BRPI0622134A2

BRPI0622134A2 - mÉtodo de codificaÇço de imagem com implementaÇço de dispositivo para referido mÉtodo

Info

Publication number: BRPI0622134A2
Application number: BRPI0622134-3A
Authority: BR
Inventors: Libo Yang; Lihua Zhu; Xiaoan Lu
Original assignee: Thomson Licensing
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2011-12-27
Also published as: KR20090087471A; US20100135590A1; CN101601303A; CN101601303B; EP2098078A1; JP2010512674A; KR101261676B1; WO2008071028A1; US8452113B2; JP5166435B2

Abstract

MÉTODO DE CODIFICAÇçO DE IMAGEM COM IMPLEMENTAÇçO DE DISPOSITIVO PARA REFERIDO MÉTODO A invenção refere-se a um método de codificação de uma imagem dividida em macro blocos que não se sobrepõem, divididos eles próprios em blocos que não se sobrepõemem pixeis da ordem de NxN em uma cadeia binária. Consistindo das etapas de: -transformação de cada bloco em um bloco de coeficientes transformado apresentando um coeficiente de baixa frequência e N2-1 coeficientes, denominados de coeficientes de frequências elevadas, de frequências mais elevadas do que as baixas frequências; quantização de cada coeficiente de cada um dos blocos transformados via um parâmetro de quantização; -codificação dos coeficientes quantizados em uma cadeia binária. De acordo com a invenção, os coeficientes de baixas frequências dos blocos transformados são quantizados via um mesmo parâmetro de quantização, denominado de primei- ro parâmetro de quantização.

Description

"MÉTODO DE CODIFICAÇÃO DE IMAGEM COM IMPLEMENTAÇÃO DE DISPOSITIVO PARA REFERIDO MÉTODO"

Campo da Invenção

A invenção está relacionada a um método de codificação de uma imagem. Mais precisamente, diz respeito a um método de quantização da referida imagem. A invenção relaciona-se também a um dispositivo de codificação implementando o referido método.

Antecedentes da Invenção

Para se proceder a codificação de uma imagem faz-se necessário, com freqüência, se reduzir as redundâncias espaciais. Centrado neste objetivo, no caso dos métodos de co- dificação de imagem típicos, a imagem é dividida em blocos que não se sobrepõem em pi- xeis de ordem NxN, com cada bloco sendo, daí, transformado em um bloco de coeficientes transformado. Estes métodos de codificação fazem a descorrelação dos pixeis da imagem de maneira que a redundância possa ser reduzida de forma mais eficiente no domínio da transformada. A este respeito, a propriedade de compactação da energia da transformada torna-se de importância. Entre as várias transformadas habitualmente utilizadas, a Trans- formada Discreta do Coseno (DCT) é amplamente empregada dada a sua qualidade superi- or no quesito de propriedade de compactação da energia. O bloco transformado representa um conjunto de coeficientes com freqüências espaciais intensificadas. O coeficiente na posi- ção de topo à esquerda (0,0) do bloco transformado é sabido representar o coeficiente DC, e ele representa o valor médio do bloco NxN. Os demais coeficientes (N2-I) são conhecidos como os coeficientes AC, e eles representam os detalhes referentes às freqüências eleva- das. A dimensão NxN pode ser de 16x16, 8x8, ou 4x4, de acordo com as diferentes aplica- ções. De forma a reduzir-se a quantidade de bits necessários precisos para procedimento da codificação da imagem, métodos de codificação de imagem típicos quantificam os coefi- cientes dos blocos transformados via uma etapa de quantização. A quantização consiste do processo de reduzir-se a razão de possíveis valores de uma quantidade, reduzindo assim os bits que se fazem necessários para a sua representação. A escolha da etapa de quantiza- ção é decisiva para se assegurar um alto padrão da imagem decodificada.

Sumário da Invenção

Visando este objetivo, a invenção volta-se a um método de codificação de uma i- magem dividida em macro blocos que não sé sobrepõem, divididos eles próprios, em blocos não sobrepostos de pixeis de ordem N χ N em uma cadeia binária. Consistindo das etapas de:

- transformação de cada bloco em um bloco transformado de coeficientes consistin- do de um coeficiente para baixa freqüência e N2-I coeficientes, denominados como coefici- entes de freqüências elevadas, apresentando freqüências mais elevadas do que as baixas freqüências; - quantização de cada coeficiente de cada um dos blocos transformados via um pa- râmetro de quantização;

-codificação de coeficientes quantizados em uma cadeia binária.

De acordo com a invenção, os coeficientes de baixas freqüências dos blocos trans- formados são quantizados com um mesmo parâmetro de quantização, denominado como primeiro parâmetro de quantização. Isto fornece a vantagem de ser possível se conseguir uma qualidade básica continuada para toda a imagem.

De forma vantajosa, os coeficientes de freqüências elevadas de um mesmo macro bloco são quantizados com um idêntico parâmetro de quantização, denominado de segundo parâmetro de quantização.

Preferencialmente, o segundo parâmetro de quantização é computado na forma de uma soma do primeiro parâmetro de quantização e de um incremento, o incremento sendo determinado com base em um valor de interesse com percepção visual computada para o macro bloco.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, o valor de interesse com percep- ção visual depende do valor da luminância média do macro bloco.

De acordo com uma variante da invenção, o valor de interesse com percepção vi- sual depende também da variância de cada bloco do macro bloco.

De acordo com outra variante da invenção, o valor de interesse com percepção vi- suai depende também da informação quanto à qualidade cromática do macro bloco.

A invenção volta-se ainda, a um dispositivo para a codificação de uma imagem divi- dida em macro blocos que não se sobrepõem, eles próprios divididos em blocos que não se sobrepõem em pixeis de ordem NxN em uma cadeia binária. Este dispositivo consiste de:

- elementos de transformação para a transformação de cada bloco em um bloco transformado de coeficientes consistindo de um coeficiente a baixa freqüência e N2-I coefi- cientes, denominados coeficientes de freqüências elevadas, apresentando freqüências mais elevadas do que as baixas freqüências;

- elementos de quantização para a quantização de cada coeficiente de cada um dos blocos transformados via um parâmetro de quantificação;

- elementos de codificação para a codificação dos coeficientes quantizados em uma cadeia binária.

De acordo com a invenção, os elementos de quantização quantificam os coeficien- tes de baixa freqüência dos blocos transformados via um mesmo parâmetro de quantifica- ção, denominado de primeiro parâmetro de quantização.

De acordo com um aspecto da invenção os elementos de transformada consistem de uma unidade de transformada DCT.

Breve Descrição dos Desenhos Outras características e vantagens da invenção irão surgir a partir da descrição a seguir de algumas das modalidades da invenção, esta descrição sendo feita em conexão com os desenhos abaixo, aonde:

- a Figura 1 descreve um fluxograma do método de acordo com uma primeira mo- dalidade da invenção;

- a Figura 2 descreve um fluxograma detalhado da etapa de quantização do método de acordo com uma primeira modalidade da invenção;

- a Figura 3 descreve um fluxograma detalhado quanto às características da etapa de extração do método de acordo com uma primeira modalidade da invenção;

- a Figura 4 descreve, para regiões no interior de uma imagem, o nível de interesse com percepção visual dessas regiões utilizando-se diferentes níveis cinza;

- a Figura 5 descreve um fluxograma do método de acordo com uma segunda mo- dalidade da invenção;

-a Figura 6 descreve um dispositivo de codificação de acordo com uma primeira modalidade da invenção; e

- a Figura 7 descreve um dispositivo de codificação de acordo com uma segunda modalidade da invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

Em relação às Figuras de 1 a 3 e a Figura 5, os blocos representados consistem de entidades meramente funcionais, o que não corresponde, necessariamente a entidades se- paradas fisicamente. A saber, elas poderiam ser desenvolvidas na forma de um software, ou então, implementadas em um ou vários circuitos integrados. Nessas figuras, os elementos semelhantes são referenciados com idênticos números referenciais.

A invenção refere-se a um método de codificação de uma imagem. A imagem é concebida de pixeis e dividida em macro blocos Mi que não se sobrepõem divididos por si próprios em blocos bp,q, aonde I consiste no índice do macro bloco e (p,q) compreende as coordenadas do bloco, ou seja, o bloco bp,q encontra-se localizado na p-ésima coluna de blocos e na q-ésima linha de blocos. Em muitas aplicações, um bloco bp,q consiste em um bloco da ordem de 8 por 8 pixeis, sendo um macro bloco constituído de 4 blocos bpq. Contu- do, a invenção não se faz limitada a esta situação e pode ser utilizada independente do que consistam o tamanho dos blocos bp,q e do tamanho dos macro blocos MBi.

Uma primeira modalidade do método é descrita com referência as figuras 1, 2 e 3. O método consiste de uma etapa (10) para a transformação de cada bloco bp,q da imagem em um bloco de coeficientes transformado Bpq. Caso um bloco bp,q esteja localizado em um macro bloco Mi, então o bloco transformado Bpq encontra-se localizado no macro bloco transformado correspondente MB|. Cada bloco bpq é transformado, por exemplo, em um bloco transformado Bpq através de uma Transformada Discreta de Coseno (DCT), de acordo com a seguinte equação:

<formula>formula see original document page 5</formula>

onde

- u, ν = 0,1,..., N-1

- bp,q(j,k) representa o valor da luminância (ou valor de fator cromático) do pi- xel para o bloco bp,q cujas coordenadas são (j,k);

- Bpq(u, v) consiste do valor do coeficiente do bloco transformado Bpq cujas coordenadas consistem de (u,v): e

<formula>formula see original document page 5</formula>

Na etapa (20), cada coeficiente Bpq(u,v) de cada bloco transformado Bpq é quanti- zado com um parâmetro de quantização QPp,q(u,v) em um coeficiente quantizado BQpq(u,v). De acordo com um primeiro aspecto da invenção, todos os coeficientes DC na imagem são quantizados, (210), com um mesmo parâmetro de quantização QPf, ou seja, V (p,q), QPp,q(0,0) =QPf. Isto torna possível se assegurar uma contínua qualidade básica para toda a imagem. Este parâmetro de quantização QPf é determinado, por exemplo, através de um método de taxa de controle, tal como o método de taxa de controle TM5 descrito pelo MPEG2 no documento N0400 do ISO/IEC/ JTC1/SC29/WG11 intitulado "Test Model 5", de Abril de 1993. De acordo com outro aspecto da invenção, todos os coeficientes AC de todos os blocos Bpq localizados no mesmo macro bloco MBi são quantizados, (220), com um mesmo parâmetro de quantização QP, que pode ou não ser igual a QPf. De acordo com uma característica específica, o parâmetro de quantização utilizado para quantizar todos esses coeficientes AC são iguais a QP/= QPf + AQP/. De acordo com a primeira modalidade, AQP, =-W1.QPstep, aonde QPstep é ajustado, por exemplo, para 2. O peso W, é computado (30) a- través da combinação (340) de três diferentes fatores computados, pxt, p2{ e p]a partir do macro bloco Mi nas etapas (310, 320 e 330), respectivamente. O primeiro fator px asso- ciado com cada macro bloco Mi na imagem assume seu valor no conjunto {0,1}. Caso, pl =1, então o macro bloco Mi faz parte de uma região de pele, por exp., um rosto de um indi- víduo, de outra forma, px =0, ou seja, o bloco não faz parte da região da pele. Para se le- var em conta a computação deste fator (310) necessita-se de se detectar as tonalidades da pele. Para este objetivo, a região de pele na imagem, pode ser detectada fazendo-se uso de um método de segmentação de cor, tal como aquele proposto por D. Cai e K.N. Ngan no documento intitulado "Face segmentation using skin color map in videophone applications", publicado no periódico da IEEE no CSVT de 1999. Este fator irá tornar viável se quantizar mais refinadamente as regiões de pele de relevância para a vista humana, a partir de um

ponto de vista dizendo respeito à qualidade visual. O segundo fator F21 associado para cada macro bloco M| na imagem assume o seu valor no conjunto {0,1}. Caso F21 =1, então o macro bloco Mi representa uma região plana, em caso contrário, não. Para esta situação, a variância vk de cada bloco bpq localizada no macro bloco Mi é utilizada para computar o valor actj da forma como se segue abaixo:

<formula>formula see original document page 6</formula>

aonde vk representa a variância do k-ésimo bloco localizado no macro bloco Mi.

Caso act, seja menor do que um limite pré-definido THT, o macro bloco M| repre- senta uma região plana, ou seja, F21 =1, de outra forma F21 =0. O THT pode ser ajustado para 8 na maioria das aplicações. Este fator torna possível se quantizar mais refinadamente as regiões planas, ou seja, as regiões baixas assim detalhadas. De fato, os defeitos visuais em tais regiões planas são notados como incomodando mais a vista humana. O terceiro

fator F31 associado com cada macro bloco Mi na imagem assume seu valor no conjunto {0,1}. Para computar-se, na etapa (330), o valor F31, compara-se o nível médio da luminân- cia sobre o macro bloco M| com dois valores limites, THL e THH, que podem ser ajustados como 23 e 1952, respectivamente. Daí, pode-se derivar um nível com valor denominado na forma como se segue abaixo:

<formula>formula see original document page 6</formula>

F1=0, caso o nível= 0 ou 2, e F31=1, caso o nível =1. Este fator torna possível se quantizar mais refinadamente as regiões de tons intermediários, aonde a vista humana se apresenta mais sensitiva em função do ponto de vista da qualidade visual.

Os três fatores são combinados na etapa (340), como se segue para o peso W1:

<figura>formula see original document page 6</figure>

Isto é ilustrado na Figura 4.

Os coeficientes quantizados são então codificados na etapa (40), por exemplo, a- 30 través de um método de codificação clássico de entropia, tal como aquele descrito na seção 7.9 no documento ISO/IEC 14496-10 intitulado "Information technology - Coding of audio- visual objects - Part 10: Advanced Video Coding". Uma primeira modalidade do método é descrita com referência às Figuras 2 e 5. O método consiste de uma etapa (10) para a transformação de cada bloco bp q da imagem em um bloco de coeficientes transformado Bpq.. Caso um bloco bpq apresente-se localizado em um macro bloco M|, então o bloco transformado Bpq encontra-se localizado no macro bloco transformado correspondente, denominado de MB|. Cada bloco bpq é transformado, por e- xemplo, em um bloco transformado Bpq por uma Transformada Discreta de Coseno (DCT), de acordo com a equação a seguir:

onde : - u, V= 0,1,..., N-1

- bpA(j,k) representa o valor da luminância (ou valor de fator cromático) do pixel para o bloco bp,q cujas coordenadas são (j,k);

-Bp q(ulv) consiste do valor do coeficiente do bloco transformado Bp q, cujas coorde- nadas são (u,v); e

<formula>formula see original document page 7</formula>

Na etapa (20) cada coeficiente Bp>q(u,v) de cada bloco transformado Bpq é quanti- zado via um parâmetro de quantização QPpq(u,v) em um coeficiente quantizado BQpq(u,v).

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, todos os coeficientes DC na imagem são quantizados, (210), com um mesmo parâmetro de quantização QPf, ou seja, V (p,q), QPpq(O1O)=QPf. Isto torna possível se assegurar uma contínua qualidade básica para toda a imagem. Este parâmetro de quantização QPf é determinado, por exemplo, através de um método de taxa de controle, tal como o bem conhecido método de taxa de controle TM5, descrito pelo MPEG2 no documento N0400 do ISO/IEC/JCT1/SC29/WG11 intitulado "Test Model 5", de Abril de 1993. De acordo com outro aspecto da invenção, todos os coeficientes AC de todos os blocos Bpq localizados no mesmo macro bloco MBi são quantizados, etapa (220), com um mesmo parâmetro de quantização QP,, que pode ou não ser igual a QPf. De acordo com uma característica específica, o parâmetro de quantização empregado para a quantificação de todos esses coeficientes AC é igual a QPi = QPf + AQPu aonde AQP, é de- terminado com base do interesse de percepção do macro bloco MB|. Neste caso, para todos os coeficientes AC no MB,, QPpq(u,v) =QPi = QPf + AQP,. De acordo com a segunda modali- dade, AQP, = [(Vl - 128)/128]. QP'ste P onde V, compreende do nível de importância Vi do macro bloco Mi. Neste caso QP'step pode ser ajustado para 6. O Vi é computado na etapa (31) a partir do macro bloco M| e é fixado de maneira a se apresentar situado na faixa entre [0-255]. A este respeito, computa-se na etapa (31), para toda a imagem o mapa de informa- ção, descrito por N. Bruce no documento intitulado "Image analysis through local information measure' publicado nos Anais da 17a Conferência Internacional sobre Reconhecimento de Padrões, páginas de 616-619, Agosto de 2004. Este mapa correlaciona um nível de impor- tância V1 para cada macro bloco M1. Este método torna possível se identificar as regiões, de modo perceptual, importantes na imagem, através da análise das propriedades estatísticas da imagem local em um ajuste teórico clássico da informação.

Portanto, consegue-se ajustar o parâmetro de quantização de forma mais contínua, aperfeiçoando-se a qualidade visual da imagem decodificada.

Os coeficientes quantizados são então codificados na etapa (40), por exemplo, a- través de um método de codificação de entropia clássico, tal como aquele descrito na seção 7.9 em um documento da ISO/IEC 14496-10, intitulado "Information technology—Coding of audio-visula objects—Part 10:Advanced Video Coding".

Esta solução toma possível se obter um melhoramento da qualidade de percepção distribuída de modo equalizado com pequenas alterações na taxa de bits geral.

A invenção refere-se também a um dispositivo de codificação CODEC detalhado nas Figuras 6 e 7. Nestas figuras, elementos similares são referenciados sob mesmos nú- meros. O dispositivo CODEC consiste de um módulo T para a transformação de cada bloco bp,q da imagem em um bloco de coeficientes transformado Bpq. Ele faz a implementação, por exemplo, de um DCT. O módulo T é conectado junto a um módulo Q adaptado para a quantização de cada coeficiente Bp,q(u,v) de cada bloco transformado Bpq em um coeficiente quantizado BQp,q(u,v). O módulo Q implementa a etapa (20) do método descrito acima. Por- tanto, o dispositivo CODEC consiste de um módulo ROLi conectado com o módulo Q, e a- daptado para computar um peso Wi para cada macro bloco M1 da imagem, por exemplo, através da implementação das etapas (310) à (340) do método descrito acima. De acordo com uma outra característica descrita pela Figura 7, o módulo ROL1 no dispositivo CODEC é substituído por um módulo ROL2 adaptado para fazer a computação de um nível de impor- tância V1, para cada macro bloco Mi da imagem, por exemplo, através de implementação do método descrito no documento intitulado "Image analysis through local information measu- re", publicado nos Anais da 17a Conferência Internacional sobre Reconhecimento de Pa- drão, páginas 616-619, Agosto de 2004. Faz-se ainda a conexão do módulo Q junto a um módulo COD adaptado para a codificação dos coeficientes quantizados BQpq(u,v). Dá-se preferência ao emprego de um codificador de entropia.

Descreveu-se a invenção em função de uma imagem que pode ser aplicada de maneira vantajosa a um vídeo, mais precisamente, para cada imagem do vídeo.

Claims

1. Método de codificação de uma imagem dividida em macro blocos que não se so- brepõem, divididos por si próprios em blocos que não se sobrepõem de pixeis da ordem de NxN em uma cadeia binária, consistindo das seguintes etapas: - transformação (10) de cada referido bloco em um bloco de coeficientes transfor- mado compreendendo de um coeficiente de baixa freqüência e de N2-I coeficientes, deno- minados de coeficientes de freqüências elevadas, apresentando freqüências mais elevadas do que as referidas baixas freqüências; -quantização (20) de cada coeficiente de cada um dos referidos blocos transforma- dos via um parâmetro de quantização; -codificação (40) dos referidos coeficientes quantizados em uma cadeia binária; CARACTERIZADO pelo fato de que os coeficientes de baixas freqüências dos refe- ridos blocos transformados são quantizados via um mesmo parâmetro de quantização (QPf), denominado de primeiro parâmetro de quantização.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato dos coe- ficientes de freqüências elevadas de um mesmo macro bloco serem quantizados via um mesmo parâmetro de quantização (QPi)1 denominado de segundo parâmetro de quantiza- ção.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato do referi- do segundo parâmetro de quantização (QPi) ser computado como a soma do referido primei- ro parâmetro de quantização (QPf) e de um incremento (AQP,), referido incremento (àQPi) sendo determinado com base em um valor de interesse de percepção visual computado, (30,31) para o referido macro bloco.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato do referi- do valor de interesse de percepção visual depender do valor médio da luminância de referi- do macro bloco.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato do referido valor de interesse de percepção visual depender da variância de cada bloco de refe- rido macro bloco.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 5, CARACTERIZADO pelo fato do referido valor de interesse de percepção visual depender da informação do valor do fator cromático de referido macro bloco.

7. Dispositivo para codificação de uma imagem dividida em macro blocos que não se sobrepõem, divididos por si próprios em blocos que não se sobrepõem em pixeis da or- dem de NxN em uma cadeia binária consistindo das seguintes etapas: - elementos de transformação (T) para transformação de referido bloco em um blo- co de coeficientes transformado consistindo de um coeficiente de baixa freqüência e de N2-I coeficientes, denominados de coeficientes de freqüências elevadas, de freqüências mais elevadas do que as referidas baixas freqüências; - elementos de quantização (Q) para a quantização de cada coeficiente de cada um dos referidos blocos transformados via um parâmetro de quantização; - elementos de codificação (COD) para a codificação dos referidos coeficientes quantizados em uma cadeia binária; CARACTERIZADO pelo fato do referido elemento de quantização (Q) quantizar os coeficientes de baixas freqüências de referidos blocos transformados via um mesmo parâ- metro de quantização (QPf), denominado de primeiro parâmetro de quantização.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato dos referidos elementos de transformação (T) consistirem de uma unidade de transformação DCT.