专利名称：用于位速率变码应用的量化方法
技术领域：
本发明涉及一种变码一个先前用第一量化标准(scale)量化的主编码的信号为一个用第二量化标准量化的第二编码的信号的方法和相应设备，所述变码方法至少包括步骤-部分解码主编码的信号，使用第一量化标准和提供一个包括DCT系数的去量化的信号，-量化该去量化信号，使用量化矩阵和第二量化标准和提供一个量化的信号，-编码该量化的信号以便得到第二编码的信号。
本发明还涉及为执行这一变码方法的相应设备。
本发明特别与变码MPEG压缩的视频信号有关。
背景技术：
位速率变码是一种允许以位速率D1编码的主视频流转换为以比D1低的位速率D2编码的一个第二视频流的技术，执行位速率的减小以便满足在广播期间传输装置所施加的需求。一种可能的变码方法在由M.J.Knee和N.D.Wells所著的、题目为“无缝级连-21世纪的梦”的文献中说明，该文献在国际电视研讨会上公开(瑞士，Montreux，1997年6月13-17日)。所述文献提出一种变码器，它在本发明的
图1中描述。这种变码器包括(按顺序)可变长解码器(VLD)，逆量化器(IQ)，量化器(Q)，可变长编码器和缓冲器(VLC/BUF)，和速率控制设备(REG)。
不幸的是，这种从位速率D1到位速率D2的变码方法常常使图像质量降低很多，特别是当图像的变码序列与以位速率D2直接编码的同样的序列比较时，在图像的变码的序列上模糊效应和阻塞赝象十分明显。
发明概述本发明的一个目的是提供一种使图像质量下降最小的变码方法和相应的设备。
为此目的，根据本发明的变码方法的特征在于，它包括使用修正矩阵以便消除去量化的信号的不希望的DCT系数的量化步骤。
修正矩阵的使用来自下面的论述。主信号已经由视频编码器以一个高位速率D1编码。作为这一高位速率的结果，使用小的量化标准，使得很多小的DCT系数等于1或-1。其结果，当量化时编码器不利于取消小的DCT系数，特别在高频域内，其在图2a中表示。如果主信号以比D1低的位速率D2编码，由于使用较高量化标准，则把大多数小的高频DCT系数设定为0，如图2b所示。然而，当主信号从位速率D1变码为位速率D2时，则主编码信号的大多数小的DCT系数在重新量化处理后保持为‘1’或‘-1’，如图2c所示。这些系数是不希望的，因为它们对图像质量没有贡献。相反，使用由MPEG-2标准定义的逸出编码(escape coding)编码这些系数，这是一种位消耗。对于一种固定位速率编码，真正分配给图像质量的位因此减少，导致量化标准的增加和导致图像质量的降低。修正矩阵的目标是改正这一负效应，它由于再量化步骤的舍入过程(rounding process)。
根据本发明的变码方法的特征还在于量化步骤包括测试DCT系数的相邻度以便决定是否必须应用修正矩阵的子步骤。
这一测试子步骤允许修正矩阵以更有效的方式应用，能够改善变码的图像的质量。
参考下面说明的实施例，本发明的这些和其它方面将非常明显。
附图的简要说明现在参考附图举例详细说明本发明，附图中图1是相应于根据背景技术的一个变码器的方框图，图2a，2b和2c表示3个8×8的DCT块，分别相应于以位速率D1、以位速率D2编码和从位速率D1到位速率D2变码的图像的同样的面积，图3是相应于根据本发明的变码设备的一个第一实施例的方框图，图4a和4b分别是两个修正矩阵的例子，分别用于内编码图像和预测或双向图像，图5是相应于根据本发明的变码设备的一个第二实施例的方框图，该设备包括运动补偿设备，图6是相应于根据本发明的变码设备的一个第三实施例的方框图，该设备包括改进的运动补偿设备。
发明的详细描述变码设备允许先前用第一量化标准(以下称为Q1)编码的主编码信号(S1)被变换为以一个第二量化标准(以下称为Q2)编码的第二编码信号(S2)。
这种变码设备在图3中表示，它至少包括下面的元件-部分解码设备(PD)，用于接收主编码信号(S1)和使用第一量化标准提供一个包括DCT系数的去量化的信号(IQS)。
这些部分解码设备包括串联的可变长解码器(VLD)和逆量化器(IQ)，-量化设备(Q)，用于接收去量化的信号和使用量化矩阵和第二量化标准提供量化的信号(QS)，-部分编码设备(PE)，用于接收量化的信号和提供一个第二编码的信号。这些部分编码设备按顺序包括可变长编码器(VLC)，缓冲器(BUF)和调节设备(REG)。这些调节设备计算第二量化标准，以便保持恒定的图像质量同时适合缓冲器的占据度。
如前所述，本发明的目标是改进量化设备。为此目的，所述量化设备包括修正设备(COR)，以便消除去量化信号的不希望的DCT系数，不希望的系数是小的高频DCT系数，其在发明概述中已说明。
现在在包括DCT系数的MPEG-2编码信号的情况下说明根据本发明的量化方法，但是对熟悉本技术领域的人十分明显，这种方法也可以应用于任何用基于块的压缩方法编码的编码信号，这些压缩方法例如有在MPEG-4、H.261或H.263标准中说明的方法。所述量化方法至少包括-对编码信号应用的第一处理步骤，使用量化矩阵和提供一个加权编码的信号，-对加权编码信号应用的第二处理步骤，使用一个量化标准和提供一个量化的信号。
这两个方法以用于内编码(I)图像和用于预测(P)或双向(B)图像的不同方式实现。
对于内编码图像，对一个8×8DCT块的每一DCT系数acI(u，v)，第一处理步骤使用一个量化矩阵wI的一个加权的系数wI(u，v)计算一个加权的DCT系数wacI(u，v)wacI(u，v)＝16×acI(u，v)//wI(u，v)这里-//是带舍入到最接近的整数的除法，-u和v是整数，诸如u＝1到8和v＝1到8。
量化矩阵wI要么是由MPEG-2标准定义的矩阵，要么是由用户定义的矩阵并用Quant_matrix_extension过程下载，所述过程由在文献“编码运动图像和相关的音频”(视频，ISO/IEC 13818-2国际标准)中的所述标准说明。
然后，在第二处理步骤期间，计算一个舍入值rounding_val，以便得到加权的DCT系数wacI(u，v)的量化的值QacI(u，v)rounding_val＝sign[acI(u，v)]×(p×Q2//q)QacI(u，v)＝(wacI(u，v)+rounding_val×mat_correction_I(u，v))/(2×Q2)这里-p和q是整数，它们，例如p＝3和q＝4，在测试模型4.2“图像和音频信息编码表示，ISO-IEC/JTC1/SC29/WG11”中定义，-sign[y]是返回y的符号的函数，-/是舍入到最低整数的除法。
修正矩阵mat_correction_I定义为减小舍入值效果，特别是对于高频DCT系数，相应于u和v的高值。这种矩阵的一个例子在图4a中给出，但是对熟悉本技术的人来说显然，本发明不限于使用这种矩阵，修正矩阵的主要特征在于，高频系数等于或低于低频系数。
对于预测或双向图像，第一处理步骤使用量化矩阵wPB的一个加权的系数wPB(u，v)为每一DCT系数acPB(u，v)计算一个加权的DCT系数wacPB(u，v)wacPB(u，v)＝16×acPB(u，v)//wPB(u，v)量化矩阵wPB要么是由MPEG2标准定义的矩阵，或者是由用户定义的并用由所述标准说明的Quant_matrix_extention下载的矩阵。
第二处理步骤计算加权的DCT系数wacPB(u，v)的量化值QacPB(u，v)如下QacPB(u，v)＝wacPB(u，v)×mat_correction_PB(u，v))/(2×Q2)这种修正矩阵mat_correction_PB的一个例子在图4b中给出，但是对熟悉本技术的人来说显然，本发明不限于使用这种矩阵，理由同前。
通过应用作为DCT系数邻近度的函数的修正矩阵可以改进上述方法。用于决定是否必须应用修正矩阵的一个系数的准则基于这一事实，即图像纹理在一个局部区域具有光滑的空间变化，使得人们可以期望图像的细节由非零DCT系数表征，虽然很小，但是在一个小的频率附近。在这一场合，即使观察到一个事先不希望的DCT系数(通常在HF中一个非常小的DCT系数)，也不对这一DCT系数应用修正，因为其邻近值由非零值组成。相反，如果观察到一个孤立的不希望的系数，则通过使用该修正矩阵应用一个修正措施。这一第二实施例如下实现if(Nb_null_DCT_coeff(u，v)>Nb_null_DCT_coeff_min)then应用mat_correction_I(u，v)或mat_correction_PB(u，v)else不修改DCT系数这里-Nb_null_DCT_coeff(u，v)是DCT系数在围绕位置(u，v)定义的附近等于0的数目，例如根据该第二实施例的设定Nb_null_DCT_coeff_min＝2，-S(u，v)定义围绕位置(u，v)的一组位置，例如根据该第二实施例的设定 S(u，j)＝{(u-1，v)，(u+1，v)，(u，v-1)，(u，v+1)}。
上述量化方法特别打算集成到变码过程中。然而，它们也可以集成到编码过程中。
图3的变码器是主要包括再量化步骤的一个简单变码器。图5和6表示使用运动补偿设备的更复杂的变码器。使用这种运动补偿设备来修正当仅使用再量化时发生的在P/B图像上的误差漂移。
在图5中，变码器包括-一个部分解码通道(PD)，用于接收主编码信号，该信号由与去量化块IQ串联的可变长解码块VLD组成，-编码-解码通道，包括一个量化块Q，该量化块使用修正设备COR并与可变长编码块VLC串联，该量化块的输出也连接到一个附加的去量化块DQm上，-一个部分编码通道(PE)，用于从量化块接收量化的信号(QS)，按顺序包括可变长编码器(VLC)，缓冲器(BUF)和一个调节设备(REG)，缓冲器提供第二编码信号，调节设备提供对量化块的量化标准，-一个接口子部件，连接在解码通道和编码-解码通道之间，包括●第一减法器s1，其正输入端接收解码通道的输出，其输出端给Q块的输入端提供一个去量化的信号(IQS)，●第二减法器s2，其正输入端接收DQm的输出，其负输入端连接到第一减法器的输出上，●逆离散余弦变换块IDCT，帧存储器MEM，运动补偿块MC和离散余弦变换块DCT，所有串联连接在第二减法器的输出端和第一减法器的负输入端之间，运动补偿使用表示当前图像的每一宏块相对于在传输顺序中前一图像的相应宏块的运动的运动矢量执行。
图6的变码器更复杂，包括-部分解码通道(PD)，其由与去量化块DQ和逆离散余弦变换块IDCT串联的可变长解码块VLD组成，-编码-解码通道，包括一个使用修正设备COR用于给量化块Q提供去量化信号(IQS)的离散余弦变换块DCT，和一个可变长编码块VLC，量化块的输出也连接到一个附加的去量化块DQm上，后随一个附加的逆离散余弦变换块IDCTm，-部分编码通道(PE)，其参考图5说明，-一个接口子部件，连接在解码通道和编码-解码通道之间，包括●第一减法器s1，其正输入接收解码通道的输出，其输出连接到DCT块的输入上，●第二减法器s2，其正输入接收IDCTm块的输出，其负输入连接到第一减法器的输出，●串联连接到第二减法器的输出和第一减法器的负输入之间的帧存储器MEM和运动补偿块MC，
显然，动词“包括”及其变化的使用不排除任何在任一权利要求中定义的其它步骤或元件。
权利要求
1.一种变码一个先前用第一量化标准量化的主编码的信号(S1)为一个用第二量化标准量化的第二编码的信号(S2)的方法，所述变码方法至少包括步骤-使用第一量化标准和提供一个包括DCT系数的去量化的信号(IQS)，部分解码主编码的信号，-使用量化矩阵和第二量化标准和提供一个量化的信号(QS)，量化该去量化信号，-编码该量化的信号以便得到第二编码的信号，-其特征在于，所述量化步骤使用修正矩阵以便消除去量化的信号的不希望的DCT系数。
2.如权利要求1所述变码方法，其特征在于，量化步骤包括测试DCT系数的相邻度以便决定是否必须应用修正矩阵的子步骤。
3.一种用于变换一个先前用第一量化标准量化的主编码的信号(S1)为一个用第二量化标准量化的第二编码的信号(S2)的变码设备，至少包括-部分解码设备(PD)，用于使用第一量化标准，接收主编码信号和提供一个包括DCT系数的去量化的信号(IQS)，-量化设备(Q)，用于接收去量化的信号和使用量化矩阵和第二量化标准提供一个量化的信号(QS)，-部分编码设备(PE)，用于接收量化的信号和提供第二编码的信号，其特征在于，所述量化设备包括修正矩阵以便消除去量化的信号中的不希望的DCT系数。
4.一种用于量化包括DCT系数的编码的信号的方法，所述量化方法至少包括-使用量化矩阵和提供一个加权编码的信号，给编码的信号应用的第一处理步骤，-使用一个量化标准和提供一个量化的信号，给加权编码的信号应用的第二处理步骤，其特征在于，所述第二处理步骤使用修正矩阵以便消除被编码信号中的不希望的DCT系数。
5.如权利要求4所述量化方法，其特征在于，它包括测试DCT系数的相邻度以便决定是否必须应用修正矩阵的步骤。
6.一种用于变码设备的计算机程序产品，包括一组指令，它当加载到所述变码设备上时，使该变码设备执行权利要求1或2中所述方法。
全文摘要
本发明涉及变码设备，它包括部分解码设备(PD)，用于接收主编码信号(S1)和提供一个包括DCT系数的去量化的信号(IQS)；量化设备(Q)，用于接收去量化的信号和使用修正矩阵(COR)提供一个量化的信号(QS)；和部分编码设备(PE)，用于接收量化的信号和提供一个第二编码的信号(S2)。这种变码设备允许以第一位速率编码的主信号变换为用低于第一位速率的第二位速率编码的第二信号，同时维持优化的信号质量。
文档编号H03M7/30GK1593062SQ01800165
公开日2005年3月9日 申请日期2001年1月15日 优先权日2000年2月4日
发明者P·加特平, G·诺尔曼德 申请人:皇家菲利浦电子有限公司