CN1081052A

CN1081052A - 高清晰度电视信号的编码技术

Info

Publication number: CN1081052A
Application number: CN93105659A
Authority: CN
Inventors: 李林南; 阿绍克·科拉尔·拉奥; 桑洁·博加瓦
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1994-01-19
Also published as: US5337085A; AU4277793A; WO1993021734A1

Abstract

一种对高清晰度电视信号的编码技术包含把亮度信号分成4个分波段，使用分波段编码器分别用一种简化的矢量量化技术对每个分波段进行编码。每个分别的简化矢量量化编码器的特性分别适应于分别的分波段。

Description

本发明涉及诸如高清晰度电视信号的图象信号的发送。特别是本发明包括一种编码技术，该技术变换模拟电视信号成为由码字（codeword）构成的数字比特流（digital bit stream），在接收机端，接收到的数字比特流解码还原成电视信号。

高清晰度电视（HDTV）信号有多种编码方法，这些技术总地可以分为波形编码，变换编码和矢量量化技术。

波形编码技术，象脉码调制（PCM）典型地使用一个标量量化器将模拟取样进行量化。此外使用一些步骤以减少必须要发射的信息，例如仅发送PCM取样的差分值。波形编码总地说实施简单，但是就我们关心的带宽压缩而言，其效率不高。波形编码的示例是KDD/Canon 140Mbit/s HDTV编码。

变换编码技术变换图象取样到转换域，实现能量的压缩。对各个系数的标量量化器设计取决于其能量以及人眼视觉系统（HVS）对这些系数的灵敏度。最通常的视频编码系统这时是基于离散余弦变换（DCT）的偏差。好的变换算法实现了有效的带宽压缩，同时保留了好的图象质量。以编码器为基础的变换技术的实例是Telettra公司的68Mbit/s的HDTV编码器和Gdneral Instruments公司的15Mbit/s的数字-密码（Digi-Cipher）HDTV编码器。

分波段编码是一种编码技术，它将HDTV信号划分为很多小波段。大部分信号能量集中在低频波段，更多的信息位分配给低频波段内的取样值。而且，不同的波段有不同的信号特征，因此每个不同的分波段使用不同的技术去编码。分波段编码的实例是由Bollcore和NTT公司提供的140Mbit/s编码器。

波形编码，变换编码，某种程度上，分波段编码在复杂性的意义上说编码器和解码器是相同的。就大部分视频传输和存储应用来说，解码器的数量远远大于编码器。因为每个接收机都需要一个解码器，而广播机仅仅需要一个编码器。因此，从整个系统的花费的观点来看对称算法可以不需要最好的解决方案。

矢量量化（VQ）基本上在一个时刻对一组取样值进行量化。VQ有这样的优点，在编码这些信号时仅仅需要一个工作查寻表，这导致了一种异常简单的解码器。然而，它提供的质量较差。此外，编码器必须通过一个代码簿去发现代表一组取样值的最好的矢量，一般说是很密集地计算。对高质量电视信号，尤其是HDTV，实时编码需要非常复杂的硬件。例如在同样未批准的，共同受让申请，其序号是07/732，024和07/759，361的专利申请披露了矢量量化的实例。

本发明的发明目的在于实现图象信号编码方法，它包括高压缩率和很小的质量劣变，并且进一步简化硬件结构。

本发明的另一个发明目的在于用一种编码方法实现相当大的带宽压缩，这时甚至原信号是受到干扰的。

实现上述目的的创造的编码方法具有下列特征。

一种电视信号编码方法包括如下步骤：

（a）把一个视频信号划分成亮度和色度分量。

（b）把亮度分量划分成多个分波段。

（c）同时和分别地在每个分波段上完成下列编码：

（ⅰ）把图象帧划分成多个两维的块，每块包含预定数目的象素;

（ⅱ）形成一个包含多个对应最通常的边缘图形的基本矢量，人眼视觉系统对所说图形有高的灵敏度;

（ⅲ）将块与代码簿进行比较。

（ⅳ）识别与上述块最紧密相关的边缘图形;

（ⅴ）产生一个包括对应步骤（ⅳ）的结果的一个码字的数字信号;

（ⅵ）对于所说块中的每一个重复所说的步骤（ⅲ）直到步骤（ⅴ）。

（d）同时对所说的亮度分量编码。

（e）为了发射将如此编码过的亮度和色度分量结合成一个单一比特流。

图1代表了一个本发明的SRQ编码方法的基本矢量的代码簿;

图2代表了本发明的编码器;

图3表示了本发明的解码器;

图4表示了本发明的帧内编码;以及

图5表示了本发明的帧间解码器。

结合上述附图将描述本发明最佳实施例。

简化矢量量化（SVQ）：

本发明包括一种改进的编码技术，使用例如广播给众多接收机的模拟电视信号。这种模拟电视信号通过编码器变换为由码字组成的数字比特流。该编码器具有的矢量量化电路不同于以前叙述的通常的矢量量化电路。这就在于在这种新的矢量量化电路在相当低的比特率下，用很简单的处理对高质量的图象编码。这种编码处理过程比通常的矢量量化要简单得多，而通常的矢量量化需要一个更大的代码簿及因而需大量的计算。该质量比通常由传统的矢量量化技术所完成的质量要显著的好，它并具有适当规模的代码簿。

本发明的代码簿在规模上大大缩小了。尤其是该代码簿包括的码字和人眼视觉系统最敏感的图象图形有关以及是典型图象中经常出现的码字。图1所示的简单的代码簿包括了使用的最通常的图形边缘。这些图形的每一种分别是在量化过程中使用的基本矢量。这种量化类型此后将称之为“简单矢量量化”（SVQ）。

SVQ技术的基础研究现将描述之。一个单一的视频信号的帧可作成象素光栅的模型。这些象素在两维陈列中排列。如果该光栅划分成大量的小四方块，每块包含，例如是4×4象素，如果每个黑白图象象素的量化为8bit（比特），在不需要压缩的情况下，通常需要128bit表现该方块。然而，用户关注的在一个小方块内的信息可以划分为几个两维的基本图形（image pattern）。

在典型的电视信号中，申请人已发现，在每个方块中人感觉最显著的信息可由16种图形两个灰度值（见图1）所实质地表示。在图1中有一个标称0的小方块的图形是完全同一颜色。它代表直流（DC）值，而且是恒定强度的0等级图形。这还称为直流（DC）等级。这种图形表现图象的低频区域。

一种直接压缩技术包括备选图形的代码簿中的输入块的最好的近似的选择。这种技术包括如下步骤：

1、以代码簿中的第一种图形开始

2、根据第一种图形的图形方向、由几种取样强度（除去DC等级的所有等级，只有一种平均值用于DC等级的计算）中估算两种平均值。

3、作一个4×4的块，在每个块中，16个象素的每一个的强度都等于适当平均值，例如，等级1，顶部的4个象素用一个平均值添充，底部的12个方块用另外的平均值添充。

4、计算在制作的块和实际输入块间的变形。

5、对代码簿中的所有图形重复步骤2-4。

6、选择产生最小失真的图形。

被发射码字的过程如下，首先，少量的比特，例如，4比特，最接近输入模拟电视信号的块的代码簿中的16种图形中的哪种被选定使用。例如，直流（DC）等级图形，特定的4比特序列被选为码字形成的开始。然后，将参数值赋予这些码字以完成该码字的形成。直流等级的参数值是该块的平均值。也就是该块的强度的平均值。等级1至等级15的两平均值将计算出来，方块中两区域分别赋予一个平均值。在图1方块中的不同区域指定不同的颜色。如图1所示，该简化的代码涉及本发明的SVQ方法，每个块仅有不同强度的两个区域。本发明不限于这个实施例，然而，特别是较大的代码簿也在考虑之中。

在图形有一个边缘的情况中，先计算由该边缘分开的各个区域的平均值尔后作为参数值加到形成码字的头4比特段的末尾。

进入的模拟电视信号帧的每一个块的编码是根据它和图1所示的简化代码簿中的基本矢量中的哪一个最接近的来进行的。

现在描述图1中的非直流等级的基本矢量，这些是1-15等级，并包含两个平均值的图形（即强度等级的一个变化设计成一个边缘）。等级1-3包括了水平边缘的图形，其中，方块的两个不同强度的部分分别向水平方向展开。也就是如果一个垂直线通过该方块，这垂直线将穿过两个区域，每区域有不同的强度。

等级4-6，如图1所示，具有垂直边缘的矢量。这些等级，强度的变化和上述的具有水平边缘的描述是相反的。也就是，如果一条水平线划过方块，该水平线将关注两区域，每个区域具有不同的强度。等级7-15，具有对角边缘，对角线将不同强度的区域分开。也就是为了留在该方块的一个单一强度区域，一条线必须沿对角线方向。

对于等级1-15，这些等级需要两个标量参数，每一个代表方块中两个分开区域中的一个的平均值。这些参数必须和图形的识别符一道发射出去，该图形是如前面讨论的图形。总之，最初的一些码字的比特包含一个识别符以便识别在简化的代码簿中的16个等级的哪一个等级最接近表示输入视频信号画面的对应的方块。下一组比特用来代表方块中区域的一个区域的平均值（假定不包括直流（DC）等级）以及第二组比特代表方块中分开的另一区域的平均值。该平均值的计算是每个分开区域的象素的强度电平的总和除以该分开区域中的象素总数。如果也包括直流等级，只有一组比特随在识别符之后，这一组比特将代表估算的直流电平强度。

还有，如果边缘图形（等级1-15）被涉及，描述该边缘等级范围的附加的数字将需要加在码字的后面。由于典型的图象包含大量的直流方块，描述一个方块的比特的平均数可以减少到少于16比特，这时仅使用这个电路结构，对应的压缩大于8∶1。和标准的编码技术结合的，如霍夫曼（Huffman）编码，很容易实现12-16∶1的压缩。方块的尺寸可以小到2×2也可扩大到大于4×4。块越小质量就越好，方块尺寸越大，编码效率越高。而且用其他视觉可感觉到的，但不是很重要的图形可以改善质量。用熵编码，不需要显著增加信息率，可以使用由128或更多图形组成的更大的代码簿。

通过SVQ技术在边缘处的高清晰度信息被保留。此外，编码处理过程包括一个图形匹配操作以及直流电平‘等级范围的计算（如果一个边缘图形被选定）。这种编码处理过程的计算需求仍少于两维DCT（离散余弦变换）对相同尺寸方块的计算需求。这个编码过程仅仅包括图形的查表和用适当的象素值简单填写这些图形。

该SVQ技术是一种空间编码技术，它利用人眼视觉系统去压缩信息带宽，该技术具有很简单的编码器和一个极简单的解码器。这种技术自身能够忽略图象质量的降级并对典型的视频图象实现每个象素1比特的编码效率。它还可以和其他的编码方法如，有条件的互补，运动补偿，或分波段编码相结合实现进一步的带宽压缩，这将在以后描述。

SVQ技术的原始代码簿是由边缘图形组成的，这些图形使之优异地适合于帧间（interframe）编码以及边缘类型的图形的编码。更复杂的特征，象纹理及梯形的，也可以使用扩展代码簿高保真地编码。通过增加另外的标量，码字被参量化，因此大大地增加了代码簿的规模以及在尽量减小编码器的复杂程度情况下改善了质量。

由于VQ（矢量量化）解码器的简化，矢量量化，对于广播的环境，也是一种引人注意的编码技术。由于VQ编码器的复杂性通常说是很高的、通常的VQ技术使用有限数量的码字的代码簿以便减小寻找最好码字的复杂性。然而，一般都使用均方差来设计代码簿，这就引起了诸如边缘视频重要特性的下降。

SVQ技术在不牺牲质量的情况下不断开发减少发射机的复杂程度。人眼视觉系统敏感的以及在典型图象中经常出现的被选入代码簿-图形（codewords-patterns）。象离散余弦变换技术，在运动补偿的帧差信号的编码方面已发现是无效的。这种帧差信号通常是脉冲的，边缘类型的信号。由于SVQ可以高保真对边缘编码，它显得特别适合这些信号。

SVQ代码簿的规模是15×（256）²+256＝2²⁰。但是，由于该代码簿是参数的，它的规模和通常的VQ是不能相比的。SVQ的优点之一是它具有一个大的代码簿，如前面的计算，而没有对应的检索复杂性。如图1所示的代码簿，可以发现最接近的码矢量（使用广泛的检索）是通过仅对16种变换进行计算（在图1中示出了分类等级）。

现在给出SVQ编码的实例，如一个输入的2×2方块，它是输入到编码器的模拟电视信号的视频信号帧的一部分，具有值2、4、6和8，它进入编码器，而且它对应着图1中的最接近的直流等级，该SVQ编码器将发现这个方块的平均值，这个方块是5，并放5于该方块的4个区域，以及发射其中均是5的方块。

注意，上述的代码薄仅仅是为了例证的目的而作的一个简单的代码薄。HDTV编码器实际上使用一个上有128个基本的两平均值边缘的代码簿。更复杂的代码簿（即具有码矢量参量化的由多于两个值的方法）也可以设计。

一种快速检索技术将被叙及，它用以快速确定图1中16个基本矢量中的哪一个最类似模拟电视信号视频帧信号的一个输入方法。这种检索技术比上述的广泛检索技术要快得多和有效得多。

如前所述，在申请人的经验中有128个等级被使用，如果使用一种广泛的检索去发现最好的码矢量和参量，经验将要求计算128种变形。这时一种广泛检索的复杂性SVQ比通常的VQ要低得多，但仍是高的。已经开发了快速检索方法，它仅需要每4×4方格的几个变形。

快速检索算法的优点是异常简单以及计算的复杂性独立于即不依赖代码簿的规模。总的说，它的性能几乎和广泛检索一样。快速检索算法找到一个两平均值边缘图形，它可以符合4×4的输入方块;然而，它不能保证将能找到最接近的图形。在这偶然的情况下，当最接近的图形未被找到，变形通常相当接近全局最小值。快速检索使用了一个查阅表，该表是在最初训练状态从图形代码簿制成的。该查阅表被存贮在编码器的存储器中。假定该图形代码簿是根据在训练序列中图形出现的频率排序的。首先描述查阅表的产生。

1、在代码簿中取一个4×4的图形，用“0”替代所有具有一个值的象素，而所有其他的用“1”替代。

2、通过从左至右，从上至下地扫描制造一个16比特的字。

3、对代码簿中的所有图形重复步骤1和2。

该代码簿现在是由16比特码字组成的。该查阅表是由对应着2¹⁶个可能的16比特字的2¹⁶个输入值条目组成的。对于2¹⁶个16比特字的每一个，这些字码来自于代码簿，这些码字在汉明间距方向最接近它，而且发现了这些字。在最小汉明间距上倘若有多个码字，最初在字码簿中出现的被选中，这个字变成了在查阅表中对应该16比特字的输出条目。因此，查阅表的输入条目相互间是独特的，它们是2¹⁶个以及它们代表了一个16比特字的所有可能的结合。该查阅表的输出条目假定16个不同的值，该16比特字的值从代码本中产生出来。

一旦查阅表已经形成，快速检索按如下执行。

1、对每个给定的输入方块，从方块的每个取样中减去方块的平均值。

2、用“1”替代正的取样，用“0”替代负的取样，并且构成了一个16比特字，这是通过从左至右，从上到下地扫描完成的。

3、寻找对应这个输入16比特字的查阅表中的输出条目。这个码字将是过去常常编码该方块的图形。

为什么在寻找最接近的信号边缘图形时快速检索会出现失败呢？共有两种原因。如果输入方块有一个不符合定义的边缘（ill defined edge），这时由快速检索执行的阀值工作为该方块输出一个与最好的字码完全不同的字。对于算法的次最优化来说还不是第一位的原因。因为，在任何情况下，不符合定义的边缘不能由一个单一的边缘图形满足要求地编码。一个更重要的原因在于这个得到的字在阀值后可能处于到一些字码的汉明距离最小值上。因此第一个码字在使代码簿中是该一种选择（即统计地更加可能的字码给予优先），它可能不是最好的码字。这里有两种方法可以缓解这一问题。代码簿的维数可以增加，因此每个16比特的字和高达，例如，4个码字相结合，该码字处在距离它的最小汉明距离。编码器将估价由于用4个码字图形的每一个去编码该方块而引起的失真以及选择能产生最小失真的图形。不增加代码簿的规模和编码器的复杂程度的研究在制作查阅表的阶段使用另外的标准以选择最好的码字（从所有的处在最小汉明距离中）。码字的4×4方块的本质有助于寻找最好的码字。

现在SVQ技术已经解释完了，现在将描述本发明的第二实施例，为了提供一个组合的编码电路，该电路提供下面将叙及的优点，本实施例中的SVQ技术和分波段编码结合起来。

和分波段编码结合的SVQ：

使用SVQ技术直接用于一种HDTV信号不能产生最满意的结果是由于在大部分HDTV的源信号中有很高的噪声电平。因此申请人发现把分波段编码电路与SVQ技术相结合用于HDTV编码，可以获得更高的效率和更高的质量。

在HDTV信号中的大部分噪声是处在较高频段上的。一旦信号被分成不同的分波段，SVQ可以对低频段更为有效地编码。而且，可设计特别的SVQ图形，以更好地适合各个分波段的特征。

分波段编码包含的输入视频信号被划分成多个互不关连的分波段。它们中的每一个都可以被独立地编码以最佳地利用人眼视觉系统的特性。好的结果的取得是由于申请人把图象划分成7个分波段，并且使用差分脉冲调制（DPCM）用于最低频段，对于其它频段使用具有普通量化器的PCM。HDTV序列在高频率有很明显的噪声功率，以及基于分波段编码的编码方案可以作成很可靠地且很容易对付源噪声。在高频的分波段上使用普通的量化器就可以简单地实现。

参照图2描述这个实施例的HDTV编码器，在图2中，输入的HDTV RGB视频信号输入到一个矩阵电路10，模拟的HDTV信号以红、绿、蓝分量形成的输入给HDTV编码器，在矩阵电路10，输入信号被分成亮度信号Y和色度信号U、V。这些信号是有限带宽的。在具体的设计实例中，这些分量分别限定为24MHZ和6MHZ，然后分别用54MHZ和13.5MHZ的频率去取样并且量化成每个8比特。

亮度信号Y划分为4个分波段，低-水平低-垂直（LL），低水平-高垂直（LH），高水平-低垂直（HL）和高水平-高垂直（HH）波段。SVQ对每个分波段进行编码。一个分波段编码器11用以对亮度信号分离成上述的4个分波段。每个分波段馈送给分离的SVQ编码器12。分离的SVQ编码器12的输出送给多种复用器（MUX）13。

在一个实施例中，用2×2方块的图形对LL波段编码，而所有的其他波段用4×4方块编码。使用该小的2×2方块可以保证对关键的LL波段编码具有极小的失真。在第二个实施例中，LL波段通常用4×4方块编码。当使用4×4方块编码时产生不能接受的失真，所以使用2×2方块。由于在HL和HH波段有明显的噪声，在编码前一个噪声核心将加给该信号。噪声核心和使用一个O附近的空区相等效。由于在这些波段的信号具有可忽略的直流电平值，当噪声电平显著地减少时，噪声核心引进失真几乎没有。此外，由于各个分波段的信号特征是不同的，SVQ编码器是各自地优化以取得分波段独特的特征的优点。

色度信号不分成波段，这些信号垂直滤波并且滤除其大部分，SVQ技术使用色度编码器14编码。色度编码器的输出也馈送到多路复用器13。数字音频信号和其他数据，和HDTV信号同时发送，也馈送到多路复用器13。复用器13的输出经受单元15的向前误差校正（FEC）然后发送到调制解调器供广播。

在接收端，接收数据将首先放入缓冲器，然后由图3中的解码器30对数据进行向前误差校正解码。解码器30的输出传送到复用器31，复用器把接收的信号分离成4个独立的亮度分波段，一个色度信号以及数字音频和数据。色度信号传送到色度解码器32，4个亮度分波段信号传送到4个分别的SVQ解码器33，在这里它们解码返回成前面所述的分波段HH，HL，LH，LL信号。这些信号是解码的，并且SVFQ解码使用查阅表将其解码成各自的4×4（或2×2）方块，这些HDTV信号是由内插各个分波段信号并将他们叠加而重新构成的。分波段解码器34叠加这些信号返回成传送给矩阵电路35的亮度信号Y。从色度解码器输出的色度信号也输入到矩阵电路35，于是在矩阵电路 35的输出端HDTV RGB输出信号被重新构成了。

总的方案可以使用4个以上的分波段。但是，使用4个分波段的一个很重要的优点是NTSC量化信号是自动地以LL波段亮度信号的形式获得。因此，很容易直接从接收的信号中提供NTSC信号。在需要同时发送HDTV信号和NTSC信号的情况下，这是有用的。例如，某些用户不能看到HDTV信号但可观看NTSC信号。

各种分波段滤波单元（正交调制滤波（QMF s）和完全再现滤波单元（perfect reconstruction filter banks）申请人在实验中使用过，而且在通用卫星公司实验室（COMSATLaboratories）题为：“可变速率 HDTV解码器的第一阶段最后报告”（phase 1 Final Report for the Flexible Rate HDTV Cocter），1991年5月23日美国航空航天局（NASA）的海军特种空中武器（NASW）的合同4512中描述过。2和16抽头的QMF滤波器被发现是适合的，是由于2抽头的简单性及合理的性能和16抽头的性能。较高抽头滤波器对于一个噪声源是更可取的，是由于分波段隔离更好（很少混淆）。较高抽头滤波器由于低频段用于抽出的一个NTSC兼容频道而更可取，还有是由于混淆很少。

由于他们的复杂性，没有选中完全再现滤波单元。由于编码失真明显地高于QMF滤波器单元的失真，所以完全再现特性就不重要了。此外，QMF滤波器单元比起完全再现滤波器单元能实现更高的效率。

尽管SVQ在大多数情况下比起PCM和DPCM有更高的效率，它特别对高频噪声敏感。将分波段编码与SVQ编码结合起来可以得到一个更可靠和有效率的编码方案。

由于每个单独的分波段（HH，HL，LH和LL）的信号特征是不同的，SVQ代码簿，快速检索查阅表和编码器是分别最优化利用每个分波段独特的特征。

运动估算和补偿将要描述。拿图象信号来说，有一定数量的重复数据，例如，一个图形长时间不运动，数据将保持恒定。还有，这里有一些实例，当一个图象的数据一定部分维持恒定不变，这时其他部分运动，在这些情况下，对于相对运动部分信息被发送，这是有效率的，维持相同的部分不需要连续地发送信息。

因为分波段编码，所以存在一些运动估算和运动补偿的方法，如下面所述。第一个最直接向前的方法是在分波段滤波前进行运动估算和运动补偿。分波段SVQ编码器具有运动补偿帧差分信号的输入的一个方块或者当前帧的一个输入方块，如果是因任何原因运动估算失败（由于变化，图象区域的闭塞或者未显露，非均匀的运动等）。这种方块的缺点是运动估算器必须工作在等于HDTV取样速率54MHX或者更高的一个输入速度上工作。目前的具有的芯片不能在这个速率上工作，一些芯片必须时分复用地去完成运动估算。在这些芯片中，检索区域限制在大约在两个方向上8个象素;这个位移对于HDTV帧是不充分的。

进一步的研究是分别在每个波段上进行运动估算和补偿。由于简单的速率仅为HDTV取样速率的1/4，所以单个芯片运动估算器可以在每个波段中使用。在水平和垂直方向上检索区域将增加一倍。在编码器和解码器，每个频率波段需要1/4帧存储器去存储前一帧。存储器的要求和第一种情形一样。

更引人注意的研究可能是仅在LL波段进行运动估算。这将仅需要使用一个运动估算芯片。另外一个优点是源噪声的显著部分将被滤除，因此增加了运动估算的精度。对于其他波段，有另外的两个方案，第一个是在这些波段进行帧内编码。这将减少了所要求的存储器并且在比特速度稍微增加方面增加一点开支就可简化实施。由于帧内编码是在较高波段上进行，在这些波段静止图象的编码失真将不随时间而增加。第二个方案使用来自LL波段的运动矢量去补偿其它波段的帧，因此在所有方面进行帧间编码。假如运动矢量从LL波段得到并且通常对其他波段也有效。虽然这个研究有潜力减小比特速度和改善质量，它比第一个方案更为复杂。

为了获得一个更简便的运动估算组件，运动估算仅在LL波段使用，如在图4和5中所示，它们分别是编码器和解码器的方块图。选择了一个尺寸为8×8的方块，是作为在减少发射运动矢量的费用和获得更准确的运动估算间的折衷。进行模拟以评估这两个方案，帧内编码和帧间编码是在更高的频段。对于原先的HDTV测试的序列，已经发现在更高波段上的帧间编码在比特率方面没有显著的减小。这是由于帧差分运算加强的图象序列中的高频噪声所引起的。观察帧间编码方法将减少比特率，如果输入图象有较高的信号噪声比，这种观察对于MIT序列已被确认，编码帧差分信号有助于在所有波段中减小比特率一倍或者更高。

U和V色差帧将使用在LL波段中得到的运动估算。在LL波段中的每个8×8方块特别对应一个4×8的色度方块，由于该色度信号由与LL信号相比的系数2进行水平并取样。随后在LL波段中一个象素的水平位移对应着色度波段中的0.5个象素的位移。为了避免内插的复杂化。从LL波段中来的水平位移估算将成为一半、舍去最接近的整数，并使之去补偿U和V帧。

将该编码方法与运动补偿和有条件互补以及其他经常使用的技术结合，数字电视信号的信息比特率可以减小，申请人的经验表明用于运动补偿的运动估算经受在有源噪声的情况下的不精确性。上面讨论的简单的技术用以解决这一问题，在该技术中，仅在从分波段中进行运动检测。如果需要，该合成运动矢量将以补偿所有的分波段。这也允许使用现有超大规模集成电路（VLSI）设计普通的电视信号。虽然，检测的运动矢量将有±1个象索不精确性，结果一般地比使用原来电视信号得到的要好。由于主要的信息在LL波段中，把运动补偿和有条件互补仅给LL波段，将有这样的优点，即尽可能地较少地增加信息比特率的情况下节省硬件费用。而且在高频波段的信息一般很少有瞬时的相关。

当把运动补偿和有条件互补加到分波段的组合时，在编码器中每个分波段将有自己的帧存储器以便为运动补偿后的各自波段导出帧差信号。在这最佳实施例，从LL波段的运动估算导出运动补偿。类似地，在接收机，每个分量将需要帧存储器，以从查阅表的输出中再现在它自己的波段中的现行帧。

上面已经叙述了基于一种新开发的简化矢量化SVQ技术的高清晰度电视编码方法，该SVQ技术用于与分波段编码相结合。该编码算法对于源噪声是很有效的，并在适用于卫星传输的传输数据速率的范围内可能提供很高的质量。此外，NTSC兼容频道象分频段中的一个一样，是自动可获得的。解码算法是非常简单并能很好适用一点对多点的应用。

最近在数字图象编码方面，超大规模集成电路技术的进展可以压缩HDTV信号成为很底的比特率。上面讨论过的基于HDTV编码电路的低复杂程度的矢量量化产生高质量HDTV的传输，这种传输是在20Mbit/秒或者更高的速率。

将SVQ编码与分波段编码结合，每个分波段可以采用不同类型的SCQ编码，以充分利用每个波段质量的优点。尤其是由于高频分波段包括主要的边缘类型的信号，该SVQ编码电路是特别有效的。所有重要的低频波段利用基本化码簿进行高保真编码，如果需要可附加码字。

现在介绍模拟结果。该分波段SVQ编码算法已经在高达100长的HDTV运动序列上模拟，它使用一个HP-700工作站连接到一个发展到家庭（in-house-developed）的HDTV运动序列捕捉机和显示设备。该信号原是一种索尼（SONY）模拟HDTV磁带录象机，它制出1，125行隔行扫描的、帧频为30HZ的画面。模拟的HDTV亮度和色度信号分别在54MHZ和13.5MHZ的速率下取样。这个旋转的玩具序列具有很多交错的和快速的运动。该信号源的信噪比（S/N）仅为36dB左右，结果表明编码算法是可靠的。这个编码序列没有运动人工制品的痕迹，并且边缘的编码具有高保真。由于取样速率是54MHZ以及有效的象素率大约为0.76，该取样速率应大约是41MHZ。该MIT序列是一个人工产生的变焦和一些高细节的物体的摇摄。没有编码或运动人工痕迹的亮度信号的高质量图象是在小于0.5比特/象素（bit/pel）情况下取得的。

在表1中表示了使用2和16抽头滤波器的帧内编码和帧间编码的结果。

本发明并不局限于上述实施例，而是包括在的附属权利要求的思想和范围中。

表1：分波段SSVQC方法结果

Claims

1、一种电视信号编码方法包括如下步骤：

(i)把一个图象帧划分成多个两维的方块，每个方块由预定数目的象素构成；

(ii)构成一个包含多个基本矢量的代码簿，这些矢量对应着人视觉系统高灵敏度的最普通的图形；

(iii)将一个方块和所说的代码簿相比较；

(iv)识别与该方块密切相关的图形；

(v)产生对应步骤(iv)结果的码字的数字信号；

(vi)对多个方块中的每一个方块重复步骤(iii)至步骤(v)的处理。

2、一种电视信号编码方法包括如下步骤：

（a）将视频信号划分为亮度和色度分量;

（b）将亮度分量划分成多个分波段;

（c）在每个分波段上同时和独立地进行编码;

（ⅰ）把一个图象帧划分成为多个两维方块，每个方块包括预定数目的象素;

（ⅱ）构成包含多个基本矢量的代码簿，这些矢量对应着人视觉系统高灵敏度的最普通的图形。

（ⅲ）用所说的代码簿构成一个方块;

（ⅳ）识别与该方块最密切相关的图形;

（ⅴ）产生对应步骤（ⅳ）的结果的码字的数字信号;

（ⅵ）对多个方块中的每个方块重复步骤（ⅲ）至步骤（ⅴ）的处理;

（d）同时对亮度分量编码;

（e）将如此编码的亮度和色度分量结合成为一个单一比特流用以发射。

3、按照权利要求2所说的方法，其特征在于所说的步骤b中的多个等于4。

4、按照权利要求2所说的方法，其特征在于在步骤（c）（ⅱ）中所说的多个小于或等于128。

5、按照权利要求3所说的方法，其特征在于这里的4个分波段的最低频率范围的分波段包含信息的主要部分将被发射。

6、按照权利要求1所说的方法，其特征是在步骤（c）（ⅰ）中的预定象素数目，对一些分波段，制成一个值，对其他的波段制成另一个值。

7、按照权利要求2所说的方法，其特征在于在步骤（c）（ⅱ）所说的代码簿含有的边缘图形具有水平边缘，垂直边缘和对角线边缘。

8、按照权利要求2所说的方法，其特征在于步骤（c）（ⅴ）所说的数字信号包括至少有一个表示在步骤（c）（ⅳ）中识别的图形的部分强度的平均值的段。

9、根据权利要求2所说的方法，其特征在于这里所说的图形包含在强度上相对变化的等级的边缘。

10、按照权利要求1所说的方法，其特征在于所说的步骤（ⅲ）包括：

（a）计算该方块平均值并指示来自该方块的每个象素取样的该方块平均值;

（b）用一个逻辑电平替代一个正的取样，用另一个逻辑电平替代负的取样;

（c）从左至右，从上至下地扫描以构成一个数字化字，和

（d）在一个查阅表中找寻一个输出条目，其对应着步骤（c）中构成的数字化字。