专利名称：将信号编码成可调节比特流和解码这种比特流的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于使用位平面编码(bit-plane coding)把信号编码成可调节比特流的方法和设备。本发明还涉及用于解码这种可调节比特流的相应方法和设备。本发明更具体而言涉及可调节基于DCT的图像压缩中DCT系数的位平面压缩(bit-plane compression)。
背景技术：
在国际专利申请W02005/112467中公开了可调节基于DCT的图像压缩的现有技术方法。该方法被构想用于在也称作无线HD的高清电视信号的无线传输中使用，特别是用于把墙壁装配的HDTV纯平监视器以不可见方式连接到外界HDTV信号源的目的。在无线HD方面的现有技术压缩方法的实验评估中，发明人发现，对于一定的计算机图形内容期望压缩性能的改进。对于无线HD，应当支持自然图像内容和图形内容这二者， 但是现有技术方法被设计成用于自然图像内容的压缩以及并未专门地对于图形内容优化。发明的目的和内容
本发明旨在改进现有技术可调节压缩方法的性能，以使得可以对于自然和图形内容这二者使用单个压缩方法。这将会显著简化设计和降低无线HD实施的复杂性。在第一方面中，本发明定义了一种编码包括值区块(block of values)的信号以获得可调节比特流的方法。每个区块被表示成位平面(bit plane)的序列，其中，所述值的最显著位形成最显著的位平面，以及所述值的各个较低显著位形成各个较低显著 (significant)位平面。对于每个位平面，以选定分区包围所有置位(set bit)的这种方式，根据多个方法之中的选定方法创建分区(partition)。向比特流传输的是识别选定方法的标识和表示分区的位的数据。优选地，该方法应用于变换系数的区块。通过本发明取得的是，可以对于每个单个位平面选择最优的分区策略。分区的实例是，
-通过它的最高行号和最高列号定义的矩形分区， -通过它的最低行号和最低列号定义的矩形分区， -通过它的最高次序号定义的一维扫描， -通过它的最低次序号定义的一维扫描， -已经对其在先前位平面中发送了位的位置的模式。由于无需把分区的进一步属性诸如尺寸或地点添加到比特流，所以后者的实例特别有益。在本发明的进一步实施例中，该方法包括步骤连同实际分区一起传输新值的符号位，对于该新值，尚未在先前位平面中发送比特。在第二方面中，本发明定义了解码这种编码信号的相应方法。以可能截短比特流的形式接收信号，以使得一个或更多个较低显著位平面可能丢失。对于每个接收的位平面， 基于表示分区中位平面的位的数据和标识重建位平面的分区。
本发明进一步定义了相应编码和解码装置、以及表示编码信号的(可能截短)比特流。
图1示出了值区块的位层结构。图2和3示出了可以在根据本发明的编码方法中使用的分区方案的实例。图4示出了用以说明按照本发明的压缩的通常流程的流程图。图5示出了说明解码器对比特流的解压缩的流程图。
具体实施例方式图1说明了值区块的位层结构，例如，图像区块的DCT系数。位层结构包括符号平面BPskn和从最显著位平面BPmsb至最低显著位平面BP，Wi个位平面。在此实例中，DCT 系数的范围可以从一 2047至2047。每个位平面包括具有特定显著性的位。在下文中把位平面中的一(或非零)位称作“置”位。显然，可以反转一和零的含义。图1中的给定层较之显著性较低的所有层一起而言包含更多能量。为了首先提取最重要信息，以最重要位平面BPmsb开始，逐位平面地处理信息区块。此规则的例外可以是， 首先整体发送通常最重要的DC系数。此所得比特流在可以在任何位置处截短它的意义上可调节。比特流越迟截短，重建图像时的残差(residual error)越小。在每个位平面中，选择包围位平面所有置位的位平面区域。在现有技术方法中， 按照预定分区方案选择所述区域(进一步称作区段(zone)或分区)。图2和3示出了取自 W02005/112467的分区方案的实例。图2说明了包围位平面所有置位的二维矩形区段(zone)。通过最高行号Rmax和最高列号Cmax定义分区。图2中示出的分区因而通过Rmax = 3、CMAX = 4定义，以及包括20个位，其中六个是置位(set)。图3说明了一维分区(partition)。此分区遵照位平面上的预定锯齿形路径。在此情形中，通过具有置位的最高次序号Smax定义分区。图3中，其中环绕了置位的位置(对比图2)，通过Smax= 18定义分区。区段包括19个位置，其中六个为置位的。应当注意，说明的位置次序虽然优选但只是实例。其它位置次序是可行的。图2和3中示出的分区构建连续位平面区域。也可以使用不连续分区。在现有技术方法中，发送预定分区的参数(二维矩形区段的参数1^ 、Cmax，一维分区的参数Smax)和分区中所有系数的位值。进一步地，如果存在则发送“新”系数的符号位。 新系数是尚未在先前位平面中处理的分区中的那些系数，即，它们在先前传输的位平面分区外部的位置。显然，BPmsb分区中的所有系数是新的。之后，方法前往接下来的位平面，直到处理了所有位平面为止。位平面编码中的挑战是，找到把位平面内容传输给解码器的最高效方式。对于自然图像内容，证明了上述(Rmx，Cmax)或Smax区段提供良好解决方案。然而，通过分析各种计算机图形图像，发明人发现，已知矩形或线性区段模式并非总是高效压缩这种内容的DCT 系数位平面。因此，提出了添加与图形内容的位平面模式较好匹配的位平面编码的额外模式。并非使用用于编码所有位平面的单个固定方法(或单个模式)，编码器现在选择数个替选方法/模式中的一个，以及向解码器传输标识用以表明选择了哪个方法(例如，矩形或一维分区)，如果存在则加上选定方法/模式的参数(如，分别地，Rmx、Cmax或CMX)，随之是使用选定方法压缩的位平面信息。把此方法称作SMART (多个替选方案的选择)。在图4中说明了按照本发明的压缩的通常流程。对于DCT系数区块的每个位平面 (步骤101、102)发送以下数据
-在步骤1中，选择了用以识别分区的哪个分区模式和/或编码方法的标识。注意， 模式/编码方法可以对于同样DCT区块的不同位平面不同。
-在步骤2中，使用选定压缩模式/方法的，每个系数的当前位平面中的大小位 (magnitude bits)。
-在步骤3中，在当前位平面中变得显著的每个系数的符号位。如果它在该位平面中第一次具有置位，则系统在位平面中变得显著。显然，这需要编码器跟踪这些系数的位置。有益地，单独对待DC系数，所以不使用以上方法发送而是单独发送DC系数的大小位(magnitude bit)。步骤2的替选方案将会是不发送当前分区_系数的大小位，而是只有在早前位平面中变得显著的系数和在当前位平面中变得显著(在此位平面中第一次具有置位)的系数的大小位。步骤3的替选方案将会是如在现有技术压缩方法中进行的一样发送分区中所有系数的符号位(和使得它们显著)。在此情形中，在位平面中具有非零大小位并非系数变得显著的条件。现在一旦系数第一次在分区中出现就发送系数的符号位。它引起有些较简单的实施(因为较少数据相关性)，但是在区段/模式未良好地与数据匹配(发现了是使用现有技术方法的一定图形内容的情形)时会低效。在有益的实施例中，检查当前位平面是否包括新系数。如果不存在新显著系数，则只对于此前显著系数发送细化位。在此实施例中，选定分区事实上是此前显著系数(即，在先前位平面中已经发送符号位的系数)的位置模式。这在步骤1中如此识别。无需传输关于分区形式或它的参数的进一步数据。显然，这需要编码器以及解码器跟踪显著系数的位置。如果在当前位平面中存在新显著系数，则如前所述找到和传输包含所有非零位的最小区段(例如，R AX、Cmx区段模式)，随之是该区段内部每个系数(可能除了 DC系数以外，如以上所解释的)的大小位。关于步骤1，已经提到的矩形(RMAX，CMAX)模式和线性SMAX模式的替选或额外压缩区段/模式是
1.包含当前已知显著系数的一定距离(例如，曼哈顿或欧式)内所有系数的数据自适应模式。此模式的动机是接近已经已知显著系数的系数常常变得显著。这是以上提到的有益实施例的概括，其只使用自当前显著系数起距离零的系数。
2.与1一样，但是现在限于一定距离。例如，只考虑竖直方向上的“邻近者”。(或者只在水平或对角线方向上)。
3.与1和2—样，但是排除某些系数。特别是例如包含只在“偶数”距离(0、2、4、···) 的邻近者，所以排除在奇数距离(1、3、…)的邻近者。
4.使用交替扫描次序的SMAX区段)。
65.从最高频率(而非从DC)开始的RMIN、CMIN (或SMIN)区段模式。
6.替选已知位平面编码方法，如例如国际专利申请W02003/045067或MPEG4-FGS标准或公共文献中描述的(RUN，Ε0Ρ)方法。当然，压缩方法的选取越大，用于识别选定方法的开销将会越高。然而，通常使用较好拟合区段/模式的增益比用以识别方法的开销更加高。此外，可以应用额外熵编码(例如，算术编码)以进一步减少标识信息开销。显然，解码器进行逆运算以重建信号或在截短接收比特流的情况下，值的原始区块的最重要部分。图5示出了说明解码器进行的运算的流程图。对于每个位平面(步骤21、 22)，执行以下步骤。在步骤23中，接收识别选定分区模式和/或编码制式的标识，以及(如果存在)这种区段的参数⑶口，矩形区段的Rmx、Cmax, Rmin, Cmin，线性区段的Smajo ^ )。在步骤M中，根据它的标识和参数重建当前分区。注意，标识可能已经表明在当前位平面中不存在新系数和分区通过此前显著系数的位置定义。在该情形中，解码器根据此前显著系数(对于该系数，解码器在步骤沈中作了记录，见下面)的位置重建分区。获知分区，解码器现在获知比特流中的多少后续位是大小位。在步骤25中，解码器从比特流读取它们和相应地细化各个系数。已经跟踪之前已经处理的系数，解码器现在还获知对于多少和哪些系数真正首次刚刚接收了大小位。如果存在则对于这些新系数，随后在步骤沈中接收符号位。在此步骤中，把符号位分配给各个系数，以及把它们的各个位置标记成显著。总之，本发明涉及信号(例如，DCT变换域中的图像或视频信号)的位平面编码方法。按显著性的次序逐位平面地传输DCT区块的位平面。由于每个平面较之较低显著层一起而言包含更多信号能量，所得比特流在可以在任何位置处截短它的意义上可调节。比特流越迟截短，重建图像时的残差越小。对于每个位平面，创建含有该位平面中DCT系数的所有非零位的位平面的区段或分区。按照依赖实际位平面和/或总体信号的内容从多个选项中选择的策略创建分区。可以较之对于图形内容而言对于自然图像使用不同区段(zoning)策略，以及策略可以随着位平面而变化。每个分区的形式以及诸如尺寸的其它属性可以因而理想地适用于内容。可以在图像内或甚至在DCT区块内混合二维矩形区段和一维锯齿扫描区段。把选定区段创建策略连同实际分区中的DCT系数位一起，嵌入在比特流中。
权利要求
1.一种编码包括值区块的信号以获得比特流的方法，该方法包括步骤-把区块表示成位平面的序列，其中，所述值的最显著位形成最显著位平面，以及所述值的各个较低显著位形成各个较低显著位平面；-对于每个位平面以选定分区包围所有置位的这种方式，根据用以创建这种分区的多个方法之中的选定方法创建所述位平面的分区，-向所述比特流传输识别被选定以创建分区的方法的标识，以及表示所述分区的位的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述值区块包括表示所述信号的变换系数。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述多个创建分区的方法包括创建由它的最高行号(Rmax)和最高列号(Cmax)定义的矩形分区。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述多个创建分区的方法包括创建由它的最低行号(Rmin)和最低列号(Cmin)定义的矩形分区。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述多个创建分区的方法包括创建由具有置位的位置的最高次序号(Smax)定义的和与位平面的一维扫描对应的分区。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述多个创建分区的方法包括创建具有置位的位置的最低次序号(Smin)定义的和与位平面的一维扫描对应的分区。
7.如权利要求1一 6中任一项所述的方法，进一步包括步骤连同实际分区一起，传输至少在当前位平面中第一次具有置位的值的符号位。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述多个创建分区的方法包括把在先前位平面中已经发送其符号位的值的位置模式识别成当前位平面的分区。
9.一种解码以可能截短比特流的形式接收的编码信号的方法，信号包括值区块，该方法包括步骤-把要重建的值区块表示成位平面的序列，其中，所述值的最显著位形成最显著位平面，以及所述值的各个较低显著位形成各个较低显著位平面；-对于连续位平面，接收识别用以创建位平面的分区的多个方法之中选定方法的标识，以及表示所述分区中位平面的位的数据；-根据各个方法和数据重建位平面的所述分区。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括步骤连同实际分区一起，接收至少在当前位平面中第一次具有置位的值的符号位。
11.如权利要求10所述的方法，其中，响应于预定标识重建分区的所述步骤包括将所述分区重建为在先前位平面中已经接收其符号位的值的位置模式。
12.一种用于编码信号的装置，该装置被布置成执行如权利要求1所述的方法。
13.一种用于解码信号的装置，该装置被布置成执行如权利要求9所述的方法。
14.一种用于表示编码信号的可能截短比特流，包括-值区块，其中，每个区块表示成位平面的序列，所述值的最显著位形成最显著位平面，以及所述值的各个较低显著位形成各个较低显著位平面；-对于连续位平面，识别用以创建位平面的分区的多个方法之中选定方法的标识， 以及表示所述分区中位平面的位的数据。
15.如权利要求14所述的可能截短比特流，进一步包括连同实际分区一起，至少在当前位平面中第一次具有置位的值的符号位。
16.如权利要求15所述的可能截短比特流，包括把在先前位平面中已经发送其符号位的值的位置模式识别成当前位平面的分区的标识。
全文摘要
本发明涉及信号(例如，DCT变换域中的图像或视频信号)的位平面编码方法。按显著性的次序逐位平面地传输DCT区块的位平面。由于每个平面较之较低显著层一起而言包含更多信号能量，所得比特流在可以在任何位置处截短它的意义上可调节。比特流越迟截短，重建图像时的残差越小。对于每个位平面，创建含有该位平面中DCT系数的所有非零位的位平面的区段或分区。按照依赖实际位平面和/或总体信号的内容从多个选项中选择的策略创建分区。可以较之对于图形内容而言对于自然图像使用不同区段策略，策略可以随着位平面而变化。每个分区的形式以及诸如尺寸的其它属性可以因而理想地适用于内容。可以在图像内或甚至在DCT区块内混合二维矩形区段和一维锯齿扫描区段。把选定区段创建策略连同实际分区中的DCT系数位一起，内置在比特流中。
文档编号H04N7/26GK102461170SQ201080026986
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月8日 优先权日2009年6月16日
发明者德里森 B., J. 范德夫鲁滕 R. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司