图像编码设备的制作方法
专利名称：图像编码设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像编码设备，以及涉及当应用于移动图像记录和重 现设备时有效的技术，通常，此类设备例如拥有用于移动图像编码/ 解码的硬件和软件的数码相机、数码摄像机、DVD(数字多功能盘) /HDD (硬盘驱动器)记录器、移动电话等。
背景技术：
在处理移动图像代码的系统中，HD(高清晰度)已经进入激增 时期，并且较大屏幕(诸如4k数字影院)、超级高品质电视(Hi-Vision ) 等的利用正朝研究级别发展。要求处理这些信号的图像编码设备和图 像解码设备具有高处理能力。为了利用低功耗(以低操作频率)来改 进处理能力，提出了并行编码，其将成为未来处理移动图像时必不可 少的技术。H.264标准可以提供高达1/100-1/200的高压缩，同时保持 高质量图像。因此，H.264标准被用作地面数字广播的编码标准以及 下一代DVD标准，并且还计划将其采纳为未来4k数字影院或超级高 品质电纟见的编码标准。
下列文献探讨了移动图像并行编码技术以及以宏块为单位改变 量化参数的编码技术。
专利文献1 (日本专利/^开No. 2008-42571 ) 7>开了将移动画面 屏幕划分为多个区域的技术，并且并行地执行编码，以便编码大屏幕 移动画面。专利文献2(日本专利公开No. 2000-333180)公开了一种
8方法，其中根据图像处理区域的每个条带(slice)的第一个和末尾宏 块不会是跳过(skip)宏块这一原因，改变所关心的跳过宏块的宏块 类型。非专利文献1 ( "Test Model 5" ， MPEG,ORG，在线，2008 年3月 24日搜索，互联网 <URL:http:〃www.mpeg.org/MPEG/MSSG/tm5/> )公开了为了调整比 率，以宏块为单位改变量化参数的技术。非专利文献2 (Tomokazu Murakami和Isao Karube, "A consideration on setting up a quantization parameter of the macroblock level in H.264/AVC" , PCSJ2004, 2004 年11月)公开了根据图像以宏块为单位改变量化参数以实现高质量 图像的技术。
发明内容
发明人研究了遵照H.264决定的移动图像压缩编码系统的多个宏 块的并行编码处理。也即，发明人研究了这种情况，其中编码目标图 像被划分为多个区域，并且从每个划分区域的顶部开始顺序执行并行 处理。特别地，假设在并行处理区域之间不形成条带。在此情形的并
和顶部MB会连续跨过并行处理区域边界。此时，由于并行处理，区 域的顶部MB比连续区域的末尾MB更早被编码。因此，连续跨过并 行处理区域边界的MB的量化参数必须独立地确定。这意味着，当执 行并行处理时，根据编码目标图像的最优量化参数将会提供给量化器寺寺。
在移动图像编码中，考虑到量化参数，在量化正交变换系数(其 已被正交变换和量化)中完全不具有非零系数的MB,有时会在可变 长度编码中被编码为跳过宏块，并且不仅量化正交变换系数而且量化 参数也不包含在可变长度编码信息中。根据H.264,对此类跳过宏块 的解码将使用前一 MB的量化参数。因此，同样在并行编码中，当在 特定并行处理区域的顶部MB中没有非零系数时，需要使用邻近处理 区域的末尾MB的量化参数，此末尾MB是屏幕中的前一MB。然而，如上所述，在并行编码中，经历并行处理的每个区域的顶部MB比连 续前一区域的末尾MB更早被编码，因此，更晚处理的前一区域的末 尾MB的量化参数不能用于比末尾MB更早处理的顶部MB的量化 等。如果忽略此问题，则将在解码中产生解码错误，并且将导致解码 图像质量的劣化。
在H.264标准中，提供解块滤波器作为内环滤波器以减少帧间的 图像失真，并且执行帧内预测。因此，关于提供给解块滤波器的量化 参数，与上述类似，更晚处理的前一区域的末尾MB的量化参数不能 用于比末尾MB更早处理的顶部MB的量化等。尽管事实上没有形成 条带，但是如果在特定并行处理区域的顶部MB和邻近前一区域的末 尾MB之间量化参数不同，那么该区域的顶部MB将经历使用错误的 量化参数的解块滤波，结果是将执行错误的编码。
避免上述问题的第一种简单方法是为每个并行处理区域形成条 带。这是因为，根据标准，不会发生跨过条带的量化参数的引用。然 而，由于在条带之间未应用预测，存在编码效率劣化的问题。第二种 简单方法是在画面中固定量化参数。然而，此方法导致比率不匹配 并且很难控制取决于图像的量化参数；因此，图像质量的退化不可避 免。
上述任一文献都没有给出解决此问题的方法，并且主要的是，上 述文献没有关注H.264标准中的问题。
鉴于上述情况创造了本发明，其提供一种图像编码设备，在不形 成条带的情形下，该设备不需要在跨过并行处理区域边界的连续宏块 之间的量化参数的引用。
从本发明说明书的描述以及附图中，本发明的其他目的和新特征 将变得明显。
下文简要阐释了本申请所公开的发明中一个典型发明的概要。 (1 )通过将非零系数强制添加到区域的顶部宏块中的量化正交 变换系数的一部分，从而避免发生跨过此区域的量化参数的引用。
(2)在区域的顶部宏块的情形下，即使所有量化正交变换系数是零，改变编码块模式的值(coded—block_pattern),该值是指示包 含在可变长度编码信息中的非零系数存在与否的标记，从而指示存在 非零系数，并且增加"mb—qp—delta"(包含在编码流中的邻近宏块之 间的量化参数的差)。因此，避免发生跨过区域的量化参数的引用。 (3)当对区域的顶部宏块进行编码时，保持用过的量化参数， 通过利用保持的量化参数对邻近区域的末尾宏块进行编码，使得能够 进行跨过区域的量化参数的引用。此时，当邻近区域的末尾宏块的所 有量化正交变换系数是零时，针对有关的宏块采用上述(1)或(2) 的方式。
在上述(1)和(2)的任一方式中，没有必要提供条带；因此， 可以跨过并行处理区域边界应用预测，并且编码效率提高。在解码中 不会产生错误，也不会导致解码图像质量的劣化。由于画面中的量化 参数可以不固定，因此通过比率控制和对取决于图像的量化参数的控 制，有可能实现高质量图像。
下文筒要阐述本申请公开的发明中的一个典型发明所获得的效果。
即，在不形成条带的情况下，可以不需要在跨过并行处理区域边 界的连续宏块之间引用量化参数，因此，可以实现解码图像的高质量图像。
图1是示出了根据本发明的第一图像编码设备的配置的框图； 图2是示出了编码目标图像中多个并行处理区域以及每个并行处 理区域中的宏块的示意图3是示出了根据本发明的第二图像编码设备的配置的框图； 图4是示出了可变长度编码器的编码过程的流程图； 图5是示出了根据本发明的第三图像编码设备的配置的框图； 图6是示出了根据本发明的第四图像编码设备的配置的框ii的示意图；以及
图8是示出了替换零值系数的一部分的非零系数的位置的示意 图，其中零值系数已量化和正交变换。
具体实施例方式
此后，参考附图来详细解释本发明的实施方式。 1.实施方式扭X要
首先，解释本申请公开的发明的典型实施方式的概要。在关于典 型实施方式的概括解释中，括号中表示附图中的部件的数字符号仅仅 示出包括在该数字符号所指示的部件的概念中的内容。
(1 )《在顶部MB中系数替换为非零系数》根据本发明第一方 面的图像编码设备(参见图1)从并行处理区域的顶部顺序地通过并 行处理对编码目标图像的宏块进行编码。图像编码设备包括为每个并 行处理区域提供的编码元件。当通过对并行处理区域的顶部宏块进行 量化而得到的量化正交变换系数为全零时，通过将非零系数添加到该 量化正交变换系数的一部分以及将此部分改变为非零，从而编码元件
(2)根据项目(1 )的一个更具体模式的图像编码设备，与上面 一样的，包括为每个并行处理区域提供的编码元件。编码元件包括正 交变换单元、量化器、系数补偿单元、可变长度编码器以及量化参数 计算单元。正交变换单元对编码目标图像的数据与参考图像的数据之
间的图像差值进行正交变换。量化器对由正交变换单元所正交变换的 正交变换系数进行量化，并且输出量化正交变换系数。系数补偿单元 输入由量化器输出的量化正交变换系数。当每个处理区域的顶部宏块 的量化正交变换系数为全零时，系数补偿单元输出部分利用非零系数 替换的有关的量化正交变换系数，并且当量化正交变换系数不是全零 时，系数补偿单元按照原样输出有关的量化正交变换系数。编码器对 由系数补偿单元输出的量化正交变换系数以及必要的编码信息进行 编码。量化参数计算单元生成将要提供给量化器和编码器的量化参数。
(3) 《非零系数的替换位置》在项目(2)中，由系数补偿单元 所替换和输出的非零系数是单值系数。由于非零系数的替换而带来的 数据量的增加变得尽可能的小。
(4) 项目(2)的图像编码设备还包括反量化单元，其对由系 数补偿单元输出的量化正交变换系数进行反量化；反正交变换单元， 其对由反量化单元输出的正交变换系数进行反正交变换；加法器，其 通过将参考图像与由反正交变换单元输出的图像差值相加而生成本 地解码图像；内预测图像生成单元，其基于本地解码图像，生成内预 测图像，该内预测图像是帧内预测图像；解块滤波器单元，其对本地 解码图像执行解块滤波；间预测图像生成单元，其基于输入图像和解 块滤波之后的本地解码图像，生成间预测图像，该间预测图像是帧间 预测图像；以及选择器，其选择由内预测图像生成单元输出的内预测 图像和由间预测图像生成单元输出的间预测图像之一作为参考图像。
(5) 《编码块模式的改变》根据本发明第二方面的图像编码设 备(参见图3和图4)从并行处理区域的顶部顺序地通过并行处理对 编码目标图像的宏块进行编码。图像编码设备包括为每个并行处理区 域提供的编码元件。当在并行处理区域中的顶部宏块的量化正交变换 系数为全零时，通过生成表示存在非零系数的编码块模式，编码元件
(6) 《编码块模式的改变》根据项目(5)的一个更具体模式的 图像编码设备，与项目(5)—样，包括为每个并行处理区域提供的 编码元件。编码元件包括正交变换单元、量化器、可变长度编码器以 及量化参数计算单元。正交变换单元对编码目标图像的数据与参考图 像的数据之间的图像差值进行正交变换。量化器对由正交变换单元所 正交变换的正交变换系数进行量化，并且输出量化正交变换系数。编 码器对由系数补偿单元输出的量化正交变换系数以及必要的编码信 息进行编码。量化参数计算单元生成将要提供给量化器和编码器的量 化参数。当处理区域的顶部宏块的量化正交变换系数为全零时，编码
13器生成表示存在非零系数的编码块模式，以替换表示量化正交变换系 数为全零的编码块模式。
(7) 在项目(6)中，当处理区域的顶部宏块的量化正交变换系
数为全零时，由编码器生成的编码信息不包括量化正交变换系数。
(8) 《在末尾MB中，允许跳过MB，替换为非零系数》根据本 发明第三方面的图像编码设备(参见图5)从并行处理区域的顶部顺 序地通过并行处理对编码目标图像的宏块进行编码。图像编码设备包 括为每个并行处理区域提供的编码元件。通过使用与跨过并行处理区 域边界而邻近的后续并行处理区域的顶部宏块中所使用的相同的量 化参数、对并行处理区域的末尾宏块进行编码，允许在每个并行处理 区域的顶部宏块中生成跳过宏块，以及在并行处理区域的末尾宏块的 量化正交变换系数为全零时，将非零系数添加到量化正交变换系数的 一部分并且将此部分改变为非零，编码元件抑制在每个并行处理区域 的末尾宏块中生成跳过宏块。
(9) 根据项目(8)的一个更具体模式的图像编码设备，与项目 (8)—样，包括为每个并行处理区域提供的编码元件，并且包括量
化参数控制单元。编码元件包括正交变换单元、量化器、系数补偿单 元、编码器以及量化参数计算单元。正交变换单元对编码目标图像的 数据与参考图像的数据之间的图像差值进行正交变换。量化器对由正 交变换单元所正交变换的正交变换系数进行量化，并且输出量化正交 变换系数。系数补偿单元输入由量化器输出的量化正交变换系数。当 每个处理区域的末尾宏块的量化正交变换系数为全零时，系数补偿单 元输出部分利用非零系数替换的有关的量化正交变换系数，并且当量 化正交变换系数不是全零时，系数补偿单元按照原样输出有关的量化 正交变换系数。编码器对由系数补偿单元输出的量化正交变换系数以 及必要的编码信息进行编码。量化参数计算单元生成将要提供给量化 器和编码器的量化参数。量化参数控制单元执行控制，从而在每个编 码元件中，对每个处理区域的顶部宏块和邻近的在前处理区域的末尾 宏块使用相同的量化参数。(10) 在项目(9)中，量化参数控制单元获取和保持每个并行
处理区域的顶部宏块的量化参数，该量化参数由每个编码元件中各自 的量化参数计算单元生成，并且量化参数控制单元执行控制，使得在 每个处理区域的末尾宏块的处理中，使用与在邻近有关宏块的后续处 理区域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数。
(11) 在项目(9)中，由系数补偿单元替换和输出的非零系数 是单值系数。
(12) 《允许跳过MB，编码块模式改变》根据本发明第四方面 的图像编码设备(参见图6)从并行处理区域的顶部顺序地通过并行 处理对编码目标图像的宏块进行编码。图像编码设备包括为每个并行 处理区域提供的编码元件。通过使用与跨过并行处理区域边界而邻近 的后续并行处理区域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数、对并行 处理区域的末尾宏块进行编码，通过允许在每个并行处理区域的顶部 宏块中生成跳过宏块，以及在并行处理区域的末尾宏块的量化正交变 换系数为全零时，生成包括表示存在非零系数的编码块模式的编码信
U3)根据项目(12)的一个更具体模式的图像编码设备，与项 目(12)—样，包括为每个并行处理区域提供的编码元件。编码元件 包括正交变换单元、量化器、编码器以及量化参数计算单元。正交变 换单元对编码目标图像的数据与参考图像的数据之间的图像差值进 行正交变换。量化器对由正交变换单元所正交变换的正交变换系数进 行量化，并且输出量化正交变换系数。编码器对由系数补偿单元输出 的量化正交变换系数以及必要的编码信息进行编码。量化参数计算单 元生成将要提供给量化器和编码器的量化参数。图像编码设备还包括 量化参数控制单元，其控制各个编码元件，从而对每个处理区域的顶 部宏块和邻近的在前处理区域的末尾宏块使用相同的量化参数。当处 理区域的末尾宏块的量化正交变换系数为全零时，编码器生成表示存 在非零系数的编码块模式，以替换表示量化正交变换系数为全零的编 码块模式。(14 )在项目(13 )中，量化参数控制单元获取和保持每个并行 处理区域的顶部宏块的量化参数，该量化参数由每个编码元件中各自 的量化参数计算单元生成。量化参数控制单元执行控制，使得在每个 处理区域的末尾宏块的处理中，使用与在邻近有关宏块的后续处理区 域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数。
(15)在项目(13)中，当每个处理区域的顶部宏块的量化正交 变换系数为全零时，由编码器生成的编码信息不包括量化正交变换系 数。
2.实施方式的细节
进一步详细阐述实施方式。下文中，基于附图详细阐述用于实践 本发明的实施方式。在用于解释本发明的实施方式的全部图形中，相 同符号加之于具有相同的功能的元件，并省略对其的重复性解释。 《实施方式1》
图1示出了根据本发明的实施方式的图像编码设备的配置。图1 中示出的图像编码设备1通过遵照H.264、从并行处理区域的顶部顺 序地并行处理对编码目标图像进行编码，并且其具有为每个并行处理 区域提供的编码元件120-122。例如，当假设图2中的区域20是编码 目标图像时，代表性地由矩形203、 204示出的一个矩形表示宏块。 宏块是16x 16像素集合。编码目标图像20中的宏块的一行区域是并 行处理区域，如矩形202所示。在图2中，可以看出编码目标图像20 包括从并行处理区域0到并行处理区域N。对于从并行处理区域0到 并行处理区域N中的每一个，图像编码设备1按照箭头205的方向、 从左上角的宏块开始、以宏块为单位顺序地并行执行编码。图1中代 表性地所示的编码元件120到122分别对应于并行处理区域0到2。
参考图1来解释典型地示出了其细节的一个编码元件120的配 置。在图1中，正交变换单元101对相应的并行处理区域的输入图像 与参考图像之间的差值图像执行正交变换。量化器102对通过正交变 换单元101得到的正交变换系数进行量化。元件130是系数补偿单元， 其细节将在后面描述。元件U4是区域顶部MB确定单元。可变长度
16编码器103对通过系数补偿单元130得到的量化后的正交变换系数和 必要的编码信息执行可变长度编码。反量化单元104执行对通过系数 补偿单元130得到的量化后的正交变换系数执行反量化。反正交变换 单元105对经由反量化单元104反量化的正交变换系数执行反正交变 换。加法器IIO将通过反正交变换单元105得到的图像差值与参考图 像相加，并生成本地解码图像。内预测图像生成单元107基于从加法 器IIO输出的本地解码图像，生成内预测图像，该内预测图像是帧内 预测图像。解块滤波器单元106对从加法器IIO输出的本地解码图像 执行解块滤波。间预测图像生成单元108基于输入图像和经由解块滤 波器单元106解块滤波的本地解码图像，生成间预测图像，该间预测 图像是帧间预测图像。选择器109根据图像压缩算法，选择由内预测 图像生成单元107生成的内预测图像和由间预测图像生成单元108生 成的间预测图像之一作为参考图像。减法器111计算输入图像和参考 图像之间的差。通过量化参数计算单元112来确定量化参数，并将其 提供给量化器102、可变长度编码器103、反量化单元104以及解块 滤波器单元106。除了系数补偿单元130之外的元件的配置是按照 H.246的编码设备的通用配置。其他编码元件也类似地配置。在每个 编码元件中得到的可变长度代码通过流集成单元123进行集成以生成 最终的位流。因此，实现并行编码。在图1中，作为示例，编码设备 具有三个并行编码元件120、 121和122，每个编码元件具有相同的配 置。然而，并行的数量是任意的。而且，每个编码元件的其他部件可 以不同，只要保持上述配置。也可以使得可变长度编码器103的输出 为固定长度数据，并且由流集成单元123集中执行可变长度编码。
成跳过宏块的电路块。也即，当并行处理区域的顶部宏块的所有量化 正交变换系数为零时，系数补偿单元130将非零系数添加到量化正交 变换系数的一部分，并且将此部分改变为非零。具体地，系数补偿单 元130包括系数存在/不存在确定单元113、系数添加确定单元115、 系数添加单元116、选择器117以及选择器118。区域顶部MB确定单元114确定并行处理区域的当前处理的目标宏块是否是顶部宏块。 系数存在/不存在确定单元113确定对应于经由量化器102得到的一个 宏块的量化后的正交变换系数(量化正交变换系数)是否全部为零值 系数。基于用于确定当前处理的目标宏块是否是顶部宏块的区域顶部 MB确定单元114的确定结果，以及用于确定量化正交变换系数是否 全部为零的系数存在/不存在确定单元113的确定结果，系数添加确定 单元115确定是否将非零系数添加到当前宏块的量化正交变换系数的 一部分，以及控制选择器117和118的切换。也即，当当前宏块不是 顶部宏块，或者当前宏块是顶部宏块但是包含非零系数时，量化器102 的输出按照原样被直接输出至可变长度编码器103。另一方面，当当 前宏块是顶部宏块并且完全不包含非零系数时，在通过系数添加单元 116将非零系数添加到量化器102的输出的一部分之后，量化器102 的输出被输出至可变长度编码器103。换言之，量化器102的输出经 由系数添加单元U6部分地被非零系数替换，并且被输出至可变长度 编码器103。
进一步地，参考图1和图2整体解释并行编码。在图2中，区域 201和202表示编码目标图像20中的并行处理区域，并且分别通过不 同的编码元件120和121被并行编码。符号203表示并行处理区域201 的末尾MB,符号204表示并行处理区域202的顶部MB。
在移动图像编码中，某些情况下，通过量化器102得到的量化正 交变换系数的所有值可能都为零。根据H.264标准，当所有正交变换 系数为零时，在通过流集成单元123得到的可变长度编码之后，量化 参数不会添加到流的有关宏块，但是在解码中会使用邻近的前一 MB 的量化参数对有关宏块进行处理。也就是说，当图2中并行处理区域 的顶部MB 204的量化正交变换系数的所有值都为零时，在解码时， 会使用并行处理区域的末尾MB 203的量化参数。为了对应于此情况， 在编码时，顶部MB 204必须使用并行处理区域的末尾MB 203的量 化参数进行处理。由于并行处理区域201和并行处理区域202是并行 处理的，因此并行处理区域201的末尾MB 203的量化参数和并行处理区域202的顶部MB 204的量化参数不必一致。简言之，当按照箭 头2052的方向、从每个并行处理区域的顶部顺序4丸行并行处理时， 在顶部MB 204的处理完成之后执行末尾MB 203的处理，因此，可 以预料到，有可能使用错误的量化参数执行解码。
为了避免此情况， 一种可能的方法是以处理区域为单位形成条 带，以及添加量化参数到处理区域的顶部MB。由于在此方法中不再 应用跨过条带的宏块之间的预测，代码的数量会增加，并且编码效率 会降低。另一种避免此情况的可能方法是在画面中固定量化参数。如 果画面中的量化参数是固定的，那么在跨过并行处理区域边界的宏块 中的量化参数不会不同；因此，正常地执行编码。然而，通过固定量 化参数，比率可能开始不一致，并且可能变得很难控制取决于图像的 量化参数；因此，图像质量被认为劣化。
根据本实施方式，通过使得处理区域的顶部MB的正交变换系数 的一部分为非零，抑制了跳过宏块的生成，并且跨过并行处理区域边
界的连续宏块之间的量化参数的引用变得没有必要。在图1中，区域 顶部MB确定单元114确定MB位置，并且系数存在/不存在确定单 元113确定经由量化器102得到的量化正交变换系数是否全部为零。 当在顶部宏块的量化正交变换系数中完全不包含非零系数时，执行由 非零系数替换至少一个零值系数的处理。只要在宏块中存在至少一个 非零正交变换系数就足够了。例如，在亮度分量或色度分量中，在换 算为8x8宏块的情况下，非零正交变换系数的位置可以位于64个像 素中的64个系数的任何一个；并且在换算为4x4宏块的情况下，非 零正交变换系数的位置可以位于16个像素中的16个系数的任何一 个。而且，只要在64个像素中的64个系数中或者16个像素中的16
个系数中存在至少一个非零系数就足够了。更具体地，当待编码的图 像非常单调(flat)时，将非零系数添加到DC分量的位置；并且当待 编码的图像具有许多高频分量时，将非零系数添加到AC分量中较高 频率分量的位置，如图8所示。通过这种方式，可以通过改变:f又决于 图像的附加位置来使得影响在视觉上不那么显著。另一方面，添加位
19置可以由随机数来确定。
如图2所示，根据实施方式1,当并行处理区域l的顶部MB204 的所有正交变换系数都为零时，通过将非零系数强制添加到正交变换 系数的一部分，可变长度编码之后将量化参数添加给流；因此，可以 生成能够被正确解码的流。由于没有必要形成条带，因此跨过并行处 理区域边界来应用预测，并且编码效率提高。在解块滤波器单元106 的滤波中不产生错误。而且，由于画面中的量化参数可以是不固定的， 因此可以通过比率控制和对取决于图像的量化参数的控制来实现高 质量图像。
《实施方式2》
图3示出了根据本发明的另一实施方式的图像编码设备的配置。 图1的配置采用系数补偿单元130，从而抑制在并行处理区域的顶部 宏块的处理中生成跳过宏块。与此相反，图3的图像编码设备2通过 可变长度编码器233的处理来抑制生成跳过宏块。
图3与图1的不同之处在于其采用可变长度编码器233和区域 顶部MB确定单元235,来代替图1的系数补偿单元130和可变长度 编码器103。区域顶部MB确定单元235具有与图1的区域顶部MB 确定单元114相同的功能。具有与图1中相同功能的其他电路块采用 与图1中相同的参考符号，并且在此省略对其的详细解释。在图3中， 反量化单元104输入从量化器102输出的量化正交变换系数。
区域顶部MB确定单元235确定并行处理区域的当前处理的目标 宏块是否是顶部宏块。除了遵照H.264的可变长度编码功能之外，可 变长度编码器233具有系数存在/不存在确定单元232和编码块模式 (CBP)编码器234。系数存在/不存在确定单元232确定对应于经由 量化器102得到的 一个宏块的量化后的正交变换系数(量化正交变换 系数)是否全部为零值系数。CBP编码器234接收通过区域顶部MB 确定单元235得到的并行处理区域的顶部MB确定结果、以及通过用 于确定所有量化正交变换系数是否为零的系数存在/不存在确定单元 232得到的确定结果，并且按照H.264的语法对编码块模式(coded—block_pattern )进行编码。当在对并行处理区域的顶部宏块 的处理中，所有量化正交变换系数都为零时，CBP编码器234执行处 理，使得设置表示存在非零系数的编码块模式，以替换表示所有量化 正交变换系数为零的编码块模式，并且"mb—qp—delta"可以总是添加 到位流。根据H.264， "mb_qp—delta"是包含在编码流中的邻近宏块 之间的量化参数的差，或者简单地说，它是利用针对有关宏块的量化 所使用的量化参数的差值信息。
图4是示出可变长度编码器233的编码过程的流程图。在步骤 S241,确定MB的编码格式是否是Intra—16x 16 (内J6x 16)，并且 在Intra—16 x 16的情况下，流程跳转到步骤S250。在步骤S242，确 定是否存在任何非零系数。在步骤S243,生成指示存在非零系数的 编码块模式"coded—block_pattern"。在步骤S244,生成指示不存在 非零系数的编码块模式"coded_block_pattern"。根据步骤S242的确 定，当存在非零系数时，执行步骤S243;以及当不存在非零系数时， 执行步骤S244。在步骤S245,确定"coded—block_pattern"是否指示 存在非零系数。当"coded—block_pattern"指示不存在非零系数时， 流程跳转到步骤S246。在步骤S246,确定目标宏块是否是跳过宏块
(Skip MB )。当目标宏块是跳过宏块(Skip MB )时，跳过所有后续 步骤。在步骤S247,对指示之前已经存在多少跳过MB的跳过MB 信息进行编码。在步骤S248，对MB预测信息(H.264中的宏块预测 信息)进行编码。在步骤S249，对编码块模式(coded—block_pattern) 进行编码。在步骤S250,对"mb—qp_delta"进行编码。在步骤S251, 对指示非零系数的数量的"coeff—token"进行编码。在步骤S252,确 定非零系数的数量是否为零。在步骤S253，对系数进行编码。在步 骤S252，当非零系数的数量为零时，跳过步骤S253,并且不对系数 编码。在步骤S254，确定当前块是否是末尾块。当当前块不是末尾 块时，重复循环步骤S251-S253。以上描述指出了 H.264编码的通用 流程。在本发明中，增加了步骤S260和S261。在步骤S260,区域顶 部MB确定单元235确定当前宏块是否是顶部MB。在步骤S261，CBP编码器234生成指示存在非零系数的"coded—block_pattern"。即使 当在步骤S242中确定不存在非零系数时，如果在步骤S260中区域顶 部MB确定单元235确定当前宏块是顶部MB,则在步骤S261中生 成指示存在非零系数的"coded—block_pattem"。结果，在步骤S250 中添加"mb—qp_delta，，，并且由于非零系数的数量是零，因此跳过步 骤S253,并且不对系数进行编码。跳过MB信息、MB预测信息、
"coded—block_pattern" 、 "mb—qp_delta"和"coeff—token"是作为 将要被可变长度编码的可变长度编码信息来配置宏块语法(宏块层语 法)的语法元素，如图7所示。
通过采用根据实施方式2的图像编码设备2，即使区域顶部MB 的所有量化正交变换系数为零，也有可能在可变长度编码之后将量化 参数添加给流，并且可以生成确保正确解码的流。由于没有必要形成 条带，因此跨过并行处理区域边界来应用预测，并且编码效率提高。 而且，由于画面中的量化参数可以是不固定的，可以通过比率控制和 对取决于图像的量化参数的控制来实现高质量图像。即使与实施方式 1相比较，由于具有较差编码效率的所有量化正交变换系数保持为零， 因此编码效率很高，并且可以获得满意的图像质量。 《实施方式3》
图5示出了根据本发明的又一实施方式的图像编码设备的配置。 图5的图像编码设备3采用如下配置，其中通过使用类似于图l的系 数补偿单元，将相等的量化参数分配给将并行处理区域边界夹在中间 的顶部宏块和末尾宏块，并且抑制在横跨并行处理区域边界的末尾宏 块中生成跳过宏块。与图1的不同之处如下。在每个编码元件320-322 中，采用区域顶部MB/末尾MB确定单元344来代替区域顶部MB确 定单元114，提供对于所有编码元件320-322公共的量化参数控制单 元350，以及提供类似于系数补偿单元130的系数补偿单元330。
区域顶部MB/末尾MB确定单元344确定并行处理区域的所处理 的目标宏块是顶部MB还是末尾MB。确定结果提供给量化参数控制 单元350和系数添加确定单元345。量化参数控制单元350保持在对并行处理区域的顶部宏块编码时
所使用的量化参数，并且使用该保持的量化参数对邻近区域的末尾宏 块进行编码。通过此方案，能够支持并行处理区域的跨过并行处理区 域边界的量化参数的引用。换言之，允许并行处理区域的顶部宏块是 跳过宏块。此时，当邻近区域的末尾宏块的所有量化正交变换系数为 零时，使用系数补偿单元来抑制有关的宏块变为跳过宏块，以及抑制 产生量化参数在有关的末尾宏块与先前宏块之间是不相同的矛盾。
系数补偿单元330用作如下电路块，其中，当并行处理区域的末 尾宏块的所有量化正交变换系数为零时，通过将非零系数添加到量化 正交变换系数的一部分以及将此部分改变为非零，抑制在每个并行处 理区域的末尾宏块中生成跳过宏块。具体地，系数补偿单元330包括 系数存在/不存在确定单元343、系数添加确定单元345、系数添加单 元346、选择器347和选择器348。系数存在/不存在确定单元343确 定对应于经由量化器102得到的一个宏块的量化后的正交变换系数 (量化正交变换系数)是否全部为零值系数。基于用于确定当前处理 的目标宏块是否是末尾宏块的区域顶部MB/末尾MB确定单元344的 确定结果，以及用于确定所有的量化正交变换系数是否为零的系数存 在/不存在确定单元343的确定结果，系数添加确定单元345确定是否 将非零系数添加到当前宏块的量化正交变换系数的 一部分，以及控制
选择器347和348的切换。也即，当当前宏块不是末尾宏块时，或者 当当前宏块是末尾宏块但是包含非零系数时，量化器102的输出按照 原样被直接输出至可变长度编码器103。另一方面，当当前宏块是末 尾宏块并且完全不包含非零系数时，在通过系数添加单元346将非零 系数添加到量化器102的输出的一部分之后，量化器102的输出被输 出至可变长度编码器103。换言之，量化器102的输出经由系数添加 单元346部分地被非零系数替换，并且被输出至可变长度编码器103 。 对于替换的非零系数，处理与图l的情况相同。
量化参数控制单元350根据区域顶部MB/末尾MB确定单元344 的确定结果来控制量化参数。当确定结果指示当前宏块是区域顶部MB时，量化参数控制单元350在内部保持当前从量化参数计算单元 112输出的量化参数。当确定结果指示当前宏块是区域末尾MB时， 量化参数控制单元350将在邻近处理区域的顶部MB所保持的量化参 数提供给量化参数计算单元112,以用作针对区域末尾MB的量化参 数。尽管本示例示出了利用在区域顶部MB计算的量化参数来对区域 末尾MB进行量化的控制，但是也可以进行采用外部建立的量化参数 对区域顶部MB和区域末尾MB进4亍编石马的控制。
在图5的图像编码设备3中，如图2所示，当并行处理区域202 的顶部MB 204的所有正交变换系数为零时，有可能使用并行处理区 域201的末尾MB 203的量化参数来解码。同样，当区域末尾MB的 所有正交变换系数为零时，通过由系数补偿单元330强制添加非零系 数，在可变长度编码之后可以将量化参数添加到流；因此，有可能生 成能够被正确解码的流。由于没有必要形成条带，跨过并行处理区域 边界来应用预测，并且编码效率提高。而且，由于画面中的量化参数 可以是不固定的，有可能通过比率控制和对取决于图像的量化参数的 控制来实现高质量图像。 《实施方式4》
图6示出了根据本发明的又一实施方式的图像编码设备的配置。 图6的图像编码设备4采用如下配置，其中通过使用类似于图3的可 变长度编码器433，将相等的量化参数分配给将并行处理区域边界夹 在中间的顶部宏块和末尾宏块，并且抑制在横跨并行处理区域边界的 末尾宏块中生成跳过宏块。与图3的不同之处如下。在每个编码元件 420-422中，采用区域顶部MB/末尾MB确定单元435来代替区域顶 部MB确定单元235，提供对于所有编码元件420-422公共的量化参 数控制单元450，以及提供类似于可变长度编码器233的可变长度编 码器433。
区域顶部MB/末尾MB确定单元435确定并行处理区域的所处理 的目标宏块是顶部MB还是末尾MB。确定结果提供给量化参数控制 单元450和CBP编码器434。所使用的量化参数，并且使用该保持的量化参数对邻近区域的末尾宏 块进行编码。通过此方案，能够支持并行处理区域的跨过并行处理区 域边界的量化参数的引用。换言之，允许并行处理区域的顶部宏块是 跳过宏块。此时，当邻近区域的末尾宏块的所有量化正交变换系数为 零时，通过使用可变长度编码器433来抑制有关的宏块变为跳过宏块， 以及抑制产生量化参数在有关的末尾宏块与先前宏块之间是不相同 的矛盾。
除了符合H.264的可变长度编码功能之外，可变长度编码器433 具有系数存在/不存在确定单元432和编码块模式(CBP)编码器434。 系数存在/不存在确定单元432确定对应于经由量化器102得到的 一个 宏块的量化后的正交变换系数(量化正交变换系数)是否全部为零值 系数。CBP编码器434接收通过区域顶部MB/末尾MB确定单元435 得到的并行处理区域的末尾MB确定结果，以及通过用于确定所有的 量化正交变换系数是否为零的系数存在/不存在确定单元432得到的 确定结果，以及按照H.264的语法对编码块才莫式(coded_block_pattern ) 进行编码。当在对并行处理区域的末尾宏块进行处理的情况下，所有 量化正交变换系数为零时，CBP编码器434执行处理，使得设置表示 存在非零系数的编码块模式，以替换表示所有量化正交变换系数为零 的编码块模式，并且可以总是将"mb—qp—delta"添加到位流。
量化参数控制单元450根据区域顶部MB/末尾MB确定单元435 的确定结果来控制量化参数。当确定结果指示当前宏块是区域顶部 MB时，量化参数控制单元450在内部保持当前从量化参数计算单元 112输出的量化参数。当确定结果指示当前宏块是区域末尾MB时， 量化参数控制单元450将在邻近处理区域的顶部MB所保持的量化参 数提供给量化参数计算单元112，以用作针对区域末尾MB的量化参 数。尽管本示例示出了利用在区域顶部MB计算的量化参数来对区域 末尾MB进行量化的控制，但是也可以采用利用外部建立的量化参数 对区域顶部MB和区域末尾MB进行编码的控制。根据图6的图像编码设备4，当并行处理区域的顶部MB的所有 正交变换系数为零时，有可能使用并行处理区域的末尾MB的量化参 数来解码。即使当并行处理区域的末尾MB的所有正交变换系数为零 时，有可能在可变长度编码之后将量化参数添加到流中，以及生成能 够被正确解码的流。由于没有必要形成条带，跨过并行处理区域边界 来应用预测，并且编码效率^^高。而且，由于画面中的量化参数可以 是不固定的，有可能通过比率控制和对取决于图像的量化参数的控制 来实现高质量图像。即使当与图5进行比较时，由于具有较差编码效 率的所有量化正交变换系数保持为零，因此编码效率很高，并且可以 获得满意的图像质量。
在上文中，已经基于实施方式具体描述了本发明人完成的发明。 然而，应该强调，本发明不限于这些实施方式，其可以在不偏离主旨 的范围内进行各种变化。
权利要求
1. 一种从并行处理区域的顶部顺序地通过并行处理对编码目标图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括为每个并行处理区域提供的编码元件；其中，当通过对所述并行处理区域的顶部宏块进行量化而得到的量化正交变换系数全部为零时，通过将非零系数添加到所述量化正交变换系数的一部分以及将该部分改变为非零，所述编码元件抑制在每个并行处理区域的顶部宏块中生成跳过宏块。
2. —种从并行处理区域的顶部顺序地通过并行处理对编码目标 图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括为每个并行处理区域提供的编码元件； 其中所述编码元件包括正交变换单元，可操作用于对编码目标图像的数据和参考图像的 数据之间的图像差值进行正交变换；量化器，可操作用于对通过所述正交变换单元所正交变换的正交 变换系数进行量化，以及可操作用于输出量化正交变换系数；系数补偿单元，可操作用于输入由所述量化器输出的所述量化正 交变换系数，以及当每个并行处理区域的顶部宏块的所述量化正交变 换系数全部为零时，所述系数补偿单元可操作用于输出部分利用非零 系数替换的有关的量化正交变换系数，以及当所述量化正交变换系数 不是全部为零时，所述系数补偿单元可操作用于按照原样输出有关的 量化正交变换系数；编码器，可操作用于对由所述系数补偿单元输出的量化正交变换 系数和必要的编码信息进行编码；以及量化参数计算单元，可操作用于生成将要提供给所述量化器和编 码器的量化参数。
3. 根据权利要求2所述的图像编码设备，其中，由所述系数补偿单元所替换和输出的非零系数是单值系数,
4.根据权利要求2所述的图像编码设备，进一步包括反量化单元，可操作用于对由所述系数补偿单元输出的所述量化 正交变换系数执行反量化；反正交变换单元，可操作用于对由所述反量化单元输出的正交变 换系数执行反正交变换；加法器，可操作用于通过将所述参考图像与由所述反正交变换单 元输出的图像差值进行相加而生成本地解码图像；内预测图像生成单元，可操作用于基于所述本地解码图像来生成 内预测图像，所述内预测图像是帧内预测图像；解块滤波器单元，可操作用于对所述本地解码图像执行解块滤波；间预测图像生成单元，可操作用于基于输入图像和解块滤波之后 的本地解码图像来生成间预测图像，所述间预测图像是帧间预测图 像；以及选择器，可操作用于选择由所述内预测图像生成单元输出的内预 测图像和由所述间预测图像生成单元输出的间预测图像中的一个作 为参考图像。
5.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件；正交变换系数全部为零时，通过生成包含表示存在非零系数的编码块 模式的编码信息，所述编码元件抑制在每个并行处理区域的顶部宏块 中生成跳过宏块。
6.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件； 其中所述编码元件包括正交变换单元，可操作用于对编码目标图像的数据和参考图像的数据之间的图像差值进行正交变换；量化器，可操作用于对通过所述正交变换单元所正交变换的正交 变换系数进行量化，以及可操作用于输出量化正交变换系数；编码器，可操作用于对由系数补偿单元输出的量化正交变换系数 和必要的编码信息进行编码；以及量化参数计算单元，可操作用于生成将要提供给所述量化器和编 码器的量化参数，以及其中，当所述并行处理区域的顶部宏块的所述量化正交变换系数 全部为零时，所述编码器生成表示存在非零系数的编码块模式，以替换表示所述量化正交变换系数全部为零的编码块模式。
7.根据权利要求6所述的图像编码设备，其中，当所述并行处理区域的顶部宏块的所述量化正交变换系数 全部为零时，由所述编码器生成的编码信息不包括量化正交变换系数。
8.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件；其中，通过使用与跨过并行处理区域边界而邻近的后续并行处理 区域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数对并行处理区域的末尾 宏块进行编码，允许在每个并行处理区域的顶部宏块中生成跳过宏 块，以及在所述并行处理区域的末尾宏块的量化正交变换系数全部为 零时，将非零系数添加到所述量化正交变换系数的 一部分并且将该部块中生成跳过宏块。
9.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件；以及 量化参数控制单元，其中所述编码元件包括正交变换单元，可操作用于对编码目标图像的数据和参考图像的数据之间的图像差值进行正交变换；量化器，可操作用于对通过所述正交变换单元所正交变换的正交 变换系数进行量化，以及可操作用于输出量化正交变换系数；系数补偿单元，可操作用于输入由所述量化器输出的所述量化正 交变换系数，以及当每个处理区域的末尾宏块的所述量化正交变换系 数全部为零时，所述系数补偿单元可操作用于输出利用非零系数部分 地替换的有关的量化正交变换系数，以及当所述量化正交变换系数不 是全部为零时，所述系数补偿单元可操作用于按照原样输出有关的量 化正交变换系数；编码器，可操作用于对由所述系数补偿单元输出的量化正交变换 系数和必要的编码信息进行编码；以及量化参数计算单元，可操作用于生成将要提供给所述量化器和编 码器的量化参数，以及其中，所述量化参数控制单元执行控制，使得在每个所述编码元 件中，对每个处理区域的顶部宏块和邻近的在前处理区域的末尾宏块使用相同的量化参数。
10. 根据权利要求9所述的图像编码设备， 其中所述量化参数控制单元获取和保持每个并行处理区域的顶部宏块的量化参数，该量化参数由每个编码元件中各自的量化参数计 算单元生成，以及其中所述量化参数控制单元执行控制，使得在每个处理区域的末 尾宏块的处理中，使用与在邻近有关的宏块的后续处理区域的顶部宏 块中所使用的相同的量化参数。
11. 根据权利要求9所述的图像编码设备，其中，由所述系数补偿单元所替换和输出的非零系数是单值系数。
12.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件；其中，通过使用与跨过并行处理区域边界而邻近的后续并行处理 区域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数对并行处理区域的末尾块，以及在所述并行处理区域的末尾宏块的量化正交变换系数全部为 零时，生成包括表示存在非零系数的编码块模式的编码信息，从而所
13. —种从并行处理区域的顶部顺序地通过并4于处理对编码目标 图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括为每个并行处理区域提供的编码元件；以及量化参数控制单元，其中所述编码元件包括正交变换单元，可操作用于对编码目标图像的数据和参考图像的 数据之间的图像差值进行正交变换；量化器，可操作用于对通过所述正交变换单元所正交变换的正交 变换系数进行量化，以及可操作用于输出量化正交变换系数；编码器，可操作用于对由系数补偿单元输出的量化正交变换系数 和必要的编码信息进行编码；以及量化参数计算单元，可操作用于生成将要提供给所述量化器和编 码器的量化参数，其中，所述量化参数控制单元控制各个编码元件，使得对每个并 行处理区域的顶部宏块和邻近的在前并行处理区域的末尾宏块使用 相同的量化参数，以及其中，当所述并行处理区域的末尾宏块的所述量化正交变换系数 全部为零时，所述编码器生成表示存在非零系数的编码块模式，以替换表示所述量化正交变换系数全部为零的编码块模式。
14. 根据权利要求13所述的图像编码设备， 其中所述量化参数控制单元获取和保持每个并行处理区域的顶部宏块的量化参数，该量化参数由每个编码元件中各自的量化参数计 算单元生成，以及其中所述量化参数控制单元执行控制，使得在每个并行处理区域 的末尾宏块的处理中，使用与在邻近有关的宏块的后续并行处理区域 的顶部宏块中所使用的相同的量化参数。
15.根据权利要求13所述的图像编码设备，其中，当每个并行处理区域的顶部宏块的所述量化正交变换系数 全部为零时，通过所述编码器生成的编码信息不包括量化正交变换系数。
全文摘要
本发明提供了一种图像编码设备，在不形成条带的情况下，其不需要在跨过并行处理区域边界的连续宏块之间的量化参数的引用。图像编码设备从并行处理区域的顶部顺序地通过并行处理对编码目标图像的宏块进行编码，并且该图像编码设备具有用于每个并行处理区域的编码元件。当并行处理区域的顶部宏块的所有量化正交变换系数为零时，编码元件将非零系数添加到部分系数，使得系数为非零。因此，抑制在每个并行处理区域的顶部宏块中生成跳过宏块。由于没有必要形成条带，因此在并行处理区域边界上应用预测，因而编码效率提高。在解码时不会产生错误，并且解码图像质量不会劣化。
文档编号H04N7/26GK101547358SQ200910005428
公开日2009年9月30日 申请日期2009年1月20日 优先权日2008年3月27日
发明者岩田宪一, 望月诚二, 木村基, 松本圭介, 泉原史幸 申请人:株式会社瑞萨科技
技术领域：
本发明涉及图像编码设备，以及涉及当应用于移动图像记录和重 现设备时有效的技术，通常，此类设备例如拥有用于移动图像编码/ 解码的硬件和软件的数码相机、数码摄像机、DVD(数字多功能盘) /HDD (硬盘驱动器)记录器、移动电话等。
背景技术：
在处理移动图像代码的系统中，HD(高清晰度)已经进入激增 时期，并且较大屏幕(诸如4k数字影院)、超级高品质电视(Hi-Vision ) 等的利用正朝研究级别发展。要求处理这些信号的图像编码设备和图 像解码设备具有高处理能力。为了利用低功耗(以低操作频率)来改 进处理能力，提出了并行编码，其将成为未来处理移动图像时必不可 少的技术。H.264标准可以提供高达1/100-1/200的高压缩，同时保持 高质量图像。因此，H.264标准被用作地面数字广播的编码标准以及 下一代DVD标准，并且还计划将其采纳为未来4k数字影院或超级高 品质电纟见的编码标准。
下列文献探讨了移动图像并行编码技术以及以宏块为单位改变 量化参数的编码技术。
专利文献1 (日本专利/^开No. 2008-42571 ) 7>开了将移动画面 屏幕划分为多个区域的技术，并且并行地执行编码，以便编码大屏幕 移动画面。专利文献2(日本专利公开No. 2000-333180)公开了一种
8方法，其中根据图像处理区域的每个条带(slice)的第一个和末尾宏 块不会是跳过(skip)宏块这一原因，改变所关心的跳过宏块的宏块 类型。非专利文献1 ( "Test Model 5" ， MPEG,ORG，在线，2008 年3月 24日搜索，互联网 <URL:http:〃www.mpeg.org/MPEG/MSSG/tm5/> )公开了为了调整比 率，以宏块为单位改变量化参数的技术。非专利文献2 (Tomokazu Murakami和Isao Karube, "A consideration on setting up a quantization parameter of the macroblock level in H.264/AVC" , PCSJ2004, 2004 年11月)公开了根据图像以宏块为单位改变量化参数以实现高质量 图像的技术。
发明内容
发明人研究了遵照H.264决定的移动图像压缩编码系统的多个宏 块的并行编码处理。也即，发明人研究了这种情况，其中编码目标图 像被划分为多个区域，并且从每个划分区域的顶部开始顺序执行并行 处理。特别地，假设在并行处理区域之间不形成条带。在此情形的并
和顶部MB会连续跨过并行处理区域边界。此时，由于并行处理，区 域的顶部MB比连续区域的末尾MB更早被编码。因此，连续跨过并 行处理区域边界的MB的量化参数必须独立地确定。这意味着，当执 行并行处理时，根据编码目标图像的最优量化参数将会提供给量化器寺寺。
在移动图像编码中，考虑到量化参数，在量化正交变换系数(其 已被正交变换和量化)中完全不具有非零系数的MB,有时会在可变 长度编码中被编码为跳过宏块，并且不仅量化正交变换系数而且量化 参数也不包含在可变长度编码信息中。根据H.264,对此类跳过宏块 的解码将使用前一 MB的量化参数。因此，同样在并行编码中，当在 特定并行处理区域的顶部MB中没有非零系数时，需要使用邻近处理 区域的末尾MB的量化参数，此末尾MB是屏幕中的前一MB。然而，如上所述，在并行编码中，经历并行处理的每个区域的顶部MB比连 续前一区域的末尾MB更早被编码，因此，更晚处理的前一区域的末 尾MB的量化参数不能用于比末尾MB更早处理的顶部MB的量化 等。如果忽略此问题，则将在解码中产生解码错误，并且将导致解码 图像质量的劣化。
在H.264标准中，提供解块滤波器作为内环滤波器以减少帧间的 图像失真，并且执行帧内预测。因此，关于提供给解块滤波器的量化 参数，与上述类似，更晚处理的前一区域的末尾MB的量化参数不能 用于比末尾MB更早处理的顶部MB的量化等。尽管事实上没有形成 条带，但是如果在特定并行处理区域的顶部MB和邻近前一区域的末 尾MB之间量化参数不同，那么该区域的顶部MB将经历使用错误的 量化参数的解块滤波，结果是将执行错误的编码。
避免上述问题的第一种简单方法是为每个并行处理区域形成条 带。这是因为，根据标准，不会发生跨过条带的量化参数的引用。然 而，由于在条带之间未应用预测，存在编码效率劣化的问题。第二种 简单方法是在画面中固定量化参数。然而，此方法导致比率不匹配 并且很难控制取决于图像的量化参数；因此，图像质量的退化不可避 免。
上述任一文献都没有给出解决此问题的方法，并且主要的是，上 述文献没有关注H.264标准中的问题。
鉴于上述情况创造了本发明，其提供一种图像编码设备，在不形 成条带的情形下，该设备不需要在跨过并行处理区域边界的连续宏块 之间的量化参数的引用。
从本发明说明书的描述以及附图中，本发明的其他目的和新特征 将变得明显。
下文简要阐释了本申请所公开的发明中一个典型发明的概要。 (1 )通过将非零系数强制添加到区域的顶部宏块中的量化正交 变换系数的一部分，从而避免发生跨过此区域的量化参数的引用。
(2)在区域的顶部宏块的情形下，即使所有量化正交变换系数是零，改变编码块模式的值(coded—block_pattern),该值是指示包 含在可变长度编码信息中的非零系数存在与否的标记，从而指示存在 非零系数，并且增加"mb—qp—delta"(包含在编码流中的邻近宏块之 间的量化参数的差)。因此，避免发生跨过区域的量化参数的引用。 (3)当对区域的顶部宏块进行编码时，保持用过的量化参数， 通过利用保持的量化参数对邻近区域的末尾宏块进行编码，使得能够 进行跨过区域的量化参数的引用。此时，当邻近区域的末尾宏块的所 有量化正交变换系数是零时，针对有关的宏块采用上述(1)或(2) 的方式。
在上述(1)和(2)的任一方式中，没有必要提供条带；因此， 可以跨过并行处理区域边界应用预测，并且编码效率提高。在解码中 不会产生错误，也不会导致解码图像质量的劣化。由于画面中的量化 参数可以不固定，因此通过比率控制和对取决于图像的量化参数的控 制，有可能实现高质量图像。
下文筒要阐述本申请公开的发明中的一个典型发明所获得的效果。
即，在不形成条带的情况下，可以不需要在跨过并行处理区域边 界的连续宏块之间引用量化参数，因此，可以实现解码图像的高质量图像。
图1是示出了根据本发明的第一图像编码设备的配置的框图； 图2是示出了编码目标图像中多个并行处理区域以及每个并行处 理区域中的宏块的示意图3是示出了根据本发明的第二图像编码设备的配置的框图； 图4是示出了可变长度编码器的编码过程的流程图； 图5是示出了根据本发明的第三图像编码设备的配置的框图； 图6是示出了根据本发明的第四图像编码设备的配置的框ii的示意图；以及
图8是示出了替换零值系数的一部分的非零系数的位置的示意 图，其中零值系数已量化和正交变换。
具体实施例方式
此后，参考附图来详细解释本发明的实施方式。 1.实施方式扭X要
首先，解释本申请公开的发明的典型实施方式的概要。在关于典 型实施方式的概括解释中，括号中表示附图中的部件的数字符号仅仅 示出包括在该数字符号所指示的部件的概念中的内容。
(1 )《在顶部MB中系数替换为非零系数》根据本发明第一方 面的图像编码设备(参见图1)从并行处理区域的顶部顺序地通过并 行处理对编码目标图像的宏块进行编码。图像编码设备包括为每个并 行处理区域提供的编码元件。当通过对并行处理区域的顶部宏块进行 量化而得到的量化正交变换系数为全零时，通过将非零系数添加到该 量化正交变换系数的一部分以及将此部分改变为非零，从而编码元件
(2)根据项目(1 )的一个更具体模式的图像编码设备，与上面 一样的，包括为每个并行处理区域提供的编码元件。编码元件包括正 交变换单元、量化器、系数补偿单元、可变长度编码器以及量化参数 计算单元。正交变换单元对编码目标图像的数据与参考图像的数据之
间的图像差值进行正交变换。量化器对由正交变换单元所正交变换的 正交变换系数进行量化，并且输出量化正交变换系数。系数补偿单元 输入由量化器输出的量化正交变换系数。当每个处理区域的顶部宏块 的量化正交变换系数为全零时，系数补偿单元输出部分利用非零系数 替换的有关的量化正交变换系数，并且当量化正交变换系数不是全零 时，系数补偿单元按照原样输出有关的量化正交变换系数。编码器对 由系数补偿单元输出的量化正交变换系数以及必要的编码信息进行 编码。量化参数计算单元生成将要提供给量化器和编码器的量化参数。
(3) 《非零系数的替换位置》在项目(2)中，由系数补偿单元 所替换和输出的非零系数是单值系数。由于非零系数的替换而带来的 数据量的增加变得尽可能的小。
(4) 项目(2)的图像编码设备还包括反量化单元，其对由系 数补偿单元输出的量化正交变换系数进行反量化；反正交变换单元， 其对由反量化单元输出的正交变换系数进行反正交变换；加法器，其 通过将参考图像与由反正交变换单元输出的图像差值相加而生成本 地解码图像；内预测图像生成单元，其基于本地解码图像，生成内预 测图像，该内预测图像是帧内预测图像；解块滤波器单元，其对本地 解码图像执行解块滤波；间预测图像生成单元，其基于输入图像和解 块滤波之后的本地解码图像，生成间预测图像，该间预测图像是帧间 预测图像；以及选择器，其选择由内预测图像生成单元输出的内预测 图像和由间预测图像生成单元输出的间预测图像之一作为参考图像。
(5) 《编码块模式的改变》根据本发明第二方面的图像编码设 备(参见图3和图4)从并行处理区域的顶部顺序地通过并行处理对 编码目标图像的宏块进行编码。图像编码设备包括为每个并行处理区 域提供的编码元件。当在并行处理区域中的顶部宏块的量化正交变换 系数为全零时，通过生成表示存在非零系数的编码块模式，编码元件
(6) 《编码块模式的改变》根据项目(5)的一个更具体模式的 图像编码设备，与项目(5)—样，包括为每个并行处理区域提供的 编码元件。编码元件包括正交变换单元、量化器、可变长度编码器以 及量化参数计算单元。正交变换单元对编码目标图像的数据与参考图 像的数据之间的图像差值进行正交变换。量化器对由正交变换单元所 正交变换的正交变换系数进行量化，并且输出量化正交变换系数。编 码器对由系数补偿单元输出的量化正交变换系数以及必要的编码信 息进行编码。量化参数计算单元生成将要提供给量化器和编码器的量 化参数。当处理区域的顶部宏块的量化正交变换系数为全零时，编码
13器生成表示存在非零系数的编码块模式，以替换表示量化正交变换系 数为全零的编码块模式。
(7) 在项目(6)中，当处理区域的顶部宏块的量化正交变换系
数为全零时，由编码器生成的编码信息不包括量化正交变换系数。
(8) 《在末尾MB中，允许跳过MB，替换为非零系数》根据本 发明第三方面的图像编码设备(参见图5)从并行处理区域的顶部顺 序地通过并行处理对编码目标图像的宏块进行编码。图像编码设备包 括为每个并行处理区域提供的编码元件。通过使用与跨过并行处理区 域边界而邻近的后续并行处理区域的顶部宏块中所使用的相同的量 化参数、对并行处理区域的末尾宏块进行编码，允许在每个并行处理 区域的顶部宏块中生成跳过宏块，以及在并行处理区域的末尾宏块的 量化正交变换系数为全零时，将非零系数添加到量化正交变换系数的 一部分并且将此部分改变为非零，编码元件抑制在每个并行处理区域 的末尾宏块中生成跳过宏块。
(9) 根据项目(8)的一个更具体模式的图像编码设备，与项目 (8)—样，包括为每个并行处理区域提供的编码元件，并且包括量
化参数控制单元。编码元件包括正交变换单元、量化器、系数补偿单 元、编码器以及量化参数计算单元。正交变换单元对编码目标图像的 数据与参考图像的数据之间的图像差值进行正交变换。量化器对由正 交变换单元所正交变换的正交变换系数进行量化，并且输出量化正交 变换系数。系数补偿单元输入由量化器输出的量化正交变换系数。当 每个处理区域的末尾宏块的量化正交变换系数为全零时，系数补偿单 元输出部分利用非零系数替换的有关的量化正交变换系数，并且当量 化正交变换系数不是全零时，系数补偿单元按照原样输出有关的量化 正交变换系数。编码器对由系数补偿单元输出的量化正交变换系数以 及必要的编码信息进行编码。量化参数计算单元生成将要提供给量化 器和编码器的量化参数。量化参数控制单元执行控制，从而在每个编 码元件中，对每个处理区域的顶部宏块和邻近的在前处理区域的末尾 宏块使用相同的量化参数。(10) 在项目(9)中，量化参数控制单元获取和保持每个并行
处理区域的顶部宏块的量化参数，该量化参数由每个编码元件中各自 的量化参数计算单元生成，并且量化参数控制单元执行控制，使得在 每个处理区域的末尾宏块的处理中，使用与在邻近有关宏块的后续处 理区域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数。
(11) 在项目(9)中，由系数补偿单元替换和输出的非零系数 是单值系数。
(12) 《允许跳过MB，编码块模式改变》根据本发明第四方面 的图像编码设备(参见图6)从并行处理区域的顶部顺序地通过并行 处理对编码目标图像的宏块进行编码。图像编码设备包括为每个并行 处理区域提供的编码元件。通过使用与跨过并行处理区域边界而邻近 的后续并行处理区域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数、对并行 处理区域的末尾宏块进行编码，通过允许在每个并行处理区域的顶部 宏块中生成跳过宏块，以及在并行处理区域的末尾宏块的量化正交变 换系数为全零时，生成包括表示存在非零系数的编码块模式的编码信
U3)根据项目(12)的一个更具体模式的图像编码设备，与项 目(12)—样，包括为每个并行处理区域提供的编码元件。编码元件 包括正交变换单元、量化器、编码器以及量化参数计算单元。正交变 换单元对编码目标图像的数据与参考图像的数据之间的图像差值进 行正交变换。量化器对由正交变换单元所正交变换的正交变换系数进 行量化，并且输出量化正交变换系数。编码器对由系数补偿单元输出 的量化正交变换系数以及必要的编码信息进行编码。量化参数计算单 元生成将要提供给量化器和编码器的量化参数。图像编码设备还包括 量化参数控制单元，其控制各个编码元件，从而对每个处理区域的顶 部宏块和邻近的在前处理区域的末尾宏块使用相同的量化参数。当处 理区域的末尾宏块的量化正交变换系数为全零时，编码器生成表示存 在非零系数的编码块模式，以替换表示量化正交变换系数为全零的编 码块模式。(14 )在项目(13 )中，量化参数控制单元获取和保持每个并行 处理区域的顶部宏块的量化参数，该量化参数由每个编码元件中各自 的量化参数计算单元生成。量化参数控制单元执行控制，使得在每个 处理区域的末尾宏块的处理中，使用与在邻近有关宏块的后续处理区 域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数。
(15)在项目(13)中，当每个处理区域的顶部宏块的量化正交 变换系数为全零时，由编码器生成的编码信息不包括量化正交变换系 数。
2.实施方式的细节
进一步详细阐述实施方式。下文中，基于附图详细阐述用于实践 本发明的实施方式。在用于解释本发明的实施方式的全部图形中，相 同符号加之于具有相同的功能的元件，并省略对其的重复性解释。 《实施方式1》
图1示出了根据本发明的实施方式的图像编码设备的配置。图1 中示出的图像编码设备1通过遵照H.264、从并行处理区域的顶部顺 序地并行处理对编码目标图像进行编码，并且其具有为每个并行处理 区域提供的编码元件120-122。例如，当假设图2中的区域20是编码 目标图像时，代表性地由矩形203、 204示出的一个矩形表示宏块。 宏块是16x 16像素集合。编码目标图像20中的宏块的一行区域是并 行处理区域，如矩形202所示。在图2中，可以看出编码目标图像20 包括从并行处理区域0到并行处理区域N。对于从并行处理区域0到 并行处理区域N中的每一个，图像编码设备1按照箭头205的方向、 从左上角的宏块开始、以宏块为单位顺序地并行执行编码。图1中代 表性地所示的编码元件120到122分别对应于并行处理区域0到2。
参考图1来解释典型地示出了其细节的一个编码元件120的配 置。在图1中，正交变换单元101对相应的并行处理区域的输入图像 与参考图像之间的差值图像执行正交变换。量化器102对通过正交变 换单元101得到的正交变换系数进行量化。元件130是系数补偿单元， 其细节将在后面描述。元件U4是区域顶部MB确定单元。可变长度
16编码器103对通过系数补偿单元130得到的量化后的正交变换系数和 必要的编码信息执行可变长度编码。反量化单元104执行对通过系数 补偿单元130得到的量化后的正交变换系数执行反量化。反正交变换 单元105对经由反量化单元104反量化的正交变换系数执行反正交变 换。加法器IIO将通过反正交变换单元105得到的图像差值与参考图 像相加，并生成本地解码图像。内预测图像生成单元107基于从加法 器IIO输出的本地解码图像，生成内预测图像，该内预测图像是帧内 预测图像。解块滤波器单元106对从加法器IIO输出的本地解码图像 执行解块滤波。间预测图像生成单元108基于输入图像和经由解块滤 波器单元106解块滤波的本地解码图像，生成间预测图像，该间预测 图像是帧间预测图像。选择器109根据图像压缩算法，选择由内预测 图像生成单元107生成的内预测图像和由间预测图像生成单元108生 成的间预测图像之一作为参考图像。减法器111计算输入图像和参考 图像之间的差。通过量化参数计算单元112来确定量化参数，并将其 提供给量化器102、可变长度编码器103、反量化单元104以及解块 滤波器单元106。除了系数补偿单元130之外的元件的配置是按照 H.246的编码设备的通用配置。其他编码元件也类似地配置。在每个 编码元件中得到的可变长度代码通过流集成单元123进行集成以生成 最终的位流。因此，实现并行编码。在图1中，作为示例，编码设备 具有三个并行编码元件120、 121和122，每个编码元件具有相同的配 置。然而，并行的数量是任意的。而且，每个编码元件的其他部件可 以不同，只要保持上述配置。也可以使得可变长度编码器103的输出 为固定长度数据，并且由流集成单元123集中执行可变长度编码。
成跳过宏块的电路块。也即，当并行处理区域的顶部宏块的所有量化 正交变换系数为零时，系数补偿单元130将非零系数添加到量化正交 变换系数的一部分，并且将此部分改变为非零。具体地，系数补偿单 元130包括系数存在/不存在确定单元113、系数添加确定单元115、 系数添加单元116、选择器117以及选择器118。区域顶部MB确定单元114确定并行处理区域的当前处理的目标宏块是否是顶部宏块。 系数存在/不存在确定单元113确定对应于经由量化器102得到的一个 宏块的量化后的正交变换系数(量化正交变换系数)是否全部为零值 系数。基于用于确定当前处理的目标宏块是否是顶部宏块的区域顶部 MB确定单元114的确定结果，以及用于确定量化正交变换系数是否 全部为零的系数存在/不存在确定单元113的确定结果，系数添加确定 单元115确定是否将非零系数添加到当前宏块的量化正交变换系数的 一部分，以及控制选择器117和118的切换。也即，当当前宏块不是 顶部宏块，或者当前宏块是顶部宏块但是包含非零系数时，量化器102 的输出按照原样被直接输出至可变长度编码器103。另一方面，当当 前宏块是顶部宏块并且完全不包含非零系数时，在通过系数添加单元 116将非零系数添加到量化器102的输出的一部分之后，量化器102 的输出被输出至可变长度编码器103。换言之，量化器102的输出经 由系数添加单元U6部分地被非零系数替换，并且被输出至可变长度 编码器103。
进一步地，参考图1和图2整体解释并行编码。在图2中，区域 201和202表示编码目标图像20中的并行处理区域，并且分别通过不 同的编码元件120和121被并行编码。符号203表示并行处理区域201 的末尾MB,符号204表示并行处理区域202的顶部MB。
在移动图像编码中，某些情况下，通过量化器102得到的量化正 交变换系数的所有值可能都为零。根据H.264标准，当所有正交变换 系数为零时，在通过流集成单元123得到的可变长度编码之后，量化 参数不会添加到流的有关宏块，但是在解码中会使用邻近的前一 MB 的量化参数对有关宏块进行处理。也就是说，当图2中并行处理区域 的顶部MB 204的量化正交变换系数的所有值都为零时，在解码时， 会使用并行处理区域的末尾MB 203的量化参数。为了对应于此情况， 在编码时，顶部MB 204必须使用并行处理区域的末尾MB 203的量 化参数进行处理。由于并行处理区域201和并行处理区域202是并行 处理的，因此并行处理区域201的末尾MB 203的量化参数和并行处理区域202的顶部MB 204的量化参数不必一致。简言之，当按照箭 头2052的方向、从每个并行处理区域的顶部顺序4丸行并行处理时， 在顶部MB 204的处理完成之后执行末尾MB 203的处理，因此，可 以预料到，有可能使用错误的量化参数执行解码。
为了避免此情况， 一种可能的方法是以处理区域为单位形成条 带，以及添加量化参数到处理区域的顶部MB。由于在此方法中不再 应用跨过条带的宏块之间的预测，代码的数量会增加，并且编码效率 会降低。另一种避免此情况的可能方法是在画面中固定量化参数。如 果画面中的量化参数是固定的，那么在跨过并行处理区域边界的宏块 中的量化参数不会不同；因此，正常地执行编码。然而，通过固定量 化参数，比率可能开始不一致，并且可能变得很难控制取决于图像的 量化参数；因此，图像质量被认为劣化。
根据本实施方式，通过使得处理区域的顶部MB的正交变换系数 的一部分为非零，抑制了跳过宏块的生成，并且跨过并行处理区域边
界的连续宏块之间的量化参数的引用变得没有必要。在图1中，区域 顶部MB确定单元114确定MB位置，并且系数存在/不存在确定单 元113确定经由量化器102得到的量化正交变换系数是否全部为零。 当在顶部宏块的量化正交变换系数中完全不包含非零系数时，执行由 非零系数替换至少一个零值系数的处理。只要在宏块中存在至少一个 非零正交变换系数就足够了。例如，在亮度分量或色度分量中，在换 算为8x8宏块的情况下，非零正交变换系数的位置可以位于64个像 素中的64个系数的任何一个；并且在换算为4x4宏块的情况下，非 零正交变换系数的位置可以位于16个像素中的16个系数的任何一 个。而且，只要在64个像素中的64个系数中或者16个像素中的16
个系数中存在至少一个非零系数就足够了。更具体地，当待编码的图 像非常单调(flat)时，将非零系数添加到DC分量的位置；并且当待 编码的图像具有许多高频分量时，将非零系数添加到AC分量中较高 频率分量的位置，如图8所示。通过这种方式，可以通过改变:f又决于 图像的附加位置来使得影响在视觉上不那么显著。另一方面，添加位
19置可以由随机数来确定。
如图2所示，根据实施方式1,当并行处理区域l的顶部MB204 的所有正交变换系数都为零时，通过将非零系数强制添加到正交变换 系数的一部分，可变长度编码之后将量化参数添加给流；因此，可以 生成能够被正确解码的流。由于没有必要形成条带，因此跨过并行处 理区域边界来应用预测，并且编码效率提高。在解块滤波器单元106 的滤波中不产生错误。而且，由于画面中的量化参数可以是不固定的， 因此可以通过比率控制和对取决于图像的量化参数的控制来实现高 质量图像。
《实施方式2》
图3示出了根据本发明的另一实施方式的图像编码设备的配置。 图1的配置采用系数补偿单元130，从而抑制在并行处理区域的顶部 宏块的处理中生成跳过宏块。与此相反，图3的图像编码设备2通过 可变长度编码器233的处理来抑制生成跳过宏块。
图3与图1的不同之处在于其采用可变长度编码器233和区域 顶部MB确定单元235,来代替图1的系数补偿单元130和可变长度 编码器103。区域顶部MB确定单元235具有与图1的区域顶部MB 确定单元114相同的功能。具有与图1中相同功能的其他电路块采用 与图1中相同的参考符号，并且在此省略对其的详细解释。在图3中， 反量化单元104输入从量化器102输出的量化正交变换系数。
区域顶部MB确定单元235确定并行处理区域的当前处理的目标 宏块是否是顶部宏块。除了遵照H.264的可变长度编码功能之外，可 变长度编码器233具有系数存在/不存在确定单元232和编码块模式 (CBP)编码器234。系数存在/不存在确定单元232确定对应于经由 量化器102得到的 一个宏块的量化后的正交变换系数(量化正交变换 系数)是否全部为零值系数。CBP编码器234接收通过区域顶部MB 确定单元235得到的并行处理区域的顶部MB确定结果、以及通过用 于确定所有量化正交变换系数是否为零的系数存在/不存在确定单元 232得到的确定结果，并且按照H.264的语法对编码块模式(coded—block_pattern )进行编码。当在对并行处理区域的顶部宏块 的处理中，所有量化正交变换系数都为零时，CBP编码器234执行处 理，使得设置表示存在非零系数的编码块模式，以替换表示所有量化 正交变换系数为零的编码块模式，并且"mb—qp—delta"可以总是添加 到位流。根据H.264， "mb_qp—delta"是包含在编码流中的邻近宏块 之间的量化参数的差，或者简单地说，它是利用针对有关宏块的量化 所使用的量化参数的差值信息。
图4是示出可变长度编码器233的编码过程的流程图。在步骤 S241,确定MB的编码格式是否是Intra—16x 16 (内J6x 16)，并且 在Intra—16 x 16的情况下，流程跳转到步骤S250。在步骤S242，确 定是否存在任何非零系数。在步骤S243,生成指示存在非零系数的 编码块模式"coded—block_pattern"。在步骤S244,生成指示不存在 非零系数的编码块模式"coded_block_pattern"。根据步骤S242的确 定，当存在非零系数时，执行步骤S243;以及当不存在非零系数时， 执行步骤S244。在步骤S245,确定"coded—block_pattern"是否指示 存在非零系数。当"coded—block_pattern"指示不存在非零系数时， 流程跳转到步骤S246。在步骤S246,确定目标宏块是否是跳过宏块
(Skip MB )。当目标宏块是跳过宏块(Skip MB )时，跳过所有后续 步骤。在步骤S247,对指示之前已经存在多少跳过MB的跳过MB 信息进行编码。在步骤S248，对MB预测信息(H.264中的宏块预测 信息)进行编码。在步骤S249，对编码块模式(coded—block_pattern) 进行编码。在步骤S250,对"mb—qp_delta"进行编码。在步骤S251, 对指示非零系数的数量的"coeff—token"进行编码。在步骤S252,确 定非零系数的数量是否为零。在步骤S253，对系数进行编码。在步 骤S252，当非零系数的数量为零时，跳过步骤S253,并且不对系数 编码。在步骤S254，确定当前块是否是末尾块。当当前块不是末尾 块时，重复循环步骤S251-S253。以上描述指出了 H.264编码的通用 流程。在本发明中，增加了步骤S260和S261。在步骤S260,区域顶 部MB确定单元235确定当前宏块是否是顶部MB。在步骤S261，CBP编码器234生成指示存在非零系数的"coded—block_pattern"。即使 当在步骤S242中确定不存在非零系数时，如果在步骤S260中区域顶 部MB确定单元235确定当前宏块是顶部MB,则在步骤S261中生 成指示存在非零系数的"coded—block_pattem"。结果，在步骤S250 中添加"mb—qp_delta，，，并且由于非零系数的数量是零，因此跳过步 骤S253,并且不对系数进行编码。跳过MB信息、MB预测信息、
"coded—block_pattern" 、 "mb—qp_delta"和"coeff—token"是作为 将要被可变长度编码的可变长度编码信息来配置宏块语法(宏块层语 法)的语法元素，如图7所示。
通过采用根据实施方式2的图像编码设备2，即使区域顶部MB 的所有量化正交变换系数为零，也有可能在可变长度编码之后将量化 参数添加给流，并且可以生成确保正确解码的流。由于没有必要形成 条带，因此跨过并行处理区域边界来应用预测，并且编码效率提高。 而且，由于画面中的量化参数可以是不固定的，可以通过比率控制和 对取决于图像的量化参数的控制来实现高质量图像。即使与实施方式 1相比较，由于具有较差编码效率的所有量化正交变换系数保持为零， 因此编码效率很高，并且可以获得满意的图像质量。 《实施方式3》
图5示出了根据本发明的又一实施方式的图像编码设备的配置。 图5的图像编码设备3采用如下配置，其中通过使用类似于图l的系 数补偿单元，将相等的量化参数分配给将并行处理区域边界夹在中间 的顶部宏块和末尾宏块，并且抑制在横跨并行处理区域边界的末尾宏 块中生成跳过宏块。与图1的不同之处如下。在每个编码元件320-322 中，采用区域顶部MB/末尾MB确定单元344来代替区域顶部MB确 定单元114，提供对于所有编码元件320-322公共的量化参数控制单 元350，以及提供类似于系数补偿单元130的系数补偿单元330。
区域顶部MB/末尾MB确定单元344确定并行处理区域的所处理 的目标宏块是顶部MB还是末尾MB。确定结果提供给量化参数控制 单元350和系数添加确定单元345。量化参数控制单元350保持在对并行处理区域的顶部宏块编码时
所使用的量化参数，并且使用该保持的量化参数对邻近区域的末尾宏 块进行编码。通过此方案，能够支持并行处理区域的跨过并行处理区 域边界的量化参数的引用。换言之，允许并行处理区域的顶部宏块是 跳过宏块。此时，当邻近区域的末尾宏块的所有量化正交变换系数为 零时，使用系数补偿单元来抑制有关的宏块变为跳过宏块，以及抑制 产生量化参数在有关的末尾宏块与先前宏块之间是不相同的矛盾。
系数补偿单元330用作如下电路块，其中，当并行处理区域的末 尾宏块的所有量化正交变换系数为零时，通过将非零系数添加到量化 正交变换系数的一部分以及将此部分改变为非零，抑制在每个并行处 理区域的末尾宏块中生成跳过宏块。具体地，系数补偿单元330包括 系数存在/不存在确定单元343、系数添加确定单元345、系数添加单 元346、选择器347和选择器348。系数存在/不存在确定单元343确 定对应于经由量化器102得到的一个宏块的量化后的正交变换系数 (量化正交变换系数)是否全部为零值系数。基于用于确定当前处理 的目标宏块是否是末尾宏块的区域顶部MB/末尾MB确定单元344的 确定结果，以及用于确定所有的量化正交变换系数是否为零的系数存 在/不存在确定单元343的确定结果，系数添加确定单元345确定是否 将非零系数添加到当前宏块的量化正交变换系数的 一部分，以及控制
选择器347和348的切换。也即，当当前宏块不是末尾宏块时，或者 当当前宏块是末尾宏块但是包含非零系数时，量化器102的输出按照 原样被直接输出至可变长度编码器103。另一方面，当当前宏块是末 尾宏块并且完全不包含非零系数时，在通过系数添加单元346将非零 系数添加到量化器102的输出的一部分之后，量化器102的输出被输 出至可变长度编码器103。换言之，量化器102的输出经由系数添加 单元346部分地被非零系数替换，并且被输出至可变长度编码器103 。 对于替换的非零系数，处理与图l的情况相同。
量化参数控制单元350根据区域顶部MB/末尾MB确定单元344 的确定结果来控制量化参数。当确定结果指示当前宏块是区域顶部MB时，量化参数控制单元350在内部保持当前从量化参数计算单元 112输出的量化参数。当确定结果指示当前宏块是区域末尾MB时， 量化参数控制单元350将在邻近处理区域的顶部MB所保持的量化参 数提供给量化参数计算单元112,以用作针对区域末尾MB的量化参 数。尽管本示例示出了利用在区域顶部MB计算的量化参数来对区域 末尾MB进行量化的控制，但是也可以进行采用外部建立的量化参数 对区域顶部MB和区域末尾MB进4亍编石马的控制。
在图5的图像编码设备3中，如图2所示，当并行处理区域202 的顶部MB 204的所有正交变换系数为零时，有可能使用并行处理区 域201的末尾MB 203的量化参数来解码。同样，当区域末尾MB的 所有正交变换系数为零时，通过由系数补偿单元330强制添加非零系 数，在可变长度编码之后可以将量化参数添加到流；因此，有可能生 成能够被正确解码的流。由于没有必要形成条带，跨过并行处理区域 边界来应用预测，并且编码效率提高。而且，由于画面中的量化参数 可以是不固定的，有可能通过比率控制和对取决于图像的量化参数的 控制来实现高质量图像。 《实施方式4》
图6示出了根据本发明的又一实施方式的图像编码设备的配置。 图6的图像编码设备4采用如下配置，其中通过使用类似于图3的可 变长度编码器433，将相等的量化参数分配给将并行处理区域边界夹 在中间的顶部宏块和末尾宏块，并且抑制在横跨并行处理区域边界的 末尾宏块中生成跳过宏块。与图3的不同之处如下。在每个编码元件 420-422中，采用区域顶部MB/末尾MB确定单元435来代替区域顶 部MB确定单元235，提供对于所有编码元件420-422公共的量化参 数控制单元450，以及提供类似于可变长度编码器233的可变长度编 码器433。
区域顶部MB/末尾MB确定单元435确定并行处理区域的所处理 的目标宏块是顶部MB还是末尾MB。确定结果提供给量化参数控制 单元450和CBP编码器434。所使用的量化参数，并且使用该保持的量化参数对邻近区域的末尾宏 块进行编码。通过此方案，能够支持并行处理区域的跨过并行处理区 域边界的量化参数的引用。换言之，允许并行处理区域的顶部宏块是 跳过宏块。此时，当邻近区域的末尾宏块的所有量化正交变换系数为 零时，通过使用可变长度编码器433来抑制有关的宏块变为跳过宏块， 以及抑制产生量化参数在有关的末尾宏块与先前宏块之间是不相同 的矛盾。
除了符合H.264的可变长度编码功能之外，可变长度编码器433 具有系数存在/不存在确定单元432和编码块模式(CBP)编码器434。 系数存在/不存在确定单元432确定对应于经由量化器102得到的 一个 宏块的量化后的正交变换系数(量化正交变换系数)是否全部为零值 系数。CBP编码器434接收通过区域顶部MB/末尾MB确定单元435 得到的并行处理区域的末尾MB确定结果，以及通过用于确定所有的 量化正交变换系数是否为零的系数存在/不存在确定单元432得到的 确定结果，以及按照H.264的语法对编码块才莫式(coded_block_pattern ) 进行编码。当在对并行处理区域的末尾宏块进行处理的情况下，所有 量化正交变换系数为零时，CBP编码器434执行处理，使得设置表示 存在非零系数的编码块模式，以替换表示所有量化正交变换系数为零 的编码块模式，并且可以总是将"mb—qp—delta"添加到位流。
量化参数控制单元450根据区域顶部MB/末尾MB确定单元435 的确定结果来控制量化参数。当确定结果指示当前宏块是区域顶部 MB时，量化参数控制单元450在内部保持当前从量化参数计算单元 112输出的量化参数。当确定结果指示当前宏块是区域末尾MB时， 量化参数控制单元450将在邻近处理区域的顶部MB所保持的量化参 数提供给量化参数计算单元112，以用作针对区域末尾MB的量化参 数。尽管本示例示出了利用在区域顶部MB计算的量化参数来对区域 末尾MB进行量化的控制，但是也可以采用利用外部建立的量化参数 对区域顶部MB和区域末尾MB进行编码的控制。根据图6的图像编码设备4，当并行处理区域的顶部MB的所有 正交变换系数为零时，有可能使用并行处理区域的末尾MB的量化参 数来解码。即使当并行处理区域的末尾MB的所有正交变换系数为零 时，有可能在可变长度编码之后将量化参数添加到流中，以及生成能 够被正确解码的流。由于没有必要形成条带，跨过并行处理区域边界 来应用预测，并且编码效率^^高。而且，由于画面中的量化参数可以 是不固定的，有可能通过比率控制和对取决于图像的量化参数的控制 来实现高质量图像。即使当与图5进行比较时，由于具有较差编码效 率的所有量化正交变换系数保持为零，因此编码效率很高，并且可以 获得满意的图像质量。
在上文中，已经基于实施方式具体描述了本发明人完成的发明。 然而，应该强调，本发明不限于这些实施方式，其可以在不偏离主旨 的范围内进行各种变化。
权利要求
1. 一种从并行处理区域的顶部顺序地通过并行处理对编码目标图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括为每个并行处理区域提供的编码元件；其中，当通过对所述并行处理区域的顶部宏块进行量化而得到的量化正交变换系数全部为零时，通过将非零系数添加到所述量化正交变换系数的一部分以及将该部分改变为非零，所述编码元件抑制在每个并行处理区域的顶部宏块中生成跳过宏块。
2. —种从并行处理区域的顶部顺序地通过并行处理对编码目标 图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括为每个并行处理区域提供的编码元件； 其中所述编码元件包括正交变换单元，可操作用于对编码目标图像的数据和参考图像的 数据之间的图像差值进行正交变换；量化器，可操作用于对通过所述正交变换单元所正交变换的正交 变换系数进行量化，以及可操作用于输出量化正交变换系数；系数补偿单元，可操作用于输入由所述量化器输出的所述量化正 交变换系数，以及当每个并行处理区域的顶部宏块的所述量化正交变 换系数全部为零时，所述系数补偿单元可操作用于输出部分利用非零 系数替换的有关的量化正交变换系数，以及当所述量化正交变换系数 不是全部为零时，所述系数补偿单元可操作用于按照原样输出有关的 量化正交变换系数；编码器，可操作用于对由所述系数补偿单元输出的量化正交变换 系数和必要的编码信息进行编码；以及量化参数计算单元，可操作用于生成将要提供给所述量化器和编 码器的量化参数。
3. 根据权利要求2所述的图像编码设备，其中，由所述系数补偿单元所替换和输出的非零系数是单值系数,
4.根据权利要求2所述的图像编码设备，进一步包括反量化单元，可操作用于对由所述系数补偿单元输出的所述量化 正交变换系数执行反量化；反正交变换单元，可操作用于对由所述反量化单元输出的正交变 换系数执行反正交变换；加法器，可操作用于通过将所述参考图像与由所述反正交变换单 元输出的图像差值进行相加而生成本地解码图像；内预测图像生成单元，可操作用于基于所述本地解码图像来生成 内预测图像，所述内预测图像是帧内预测图像；解块滤波器单元，可操作用于对所述本地解码图像执行解块滤波；间预测图像生成单元，可操作用于基于输入图像和解块滤波之后 的本地解码图像来生成间预测图像，所述间预测图像是帧间预测图 像；以及选择器，可操作用于选择由所述内预测图像生成单元输出的内预 测图像和由所述间预测图像生成单元输出的间预测图像中的一个作 为参考图像。
5.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件；正交变换系数全部为零时，通过生成包含表示存在非零系数的编码块 模式的编码信息，所述编码元件抑制在每个并行处理区域的顶部宏块 中生成跳过宏块。
6.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件； 其中所述编码元件包括正交变换单元，可操作用于对编码目标图像的数据和参考图像的数据之间的图像差值进行正交变换；量化器，可操作用于对通过所述正交变换单元所正交变换的正交 变换系数进行量化，以及可操作用于输出量化正交变换系数；编码器，可操作用于对由系数补偿单元输出的量化正交变换系数 和必要的编码信息进行编码；以及量化参数计算单元，可操作用于生成将要提供给所述量化器和编 码器的量化参数，以及其中，当所述并行处理区域的顶部宏块的所述量化正交变换系数 全部为零时，所述编码器生成表示存在非零系数的编码块模式，以替换表示所述量化正交变换系数全部为零的编码块模式。
7.根据权利要求6所述的图像编码设备，其中，当所述并行处理区域的顶部宏块的所述量化正交变换系数 全部为零时，由所述编码器生成的编码信息不包括量化正交变换系数。
8.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件；其中，通过使用与跨过并行处理区域边界而邻近的后续并行处理 区域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数对并行处理区域的末尾 宏块进行编码，允许在每个并行处理区域的顶部宏块中生成跳过宏 块，以及在所述并行处理区域的末尾宏块的量化正交变换系数全部为 零时，将非零系数添加到所述量化正交变换系数的 一部分并且将该部块中生成跳过宏块。
9.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件；以及 量化参数控制单元，其中所述编码元件包括正交变换单元，可操作用于对编码目标图像的数据和参考图像的数据之间的图像差值进行正交变换；量化器，可操作用于对通过所述正交变换单元所正交变换的正交 变换系数进行量化，以及可操作用于输出量化正交变换系数；系数补偿单元，可操作用于输入由所述量化器输出的所述量化正 交变换系数，以及当每个处理区域的末尾宏块的所述量化正交变换系 数全部为零时，所述系数补偿单元可操作用于输出利用非零系数部分 地替换的有关的量化正交变换系数，以及当所述量化正交变换系数不 是全部为零时，所述系数补偿单元可操作用于按照原样输出有关的量 化正交变换系数；编码器，可操作用于对由所述系数补偿单元输出的量化正交变换 系数和必要的编码信息进行编码；以及量化参数计算单元，可操作用于生成将要提供给所述量化器和编 码器的量化参数，以及其中，所述量化参数控制单元执行控制，使得在每个所述编码元 件中，对每个处理区域的顶部宏块和邻近的在前处理区域的末尾宏块使用相同的量化参数。
10. 根据权利要求9所述的图像编码设备， 其中所述量化参数控制单元获取和保持每个并行处理区域的顶部宏块的量化参数，该量化参数由每个编码元件中各自的量化参数计 算单元生成，以及其中所述量化参数控制单元执行控制，使得在每个处理区域的末 尾宏块的处理中，使用与在邻近有关的宏块的后续处理区域的顶部宏 块中所使用的相同的量化参数。
11. 根据权利要求9所述的图像编码设备，其中，由所述系数补偿单元所替换和输出的非零系数是单值系数。
12.图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括 为每个并行处理区域提供的编码元件；其中，通过使用与跨过并行处理区域边界而邻近的后续并行处理 区域的顶部宏块中所使用的相同的量化参数对并行处理区域的末尾块，以及在所述并行处理区域的末尾宏块的量化正交变换系数全部为 零时，生成包括表示存在非零系数的编码块模式的编码信息，从而所
13. —种从并行处理区域的顶部顺序地通过并4于处理对编码目标 图像的宏块进行编码的图像编码设备，所述图像编码设备包括为每个并行处理区域提供的编码元件；以及量化参数控制单元，其中所述编码元件包括正交变换单元，可操作用于对编码目标图像的数据和参考图像的 数据之间的图像差值进行正交变换；量化器，可操作用于对通过所述正交变换单元所正交变换的正交 变换系数进行量化，以及可操作用于输出量化正交变换系数；编码器，可操作用于对由系数补偿单元输出的量化正交变换系数 和必要的编码信息进行编码；以及量化参数计算单元，可操作用于生成将要提供给所述量化器和编 码器的量化参数，其中，所述量化参数控制单元控制各个编码元件，使得对每个并 行处理区域的顶部宏块和邻近的在前并行处理区域的末尾宏块使用 相同的量化参数，以及其中，当所述并行处理区域的末尾宏块的所述量化正交变换系数 全部为零时，所述编码器生成表示存在非零系数的编码块模式，以替换表示所述量化正交变换系数全部为零的编码块模式。
14. 根据权利要求13所述的图像编码设备， 其中所述量化参数控制单元获取和保持每个并行处理区域的顶部宏块的量化参数，该量化参数由每个编码元件中各自的量化参数计 算单元生成，以及其中所述量化参数控制单元执行控制，使得在每个并行处理区域 的末尾宏块的处理中，使用与在邻近有关的宏块的后续并行处理区域 的顶部宏块中所使用的相同的量化参数。
15.根据权利要求13所述的图像编码设备，其中，当每个并行处理区域的顶部宏块的所述量化正交变换系数 全部为零时，通过所述编码器生成的编码信息不包括量化正交变换系数。
全文摘要
本发明提供了一种图像编码设备，在不形成条带的情况下，其不需要在跨过并行处理区域边界的连续宏块之间的量化参数的引用。图像编码设备从并行处理区域的顶部顺序地通过并行处理对编码目标图像的宏块进行编码，并且该图像编码设备具有用于每个并行处理区域的编码元件。当并行处理区域的顶部宏块的所有量化正交变换系数为零时，编码元件将非零系数添加到部分系数，使得系数为非零。因此，抑制在每个并行处理区域的顶部宏块中生成跳过宏块。由于没有必要形成条带，因此在并行处理区域边界上应用预测，因而编码效率提高。在解码时不会产生错误，并且解码图像质量不会劣化。
文档编号H04N7/26GK101547358SQ200910005428
公开日2009年9月30日 申请日期2009年1月20日 优先权日2008年3月27日
发明者岩田宪一, 望月诚二, 木村基, 松本圭介, 泉原史幸 申请人:株式会社瑞萨科技
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