CN1219824A - 用于对视频目标平面的目标信息进行编码的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种对包括有一视频目标平面(VOP)及其目标信息的视频信号进行编码的方法,包括有步骤:将该VOP划分成多个块并检测边界块和目标块,其中各边界块中包括有背景象素和目标象素而各目标块中只包括有目标象素;将该目标信息转换成一组目标符号;将各目标符号加至包括在一边界块中的一背景象素上,从而产生处理块;及对这些处理块进行编码,从而生成一编码后的视频信号。

Description

用于对视频目标平面的目标信息进行编码的方法及装置
本发明涉及一种用于对视频目标平面的目标信息进行编码的方法及装置；且更具体地，涉及一种用于以提高的编码效率对视频目标平面的目标信息进行编码的方法及装置。
在例如电视电话、电话会议及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括一序列称之为象素值的数字数据，需要大量的数字数据来定义各视频帧信号。然而，由于常规传输信道的可用频带宽是有限的，为了通过其发送大量的数字数据，不可避免地要通过使用各种数据压缩技术来压缩或减少数据量，特别是在例如电视电话及电话会议系统的低比特率视频信号编码器的情况下。
用于低比特率编码系统的视频信号编码技术之一为所谓的面对目标的分析-合成编码技术(见，例如MPEG-4视频验证模型版本7.0，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/WG11 MPEG97/N1642，布里斯托尔，1997年4月)。根据该面对目标的分析-合成编码技术，一输入视频图象被划分成若干个目标，即若干个视频目标平面(VOP)，其中这些VOP对应于使用者可访问及操纵的一比特流中的实体；并且通过不同的编码信道对用于定义各目标的运动、形状及纹理信息的三组参数进行处理。
一个VOP可被称之为一个目标并由环绕各目标的其宽度和高度可为16象素(一宏块尺寸)的最小倍数的一划界矩形表示，以使编码器可在逐VOP的基础上，即逐目标的基础上处理输入视频图象。一个VOP包括表示该VOP的亮度和色度的纹理信息及表示该目标的形状和位置的形状信息。
在纹理信息中，一象素由例如1到255范围中的一值表示；而在形状信息中，一二进制值，例如O被用于指示位于该VOP中该目标外部的一象素，即一背景象素及另一二进制值，例如255被用于指示位于该目标内部的一象素，即一目标象素。
参见图1，说明一用于对-VOP的纹理信息进行编码的常规的编码装置100。在转换器105，该VOP的形状信息的目标象素值被从255变至1，从而将一转换后的形状信息提供给一乘法器110和一块选择单元125，其中该转换后的形状信息包括具有1的目标象素和具有零值的背景象素。在乘法器110，该VOP的纹理信息被乘以该转换后的形状信息，从而产生转换后的纹理信息给一填充单元120。在该转换后的纹理信息中，这些目标象素保持它们的原始值而位于该目标外部的象素具有零值。该填充单元120通过使用一常规的重复填充技术对该转换后的纹理信息中的背景象素执行填充处理以提高数据压缩效率，其中在该重复填充技术中，这些背景象素通过根据该目标的边界象素值所获得的新值而被填充。
参见图2，说明一由被填充的纹理信息所表示的示例性VOP10，其中该VOP10包括由划了阴影线部分表示的一目标15和由未划阴影线部分表示的一背景20。块选择单元25响应于该转换后的形状信息及填充后的纹理信息，检测VOP10中的目标15和背景20；并将该VOP10划分成多个例如8×8象素的DCT(离散余弦变换)块，例如块1至12。然后，块选择单元125选择覆盖目标15的DCT块并将它们作为处理块提供给-DCT单元130。在图2所示的例子中，该DCT块1没有覆盖目标15；且因此，DCT块2-12被选择作为处理块。在DCT单元130，各处理块被转换成一组DCT系数并且该组DCT系数然后被提供给一量化单元140。在量化单元140，该组DCT系数被量化并被传送给一发射机(未示出)进行发送。
另一方面，除了该目标的运动、形状和纹理信息外，例如表示该目标的一索引、题目、制作者、使用者可编辑性等的目标信息需要被编码并被发送作为该目标的编码序列的头部，在这种情况下，如果有多个目标被发送，目标信息量变大，从而导致编码效率降低。
因此，本发明的主要目的在于提供一种对视频目标平面(VOP)的目标信息进行有效编码的方法和装置。
根据本发明的一个方面，提供有一种对视频信号进行编码的方法，该视频信号包括一视频目标平面(VOP)及其目标信息，该VOP在其中具有一目标，该方法包括有步骤：(a)将该VOP划分成多个块并检测边界块和目标块，其中各边界块中包括有背景象素和目标象素，而各目标块中只包括有目标象素，这些背景象素和目标象素分别表示驻留于该目标的外部及内部的象素；(b)将该目标信息转换成一组目标符号；(c)将各目标符号加至包括在一边界块中的一背景象素，从而产生处理块，这些处理块包括有这些目标块和一个或多个其中具有这些目标符号的处理后的边界块及其余未被处理的边界块，及(d)对这些处理块进行编码，从而产生一编码后的视频信号。
根据本发明的另一方面，提供有一种对视频信号进行编码的装置，该视频信号包括一其中具有一目标的视频图象和一目标信息，该视频图象由若干目标象素和背景象素组成，这些目标象素驻留于目标内部而背景象素驻留于目标外部，该装置包括：用于将该视频图象划分成多个块并将各块分类成背景块、边界块和目标块中的一个的装置，其中该背景块中只包括有背景象素，该边界块中包括有目标和背景象素及该目标块只包括有目标象素；用于产生表示该目标信息的一组二进制数的目标符号的装置；用于通过将这些目标符号加到这些目标块及边界块中而产生处理块的装置；及用于对这些处理块进行编码，从而产生一编码后的视频信号的装置。
通过结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述及其它目的和特征将变得显然，附图中：
图1为用于对VOP的信息进行编码的常规编码装置的概略性方框图；
图2为一被划分成多个DCT块的扩展的VOP的示意图；
图3为根据本发明的一优选案施例的用于对目信息进行编码的创造性装置的概略性方框图；及
图4为图3中的目标信息插入单元的详细方框图。
参见图3，示出了根据本发明的一优选实施例的用于对目标信息进行编码的创造性装置的概略性方框图。转换器305、乘法器310和填充单元320的功能及特征与图1中所示的相似元件105、110和120一样，因此为简便起见，省去对它们的描述。来自填充单元320的填充后的纹理信息及来自转换器305的转换后的形状信息被提供给一目标信息插入单元330，该目标信息插入单元330也接收目标信息。下面将参照图2和4描述在目标信息插入单元330中对目标信息进行编码的详细过程，其中图4为该目标信息插入单元330的详细方框图。
以与图1中所示的填充单元120中相似的方式，一块检测单元332检测覆盖目标15的DCT块。在VOP的这些DCT块中，不覆盖目标15且仅由背景象素组成的DCT块1被设定为一背景DCT块，DCT块7为一只包括有目标象素的目标DCT块，而其余的DCT块2-6和8-12为其中包括有目标及背景象素两者的边界DCT块。一旦检测到目标和背景DCT块，该块检测单元332给各背景象素附加一识别标志，该识别标志表示一被附加有标志的象素属于背景20；并将这些目标和边界DCT块作为处理DCT块提供给处理块生成单元338。
同时，该目标信息被输入给一转换单元334。在转换单元334，表示该目标信息的各字符、数字、符号等被转换成由例如8比特的二进制数表示的二进制符号。由该转换单元334生成的一组二进制符号被提供给一随机目标数据生成单元336。该组二进制符号可产生一与这些目标象素的图形完全不同的某一图形，因此，随后变换过程例如DCT的编码效率可被降低。为此，该随机目标数据生成单元336通过将各二进制符号乘以一随机数而产生一组随机目标符号。
该随机数是以一预定方式从一组预定的随机数中选择出来的。该随机数应是非常大足够使该目标信息在后来的量化过程中不被损坏。来自随机目标数据生成单元336的该组随机目标符号被馈送给处理块生成单元338。该处理块生成单元338根据附加给背景象素的识别标志，对包括在该处理DCT块中包括的背景象素进行检测。
按照常规，这些块以从左至右和从上至下的光栅扫描次序被处理。因此，图2中所示的处理DCT块以DCT块2到块12的次序被处理。处理块生成单元338找出第一处理DCT块，即块2，并逐个地将随机的目标符号加至以光栅扫描次序在DCT块2中选择的填充后的背景象素。如果有剩余的随机目标符号未被附加，这些随机的目标符号以与上述相同的方式被附加给随后的边界DCT块中的背景象素直至所有的目标符号被处理。一旦处理这些随机的目标符号，一个或多个处理后的边界DCT块包括该随机的目标符号信息而其余未被处理的边界DCT块和每个目标DCT块保持原封不动。所有这些块作为处理块被提供给一变换单元340。
返回参照图3，变换单元340通过使用例如一常规的离散余弦变换(DCT)技术将各处理块转换成一组变换系数，并将该组变换系数提供给一量化单元350，其中该组变换系数被量化以生成一组量化后的变换系数，并被提供给一模数(modulus)单元360。
在模数单元360，根据常规的模数技术对超出一预定最大值的象素进行模数处理。通过从一量化后的变换系数中减去一预定最大值的整数倍，即模数而将该量化后的变换系数值的范围限定在该预定最大值内，其中该模数为例如255。例如，如果例如根据VLC(可变长度编码)技术可在随后的统计编码处理中被处理的该最大值为255且一对应于其中包括有一随机目标符号的背景象素的量化后的变换系数具有520的值，则该量化后的变换系数的值被减至10(=520-255×2)并且模信息被附加至其，其中该模信息表示模处理数。在该情况下模信息具有2的值。另一方面，如果与其中包括有一随机的目标符号的背景象素相对应的量化的变换系数具有值270，该量化的变换系数的值被减至5(=270-255×1)且模信息具有值1。该模处理后的数据被提供给VLC单元370。在VLC单元370，该模处理后的数据被VLC编码并被发送至-发射机(未示出)用于发射。
在接收端的解码器，该发送的VLC编码后的数据通过-序列可变长度解码、反模数、逆量化和逆变换处理被重构成处理块，然后，根据自发射机发送的该目标的形状信息和该重构的处理块，获得该目标的纹理信息。然后，根据该目标的该重构的纹理信息的边界象素执行逆填充处理，且背景象素的填充的象素值被去除。此时的边界象素的其余值被除以预存在该解码器的预定组随机数，从而产生对应于该目标信息的二进制符号。然后该些二进制符号被转换成目标信息。
尽管只相对于某一优选实施例对本发明进行了描述。但在不脱离由所附权利要求定义的精神及范围的前提下，可作出其它改型和变化。

Claims (20)

1．一种对包括有一视频目标平面(VOP)及其目标信息的视频信号进行编码的方法，该VOP中包括有一目标，该方法包括有步骤：
(a)将该VOP划分成多个块并检测边界块和目标块，其中各边界块中包括有背景象素和目标象素而各目标块中只包括有目标象素，这些背景及目标象素分别表示驻留于该目标外部及内部的象素；
(b)将该目标信息转换成一组目标符号；
(c)将各目标符号加至包括在一边界块中的一背景象素上，从而产生处理块，这些处理块包括有目标块和一个或多个其中具有目标符号的处理后的边界块及其中不具有目标符号的其余未被处理的边界块；及
(d)对这些处理块进行编码，从而生成一编码后的视频信号。
2．根据权利要求1的方法，其中各目标符号由二进制数表示。
3．根据权利要求2的方法，其中转换步骤(b)包括有步骤：
(b1)将该目标信息转换成一组二进制数，其中各二进制数由P比特的二进制数表示，P为一正整数；及
(b2)将各二进制符号乘以在一预定组随机数中选择的一随机数，从而提供该组目标符号。
4．根据权利要求3的方法，其中这些背景象素具有通过根据这些目标象素执行一填充技术而获得的值。
5．根据权利要求4的方法，其中该填充技术为一重复填充技术。
6．根据权利要求5的方法，其中编码步骤(d)包括有步骤：
(d1)变换各处理块以提供一组变换系数；
(d2)量化该组变换系数以产生一组量化后的系数；及
(d3)根据统计编码技术对该组量化后的系数进行编码以产生该编码后的视频信号。
7．根据权利要求6的方法，其中编码步骤(d)还包括：在量化步骤(d2)后，(d21)步骤根据一模数技术限定这些量化后的系数的值。
8．根据权利要求7的方法，其中附加步骤(c)包括有步骤：
(c1)检测一个或多个二进制块以在其中插入这些目标符号；及
(c2)将各目标符号加至在被检测的二进制块中所包括的一背景象素，从而生成该些处理后的边界块。
9．根据权利要求8的方法，其中划分步骤(a)包括有步骤(a1)：生成识别标志给在这些边界块中所包括的背景象素，附加给一象素的一识别标志表示该象素对应于一背景象素。
10．根据权利要求9的方法，其中一个或多个边界块通过使用这些识别标志而被检测到。
11．一种用于对包括有一视频图象和目标信息的视频信号进行编码的装置，该视频图象中具有一目标且由目标象素和背景象素组成，目标象素驻留于该目标内部而背景象素驻留于该目标外部，该装置包括有：
用于将该视频图象划分成多个块并将各块分类成背景块、边界块和目标块中的一个的装置，其中该背景块中只包括有背景象素，边界块中包括有目标象素和背景象素而目标块中只包括有目标象素；
用于产生一组表示该目标信息的二进制数的目标符号的装置；
用于通过将这些目标符号插入到这些目标块和边界块中而产生处理块的装置；及
用于对这些处理块进行编码，从而生成一编码后的视频信号的装置。
12．根据权利要求11的装置，其中生成装置包括：
用于将该目标信息转换成一组二进制符号的装置，各二进制符号由多个预定的二进制数表示；及
用于将各二进制符号乘以在一预定组随机数中以预定方式选择的一随机数而获得该组目标符号的装置。
13．根据权利要求12的装置，其中这些处理块包括这些目标块和一个或多个其中具有目标符号的处理后的边界块及其余不具有目标符号的边界块。
14．根据权利要求13的装置，其中用于产生处理块的装置包括：
用于找出一个或多个边界块以在其中插入这些目标符号的装置，及
用于将各目标符号加至找出的该些边界块中包括的一背景象素，从而产生这些处理后的边界块的装置。
15．根据权利要求14的装置，其中该视频图象划分装置包括有用于将识别标志附加至这些边界块中所包括的背景象素的装置，其中附加到一象素的一识别标志指示该象素为一背景象素。
16．根据权利要求15的装置，其中根据这些识别标志检测该一个或多个边界块及各目标符号被加至的背景象素。
17．根据权利要求16的装置，其中根据光栅扫描次序找出该一个或多个边界块。
18．根据权利要求17的装置，其中该编码装置包括：
用于变换各处理块以提供一组变换系数的装置；
用于量化该组变换系数以生成一组量化后的系数的装置；及
用于对该组量化后的系数进行编码以生成该编码后的视频信号的装置。
19．根据权利要求18的装置，其中该编码装置包括：
用于限定该组中的各量化后的系数的值，从而产生一组限定后的量化后的系数的装置；及
用于对该组限定及量化后的系数进行统计编码以生成该编码后的视频信号的装置。
20．根据权利要求19的装置，其中限定各量化后的系数的值是根据一模数而被实现的。
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