[发明专利]用于自适应块变换的基于上下文的自适应可变长度编码

说明书

本申请是申请日为2003年8月19日、申请号为03823595.1并且发明名称为“用于自适应块变换的基于上下文的自适应可变长度编码”的申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及视频编码和压缩领域，尤其涉及基于上下文的自适应可变长度编码的方法和系统。

背景技术

典型的视频编码器将原始视频序列的每个帧划分成连续的矩形区域，这种矩形区域称为“块”。这些块以“帧内模式”(I模式)，或者“帧间模式”(P模式)编码。对于P模式，编码器首先在先前发送的“基准帧”中搜索与正在被编码的块相似的块，所述的“基准帧”由F_ref表示。搜索一般限制到不超过距将被编码的块某个空间移位。在最佳匹配或“预测”已经被识别时，它以两维(2D)运动矢量(Δx，Δy)的形式表达，其中Δx是水平移位，而Δy是垂直移位。用该运动矢量连同基准帧一起构成一个预测块F_Pred：

F_Pred(x，y)＝F_ref(x+Δx，y+Δy)

像素在帧中的位置由(x，y)表示。

对于以I模式编码的块，用空间预测从同一帧中先前编码的相邻块来形成预测块。对于I模式和P模式，预测误差，也就是正在编码的块和预测块之间的差，被表示成一些离散变换的一组加权基函数。变换一般基于8×8或4×4的块执行。加权变换系数随后被量化。量化引入了信息丢失，因此量化系数的精度比原始系数精度低。

量化变换系数和运动矢量为“语法元素”的例子。这些加上一些控制信息形成视频序列的完整的编码表示。在从编码器传送到解码器之前，对所有的语法元素进行熵编码，从而进一步减少表示它们所需的比特数目。熵编码是一种无损耗运算，其目的在于通过利用码元的分布特性(一些码元比其它码元更频繁地出现)，将需要用来表示发送或存储码元(在此情况下为语法元素)的比特数最小化。

视频编码器使用的一种熵编码方法为可变长度码(VLC)。VLC码字是一个比特(0和1)序列，它被分配给每个码元。该VLC被这样构造使得码字长度和由码字表示的码元出现的频繁程度相对应，例如，越频繁出现的码元由越短的VLC码字表示。此外，VLC应该如此构造，以使码字可唯一地被解码，即，如果解码器接收一个有限长度的有效比特序列，则必须只有一种可能的输入码元序列，它在编码时产生收到的比特序列。

为了正确地解码比特流，编码器和解码器必须使用同一组VLC码字和同样的码元分配。如上所述，为了使压缩最大化，应当将最短的VLC码字分配给最频繁出现的码元。然而，不同码元的频率(概率)取决于所编码的实际帧。在使用单组VLC码字并且码元恒定地分配给那些码字的情况下，码元在给定帧中的概率分布很可能与VLC所假设的概率不同，甚至贯穿整个序列的平均码元概率也不同。因此，使用单组VLC码字以及码元到那些码字的单一分配降低了编码效率。

为了克服这种困难使用了不同的适配方法。现在描述一种方法，它提供了合理的计算复杂度和良好的压缩和效率的折衷，并且它当前被用在现有技术的视频编码器中。对于一组码元，向编码器和解码器提供了多个规定VLC码字(VLC)的表来使用。选择用来对特定码元进行编码的表则取决于编码器和解码器都已知的信息，比如编码块的类型(I或P类型块)、被编码的分量(亮度或色度)、或量化参数(QP)值。所述性能取决于用于在VLC之间切换的参数表征码元统计特性的表现。

在解码器中，通过首先以与在编码器中同样的方式来构造预测，并且将压缩的预测误差加到预测中从而获得当前帧中的块。通过使用量化系数来加权变换基函数从而找到压缩的预测误差。重构帧和原始帧之间的差叫做重构误差。

可以通过调整在量化变换系数时使用的量化参数(QP)值来控制压缩比，即用来表示原始序列的比特数和用于表示压缩序列的比特数之比。压缩比还取决于所采用的熵编码方法。

在给定块中的系数用Z字形扫描来排序(扫描)，从而得出一个一维排序系数矢量。用于4×4块的一个示范性Z字形扫描在图1中示出。

Z字形扫描假设在运用2维(2D)变换之后，具有大多数能量(即较高值系数)的变换系数对应于低频变换函数并且处于块的左上边，如图1所示。因此，在通过Z字形扫描产生的系数矢量中，较大的系数极可能在矢量开始时出现。在量化之后，大多数低能量系数变得等于0之后。

能够进一步处理系数矢量以便每个非零系数由2个值来表示：游程(run)(矢量中非零值前面的连续零系数的数目)，和等级(1evel)(系数值)。