专利名称：检测数字图像中差错的装置及方法
相关申请的交叉参考本申请根据美国法典§120要求享有下列申请的优先权No.60/371,695号临时申请，递交于2002年4月9日，以及名为“在数字图像中检测差错的装置及方法”的临时申请，递交于2003年3月21日，上述的临时申请通过引用结合与此。
背景技术：
I.发明领域本发明一般涉及数据压缩中的差错检测，跟具体地说，涉及压缩数字图像数据中的差错检测。
II.相关技术描述视频压缩是多媒体中的关键因素。有效的数据压缩可以增加在任何数字通信系统中播放的视频的质量并降低开销。视频压缩技术的一个应用是在活动图片(motion picture)产业中。
几十年来，活动图片产业依靠复制(duplication)、分发(distribution)以及放映(projection)胶片电影(celluloid film)来将节目素材递送到地理上分布于整个国家和世界的剧院。在很长的时间里，分发电影素材的方法和机制保持相对没有改变。一般，目前的电影复制和分发过程包括从优质(exceptional quality)的摄像底片(negative)上产生一主电影拷贝，从主电影拷贝生产分发底片，以及从分发底片生产分发影印(print)。根据发行的规模或者期望的用于分发电影的拷贝数量，可能会有更多的中间步骤或者在每个步骤生产多个拷贝。分发影印(称为“正片(positive)”)，接下来使用物理方式分发至多个剧院并使用电影播放机播放。
尽管上述的分发过程可以使用，但它存在固有的限制。由于使用电影的胶片材质以及电影媒质的带宽限制，在提供高保真(high fidelity)多通道音频节目的能力上有局限。因此，需要很高的花费来制作大量的电影副本，对于一部特制片长度(feature length)的电影来说，每一个拷贝需要花费几百或者几千美元。将胶片电影的大容器罐(canister)物理分发到大量并且在不断增长的剧院位置也存在昂贵、复杂和延迟的问题。另外，这种类型的电影很容易在使用中被破坏以及/或者质量快速下降，因而影响播放体验。
因此，新颖和新兴的技术被发展以提供当前电影分发问题的替代技术。一种这样的方法是使用卫星传输。然而，为了在“实时”发射高质量的音频/视频(AV)信号，要求的数据速率(比特每秒)为1.5千兆(billion)比特每秒。这样的高数据速率要求相当于整个卫星的容量来发射一单个节目，这是惊人的昂贵的。于是，高质量AV素材分发的卫星传输在商业上尚不可行。此外，接收的信息必须使用高质量的播放机来播放，这在之前是不存在的。结果，基于卫星的发射机和接收机的实现将是昂贵的并将从根本上改变当前的电影分发和播放的方式。
发展的数字技术也提出了一种分发的概念，其将节目素材以电子方式保存在一数字化的格式中。数字化的格式可在多种磁介质或者微型光盘上分发，或者通过有线、光纤、无线或者卫星通信系统发射。这些存储介质一般具有4.5千兆字节(GB)至18千兆字节(GB)的容量范围。然而，一具有大约40Mbps平均图像压缩比特率图像轨道和大约8Mbps音频以及控制信息的普通两小时电影要求大约45GB的存储空间。因此，即使实现了高存储容量的DVD-ROM光盘，一两个小时的电影要求使用多个足够容量的DVD-ROM光盘。
为了降低保存高质量电子图像的数据速率要求，发展了压缩算法。一种能够在保持图像信号的质量的情况下提供有效压缩的数字动态压缩技术使用编码离散余弦变换(DCT)系数数据的自适应大小块和子块。该技术在此后称为自适应块大小离散余弦变换(ABSDCT)方法。自适应块的大小被选择以利用(exploit)存在的用于图像数据帧内的信息的冗余。该技术在美国专利号N0.5,021,891，题为“Adaptive Block Size Image Compression Method AndSystem”中揭示，转让给本发明的受让人并通过引用结合与此。DCT技术在美国专利号No.5,107,345，题为“Adaptive Block Size Image Compression MethodAnd System”中揭示，转让给本发明的受让人并通过引用结合与此。此外，结合离散四叉树变换(Discrete Quadtree Transform)技术使用ABSDCT技术在美国专利No.5,452,104，题为“Adaptive Block Size Image Compression MethodAnd System”中讨论，也转让给本发明的受让人并通过引用结合与此。在这些专利中揭示的系统使用帧内(intraframe)编码，其中一图像序列的每一个帧不考虑任何其他帧的内容而被编码。
诸如ABSDCT压缩技术的技术提供“数字影院”系统的可能性。一般定义，数字影院是指电子分发并播放高质量的电影节目，该电影节目已被转换成或者初始就准备为一数字电子表示(representation)以达到存储、传输以及播放的目的。数字影院系统将克服目前电影分发过程中的很多限制。数字系统不会像胶片电影那样随着时间流逝而导致质量下降。此外，数字系统可通过允许在数字系统自身内实现安全措施(measure)来消除偷窃和对电影非法的复制。并且，使用数字电子格式来分发电影信息确实增加了不降低质量的快速、低价的复制的潜力。
然而，一个完整的数字影院系统还没有被活动图片产业或者相关技术发研制出来。具体而言，即使电影信息可被充分地压缩用于分发，由于其包含了大量的数据，可能会出现差错。例如，差错可能在压缩、存储以及/或者解压缩数据期间出现。同样，差错可能在传输将压缩的数据期间出现。特别的，对于通过无线传输实时传递的信息，差错可能由于无线信道的本质存在的高等级干扰而产生。由于这些差错，经压缩的数据中的部分可能失真(distorted)、损坏甚至丢失。数据中的这些差错经常导致延迟或者导致恢复原始数据的困难。因此，需要差错检测技术来保证经压缩数据信息的可靠性和效率。
发明概要按照本发明的装置及方法允许在经压缩的数字图像信息中检测差错。更具体地说，差错可在经压缩的数字图像信息的特定部位被检测。因此，当差错被检测时，例如在解压缩期间，经压缩的数字图像信息的小部分需要被丢弃并替换，或者仅仅是丢弃。由于仅仅是有差错的部分被丢弃，使用本发明的任何数字通信的可靠性和效率可增加。
在一个实施例中，一装置包括一图像压缩器配置成用以压缩数字图像信息。图像压缩器包括一差错检测模块配置成增加一差错检测指示符至经压缩的数字图像信息。差错检测指示符可以是一签名、一帧号以及/或者一数字信息分量类型中的一个或者其组合。
在另一个实施例中，一装置和方法包括用于压缩数字图像信息成经压缩的数字图像信息的装置；以及用于产生并增加一差错检测指示符至经压缩的数字图像信息的装置。该装置还可包括用于转换图像信息成数字图像信息的装置。
在另一个实施例中，一用于压缩数字图像的装置包括用于从空间域转换数字图像信息至频域并产生变换系数的变换装置；用于量化变换系数的装置；用于压缩经量化的变换系数的可变长度编码装置；用于产生经压缩的信息的至少一个差错检测指示符的装置；以及用于再经压缩的信息中增加至少一个差错检测指示符的装置。
在另一个实施例中，一装置包括一信息压缩器配置成解压缩经压缩的数字图像信息成经解压缩的数字图像的信息以播放。图像解压缩器包括一差错检测模块配置成在数字图像的经压缩的信息中检测差错。差错检测模块可使用至少一个被增加至经压缩的信息的差错检测指示符来检测差错。如果在解压缩期间出现无效编码或者如果有一个或多个经压缩的位在解压缩经压缩的信息后仍存在，差错检测模块还可以检测该差错。
在另一个实施例中，一装置和方法包括用于解压缩数字图像的经压缩的数字图像信息成经解压缩的用于数字图像播放的信息的装置；以及用于在经解压缩的信息中检测差错的装置；在另一个实施例中，一用于解码经压缩的信息的装置包括用于解压缩经压缩的信息成经解压缩信息的可变长度解码装置；用于反向量化经解压缩的信息的装置；用于从频域转换经反向量化的经解压缩的信息至空间域的装置；以及用于在经解压缩的信息中使用至少一个被增加至经压缩的信息的差错检测指示符来检测差错的装置。
在另一个实施例中，一用于解码经压缩的信息的方法包括可变长度解码经压缩的信息成经解压缩的信息；在经压缩的信息中使用至少一个被增加至经解压缩的信息的差错检测指示符来检测差错；反向量化经解压缩的信息；以及从频域转换经反向量化的解压缩的信息至空间域。
在另一个实施例中，一存储数字图像信息的存储介质包括数字图像信息的经压缩的数据；以及一至少覆盖数字图像信息的一部分的签名以允许在对经压缩的数据的解压缩中进行差错检测。存储介质还可以包括经压缩的数据的分量类型信息；以及经压缩数据的帧号信息。签名可由多重输入移位寄存器产生。
附图简述本发明将结合下列附图进一步详细描述，其中相同的参考标号表示相同的元件，其中
图1示出一数字影院系统的一实施例；图2示出一编码器的一实施例；图3示出一图像压缩器的一实施例；图4示出一解码器的一实施例；图5示出一图像家压缩器的一实施例；图6示出一用于编码图像信息的方法的一实施例；以及图7示出一用于解码经压缩的数字图像信息的一实施例。
发明详述一般，该装置及方法允许在经压缩和解压缩的数字图像信息中检测差错。在一个实施例中，一编码器增加一差错检测指示符至经压缩的数字图像信息以允许在解码器处检测差错。用来检测差错的差错检测指示符可以是，但不限于一图像帧号、一分量类型或者一有多重输入移位寄存器(MISR)产生的签名。为了检测差错，解码器在解压缩时验证帧号、分量类型或者签名。由解码器恢复的数据中的差错也可以被检测，如是否有经压缩的位在经压缩之后仍保留以及/或者是否在解压缩中有无效编码。按照本发明的差错检测显著增加了使用视频信息压缩/解压缩的系统，特别是在使用大量数据信息的压缩/解压缩的系统的可靠性。本发明的一个应用是在数字影院的领域中。
数字影院可以包括电子产生、压缩、加密并存储音频/视频节目，例如在剧院系统、剧院、剧院联合企业(complexes)和/或播放系统中的活动图片。因此，本发明可应用于在诸如剧院或者剧院联合企业、户外露天剧院、驾驶剧院、市民礼堂、学校以及特定的餐厅的多种地点播放图像和/或音频信息。为了说明，本发明将结合剧院或者剧院联合企业来描述。然而，本领域的技术人员将容易理解本发明可应用于其他类型的地点、系统以及领域。
同样，如这里所揭示的，术语“节目”是指一个或多个用于在影院、电视以及/或者许多其它的播放系统和/或地点中放映的电影。术语“电影”是指包括但不限于电影的完整部分、电影剪辑、商业电影(commercial)、戏剧或者是它们的组合。术语“存储介质”是指一个或多个存储装置包括诸如数字通用光盘(DVD)或者可移动硬盘(RHD)的高容量数据存储设备。术语“加密”是指处理各种源的数字数据流的几种装置中的任何一种，使用多种加密技术中的任意一种来扰码、覆盖、或使用经由采用秘密数字值(“密钥”)产生的序列直接加密数字数据流，这种方式在不知道加密密钥值的情况下很难恢复原始数据序列。
数字影院系统100的一个实施例在图1种说明。数字影院系统100包括两个主要系统至少一个中央设备或者集线器102以及至少一个播放或者剧院子系统104。集线器102和剧院子系统104与待审查的美国专利序列号Nos.09/564,174和09/563,880中的具有类似的设计，两份专利均在2000年5月3日递交并转让给本发明的受让人。
一般，集线器102包括源产生器110以接收节目素材并产生电影的数字版本。数字信息由编码器120使用预先选择的格式或者进程压缩并由集线器存储模块130存储在一存储介质180中。网络管理器140监视并发送控制信息至源产生器110、编码器120以及集线器存储模块130。数字信息也可以由编码器120进行加密。在这种情况下，集线器102可选择性地包括一调整存取管理器150以提供特定电子密钥信息，使得仅仅特定的地区，例如剧院被授权在特定的时间上映特定的节目。
在剧院系统104中，剧院管理器160控制一个或多个剧院模块170。基于剧院控制器160接收的控制信息，剧院存储模块171传送存储在存储媒质180上的经压缩的信息至一重放(playback)模块173。重放模块173从剧院模块171接收经压缩的信息并准备经压缩的信息成一预定的序列、大小和数据速率。重放模块173接下来输出经压缩的信息至解码器175。在解码器175，经压缩的信息被解密(如果需要)、解压缩并输出至一放映器177和一声音模块179。在剧院管理器160的控制下、放映器177在放映界面上放映图像信息而声音模块179在声音系统上播放音频信息。
需要注意，尽管源产生器110和编码器120是在图1中所示的集线器102中的一部分，源产生器110和编码器120中的一个或者两者可以位于诸如电影或者电视生产制作室的分开的设施中。同样，数字数据可通过一数字影院或者数种公知的数字图像产生设备中的任一种而被提供给编码器120。
图2示出了编码器200的一个实施例，配置成从源产生器110中接收数字信息。数字图像和音频信息在进行进一步处理之前可被存储在帧缓冲(没有示出)中。图像处理器210被配置成压缩数字图像信息而数字图像信息一般被传递至一音频压缩器230以进行压缩。图像压缩器210和音频压缩器230可分别使用任何数量的压缩技术压缩数字图像和音频图像信息。在一个实施例中，图像压缩器210压缩数字图像信息并包括一差错检测模块215，配置成在经压缩的信息中增加一差错检测指示符。
图像压缩器210还可包括一诸如多重输入移位寄存器(MISR)的签名产生器(没有示出)以产生差错检测指示符。MISR是一个公知的设备，使用公知的在多项式上采用异或(XOR)操作的技术以产生唯一的编码或签名。通过使用数字图像信息的一部分作为测试模型(test pattern)，MISR产生该部分的一签名。数字图像信息接下来被压缩且MISR签名被增加至经压缩的信息。在解码器175，MISR签名被使用相同的多项式重新产生且经压缩的信息中相应的部分被作为测试模式。如果MISR签名不匹配，则一个差错在该部分中被检测。此处，该部分由根据输入图像数据流的结构的签名所覆盖。
一般，编码器输入数据流由图像帧组成，一图像帧一般可被分成数个片段(slice)，一个片断可被分为数个数据块，一个数据块可被分为数个像素，像素是图像的最小单元。每个图像帧包括一整数数量的片段而每个图像片段表示一组16根连续扫描线的图像信息。在这种情况下，每个数据块对应整个图像帧中的16×16的像素块。同样，一帧可被分割成奇数和偶数和片段，于是形成奇数半帧和偶数半帧。在一个实施例中，半帧是由解码器处理的经压缩的数据信息的基本分组。此外，一图像像素一般可用红、绿、蓝(RGB)色彩分量系统表示。然而，因为人类的眼睛对亮度的变化比色度的变化敏感，YCbCr色彩空间一般在视频压缩中被使用来表示图像像素。YCbCr色彩空间是对RGB分量的线性变换，其中Y是亮度分量、Cb和Cr是色度分量。如果一帧被分成奇/偶帧，会有三个奇半帧和三个偶半帧对应于分量Y、Cb和Cr。
在上面的描述中，一片段可表示一组不同于16根连续扫描线的一组连续扫描线。同样，按照本发明具有相同或者不同数量的色彩分量的不同的色彩空间可被用来表示一图像像素。
MISR签名可覆盖数字图像数据的一个或多个数据块、一个或多个片段、一个或多个半帧或者一个或多个帧。根据MISR签名，差错可在块、片段、半帧、帧或者其他合适或者适当的单元中被检测。在另一个实施例中，差错检测指示符可以是帧号或者是被增加到经压缩的数据中的数字图像数据的色彩分量的类型。在另一个实施例中，一个帧号、分量类型以及MISR签名或它们的组合可被用于在解码器175检测差错。帧号、色彩分量和/或MISR签名可在解码器175被验证以检测在对经压缩的信息的解压缩中的差错，这将结合图4和图5进行描述。
回到图2，经压缩的图像信息可被提供给至少一个图像加密器220而经压缩的音频信息可被提供给至少一个音频加密器240。图像加密器220和音频加密器240分别加密经压缩的图像和音频信息，使用任何数量的公知加密技术。例如，每一个图像和/或音频节目可使用特定的电子密钥信息，其授权剧院或者其他放映地点上映特定的节目。密钥信息可使用诸如智能卡的可传输存储元件在期望重放该节目之前被发射或者递送到授权的剧院。
经压缩并可任选地经加密的图像和音频信号都被提供给多路复用器250。在多路复用器250，图像和音频信息与时间同步信息一起复用以允许图像和音频流信息在剧院子系统104按照时间对齐的方式重放。多路复用的信号接下来由节目分组器260处理，其分组数据以形成节目流。经分组的图像和音频节目流被发送到集线器存储模块130以存储在存储介质180。在另一个实施例中，图像和音频信息也可以被分开地处理并分开地分组，而不是多路复用。
压缩器210和230，加密器220和240，多路复用器250以及节目分组器260是由一压缩/加密模块(CEM)控制器270控制。CEM控制器270与网络管理器140通信并主要负责控制及监视编码器200。CEM控制器270可由软件控制的处理器实现并可被配置为通用功能硬件，包括多种可编程电子设备和/或在软件和/或固件程序控制下操作的计算机。CEM控制器270也可以通过使用其他技术实现，例如通过一个或者多个ASIC和/或通过一个或者多个电路卡组件。
图3显示了按照本发明的一图像处理器300的一个实施例。图像处理器300包括一变换模块310、一量化模块320以及一可变长度编码(VLC)模块330。变换模块310将数字化的图像信息从空间转换至频域并产生变换系数。量化模块320量化变换系数而VLC330使用可变长度编码技术压缩经量化的变换系数。在一个实施例中，VLC330产生一差错检测指示符而差错检测模块215增加该差错检测指示符至经压缩的信息。此处，差错检测指示符可以是后面附加的或者是先面附加的。VLC330可包括一签名产生器335以产生上述的签名用于差错检测指示符。签名产生器335可由MISR实施以在压缩期间产生签名。在一些实施例中，签名在可变长度编码之前或者期间从经量化的变换系数中产生。在一可选实施例中，签名可在可变长度编码之后产生。
变换模块310可以是离散余弦变换(DCT)模块，其转换一时间采样信号至同一信号的频率表现。例如，图像压缩器300使用在美国专利号Nos.5,021,891、5,107,345和5,452,104中描述的自适应大小DCT(ABSDCT)处理技术处理数字图像信号。
一般，每个亮度和色度分量被传输到一块交错器(没有示出)。一16×16块被提供给该块交错器，其排序该16×16块中的图像样本以产生用于DCT分析的数据的块和合成子块。在一个实施例中，一16×16DCT被应用于第一排序，4个8×8DCT被应用于第二排序，16个4×4DCT被应用于第三排序，而64个2×2DCT被应用于第四排序。DCT操作降低了图像源中固有的空间冗余。在DCT被执行之后，图像信号中的大多数能量被集中到少数的DCT系数上。
对于16×16块和每一个子块，经变换的系数被分析以确定要求编码该块或子块的位的数量。接下来，要求最少数量的位来编码的块或者子块的组合被选择用来表示该图像分段。例如，2个8×8子块、6个4×4子块以及8个2×2子块可被选择用于表现该图像分段。被选择的块或者子块的组合接下来被适当地按顺序排列。DCT系数值可被用于进一步的处理，例如，但不限于量化和可变长度编码，如图3所示。
例如，DCT系数可使用对于人类眼睛最佳化的权重函数进行量化。同样，在对于经量化的DCT系数的可变长度编码中，VLC330可包括一霍夫曼(Huffman)引擎用于对非零的AC系数值进行霍夫曼编码且运行长度为零。也就是，一霍夫曼编码体现了在一非零AC系数值之前的零的数量和非零AC系数的大小(用于表示所要求的最小数量的位)。因此，DCT系数被运行长度地编码以产生零的运行长度的不同对以及后来的非零AC系数的对应大小。此处，之字形(zigzag)扫描或者其他扫描模式可被使用以增加零的运行长度。接下来使用表格来基于该编码出现的概率将编码分配给不同运行长度的编码对。短的编码被分配给出现频率高的对而长的编码被分配给出现频率少的编码。霍夫曼编码附加在AC系数的真实值并被发射。
对于编码和解码，霍夫曼编码表格可被分别保存在编码器120和解码器175中。根据对被霍夫曼编码的信息的概率分析，一个或多个霍夫曼编码表格可被使用。例如，当使用YCrCb色彩空间时，三个不同的霍夫曼编码表格可被使用，每一个用于一个色彩分量Y、Cb和Cr。
在一个实施例中，在一分量半帧的起始处，例如在头部，霍夫曼引擎将在经压缩的数据之前加入表示帧号和图像信息的分量类型的位。在数据的分量半帧的结束为处，例如在尾部，霍夫曼引擎将增加由签名产生器335产生的签名。该签名可覆盖半帧中除了头部以外的信息。该签名、分量类型以及帧号可在解码器处被验证用于差错检测。
经压缩的信息，包括一个或多个差错检测指示符，被从集线器102发送至剧院子系统104。经压缩的信息可被存储在集线器存储模块130中并使用存储介质180被物理传送。此处，存储介质180包括数字图像信息的经压缩的数据和至少一个差错检测指示符以允许在解压缩经压缩的数据中对差错的检测。在一个实施例中，差错检测指示符是一覆盖至少数字图像信息的一部分的签名。存储介质还可包括经压缩的数据的分量类型和帧号作为差错检测指示符以允许解压缩经压缩的数据图像数据中的差错检测。或者，上述经压缩的信息或者部分也可以使用许多无线和/或有线传输方法被发射到剧院存储模块171。经压缩的信息的无线和/或有线传输允许对电影的实时传递和重放。
当一个节目被观看时，节目信息可从剧院存储模块171中被恢复并通过剧院管理器160被传送到剧场模块170。每个剧场模块170可处理并播放不同于同一个剧院子系统104中的其他剧场子系统170的节目，或者一个或者多个剧场模块170可同时处理或者播放相同的节目。
在解码器175，如果需要的话，从剧院存储模块171接收的经解压缩的信息被使用提供给授权的剧院的密钥信息解码并使用与编码器120中使用的压缩算法相反的解压缩算法进行解压缩。例如，如果图像压缩是基于ABSDCT算法，解压缩过程可包括可变长度解码、IDCT、以及DCT块合成器去交错。解码器175将经解压缩的图像信息转换成播放系统使用的标准的视频格式(可以是模拟的或者是数字格式)而图像将通过电子放映器177显示。音频信息也被解压缩并被提供给剧场声音模块179用于与图像节目一同播放。解码器175也使用其中的差错检测指示符在经压缩的信息中检测差错，将结合图4和图5描述。由检测器175检测的差错可能是在数据的压缩、传输或者解压缩期间发生的差错。
图4显示了解码器400的一个实施例。解码器400被配置成处理经压缩/加密的准备在屏幕或者表面上视频放映并使用诸如声音模块179的声音系统音频表现的节目信息。解码器400由其控制410控制或者通过剧院管理器160控制，并可包括一解分组器420、一CPU410、一缓存430、一图像解密/解压缩器(DD)440以及一音频DD450。一加密智能卡470可被附加地使用，其与控制器410和/或图像DD440接口用以传输并存储单元特定加密密钥信息。
解码器400可在一个或多和电路卡组件上实现而该电路卡组件可被安装在装配在或者靠近放映器177的自包含外壳中。
在操作中，缓存430可临时存储解分组器420的信息。解分组器420识别并分离从重放模块173、CPU410和/或剧院管理器160到达的单独的控制、图像以及音频分组。当图像和音频分组分别被发送到图像和音频DD系统440和450时，控制分组可被发送到剧院管理器160。读和写操作会突发发生。因此，一般使用大的缓存430以使数据顺畅地从解分组器420直接流向播放设备。
图像DD440从解分组器420获取图像数据，如果需要的话执行解密，并重新组合原始图像用于在屏幕上播放。该操作的输出一般提供标准模拟RGB信号至数字影院播放器177。解密和解压缩可实时执行，允许对节目素材的实时重放。图像DD440还包括一差错检测模块445，配置成在经解压缩的数字图像数据中检测差错。
用于解压缩的处理元件可在配置成用于该功能的专用特定硬件中实现，例如ASIC和/或一个或多个电路卡组件。或者，解压缩处理元件可实现为标准元件和/或通用硬件，包括多种数字信号处理器、可编程电子设备和/或由专用功能软件和/或固件程序控制下的计算机。多个ASIC可被实现为并行处理图像信息以支持高图像数据速率。
在图像DD440，图像节目数据流进行一与编码器120使用的图像压缩对称的图像解压缩过程。例如，图5显示了与图3中显示的图像压缩对称的解压缩过程。如图5所示的图像解压缩器500可包括一用于解压缩经压缩的信息的可变长度解码(VLD)模块510，一用于反向量化经解压缩的信息的反向量化模块520，以及一用于将经反向量化解压缩的信息从频域转换到空间域以允许数字图像的播放的变换模块530。
在一个实施例中，差错检测模块445使用一增加至经压缩的信息的差错指示符来检测经压缩的信息中的差错。如结合图像压缩器210所描述的，被增加至经压缩的信息的差错检测指示符可以是一个帧号或者帧号的组合、分量类型或者MISR签名。在一个实施例中，VLD模块510包括一签名分析器515，配置成重新产生一用于在经压缩的信息中检测差错的签名。
在解压缩期间，差错检测模块445通过周期性地验证一个或者当前帧号的组合、分量类型以及MISR签名来检测差错。此处，当前帧号、分量类型和签名可在每一分量半帧的结尾处被验证。如果正在被解压缩的信息的帧号、分量类型和/或MISR签名与当前的帧号、分量类型和/或MISR签名不分别对应，差错检测模块510在经解压缩的信息中检测一个差错。
为了验证MISR签名，VLD模块510可包括一签名分析器505，配置成从经压缩的信息中产生一控制签名。签名分析器505可由一MISR实现以与编码器120的签名产生器335对应。因此，签名分析器515可被实现以在可变长度解码之前、期间或者之后产生控制签名，该签名根据来自编码器120的MISR签名是否是从经量化的变换系数或者是从经可变长度编码的数据中产生。例如，如果签名产生器335从经量化的变换系数中产生MISR签名，签名分析器505在可变长度解码之后产生控制签名。然而，如果签名产生器335从经可变长度编码的数据中产生MISR签名，签名分析器505在可变长度解码之前或者期间产生控制签名。同样，签名分析器515可覆盖诸如一个或多个数据块、一个或多个片段、一个或多个半帧或者一个或多个帧。通过比较控制签名和与经压缩的信息一起接收的MISR签名，MISR签名可被验证。
如果一个或多个经压缩的位在经压缩一图像帧或分段之后仍然存在，差错检测模块445也可以检测出一差错。在另一个实施例中，如果存在无效的编码，差错检测模块445可检测出一差错。例如，当解码经霍夫曼编码的数据时，如果一编码不能在霍夫曼编码表格中被找到，会检测出一差错。
因此，经压缩的和经解压缩的数字图像信息中的差错可通过使用上述的任何检测方法中的一个或者其组合而被检测。图6说明了用于编码图像信息以允许检测差错的方法600的一个实施例而图7说明了用于解码经压缩的数字图像信息以允许检测差错的方法700的一个实施例。
如在图6中所示的，图像信息被转化成数字图像信息(610)。数字图像信息接下来被压缩(620)且一差错检测指示符被增加到经压缩的数组图像信息(630)。此处，压缩可包括从空间转换到频域以产生变换系数，量化变换系数，以及可变长度编码以压缩经量化的变换系数，如结合图3所描述的。增加至经压缩的数字图像信息的差错检测指示符可以是一个帧号、分量类型、或者上述的签名或者它们的组合。此外，如果图像信息已经在数字格式中，转换成数字图像形式可以被省略。
由方法600编码的经压缩的数字图像信息由方法700接收(710)并解压缩(720)。解压缩可以是与压缩过程相反的过程。如结合图5所描述的，解压缩可包括可变长度解码以解压缩经压缩的信息，反向量化，以及从频域转换到空间域。此处，差错在经解压缩的信息中被检测(块730)。在一个实施例中，差错使用至少一个增加至经压缩的信息的差错检测指示符而被检测。如果在可变长度解码期间有无效编码和/或如果有一个或多个经压缩的位在解压缩经压缩的信息之后仍然存在，该差错也可以被检测。
当检测到一差错时，解码器175可发布一中断使得经压缩的数据中包含差错的部分可根据系统的需要被丢弃或者重新发送至剧院子系统179。该部分可以是一个或多个块、一个或多和片段、一个或多个半帧、一个或多个帧或者对应一些时间周期的部分。该部分可能受到差错是怎样被检测的及是否可由剧院子系统105修复的限制。例如，如果差错是使用帧号检测的，该部分不能少于一帧。
经恢复的数字图像数据经过数字至模拟转换，模拟信号被输出至放映器177。或者，数字接口可被用于传送经解压缩的数字图像数据至放映器177以避免对于数字-模拟过程的需求。音频DD450从解分组器420获取音频数据流，执行解密并重新组装原始音频数据用于在剧院扬声器或者音频声音模块179上表现。该操作的输出提供标准线电平音频信号至声音模块179。类似图像DD440，音频DD450保留由音频压缩器230和集线器102的音频解密器240执行的操作。结合使用来自加密智慧卡432的电子密钥和嵌入在数据流中的电子密钥，解密器450解密音频信息。经解密的音频数据接下来被解压缩。音频压缩使用与用于音频压缩的中央集线器102中使用的算法对称的算法执行。如前面所讨论的，音频和数据轨道可以是与图像节目时间同步的或者可以异步地被显示而不直接时间同步。
图像节目可包括单个帧(即静态图像)、一系列单个帧静态图像、或者短的或者长的持续时间的活动图像序列。放映器177在屏幕上电子显示节目。声音模块179在剧院扬声器上呈现节目的音频部分。
通过对数据进行分组，或者形成“数据块”，节目数据流在剧院子系统104进行解压缩期间可被监视，监视解压缩期间在接收的块中的差错。剧院子系统104的剧院管理器106可发出请求以获取展现差错的数据块。因此，如果存在差错，仅仅是节目的一小部分需要被丢弃和/或替换，而不是整个节目。如果节目的部分需要被替换，对于数据的小块的请求可通过有线和/或无线链路被操作。这提供了增加的可靠性和效率。
需要注意前述的实施例仅仅是示例且并不是用于限制本发明。例如，重放模块173和解码器175可被集成到单一的重放-解码器模块中。编码可包括其他过程诸如频率加权和/或差分四叉树变换。在这种情况下，解码可包括反向频率加权和/或反向差分四叉树变换。同样，尽管签名产生器335被示为VLC330的一部分，签名产生器可在VLC330外分开地实现。类似的，信号分析器505可在VLD510外分开地实现。如果信号产生器和分析器335和505可由MISR实现，一个或者MISR可由硬件、软件、固件或者他们的结合实现。此外，差错检测模块215和445可分开实现或者分别作为VLC330和VLD550的部分实现。另外，对于当前帧号、分量类型以及签名的验证可在每个帧的结尾处进行。而且，除了帧号和分量类型之外的经压缩的图像的其他信息也可被用于验证并检测在经压缩的信息中的差错。
因此，对于本发明的描述是为了说明，并不是为了限制本发明的范围。由此，本发明的原理可以容易地被应用于其他类型的装置并且许多变化、改进或者改变对于本领域的技术人员是很明显的。
权利要求
1.一装置，包括一图像压缩器，配置成压缩数字图像信息，所述数字图像信息包括一差错检测模块，配置成增加至少一个差错检测指示符至经压缩的数字图像信息。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图像压缩器还包括一变换模块，配置成将数字图像信息从空间域转换到频率域，所述变换模块配置成产生变换系数；一量化模块，耦合到变换模块，所述量化模块配置成量化所述变换系数；以及一可变长度编码模块，耦合到所述量化模块，所述可变长度编码模块配置成压缩所述经量化的变换系数并产生至少一个差错检测指示符。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，至少一个差错检测指示符包括至少经量化的变换系数的签名，而其中可变长度编码模块包括配置成产生签名的多重输入移位寄存器。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，可变长度编码模块产生至少用于数字图像信息的每个半帧的签名。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，可变长度编码模块包括一霍夫曼引擎以压缩所述经量化的变换系数。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，变换模块包括一自适应块大小离散余弦变换(ABCDCT)模块以使用ABSDCT将数字图像信息从空间域转换到频率域。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个差错检测指示符包括数字图像信息的一个帧号、一数字图像信息的色彩分量类型、以及电影的一部分或它们的组合。
8.如权利要求1所述的装置，还包括一图像加密器，配置成加密经压缩的数字图像信息。
9.一方法，包括将数字图像信息压缩成经压缩的数字图像信息；以及产生并增加至少一差错检测指示符至经压缩的数字图像信息。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，压缩数字图像信息包括将数字图像信息从空间转换到频域并产生变换系数；量化变换系数；以及可变长度编码经量化的变换系数。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，可变长度编码包括按照霍夫曼编码进行可变长度编码。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，产生并增加至少一个差错检测指示符包括使用多重输入移位寄存器产生至少经量化的变换系数的签名；以及将所述签名作为差错检测指示符增加至经压缩的数字图像信息中。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，产生签名包括产生至少用于数字图像信息中的每个半帧的经量化的变换系数的签名。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，转换数字图像信息包括使用一自适应大小离散余弦变换将数字图像信息从空间域转换到频率域。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，至少一个差错检测指示符包括数字图像信息的帧号以及色彩分量类型其中一个或者两个。
16.一种用于压缩数字图像的装置，包括用于将数字图像信息从空间域转换到频率域并产生变换系数的变换装置；用于量化变换系数的装置；用于压缩经量化的变换系数的可变长度编码装置；用于产生至少一个用于经压缩的数据的差错检测指示符的装置；用于在经压缩的信息中增加至少一个差错检测指示符的装置。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，用于产生至少一个差错检测指示符的装置包括一霍夫曼引擎。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，至少一个差错检测指示符包括至少经量化的变换系数的签名，而其中用于产生至少一个差错检测指示符的装置包括一配置成产生所述签名的多重输入移位寄存器。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，用于产生至少一个差错检测指示符的装置产生数字图像信息的一个帧号或者是帧号的组合作为一差错指示符，一数字图像信息的分量类型作为差错指示符，或者签名。
20.如权利要求16所述的装置，其特征在于，变换装置包括一自适应块大小离散余弦变换(ABSDCT)模块以使用ABSDCT将数字图像信息从空间域转换到频率域。
21.一存储数字图像信息的存储介质，包括数字图像信息的经压缩的数据；以及覆盖至少数字图像信息的一部分的签名以在经压缩的数据解压缩时允许差错检测。
22.如权利要求21所述的存储介质，还包括经压缩的数据的分量类型信息；以及经压缩数据的帧号信息。
23.如权利要求21所述的存储介质，其特征在于，签名是由一多重输入移位寄存器产生。
24.一装置，包括一图像解压缩器，配置成解压缩经压缩的数字图像信息成数字图像的经解压缩的信息以用于显示，图像解压缩器包括一差错检测模块，配置成在数字图像的经解压缩的信息中检测差错。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，图像解压缩器还包括一可变长度解码模块用于解压缩经压缩的信息；一反向量化模块用于反向量化经解压缩的信息；以及一变换模块用于将经反向量化及解压缩的信息从频域转换到空间域以允许显示数字图像。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，差错检测模块使用至少一个增加至经压缩的信息的差错检测指示符在经解压缩的信息中检测差错。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，差错检测指示符是由多重输入移位寄存器产生的签名，而差错检测模块包括一签名分析器，用于验证签名以在经压缩的信息中检测差错。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，差错检测模块在经压缩的信息的每个半帧之后验证签名。
29.如权利要求25所述的装置，其特征在于，如果在由可变长度解码模块解压缩的过程中有无效编码，差错检测模块在经解压缩的信息中检测一差错。
30.如权利要求24所述的装置，其特征在于，差错检测模块通过增加至经压缩的信息的帧号来检测在经解压缩的信息中的差错。
31.如权利要求24所述的装置，其特征在于，差错检测模块通过增加至经压缩的信息的分量类型来检测在经解压缩的信息中的差错。
32.如权利要求24所述的装置，其特征在于，如果在解压缩经压缩的信息后仍存在一个或多个压缩位，差错检测模块检测经解压缩的信息中的一差错。
33.如权利要求24所述的装置，其特征在于，经压缩的信息包括一电影的一部分。
34.一方法，包括解压缩经压缩的数字图像信息成经解压缩的信息用于显示数字图像；以及在经解压缩的信息中检测差错。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，检测差错包括通过使用增加至经压缩的信息的差错检测指示符来检测差错。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，差错检测指示符包括一由多重输入移位寄存器产生的签名，而其中检测差错包括验证签名。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于，检测差错包括通过增加至经压缩的信息中的帧号在经解压缩的信息中检测差错。
38.如权利要求35所述的方法，其特征在于，检测差错包括通过增加至经压缩的信息中的分量类型在经解压缩的信息中检测差错。
39.如权利要求34所述的方法，其特征在于，如果在解压缩经压缩的信息后仍存在一个或多个经压缩的位，检测差错包括在经解压缩的信息中检测出一差错。
40.如权利要求34所述的方法，其特征在于，如果在解压缩经压缩的信息期间有无效编码，检测差错包括在经解压缩的信息中检测出一差错。
41.一种用于解码经压缩的信息的装置，包括用于解压缩经压缩的信息成经解压缩的信息的可变长度解码装置；用于反向量化经解压缩的信息的装置；用于将经反向量化解压缩的信息从频率域转换成空间域的装置；以及用于使用至少一个增加至经压缩的信息的差错检测指示符在经解压缩的信息中检测差错的装置。
42.如权利要求41所述的装置，其特征在于，至少一个差错检测指示符包括由一多重输入移位寄存器产生的签名。
43.如权利要求42所述的装置，其特征在于，用于检测差错的装置包括使用一个帧号或者帧号的组合作为差错检测指示符来检测差错，一分量类型作为差错检测指示符、或者签名。
44.如权利要求41所述的装置，其特征在于，如果在解压缩经压缩的信息后仍存在一个或多个压缩位，用于检测差错的装置在经解压缩的信息中检测出一差错。
45.如权利要求41所述的方法，其特征在于，如果在由可变长度解码装置解压缩期间有无效编码，用于检测差错的装置在经解压缩的信息中检测出一差错。
46.一种用于解码经压缩的信息的方法，包括可变长度解码经压缩的信息成经解压缩的信息；使用至少一个增加至经解压缩的信息的差错检测指示符在经压缩的信息中检测差错；反向量化经解压缩的信息；以及将经反向量化解压缩的信息从频率域转换到空间域。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，检测差错包括由多重输入移位寄存器产生一签名。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，检测差错包括使用一个帧号或者帧号的组合作为差错检测指示符，一分量类型作为差错检测指示符，或者签名来检测差错。
49.如权利要求46所述的方法，其特征在于，如果在解压缩经压缩的信息后仍存在一个或多个压缩位，检测差错包括在经解压缩的信息中检测一差错。
50.如权利要求46所述的方法，其特征在于，如果有无效编码，用于检测差错的装置在经解压缩的信息中检测出一差错。
51.一装置，包括用于压缩数字图像信息的装置；以及用于增加至少一个差错检测指示符至经压缩的数据图像信息的装置。
52.如权利要求51所述的装置，还包括用于转换图像信息成数字图像信息的装置。
53.如权利要求51所述的装置，其特征在于，用于压缩的装置包括用于将数字图像信息从空间域转换到频率域并产生变换系数的装置；用于量化变换系数的装置；以及用于压缩经量化的变换系数的可变长度编码装置。
54.如权利要求53所述的装置，其特征在于，可变长度编码装置包括一多重输入移位寄存器用于产生至少经量化的变换系数的签名作为第一差错检测指示符。
55.如权利要求51所述的装置，其特征在于，至少一个差错检测指示符为数字图像信息的一帧号。
56.如权利要求51所述的装置，其特征在于，至少一个差错检测指示符为数字图像信息的分量类型。
57.一装置，包括用于解压缩经压缩的信息成经解压缩的数字图像信息用于显示的装置；以及用于在数字图像的经解压缩的信息中检测差错的装置。
58.如权利要求57所述的装置，其特征在于，用于检测差错的装置使用至少一个增加至经压缩的信息的差错检测指示符来在经压缩的信息中检测差错。
59.如权利要求58所述的装置，其特征在于，用于检测差错的装置使用增加至经压缩的信息的帧号来在经压缩的信息中检测差错。
60.如权利要求58所述的装置，用于检测差错的装置使用增加至经压缩的信息的分量类型来在经压缩的信息中检测差错。
61.如权利要求57所述的装置，其特征在于，如果在解压缩经压缩的信息后仍存在一个或多个压缩位，用于检测差错的装置在经解压缩的信息中检测出一差错。
62.如权利要求57所述的方法，其特征在于，如果有无效编码，用于检测差错的装置在经解压缩的信息中检测出一差错。
全文摘要
揭示了用于在经压缩的数字图像中检测差错的装置及方法(图2)。在一个实施例中，一签名使用一多重输入移位寄存器产生并被增加至经压缩的信息中(210)。该签名在解码器处被验证以在经压缩的信息中检测差错。其他诸如经压缩的图像的帧号和/或色彩分量类型也可被验证以在经压缩的信息中检测差错。在另一个实施例中，如果在解压缩后仍存在位和/或如果在解压缩中有无效编码，解码器检测差错(215)。当检测到一差错时，经压缩的信息可被丢弃或者重新发送并处理。因此，对差错的检测至少可显著增强诸如数字影院这样要求大量数据压缩的系统的可靠性。
文档编号G06T9/00GK1656802SQ03812239
公开日2005年8月17日 申请日期2003年4月9日 优先权日2002年4月9日
发明者S·戈文达斯瓦米, A·C·厄怀恩, J·拉特泽尔 申请人:高通股份有限公司