CN1066001C - 用于数字图像信号编码系统的编码模式控制装置 - Google Patents

Abstract

对一个用于描绘具有至少一个运动目标和一个稳定背景的景象的数字图像信号进行编码的编码装置，该编码装置包括：暴露区域探测装置，响应于在数字图像信号中的当前帧和前一帧及后一帧，用于探测代表在当前帧中的一部分的一个暴露区域，和编码模式控制装置，用于对在当前帧中的每个编码块确定所说的每个编码块是否属于暴露区域，并且不论自动选择的编码模式如何向所说的每个编码块应用内部编码技术。

Description

用于数字图像信号编码系统的编码模式控制装置

本发明涉及一个数字图像信号编码系统：尤其涉及一种包括有一个能够准确地控制在数字图像信号中每个图像数据块的编码模式的编码模式控制装置的编码器。

在数字图像信号编码应用(比如，高分辨率电视，图像交换系统，图像电话和图像门电话)中，以数字化的形式传输图像信号。当包括一系列图像帧的图像信号以数字化形式表示时，必定有相当数量的数字数据，因为在一个图像帧中的每一行都由一系列称为“象素”的数字数据单元确定。然而，由于一个常规传输通道的有效频率带宽有限，为了通过该通道传输相当大量的数字数据，则有必要采用一个图像信号编码装置以压缩或减少要传输的数据量。

可以正常地压缩数字图像信号而不严重影响其完整性，这是因为通常在一单独帧中的一些象素之间和相邻帧中的一些象素之间存在一定的关联和冗余度的缘故。

除了各种不同的图像压缩技术以外，人们已知所谓混合编码技术以及统计编码技术最为有效。

如本领域技术人员所熟知的那样，大多数混合编码技术采用一种自动内部编码／非内部编码，离散余弦变换(DCT)，量化变换系数，和VLC(可变长度编码)。把一个输入图像帧分成称为宏模块的编码块，每个宏模块通常包括16×16个象素，并且根据一个给定的混合编码方案进行处理。自动内部编码／非内部编码是一个根据其变化对于一个随后的DCT过程自动从一个当前帧的PCM(脉冲编码调制)数据、或从一个当前帧的运动补偿DPCM(差分脉冲编码调制)数据中自动地选择图像信号的过程。

根据减少在相邻帧之间冗余度概念的非内部编码技术用于根据一个目标的运动流来预测当前帧并且产生称为移动帧差别(DFD)信号的差别信号，该差别信号代表当前帧与其预测值之间的差别。通常，DFD信号的最终的编码数据的长度比相应的内部编码信号的编码数据长度短。

可以把一个图像信号的景象分成两部分，即运动的目标、和不包括运动目标的不动的背景。然而，当一个目标在一个景象的背景内运动时，通常有一个区域遮掩在运动目标之后，但在目标运动之后又变成看得见的。按照逻辑推理，这个新出现的区域(以后称为“暴露区域”)应该采用内部编码技术编码(而不采用非内部编码方法)因为没有可用来预测当前帧的关于在前一帧中的新出现部分的相类似性或者冗余度)。然而有时完全根据该差别的编码模式选择过程可能会不正确地选择了非内部编码(而不是内部编码)来编码新出现的区域。

因而，本发明的一个主要目的是提供一个能够准确地为一个新出现部分选择编码模式的编码器。

根据本发明的技术方案，提供了一种用于对描述具有至少一个运动目标和一个稳定背景的景象的图像信号进行编码的装置，所述的图像信号由包括当前帧、前一帧及后一帧的一系列图像帧代表，每个图像帧被分成多个编码块，其中该编码装置包括：

用于确定当前帧差值和下一帧差值的装置，其中该当前帧差值表示当前帧和前一帧之间的差值，而该下一帧差值表示当前帧和下一帧之间的差值；

用于通过对当前帧差值和下一帧差值进行异或运算来检测包括一遮掩区域和一暴露区域的过渡区域的装置，该遮掩区域是下一帧中的一个区域，它在当前帧中可以看得见而当运动目标在当前帧和下一帧之间运动后中遮掩在运动目标后面，而该暴露区域是当前帧中的一个区域，它在前一帧中遮掩在运动目标后面而当运动目标在前一帧和当前帧之间运动后可以看得见；

用于将暴露区域确定为过渡区域与当前帧差值的公共部分的装置；

用于根据前一帧和当前帧为当前帧中的每个编码块产生一预测块的装置；

用于通过从所述每个编码块减去预测块来获得一预测误差块并且用于根据其偏差来提供该预测误差块或所述每个编码块作为输出块的装置；

用于通过检查所述每个编码块是否属于暴露区域来为每个编码块选择输出块或所述每个编码块，从而为每个编码块提供一个最终块的装置，其中如果所述每个编码块属于暴露区域，选择所述每个编码块作为所述最终块，否则选择所述输出块作为所述最终块；以及

用于编码所述最终块从而提供编码图象信号的装置。

从下面结合附图所作的优选实施例的描述中可以清楚地看出本发明的上述及其它目的和特征，其中：

图1按本发明优选实施例描绘了一个图像编码器的方框图；

图2表示一个由在图1中所示的用编码控制装置105完成的用于探测一个暴露区域的方法：

图3表示一个在图1中所示的编码控制装置105的典型内部结构的方框图：和

图4代表一个在图1中所示的编码模式控制开关115的典型内部结构的方框图。

参见图1，其中表示按本发明的优选实施例的一个图像编码器100的方框图。

如图1所示，首先通过一个编码控制装置105把输入图像信号一个宏模块接一个宏模块地馈送到图像编码器100中，该输入图像信号包括一系列图像帧，其中每个图像帧依次分成了多个宏模块。当接到三个连续帧(即在输入图像信号中的当前帧、前一帧和后一帧)时，编码控制装置105在当前帧中探测到一个或多个暴露区域；为编码模式控制开关115提供带有这样探测到的信息的暴露区域图：并向一个运动估值器150、一个信号混合器110及编码模式控制开关115输出当前帧的图像信号。这些将在下面更详细地描述。

接到存储在帧存储器160中的当前帧和前一帧时，运动估值器150通过对在当前帧内的每个宏模块产生一个预测结果并且为一个运动补偿器155提供该预测结果来从前一帧中预测当前帧。

信号混合器110从当前帧中的每个宏模块减去运动补偿器155根据来自运动估值器150的预测结果计算的预测块；根据其偏差为每个宏模块确定一个编码(即内部编码或非内部编码)模式：并且根据确定的编码模式向编码模式控制装置115提供原宏模块(PCM块)或由上面的减法产生的预测误差块(DPCM块)，作为一个输出块。

然后根据来自编码控制装置105的在暴露区域图中所包含的信息，编码模式控制开关115向一个二维离散余弦转换处理器120提供由编码控制装置105提供的宏模块或者来自信号混合器110的输出块。具体而论，当在当前帧中所考虑的宏模块根据包含在暴露区域图中的信息被确定属于一个或多个暴露区域、从而确认应由内部编码技术对该宏模块编码时，编码模式控制开关115提供由编码控制装置105供应的宏模块。否则，即当宏模块不属于当前帧中的暴露区域时，编码模式控制开关115提供来自信号混合器110的输出块。因而，在这种情况下，维持按常规方式用信号混合器110确定的用于该宏模块的编码模式。

然后把来自编码模式控制开关115的每个最终的模块通过二维DCT处理器120转变为谱分量，并且通过一个量化器125作为量化的图像块供应到一个可变长度的编码器130，并然后供应到一个转换缓冲器(未示出)上。还有，为了进行下一次预测，把通过一个反向量化器135和一个反向转换器140的反向量化和转换的模块(在已经用非内部编码对模块编码的情况下，加到来自运动补偿器155的预测模块上)通过一个帧存储器160以一个候补待选的预测块的形式供应到运动补偿器155和运动估值器150，该候补待选的预测块比现在正存在于编码控制装置105的输出106中的当前帧延迟一帧的间隔。

现参见图2，该图表示了一个用于探测一个在输入图像信号当前帧中的暴露区域的由图1的编码控制装置105完成的典型过程。(如以上所讨论的，一个暴露区域代表一个通常被一个运动目标挡住但当运动目标运动后可以看到的区域。)

为了进行说明，我们假设一个运动目标200如图2所示横向地从右向左在前一帧和当前帧之间、并且在当前帧和后一帧之间运动，其中参考标号F(N-1)、F(N)和F(N+1)分别代表前一帧、当前帧和后一帧。还有，在图2中，参考标号A2代表在一个运动目标200在前一帧F(N-1)和当前帧F(N)之间运动之后的在当前帧F(N)中的一个暴露区域，参考标号A1代表在一个运动目标200在当前帧F(N)和后一帧F(N+1)之间运动之后在后一帧F(N+1)中的一个遮掩区域。

为了探测当前存在的一个暴露区域A2，通过采用(例如)一个在《信号处理》第387-404页(1986)中的“用谱系结构位移估值的运动补偿场内插法”(Matthias Bierling和RobertThomas)中公开的方法(如图2所示，)分别在前一帧和当前帧之间，以及当前帧和后一帧之间获得帧差值FD(N-1)，FD(N，N+1)，这些帧差值FD(N-1，N)，FD(N，N+1)在两个给定帧之间有变化的区域中有一个逻辑值1。

然后对两个帧差值FD(N-1，N)、FD(N，N+1)进行异或操作以排除在两个帧差值FD(N-1，N)和FD(N，N+1)之间的共同区域，借此来得到两个分开的区域A1和A2。在此之后，为了区别暴露区域A2与在下一帧中遮掩的区域A1，两个分开的区域A1和A2与帧差值FD(N-1，N)进行“与”操作，按要求探测出在当前帧F(N)中的暴露区域。

参见图3，图3表示出图1中所示的编码控制装置105的更详细的框图，其中可以进行上述的暴露区域探测过程。

如图3所示，当首先把输入图像信号(例如图2中下一帧F(N+1)的图像信号)供应到一个帧延迟逻辑线路305和一个帧差值计算器310作为其一个输入时，帧延迟线路305把输入图像信号(例如，图2中的当前帧F(N)的图像信号)供应给帧差值计算器310作为其另一个输入。然后帧差值计算器310对其两个输入完成上述的帧差值计算，并且把最终的帧差值(例如，图2中的帧差值FD(N，N+1))分别传输到另一个帧延迟逻辑线路320和一个“异或”逻辑线路330。帧延迟逻辑线路320把计算得到的帧差值延迟一个帧间隔，并且把延迟的帧差值(例如，图2中的帧差值下FD(N-1，N)供应给“异或”逻辑线路330和一个“与”逻辑线路350。“异或”逻辑线路330对其两个输入执行“异或”运算并将结果(例如，在图2中所示的信号XOR[FD(N-1，N)，FD(N，N+1)]供应给“与”逻辑线路350。“与”逻辑线路350按需要对其两个输入执行“与”运算以便为延迟的输入图像信号(例如图2中的当前帧F(N))获得一个暴露区域图，(例如，图2中所示的信号AND{FD[N-1，N]，XOR[FD(N-1，N)，FD(N，N+1)]})

现在参见图4，其中表示的是图1的编码模式控制开关115的一个更详细的方框图。

如上所述，根据包含在其暴露图中来自图1和3所示的编码控制装置105的信息，编码模式控制开关115向一个图1中所示的二维DCT处理器120提供一个来自编码控制装置105的宏模块或者提供一个来自信号混合器110的输入模块。具体地说，当根据包含在暴露区域图中的信息确定了在当前帧中所考虑的宏模块属于该暴露区域时，从而证实了不管在信号混合器110中为宏模块确定的编码模式如何，宏模块都应采用内部编码技术编码，编码模式控制开关115提供来自编码控制装置105的宏模块。

如图4所示，编码模式控制开关包括一个编码模式确定装置410，和一个模式控制开关420。通过以暴露区域图作为其输入，编码模式确定装置410通过采用对在属于该暴露图中的暴露区域的宏模块内的象素数进行计数的方法(例如)来确定该宏模块是否属于该暴露区域；并且当计数的数目超过了一个预定的值时确定了该宏模块是属于该暴露区域；并且当宏模块属于该暴露区域时，向模式控制开关420发出一个开关控制信号以选择来自编码控制装置105的宏模块，反之则选择来自信号混合器110的输出模块。

尽管参照特定实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将会认识到，在不脱离下面权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下，可以作出各种不同的改变和修改。

Claims (1)

1、一种用于对描述具有至少一个运动目标和一个稳定背景的景象的图像信号进行编码的装置，所述的图像信号由包括当前帧、前一帧及后一帧的一系列图像帧代表，每个图像帧被分成多个编码块，其特征在于该编码装置包括：

用于确定当前帧差值和下一帧差值的装置，其中该当前帧差值表示当前帧和前一帧之间的差值，而该下一帧差值表示当前帧和下一帧之间的差值；

用于通过对当前帧差值和下一帧差值进行异或运算来检测包括一遮掩区域和一暴露区域的过渡区域的装置，该遮掩区域是下一帧中的一个区域，它在当前帧中可以看得见而当运动目标在当前帧和下一帧之间运动后中遮掩在运动目标后面，而该暴露区域是当前帧中的一个区域，它在前一帧中遮掩在运动目标后面而当运动目标在前一帧和当前帧之间运动后可以看得见；

用于将暴露区域确定为过渡区域与当前帧差值的公共部分的装置；

用于根据前一帧和当前帧为当前帧中的每个编码块产生一预测块的装置；

用于通过从所述每个编码块减去预测块来获得一预测误差块并且用于根据其偏差来提供该预测误差块或所述每个编码块作为输出块的装置；

用于通过检查所述每个编码块是否属于暴露区域来为每个编码块选择输出块或所述每个编码块，从而为每个编码块提供一个最终块的装置，其中如果所述每个编码块属于暴露区域，选择所述每个编码块作为所述最终块，否则选择所述输出块作为所述最终块；以及

用于编码所述最终块从而提供编码图象信号的装置。

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