专利名称：电视图像数字信号编码器和解码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用以给对应于隔行的扫描的场图像的数字信号进行编码的编码器，该编码器包括第一可变长度编码信道、第二可变长度编码信道、第一预测信道和第二预测信道，第一可变长度编码信道由串联配置的用以压缩隔行扫描数据的第一部分和编码部分组成，第二可变长度编码信道与第一可变长度编码信道并联，由串联配置的用以压缩逐行扫描数据的第二部分和编码部分组成，第一预测信道用以根据所述第一部分的输出信号进行预测，第二预测信道与第一预测信道并联，用以根据所述第二部分的输出信号进行预测，所述第二部分的输入侧有一个用以对各场解除隔行扫描的电路，所述第二预测通道则有一个用以对各场重新进行隔行扫描的电路。本发明特别适宜按MPEG1(“运动图像专家组”这是国际标准组织中处理“运动图像”编码顺序问题的工作组)标准对电视信号进行编码和解码。
MPEG1标准的技术规范规定，所处理的图像要求按一定的顺序排列。但即使原图像是电视图像，即有两个隔行扫描场的图像，MPEG编码时视为在同一时刻获取的信息组成部分的这两个场在较小的程度上实际上对应于相隔20毫秒场间间隔的数据。在运动非常迅速的图像顺序中，这种显著的场间运动使图像产生各种缺陷，例如图块中出现寄生频率而产生的梳状效应。
按照MPEG1标准，各图像切割成16×16个像素的宏图块，该宏图块由四个供亮度用的8×8个像素图块和两个供色度用的8×8个像素图块组成。从
图1中可以看到，在这种宏图块中，在图像静止时，即使该宏图块的各行交替对应于两个彼此间隔20毫秒的隔行扫描场中的一个或另一个隔行扫描场，其竖向结构也令人满意地保持排列成行的情况。图2示出了场间运动量显著且因宏图块奇数行的信息组成部分和偶数行信息组成部分的时移而出现梳状效应的情况下的同一垂直结构。
美国专利5，091，782介绍了一种数字视频信号的编码器，其中在进行编码之前以两种不同的方式处理两个隔行扫描场。一方面，各隔行扫描场经过分离，再划分为若干图块，然后对各图块进行正交变换，再进行量化，另一方面，对如此得出且其两个场的空间一致的各图块重新隔行扫描，以便进行正交变换和量化。对如此经量化的两个不同信号序列分别就量化前的信号进行误差计算，从而可以根据原信号的运动，从所述两个经量化、待编码的信号序列中最后选定其中的一个信号序列，即误差最小的信号序列。
本发明的目的是提出一种这样的编码器它可利用另一种压缩数据的技术方案，并且考虑到了图像中有或多或少的显著运动。
为达到此目的，本发明涉及本说明书开端所述的那种编码器，该编码器的特征在于，它有一个判断组件，该组件由比较装置和选择装置组成，比较装置用以将第一和第二编码信道的输出信号进行比较，选择装置则用以根据所述比较结果选择编码信道和预测信道。
我们提出的这种结构，其特有的优点是实施起来更简单，即与上述编码器相比，它无需对原信号进行任何误差计算，只是建立在编码之后进行的对位元数的比较这个基础上。
图1和图2示出了部分图像中在图像中有显著运动时出现的称之为做“梳状结构”的缺陷，该图像部分是由四个亮度图块构成的组合。
图3示出了本发明编码器的一个实施例。
图4和5分别示出了在第一和第二编码信道进行编码之前出现的由四个图像图块组成的同样组合。
图6示出了适用于处理由本发明的编码器接收来的编码信号的解码器的一个实施例。
图3中所示的编码器包括接收待编码数字信号的第一可变长度编码信道10和根据编码前可获得的信号进行预测的第一信道20。编码信道10包括串联配置的正交换电路12(在本实施例中为离散余弦变换)、量化电路13、可变长度编码电路14和缓冲存储器15(其输出端S1构成编码器的输出端)以及在该缓冲存储器与电路13之间用以调节量化级因而调节比特率的返回接线16。预测信道20在编码之前接收信号，且包括在电路13的输出端，串联配置的反量化电路21和反正交变换电路22(在此情况下为反离散余弦变换)，确保对电路13和12所进行的处理进行相应的反变换。电路22的输出信号加到加法器23的第一输入端，加法器23的输出信号则存入图像存储器24中。
存储器24的输出信号加到运动补偿级60;该补偿级包括运动估计电路61和运动补偿电路62。电路62的第一输入端接收存储器24的输出信号，第二输入端接收电路61的输出信号。电路61接收编码器的数字输入信号并确定每个图块表示其相对于原先发送出去以便进行编码的相应图块的运动的位移矢量(该确定叫做图块匹配)。经如此确定的矢量加到运动补偿电路62的第二输入端。这些位移矢量也提供给下面即将谈到的解码器上。
电路62提供一个预测图块，此预测图块与前面图块之差由配置在正交变换电路62上游的减法器25确定。预测图块也加到加法器23的第二输入端。减法器25的第一输入端接收格式转换电路75的输出信号，电路75则接收编码器对应于准备在其输出端以图块的形式显示的图像的数字输入信号。因此电路12输入端处的数字信号是一些表示预测误差的信号，这里预测误差即为各原图像图块与预测图块之间的差异，这是在预测通道20中进行去量化电路21的输入端与运动补偿电路62的输出端之间的各项操作之后从该两图块推导出来的。
图3的编码器还包括可变长度第二编码信道30连同有关的第二预测信道40以及判断组件50。第二编码信道30与第一编码信道并联配置，包括，在减法器25的输出端，串联配置的场隔行扫描抑制电路31、第二正交变换电路32、第二量化电路33和第二可变长度编码电路34。信道30还包括缓冲存储器15，以及如上述将缓冲存储器15与电路33连接起来用以调节量化间隔和比特率的返回接线36。与第一信道类似，与该通道30有关的第二预测信道40包括串联配置的第二去量化电路41、第二反正交变换电路42、第二加法器43、第二图像存储器44和在运动补偿级60中的第二运动补偿电路64。信道40还包括对各场再进行隔行扫描的电路，串接在电路42与43之间。信道40的输出端，即电路64的输出端，接第一预测电路20的负输出端(即电路62的输出端)，以便共同加到减法器25的负输入端上。第二电路32、33、34、41、41、43、44、64分别与第一电路12、13、14、21、22、23、24、62相对等。
判断组件50包括比较级和选择级。比较级包括用以对编码电路14输出端处的比特元数进行计数的第一计数器51、用以对编码电路34的输出处的比特数进行计数的第二计数器52和用以比较这两个数的比较器53。选择级由比较器53的输出信号控制，它包括第一开关55和第一和第二开关56和57，第一开关55的非公用端子分别接两编码电路14和34的输出端，公用端子接缓冲存储器15的输入端，以便将电路14或24的输出信号加到所述缓冲存储器上，第一和第二开关56和57则用以连接或不连接在有关编码信道的量化电路输出端处的各预测信道。信号S2(在此情况下由单个位元构成)由判断组件50提供，以便在传输之后加到稍后即将座到的解码器，并表示有关宏图块的各行是否去隔行扫描。
图3所示的编码器其工作过程如下。大家知道，编码器的数字输入信号原来对应于由两个隔扫描场组成的电视图像，但对此已按宏图块将初始行扫描场转换成序贯排列。本发明的上述编码器采用一给定的准则，而此时即采用对比特数的后验估测，该比特数是由对图4所示的信号为进行编码或预测而获得的序贯排列的隔行扫描的各宏图块各行的进行编码得来的或是由对如图5所示的非隔行扫描信号进行编码或预测而获得的序贯排列的无隔行扫描的各宏图块的各行进行编码所得到的。图4中，宏图块的各行对应于原隔行扫描场。图5中，奇数场的八个行安置在例如宏图块的上部分，偶数场的八个行安置在下部分。在后一种情况下，由于宏图块事先已解除隔行扫描的状态，因而可以进行正交交换，再在相干的各图块的基础上进行量化和编码。从图2中可以看得很清楚，该相干现象再形成的情况，即在图2所示的垂直结构中，当位于(奇数场)最左侧(各行)的信息组成部分与位于(相应偶数场)最右侧(各行)的信息组成部分这时在抑制宏图块隔行扫描之后分别重新组合成该宏图块的上部分和下部分时，就再形成相干现象。
相反，在图3中所示的那种编码器中如上面所述的那样处理原来对应于隔行扫描的电视视图像时，如此经编码的信号可以在图6中所示的那种解码器中加以解码。该解码器包括解码信道110和预测组件120，以及在该编码信道与所述预测组件之间的第二判断组件150。
解码信道110包括串联配置的缓冲存储器111、可变长度解码电路112、去量化电路113、反正交变换电路114(这里为离散余弦逆变换)以及在线路112与113之间的辅助接线115，该辅助接线用以从该组件给反量化电路提供来自编码器经编码的信号的量化级值。
预测组件120包括串联配置的图像存储器121、电路122和加法器123。图像122用以根据图像存储器121的存储内容和可变长度解码电路112所提供的各位移矢量(该位移矢量也在所述编码信号组件中传递)进行预测，加法器123的第一输入端经第二判断组件150接收解码信道110的输出信号，加法器123的第二输入端接收所述预测电路122的输出信号。该加法器123的输出端构成解码器的输出端。
第二判断组件150在两个开关153和154相应的非公用端子之间有两个并联通路151和152。开关153的公用端子接收解码信道110的输出信号(即反正交换电路114的输出信号)，同时开关154的公用端子构成加法器123的第一输入端。通路151是将解码信道110的输出信号传送到加法器123的直接通路，同时通路151确保同样的传输作用，但这时经由用以重新对图像的各场进行隔行扫描的电路155。开关153和154由信号S2同步控制，信号S2则是在编码器中由第一判断组件50提供，它表示编码部分中有关宏图块的奇数行和偶数行是否已解除隔行扫描状态。
权利要求
1.一种用以对对应于隔行扫描场图像的数字信号进行编码的编码器，该编码器包括第一可变长度编码信道(10)、第二可变长度编码信道(30)、第一预测信道(20)和第二预测信道(40)，第一可变长度编码信道(10)由串联配置的用以压缩隔行扫描数据的第一部分和编码部分组成，第二可变长度编码信号(30)与第一可变长度编码信道(10)并联，由串联配置的用以压缩逐行扫描数据的第二部分和编码部分组成，第一预测信道(20)用以根据所述第一部分的输出信号进行预测，第二预测信道(40)与第一预测信道(20)并联，用以根据所述第二部分的输出信号进行预测，所述第二部分的输入侧有一个用以对各场解除隔行扫描的电路(31)，所述第二预测信道(40)则有一个用以对各场重新进行隔行扫描的电路，本编码器的特征在于它有一个判断组件(50)，该组件由比较装置和选择装置组成，比较装置用以将第一和第二编码信道的输出信号进行比较，选择装置则用以根据所述比较结果选择编码信道和预测信道。
2.如权利要求1所述的编码器，其中第一可变长度编码信道(10)包括串联配置的第一正交变换电路(12)和第一量化电路(13)以及第一可变长度编码电路(14)、缓冲存储器(15)和在所述存储器与量化电路之间的返回接线(16)，其中第一预测信道(20)在所述量化电路的输出端包括串联配置的去量化电路(21)、反正交变换电路(22)、加法器(23)、图像存储器(24)和输出端也构成所述加法器的第二输入端的运动补偿电路，同时第二可变长度编码信道(30)包括串联连接的隔行扫描抑制电路(31)、第二正交变换电路(32)和第二量化电路(33)以及第二可变长度编码电路(34)、缓冲存储器(15)和在所述存储器与第二量化电路之间的返回接线(36)，且第二预测信道(40)包括串联配置的第二反量化电路(41)、第二正交变换电路(42)、对各场重新隔行扫描的电路(45)、第二加法器(43)、第二图像存储器(44)和其输出端也构成所述第二加法器的第二输入端的第二运动补偿电路，所述第二预测信道(40)的输出端接第一预测信道(20)的输出端，从而共同加到配置在两编码信道输入侧的减法器(25)的负输入端;其特征在于判断组件(50)包括比较级和选择级，比较级用以比较编码在第一和第二编码通道中提供的位元数，选择级用以选择对应于最小数的预测信道和编码信道，所述比较级包括计数器(51，52)和比较器(53)，前者用以对编码电路(14，34)的输出端处的比特数进行计数，后者用以比较这两个比特数，所述选择级则包括开关(55)和两个开关(56，57)，开关(55)用以选择与两比特数较小的一个相应的编码信道，开关(56，57)用以选择对应于经如此选取的编码信道的预测信道。
全文摘要
隔行扫描场图像信号的一种编码器，包括第一可变长度编码信道(10)和有关的第一预测信道(20)以及第二可变长度编码信道(30)，信道(30)与第一信道并联配置，且在其输入端侧有一个电路(31)供解除对各场的隔行扫描之用，还有一个有关的第二预测信道(40)，信道(40)有一个电路(45)和判断组件(50)，电路(45)用以重新对各场进行隔行扫描，组件(50)则用以比较编码在相应的第一和第二编码信道中提供的信号，并根据所述比较的结果选择预测信道和编码信道。
文档编号H04N7/30GK1092232SQ93120978
公开日1994年9月14日 申请日期1993年12月18日 优先权日1992年12月22日
发明者F·居迪 申请人:菲利浦电子有限公司