[发明专利]图象信号的高效编码

说明书

本发明涉及图象信号的编码方法和装置，尤其是属于采用预测编码和正交变换的图象信号编码。

如在电话会议系统或可视电话系统中，图象信号是被压缩并采用帧内或帧间关联的有利条件进行编码，因此信号可更有效地通过通讯电缆传输到远处。

帧内相关可采用正交变换，如同离散余弦变换(DCT)。

帧间相关可采用连续图象间的预测编码。如其中所采用的，通常一帧图象是指代表一帧电视信号的图象。每帧场是按逐行扫描方式编码时，即每一场就可作为一幅图象。

如图1A所示，帧图PC1，PC2和PC3是分别在t₁，t₂，t₃不同时间点上所产生的。如图1B中的阴影部分所示，帧图PC1和PC2之间的差别可获得图差数据PC12；帧图PC2和PC3之间的差别可以获得图差数据PC23。由于瞬间相邻帧间的信号变化是非常小的，所以利用传输通道仅仅传输图差数据就要比传输原图有效得多。亦即，利用图差数据作为编码图象信号，称为预测编码，可以减少被传输的数据总量。

然而，如果仅仅传输图差信号，则原图不可能被重现起来。偶尔传输一幅不足预测编码的图象作为图差数据的基准是很方便的，因为这样比纯粹传输预测编码图象更为有效。

仅仅采用帧内相关编码而不采用帧间相关编码的图象在此处称为内图或I图。

相对于一幅事先编码好的图象采用预测编码方法编码的图象，此处称为预测图象或P图。

相对于最多为两幅图象采用预测编码方法编码的图象，亦即相对于仅仅一幅瞬间随后的图象，或者相对于一幅瞬间在前的和一幅瞬间随后的图象一共两幅图象采用预测编码方法进行编码的图象，此处称为双向预测编码图象或B图。当预测编码是相对于两幅图象时，这两幅图象可以都是I图，或P图，或者一幅P图，而将这两幅图的平均值用来作为基准图象进行图象的编码。

可以将一组具有预定帧数，例如F1……F17的图象作为一个图象系列来加以研究。领先的第一帧图象F1的亮度和色度信号作为I图来编码，第二帧图象F2为B图，第三帧是P图，第四帧随后的图象F4-F17是交替的B图的P图。图2A表示作为P图编码用的基准图象，而图2B则表示作为B图编码用基准图象。

图3A和3B表示有四种方法用来对一幅图象的宏块进行编码(下面将预以讨论)。当采用以宏块为单元作为编码的基础时，采用多种编码方法是合适的，这样可以获得最少量的编码数据。在图3A中，组F0到F5代表电影(移动图象)信号的各帧的数据，而图3B中，组F1X到F5X代表被编码的帧的数据。图3A中实线箭头表示相关各帧间的移动矢量X0……X6。

第一种方法，如SP1所示，并不采用预测编码，即只采用帧内关联，这种方法适用于任何一个大组的I图、P图或B图。换言之，如果不用预测编码方法所产生的编码数据很少的话就采用这种方法。

第二种方法，如SP2表示相对于瞬时随后于现图的一幅图象进行预先编码的方法，这称为反向预测编码。

第三种方法，如SP3所示是相对于瞬间领先于现图的一幅图象进行预先编码的方法，这称为正向预测编码。

第二种方法是仅适用于B图的宏块。

第三种方法是适用于B图或P图的宏块。

第四种方法，如SP4所示是相对于两幅图象，一幅是瞬间领先于现图，另一幅是瞬间随后于现图的平均值的预先编码方法，这种方法只适用于B图的宏块。

对一串图象的帧进行的编码时，第一帧F1是采用第一种方法SP1作为I图来编码的，因此这是作为编码数据FIX，通过一个传输通道直接进行传输的。

然后，帧F3以P图进行编码。当采用第三种方法SP3，正向预测编码法，对宏块进行编码时，代表现图F3和作为基准图象的瞬间在先帧F1之间运动和移动矢量X3和代表现图F3和补偿基准图象F1的移动之间的差值的差值信号就进行计算，并作为这个图象的宏块的数据F3X进行编码。如果正在编码的P图的宏块所产生的编码数据量比较少的话，则此处可采用第一种方法SP1原帧F3的数据将直接被利用作为这个宏块的传输数据F3X，以代替上述的方法。

然后，帧F2以B图进行编码。当采用第四种方法对帧F2的宏块进行编码时，对瞬间在先帧F1的平均值和瞬间随后帧F3之间的差值按象素为单元进行计算。这个差值数据和移动矢量X1和X2被作为数据F2X进行编码。如果采用第一种方法SP1对帧F2的宏块进行编码时，则用原帧F2的数据代替作为编码数据F2X。