CN1535020A - 视频编解码中变换系数块的扫描方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种视频编解码中变换系数块的扫描方法和装置。本发明主要是在视频编码端，对经过变换后在变换域的二维的变换系数块作扫描，使变换系数块中的系数转变成一维的变换系数序列。在这一过程中，根据当前变换系数块的变换方式选择扫描顺序，使扫描所得的一维变换系数序列更趋向于由大到小的排列，从而提高编码效率。在解码端，根据变换方式，选择反扫描顺序将一维变换系数序列转换成二维的变换系数块。本发明并不限于视频编解码领域，还可以推广至其他信号处理的应用中。
Description
所属技术领域
本发明涉及电数字数据处理技术领域，特别是涉及一种视频编解码中变换系数块的扫描方法和装置。
背景技术
传统的视频编码标准如ITU制定的H.261，H.263，H.26L，H.264标准以及ISO的MPEG组织制定的MEPG-1，MPEG-2，MPEG-4等都是基于混合编码，即Hybrid Coding框架之上的。所谓混合编码框架是综合考虑预测，变换以及熵编码的方法的编码框架，有以下主要特点：
1、利用预测去除时间域的冗余度；
2、利用变换去除空间域的冗余度；
3、利用熵编码去除统计上的冗余度；
上述视频编码标准都具有帧内编码帧，即I帧，和帧间编码帧，即P帧，I帧和P帧采用不同的编码方法。I帧的编码过程如下：对原始图像数据或帧内预测得到的残差块进行二维变换；然后在变换域中对变换系数进行量化；对量化所得的二维系数块作扫描，使之成为一维的系数序列；最后进行熵编码，即Huffman编码或者算术编码等。P帧的编码过程如下：采用运动估计得到运动矢量，然后采用基于运动补偿的帧间预测，接着对帧间预测得到的残差块进行二维变换，再对变换域系数进行量化，对量化所得的二维残差块系数作扫描，使之成为一维的残差系数序列，最后进行熵编码。
在扫描系数块的过程中，要求尽量先扫描到绝对值较大的系数，使输出的一维系数序列更趋向于从大到小排列，这样有助于提高编码效率。系数块中，系数分布规律大致是在低频附近的有较多的非零系数，而且绝对值较大，相应的，在高频附近有较多的零系数，而扫描方法zig-zag是从低频开始向高频扫描的，能够保证所得一维系数基本是从大到小排列。所以zig-zag被广泛应用于各种图像和视频编解码标准中。但是zig-zag同等对待系数在水平和垂直方向的分布，这就不能很好地符合对隔行视频序列编码所产生的系数块的分布规律，使输出的一维系数序列从大到小排列的趋势减弱，降低了编码效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种视频编解码中变换系数块的扫描方法和装置，能够区别对待水平和垂直方向的系数，克服zig-zag扫描的不足之处。本方法并不限于图像编码和视频编码领域，可以推广至其他信号处理的应用中。同时本发明的方法具有一定的可扩展性，可以与众多的信号处理方法相结合，并可以实现不同应用范围的信号处理。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
1.一种视频编解码中变换系数块的扫描方法：
1)变换系数块的变换方式分成2种● 第一种：该变换系数块在变换前的内容直接取自原始视频图像中相邻行或者取自原始视频图像减去其预测值后的相邻残差行；● 第二种：该变换系数块在变换前的内容取自原始视频图像中相邻奇数行或相邻偶数行，或者取自原始视频图像减去其预测值后的相邻奇数残差行或相邻偶数残差行；
2)在编码端，根据变换系数块的变换方式选择扫描顺序；
3)在解码端，根据解码信息，确定输出的变换系数块的变换方式，选择反扫描顺序。
2.根据变换系数块的变换方式选择扫描顺序，还包括以下的子步骤：
1)变换系数块大小为8×8的扫描方法● 当变换系数块的变换方式是第一种时，采用甲类8×8扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列；甲类8×8扫描顺序是一张8行8列的表格，单位小格在甲类8×8扫描顺序中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，单位小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号；● 当变换系数块的变换方式是第二种时，采用乙类8×8扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列；乙类8×8扫描顺序是一张8行8列的表格，单位小格在乙类8×8扫描顺序中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，单位小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号；
2)变换系数块大小为4×4的扫描方法● 当变换系数块的变换方式是第二种时，采用4×4扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列；4×4扫描顺序是一张4行4列的表格，单位小格在4×4扫描顺序中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，单位小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号。·
3.根据解码信息，确定输出的变换系数块的变换方式，选择反扫描顺序，还包括以下的子步骤：
1)变换系数块大小为8×8的反扫描方法● 当变换系数块在编码端以第一种变换方式编码时，采用甲类8×8反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块；甲类8×8反扫描顺序是一张8行8列的表格，单位小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，单位小格在甲类8×8反扫描顺序中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置；● 当变换系数块在编码端以第二种变换方式编码时，采用乙类8×8反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块；乙类8×8反扫描顺序是一张8行8列的表格，单位小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，单位小格在乙类8×8反扫描顺序中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置；
2)变换系数块大小为4×4的反扫描方法● 当变换系数块在编码端以第二种变换方式编码时，采用4×4反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块；4×4反扫描顺序是一张4行4列的表格，单位小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，单位小格在4×4反扫描顺序中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置。
4.一种视频编解码中变换系数块的扫描方法的装置，扫描装置包括：
1)用于读取需要扫描的二维变换系数块的输入装置；
2)用于存放各种扫描顺序矩阵的存储装置；
3)用于扫描二维变换系数块的扫描装置；
4)用于输出扫描后一维变换系数序列的输出装置；
输入装置与扫描装置之间通过数据总线连接，传输输入数据；变换方式作为控制信号送入扫描装置；扫描装置与存储装置之间通过数据总线连接，并根据控制信号读入扫描顺序矩阵；扫描装置与输出装置之间通过数据总线连接，传输扫描后的一维变换系数序列。
5.一种视频编解码中变换系数块的扫描方法的装置，反扫描装置包括：
1)用于读取需要反扫描的一维变换系数序列的输入装置；
2)用于存放各种反扫描顺序矩阵的存储装置；
3)用于反扫描二维变换系数块的反扫描装置；
4)用于输出反扫描后二维变换系数块的输出装置；
输入装置与反扫描装置之间通过数据总线连接，传输输入数据；变换方式作为控制信号送入反扫描装置；反扫描装置与存储装置之间通过数据总线连接，并根据控制信号读入反扫描顺序矩阵；反扫描装置与输出装置之间通过数据总线连接，传输反扫描后的二维变换系数块。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果：在对隔行视频序列编码时，它所提出的扫描顺序克服了zig-zag的缺点，更加符合变换域系数块系数的分布规律，使扫描所得的一维变换系数序列更趋向于大到小排列，有利于编码效率的提高。本发明并不限于视频编码领域，还可以推广至其他信号处理的应用中。
附图说明
图1是甲类8×8扫描或反扫描顺序示意图；
图2是乙类8×8扫描或反扫描顺序示意图；
图3是4×4扫描或反扫描顺序示意图；
图4是扫描装置的示意图；
图5是反扫描装置的示意图；
具体实施方式
视频数据可以被划分为不同大小的块进行编码。例如，4×4，8×8，16×16等。同时，这些被划分的块也可以用不同的变换方式编码。
一.这些不同大小而且按不同变换方式编码的块经变换后在变换域形成二维变换系数块，对块中系数作扫描，使其成为一维变换系数序列的步骤如下：
1.确定当前所需扫描的变换系数块的变换方式：
1)如果该变换系数块在变换前的内容直接取自原始视频图像中相邻行或者取自原始视频图像减去其预测值后的相邻残差行，则是第一种变换方式。
2)如果该变换系数块在变换前的内容取自原始视频图像中相邻奇数行或相邻偶数行，或者取自原始视频图像减去其预测值后的相邻奇数残差行或相邻偶数残差行，则是第二种变换方式。
2.当变换系数块大小为8×8时，根据变换方式确定扫描顺序，方法如下：
1)当变换系数块的变换方式是第一种时，采用附图1的扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列。每一个小格在附图1中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号。
2)当变换系数块的变换方式是第二种时，采用附图2的扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列。每一个小格在附图2中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号。
3.当变换系数块大小为4×4时，根据变换方式确定扫描顺序，方法如下：
1)当变换系数块的变换方式是第一种时，采用zig-zag扫描。
2)当变换系数块的变换方式是第二种时，采用附图3的扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列。每一个小格在附图3中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号。
二.在解码端进行反扫描时，要根据变换方式选择反扫描顺序，方法如下：
1.当变换系数块大小为8×8时，确定反扫描顺序的步骤如下：
1)当变换系数块在编码端以第一种变换方式编码时，采用附图1的反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块。每一个小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，小格在附图1中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置。
2)当变换系数块在编码端以第二种变换方式编码时，采用附图2的反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块。每一个小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，小格在附图2中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置。
2.当变换系数块大小为4×4时，确定反扫描顺序的步骤如下：
1)当变换系数块的变换方式是第一种时，采用zig-zag反扫描。
2)当变换系数块在编码端以第二种变换方式编码时，采用附图3的反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块。每一个小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，小格在附图2中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置。
三.视频编解码中扫描变换系数块的装置，如图4所示，包括用于读取所需扫描的二维变换系数块的输入装置510，用于存储各种扫描顺序矩阵的存储装置520，用于扫描二维变换系数块的扫描装置530，以及输出扫描后一维变换系数序列的输出装置540。
输入装置510与扫描装置530之间通过数据总线连接，传输输入数据；变换方式作为控制信号550送入扫描装置530；扫描装置530与存储装置520之间通过数据总线连接，并根据控制信号550读入扫描顺序矩阵；扫描装置530与输出装置540之间通过数据总线连接，传输扫描后的一维变换系数序列。
四.视频编解码中反扫描变换系数块的装置，如图5所示，包括用于读取所需反扫描的一维变换系数序列的输入装置610，用于存储各种反扫描顺序矩阵的存储装置620，用于反扫描二维变换系数块的反扫描装置630，用于输出反扫描后二维变换系数块的输出装置640。
输入装置610与反扫描装置630之间通过数据总线连接，传输输入数据；变换方式作为控制信号650送入反扫描装置630；反扫描装置630与存储装置620之间通过数据总线连接，并根据控制信号650读入反扫描顺序矩阵；反扫描装置630与输出装置640之间通过数据总线连接，传输反扫描后的二维变换系数块。
上述的视频编解码中变换系数块的扫描方法的装置可以用处理器系统，微控制器，可编程逻辑器件或微处理器实现部分或全部的操作。上述的一些操作可以用软件实现，同时另一些操作可以用硬件实现。
为了方便起见，这些操作被描述为不同的互连的功能单元或不同的软件模块。但是，这不是必要的。在一些应用中，这些功能单元或模块可以被集成到单一的逻辑器件、程序或操作中，而没有明显的界限。在任何情况中，功能单元和软件模块或描述的特征可以独立实现，或与其他操作一起用硬件或软件实现。
Claims (5)
1.一种视频编解码中变换系数块的扫描方法，其特征在于：
1)变换系数块的变换方式分成2种
●第一种：该变换系数块在变换前的内容直接取自原始视频图像中相邻行或者取自原始视频图像减去其预测值后的相邻残差行；
●第二种：该变换系数块在变换前的内容取自原始视频图像中相邻奇数行或相邻偶数行，或者取自原始视频图像减去其预测值后的相邻奇数残差行或相邻偶数残差行；
2)在编码端，根据变换系数块的变换方式选择扫描顺序；
3)在解码端，根据解码信息，确定输出的变换系数块的变换方式，选择反扫描顺序。
2.如权利要求1所述的一种视频编解码中变换系数块的扫描方法，其特征在于所说的根据变换系数块的变换方式选择扫描顺序，还包括以下的子步骤：
1)变换系数块大小为8×8的扫描方法
●当变换系数块的变换方式是第一种时，采用甲类8×8扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列；甲类8×8扫描顺序是一张8行8列的表格，单位小格在甲类8×8扫描顺序中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，单位小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号；
●当变换系数块的变换方式是第二种时，采用乙类8×8扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列；乙类8×8扫描顺序是一张8行8列的表格，单位小格在乙类8×8扫描顺序中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，单位小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号；
2)变换系数块大小为4×4的扫描方法
●当变换系数块的变换方式是第二种时，采用4×4扫描顺序将二维的变换系数块转换成一维的变换系数序列；4×4扫描顺序是一张4行4列的表格，单位小格在4×4扫描顺序中的位置代表变换系数在二维变换系数块中的位置，单位小格中的数代表变换系数在输出的一维变换系数序列中的序号。
3.如权利要求1所述的一种视频编解码中变换系数块的扫描方法，其特征在于所说的根据解码信息，确定输出的变换系数块的变换方式，选择反扫描顺序，还包括以下的子步骤：
1)变换系数块大小为8×8的反扫描方法
●当变换系数块在编码端以第一种变换方式编码时，采用甲类8×8反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块；甲类8×8反扫描顺序是一张8行8列的表格，单位小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，单位小格在甲类8×8反扫描顺序中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置；
●当变换系数块在编码端以第二种变换方式编码时，采用乙类8×8反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块；乙类8×8反扫描顺序是一张8行8列的表格，单位小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，单位小格在乙类8×8反扫描顺序中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置；
2)变换系数块大小为4×4的反扫描方法
●当变换系数块在编码端以第二种变换方式编码时，采用4×4反扫描顺序将一维的变换系数序列转换成二维的变换系数块；4×4反扫描顺序是一张4行4列的表格，单位小格中的数代表变换系数在一维变换系数序列中的序号，单位小格在4×4反扫描顺序中的位置代表变换系数在输出的二维变换系数块中的位置。
4.如权利要求1所述的一种视频编解码中变换系数块的扫描方法的装置，其特征在于扫描装置包括：
1)用于读取需要扫描的二维变换系数块的输入装置(510)；
2)用于存放各种扫描顺序矩阵的存储装置(520)；
3)用于扫描二维变换系数块的扫描装置(530)；
4)用于输出扫描后一维变换系数序列的输出装置(540)；
输入装置(510)与扫描装置(530)之间通过数据总线连接，传输输入数据；变换方式作为控制信号(550)送入扫描装置(530)；扫描装置(530)与存储装置(520)之间通过数据总线连接，并根据控制信号(550)读入扫描顺序矩阵；扫描装置(530)与输出装置(540)之间通过数据总线连接，传输扫描后的一维变换系数序列。
5.如权利要求1所述的一种运用于视频编解码的反扫描变换系数块方法的装置，其特征在于反扫描装置包括：
1)用于读取需要反扫描的一维变换系数序列的输入装置(610)；
2)用于存放各种反扫描顺序矩阵的存储装置(620)；
3)用于反扫描二维变换系数块的反扫描装置(630)；
4)用于输出反扫描后二维变换系数块的输出装置(640)；
输入装置(610)与反扫描装置(630)之间通过数据总线连接，传输输入数据；变换方式作为控制信号(650)送入反扫描装置(630)；反扫描装置(630)与存储装置(620)之间通过数据总线连接，并根据控制信号(650)读入反扫描顺序矩阵；反扫描装置(630)与输出装置(640)之间通过数据总线连接，传输反扫描后的二维变换系数块。
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20080418 Address after: Bantian HUAWEI headquarters office building, Longgang District, Shenzhen Patentee after: HUAWEI TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Address before: No. 38, Zhejiang Road, Hangzhou, Zhejiang, Xihu District Patentee before: Zhejiang University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211229 Address after: 450046 Floor 9, building 1, Zhengshang Boya Plaza, Longzihu wisdom Island, Zhengdong New Area, Zhengzhou City, Henan Province Patentee after: xFusion Digital Technologies Co., Ltd. Address before: Bantian HUAWEI headquarters office building, Longgang District, Shenzhen Patentee before: HUAWEI TECHNOLOGIES Co.,Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20051130 |
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| CX01 | Expiry of patent term |