CN101044764A - 视频图像的分级编码方法 - Google Patents

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Abstract

图像(F1)和(F2)的编码方法，包括如下步骤：对最低分辨率的图像(F2)进行编码(2)，从而针对已编码数据流的底层提供已编码数据；对图像(F2)进行缩放(3)，从而获得针对公共视频部分的具有图像(F1)大小的低分辨率已缩放图像(Fz)；对图像(F1)进行编码(5)，从而向已编码数据流的上层提供已编码数据，并使用至少一种如下模式：使用先前低分辨率已缩放图像的预测层间编码，在所述已缩放图像中确定了预测的块和定义这个块的运动矢量；使用当前低分辨率已缩放图像的预测层间编码，在所述当前已缩放图像中确定了预测的块和定义这个块的运动矢量。

Description

视频图像的分级编码方法
技术领域
本发明涉及一种对具有不同的未成比例格式的视频图像进行分级编码和解码的方法和设备。本发明具体涉及具有公共视频部分的图像。例如，本发明涉及对具有SD-标准分辨率-格式和高清晰度HD格式的数字电视信号进行编码。
背景技术
已知领域中存在具有空间可缩放性的视频编码器。视频编码器所产生的数据流具有可缩放的分级结构，以分级的方式把已编码的数据合并到具有可缩放性的流中。这些编码器所涉及的视频格式是高分辨率大小是低分辨率大小的2的倍数的格式，这启用了二进分解。因此，通过对高分辨率图像进行子采样和滤波，可以获得一种与大小为176×144的QCIF格式(四分之一公共中间格式)和大小为352×288的CIF格式兼容的编码方法，或是一种与CIF格式和大小为704×576的4 CIF格式兼容的编码方法。
分级编码使得能够获得与低分辨率格式有关的底层和与更高分辨率格式相对应的上层。通常根据下述方法来计算与上层有关的附加数据：
-对低分辨率图像进行编码，并对这个图像进行局部解码以获得重建图像，
-对低分辨率的重建图像进行缩放或放大(例如通过内插和滤波)以获得高分辨率格式的图像，
-逐像素地对源图像和重建图像或基于这个重建图像的预测图像的亮度值进行求差，以获得组成上层数据的残余。
因此，高分辨率图像的编码使用缩放后的低分辨率图像作为预测图像。
所述编码仅在图像可以发生重叠的情况下有效。如果图像分辨率或格式是未成比例的，则高分辨率图像的编码成本不是最优的。如果高分辨率格式的图像与经过二进转换的低分辨率格式无关，那么具有高分辨率格式的部分图像与由低分辨率图像编码的区域之外的视频区域相对应，因而不会把这幅图像作为预测图像。因此，完整的高分辨率图像的编码(特别是当高分辨率图像占据了与低分辨率图像不共用的大量视频区域时)可能具有较高成本。此外，所使用的标准编码模式不会使高分辨率图像的编码成本得到最优化。
发明内容
本发明意图克服上述缺点。本发明的一个目的是一种包括不同未成比例格式的分级编码方法，用于提供已编码数据流，第一图像(F1)具有格式F1，而第二图像(F2)具有比第一格式F1更低分辨率的格式F2，图像(F1)和(F2)的视频内容具有至少一个公共部分，其特征在于所述方法执行如下步骤：
-对图像(F2)进行编码，从而针对已编码数据流的底层提供已编码数据；
-对图像(F2)进行缩放，从而获得针对公共视频部分的具有图像(F1)大小的低分辨率已缩放图像(Fz)；
-对高分辨率图像(F1)进行编码，从而向已编码数据流的上层提供已编码数据，并使用至少一种如下模式：
-使用先前低分辨率已缩放图像的预测层间(inter-layer)编码，其中所述已缩放图像中确定了预测的块和定义这个块的运动矢量；
-使用当前低分辨率已缩放图像的预测层间编码，其中所述当前已缩放图像确定了预测的块和定义这个块的运动矢量。
根据具体实施方式，所述方法的特征在于高分辨率根据下列步骤而实现：
-对公共视频内容的图像区域进行编码，以提供与预测图像(Fz)有关的残余图像；
-对这个区域进行解码，以提供重建的公共区域；
-至少使用空域间编码模式对非公共部分进行编码，包括：使用重建公共模式作为用于确定预测的块的预测图像。
根据具体实施方式，用于缩放的图像(F2)是通过对已编码图像(F2)进行局部解码而获得的重建图像。
根据具体实施方式，所述层间预测编码包括子模式，其中预测的宏块是位于和所要编码的宏块相同位置处的宏块。
根据具体实施方式，所述缩放包括图像的过采样和滤波。
根据具体实施方式，所述视频图像是通过小波类型的时间分解或源图像的子带编码而获得的子带图像。
本发明还涉及一种用于把结构化的数字数据流解码为至少一个底层和上层的方法，所述底层包括和低分辨率图像有关的数据，所述上层包括和高分辨率图像有关的数据，所述低分辨率图像与所述高分辨率图像中至少一部分视频相对应，其特征在于所述过程包括下列步骤：
-从与低分辨率图像有关的底层中提取数据，并对低分辨率图像进行解码；
-对已解码图像进行缩放，以提供缩放后的图像(Fz)；
-从上层中提取数据并进行解码，并且执行至少一种下列解码模式：
-使用由运动矢量指定的、已解码和已缩放的先前低分辨率图像(Fz)中的块的层间预测模式；
-使用由运动矢量指定的、已解码和已缩放的当前低分辨率图像中的块的层间预测模式。
根据具体实施方式，所述上层包括与残余图像相对应的已编码数据，其中所述残余图像和低分辨率图像的公共部分的预测图像(Fz)有关；以及与边缘图像相对应的已编码数据，所述边缘图像与非公共部分有关，在对高分辨率图像进行解码期间，首先根据残余图像和已缩放图像对低分辨率图像的公共部分进行解码，然后通过执行至少一种空域间模式而对边缘图像进行解码，所述空域间模式使用由运动矢量确定的所述公共已解码部分中的块。
由于这些用于对高分辨率图像进行编码的新模式，压缩率得以提高。在针对这些图像的相同编码成本下，获得了这些高分辨率图像的更好的图像品质。
附图说明
作为非限制性示例而给出的描述，根据下文描述并参考附图，其它具体特征和优点将会变得明显，其中：
图1是编码方法的流程图；
图2示出了编码格式；
图3示出了这些编码模式。
具体实施方式
所述数据编码方法是一种分级编码方法，即按照分级的方式来构造已编码数据流，把与最低分辨率格式有关的数据集中到底层或下层，把和更高分辨率图像有关的附加数据集中到上层。在数据流的级别上，通过仅选择与所需分辨率级别相对应的层，可以容易地仅选择与标准或格式有关的数据。这涉及空间可缩放性，与和分辨率格式有关的标准所需的任意时间可缩放性相兼容。
本发明涉及对在宽度和/或高度上不同未成比例格式并具有公共视频部分的图像进行编码。其中一种格式具有比其它格式更低的分辨率。所述一种格式具有较低的清晰度，其中例如行中的像素数或行数定义了较低的公共视频部分，或者具有相同的清晰度，但尺寸较小。
图1示出了根据本发明的编码方法的流程图。
第一步骤1考虑编码的不同格式。在编码器输出端获得的已编码数据流可以使解码器与这些格式中的一种兼容，在解码器之前或解码器处，通过对这个已编码数据流级别上的数据进行滤波，从而根据显示设备、解码器或例如传输速率的参数来执行格式选择。
在所述示例中，使用第一高分辨率格式F1和第二低分辨率格式F2。这些格式中的每一种格式都由该格式的宽度LF1、LF2(或行中像素数)以及该格式的高度HF1、HF2(或行数)来定义。
考虑视频源以F1和F2格式向编码器提供图像。这些视频源仅在一部分上与相同的视频内容相对应。“仅在一部分上”的含意是：假定这两个视频源的视频内容是不同的，即不能够仅仅通过缩放或以其它方式从一个格式改变为另一个格式，或这些格式是不成比例的。
还将能够对两个格式的公共视频部分进行定义的几何参数发送到编码器。
可以按照如下方式来创建这些源图像并计算几何参数：
根据所选择的格式，在原始图像中划出第一和第二视频窗口并对窗口进行定位，以限定这幅图像的视频内容，从而按照每一种格式进行编码。假定这两个窗口至少部分重叠。这两个窗口限定了以格式F1和格式F2进行编码的视频内容。选择这些参数的大小和第二窗口，分别针对格式F1和F2进行缩放。
被发送到编码器的高分辨率源图像和低分辨率源图像可以具有与原始图像相同或不同的清晰度，或是在两者之间，其依据是这些图像是否经历了采样和滤波操作。在这里，术语“清晰度”的含义是给定视频内容的每行像素数或行数。选择被称作(F1)的高分辨率图像作为参考图像以定义几何参数。例如，几何参数包括图像(F1)中具有格式F2的图像(F2)的位置，以及与应用于图像(F2)的放大相对应的清晰度关系，所述放大用于针对公共部分而把具有(F2)格式的视频内容与具有(F1)格式的视频内容进行匹配。
步骤2把视频图像编码为F2格式。
步骤3对这个已编码的图像进行解码，以提供局部已解码图像或重建图像。在简化方式下，局部已解码图像可以包括编码之前的原始图像，即源图像(F2)。然后利用与和清晰度比率有关的几何参数相对应的比率对这个图像进行缩放或放大，以获得被称作(Fz)的缩放后的图像(F2)。
随后的步骤4根据和位置有关的几何参数而把图像(Fz)置于高分辨率图像(F1)，以匹配视频内容。
随后的步骤5对高分辨率图像进行编码。这个编码考虑到属于本发明主题的不同编码模式，并且将会进一步描述。
步骤6把和图像(F2)有关的编码数据插入数据流的底层，并且将专用于高分辨率图像(F1)的编码数据插入到上层。
图2示出了具有高分辨率编码格式F1的第一视频内容，即，标记11和大小为Lw和Hw的窗口，标记12。根据几何参数而把这个窗口限定并置于高分辨率图像中。这个窗口的视频内容是根据大小为LF2和HF2、具有低分辨率编码格式F2的视频内容(标记13)而计算得到的。对具有格式F2的图像进行编码而不是解码，从而提供局部已解码图像，然后对这个局部已解码图像进行过采样，以提供具有窗口12大小的缩放后的图像(Fz)。
图3示出了根据本发明的高分辨率图像(F1)的不同编码模式。过采样的图像(Fz)被标记为23，位于高分辨率图像中的窗口被标记为22，图像(F1)被标记为21。在这个示例中，窗口位于图像(F1)的中部，产生了右边条带24和左边条带25，它们是图像(F1)中未被覆盖或非公共的区域。
本发明提出向已知的用于对高分辨率图像进行编码的模式增加新的编码模式。
在已知模式中，被称作帧内预测编码的第一编码模式使用一个先前已编码的宏块。考虑当前宏块的一个相邻宏块(当前宏块左边或上边的当前图像的宏块)而对高清晰度图像的当前宏块进行编码。根据与所要编码的当前宏块的相关率来做出这个选择。
被称作帧间预测编码的另一种已知编码模式使用先前已编码的高分辨率图像。根据预测宏块对高分辨率图像的当前宏块进行编码，其中所述预测宏块是从先前高分辨率图像的搜索窗口中选出的图像块。根据与所要编码的当前宏块的相关率来做出这个选择，所选择的图像块由运动矢量来定义。
下文描述针对高分辨率图像而提出的新的编码模式：
被称作层间预测编码的编码模式包括：针对所要编码的高分辨率图像，使用在时间级别上相应缩放的低分辨率图像。这个编码模式使用属于底层的编码信息而对属于上层的信息进行编码。在图像(FZ)(即具有格式F2的重建图像)中搜索预测块，并对预测块进行缩放或放大。图像(Fz)中块的选择取决于与当前宏块的相关率。计算位置信息项以定义所选择的、并以运动矢量的形式而在数据流中发送的图像块。
作为层间预测编码模式的变体，另一种模式使用缩放后的低分辨率先前图像。在先前图像(Fz)(即缩放后的先前重建图像(F2))中搜索预测块。图像(Fz)中块的选择取决于与当前宏块的相关率。所述宏块由运动矢量来定义。
先前模式的一种变体(“缺省”模式)包括：使用图像(Fz)中与所要编码的当前宏块相同位置处的宏块。在这种情况下，仅涉及对高分辨率图像与低分辨率图像共有的宏块进行编码，不会发送运动矢量。这个模式避免了对零运动矢量进行编码，因而提供了低编码成本。
被称作空域间模式的编码模式应用于高分辨率图像编码的具体结构化，由两个相继阶段完成。不会根据对电视类型的扫描而逐宏块地按顺序实现高分辨率图像的编码，而是在第一阶段中对高分辨率图像与Fz共有的区域进行处理，然后在第二阶段对与Fz不共有的视频部分进行处理。几何参数可以限定高分辨率图像与低分辨率图像在视频内容级别上共有的部分。通过使用重建图像(F2)或放大后的源图像(F2)作为预测图像，在第一阶段中对图像中的公共部分进行编码。由此获得了残余图像或高频图像。第二阶段包括对非公共部分或边缘图像进行编码。针对这个编码操作，本发明提出了使用不同编码模式中被称作空域间模式的特殊编码模式。这个编码模式包括：通过使用图像的公共区域作为预测图像并使用运动矢量指定公共区域中的预测块的位置，对与低分辨率图像不共用的区域中的宏块进行编码。预测图像可以从放大后的图像和残余图像中重建，或者可以通过仅选择高清晰度源图像的公共部分而从高清晰度源图像中推导出。
在所述编码方法的阶段4，把图像(Fz)置于图像F1上。因此，例如通过考虑把图像(Fz)作为预测图像而计算残余，所述方法对这个公共图像部分进行编码。然后把所述残余图像与放大后的重建图像(F2)相结合以提供重新组合的图像，该图像可以用于对与高清晰度图像不共有的部分进行编码预测。
参考图3，空域间编码模式使用公共中心区域22作为对边缘进行编码的预测图像，而公共中心区域22是从放大后的低分辨率图像23以及与这个公共区域相对应的残余图像中重建得到的。通过相关计算而获得这个中心区域22中的图像块由图3中被标记为26的运动矢量来定义。
层间编码模式使用放大后的图像23作为预测图像。放大后的图像23中的图像块(通过相关计算而获得)由图3中被标记为27的运动矢量来定义。
本发明还涉及对根据上述方法而编码的源图像进行解码。
因此，所述解码包括：提取与低分辨率图像有关的底层数据；把这个低分辨率图像解码为已解码图像的图像放大以给出放大后的图像(Fz)；通过执行至少一个下列解码模式而对上层数据进行提取和解码。
所述解码模式包括使用已解码和已放大的低分辨率先前图像(Fz)中的块以及预测块的层间预测模式；所述解码模式还包括使用当前已解码和已放大的低分辨率图像中的块作为预测块的层间预测模式。
当上层由残余图像(和与低分辨率图像共用的部分的预测图像(Fz)有关)和边缘图像(和非公共部分有关)组成时，所述高分辨率图像的解码分两个阶段执行。首先，使用放大后的低分辨率图像作为预测图像并从残余图像中计算高清晰度图像的公共部分，这是第一阶段。其次，执行至少一个空域间解码模式而对非公共部分或边缘图像进行解码，所述空域间解码模式包括从高清晰度图像的公共部分中恢复图像块，即由运动矢量定义的块，并把这个图像块用作对这个根据空域间模式来编码的边缘图像中的宏块进行解码的预测块。
所述针对底层和上层编码而执行的编码过程可以是混合型，即使用利用离散余弦变换或空间小波变换的空间相关以及利用图像间编码的时间相关；或可以是使用子带编码或小波编码的子带型。
针对视频源图像而描述了所述编码方法。在不背离本发明的范围的前提下，所述方法还可以用于对例如子带图像的预处理源图像进行编码。所述方法还可以用于每一个子带图像，通过空间滤波或时空滤波而获得的低频和高频。根据本发明所述的方法，相同的子带分解可以用于低分辨率和高分辨率图像，可以对低分辨率和高分辨率的相同子带进行编码。例如，可以根据这个方法对低分辨率图像和高分辨率图像的低频子带进行编码。这还可以用于所有其它的空间子带。

Claims (8)

1.一种包括不同未成比例格式的分级编码方法，用于提供已编码数据流，第一图像(F1)具有格式F1，而第二图像(F2)具有比第一格式F1更低分辨率的格式F2，图像(F1)和(F2)的视频内容具有至少一个公共部分，其特征在于所述方法执行如下步骤：
-对图像(F2)进行编码(2)，从而针对已编码数据流的底层提供已编码数据；
-对图像(F2)进行缩放(3)，从而获得针对公共视频部分的具有图像(F1)大小的低分辨率已缩放图像(Fz)；
-对高分辨率图像(F1)进行编码(5)，从而向已编码数据流的上层提供已编码数据，并使用至少一种如下模式：
-使用先前低分辨率已缩放图像的预测层间编码，其中在所述已缩放图像中确定了预测的块和定义这个块的运动矢量；
-使用当前低分辨率已缩放图像的预测层间编码，其中在所述当前已缩放图像中确定了预测的块和定义这个块的运动矢量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于根据下列步骤来实现高分辨率：
-对公共视频内容的图像区域进行编码，以提供与预测图像(Fz)有关的残余图像；
-对这个区域进行解码，以提供重建的公共区域；
-至少使用空域间编码模式对非公共部分进行编码，包括：使用重建的公共模式作为用于确定预测的块的预测图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用于缩放的图像(F2)是通过对已编码图像(F2)进行局部解码而获得的重建图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述层间预测编码包括子模式，其中预测的宏块是位于和所要编码的宏块相同位置处的宏块。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述缩放包括图像的过采样和滤波。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述视频图像是通过源图像的小波类型的时间分解或子带编码而获得的子带图像。
7.一种用于把结构化的数字数据流解码为至少一个底层和上层的方法，所述底层包括与低分辨率图像有关的数据，所述上层包括与高分辨率图像有关的数据，所述低分辨率图像与所述高分辨率图像中至少一部分视频相对应，其特征在于所述方法包括下列步骤：
-从和低分辨率图像有关的底层中提取数据，并对低分辨率图像进行解码；
-对已解码图像进行缩放(13)，以提供缩放后的图像(Fz)(12)；
-从上层中提取数据并进行解码，并且执行至少一种下列解码模式：
-使用由运动矢量指定的、已解码和已缩放的先前低分辨率图像(Fz)中的块的层间预测模式；
-使用由运动矢量指定的、已解码和已缩放的当前低分辨率图像中的块的层间预测模式。
8.根据权利要求7所述的方法，所述上层包括与残余图像相对应的已编码数据和与边缘图像相对应的已编码数据，其中所述残余图像与低分辨率图像的公共部分的预测图像(Fz)有关，所述边缘图像与非公共部分有关；其特征在于：在对高分辨率图像进行解码期间，首先根据残余图像和已缩放图像对低分辨率图像的公共部分(22)进行解码，然后使用由运动矢量确定的所述公共已解码部分(22)的块，通过执行至少一种空域间模式来对边缘图像(24、25)进行解码。
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