CN101005617A - 视频数据的编码和解码方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对视频数据进行编码的方法和设备，所述设备包括用于对数据组中的图像进行编码的装置。根据本发明，所述设备包括用于将包括参数(CodlRange，CodlLow)的消息(SEI_CRC_CABAC_MES)插入编码的数据组的装置(113)，其中，所述参数(CodlRange，CodlLow)来源于对所述组的编码，并且在后续的解码期间，使得可以在编码或解码期间出现错误时重构所述数据。

Description

视频数据的编码和解码方法及设备
技术领域
本发明涉及一种用于编码和解码视频数据的设备和方法。
背景技术
今天，压缩标准的开发导致了编码算法的复杂性。
现在，尤其当必须符合编码标准时，能够测试编码装置变得非常重要。
具体地，在H.264压缩标准的环境中，使用的压缩算法非常复杂。当由集成电路生成压缩算法时，当在解码阶段期间在解码器中检测到问题时，很难理解在哪一编码等级会出现错误。对于大多数图像，对图像的编码取决于对其它图像的编码，确定问题出现于哪个图像也很困难。
因此，在编码期间，发现一些机制，使得可以在附加信息的帮助下，标记解码方法，以便表明在哪一编码或解码等级出现问题，这变得非常重要。
对于集成电路的确认以及在客户水平的问题的远程检测而言，对编码问题的检测是期望的。
发明内容
本发明提议解决上述问题中的至少一个。因此，本发明提出了一种视频数据编码设备，该视频数据编码设备包括对数据组中的图像进行编码的装置。根据本发明，该设备包括用于将包括参数的消息插入编码的数据组中的装置，其中，所述参数来源于对该组的编码，并且在后续的解码期间，使得可以在编码或解码期间出现错误时重构数据。
根据优选实施例，用于对数据组中的图像进行编码的装置包括用于熵编码的装置，所述参数来源于与熵编码相关的编码。
根据优选实施例，
-用于对数据组中的图像进行编码的装置对片中的每个图像进行编码，
-用于将消息插入编码的数据组中的装置在每个片之前插入与每个片相关的消息。
优选地，
-用于对数据组中的图像进行编码的装置对像素宏块中的每个片进行编码，
-与每个片相关的编码参数包括与每个宏块相关的参数。
根据有益属性，消息包括对未编码数据所计算的纠错消息。
根据另一有益属性，将消息插入编码的数据组中的装置在每个片之前插入与每个片相关的消息和每个图像的纠错消息。
根据另一方案，本发明还涉及一种数据解码设备，该数据解码设备包括用于对组中的数据进行解码的装置，每个数据组包括包含参数的至少一个消息，其中，所述参数来源于对所述组的编码，并且在解码期间，使得可以在编码或解码期间出现错误时重构所述数据。根据本发明，该解码设备包括
-用于提取消息的装置，
-用于将消息与解码参数进行比较的装置，
-用于根据所述比较，检测在解码或编码期间的错误的装置。
优选地，解码设备包括用于对数据进行熵解码的装置，所述消息包括与数据组的熵编码相关的参数，用于将消息与解码参数进行比较的装置将消息与熵解码参数进行比较。
根据另一方案，本发明还涉及一种视频数据编码方法，该方法包括对数据组中的图像进行编码的步骤。根据本发明，该编码方法包括将包括参数的消息插入编码的数据组中的步骤，其中，所述参数来源于对该组的编码，并且在后续的解码期间，使得可以在编码或解码期间出现错误时重构数据。
根据另一方案，本发明涉及一种视频数据解码方法，该方法包括对组中的数据进行解码的步骤，每个数据组包括包含参数的至少一个消息，其中，所述参数来源于对组的编码，并且在解码期间，使得可以在编码或解码期间出现错误时重构数据。根据本发明，该方法包括
-用于提取所述消息的步骤，
-用于将所述消息与解码参数进行比较的步骤，
-用于根据所述比较，检测在解码或编码期间的错误的步骤。
附图说明
参照附图，通过不具限制意义的示例性实施例和有利应用，将更好地理解本发明，并示出本发明，其中：
-图1表示根据本发明的优选实施例的编码流的结构，
-图2表示根据本发明的优选实施例的编码设备，
-图3表示根据本发明的优选实施例的解码设备。
具体实施方式
在不同的图中表示的模块是对应于或不对应于物理可区分单元的功能单元。例如，这些模块或其中的一些可以组合到单个组件中，或者构成同一软件程序的功能。另一方面，必要时，某些模块可以包括独立的物理实体。
以下的描述是基于符合H.264标准的数据编码的。该示例性实施例并不局限于这种类型的编码。有效地，本发明涉及将信息插入流中以便在以后更易于使用的任何类型的编码。
可以将“数据组”理解为分解为数据集的任何分解。具体地，可以将它理解为图像组(GOP)；还可以将它理解为图像的片。
图1示出了根据本发明的优选实施例的编码流的结构。
以分解(broken down)的方式对图像进行编码。将每个图像分解为部分(section)，所述部分最好理解为片(slice)。在编码期间决定分解为片的分解。由编码设备的用户，具体地，由节目的广播方，来执行这种分解为片的分解。
根据该实施例，在每个图像片之前，插入SEI消息。在图1中，由SEI CRC CABAC MES来指示SEI消息。
该SEI消息包括与编码相关的信息，并且在对SEI消息所涉及的片的解码期间，可以验证该解码是否是正确的，如果该解码不正确，能够检测该解码以进行分析。例如，当检测到错误时，可以使用先前解码的图像来替换不准确的那部分图像。
为此，SEI消息包含与编码设备所执行的熵编码类型相关的信息。稍后将详细说明该信息的本质。
在数据流中，取决于在编码器中执行的实施方式，SEI消息可以与上一片或下一片有关。在优选实施例中，SEI消息与流中跟随的片有关，在传输之前存储该片。
图2表示根据本发明的优选实施例的编码设备。
在编码器的输入处呈现要在这里进行编码的当前帧Fn。以片的形式对该帧进行编码，即，将该帧分解为子单元，每个子单元包含特定数量的宏块，宏块对应于16*16像素的组。以帧内模式或帧间模式对每个宏块进行编码。无论是帧内模式还是帧间模式，都基于重构的帧来对宏块进行编码。模块109根据图像的内容，决定当前图像的编码模式是帧内模式。在帧内模式中，P(图2中示出)由先前已经编码、解码和重构的当前帧Fn(图2中的uF’n，u意味着未滤波)的采样组成。在帧间模式中，P由基于一个或多个帧F’n-1的运动估计构成。
估计运动模块101建立在当前帧Fn与至少一个前一帧F’n-1之间的运动估计。当必须以帧间模式对当前图像Fn进行编码时，基于该运动估计，运动补偿模块102生成帧P。
减法器103生成信号Dn，信号Dn是要进行编码的图像Fn与图像P之间的差值。然后，在模块104中通过DCT变换来转换该图像。然后，由量化模块105对转换的图像进行量化。接下来，由模块111来重新组织该图像。然后，CABAC类型的熵编码模块112对每个图像进行编码。
在变换和量化、然后逆量化和逆变换之后，逆变换和逆量化模块106和107可以分别重构差值(difference)D’n。
当根据模块109，以帧内模式对图像进行编码时，帧内预测模块108对图像进行编码。在加法器114的输出处获得图像uF’n，作为信号D’n和信号P的和。该模块108还在输入处接收未滤波的重构图像uF’n。
滤波模块110可以基于图像uF’n，获得重构的滤波图像F’n。
熵解码模块112传输以NAL类型的单元封装的编码的片。除了片之外，NAL还包含例如与报头相关的信息。将NAL类型单元传输至模块113。模块113在将多个编码图像片传输至传输网络之前，插入SEI消息。
插入SEI消息以获得如图1所示的流。
该消息还包括与模块112所执行的熵编码相关的信息。
熵编码模块112使用“cabac”类型的编码算法。“codlLow”和“codlRange”参数是H.264标准中定义的参数。由熵编码模块112针对每个片计算这些参数。因此，SEI消息包括与每个片的编码相关的“codlLow”和“codlRange”。
下表示出了SEI消息的有效载荷部分，使用与H.264标准中的“user_data_unregistered”类型的有效载荷相对应的类型6的有效载荷，示于下表中。
user_data_unregistered(payloadSize){ 描述符
  uuid_iso_iec_11578 u(128)
  for(i＝16；i＜payloadSize；i++)
    user_data_payload_byte b(8)
}
-128比特的字“uuid_iso_ iec_11578”在解码阶段期间向解码器指示出消息类型。H.264标准根据该字的意义，规定了用于该字的特定数量的值。这些值中的一个指示出它是“user_data_payload”类型的消息。
-字“user_data_payload_byte”是包括一部分SEI消息的8比特字。这些8比特用于对与专门的应用相关的数据进行编码，尤其是，在这里用于对与本发明相关的如以下编码的数据进行编码。
因此，可以在该串字节中，对codlRange和codlLow的值进行编码。
对CodlRange和CodlLow的值进行9比特编码。
除了与熵编码相关的这些数据之外，SEI消息包含纠错码类型的信息项(CRC，即循环冗余校验)。根据未编码的数据来计算该纠错码。使用本领域技术人员已知的方法来计算该纠错码，具体地，使用生成多项式来计算。
图3表示根据本发明的解码设备。
模块209在输入处接收SEI消息。模块209提取多种SEI消息，并将这些SEI消息传输至模块210，用于与熵解码相关的值的比较；且传输至模块211，用于与CRC相关的值的CRC比较。将有效载荷数据NAL传输至熵解码模块201。
模块210存储输入的SEI消息，并且将接收到的片的CodlRange和CodlLow的值与在熵解码模块201执行的运算解码期间获得的值进行比较。熵解码模块201执行图2的模块112的逆操作。如果接收到的片的值CodlRange和CodlLow不同于解码期间获得的值，则出现错误。如果确定传输层是可靠的，则在CABAC解码或在CABAC编码过程中生成了错误。特别地，在测试情况下，可以检查传输层是否是可靠的。因此，有利地，当知道解码器(编码器)可靠时，可以验证编码器(解码器)。
然后，熵解码模块试图根据接收到并存储在模块210中的CodlLow和CodlRange的值，来重构错误的片。
在熵解码期间，将运算解码器值CodlLow和CodlRange传输至比较模块210。
然后，为了获得一组系数，将数据传输至重新排序模块202。然后，这些系数在模块203中进行逆量化，以及在模块204中进行DCT逆变换，在模块204的输出处获得宏块D’n，D’n是Dn的变形版本。通过加法器205，将预测块P与D’n相加，来重构宏块uF’n。在帧间模式的编码期间，在由模块208执行的前一解码帧的运动补偿之后，获得块P，或者在帧内模式的编码的情况下，在模块207对宏块uF，n的帧内预测之后，获得块P。将滤波器206应用于信号uF’n，以降低失真效应，并从一串宏块中生成重构帧F’n。
模块211在输入处接收从接收到的SEI消息中提取的且与当前片相关的循环冗余码(CRC)值。CRC与未编码的片相关。因此，模块211计算与刚刚解码的片相关的CRC，并将该计算值与从模块209中接收到的值进行比较。如果该比较示出了两值之间的差值，则若传输层可靠，便知道在解码期间出现错误。
根据另一实施例，插入的SEI消息包括针对片的每个宏块(并不只针对优选实施例中的每个片)的CABAC运算模块的codlRange和CodlLow值。对CodlRange和CodlLow均进行9比特编码，所以在32比特编码中，剩下14比特用于对块数编码。在HD(高清晰)格式中，每个图像使用8160个宏块。
然后，例如，给出以下消息作为SEI消息。
 MB号  CodlRange(9比特)，eos解码之后的值  CodlLow(9比特)，eos解码之后的值
 0  Cir＝0x1e0  Cio＝0x10e
 1  Cir＝0x180  Cio＝0x0be
 2  Cir＝0x1b0  Cio＝0x022
 3  Cir＝0x1c0  Cio＝0x006
有利地，在不正确解码的情况下，这可以定义错误的宏块并恢复该宏块。因此，这样的粒度尤其有效，但是需要在同一SEI消息中同时发送同一片的每个宏块的CodlRange和CodlLow值之前，存储这些值。
在其它实施例中，当然可以每个GOP或每个图像插入一个CRC，但是粒度较不精细，因而比较难于作出对错误的检测。
例如，当每个图像插入一个CRC时，将一个CRC插入与图像的最后的片相关的SEI消息中。
例如，当每个图像组(GOP)插入一个CRC时，将一个CRC插入与GOP的最后编码图像的最后的片相关的SEI消息中。

Claims (10)

1、一种视频数据编码设备，包括用于对数据组中的图像进行编码的装置，其特征在于，所述设备包括用于将包括参数(CodlRange，CodlLow)的消息(SEI_CRC_CABAC_MES)插入编码的数据组中的装置(113)，其中，所述参数(CodlRange，CodlLow)来源于对所述组的编码，并且在后续的解码期间，使得能够在编码或解码期间出现错误时重构所述数据。
2、如权利要求1所述的设备，其特征在于，用于对数据组中的图像进行编码的装置包括用于熵编码的装置(112)，所述参数(CodlRange，CodlLow)来源于与所述熵编码相关的编码。
3、如权利要求1或2之一所述的设备，其特征在于，
-用于对数据组中的图像进行编码的装置对片中的每个图像进行编码，
-用于将所述消息(SEI_CRC_CABAC_MES)插入编码的数据组中的装置(113)在每个片之前插入与每个片相关的消息。
4、如权利要求3所述的设备，其特征在于，
-用于对数据组中的图像进行编码的装置对像素宏块中的每个片进行编码，
-与每个片相关的编码参数包括与每个宏块相关的参数(CodlRange，CodlLow)。
5、如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述消息(SEI_CRC_CABAC_MES)包括对未编码数据所计算的纠错消息(CRC)。
6、如权利要求5所述的设备，其特征在于，用于将所述消息(SEI_CRC_CABAC_MES)插入编码的数据组中的装置(113)在每个片之前插入与每个片相关的消息(SEI_CRC_CABAC_MES)和每个图像的所述纠错消息。
7、数据解码设备，包括用于对组中的数据进行解码的装置，每个数据组包括包含参数的至少一个消息，其中，所述参数来源于对所述组的编码，并且在解码期间，使得能够在编码或解码期间出现错误时重构所述数据，其特征在于，所述设备包括
-用于提取消息(SEI_CRC_CABAC_MES)的装置，
-用于将所述消息(SEI_CRC_CABAC_MES)与解码参数(CodlRange，CodlLow)进行比较的装置，
-用于根据所述比较，检测在解码或编码期间的错误的装置。
8、如权利要求7所述的解码设备，其特征在于，所述解码设备包括对数据进行熵解码的装置(201)，所述消息(SEI_CRC_CABAC_MES)包括与所述数据组的熵编码相关的参数(CodlRange，CodlLow)，用于将所述消息与解码参数进行比较的所述装置将所述消息(SEI_CRC_CABAC_MES)与熵解码参数(CodlRange，CodlLow)进行比较。
9、一种视频数据编码方法，包括用于对数据组中的图像进行编码的步骤，其特征在于，所述编码方法包括将包含参数(CodlRange，CodlLow)的消息(SEI_CRC_CABAC_MES)插入编码的数据组中的步骤，其中，所述参数(CodlRange，CodlLow)来源于对所述组的编码，并且在后续的解码期间，使得能够在编码或解码期间出现错误时重构所述数据。
10、一种视频数据解码方法，包括用于对组中的数据进行解码的步骤，每个数据组包括包含参数(CodlRange，CodlLow)的至少一个消息(SEI_CRC_CABAC_MES)，其中，所述参数(CodlRange，CodlLow)来源于对所述组的编码，并且在解码期间，使得能够在编码或解码期间出现错误时重构所述数据，其特征在于，所述解码方法包括
-用于提取所述消息(SEI_CRC_CABAC_MES)的步骤，
-用于将所述消息(SEI_CRC_CABAC_MES)与解码参数(CodlRange，CodlLow)进行比较的步骤，
-用于根据所述比较，检测在解码或编码期间的错误的步骤。
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