CN1640146A - 用于分层视频编码的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在具有包括多个子层(272，274，276)的至少一层的分层编码系统中，这里揭示了一种用于视频图像(200)编码的方法，视频图像由多个像素块组成，像素块包含在相应的子层(272，274，276)内被确定是重要的至少一个区域(200，215，220)。该方法包括以下步骤：把重要性程度与至少一个重要区域(200)内已知尺寸的每个块(250，252)相联系，根据被包含在所述较大的块(222，224)内已知尺寸的至少一个所述块(250，252)的重要性程度，把重要性程度与每个相继地更大的块(222，224)相联系，以及对每个相关的重要性程度进行映射。在本发明的另一个实施例中，重要性映像被发送，以及相应的图像层可以通过重要性映像被重建。

Description

用于分层视频编码的方法和系统
本发明涉及视频图像编码，更具体地，涉及到对分层编码的视频图像的增强层进行分部编码。
分层编码(例如细粒标量(Fine Granular Scalar，即FGS))，和小波编码在视频图像编码技术中是熟知的。例如，FGS编码把视频图像编码成基本层和增强层。基本层代表可以通过网络以可接受的质量传输的最小图象。增强层代表当有足够的剩余带宽可供使用时可以通过网络传输的附加的图像细节。
增强层以位面格式编码，其中每个增强层数值的最高位存储在第一位面，以及每个增强层数值的每个相继的位存储在相应的位面。在增强层传输期间，每个位面中的数值被相继地发送，直至可提供的带宽被占用为止。
在JPEG-2000中引入了分部(fractional)位面的概念，以便鉴别各个位在位面内的重要性以及改进在位面内位面编码的效率。这个概念在其他的分层编码方法诸如FGS中不存在。所以，需要一种编码方法和设备，其中被确定为重要的视频图像的区域要在对增强层编码以前被识别。
在图上：
图1显示按照本发明的原理的FGS分部位面编码器；
图2显示经重要性映射的增强层位面；
图3a显示按照本发明的原理的、用于识别图像内重要的图像区域的示例性方框图的流程图；
图3b显示按照本发明的原理的、用于生成重要性映像的示例性处理过程的流程图；以及
图4显示按照本发明的原理的、用于确定经重要性映射的增强层位面的系统。
应当看到，这些附图仅仅是用于说明本发明的概念的目的，并不打算作为本发明的限制的定义。图1到4所示的和在伴随的详细说明中描述的实施例用作为说明性实施例，以及不应当被看作为实施本发明的唯一的情形。另外，系统的参考数字，在适当的场合可能用字符进行补充，用来表示类似的单元。
在具有包括多个子层的至少一层的分层编码系统中，这里揭示了一种用于对视频图像进行编码的方法，该视频图像由多个像素块组成，像素块包含被确定为在一个相应的子层内是重要的至少一个区域。该方法包括以下步骤：把重要性程度与至少一个重要区域内每个已知尺寸的块相联系，根据被包含在相继地更大的块内的至少一个已知尺寸的块的重要性程度，把重要性程度与每个相继地较大的块相联系，以及映射每个相关的重要性程度。
在本发明的另一个实施例中，重要性映像被发送，以及相应的图像层可以用重要性映像来重建。
图1显示按照本发明的原理的示例性分部位面编码器100的方框图。在该图上，输入信号110加到相加器115，把它与经运动补偿图像相混合，后者将进一步讨论。组合的信号然后施加到离散系数变换(DCT)120，以便把像素值映射成系数。DCT系数接着施加到量化器125进行量化。量化的DCT系数然后加到可变长度编码器130和组合器175。
量化的DCT系数也施加到逆量化器135，以恢复DCT系数。应当看到，恢复的DCT系数并不完全与原先的DCT值相同，因为在量化过程中某些信息被丢失。逆量化的系数接着施加到逆DCT140，以便在DCT和量化处理后恢复原先的像素单元。同样地，在原先的像素单元与恢复的像素单元之间存在已知的差别，因为某些信息在量化过程中丢失。恢复的像素单元施加到运动估值器/运动补偿器145。经运动估值/补偿的信号然后施加到相加装置115，以便与原先的图像110组合。
相加的图像150连同从逆DCT140的输出的恢复的像素单元一起也施加到相加装置155。相加装置的输出是在原先的信号110与恢复的基本层图像之间的剩余的单元。剩余图像同时加到增强层编码器160和重要性映像编码器165。重要性映像编码器165的结果又施加到增强编码器170，用于映射位面，正如将更充分地描述的。
增强层170和重要性映像165的输出加到组合器180，以及组合的输出加到组合器175。组合器175的输出190然后可以通过网络被发送或被存储供以后传输。
图2a显示图像帧200，包含重要的信息，诸如边界的改变，彩色或纹理。重要的图像区域210，215，220可以使用已知的方法识别。因此，在结构上呈现很小的改变或没有改变的区域可被识别为非重要的。因此，只需要发送关于这些区域的很少的信息或不需要发送关于这些区域的信息。因此，在本发明的一个实施例中，通过检查每个像素单元就可以确定重要的区域。在优选实施例中，可以通过检查相应的DCT系数来确定重要的区域。
图2b显示本发明的另一个方面，其中重要的图像区域(例如210)与多个块、相应的宏块、和相应的超级宏块相联系。虽然显示了图像的特定的分段，但将会看到，图像可以按其他准则被分段；正如下面讨论的。在这个说明的例子中，图像区域210由超级宏块222，224，226，228，230和232组成。每个超级宏块可被划分成宏块。为了简明起见，超级宏块222被显示为划分成宏块240，242，244和246。每个宏块240，242，244和246可被再划分成小型宏块。为了简明起见，宏块240被显示为划分成小型宏块250，252，254和256。每个小型宏块可被再划分成块。为了简明起见，小型宏块250被显示为划分成块260，262，264和266。将会看到，每个超级宏块可以类似地被划分和识别为宏块、小型宏块、和块并与它们相联系。
在优选实施例中，块260包含与8×8配置的像素单元有关的信息。而且，小型宏块250与16×16配置的像素单元相联系。宏块240与32×32配置的像素单元相联系，以及超级宏块222与64×64配置的像素单元相联系。在这个优选实施例中，块260类似于相应的像素单元块的DCT编码。
图2c显示按照本发明的优选实施例的被识别的重要的区域210在位面272，274和276中的位面映射270。在这种情况中，增强层通过使用三个位的位面被编码。然而，应当看到，位面的深度可以是任何数，不打算把位面深度限于这里显示的数目。在本优选实施例中，因为DCT信息被映射到每个位面，区域210和相关的超级宏块、宏块、小型宏块，并且各块可以容易地识别。
图3a显示按照本发明的原理的、用于重要性映射的示例性过程300的流程图。在这个过程中，重要性映射开始于与图像有关的任意选定的位面。在说明的优选实施例中，在方框305，选择了与最高位相关的位面，即位面0。在方框310，确定与选择的位面有关的重要性映像。在方框315，与位面有关的重要性映像被编码。在方框320，被识别为重要的块的纹理被编码，以及生成重要性映像的按比特的表示。重要性映像的按比特的表示可以在接收装置中被译码以了解重要性映像。在方框325，确定与图像有关的所有的位面是否都被处理。如果回答是否定的，则在方框332，选择下一个/以后的位面，以及为选中的下一个/以后的位面继续进行重要性映射过程。
然而，如果回答是肯定的，则在方框330确定是否所有的图像都已处理。如果回答是否定的，则在方框334选择下一个/以后的图像。然后为选中的下一个/以后的图像的每个位面继续进行重要性映射过程。
图3b显示重要性映射的示例性过程310的流程图。在这个示例性过程中，在方框340，确定初始块尺寸和相关的最小和最大块尺寸。在这种情况中，显示了与优选的块尺寸有关的初始块尺寸。在方框345，确定当前块的尺寸是否等于最小块尺寸。如果回答是肯定的，则在方框350确定当前块是否具有非零系数。如果回答是肯定的，则在方框355把相关的块标记为或识别为重要的。
然而，如果回答是否定的，则在方框370把该块标记为或识别为不重要的。
在方框355，识别当前块为重要的，或在方框370，识别为不重要以后，在方框360，确定是否达到最后的块。如果回答是否定的，则在方框365，选择位面中的下一个/以后的块。在方框345，为选中的下一个/以后的块继续进行处理。
然而，如果在方框360的回答是肯定的，即，当前的尺寸的所有的块已被处理，则确定当前的块尺寸是否大于最大块尺寸。如果回答是否定的，则在方框380增加当前块尺寸，最好是加倍。在方框345，为与增加的尺寸相关的每个块继续进行处理。
回到在方框345的判决，如果回答是否定的，则在方框385确定较小的块(即较大的块内的子块)是否为重要的。如果回答是肯定的，则在方框355，较大的块被标记为或被识别为重要的。然而，如果回答是否定的，则在方框370，较大的块被标记为或被识别为不重要的。
然后对于每个接连的较大的块继续进行处理，直至在方框375，块尺超过最大块尺寸为止。
图4显示可被使用于实施本发明的原理的系统400的示例性实施例。系统400可以代表TV发射机或接收机系统、台式计算机、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(PDA)、视频/图像存储设备(如盒式磁带录像机(VCR)、数字视频记录器(DVR)、TiVO设备)等等，以及这些和其他设备的部分或组合。系统400可包含一个或多个输入/输出设备402、处理器403、和存储器404，它们可接入一个或多个包含视频图像的源401。源401可被存储在永久的或半永久的媒体中，诸如电视接收机(SDTV或HDTV)、VCR、RAM、ROM、硬盘驱动器、光盘驱动器、或其他视频图像存储设备。源401可以替换地通过一个或多个网络连接410接入，用于例如通过全球计算机通信网(诸如互联网)、广域网、城域网、局域网、地面广播系统、有线网、卫星网、或电话网、以及这些和其他类型的网络的部分或组合，接收来自一个或多个服务器的视频。
输入/输出设备402、处理器403、和存储器404可以通过通信媒体406通信。通信媒体406例如可以代表总线、通信网、电路、电路卡或其他设备的一个或多个内部连接，以及这些和其他通信媒体的部分或组合。来自源401的输入数据按照被存储在存储器404中的和由处理器403执行的一个或多个软件程序来处理，以便把分部编码的视频图像提供到网络420。分部编码的视频图像可被发送到存储装置，或可被发送到显示系统，用于实时观看编码的视频图像。
处理器403可以是任何装置，诸如通用或专用计算系统，或可以是硬件结构，诸如笔记本电脑、台式计算机、手持计算机、专用逻辑电路、集成电路、可编程阵列逻辑(PAL)、专用集成电路(ASIC)、等等，以便根据已知的输入提供已知的输出。
在优选实施例中，利用本发明的原理的编码和译码可以由处理器403执行的计算机可读的代码来实施。代码可被存储在存储器404，或从存储器媒体中(诸如CD-ROM，或软盘(未示出))被读出/下载。在其他实施例中，硬件电路可以代替软件指令，或与软件组合以实施本发明。例如，这里显示的单元也可以被实施为分立的硬件单元。
在本发明的一个方面，术语处理器可以代表一个或多个处理单元或计算单元，它们与一个或多个存储器单元和例如外设的其他设备通信，后者以电子方式连接到和与该至少一个处理单元通信。而且，这些设备可以通过内部总线(例如ISA总线、微信道总线、PCI总线、PCMCIA总线等等)，或电路、电路卡或其他设备的一个或多个内部连接，以及这些和其他通信媒体或外部网(例如互联网)和内部网的部分或组合而被按电子方式连接到一个或多个处理单元。
本发明的基本新颖特性被显示，描述，和指出为应用于优选实施例。应当看到，在描述的设备中，在所揭示的设备的形式和细节上，以及在它们的运行上，可以由本领域技术人员作出各种省略和替换与改变，而不背离本发明的精神。例如，虽然本发明是对于FGS编码描述的，但应当看到，本发明也可以适用于类似地开发的分层编码系统。类似地，虽然超级宏块是对于64×64阵列或矩阵讨论的，但改变块的尺寸也应当在本领域技术人员的知识范围之内。而且，虽然超级宏块的边界被显示为固定的，但可以想象超级宏块边界可以根据重要的数据的第一指示而被动态地确定。
也明显地打算把以基本上相同的方式执行基本上相同的功能的这些单元的所有的组合认为是在本发明的范围内。从一个描述的实施例到另一个的单元的替换也完全是可想像和预期的。

Claims (13)

1.在具有包括多个子层的至少一层的分层编码系统中，一种用于对视频图像(200)进行编码的方法，视频图像由多个像素块组成，所述像素块包含在相应的子层(272，274，276)内被确定是重要的至少一个区域(210)，所述方法包括以下步骤：
a.把重要性程度与所述至少一个重要区域(210)内已知尺寸的每个块(250，252)相联系，
b.根据被包含在相继地更大的块(222，224)内已知尺寸的至少一个所述块(250，252)的重要性程度，把该重要性程度与所述至少一个所述相继地更大的块(222，224)中的每一个相联系，以及
c.映射每个所述相关的重要性程度。
2.如权利要求1中阐述的方法，还包括以下步骤：
对于每个所述子层，重复进行步骤a-c。
3.如权利要求1中阐述的方法，还包括以下步骤：
发送相应于所述子层的所述重要性程度映射。
4.如权利要求1中阐述的方法，其中所述分层编码系统是细粒可缩放(FGS)系统。
5.如权利要求4中阐述的方法，其中所述子层是位面(272，274，276)。
6.如权利要求1中阐述的方法，其中所述块尺寸是从预定的尺寸组中选择的。
7.如权利要求1中阐述的方法，其中所述相继地更大的块具有已知的最大值。
8.用于把被形成为多个像素块的视频图像(200)编码(100)成至少一个层的系统(400)，其中一个所述层由多个子层(272，274，276)组成，所述子层包括至少一个重要的区域(210)，包括：
用于把重要性程度与所述至少一个重要区域(210)内已知尺寸的每个块(250，252)相联系的装置(165)；
用于根据被包含在所述相继地更大的块(222，224)内已知尺寸的至少一个所述块(250，252)的所述重要性程度来识别所述至少一个相继地更大的块(222，224)中的每一个的重要性程度的装置(165)，以及
用于映射所述重要性程度的装置(165)。
9.如权利要求8中阐述的系统，其中所述映射包括有关每个所述已知尺寸的块和具有已知的程度的相继的块的信息。
10.如权利要求8中阐述的系统，其中所述已知的程度表示为非零系数。
11.用于对作为分层编码的信号来发送的图像进行译码的译码系统，包括：
用于接收相应于所述分层编码的信号的至少一个子层的重要性映射的数据的装置；
用于对所述重要性映像进行译码的装置；以及
用于从所述重要性映像重建所述子层中的相应的一个子层的装置。
12.如权利要求11中阐述的译码系统，还包括：
用于接收通过网络发送的所述分层编码信号的装置。
13.如权利要求11中阐述的译码系统，其中所述重要性映像包括有关包含重要性信息的块的信息。
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