专利名称：图象信号编码方法和装置和图象信号解码方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及图象数据的量化和反向量化的方法，该图象数据使用如光盘或磁带之类的记录媒体贮存，本发明还涉及一种用于使用记录媒体如光盘或磁带贮存的信息的记录和再现的装置，和涉及一个用于发射/接收可适合用于称为电话会议系统，活动图象电话系统或广播系统的信息的装置。
近来，在一种用于发射视频和音频信号到远处的称为信号发射系统，如电话会议系统或电视电话系统中，通过对视频或音频信号编码以改进信息传输效率来高效地使用传输信道已成为人们习惯的做法。
对于有极大量信息的活动图象数据，首先必须提供用于以高效编码记录图象信号的装置和在读出已记录的信号时高效地对已记录的信号进行解码的装置。对于这种装置，已提出过多种利用图象信号的相关性的高效的编码系统。在这些高效编码系统中，有一种MPEG(活动话图专家组)系统。
采用这种MPEG系统，图象信号的图象帧之间的差通过利用帧之间的相关性被用于减小沿时标的重复，并且接下来进行离散余弦变换(DCT)处理，以利用线性相关性以减少沿空间标度的重复从而达到对图象信号的高效编码。
在利用帧间相关性时，如果帧图象PC1，PC2和PC3分别在时间t＝t1，t2和t3产生，如图9中(A)所示，则利用帧图象PC1和PC2的图象信号之差，可产生图象PC12，如图9中(B)所示;同时，利用帧图象PC2和PC3的图象信号之差，可产生图象PC23，如图9中(B)所示。由于相互邻近瞬时的帧图象相互没有很大变化，故两帧图象之间的差是一个较小的值。
也就是，对于图象PC12，如图9中(B)所示，图9中(B)所示的图象PC12的阴影部分代表的差值信号是作为由图9中(A)所示的帧图象PC1和PC2的图象信号之间的差产生，而如图9中(B)所示的图象PC23的阴影部分代表的差值信号是作为图9中(A)所示的帧图象PC2和PC3的图像信号之差产生，编码量可被对这些差值信号进行编码而压缩。
但是，原始图象不能通过只发送这些差值信号而恢复，结果，在压缩编码图象信号过程中，帧图象被分为内编码图象即I-图象，预测编码图象即P-图象和双向预测编码图象即B-图象。
也就是说例如
图10中(A)和(B)所示，17帧图象信号从帧F1到帧F17被分为一组作为一个图象组，图象组是一个处理单元。首帧F1被编码成I-图象，而第二帧F2和第三帧F3被分别处理成B-图象和P-图象。第四帧ff，也就是帧F4到帧F17，被交替处理成B-图象和P-图象。
对于I-图象的图像信号，一帧图象信号作为一个整体被发射。另一方面，对于B-图象的图象信号，时间上在前一帧的图象信号的平均值与时间上在后一帧的图像信号的平均值之差被求出并编码用以发送，如图10中(B)所示。
图11(A)和(B)说明上述用于对活动图象信号进行编码的方法的原理。因此，图11(A)和(B)分别说明活动图象信号的帧数据和发送帧数据。参考图11，由于第一帧F1被处理成I-图象，也就是非内插帧，该帧F1在发送射信道上作为传输数据F1X(非内插传输数据)被直接发送。另一方面，由于第二帧F2被处理成B-图象，也就是一个内插帧，时间上在后的一帧F3(帧间编码非内插帧)的平均值与时间上在前的一帧F1的平均值之差值被求出并作为发送数据(内插发送帧数据)被发射。
具体地说，B-图象以四种不同模式被处理。第一种处理模式包括原始帧F2的数据作为发送数据F2X直接发射，如虚线箭头SP1(内编码)所示。该处理模式与I-图象的处理模式相似，第二种处理模式包括求出帧F2与时间上在后的帧F3的差值并发射该差值，如图11中虚线箭头SP2所示(反向预测编码)。第三种处理模式包括取出帧F2与时间上在前的帧F1之差值并发射该差值，如图11中虚线箭头SP3所示(反向预测编码)。第四种处理模式包括求出时间上在前的帧F1与时间上在后的帧F3之差值并作为发送数据F2X发射该差值，如图11中虚线箭头SP4所示(双向预测编码)。
在这四个方法中，采用可给出最少发送数据量的方法。
应注意，在发射差值数据时，该帧参考(所述帧)与预测图象(与被计算的帧参考不同的帧图象)之间的活动向量X1，也就是用于正向预测编码的帧F1和F2之间的活动向量X1，活动向量X2，也就是用于反向预测编码的帧F2和F3之间的活动向量，或用于双向预测编码的两个活动向量X1和X2与差值数据一起被发射。
对于P-图象的帧F3(帧间编码非内插帧)，帧F3与时间上在前的帧F1间的差值信号作为预测图象，如虚线箭头SP3所示，和活动向量X3被计算出并作为发送数据F3X(正向预测编码)被发射。另一方面，原始帧F3的数据作为发送数据F3X被直接发射(内编码)，如虚线箭头SP1所示。这两个P-图象中给出较小发送数量的一个被送择，如上述B-图象的情况。
同时，B-图象的帧F4和B-图象的帧F5以上述相同的方式被处理，以产生发送数据F4X，F5X和活动向量X4，X5和X6。
图12说明图象序列的帧间编码和帧内编码的另一个例子。在该图中，一个15帧循环代表一个编码单元。
应注意，帧2是一个I-图象，而帧5，8，11和14是由具有只从正向进行预测的帧间编码而编码的P-图象，和帧0，1，3，4，6，7，9，10，12和13是由带具有从反向和正向两方向进行预测帧间编码而编码的B-图象。
用于上述帧内/帧间编码的输入，编码，解码和输出显示顺序示于图13。
图14说明基于上述原理用于编码，发射和解码活动图象信号的一个装置的结构的一个例子。
该编码装置1对输入图象信号进行编码并把已编码信号传送到记录媒体3上用于在其上记录。一个解码装置2重现，解码和输出记录在记录媒体3上的信号。
在编码装置2中，视频信号VD通过一个输入端10被输入到预处理电路11并被分为亮度信号和彩色信号，这里是色度差信号，该亮度信号和色度信号分别被模-数(A/D)转换器12，13进行模-数转换。从A/D转换器12，13来的数字化图象信号被传送和储存到帧存储器14。在帧存储器14中，亮度信号和色度信号分别储存在亮度信号帧存储器15和色度帧存储器16中。
一个格式转换电路17将储存在帧存储器14中的帧格式信号转换为块格式信号。储存在存储器14中的视频信号是包含V行的帧格式数据，每行包含H点，如图15中(A)所示。该格式转换电路17把一帧信号分为N个片，每片包含16行。每片被分为M个宏块，如图15中B所示。每个宏块由相应于16×16象素或点的亮度信号组成，16×16象素或点又进一步分为块Y[1]至Y[4]，每一个含有8×8点，如图15中(C)所示。该16×16点亮度信号与8×8点Cb信号和8×8点Cr信号相关。
如图15中(A)所示的在所述片范围内的活动图象信号按使活动图象信号以图15中(C)所示的宏块为基础代表连续信号的方式排列，并且每个宏块中的活动图象信号也代表在光栅扫描序列中的连续的以块为基础的信号。
转换成块格式数据的数据从格式转换电路17提供给一个编码器18并将以参考图16以下详细描述的方式编码。
经编码器18编码后的信号作为位流被输出到发射信道，以便能记录在，(例如)记录媒体3上。从记录媒体3再生的数据被加到解码装置2的一个解码器31，以参考图19以下将详细描述的方式解码。
经解码器31解码后的数据被输入格式转换电路32，之后从块格式数据转换成上述的帧格式数据，帧格式的亮度信号被传送和储存在帧存储器33的亮度信号帧存储器34，而色度信号被传送和存储到色度信号帧存储器35。从亮度信号帧存储器34和色度信号帧存储器35中读出的亮度信号和色差信号被数-模转换器(D/A转换器)36，37进行数-模转换。产生的模拟信号被传送到一个后处理电路38以被同步成输出图象信号，该输出图象信号从一个输出端30输出，用以在一个显示设备，如CRT上显示。
参考图16，解释编码器18的结构。
通过输入端49提供的图象数据以宏块为基础进入活动向量检测电路50，该电路适用于处理根据W预置序列相应于I-图象，P-图象或B-图象的各自帧的图象数据。该相应输入帧图象以预定方式作为I-图象，P-图象或B-图象被处理。例如，由图10所示的帧F1到F17组成的图象组是按I，B，P，B，P…B，P顺序被处理，如这里所示。
要被作为I-图象处理的图象数据，例如，帧F1，从活动向量检测电路50被传送到用于在其中存储的帧存储器51的正向原始图象部分51a，而要被作为B-图象处理的图象数据，例如，帧F2被传送和存储到帧存储器51的参考原始图像部分51b，和要被作为P-图象处理的帧的图象数据，例如帧F3，被传送和存储到帧存储器S1的反向原始图象部分51C。
在下一周期时间，当作为B-图象要被处理的帧的图象如帧F4或作为P-图象要被处理的帧的图象如帧F4或作为P-图象要被处理的帧的图象如帧F5被输入，存储在反向原始图象部分51c中的第一个P-图象的图象数据，也就是帧F4被传送到正向原始图象部分51a，并且下一个B-图象的图象，也就是帧F4，被存储(被重写)到原始图象部分51b，同时，下一个P-图象的图象数据，也就是帧F5，被存储(或重写)到反向原始图象部分51C。该操作顺序连续重复。
储存在帧存储器51中的各自图象的信号被读出和传送到预测模式切换电路52，在该电路中进行帧预测模式操作或场预测模式操作。另外，在处理部分53中，在预测判定电路54的控制下，执行内编码，正向预测编码，反向预测编码或双向预测编码操作。要进行这些操作中哪个操作的判定是根据预测误差信号，也就是参考图象(正处理的图象)和要预测的图象间的差来做出。结果，活动向量检测电路50产生用于判定预测误差信号的绝对值或平方值之和。
在预测模式开关电路52中解释帧预测模式和场预测模式。
如果在预测模式切换电路52中设定帧预测模式，该预测模式开关电路52直接输出从活动向量检测电路50提供的4个亮度块Y[1]至Y[4]到下游侧处理器53。在这种情况下，如图17中(A)所示，奇数场行数据和偶数场行数据共同存在于每个亮度块中。在图17中，在每个宏块中实线和虚线分别表示奇数场行数据(第一场行数据)和偶数场行数据(第二场行数据)，而a和b表示活动补偿的单元。在帧预测模式中，预测的进行基于4个亮度块(宏块)和与这4个亮度块相关的活动向量。与此相反，如果在预测模式切换电路52中设定场预测模式，则建立从活动向量检测电路50来的输入如图17中(A)所示的阵列信号，使亮度块Y[1]和Y[2]只由奇数场行数据组成，而余下的两个亮度块Y[3]和Y[4]只由偶数场行数据组成，如图17中(B)所示。这些亮度块Y[1]至Y[4]被输出到处理部分53。在这种情况下，一个活动向量与两个亮度块Y[1]和Y[2]相关，而另一个活动向量与另外两个亮度块Y[3]和Y[4]相关。
进一步参考图16，活动向量检测电路50输出帧预测模式的预测误差的绝对值的总和和场预测模式的预测误差的绝对值的总和到预测模式切换电路52。该切换电路52相互比较这两个帧预测模式和场预测模式的预测误差的绝对值的总和，以产生有较小总和值的预测模式的上述操作，将结果数据输出到处理器53。
实际上，相应的操作通过活动向量检测电路50执行。也就是，该活动向量检测电路50输出带有用于选择模式的结构的信号到预测模式切换电路52。该预测模式切换电路52直接输出信号到下游处理器53。
同时，对于帧预测模式，色度信号在奇数行场数据与偶数行场数据共存的状态下，如图17中(A)所示，加到处理器53。对于场预测模式，色度块Cb[5]和Cr[6]的上半部(4行)是分别与亮度块Y[1]和Y[2]相关的奇数场色度信号，而色度块Cb[5]和Cr[6]的下半部(4行)是分别与亮度块Y[3]和Y[4]相关的偶数场色度信号，如图17中(B)所示。
活动向量检测电路50产生预测误差的绝对值的和的方式可用于确定在预测判定电路54中进行内编码，正向预测编码，反向预测编码或双向预测编码中的哪一个。
也就是，作为用于内编码的预测误差的绝对值之总和，求出参考图象的宏块的信号Aij的总和∑Aij的绝对值｜∑Aij｜与该宏块的信号Aij的绝对值｜Aij｜的一个绝对值之和∑｜Aij｜间的差。此外，作为用于正向预测的预测误差的绝对值的总和，求出参考图象的宏块信号Aij与预测图象的宏块信号Bij之差(Aij-Bij)的绝对值｜Aij-Bij｜的总和｜Aij-Bij｜。用于反向预测和用于双向预测编码的预测误差的绝对值总和与用于正向预测的预测误差的绝对值的总和相似地被求出。在这些情况下，当然需要使用与用于正向预测不同的预测图象。
这些总和值被加到预测判定电路54，之后预测判定电路54选择正向预测编码，反向预测编码和双向预测编码的预测误差绝对值的总和最小的一个作为间预测的预测误差的绝对值的总和。另外，预测判定电路54通过比较选择用于间预测的预测误差的绝对值的总和与用于内编码的预测误差的绝对值的总和中较小的一个，并根据所述的绝对值的总和选择一个模式作为预测模式。也就是，如果用于内编码的预测误差的绝对值的总和有较小的值，则设定图象内预测模式。如果用于间编码的预测误差的绝对值的总和有较小的值，则设定正向预测模式，反向预测模式和双向预测模式中有最小值的一个。
因此，活动向量检测电路50通过预测模式切换电路52把参考图象的宏块的信号以相应于由如图17所示的预测模式切换电路52选择的帧预测模式或场预测模式的构形加到处理器53。另外，活动向量检测电路50检测预测图象与参考图象间与由预测判定电路52所选择的四个预测模式中的预测模式相关的活动向量，输出检测到的活动向量到变长编码电路58和活动补偿电路64(如112下所述)。同时，选择将给出最小的相应预测误差的绝对值的总和的活动向量。
当活动向量检测电路50从正向原始图象部分51a中读出I-图象的图象数据时，预测判定电路54设定帧内(图象内)预测模式，也就是不进行动态补偿的模式，作为预测模式，并使处理器53的一个开关设定到一个固定的触点a。因此，I-图象的图象数据被输入到DCT切换电路55。
该DCT模式切换电路55设定4个亮度块的数据到奇数场行数据与偶数场行数据(帧DCT模式)共存的状态或奇数场行数据与偶数场行数据(场DCT模式)分开的状态，如图18(A)或(B)所示，并把处于两个状态中之一的数据输出到DCT电路56。也就是，该DCT模式切换电路55比较在奇数场数据与偶数场数据共存下执行DCT操作时达到的编码效率和在奇数场数据与偶数场数据相互分开下进行DCT操作时达到的编码效率以选择有较高编码效率的模式。
输入信号被设定成奇数场行数据与偶数场行数据共存的一种构形，如图18中(A)所示。计算垂直相互相邻的奇数场行信号与偶数场行信号之差，并求出这些差值的绝对值或平方值的总和。另一方面，输入信号被设定成奇数场行数据与偶数场行数据分开的构形，如图18中(B)所示。计算垂直相邻的奇数场行数据间的差和垂直相邻的偶数场行数据间的差，并求出绝对值或平方值之和。相互比较这些总和，DCT模式被设定为有较小总和值的模式。也就是，如帧DCT模式的总和值或场DCT模式的总和值较小，则DCT模式切换电路55相应地设定为帧DCT模式或场DCT模式。有与所选的DCT模式相关构形的数据被输出到DCT电路56的同时，指示所选DCT模式的一个DCT标志被输出到一个VLC电路58和活动补偿电路64。
比较在预测模式切换电路52中示出图17的预测模式与DCT模式切换电路55中示于图18的DCT模式显示有关亮度块的各自模式中的数据结构是相同的。
如果在预测模式切换电路52中选择帧预测模式，也就是奇数行与偶数行共存的模式，则在DCT模式切换电路55中也选择帧DCT模式(奇数行与偶数行共存的模式)的可能性很高，而且，若在预测模式切换电路52中选择场预测模式，也就是奇数行与偶数行分开的模式，则在DCT模式切换电路55中也选择场DCT模式(奇数行数据与偶数行数据分开的模式)的可能性就高。
但是，这种情况是不必要的，而且在预测模式切换电路52中设定预测模式以使差值的绝对值的总和将变小，同时在DCT模式切换电路55中DCT模式被设定以使编码效率变得更理想。
从DCT模式切换电路55输出的I-图象的图象数据输入DCT电路56，在DCT电路56中该数据被离散余弦变换(DCT)处理。以变换成DCT系数。这些DCT系数输入到量化电路57以在输入可变长度编码电路58之前以相应于储存在下游侧缓冲器59中的数据量的量化级被量化。
该可变长度编码电路(VLC电路)58将从量化电路57加入的图象数据，此处为I-图象数据变换成变长码数据，如霍夫曼码，与从量化电路57施加的量化级(量化定标)一起传送变长码数据到传送缓冲区59。对于可变长度编码电路58，还从量化电路57加入量化级(量化定标)从预测判定电路54加入预测模式，也就是指示图象内编码，正向预测编码，反向预测编码或双向预测编码中的已被设定的那种模式，从活动向量检测电路50加入活动向量，从预测模式切换电路52加入预测标志，也就是指示已被设定的帧预测模式成场预测模式的标志，和一个DCT标志，也就是指示已被设定的帧DCT模式和场DCT模式之一的标志，这些数据或标志也被变换成相应的可变长度编码数据。
传送缓冲区59暂时储存输入数据，以将对应于已存数据量的数据输出到量化电路57。当在传送缓冲区59中常驻数据量增大到一个允许的上限时，发送缓冲区59通过量化控制信号递增加量化电路57中的量化级以减小量化数据量。相反地，如果发送缓冲区59中常驻数据量降低到一个允许的下限时，发送缓冲区59通过量化控制信号递减量化电路57中的量化级以增加已量化数据量。在这种方式下，可防止在发送缓冲区59中产生数据上溢或下溢。储存在发送缓冲区59中的数据在预定时间周期被读出，并在发送信道上通过输出端69输出，以记录在例如记录媒体3上。另一方面，从量化电路57输出的I-图象数据输入反向量化电路60以用从量化电路57输入的量化级数据进行反向量化。反向量化电路60的一个输出加到反向DCT(IDCT)电路61上，反向DCT电路61中进行该输出数据的反向DCT。
应注意，从预测模式切换电路52来的预测标志和从DCT模式切换电路55来的DCT标志输入到变换电路66。从估算模式切换电路52来的估算标志也输入到变换电路66。由IDCT电路61已进行反向DCT处理的数据通过变换电路66，65和处理器62被传送，用于数据比较并接下来发送和储存到帧存储器63的正向预测图象部分63a。
同时，当处理例如图象I，B，P，B，P，B，……顺序输入的帧图象数据时，活动向量检测电路50首先处理初始输入的作为I-图象的帧图象数据，并且，接下来作为B-图象在处理输入的第二帧图象之前，处理在第二图象数据之后输入作为P-图象的第三帧图象数据。这里由于B-图象基于反向预测，除非作为反向预测图象P-图象否则不能用于预测，因此B-图象不能被解码。
因此，活动向量检测电路50在处理I-图象之后开始处理储存在反向原始图象部分51C中的P-图象的图象数据。以帧间差(预测误差)为基础的宏块绝对值的总和值从活动向量检测电路50被发送到预测模式切换电路52和预测判定电路54。响应P-图象的宏块的预测误差的绝对值的总和，预测模式切模电路52和预测判定电路54设定帧/场预测模式，图象内预测，正向预测，反向预测或双向预测中的一个预测模式。
如果预测模式被设定到图象内预测模式，处理器53中的开关切换到固定端a，(如上所述)。因此，与I-图象的图象数据相似，P-图象的图象数据通过DCT模式切换电路55，DCT电路56，量化电路57，可变长度编码电路58和发送缓冲区59被传送到发送信道。另外，该图象数据通过反向量化电路60，IDCT电路61，变换电路66，处理器62和变换电路65还被加到和存贮在帧存储器63的反向预测图象部分63b。
如果预测模式是正向预测模式，则处理器53中的开关在存储在帧存储器63的正向预测图象部分63a中的图象数据这里是I-图象的图象数据由活动补偿电路64响应由活动向量检测电路50输出的活动向量而读出并活动补偿的同时切换到端点b。也就是，在由预测判定电路54命令设定到正向预测模式时，在正向预测图象部分63a的读出地址对应于当前由活动向量检测电路50输出的宏块位置偏移相应于用于产生预测图象数据的活动向量的量之后，活动补偿电路64读出该数据。
从活动补偿电路64输出的预测数据被加到处理器53a，之后处理器53a将基于从活动补偿电路64提供的预测图数据的宏块减去从预测模式切换电路52提供的参考图象的宏块数据以输出其差值作为预测误差。该差值数据通过DCT模式切换电路55，DCT电路56，量化电路57可变长度编码电路58和发送缓冲区59并通过输出端点69加到发送信道。该差值数据由反向量化电路60和IDCT电路61本机解码，以使该差值通过变换电路66输入到处理器62。
从预测模式切换电路52来的预测标志和从DCT模式切换电路55来的DCT标志被加到变换电路66，用于与IDCT电路61的一个输出进行比较。
与加到处理器53a的预测图象数据相同的数据也加到处理器62。处理器62将活动补偿电路64的输出预测图象数据加到IDCT电路61的输出差值数据上。以这种方式，产生原始I-图象的图象数据。P-图象的图象数据通过变换电路65被加到和存储到反向预测图象部分63b。
在I-图象的数据和P-图象的数据分别被储存在正向预测编码图象部分63a和反向预测编码图象部分63b后，活动向量检测电路50执行B-图象的处理。响应基于宏块的帧间差值的绝对值的总和值。预测模式切换电路52设定帧模式或场模式，同时，预测判定电路54设定图象内预测模式，正向预测模式，反向预测模式或双向预测模式之一。
如果预测模式是帧内预测模式或正向预测模式，处理器53中的开关分别切换到固定触点a和b。此时，该处理过程似于对P-图象用于发送该数据而进行的处理。另一方面，如果设定反向预测模式或双向预测模式，处理器53中的开关分别设定到固定端点c或d。
对于反向预测模式，处理器53中开关设定到固定端点c，储存在反向预测编图象部分63b中的图象数据，这里是P-图象的图象数据，由活动补偿电路64响应活动向量检测电路50输出的活动向量而被读出并被活动补偿。也就是，当预测判定电路54命令设定到反向预测模式时，在反向预测编码图象部分63b的读出地址从相应于当前由活动向量检测电路60输出的宏块位置的一个位置偏移相应于用于产生预测编码图象数据的活动向量的量后，活动补偿电路64读出该数据。
由活动补偿电路64输出的预测编码图象数据加到处理器53b，之后处理器53b将由活动补偿电路64提供的预测编码数据由预测模式切换电路52提供的参考图象的宏块数据，以输出差值数据，该差值数据通过DCT模式切换电路55，DCT电路56，量化电路57，可变长度编码电路58和传送缓冲区59经过输出端69被加到传送信道。
对于双向预测模式，处理器53中开关设定到固定端d，储存在正向预测编码图象部分63a中的图象数据，此时是I-图象数据，和储存在反向预测编码图象部分63b中的图象数据，此时是P-图象的图象数据由活动补偿电路64响应由活动向量检测电路50输出的活动向量而读出和活动补偿。也就是，预测判定电路54命令设定到双向预测模式时，在正向预测编码图象部分63a和反向预测编码图象部分63b的读出地址从相应于当前由活动向量判定电路50输出的宏块位置的一个位置偏移一个相应于用于产生预测编码图象数据的正向和反向预测编码图象的活动向量的量后，活动补偿电路64读出该数据。
由活动补偿电路64输出的预测编码图象数据加到处理器53c，之后该处理器53c将由活动补偿电路64提供的预测编码图象数据的平均值由活动向量判定电路50提供的参考图象的宏块数据以输出其差值数据，该差值数据通过DCT模式切换电路55，DCT电路56，量化电路57可变长度编码电路58和发送缓冲区59经过输出端69被加到发送信道。
由于B-图象的图象不被用作其它图象的预测图象，故它不储存在帧存储器63中。与此同时，帧存储器63可按正向预测编码图象部分63a和反向预测编码图象部分63b可为库互换(bank-exchanged)的方式构成，使储存在一个或另一上部分63a，63b中的图象作为一个给定参考图象的正向预测编码图象或反向预测编码图象而输出。
虽然以上主要是针对亮度块描述的，但在传送之前，色度块也是根据示于图17和18的宏块加以处理的。同时，处理色度块时所运用的活动向量是相关的亮度块在垂直水平方向上减少1/2的活动向量。
图19以方框图形式表示图14所示解码器31的典型结构。通过传送信道也就是记录媒体3，发送的图象数据由接收电路(未示出)接收或由重建电路(也未示出)重建，以便接着通过一个输入端80暂时储存在接收缓冲区81内。暂存的图象数据加到一个解码电路90的一个可变长度解码电路82。之后，该可变长度解码电路82将从接收缓冲区81提供的数据用变长解码法进行解码，并将活动向量，预测模式，预测标志和DCT标志输出到活动补偿电路87，同时将量化级数据和已解码图象数据输出到反向量化电路83。
该反向量化电路83根据提供给它的量化级数据反向量化由可变长度解码电路82提供的图象数据，以将已反向量化的数据输出到IDCT电路84。从反向量化电路83输出的数据，也就是DCT系数，由IDCT电路84进行反向DCT处理，以通过变换电路88供给处理器85。
从IDCT电路84输出的图象数据由反向电路88根据提供给变换电路88的预测标志和DCT标志进行比较。
如果加到处理85的图象数据是I-图象数据。则该数据由处理器85输出，以便通过变换电路89加到和储存在帧存储器86中的正向预测编码图象部分86a中，以产生顺序进入处理器85的图象数据(P-或B-图象的数据)的预测编码图象数据。该数据还由变换电路89经输出端91输出到示于图14中的格式变换电路32。
如果加到处理85的图象数据是正向预测模式的数据，并且是有作为预测编码图象数据的前一帧的图象数据的P-图象数据，则储存在帧存储器86的正向预测编码图象部分86a中的前一帧的图象数据(I-图象数据)由活动补偿电路87根据可变长度解码电路82输出的活动向量而读出和活动补偿。该活动补偿数据在处理器85中被相加到由IDCT电路84提供的图象数据(差值数据)并输出由此产生的和数据。该和数据，也就是已解码P-图象数据，通过变换电路89供给和储存到帧存储器86中的反向预测编码图象部分86b，以产生顺序输入处理器85的图象数据，即B-或P-图象数据的预测图象数据。
如果数据是P-图象数据和是图象内预测模式数据，与I-图象数据不同，该数据不在处理器85中处理，并通过变换电路89直接传送和储存在反向预测编码图象部分86b中。由于P-图象是在B-图象之后要显示的图象，在该时间点，它还未被输出到格式转换电路32。也就是，如前所述，在B-图象之后输入的P-图象在B-图象之前被处理和传送。
如果由IDCT电路84供给的图象数据是B-图象数据，则分别响应从可变长度编码电路82输出的预测模式，即正向预测模式，反向预测模式或响应双向预测模式，读出储存在正向预测编码图象部分86a中的I-图象的图象数据。储存在反向预测编码图象部分86b中的P-图象的图象数据，或这两个图象数据，并由活动补偿电路87根据由可变长度解码电路82输出的活动向量进行活动补偿，以产生预测编码图象。如果不需要活动补偿，即如果预测模式是图象内预测模式，则不产生这种预测编码图象。
由活动补偿电路87按这种方式进行活动补偿后的数据在处理器85中相加到变换电路88的一个输出上。该总和输出经过变换电路89和输出端91被传送到示于图14的格式转换电路32。由于该总和输出是不被用于产生其它图象的预测图象的B-图象数据，它不储存在帧存储器86中。
在输出B-图象后，存储在反向预测图象部分86b中的P-图象的图象数据被读出并通过活动补偿电路87传送到处理器85。在此时不进行活动补偿。
在当前解码器31中，相应于示于图16的编码器中的预测模式切换电路52和DCT模式切换电路55的电路均未示出。这些电路进行的处理操作，即是奇数场行信号与偶数场行信号相互分开的格式变换或这些信号相互混合的原始构形的操作，由活动补偿电路87执行。
虽然以上已描述了对亮度信号的处理，色度信号的处理的相似的方式执行，但除外将用于亮度信号的活动向量在垂直和水平方向上各减小一半的活动向量用于色度信号的情况。
与此同时，在图象信号编码中执行量化和反向量化过程中，应用指示量化细度，即量化宽度，或量化步长的一个值是常规方法。从2到62的偶数被用作量化宽度。量化宽度由量化特征值(QUANT)表示。从1到31的整数被用于表示指示所述步长的量化特征值。量化宽度是一个两倍于量化特征值的值。
为压缩一幅图象总体上在达到一个目标数据量需要量化宽度。但是要压缩一幅具有与那些使用上述量化宽度的一整幅图象的明显不同统计特性的图象就非常困难，例如，要压缩一幅有极低象素相关性的图象或通过利用频域中系数密度的DCT编码的近似于白噪声的图象就极难。也就是说在这种情况下，即使采用量化特征值的最大值31也不能把图象压缩到目标尺寸。
另一方面，如果希望获得有很高图象质量的图象，诸如称为无损(loss-less)图象等基本没有变形的图象，即使是量化特征值的最小值1也过大而不能为精确恢复图象进行量化。
此外，在图象信号的编码过程中，被压缩的位流经常被目标发送率所控制。此时，在一个普通线性量化器中，上述量化特征值反比于，或更精确地，与基于上述量化特征值的量化后图象数据所产生的位的个数呈对数关系。
结果，如果量化特征值保持在小范围值内时量化特征值改变了1，产生的位的量明显变化。如果，例如，量化特征值从1变到2，产生的位的数量明显地减少一半。这说明，如果量化特征值在一个小范围内，量化特征值相邻值之间的间隔太宽，以致使它很难精细地控制所产生的位量。
相反地，如果量化特征值在一个较宽的范围内，则即使量化特征值改变了1，所产生的位的量也几乎设有。如果，例如，量化特征值从30变到31，量化特征值为31时产生的位量比量化特征值为30时的恒量的变化不超过5%。这说明对于有较大范围的值的量化特征值，量化特征值的相邻值间的间隔不需要较窄。
为了克服上述的困难，已知的一种方法是将这些量化特征值映射到一个非线性数字序列而不是直接采用从1到31单调递增的数字序列。用于找到映射到这种非线性数字序列的量化特征值的量化信息与量化特征值的关系示于表7。同时，量化信息按索引号排列并用数字符号表示。
虽然由量化特征值范围引起的上述问题可通过运用映射到非线性序列的量化特征值来克服，但量化特征值被赋予映射到非线性数字序列的查表值，使得在编码解码装置中必需设置一个用于贮存查表值的装置。这样的结果是编码/解码装置的硬件尺寸增大。
利用非线性数字序列的量化特征值的传统反向量化器的结构概略地示于图20。非线性数字序列的量化特征值被保存在由ROM组成的表200中，量化特征值的8位数据从表200中读出。量化特征值在乘法器201中被每次以已量化图象数据的n位变换系数而反向量化该已量化数据。在反向量化器中的表200和乘法器201都需要一个大尺寸的电路。
也就是，在采用传统图象信号编码/解码装置时，由于采用了数字1到31，或示于图7的数字序列值，必需在图象信号编码/解码装置的反向量化器中提供用于反向量化器的乘法器。该乘法器有增大了的尺寸因而不必要地增大了图象信号编码/解码装置的尺寸。
针对本领域的上述状态，本发明的一个目的是提供可采用合适的量化特征值用于量化和反向量化图象信号而不增加电路规模的图象信号编码方法和装置以及图象信号解码方法和装置。
根据本发明，所提供的一种输入图象信号被量化并被编码的图象信号编码方法，包括设定一个用于表示2的幂的一个指数的量化信息值作为多个量化信息中的第一量化信息;设定相应于乘以2的幂的一个系数的值作为多个量化信息中的第二量化信息;和根据用所述系数与2的幂的乘积表示的非线性量化特征值(QUANT)进行量化。
根据本发明，还提供了一种被传送的已编码数据被反向量化并接着解码以恢复图象数据的图象信号解码方法，其中，在反向量化时，使用表示2的幂的一个指数值作为多个量化信息中的第一量化信息和相应于被2的相乘的系数的一个值作为多个量化信息中的第二量化信息，由2的幂乘以要被2的幂相乘的一个系数再现非线性量化特征值。
在上述的图象信号编码或解码方法中，最好通过使用用于表示2的幂的指数的一个值k作为第一量化信息，k是一个正整数，和通过使用(i/2+j)作为相应于被2的幂相乘的系数的第二信息，i是正整数和j是0或1，而找到量化特征值，并最好运用被作为量化宽度的一个常数相乘的量化特征值。
该量化特征值(QUANT)由以下方程表示QUANT＝(i/2+j)×2k+2(k+2)-4.
包含第一量化信息和第二量化信息的量化信息由5位表示，而量化信息k，i和j与量化特征值的关系被设定为如表1，2，3或4所示。
如果量化特征值用二进制数表示，在4个连续位中至少存在一个有效位。
当反向量化已编码数据时，已编码数据被相加三次，产生的总和移位数由第一量化信息k设定。
通过使用m作为表示2的幂的指数值的第一量化信息，m为表示所需量化特征值所要求的值(整数)，和通过使用α;作为相应于被2的幂相乘的系数的第二信息，α是0或1;i等于1～n，而求得量化特征值，其中，量化特征值被用作量化宽度的一个常数相乘。
该量化特征值(QUANT)由下式给定。
QUANT＝2(m-1)+α1×2(m-2)+α2×2(m-3)+…+αn×2(m-n-1)其中n是代表量化特征值的精度的预设整数。
如果表示可由第一量化信息m假设的值的范围所需的位数是L，则包含第一量化信息和第二量化信息的量化信息由(L+n)位表示。
量化信息m，α与量化特征值的关系被设定成如来3或6所示。
在反向量化已编码数据中，该已编码数据被相加两次，由此产生的总和被移位3位。
根据本发明，还提供了一种图象信号编码方法，其中一个图象信号使用一个预定预测图象信号被编码，由此产生的已编码信号以预定方式被处理，并接下来被量化，并且其中产生的已量化信号是可变长度编码信号，其中在线性量化上产生的位数被计算，指示量化方式的一个线性/非线性量化切换信号根据该计算的结果产生，并且，如果线性/非线性量化切换信号指示非线性量化，根据由2的幂和被2的幂相乘的一系数所表示的非线性量化特征值(QUANT)，与表示2的幂的一个指数作为多个量化信息中的第一量化信息的一个值和相应于所述系数作为第二量化信息的一个值一起进行量化。
对产生的数据量的估算基于帧进行。
根据本发明，还提供一种输入图象信号被量化并接着被编码的图象信号编码装置，该装置包括用一个预定预测图象信号对输入图象信号进行编码的一个编码部件;一个对已由所述编码部件编码的信号进行预定变换处理操作的变换部件;一个用于对所述变换部件的一个输出信号根据由2的幂和被2的幂相乘的一个系数表示的非线性量化特征值(QUANT)与用于表示2的幂的一个指数作为多个量化信息中的第一量化信息的一个值和相应于所述系数作为第二量化信息的一个值一起进行量化的量化部件;和一个用对已量化信号进行可变长度编码的变长编码部件。
根据本发明，还提供一种一个输入图象信号被量化和接着被编码的图象信号编码装置，该装置包括一个用预定预测图象信号对输入图象信号进行编码的编码部件;一个用于对由编码部件已编码的信号进行预定变换的变换部件;一个用于估算在线性量化中产生的位的量的估算部件;一个用于产生一个根据估算部件的估算结果指示量化方式的线性/非线性切换信号的切换信号发生部件;一个用于根据由2的幂和被2的幂相乘的系数表示的非线性量化特征值(QUANT)使用一个用于表示2的幂的指数作为多个量化信息中的第一量化的值和一个相应于作为第二量化信息的所述系数的值，当从所述切换切换信号发生部件来的线性/非线性切换信号指示非线性量化时，对变换部件来的信号进行线性量化的第一量化部件。
该估算部件以帧为基础计算产生的位的量。
在根据本发明的图象信号解码方法中，如果指示线性/非线性量化哪个将被使用的线性/非线性量化切换信号指示非线性量化，则通过2的幂乘以要被2的幂相乘的系数，使用用于表示2的幂的指数作为多个量化信息中的第一量化信息的一个值和相应于所述系数作为第二量化信息的一个值再产生非线性量化特征值，并且根据所产生的非线性量化特征值(QUANT)反向量化已编码数据。
对应于该线性/非线性量化切换信号的切换以帧为基础，线性反向量化和非线性反向量化以帧为基础进行。
根据本发明，还提供一种图象信号解码装置，该装置中，对传送的图象数据进行可变长度解码而获得的数据被反向量化而已被反向量化的数据被解码以恢复图象数据，该装置包括一个用于对传送图象数据进行可变长度解码的变长解码部件;一个用于通过2的幂与一个系数相乘，使用用于表示2的幂的指数作为多个量化信息中第一量化信息的一个值和相应于被2的幂相乘的所述系数作为量化系数中第二量化信息的一个值再产生量化特征值和根据再产生的量化特征值(QUANT)反向量化已量化数据的反向量化部件;和一个用于对已反向量化数据进行预定操作的变换部件。
该反向量化部件包括一个用于变换第一量化信息的表部分;用于根据第一量化信息对第二量化信息进行移位的移位装置，用于将表的一个输出加到移位装置的一个输出的加法装置;和一个用于将已量化数据乘以加法装置的输出的乘法装置。
反向量化部件包括一个用于变换第一量化信息的表;用于将该表的一个输出加到第二量化信息的加法装置;用于将该加法装置的一个输出乘以已量化数据的乘法装置;和用于将乘法装置的输出移位由第一量化信息所设定的位数的移位装置。该乘法装置由一个三级乘法器组成。
反向量化部件包括一个用于变换第一量化信息的表;用于将该表的一个输出加到第二量化信息的加法装置;用于根据被变长解码部分解码并与该图象数据一起传送的线性/非线性量化切换信号的线性/非线性量化信息选择该加法装置的输出和该线性量化信息之一的选择装置;用于将选择装置的输出乘以已量化数据的乘法装置;以及只有当线性/非线性量化切换信号指示非线性量化时，用于将乘法装置的输出移位由第一量化信息所设定的位数的移位装置。该乘法装置由一个三级乘法器组成。
量化特征值被变换成非线性数字序列，并且正确选择用于变换成该数字的非线性序列的方法。
只用一个带有较少级数和处理操作数目的乘法器进行量化和反向量化。
另外，只用加法和移位进行量化和反向量化。
参考附表和附图，将详细描述本发明的最佳实施例。
图1说明根据本发明的图象信号编码装置和解码装置中用于再产生量化特征值的电路示意性结构;
图2示出图1中移位器110的一个示意性结构;
图3示出根据本发明的图象信号编码装置解码装置中反向量化电路的示意性结构;
图4说明根据本发明第三实施例的图象信号编码装置和解码装置中再产生量化特征值的电路的示意性结构;
图5示出图1中移位器110的一个示意性结构;
图6示出根据本发明第三实施例的图象信号编码装置和解码装置中的反向量化电路的示意性结构;
图7示出根据本发明第四实施例的图象信号编码装置和解码装置中反向量化电路的一个示意性结构;
图8说明根据本发明的图象信号编码装置中量化电路的示意性结构;
图9说明高效编码的原理;
图10说明压缩图象数据中的图象类型;
图11说明对活动图象信号进行编码的原理;
图12说明活动图象信号的GOP结构;
图13说明输入，编码，解码和输出图象信号的顺序;
图14是示出传统编码/解码装置一种典型结构的方框电路图;
图15说明在示于图14的格式转换电路17中的格式转换操作;
图16是表示图14表示编码器18的一种典型结构的方框电路图;
图17说明示于图16的预测模式切换电路52的操作;
图18说明示于图16的DCT模式切换电路52的操作;
图19是表示图14所示解码器31的一种典型结构的方框电路图;
图20说明传统非线性量化电路的示意性结构。
图中各标号代表110，143，150，183…移位器;111，141，151，181，…表;112，140，152，180…加法部件;142，182…乘法器;190，191…加法部件;192…移位器;210…最大系数选择电路;211…选择量化特征值电路;213…线性量化电路;214…非线性量化电路。
对于本发明的第一实施例，用于表示量化信息中2的幂标记或指数的二进制数表示第一量化信息而相应于要被2的幂相乘的系数的二进制数表示第二量化信息，并根据由2的幂值与上述系数的乘积表示的数字的非线性序列所代表的量化特征值(QUANT)进行量化和反向量化。如果第一量化信息用k表示和第二量化信息用(i/2+j)表示，则量化特征值(QUANT)可用等式(1)求得。
QUANT＝(i/2+j)×2k+α (1)(α＝2(k+2)-4)其中j和k是正整数和i是0或1。使用量化特征值(QUANT)，对图象信号的编码和解码分别由一个编码器和一个解码器执行。
应注意，在由MPEG系统编码的位流中含有变长编码数据。因此，需要一个特殊码，使它从一点开始解码期间，即使可能已产生可变长度编码数据的变化，也能进行一元解码。在以上的位流中，该特殊码是一个包含23或更多个连续的0的代码。在这一考虑中，在量化信息中的位都是0的量化特征值(QUANT)被禁止以制止除上述特殊码外可变长码数据，使得23或更多个0可为其它变长码数据的任何组合产生。
如果量化信息被认为是恒定的由式(1)表示的序列是一个等于一个2的幂的相邻两项有相同差值的等差级数。如果由量化信息j表示的数是P，该等差变为2×P的间隔。
可由式(1)表示的量化特征值(QUANT)由表8给出。
在表8中，量化信息的k，j和i分别是2位，2位和1位，总共是5位，也示出了与此相关的量化特征值(QUANT)，包括二进制表示。量化信息的5位表示为(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)，从MSB开始。量化信息k的头两位(Q1，Q2)表示用于表示2的幂的指数的第一量化信息。对于量化信息的其余三位，两位j(Q3，Q4)和一位i(Q5)表示第二量化信息，第二量化信息是相应于被式(1)的2的幂数相乘系数的一个值。
用X(＝1/2+j)表示的量化特征值的8个值的一组组成一个等差级数，该等差级数有其在从一组变到另一组的切换点改变等差值。如果采用表8所示的数字的非线性序列，量化信息的变换可被一元操纵。结果，如果量化宽度由可被式(1)表示的值表示，可不再需要用于保存相应变换表的存储器。
由于由量化信息k，j和i表示的5位表示了为发送从1到31的量化特征值的值所需的位数，可以使采用根据本发明用于找到量化特征值(QUANT)的方法对图象信号进行编码/解码的方法和装置可同采用为找到量化特征值的传统方法的图象信号编码/解码方法和装置互换。
在上表8中，量化特征值(QUANT)各组用X表示。对于每组X的一个初始值α，量化特征值(QUANT)用α和X通过等式α+X×2n表示，其中n是自然数。因此，包含8个值的每组可从前端组开始由0+X，4+2X，12+4X和28+8X表示。
设置在用于通过变换成示于表8的非线性数字序列而再产生的量化特征值的图象信号解码装置中的电路示意地图示于图1中。
如果量化信息(Q3，Q4，Q5)被输入移位器110并使用量化信息(Q1，Q2)的值被移位，则每组X的数字序列可由X×2n表示，n是自然数。也就是，如果量化信息(Q1，Q2)是(0，0)，(0，1)，(1，0)和(1，1)，则量化信息(Q3，Q4，Q5)分别被移位0，1，2或3位。
表9示出引入表111的量化信息(Q1，Q2)的值由表111变换后发生的输出S1的值，和在表111中被顺序读出的值S2，如上所述。
示于图1的移位器110的构形示意地示于图2。在与门121至132输入的量化信息(Q3，Q4，Q5)根据由移位量发生器120以量化信息(Q1，Q2)为基础所产生的移位量被改变，并通过或门133，136和异或门134，135被发送。由此产生的量化信息在位0输出端b
至位5输出端b[5]上输出。
根据量化信息(Q1，Q2)顺序读出的值0，4，12和28被储存在表111中。读出值的高3位和X×2n的高3位，(n为自然数)，在相加节点112相加。由此产生的总和信号的4位和值X×2n的低3位连接起来给出7位量化特征值(QUANT)，作为再生值。
用于找到上述非线性量化特征值的电路装置的尺寸小于用于找到示于图7的传统非线性量化特征值的电路装置。其原因在于传统的非线性量化特征值缺乏周期性并必须不时参考表，以致所以需要大量门电路。
由此产生的量化特征值被已量化图象数据(量化数据)的变换系数以反向量化方式相乘。由于7位中的4位是有效位，这可从表8中看到，一个三级乘法器可用于将量化特征值乘以变换系数作为图象信号的已量化数据(量化数据)。
图象信号编码和解码装置中的反向量化电路的布局示意地示于图3中。输入表141的量化信息(Q1，Q2)在变换成示于表10的值S3后加到加法部件140。
在加法部件140中，值S3和量化信息(Q3，Q4，Q5)被加在一起，由此产生的总和被传送到一个信号开关部件144。输入到该信号开关部件的还有用于进行线性量化的量化信息(Q3，Q4，Q5)和用于进行非线性量化的MSB等于0的量化信息。输入到该信号开关部件的另外还有用于选择要进行线性量化或非线性量化的线性/非线性量化信号。
本文所述线性量化意味着由二进制值表示的量化信息的值与量化宽度即量化步长的值有线性关系。相反，非线性量化意味着由二进制值表示的量化信息的值与量化宽度的值有非线性关系。
如果在信号开关部件144中由线性量化/非线性量化切换信号选择了线性量化，则用于线性量化的量化信息(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)被选择和传送到乘法器142。相反，如果通过线性/非线性量化开关信号选择了非线性量化，则从加法部件140来的4位量化信号和作为量化信息的MSB的0被选择和传送到乘法器142。乘法器142把输入的量化信息乘以n位变换系数以产生乘积，该乘积输出到移位器143。
量化信息(Q1，Q2)和上述线性量化/非线性量化开关信号被输入移位器143。如果已由线性量化/非线性量化开关信号选择了线性量化，则移位器143直接发送乘法器142的输出作为再现输出。相反，如果已由线性量化/非线性量化开关信号选择了非线性量化，则移位器143将乘法器142的输出移位，其移位量以输入量化信息(Q1，Q2)为基础而产生，如表11所示，以输出移位后数据作为再现数据。
表11线性/非线性Q1Q2移位量量化切换信号线性量化××0位非线性量化000位非线性量化011位非线性量化102位非线性量化113位在上表中，由线性量化/非线性量化切换信号选择的线性量化的(Q1，Q2)的符号x表示移位量不受量化信息(Q1，Q2)的值的任何可能组合的影响。
如果已量化数据反向量化的数据的再现值是A，作为量化数据的变换系数是Coeff和量化宽度是SP，再现值A可表示为A＝Coeff×SP＝Coeff×(2×QUANT)(2)如果已选择了非线性量化，则用于找到量化特征值(QUANT)的等式(2)修正为QUANT＝((i/2+j)+(4-4/2k))×2k(3)在上式中，(i/2+j)项相应于输入加法部件140的第二量化信息(Q3，Q4，Q5)，(4-4/2k)项相应于表141的一个输出和2k项相应于移位器143中的移位量。因此由下式给出再现值AA＝Coeff((i/2+j)+(4-4/2k))×2(k+1)(4)用于找到再现值A的移位器143在结构上更简单。还可采用有较少级数的乘法器142，该乘法器142能将变换系数的n位，开关部件144的输出数据的4位和MSB相乘。
在上述第一实施例中，可假设量化特征值的最大值是56.0，量化宽度是112。但是，例如，如果白噪声输入实际图象，需要更大的量化特征值。为处理这种情况，可采用以下两种方法。
第一种方法是分配量化特征值的较大的值，如64，96或128，给当前未采用的二进制“00000”的量化信息。如果分配64或128作为量化特征值的值，则由于移位器中的移位满足反向量化中的乘法，可简化处理。如果分配96作为量化特征值的值，则由于单级加法部件足以满足，处理可相似简化。
第二种方法是分配量化特征值的值64，96或128给二进制“11111”的量化信息，这是考虑到如果采用二进制“00000”的量化信息，很可能产生一个“0”的长序列。
在由28×8X表示的第四组的移位量明显改变的情况下的量化特征用第三实施例的方式在表12中示出。
在表12中由28+16X表示第四组量化信息通过有意设定由量化信息k表示的移位量的最大值而找到，使第四组量化信息较大则不管量化信息k的连续性。因此量化特征值的最大可能值是84.0，该值足够大以适应如自噪声的特殊输入。这种方法在控制编码中是所希望的，因为它可能提供连续的量化特征值直到最大值。
在当前第三实施例中，禁止量化信息“00000”，如在上述第一实施例中相同。
用于再产生量化特征值的电路示意地示于图4，该电路在图象信号解码装置中用以通过变换成示于表12的非线性数字序列再产生量化特征值。
n是自然数的X×2n值可由输入量化信息(Q3，Q4，Q5)到移位器150，和使用量化信息(Q1，Q2)值移位量化信息(Q3，Q4，Q5)来表示。也就是，如果量化信息(Q1，Q2)是(0，0)，(0，1)，(1，0)或(1，1)，量化信息(Q3，Q4，Q5)分别被移位0，1，2或4位。
图5示出示于图4的移位器150的示意性结构。输入到与门161至172的量化信息(Q3，Q4，Q5)响应在移位量发生器160中，根据量化信息(Q1，Q2)产生的移位量而改变，并通过或门173，175和异或门174被发送，以使量化信息在位0输出端b
至位6输出端b[6]上输出。
根据量化信息(Q1，Q2)顺序读出的值0，4，12和28，被储存到表151，读出值的高4位和值X×2n(n为自然数)，以高4位在相加节点152加在一起。5位总和值附加到值X×2n的低3位以再产生8位量化特征(QUANT)，从表151顺序读出的值是示于表9中的值，与上述第一实施例中相同。
图象信号编码/解码装置中反向量化电路用示意地示地图6中。输入表181的量化信息(Q1，Q2)变换成示于表13中的值S4，以便输出到加法部件180。
在加法部件180中，从表181来的值S4和量化信息(Q3，Q4，Q5)加在一起，产生的总和在乘法器182中乘以n位变换系数。在移位器183中根据量化信息(Q1，Q2)经移位产生乘积，用以再产生图象数据。同时，在当前第三实施例中反向量化电路182的乘法器183的位数不同于上述第一实施例中反向量化电路的乘法器142的位数。
也就是，在第三实施例中，如果量化信息k有值0，1或2，则图象数据的再现值A可从等式(4)中求得。另一方面，如果量化信息k有值3，则图象数据的再现值A可从下式得到A＝Coeff×((i/2+j)+1.75)×25(5)
用于寻求再现值A的移位器183在结构上较简单。还可采用较少级数的乘法器182，它能将变换系数的n位和乘法器180的输出数据的5位相乘。
以下描述本发明的第四实施例，对于根据本发明的图象信号的编码方法，图象信号根据如下表示的量化特征值(QUANT)被量化。
QUANT＝2(m-1)+α1×2(m-2)+α2×2(m-3)+…+αn×2(m-n-1)(6)其中m为表示量化特征值所幂的整指数，而为Qj，j为1～n，是表示量化特征值精度的预定整数。
在当前第四实施例中，用整数指数从0到7的值和作为式(6)的一个典型例子的量化特征值2的精度n，信号被量化。虽然在等式(6)中采用(m-1)值代替m作为幂的指数，采用指数m或(m-1)并无本质区别。
可被上式(6)表示的量化特征值示于表14。
如果采用示于表14的非线性序列，该映射可由等式(6)一元地确定，使得不再需要提供保存映射数据的存储器。
如果采用了映射到示于表14的非线性序列，以下编码数据被发送，用于传送根据等式(6)的量化信息。为发送量化信息m，首先必需发送从0到7的整数，所以需要3位。此外，为发送量化信息α1和α2，每个需要1位，所以总共需要5位。5位数正好是发送从1到31的数字所需的，因此可保持在传统量化特征值下运行的系统与在根据本发明的量化特征值下运行的系统的兼容性。
以下给出5位量化信息(Q1，Q2，Q3，Q4，Q5)的典型结构。量化信息m由前3位(Q1，Q2，Q3)二进制表示，而量化信息α1和量化信息α2各由1位(Q4，Q5)表示。
Q1，Q2，Q3，Q4，Q55位Q，Q2，Q3000至111量化信息mQ40或1量化信息α1Q50或1量化信息α1现在说明采用映射到示于表14的非线性序列时的反向量化。如果示于表14的非线性序列由二进制数表示，则在任何这些二进制数中只有3位同时变为“1”。结果，位“1”连续产生而不是随机产生，使得通过置于两级加法器下游的移位器就足以将数据移位到所需位置。在图7中示出根据本发明以上述原理为基础的反向量化电路。根据本发明的反向量化装置由两个全加器190，191和一个移位器192组成。移位器将数据向左移的位数示于表15，并根据(Q1，Q2，Q3)的值。在此时，该LSB被插入0。
等于100的一个DCT系数用量化宽度20被量化的情况以实例方式加以说明。该量化特征值等于5，如果采用9位编码，该值在编码成“000000101”后被发送。如果以本发明的方式用5位进行编码，以量化宽度是20用5位编码后变为“10101”，因为20＝16+4，16＝24和4＝22，因此m＝5，α1＝0和α2＝1。
在接收到量化值(量化数据)“000000101”和量化宽度“10101”，解码器输入该数据到反向量化电路。也就是，在图7中，a0…a8＝”00000101”和Q1Q2Q3＝“101”量化信息mQ4＝“0”Q5＝“1”在示于图7的反向量化电路中，由于Q5＝“1”，在最上行中的a0至a8直接被输入加法器190。但是，由于Q4＝“0”，下一行的a0到a8的一个输出变为“0”但不输入加法器190。
在第三行的A0至A8被相加产生相加结果，使新的总和结果是“000000011001”。这个值被输入移位器192，根据Q1，Q2，Q3＝“101”移位两位，使移位器192由一个输出变为“000001100100”，因此产生数字“100”的量化值。在本实例中，移位器192的移位量和计算移位量的方法分别示于表15和16中。
表15
Q1 Q2 Q3左移位量(0填冲)0右移位:3或左移位二进制点:31右移位:2或左移位二进制点:22右移位:1或左移位二进制点:13041526374表16000000101←Q5=1000000000←Q4=0+) 000000101000000011001←输入至移位器↓000001100100←从移位器输出现说明本发明的第五实施例。
在本发明第四实施例中，定义了量化特征值精度最大到在二进制表示中二进制点以下的第三位置，如表14所示。但是，由量化电路接收的量化特征值精度被独立确定。例如，如果由量化电路接收的量化特征值的精度最大到二进制表示中二进制点以下第一位置，则禁止有过密量化特征值精度的示于表14的量化信息。以这种方式限定的量化特征值示于表17。在第五实施例中，禁止的量化信息不能被采用。
在第六实施例中，有过密量化特征值精度的量化信息被改变，其分配方式是使量化信息表示有可接受精度的附近的量化特征值，而不是禁止有过密量化特征值精度的量化信息，这个实施例示于表18，其中代表量化特征值的例如0.5的量化信息是“000XX”，X表示“无关”，表示在这些位置的位可以是0或1，在当前第六实施例中，没有如第五实施例中的被禁止的量化信息。
应注意，可变长度编码数据包含在由MPEG系统编码的位流中，因此，在从任意点开始进行解码时，如果可能的变长编码数据的变化已产生时，需要一个能进行一元解码的特殊码，在根据MPEG系统编码的位流中，该特殊码是有23或更多连续0的一个码。在这种考虑中，在除以上特殊码外的可变长码数据，使得23或更多个0可为其它任何变长码数据的任何组合产生。
结果，尽可能不被使用只由0组成的量化信息。因此，在表14，17和18中，量化信息“00000”带来一系列问题。为克服这些问题，在例如表14中，“0”和“1”互相倒置，用于禁止认为只在极少数情况下使用的较大的量化特征值“112”。这种例子示于表19。表20示出一个例子，其中表18的精度加倍用以翻转该量化信息。
以下说明一种图象信号编码/解码装置，其中在引入量化信息时线性量化转换为非线性量化或反之。
根据本发明的图象信号编码装置的示意性结构与示于图16中的传统编码装置相似。但是，反向量化电路60有示于图3，6和7的示意性布局之一，而量化电路57有示于图8的示意性布局。
以示于图16的DCT电路56来的信号被传送到示于图8的量化电路57和之后传到最大系数选择电路210。在最大系数选择电路210中，用最大系数除以用于线性量化的最大量化宽度62而获得的一个值与量化级的最大值256进行比较。如果该值等于或大于最大量化宽度，则量化特征值选择电路211选择线性量化的量化特征值。此时，该量化特征值选择电路211输出指示线性量化已被选择的量化选择信号到信号切换开关212和到示于图16的可变长编码电路58。结果，信号切换开关212被设定到固定端a，以使量化特征值选择电路211的输出通过信号切换开关212固定端a被传送到线性量化电路213。在线性量化电路213中，该数据与线性量化特征值一起进行线性量化，由此产生的已线性量化数据输出到可变长编码电路58和反向量化电路60。
由于不仅量化特征值选择信号而且量化宽度(量化级)被加到可变长编码电路58，故该可变长编码是电路58使用量化宽度进行可变长编码。
另一方面，如果断定在最大系数选择电路210中获得的并与量化级比较后的小于最大量化宽度，则量化特征值选择电路211选择非线性量化的量化特征值。因此，从量化特征值选择电路211来的指示已选择非线性量化的量化选择信号输出到信号选择开关212，该信号选择开关212切换到固定端b。量化特征值选择电路211的一个输出经信号切换开关212的b端传送到非线性量化电路214以便根据非线性量化特征值进行非线性量化。已非线性量化的数据输出到可变长编码电路58和反向量化电路60。
由于不仅量化特征值选择信号而且量化宽度(量化级)被加到可变长编码电路58，如线性量化相同，可变长编码电路58使用量化宽度进行可变长编码。
由于线性量化/非线性量化开关信号的帧为基础变换，故线性量化变为非线性量化或相反也以帧为基础。
对于最大系数选择电路210去检查在MPEG系统中规定的指示量化特征值的标志以确定进行线性量化还是非线性量化也是可能的。
对于最大系数选择电路210，去检查动态范围的确定要执行线性量化还是非线性量化也是可能的。
根据本发明图象信号解码装置的示意性结构与示于图19的传统解码装置的结构相似。但是，反向量化电路83可有任一种示于图3，6和7的示意性结构。
应注意，上述实施例只是说明性的，并可作出不背离本发明范围的改变和修改。
根据本发明，提供一种图象信号编码装置，该装置包括用于使用预定预测图象信号对输入图象信号进行编码的一个编码部件;用于对由该编码部件编码的信号进行预定变换操作的一个变换部件;用于估算线性量化中产生的位的量的一个估算部件;用于产生根据估算部件估算的结果指示量化方式的线性/非线性切换信号的一个切换信号发生单元;一个第一量化部件，用于当从切换信号发生部件来的线性/非线性切换信号指示线性量化时，对变换部件来的信号进行线性量化;一个第二量化部件，用于当从切换信号发生部件来的线性/非线性切换信号指示非线性量化时，根据由2的幂和被2的幂相乘的系数表示的非线性量化特征值(QUANT)，使用用于表示作为多个量化信息中的第一量化信息的2的幂的指数的一个值和相应于作为第二量化信息的系数的一个值对来自变换部件的信号进行线性量化;和一个可变长编码部件，用于借助图象数据使用较宽范围和适当精度的量化特征值被量化或反向量化，对第一量化部件或第二量化部件的输出的已量化信号进行可变长编码。
根据本发明，还提供一种图象信号解码装置，该装置包括一个可变长解码部件，用于对被传送的图象数据进行可变长解码;一个反向量化部件，用于通过将2的幂乘以一个系数，使用用于表示作为多个量化系数中第一量化系数的2的幂的指数的一个值和一个相误码于被作为多个量化系数中的第二量化信息的要与所述2的幂相乘的系数的值再产生量化特征值，并根据再产生的非线性量化特征值反向打开(inverse-contusing)从可变长编码部件来的已量化数据;和一个变换部件，用于借助图象数据使用较宽范围和适当精度的量化特征值可被反向量化，对已反向量化数据进行预定操作。
结果，可采用较大的量化特征值用于对需要较大量化特征值的图象进行编码，同时可采用较小量化特征值用于对高质量图象进行解码。
另一方面，可获得适用于控制高精度编码产生的位的数目的量化特征值。
此外，由于不需要存储量化特征值的非线性数字序列，不增加电路结构尺寸，量化和反向量化可使用移位操作和一个有减少了级数的乘法器完成，该乘法器的大小可为传统编码/解码方法和编码/解码装置中的乘法器的一半。
权利要求
1.一种输入图象信号被量化并接着被编码的图象信号编码方法，该方法包括以下步骤设定用于表示作为多个量化信息中第一量化信息的2的幂的指数的量化信息的一个值；设定相应于被作为多个量化信息中第二量化信息的2的幂相乘的系数的一个值；和根据用所述系数与2的幂的乘积表示的非线性量化特征值(QUANT)进行量化。
2.根据权利要求1的图象信号编码方法，其特征在于所述量化特征值是由以下求得使用k作为表示2的幂的指数的一个值的第一量化信息，k为正整数;和通过使用(i/2+j)作为相应于被2的幂相乘的系数的第二量化信息，j是正整数和i是0或1，并且其中被一常数相乘的量化特征值被用作量化宽度。
3.根据权利要求2的图象信号编码方法，其特征在于该量化特征值(QUANT)由下式表示QUANT＝(i/2+j)×2k+2(k+2)-4.
4.根据权利要求3的图象信号编码方法，其特征在于包含所述第一量化信息和所述第二量化信息的所述量化信息由5位表示。
5.根据权利要求4的图象信号编码方法，其特征在于所述量化信息k，i和j与量化特征值的关系如下表1所示被设定
6.根据权利要求5的图象信号编码方法，其特征在于如果所述量化特征值用二进制数表示，则在4个连续位中至少存在一个有效位;
7.根据权利要求4的图象信号编码方法，其特征在于所述量化信息k，i和j与量化特征值的关系如下表2所示被设定
8.根据权利要求7的图象信号编码方法，其特征在于如果所述量化特征值用二进制数表示，则在4个连续位中至少存在一个有效位。
9.根据权利要求1的图象信号编码方法，其特征在于所述量化特征值是以下述方式求得，即通过使用m作为用于表示2的幂的指数的一个值的第一量化信息，m为用于表示所需量化特征值所要求的值(整数)，和通过使用α;作为相应于被2的幂相乘的系数的第二量化信息，αi是0或1，i等于1～n，而且被一常数相乘的该量化特征值被用作量化宽度。
10.根据权利要求1的图象信号编码方法，其特征在于所述量化特征值(QUANT)可由下式表示QUANT＝2(m-1)+α1×2(m-2)+α2×2(m-3)+…+αn×2(m-n-1).
11.根据权利要求10的图象信号编码方法，其特征在于如果用于表示可由所述第一量化信息m表示的值的范围所需的位数是L，则包括所述第一量化信息和所述第二量化信息的量化信息用(L+n)位表示。
12.根据权利要求11的图象信号编码方法，其特征在于包含所述第一量化信息和所述第二量化信息的所述量化信息用5位表示。
13.根据权利要求12的图象信号编码方法，其特征在于所述权量化信息m，αi.与量化特征值的关系如下表3所示被设定。
14.一种图象信号编码方法，其中图象信号使用预定预测图象信号被编码，产生的已编码信号以预定方式处理，接着被量化，其中产生的已量化信号被可变长编码，并计算线性量化所产生的位的量，根据计算结果，产生指示量化方式的线性/非线性量化切换信号，并且，如果所述线性/非线性量化切换信号指示非线性量化，则基于由2的幂和被2的幂相乘的一个系数表示的非线性量化特征值(QUANT)，使用用于表示作为多个量化信息中第一量化信息的2的幂的指数的一个值和相应于作为第二量化信息的所述系数的一个值进行量化。
15.根据权利要求14的图象信号编码方法，其特征在于对产生的位量的计算是以帧为基础进行。
16.一种将输入图象信号量化并接着编码的图象信号编码装置，包括一个编码部件，用于使用预定预测图象信号对输入图象信号进行编码;一个变换部件，用于对被所述编码部件编码的信号进行预定变换处理操作;一个量化部件，用于根据由2的幂和被2的幂相乘的系数所表示的非线性量化特征值(QUANT)，用表示作为多个量化信息中第一量化信息的2的幂的指数的一个值和相应于作为第二量化信息的所述系数的一个值，对所述变换部件的输出信号进行量化;和一个可变长编码部件，用于对已量化信号进行可变长编码。
17.一种将输入图象信号量化并接着编码的图象信号编码装置，包括一个编码部件，用于使用预定预测图象对输入图象信号进行编码;一个变换部件，用于对被所述编码部件编码的信号进行预定变换处理操作;一个计算部件，用于计算线性量化产生的位的量;一个切换信号发生部件，用于根据所述计算部件计算结果产生指示量化方式的线性/非线性切换信号。一个第一量化部件，用于当来自所述切换信号发生部件的线性/非线性量化切换信号指示线性量化时，对来自所述变换部件的信号进行线性量化，一个第二量化部件，用于当来自所述切换信号发生部件的线性/非线性切换信号指示非线性量化时，根据由2的幂和被2的幂相乘的系数所表示的非线性量化特征值(QUANT)，使用用于表示作为多个量化信息中第一量化信息的2的幂的指数的一个值和相应于作为第二量化信息的所述系数的一个值，对来自该变换部件的信号进行量化。
18.根据权利要求17的图象信号编码装置，其特征在于所述计算部件计算产生的位的量是以帧为基础的。
19.一种被传送的已编码数据被反向量化并接着被解码以恢复图象数据的图象信号解码方法，其特征在于在进行反向量化时，通过将2的幂乘以要被所述2的幂相乘的一个系数，使用用于表示作为多个量化信息中第一量化信息的2的幂的指数的一个值和相应于作为第二量化信息的所述系数的一个值，再产生非线性量化特征值，并根据该再产生产的非线性量化特征值(QUANT)反向量化已编码数据。
20.根据权利要求19的图象信号解码方法，其特征在于所述量化特征值由以下方式求得，即通过使用k作为用于表示2的乘方指数的多个量化信息中第一量化信息，和还通过使用(i/2+j)作为相应于被2的幂相乘的系数的一个值的第二量化信息，j和k是正整数，i是0或1，并且得到的量化特征值乘以常数以给定一个用作量化宽度的值。
21.根据权利要求19的图象信号解码方法，其特征在于该量化特征值(QUANT)由下式表示QUANT＝(i/2+j)×2k+2(k+2)-4.
22.根据权利要求21的图象信号解码方法，其特征在于包含所述第一量化信息相所述第二量化信息的所述量化信息由5位表示。
23.根据权利要求22的图象信号解码方法，其特征在于在反向量化已编码数据中，该已编码数据被相加三次，并且产生的总和被移位由所述第一量化信息设定的位数;
24.根据权利要求22的图象信号解码方法，其特征在于所述量化信息k，i和j与量化特征值的关系如下表4所示被设定。
25.根据权利要求22的图象信号解码方法，其特征在于所述量化信息k，i和j与量化特征值的关系如下表5所示被设定
26.根据权利要求19的图象信号解码方法，其特征在于所述量化特征值用下法求得，即通过使用m作为用于表示2的幂的指数的一个值的第一量化信息，m为用于表示所需量化特征值所要求的值(整数)，和通过使用α作为相应于被2的幂相乘的系数的第二量化信息，αi为0或1，i等于1～n，而且其中被一常数相乘的量化特征值被用作量宽度。
27.根据权利要求26的图象信号解码方法，其特征在于所述量化特征值(QUANT)由下式表示QUANT＝2(m-1)+α1×2(m-2)+α2×2(m-3)+…+αn×2(m-n-1)其中n为指示量化特征值精度的预定整数。
28.根据权利要求27的图象信号解码方法，其特征在于如果用于表示可由所述第一量化信息m表示的值的范围所需位数是L，则包含所述第一量化信息和所述第二量化信息的量化信息由(L+n)位表示。
29.根据权利要求28的图象信号解码方法，其特征在于在反向量化已编码数据中，该已编码数据被相加n次，所产生的总和移位L位。
30.根据权利要求28的图象信号解码方法，其特征在于包含所述第一量化信息和所述第二量化信息的所述量化信息由(3+2)位表示。
31.根据权利要求29的图象信号解码方法，其特征在于在反向量化已编码数据中，该已编码数据被相加两次，所产生的和被移位3位。
32.根据权利要求30的图象信号解码方法，其特征在于所述量化信息m，αi与量化特征值的关系如下表6所示被设定。
33.一种进行由可对已传送的图象数据可变长解码而获得的数据进行反向量化并将已反向量化的数据解码以恢复图象数据的图象信号解码方法，其特征在于如果用于指示要进行线性量化或非线性量化的线性/非线性量化切换信号指示非线性量化，则通过将2的幂乘以一个系数，使用用于表示作为多个量化系数中第一量化系数的2的幂的一个值和相应于作为多个量化系数中第二量化信息的被所述2的幂相乘的所述系数的一个值，再产生量化特征值，并根据该现产生的量化特征值(QUANT)对已量化数据进行反向量化。
34.根据权利要求33的图象信号解码方法，其特征在于所述线性/非线性量化切换信号的切换是以帧为基础，由此所述线性量化切换到所述非线性量化或相反是以帧为基础。
35.一种由对传送的图象数据进行可变长解码获得的数据被反向量化而已反向量化的数据再被解码以恢复图象数据的图象信号解码装置，包括一个可变长解码部件，用于对已传送图象数据进行可变长解码;一个反向量化部件，用于通过将2的幂乘以一个系数，使用用于表示作为多个量化系数中第一量化系数的2的幂的指数的一个值和相应于作为多个量化系数中第二量化信息的被所述2的幂相乘的所述系数的一个值，再产生量化特征值，并根据已再产生的量化特征值(QUANT)对已量化数据进行反向量化;和一个变换部件，用于对已反向量化数据进行预定操作。
36.根据权利要求35的图象信号解码装置，其特征在于所述反向量化部件包括一个用于转换所述第一量化信息的表部分，用于根据所述第一量化信息对所述第二量化信息进行移位的移位装置，用于将所述表部分的输出加到所述移位装置之输出的加法装置和一个用于将已量化数据乘以所述加法装置输出的乘法部分。
37.根据权利要求36的图象信号解码装置，其特征在于所述反向量化部件包括用于转换所述第一量化信息的一个表部分;用于对所述表部分的输出与所述第二量化信息求和的加法部件;用于将所述加法部件的输出乘以已量化数据的乘法装置;和用于将所述乘法装置的输出移位由所述第一量化信息设定的位数的移位装置。
38.根据权利要求37的图象信号解码装置，其特征在于所述乘法装置包括一个三级加法器。
39.根据权利要求35的图象信号解码装置，其特征在于所述反向量化部件包括用于转换所述第一量化信息的一个表部分;用于将所述表部分的输出与所述第二量化信息求和的加法装置;用于根据以由所述可变长解码部件解码并与图象数据一起传送的线性/非线性量化切换信号为根据的线性/非线性量化信息，选择所述加法装置的输出和线性量化信息之一的选择装置;用于将所述选择装置的输出与已量化数据相乘的乘法装置;和用于仅当线性/非线性量化切换信号指示非线性量化时对所述乘法装置的输出进行移位，其移位数由所述第一量化信息设定。
40.根据权利要求39的图象信号的解码装置，其特征在于所述乘法装置由一个三级加法器组成。
全文摘要
输入移位器110的量化信息(Q3，Q4，Q5)是使用量化量(Q1，Q2)作为移位量移位的。已移位量化信息的高3位在加法部件112中加到由量化信息(Q1，Q2)的表111变换产生的值S1。从加法部件112来的4位附加到已移位量化信息的低3位以再产生7位量化特征值。图象数据可使用有宽范围和适当精度的量化特征值被量化和反向量化。
文档编号H04N7/50GK1090115SQ93119720
公开日1994年7月27日 申请日期1993年10月29日 优先权日1992年10月29日
发明者矢崎阳一, 和田彻, 田原胜己 申请人:索尼公司