CN100448294C - 可扩展的运动图像编码/解码设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于大于8比特的运动图像的编码/解码的可扩展的编码/解码设备和方法。该可扩展的运动图像解码设备包括：象素值裁剪器，用于将原始图像的象素值裁剪为具有预定象素深度的象素值；基础层编码器，接收裁剪的图像，并基于运动预测使用预定的编码方法编码裁剪的图像；象素值扩展器，接收由基础层编码器生成的基础层图像，该基础层图像是编码的图像的解码图像，并将基础层图像的象素深度扩展为原始图像的象素深度；和加强层编码器，用于从原始图像减去具有扩展的象素值的基础层图像，以形成加强层图像，并使用预定的编码方法编码加强层图像。

Description

可扩展的运动图像编码/解码设备及其方法
本申请要求于2004年5月27日在韩国知识产权局提交的第10-2004-0037690号的韩国专利申请的优先权，其内容全部公开于此，以资参考。
技术领域
本发明涉及一种运动图像的可扩展的编码/解码方法，更具体地讲，涉及一种用于8比特或更大的运动图像的可扩展的编码/解码设备和方法。
背景技术
传统的运动图像编码/解码技术，如MPEG-2、MPEG-4、和JVT编码/解码8比特象素的运动图像。尤其是，MPEG-4技术通过例如扩展内DC预测表或DCT系数的动态范围来编码/解码大于8比特的n比特的运动图像。然而，当编码/解码12比特象素的运动图像时，对于运动估计和补偿，传统的技术需求的空间域中的基于12比特的操作和频域中的基于16(12+4)比特的操作。因此，传统技术需要与传统的基于8比特的运动图像编码器和解码器极其不同的复杂的编码器和解码器。此外，传统技术不支持基于比特长度的灵活的编码/解码。
发明内容
本发明提供一种大于8比特象素值的运动图像的灵活的编码/解码设备和方法，其使用传统的8比特象素值的运动图像的编码/解码技术。
根据本发明的一方面，提供了一种可扩展的(scalable)运动图像编码器，该编码器包括：象素值裁剪器(clipper)，用于将原始图像的象素值裁剪为具有预定象素深度的象素值；基础层编码器，用于接收裁剪的图像，并基于运动预测使用预定的编码方法编码裁剪的图像；象素值扩展器，用于接收由基础层编码器生成的基础层图像，该图像是编码的图像的解码图像，并将基础层图像的象素深度扩展为原始图像的象素深度；和加强层编码器，用于从原始图像减去具有扩展的象素值的基础层图像，以生成加强层图像，并使用预定的编码方法编码加强层图像。
象素值裁剪器从最高有效比特开始以预定比特数裁剪原始图像的象素值，直到原始图像的象素值变为具有预定象素深度的象素值。
象素值扩展器接收基础层图像，并通过从最高有效比特开始顺序地列出基础层图像，将基础层图像的比特移到原始图像的与基础层图像相同比特数的高阶比特上，并将0写入原始图像的剩余比特上，来将基础层图像的象素值扩展为原始图像的象素深度。此外，基础层编码器和加强层编码器可使用基于8比特的运动图像编码方法。
根据本发明的另一方面，提供一种可扩展的运动图像解码器，该解码器包括：基础层解码器，接收基础层比特流，解码该基础层比特流，并输出解码的基础层图像，其中所述的基础层比特流是通过将原始图像的象素值裁剪为预定象素深度并基于运动预测使用预定的编码方法编码裁剪的图像而生成的；加强层解码器，接收加强层比特流，并解码加强层比特流，其中所述的加强层比特流是通过从原始图像减去具有扩展的象素值的解码的基础层图像，并使用预定的编码方法编码由相减获得图像而生成的；和象素值扩展器，用于接收解码的基础层图像，并将解码的基础层图像的象素值扩展为原始图像的象素深度。
可扩展的运动图像的解码器还可包括加法器，用于将从加强从图像解码器输出的解码的加强层图像添加到从象素值扩展器输出的扩展的基础层图像上，并输出相加的结果。
根据本发明的另一方面，提供了一种可扩展的运动图像编码方法，该方法包括：将原始图像的象素值裁剪为具有预定象素深度的象素值；接收裁剪的图像，并基于运动预测使用预定的编码方法编码裁剪的图像；接收编码图像的解码图像，并将解码的图像的象素值扩展为原始图像的象素深度；从原始图像减去具有扩展的象素值的扩展图像，并使用预定的编码方法编码减得的图像。
根据本发明的另一方面，提供了一种可扩展的运动图像解码方法，该方法包括：接收基础层比特流，将基础层比特流解码，并输出解码的基础层图像，所述的基础层比特流是通过将原始图像的象素值裁剪为具有预定象素深度的象素值，基于运动预测使用预定的编码方法编码裁剪的图像而生成的；接收加强层比特流，并解码加强层比特流，所述的加强层比特流是通过从原始图像减去具有扩展的象素值的解码的基础层图像，并使用预定的编码方法编码由相减获得的图像而生成的；和接收解码的基础层图像并将解码的基础层图像的象素值扩展为原始图像的象素深度。
可扩展的运动图像解码方法还包括将从加强层解码器输出的解码的加强层图像加到从象素值扩展器输出的扩展的基础层图像上，并输出相加的结果。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他方面将会变得更加清楚，其中：
图1示出包括在运动图像中的视频帧；
图2是传统的运动图像编码器的框图；
图3是另一传统的运动图像解码器的框图；
图4是根据本发明示例性实施例的可扩展运动图像编码器的框图；
图5示出象素值裁剪器将n比特象素值裁剪为8比特象素值的例子；
图6示出象素值扩展器将8比特象素值扩展为n比特象素值的例子；
图7是根据本发明示例性实施例的可扩展的运动图像解码器的框图；
图8是示出根据本发明示例性实施例的可扩展的运动图像编码方法的流程图；和
图9是示出根据本发明示例性实施例的可扩展的运动图像解码方法的流程图；
具体实施方式
现在，将参照附图更全面地描述本发明，其中列举了示例性实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式实施，并且不应该理解为由这里阐述的实施例所限制，相反，提供这些实施例是为了更彻底和更完整地披露本发明，以及更全面地将本发明的概念传达给本领域的技术人员。
图1示出包括在运动图像中的运动图像帧。基于运动预测技术来编码和解码运动图像数据。参照基于时间轴的先前帧或者先前帧和后来帧来进行预测。当编码或解码当前帧时所参照的帧称作参考帧。在基于块的(block-based)运动图像编码中，包括在运动图像中的静止图像(帧)被分为宏块，并且宏块被分为子块。因此，在逐块的基础上预测并编码静止图像的运动。
参照图1，运动图像包括一系列的静止图像。静止图像被以图像组(GOP)分类，并且静止图像的每一个被称作帧。一个GOP包括I帧110、P帧120、和B帧130。编码I帧110不使用参考帧。另一方面，通过使用参考帧进行运动估计和补偿来编码P帧120和B帧130。
图2是传统的运动图像编码器的方框图。该运动图像编码器包括运动估计器210、运动补偿器220、离散余弦变换(DCT)执行器230、量化器240、熵编码器250、去量化器260、逆DCT(IDCT)执行器270、参考帧存储单元280、和多路复用器290。
运动估计器210搜索用于宏块的参考帧，并将参考帧的宏块中的图像的位置和当前帧的宏块中的图像的位置之间的差作为运动矢量输出。换句话说，运动估计器210在参考帧的预定搜索区域中搜索期望的宏块，寻找与期望的宏块最相似的宏块，并将图像行进的距离，即参考帧的宏块中的图像的位置与当前帧的宏块中的图像的位置之间的差，作为运动矢量输出。运动补偿器220从参考帧提取与该运动矢量相应的预测宏块，并对参考帧的预测宏块进行运动补偿。
然后，从当前帧的宏块减去被运动补偿的参考帧的预测宏块。DCT执行器230对相减的结果进行DCT变换，并输出DCT系数。量化器240将DCT系数量化，并将量化的DCT系数发送到熵编码器250。熵编码器250将量化的DCT系数编码并输出纹理信息(texture information)。多路复用器290将纹理信息和运动矢量一起多路复用，并输出编码的比特流。当当前帧是I帧时，DCT执行器230对没有运动估计和补偿的当前帧的宏块执行DCT变换，并输出DCT系数。然后，DCT系数分别被量化器240、熵编码器250、和多路复用器290量化、编码、和多路复用，最后输出为编码的比特流。
通过从当前帧的宏块减去被运动补偿的参考图像帧的宏块而获得的值被称为残值(residual value)。当编码时将残值编码以减少数据容量。由于误差出现在量化处理中，因此，生成为比特流的运动图像包含在DCT和量化处理中出现的误差。
为了获得参考帧，量化的残存信息经过去量化器260和IDCT执行器270，与被运动估计的/补偿的图像组合，并被存储在参考帧存储单元280中。当当前帧为I帧时，其经去量化器260和IDCT执行器270而未被运动补偿，然后被存储在参考帧存储单元280中。因此，存储在参考帧存储单元280中的参考帧包括具有在DCT和量化处理中出现的编码的误差的当前帧。
换句话说，假定原始图像(帧)是A，并且运动估计/补偿之后的被预测的图像(帧)是B。DCT执行器230接收原始图像和被预测的图像之间的差A-B，并DCT变换A-B。由于误差分量E在量化处理中生成，从IDCT执行器270输出的比特流是(A-B)+E。然后，被预测的图像B被添加到(A-B)+E。因此，A+E，即原始图像加上误差分量E，作为参考帧被存储在参考帧存储单元280中。
图3是传统的运动图像解码器的框图。
运动图像解码器包括运动补偿器310、IDCT执行器320、去量化器330、熵解码器340、参考帧存储单元350、和去多路复用器360。
从图2的运动图像编码器输出的编码的比特流被去多路复用器360分为运动矢量和纹理信息(texture information)。运动矢量被发送到运动补偿器310，并且纹理信息被熵解码器340、去量化器330、和IDCT执行器320解码。运动补偿器310从参考帧存储单元350接收参考帧信息和从图2的运动图像解码器接收运动矢量信息，并输出预测的图像。然后，预测的图像与解码的图像组合，并且组合的图像被显示。
图4是根据本发明示例性实施例的可扩展的运动图像编码器的框图。
该可扩展的运动图像编码器包括基础层编码器410、加强层编码器420、象素值裁剪器(clipper)430、和象素值扩展器(scaler)440。
任何象素深度的运动图像可以被输入到能处理任何比特数的运动图像的基础层编码器410和加强层编码器420。因此，在本发明的该实施例中，将描述n比特的运动图像被处理为8比特的运动图像的可扩展编码。N比特的原始运动图像被象素值裁剪器430转换为8比特的运动图像。由基础层编码器410使用一般的8比特运动图像编码方法来编码8比特的运动图像。
由基础层编码器410解码的图像被存储在参考图像存储器中，以便当基础层编码器410执行编码时，可以将该解码的图像用于运动估计/补偿。为了生成加强层比特流，解码的图像还被发送到象素值扩展器440并被扩展为与原始图像的比特数(n比特)相同的比特数。从原始图像减去扩展的图像，并将由相减生成的图像发送到加强层编码器420。加强层编码器420是基于运动预测执行编码的一般的8比特运动图像编码器。在本发明的实施例中，基础层编码器410和加强层编码器420可使用MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、和H.264编码方法。
图5示出象素值裁剪器430将n比特的象素值裁剪为8比特象素值的例子。为了将n比特的象素值转换为8比特象素值，n比特象素值的8个高阶比特被裁剪。换句话说，n比特象素值的8个高阶比特被剪切，以获得仅包括原始图像的8个最高有效比特的8比特象素值。
图6示出象素值扩展器440将8比特象素值扩展为n比特象素值的例子。
为了将8比特象素值扩展为n比特象素值，8比特象素值的8个比特被移到n比特象素值的8个最高比特上，并且将0写入n比特象素值的剩余比特上。这样，8比特象素值可以被扩展为n比特象素值。
图7是根据本发明实施例的可扩展的运动图像解码器的框图。
可扩展的运动图像解码器包括基础层解码器710、加强层解码器720、象素值扩展器730、和加法器740。
在本发明的实施例中，基础层解码器710和加强层解码器720可采用使用8比特运动图像的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、和H.264解码方法。
接收从图4的基础层编码器410输出的编码的比特流(下面，称为基础层比特流)的基础层解码器710将编码的比特流解码为8比特运动图像，将解码的8比特运动图像存储在参考图像存储器中，并将解码的8比特运动图像输出到象素值扩展器730。象素值扩展器730将8比特的运动图像扩展为n比特的运动图像。已经参照图6描述了该扩展处理。
加强层解码器720接收从图4的加强层编码器420输出的编码的比特流(下面称为加强层比特流)，并基于运动预测解码加强层比特流。加法器740将从象素值扩展器730输出的图像和从加强层解码器720输出的图像组合为n比特图像。在某些情况下，只有由基础层解码器710解码的图像可被解码。换句话说，当网络不稳定或当出现很多错误时，即使图像质量不是很好，也只有基础层比特流可以被解码并被输出。因此，可进行可扩展解码。
图8是示出根据本发明示例性实施例的可扩展的运动图像编码方法的流程图。参照图8，原始图像的象素值被转换为可由解码器处理的象素值(操作S810)。由于在本发明中使用8比特解码器，因此，原始图像的象素值被裁剪为8比特象素值。如参照图5所描述的，从原始象素的象素值上剪切来自MSB的8比特，直到获得8比特象素值。
接收裁剪的图像的基础层编码器410基于运动预测使用预定的编码方法来编码裁剪的图像，并将编码的图像输出为基础层比特流(操作S820)。这里，所述的编码方法可以是有损编码方法。然后，编码的图像被解码(操作S830)。被解码图像的象素值被扩展为原始图像的象素值(操作S840)。象素值扩展器440接收被解码的图像，并通过从MSB开始顺序地列出被解码的图像，将8比特值的8个比特移到n比特象素值的8个高阶比特上，并将0写入n比特象素值的原始图像的剩余比特上，来将被解码的图像的象素值(8比特象素值)扩展为原始图像的象素值(n比特象素值)。然后，从原始图像减去被扩展的图像。加强层编码器420使用预定的编码方法将减得的图像编码并输出加强层比特流(操作S850)。
图9是示出根据本发明示例性实施例的运动图像的可扩展解码方法的流程图。参照图9，基础层解码器710接收基础层比特流，该基础层比特流是通过将原始图像的象素值裁剪为具有预定象素深度的象素值并由基础层编码器410基于运动预测使用预定的编码方法将裁剪的图像编码而生成的。基础层解码器710将基础层比特流解码并输出解码的基础层图像(操作S910)。接收来自加强层编码器420的加强层比特流的加强层解码器720将加强层比特流解码并输出解码的加强层图像(操作S920)。
象素值扩展器730接收解码的基础层图像并将基础层图像的象素值扩展为原始图像的象素值(操作S930)。上面已经描述了该扩展处理。加法器740将解码的加强层图像添加到具有扩展的象素值的解码的基础层图像上并输出相加的结果(操作S940)。
当网络不稳定或者当出现许多错误时，仅仅基础层比特流可被解码并被输出，即使其图像质量不是很好。上面描述的可扩展的运动图像编码和解码方法可被写为计算机程序。本领域普通计算机编程人员可容易地得到该计算机程序的代码或代码片段。计算机程序可被记录在计算可读记录介质上。当计算机程序被计算机读取并执行时，可以被实现可扩展的运动图像编码和解码方法。计算机可读记录介质包括磁记录介质、光学记录介质、和载波介质。
如上所述，根据本发明的运动图像编码/解码设备和方法，可使用8比特运动图像编码/解码技术在将n比特运动图像编码后，存储并发送n比特运动图像，并解码和再现n比特的运动图像。
尽管已经参照本发明的示例性实施例具体表示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可作出各种形式和细节的改变。

Claims (15)

1、一种可扩展的运动图像编码器，包括；
象素值裁剪器，将原始图像的象素值裁剪为具有预定比特数的象素值；
基础层编码器，接收裁剪的图像并基于运动预测使用第一预定的编码方法将裁剪的图像编码；
象素值扩展器，接收由基础层编码器生成的基础层图像，该基础层图像是编码的图像的解码图像，并将基础层图像的比特数扩展为与原始图像的比特数相等；和
加强层编码器，其从原始图像减去具有扩展的象素值的基础层图像，以生成加强层图像，并使用第二预定的编码方法将加强层图像编码。
2、如权利要求1所述的可扩展的运动图像编码器，其中，象素值裁剪器从最高有效比特以预定的比特数裁剪原始图像的象素值，直到被裁剪的图像的比特数变得与预定的比特数相等。
3、如权利要求1所述的可扩展的运动图像编码器，其中，象素值扩展器接收基础层图像，并通过从最高有效比特开始顺序地列出基础层图像的象素值的比特，并将基础层图像的象素值的比特移到被扩展的象素值的高阶比特位置上，所述的扩展的象素值具有与原始图像的象素值相同的比特数，并将0写入被扩展的象素值的剩余比特上，来将基础层图像的象素值扩展为原始图像的象素值。
4、如权利要求1所述的可扩展的运动图像编码器，其中，基础层编码器和加强层编码器使用基于8比特的运动图像编码方法。
5、一种可扩展的运动图像解码器，包括：
基础层解码器，用于接收基础层比特流、解码基础层比特流，并输出解码的基础层图像，所述的基础层比特流是通过将原始图像的象素值裁剪为具有预定比特数并基于运动预测使用第一预定编码方法将裁剪的图像编码而生成的；
加强层解码器，用于接收加强层比特流，并解码加强层比特流，所述的加强层比特流是通过从原始图像减去具有扩展的象素值的解码的基础层图像，并使用第二预定的编码方法将通过相减获得的图像编码而生成的；和
象素值扩展器，其接收解码的基础层图像，并将解码的基础层图像的象素值扩展为比特数与原始图像的比特数相等。
6、如权利要求5所述的可扩展的运动图像解码器，还包括加法器，用于将从加强层解码器输出的解码的加强层图像添加到从象素值扩展器输出的扩展的基础层图像上，并输出相加的结果。
7、如权利要求5所述的可扩展的运动图像解码器，其中，象素值扩展器接收来自基础层解码器解码的基础层图像，并通过从最高有效比特开始顺序地列出解码的基础层图像的象素值的比特，并将解码的基础层图像的象素值的比特移到具有与原始图像的象素值相同比特数的扩展的象素值的高阶比特位置，并将0写入扩展的象素值的剩余比特位置上，从而将解码的基础层图像的象素值扩展为比特数与原始图像的比特数相等。
8、如权利要求5所述的可扩展的运动图像解码器，其中，基础层解码器和加强层解码器是8比特解码器。
9、一种可扩展的运动图像编码方法，包括：
将原始图像的象素值裁剪为具有预定比特数的象素值；
接收被裁剪的图像并基于运动预测使用第一预定的编码方法将裁剪的图像编码；
接收编码图像的解码图像，并将解码的图像的象素值扩展为比特数与原始图像的比特数相等；和
从原始图像减去具有扩展的象素值的扩展的图像，并使用第二预定的编码方法将减得的图像编码。
10、如权利要求9所述的方法，其中，裁剪原始图像的象素值的步骤包括：从最高有效比特以预定的比特数将原始图像的象素值裁剪为具有预定的比特数。
11、如权利要求9所述的方法，其中，接收解码的图像并扩展解码的图像的象素值的步骤包括：接收解码的图像，并通过从最高有效比特开始顺序地列出解码图像象素值的比特，将解码图像的象素值的比特移到具有与原始图像的象素值相同比特数的扩展的象素值的高阶比特位置上，并将0写入扩展的象素值的剩余比特位置上，来将解码的图像的象素值扩展为比特数与原始图像的比特数相等。
12、如权利要求9所述的方法，其中，预定的比特数是8，并且基于8比特的编码方法被用于被裁剪的图像的接收和编码、以及减去扩展的图像、和减得的图像的编码。
13、一种可扩展的运动图像的解码方法，包括：
接收基础层比特流，解码基础层比特流，并输出解码的基础层图像，所述的基础层比特流是通过将原始图像的象素值裁剪为具有预定比特数的象素值，基于运动预测使用第一预定的编码方法编码裁剪的图像而生成的；
接收加强层比特流，并将加强层比特流解码，所述的加强层比特流是通过从原始图像减去具有扩展的象素值的解码的基础层图像，并使用第二预定的编码方法编码由相减获得的图像而生成的；和
接收解码的基础层图像，并将解码的基础层图像的象素值扩展为比特数与原始图像的象素比特数相等。
14、如权利要求13所述的方法，还包括将从加强层解码器输出的解码的加强层图像加到从象素值扩展器输出的扩展的基础层图像上，并输出相加的结果。
15、如权利要求13所述的方法，其中，解码的基础层图像的接收和解码的基础层图像的象素值的扩展包括：从基础层解码器接收解码的基础层图像，并通过从最高有效比特开始顺序地列出解码的基础层图像的象素值的比特、将解码的基础层图像的象素值的比特移到具有与原始图像的象素值相同比特数的扩展的象素值的高阶比特位置上，并将0写入扩展的象素值的剩余比特位置上来将解码的图像的象素值扩展为比特数与原始图像的比特数相等。
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