Bit−Plane Arithmetic VLC

(1)

!!" #$ %%

&'& % ( %$)* +,- %$)* .%!!"! +/0

12$* 3$45 +6 789:; 3$)!5 +6 7<=>; # 45 +6 788><

?$%$)* !!) 2?!!"$@ %%?!!!

A)!$ B=5 ;77;

CDEFGHIF

JKLMNONPQLR STLRLURV WNMVP VQTPMVKS SLTKNXTV TPMNQY VZTNVQT[ OP KVM\TV VKKPK

] KP

]

LYLONPQ UVTL\SV O^V[ ^LWV LWPNMVM \SNQY VQ^LQTV_VQO`RL[VK abcd NQePK_LONPQ

OP

]

KVMNTO O^V ULSV RL[VK afcd OP

]

KVWVQO O^V VKKPK

] KP

]

LYLONPQ OVK_VM gMKNeOhi

jKNeO TLQ

]

KPM\TV WVK[

]

PPK WNMVP k\LRNO[ Ne RVeO \QT^VTlVMi mQ O^NS

] L

] VKn oV

] KP

]

PSV L WNMVP TPMVK oNO^ SNYQNXTLQOR[ UVOOVK TP_

]

KVSSNPQ VZTNVQT[ UVTL\SV NO

NQOVQONPQLRR[ LRRPoS O^V MKNeO

]

KPM\TVM U[

]

KVMNTONQY O^V fc eKP_ O^V bci p\K

MKNeO _LQLYV_VQO S[SOV_ ULRLQTVS O^V OKLMV`Pq UVOoVVQ TP_

]

KVSSNPQ VZTNVQT[

LQM VKKPK

] KP

]

LYLONPQi

J^V

] KP

]

PSVM STLRLURV TPMVK \SVS L S

]

LONLRR[ LML

] ONWV

]

KPTVM\KV O^LO P

]

ON_LRR[

SVRVTOS lV[ VQTPMVK

]

LKL_VOVKSr O^V k\LQONsVK LQM O^V

]

KVMNTONPQ SOKLOVY[i p\K

Q\_VKNTLRKVS\ROSNQMNTLOV O^V VQTPMVK NSWVK[

]

PoVKe\RnLQMO^VSVRVTONPQ

]

KPTVM\KV

NS VqVTONWVi J^V WNMVP k\LRNO[ Pe P\K TPMVK LO RPo KLOVS NS PQR[ _LKYNQLRR[ oPKSV

O^LQ O^V MKNeO`eKVV TLSVn o^NRV NOS PWVKLRR TP_

]

KVSSNPQ VZTNVQT[ NS QPO _\T^ oPKSV

O^LQ L PQV`RL[VK QPQSTLRLURV VQTPMVKi

t uvwxyz{|w}yv

~

¡¢£¤ ¡¥ ¦¢§¨¡©¨ª¨ ¥«ª¢£ ¡¨£¨ ¥ª ¬ ®¥¯ ° ±¨ ¨¥£²³

(2)

·´¸ ¹

º »

º

¼

½ ¾¼¿

»

µ À

·Á¸ ·Â¸ ¶ ·Ã¸ ·Ä¸ ·Å¸

·Æ¸ ·Ç

¸

·È

¸

·´É¸ ·´´¸

Ê Ë ¶

Ì º

º Í À

½

¿ ½¼¿ ½ ¾¼¿ Î Ï

¾¼ Ð

» Ñ ·´Á

¸

»

º

Î ¾¼

Ð ¹ÁÅÂÒ ¾¼

¾¼ ¼

¼ ·´Â¸ » º

Ó

(3)

Î

Ì Í¾ÔÁ ÕÖ×

·Á¸ ¼

ØÙÚ »

º Î

µ º Ê

Û~»

¾ Í¾Ô

Á

Ï Ï ·Á¸ Í¾ÔÁ

ÕÖ×Õ Í¾ÔÁ Õ Õ ½ÕÕ¿

Ï

Ö

¹Á

ÅÂ

Í¾ÔÃ

´

Ï

¹ Í¾ÔÁ

ÕÕ

Í¾ÔÃ ¹Á

ÅÂ

µ ÉÄ´Ä

·Á¸ ·´Ã¸ Ê Ï

µ

À

ÜÝÞßÝÙ ¾¼

¾¼

Î ¾¼ ¾¼ »

¶

»

(4)

Õ¿

Í¾ÔÃ

Á

¾¼ ·Ç

´Å

´Ä¸

Ö

Ë Î

½ ¿

à ¾¼ ¶

á À Í¾ÔÃ ÐÔÕ

Ï Ó

¾¼

Á

º

Í¾ÔÃ âÞãäØÙ

¶ ·´Å¸ ½» ¶

¶¿

» º Í¾ÔÃ ÐÔÕ ·´Æ¸ »

Í ÐÔÕ ½ÍÐÔ

Õ

¿ ·´Æ¸

º ¾¼ ¾¼ ¹

¾¼ Ó

µ º

Í ¼ ¾¼

Ï

¾¼ »

Ô ¾ ÛÍ~ ½ ¾ÛÍ~¿ ´ÈÇÉ ·´Ç¸ »

å æ çÇ

Ä

Ï À ¶À

Ï ¾ÛÍ~ µ ÛÍ~

» Ï ·Â¸ Ï ·´È

¸

~ µ

·ÁÉ¸·Á´¸

¹

(5)

Î ·Á¸ Í¾ÔÁ

ÕÖ×Õ

É

´è

ÁÄè Ð

·Á

Á¸

¶

Ð ¾ÛÍ~ À

¶À å æ çÈ

È

ÛÍ~

º ¾ÛÍ~

Î ·Á

Â¸

º

·ÁÃ

¸

·Á

Ä¸

Î Õ Á Î Õ Â

Û~»

Ð ¼ ¾¼

Î ·Á

Â¸

Ï

ÐÔ

Õ

Î Õ

Ã

Ë

¶À Õ

Ä

µ

Ì Ï

º ÐÔ

Õ

Õ Å

Ê

Í¾ÔÃ ÐÔÕ ·´Å¸ Î

(6)

Ï º ÐÔ

Õ

Î

¶

Ó ¶

» ÐÔÕ

é êëvëì}vì zx}íw

Î Û~»

Ð Ï

Í µ Ï

Ì

Â

Ï

î

Ð »

» µ Ë

¾ ·Ã¸ ·È¸

î

Õ

Ï

î

» ½

¾¼ ¼¿

î

Ð

Î

î

Ð À À

¶ Î À

½

¿

(7)

¿

»

À

Ê

~ï ð·ÁÅ

¸

Ñ ·Á

Æ¸

Ê ·Á

Ç¸

»

À Ñ

·´Â¸ ¹

À ¾

¼

¼¹ º

» Ï

µ

¼

¶

Õ º

ñ ò|ëóëôóõ ö÷ø |yzõx ù}wú zx}íw |yvwxyó

»

Ì º

Ê Íûü

Î Í

Íû ·´Å¸

ýþÿ°

£¥¨ ¥£¨ ©¥£ ª¢ ° £¥¨ ¡ª¢«ª ¢£¡¥£¦ £¨¦²ª¢§ ¥§¦ ¡² ¥£¨ ¨§¥¯©¨¦ ¯ ±¨¨£¨§²¨

þ

²ª«£¨ ¨©¨²ª¢§ ± þ

¢¦¨¢ ¥§§¨ § ³ ³

(8)

Bit−Plane Arithmetic VLC

IQ IQ

IQ c

IDCT

IDCT Motion

Comp.

FM f

FM c

Motion Comp.

Drift Comp.

Decoder Output

Base VLC

f a

Base bits 2nd part of enhancement bits

1st part of enhancement bits

p ^ nf

p ^ nc

Control information (motion comp. + macroblock type)

Ð ´ »

Î Íû

Î

!!

Ð

´

Á

Û~» »

Ï µ »

½ Ð

´¿

» "#$

» Ï

"#% &"#$

» "#' &"#%

» ()Ø*+ãä*Ø,ã

,ã,)*- » .Ùãä*Ø,ã ,ã,)*-

Ï

Ï » Ï

(9)

Input

− +

Motion Est.

Drift Control

Motion Comp.

FM f

FM c

Motion Comp.

Drift Comp.

p ^ nf p ^

nc DCT

Bit−Plane Coder Bit−Plane Coder

2nd part of enhancement bits 1st part of enhancement bits base layer bits

IDCT

IDCT Q a

Q f

Q c Base Layer

Coder

IQ f

Control information

IQ c

Ð

Á

»

¼ ï

/

#$ ï

/

#% Ï

0 Ð ½¿ Ð

´

Ï » Ï

ï

/

#$ ½ ÐÔ

Õ¿

»

Ï ï

/

#% ½ Í¾ÔÁ ÕÖ×Õ¿ »

Ð

Ó

» Û~» ½ Ð Á¿

»

µ Ï » Ï

»

Ó

Ë ¶À 1% Ï ¶À 1' ¶

Ï

(10)

Ûµ¶ µ¶ µ µ

º Î

» Ì

À

Õ

Ã

» À à ½

¿ » Ï

º

Î

2¼~

¹µ

Ê

3 456 7 6 85

»

Î

Ñ~ ·ÂÉ¸ À

()ÚÝÙ9 *:Ù

» Ñ~ Î

À

Î

(11)

¹

Õ ¹

À

¼ º

¶

´

ÉÆ

Á

É

Ä

´Â

¶À 1 æ Ã 1 æ

Ç

Î

ÁÄÅ

´

É

ÅÈ

É

ÄÉ

È

» ´è

Ð

Î

Ê

Ê ¶À

Û~» º

» Û~» º ¶

» º Ç

Ç

Ï

Ï ¶À 1' ¶

¾

Ç

Û~» º

¾

Ï 1$;1'

1%;1' Ð

Ï Ï »

Ï

(12)

à

» ÅÃ º

É

´

» Ë Ï ´ º

Õ º +Ý9ÙÝ.( ØÙÞ Í ·Â

´

ÂÁ¸

Ï

º » ÀÀ Û~» º

Ï º

º Ï

Ê º Ï

» ¼

Ï Ï

¾

Ï Ï Ï Ï

¾ Ï

¹

<= ¾

» Ï

> ?v|yzõx y@w}A}Bëw}yv

» ½ ¿À

À Ë

" "CD# E " E "C'F » "CD# "C'F

(13)

»

"CD# » À

¹

"C'F Ê Õ Ã´

À Ï

¶ Î

Õ

Ã

Á

¼ À

Õ

Ã

Â

G HI8 J5K8 8L

Ì À À Ë

»

MN'O Ë N$ E NP$

"$ E "CD# "' E "C'Fç ½´¿

¹"$ "'

N$ N'

À À

Ë ½´¿ Û

¶

» ¹

À Q$N$Ò ½´&Q$¿N' Ë

½´¿ » Q$ à

Ð Q$

´

Q$ À

» À

¼

À » À

(14)

·Á

Å

Á Æ

´Â¸

Î

·ÁÅ ÁÆ ´Â¸ Î

Ê

Õ Ä

¶

G

3 R! I8IIS 88J7 T!8K 8 J I

Î ·Á

Â¸

Ï ¶À1'U1%U 1$

¹ ¶À

1% À VW"%½

X

¿ Ë

Y

W

·½´&Z¿N%½X¿Ò ZN$½X¿¸ E Y

W

N[U ½Á¿

"%½X¿ N%½X¿ 1%½X¿ N$½X¿

X

»

» Z

·´É¸ Î "CD# Z

´

»

º Ì

"CD# Z

À ·´É¸

¼À Ï ¶À1%

/

\

]^ _`ab W

Y

W

·

c

"%½X¿

Ò

½´&Z¿N%½X¿

Ò

ZN$½X¿¸ç ½Â¿

(15)

Ê

" æ

´

Á

½

de

;N¿U N% æ 1

e

%

´Á

U N$ æ 1

e

$

´Á Ò f

] U

f

]

/

ï

/

#$ N$ Ð Î

ï

/

#$

f

] æ

É

Ê ï

/

#%

f

]

¶

ï

/

% ï

/

#$ ¶

e

á À ¶

\

]^ _`ab W

Y

W g

c

de

]

½X¿

Ò

½´ &

c

¿ 1%½X¿

e

´Á

ÒZ h 1$½

X

¿

e

1%½X¿

ei

Ò Z h´Ò

´Áf

]

½

X

¿

1$½X¿

e ij

U ½Ã¿

/

c

Î Ï ¶ ½Ã¿

¶À Ð

X

»

X

&

´

Î Ï ¶À 1%

X

&´ ï

/

%

X

d

e

]

f

]

Ë À

¶Ó Ë À ¶

¹ À

¶À Ï Ë ¶À

X

&

´

X

¹

X

µ 1%

X

&

´

»

kl§

¢«£¨ ¨£¨§ª ¡¨ ¢«§¦ « §m ¥ ²««©¥ªn¨ « ¢ ª¨ ¥ª² ¨§¨£m¡² £¨ ¨ªª¢ o¨£¢

¢£ ¥§ l°¯

©¢²¤ ¢£ ¥ ¯©¢²¤ « §m p

qrs

¡¥ ¢£¨¨t¨²ªn¨³

(16)

X

´

Ø++:,ÝÙ9 Þßã ÙãÝ9ßu)*ÝÙ9 v:ØÙÞÝwã*+ Ø*ã ÝÚãÙÞÝ( Øx

¶À

~ Ï ¶À 1% 1$ Ï

½Ã¿

]y Wz

c

de

]

½

X

¿Ò Z

h´ Ò

´Áf

]

½

X

¿

1

e

$

i

½Ä¿

X

» Ï ¶À

½Ä¿ ½ï

/

#$U ï

/

#%U ½ï

/

#$

Ò ï

/

#%¿;Á¿ À

Ö Z æ É

Î Z {

É

» Ï ¶À

X

& ´

Ï

Ê

Ï

¶ ½Ã¿

X

¶

½Ã

¿

X

&

´

Ê

X

¶À 1%

X

» Ï

X

&

´

X

&

´

Ï

» ¶À 1%½X &

´

¿ À

½´ &

c

¿

1%½

X

&

´¿

e

;

´Á Ò

Z h

1$½X &

´

¿

e

1%½X &´¿

e

i

Ò

c

de

]

½X¿

Ò

Z h´

Ò

´Áf

]

½X¿

1$½

X

¿

e i

ç ½Å¿

Ð Ï Ë µ ¶À 1%½

X

&

´¿

/

½X¿

X

&

´

X

» Ï µ

X

Ð ¶À 1%½X &

´

¿

¶À µ

¶ ½Ä¿ » 1%½X &

´

¿ À

(17)

X

&

´

G HIL|5 } I } ~ 8 J

» µ

X

Û

X

X Ò

´

Ð 1 æ 1' æ

´ U

Á UÃU

Ç

¶À 1 Û

/ [

½X¿ ½Ä¿

Ð

X

Ð µ

XÒ

´

Ð 1 æ 1'

Ð

/ [

½XÒ ´¿ À ½Ä¿

~ µ

X Ò ´

½ 1¿ ½Å¿

/ [½X

Ò

´¿

½ 1¿Ò æ Q ½ 1¿ Q

µ

X

~ 1

[

%

1 æ 1' ½1¿

~ 1[

%

Æ

/

[½X¿

Á

(18)

Î

»

¹ÁÅÂ Ï

Ï

¹Á

ÅÂ

¶À ¶À ·´Á¸

Û~»

Â

á ¶À

¹ÁÅÂ ¶À É´ ¶

¹Á

ÅÂ

2

¼

Äè

Î Ð

Â

Ç

À Ï

1% ÐÔÕ

·Ç

¸

½ ï

/

$¿ Ê

Â

¾ Ï ¶À

Î 1' æ Ã

1$ æ

Ç

1' » À Î

Í

» Ð

Â

Ç

~ÎÐ ¶

Øxx ãÜ+ Ý-) Øuxã ãÙÙÝ+ ¡)*ã,ØÙ ¢)uÝxã ¾¼

»

ÍÕÖ×

»

<Ï 1%= Ï ¶À 1% æ Á1'

< 1%= Õ Ã » <ÐÔÕ=

Í¾ÔÃ ÐÔ

Õ

(19)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

26 28 30 32 34 36 38 40

Kbits per second

PSNR (dB)

Ð

Â Í

ÕÖ×

¶ Øxx ½´Ä ¿

» ÐÔ

Õ

Øxx ãÜ+ Ý-) ¶ » µ

Ä

ÐÔ

Õ

×

ÐÔ

Õ

Ï 1% µ ´Â

´

Ã

Ï

Ì À 1%

Ð Øxx ¶

À

ÁÉ ÉÆÉ

É

Ð ãÜ+ Ý-) À

º

Ð

º

(20)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 10 ⁵ 26

28 30 32 34 36 38 40

Kbits per second

PSNR (dB)

Ð Ã

Í

ÕÖ×

¶ ãÜ+ ½´Ä ¿

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 10 ⁵ 28

30 32 34 36 38 40 42

Kbits per second

PSNR (dB)

Ð

Ä Í

ÕÖ×

¶ Ý-) ½´Ä ¿

(21)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 2 4 6 8 10 12 14

x 10 ⁵ 25

30 35 40

Kbits per second

PSNR (dB)

Ð

Å Í

ÕÖ×

¶ Øuxã ÞãÙÙÝ+ ½´É ¿

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

26 28 30 32 34 36 38 40

Kbits per second

PSNR (dB)

Ð Æ ÍÕÖ× ¶ ¡)*ã,ØÙ ½ÆÄ ¿

(22)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Kbits per second

PSNR (dB)

Ð Ç ÍÕÖ× ¶ ¢)uÝxã ½´Ä ¿

»

´

Í

ÕÖ×

¶

Î Ï À 1% Ï

ÐÔ

Õ

´ £Ä

» ÐÔ

Õ

¶

Ð

È

´É

¢)uÝxã¶

ÐÔÕ

» Ð

È

½

¿

Ï

Ð

È

½¿

» ÐÔÕ

Ð

È

½

¿

Ï µ ¶

(23)

½¿

Ð

È

¢)uÝxã

Ä

É ½ ¿ Ì ½

ÅÇÇ

Å

ÂÁ

Á

Â

¿

½

¿

Ì ½Å

ÄÆ

Ä

ÁÄ

É

´

¿

(24)

½¿

Ð

´É

¢)uÝxã

Ä

É ½ ¿ ÐÔ

Õ

½

ÅÄ

´Ã

Á ÆÃ

Á

¿ ½¿

~ ½Å

ÂÅ

É

ÁÈ

É

Ã

¿

Bit−Plane Arithmetic VLC

Bit−Plane Arithmetic VLC

Bit−Plane Arithmetic VLC

IQ IQ

IQ c

IDCT

IDCT

IDCT Motion

Comp.

FM f

FM c

Motion Comp.

Drift Comp.

Decoder Output

Base VLC

f a

Base bits 2nd part of enhancement bits

1st part of enhancement bits

p ^ nf

p ^ nc

Control information (motion comp. + macroblock type)

Input

− +

Motion Est.

Drift Control

Motion Comp.

FM f

FM c

Motion Comp.

Drift Comp.

p ^ nf p ^

nc DCT

Bit−Plane Coder Bit−Plane Coder

2nd part of enhancement bits 1st part of enhancement bits base layer bits

IDCT

IDCT Q a

Q f

Q c Base Layer

Coder

IQ f

Control information

IQ c

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

26 28 30 32 34 36 38 40

Kbits per second

PSNR (dB)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 10 5 26

28 30 32 34 36 38 40

Kbits per second

PSNR (dB)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

x 10 5 28

30 32 34 36 38 40 42

Kbits per second

PSNR (dB)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 2 4 6 8 10 12 14

x 10 5 25

30 35 40

Kbits per second

PSNR (dB)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

26 28 30 32 34 36 38 40

Kbits per second

PSNR (dB)

One−layer no loss One−layer drift Fixed Qf Optimal Qf FGS

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Kbits per second

PSNR (dB)

x 10 ⁵ 26

x 10 ⁵ 28

x 10 ⁵ 25