含至少一个数字信号编码器和解码器的系统及其中的编、解码器

摘要

根据分层视频编码和解码的公知系统的编码不够有效，因为借助于系统中切换装置不是基于在前高分辨力图象就是基于瞬态低分辨力图象来预测新的高分辨力图象。根据本发明，将切换装置设计用来调节代表在前高分辨力图象的信号和代表瞬态低分辨力图象的信号的变换系数并随后将这两个调节后的信号相加以用一个正常变换系数在预测中获3dB增益，并最终改进编码的有效性。

说明书

本发明涉及包括至少一个对数字信号进行编码的编码器及至少一个对已编码的数字信号进行解码的解码器的系统，其中编码器设有：

—用于接收数字信号的输入端；

—连至该输入端，用于产生第一编码的数字信号的第一数据处理装置；

—对至少部分第一数据处理装置进行反馈的第一编码器反馈装置，该第一编码器反馈装置包括编码器切换装置，其主触头连至所述输入端而其第一切换触头经由第一编码器存储装置连至第一数据处理装置；

—连至该输入端用于衰减所接收的数字信号的衰减装置；

—连至衰减装置，用于产生第二已编码的数字信号的第二数据处理装置；

—对至少部分第二数据处理装置进行反馈的第二编码器反馈装置，该第二编码器反馈装置包括第二编码器存储装置并经由编码器预测装置连至编码器切换装置的第二切换触头。其中解码器设有：

—用于处理第一已编码数字信号的第一数据再处理装置；

—连至解码器切换装置的第一切换触头的第一解码器存储装置，其主触头连至第一数据再处理装置；

—用于处理第二已编码数字信号的第二数据再处理装置；

—连至第二数据再处理装置并经由解码器预测装置连至解码器切换装置的第二切换触头的第二解码器存储装置。

这样的系统公开在由I.Parke，ISO-IEC/JTC1/SC29/WG11，MPEG92/291撰写的″Coded representation of picture and audioinformation″，″TM1 Compatibility Experiments″中，特见于图1(编码器)和图2(解码器)。基于分层编码的编码器包括用于接收例如由象素(pixels或pels)构成的电视信号的要编码的数字信号的输入端，和连至该输入端，用于产生第一已编码数字信号的第一数据处理装置。此外，编码器包括用以对至少部分第一数据处理装置进行反馈的第一编码器反馈装置，以便于编码更有效地进行下去。第一编码器反馈装置包括编码器切换装置，其主触头连至输入端且其第一切换触头经由第一编码器存储装置连至第一数据处理装置。编码器还包括连至输入端用以衰减所接收的数字信号的衰减装置，连至衰减装置用以产生第二已编码数字信号的第二数据处理装置，以及用以对至少部分第二数据处理装置进行反馈以便编码更有效地进行的第二编码器反馈装置。第二编码器反馈装置包括第二编码器存储装置并经由编码器预测装置连至编码器切换装置的第二切换触头。

设有第一和第二数据处理装置的这种系统实际上是由两层构成的：第一数据处理装置产生第一已编码的数字信号，由于所述信号是通过处理接收的数字信号获得的，所以它具有最高的分辨力；和第二数据处理装置产生第二编码的数字信号，由于所述信号是通过处理由衰减装置接收的数字信号而获得的，故其具有最低的分辨力。然后，这两个信号借助于多路调制和多路解调被送到基于分层解码的解码器，该解码器在基于校高分辨力的解码情况下采用两个信号，而在基于低分辨力解码的情况下仅采用第二编码数字信号。解码器包括用于处理第一编码数字信号的第一数据再处理装置，连至其主触头连于第一数据再处理装置的解码器切换装置的第一切换触头的第一解码器存储装置，用于处理第二编码数字信号的第二数据再处理装置，连至第二数据再处理装置并经由解码器预测装置连至解码器切换装置的第二切换触头的第二解码器存储装置。

在这种设计中，编码器切换装置和解码器切换装置被称为转换装置，也就是说主触头不是连通到第一切换触头就是连通到第二切换触头。如果在从属于“系统控制器”的情况下，编码器切换装置的主触头连通到第一切换触头，则利用存储在第一编码器存储装置中的在前高分辨力图象以便预测新的高分辨力图象。如果在从属于“系统控制器”的情况下，编码器切换装置的主触头连通到第二切换触头，则利用瞬态的低分辨力图象以便预测新的高分辨力图象。为此目的所必需且从“系统控制器”中发出的信息借助于多路调制和多路解调也被送到解码器，以便解码器切换装置与编码器切换装置处于同步状态。

这种公知系统的缺点在于它编码不够有效。

本发明的目的在于提供首段提及类型的系统，该系统更有效地编码。

为此目的，根据本发明的系统，其特征在于编码器切换装置和解码器切换装置分别设计成用于调节出现在第一切换触头和第二切换触头的信号变换系数(ratio)并用于将以这种方式调节的信号进行组合。

若在从属于系统控制器的情况下编码器切换装置和解码器切换装置分别调节出现在第一切换触头和第二切换触头的信号变换系数并将这些调节后的信号组合，则理论上可达到3dB预期改进的正确变换系数，当然这依赖于图象并导致编码有效性的改进。

本发明基于这样的认识，即编码有效性一般能够通过以在前高分辨力图象(出现在第一切换触头的信号)和瞬态低分辨力图象(出现在第二切换触头的信号)为根据的新高分辨力图象的预测来改进，两信号变换系数的调节必须针对每一预测而确定。

根据本发明系统的第一个实施例的特征在于编码器设有：

—位于与第一编码器存储装置相连的第一编码器移动预测装置；和

—位于与第二编码器存储装置相连的第二编码器移动预测装置。解码器设有：

—位于与第一解码器存储装置相连的第一解码器移动补偿装置，和

—位于与第二解码器存储装置相连的第二解码器移动补偿装置。

在编码器中由于装配的原因，第一编码器移动预测装置与第一编码器存储装置相连而第二编码器移动预测装置与第二编码器存储装置相连；在解码器中由于装配的原因，第一解码器移动补偿装置介于第一切换触头和第一解码器存储装置之间，而在装配中第二解码器移动补偿装置与第二解码器存储装置相连，因为所述系统考虑到了在对不同象素进行编码和解码时图象内容的移动，故而我们获得了以较高有效性编码的系统。为此目的，编码器移动预测装置分别产生借助多路调制和多路解调而送向解码器的矢量信号，在其中利用两矢量信号之一或两矢量信号的组合来控制解码器移动补偿装置。

根据本发明系统的第二个实施例的特征在于编码器切换装置和解码器切换装置被分别用来将值x倍乘出现在第一切换触头的信号和将值1-x倍乘出现在第二切换触头的信号，其中0≤x≤1。

因为出现在第一切换触头和第二切换触头的信号是数字式的并以数的形式表示，故这两个信号可以用对本领域技术熟练者来说简单的方式分别由x和1-x倍乘(其中0≤x≤1)，然后再加起来。对此还有一些变型也是可接受的，例如由y和100-y分别倍乘(其中0≤y≤100)，然后由值100去除加得的信号，若y＝100x，则这种倍乘当然最终能产生出同样的结果。以这种方式，在从属于系统控制器的情况下通过调节x的值，可能确定出在前高分辨力图象和现行低分辨力图象对新的高分辨力图象预测的贡献程度。

本发明还涉及用在根据本发明系统中的编码器，它包括：

—用于接收数字信号的输入端；

—连于该输入端用以产生第一已编码数字信号的第一数据处理装置；

—用以对至少部分第一数据处理装置进行反馈的第一编码器反馈装置，该第一编码器反馈装置包括编码器切换装置，其主触头连至输入端而其第一切换触头经由第一编码器存储装置连至第一数据处理装置；

—连至该输入端用于衰减接收的数字信号的衰减装置；

—连至衰减装置用以产生第二已编码的数字信号的第二数据处理装置；和

—用以对至少部分第二数据处理装置进行反馈的第二编码器反馈装置，该第二编码器反馈装置包括第二编码器存储装置并经由编码器预测装置连至编码器切换装置的第二切换触头。

根据本发明的编码器的特征在于编码器切换装置被设计用来调节出现在第一切换触头和第二切换触头的信号变换系数并用以组合以这种方式调节的信号。

根据本发明编码器的第一实施例的特征在于该编码器设有：

—位于与第一编码器存储装置相连的第一编码器移动预测装置；和

—位于与第二编码器存储装置相连的第二编码器移动预测装置。

根据本发明的编码器的第二实施例的特征在于编码器存储装置被设计用来由值x倍乘出现在第一切换触头的信号而由值1-x倍乘出现在第二切换触头的信号，其中0≤x≤1。

本发明还涉及用于根据本发明系统中的解码器，它包括：

—用于处理编码的数字信号的第一数据再处理装置；

—连至解码器切换装置的第一切换触头的第一解码器存储装置，其主触头连至第一数据再处理装置；

—用于处理编码的数字信号的第二数据再处理装置；和

—连至第二数据再处理装置并经由解码器预测装置连至解码器切换装置的第二切换触头的第二解码器存储装置。节出现在第一切换触头和第二切换触头的信号变换系数并用来组合以这种方式调节的信号。

根据本发明的解码器的第一实施例的特征在于该解码器设有：

—位于与第一解码器存储装置相连的第一解码器移动补偿装置；和

—位于与第二解码器存储装置相连的第二解码器移动补偿装置。

根据本发明的解码器的第二实施例的特征在于解码器切换装置被设计用来由值x倍乘出现在第一切换触头的信号而由值1-x倍乘出现在第二切换触头的信号，其中0≤x≤1。

本发明将通过参考一个示于附图中的示例性实施例而作出详细解释，其中：

图1示出一个根据本发明的编码器；和

图2示出一个根据本发明的解码器。

图1所示的编码器由两层构成。第一层(10-21)对基于最高分辨力的信号编码而第二层(30-41)对基于最低分辨力的信号编码。

第一层包括第一数据处理装置10，它由串联连接的变换装置11、量化装置12和编码装置13以及连到位于量化装置12和编码装置13之间分支点的串联连接的反量化装置14和反变换装置15组成。变换装置11的输入端形成数据处理装置10的输入端，该输入端连至减法电路16的输出端。编码装置13的输出端形成数据处理装置10的编码输出端，用以产生基于高分辨力的第一编码的数字信号，该编码输出端连至多路调制器6的第一输入端。反变换装置15的输出端形成数据处理装置10的反馈输出端用以(至少部分地)对所述数据处理装置10进行反馈，该反馈输出端连至加法电路19的第一(加)输入端。加法电路19的输出端连至第一编码器存储装置20的一个输入端。后者与第一编码器移动预测装置21双向连接，第一编码器移动预测装置21的用以产生第一矢量信号的矢量输出端连至多路调制器6的第二输入端。编码器移动预测装置21的一输入端连至编码器的输入端1，该输入端1又连至减法电路16的第一(加)输入端。后者的第二(减)输入端连至加法电路19的第二(加)输入端并连至编码器切装置7的输出端(主触头)，编码器切换装置7的第一输入端(第一切换触头)连至编码器移动预测装置21的另外的输出端。编码器切换装置7的控制输入端与多路调制器6的第五输入端相连并连至系统控制器8的输出端，系统控制器8的输入端连至数据处理装置10的编码输出端。系统控制器8将代表x值的x信号送到编码器切换装置7和多路调制器6，多路调制器6将x信号以多路调制形式送至解码器。通过由值x倍乘出现在第一输入端的信号(源自第一编码器移动预测装置21)、由值1-x倍乘出现在第二输入端的信号(源自编码器预测装置3)并随后将以这种方式获得的两个信号相加，编码器切换装置7被设计用来调节出现在第一和第二输入端的信号变换系数。对于值x，实际上0≤x≤1，该值通过系统控制器8以后面将讨论的方式来确定，并且由编码器切换装置7的控制输入端加以调节。第一编码器存储装置20和第一编码器移动预测装置21一起形成第一编码器反馈装置。

第二层包括第二数据处理器30，它由串联连接的变换装置31、量化装置32和编码装置33以及连至位于量化装置32和编码装置33之间分支点的串联连接的反量化装置34和反变换装置35构成。变换装置31的输入端形成数据处理装置30的输入端，该输入端连至减法电路36的输出端。编码装置33的输出端形成数据处理装置30的编码输出端以产生基于低分辨力的第二编码的数字信号，该编码输出端连至多路调制器6的第三输入端。反变换装置35的输出端形成数据处理装置30的反馈输出端，用以(至少部分地)对所述数据处理装置30进行反馈，该反馈输出端连至加法电路39的第一(加)输入端。加法电路39的输出端连至第二编码器存储装置40的输入端。后者与第二编码器移动预测装置41双向连接，第二编码器移动预测装置41的用于产生第二矢量信号的矢量输出端连至多路调制器6的第四输入端。编码器移动预测装置41的输入端连至用以衰减所接收信号的衰减装置2的输出端，该输出端还连至减法电路36的第一(加)输入端。后者的第二(减)输入端连至编码器移动预测装置41的另外的输出端，该另外的输出端又与加法电路39的第二(加)输入端相连。输入端连至编码器输入端1的衰减装置2包括滤波器装置和副取样装置。加法电路39的输出端还连于编码器预测装置3的输入端用以将数据处理装置30与数据处理装置10相连。编码器预测装置3的输出端连至编码器切换装置7的第二输入端(第二切换触头)。编码器预测装置3包括内插装置和上取样装置。与此同时，第二编码器存储装置40和第二编码器移动预测装置41一起构成第二编码器反馈装置。

图1所示的编码器的工作如下所述。要编码的数字信号以比特流的形式加至输入端1，在每例中，预定数目的比特数构成一象素。假定以x＝1调节编码器切换装置且第一编码器存储装置20的内容为空白，则第一组象素经由减法电路16到达数据处理装置10。变换装置11对该象素组进行例如离散余弦变换，对每一频率分量确定相关系数。量化装置12量化获得的信号。经量化的信号随后由编码装置13例如根据二维表来编码并送至多路调制器6，该二维表所产生的新编码字平均来说要比输入的字长短。这个变换、量化和编码后的第一组象素随后构成基于高分辨力的已编码信号的第一部分。在变换和量化后，第一组象素被反量化装置14反量化并被反变换装置15反变换，且经由加法电路19存储在编码器存储装置20的第一存储单元。第二组象素在与第一组象素相同的路径上移动、完成同样的操作并被存储在编码器存储装置20的第二存储单元，以此类推，直到一幅完整图象(第一幅图象)的所有各组象素均被存储为止。

下一(第二)幅图象的第一组象素随后被加至输入端1并送至编码器移动预测装置21，在此以存储在编码器存储装置20中的在前(第一幅)图象为根据，调查是否有特定移动的可能性。若有，所述移动被以第一矢量信号的形式送至多路调制器6。同时，编码器存储装置20产生在前(第一幅)图象的第一组象素，该第一组象素通过减法电路16，经由编码器移动预测装置21和编码器切换装置7(因为后者用x＝1调节)被从要被编码的(第二幅)图象的第一组象素中减去。由于第二幅图象的第一组象素和第一幅图象的第一组象素之间的差随后被加到数据处理装置10，故编码可以相当有效地进行。考虑到借助于编码器移动预测装置，随后图象的图象内容中的任何移动增加了附加量值的有效系数。当然，也可以发送其它根据其它预测方法而确定的预测参数来取代矢量。

以上描述的编码器的工作是关于第一层的，该层围绕数据处理装置10构成，编码器切换装置用x＝1来调节。至于围绕数据处理装置30构成的第二层的工作除了以下所述，基本上是相同的(给定调节值x＝1)。由于滤波和副取样的结果，数据处理装置30经由减法电路36接收由衰减装置2衰减并比加在输入端1的信号分辨力低的所接收到的信号。由数据处理装置30产生的编码的信号随后被基于较低的分辨力(低分辨力)而编码。

如果编码器切换装置用x＝1调节，则借助于减法电路16从要编码的(第二幅)图象的第一组象素中减去在前(第一幅)图象的第一组象素。结果，利用一部分存储的在前高分辨力图象去预测一部分新的待编码的高分辨力图象。如果这部分存储的在前高分辨力图象仅稍类似于，或不类似于新的待编码的高分辨力图象的相应部分，则可决定预测以一部分新的低分辨力图象为根据。在这种情况下，编码器切换装置应该用x＝0调节。如果因为仅第二幅图象的第一组象素与第一幅图象的第一组象素之差需被编码，故而在x＝1的情况下数据处理装置的有效系数被增加，则在x＝0的情况下，数据处理装置10的有效系数也增加，因为由于通过编码器预测装置3将第二层连至第一层的结果，一组在第二层中粗编码的第一层中的象素最好应以更精细的方式编码。由于在两层中的不同分辨力等级，通过编码器预测装置3进行内插和上取样是必需的。

若x的值在0或1之间选择，则将两种类型的预测结合起来。若 $>x>=>>1>2>>,>$>则两种类型的预测权重相等。若 >则基于瞬态低分辨力图象的预测加权要重些，而若 $>x>>>>1>2>>,>$>则基于在前高分辨力图象的预测加权要重些。若用正确选择的x值，发现在预测中可获得3dB的增益。x的最优值是由系统控制器8确定的，为了再生编码部分的图象，系统控制器8调查例如对每个可能的x值，在数据处理装置10的输出端需多少比特。在这种情况下需要最少比特数的x值构成最优值。系统控制器8也可以连至减法电路16的输出端，在这种情况下，对每个x值应计算出现在所述输出端的所得信号(差信号或错误信号)的平方。产生最小差错的x值则构成最优值。

编码器应包括最少两层，例如在这种情况下具有高分辨力的编码信号适于用作再生所谓的高清晰度电视图象，而具有低分辨力的编码信号适于用作再生标准的电视图象。若编码器包括三层，可用第三层对信号进行编码以再生例如所谓的可视电话图象，在这种情况下，更低些的分辨力就足够了。

图2所示的解码器包括多路解调器70，它具有一用于接收多路调制后的信号的输入端，所述多路调制后的信号源自编码器并包括具有最高分辨力的第一编码的数字信号，第一矢量信号，具有最低分辨力的第二编码的数字信号，和第二矢量信号及x信号。在多路解调器70的第一输出端出现第一编码的数字信号，在多路解调器70的第二输出端出现第一矢量信号，在多路解调器70的第三输出端出现第二编码的数字信号，在多路解调器70的第四输出端出现第二矢量信号，在多路解调器70的第五输出端出现x信号。多路解调器70的第一输出端连至第一数据再处理装置89的输入端，第一数据再处理装置89包括串联连接的反编码装置81、反量化装置82和反变换装置83，且其输出端连至加法电路84的第一输入端。加法电路84的输出端形成解码器的第一(高分辨力)输出端并连至第一解码器存储装置85的输入端，后者的输出端连至第一解码器移动补偿装置86的输入端。后者的矢量输入端连至多路解调器70的第二输出端用以接收(第一)矢量信号，且其输出端连至解码器切换装置87的第一输入端(第一切换触头)，解码器切换装置87的输出端连至加法电路84的第二输入端。解码器切换装置87的控制输入端连至多路解调器70的第五输出端用以接收x信号。

多路解调器70的第三输出端与包括串联连接的反编码装置71、反量化装置72和反变换装置73的第二数据再处理装置79的输入端相连。后者的输出端连至加法电路74的第一输入端，加法电路74的输出端经由包括了内插装置和上取样装置的解码器预测装置77连至解码器切换装置87的第二输入端(第二切换触头)。构成了解码器第二(低分辨力)输出端的加法电路74的输出端还连至第二解码器存储装置75的输入端，而后者的输出端连至第二解码器移动补偿装置76的输入端。后者的输出端连至加法电路74的第二输入端而其矢量输入端连至多路解调器70的第四输出端用以接收(第二)矢量信号。

图2所示解码器的工作如下所述。第一数据再处理装置89例如根据一个表，借助于反编码装置81对第一编码的数字信号执行反编码，然后借助于反量化装置82执行反量化，然后借助于反变换装置83执行例如反离散余弦变换的反变换。第二数据再处理装置79例如根据一个表，借助于反编码装置71对第二编码的数字信号执行反编码，然后借助于反量化装置72执行反量化，然后借助于反变换装置73执行例如反离散余弦变换的反变换。由第二数据再处理装置79产生的信号具有低分辨力并形成一特定图象特定象素组与在前图象特定象素组之间的差。借肋于加法电路74、第二解码器存储装置75和第二解码器移动补偿装置76，特定图象的特定象素组出现在解码器第二(低分辨力)输出端。这个信号在利用解码器预测装置75进行内插和上取样后，适于送至解码器切换装置87的第二输入端。

由第一数据再处理装置89产生的信号具有高分辨力并形成特定图象的特定象素组与在前图象的特定象素组之间的差。借助于加法电路84、第一解码器存储装置85、第一解码器移动补偿装置86和解码器切换装置87，特定图象的特定象素组随后出现在解码器的第一(高分辨力)输出端。

解码器切换装置87从多路解调器70的第五输出端接收x信号，结果该解码器切换装置87和编码器切换装置7处于同样状态(理解为(read)：已经被用相同的x值调节)，当然，对于良好的解码这是必需的。

如果解码在最低级次完成，则解码器包括最少一个包含(第二)数据再处理装置的层，而若解码在高些的级次完成，则最少包括两层(每层均含数据再处理装置)，以此类推。如果解码器包括与编码器同样多的层，则可以在最高级次执行解码。当然，利用由不同层构成的解码器有选择地在最低级次或高些级次进行解码也是可能的，这可以借助切换方式通过在解码器中构造和/或插入特殊的连接点而完成，在这种情况下，解码器切换装置87必须以适当的方式进行调节(可能采用不同于编码器切换装置7被调节时所用的x值)。

当然，采用多路调制器6和多路解调器70仅是一个实施例。因而，例如在视频录像机中信号从编码器传向解码器是经由标准分离连接点而完成是可接受的，并且还有不同于多路调制和多路解调的方法，利用这些方法不同信号也能被传送(例如调制和解调技术)。此外，在编码器中分立的多路调制器可以用于各层，而在解码器中分立的多路解调器可用于各层。