[发明专利]用于计算表示视频画面块中包含的像素值的量化变换系数的游程-幅度表示的方法、设备和计算机可读介质

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年1月6日提交的美国临时申请No.61/142648的权益，以及于2008年12月30日提交的挪威专利申请No.20085407的优先权，这二者的全部主题通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及计算机设备或系统中的视频压缩系统的变换系数数据的熵编码/解码的实施方式。

背景技术

运动画面的实时传输在多种应用中得以采用，诸如但不限于视频会议、网络会议、电视(TV)广播和视频电话。表示运动画面需要大量的信息，因为通常通过用8个比特(bit)即一个字节表示画面中每个像素来描述数字视频。这种未压缩的视频数据导致大的比特量，并且由于有限的带宽而无法在常规通信网络和传输线路上传输。

因此，使得能够实时视频传输需要进行大程度的数据压缩。然而，数据压缩会影响画面质量。因此，已经投入巨大努力来研发压缩技术，使得可通过带宽有限的数据连接进行高质量视频的实时传输。在视频压缩系统中，主要的目标在于利用尽可能小的容量表示视频信息。容量用比特来定义，或为恒定值或是比特/时间单位。在两种情况下，目标是减少比特的数目。

在运动图像专家组(MPEG)和H.26标准中描述了传统的视频编码方法。视频数据在传输之前经历四种主要处理(即，预测处理、变换处理、量化处理和熵编码)。

预测处理减少待传输的视频序列中每幅画面所需的比特数量。该处理利用了序列的某些部分与该序列的其他部分的相似性。由于预测器部分对于编码器和解码器都是已知的，所以仅需传输差异。这种差异通常需要少很多的容量用于其表示。预测主要是基于表示运动的矢量。传统上，对方块尺寸(例如，16×16像素)执行预测处理。注意，在一些情况下，像素的预测是基于使用相同画面中的相邻像素而不是先前画面的像素。这被称作帧内预测(不要与帧间预测相混淆)。

表示为数据块(例如，4×4像素)的残差(residual)仍然包含内部相关性。传统方法利用了这一点并且执行二维块变换。在H.263中，使用8×8的离散余弦变换(DCT)，而在H.264中，则使用4×4的整数型变换。这将4×4像素变换为较之像素表示通常可由更少的比特来表示的4×4的变换系数。具有内部相关性的4×4像素阵列的变换可以产生较之原始4×4像素块具有更少非零值的4×4变换系数块。

变换系数的直接表示对于许多应用而言成本过高。为了进一步减小数据表示，执行量化处理。因此，变换系数要经历量化。一种量化方式是参数值除以一个数，产生可以由较少比特表示的较小数字。这种量化处理导致与未压缩序列稍有不同的重构视频序列。这种现象被称作“有损编码”。来自量化部分的结果被称作量化变换系数。

熵编码是一种特殊形式的无损数据压缩。熵编码包括利用将相似频率聚集成组的游程长度编码(RLE)算法以“之字形”顺序布置图像成分，插入编码0的长度，并且接着对剩下的部分使用Huffman编码。

在H.264编码中，对块的DCT系数进行重新排序以把阵列中的非零系数聚集在一起，使得能够有效表示其余的零值系数。图1示出之字形的重新排序路径100(即，扫描顺序)。之字形扫描100的顺序图案根据每个位置的非零系数的概率来构造。由于先前DCT的特性，块中非零系数的概率沿着DCT块的向右下的对角方向降低。如图1所示，当以之字形图案100对系数重新排序时，非零系数通常趋于集中在阵列的开头的各位置。

重新排序处理的输出包括一维阵列，其包含开头附近的一个或多个非零系数聚簇，随后为零系数串。由于大量的零值，所以该阵列被进一步表示为一系列(游程，幅度)对，其中“游程(run)”指示一个非零系数前面的零的数目，而“幅度(level)”则指示该非零系数的量值。例如，输入阵列16、0、0、-3、5、6、0、0、0、0、-7将具有以下相应的游程-幅度值：(0，16)，(2，-3)，(0，5)，(0，6)，(4，-7)。当把所述之字形阵列变换为游程-幅度值时，对所有系数做循环并检查它们是否非零，这在计算上是高成本的。

发明内容