CN1177252A - 用于编码轮廓图象的基于基线的形状编码方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种通过利用基于基线的形状编码技术对视频信号中的一个目标的轮廓进行编码的装置,首先根据轮廓图象数据确定一基线并根据该基线产生该轮廓的一个一维采样表。然后,该装置根据该一维采样表产生一个重建轮廓并提取重建轮廓与原始轮廓之间的差。对检测出的差进行采样以产生一个误差采样表,且最后根据该误差采样表对该一维采样表进行补偿。

Description

用于编码轮廓图象的基于基线的形状编码方法和装置

本发明涉及一种用于编码视频信号的方法和装置，更具体地，涉及一种能够通过利用基于基线的形状编码技术来编码含在视频信号中的目标的轮廓的改进的方法和装置。

在诸如可视电话、电话会议和高清晰度电视系统的数字电视系统中，由于视频帧信号中的视频行信号包含一序列称为象素值的数字数据，所以需要大量的数字数据来定义每一视频帧信号。但是，因为传统传输信道的可用频带有限，为了通过其发送大量的数字数据，不可避免要通过使用各种数据压缩技术来压缩或减少数据量，尤其是在诸如可视电话、电话会议系统的低比特速率信号编码器的情况下。

用于为低比特速率编码系统编码视频信号的这样的技术之一是面向目标的分析综合编码技术，在该技术中，输入视频信号被分为多个目标，并通过不同的编码信道处理用于定义每个目标的运动、轮廓和象素数据的三组参数。

在目标轮廓的处理中，轮廓信息对于目标的形状的分析和综合是重要的。用于表示轮廓信息的传统方法是一种链式编码方法。但是，链式编码方法为了表示轮廓信息需要大量的比特，虽然不丢失轮廓信息。

因此，为了克服这一缺点，已经提出了若干种方法来编码轮廓信息。在这些编码方法中，有一种使用多边形近似的方法。但是，多边形近似由于多边形近似的特点，具有诸如在轮廓表示中粗糙和相邻近似数据之间的相关性弱的一些缺点。

为改善这些问题而引入的技术之一是基于基线的形状编码技术。该技术是由Lee等人在“Core-experiment Results on Compari son of Shape Coding Techniques(S4)”(国际标准化组织，运动图象及相关音频信息的编码，ISO/IEC JTC1/SC29/WG11MPEG96/0907，1996年1月)中公开的。这个技术首先选择一个基线并确定一采样间隔以在该基线上取N个采样点，N为一正整数。然后，对于所有采样点提取2N个轮廓采样值并变换为一个一维(1D)采样表。该1D采样表被用于制成一经处理的形状。然后，产生原始形状和经处理的形状之间的形状差，并进行采样以提取该轮廓的误差采样表。最后，1D采样表和误差采样表被编码以用于发送。因此，通过上述的基于基线的形状编码技术，有可能补救由利用多边形近似产生的问题。

但是，仍然希望提高由于1D采样表中的相邻轮廓采样值之间的较大差值而受到损害的编码效率，该较大差值可能是由原始的和经处理的轮廓形状之间的形状差引起的。

因此，本发明的主要目的是提供一种用于编码视频信号中的目标的轮廓的方法和装置，该方法和装置能够通过补偿轮廓的采样数据之间的较大差值来提高对轮廓进行编码的效率。

按照本发明，提供一种用于编码表示在视频信号中的目标的轮廓的方法，该方法包括以下步骤：(a)根据表示轮廓的轮廓图象数据确定一个基线以由此提供一个基线信息；(b)根据基线信息对该轮廓采样以由此产生一个一维采样表，其中该一维采样表具有多个采样值；(c)通过利用该一维采样表产生一个重建的轮廓；(d)提取重建的轮廓和原始轮廓之间的差，并根据该基线对其采样以由此产生一个误差采样表；(e)通过利用该误差采样表补偿一维采样表中的相邻采样值之间的差；和(f)编码经补偿的一维采样表、误差采样表和基线信息。

本发明的上述和其它目的和特点在下面的结合各附图对各优选实施例的描述中将变得显而易见，其中：

图1表示本发明的用于编码一个目标的轮廓的装置的示意性方块图；

图2表示图1中的误差检测块400的详细方块图；

图3表示一个目标轮廓的示例性采样过程；

图4A和4B分别表示对应于图3中的轮廓的1D采样表和误差采样表；

图5提供用于补偿图4A中1D采样表中的各相邻采样值之间的较大差值的过程。

参照图1，其中示出按照本发明的优选实施例的用于编码表示在视频信号中的一个目标的轮廓的本发明的装置的示意方块图。

视频信号中的目标的轮廓图象数据被输入到基线确定块100、采样块200和误差检测块400。

基线确定块100产生一个紧紧包围该轮廓的边界矩形以确定一个合适的基线。该基线是由轮廓的宽和高之间的比确定的。即，轮廓的边界矩形的水平和垂直边中的较长者被选择为基线。一旦确定了基线，表示基线位置的基线信息通过线路L50和熵编码器600被传送到下面的处理块，即，采样块200、误差检测块400。

采样块200根据来自基线确定块100和输入到其中的轮廓图象数据产生该轮廓的1D采样表。

参照图3，采样块200首先根据基线信息指定对应于含有凹入部分C1和C2的轮廓10的基线20；在基线20上取N个采样点并编号，例如，0到14，其中N个采样点在基线20上距离相等，N是一个正整数；在每个采样点处画一条与基线20垂直的线，该垂线与轮廓10相交；并为每个采样点选择每个采样点的采样值中的一对；每个采样值表示从每个采样点至每个采样点处的垂线与轮廓10之间的每个交点的距离。如上所述，如果采样点处的基线的垂线与轮廓10在多于两个轮廓象素处相交，该采样点的最高和最低采样值被选择为该采样点的一对采样值。另一方面，如果采样点处的基线的垂线与轮廓10相交于轮廓10上的一个轮廓象素，在该轮廓象素处的采样值被选择两次，从而为该采样点提供一对采样值。

也就是说，如图3所示，虽然采样点4与轮廓10在四个轮廓象素处相交，且因此具有四个采样值L4、LL4、HH4和H4，但仅两个采样值L4(最低的)和H4(最高的)被选为采样点4的一对采样值。在另外一边，如采样点0，仅存在一个交点而在该交点处的采样值被用作表示采样点0的一对采样值的H0和L0两个采样值。

一旦作为上述处理的结果得到在基线20上的所有采样点0到14的15对采样值，采样块200确定一起始点用于扫描轮廓10的15对采样值，从而从15对采样值中提取1D采样表。在两个端点，例如基线20上的第一个和最后一个采样点0和14中，其高采样值与低采样值，即采样点的一对采样值中的采样值之间的差值大于另一采样点的该差值的一采样点被选择为该起始点。因此，图3中的最后一个采样点14被选择为起始点。在扫描过程中，采样块200从起始点即最后一个采样点14的低(或高)采样值开始扫描，经过另一端点，即第一采样点0的低(或高)采样值和高(或低)采样值，最后达到起始点14的高(或低)采样值。通过扫描过程得到的1D表，如图4A所示，经线路L10被提供到采样补偿块300和误差检测块400。

参照图2，提供一个包含重建部分410、误差提取部分420、误差采样部分430、和补偿幅度确定部分440的误差检测块400的详细方块图。

重建部分410根据线路L10上的来自采样块200的1D采样表产生一个重建的轮廓(未示出)并将其提供到误差提取部分420。

误差提取部分420从由经线路L20输入的轮廓图象数据表示的原始轮廓中减去重建的轮廓，从而检测到一个原始轮廓和重建轮廓之间的差，作为重建的轮廓的误差分量，其中原始轮廓和图3中的轮廓10相同。因此，如从图3可看出的那样，从相减得到的误差分量对应于凹入部分C1和C2，因为垂线与凹入部分C1和C2的相交点处的采样值，既不是最低，也不是最高，不包括在1D采样表中。

误差采样部分430，如图4B所示，通过根据线路L50上的基线信息，以与用于图1的采样块200的相同的方式，对重建的轮廓的误差分量采样来为轮廓10的每个凹入部分C1和C2产生一误差采样表。因此，再参照图3，因为当采样块200产生轮廓10的采样表时跳过了位于采样点7两边的凹入部分C1和C2，所以为凹入部分C1和C2提取出的误差采样表由相应于凹入部分C1和C2的采样值，即(LL4，LL5，LL6，HH6，HH5，HH4)和(LL10，LL9，LL8，HH8，HH9，HH10)构成。每个凹入部分的误差采样表经线路L40被传送到补偿幅度确定部分440和图象信号编码器500。

补偿幅度确定部分440根据每个凹入部分的误差采样表计算补偿幅度，以利用它们减小由凹入部分C1和C2引起的，包含在1D采样表中的两个相邻采样值，例如L11和L10或L4和L3之间的较大差值，因为两个相邻采样值之间的较大差值降低了要在图1的图象信号编码器500中进行的1D采样表的编码处理的效率。因此，通过分别计算每个凹入部分的误差采样表中的第一个和最后一个采样值，例如LL4与HH4和LL10与HH10之间的绝对差值来确定分别与凹入部分C1和C2有关的幅度M1和M2并通过线路L30将其耦合到采样补偿块300。

再参照图1，采样补偿块300利用线路L30上的补偿幅度M1和M2补偿从采样块200提供的1D采样表中的相邻采样值之间的较大差值。如图4A所示，因为采样值L11和L10之间的差值较大，所以利用来自补偿幅度确定部分440的相应幅度M2来补偿采样值L11和L10之间的差值，对于编码1D采样表是有利的。上面，采样点11处的垂线穿过凹入部分C2的外侧，而采样点10则穿过凹入部分C2的内侧。由于同样的原因，因为采样值L3和L4之间的差值也较大，所以需要利用从部分440产生的相应的幅度M1补偿采样值L3和L4之间的差值。也就是说，与L11和L10的差值是由凹入部分C2引入的一样，L3和L4的差值是凹入部分的C1引入的。

参照图5，提供一种用于补偿1D采样表中的相邻采样值间的较大差值的过程。采样补偿块300首先将与凹入部分C2有关的幅度M2加到采样表中接在采样值L11之后的采样值L10至L0上，以减小采样值L11和L10之间的的差值。因此，图5中的采样值序列改变为L14、L13、L12、L11、L10+M2、L9+M2、L8+M2、L7+M2、L6+M2、L5+M2、L4+M2、L3+M2、L2+M2、L1+M2和L0+M2。然后，采样补偿块300从由上面的加法处理中得到的增加的采样值L3+M2到L0+M2中减去对应于凹入部分C1的幅度M1，以减小仍然存在于增加的采样值L4+M2和L3+M2之间的差值。因此，采样值序列又被变为L14、L13、L12、L11、L10+M2、L9+M2、L8+M2、L7+M2、L6+M2、L5+M2、L4+M2、L3+M2-M1、L2+M2-M1、L1+M2-M1和L0+M2-M1。因此，如果凹入部分C1和C2是对称的且从而幅度M1和M2是相等的，采样值序列最后变为L14、L13、L12、L11、L10+M2、L9+M2、L8+M2、L7+M2、L6+M2、L5+M2、L4+M2、L3、L2、L1和L0。作为上述处理的结果，可获得与由虚线表示的原始数据图形25相比较的改进的数据图形15。也就是说，1D采样表具有图形15，其相邻采样值之间的差值小于图形25相邻采样值之间的差值。

如上所述，数据补偿处理是通过根据从包括在该轮廓的误差采样表中的采样值产生的补偿幅度来补偿由于轮廓中的凹入部分的存在而引起的1D采样表中的两个相邻采样值之间的较大差值来完成的。即，在1D采样表中，如果具有较大差值的两个相邻采样值中的前一个采样值大于后面的采样值，则相应于凹入部分的幅度被加到后面的采样值上。另一方面，如果在1D采样表中前面的采样值小于后面的采样值，则在1D采样表中相应凹入部分的幅度被从后面的采样值中减去。通过上述加和减处理的经补偿的1D采样表被提供到图象信号编码器500。

图象信号编码器500通过利用诸如一维DCT(离散余弦变换)和任何公知的量化方法将来自采样补偿块300的经补偿的采样表和线路L40上的来自误差检测块400的误差采样表分别变换为各组量化变换系系数。然后将这些量化变换系数组从这里发送到熵编码器600。

熵编码器600中，来自图象信号编码器500的量化变换系数组和来自基线确定块100的基线信息通过利用例如公知的可变长度编码技术被编码在一起，并被传送到一个发送机(未示出)，用于将其发送。

虽然已经结合特定的实施例对本发明进行了描述，但是对于本专业的技术人员来说，在不脱离由后面所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可作出各种变动和修改是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于对表示在视频信号中的目标的轮廓进行编码的方法，该方法包括以下步骤：

(a)根据表示该轮廓的轮廓图象数据确定一基线以由此提供基线信息；

(b)根据该基线信息对该轮廓采样以由此产生一个一维采样表，该一维采样表具有多个采样值；

(c)通过利用该一维采样表产生一个重建的轮廓；

(d)提取重建轮廓和原始轮廓之间的差并根据基线信息对其采样，从而产生一个误差采样表；

(e)通过利用误差采样表补偿一维采样表中的相邻采样值之间的差；以及

(f)对该经补偿的一维采样表、误差采样表和基线信息进行编码。

2.根据权利要求1的方法，其中所述步骤(a)包括：

(a11)产生紧紧包围该轮廓的一边界矩形；及

(a12)在该边界矩形的水平和垂直边之中选择较长的作为基线，从而产生基线信息。

3.根据权利要求1的方法，其中所述步骤(b)包括：

(b11)根据基线信息和轮廓图象数据将基线和轮廓结合在一起；

(b12)在基线上取N个采样点并编号，其中该N个采样点在基线上是等距的，N是一个正整数；

(b13)在每个采样点处作基线的垂线；

(b14)为每个采样点选择采样值中的一对，一个采样值代表从一个采样点到该采样点处的基线的垂线与轮廓的交点的距离；及

(b15)对所有采样点扫描各对采样值，从而产生一维采样表。

4.根据权利要求3的方法，其中，如果在一个采样点处的基线的垂线与轮廓的交点多于两个，相应于该采样点的最高和最低采样值被选择为该采样点的一对采样值。

5.根据权利要求3的方法，其中，如果在一个采样点处的基线的垂线与轮廓相交于一点，该点处的采样值则作为该采样点的一对采样值。

6.根据权利要求3的方法，其中所述步骤(b15)包括：

(b151)选择一起始点以用于在第一个和最后一个采样点之间进行扫描；及

(b152)从该起始点处的一对采样值中的一个采样值开始，经过包含在所有采样点处的各对采样值中的所有采样值顺序进行扫描，从而产生一维采样表。

7.根据权利要求6的方法，其中，在第一个和最后一个采样点中，其一对采样值之间的差值大于另一个采样点的该差值的采样点被确定为起始点。

8.根据权利要求1的方法，其中所述步骤(e)包括：

(e1)通过计算误差采样表中的采样值之间的差值确定一补偿幅度；和

(e2)根据该补偿幅度补偿一维采样表中的相邻采样值之间的差。

9.根据权利要求8的方法，其中该补偿幅度被确定为误差采样表中第一个和最后一个采样值之间的绝对差值。

10.一种用于对表示在视频信号中的目标的轮廓进行编码的装置，该装置包括：

用于根据表示该轮廓的轮廓图象数据确定一个基线以由此提供基线信息的装置；

用于根据基线信息对该轮廓进行采样以由此产生一个一维采样表的装置，该一维采样表具有多个采样值；

用于通过利用一维采样表产生重建轮廓的装置；

用于提取重建轮廓和原始轮廓之间的差并根据基线信息对其进行采样以由此产生一个误差采样表的装置；

用于通过利用误差采样表补偿一维采样表中的相邻采样值之间的差的装置；和

用于对经补偿的一维采样表、误差采样表和基线信息进行编码的装置。

11.根据权利要求10的装置，其中该基线信息确定装置包括：

用于产生紧紧包围该轮廓的边界矩形的装置；

用于将该边界矩形的水平和垂直边中的较长者选为基线的装置。

12.根据权利要求10的装置，其中，该采样装置包括：

用于根据基线信息和轮廓图象数据将基线和轮廓结合在一起的装置；

用于在基线上取N个采样点并编号的装置，其中该N个采样点在基线上是等距的，N是一个正整数；

用于在每个采样点处作基线的垂线的装置；

用于为每个采样点选择采样值中的一对的装置，一个采样值代表从一个采样点到该采样点处的基线的垂线与轮廓之间的交点的距离；及

用于对所有采样点扫描各对采样值以由此产生一维采样表的装置。

13.根据权利要求12的装置，其中，如果一个采样点处的基线的垂线与轮廓的交点多于两个，对应于该采样点的最高和最低采样值被选择为该采样点的一对采样值。

14.根据权利要求12的装置，其中，如果一个采样点处的基线的垂线与轮廓相交于一点，该点处的采样值则作为该采样点的一对采样值。

15.根据权利要求12的装置，其中该扫描装置包括：

用于选择一起始点以用于在第一个和最后一个采样点之间进行扫描的装置；和

用于从该起始点处的一对采样值中的一个采样值开始，经过包含在所有采样点处的各对采样值中的所有采样值顺序进行扫描，从而产生一维采样表的装置。

16.根据权利要求15的装置，其中，在第一个和最后一个采样点中，其一对采样值之间的差值大于另一个采样点的该差值的采样点被确定为起始点。

17.根据权利要求10的装置，其中，该补偿装置包括：

用于通过计算误差采样表中的采样值之间的差值来确定补偿幅度的装置；和

用于根据该补偿幅度补偿一维采样表中的相邻采样值之间的差的装置。

18.根据权利要求17的装置，其中该补偿幅度被确定为误差采样表中第一个和最后一个采样值之间的绝对差值。

19.一种使用用于对表示在数字视频信号中的一个目标的轮廓进行编码的装置的视频编码器，该装置包括：

用于根据表示该轮廓的轮廓图象数据确定一基线以由此提供基线信息的装置；

用于根据基线信息对该轮廓进行采样以提供一个具有一系列采样值的一维采样表的装置；

用于通过利用该一维采样表产生重建轮廓的装置；

用于提取重建轮廓和原始轮廓之间的差并根据基线信息对其进行采样以由此产生一个误差采样表的装置；

用于通过利用误差采样表补偿一维采样表中的相邻采样值之间的差的装置；

用于对经补偿的一维采样表和误差采样表进行编码以由此产生一编码采样表的装置；和

用于对该编码采样表和基线信息进行熵编码的装置。

20.根据权利要求19的视频编码器，其中该补偿装置包括：

用于将误差采样表中的第一个和最后一个采样值之间的绝对差值确定为补偿幅度的装置；和

用于通过加上或减去该补偿幅度来补偿一维采样表中的相邻采样值之间的差的装置。

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