[发明专利]图像信号的编码方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及图像信号的编码方法和用于各种应用领域(例如，数字存储媒体、电视广播、通信网络)的图像信号编码设备，更详细地说，本发明可应用于用来处理数字化运动图像序列、以便以已压缩的形式传输或存储的图像信号编码方法及其设备。

背景技术

近年来，日益增多的尝试已指向提供数字语言、数字图像和用于信号质量更高的存储、传输和编辑的视频序列。最普通的应用之一是用来存储语言数据和音乐数据的数字小型磁盘。当前的尝试已指向数字图像信号。数字图像信号包括大量的数据，因此，为了减少在数据传输中所要传输的数据量，需要进行数据压缩。这样的尝试之一是由国际标准化组织(ISO)和国际电工技术委员会(IEC)，IEC被广泛地称为运动图像专家组(MPEG)联合开发的。运动图像专家组在编码活动图像信号中普遍使用的方法之一是离散余弦变换(DCT)。根据该变换系统，把图像分成8×8个像素的较小块，把每一个块中的像素数据变换到频域中。这样的离散余弦变换可使信息量小。

运动图像专家组采用一种量化方法，用来量化已变换块中的DCT系数，以便用一组具有可控大小的符号来表示。在这样的量化方法中，以常数“q”(在下文，称为“量化因子”)来除DCT系数。在这种方法中，把每一个DCT系数近似成最接近于该DCT系数(在下文，称为“已量化DCT系数)的整数。通过进行反操作，即以量化因子“q”乘以该已量化DCT系数，可能恢复到编码以前的DCT系数。

然而，如果为了提高量化中的编码效率而设定了很大的量化因子“q”，则使DCT系数的近似性变差，并在解码图像中出现某种可视噪声。这种噪声一般称为蚊子噪声。一般，大部分能量集中在低频系数上。另外，人对高频系数的感觉也不如对低频系数那样灵敏。

因此，当量化图像信号时，重点放在低频系数上，把较小的量化因子“q”发配给低频系数。然而，如果使用小的量化因子“q”对已量化DCT系数编码时，就需要较多的比特。

在要变换的图像是运动图像的情况下，一般图像信号的特点是，在顺序帧之间除了屏幕上的某些目标的运动之外，极少有变化。采用一般称为运动补偿的技术。根据这种运动补偿技术，用取自上一帧已编码图像的移动矢量来表示当前带有各块的图像。

这种运动补偿方案还减少了编码运动图像所需的比特数。然而，在某些情况下，块的移动在各移动块之间可能会形成某些可见的鲜明的边缘。一般，称之为块噪声。

运动图像专家组已把上述这两种方案(离散余弦变换和运动补偿)用于其运动图像序列编码标准MPEG1和MPEG2的相应方案中。

实际上，采用运动补偿编码、采用DCT/量化编码、或者，采用运动补偿和DCT/量化的组合编码，对于每一个块都是自适应判定的。

MPEG1和MPEG2还有用来控制在运动图像中分配给每一个块的比特数的比率控制机制。

在比率控制机制中，对每一个相当于四个DCT块(一个DCT块为16×16个像素)的宏块设定量化器中所用量化因子的大小。可以把量化器所产生的已量化DCT系数表示为由一系列零值、并在其后，跟随着一个非零值所组成的数据。游程长度编码对具有以同符号长群为特征的冗余输入的数据，可以实现显著的数据压缩，因此，当编码已量化DCT系数时，MPEG1和MPEG2使用游长编码。较小的量化因子将形成一组零值的较短游程，使较多的比特可用于编码已量化DCT系数。另外，因为具有较小能量的DCT系数对图像质量并无太大的影响，所以，用零来表示已量化DCT系数、以便提高编码效率是合乎理想的。然而，因为具有较大能量的DCT系数对图像质量有明显影响，所以，改善相应于能量较大DCT系数的非零系数、而不缩短已量化DCT系数中一组零值的游程的长度是合乎理想的。

发明的公开

鉴于前述情况，本发明的一个目的是，提供与传统相比能够显著改变视频序列图像质量的图像信号编码方法及其设备。

本发明的前述目的和其它目的，已通过提供包括下列步骤的、用来编码图像信号的一种图像信号编码方法加以实现，这些步骤是：对每一个像素，压缩其图像信号的动态范围；为了把图像信号变换成系数数据，对于每一个单元块已被压缩了动态范围的图像信号进行正交变换；以及量化系数数据，产生已量化的数据。