图像编码方法和设备、图像解码方法和设备及其程序技术

根据本发明专利技术的图像编码方法是一种通过正交变换和量化逐块对图像进行编码并对用于推导正交变换系数频率的量化步长的量化矩阵进行编码的图像编码方法，所述方法包括：计算量化矩阵中所包括的每个频率分量和与所述每个频率分量相对应的预定值之间的差值；以及将该差值编码为可变长度码，其中当差值越小时，可变长度码的码长就越短，或者等于所述差值的邻近差值的码长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有效地压缩运动图像的图像编码方法、正确解码这种已压缩运动图像的图像解码方法、以及图像编码设备、图像解码设备及其程序。
技术介绍
在综合地处理音频、视频和其它像素值的多媒体时代，现有信息媒体，即报纸、杂志、电视、收音机和电话以及其它借以向人们传达信息的装置，最近已被列入多媒体范围内。一般，多媒体指的是，通过不仅使字符而且使图形、音频、尤其是图像等相互关联来表示的某种事物。然而，为了将上述现有信息媒体列入多媒体范围内，显然，先决条件是以数字形式来表示这种信息。 然而，当计算上述每一种信息媒体中所包含的信息量来作为数字信息量时，在字符的情况下，每字符的信息量是1-2字节，在音频(电话质量)的情况下，所需的信息量是每秒64千位，并且在运动图像(目前电视接收质量)的情况下，所需的信息量是每秒100兆位。因此，上述信息媒体以数字形式来照原样处理这样海量的信息是不现实的。例如，虽然已经利用提供每秒64千位至每秒1.5兆位传输速度的综合业务数字网(ISDN)将视频电话投入了实际使用，但是直接通过ISDN来传输电视和相机视频是不实际的。 对于这种情况，需要信息压缩技术，例如把遵照国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)所建议的H.261和H.263标准的运动图像压缩技术用于视频电话。而且，根据遵照运动图像专家组1(MPEG-1)标准的信息压缩技术，有可能将图像信息和声音信息一起存储在普通音乐光盘(CD)中。 在此，运动图像专家组(MPEG)是一种由国际标准化组织/国际电工技术委员会(ISO/IEC)标准化的运动图像信号压缩国际标准，并且MPEG-1是一种用于将电视信号信息近似压缩到百分之一，使得能够以每秒1.5兆位的速率来传输运动图像信号的标准。此外，因为MPEG-1标准所实现的传输速度是大约每秒1.5兆位的中等质量速度，所以以满足更高质量图像要求为目的而标准化的MPEG-2允许在质量上等效于电视广播的数据传输，借此以每秒2至15兆位的速率来传输运动图像信号。而且，促进MPEG-1和MPEG-2标准化的工作组(ISO/IEC/JTC1/SC29/WG11)对MPEG-4进行了标准化。MPEG-4提供了比MPEG-1和MPEG-2更高的压缩比，并使基于对象的编码/解码/操作成为可能，MPEG-4能够提供多媒体时代所需的新功能。在标准化开始阶段，MPEG-4旨在提供低比特率编码方法，但是它已被扩展为一种支持处理隔行扫描图像以及高比特率编码的更一般编码的标准。当前，ISO/IEC和ITU-T已共同努力对MPEG-4AVC(高级视频编码)和ITU-T H.264进行标准化，以作为提供更高压缩比的下一代图像编码方法。自2002年8月起，为下一代图像编码方法而发布了委员会草案(CD)。 一般，在运动图像编码中，通过减小时间和空间方向上的冗余来压缩信息量。因此，在旨在减小时间冗余的帧间图像(inter-picture)预测编码中，参考前向或后向图像，基于逐块来执行预测图像的运动估计和产生，然后对所获得的预测图像和当前要编码的图像之间的差值进行编码。在此，“图像”是表示一幅图像的术语。在逐行扫描图像的情况下，“图像”表示帧，而在隔行扫描图像的情况下，“图像”表示帧或场。在此，“隔行扫描图像”是在捕获时间上分开的两场组成的帧图像。在隔行扫描图像编码和解码中，有可能将一帧照原样处理为帧，将一帧处理为两场，或者将一帧处理为帧内基于每块的帧结构或场结构。 不参考任何图像，利用帧内图像(intra-picture)预测进行编码的图像将被称为I图像。只参考一幅图像，利用帧间图像预测进行编码的图像将被称为P图像。而且，同时参考两幅图像，利用帧间图像预测进行编码的图像将被称为B图像。B图像有可能指的是，可以按显示次序由前向/后向图像任意组合的两幅图像。可以为用作基本编码/解码单元的每个块确定参考图像(即参考图像)。将通过把要在编码位流中先描述的参考图像称为第一参考图像，并把要在编码位流中后描述的参考图像称为第二参考图像，来区分这种参考图像。注意，作为对这些类型图像进行编码和解码的条件，用于参考的图像必须已经被编码和解码。 利用运动补偿帧间图像预测来对P图像和B图像编码。利用运动补偿帧间图像预测的编码是一种在帧间图像预测编码中使用运动补偿的编码方法。和仅仅根据参考图像中的像素值执行预测的方法不同，运动补偿是一种能够通过估计图像中每一部分的运动量(以下称为“运动矢量”)，并进一步考虑这种运动量来执行预测，来提高预测精度及减少数据量的技术。例如，有可能通过估计当前要编码的图像的运动矢量，然后对通过仅仅使各个运动矢量的量偏移而获得的预测值与当前要编码的图像之间的预测残差进行编码，来进行运动补偿，由此减少数据量。在该技术中，也以编码形式记录或发送运动矢量，因为在解码时需要运动矢量信息。 基于每个宏块来估计运动矢量。更具体地说，应该预先在当前要编码的图像中固定宏块，以便通过在参考图像中的搜索区域内寻找这种固定宏块的最相似参考块的位置，来估计运动矢量。 图1所示为位流示例数据结构图。如图1所示，位流具有如下的分层结构。位流(流)由多个图像组(GOP)组成。通过利用GOP作为基本编码单元，有可能编辑运动图像以及进行随机访问。每个GOP由多幅图像组成，每幅图像是I图像、P图像和B图像之一。每幅图像进一步由多个片组成。作为每幅图像内条形区的每个片由多个宏块组成。而且，每个流、GOP、图像和片都包括用于指示每个单元终点的同步信号(sync)、以及作为所述每个单元所共有的数据的头(头)。 注意，当不是在作为流序列的位流中而是在作为块单元(piecemeal unit)的分组等中传输数据时，可以分开传送头和除头以外的数据部分。在这种情况下，不应将头和数据部分并入相同位流中，如图1所示。然而，在分组的情况下，即使不连续传输头和数据部分，也只是在另一分组中传送与数据部分相对应的头。因此，即使当头和数据部分未被并入相同位流中，参考图1所描述的编码位流的概念也适用于分组。 一般来讲，人眼视觉感觉对低频分量的敏感度高于对高频分量的敏感度。此外，因为图像信号中低频分量的能量大于高频分量能量，所以按从低频分量到高频分量的顺序来执行图像编码。结果，低频分量编码所需的位数大于高频分量编码所需的位数。 鉴于以上几点，当对通过正交变换而获得的各频率的变换系数进行量化时，现有编码方法为高频分量使用的量化步长大于为低频分量使用的量化步长。该技术使常规编码方法有可能在从观众的观点来看图像质量出现小损失的情况下，实现压缩比的大大增加。 同时，因为关于低频分量的高频分量量化步长大小取决于图像信号，所以按照惯例使用一种基于逐幅图像来改变各频率分量量化步长大小的技术。利用量化矩阵来导出各频率分量的量化步长。图2示出了量化矩阵的例子。在该图中，左上分量为直流(DC)分量，而向右分量是水平高频分量，向下分量是垂直高频分量。图2中的量化矩阵也指示，较大的量化步长应用于较大值。通常，有可能为每幅图像使用不同的量化矩阵。指示每个频率分量量化步长大小的值是固定长度编码的。注意，通常量化矩阵的每个分量和每个量化步长的值彼此近似成比例，但是不必固守这种关系，只要它们之间的对应被清楚地定义本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量化矩阵的解码方法，所述量化矩阵的各分量取整数值，所述量化矩阵的解码方法，包括：　　　　　获取码序列，所述码序列用于解码所述量化矩阵的第Ｉ个分量值；　　　　根据所述码序列，将取－１２８以上且＋１２７以下整数值的差分值进行解码；以及将所述量化矩阵的第Ｉ－１个分量值加上所述差分值再加上２５６后除以２５６来求得余数，将与所述余数相等的值作为所述第Ｉ个分量值来进行解码。

【技术特征摘要】
US 2004-1-20 60/538,065;US 2004-4-12 60/561,3511.一种量化矩阵的解码方法，所述量化矩阵的各分量取整数值，所述量化矩阵的解码方法，包括获取码序列，所述码序列用于解码所述量化矩阵的第I个分量值；根据所述码序列，将取-128以上且+127以下整数值的差分值进行解码；以及将所述量化矩阵的第I-1个分量值加上所述差分值再加上256后除以256来求得余数，将与所述余数相等的值作为所述第I个分量值来进行解码。2.一种运动图像的解码装置，包括进行量化矩阵的解码的逆量化部，所述量化矩阵的各分量取整数值，所述逆量化部获取与所述量化矩阵的第I个分量值相关的码序列，根据所述码序列，将取-128以上且+127以下整数值的差分值进行解码，将所述量化矩阵的第I-1个分量值加上所述差分值再加上256后除以256来求得余数，将与所述余数相等的值作为所述量化矩阵的第I个分量值来进行解码。3.一种集成电路，用于运动图像的解码装置，所述运动图像的解码装置进行包含量化矩阵的解码在内的运动图像解码处理，所述集成电路具有运算部，其用于可变长解码、加法运算、余数运算，所述运算部进行以下处理获取与所述量化矩阵的第I个分量值相关的码序列；根据所述码序列，将取-128以上且+127以下整数值的差分值进行解码；将所述量化矩阵的第I-1个分量值加上所述差分值再...

【专利技术属性】
技术研发人员：角野真也，柏木吉一郎，路久怀，林宗顺，陈涛，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]