CN1194751A - 编码和解码图像的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种编码包括相关像素区域(11)和不相关像素(例如背景)区域(12)的图像(1)的方法。不相关区域的像素被伪像素替换(4),以平滑在所述区域之间的过渡。接着将如此获得的图像进行常规图像编码(5),由此产生相当少的比特。在接收机端,伪像素被预定的背景像素替换(9)以重建原始的边界(13)。如果在两边界间的边界预先未知的话,则边界被检测(2)、编码(3)和发送到接收机。本发明特别可应用于压缩具有感兴趣的圆形区域的医用图像,但也可用于编码其它具有诸如视频电话的不相关区域的视频图像,此时只是头肩部分构成了相关信息。

Description

编码和解码图像的方法和装置

发明领域

本发明涉及一种编码包括相关图像数据和不相关图像数据的区域的方法，该方法包括识别所述不相关图像数据的步骤。本发明也涉及解码已编码的图像和相应的用来编码和解码的装置。

发明背景

视频图像通常有一个矩形的形状，但用户并不总是对全部矩形图像区域都感兴趣。例如，医用图像常常包括在一个圆形区域中的与医学相关的信息。于是该图像在该圆形区域与一不相关的(通常是黑的)背景之间会呈现出一个尖锐的过渡。德国专利DE3613759公开了一种记录这种图像的方法。通过省略不相关的图像区域的像素来获得数据压缩。在相关图像区域和不相关区域之间的边界对发射机和接收机均是预知的。接收机于是知道每个所收到的像素在屏上的显示位置。

当前，通常用诸如块变换或利用在一个图像内的相邻象素之间的相关的DPCM这种编码方法来压缩视频图像。在这些编码方法中，在相邻象素间的尖锐过渡需要大量数据比特。因而在上类型的图像中的相关和不相关区域间的边界对编码效率有相当大的影响。

发明目的和概要

本发明的目的是为了提供一种可改进编码效率的编码图像方法。

本发明的方法的特征在于：用伪图像数据来替换至少靠近所述区域之间边界的不相关的图像数据来平滑在相关和不相关图像数据之间的过渡。实验已经表明这样可以降低比特率30％来编码医学图像。

相应的解码图像的方法的特征在于：通过根据边界信息来识别随机图像数据和用预定的图像数据来替换所述伪图像数据。由此重建在相关图像数据的区域和预定图像数据区域之间的尖锐边界。被构建的图像具有如原来图像一样外形，以供医学专家观测之用。

附图简介

图1示出了一个适用于本发明的编码和解码视频图像的系统的方框图。

图2A-2E示出了说明图1的修正电路的实施例的操作的信号波形。

图3A-3C示出了用来进一步说明示于图1的修正电路的一个具体实施例的操作的图像区域。

最佳实施例描述

图1示出了本发明的用来编码和译码视频图像的系统的方框图。参考数字1代表一个要编码的矩形图像。如图1要说明的，该图像包括一个相关像素的圆形图像区域11和不相关像素的图像区域12。在两个区域之间的边界是用参考数字13标注的。此后，相关像素将用X[i，j]标识，不相关像的素用y[i，j]标注。伪像素用p[i，j]标识。

将此图像加到边界检测电路2，检测电路2被用来检测边界13，例如检测从具有背景值的黑像素到相关像素的剧变的瞬变，反之亦然。边界电路2的实际的实施例公开在美国专利5,014,198中。边界13也被一个边界编码级3无损失地编码和发送或记录。无损编码方法是已知技术。例如，行程编码可应用于屏数码来确定不相关像素的区域。如果相关像素的区域是圆形的，则只需发送圆的圆心和半径。如果边界是预知的，则边界检测电路2和编码级3可省略。

再将图像1送到修正电路4。修正电路接收来自边界检测电路2的边界信息并据此来确定是否所加的像素来自区域11的相关像素或来自区域12的不相关像素。如下面将要描述的，不相关像素要给予修正，接着将像素加到传统的图像编码器5，例如，块一基变换编码器或DPCM编码器。经编码的边界信息B和图像信息I被存储在存储介质上供此后检索之用，或被发送到远端接收机。用参考数字6标识存储器或存储介质。

现根据各自的输出信号来描述修改电路4的实施例。熟悉数字信号处理技术的人们可容易设计各种实际的电路。图2B-2E示出了各自信号的波形。为了方便，只示出了一维信号，但应该认识到：修改操作最好用于二维图像空间。图2A示出了用作为基准的输入信号。它包括一系列不相关像素y[n]和一系列相关像素x[n]。这里假设图像的背景是黑的，因此所有的像素y[n]具有零值。图2B-2E示出了修改电路的适当的输出信号。现在各相关的信号包括一系列伪像素p[n]和一系列相关像素x[n]。

在图2B中的波形是通过用相同的伪像素p[n]来替换不相关像素y[n]获得的，其值相应于边界外的第一相关像素x[n]。在图2c所示的波形中，伪像素p[n]被选择得是从其原来值0渐变到边界外的第一相关像素值。在图2D的波形中，相关图像信号部分被镜象到不相关区域。此外，伪信号部分也可被低通滤波以进一步使过渡平滑，这样可防止出现大的交流系数而进一步改善编码效率。图2E的波形示出了通过将相关区域的像素x[n]外插到不相关区域获得的伪像素p[n]。

现在来描述二维图像空间的如图3E所示的外插。在图3A-3C中，示出了矩形图像的左上角。在图3A中，一开始来这样选择应该具有适当尺寸(这里示出的是一个4×4的方块)的一个像素方块41：使该方块包括一个在左上角的单个不相关的像素51。然后用一个具有在方块中的其他像素的平均值的伪像素p[i，j]代替不相关像素y[i，j]。用数学可表示为： $p[i,j]=\frac{1}{N^2-1}\underset{n,m\≠\mathrm{0,0}}{\mathrm{\Σ}}x[n,m]$

其中，n和m(n，m＝0..N)表示在N×N方块的像素位置。上述操作对所有沿相关区域11和不相关区域12之间的边界的不相关像素y[i，j]重复进行，直至处理完最后不相关像素55。方块41然后如箭头42所示地沿边界移动。由于方块居先，所以它可包括事先产生的伪像素，以及尚未替换的不相关像素51。当外插处理像素53时，方块也包括不相关像素54。伪像素是以平均步幅被内插的，而不相关像素则不然。

图3B示出了所有边界像素y[n]被伪像素P[i，j](阴影所示)替换后的情况。然后方块沿着如此产生的新边界在反方向上移动。图3c示出了进一步的处理步骤。不相关像素56被在方块41的像素平均值代替。而方块沿箭头43所示的边界移动。因为外插处理居先，所在象素将包括在方块41中。最终，到达矩形图像的顶角57。至此，所有随机象素都将会获得与此相近的值。图象区域12于是可被高效地编码。被外插的图象区域还可以进一步用2维低通滤波器平滑。平滑保证了外插区域不包含大量能量。

现结合图1来描述解码方法。一个传统的解码器7(例如块一基变换解码器或DPCM解码器)在发射机端执行编码器5的反操作。解码器7于是重建编码器发送的象素。如果它们以未改变的形式显示在屏上，则这些伪象素会造成一个观察者(这里是一个医学专家)所不熟悉的图象。边界解码器8接收代表在相关和伪数据之间的边界的码字B。另外，边界可以是预知的，此时，边界是局部存储的。将解码的象素和边界信息送到重建电路9。根据边界信息，重建电路识别哪些象素是伪象素P[i，j]和哪些象素是相关象素X[i，j]。如根据前面的描述可以理解到的，重建电路9并不影响除伪象素以外的象素。伪图象象素被预定的图象数据，例如黑象素替换。如此重建的图象显示了如原来图象一样尖锐的边界。

传统视频编码器5(图1)可以是一个块基变换编码器。在这种情况下，将视频图象分为一些要被进行一些诸如熟知的离散余弦变换这样的图象块。大多数图象块将只包括相关象素，其它一些图象块只包括不相关象素，而所谓“混合块”将包括相关和不相关图象数据两者。上述用伪象素替换不相关象素现在只应用于那些被混合的块。只包括不相关象素的方块根本无需进行变换。它们既可忽略不计，也可编码成为一个单个DC系数(最好为零，例如黑)。

总之，以上公开了编码包括相关象素和不相关象素(例如背景)区域的图象的方法，不相关区域的象素用平滑所述区域之间的过渡的象素替换。然后将如此得到的图象实行传统的图象编码，从而生成较少数据比特。在接收端，用预定黑象素来替换随机象素以重建原边界。如果在两区域之间的边界是未知的，则将边界进行检测、编码和发送给接收机。本发明特别适用于压缩具有感兴趣的图形区域的医学图象，但也可用于编码其诸如视频图象的具有不相关区域的视域图象，此时只是肩头部构成了相关信息。

Claims (11)

1.一种编码包括相关图像数据区域(11)和不相关图像数据区域(12)的图像的方法，包括识别(2)所述不相关图像数据的步骤，其特征在于：用伪图像数据替代(4)至少靠近所述区域之间的边界的不相关图像数据，以平滑在相关和不相关图像数据之间的过渡。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：检测(2)并编码(3)在所述区域之间的边界。

3.一种用来编码包括相关图像数据区域(11)和不相关图像数据区域(12)的编码器，包括用于识别所述不相关数据的装置(2)，其特征在于：用来以伪图像数据来替代靠近所述区域之间的边界(13)的至少不相关图像数据的装置(4)。

4.如权利要求3所述的编码器，其特征在于：用来检测的装置(2)和用来编码在所述区域之间的边界的装置(3)。

5.一种编码包括相关图像数据区域(11)和不相关图像数据的区域(12)的图像的方法，其特征在于：根据边界信息识别(8)伪图像数据和用预定图像数据来替代(9)所述伪图像数据。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：接收(8)编码后的边界信息和解码(8)所述边界信息。

7.一种用来解码包括相关图像数据区域(11)和不相关图像数据区域(12)的图像的解码器，其特征在于：用来根据边界信息识别伪图像数据的装置(8)和用来以预定图像数据替代所述伪图像数据的装置(9)。

8.如权利要求7所述的解码器，其特征在于：用来接收编码后的边界信息的装置(8)和用来解码所述边界信息的装置(8)。

9.一种代表包括相关图像数据区域和不相关图像数据区域的图像的被编码的图像信号，其特征在于：不相关图像数据已经被伪图像数据替换以平滑在相关和不相关图像数据之间的过渡。

10.如权利要求9所述的图像信号，还包括确定在所述区域间边界的边界信息(13)。

11.一种数字存贮介质(6)，在该介质上存贮如权利要求9或10所述的信号。

Images