CN101601307B - 用于有效地编码和解码电子信息的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于有效地编码和解码电子信息的系统和方法包括编码系统，其具有最初将源图像数据分成数据瓦块的瓦块化模块(102)。帧差分模块(104)然后只将经更改的数据瓦块输出到各处理模块，这些处理模块将经更改的数据瓦块转换为相应的瓦块分量。量化器根据可调整量化参数来对瓦块分量执行压缩过程以生成压缩数据。自适应熵选择器然后选择多个可用熵编码器中的一个以便最有效地执行熵编码过程以由此产生已编码数据。熵编码器也可利用反馈回路来根据当前传输带宽特性来调整量化参数。

Description

用于有效地编码和解码电子信息的系统和方法
背景部分
1.发明领域
本发明一般涉及用于处理电子信息的技术，并且尤其涉及用于有效地编码和解码电子信息的系统和方法。
2.背景技术描述
实现用于处理电子信息的有效的方法对于当代电子设备的设计者和制造商而言是值得考虑的重大事项。然而，有效地实现电子设备对设备设计者可能造成巨大的挑战。例如，对增加的设备功能和性能的增强的需求可能需要更多系统处理能力并且需要额外的硬件或软件资源。处理或硬件要求方面的提高还可导致由于增加的生产成本和操作低效而引起的相应的负面经济影响。
此外，用于执行各种高级操作的增强的设备能力可为系统用户提供额外的益处，但也可对各系统组件的控制和管理提出了更高的要求。例如，有效地处理图像数据的增强的电子设备由于所涉及的数字数据的巨大的量和复杂性而可受益于高效的实现。
由于对系统资源的日益增长的需求以及正显著地增长的数据量级，很明显，开发用于实现和利用电子设备的新技术是对于相关电子技术的考虑事项。因此，出于所有上述原因，开发用于处理电子信息的有效的技术对于当代电子设备的设计者、制造商和用户而言仍旧是一项值得考虑的重大事项。
概述
根据本发明，公开了一种用于有效地编码和解码电子信息的系统和方法。根据本发明的一个实施例，编码系统最初从任何适当的数据源接收源图像。源图像可根据任何所需数据格式来配置。例如，在某些实施例中，源图像可被实现为已知RGB格式的数字图元(像素)阵列。
编码系统然后利用瓦块化(tiling)模块来将源图像分成被实现为来自该源图像的图像数据的连续部分的各个瓦块。编码系统从该源图像中选择当前瓦块。帧差分(differencing)模块然后将该当前瓦块与来自前一帧的相应的比较瓦块进行比较以确定该当前瓦块相对于来自前一帧的比较瓦块是否已被更改。如果当前瓦块中的像素未被更改，则帧差分模块不输出该当前瓦块。帧差分模块然后以类似的方式重复地访问、比较并输出来自源图像的适当的其他瓦块(如果可用的话)。
帧差分模块将经更改的瓦块输出到DC漂移模块，该模块将恒定的DC电压值添加到从帧差分模块输出的瓦块的每一个像素。色彩转换器将经更改的瓦块中的每一个从第一色彩格式转换为适于由编码系统来进行进一步处理的第二色彩格式。例如，在某些实施例中，源图像最初可以按RGB格式来接收，色彩转换器然后可作为响应将RGB格式转换为相应的YUV格式。
离散小波变换模块(DWT)接着执行离散小波变换过程以便将瓦块的各个色彩分量变换为相应的色彩子带。量化器模块接着通过利用适当的量化技术来执行量化过程以压缩色彩子带。在某些实施例中，量化器通过根据由自适应量化参数指定的特定压缩比来降低色彩子带的比特率来产生压缩图像数据。
在某些实施例中，熵编码器的自适应熵选择器接着基于某一预定编码模式选择准则来选择适当的熵模式(或者是CABAC模式或者是RLE模式)以供执行熵编码过程。如果选择CABAC模式，则编码系统执行定义用于操作CABAC编码器的某些具体配置参数的CABAC配置过程以最优地编码从量化器接收到的压缩图像数据。熵编码器通过利用先前由自适应熵选择器选择的合适的熵模式(或者是CABAC模式或者是RLE模式)来对压缩数据执行熵编码过程。编码系统然后可将已编码数据提供给任何适当的数据目的地。
在某些实施例中，编码系统还可通过最初根据一个或多个预定义图像评估准则来确定已编码数据的质量和比特率是否是可接受的来执行比特率控制过程。如果编码系统确定已编码数据的质量和比特率是不可接受的，则熵编码器的比特率控制器可经由反馈回路来调整自适应量化参数并将其提供给量化器以便根据由该自适应量化参数指定的特定压缩比来更改压缩图像数据的比特率。
根据根发明的某些实施例，可利用对应的解码系统来对来自编码系统的已编码数据执行解码过程。解码系统用于在本质上逆转由编码系统执行的各单独过程步骤以由此解码并重新生成原始源数据。出于至少上述原因，本发明因此提供了一种用于有效地编码和解码电子信息的改进的系统和方法。
附图简述
图1是根据本发明的编码系统的一个实施例的框图；
图2是根据本发明的解码系统的一个实施例的框图；
图3是示出根据本发明的帧差分过程的一个实施例的图；
图4是示出根据本发明的帧重构过程的一个实施例的图；
图5是根据本发明的图1的熵编码器的一个实施例的框图；
图6是根据本发明的图2的熵解码器的一个实施例的框图；
图7是根据本发明的多编码器-解码器体系结构的一个实施例的框图；
图8是根据本发明的多图像编码/解码过程的一个实施例的框图；
图9是根据本发明的瓦块数据的一个实施例的图；
图10A-B是示出根据本发明的一个实施例的用于执行CABAC配置过程的某些技术的图；
图11是根据本发明的一个实施例的用于执行编码过程的方法步骤的流程图；
图12是根据本发明的一个实施例的用于执行解码过程的方法步骤的流程图；以及
图13是根据本发明的另一实施例的用于执行编码过程的方法步骤的流程图。
详细描述
本发明涉及电子信息处理系统的改进。提出以下描述以使得本领域的普通技术人员能够做出和使用本发明，并且该描述是在专利申请及其要求的上下文中提供的。对所公开的各实施例的各种修改对本领域的技术人员来说是显而易见的，并且此处的一般原理可应用于其他实施例。因此，本发明并不旨在限于所示的各实施例，而是按照与此处所公开的原理和新颖特征相一致的最宽的范围。
本发明在此被描述为用于有效地编码和解码电子信息的系统和方法，并可包括具有最初将源图像数据分成数据瓦块的瓦块化模块的编码系统。帧差分模块然后只将经更改的数据瓦块输出到各处理模块，这些处理模块将经更改的数据瓦块转换为相应的瓦块分量。
量化器根据可调整量化参数来对瓦块分量执行压缩过程以生成压缩数据。自适应熵选择器然后选择多个可用熵编码器中的一个以便最有效地执行熵编码过程以由此产生已编码数据。熵编码器也可利用反馈回路来根据当前传输带宽特性来调整量化参数。
现在参考图1，示出了根据本发明一个实施例的编码系统100的框图。在替换实施例中，编码系统100可使用除了以下结合图1的实施例讨论的组件和配置中的某一些之外或代替这些组件和配置的组件和配置来实现。例如，在图1的实施例中，编码系统100在处理图像数据的上下文中讨论。然而，在替换实施例中，来自本发明的某些概念和技术可类似地用于处理其他类型的电子信息。
在图1的实施例中，编码系统100最初从任何适当的数据源接收作为图像数据帧的源图像101。在图1的实施例中，瓦块化模块102然后将源图像101分成被实现为来自源图像101的图像数据的连续部分的各个瓦块。该各个瓦块可以按任何所需方式来配置。例如，在某些实施例中，个别瓦块可被实现为128个像素宽乘128个像素高的像素阵列。
在图1的实施例中，帧差分模块104在逐瓦块的基础上将当前源图像101与来自输入图像数据的前一帧105的类似定位的比较瓦块进行比较。为了减少需要编码的瓦块的总数，帧差分模块104然后有利地经由路径106来只输出来自当前源图像101的、不同于前一帧105中的对应的比较瓦块的经更改的瓦块。其他帧差分技术将在以下结合图3进一步讨论。
在图1的实施例中，DC漂移模块107接着将恒定的DC电压值添加到来自从帧差分模块104输出的瓦块的每一个像素。色彩转换器108还将每一个瓦块从第一色彩格式转换为适于由编码系统100来进行进一步处理的第二色彩格式。例如，在某些实施例中，源图像101最初可以按RGB格式来接收，色彩转换器108然后作为响应将RGB格式转换为相应的YUV格式。
在图1的实施例中，离散小波变换模块(DWT)110执行已知的离散小波变换过程以将各瓦块的各个YUV分量变换为相应的YUV瓦块子带。离散小波变换的附加细节在由Athanassios Skodras等人在2001年9月的IEEE Signal ProcessingMagazine(IEEE信号处理杂志)中发表的“The JPEG 2000 Still Image CompressionStandard(JPEG 2000静止图像压缩标准)”中进一步讨论。
量化器模块111接着通过利用适当的量化技术来执行量化过程以压缩瓦块子带。在图1的实施例中，量化器111通过根据由经由反馈回路从熵编码器113接收到的自适应量化参数115指定的特定压缩比来降低瓦块的比特率来产生压缩图像数据112。用于执行比特率控制过程的各种其他技术将在以下结合图5进一步讨论。
在图1的实施例中，熵编码器113执行熵编码过程以有效地生成已编码数据114。在某些实施例中，熵编码过程还通过用适当的代码来替换从量化器111接收到的压缩图像数据中的相应的位模式来降低压缩图像数据的比特率。用于实现和利用熵编码器113的各实施例将在以下结合图5进一步讨论。
此外，在某些替换实施例中，片上系统(SOC)设备可包括结合中央处理单元和/或图形处理单元的编码系统100。图形处理单元可程序性地执行离散小波变换分析功能以将子带馈送给量化器。图形处理单元还可包括用于从接收自量化器的压缩数据中生成已编码数据的CABAC编码器。
这种集成形式是高效的，因为供编码的数据对于图形处理单元可用，并且不必由直接存储器存取技术来提供到编码系统的存储器中以供处理。对应的解码系统或片上系统可包括其他处理元件，包括用于执行诸如位块传输(BitBlit)、缩放、绘线(line drawing)、以及支持稳健的开窗口(windowing)系统等传统图形处理操作的图形处理单元。
在图1的实施例中，编码系统100是作为主要被实现为硬件电路而公开和讨论的。在某些实施例中，编码系统100可被实现为单个集成电路设备。然而，在替换实施例中，本发明的功能中的某一些或全部可由被执行以有效地执行此处所讨论的各功能的适当的软件指令来执行。
现在参考图2，示出了根据本发明一个实施例的解码系统200的框图。在替换实施例中，解码系统200可使用除了结合图2的实施例讨论的组件和配置中的某一些之外或代替这些组件和配置的组件和配置来实现。例如，在图2的实施例中，解码系统200在处理图像数据的上下文中讨论。然而，在替换实施例中，来自本发明的某些概念和技术可类似地用于处理其他类型的电子信息。
在图2的实施例中，解码系统200最初以任何适当的编码格式接收从一个或多个数据源提供的已编码数据114。在图2的实施例中，熵解码器202执行熵解码过程以有效地将已编码数据114转换为压缩图像数据203。在某些实施例中，熵解码过程通过用适当的位模式来替换已编码数据114中的相应的代码来提高已编码数据114的比特率以产生YUV格式的压缩图像数据203。用于实现和利用熵解码器202的各实施例将在以下结合图6进一步讨论。
解量化器模块204接着通过利用用于解压压缩图像数据的适当的解量化技术来执行解量化过程以产生各种相应的瓦块子带。例如，在某些实施例中，解量化器204通过基于量化器111在编码期间的量化设置来执行解量化来产生瓦块子带。在图2的实施例中，反离散小波变换模块(反DWT)205执行已知的反离散小波变换过程以便通过将各个瓦块子带转换为在路径206上输出的相应的各个瓦块来逆转对应的离散小波变换过程。
在图2的实施例中，色彩转换器207然后将各个瓦块中的每一个从第一色彩格式转换为第二色彩格式以便由解码系统200来进一步处理。例如，在某些实施例中，色彩转换器207所接收到的各个瓦块可从YUV格式转换为相应的RGB格式。在图2的实施例中，DC漂移电路208接着从自色彩转换器207输出的瓦块的每一个像素中减去预定的恒定DC电压值。
在图2的实施例中，帧重构器210然后在逐瓦块的基础上将当前图像数据帧与来自前一图像数据帧211的类似定位的比较瓦块进行比较以重构具有先前经受由图1的帧差分模块104所进行的帧差分过程的瓦块的总数的当前帧。帧重构器210然后输出重构的图像212以供任何适当的实体利用。其他帧重构技术将在以下结合图4进一步讨论。
此外，在某些替换实施例中，解码系统200被实现为片上系统(SOC)设备的一部分，其中解码系统200的CABAC解码器由反DWT 205和H.264整数变换解码系统来共享。CABAC解码器在程序控制下处理H.264模式和增强的离散小波变换模式的数据。CABAC编码器可对离散小波变换模式的基于小波的瓦块进行操作，并且可处理H.264模式的单独的视频比特流。
在图2的实施例中，解码系统200是作为主要被实现为硬件电路而公开和讨论的。在某些实施例中，解码系统200可被实现为单个集成电路设备。然而，在替换实施例中，本发明的功能中的某一些或全部可由被执行以有效地执行此处所讨论的各功能的适当的软件指令来执行。
现在参考图3，示出了显示根据本发明一个实施例的帧差分过程的图。图3的实施例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，本发明可容易地使用除了结合图3的实施例讨论的技术和配置中的某一些之外或代替这些技术和配置的技术和配置来执行帧差分过程。
在图3的实施例中，帧差分模块104存储已由瓦块化模块102(图1)分段成一系列离散瓦块1-20的图像数据的前一帧105。在图3的实施例中，帧差分模块104使用用于将前一帧105的相应的瓦块和当前帧305进行比较以确定所比较的瓦块中的任一个中的像素是否已被更改的任何适当的技术来执行帧差分过程。
在图3的示图中，出于说明的目的，当前帧305中的经更改的瓦块用粗体来指示，且瓦块号之后是字母“n”。例如，在图3的实施例中，当前帧305包括经更改的瓦块3n、7n、8n、9n和13n。帧差分模块104经由路径106高效地只输出不同于来自前一帧105的相应的瓦块的经更改的瓦块，而不是处理所有当前帧305。
例如，在图3的实施例中，帧差分模块104输出仅用经更改的瓦块3n、7n、8n、9n和13n填充的经更改的帧307。如果当前帧305未展示相对于前一帧105改变的瓦块，则帧差分模块104不输出未更改的当前帧305。上述帧差分过程有利地支持对编码系统100(图1)和解码系统200(图2)的显著降低的处理要求。编码系统100对帧差分模块104的高效利用将在以下结合图13进一步讨论。
现在参考图4，示出了显示根据本发明一个实施例的帧重构过程的图。图4的实施例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，本发明可容易地使用除了结合图4的实施例讨论的技术和配置中的某一些之外或代替这些技术和配置的技术和配置来执行帧重构过程。
在图4的实施例中，帧重构器210存储被分段成一系列离散瓦块1-20的图像数据的前一帧211。在图4的实施例中，帧重构器模块210使用用于将前一帧211的相应的瓦块和接收到的帧307进行比较以确定所比较的瓦块中的任一个中的像素是否已被更改的任何适当的技术来执行帧重构过程。在图4的实施例中，接收到的帧307较佳地与作为图2中的帧差分模块104的输出来示出的“具有不同于前一帧的瓦块的帧”相同或相似。
在图4的示图中，出于说明的目的，帧307中的经更改的瓦块用粗体来指示，且块号之后是字母“n”。例如，在图4的实施例中，帧307包括经更改的瓦块3n、7n、8n、9n和13n。为了逆转图3所描述的帧差分过程，帧重构器210利用任何适当的技术来重构最初由图3中的帧差分模块104来处理的原始当前帧305。
例如，在图4的实施例中，帧重构器210输出用来自帧307的经更改的瓦块3n、7n、8n、9n和13n和来自前一帧211的其余未更改的瓦块1-2、4-6、10-12和14-20两者来填充的当前帧305。上述帧重构过程由此支持先前图3的帧差分过程以便有利地提供对编码系统100(图1)和解码系统200(图2)的显著降低的处理要求。
现在参考图5，示出了根据本发明一个实施例的图1的熵编码器113的框图。在替换实施例中，熵编码器113可使用除了结合图5的实施例讨论的组件和配置中的某一些之外或代替这些组件和配置的组件和配置来实现。
在图5的实施例中，熵编码器113包括自适应熵选择器512(包括速率控制器)、基于上下文的自适应二进制算术编码编码器(CABAC)516以及行程长度编码编码器(RLE)520。在图5的实施例中，可选择CABAC编码器516来根据已知的H.264 CABAC标准来执行熵编码过程。关于H.264 CABAC编码过程的其他细节在H.264/AVC视频压缩标准中的Marpe、Detlev等人的“Context-Based AdaptiveBinary Arithmetic Coding(基于上下文的自适应二进制算术编码)”，IEEETransactions On Circuits And Systems For Video Technology(IEEE用于视频技术的电路和系统学报)，第13卷，第7册，2003年7月中讨论。
在图5的实施例中，熵编码器113可另选地选择自适应RLE编码器520来根据某些已知的行程长度编码技术来执行熵编码过程。关于各种类型的行程长度编码技术的其他细节可在以下因特网网页地址在线找到和审阅：http:/ /en.wikipedia.org/wiki/Run-length encoding。
在图5的实施例中，CABAC编码器516通常被实现为一个或多个硬件电路、而RLE编码器520通常被实现成响应于熵编码软件指令的执行而执行熵编码过程。在图5的实施例中，CABAC编码器516通常以相比于RLE编码器520的传输带宽和存储器要求相对较低的传输带宽和存储器要求执行熵编码。在图5的实施例中，CABAC编码器516在执行熵编码时通常还实现比RLE编码器520更多的压缩。然而，实现CABAC编码器516通常比RLE编码器520更昂贵。
在图5的实施例中，自适应熵选择器512最初从图1的量化器111接收压缩数据112。在图5的实施例中，自适应熵选择器512动态传感用于熵编码器113的当前可用传输带宽和存储器资源。因为某些版本的编码系统100和/或解码系统200可能不支持CABAC编码和/或解码，所以自适应熵选择器512还确定CABAC编码器/解码器是否可用于执行相应的熵编码和/或解码过程。
在图5的实施例中，基于上述不同的编码选择准则，自适应熵选择器512被配置成灵活且动态地选择CABAC编码器516或RLE编码器520来执行当前熵编码过程。例如，如果可用传输带宽和存储器资源相对较少，则自适应熵选择器512可选择CABAC编码器516。类似地，如果需要较高程度的压缩，则自适应熵选择器512可选择CABAC编码器516。或者，如果当前不支持CABAC编码，则自适应熵选择器512可选择RLE编码器520。类似地，如果传输带宽和存储器资源充足，则自适应熵选择器512可考虑选择RLE编码器520来执行熵编码过程。
在图5的实施例中，自适应熵选择器512包括速率控制器，其经由反馈回路来调整自适应量化参数115并将其提供给量化器(图1)以便通过根据由自适应量化参数115指定的特定压缩比来更改压缩图像数据112的比特率来产生压缩图像数据112。在图5的实施例中，自适应熵选择器512的速率控制器通过利用任何适当的准则或技术来确定已编码数据114的图像质量特性。
如果已编码数据114未展示不可接受的图像质量，或者下游信道的带宽特性是不足的，则自适应熵选择器512的速率控制器然后可调整自适应量化参数115以减少压缩量。相反，如果已编码数据114的图像质量并非特别关键，则速率控制器可调整自适应量化参数115以增加压缩量。此外，当可用存储器和/或传输带宽变得相对不足时，速率控制器可调整自适应量化参数115以减少压缩图像数据112中的压缩量。相反，当可用存储器和/或传输带宽充裕并且提高的图像质量将会是有益的时候，速率控制器可调整自适应量化参数115以提高压缩图像数据112的压缩级别。用于有效地利用熵编码器113的其他技术将在以下结合图11和13进一步讨论。
现在参考图6，示出了根据本发明一个实施例的图2的熵解码器202的框图。在替换实施例中，熵解码器202可使用除了结合图6的实施例讨论的组件和配置中的某一些之外或代替这些组件和配置的组件和配置来实现。
在图6的实施例中，熵解码器202包括CABAC解码器614和RLE解码器618。在图6的实施例中，可选择CABAC解码器614来执行已知的熵解码过程以有效地逆转由图5的CABAC编码器516执行的熵编码过程。在某些实施例中，可选择CABAC解码器614来根据以上结合图5讨论的已知的H.264 CABAC标准来执行熵解码过程。
或者，可选择RLE解码器520来执行已知的熵解码过程以有效地逆转由图5的RLE编码器520执行的熵编码过程。在某些实施例中，熵解码器202可动态且灵活地选择RLE解码器618来根据以上结合图5的RLE编码器520讨论的各种已知的行程长度解码标准来执行适当的熵解码过程。
在图6的实施例中，熵编码器202最初从任何适当的数据源接收已编码数据114。作为响应，熵编码器202分析已编码数据114以确定已编码数据114是用CABAC编码格式还是用RLE编码格式来配置的。在图6的实施例中，熵编码器202然后取决于已编码数据114的编码格式类型来激活CABAC解码器614或RLE解码器618以执行熵解码器过程。
例如，如果已编码数据114是以CABAC编码格式来接收的，则熵解码器202利用CABAC解码器614来解码已编码数据114以将相应的压缩图像数据203提供给解量化器204(图2)。或者，如果已编码数据114是以RLE编码格式来接收的，则熵解码器202利用RLE解码器520来解码已编码数据114以将相应的压缩图像数据203提供给解量化器204。用于利用熵解码器202的其他技术将在以下结合图12进一步讨论。
现在参考图7，示出了根据本发明一个实施例的多编码器-解码器体系结构的框图。图7的实施例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，多编码器-解码器体系结构可使用除了结合图7的实施例讨论的组件和配置中的某一些之外或代替这些组件和配置的组件和配置来实现。
在图7的实施例中，瓦块化模块102最初从任何适当的数据源接收作为图像数据帧的源图像101。瓦块化模块102然后将源图像分成较佳地被实现为来自源图像101的图像数据的连续部分的各个瓦块。在图7的实施例中，各个瓦块103各自被发送到一系列不同的色彩转换器中的一个，这些色彩转换器各自将相应的接收到的瓦块从第一色彩格式转换为第二色彩格式。例如，在某些实施例中，源图像101最初可以按RGB格式来接收，色彩转换器109作为响应在逐瓦块的基础上将RGB格式转换为相应的YUV分量109。
在图7的实施例中，一系列编码器被示为并行地配置以便同时编码YUV分量109。这些编码器可以按任何适当的方式来实现。例如，在某些实施例中，每一个编码器都可被实现成包括来自图1的编码系统100的实施例的DWT 110、量化器111和熵编码器113。在图7的实施例中，每一个YUV分量109都被单独提供给并行编码器中的不同的一个编码器以便同时编码以显著地提高编码过程的吞吐量特性。每一个YUV分量109然后作为已编码数据114同时从并行编码器中的相应编码器中输出。
在图7的实施例中，一系列解码器被示为并行地配置以便同时解码已编码数据114的相应分量。这些解码器可以按任何适当的方式来实现。例如，在某些实施例中，每一个并行解码器都可被实现成包括来自图2的解码系统200的实施例的熵解码器202、解量化器204和反DWT 205。在图7的实施例中，已编码数据114的每一个分量都被单独提供给并行解码器中的不同的一个解码器以便同时解码以显著地提高解码过程的吞吐量特性。
每一个解码器然后可将已解码YUV分量206中的相应YUV分量输出到相应的色彩转换器，其将YUV分量206转换并组合成合成图像(诸如合成RGB图像等)。在图7的实施例中，帧重构器(RECON)然后可将重构的图像212提供给任何适当的图像目的地。
在图7的实施例中，多编码器/解码器体系结构被示为具有匹配数量的编码器和解码器。然而，在替换实施例中，编码器/解码器体系结构也被构想为具有不匹配数量的编码器和解码器。例如，服务器计算机可能需要较大量的编码器以高效地处理大量数据以供各自需要相对较少数量的解码器的各单独的客户计算机使用。
此外，多编码器/解码器体系结构可类似地用于以并行的方式单独地编码和/或解码各个图像以供不同的数据目的地来利用。此外，在某些实施例中，单独的编码器或解码器可以用并行配置的多个熵编码器来实现以支持单编码系统。例如，图1的编码系统100和/或图2的解码系统200可以用并行配置的多个适当的CABAC编码器516或CABAC解码器614来实现以使得其他系统组件不必在空闲状态中等待冗长的熵编码或解码过程完成。
现在参考图8，示出了根据本发明一个实施例的多图像编码/解码过程的框图。图8的实施例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，本发明可使用除了结合图8的实施例讨论的技术和配置中的某一些之外或代替这些技术和配置的技术和配置来执行多个图像编码/解码过程。
在图8的实施例中，单个编码器被示为同时编码图像1到图像n，并将相应的已编码图像提供给适当的解码器。在图8的实施例中，编码器可以按任何有效的方式来实现。例如，在某些实施例中，图8的编码器可包括，但不限于图1的编码系统100中所示的组件中的任一个。
在图8的实施例中，编码器存储来自各个相应的图像的前一帧1到n(105)。图8的编码器还从任何适当的目的地接收源图像101的当前帧1到n。图8的编码器然后使用任何适当的技术来同时处理当前帧101以生成相应的已编码数据114。例如，在某些实施例中，图8的编码器利用与以上结合图1、3和5讨论的编码技术相同或相似的编码技术。
在图8的实施例中，编码器然后将已编码数据114的各个帧提供给并行配置以便同时解码已编码数据114的相应帧的相应的解码器。这些解码器可以按任何适当的方式来实现。例如，在某些实施例中，图8的编码器可包括，但不限于图2的解码系统200中所示的组件中的任一个。
图8的解码器然后使用任何适当的技术来同时处理已编码数据114以生成重构的图像212的相应的当前帧1到n。例如，在某些实施例中，图8的解码器利用与以上结合图2、4和6讨论的解码技术相同或相似的解码技术。在图8的实施例中，然后可将重构的图像212提供给任何适当的图像目的地。
现在参考图9，示出了显示根据本发明一个实施例的瓦块数据910的图。在图9的实施例中，瓦块数据910包括瓦块开始(SOT)首部和片数据。图9的实施例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，瓦块数据910可使用除了结合图9的实施例讨论的组件和配置中的某一些之外或代替这些组件和配置的组件和配置来实现。
图9的实施例示出了用于存储或发送每一瓦块的已编码数据114的数据格式。瓦块开始首部(SOT)由用于重构瓦块并将瓦块嵌入到当前图像数据帧中的各种不同的可选择参数组成。例如，SOT可包括用于各种子带的量化参数、相关联的已编码信息的长度以及用于帮助解码过程的偏移量值。SOT之后是片数据，其包括对应于一个相关联的瓦块的已编码比特流。在图9的实施例中，片数据可以按任何适当的格式来编码。例如，在某些实施例中，片数据可以由以上结合图5讨论的CABAC编码器516或RLE编码器520来编码。
现在参考图10A-B，示出了显示根据本发明的某些实施例的用于执行CABAC配置过程的某些技术的图；图10A-B的实施例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，本发明可使用除了结合图10A-B的实施例讨论的技术和配置中的某一些之外或代替这些技术和配置的技术和配置来执行CABAC配置过程。
在某些实施例中，本发明有利地配置(翻新)标准CABAC编码器以适应本发明的各个数据瓦块的特定数据格式。格式化输入数据以便由标准的市场上可买到的CABAC引擎来成功地处理，即使输入格式不同于对其通常利用CABAC编码器的标准数据格式。本发明因此修改了标准CABAC引擎的常规配置以便在其特定应用中更有效地和灵活地使用。
由于CABAC配置过程，本发明能够通过利用CABAC编码器来调用和处理来自瓦块的数据宏块。在某些实施例中，瓦块通常是128×128像素，而CABAC引擎通常处理来自相应的完整帧的16×16像素的宏块。本发明配置CABAC引擎以便通过将瓦块类似于CABAC帧来处理并将该瓦块分为16×16宏块来将其瓦块数据翻新到CABAC环境中。
CABAC编码器通常还一起处理Y、U和V分量，而本发明将YUV分量作为单独的实体提供给CABAC编码器以供进行个别处理。本发明因此操纵输入数据以允许CABAC编码器成功地处理非标准输入数据，即使该数据格式与标准CABAC输入数据格式大不不同。
图10A是用于H.264 CABAC引擎的标准配置的部分算法。已编码块模式1014指定同时处理多少种不同的色彩分量(YUV)。根据本发明，可选择已编码块模式1014以允许单独处理YUV分量。MB类型(mb_type)1012指定要处理的宏块的类型。根据本发明，只可选择I帧(不是P或者B帧)。
图10B示出了根据本发明的一个实施例的一组优选CABAC配置参数。序列首部参数1050是用于输入数据的各组帧的配置参数，而图像首部参数1052是用于输入数据的各个帧的配置参数。类似地，片首部参数1054是用于输入数据的各个瓦块的配置参数，而宏块首部参数是用于来自瓦块的各个宏块(例如，16×16像素的块)的配置参数。
用于H.264 CABAC编码算法的图10A流程图通常用于使用特定于视频格式的特定类型和选项来编码视频数据(诸如量化系数、运动矢量、帧类型等)。为了使用相同的算法来编码图像数据，可以在以特殊且独特的方式来配置操作参数的同时仍旧利用H.264 CABAC编码算法。
在图10B的实施例中，关于瓦块的信息(诸如量化系数、瓦块大小、量化参数等)通过选择特定路径和定义来编码(同时仍旧使用H.264 CABAC算法)。每一个瓦块都被认为是片。给定瓦块的所有子带都被分组在一起以形成与相应瓦块的图像相同大小的图像。该组子带然后被分成各宏块以便与CABAC编码算法兼容。
在图10B的实施例中，所有宏块都通过将MB_TYPE(mb类型)1058设置成等于或者Intra_16×16(帧内16×16)或者Intra_4×4(帧内4×4)来被编码为帧内块。为了改进压缩特性，可将intra_chroma_pred_mode(帧内色度预定模式)选为0。色彩分量YUV通过将每一分量的coded_block_pattern(已编码块模式)1060定义为OxF和/或在序列首部参数1050中选择适当的简档ID来单独编码。上述配置步骤帮助在需要时单独解码色彩分量YUV。
现在参考图11，示出了根据本发明的一个实施例的用于执行编码过程的方法步骤的流程图。图11的示例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，本发明可容易地利用除了结合图11的实施例讨论的步骤和序列中的某一些之外的步骤和序列。
在图11的实施例中，在步骤1112，编码系统100最初接收输入数据，并作为响应确定该输入数据是否包括多个图像。如果只接收到单个图像，则在步骤1114，编码系统100确定多个编码器是否可用于处理该图像。如果多个编码器可用，则在步骤1118，编码系统100分配这些编码器以便以并行的方式单独且同时处理不同色彩分量的各个瓦块。
或者，如果接收到多个图像，则在步骤1122，编码系统100确定多个编码器是否可用于处理这些图像。如果多个编码器可用，则在步骤1126，编码系统100分配这些编码器以便以并行的方式单独且同时处理该多个图像。如果多个编码器不可用，则在步骤1130，编码系统100执行流水线操作过程以使该多个图像经过编码过程。
在图11的实施例中，在步骤1134，编码系统100确定是否支持CABAC编码/解码。如果CABAC编码/解码可用，则在步骤1142，编码系统100利用CABAC编码器516来执行熵编码过程。然而，如果CABAC编码/解码不可用，则在步骤1138，编码系统100利用RLE编码器520来执行熵编码过程。
在图11的实施例中，在步骤1146，编码系统100在初始图像质量水平处设置对应于量化器111(图1)的特定压缩比115的量化参数。然后，在步骤1150，编码系统100以预定编码格式来编码图像。在步骤1154，编码系统100确定图像是否被流水线化。如果图像未被流水线化，则编码系统100将已编码数据114输出到适当的数据目的地。或者，如果图像被流水线化，则在步骤1158，编码系统100在将已编码数据114输出到适当的数据目的地之前排列已编码数据1158。
在图11的实施例中，在步骤1160，编码系统100确定输出图像的压缩量和质量是否是可接受的。如果压缩量和质量根据预定义准则是不可接受的，则在步骤1164，编码系统100动态地利用反馈回路来调整量化参数115以便更改量化器111的压缩比以由此改变编码压缩量和质量。
现在参考图12，示出了根据本发明的一个实施例的用于执行解码过程的方法步骤的流程图。图12的示例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，本发明可容易地利用除了结合图12的实施例讨论的步骤和序列中的某一些之外的步骤和序列。
在图12的实施例中，解码系统200最初接收已编码数据114形式的输入数据。然后在步骤1212，解码系统200确定多个解码器是否可用于处理已编码数据114。如果多个解码器可用，则在步骤1216，解码系统200分配这些解码器以便以并行的方式单独且同时处理不同色彩分量的各个瓦块。在图12的实施例中，在步骤1220，解码系统200接着以预定方式解码图像数据以产生重构的图像212。解码系统200然后将重构的图像212输出到任何适当的数据目的地。
现在参考图13，示出了根据本发明的一个实施例的用于执行编码过程的方法步骤的流程图。图13的示例是出于说明的目的而提出的，并且在替换实施例中，本发明可容易地利用除了结合图13的实施例讨论的步骤和序列中的某一些之外的步骤和序列。
在图13的实施例中，在步骤1312，编码系统100最初从任何适当的数据源接收源图像101。源图像101可根据任何所需数据格式来配置。例如，在某些实施例中，源图像101可被实现为已知RGB格式的数字图元(像素)阵列。在步骤1316，编码系统100利用瓦块化模块102来将源图像101分成被实现为来自该源图像101的图像数据的连续部分的各个瓦块。
在步骤1320，编码系统100从源图像101中选择当前瓦块。然后在步骤1324，帧差分模块104将该当前瓦块与来自前一帧105的相应的比较瓦块进行比较以确定该当前瓦块相对于来自前一帧105的比较瓦块是否已被更改。如果当前瓦块中的像素未被更改，则帧差分模块104不输出该当前瓦块。相反，在步骤1328，帧差分模块104访问来自源图像101的下一个瓦块(如果可用的话)，并且图13的过程返回以重复上述步骤1324。
然而，在步骤1324，如果当前帧中的一个或多个像素已被更改，则帧差分模块104将相应的瓦块输出到DC漂移模块107，后者将恒定的DC电压值添加到来自从帧差分模块104输出的瓦块的每一个像素。在步骤1336，色彩转换器108将经更改的瓦块中的每一个从第一色彩格式转换为适于由编码系统100来进行进一步处理的第二色彩格式。例如，在某些实施例中，源图像101最初可以按RGB格式来接收，色彩转换器108作为响应将RGB格式转换为相应的YUV格式。
在图13的实施例中，离散小波变换模块(DWT)110执行已知的离散小波变换过程(DWT)以将各瓦块的各个色彩分量变换为相应的色彩子带。量化器模块111接着通过利用适当的量化技术来执行量化过程以压缩色彩子带。在图13的实施例中，量化器111通过根据由自适应量化参数115指定的特定压缩比来减低色彩子带的比特率来产生压缩图像数据112。
在图13的实施例中，在步骤1348，自适应熵选择器512接着基于某一预定编码模式选择准则来选择适当的熵模式(或者是CABAC模式或者是RLE模式)以供执行熵编码过程。如果选择CABAC模式，则在步骤1352，编码系统100有利地执行定义用于操作CABAC编码器516的某些具体配置参数的CABAC配置过程以最优地处理从量化器111接收到的压缩图像数据112。
在图13的实施例中，在步骤1356，熵编码器113通过利用上述步骤1348中所选择的熵模式(或者是CABAC模式或者是RLE模式)来对压缩数据112执行编码过程。在步骤1360，编码系统100然后可收集已编码数据114以便提供给任何适当的数据目的地。此时，图13的过程可通过返回至其中帧差分模块104访问来自源图像101的下一个瓦块(如果还剩下任何未压缩的瓦块的话)的步骤1328来对于其他瓦块重复。
在图13的实施例中，在步骤1364，编码系统100还可通过最初根据一个或多个预定义图像评估准则来确定已编码数据114的质量和比特率是否是可接受的来执行比特率控制过程。在步骤1364，如果编码系统100确定已编码数据114的质量和比特率是不可接受的，则在步骤1368，熵编码器113的比特率控制器可经由反馈回路来将自适应量化参数115提供给量化器111以便根据由该自适应量化参数115指定的特定压缩比来更改压缩图像数据112的比特率。本发明由此提供了用于有效地编码和解码电子信息的改进的系统和方法。
本发明已在上文中参考某些实施例进行了解释。其他实施例由于本发明将对于本领域的技术人员显而易见。例如，本发明可容易地使用除了以上各实施例中所描述的之外的配置和技术来实现。或者，本发明可结合除了上述系统之外的系统来有效地使用。因此，对所讨论的实施例的这些和其他变型旨在由本发明来涵盖，本发明仅由所附权利要求书来限定。

Claims (30)

1.一种用于利用编码系统来处理电子信息的系统，包括：
被配置成从数据源接收源数据的输入装置；
耦合到所述输入装置、用于将所述源数据分成数据瓦块的瓦块化模块；
耦合到所述瓦块化模块、用于将所述数据瓦块处理成瓦块分量的处理装置；以及
被配置成将所述瓦块分量编码为已编码数据的编码装置，所述编码装置基于模式选择准则来选择编码模式以由此执行数据编码过程；
其中，所述处理装置包括：
将接收到的数据瓦块从第一色彩格式转换为第二色彩格式的所述瓦块分量的色彩转换器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，来自所述数据源的所述源数据包括用数字图像数据格式来配置的图像数据。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据瓦块被实现为所述源数据的一组连续的像素段。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理装置包括将来自所述源数据的当前帧的当前数据瓦块与来自所述源数据的前一帧的类似定位的比较瓦块进行比较的帧差分模块。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述帧差分模块通过只输出不同于来自所述源数据的所述前一帧的所述类似定位的比较瓦块的、来自所述当前帧的经更改的瓦块来减少需要编码的瓦块的总数。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，解码系统的帧重构器执行帧重构过程以重新生成用所述经更改的瓦块和来自已解码数据的前一帧的其余未经更改的瓦块来填充的当前已解码帧。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，DC漂移模块将恒定的DC电压值添加到来自从所述瓦块化模块输出的所述数据瓦块的每一个像素。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述色彩转换器将所述数据瓦块中的每一个从RGB格式转换为YUV格式的所述瓦块分量。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述源数据包括多个图像，所述编码装置包括以基本上并行的配置来配置的多个编码器，所述编码装置分配所述多个编码器以处理所述多个图像中的相应图像，所述多个编码器以基本上并行的方式同时处理所述多个图像。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码装置包括以基本上并行的配置来配置的多个编码器，所述编码装置分配所述多个编码器以处理所述数据瓦块中的相应数据瓦块，所述多个编码器以基本上并行的方式同时处理所述数据瓦块中的所述相应数据瓦块。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括以基本上并行的配置来配置的多个解码器，所述解码装置分配所述多个解码器以处理所述数据瓦块中的相应数据瓦块，所述多个解码器以基本上并行的方式同时处理所述数据瓦块中的所述相应数据瓦块。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述源数据包括多个图像，所述编码装置包括同时处理所述多个图像以生成已编码图像的单个编码器，所述单个编码器将所述已编码图像中的每一个提供给多个解码器中的相应解码器以便执行相应的数据解码过程。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，离散小波变换模块执行离散小波变换过程以将所述瓦块分量变换为相应的瓦块子带。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，量化器模块执行量化过程以便通过根据由自适应量化参数指定的压缩比来降低压缩比特率来将所述瓦块子带压缩为压缩数据。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码装置包括熵编码器，所述熵编码器包括高带宽编码器和低带宽编码器，所述高带宽编码器具有比所述第带宽编码器更高的传输带宽要求。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述高带宽编码器包括根据H.264/AVC视频压缩标准主要被实现为硬件电路的基于上下文的自适应二进制算术编码编码器。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述低带宽编码器包括主要被实现为可执行软件指令的行程长度编码系统。
18.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述熵编码器包括监视用于所述熵编码器的可用传输带宽的自适应熵选择器，所述自适应熵选择器基于所述可用传输带宽的当前量来在所述高带宽编码器和所述低带宽编码器之间动态地进行选择。
19.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述熵编码器包括确定相关联的编码和解码系统是否支持所述高带宽编码器的自适应熵选择器，所述自适应熵选择器在所述相关联的编码和解码系统不支持所述高带宽编码器的情况下动态地选择所述低带宽编码器。
20.如权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括包含熵解码器的解码系统，所述熵解码器包括高带宽解码器和低带宽解码器，所述熵解码器基于所述已编码数据的相应的编码格式来在所述高带宽解码器和所述低带宽解码器之间动态地进行选择。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述高带宽解码器包括根据H.264/AVC视频压缩标准主要被实现为硬件电路的基于上下文的自适应二进制算术编码系统。
22.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述低带宽解码器包括主要被实现为可执行软件指令的行程长度解码系统。
23.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码装置包括熵编码器，所述熵编码器包括监视所述已编码数据的质量特性的速率控制器，所述速率控制器作为响应经由反馈回路来将可调整量化参数提供给量化器以由此动态控制所述已编码数据的压缩特性。
24.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码装置包括熵编码器，所述熵编码器根据编码器配置过程来配置以帮助所述熵编码器被实现为标准的市场上可买到的组件，执行所述编码器配置过程以允许所述熵编码器成功地处理一个或多个非标准数据格式。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述熵编码器包括根据H.264/AVC视频压缩标准主要被实现为硬件电路的基于上下文的自适应二进制算术编码系统。
26.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述编码器配置过程使得瓦块信息根据可编程编码器配置参数来编码，所述瓦块信息包括量化系数、瓦块大小和量化参数，所述编码器配置过程将所述数据瓦块中的每一个定义为片，所述编码器配置过程将所述数据瓦块的所有子带一起分组为数据大小与所述数据瓦块相同的子带分组，所述编码器配置过程使得所述子带分组被分成与所述熵编码器兼容的宏块。
27.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述编码器配置过程定义可编程编码器配置参数，所述可编程编码器配置参数包括用于输入数据的各组帧的序列首部参数、用于输入数据的各个帧的图像首部参数、用于输入数据的各个瓦块的片首部参数、以及用于各个宏块的宏块首部参数，所述宏块首部参数包括被编程为允许单独编码YUV分量的已编码块模式参数，所述宏块首部参数还包括被编程为指定只有I帧被编码为宏块的MB类型参数。
28.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括对所述已编码数据执行解码过程的解码系统，所述解码系统逆转由所述编码系统执行的各个过程步骤以由此重新生成所述源数据。
29.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编码系统在还包括中央处理单元和/或图形处理单元的片上系统(SOC)设备上实现，所述图形处理单元程序性地执行离散波形变换分析功能以将子带馈送给量化器，所述图形处理单元还包括用于从接收自所述量化器的压缩数据中生成已编码数据的CABAC编码器。
30.一种片上系统(SOC)设备，包括：
解码系统，其包括参与所述解码系统的基于小波的解码过程的CABAC解码器；以及
被配置成与所述解码系统共享所述CABAC解码器的H.264整数变换解码器，所述CABAC编码器在程序控制下操作以便以离散小波变换模式来处理基于小波的瓦块，所述CABAC解码器另选地以H.264整数变换模式来处理单独的视频比特流。
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