[发明专利]可变长度译码方法,可变长度译码设备

说明书

本申请是申请日为2003年3月13日、申请号为No.03800330.9、题为“可变长度编码方法，可变长度译码方法，存储介质，可变长度编码设备，可变长度译码设备，和位流”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及可变长度编码，它们对应的可变长度译码方法，存储在计算机上执行这些方法的程序的存储介质，可变长度编码设备，和它们对应的可变长度译码设备。更具体地讲，本发明涉及凭借编码数据优化编码方法的自适应可变长度编码方法，对应于这些方法的可变长度译码方法，存储用于在计算机上执行这些方法的程序的存储介质，凭借编码数据优化编码方法的自适应可变长度编码设备，和对应于这些装置的可变长度译码设备。 

背景技术

近年来，由于在建立图像编码方案的国际标准上的努力，将用于静止图像的JPEG之类的以及用于运动图像的MPEG格式标准化为压缩和解压缩图像的技术。 

MPEG(运动图像专家组)编码方案主要是由一个运动补偿帧间预测单元，一个DCT(离散余弦变换)单元，和一个可变长度编码单元构成的。运动补偿帧间预测单元检测来自输入图像数据和早先图像数据的运动向量，和从运动向量和早先图像数据建立残留误差数据。DCT单元对残留误差数据执行的DCT变换。一个量化单元量化DCT系数，和可变长度编码单元将码字赋予量化的DCT系数和运动向量。 

MPEG编码方案中的编码图像数据具有一种六层的分层结构：序列(sequence)，GOP(画面组(Group Of Picture)，画面(picture)，片段 (slice)，宏数据块(macroblock)，和数据块(block)。画面是对应于一个单一画面的基本编码单元，并且是由多个片段构成的。一个片段是一个同步恢复单元，一个由一个或多个宏数据块构成的带形区。 

可变长度编码是指一种熵编码。因为象后DCT变换系数(DCT系数)和运动向量值之类的值的概率中存在着变化，可变长度编码通过把短码字赋予那些具有高概率的值，和把长码字赋予具有低概率的那些值，减少了平均数据量。 

主要的可变长度编码类型包括Huffman编码和算术编码。 

Huffman编码是一种通过一个其中每个符号是一个树叶的Huffman代码树确定码字的方法。它使用一个包括每个代码的码字(位串)的对应表(代码表)。 

为了提高压缩率，Huffman编码使用了诸如一种其中建立对应于变化中的运动图像的统计特性的代码表之类的方法，和一种其中准备了多个代码表并且响应画面的统计特性切换代码表的方法。信息理论指出，将log₂(1/p)位赋予概率p的代码的代码表具有最小平均数据量。这就是为什么，在切换多个代码表的方法中，要从编码数据计算概率，并且要选择代码表，使得能够把接近log₂(1/p)位的位数赋予概率p的代码的原因。 

算术编码是一种响应概率把符号序列映射到间隔[0，1)的编码技术，并且在该间隔内用带有适当数字的二进制表达一个编号行上的概率空间。在算术编码中，执行编码同时恒定地监视统计特性。具体地讲，响应画面的内容重写概率表，并且在参考概率表的同时确定码字。更具体地讲，在算术编码中，用编码数据连续地更新算术运算中使用的概率，以便能够把log₂(1/p)位赋予概率p的代码。 

与Huffman编码不同，在算术编码中，可以仅通过算术运算(加、减、乘、和除)获得对应于码字的位串，因此，与Huffman编码相比，可以减少存储代码表所需的存储器的量。此外，在编码过程中可以通过重写概率表响应统计特性中的变化。但是，算术运算，特别是乘法和除法运算，需要大的算术能力，因此，算术编码的一个缺陷是难于在低算术能力的设备中实行算术运算。 

在上述自适应编码方法中，由于编码方法连续地通过编码数据动态地优化，所以，与固定编码方法相比，可以提高压缩效率。 

但是，当利用编码数据动态地优化编码方法时，会产生以下问题。 

例如，基于学习的动态编码方法是对首部后面的画面数据，即，对每个片段、宏数据块、或数据块执行的。在这种情况下，算术编码使用每个子单元的初始值的固定概率表在每个画面中编码，Huffman编码在每个画面中使用一个固定可变长度代码表作为初始代码表。因为用这种方式使用固定初始值，所以，在初始化之后通过学习获得最佳概率表和代码表之前，不能认为编码压缩效率是有利的。特别是，当总数据量小时，学习所需数据比例增加，并且压缩率并不高。