TW200814785A - Coding method and system with an adaptive bitplane coding mode - Google Patents

Description

200814785 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於影像編碼的技術，尤指一種具有適應性 位元平面（bitplane)編碼模式之編碼方法及系統。 【先前技術】 一般影像編碼時係針對整張晝面做壓縮，其需要將晝 面切割成一個個巨集區塊（Macroblock，MB)，然後針對每個 巨集區塊做壓細處理。為了能夠達成較南的壓縮率，不同 10 的區塊通常可以依其屬性，而使用不同的壓縮模式 (Macroblock Modes)。所以在壓縮後的位元串流（Bit Stream) 中，每個巨集區塊需要有一些櫊位來表示此巨集區塊使用 何種壓縮模式，例如 Skipped MB/Not Skipped、ιΜν/4Μν、 AC prediction、Direct Mode/Not Direct Mode等。在 vC-1 標 15 準中，提供位元平面模式，針對每個巨集區塊的壓縮模式 做進一步壓縮，來達到較高的壓縮率。 ί 在VC-l(WMV)影像編碼中，其將一圖框（frame)先區分 成由多數個巨集區塊所組成。每一個巨集區塊的編碼模式 則組合成多數個位元平面（bitplane)。亦即，每一位元平面 20 係由該圖框具有之多數個巨集區塊模式所組成。 VC-l(WMV)影像編碼標準中對位元平面進行編碼，以獲得 更佳的壓縮效率。 位元平面的壓縮模式可區分為原始模式（Raw M〇de)及 壓縮模式（Compress Mode)。圖1係一習知位元平面於壓縮模 200814785 式的影像編碼系統之示意圖。第—E集區塊模式決定裝置 120及第一巨集區塊模式決定裝置15〇所輸出的巨集區塊的 編碼核式先暫存於第二缓衝器13〇中。當組合成多數個位元 • 平自後，再執行位元平面I缩。此時，需將巨集區塊的麼 .5縮=料暫存於第-緩衝器14〇中。最後將㈣的位元平面與 壓縮的巨集區塊組合成位元率流脚如_)，其中，壓縮 的位元平面係位於圖框標頭（Frame H⑶d^)中。圖2係一習 知位元平面於原始模式的影像編碼系統之示意圖。每一巨 集區塊編碼模式先暫存於該第二緩衝器13〇中。此時，編碼 H)模式並未經壓縮且和壓縮的巨集區塊組合成位元串流，每 一巨集區塊的編碼模式資料係位於巨集區塊標頭（mb

Header)中。然而，此種方式需要暫存壓縮後的巨集區塊之 位το串流及巨集區塊在位元串流中的位置，另外也需要額 外的資料搬移時間，故而效率不佳。因此可知，習知位元 15平面編碼模式之編碼方法及系統仍存有諸多之缺失而有予 以改進之必要。 【發明内容】 …本發明之-目的係在提供-種位元平面⑽plane)編碼 核式之編碼方法及系統，俾減少所需記憶體空間並有效 低硬體成本。 本發明之另一目的係在提供一種位元平面編碼模式之 編碼方法及系'统，俾節省運算時間，而可增加系統之運管 速庶。 t 20 ί 10 15

C 200814785 位元平面給一特色’本發明係提出—種具有適應性 面、4碼模式之編碼純，其對的多數個位元 仃編碼，該隸由多數地集區塊所構成，該每— 成二Γ:由該圖框之該些巨集區塊所採用的模式所組 :定;T包Γ一移動估測裝置、一第-巨集區塊模式 疋衣置、—數位餘弦轉換及量化裝置、一 模式決定裝置、一可變長产編瑪狀菩n乐一巨木£塊 F f 〇 及-原始模式決定 、杯動估難置用以接收該巨集區塊，以對該巨隹 ==移t估測;該第一巨集區塊模式決定裝置•合： :夕測裝置’依據該移動估測決定該巨集區塊的模 ί第= 立餘弦轉換及量化裝置輕合至該移動估測裝置及 式:、夬定-2:杈式決定裝置，以依據該第-巨集區塊模 /ν衣置的輸出去執行數位餘弦轉換及量化運曾.兮第 二巨集區塊模式決定裝縣合至該數位餘_㈣量„ 位餘弦轉換及量化裝置之輪出決定該巨里： ΪΓ二::變長度編瑪裝置麵合至該數位餘弦轉換及 里“置與该第二巨集區塊模式決定裝置 集區塊模式決定裝置翰出 f ^ 旦P蓄夕^ 式’而對該數位餘弦轉換及 里輸出進行可變長度編碼，以產生該巨集區塊之 3二式決定裝置輕合至該第一巨集區塊 巨集區塊模式決定裝置，當該原始 核式決疋衣置決疋該圖框之該位元平面為原始模式時，將 ;ΓΐΐΓ塊相關之位元平面資料分別放在該每-巨集區 20 5 f； 10 15 Ο 200814785 依據本發明之另一特色，本發明係提出一種且 性:元平面編碼模式之編碼方法，其對一圖框的多數= 2平面進行編碼，該圓框由多數個巨集區塊所構成，該每 :位疋平面係由該圖框之多數個巨集區塊採用的模式所租 :式步驟:(Α)初始化該圖框之位元平面的編碼 = ’’’、S、％拉式；⑻對該圖框及位元平面執行編碼，並 計异該位元平面編碼後之位元數目；（C)計算該位元平面未 編碼之位7L數目；⑼當該位元平面編碼後之位元數目小於 該位元平面未編碼之位元數目時，執行步驟（Α);⑻當該位 π平面編碼後之位元數目大於等於該位元平面未編碼後之 位兀數目時’初始化該圖框之位元平面的編碼模式為一原 始模式:（F)對該圖框執行編碼，並計算該位元平面未編碼 後之位70數目，.⑹計算該位元平面編碼後之位元數目；⑻ 當該位元平面編碼後之位元數目大於等於該位元平面未編 碼之位元數目時，執行步驟（Ε)。 【實施方式】 、囷3係本奄月之具有適應性位元平面（bitpiane)編碼模 式之編碼系統的系統示意圖。該編碼系統對一由多數個巨 集區塊（MB)構成之圖框的多數個位元平面進行編碼。每一 位元平面係由該圖框之多數個巨集區塊的模式所組成。該 編碼系統包含··一移動估測裝置31〇、一第一巨集區塊模式 決定裝置320、一數位餘弦轉換及量化裝置33〇、一第二巨 集區塊模式決定裝置340、一可變長度編碼裝置35〇、一原 20 200814785 始模式(raw mode)決定裝置360、一緩衝器370及一壓縮裝置 380 ° 前述移動估測裝置3 10用以接收一巨集區塊，以對該巨 • 集區塊進行移動估測運算，並產生該巨集區塊的移動向量 5 (Motion Vector，MV)、及相關的差異絕對值總和（Sum 〇f Absolute Difference，SAD) 〇 前述第一巨集區塊模式決定裝置320耦合至該移動估 測裝置3 10，依據該移動估測裝置之輸出決定該巨集區塊的 f\ 模式。 10 當該圖框為p圖框（P-frame)時，該移動估測裝置310分 別產生該巨集區塊的1MV及相關的SAD1MV、4MV及相關的 SAD4MV。該第一巨集區塊模式決定裝置320依據1MV及相關 的SAD1MV、4MV及相關的SAD4MV分別計算出F1及F2。其中 Fl=Function(lMV， SAD1MV)和 F2=Function(4MV， 15 SAD4MV)。若是F1之值小於F2之值，該第一巨集區塊模式決 定裝置320則判定該巨集區塊為1MV模式。若是F1之值非小 q 於F2之值，該第一巨集區塊模式決定裝置320則判定該巨集 區塊為4MV模式。 當該圖框為B圖框（B-frame)時，該移動估測裝置310分 20 別產生該巨集區塊的直接（Direct)模式的S ADDirect、及非直 接（Not Direct)模式的 S ADNot Direct& MVNot Direct。該第一巨集 區塊模式決定裝置320依據SADDirect、SADN()t Direct及MVN()t Direct 分別計算 F3 及 F4。其中 F3=Fimction(SADDirect)、 F4=Function(SADNotDirect，MVNotDirect)。若是F3之值小於F4 200814785 之值，該第一巨集區塊模式決定裝置320則判定該巨集區塊 的模式為直接模式。若是F3之值非小於F4之值，該第一巨 集區塊模式決定裝置320則判定該巨集區塊的模式為非直 ^ 接模式。 5 當該圖框為P圖框或B圖框時，該移動估測裝置310分 別產生該巨集區塊的非圖框内（Non Intra)模式的SAD、及一 該巨集區塊的圖框内（Intra)模式的變異數σ。該第一巨集區 塊模式決定裝置320依據SAD及變異數σ分別計算F5及 (' F6 〇 其中 F5=Function(SAD)、F6=Function( σ )。若是 F5 之 10 值非小於F6之值，該第一巨集區塊模式決定裝置320則判定 該巨集區塊的模式為圖框内模式。若是F5之值小於F6之 值，該第一巨集區塊模式決定裝置320則判定該巨集區塊的 模式為非圖框内模式。 前述數位餘弦轉換及量化裝置330耦合至該移動估測 15 裝置310及該第一巨集區塊模式決定裝置320，以依據該第 一巨集區塊模式決定裝置320的輸出對該移動補償後 I (Motion Compensation)的巨集區塊執行數位餘弦轉換及量 化運算。該數位餘弦轉換及量化裝置330係先對該移動補償 後的巨集區塊進行數位餘弦轉換，而獲得頻率域（Frequency 20 Domain)的係數。再利用量化表格（圖未示）對頻率域係數進 行量4匕。 前述第二巨集區塊模式決定裝置340耦合至該數位餘 弦轉換及量化裝置330，依據該數位餘弦轉換及量化裝置 330之量化頻率域係數決定該巨集區塊的模式。當該巨集區

10 200814785 j 5里化頻率域係數之絕對值之總和小於一預定值時，該 第巨木區塊模式決定裝置340則判定該巨集區塊的模式 為略過（Skipped)模式。該巨集區塊的量化頻率域係數之絕 •對值之和非小於m值時，該第二巨集區塊模式決定裝 /置340則判定該巨集區塊的模式為非略過（Not Skipped)模 式亦即，该第二巨集區塊模式決定裝置34〇依據下列公式 什异該量化頻率域係數之絕對值之和：κI，其中， /=0 j=0 ’ j巨集區塊的大小為㈣化4為該巨集區塊的量化後之頻 率或係數仄為该巨集區塊的量化頻率域係數之絕對值之 10 和。 。田°亥圖框為交錯1圖框（Interlace I-frame)時，該第二巨 集，塊模式決定裝置由下列兩種模式擇—作為該巨集區塊 的模式，亦即場（Field)模式及圖框（Frame)模式。 15 曰前述可變長度編碼裝置35〇麵合至該數位餘弦轉換及 :化衣置330興該第二巨集區塊模式決定裝置34。，依據該 弟二巨集區塊模式決定裝置34G之輸出模式，而對該數位餘 弦轉換及量化裝置33〇之輸出進行可變長度編碼，以產生一 巨集區塊之位元串流。 前述原始模式決定裝置36_合至該第—巨集區塊模 式決定4置320及該第二巨集區塊模式衫裝置34卜4 原^模式決定裝置36G決定該圖框之位元平面為原始^ 日寸’：各巨集區塊之位元平面資料放在各巨集區塊標頭。 前述緩衝器370叙合至該原始模式決定襄置36〇，以耕 存巨集區塊的位元平面。該壓縮襄置3_合至該緩衝二 20 5 f) 10 15 ϋ 20 200814785 370 ’以對該緩衝器37〇暫存 $ $仔的位70千面進行壓縮。當該原 始叙式決疋t置360決定該圖框 M ^ <位几干面為壓縮模式 %•，该壓縮瓜置380將各巨集區塊之位元 兀十面貧料執行可變 長度編碼運算，再將該壓縮後 1曰1欠曰j佴兀十面放在該圖框 =其中’該置3 8_該位元平面進行無損（i〇ss㈣ ㈣。該I縮裝置380所執行無損麼縮可為可變長度編碼 (VLE)。 圖4係本發明之一種具有適應性位元平面編碼模式之 編碼方法的流程圖。該編碼方法對—由多數個巨集區塊所 構成之圖框的多數個位元平面進行編碼，並對該圖框之多 數個巨集區塊進行編碼。每—位元平面係由該圖框具有之 多數個巨集區塊的模式所組成。 首先，於步驟（A)中，初始化該圖框之位元平面的編碼 模式為壓縮模式。其係將一參數raw—m〇de設定為〇，以表示 將對位元平面進行壓縮。該壓縮裝置38〇將各巨集區塊之位 凡平面資料執行可變長度編碼，再將該壓縮後的位元平面 放在該圖框的標頭。 於步驟（Β)中，對該圖框及位元平面執行編碼，並計算 忒位元平面編碼後之位元數目。該壓縮裝置將各巨集區 塊之位元平面資料執行可變長度編碼，而該圖框之各個巨 集區塊則執行MPGE編碼。該編碼後之位元平面係放置於該 圖框之圖框標頭處。 於步驟（C)中，計算該位元平面未編碼之位元數目。於 步驟（D)中’判斷該位元平面編碼後之位元數目是否小於該

12 200814785 位兀平面未編碼之位元數目。當判定該位元平面編碼後之 -位兀數目小於該位元平面未編碼之位元數目時，表示該位 元平面進行編碼後有達到壓縮的效果，故執行步驟（八）以對 下一個圖框的位元平面執行編碼運算。 5 於步驟（D)中，當該位元平面編碼後之位元數目非小於 該位元平面未編碼之位元數目時，表示該位元平面進行編 碼後未達到壓縮的效果，故執行步驟（E)以對下一個圖框的 位元平面不執行編碼運算。 fl 於步驟（E)中，初始化該圖框之位元平面的編碼模式為 10原始模式。其係將一參數raw—mode設定為丨，以表示將對位 元平面不進行壓縮。 於步驟（F)中’對該圖框執行編碼，並計算該位元平面 未編碼之位元數目。於步驟⑼中，計算該位元平面編碼後 之位元數目。該未編碼之位元平面係放置於該圖框之各個 15 巨集區塊之巨集區塊標頭處。 於步驟（H)中，判斷該位元平面未編碼之位元數目是否 c /j、於該位元平面編碼後之位元數目。當判定該位元平面編 聽之位元數㈣小於該位元平面未編碼後之位元數目 日才表不，亥位凡平面進行編碼後未達到壓縮的效果，執行 20步驟⑻而不對下一個圖框的位元平面執行編碼運算。 於步驟（H)中，當判定該位元平面編碼後之位元數目小 於該位元平面未編碼之位元數目時，表示該位元平面 編碼後有達到壓縮的效果，執行步驟（A)以對下一個圖框的 位元平面執行編碼運算。 13 200814785 Γ ίο >由上述說明可知，本發明是在整張圖框壓縮前決定是 否採用位元平面中的原始模式或是壓縮模式。如果位元平 面採用原始模式，則每個巨集區塊的—個模式會以】位元方 式：表示，同時將每個巨集區塊所採用模式的資訊放在該 巨集區塊標頭。如果位元平面採隸縮模式，則巨华區塊 令不包含區塊廢縮模式資料，而將壓縮的位元平面：於圖 框的標頭。當圖框壓縮結束後，再決定制原始模式以外 的位70平面編碼方式（Mtpiane⑶出吨咖㈣。藉此可以讓 畫面麼縮只需要-次（Gne_pass)即可完成，進而達到節省運 算時間及記憶體空間之功效。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 於上述貫施例。 【圖式簡單說明】 圖1係一習知位元平面於壓縮模式的影像編碼系統之 示意圖。 圖2係-習知位元平面於原始模式的影像編碼系統之 示意圖。 圖3係本發明之具有適應性位元平面編碼模式之編碼 系統的系統示意圖。 圖4係本發明之一種具有適應性位元平面編㈣以 編碼方法的流程圖。

14 200814785 【主要元件符號說明】 - 移動估測裝置 110 第一巨集區塊模式決定裝置 120 第一緩衝器 140 5 第二緩衝器 130 " 第二巨集區塊模式決定裝置 150 數位餘弦轉換及量化裝置 160 壓縮裝置 170 : 可變長度編碼裝置 180 10 移動估測裝置 310 第一巨集區塊模式決定裝置 320 數位餘弦轉換及量化裝置 330 第二巨集區塊模式決定裝置 340 可變長度編碼裝置 350 15 原始模式決定裝置 360 緩衝器 370 壓縮裝置 380

Claims (1)

1. 200814785 十、申請專利範圍： .5 10 15

   20 一丨· 一種具有適應性位元平面編碼模式之編碼系統，其 對:圖框的多數個位元平面進行編碼，該圖框由多數個= 木區塊所構成，該每—位元平面係、由該圖框之該此隹 塊所採用的模式所組成，該系統包含： ε堍進3估測裝置’用以接收該巨集區塊，以對該巨集 ^塊進仃移動估測； Η-區塊模式決定裝置，耦合至該移動估測果 置，依據該移動估測決定該巨集區塊的模式； 及立Γ弦轉換及量化裝置’柄合至該移動估咖 4 木區塊模式決定裝f，以依據該第一巨隹巴雄 模式決定裝置的輸，錢储位餘浦及量化】二μ 換及：：：：集區塊模式決定裝置，麵合至該數位餘弦轉 ”：隹二據該數位餘弦轉換及量化裝置之輸出決 疋该巨集區塊的模式； 例成 又長度、'爲碼衣置，耦合至該 裝置與該第二巨隹卩掄捃斗4 邱涵~換及置 巨木&塊杈式決定裝置，依 塊模式決定裝置輸出之^^ D —巨本 #署#山 而對該數位餘弦轉換及量. 衣置之輸出進行可變長度編 、 元串流，·以及 μ生μ集區塊之… 定裝置及該第二巨集區塊模式決定；置二：區塊模a 定裝置決定該圖框之該位 J "5亥原始模式 疋千面為原始模式時，將該些 16 200814785 5 10 15 集區塊相關之位元平面資料分別放在該每— 頭。 巨木區塊的 2..如Λ請專利範園第1項所述之編碼系統，其更包含： 緩衝杰，耦合至该原始模式決定裝置，r耕 集區塊所採用的模式組成的前述位元平面' ，以暫存該巨 一壓縮裝置，耦合至該緩衝器，以 前述位元平㈣行Μ縮。 “、、㈣器暫存的 3. 如申請專利範圍第2項所述之編碼系統， 壓縮瓜置係對該位元平面進行無損壓縮。 4. 如申請專利範圍第3項所述之編碼系統， 壓縮裝置所執行無損壓縮為可變長度編碼。 5·如申請專利範圍第4項所述之編碼系統， «始模式衫裝置歧該圖框之該位元平面為壓缩 ':該壓縮裝置分別將該些巨集區塊之位元平面資料我 可變長度編碼，再放在該圖框的標頭。 ,、仃 6·如申請專利範圍第1項所述之編 該圖框為Ρ圖框時，該第一巨集區塊模式決定裝置 種模式擇-作為該巨集區塊的模式：imv、及下列兩 7·如申％專利範圍第丨項所述之編碼系 1 =為B圖框時，該第一巨集區塊模式決定装置由;列： =式擇-作為該巨集區塊的模式:直接模式、及= 8·如申請專利範圍第i項所述之編碼系統 一 該圖框為1圖枢時，該第―巨集區塊模式決定裝置由下歹^ 標 其中，該 其中，該 其中，當 20 200814785 種模式直一作為該巨集區塊的模 框内模式。 Θ框内模式、及非圖 9·如申請專利範圍第丨項所述之 該圖框為Ρ圖框時，該第二巨集彳:y、、、先其中，田 插掇々摆仏也 > 尾拉式決定裝置由下列兩 種杈式擇-作為該巨集區塊的模 模式。 略過拉式、及非略過 1〇.如申請專利範圍第1項所述之編碼系統，1中，, η 10 15 該圖框為交錯1圖框時，該第二巨集區塊模式決定裝置由·; 列兩種杈式擇一作為該巨集區塊 模式。 杈式.场拉式、及圖框 11. -種具有適應性位元平面編碼模式之編碼方法， 其對-圖框的多數個位元平面進行編碼’該圖框由多數個 巨集區塊所構成’該每—位元平面係由該圖框之多數個巨 集區塊採用的模式所組成，該方法包含步驟： (Α)初始化該圖框之位元平面的編碼模式為一壓缩模 式； ' ⑻對該圖框及位元平面執行編碼，並計算該位元平面 編碼後之位70數目； (C) 計算該位元平面未編碼之位元數目； (D) 當該位元平面編碼後之位元數目小於該位元平面 未編碼之位元數目時，執行步驟（Α); (Ε)當該位元平面編碼後之位元數目大於等於該位元 平面未編碼後之位元數目時，初始化該圖框之位元平面的 編碼模式為一原始模式； 200814785 .- (F)對該圖框執行編碼，並計算該位元平面未編碼後之 位元數目； (G)計算該位元平面編碼後之位元數目丨以及 - (H)當該位元平面編碼後之位元數目大於等於該位元 • 5 平面未編碼之位元數目時，執行步驟（E)。 12 ·如申明專利範圍第1丨項所述之編碼方法，其中， 於步驟（H)中，當該位元平面編碼後之位元數目小於該位元 平面未編碼之位元數目時，執行步驟（A)。 13 ·如申请專利範圍第π項所述之編碼方法，其中， 1〇 於步驟（B)中，該編碼後之位元平面係放置於該圖框之圖框 標頭。 14·如申請專利範圍第11項所述之編碼方法，其中， 於步驟（F)中，該未編碼之位元平面係放置於該圖框之該些 巨集區塊之巨集區塊標頭。 15 19