算術編碼電路和算術編碼控制方法
2023-05-11 16:59:56
專利名稱：算術編碼電路和算術編碼控制方法
技術領域：
本發明涉及視頻處理中的算術編碼技術，特別涉及一種算術編碼電路河一種算術編碼控制方法。
背景技術：
基於H.264視頻編解碼標準的算術編碼為一種基於上下文的自適應二進位算術編碼，其編碼對象是視頻信號中的語法元素(SE)，分為殘差SE和非殘差SE。
其中，殘差SE包括表示當前塊是否有非零係數的CBF、表示當前位置上的非0係數的絕對值減1的CALM、表示當前位置上的係數是否為0的SCF、表示當前位置上的係數是否為最後一個非0係數的LSCF等類別的數據等，每種殘差SE又分為5個子類別(Cat)；非殘差SE包括表示前後向預測的參考圖像索引的refIdx、表示當前亮度和色度塊的直流和交流分量的非零情況的CBP、等類別的數據，通常僅表示為一個數值。
上述算術編碼首先需要對SE進行二進位化和上下文建模處理，得到該SE所屬SE類別對應的每個比特的概率模型序號。其中，一個概率模型對應一個序號；對於殘差SE來說，SE類別是指某一類別下的一個子類別。然後調用並調整得到的序號對應的概率模型。
圖1為現有技術中算術編碼電路的結構示意圖。如圖1所示，現有算術編碼電路包括概率模型存儲單元101和概率空間更新單元102。
概率模型存儲單元101，存儲所有概率模型。
概率空間更新單元102，接收SE經二進位化和上下文建模得到的每個比特及每個比特對應的概率模型序號；根據預設的不同概率模型序號與存儲地址的映射關係，向概率模型存儲單元101輸出讀訪問信號以及與當前比特對應的概率模型序號所對應的存儲地址，接收概率模型存儲單元101返回的對應的概率模型，並根據接收到的概率模型更新當前比特的概率空間；向概率模型存儲單元101輸出寫訪問信號、與當前比特對應的概率模型序號所對應的存儲地址、以及更新後的概率模型。
其中，概率空間更新單元102將編碼後的比特輸出給外部的碼流生成單元。
實際應用中，概率模型存儲單元101通常為隨機存儲器，其訪問機制為在當前單元時間接收讀訪問信號和存儲地址，下一單元時間才返回存儲在該存儲地址對應的概率模型。
因此，在採用流水線方式更新概率空間時，就需要如圖2所示的四級流水線，每一級依次為接收一個比特、向概率模型存儲單元101輸出讀訪問和地址信號、接收概率模型存儲單元101返回的概率模型更新概率空間，並將概率空間更新後得到的概率模型寫回概率模型存儲單元101、輸出對該比特進行編碼後的碼流，從而至少需要兩個連續單元時間才能完成一個比特的概率空間更新，至少需要四個連續單元時間才能完成對一個比特的編碼，佔用了較多的單元時間，降低了編碼效率。
而且，連續兩個比特對應的概率模型可能相同，也就是需要連續訪問概率模型存儲單元101的同一存儲地址。這種情況下，由於存儲器需要在接收寫訪問信號和存儲地址以及待存儲的概率模型的下一單元時間，才將待存儲的概率模型存儲到對應的存儲地址，因此，只有等待上一比特對應的概率模型寫回概率模型存儲單元101穩定存儲之後，即額外再等待一個單元時間後，才能訪問概率模型存儲單元101讀取下一比特對應的概率模型，進一步降低了編碼效率。
可見，現有技術中由於對存儲概率模型的存儲器進行讀寫操作佔用較多的單元時間，從而使得算術編碼的效率不高。
發明內容
有鑑於此，本發明的一個主要目的在於，提供一種算術編碼電路，能夠提高算術編碼的效率。
本發明的另一個主要目的在於，提供一種算術編碼控制方法，能夠提高算術編碼的效率。
根據上述的一個主要目的，本發明提供了一種算術編碼電路，包括概率模型存儲單元和概率空間更新單元，其特徵在於，該電路進一步包括寄存器組和控制單元，其中，所述控制單元，根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將所述概率模型存儲單元中，與當前語法元素SE對應的概率模型分別存儲到所述寄存器組中的對應寄存器中，並將概率模型與寄存器的映射關係輸出給所述概率空間更新單元；在接收到所述概率空間更新單元輸出的表示當前SE的概率空間更新已完成的信號後，根據概率模型與寄存器的映射關係、以及概率模型與存儲地址的映射關係，將所述寄存器組中存儲的概率模型存儲到所述概率模型存儲單元中；所述寄存器組中的每個寄存器，分別存儲接收到的概率模型；所述概率空間更新單元，順序接收當前SE經二進位化和上下文建模得到的每個比特及每個比特對應的概率模型序號；根據控制單元輸出的所述概率模型與寄存器的映射關係、以及接收到的比特及其對應的概率模型序號，從所述寄存器組中讀取對應的概率模型，根據讀取的概率模型更新當前接收到的比特對應的概率空間，並將概率空間更新後得到的概率模型寫入到所述寄存器組中對應的寄存器中；在完成對當前SE的所有比特的概率空間更新後，向所述控制單元輸出所述表示當前SE的概率空間更新已完成的信號。
所述控制單元與外部二進位化和上下文建模單元的輸入端相連，接收輸入的SE並判斷當前的SE對應的概率模型。
所述當前SE經二進位化和上下文建模得到的每個比特中，包括一個標誌位，表示該比特在當前SE的所有比特構成的比特串中的位置；所述概率空間更新單元根據所述標誌位，判斷是否完成對當前SE的所有比特的概率空間更新。
該電路進一步包括緩存器，對所述當前SE經二進位化和上下文建模得到的每個比特及每個比特對應的概率模型序號進行緩存，並輸出給所述概率空間更新單元。
所述寄存器組為兩個；所述控制單元交替將連續的兩個不同SE對應的所有概率模型分別存儲到所述兩個寄存器組中的一個。
根據上述的另一個主要目的，本發明提供了一種算術編碼控制方法，包括根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將概率模型存儲單元存儲的所有概率模型中，與當前語法元素SE對應的概率模型存儲到寄存器組中的對應寄存器中，並將概率模型與寄存器的映射關係輸出給概率空間更新單元；在概率空間更新單元完成當前SE對應的概率空間更新後，根據概率模型與寄存器的映射關係、以及概率模型與存儲地址的映射關係，將寄存器組中存儲的概率模型存儲到概率模型存儲單元中。
所述將概率模型存儲單元存儲的所有概率模型中，與當前語法元素SE對應的概率模型存儲到寄存器組中的對應寄存器中之前，該方法進一步包括接收外部輸入的SE，判斷當前的SE對應的所有概率模型。
所述寄存器組為兩個；所述兩個寄存器組中的任意一個存儲著當前SE對應的概率模型；在概率空間更新單元完成當前SE對應的概率空間更新之前，該方法進一步包括根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將概率模型存儲單元存儲的所有概率模型中，與下一個SE對應的概率模型存儲到另一個寄存器組中的對應寄存器中；
在概率空間更新單元完成當前SE對應的概率空間更新後，該方法進一步包括將下一個SE對應的概率模型與寄存器的映射關係輸出給概率空間更新單元。
由上述技術方案可見，本發明在對每一個SE進行編碼開始之前，先將存儲器中存儲的所有概率模型中，與當前SE的所有比特對應的概率模型寫入到寄存器組中，並在更新概率空間的過程中，在一個單元時間內從寄存器組中調用每個比特對應的概率模型，將更新後的概率模型存儲到寄存器組中，然後在結束對當前SE的所有比特的概率空間更新後，再在一個單元時間內將寄存器組中的概率模型存儲到存器中的對應位置。由於從寄存器中讀取數據、向寄存器中寫數據均能夠在一個單元時間內完成，從而減少了更新概率空間所佔用的單元時間數量，進而能夠提高算術編碼的效率。
而且，寄存器的成本低，從而使得本發明的實現成本較低，易於推廣。
本發明還可以設置兩個寄存器組，並通過交替使用兩個寄存器組，消除在連續的兩個不同SE編碼過程之間的等待時間，進一步提高了算術編碼的效率。
圖1為現有技術中算術編碼電路的結構示意圖。
圖2為現有技術中基於流水線方式更新概率空間的過程示意圖。
圖3為本發明中算術編碼電路的結構示意圖。
圖4為本發明中基於流水線方式更新概率空間的過程示意圖。
圖5為本發明中算術編碼控制方法的流程示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本發明進一步詳細說明。
本發明實施例中，在對每一個SE進行編碼開始之前，先將存儲器中存儲的所有概率模型中，與當前SE的所有比特對應的概率模型寫入到寄存器組中，並在更新概率空間的過程中，從寄存器組中調用每個比特對應的概率模型，將更新後的概率模型存儲到寄存器組中，然後在結束對當前SE的所有比特的概率空間更新後，再將寄存器組中的概率模型存儲到存器中的對應位置。這樣，由於從寄存器中讀取數據、向寄存器中寫數據均能夠在一個單元時間內完成，從而減少了更新概率空間所佔用的單元時間數量，進而能夠提高算術編碼的效率。
圖3為本發明中算術編碼電路的結構示意圖。如圖3所示，本發明實施例中的算術編碼電路包括概率模型存儲單元101、概率空間更新單元102、控制單元303和寄存器組304。
概率模型存儲單元101，存儲所有概率模型。
控制單元303，根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將概率模型存儲單元101存儲的所有概率模型中，與當前SE對應的所有概率模型分別存儲到寄存器組304中的對應寄存器中，並將概率模型與寄存器的映射關係輸出給概率空間更新單元102；在接收到概率空間更新單元102輸出的表示當前SE的對應的概率空間更新已完成的信號後，根據概率模型與寄存器的映射關係、以及概率模型與存儲地址的映射關係，將寄存器組304中存儲的概率模型存儲到概率模型存儲單元101中。
其中，控制單元303可以與外部二進位化和上下文建模單元的輸入端相連，接收輸入的SE，從而能夠判斷當前的SE所屬類別及其對應的所有概率模型。
實際應用中，控制單元303可先將與當前語法元素SE對應的概率模型從概率模型存儲單元101中讀出，再寫入到寄存器組304對應的寄存器中，即實現概率模型的中繼傳輸；控制單元303也可以控制概率模型存儲單元101將與當前語法元素SE對應的概率模型直接輸出到寄存器組304對應的寄存器中。同理，在將寄存器組304中的概率模型存儲到概率模型存儲單元101時，也可以採用中繼傳輸的方式或者控制寄存器組304直接輸出到概率模型存儲單元101的方式來實現。
寄存器組304中的每個寄存器，分別存儲接收到的概率模型。
概率空間更新單元102，順序接收當前SE經二進位化和上下文建模得到的每個比特及每個比特對應的概率模型序號；根據控制單元303輸出的概率模型序號與寄存器的映射關係、以及接收到的比特及其對應的概率模型序號，從寄存器組304中對應的寄存器中讀取對應的概率模型，並根據讀取的概率模型更新當前比特的概率空間，再將概率空間更新後得到的概率模型寫入到寄存器組304中對應的寄存器中；在完成對當前SE的所有比特的概率空間更新後，向控制單元303輸出表示當前SE的概率空間更新已完成的信號。
其中，由於當前SE經二進位化和上下文建模得到的所有比特中，都具有一個標誌位，表示該比特是當前SE中所有比特的第幾個，即該比特在當前SE的所有比特構成的比特串中的位置，因此，概率空間更新單元102能夠判斷出當前SE中所有比特的最後一個，從而在更新了最後一個比特的概率空間後，能夠判斷出已完成對當前SE的所有比特的概率空間更新，並向控制單元303輸出表示當前SE的概率空間更新已完成的信號；概率空間更新單元102將編碼後的比特輸出給外部的碼流生成單元。
上述算術編碼電路中還可以包括緩存器305，對外部二進位化和上下文建模單元輸出的每個比特及每個比特對應的概率模型序號進行緩存，並輸出給概率空間更新單元102。
這樣，由於從寄存器中讀取概率模型只需要一個單元時間。因此，在採用流水線方式更新概率空間時，就只需要如圖4所示的三級流水線，每一級依次為接收一個比特、從寄存器組304中讀取對應的概率模型更新概率空間並將更新後的概率模型寫回寄存器組304、輸出對該比特進行編碼後的碼流，從而只需要一個單元時間即可完成一個比特的概率空間更新，且只需要三個連續單元時間即可完成對一個比特的編碼，相比於現有技術減少了佔用的單元時間，提高了算術編碼的效率。
而且，由於向寄存器中寫入概率模型也只需要一個單元時間，因此，即便連續兩個比特對應的概率模型相同，也就是需要連續訪問寄存器組304中的同一寄存器，也不需要額外再等待一個單元時間，而是能夠直接再次讀取，進一步提高了算術編碼的效率。
在實際應用中，控制單元303需在將寄存器組304中存儲的概率模型存儲到概率模型存儲單元101中之後，再將下一個SE對應的所有概率模型從概率模型存儲單元101中寫入到寄存器組304中，這就使得在對每個SE的所有比特對應的概率模型之後，均有一定的等待時間。
但該等待時間一般只包括四個單元時間向概率模型存儲單元102輸出寫信號和存儲地址以及待存儲的概率模型所佔用的一個單元時間、概率模型存儲單元102將接收到的概率模型存儲到對應存儲地址所佔用的一個單元時間、向概率模型存儲單元102輸出讀信號和存儲地址所佔用的一個單元時間、將概率模型存儲單元102返回的概率模型存儲到寄存器組304所佔用的一個單元時間。
對於每個SE來說，在二進位化和上下文建模之後得到的所有比特，通常包括遠遠多於四個，而對每個比特的編碼均能夠減少一個單元時間，即對每個SE的編碼過程能夠減少遠遠多於四個的單元時間。因此，上述的等待時間遠遠小於實際在編碼過程中所減少的時間。
如果需要消除上述的等待時間，可以設置兩個寄存器組，例如第一寄存器組和第二寄存器組。當前SE對應的所有概率模型存儲在第一寄存器組中，在對當前SE的所有比特進行編碼的過程中，將下一個SE對應的所有概率模型存儲到第二寄存器組中。這樣，在完成當前SE的所有比特對應的概率空間更新後，即可立即將概率模型與第二寄存器組中的寄存器的映射關係輸出給概率空間更新單元102，開始對下一個SE的所有比特對應的概率模型進行更新；在對下一個SE的所有比特進行編碼的過程中，再將第一寄存器組中存儲的所有概率模型寫入到概率模型存儲單元101中。
可見，通過交替使用兩個寄存器組，即可消除在連續的兩個不同SE編碼過程之間的等待時間，進一步提高了算術編碼的效率。
以上是對本發明中算術編碼電路的說明，下面，再對本發明中的算術編碼控制方法進行詳細說明。
圖5為本發明中算術編碼控制方法的流程示意圖。如圖5所示，本發明實施例中的算術編碼控制方法包括步驟501，接收外部輸入的SE，判斷當前的SE對應的所有概率模型。
步驟502，根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將概率模型存儲單元存儲的所有概率模型中，與當前SE對應的所有概率模型分別存儲到寄存器組中的對應寄存器中，並將概率模型與寄存器的映射關係輸出給概率空間更新單元。
步驟503，在完成當前SE的所有比特對應的概率空間更新後，根據概率模型與寄存器的映射關係、以及概率模型與存儲地址的映射關係，將寄存器組中存儲的概率模型存儲到概率模型存儲單元中。
至此，本流程結束。
這樣，由於從寄存器中讀取概率模型只需要一個單元時間。因此，只需要一個單元時間即可完成一個比特的概率空間更新，且只需要三個連續單元時間即可完成對一個比特的編碼，相比於現有技術減少了佔用的單元時間，提高了算術編碼的效率。
而且，由於向寄存器中寫入概率模型也只需要一個單元時間，因此，即便連續兩個比特對應的概率模型相同，也就是需要連續訪問寄存器組中的同一寄存器，也不需要額外再等待一個單元時間，而是能夠直接再次讀取，進一步提高了算術編碼的效率。
上述流程為一個循環執行的流程，在對多個SE進行算術編碼的過程中，即可循環執行多個上述流程。如果寄存器組為兩個，則可以交替使用兩個寄存器組，即在執行當前流程的步驟503的同時，即可開始執行下一個流程的步驟501。也就是說，在完成當前SE的所有比特對應的概率空間更新之前，根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將概率模型存儲單元存儲的所有概率模型中，與下一個SE對應的所有概率模型分別存儲到另一個寄存器組中的對應寄存器中；在完成當前SE的所有比特對應的概率空間更新後，將下一個SE對應的所有概率模型與寄存器的映射關係輸出給概率空間更新單元，實現了對時間的復用，從而進一步提高了算術編碼的效率。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種算術編碼電路，包括概率模型存儲單元和概率空間更新單元，其特徵在於，該電路進一步包括寄存器組和控制單元，其中，所述控制單元，根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將所述概率模型存儲單元中，與當前語法元素SE對應的概率模型分別存儲到所述寄存器組中的對應寄存器中，並將概率模型與寄存器的映射關係輸出給所述概率空間更新單元；在接收到所述概率空間更新單元輸出的表示當前SE的概率空間更新已完成的信號後，根據概率模型與寄存器的映射關係、以及概率模型與存儲地址的映射關係，將所述寄存器組中存儲的概率模型存儲到所述概率模型存儲單元中；所述寄存器組中的每個寄存器，分別存儲接收到的概率模型；所述概率空間更新單元，順序接收當前SE經二進位化和上下文建模得到的每個比特及每個比特對應的概率模型序號；根據控制單元輸出的所述概率模型與寄存器的映射關係、以及接收到的比特及其對應的概率模型序號，從所述寄存器組中讀取對應的概率模型，根據讀取的概率模型更新當前接收到的比特對應的概率空間，並將概率空間更新後得到的概率模型寫入到所述寄存器組中對應的寄存器中；在完成對當前SE的所有比特的概率空間更新後，向所述控制單元輸出所述表示當前SE的概率空間更新已完成的信號。
2.如權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述控制單元與外部二進位化和上下文建模單元的輸入端相連，接收輸入的SE並判斷當前的SE對應的概率模型。
3.如權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述當前SE經二進位化和上下文建模得到的每個比特中，包括一個標誌位，表示該比特在當前SE的所有比特構成的比特串中的位置；所述概率空間更新單元根據所述標誌位，判斷是否完成對當前SE的所有比特的概率空間更新。
4.如權利要求1所述的電路，其特徵在於，該電路進一步包括緩存器，對所述當前SE經二進位化和上下文建模得到的每個比特及每個比特對應的概率模型序號進行緩存，並輸出給所述概率空間更新單元。
5.如權利要求1至4中任意一項所述的電路，其特徵在於，所述寄存器組為兩個；所述控制單元交替將連續的兩個不同SE對應的所有概率模型分別存儲到所述兩個寄存器組中的一個。
6.一種算術編碼控制方法，其特徵在於，包括根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將概率模型存儲單元存儲的所有概率模型中，與當前語法元素SE對應的概率模型存儲到寄存器組中的對應寄存器中，並將概率模型與寄存器的映射關係輸出給概率空間更新單元；在概率空間更新單元完成當前SE對應的概率空間更新後，根據概率模型與寄存器的映射關係、以及概率模型與存儲地址的映射關係，將寄存器組中存儲的概率模型存儲到概率模型存儲單元中。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述將概率模型存儲單元存儲的所有概率模型中，與當前語法元素SE對應的概率模型存儲到寄存器組中的對應寄存器中之前，該方法進一步包括接收外部輸入的SE，判斷當前的SE對應的所有概率模型。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述寄存器組為兩個；所述兩個寄存器組中的任意一個存儲著當前SE對應的概率模型；在概率空間更新單元完成當前SE對應的概率空間更新之前，該方法進一步包括根據預設的概率模型與存儲地址的映射關係，將概率模型存儲單元存儲的所有概率模型中，與下一個SE對應的概率模型存儲到另一個寄存器組中的對應寄存器中；在概率空間更新單元完成當前SE對應的概率空間更新後，該方法進一步包括將下一個SE對應的概率模型與寄存器的映射關係輸出給概率空間更新單元。
全文摘要
本發明公開了一種算術編碼電路和一種算術編碼控制方法。本發明在對每一個SE進行編碼開始之前，先將存儲器中存儲的所有概率模型中，與當前SE的所有比特對應的概率模型寫入到寄存器組中，並在更新概率空間的過程中，從寄存器組中調用每個比特對應的概率模型，將更新後的概率模型存儲到寄存器組中，然後在結束對當前SE的所有比特的概率空間更新後，再將寄存器組中的概率模型存儲到存器中的對應位置。由於從寄存器中讀取數據、向寄存器中寫數據均能夠在一個單元時間內完成，從而減少了更新概率空間所佔用的單元時間數量，進而能夠提高算術編碼的效率。而且，寄存器的成本低，從而使得本發明的實現成本較低，易於推廣。
文檔編號H03M7/30GK101087410SQ200710117698
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月21日 優先權日2007年6月21日
發明者劉子熹 申請人:北京中星微電子有限公司