CN1186397A - 用于对一目标的轮廓编码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种对目标轮廓的视频信号编码的方法,它通过有选择地变换逼近误差而减少传送的数据量。它将轮廓分成多个轮廓段,并用一线段逼近每一轮廓段,由此确定该轮廓上的顶点的位置。计算该轮廓段和该线段的一组误差,其中该组误差是每一轮廓段和与其相应的线段的差,随后计算一值确定该轮廓段和该段的差。如果计算出的值大于阈值TH,则编码产生该轮廓上的顶点的位置和该组误差。相反地,则只编码和产生该轮廓上的顶点的位置。

Description

用于对一目标的轮廓编码的方法和装置
本发明涉及一种用于对一目标的轮廓的一视频信号进行编码的方法和装置；并且，更具体地，涉及一种能够通过自适应编码逼近误差而减少数据量的方法和装置。
在诸如电视电话、电话会议和高分辨率电视系统的数字电视系统中，需要大量数字数据来定义每一个视频帧信号，因为该视频帧信号包括一序列被称作象素值的数字数据。然而，因为传统发送信道的可用频带带宽有限，为了由此发送相当大量的数字数据，就有必要通过使用各种数据压缩技术来压缩和减少地数据量，尤其是在如电视电话和电话会议系统的低比特率视频信号编码器的情况下。
用于另一低比特率编码系统的编码视频信号的此种技术之一是一种面向对象的分解-合成编码技术，其中一输入视频图象被分成多个目标用于定义运动、轮廓和每个目标的象素数据的三组参数，通过不同的编码信道进行处理。
在处理一目标的轮廓中，轮廓信息对于目标形状的分解和合成至关重要。用于表示该轮廓信息的一种传统的编码方法是链码编码法。然而，此链码编码法需要代表该轮廓信息的大量的比特，虽然此法每不会引起任何轮廓信息的损失。
为了克服此缺陷，设计了诸如多边形逼近和B条形逼近的几种编码轮廓信息的方法。多边形逼近的不利之一是轮廓表示的粗糙性。另一方面，B条仍逼近虽然能够更精确地表示此轮廓，但它需要用高阶多项式来减少逼近误差，这将导致增加此视频编码器的总体计算复杂性。
为解决与在上述逼近方法中的轮廓的粗糙表示和计算复杂性的增加有关的此类问题而引入的方法之一是利用一离散正弦变换(DST)的轮廓逼近技术。
如在一共有未决的专利申请，美国序列号08/423804题目是“用于表示一目标的轮廓的轮廓逼近装置”中所揭示的，在一采用基于多边形逼近和DST的轮廓逼近技术的装置中，确定了多个顶点，并且通过利用由线段去适应该轮廓的多边形逼近而逼近该目标的轮廓。并且选择每一线段上的N个采样点，而且为了获得每一线段的一组逼近误差而顺序计算在位于每一线段上的N个采样点中的每一个之处的逼近误差。而且，每一个逼近误差表示在和N个采样点的每一个的该轮廓和该线段之间的距离。因而，通过在每组逼近误差上执行一维DST运算来产生一组DST系数。
即使通过利用基于DST的轮廓逼近可能补偿表示粗糙和计算复杂性并且可能减少发送的数据量，为了有效地实现一具有例如64kb/s发送信道带宽的低比特率编码系统，仍有待进一步减少发送的数据量。
因此，本发明的一个主要目的是提供一用于对一目标的轮廓的视频信号进行编码的改进的方法和装置，它能够通过选择性地变换该逼近误差来减少发送的数据量。
根据本发明，提供了一种用于对一目标的轮廓的视频信号进行编码的方法，包括以下步骤：将此轮廓分成多个轮廓段，并通过连接每一轮廓段的两端点的一条线段来逼近每轮廓段，由此确定该轮廓上顶点的位置；对该轮廓上的顶点的位置进行编码；计算每一轮廓段的一组误差，其中该组误差表示在每轮廓段和与其相应的线段之间的差；编码该组误差以提供一组编码误差；估算在每一轮廓段和与其相应的线段之间的逼近误差；若该误差大于一阈值TH，则将该组编码误差和该轮廓上的顶点的该组编码位置作为该轮廓的编码数据给出；以及若该逼近误差小于或等于该阈值TH，则将该组编码误差和该轮廓上的顶点作为该轮廓的编码数据给出。
本发明的以上和其它目的和特点将从与下面附图一起给出的优选实施例的描述中变得近而显见，其中：
图1表示根据本发明的一用于对一目标的轮廓进行编码的装置的原理方框图；
图2A至2D提供了一多边形逼近过程；
图3A和3B是一举例图，每个表示一条连接两顶点的线段与其相应轮廓段之间的误差；及
图4A至4E表示根据本发明的用于确定一轮廓段与一线段之间的差的前述方法的示例图。
参考图1，提供了一根据本发明的用于对一目标的轮廓的视频信号进行编码的轮廓编码器20的方框图。
轮廓图象数据被输入至一多边形逼近模块11，该轮廓图象数据表示组成该目标的轮廓的轮廓象素的位置信息。
在多边形逼近模块11，通过利用传统的多边形逼近技术在该轮廓上确定多个顶点。通过执行多边形逼近，该轮廓被分成多个轮廓段。每一轮廓段表示由两个沿该轮廓的相邻顶点和分布于其间的轮廓象素所组成的该轮廓的一部分；并且每轮廓段由连接此二相邻顶点的一条线段所逼近。此多边形逼近模块11向误差检测模块12和判别块16通过线路L10提供每一轮廓段的轮廓段数据，并且经线路L20向顶点编码器17提供顶点数据，其中轮廓段数据表示组成一轮廓段的轮廓象素和顶点的位置信息，而顶点数据表示包含在一轮廓段中的顶点的位置信息。
参考图2A至2D，显示了对一举例轮廓10的多边形逼近过程。
由于轮廓10是一开环，因而选择两个端点，例如A和B，作为起始顶点。另一方面，如果此被逼近的轮廓是一闭环，则选择该轮廓上的最远的两个点作为起始顶点。然后，确定轮廓10上距一线段AB最远的点，例如C。若点C至线段AB的距离Dmax大于一预定阈值TH，则C点被选作一顶点。重复此过程，直到连接沿轮廓10的两相邻顶点的每一线段的Dmax变得小于或等于此预定阈值TH。
上述过程的结果是如图2D所示产生了顶点(例如A到G)、轮廓段(例如曲线AD至曲线EB)及线段(例如AD至EB)。
顶点数视此预定阈值而定。如图2A至2D所示，用线段对轮廓10的逼近随预定预值TH的变小而变得越来越接近该轮廓10，其编码效率也会有所损失。因此，要在考虑待发送的数据量的情况下确定此预值TH。
回过来再参考图1，在顶点编码器17，通过利用例如传统的基于8分图(Octant)顶点编码技术或算术编码技术而对该轮廓段的轮廓数据进行编码。此编码顶点数据随后被提供给可多路复用器19。
误差检测模块12响应于一轮廓段的轮廓段数据而在此线段上取N个采样点；并计算在每一采样点处的误差，以由此将每一轮廓段的一组误差提供至变换模块13和该判别模块16，N是一正整数，其中，在本发明的优选实施例中线段上的采样点相互等距，而该组误差表示每一轮廓段和与其相应的线段之间的差。
根据本发明的优选实施例，一误差表示由一采样点到一由该轮廓段和一条自该抽样点划的垂直于该线段的直线形成的交点的位移，该误差包括该抽样点和该交点之间的距离及一个表示相对于该线段的该交点的相对位置的符号。
参考图3A或3B，显示了一个示例图，表示线段AD或CF与其相应轮廓段之间的误差，其中由一线段AD上的抽样点S1或线段CF上的抽样点S1′到其在该轮廓段上的相应交点的位移，例如d1或d1′，表示抽样点S1或S1′处的误差；而在抽样点S1到S8处的位移d1至d8和在抽样点S1′到S8′处的位移d1′至d8′分别是线段AD和CF的一组误差中的元素。
回过来再参考图1，接收该轮廓段的该组误差的变换模块13通过利用预定的变换方法，例如离散正弦变换(DST)或离散余弦变换(DCT)对从误差检测模块12来的该组误差进行一维变换，以由此产生每一组误差的一组变换系数并将其提供给量化模块14。
于是，量化模块14将从变换模块13来的该组变换系数进行量化并将与其相应的一组量化变换系数提供给切换模块15。
在判别模块16，估算每一轮廓段和与其相应的线段之间的逼近误差；并且根据该估算的差值之大小来决定是否每一轮廓段的一组误差被编码并被送至一接收端。
参考图4A到4E，所示的示例图各自指出了在图1所示的判别模块16中用于确定一轮廓段CS和一线段LS之间的逼近误差的各种方法。
在如图4A所示的优选实施例中，用连接两顶点Vk、Vk+1的线段LS之长度Lk，k+1定义此差值，该长度Lk，k+1由下式计算： L k , k + 1 = ( x k + 1 - x k ) 2 + ( y k + 1 - y k ) 2 orLk，k+1＝|Xk+1-Xk|+|Yk+1-Yk|其中Xk、Yk、Xk+1和Yk+1分别表示二顶点Vk、Vk+1的坐标。
如图4B所示，该逼近误差可定义为被此线段LS之长度k，k+1定义为划分的由该线段LS及其相应的轮廓段限定的一面积Ak1，k+1值。
在如图4C所示的本发明的另一优选实施例中，取得的该逼近误差值是通过划分由该长度Lk1，k+1对被连接两顶点Vk、Vk+1的线段LS和该轮廓段CS所包围的象素数P来定义的。
在图4D中，通过划分由该长度Lk，k+1划分从该线段LS到该轮廓段CS上最远点的位移D来计算该逼近误差。
在图4E中，该轮廓段和在由该长度Lk1，k+1所划分的线段LS上所取的N个抽样点(如S1、S2、S3、S4)之间的距离(如E1、E2、E3、E4)之和被定义为该逼近误差。
再回过来参考图1，该判别模块16将通过图4A至4E所描述的方法中的一个而获得的逼近误差与一预定的阈值TH′进行比较；以及若该逼近误差大于TH′则向切换模块15输出第一选择信号，否则输出第二选择信号。从量化模块14接收该组量化变换系数的切换模块15根据来自该判别模块16的一选择信号执行一切换工作。若该切换模块15收到的是第一选择信号，则它将该组量化变换系数传送至统计编码器18。另外，若该切换模块15收到的是第二选择信号，则它切断通过其传送的该组量化变换系数。
如果该组量化DST系数被此切换模块15传送到了该统计编码器18，则该统计编码器18通过利用传统的统计编码方法，例如VLC(可变长编码)，的技术对此组量化变换系数编码，然后将此组量化变换系数的统计编码数据发送至多路复用器19，该多路复用器19也从顶点编码器17接收此编码顶点数据。该多路复用器19将该统计编码数据和该编码顶点数据提供给一发送器(未示出)以用于其发送。
如上所述，根据本发明，对S轮廓段的一组误差统计编码数据的自适应发送取决于该轮廓段和其相应线段间的估算逼近误差是否大于该阈值TH′。如果此逼近误差不大于该阈值TH′，这表示此逼近误差并不大，则只将该线段的顶点编码并发送至接收端的一解码器；而且该轮廓段被此线段逼近于其中。通过执行该轮廓的编码，能够节省发送的数据量，同时保持了画面的质量。
在本发明的另一个优选实施例中，可用如此的方式组成图1中的轮廓编码器20以使切换块15位于误差检测模块12和传送模块13之间。在这种示例中，由从判别模块16来的一选择信号来控制将该组误差从误差检测模块12传送至传送模块13。
虽然对本发明的描述只参考了几个优选实施例，但在不背离以下所附权利要求书中提出的范围的情况下，可对本发明作其它修改和变化。

Claims (18)

1.一种用于对一目标的轮廓的视频信号进行编码的方法，包括以下步骤：
将该轮廓分成多个轮廓段，并通过一条连接所述每一轮廓段的两端点的线段来逼近每一轮廓段，由此在此轮廓上确定各顶点的位置；
对该轮廓上的顶点位置编码；
计算所述每一轮廓段的一组误差，其中该组误差表示所述每一轮廓段和与其相应的线段之间的一差值；
对该组误差进行编码以提供一组编码误差；
估算所述每一轮廓段和与其相应的线段之间的逼近误差；
如果该逼近误差大于一阈值TH，则将此组编码误差和此组该轮廓上的顶点的编码位置作为该轮廓的编码数据给出，及
如果该逼近误差小于或等于一阈值TH，则将此组该轮廓上的顶点的编码位置作为该轮廓的编码数据给出。
2.如权利要求1的方法，其中该逼近误差是该线段的长度。
3.如权利要求1的方法，其中该逼近误差是通过用一段线段划分所述每一轮廓段和与其相应的线段之间的面积而获得的值。
4.如权利要求1的方法，其中该逼近误差是通过用一段线段划分由该线段和所述每一轮廓段包围的象素的数目而获得的值。
5.如权利要求1的方法，其中该逼近误差是通过用一段线段划分由该线段至所述每一轮廓段上的最远点的距离而获得的值。
6.如权利要求1的方法，其中该逼近误差是通过用一段线段划分距离一位于所述每一轮廓段和该线段上的多个点之间的一抽样点的距离之和而获得的值。
7.如权利要求6的方法，其中该多个点相互等距。
8.一种用于对一目标的轮廓的视频信号进行编码的装置，包括：
用于以多边形形式逼近该轮廓的装置，其中将该轮廓分成多个轮廓段，并通过一条连接所述每一轮廓段的两端点的线段来逼近每一轮廓段，由此在此轮廓上确定各顶点的位置；
用于对该轮廓上的顶点位置编码的装置；
用于计算所述每一轮廓段的一组误差的装置，其中该组误差表示所述每一轮廓段和与其相应的线段之间的一差值；
用于估算每一轮廓段和与其相应的线段之间的逼近误差的装置；
用于将此逼近误差与一阈值进行比较以由此在该逼近误差大于该阈值TH时产生一选择信号的装置；以及
用于响应此选择信号而对该组误差编码以提供一组编码误差的装置。
9.如权利要求8的装置，其中该逼近误差是该线段的长度。
10.如权利要求8的装置，其中所述逼近误差对应于由一线段的长度划分的由每一轮廓段和该线段限定的面积。
11.如权利要求8的装置，其中所述逼近误差对应于被此线段的长度划分的位于每一轮廓段和该线段内部的象素的数目。
12.如权利要求8的装置，其中所述逼近误差是由从该线段至被一段线段划分的每一轮廓段上的最远点的距离所定义的。
13.如权利要求8的装置，其中所述逼近误差是距由一线段的长度划分的在该线段上取的抽样点的距离之和。
14.如权利要求13的装置，其中所述抽样点相互等距。
15.用于对一目标的轮廓进行编码的方法，包括下面的步骤：
(a)用多个顶点将该轮廓分成多个轮廓段，每一轮廓段的两端点作为顶点：
(b)估算每一轮廓段和连接每一轮廓段的两顶点线段之间的一逼近误差；
(c)将此逼近误差和一预设的阈值TH进行比较；
(d)如果一轮廓段的逼近误差大于此阈值TH，则计算该轮廓段和与其相应的一线段之间的一组误差；及
(e)对逼近误差大于此阈值TH的每一轮廓段的顶点顶点位置信息和一组误差进行编码。
16.根据权利要求15的方法，其中所述的逼近误差由从包含下列的组中选出的一值来表示：(a)一线段的长度，(b)由此线段的长度划分的每一轮廓段和该线段之间的一面积，及(c)由此线段的长度划分的由每一轮廓段和该线段限定的象素数目。
17.根据权利要求15的方法，其中所述的逼近误差由线段的长度划分的每一轮廓段和该线段之间的最大距离表示。
18.根据权利要求15的方法，其中所述计算步骤包括以下步骤：
(a1)在该线段上确定预定数目的抽样点；及
(a2)找出每一抽样点和由所述每一轮廓段和一条在每一抽样点上垂直于该线段的直线所构成的一交点之间的位移。
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