CN1189056A - 用于轮廓编码系统中的多边形逼近的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一个装置在轮廓上确定一对顶点。随后,产生连接这对顶点的线段并将其加宽从而产生一个带状段。对应于该线段的轮廓段是根据该对顶点和该轮廓确定的。随后,带状段和轮廓段被匹配,从而确定一个新的顶点。根据所确定的顶点,该装置重复地执行上述的顶点检测过程,直到在轮廓上的所有的顶点都被确定为止。最终,表示在该轮廓上的全部的顶点位置的信息被编码而由发射机发送。

Description

用于轮廓编码系统中的多边形逼近的方法和装置

本发明涉及对于视频信号进行编码的方法和装置，而且，更具体地，涉及能够对包含在一个视频信号中的物体的轮廓有效地进行多边形逼近的方法和装置。

在象可视电话这样的数字电视系统中，需要大量的数字数据来确定每一个视频帧信号，因为在视频帧信号中的一个视频行信号包括一序列的称之为象素值的数字数据。但是，由于受到传统的发送频道的可用带宽的限制，为了通过其发送大量的数字数据，就不可避免地采用各种的数据压缩技术来压缩或降低数据量，尤其是在这种低比特速率的视频信号编码器的情况下，例如象可视电话或电话会议的情况下更是如此。

对于一个低比特速率的编码系统的视频信号进行编码所采用的技术是一种针对目标的解析-合成编码技术，其中的输入视频图象被分割成若干个目标，以及用于确定运动的三套参数，每一个目标的轮廓和象素数据通过不同的编码信道被处理。

在对于物体的轮廓进行处理的过程中，对于该物体的形状进行解析与合成来说，轮廓信息是重要的。用于表示轮廓信息的典型的编码方法是一种链式的编码方法。尽管这种方法不会招致在轮廓信息中的任何损失，但是，此链式的编码方法要求实际的表示该轮廓的数据量。

为了克服该缺陷，已经提出了几种方法编码该轮廓信息。方法之一是采用一个多边形逼近的轮廓编码方法。在多边形逼近的方法中，从构成该轮廓的众多的轮廓象素中检测出一个轮廓的顶点。就是说，如果轮廓是开环的话，在轮廓上的两个端点被确定为两个起始的顶点。否则，在轮廓上的两个最远的两个点成为起始顶点。在确定两个在轮廓上的两个顶点之后，在两个顶点之间画出一条直线，且随之确定从在轮廓上的象素到该直线的所连接的线段的垂直距离。在这些在轮廓段上的与该直线相对应的轮廓象素当中，如果最大的垂直距离是大于预定的门限值的话，该具有最大的垂直距离的轮廓象素就被检测为下一个顶点。通过循环地执行在图2中示出的上述处理，检测到轮廓上的若干个顶点，而且表示在轮廓上的所有的顶点的位置的顶点信息被编码，并被随即送到发射机(没示出)从其发送。

在解码器中，通过使用多边逼近而重建目标的轮廓，利用一些线设定该轮廓，这些线的每一条根据发送的顶点信息而经过多个象素将相邻的两个顶点相连接，其中的这些连线的每一条是利用已知的线段产生算法确定的，例如一个玻司曼(Bresenham)算法(见Steven Harrington的＂计算机图形：编程方法＂，第二版的17-20页)。

但是，用于使用在检测顶点的过程中的直线不同于通过象素的多样性而对于两个顶点进行连接的线段，所以，可利用在直线和对应于两个相邻顶点的线段之间的差异检测到一个不必要的顶点；而且在结果上会出现将要通过发送机所发送的数据量的增加。

因此，本发明的首要目的是提供一个改进的方法和装置，它能够利用改进的顶点检测技术对在视频信号中的目标的轮廓进行有效的多边形逼近，从而降低所要发送的数据量。

根据本发明的一个方面，提供了一种在对数字视频信号中表示的目标的轮廓进行编码的一个轮廓编码器中的多边形逼近方法，该方法包括以下的步骤：(a)检测在轮廓上的初始的顶点；(b)在被检测的在轮廓上的这些顶点当中选择一对彼此相邻的顶点；(c)通过利用象素的多样性产生连接一对顶点的一条线段；(d)加宽该线段从而产生一个带状的线段；(e)从该轮廓中选择对应于该线段的轮廓段；(f)以这一对顶点、带状段和轮廓段为基础检测一个新的顶点；和(g)重复步骤(b)-(f)，直到轮廓的顶点都被检测，从而提供出表示轮廓的所有的顶点的位置的顶点信息。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在对数字视频信号表示的目标的轮廓进行编码的一个轮廓编码器中的多边形逼近装置，该方法包括：一个初始顶点检测装置(block)用于检测在轮廓上的初始的顶点；一个存储装置，用于存储表示被测顶点的位置的顶点信息；一个选择装置，用于根据存储的顶点信息，在这些顶点当中选择一对彼此相邻的顶点；一个线段形成装置，用于通过利用象素的多样性产生连接一对顶点的一条线段；一个线段加宽装置，用于加宽该线段从而产生一个带状的线段；一个轮廓段确定装置，用于从该轮廓中选择对应于该线段的轮廓段；和一个新顶点确定装置，用于以这一对顶点、带状段和轮廓段为基础检测一个新的顶点，并提供新的顶点到存储装置。

从结合附图对于本发明的最佳实施例的描述中，本发明的上述的和其它的特征将变得显见。其中：

图1示出根据本发明的用于编码轮廓图象数据的装置的示意框图；

图2A-2C示出一个目标的轮廓的多边形逼近过程的一个实例；

图3A和3B示出根据本发明加宽的象素；和

图4表示一个轮廓和一个用于两个相邻的顶点之间的带状段的匹配过程。

参考图1，示出了一个根据本发明的用于对输入的轮廓图象数据进行编码的装置的示意框图。该轮廓图象数据代表着轮廓象素的位置，构成了由一个视频信号所表示的目标的轮廓。该轮廓图象数据被提供到一个初始点检测装置100和一个轮廓段确定装置500。

根据所耦合的轮廓图象数据，该初始点检测装置100找到该轮廓的两个初始的顶点。若干轮廓图象是开环的，例如由图2A中的两个端点A和B所示，就被选择为两个初始的顶点。另一方面，若干轮廓图象是闭环的形式，在轮廓上的两个最远的点被选择为两个初始的顶点。一旦这两个初始的顶点被确定，表示这两个初始的顶点的位置的顶点信息就被送到一个顶点控制装置200。

该顶点控制装置200存储耦合的顶点信息，其中的顶点信息表示被检测的在轮廓上的顶点的位置；在被测的顶点中选择一对沿着轮廓彼此相邻的相邻顶点，例如两个初始的顶点；并将它们的顶点信息送到轮廓段确定装置500、一个线段形成装置300和一个顶点确定装置700。

通过采用传统的线段产生算法，例如一个玻司曼算法，根据来自顶点控制装置200的信息，该线段形成装置300产生一个线段，经过多个象素连接在顶点控制装置200处选定的一对相邻的顶点。该线段被送到一个线段加宽装置400。

线段加宽装置400产生一个沿着来自线段形成装置300的线段所形成的一个带状段，其中的带状段包括围绕着在该线段上的每一个象素的加宽的象素区域，该加宽的象素区域是通过采用其中利用了一个预定的门限值TH1的一个加宽处理而确定的。沿着每一个线段进行的加宽处理是通过形成一个包括邻近的象素的区域而实现的，对于在线段上的每一个象素来说，这些邻近的象素满足下面的公式。

      |Xn-Xs|+|Yn-Ys|≤TH1                            等式1其中的Xs和Ys分别是在线段上的目标象素的X和Y坐标；Xn和Yn分别是与该线段相邻的每一个象素的X和Y坐标；而TH1是预定的门限值。

参考图3A和3B，其中示出了根据本发明的围绕目标象素20的加宽的象素区。若干预定的门限值TH1是1，则对于目标象素20的加宽过程是按照图3A示出的过程实现的。当预定的门限值TH1是2时，图3B示出一个加宽的象素。

接下来，由满足公式1的线段的相邻象素和构成该线段的目标象素沿着线段形成带状段。以线段加宽装置400得出的该带状段被耦合到匹配装置600。

同时，轮廓段确定装置500选择对应于由线段形成装置300根据所提供的轮廓图象数据和来自顶点控制装置200的顶点信息而产生的线段的轮廓段，并将该线段提供到匹配装置600。

在匹配装置600，来自轮廓段确定装置500的轮廓段和来自轮廓线段加宽装置400的线段被彼此相匹配。就是说，如图4所示，以一对相邻的顶点，例如A和B为基础，沿着线段30的带状段50在同一个平面上与轮廓段40放在一起。随后，匹配装置600检测非匹配的象素，它们是在例如轮廓段40上的、定位在例如带状段50之外的轮廓象素，并将表示非匹配象素的位置的匹配信息传送到顶点确定装置700。

根据来自顶点控制装置200的顶点信息，顶点确定装置700画出一条在一对相邻的顶点之间的直线；根据来自匹配装置600的匹配信息计算从非匹配点的每一个到该直线的距离；确定一个具有比预定的门限值大的最大的垂直距离作为新的顶点；并将表示新的顶点的位置的新的位置信息送到顶点控制装置200。参考图2A，点C被确定为在一对顶点A和B之间的新顶点的定位，并将其顶点信息送到顶点控制装置200。

如上所述，顶点控制装置200存储新的顶点信息；并将一对新的相邻的顶点提供到随后的线段形成装置300、轮廓段确定装置500和顶点确定装置700。在第二个过程中，顶点A和C被选作一对新的相邻顶点而它们的顶点信息被送到上述的随后的装置。如同上述的过程中描述的那样，线段形成装置300、线段加宽装置400、轮廓段确定装置500、匹配装置600和顶点确定装置700是分别地对来自顶点控制装置200的顶点信息执行其功能的。上述的过程的结果是，如果顶点D被确定为在顶点A和C之中的新的顶点时，要在顶点A和D之间重复上述的过程。但是，如果在以匹配装置600进行的匹配的过程中没有找到任何非匹配的象素，即从顶点控制装置200输出的两个顶点(例如)A和D的带状段完全覆盖了对应的轮廓段，则顶点确定装置700将不能检测到任何新的顶点，且没有新的顶点信息传送到顶点控制装置200。在此情况中，顶点控制装置200将新的一对相邻的顶点D和C提供到下一个处理装置。这一顶点的检测过程被重复到轮廓10的所有的顶点，例如A到E都被确定为止，如图2A-2C所示。

顶点的数目随着预定的门限值TH1而改变。如从图2A到2C中看到的那样，以编码的效率为代价，随着预定门限值TH1的变小，通过线段对于轮廓10的逼近就变得更精细。

再来参考图1，通过顶点的检测过程，一旦确定了对于轮廓10的所有的顶点，表示所有的被测顶点的位置的信息，例如在轮廓10上的A到E的信息就被暂存在顶点控制装置200中，并随后送到顶点编码器800。

利用传统的语法算术码或二进制算术码，顶点编码器800对来自顶点控制装置200的顶点信息编码，并将编码的顶点信息提供到发射机(未示出)，从其发射。

在上述中，顶点检测的过程是从初始的顶点A顺时针方向进行的，但是其最终的结果并不取决于处理的顺序，只要将相邻的所有的顶点对都覆盖就行。

根据本发明的上述的顶点检测技术可被用于在一个轮廓上根据顶点而进行轮廓图象的编码。

虽然本发明是参照具体的实施例进行的描述，但是本专业的技术人员显见在不背离所附的权利要求的精神实质的范围内能够有各种的改进和修正。

Claims (16)

1、一种多边形逼近方法，用于对数字视频信号中表示的目标的轮廓进行编码的一种轮廓编码器，该方法包括以下的步骤：

(a)检测在轮廓上的两个初始顶点；

(b)在被检测的轮廓上的这些顶点当中选择一对彼此相邻的顶点；

(c)产生经过多个象素的连接此顶点的一条线段；

(d)加宽该线段从而产生一个带状的线段；

(e)从该轮廓中选择对应于该线段的轮廓段；

(f)以这一对顶点、带状段和轮廓段为基础检测一个新的顶点；和

(g)重复步骤(b)-(f)，直到轮廓的顶点都被检测，从而提供表示轮廓的所有顶点的位置的顶点信息。

2、根据权利要求1的方法，其中的线段是通过采用玻司曼(Bresenham)算法产生的。

3、根据权利要求1的方法，其中的带状段是通过利用一个预定的门限值加宽围绕着在该线段上的每一个象素的象素区而得到的。

4、根据权利要求3的方法，其中的带状段包括在该线段上的每一个象素的邻近象素，这些邻近象素满足下面的公式。

    |Xn-Xs|+|Yn-Ys|≤TH1其中的Xs和Ys分别是在线段上的目标象素的X和Y坐标；Xn和Yn分别是与该线段相邻的每一个象素的X和Y坐标；而TH1是预定的门限值。

5、根据权利要求1的方法，其中的步骤(f)包括步骤：

(f1)将带状段与轮廓段匹配，从而找到非匹配的象素；和

(f2)根据非匹配的象素确定新的顶点和顶点对。

6、根据权利要求5的方法，其中的非匹配的象素的每一个是在轮廓段上并被定位在带状段之外。

7、根据权利要求6的方法，其中步骤(f2)包括步骤：

(f21)画出连接一对顶点的一条直线；

(f22)计算从非匹配象素的每一个到该直线的垂直距离；

(f23)确定具有最大的垂直距离的一个非匹配象素为存在于一对顶点之间的新的顶点。

8、根据权利要求7的方法，其中在步骤(f23)中，当最大的垂直距离是大于预定的门限值时，具有最大的垂直距离的非匹配象素被确定为新的顶点。

9、一种多边形逼近装置，用于对数字视频信号中表示的目标的轮廓进行编码的一个轮廓编码器，该装置包括：

装置，用于检测在轮廓上的两个初始顶点；

装置，用于存储表示被测顶点的位置的顶点信息；

装置，用于根据存储的顶点信息，在这些顶点当中选择两个相邻的顶点；

装置，用于通过利用多个象素产生连接两个相邻顶点的一条线段；

装置，用于加宽该线段从而产生一个带状段；

装置，用于从该轮廓中选择对应于该线段的轮廓段；和

装置，以这两个相邻顶点、带状段和轮廓段为基础检测一个新的顶点，并提供新的顶点到存储装置。

10、根据权利要求9的装置，其中的线段是通过采用玻司曼(Bresenham)算法产生的。

11、根据权利要求9的装置，其中的带状段是通过利用一个预定的门限值加宽围绕构成该线段的每一个象素的象素区而得到的。

12、根据权利要求11的装置，其中的带状段包括在该线段上的每一个象素的邻近的象素，这些邻近的象素满足下面的公式。

        |Xn-Xs|+|Yn-Ys|≤TH1其中的Xs和Ys分别是在线段上的目标象素的X和Y坐标；Xn和Yn分别是与该线段相邻的一个象素的X和Y坐标；而TH1是预定的门限值。

13、根据权利要求11的装置，其中的新顶点检测装置包括：

一个匹配装置，用于将带状段与轮廓段匹配，从而找到非匹配的象素；和

新顶点确定装置，用于根据非匹配的象素检测新的顶点和两个相邻顶点。

14、根据权利要求13的装置，其中的非匹配的象素的每一个是在轮廓段上并被定位在带状段之外。

15、根据权利要求14的装置，其中新顶点确定装置包括：

装置，用于产生出连接两个相邻顶点的一条直线；

装置，用于计算从非匹配象素的每一个到该直线的垂直距离；

装置，用于确定具有最大的垂直距离的一个非匹配象素为存在于两个顶点之间的新的顶点。

16、根据权利要求15的装置，其中当最大的垂直距离是大于预定的门限值时，具有最大的垂直距离的非匹配象素被确定为新的顶点。

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