并且优选 地还包括用于在进行反变换之前对经过量化的差异信号进行反量化的反 量化步骤。
26. 按照权利要求24所述的编码方法，其中解码器阶段此外还包括 用于在相加之前对解码信号(f )进行反变换的反变换步骤。
27. 按照权利要求21所述的编码方法，此外还包括编码器阶段和解 码器阶段之间的附加阶段，该附加阶段优选地是存储阶段或传输阶段。
28. 按照权利要求21所述的编码方法，此外还包括在编码信号(e) 中插入标志的步骤，所述标志表示编码器存储步骤中使用的有损压缩和 解压缩。
29. —种计算机程序产品，用于执行按照权利要求17的编码方法、 按照权利要求18的解码方法和/或按照权利要求21的编码方法。
30. —种编码信号(e)，包含表示产生该信号所使用的有损压缩和 /或解压缩的信息(qc， qd)。
全文摘要
一种编码系统(1)包括编码器装置(2)和解码器装置(3)，编码器装置和解码器装置二者都具有安排在用于生成预测信号(y；g)的环路中的存储单元(23；33)。这些存储单元实施有损压缩来降低存储空间需求。为了防止因数据缩减不相似而造成的漂离，编码器装置(2)中的有损压缩基本上与解码器装置(3)中的有损压缩相同。例如，这两个压缩可以牵涉到同样的算法、压缩系数和/或压缩参数。表示有损压缩和/或解压缩的信息由编码器添加。
文档编号H04N7/26GK101395924SQ200780007728
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月23日 优先权日2006年3月3日
发明者R·J·范德夫卢坦 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司