CN1221291A - 自适应编码二进制形状信号的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于对一二进制形状信号内的一M×N二进制象素的二进制块进行编码的装置,包括:用于根据该二进制块的M个象素行内的象素值,计算一逐行相关性值的装置;用于通过使用一顶部场及一底部场的各M/2个象素行内的象素值,计算一隔行相关性值的装置;用于通过比较该两相关性值,产生一模式选择信号的装置;及用于响应于该模式选择信号,通过使用逐行形状编码技术在逐块基础上或通过使用隔行形状编码技术在逐场基础上,对该二进制块进行编码的装置。

Description

自适应编码二进制形状信号的方法及装置

本发明涉及一种编码二进制形状信号的方法及装置；且更具体地，涉及用于通过依据构成该二进制形状信号的二进制象素值之间的空间相关关系，使用逐行形状编码或隔行形状编码技术而选择地对该二进制形状信号进行编码的方法及装置。

在例如电视电话及电信会议系统的数字视频系统中，由于视频帧信号包括有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视频帧信号。

然而，由于常规的传输信道的可用频率带宽是有限的，为了通过其传送这么大量的数字数据，需要通过使用各种数据压缩技术来压缩或减少数据量，特别在例如电视电话或电信会议系统的低比特率视频信号编码器的情况下。

用于编码低比特率编码系统的视频信号的技术之一为面向目标的分析-合成编码技术，其中一输入视频图象被划分成若干目标；并且通过不同的编码信道处理三组用于定义各目标的运动、轮廓和象素数据的参数。

这样的面向目标的编码方案的一个例子是所谓的MPEG(活动图象专家组)阶段4(MPEG-4)，该MPEG-4被设计成一种音频-视象编码标准，提供了基于内容的交互性，在例如低比特率通信、交互式多媒体(例如，游戏、交互式TV等)的应用中的提高的编码效率及/或通用可存取性和区域监视。

根据MPEG-4，一输入视频图象被划分成多个视频目标平面(VOP)，这些视频目标平面对应于用户可存取及操纵的一比特流中的实体。一VOP可被称之为一目标并由其宽度和高度可为围绕各目标的16象素(一宏块尺寸)的最小倍数的一划界矩形表示以便编码器可在逐VOP基础上处理该输入视频图象。

MPEG-4中所述的一VOP包括形状信息和由亮度及色度数据组成的颜色信息，其中该形状信息由例如二进制掩码(mask)表示。在该二进制掩码中，一二进制值例如0被用于指定一象素，即位于该vop中该目标外部的背景象素而其它的二进制值例如255被用于指示一象素，即该目标内部的目标象素。

表示一帧或一VOP中一目标的位置和形状的一二进制形状信号被表达为一二进制掩码并可被划分成多个二进制α块(BAB)，其中各BAB由例如一16×16二进制象素块表示。

一BAB可通过使用例如基于上下文的算术编码(CAE)法的一常规的基于位图的形状编码法而被编码。具体地，在帧内模式(intra mode)中，一当前帧(或VOP)中的BAB通过使用帧内CAE法被编码，从而生成一编码后的BAB，其中在该帧内CAE法中，该BAB的一二进制象素的上下文值通过使用围绕该帧(或vop)中该象素的若干象素的上下文值而被获得。

而在帧间模式(inter mode)中，一当前帧(或vop)中的BAB通过使用帧内CAE法或帧间CAE法被编码，从而生成一编码后的BAB，其中在该帧间模式中，该BAB的一二进制象素的上下文值通过使用围绕该当前帧(或VOP)中该象素的若干象素的上下文值及一先前帧(或VOP)中若干二进制象素的上下文值而被获得(见MPEG-4视频验证模型版本7.0，国际标准化组织，运动及相关联音频信息的编码，ISO/IEC/JTC1/SC29/WG11 MPEG97/N1642，布里斯托尔，1997年4月，28-30页)。

然而，上述的常规的二进制形状编码方法基本上为在逐帧基础上对二进制形状信号进行编码的逐行编码方法。也就是说，在常规的二进制形状编码方法中，采用基于逐场的运动估算法的隔行的编码技术未被使用。因此，即使这些帧的空间和/或时间相关性低于这些场的空间和/或时间相关性，如图1A至1C所示，隔行的编码技术未被使用，从而限制了增强其编码效率的能力。

作为上述情况的一个例子，图1A示出了一二进制形状信号的一帧；图1B示出了一二进制形状信号中的顶部场；及图1C示出了一二进制形状信号中的底部场，其中该帧及这两场中的各方格为一象素，一划有阴影线的方格表示该目标中的象素而一空白的方格表示该背景中的一象素。这两顶部和底部场是通过重排该帧的各行而作出的；也就是，该顶部场的行是通过使用具有第0至第15行的该帧中的偶数行而被确定的而该底部场的行是通过使用该帧中的奇数行而被确定的，各场具有8行。如从这些附图中可看出的，该帧中的该目标比该顶部场及该底部场中的目标复杂。因此，如果采用上述逐行形状编码技术来对该二进制形状信号进行编码，由于使用其空间相关性较低的二进制形状信号，编码效率可被降低。

为克服这些缺陷，在中国专利申请号为＿＿，在＿＿递交的题目为“隔行的二进制形状编码方法及装置”的共有未决的专利申请中描述了一种采用隔行的编码技术的二进制形状编码方法。该隔行的编码技术通过使用可对一场进行帧内编码或帧间编码的改进的帧内或帧间CAE法而在逐场的基础上对二进制形状信号进行编码。

然而，由于各场或各VOP内的二进制象素值的空间相关性不是恒定的，需要根据空间相关性来确定一精确的二进制形状编码技术，从而提高其编码效率。

因此，本发明的主要目的在于提供一种通过根据构成二进制形状信号的二进制象素值之间的空间相关性而使用逐行形状编码或隔行的形状编码技术来自适应地对二进制形状信号进行编码的方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供有一种对包括有多个二进制块的一二进制形状信号中的一M×N二进制象素的二进制块进行编码的方法，M及N分别为正整数，其中各二进制块被划分成M个象素行并且各二进制象素具有一表示一目标象素或一背景象素的二进制值K或0，各象素行具有1×N个二进制象素，该方法包括有以下步骤：(a)根据该二进制块的M个象素行中的二进制象素值，计算一逐行的相关值；(b)通过使用一顶部场的M/2个象素行中的二进制象素值，计算一第一交错的相关性值，该顶部场的各象素行位于该二进制块的偶数行；(c)根据一底部场的M/2个象素行中的二进制象素值，确定一第二隔行的相关性值，该底部场的各象素行位于该二进制块的奇数行；(d)对第一和第二隔行的相关性值求和，从而产生一求和后的隔行的相关性值；(e)将该逐行相关性值与该求和后的隔行的相关性值进行比较；及(f)响应于该比较结果，通过使用逐行形状编码技术在逐块的基础上或通过使用隔行的形状编码技术在逐场的基础上对该二进制块进行编码。

根据本发明的另一方面，提供有一种对包括有多个二进制块的一二进制形状信号中的一M×N二进制象素的二进制块进行编码的装置，M及N分别为正整数，其中各二进制块被划分为M个象素行并且各二进制象素具有一表示目标象素或一背景象素的二进制值K或0，各象素行具有1×N个二进制象素，该装置包括有：一逐行计算单元，用于根据该二进制块的M个象素行中的二进制象素值，计算一逐行相关性值；一隔行计算单元，用于通过使用一顶部场的M/2个象素行中的二进制象素值和一底部场的M/2个象素行中的二进制象素值，计算一隔行相关性值，该顶部场的各象素行位于该二进制块的偶数行且该底部场的各象素行位于该二进制块的奇数行；一模式确定单元，用于通过将该逐行相关性值与该隔行相关性值进行比较，产生一模式选择信号；及一编码单元，用于响应于该模式选择信号，通过使用逐行形状编码技术在逐块的基础上或通过使用隔行形状编码技术在逐场的基础上，对该二进制块进行编码。

通过参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得显见，附图中：

图1A、1B和1C分别示出了一二进制形状信号中的一帧、一顶部场、和一底部场；

图2表示了根据本发明的一用于自适应地编码二进制形状信号的装置的方框图；

图3为图2中的一模式选择单元100的详细方框图。

参见图2，提供有一本发明的用于对输入的二进制形状信号进行编码的装置的方框图。

一表示目标的位置和形状的二进制形状信号经线L10被耦合至转换单元200和模式选择单元100，其中该二进制形状信号以M×N二进制象素的分段掩码的形式表示，M和N分别为正整数，各二进制象素具有一二进制值，例如255或0表示一目标象素或一背景象素。

为了有效地编码该二进制形状信号，模式选择单元100通过检测该二进制形状信号内的二进制象素值之间的空间关系而确定逐行编码和隔行编码模式之间的一精确编码模式。

根据本发明的一优选实施例，模式选择单元100通过检测该分段掩码中的二进制象素值是否满足下列公式1的条件来确定该精确编码模式。也就是说，可通过公式1识别这些二进制象素值的空间关系。 $\underset{i=0}{\overset{(M-4)/2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|P_{2i,j}-P_{2i+1,j}|/255+|P_{2i+1,j}-P_{2i+2,j}|/255)+\mathrm{\α}$ $\≤\underset{i=0}{\overset{(M-4)/2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{N-2}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|P_{2i,j}-P_{2i+2,j}|/255+|P_{2i+1,j}-P_{2i-3,j}|/255)\mathrm{EQ}.1$

其中P_2i,j表示在分段掩码中坐标(2i,j)处的二进制象素值；及α为一加权值。

因此，如果该分段掩码满足公式1的条件，逐行编码模式被选择为该精确编码模式，否则，选择该隔行编码模式。

在图3中，示出了执行公式1中所述各过程的模式选择单元100的示例性方框图，耦合至该模式选择单元100的该M×N二进制象素的分段掩码经线L10被提供给存储单元110。

存储单元110保留该分段掩码并在控制单元105的控制下选择地输出构成该分段掩码的M个象素行经线L12和L14给一逐行计算单元180，并通过线L16和L18输出给一隔行计算单元190，其中一象素行由1×N个二进制象素组成。

例如，为了在该逐行计算单元180检测这些二进制象素的空间相关性，该分段掩码内的各自两相邻象素行被分别耦合到线L12和L14上。例如，如果首先提供该分段掩码的第0和第1象素行，其后，第1和第2象素行被分别提供给线L12和L14。同样地，该分段掩码中的所有M个象素行被序列地传送给该逐行计算单元180。

另一方面，为了在隔行计算单元190检测这些二进制象素的空间相关性，该分段掩码中的这些象素行被首先分成两场，即一顶部场和一底部场，其中该顶部场和底部场分别包含M/2个象素行，该顶部场的象素行位于该分段掩码的偶数行而该底部场的象素行位于该分段掩码的奇数行。然后，各场内的各自两相邻象素行分别顺序地提供到线L16和L18上。例如，首先，该分段掩码内的第0和第二象素行被分别提供给线L16和L18上，其后，该分段掩码内的第一和第三象素行被提供到这些线上。接着，其余的象素行以第二和第四象素行、第三和第五象素行、第四和第六象素行及类似的次序被传送给隔行计算单元190。因此在上述示例中，该顶部和底部场内的这些象素行被依次处理。根据本发明的其它实施例，各自相应两象素行的处理次序可被改变。换句话说，该顶部场优先于该底部场被处理，反之亦然。因此，该分段掩码内的这些象素行以第0和第二象素行、第二和第四象素行，…，第一和第三象素行、第三和第五象素行及类似的次序被处理。

一旦该各自的两象素行被从存储单元110传送，该逐行和隔行计算单元180和190根据耦合至其的这些象素行进行下一步处理。

如图3所示，逐行计算单元180和隔行计算单元190包含有相同的电路，即两个行缓冲单元，一象素比较单元和一计数单元，并且对应电路的操作也彼此相同。

在逐行计算单元180，线L12和L14上的象素行被分别输入给第一和第二行缓冲单元115和120。该第一和第二行缓冲单元115和120存储这些输入的象素行并将该两象素行的同一列上的相应二进制象素值在逐象素的基础上提供给第一象素比较单元125。

第一象素比较单元125将来自第一行缓冲单元115的二进制象素值与来自第二行缓冲单元120的二进制象素值相比较。作为上述比较的结果，如果被比较的两二进制象素值被确定为相同，产生一具有数字”1“的比较值并传送给第一计数单元130，否则，具有数字”0“的一比较值被提供给第一计数单元130。

第一计数单元130对自第一象素比较单元125得到的这些比较值求和，并将该和作为一逐行和提供给一模式确定单元160。

同时，在隔行计算单元190，线L16和L18上的象素行被分别提供给第三和第四行缓冲单元135和140。与逐行计算单元180中相似，第三和第四行缓冲单元135和140保留这些提供的象素行并将该两象素行的同一列上的相应二进制象素值在逐象素的基础上输出给第二象素比较单元145。

第二象素比较单元145也将来自第三行缓冲单元135的二进制象素值与来自第四行缓冲单元140的二进制象素值相比较。根据该二进制象素值比较，如果该相应两二进制象素值被确定为相同，一数字“1”的比较值被输出给第二计数单元150，否则，一数字“0”的比较值被耦合至第二计数单元150。

第二计数单元150也将自第二象素比较单元145顺序提供的所有比较值求和，并将该和作为一隔行和提供给模式确定单元160。

模式确定单元160将来自逐行计算单元180中的第一计数单元130的顺次和与来自隔行计算单元190中的第二计数单元150的隔行和进行比较，从而产生一模式选择信号通过线L20给转换单元200。

如先有技术所述，通过使用整个分段掩码以逐行形状编码模式执行形状编码过程。另一方面，通过使用重排该分段掩码中的这些象素行所得到的两个场，以隔行形状编码模式实现形状编码过程。因此，为了编码该两场并发送其编码后的数据，需要表示各场的例如标题信息或运动矢量的总的信息。因此，相比较于整个分段掩码的编码数据的传输，更大量的位应被分配给这两场的编码数据的传输。

因此，在模式确定单元160的上述比较处理中，补偿被分配给隔行形状编码模式的附加位的加权值α被加给该逐行和。也就是说，如公式1所示，在模式确定单元160，隔行和被与该逐行和同该加权值α的相加值进行比较。作为比较结果，如果该隔行和大于或等于该相加值，具有逻辑高的模式选择信号经线L20被提供给转换单元200以选择逐行形状编码模式，否则，具有逻辑低的模式选择信号被提供以选择隔行形状编码模式。

返回参见图2，转换单元200响应于自模式选择单元100传送的模式选择信号，将提供给其的二进制形状信号传送给逐行编码单元300或隔行编码单元400。也就是说，如果逻辑高的模式选择信号被馈送给转换单元200，二进制形状信号被传送给逐行编码单元300，而如果逻辑低的模式选择信号被馈送给转换单元200，二进制形状信号被输入给隔行编码单元400。

一旦二进制形状信号被提供给其，逐行编码单元300或隔行编码单元400通过使用已知的例如基于上下文的算术编码(CAE)法的基于位图的形状编码方法，根据自帧存储器500检索的一先前二进制形状信号对该二进制形状信号进行编码，从而产生编码后的数据给一发射机(未示出)进行发射。

在本发明的另一优选实施例中，可在逐BAB的基础上执行该模式选择处理。

如上所说明的，通过使用本发明，二进制形状信号可根据构成该二进制形状信号的二进制象素值之间的空间相关性而被有效地编码。

尽管相对于具体实施例对本发明进行了说明，但对本领域的熟练技术人员而言，虽然可在不脱离由所附权利要求定义的精神和范围的前提下作出各种改型和变化。

Claims (17)

1、一种用于对包括有多个二进制块的一二进制形状信号内的M×N二进制象素的一二进制块进行编码的方法，M和N分别为正整数，其中各二进制块被划分成M个象素行且各二进制象素具有表示一目标象素或一背景象素的二进制值K或0，各象素行具有1×N个二进制象素，该方法包括有步骤：

(a)根据该二进制块的M个象素行内的这些二进制象素值，计算一逐行相关性值；

(b)通过使用一顶部场的M/2个象素行内的二进制象素值，计算第一隔行相关性值，该顶部场的各象素位于该二进制块的偶数行；

(c)根据一底部场的M/2个象素行内的二进制象素值，确定第二隔行相关性值，该底部场的各象素行位于该二进制块的奇数行；

(d)对第一和第二隔行相关性值求和，从而产生一被求和的隔行相关性值；

(e)将该逐行相关性值与该被求和的隔行相关性值相比较；及

(f)响应于该比较结果通过使用逐行形状编码技术在逐块基础上或通过使用隔行形状编码技术在逐场基础上，对该二进制块进行编码。

2、根据权利要求1的方法，其中该被求和的隔行相关性值被计算为： $\underset{i=0}{\overset{(M-4)/2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|P_{2i,j}-P_{2i+2,j}|K+|P_{2i+1,j}-P_{2i+3,j}|/K)$

其中P_2i,j表示该二进制块中坐标(2i,j)处的二进制象素值；及K为表示如权利要求1中定义的目标象素的二进制值。

3、根据权利要求2的方法，其中该逐行相关性值被确定为： $\underset{i=0}{\overset{(M-4)/2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|P_{2i,j}-P_{2i+1,j}|/K+|P_{2i+1,j}-P_{2i+2,j}|/K).$

4、根据权利要求3的方法，其中步骤(f)包括有步骤：

(f1)如果该被求和的隔行相关性值大于或等于该逐行相关性值，通过使用逐行形状编码技术在逐块基础上对该二进制块进行编码；及

(f)如果该被求和的隔行相关性值小于该逐行相关性值，通过使用隔行形状编码技术在逐场基础上对该二进制块进行编码。

5、根据权利要求4的方法，其中该逐行和隔行形状编码技术采用一帧内基于上下文的算术编码(CAE)法和/或一帧间CAE法。

6、一种用于对包括有多个二进制块的一二进制形状信号内的一M×N二进制象素的二进制块进行编码的装置，M和N分别为正整数，其中各二进制块被划分成M个象素行且各二进制象素具有表示一目标象素或一背景象素的一二进制值K或0，各象素行具有1×N个二进制象素，该装置包括：

用于根据该二进制块的M个象素行内的这些二进制象素值，计算一逐行相关性值的装置；

用于通过使用一顶部场的M/2象素行内的这些二进制象素值及一底部场的M/2个象素行内的这些二进制值，计算一隔行相关性值的装置，该顶部场的各象素行位于该二进制块的偶数行且该底部场的各象素行位于该二进制块的奇数行；

用于通过将该逐行相关性值与该隔行相关性值相比较，产生一模式选择信号的装置；及

用于响应于该模式选择信号，通过使用逐行形状编码技术在逐块基础上或通过使用隔行形状编码技术在逐场基础上，对该二进制块进行编码的装置。

7、根据权利要求6的装置，其中逐行相关性值计算装置包括：

用于检测该二进制块的M个象素行中M-1对相邻象素行的装置；

用于对各对相邻象素行，将所述各对的一象素行上各列的二进制象素值与另一象素行上各相应列的二进制象素值进行比较，从而提供一比较值的装置；及

用于对该二进制块的比较值进行求和并将该和作为逐行相关性值输出的装置。

8、根据权利要求7的装置，其中如果这些相应二进制象素值彼此相同，比较装置产生具有数字1的比较值，否则生成具有数字0的比较值。

9、根据权利要求8的装置，其中隔行相关性值计算装置包括：

用于通过比较该顶部场的M/2个象素行中(M/2)-1对相邻象素行内各列的相应二进制象素值，计算一顶部相关性值的装置；

用于通过比较该底部场的M/2个象素行中(M/2)-1对相邻象素行内各列的相应二进制象素值，计算一底部相关性值的装置；

用于对该顶部和底部相关性值求和并将该和输出作为该隔行相关性值的装置。

10、根据权利要求9的装置，其中该顶部相关性值计算装置包括：

用于检测该顶部场的M/2个象素行中(M/2)-1对相邻象素行的装置；

用于对各对相邻象素行，将所述各对的一象素行上各列的二进制象素值与另一象素行上相应各列的二进制象素值进行比较，从而提供一比较值的装置；及

用于对该顶部场的比较值求和并输出该和作为该顶部相关性值的装置。

11、根据权利要求10的装置，其中如果这些相应二进制象素值彼此相同，比较装置产生具有数字“1”的比较值，否则生成具有数字0的比较值。

12、根据权利要求11的装置，其中该底部相关性值计算装置包括：

用于检测该底部场的M/2个象素行中(M/2)-1对相邻象素行的装置；

用于对各对相邻象素行，将所述各对的一象素行上各列的二进制象素值与另一象素行上相应各列的二进制象素值进行比较，从而提供一比较值的装置；及

用于对该底部场的比较值求和并输出该和作为该底部相关性值的装置。

13、根据权利要求12的装置，其中如果这些相应的二进制象素值彼此相同，产生具有数字1的比较值，否则生成具有数字0的比较值。

14、根据权利要求13的装置，其中如果该隔行相关性值大于或等于该逐行相关性值，该模式选择信号产生装置生成具有逻辑高的模式选择信号，否则产生具有逻辑低的模式选择信号。

15、根据权利要求14的装置，其中编码装置包括：

用于响应于具有逻辑高的模式选择信号，通过使用逐行形状编码技术在逐块基础上编码该二进制块的装置；及

用于响应于具有逻辑低的模式选择信号，通过使用隔行形状编码技术在逐场基础上编码该二进制块的装置。

16、根据权利要求15的装置，其中该逐行和隔行形状编码技术采用帧内基于上下文的算术编码(CAE)法和/或帧间CAE法。

17、根据权利要求16的装置，其中该二进制块为一16×16二进制象素的二进制α块。

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