CN1229324A - 对视频信号进行编码的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
根据其纹理信息确定一目的宏块的编码类型,响应于该编码类型,重形成有关该目的宏块的形状信息和纹理信息,根据该重形成的形状信息确定该目的宏块的CBPY位数,该CBPY位数是非透明子块的数目,将该目的宏块的重形成的纹理信息变换且量化成一组量化的变换系数,生成用于该目的宏块的CBPY信息,将该目的宏块的编码类型和该CBPY信息多路复用成一位流。
Description
本发明涉及一种对视频信号进行编码的方法和装置；且更具体地，涉及一种根据所选择的对该视频信号的纹理信息进行编码的编码类型，基于重形成的形状信息而对视频信号的该纹理信息进行有效地编码的方法和装置。
在诸如可视电话、电视会议系统的数字视频系统中，由于视频帧信号中包括一序列称之为象素值的数字数据，因而需要大量数字数据来确定每一视频帧信号。然而，由于传统传输信道的可用频带宽度有限，为了经其传送大量数字数据，需要通过使用各种数据压缩技术来压缩或减少数据量，特别是在可视电话和电视会议系统这样的低比特率视频信号编码器的情形中。
用于对低比特率编码系统的视频信号进行编码的技术之一就是所谓的面向目标的分析—合成编码技术，其中输入视频图象被分为多个目标，并且通过不同的编码信道处理用来确定每个目标的运动、轮廓和象素数据的三组参数。
这样的面对目标的编码方案的例子之一是所谓的MPEG(活动图象专家组)阶段4(MPEG-4)，它被用来提供允许基于内容的交互性的视听编码标准，提高在如低比特率通信、交互式多媒体(例如游戏、交互式电视)和区域监视这些运用中的编码效率和/或通用可访问性。(例如见MPEG-4 Video Verification Model Version7.0，InternationalOriganisation for Standardisation，Coding of Moving Pictures AndAssociated Audio Information，ISO/IEC JTEC/SC29/WG11MPEG97/N1642，布里斯托尔，1997年4月)。
按照MPEG-4，一输入视频图象被分成多个视频目标平面(VOP)，它与用户能访问和操作的比特流中的实体相对应。一VOP可由围绕各目标的其宽度和高度为16个象素(一宏块大小)的最小倍数的界定矩形来表示，这样编码器可在逐个VOP的基础上处理输入视频图象。
MPEG-4中所述的一VOP包括用于其中一目标的形状信息和纹理信息，它们由该VOP上的多个宏块表示，各宏块例如具有16×16个象素。该VOP上的各宏块可被分类为背景、边界和目标宏块之一。背景宏块仅包含位于该VOP中一目标之外的背景象素；边界宏块至少包括一背景象素和一位于该目标内部的目标象素；及目标宏块仅具有目标象素。可在一宏块的基础上通过使用例如基于上下文(context-based)的算术编码(CAE)技术对该形状信息进行编码并在该宏块的基础上通过使用常规的编码技术，例如DCT(离散余弦变换)、量化和统计编码处理对该纹理信息进行编码。具体地，在一DCT块的基础上执行变换该纹理信息的DCT处理，其中一宏块被划分成4个8×8象素的DCT块。
通过该DCT及量化处理，为各DCT块生成一个DC分量和多个AC分量。其中各AC分量具有比DC分量更多的信息以使它需要许多位来表示它自己。然而，例如，如果一DCT块的纹理信息可被表示为恒定不变的，就没有用于该DCT块的对应的非零AC分量。因此，CBPY(编码块模式类型)信息被建议来代表一DCT块是否具有至少一个对应的非零AC分量。具体地，如果存在至少一个对应于一DCT块的非零分量，该CBPY信息包含一例如“1”的位，否则包含一例如“0”的位。因此，不需要用于一对应的DCT块的任何其他信息并在用于该对应的DCT块的编码的纹理信息传送至其之前，通过简单地检测经一传输信道传送至其的该CBPY信息，解码方可告知用于该对应的DCT块的非零AC分量的存在。
通常，仅根据各宏块的形状信息来确定该CBPY信息。例如，一背景宏块没有目标象素从而无CBPY信息生成。而且，一目标宏块的CBPY信息将具有4位数据，各位对应于该宏块中的4个DCT块之一，因为该目标宏块具有4个非透明DCT块，其中一非透明DCT块具有一DCT块大小且包含至少一待被编码的目标象素。
而且，一边界宏块可包括一透明DCT块和非透明DCT块，其中该透明DCT块仅具有背景象素且不需要被编码从而对应于该边界宏块的CBPY信息可具有i位数据，i为一范围是1至4中的正整数，且各位对应于该宏块中的相应的非透明DCT块。参见图3，边界宏块P1的各4个DCT块至少具有一目标象素从而生成4位CBPY信息，其中各矩形表示一象素，各阴影的矩形是一目标象素而各空白的矩形是一背景象素。类似地，在图3B和3C中，只有该边界宏块的2个DCT块P2和P3分别具有至少一目标象素，从而只生成2位CBPY。
同时，为了对VOP的纹理信息进行编码，通过自适应地使用逐行(progressive)和隔行(interlaced)编码技术对有关各宏块的纹理信息进行处理，从而提高了编码效率。因此，表示该纹理信息的编码条件，即DCT_类型的DCT_类型信息被采用。其中使用该纹理信息在该宏块的基础上确定该DCT_类型。例如，计算一帧和场相关性系数，其中，该帧相关性系数是绝对第一差值的和，各第一差值是包括该宏块的一偶数行和一相邻的奇数行的一行对之间的一误差而该场相关性系数绝对第二差值与绝对第三差值的和，各第二差值和各第三差值分别是该宏块的一连续偶数行对之间和一连续的奇数行对之间的误差；然后，通过比较该帧相关性系数和该场相关性系数来确定该DCT类型。在另一优选实施例中，各绝对差值可由一均方差值代替(见上述的MPEG-
4 Video Verification Model Version7.0，54页)。相关性系数越小，相关的程度就越高。如果帧相关性系数等于或高于场相关性系数以使确定逐行编码技术更为有效，有关该宏块的DCT_类型信息将具有例如“0”的一位，否则，具有例如“1”的一位。
然而，该边界宏块中的该CBPY信息的位数取决于其DCT_类型。在图3B和3C中，一逐行和一隔行型宏块中的非透明DCT块数依据于它们的DCT_类型而相互不同。因此，该CBPY信息的位数也根据该DCT_类型而改变。更具体地，当通过逐行编码技术对宏块P2进行编码时，生成2位CBPY信息，否则，生成4位CBPY信息。同时，当通过逐行编码技术对宏块P3进行编码时，生成2位CBPY信息，否则，生成1位CBPY信息。
从上可以看出，如果待被处理的宏块是一边界宏块，该CBPY信息的位数，即其中的非透明DCT块数应根据其DCT_类型而被确定。
而且，由于待被发送给解码方的数据流具有一CBPY信息和DCT_类型信息的序列，解码方可能会不正确地预测该CBPY信息的位数，即该被处理的宏块中的非透明DCT块数，从而可能会不精确地重建该CBPY信息。
因此，本发明的主要目的在于提供在视频信号编码器中使用的，用于通过根据由一视频信号的纹理信息所确定的编码类型生成CBPY信息而对该纹理信息进行有效地编码的方法和装置。
根据本发明，提供有一种在视频信号编码器中使用的，用于对视频信号的纹理信息进行有效地编码的方法，该视频信号包括有关各宏块的纹理信息和形状信息，各宏块具有M×M象素且被划分成P个等大小的子块，M和P分别为正整数，该方法包括有步骤：
(a)根据其纹理信息确定目的宏块的编码类型，其中该编码类型表示在一逐行及一隔行编码技术中用于编码其纹理信息更为有效的一编码技术；
(b)响应于该编码类型，重形成有关该目的宏块的形状信息和纹理信息以分别生成其重形成的形状信息和重形成的纹理信息；
(c)在一DCT块的基础上检测该重形成的形状信息以得到该目的宏块的CBPY位数，其中该CBPY位数是非透明子块的数目，各非透明子块具有一子块的大小且包含至少一目标象素；
(d)如果该CBPY位数为非零，根据该CBPY位数将该目的宏块的重形成的纹理信息变换成一组用于各非透明子块的变换系数且量化该组变换系数，从而生成一组量化的变换系数；
(e)检测该组用于所述各非透明子块的量化的变换系数以生成用于该目的宏块的CBPY信息，其中该CBPY信息表示用于所述各非透明子块的该组量化的变换系数是否包含至少一非零分量；及
(f)用于对该目的宏块的编码类型和该CBPY信息进行多路复用以生成一位流。
从以下连同附图一起给出的对优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的及特征将显示出来，其中
图1为表示根据本发明的视频信号编码器的方框图；
图2A和2B给出了有关根据本发明的视频信号的编码算法的流程图；
图3A至3C描述了被分类成两种不同类型的边界宏块的示例；及
图4示出了待被发送给解码方的一数据流的序列。
一视频信号包括有关其中的多个宏块的形状信息和纹理信息，根据本发明的实施例，通过使用逐行或隔行编码技术在一宏块基础上自适应地对该纹理信息进行编码。各宏块具有M×M，例如16×16象素且可被划分成4个具有相同象素数，例如8×8象素的DCT块，M为一正整数。
参见图1，提供有根据本发明的视频信号编码器10的方框图。
有关一处理宏块的纹理信息被并行地输入给一DCT_类型确定单元110和一纹理重形成单元117且其相应的形状信息被提供给形状编码器150。
该形状编码器150通过使用一已知的形状编码技术，例如上述MPEG-4中公开的CAE技术，对该形状信息进行编码，从而生成编码的形状信息并经线路L11将该编码的形状信息提供给一多路复用器(MUX)190。该形状编码器150还将通过解码该编码的形状信息所生成的，有关该处理宏块的重建的形状信息经线路L10提供给一形状重形成单元113。
同时，该DCT_类型确定单元110通过根据该纹理信息使用一已知的DCT_类型确定方法，确定该处理宏块的DCT_类型，然后，经线路L1将DCT_类型信息提供给MUX190，纹理重形成单元117和形状重形成单元113，其中该DCT_类型信息表示对该处理宏块，逐行编码技术是否比隔行编码技术更有效。
首先，如果表示逐行编码类型的DCT_类型信息经线路L1被提供给形状重形成单元113，该形状重形成单元113将自形状编码器150提供的重建的形状信息作为逐行形状信息直接提供给一编码的块模式类型(CBPY)位数选择单元120和DCT及Q单元130。另一方面，如果该DCT_类型信息表示隔行编码类型被输入给其，形状重形成单元113将根据隔行编码技术正移该重建的形状信息所生成的重形成的形状信息，即隔行形状信息提供给该CBPY位数选择单元120和DCT及Q单元130。
类似地，如果表示逐行编码类型的DCT_类型信息经线路L1被提供给纹理重形成单元117，该纹理重形成单元117将提供给其的纹理信息作为逐行纹理信息直接提供给DCT及Q单元130。另一方面，如果该DCT_类型信息表示隔行编码类型被输入给其，纹理重形成单元117将根据隔行编码技术正移该纹理信息所生成的重形成的纹理信息，即隔行纹理信息提供给该DCT及Q单元130。
同时，CBPY位数选择单元120检测自形状重形成单元113提供的重形成的形状信息，即逐行形状信息或隔行形状信息以发现该重形成的形状信息中的DCT块内的，如果有的话，非透明DCT块，其中各非透明DCT块具有一DCT块大小并包含至少一目标象素；并确定该处理宏块的非透明DCT块数为CBPY位数。具体地，一非透明DCT块需要一位CBPY。该CBPY位数被提供给DCT及Q单元130和一CBPY编码单元180。如果该CBPY位数是零，即该处理宏块为背景宏块，其纹理信息在DCT及Q单元130和CBPY编码单元180中不被编码，且因此，不生成其CBPY信息和以下所述的编码的纹理信息。
参见图3A至3C，提供有被分类成两种不同类型的，即一逐行和一隔行型宏块的边界宏块的各种示例。分别表示逐行型宏块的宏块P1至P3被重形成为分别包括顶部场和底部场DCT块IT1和IB1至IT3和IB3的隔行型宏块I1至I3。例如，在图3A中，逐行型和隔行型宏块P1和I1中的非透明DCT块数彼此相同，即为4。在图3B中，逐行型P1中的非透明DCT块数为2而隔行型宏块I1中的非透明DCT块数为4。在图3C中，逐行型P1中的非透明DCT块数为2而隔行型宏块I1中的非透明DCT块数为1。
如果该CBPY位数是非零的以使该处理宏块被分类为具有至少一目标象素的一边界宏块或仅具有目标象素的目标宏块，该DCT及Q单元130将对应于各非透明DCT块的重形成的纹理信息转换成一组DCT系数；并量化该组DCT系数以提供一组量化的DCT系数给一统计编码单元140和一AC分量检测单元160。具体地，如果该CBPY位数是非零的且逐行编码技术被选择用于编码该处理宏块，根据该逐行形状信息被确定的，有关至少一非零DCT块的逐行纹理信息在该DCT块的基础上被变换成DCT系数。另一方面，如果该CBPY位数是非零的且隔行编码技术被选择用于编码该处理宏块，根据该隔行形状信息被确定的，有关至少一非零DCT块的隔行纹理信息在该DCT块的基础上被变换成DCT系数。
在图3A中，由于逐行和隔行型宏块P1和I1分别仅具有非透明DCT块，有关该处理宏块的纹理信息在DCT及Q单元130被转换成4组量化的DCT系数。另一方面，由于P2和P3具有两个非透明DCT块，对应于各两非透明DCT块的纹理信息被转换成一组量化的DCT系数，而由于隔行型宏块I2和I3分别具有4和1个非透明DCT块，有关该隔行型宏块I2和I3的纹理信息分别被转换成4和1组量化的DCT系数。
统计编码单元140通过使用例如可变长度编码技术压缩自DCT及Q单元130提供的该组量化的DCT系数而生成编码的纹理信息，并将该被编码的纹理信息提供给MUX190。
AC分量检测单元160检查在该组量化的DCT系数中是否存在有至少一个非零AC分量并将检查结果提供给一CBPY生成单元170。
如果该检查结果表示在该组量化的DCT系数中包含有至少一个非零AC分量，该CBPY生成单元170生成一CBPY位，例如“0”。如果对应于该处理宏块的所有组DCT系数的CBPY位，即所有的非透明DCT块通过以上处理被确定，该CBPY生成单元将这些CBPY位作为CBPY信息提供给一CBPY编码单元180。
该CBPY编码单元180根据自CBPY位数选择单元120提供的CBPY位数采用一VLC表；检测该VLC表中用于该CBPY信息的一可变长度码(VLC)；并将该被检测的码作为编码的CBPY信息提供给MUX190。
该MUX190对提供给其的DCT_类型信息，编码的纹理信息，编码的CBPY信息和编码的形状信息进行多路复用；并以图4中所述的编码的形状信息，DCT_类型信息，编码的CBPY信息和编码的纹理信息的顺序将用于该处理宏块的一数据流提供给一发射机(未示出)进行发射。
参见图2A和2B，提供有涉及根据本发明的视频信号的编码算法的流程图。
在步骤S21，接收用于一处理宏块的纹理信息及其对应的重建的形状信息，并在步骤S22，根据其纹理信息确定该处理宏块的编码类型，即DCT_类型，其中该编码类型表示逐行编码技术是否优于隔行编码技术。
如果逐行技术是较佳的，该纹理信息及其重建的形状信息被分别维持为重形成的纹理及形状信息，并进到步骤S24；否则，在步骤S23，该纹理信息及其重建的形状信息被分别地正移以使被正移的纹理及重建的形状信息，即隔行纹理及形状信息取代该重形成的纹理及形状信息并进到步骤S24。
在步骤S24，在一DCT块的基础上检测该处理宏块的该重形成的形状信息；确定各DCT块是否对应于非透明DCT块，其中该非透明DCT块包含至少一个目标象素；并计算该处理宏块中非透明DCT块数，即CBPY位数。也就是说，根据按照该DCT_类型生成的该重形成的形状信息确定该CBPY位数。
如果该CBPY位数是非零的，即该处理宏块不对应于一背景宏块，在步骤S25，该重形成的纹理信息由该重形成的形状信息所掩蔽以使选择仅有关非透明DCT块的重形成的纹理信息；在一DCT块的基础上将这些非透明DCT块变换成一组DCT系数；并将该组DCT系数量化成一组量化的DCT系数。
在步骤S27，检测该组量化的DCT系数是否包含至少一个非零AC分量，其中该组量化的DCT系数具有一个DC分量和多个AC分量。
在步骤S28，如果用于一非透明DCT块的该组量化的DCT系数包含至少一个非零AC分量，，一CBPY位数，例如“1”被指定给其，否则，一CBPY位，例如“0”被指定给其。这样该处理宏块的所有CBPY位对应于该CBPY信息，且在步骤S29，根据该CBPY位数编码该CBPY信息以生成该处理宏块的编码的CBPY信息。
在步骤S30以此次序对该DCT_类型信息和该编码的CBPY信息进行多路复用。
由于，作为结果，该纹理信息的DCT_类型不仅可告知其编码条件而且可告知形状信息的正移状态，根据该正移的形状信息，在解码方可容易地估算CBPY位数，且因此，通过在接收用于该信息的编码的纹理信息之前仅检测该CBPY信息，可简单地确定用于各DCT块的非零AC分量的存在。
尽管只根据特定的优选实施例对本发明进行了描述，但也可作出其他的修改和变型而不脱离如在下面的权利要求中所提出的本发明的精神和范围。
Claims (14)
1.一种在视频信号编码器中使用的，用于对视频信号的纹理信息进行有效地编码的方法，该视频信号包括有关各宏块的纹理信息和形状信息，各宏块具有M×M象素且被划分成P个等大小的子块，M和P分别为正整数，该方法包括有步骤：
(a)根据其纹理信息确定目的宏块的编码类型，其中该编码类型表示在一逐行及一隔行编码技术中用于编码其纹理信息更为有效的一编码技术；
(b)响应于该编码类型，重形成有关该目的宏块的形状信息和纹理信息以分别生成其重形成的形状信息和重形成的纹理信息；
(c)在一DCT块的基础上检测该重形成的形状信息以得到该目的宏块的CBPY位数，其中该CBPY位数是非透明子块的数目，各非透明子块具有一子块的大小且包含至少一目标象素；
(d)如果该CBPY位数为非零，根据该CBPY位数将该目的宏块的重形成的纹理信息变换成一组用于各非透明子块的变换系数且量化该组变换系数，从而生成一组量化的变换系数；
(e)检测该组用于所述各非透明子块的量化的变换系数以生成用于该目的宏块的CBPY信息，其中该CBPY信息表示用于所述各非透明子块的该组量化的变换系数是否包含至少一非零分量；及
(f)用于对该目的宏块的编码类型和该CBPY信息进行多路复用以生成一位流。
2.根据权利要求1的方法，其中所述位流是该编码类型和CBPY信息的序列。
3.根据权利要求2的方法，其中该组量化的变换系数包含一个DC分量和多个AC分量且所述CBPY信息表示用于所述各非透明子块的该组量化的变换系数是否包含至少一个非零AC分量。
4.根据权利要求3的方法，其中步骤(e)包括有步骤：
(e1)确定用于所述各非透明子块的该组量化的变换系数是否包含至少一个非零AC分量，从而生成用于述各非透明子块的一位CBPY；
(e2)准备一对应于该CBPY位数的用于该目的宏块的统计编码表；
(e3)根据该统计编码表编码用于该目的宏块的所有CBPY以生成该CBPY信息。
5.根据权利要求4的方法，其中步骤(b)包括有步骤：
(b1)如果该目的宏块的编码类型被确定为逐行编码技术，维持该形状信息及纹理信息；
(b2)如果该目的宏块的编码类型被确定为隔行编码技术，正移该形状信息和纹理信息一生成隔行形状信息和隔行纹理信息。
6.根据权利要求4的方法，其中步骤(a)包括有步骤：
(a1)计算一帧和场相关性系数，其中，该帧相关性系数是绝对第一差值的和，各第一差值是该宏块的包括一偶数行和一相邻的奇数行的一行对之间的一误差而该场相关性系数是绝对第二差值与绝对第三差值的和，各第二差值和各第三差值分别是该宏块的一连续偶数行对之间和一连续的奇数行对之间的误差；及
(a2)根据该帧相关性系数和该场相关性系数来确定该编码类型。
7.根据权利要求6的方法，在步骤(a)之前，还包括有步骤：
(x)通过对有关该目的宏块的形状信息进行编码而生成编码的形状信息；
(y)通过解码该编码的形状信息来重建该形状信息。
8.一种在视频信号编码器中使用的，用于对视频信号的纹理信息进行有效地编码的装置，该视频信号包括有关各宏块的纹理信息和形状信息，各宏块具有M×M象素且被划分成P个等大小的子块，M和P分别为正整数，该装置包括有：
用于根据其纹理信息确定一目的宏块的编码类型的装置，其中该编码类型表示在一逐行及一隔行编码技术中用于编码其纹理信息更为有效的一编码技术；
用于响应于该编码类型，重形成有关该目的宏块的形状信息和纹理信息以分别生成其重形成的形状信息和重形成的纹理信息的装置；
用于在一DCT块的基础上检测该重形成的形状信息以得到该目的宏块的CBPY位数的装置，其中该CBPY位数是非透明子块的数目，各非透明子块具有一子块的大小且包含至少一目标象素；
用于根据该CBPY位数将该目的宏块的重形成的纹理信息变换成一组用于各非透明子块的变换系数且量化该组变换系数，从而生成一组量化的变换系数的装置；
用于检测该组用于所述各非透明子块的量化的变换系数以生成用于该目的宏块的CBPY信息的CBPY信息生成装置，其中该CBPY信息表示用于所述各非透明子块的该组量化的变换系数是否包含至少一非零分量；及
用于对该目的宏块的编码类型和该CBPY信息进行多路复用以生成一位流的装置。
9.根据权利要求8的装置，其中所述位流是该编码类型和CBPY信息的序列。
10.根据权利要求9的装置，其中该组量化的变换系数包含一个DC分量和多个AC分量且所述CBPY信息表示用于所述各非透明子块的该组量化的变换系数是否包含至少一个非零AC分量。
11.根据权利要求10的装置，其中所述CBPY信息生成装置包括：
用于确定用于所述各非透明子块的该组量化的变换系数是否包含至少一个非零AC分量，从而生成用于述各非透明子块的一位CBPY的装置；
用于准备一对应于该CBPY位数的用于该目的宏块的统计编码表的装置；及
用于根据该统计编码表编码用于该目的宏块的所有CBPY以生成该CBPY信息的装置。
12.根据权利要求11的装置，其中所述形状信息重形成装置包括用于正移该形状信息和纹理信息以生成隔行形状信息和隔行纹理信息的装置。
13.根据权利要求12的装置，其中所述编码类型确定装置包括：
用于计算一帧和场相关性系数的装置，其中，该帧相关性系数是绝对第一差值的和，各第一差值是该宏块的包括一偶数行和一相邻的奇数行的一行对之间的一误差而该场相关性系数是绝对第二差值与绝对第三差值的和，各第二差值和各第三差值分别是该宏块的一连续偶数行对之间和一连续的奇数行对之间的误差；及
用于比较该帧相关性系数和该场相关性系数来确定该宏块的编码类型的装置。
14.根据权利要求13的装置，还包括有：
用于通过对有关该目的宏块的形状信息进行编码而生成编码的形状信息的装置；
用于通过解码该编码的形状信息来重建该形状信息的装置。
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