CN1202672C - 抑制差错扩散的发送/接收数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

在双向数字图像数据通信系统禁止差错扩散的传输数据处理方法。包括：(a)从外部信号源输入图像帧；(b)通过通信网络接收并检查反馈差错信息，包括差错块的位置；(c)如果步骤(b)确定存在反馈差错信息，步骤(a)中输入的图像帧中对反馈差错信息所包括的该位置上的差错块及其检索范围执行内部编码，构成压缩图像帧；(d)通过通信网络发送步骤(c)构成的压缩图像帧。当解码器检测到差错时，将其反馈给编码器，编码器参照反馈信息对差错块及其检索范围采用强制的内部编码。

Description

抑制差错扩散的发送/接收 数据处理方法
技术领域
本发明涉及一种图像数据图像系统，具体涉及在双向数字压缩图像数据通信系统中抑制差错扩散的方法。
背景技术
图1A是用来解释构成双向数字图像数据通信系统的一种方案的示意图。在图1A中有两个通过通信网络彼此连接的节点100a和150a，它们各自包括编码器102a和152a以及解码器104a和154a，并且通过一条双向通信信道相互通信。
图1B是构成双向数字图像数据通信系统的另一种方案的示意图。在图1B中，节点100b仅包括一个编码器，另一个节点150b也仅包括一个编码器。在这种情况下，图像数据仅仅通过一条正向信道从具有一个编码器的节点100b发送到具有一个解码器的节点150b。反向信道被用来发送通过正向信道接收的图像数据的反馈信息。当然也可以用图1A和1B的组合构成一个双向数字图像数据通信系统。
在图像数据通信系统中，为了有效地利用通信信道的带宽，图像数据需要经过压缩和解压缩。也就是说，在通过编码器102a，152a或100b进行编码以及通过通信网络发送的过程中对外部视频信号进行压缩。在解码过程中由编码器104a，154a或150b对接收的压缩图像数据解压缩，恢复成原始图像数据并且输出一个恢复的视频信号。
图2是说明在数字图像数据通信系统中为每一个图像帧编码的一种方式的示意图。
为一个图像帧编码的方式包括内部编码和相互编码。内部编码是利用一屏中的象素之间的关系对一个图像帧进行编码，而相互编码是利用屏与屏之间的关系参照前一帧(或下一帧)对当前的一个图像帧进行编码。采用内部编码编码的图像帧被称为I帧，而采用相互编码编码的图像帧被称为P帧。如果图像帧是参照下一个图像帧进行编码的，则将其称为B帧。下文中用P帧来代表包括B帧在内的任何相互编码帧。
相互编码具有很高的压缩效率，因此，大多数图像帧都是利用帧与帧之间的关系相互编码的。也就是如图2所示，用相互编码对序列中的第一图像帧200a编码，构成一个I帧，并且用相互编码对序列中的后续图像帧210a，220a，230a和240a编码，构成P帧，直至相应的序列结束。
然而，利用帧与帧之间的关系相互编码的这种方法存在差错扩散的问题。图2B用示意图表示了数字图像数据通信系统中的一种常规的差错扩散机制。
如图2B所示，假设顺序的第一和第二帧200b和210b没有差错，而第三帧220b在一个特定的块中有一个差错。如果采用相互编码方法，就要参照第三帧220b对第四帧230b编码，第三帧220b中的差错222就会扩散成第四帧230b中的一个差错232。同样，第五帧240b也有从第四帧230b的差错232扩散来的差错242。
也就是说，在相互编码方法中，如果在传输期间或是由于其他原因在一帧中的一个特定块上产生一个不可恢复的差错，它就会不仅限于对应的帧而是会影响到后续的各帧。另外，这种扩散的差错是逐渐放大的，因为在相互编码方法中当前帧中的每一块都是参考前一帧中对应的一块及其相邻的块编码的。
为了阻止相互编码方法中造成的差错扩散，已经有人提出了各种各样的机制。图2C的示意图就表示了在数字图像数据通信系统中的一种常规的差错扩散防止机制。
在图2C中，I帧200c是通过内部编码获得的，并且用内部编码对通过内部编码获得的P帧210c，220c，230c和240c的特定块214，224，234，244分别执行强制性编码。现有的建议是至少每132个图像帧包括一个I块(它是通过内部编码压缩的一个块)，但是并没有单独规定选择I块的具体方法。
按照内部编码方法，编码是利用帧与帧之间关系来执行的，在编码期间要参考前一帧和当前一帧，诸如离散余弦变换(DCT)等用于编码的程序中包括浮点运算。当然，解码时也包括同样的浮点运算。然而，取决于通信系统的类型，编码器和解码器的浮点运算结果可能有轻微差别。为了防止这种轻微差别的积累，目前的建议是至少每132个图像帧包括一个I块。
如图2C所示对一个特定块强制内部编码的技术可以防止由于编码器和解码器的浮点运算结果之间的差别造成的差错扩散。然而，这种技术不能从根本上防止在传输期间或是由其他原因造成的不可恢复的差错的扩散。
当然，如果在接收的图像帧上从一个特定块检测到一个不可恢复的差错，解码器可以采用一种掩盖技术来减少人在观看图像时能够识别的差错。然而，这种技术不能从根本上校正差错，因此，常规的内部编码方法不能防止差错从一帧扩散到另外一帧。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种处理发送/接收数据的方法，在数字图像数据通信系统中防止差错扩散，如果解码器检测到一个差错，它就将这一差错反馈给编码器，而编码器采用一种参照反馈信息对相应的块及其检索范围强制执行内部编码的技术，并且为其提供了一种记录介质。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种在数字图像数据通信系统中禁止差错扩散的传输数据处理方法，该方法包括：(a)从外部信号源输入一个图像帧；(b)通过通信网络接收反馈差错信息，检查反馈差错信息，这其中包括解码器解码期间在压缩图像帧上检测到的一个差错块的位置；(c)如果在步骤(b)中确定存在反馈差错信息，就在步骤(a)中输入的图像帧当中对反馈差错信息所包括的该位置上的差错块及其检索范围执行内部编码，从而构成一个压缩图像帧，其中所述检索范围是指利用相互编码方法对差错块进行编码所需参考的多个块；以及(d)通过通信网络发送在步骤(c)中构成的压缩图像帧。
最好是，将步骤(b)中包括在反馈差错信息中的差错块位置设置成以16(象素)×16(象素)宏字块为单位。
另外，步骤(c)中的检索范围最好是在差错块的基础上包括四个方向上的16个象素或32个象素。
最好是，步骤(b)中的反馈差错信息涉及到当前图像帧的前一图像帧。
按照本发明的另一方面，提供了一种在数字图像数据通信系统中禁止差错扩散的传输数据处理方法，该方法包括：(a)从外部信号源输入一个图像帧；(b)如果步骤(a)中输入的图像帧是一个特定顺序中的第一图像帧，就用内部编码方法对整个图像帧编码，构成一个压缩图像帧；(c)如果步骤(a)中输入的图像帧不是一个特定顺序中的第一图像帧，就通过通信网络接收反馈差错信息，检查反馈差错信息，这其中包括解码器解码期间在压缩图像帧上检测到的一个差错块的位置；(d)如果在步骤(c)中确定存在反馈差错信息，就在步骤(a)中输入的图像帧当中对反馈差错信息所包括的该位置上的差错块及其检索范围执行内部编码，对其他区域仍然采用相互编码，从而构成一个压缩图像帧，其中所述检索范围是指利用相互编码方法对差错块进行编码所需参考的多个块；如果在步骤(c)中没有接收到反馈差错信息，就对按照预定方法从步骤(a)输入的图像帧的许多块当中选择的块执行内部编码，并且对其他块采用相互编码，从而构成一个压缩图像帧；以及(e)通过通信网络发送在步骤(b)或(d)中构成的压缩图像帧。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面提供了一种在数字图像数据通信系统中禁止差错扩散的接收数据处理方法，该方法包括：(a)通过通信网络接收一个压缩图像帧；(b)对步骤(a)中接收的压缩图像帧解码，构成一个图像帧；(c)如果在步骤(b)的解码期间在步骤(a)中接收的压缩图像帧上的一个特定块中检测到一个差错，就通过通信网络将包括差错块位置的反馈差错信息发送回编码器；(d)输出在步骤(b)中恢复的图像帧；(e)接收第二个压缩的图像帧，在该图像帧中已经响应于在步骤(c)中经由通信网络从编码器发送的反馈差错信息而对差错块和该差错块的检索范围进行了内部编码；(f)参考差错块和该差错块的检索范围来对在步骤(e)中接收到的第二个压缩图像帧进行解码，从而构成第二图像帧；和(g)输出在步骤(f)中恢复的所述第二图像帧。
附图说明
通过以下参照附图对本发明优选实施例的详细说明可以进一步理解本发明的上述目的及其优点，在附图中：
图1A和1B表示一种双向数字图像数据通信系统的组成结构的示意图；
图2A表示在数字图像数据通信系统中对图像帧编码的一种方法的示意图；
图2B表示在数字图像数据通信系统中常规的差错扩散机制的示意图；
图2C表示在数字图像数据通信系统中的一种常规的差错扩散防止机制的示意图；
图3表示按照本发明的一个实施例在数字图像数据通信系统中的差错扩散防止机制的示意图；
图4是按照本发明优选实施例的一个流程图，表示在数字图像数据通信系统中用于禁止差错扩散的一种传输数据处理方法；以及
图5是按照本发明优选实施例的一个流程图，表示在数字图像数据通信系统中用于禁止差错扩散的一种接收数据处理方法。
具体实施方式
在本发明的优选实施例中做以下假设，当解码器350检测到差错时，它可以通过反向信道向编码器300反馈关于差错的信息。因此，本发明的这一实施例可以用于图1B的数字图像数据通信系统以及图1A和1B的组合。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，编码器300的原理是用内部编码方法对序列中的第一帧300a编码，构成一个I帧，并且用相互编码对后续帧310a，320a和330a编码。解码器350对通过通信信道接收的压缩图像数据300b，310b，320b和330b解码。
本领域的技术人员都可以看出，本发明适合离散余弦变换，量化，可变长度编码，反量化，反离散余弦变换等按照本发明实施例的编码器300常用的编码方式，以及解码器350在解码时常用的相应的逆变换。
以下要按照解码器350已经从第二帧310b的特定块312中检测到一个差错的假设来描述本发明实施例的操作。例如，假设是利用相反的可变长度代码(RVLC)等从一个特定块中检测到一个差错。检测到的差错中不包括通过正向纠错能够恢复的差错。具有这种人容易察觉的不可恢复差错的图像帧是通过诸如掩盖技术来处理并且输出的。
在本发明的一个实施例中，当解码器350在解码期间检测到一个差错时，就通过反向信道将包括已经检测到差错的那一块的位置的反馈差错信息发送给编码器300。
在为下一帧320a编码时，编码器300参照通过反向信道接收的反馈差错信息按照内部编码方法对相应的差错块322及其检索范围324执行强制编码。此处的检索范围是指为了用相互编码方法对特定的块编码时需要参照的那些块。
这样，解码器350就接收到一个图像帧，这其中检测到差错的块和这一块的检索范围是按照内部编码方式编码的，对相应的块解码时不必参照任何一帧。因此，前一帧上产生的差错不会扩散。另外，在本发明的这一实施例中，通过禁止差错扩散可以在短时间内恢复或是消除差错。
以下要参照图4和5具体说明按照图3的本发明实施例用编码器300和解码器350处理图像数据的方式。
图4是按照本发明优选实施例的一个流程图，表示在数字图像数据通信系统中用于禁止差错扩散的一种传输数据处理方法。
首先，编码器在步骤400中接收一个外部图像信号。外部图像信号是以帧为单位输入的，并且在执行诸如离散余弦变换等编码之前必须将模拟图像信号转换成数字图像数据。
接着要在步骤410中确定步骤400输入的图像帧是不是一个特定序列中的第一图像帧。所谓一个序列是指具有相同特点的一组连续的屏幕，在图像数据通信的数据层次结构中，这种组处于最高层。
如果步骤400输入的图像帧是一个特定序列中的第一图像帧，就在步412中按照内部编码对整个图像帧编码，组成一个I帧。在编码过程中对图像帧的压缩已经解释过了。
如果步骤400中的图像帧不是一个特定序列中的第一图像帧，就在步420中检查通过通信网络从解码器接收到的反馈差错信息。这种反馈差错信息包括解码器在解码期间检测到的差错块在一个压缩图像帧上的位置。如果输入图像帧是一个特定序列中的第一图像帧，就按照内部编码对整个图像帧编码，因而不需要检查反馈差错信息。
最好是，将反馈差错信息中包括的差错块位置设置成以16(象素)×16(象素)宏字块为单位，因为相互编码使用的运动矢量基本单位就是宏字块。
另外，最好是在对当前图像帧编码时参考的反馈差错信息最好是涉及到当前图像帧的前一图像帧，因为这样能够尽可能阻止差错在通信信道的带宽所允许的范围内扩散。
如果没有从解码器接收到反馈差错信息，就在步骤422按照常规方式对步骤400中输入的图像帧编码和/或压缩。也就是对按照预定方法从步骤400中输入的图像帧的许多块当中选择的块强制执行内部编码，而对其他块采用相互编码，从而形成一个压缩图像帧(整体上相当于一个P帧)。需要按照内部编码被强制编码的块可以采用适当的方式在这一范围内选择，目前的建议是至少每132个图像帧包括一个I块。
如果从解码器接收到反馈差错信息，步骤424就在步400输入的图像帧当中按照内部编码对反馈差错信息中包括的一个差错块及其检索范围执行编码，而其他区域仍然按照相互编码来编码，从而形成一个压缩图像帧(整体上相当于一个P帧)。如上所述，此处的检索范围是指为了用相互编码方法对特定的块编码时需要参照的一个区域，它是在编码器和解码器之间的初始化步骤中的协商阶段设定的。一般来说，检索范围最好是从一个特定块起包括四个方向上的16个象素，也就是包括对应块的九个宏字块，或者是从一个特定块起包括四个方向上的32个象素，即包括对应块的16个宏字块。
最后在步骤430中通过通信网络发送由步412，422或424组成的一个压缩图像帧。
到此为止已经说明了按照本发明一个实施例在编码器中处理传输数据的方法。以下要说明按照本发明的一个实施例在解码器中处理接收数据的方法。
图5是按照本发明优选实施例的一个流程图，表示在数字图像数据通信系统中用于禁止差错扩散的一种接收数据处理方法。首先，解码器在步500中通过通信网络接收一个压缩图像帧。这里的压缩图像帧是按照内部编码方式编码的一个I帧或者是按照相互编码方式编码的一个P帧。
接着，在步骤510中参照在步骤500中接收的压缩图像帧的每一块的编码方法对压缩图像帧的各个块解码，由此产生一个输出图像帧。
如果在步骤520中确定在步骤510的解码期间从一个特定块中检测到一个差错，就在步骤522通过通信网络向编码器反馈一个反馈差错信息。这种反馈差错信息包括差错块的位置。如上所述，最好是将差错块的位置设置成以16(象素)×16(象素)宏字块为单位。按照具体应用场合可以采用各种差错检测技术，例如采用上述相反的可变长度代码(RVLC)。
最后在步骤530输出在步骤510中解码的一个图像帧。图5按顺序表示了步骤520和522的反馈差错信息传输过程和步骤530的图像帧输出过程。然而，本领域的技术人员应该能够理解，本发明同样适合并行地执行这些程序。
按照本发明，当解码器检测到一个差错时，就将其反馈给编码器，编码器参照反馈信息对差错块及其检索范围采用强制的内部编码技术，从而阻止在数字图像数据通信系统中出现差错扩散。另外，通过禁止差错扩散还可以在短时间内恢复或是消除差错。
本发明的实施例可以写成可以在计算机中执行的程序。另外也可以从记录介质上读出这种程序并且由计算机执行。记录介质可以是磁性存储媒体(例如ROM，软磁盘，硬盘等)，光学记录介质(例如CD-ROM，DVD等)，或者是载波(例如通过Inertnet来传输)。
到此为止已经按照优选实施例解释了本发明。本发明所属领域的技术人员应该能够理解，在不脱离本发明基本特征的条件下还可以对本发明作出各种各样的修改。因此，上述实施例仅仅是为了解释而不应该被视为一种限制。本发明真正的技术保护范围不是由上述说明而是由权利要求书来确定的，处在等效范围内的所有区别都应该被解释为属于本发明。

Claims (8)

1.一种在数字图像数据通信系统中禁止差错扩散的传输数据处理方法，该方法包括：
(a)从外部信号源输入一个图像帧；
(b)通过通信网络接收反馈差错信息，检查反馈差错信息，这其中包括解码器解码期间在压缩图像帧上检测到的一个差错块的位置；
(c)如果在步骤(b)中确定存在反馈差错信息，就在步骤(a)中输入的图像帧当中对反馈差错信息所包括的该位置上的差错块及其检索范围执行内部编码，从而构成一个压缩图像帧，其中所述检索范围是指利用相互编码方法对差错块进行编码所需参考的多个块；以及
(d)通过通信网络发送在步骤(c)中构成的压缩图像帧。
2.按照权利要求1的方法，其特征是将步骤(b)中包括在反馈差错信息中的差错块位置设置成以16象素×16象素宏字块为单位。
3.按照权利要求1的方法，其特征是步骤(c)中的检索范围是在差错块的基础上包括四个方向上的16个象素或32个象素。
4.按照权利要求1的方法，其特征是步骤(b)中的反馈差错信息涉及到当前图像帧的前一图像帧。
5.一种在数字图像数据通信系统中禁止差错扩散的传输数据处理方法，该方法包括：
(a)从外部信号源输入一个图像帧；
(b)如果步骤(a)中输入的图像帧是一个特定顺序中的第一图像帧，就用内部编码方法对整个图像帧编码，构成一个压缩图像帧；
(c)如果步骤(a)中输入的图像帧不是一个特定顺序中的第一图像帧，就通过通信网络接收反馈差错信息，检查反馈差错信息，这其中包括解码器解码期间在压缩图像帧上检测到的一个差错块的位置；
(d)如果在步骤(c)中确定存在反馈差错信息，就在步骤(a)中输入的图像帧当中对反馈差错信息所包括的该位置上的差错块及其检索范围执行内部编码，对其他区域仍然采用相互编码，从而构成一个压缩图像帧，其中所述检索范围是指利用相互编码方法对差错块进行编码所需参考的多个块；如果在步骤(c)中没有接收到反馈差错信息，就对按照预定方法从步骤(a)输入的图像帧的许多块当中选择的块执行内部编码，并且对其他块采用相互编码，从而构成一个压缩图像帧；以及
(e)通过通信网络发送在步骤(b)或(d)中构成的压缩图像帧。
6.按照权利要求5的方法，其特征是将步骤(c)中包括在反馈差错信息中的差错块位置设置成以16象素×16象素宏字块为单位，并且步骤(c)中的检索范围是在差错块的基础上包括四个方向上的16个象素或32个象素。
7.一种在数字图像数据通信系统中禁止差错扩散的接收数据处理方法，该方法包括：
(a)通过通信网络接收一个压缩图像帧；
(b)对步骤(a)中接收的压缩图像帧解码，构成一个图像帧；
(c)如果在步骤(b)的解码期间在步骤(a)中接收的压缩图像帧上的一个特定块中检测到一个差错，就通过通信网络将包括差错块位置的反馈差错信息发送回编码器；
(d)输出在步骤(b)中恢复的图像帧；
(e)经由通信网络从编码器接收第二个压缩的图像帧，在该图像帧中已经响应于在步骤(c)中发送的反馈差错信息而对差错块和该差错块的检索范围进行了内部编码，其中所述检索范围是指利用相互编码方法对差错块进行编码所需参考的多个块；
(f)对在步骤(e)中接收到的第二个压缩图像帧进行解码，从而构成第二图像帧；和
(g)输出在步骤(f)中恢复的所述第二图像帧。
8.按照权利要求7的方法，其特征是将步骤(c)中包括在反馈差错信息中的差错块位置设置成以16象素×16象素宏字块为单位。
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