CN1998242B - 图像编码装置和图像解码装置 - Google Patents

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Abstract

现有的编码方法存在着一个问题，即如果以帧单位进行逆向再现，则需要先进行正向解码，致使处理量与存储器增大。本发明仅包含正向预测的画面和仅包含反向预测的画面对于帧而言被记录于编码流，由此提供容易以帧单元进行逆向再现的流。而且，将其用于多视点图像的编码，实现能够实时地变更视点以便再现图像的装置。

Description

图像编码装置和图像解码装置
技术领域
本发明涉及记录有已对图像进行编码的编码流的介质、用于对图像进行编码的编码装置、对图像进行解码的解码装置、对图像进行编码的方法和进行解码的方法，特别是涉及利用这些的图像记录装置、图像播放机、便携式电话、数字摄像机等装置。
背景技术
作为记录、传递图像、语音信息的方法，制定了MPEG(MovingPicture Experts Group：运动图像专家组)方法等编码方法，作为MPEG-1标准、MPEG-2标准、MPEG-4标准等成为国际标准的编码方法。此外，作为进一步提高压缩率的方法，正在确定H.264/AVC(Advanced Video Coding：高级视频编码)标准等。这些方法被采用为数字卫星广播和DVD、便携式电话和数字摄像机等中的编码方法。
另一方面，在这种应用中有时按照与摄像的时间序列相反方向再现。作为生成这种能够逆向再现流的方法，有通过仅使用帧内编码与双向预测帧而实现逆向再现的方法(例如参照日本专利特开平8-280024号公报)。
在上述方式中，存在有在接收侧对所传送的流进行解码时，为了在任意的再现部位逆向地再现图像，需要大量用于解码的存储器这样的问题。例如，这里以现有的方式对由图3所示的从多视点的物体摄像系统(301)所拍摄的多视点图像进行压缩编码。在该情况下，各视点位置的图像对应于通常的流中的时间方向的帧。在图3中，I表示帧内编码，P表示正向预测帧，B表示双向预测帧。这里在再现B6的位置的图像的情况下，有必要首先根据I1对P4进行解码，然后根据P4与I7对B6进行解码。因此，为了B6的解码需要用于处理I1、P4、I7、B6四张图像的存储器，存在处理量也大幅度增大这样的问题。因此，无法实现在接收侧实时地变更视点位置而显示图像的多视点图像的传送显示方式。这是因为现有的运动图像压缩方式为了相对于时间方向在顺方向上再现而设计编码方法的缘故，是因为不适应以帧为单位逆向再现而发生的问题。
进而，在上述专利文献1所述的方法中由于无法使用正向预测帧，故为了将图像质量保持在一定以上有必要增多帧内编码，存在有数据量增多很多这样的问题。因而该方法不适合上述那种多视点图像的传送。
本发明鉴于上述现有技术，提供一种图像质量高且压缩率高的能够以帧为单位逆向再现的编码流、与之对应的图像编码装置、图像解码装置。此外，本发明提供一种适于多视点图像的压缩，使用其的多视点图像的编码流与图像编码装置、图像解码装置。
发明内容
为了解决上述课题，本申请中公开的构成的典型如下。
将多个帧作为各个画面数据而进行编码，对于一个帧，具有从其他上述帧向正向预测的画面数据、和从其他上述帧在与上述正向预测相反方向上逆向预测的画面数据的编码流的记录介质。
此外，包括可以储存多个输入图像的图像存储器；判定图像的处理顺序的处理方向判定部；以及进行预测处理的预测处理部的图像编码装置，其中预测处理部通过处理方向判定部的指示对编码对象的帧在过去的参照图像与未来的参照图像间切换来自上述参照图像的输入。以及一种解码装置，其中上述编码流对于一个图像接收具有区别正向预测而生成的画面数据和在与该正向预测相反方向上逆向预测而生成的画面数据的标志的编码流，按照确定处理方向的处理方向判定部的指示对上述编码流进行解码。
根据本发明，可以生成图像质量、压缩率高，而且，能够以帧为单位逆向再现的编码流。进而，可以实现与之对应的图像编码装置、图像解码装置。此外，可以实现适于多视点图像的压缩的编码流与图像编码装置、图像解码装置。
附图说明
图1是本发明中使用的编码流的一个实施例的说明图。
图2解码方法中的现有方法与本发明的方法的比较图。
图3是说明多视点图像的摄像系统的示意图。
图4是将本发明的编码流用于多视点图像编码的实施例的说明图。
图5是本发明中使用的图像编码装置的一个实施例的说明图。
图6是详细说明本发明中使用的图像编码装置的一个实施例的示意图。
图7是本发明中使用的图像解码装置的一个实施例的说明图。
图8是详细说明本发明中使用的图像解码装置的一个实施例的示意图。
图9是说明本发明的图像编码方法的示意图。
图10是说明本发明的图像解码方法的示意图。
具体实施方式
(实施例1)
通过图示说明本发明的实施例。
图1表示本发明的编码流的一个实施例，对其特征进行叙述。
使用已对原图像列(101)进行编码的流(104)进行说明。编码流作为数据列(103)而记录在数据记录介质(102)中。在原图像列中，I表示帧内编码，P表示正预测帧，B表示双向预测帧。序号表示再现时的帧序号。在编码流(104)中，I1’表示已对I1进行编码的数据。P画面、B画面分别是进行完正向预测、双向预测后的编码数据。以下，记号的意义相同。而且，箭头106表示顺方向再现的方向，箭头107表示逆再现方向。
首先，表示以I1、B2、B3、P4的顺序顺方向再现编码流(104)的方法。I1’由于被内编码，所以被单独解码，I1被再现。接着，由于P4’被正向预测编码，所以P4根据I1与P4’的数据而被再现。此外，由于B2’被双向预测编码，所以B2根据I1、P4与B2’的数据而被再现。B3的再现也可以同样地进行。这样，可以通过读出最大三个关联的画面数据而进行再现。
接下来，表示以I7、B6、B5、P4的顺序的逆向再现的方法。本申请的特征在于逆向预测帧R4’的存在。所谓逆向预测帧是指仅将按照本来的再现顺序(时间顺序)可以从后面再现的帧作为参照帧而预测的帧。具体地说，在本申请实施例中对图像P4而言，具有由正向预测所生成的画面数据P4’和由与正向预测相反方向的逆向预测所生成的画面数据R4’的特征。I7’单独地被解码而I7被再现。接着，P4在现有的方法中如果不用I1与P4’则不能再现。但是在本发明中具有作为逆向预测的画面数据的R4’(105)。这是根据I7逆向预测P4所得到的画面数据。也就是说通过使用被解码的I7与R4’的数据可以再现P4。接着对B6、B5而言，通过使用I7、P4与分别使用B6’、B5’可以进行再现。这样一来，在本申请中具有针对某个帧，仅由从其他帧在时间方向或视点位置的移动方向上正向预测的数据构成的画面数据P，和针对同一帧，仅有由从其他帧在时间方向或视点位置的移动方向上逆向预测的数据构成的画面数据R。由此虽然在现有的方法中为了进行逆向再现需要大量的存储器和处理，但是通过使用本发明的编码流可以少的存储器与处理量简单地以帧为单位逆向再现成为可能。因为分别具有来自双向的预测帧，故是高图像质量，与具有帧内编码的情况相比具有编码量小这样的优点。R4’的画面数据是现有的流中不存在的数据。因此也可以由作为将该逆向预测帧的数据作为现有的流中附加信息记录的方法的专用数据形式来记录。所谓专用数据形式是用于取现有的标准与扩展的标准的互换性的数据形式，也可以称为追加数据。一般来说标准中含有表示专用数据范围的信息，仅对应于现有标准的解码器忽视该专用数据的内容。对应于扩展标准的解码器可以读取处理该专用数据的内容。通过使用该形式，即使将该流输入到不对应逆向再现的现有的解码装置，也可以作为正常的流顺向再现。
参照图2说明本发明的方法与现有方法的处理量的不同。
作为逆向再现，假定按照I13、B12、B11、P10的顺序再现，考虑再现B12的情况。为了再现B12有必要对I13与P10进行解码，在现有方法图2A中，为了再现P10，根据I1对P4进行预测并解码的步骤、根据P4对P7进行预测并解码的步骤、根据P7对P10进行预测并解码的步骤、I13单独进行解码的步骤、以及最后根据I13与P10对B12进行解码的步骤是必要的，五阶段的处理是必要的。此外还必须具有保持该量的数据的存储器。
另一方面，在提案方法图2B中，因为通过逆向预测画面根据I13能够对P10进行解码，故只要有I13单独进行解码的步骤、根据I13对P10进行解码的步骤、根据I13与P10对B12进行解码的步骤即可，使用三阶段的处理即可，与现有方法相比可以削减处理量、存储器量。
接下来在图3中，对将本申请运用于拍摄记录多视点图像的系统的一个实施例进行说明。
在拍摄多视点图像的系统中，有如图3A所示包围拍摄对象物(304)而配置摄像机(302)等的视点位置的类型，或如图3B所示，使摄像机向外拍摄全周的全景图像的类型。在图3A、图3B中表示摄像机拍摄的各图像的编码类型的一个实施例者分别是(303)、(306)。在传送这种多视点图像的情况下，为了压缩数据量，利用相邻的视点间的相关进行预测而编码。具体地说，按照图的I1～B12的数字所表示的顺序从某个帧作为一周而取入连续的帧，分别进行内预测编码、正向预测编码、双向预测编码等的某一种。此外，也可以在进行视点间的预测后，针对各视点位置在时间方向上进行预测。这可以在想要以对象物体作为运动图像记录的情况下进行。作为顺序，首先通过上述方法对各视点位置的图像进行编码。接着以经过编码的图像作为参照帧，针对每个视点位置独立地作为运动图像在时间方向上进行预测而编码。通过以一定的时间间隔进行这些，可以记录多视点的运动图像。但是，视点的移动限于在视点间预测编码的定时之时。
图4中，对将本发明的编码流用于多视点图像的编码的情况进行说明。
如前所述，在多视点图像的拍摄系统中，由多个视点位置的摄像机(401)或移动的摄像机拍摄对应于各自的位置的图像(402)，这些作为连续的帧被预测编码而作成编码流(403)。在接收流并再现一侧，由于用户环视对象物体，故通过其指示不仅编码的方向(右旋、顺向)，而且在逆向(左旋)上也必须再现并提示图像。如前所述，虽然在现有方法中为了进行逆向再现需要非常多的处理量、存储器，但是本发明的具有逆向预测画面R10’(404)的方法可以大幅度地削减它们，逆向再现也可以简易地进行。
在本发明的多视点图像的编码流中，也可以在现有的编码流中的时间标记部分不记录再现时间信息，而记录关于时间以外的视点位置的信息等。例如只要记录视点位置的方位、摄像机的角度、绝对位置、各视点位置的帧的显示持续时间等即可。此外，也可以在流中记录表示这种不是再现时间信息的信息被记录的情况的标志。在通过记录视点位置的方位或摄像机的角度、绝对位置，指示用户从哪个方向看对象物体时，可以根据这些信息从流中选择最适合于显示的帧。此外，如果记录有视点位置的帧的显示持续时间，则可以自动地再现旋转操纵地环视对象物体时的图像。由于这些信息与现有的标准中的时间标记描述方法不同，所以在流中记录表示记录有其它信息的标志。
如前所述，在通过用户的指示变更视点位置而再现已对多视点图像进行编码的流的情况下，如果进行逆向再现，则有时在再现了流中的最初编码的帧后，再现最后编码的帧。因为这种再现顺序成为特殊的再现方法，故通过解码装置区别现有的流的标志变得必要。在流中记录表示能够像这样逆向循环再现的标志，在有该标志的情况下，也可以再现了连续的帧的前后最终帧后(在本实施例中例如B12)连续再现另一方的帧(I1)。
图5表示本发明的图像编码装置的一个实施例。
图像编码装置由图像输入部(501)、图像存储器(502)、处理方向判定部(503)、编码预测处理部(504)、误差调整部(505)、编码处理部(506)、帧存储器(507)、输出部(508)构成。虽然也可以没有误差调整部(505)，但是具有以后可以提高图像质量。
首先，图像输入部(501)将来自摄像机等的图像信息输入到编码装置，储存在图像存储器(502)中。图像可以由多个摄像机同时摄制，也可以连续地输入而存储。接着处理方向判定部(503)判定图像的处理顺序、正向预测、逆向预测等编码处理方法，传送到编码预测处理部(504)。预测处理部(504)按照指示，从图像存储器(502)取得合适的图像，用帧存储器(507)的参照图像进行预测处理。虽然由编码预测处理部(504)进行各画面的预测编码处理，但是有时在像图4的实施例中所示的P4那样正向预测画面数据P4’与逆向预测画面数据R4’这样两个数据生成的图像中，因再现的方向而在解码图像中产生图像质量之差。在使用双向预测画面的情况下，因为在正向和逆向的再现时全都使用同一数据，故如果在参照图像的图像质量上有差别则因再现方向在图像质量上产生差别。为了避免这种情况，在本发明的图像编码装置中，由误差调整部(505)进行再现方向引起的图像质量差的调整。分别暂时对正向预测画面数据与逆向预测画面数据进行解码，逐块比较图像质量，对图像质量上有超过一定的差别的块，对一方或双方的画面的块调整参数并再次编码以便图像质量一致。接着编码处理部(506)根据所预测的信息进行图像的编码，将数据送到输出部(508)生成编码流。另一方面，编码处理部(506)对生成的编码数据进行解码，恢复到图像并送到帧存储器(507)。储存在帧存储器(507)中的图像，为了按照编码预测处理部(504)在下一个图像的预测中使用而作为参照帧被储存。
接下来参照图6进行图像编码装置的一个实施例的详细说明。图6是详细表示编码预测处理部(504)的示意图。
首先，编码的原图像从图像存储器(502)取入到原图像存储器(601)。此外，参照图像从帧存储器(507)取入到参照图像存储器(603)。接着，关于图像的预测方法、进行哪种类型的预测的编码方法的指示从处理方向判定部(503)传送到切换处理部(602)，参照图像与原图像按照该指示送到作为各预测处理部的内编码预测部(604)、单向编码预测部(605)、双向编码预测部(606)。内编码预测部(604)是在图像内部进行编码的预测处理的处理部，单向编码预测部(605)进行正向或逆向的预测处理。双向编码预测部(606)进行双向编码预测处理。也就是说，由于正向预测与逆向预测全都是单向的预测处理，所以如果由切换处理部(602)进行预测中使用的参照图像的替换，则由同一单向编码预测部(605)进行处理是可能的。也就是说仅在进行逆向预测编码的情况下进行切换处理即可。在参照图像存储器中有过去图像存储器与未来图像存储器，正向预测时用过去图像存储器，双向预测时使用两者。虽然逆向预测时仅使用未来图像存储器即可，但是为了与正向预测部使处理通用化，通过切换处理使本来进入未来图像存储器的参照图像进入过去图像存储器。通过像这样切换部使预测部中使用的参照图像在编码对象的图像的未来的图像与过去的图像之间切换而实现本发明。通过各预测处理部处理的数据发送到误差调整部(505)。通过以上这种处理可以进行编码。
图7表示本发明的图像解码装置的一个实施例。
图像解码装置由流输入部(701)、流缓存器(702)、处理方向判定部(703)、解码预测处理部(704)、解码处理部(705)、帧存储器(706)、输出部(707)构成。
首先流输入部(701)将编码流输入到解码装置，储存在流缓存器(702)中。接着处理方向判定部(703)按照用户的指示输入确定将要处理的数据的顺序，传送到解码预测处理部(704)。例如，在再现多视点图像的解码装置中，如果用户右旋地环视或左旋地环视对象物体，则将编码流的解码方向变成各种方向。处理方向判定部(703)从储存于流缓存器(702)的数据之中，基于用户的指示指定适当的画面数据的位置，将解码的顺序传送到解码预测处理部(704)。此外处理方向判定部(703)进行流中的标志的检验，判定所输入的流是否能够逆向再现，或者判定作为多视点图像的编码流是否能够逆向的循环再现。
接着解码预测处理部(704)按照指示，从流缓存器(702)取得适当的画面数据进行预测处理。除了数据和参照图像的切换，解码预测处理部(704)可以是与通常的解码装置的预测处理部同样的动作。预测处理后的数据送到解码处理部(705)，作为图像再现而输出到输出部(707)。此外将解码过的图像送到帧存储器(707)，作为下一个解码的图像的参照图像被储存。
接下来参照图8进行图像解码装置的一个实施例的详细说明。图8是详细表示解码预测处理部(704)的示意图。
首先，解码的画面数据从流缓存器(702)取入数据切换部(801)。此外，参照图像从帧存储器(706)进入参照图像存储器(802)。接着，关于图像的预测方法、解码方法的指示从处理方向判定部(703)传送到数据切换部(801)，按照该指示适当的数据被送到作为各预测处理部的内解码预测部(803)、单向解码预测部(804)、双向解码预测部(805)。内解码预测部(803)是在图像内部进行解码的预测处理的处理部，单向解码预测部(804)进行正向或逆向的解码预测处理。双向解码预测部(805)进行双向解码预测处理。也就是说，由于正向预测与逆向预测全都是单向的预测处理，所以如果由数据切换部(801)适当地切换解码的数据的顺序与参照图像，则可以由同一单向解码预测部(804)处理。由各预测处理部处理的数据被送到解码处理部(705)。通过以上这种处理可以进行解码。这样一来编码、解码装置无论如何仅靠少量改良现有的装置可以实现。
接下来，图9表示本发明的编码方法的概略，说明其内容。
首先在步骤(901)中进行图像的缓存。这里将从多个视点的图像或连续的帧取入存储器。接着在步骤(902)中，进行内预测、正向预测、双向预测的处理。这些是与现有的编码顺序相同的处理，是生成与现有的编码流相同的画面数据的步骤。接着在步骤(903)中进行存储器切换。这是在生成能够逆向再现流时，为了通过与前述正向预测相同的处理进行逆向预测，进行成为对象的参照图像的替换的处理。接着在步骤(904)中进行逆向的预测处理。这里生成使逆向再现成为可能的仅逆向预测的画面数据。接着在步骤(905)中进行误差调整与标志处理。误差调整如前所述，是进行仅正向预测的画面数据与仅逆向预测的画面数据的编码方法的调整，以便在正向再现时与逆向再现时不产生图像质量的差别的处理。此外在标志处理中，输出表示输出的编码流对应逆向再现的标志，或能够逆向循环再现的信息等。最后在步骤(906)中，作为流输出如以上这样生成的编码数据。作为处理步骤，也可以进行切换存储器等同时进行步骤(902)的通常的处理与步骤(904)的逆向的处理。通过以上这种方法可以生成能够逆向再现的流。
接下来，图10表示本发明的图像解码方法的概略，说明其内容。
首先在步骤(1001)中进行编码流的数据缓存。接着在步骤(1002)中进行编码流的标志判定。对标志的内容而言如前所述。接着在步骤(1003)中进行再现方向的判定。进行判定因用户的指示而变更的图像的再现方向的处理。接着在步骤(1004)中进行数据切换。数据切换，从储存数据的存储器读出对应于再现方向的画面数据将数据送到预测处理部。接着在步骤(1005)中进行预测、解码处理。通过由步骤(1004)传送适当的顺序的数据，解码处理本身可以通过与现有的解码同样的处理实现。最后在步骤(1006)中输出解码过的图像。通过以上这种方法图像可以从能够逆向再现的流解码。
通过上述这种方法，生成能够逐帧地逆向再现的编码流，可以传送并再现。此外，可以实现使用其的多视点图像编码装置、解码装置。
此外，虽然在上述实施例中举例示出多视点图像的编码装置、解码装置，但是本发明的运用不限于此，以通常的运动图像编码为首可以用于各种图像编码装置、解码装置等。在将本方式用于通常的运动图像编码的情况下，以少的存储器量以帧为单位的逆向再现成为可能，在用于多视点图像编码的情况下，以少的存储器量根据用户的指示的自由的视点位置移动成为可能。
而且，在本申请中所述的实施例可以由程序规定，用计算机读入而运行，此外可以通过与硬件的协调，或者由硬件单独实现。
工业实用性
本发明可以运用于信息的编码解码。

Claims (10)

1.一种编码方法，将多个帧分别作为画面数据进行编码来生成编码流，其特征在于：包括：
对于所述帧中的第一帧，从第二帧进行正向预测生成画面数据的步骤；
对于所述第一帧，从第三帧进行与所述正向预测相反方向的逆向预测生成画面数据的步骤；以及
在所述编码流中，将所述正向预测的画面数据与所述逆向预测的画面数据共同配置在所述第二帧的画面数据之后且在所述第三帧的画面数据之前的位置的步骤。
2.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于：
所述编码流包括表示所述各帧的再现时间的时间标记信息或与所述各帧摄像的摄像位置相关的信息中的至少任一个。
3.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于：
所述编码流还包括标志，该标志表示可以进一步在再现所述多个帧的最后的帧之后再现最初的帧，或在再现最初的帧之后再现最后的帧。
4.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于：
所述编码流的画面数据的顺序是将所述正向预测而生成的画面数据配置在所述逆向预测而生成的画面数据之前的顺序。
5.如权利要求4所述的编码方法，其特征在于：
所述编码流还包括标志，该标志表示对于所述第一帧，包含所述正向预测而生成的画面数据与所述逆向预测而生成的画面数据。
6.一种图像编码装置，其特征在于，包括：
可存储多个输入图像的图像存储器；
判定图像的处理顺序的处理方向判定部；
使用所述输入图像和参照图像进行预测处理而生成输入图像的画面数据的预测处理部；和
使用所述画面数据输出生成的编码流的输出部，
其中，所述预测处理部具有存储所述参照图像的参照图像存储器、根据所述处理方向判定部的指示进行来自所述参照图像的输入的切换的切换处理部，所述切换处理部将来自所述参照图像的输入对于编码对象的帧，切换过去的参照图像和未来的参照图像，对于一个图像，生成使用所述过去的参照图像并进行正向预测而生成的画面数据、和在与所述正向预测相反方向上使用所述未来的参照图像并逆向预测而生成的画面数据，
所述编码流的画面数据的顺序是将所述正向预测而生成的画面数据与所述逆向预测而生成的画面数据共同配置在与所述过去的参照图像对应的帧的画面数据之后且在与所述未来的参照图像对应的画面数据之前的位置的顺序。
7.如权利要求6所述的图像编码装置，其特征在于：
所述编码流包括表示所述各帧的再现时间的时间标记信息或与所述各帧摄像的摄像位置相关的信息中的至少任一个。
8.如权利要求6所述的图像编码装置，其特征在于：
所述编码流的画面数据的顺序是进一步将所述正向预测而生成的画面数据配置在所述逆向预测而生成的画面数据之前的顺序。
9.如权利要求8所述的图像编码装置，其特征在于：
所述编码流包括标志，该标志表示对于所述一个图像，包含所述正向预测而生成的画面数据与所述逆向预测而生成的画面数据。
10.如权利要求6所述的图像编码装置，其特征在于：
所述编码流包括标志，该标志表示可以进一步在再现所述多个帧的最后的帧之后再现最初的帧，或在再现最初的帧之后再现最后的帧。
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