CN101258755B - 增强熵编码、视频编码方法及其装置的性能的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于增强基于多层的多媒体数字信号编解码器(codec)中熵编码的性能的装置及熵编码方法，包括：获得与块(block)相对应的基础层的区域中所包含的第二系数的分布，在多个查找表中选择适合于所获得的分布的查找表，并且将第一系数变换为映射到所选择的查找表的值。

Description

增强熵编码、视频编码方法及其装置的性能的方法和装置 
技术领域
与本发明一致的装置和方法涉及视频压缩技术，并且，更具体来说，涉及一种用于增强基于多层的多媒体数字信号编解码器(codec)中的熵编码性能的方法及装置。 
背景技术
随着包含因特网的信息通信技术的发展，图像通信也发展起来。现有的基于文本的通信方法不能满足消费者的期望，因此，能够满足这些期望的多媒体业务诸如文本、图像、音乐等正在发展中。多媒体数据由于其数据量大而需要大容量存储介质以及宽的传输带宽。因此，对于多媒体数据传输来说，压缩编码技术是必不可少的。 
数据压缩的基本原则是消除冗余。通过消除诸如颜色或对象的重复这样的空间冗余、诸如电影中相邻帧的重复或音频文件中声音的重复这样的时间冗余、或者心理视觉冗余(考虑人的视觉和感知能力对高频不敏感的事实)来对数据进行压缩。在一般的视频编码方法中，通过基于运动补偿的时间过滤来消除时间冗余，而通过空间变换来消除空间冗余。 
消除冗余的结果是数据丢失。在最后一步中，通过熵编码对量化结果进行无损编码。 
目前，根据视频联合工作组(Joint Video Team，JVT)正在进行中的可伸缩性视频编码(scalable video coding，以下文中称为SVC)规范的草案，已经提出了基于H.264的基于多层的编码技术，JVT是国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)和国际电信联盟(ITU)的一个视频专家组。 
目前在H.264中所使用的熵编码技术包括上下文自适应的可变长编码(CAVLC)、上下文自适应的二进制算术编码(CABAC)等。 
表格1示出了H.264标准中的各种熵编码技术中被编码的参数。 
                    表格1  参数值 
  待编码的参数 entropy_coding_mode＝0   entropy_coding_mode＝1
  宏块类型   Exp_Golomb   CABAC
  宏块样式
  量化参数
  参考帧索引
  运动矢量
  残余数据   CAVLC
根据表格1，如果标志entropy_coding_mode为0，则通过Exp-Golomb来对表示宏块是层间预测(inter-prediction)模式还是内部预测(intra-prediction)模式的宏块类型、表示构成宏块的子块的格式的宏块样式、量化参数、确定量化步骤的索引、表示在层间预测模式下所参考的帧数目的参考帧索引、以及运动矢量进行编码。并且，通过CAVLC对表示原始图像与预测图像之间差别的残余数据进行编码。 
另一方面，如果标志entropy_coding_mode为1，则通过CABAC对所有的参数进行编码。 
CABAC对于具有高复杂度的参数显示出良好的性能。因此，基于诸如CAVLC这样的可变长编码(VLC)的熵编码被设定为基本简档(basicprofile)。 
由J.Ridge和M.Karczewicz在第16届JVT会议上提交的文章‘Variable length code for SVC’(JVT-P056，波兹南，第16届JVT会议；以下文中称为JVT-P056)，提出了考虑SVC特性的CAVLC技术。JVT-P056在离散层(discrete layer)中沿用了与现有的H.264相同的程序，但在精细可伸缩(Fine Granular Scalable，FGS)层中使用了根据分离统计特性的VLC技术。 
目前，在联合可伸缩视频模型(Joint Scalable Video Model，JSVM) 中，支持三个扫描过程(scanning pass)以供FGS编码。这三个过程是主要过程(significant pass)、细化过程(refinement pass)和残余过程(remainder pass)。对于每一个扫描过程，均根据统计特性应用不同的方法。例如，在细化过程中，使用一个VLC表，该表是基于在熵编码中零(‘0’)优先的事实而获得的。 
JVT-P056提出了用于FGS层的VLC技术。该技术将现有的CAVLC技术用于离散层，并且使用了分离技术，该分离技术运用了FGS层的统计特性。 
JVT-P056建议了一种如下的用于主要过程的技术。码字(codeword)表示为截止参数(cut-off parameter)‘m’。如果待编码的码元‘C’不超过m，则使用Exp_Golomb编码对该码元进行编码。如果码元C大于m，则将其分为两部分并对其进行编码，这两部分的长度和后缀根据公式1。 
P = [ C - m 3 ] + m . . . ( 1 )
‘P’是编码后的码字，由长度和后缀(00，10，或10)组成。 
因为在细化过程中很可能产生零(‘0’)，所以JVT-P056提出了一种用于基于包含在每一个细化位组中的零的数目通过使用一个VLC表来分配具有不同长度的码字的方法。细化位组包含以预定数目进行分组的细化位。例如，四个细化位可以视为一个细化位组。 
因为当前的SVC草案已经将传统H.264的单层编码算法扩展到了多层编码算法，所以在每一层的编码中有一些开销。 
但是，在当前的SVC草案中，像传统H.264那样，使用了参考相同层的周围块的特性的方法。但是，在视频由多层组成的情况下，可以额外使用与当前层的块相对应的较低层的块的特性。因此，需要设计一种在进行基于SVC的熵编码时使用较低层的特性的方法。 
在JVT-P056上，提出了一种在对细化过程中的细化位进行编码时使用一个固定VLC表的技术。但是，当考虑到不同的帧、片、宏块或变换块(在离散余弦变换(DCT)之后所产生的块)具有不同的零(‘0’)分布时，一个VLC表是不够的。 
发明内容
技术问题 
图1示出了在细化过程中使用一个VLC表的情况下FGS层中不为零的位的比率。参照图1，随着FGS层的数目增长，待编码的块中非零数目增长到最大值15％(零降低了最大值15％)。因此，即使在第一FGS层中有效使用被假定为具有高的零数目的一个VLC表，也不能保证它对较高FGS层是有效的。反而，对每一个FGS层使用不同的VLC表将会更加有效。因此，需要一种在细化过程中对每一个FGS层使用不同的表的技术。 
技术方案 
本发明提供一种用于在基于多层的编解码器中通过使用层与层之间的层间相关性来增强熵编码性能的方法和装置。 
而且，本发明提供一种用于通过根据细化过程中每一个FGS层的特性选择VLC表来增强熵编码的性能的方法和装置。 
根据本发明的一个方面，提供一种对第一系数进行无损编码的熵编码方法，该第一系数是通过对多层视频进行编码而生成的系数中的、预定层的块中所包含的系数，其中，该熵编码方法可以包括：(a)获得第二系数的分布，该第二系数包含在与所述块相对应的基础层的区域中；(b)从多个查找表中选择适合于所述分布的查找表；以及(c)将所述第一系数变换为映射到所选择的查找表的值。其中，所述分布通过所述第二系数中零的数目和非零系数的数目其中之一得到。 
根据本发明的另一个方面，提供一种通过将输入的比特流中的、预定层的第一比特流进行解码来无损恢复出该层的块上的第一系数的熵解码方法，其中，该熵解码方法可以包括：(a)恢复出与所述块相对应的基础层的区域中所包含的第二系数；(b)得到恢复出的第二系数的分布；(c)从多个查找表中选择适合于所得到的分布的查找表；以及(d)基于所选择的查找表将所述第一比特流变换为所述第一系数。其中，所述分布通过所述第二系数中零的数目和非零系数的数目其中之一得到。 
根据本发明的再一个方面，提供一种对由一个离散层和至少一个或 更多精细可伸缩(FGS)层组成的系数中的、FGS层的第一系数进行无损编码的可变长编码方法，其中，该可变长编码方法可以包括：(a)对所述第一系数的绝对值以预定数目为单位进行分组；(b)产生所述第一系数所属的预定单位区域中所包含的第二系数中的零的比率；(c)根据该比率是否超过预定阈值，从多个可变长编码(VLC)表中选择一个；以及(d)通过参照所选择的VLC表，将分组后的第一系数的绝对值变换为相应的码字。 
根据本发明的再一个方面，提供一种通过对输入的比特流中的、FGS层的第一比特流进行解码来无损恢复出该FGS层的第一系数的可变长解码方法，该可变长解码方法可以包括：(a)产生所述第一系数所属的预定单位区域中所包含的、恢复出的第二系数中的零的比率；(b)根据该比率是否超过预定阈值，从多个可变长编码(VLC)表中选择一个；以及(c)从所述第一比特流中恢复出与所选择的VLC表上的预定码字相对应的第一系数。 
根据本发明的再一个方面，提供一种通过对输入的比特流中的、FGS层的第一比特流进行解码来无损恢复出该FGS层的细化系数的可变长解码方法，其中，该可变长解码方法可以包括：(a)读取通过预定单位区域插入到所述第一比特流中的VLC表的令牌；(b)载入与该令牌相对应的VLC表；以及(c)从所述第一比特流中恢复出与所载入的VLC表上的预定码字相对应的第一系数。 
根据本发明的再一个方面，提供一种用于通过对输入的比特流中的、预定层的第一比特流进行解码来无损恢复出层的块上的第一系数的熵解码装置，其中，该熵解码装置可以包括：用于恢复与所述块相对应的基础层的区域中所包含的第二系数的单元；用于得到恢复出的第二系数的分布的单元；用于从多个查找表中选择适合于所得到的分布的查找表的单元；和用于基于所选择的查找表将所述第一比特流变换为所述第一系数的单元。其中，所述分布通过所述第二系数中零的数目和非零系数的数目其中之一得到。 
根据本发明的再一个方面，提供一种用于通过对输入的比特流中的、 FGS层的第一比特流进行解码来无损恢复出该FGS层的第一系数的可变长解码装置，其中，该可变长解码装置可以包括：用于产生所述第一系数所属的预定单位区域中所包含的、恢复出的第二系数中的零的比率的 单元；用于根据该比率是否超过预定阈值、从多个VLC表中选择一个的单元；和用于从所述第一比特流中恢复出与所选择的VLC表上的预定码字相对应的第一系数的单元。 
根据本发明的再一个方面，提供一种用于通过对输入的比特流中的、FGS层的第一比特流进行解码来无损恢复出该FGS层的细化系数的可变长解码装置，该可变长解码装置包括：用于读取通过预定单位区域插入到所述第一比特流中的VLC表的令牌的单元；用于载入与该令牌相对应的VLC表的单元；和用于从所述第一比特流中恢复出与所载入的VLC表上的预定码字相对应的第一系数的单元。 
附图说明
通过参照附图对本发明的示范性实施例进行详细描述，本发明的上述和/或其它方面将变得更加明显，附图中： 
图1示出了当使用一个VLC表时FGS层的非零系数的比率； 
图2示出了通过使用基础层的特性对当前层进行熵编码的构思； 
图3是示出了根据扩展CAVLC技术的CAVLC的结构的框图； 
图4示出了在对当前层的块的CAVLC编码中参考相邻块和基础层的块的构思； 
图5示出了与图3中的CAVLC编码器相对应的CAVLC解码器的结构； 
图6示出了其中量化系数被分别表示为一个或多个离散层和至少一个FGS层的例子； 
图7是示出了根据本发明的示范性实施例的细化系数编码器的结构的框图； 
图8是示出了与图7的细化系数编码器相对应的细化系数解码器的结构的框图； 
图9是示出了可以应用如图3或图7所示的熵编码器的、基于多层的视频编码器的结构的框图；和 
图10是示出了可以应用如图5或图8所示的熵解码器的、基于多层 的视频解码器的结构的框图。 
具体实施方式
通过参照下面对示范性实施例及附图的详细描述可以更加容易地理解本发明及实现本发明的方法。但是，可以以多种不同形式来具体实施本发明而不应当理解为局限于这里所提出的示范性实施例。相反，提供这些示范性实施例以使本公开更加彻底和完全并且将本发明的构思充分传达给本领域的技术人员，并且本发明只由所附权利要求限定。贯穿整个说明书，相似的参考标号指代相似的元素。 
为了增强熵编码的性能，本发明提出两种技术。一种是使用层与层之间的相关的扩展CAVLC技术(以下文中称为‘扩展CAVLC’)，另一种是通过使用适用于FGS层的VLC表来增强熵编码的性能的技术。 
扩展CAVLC技术 
目前，SVC草案提供了两种层间预测技术。一种是内部基础(intra-base)模式，另一种是残余预测(residual prediction)模式。内部基础模式是一种将与当前层的块相对应的基础层的图像设置为预测信号、从而通过对当前层块和预测信号求导来提高编码效率的方法。以下文中，术语‘块’表示空间变换(例如，4×4或8×8的像素格)中的变换单元。残余预测模式是一种通过获得基础残余信号之间的差别来补充提高编码效率的方法，该基础残余信号通过基础层的层间预测而产生。 
同样地，预测信号或基础残余信号提供比当前层的其它块或当前层的其它残余信号更加有效的信息。因此，在选择查找表时利用基础层的特性是相当可取的，如图2所示。 
SVC草案允许使用内部基础模式和残余预测模式。换句话说，如果标志位Intra_base_mode为1，则表示使用的是内部基础模式，而如果标志位Res_pred_flag为1，则表示使用的是残余预测模式。如果每一个标志位都为1，则表示没有使用相关模式。因此，为了使用本发明中所提出的扩展CAVLC技术，至少一个所述标志位应当为1。 
图3是示出了根据扩展CAVLC技术的CAVLC的结构的框图。图3 类似于现有H.264中所使用的CAVLC编码器，不同之外在于：当选择查找表时它可以只使用基础块的特性，而且可以将相邻块与基础块的特性相结合，并且Num_Trail编码单元110可以通过参照所选择的查找表来存储系数的数量(TotalCoeffs)以及TrailingOnes。 
图4示出了在对当前层的块C的CAVLC编码中参考块C的相邻块A和B、以及与块D相对应的基础层的块(以下文中称为基础块)的构思。例如，在图4中，基础层可以是一个具有QCIF解(resolution)的离散层，而当前层可以是一个具有CIF解的离散层。因为在离散层与FGS层之间或FGS层之间存在着微小的相关性，所以难以应用本构思。 
首先，参照仅使用基础块的信息来选择查找表的情况，参考表选择单元160可以对基础块D中所包含的系数中的非零系数计数。可以根据该计数来选择查找表(见表格2)。 
  表格2  计数-查找表相关性 
  计数   所选择的查找表
  0，1   表1
  2，3   表2
  4，5，6，7   表3
  8或更多   表4
表1可以是一个用于将短码分配给小值的TotalCoeffs而把长码分配给大值的TotalCoeffs的表。表2可以偏向具有中间数目(相对于分配给值在2到4左右的TotalCoeffs的短码而言)的系数一边。表3可以偏向具有高数目的系数一边，而表4可以将固定的6位码分配给所有TotalCoeffs和Trailing Ones值。 
接下来，考虑通过将相邻块(A，B)和基础块(D)的信息相结合来选择查找表的情况，参考表选择单元160可以通过将相邻块A和B的非零计数(nA，nB)与基础块的非零系数的计数(nD)相结合来选择查找表。例如，可以通过下面的方程式2来获得计数(nD)。 
nD＝round(w1×nA+w2×nB+w3×nC)            (2) 
在方程式2中，w1、w2和w3分别是权重，并且它们的和为1。权重可以全部是1/3，或者可以将基础块的权重设置为较大值。或者，可以将这些权重设置为使得公用比率-失真(R-D)成本函数最小的值。 
当然，依据编码的次序(order)，只可以存在一个相邻块，或者不存在相邻块。公式2示出了加权平均，作为从多个数据中计算典型值的一个例子。 
表选择单元160可以通过将由方程式2计算得到的nD应用于表格2来从至少4个查找表中选择一个。 
参照图3，Num_Trail编码单元(110)可以基于表选择单元160所选择的查找表来对非零系数(TotalCoeffs)和TrailingOnes进行编码。TrailingOnes指为1或-1的系数。 
在Num_Trail编码单元110之后的Sign_Trail编码单元120、层次(level)编码单元130、Total_zero编码单元140和游程(Run)编码单元150中的操作过程可以与传统H.264的操作过程相同，因此对其简要说明。 
Sign_Trail编码单元120可以按照反向次序(相对于扫描次序而言)将TrailingOnes的码元编码为一位(0表示+，1表示-)。层次编码单元130可以对除TrailingOnes之外的残余系数的层次(大小)进行编码。Total_zero编码单元140可以在非零系数中最后一个系数之前对总零数(TotalZeros)进行编码。最后，游程编码单元150可以对非零系数之间存在的零的数目进行编码。通过这样的方式可以输出CAVLC编码后的比特流。因为所选择的查找表可以是通过经历与CAVLC解码处理过程中相同的处理过程而选择的，所以信息可能不一定包含在该比特流中。 
系数(量化系数)的解码处理过程可以遵循与解码器100的处理过程相同的次序。但是，在每一步骤中，可以以相对于编码技术反向地执行解码。图5是示出了与图3中的CAVLC编码器相对应的CAVLC解码器的结构的框图。 
表选择单元260可以使用基础块的系数的特性，或者可以将基础块的系数与相邻块的系数的特性相结合，然后从多个查找表中选择一个， 从而将所选择的查找表提供给Num_Trail解码单元210。如在视频编码过程中那样，因为可以在恢复(restore)基础层之后恢复较上层(当前层)，所以在表选择单元260中所选择的查找表与在表选择单元(图3的160)中所选择的查找表可以是相同的。 
Num_Trail解码单元210可以基于所提供的查找表，从与来自输入比特流的开头(first)的查找表的项目相同的位中恢复出TotalCoeffs和Trailing Ones。然后，Sign_Trail解码单元220可以通过顺序读取位来恢复出Trailing Ones的码元。层次解码单元230可以读取有关包含在比特流中的层次的码，并且可以恢复出非零系数中除TrailingOnes之外的系数的层次(大小)。Total_Zeros解码单元240可以读取与TotalZeros相对应的码，并且可以恢复出该TotalZeros(非零系数的数目)。最后，游程解码单元250可以读取输入比特流中的残余比特流，并且可以将与游程数目那么多数目的零插入到非零系数之间。所插入的0的总数应当与TotalZeros相同。通过这样的方法恢复出CAVLC编码之前的系数。 
利用层的自适应VLC技术 
JVT-P056提出了一种在FGS层的熵编码中应用VLC而非CABAC的技术。这里，考虑到在FGS层的细化过程中有较大可能性产生零，所以使用了一个VLC表。通常，在多个FGS层中，零的数目在较上层中增长，并且基于是在相同的FGS层中，在帧、片、宏块或块中零的分布也不相同。因此，难以选取最佳的VLC表。而且，需要能够自适应地从多个VLC表中选择一个表的技术。 
本发明的示范性实施例使得可以基于单位区域(帧、片、宏块或块)中所包含的零的数目选择不同的VLC表。 
图6示出了其中根据FGS方案将量化系数分别表示为一个或多个离散层和至少一个FGS层的例子。每一层均由4×4单元的系数组成的块来表示。相同位置上的数被用来表示一个量化系数。FGS方案用于支持在比特率上的伸缩性，并且可以通过截去(truncate)较上层来实现可变比特率。当然，截去某些层中的若干数也是可以的。 
例如，位于4×4块中的第一行第二列的系数为3、-1、1。为了恢 复出与该位置相对应的量化系数，所有这些系数都是必不可少的，但是根据情况，可以截去1或者1和-1，并且在解码器步骤中，可以仅通过相对重要(当然，会产生丢失)的下层系数来恢复出量化系数。 
FSG层在特性方面与离散层有很大不同。这是因为离散层概略地表现大致的(round)图像，而FGS层由具有不同概念的值组成。而且，除0、1和-1以外的其它值可以出现在离散层中，而在FGS层中0、1和-1则是常见的。 
如上所述，当对FGS层进行编码时，可以将处理过程划分为主要过程和细化过程，从而应用不同的熵编码技术。当与FGS层的系数相对应的离散层的系数为0时，FGS层的系数可以由主要过程进行编码。而当与FGS层的系数相对应的离散层的系数不为0时，FGS层的系数可以由细化过程进行编码。在第一FGS层的情况下，由细化过程编码的系数(即，细化系数)可以用阴影表示。根据本发明的示范性实施例的、利用层的自适应VLC技术特别适合应用于细化过程。当离散层的系数由VLC进行编码时，最好将如图3中所示的层次、游程和其它参数考虑在内。但是，在细化系数的情况下，因为层次、TrailingOnes和其它系数的编码不是必需的，所以可能需要独立的VLC编码方案。 
图7是示出了根据本发明的示范性实施例的细化系数编码器的结构的框图。 
当前，细化系数可以被输入到分组单元310中。分组单元310可以将所输入的细化系数以预定数目进行分组，例如4个一组，然后可以提供绝对值(大小：由1或0组成)给大小编码单元330，并且可以提供符号(符号：除0以外的细化系数的符号)给符号编码单元330。 
可以通过参考编码后的单位区域(包括帧、片、宏块或块)的细化系数来选择用于大小编码单元330中的VLC表。该单位区域可以是当前细化系数所属的帧、片、宏块或块。例如，如果通过帧单元选择表，那么候选表的数量减少，但是，这对于表的选择的自适应性上是不利的。如果通过块单元来选择表，那么将具有高的自适应性，但是供选择的候选表的数量增加。因此，最好是由用户通过将用途、目的及其它参数考 虑在内来选择单位区域。 
一旦确定了当前细化系数所属的单位区域，那么表选择单元320会对属于该单位区域的位中的零的数目进行计数。然后，如果在这些位中零所占的比率超过了预定的阈值(第一阈值)，那么可以选择偏向零的表(例如，JVT-P056的表)，否则可以选择相对来说较少偏向于零的表。这里，可以使用两个或更多VLC表。如果在两个VLC表中选择表(表现为切换)，那么可以只有一个阈值是必需的，并且随着VLC表的数量增长，第二阈值、第三阈值等也可以是必需的。这些阈值可以是通过经验或者实验确定的值，例如，它们可以是7/8、3/4、2/3、1/2等。 
例如，如果使用两个VLC表，并且第一阈值被设置为2/3，则可以使用表格3和表格4的VLC表。如果单位区域的零的数目超过2/3，则可以使用偏向于零的表格3的VLC。同样，如果零的数目少于2/3，则可以使用较少偏向于零的表格4的VLC表。表格3和表格4中的‘码元’指4个一组进行分组的细化系数列的大小值，而‘码字’指对码元的编码结果。 
                 表格3  偏向于零的VLC表 
  码元   码字   码元   码字
  0000   00   1000   101
  0001   010   1001   11011
  0010   011   1010   11100
  0011   11000   1011   111101
  0100   100   1100   11101
  0101   11001   1101   111110
  0110   11010   1110   1111110
  0111   111100   1111   1111111
             表格4  较少偏向于零的VLC表 
  码元   码字   码元   码字
  0000   11000   1000   11100
  0001   11001   1001   100
  0010   11010   1010   101
  0011   00   1011   111101
 
  0100   11011   1100   11101
  0101   010   1101   111110
  0110   011   1110   1111110
  0111   111100   1111   1111111
表格3的VLC表与JVT-P056中所提出的VLC表相同。但是，在表格4中，考虑到零的数目的减少，示出了不同于表格3的VLC表。表格4的VLC表给出了在一个码元的4位中2位为1的情况下最短的码字，并且给出了在4位中的2位为1以及所有4位均为0的情况下的次最短码字。因此，如果将表格4的VLC表应用于细化系数中有许多1的情况(尤其是在高FGS层中)，将减小所生成的码的大小。当然，也可以通过使用更多的线程(thread)和VLC表来更加详细地表现细化系数的特性。 
参照图7，可以将可以由表选择单元320选择的、VLC表上的令牌(token)提供给大小编码单元330。该令牌参照与各个VLC表相对应的索引。大小编码单元可以读取与表存储单元340所提供的令牌相对应的VLC表。表存储单元可以被实施为下列形式：诸如ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存这样的非易失性存储设备，或者诸如硬盘这样的存储介质。 
大小编码单元330可以通过参照与所述令牌相对应的VLC表，将由分组单元310所提供的、预定数目(即，4)的细化系数的绝对值(即，码元)变换为码字。 
符号编码单元350可以将由分组单元310提供的符号编码为一位符号码。通常，在正号的情况下符号码为0，在负号的情况下符号码为1。 
Mux(即，多路复用器)360可以通过将一组可以由大小编码单元330输出的码字和一组可以由符号编码单元350输出的符号码混合来生成比特流。 
例如，假定一组待编码的细化系数为：-1、0、1、1、0、0、1、-1。分组单元310可以将细化系数集合以4个一组进行分组，并且将绝对值1011和0011提供给大小编码单元330，并将符号-+++-提供给符号编码单元350。 
如果单位区域的细化系数中零所占的比率不超过预定阈值2/3的话，则表选择单元320可以将用于表格4的VLC表的令牌递送给大小编码单元330。大小编码单元330可以读取像来自表存储单元340的表格4的VLC表那样的VLC表，并且可以将所提供的1011和0011变换为相应的码字。作为变换的结果，可以从大小编码单元330输出并可以输入到Mux360的值为11110100。其间，符号编码单元350可以将符号-+++-变换为10001。可以对变换得到的10001额外应用某些熵编码方法。然后，Mux 360可以将11110100和10001进行组合并输出。 
图8是示出了与图7的细化系数编码器300相对应的细化系数解码器的结构的框图。可以通过Demux(即，多路分离器)410将输入的比特流划分为一组码字和一组符号码。可以分别将码字组提供给大小解码单元430，将符号码组提供给符号解码单元450。 
按照与编码器300的方法相同的方法，表选择单元420可以计算包含在恢复出单位区域中的细化系数中零的比率，然后可以根据该比率是否超过阈值来选择两个VLC表中的一个。当然，也可以设定多个阈值并使用三个或更多VLC表。 
大小解码单元430可以从表存储单元440读取所选择的VLC表，然后可以额外地读取构成码字组的位，直到出现与该VLC表的码字相同的值为止。如果预定数目的位与所选择的VLC表中所包含的某些码字相同的话，则可以将该码字变换为与该码字相对应的码元。 
变换后的码元可以被提供给符号解码单元450。符号解码单元450可以顺序地读取由Demux 410所提供的符号码，然后可以将与符号码相对应的符号按次序提供给可以由大小解码单元430提供的码元(由4位组成)中不为零(即，1)的值。通过该方法，可以从比特流中恢复出当前细化系数。 
例如，假定输入到解码器400的比特流为1111010010001。Demux 410可以将其划分为11110100和10001，并且可以将前者提供给大小解码单元430而将后者提供给符号解码单元450。表选择单元可以对所恢复出的单位区域的细化系数没有到2/3进行确认，并且可以将表格4的VLC表 的令牌递送给大小解码单元430。 
随着大小解码单元430顺序读取11110100，其可以检查在表格4的码字中是否有相同的码字。因为直到11110为止都没有相同的码字，所以它可以检查下一个111101。因为该码字存在于表格4中，所以与该码字相对应的码元1011被恢复出来。因此，可以从大小解码单元430输出并且可以输入到符号解码单元450的值为10110011。 
符号解码单元450在恢复出与10001相对应的符号-+++-之后可以将这些符号赋给10110011中不为0的值。结果，输入到编码器的一组细化系数：-1、0、1、1、0、0、1被恢复出来。 
到目前为止，已经说明了在细化系数解码器中可以选择多个候选VLC表中的一个，像在编码器300中那样。但是，因为当递送给解码器400时FGS层是在一部分层被截去之后发送的，所以在当前块使用单位区域内的周围特征的情况下，当使用与编码器和解码器中VLC表不相同的VLC表时会出现问题，从而产生解码器无法恢复出原始系数这样的严重问题。 
因此，在本发明的另一示范性实施例中，VLC的令牌可以被包含在比特流中，并且可以被递送到细化系数解码器400。可以通过单位区域或者说帧、片、宏块或块单元来选择VLC表。并且，如果在小单元中选择VLC表的话，由于传输时开销会比较大，所以单位区域最好是片或宏块。在这种情况下，令牌可以包含在片头或者宏块头中并被传输。 
接收包含了令牌在其中的比特流的细化系数解码器400可以直接从表存储单元440获得与该令牌相对应的VLC表，因此可以省略表选择单元420。 
图9是示出了可以应用如图3或图7所示的熵编码器的、基于多层的视频编码器的结构的框图。 
原始视频序列可以被输入到增强层编码器600以及(仅仅当层与层之间的解有变化时)在被下采样单元550下采样之后被输入到基础层编码器500。 
预测单元610可以通过将当前宏块中利用预定方法预测的图像求导 来得到残余信号。该预测方法可以是直接的内部预测、层间预测、内部基础预测和残余预测。 
变换单元620可以通过使用诸如DCT、小波变换等空间变换技术来变换所获得的残余信号，由此生成变换系数。 
量化单元630可以通过预定的量化步骤将变换后的系数进行量化(随着量化步骤变得越大，丢失或压缩率也变得越高)，由此生成量化系数。 
像在增强层编码器600的情况那样，基础层编码器可以包括具有相同功能的预测单元510、变换单元520和量化单元530。不过，预测单元510可以不使用内部基础预测或残余预测。 
熵编码器640可以通过对量化系数进行无损编码来输出增强层比特流，并且以同样的方式，熵编码器540可以输出基础层比特流。Mux 650可以通过将增强层比特流与基础层比特流进行组合来生成待发送到视频解码器一端的比特流。 
熵编码器640可以包括图3的CAVLC编码器100或者图7的细化系数编码器300。如果熵编码器640是CAVLC编码器100，则可以基于从量化单元530提供的基础块的量化系数中的非零数目来选择查找表，并且可以根据所选择的查找表来执行诸如Num_Trail编码等的CAVLC编码过程。 
在熵编码器640可以运行为细化系数编码器300的情况下，基础层对应于离散层，而增强层对应于FGS层。熵编码器640可以对其中离散层的系数为零的系数(即细化系数)进行无损编码。此时，可以从量化单元630向熵编码器640提供包含在单位区域中的细化系数。 
图10是示出了可以应用如图5或图8所示的熵解码器的、基于多层的视频解码器的结构的框图。 
可以通过Demux 860将输入比特流划分为增强层比特流和基础层比特流，并且将其分别提供给增强层编码器300和基础层编码器700。 
熵解码器810可以按照与熵编码器640相对应的方式进行解码来无损恢复出量化系数。 
反向量化单元820可以对应于量化单元630中所使用的量化步骤， 将恢复出的量化系数解量化。 
反向变换单元830可以通过使用诸如反向DCT变换或反向小波变换这样的反向空间变换技术将解量化后的结果进行反向变换。 
反向预测单元840可以按照同样的方式从预测单元获得预测图像，并且可以通过将反向变换后的结果加到所获得的预测图像中来恢复出视频序列。 
如在增强层解码器800的情况那样，基础层也可以包括具有相同功能的熵解码器710、反向量化单元720、反向变换单元730和反向预测单元740。 
熵解码器810可以包括图5的CAVLC解码器200或图8的细化系数解码器400。如果熵解码器810是CAVLC解码器200，则可以基于从基础层解码器700的熵解码器710所提供的基础块的量化系数中的非零数目来选择查找表，并且可以根据所选择的查找表来执行诸如Num_Trail等的CAVLC解码过程。 
在熵解码器被运行为细化系数解码器400的情况下，基础层对应于离散层，而增强层对应于FGS层。熵解码器810可以对其中离散层的系数为零的系数(即细化系数)进行无损解码。此时，熵解码器810可以使用包含在进行熵解码后的单位区域中的细化系数。 
图2至图6中的每一个元素均可以被实施为诸如任务、类、子程序、过程、对象、执行线程和程序这样的软件或者诸如现场可编程门阵列(FPGA)或ASIC(专用集成电路)这样的硬件，并且还可以被实施为软件和硬件的组合。这些元素可以被包含在计算机可读的存储介质中，或者可以分布在多个计算机中。 
工业应用 
上述示范性实施例仅用于说明的目的，而不应理解为对本发明的限制。本发明的范围由所附权利要求而非前述说明书给出，并且所有落入权利要求范围内的变化和等效内容将被包含于本发明内。 
根据本发明的结构，能够增强基于多层的多媒体数字信号编解码器中的熵编码的性能，由此提供增强的视频图像质量。 

Claims (32)

1.一种对第一系数进行无损编码的熵编码方法，该第一系数是通过对多层视频进行编码而生成的系数中的、预定层的块中所包含的系数，所述方法包含：
(a)获得第二系数的分布，该第二系数包含在与所述块相对应的基础层的区域内；
(b)从多个查找表中选择适合于所述分布的查找表；以及
(c)将所述第一系数变换为映射到所选择的查找表的值，
其中，所述分布通过所述第二系数中零的数目和非零系数的数目其中之一得到。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所生成的系数是在经过量化过程之后生成的量化系数。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述块是4×4的像素格或8×8的像素格其中之一。
4.如权利要求1所述的方法，其中，通过选择这样的查找表来执行(b)：在该查找表中，如果零的数目大，则将相对短的映射码分配给小系数，如果零的数目小，则将长度相对短的映射码分配给大系数。
5.如权利要求1所述的方法，其中，(b)包括：
(b1)对所述第一和第二系数中非零系数的数目进行计数；
(b2)对与所述块处于相同层的相邻块的第三系数的非零系数的数目进行计数；
(b3)得到在(b1)中所计的数与在(b2)中所计的数的典型值；以及
(b4)根据该典型值选择合适的查找表。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述相邻块是上相邻块和左相邻块中至少一个。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述典型值通过将(b1)的计数和(b2)的计数加权平均而得到。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述熵编码方法包括上下文自适应可变长编码。
9.一种通过将输入的比特流中的、预定层的第一比特流进行解码来无损恢复出层的块上的第一系数的熵解码方法，该方法包含：
(a)恢复出与所述块相对应的基础层的区域中所包含的第二系数；
(b)得到恢复出的第二系数的分布；
(c)从多个查找表中选择适合于所述分布的查找表；以及
(d)基于所选择的查找表将所述第一比特流变换为所述第一系数，
其中，所述分布通过恢复出的第二系数中零的数目和非零系数的数目其中之一得到。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述第一和第二系数是量化系数。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述块是4×4的像素格或8×8的像素格其中之一。
12.如权利要求9所述的方法，其中，通过选择这样的查找表来执行(c)：在该查找表中，如果零的数目大，则将相对短的映射码分配给小系数，如果零的数目小，则将相对短的映射码分配给大系数。
13.如权利要求9所述的方法，其中，(c)包括：
(c1)对所述第一和第二系数中非零系数的数目进行计数；
(c2)对与所述块处于相同层的相邻块的第三系数的非零系数的数目进行计数；
(c3)得到在(c1)中所计的数与在(c2)中所计的数的典型值；以及
(c4)根据该典型值选择合适的查找表。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述相邻块是上相邻块和左相邻块中至少一个。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述典型值通过将(c1)的计数和(c2)的计数加权平均而得到。
16.如权利要求9所述的方法，其中，所述熵编码方法是上下文自适应可变长编码。
17.一种对由一个离散层和一个或更多精细可伸缩层组成的系数中的、精细可伸缩层的第一系数进行无损编码的可变长编码方法，该方法包含：
(a)对所述第一系数的绝对值以预定数目为单位进行分组；
(b)产生第二系数中的零的比率，所述第二系数包含在所述第一系数所属的预定单位区域中；
(c)根据该比率是否大于预定阈值，从多个可变长编码表中选择一个；以及
(d)通过参照所选择的可变长编码表，将分组后的第一系数的绝对值变换为码字。
18.如权利要求17所述的方法，其中，对应于所述第一系数的所述离散层的系数不为零。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一系数为-1、0和1其中之一。
20.如权利要求17所述的方法，还包含：对所述第一系数中非零系数的符号进行编码。
21.如权利要求17所述的方法，其中，所述多个可变长编码表的数量比阈值的数量大1。
22.如权利要求17所述的方法，还包含：将所选择的可变长编码表的令牌值插入到由变换后的码字所组成的比特流中。
23.如权利要求17所述的方法，其中，所述单位区域是帧、片、宏块和块其中之一。
24.如权利要求17所述的方法，其中，(a)中所述预定数目为4。
25.一种通过对输入的比特流中的、精细可伸缩层的第一比特流进行无损解码来恢复出该精细可伸缩层的第一系数的可变长解码方法，该方法包含：
(a)产生恢复出的第二系数中的零的比率，所述恢复出的第二系数包含在所述第一系数所属的预定单位区域中；
(b)根据该比率是否大于预定阈值，从多个可变长编码表中选择一个；以及
(c)从所述第一比特流中恢复出与所选择的可变长编码表上的预定码字相对应的第一系数。
26.如权利要求25所述的方法，其中，(c)包括：
(c1)恢复出与所述码字相对应的所述第一系数的绝对值；
(c2)从所述第一比特流中的符号码恢复出该第一系数的符号。
27.如权利要求25所述的方法，其中，所述第一系数包含在细化过程中。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述第一系数为-1、0和1其中之一。
29.如权利要求25所述的方法，其中，可变长编码表的数量比阈值的数量大1。
30.如权利要求25所述的方法，其中，所述单位区域是帧、片、宏块和块其中之一。
31.一种通过对输入的比特流中的、预定层的第一比特流进行解码来无损恢复出层的块的第一系数的熵解码设备，该设备包含：
用于恢复出与所述块相对应的基础层的区域中所包含的第二系数的装置；
用于得到恢复出的第二系数的分布的装置；
用于从多个查找表中选择适合于所述分布的查找表的装置；和
用于基于所选择的查找表将所述第一比特流变换为所述第一系数的装置，
其中，所述分布通过恢复出的第二系数中零的数目和非零系数的数目其中之一得到。
32.一种通过对输入的比特流中的、精细可伸缩层的第一比特流进行解码来无损恢复出该精细可伸缩层的第一系数的可变长解码设备，该设备包含：
用于产生恢复出的第二系数中的零的比率的装置，所述恢复出的第二系数包含在所述第一系数所属的预定单位区域中；
用于根据该比率是否大于预定阈值从多个可变长编码表中选择一个的装置；和
用于从所述第一比特流中恢复出与所选择的可变长编码表上的预定码字相对应的第一系数的装置。
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