ES2276151T3 - Codificacion de señales de video digitales. - Google Patents

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Abstract

Método para codificar una señal de vídeo digital, comprendiendo dicha señal de vídeo digital algunos conjuntos de objetos (OBJ) con formas asociadas, caracterizado porque comprende las etapas de: - definir información (FLAG) para determinar si la forma de un objeto (OBJ) ha de codificarse, o la de su complemento, y - como una función de esta información (FLAG), codificar dicha forma o su complemento

Description

Codificación de señales de vídeo digitales.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para codificar una señal de vídeo digital, comprendiendo dicha señal de vídeo digital algunos conjuntos de objetos con formas asociadas. La invención se refiere también a un codificador, implementando dicho codificador dicho método.
Un método de este tipo puede utilizarse, por ejemplo, en un sistema de comunicación de vídeo para aplicaciones de vídeo 3D dentro de los estándares de MPEG.
Antecedentes de la invención
Un sistema de comunicación de vídeo comprende normalmente un transmisor con un codificador y un receptor con un decodificador. Un sistema de este tipo recibe una señal de vídeo digital de entrada, codifica dicha señal a través del codificador, transmite la señal codificada al receptor, decodifica después la señal transmitida a través del decodificador dando como resultado una señal de vídeo digital de salida, que es la señal reconstruida de la señal de vídeo digital de entrada. El receptor visualiza entonces dicha señal de vídeo digital de salida. Una señal de vídeo digital 3D comprende algunas imágenes con algunos conjuntos de objetos, que se caracterizan en especial por algunas formas y texturas asociadas.
Los esquemas de codificación de objetos actuales se basan en la descripción de una forma específica. Para permitir objetos con varios componentes conectados y formas complicadas (intersecciones, bordes múltiples) el estándar MPEG-4 (documento al que se hace referencia con el número del documento MPEG-4 w3056 en ISO y titulado "Information Technology - Coding of audio-visual objects. Part 2: Visual, ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11 Maui, December 1999") ha elegido un paradigma basado en bloques. Un objeto se divide en varios bloques. Para facilitar la identificación de dichos bloques, se utiliza un sistema de cajas rectangulares de delimitación, y se calcula la caja rectangular de delimitación más pequeña. El documento GB-A-2 325 582 describe un método para codificar el contorno de un objeto en una señal de vídeo utilizando un rectángulo de delimitación de este tipo. Cada bloque dentro de esta caja de delimitación se define bien como "dentro de la forma", "fuera de la forma" o bien como un "bloque límite". Para el último caso, la distinción entre "dentro" y "fuera" se realiza a nivel de píxeles. Un inconveniente de estos esquemas de codificación es que el uso de la caja de delimitación es bueno siempre que los objetos estén rigurosamente dentro del marco de la imagen, es decir, no toquen el marco de la imagen; pero tan pronto como los objetos se sitúen contra el marco de la imagen, o tan pronto como su forma tenga líneas verticales u horizontales en sus límites, existen algunos casos en los que el coste de bits de codificación puede reducirse de manera significativa.
Sumario de la invención
Según esto, es un objeto de la invención proporcionar un método y un codificador para codificar una señal de vídeo digital, comprendiendo dicha señal de vídeo digital algunos conjuntos de objetos con formas asociadas que reducen el número de bits necesarios para codificar objetos que se sitúan contra un marco de la imagen y objetos cuya forma contiene líneas verticales u horizontales en sus límites.
Para este fin, se proporciona un método que comprende las etapas de:
-
definir una información para determinar si la forma de un objeto ha de codificarse o la de su complemento, y
-
como una función de esta información, codificar dicha forma o su complemento.
Adicionalmente, se proporciona un codificador que comprende información para determinar si la forma de un objeto ha de codificarse, o la de su complemento, y medios de codificación para codificar dicha forma o su complemento como una función de dicha información.
Tal como se verá detalladamente más adelante, al codificar el complemento de la forma en algunos casos en lugar de la forma original, la eficiencia de la compresión se mejorará, ya que serán necesarios menos bits para codificar la forma.
Breve descripción de los dibujos
Los objetos adicionales, características y ventajas de la invención resultarán evidentes al leer la siguiente descripción detallada y al hacer referencia a los dibujos adjuntos en los que:
- la figura 1 ilustra un sistema de comunicación de vídeo que comprende un codificador y un decodificador según la invención,
- la figura 2 es un diagrama esquemático del método de codificación según la invención,
- la figura 3 representa un objeto y su forma asociada para codificarse mediante el método de codificación de la figura 2,
- la figura 4 representa el objeto de la figura 3, que se ha codificado según un método clásico de codificación, y
- la figura 5 representa el objeto de la figura 3, que se ha codificado según una primera realización del método de codificación de la figura 2,
- la figura 6 representa el objeto de la figura 3, que se ha codificado según una segunda realización del método de codificación de la figura 2.
Descripción detallada de la invención
En la siguiente descripción, no se describen en detalle las funciones o construcciones ya conocidas por los expertos en la técnica dado que impediría ver claramente la invención con detalles innecesarios.
La presente invención se refiere a un método para codificar una señal de vídeo digital.
Un método de este tipo puede utilizarse dentro de un sistema SYS de comunicación de vídeo para aplicaciones de vídeo en MPEG2 o MPEG4, en el que dicho sistema de comunicación de vídeo comprende un transmisor TRANS, un medio CH de transmisión, y un receptor RECEIV. Dicho transmisor TRANS y dicho receptor RECEIV comprende un codificador ENC y un decodificador DEC respectivamente.
Para transmitir de manera eficiente algunas señales de vídeo a través del medio CH de transmisión, dicho codificador ENC aplica una codificación a una señal de vídeo, después la señal de vídeo codificada se envía a un decodificador DEC, que decodifica dicha señal. Finalmente el receptor RECEIV visualiza dicha señal de vídeo.
Una señal de vídeo comprende algunos conjuntos de objetos normalmente dentro de algunas imágenes I, estando una imagen I representada por una pluralidad de píxeles y presentando dichos objetos formas asociadas.
El codificador ENC comprende una información FLAG para determinar si la forma de un objeto ha de codificarse, o la de su complemento, y medios de codificación para codificar dicha forma o su complemento como una función de dicha información FLAG.
El decodificador DEC comprende medios de decodificación para recuperar dicha información FLAG, para decodificar dicha forma o su complemento como una función de dicha información FLAG, y para recuperar la forma como una función de dicho complemento si el complemento se ha decodificado.
La codificación de una señal de vídeo se basa en un principio de bloques. Se calcula el rectángulo más pequeño que encuadra un objeto OBJ. Tal rectángulo se denomina caja BOUND_BOX de delimitación. Dicha caja BOUND_BOX de delimitación se divide en bloques B que se codifican. Cada bloque tiene un tipo, en el que dicho tipo puede estar "dentro de la forma", "fuera de la forma" y ser "bloque límite". La caja BOUND_BOX de delimitación de un objeto OBJ también se denomina caja de delimitación original.
La codificación de una señal de vídeo digital se realiza como sigue y se ilustra mediante las figuras 2 y 3.
En una primera etapa 1) el codificador ENC realiza un primer proceso para elegir qué forma de un objeto OBJ codificará, la forma original o su complemento (etapa 1a). En el caso de que se elija codificar el complemento, en una primera realización, puede elegirse la utilización del complemento NOT_OBJ del objeto OBJ en el marco de la imagen o, en una segunda realización, puede elegirse el complemento NOT_OBJ_BB del objeto OBJ dentro de su caja BOUND_BOX de delimitación (etapa 1b).
En una realización no limitativa, dicho primer proceso se realiza:
-
calculando tres cajas BOUND_BOX de delimitación, una para el objeto OBJ original, una para su complemento NOT_OBJ, y otra para su complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja de delimitación del objeto OBJ tal como se muestra en la figura 4, figura 5 y figura 6 respectivamente,
-
eligiendo, para la codificación, la forma correspondiente al objeto OBJ, su complemento NOT_OBJ o su complemento NOT_OBJ_BB dentro de la delimitación original, que tiene la caja BOUND_BOX de delimitación más pequeña. Se observa que, de forma preferente, se elige NOT_OBJ_BB solamente si su caja BOUND_BOX de delimitación se considera suficientemente más pequeña que la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto OBJ y la caja BOUND_BOX de delimitación de su complemento NOT_OBJ tal como se describirá más adelante en la presente memoria.
\newpage
Ha de observarse que una caja BOUND_BOX de delimitación tiene 4 coordenadas que corresponden a las coordenadas Xmin, Ymin más pequeñas y las coordenadas Xmax, Ymax más grandes en píxeles tomadas por el objeto OBJ asociado dentro de un marco 1 de imagen. Ha de observarse que estas coordenadas también pueden expresarse mediante una posición (X, Y), una longitud y anchura, por ejemplo.
En el ejemplo ilustrado en la figura 3, un objeto OBJ se representa dentro de una imagen I. La forma de dicho objeto OBJ es la zona gris.
El complemento NOT_OBJ de dicho objeto es la zona blanca.
La caja BOUND_BOX de delimitación del objeto OBJ se representa en la figura 4, mientras que la caja
BOUND_BOX de delimitación de su complemento NOT_OBJ se representa en la figura 5. El complemento
NOT_OBJ_BB de dicho objeto OBJ dentro de su caja de delimitación es la zona blanca en la figura 4. Su caja BOUND_BOX de delimitación se representa en la figura 6. Puede observarse que estas cajas BOUND_BOX de delimitación son los rectángulos en líneas discontinuas que encuadran el objeto OBJ, el complemento NOT_OBJ y su complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja BOUND_BOX de delimitación original respectivamente.
En una primera realización no limitativa, cuando la caja BOUND_BOX de delimitación de un objeto OBJ es mayor que la caja BOUND_BOX de delimitación de su complemento NOT_OBJ, se codifica la forma de su complemento. En una segunda realización no limitativa, si la caja BOUND_BOX de delimitación del complemento NOT_OBJ_BB de un objeto OBJ dentro de su caja BOUND_BOX de delimitación es incluso más pequeña y si la diferencia en el tamaño de las cajas de delimitación (de la de su complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja de delimitación original y la del objeto OBJ, o la de su complemento NOT_OBJ) se considera suficientemente grande (por ejemplo tal que la codificación de las coordenadas de la caja de delimitación original necesitará menos bits que la codificación de más bloques dentro de una caja BOUND_BOX de delimitación más grande que usa el objeto OBJ o su complemento NOT_OBJ), se codifica la forma de su complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja BOUND_BOX de delimitación original.
Tal como puede verse en estas figuras 6, 5 y 4, la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto del complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja de delimitación original es la más pequeña, seguida de la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto del complemento NOT_OBJ y la caja de delimitación original del objeto OBJ, respectivamente.
De hecho, puede observarse que en la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto OBJ original existen 5 bloques denominados bloques B_BND límite y 61 bloques simples de los cuales 16 bloques están fuera de la forma B_OUT y 45 bloques dentro de la forma B_IN.
Con respecto a la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto del complemento NOT_OBJ existen tantos bloques B_BND límite como hay para el objeto OBJ original, pero muchos menos bloques simples 28, de los cuales sólo 1 bloque B_OUT está fuera de la forma y 27 en los bloques B_IN dentro de la forma.
Con respecto a la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto del complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja de delimitación original, existen tantos bloques B_BND límite como hay para el objeto OBJ original y el objeto del complemento NOT_OBJ, pero muchos menos bloques simples que en el caso de la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto del complemento NOT_OBJ, es decir, 17, de los cuales solamente 1 está fuera de la forma y 16 dentro de la forma.
Además, la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto del complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja de delimitación original es solamente 11 bloques más pequeña que la caja BOUND_BOX de delimitación del objeto del complemento NOT_OBJ.
La codificación de estos 11 bloques es probable que cueste menos bits que la codificación de las coordenadas de la caja BOUND_BOX de delimitación original si se desea utilizar el complemento NOT_OBJ_BB del objeto OBJ dentro de la caja de delimitación original.
Por tanto, en este ejemplo, será más eficaz y menos caro en términos de coste de bits codificar la forma del objeto complemento NOT_OBJ que codificar la forma del objeto OBJ original o su complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja de delimitación del objeto original, ya que se utilizarán menos bits para codificar dicha forma del objeto complemento NOT_OBJ que codificar dicha forma del objeto complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja de delimitación original más las coordenadas de la caja de delimitación original si se usa el objeto del complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja de delimitación original.
En una segunda etapa 2) comienza el proceso de codificación. El codificador ENC codifica todas las características de un objeto (se elija original o complemento), en especial su textura, vectores de movimiento, forma asociados ya conocidos por los expertos en la técnica.
Durante el proceso de codificación, cuando se llega a la codificación de forma, la información FLAG que determina si la forma de un objeto se ha codificado o la de sus complementos, se define a un nivel de objeto de vídeos (VO en MPEG-4). Esta información es, por ejemplo, un indicador FLAG de longitud variable (palabras de uno y dos bits). Si dicho indicador es igual a 0, se usa la codificación estándar, es decir, se codifica la forma del objeto OBJ original (etapa 2c en la figura 2), mientras que si dicho indicador es igual a 10 se codifica la forma del complemento NOT_OBJ (etapa 2c) y si el dicho indicador es igual a 11, se codifica la forma del complemento NOT_OBJ_BB de dicho objeto OBJ dentro de su caja BOUND_BOX de delimitación junto con las coordenadas de la caja de delimitación de dicho objeto OBJ (etapa 2a).
En este ejemplo, la información FLAG se fija en 10 tal como se ilustra en la etapa 2a) de la figura 2.
En una tercera etapa 3), el codificador ENC codifica la forma del objeto elegido, ya sea el original OBJ (etapa 3c), su complemento NOT_OBJ (etapa 3b) o la forma de su complemento NOT_OBJ_BB dentro de la caja BOUND_BOX de delimitación original con las coordenadas de la caja BOUND_BOX de delimitación de dicho objeto OBJ (etapa 3a). En este ejemplo, se codifica la forma del objeto complemento NOT_OBJ tal como se ilustra en la etapa 3b) de la figura 2.
Finalmente, el transmisor TRANS transmite en especial la forma codificada al receptor RECEIV, y así al decodificador DEC.
Durante el proceso de decodificación, en el lado del decodificador DEC, el conocimiento del valor de la información FLAG dirá a dicho decodificador DEC lo que tiene que hacer.
Si está ajustado a cero, este indicador FLAG indica que se codificó la forma original, y como una consecuencia la forma decodificada es la estándar. Si está ajustado a un cero, este indicador FLAG indica que se codificó el complemento de la forma original en el cuadro de la imagen, y que debería calcularse el complemento de la forma decodificada para recuperar la forma original. Si está ajustado a un uno, este indicador FLAG indica que se codificó el complemento NOT_OBJ_BB de la forma original dentro de su caja de delimitación junto con las coordenadas de dicha caja de delimitación original y que debería calcularse el complemento de la forma decodificada dentro de la caja de delimitación definida por las coordenadas decodificadas.
Ha de observarse que el método de codificación según la invención se aplica de manera preferente a un objeto OBJ original que se sitúa contra un marco de imagen o su forma contiene líneas verticales u horizontales en sus límites, es decir, cuando todas o parte de dichas líneas coinciden con la caja de delimitación. De este modo, esto es especialmente el caso cuando se trata de objetos grandes. En el caso de que un objeto OBJ original sin límites específicos esté rigurosamente dentro de un marco de imagen, es decir, no toque los bordes del marco es suficiente la codificación clásica tal como se describe en el estándar MPEG-4.
Por tanto, de manera preferente se activa la información FLAG, es decir, se usa, cuando un objeto OBJ tiene una caja BOUND_BOX de delimitación con límites en común con la imagen I que comprende dicho objeto OBJ o su forma contiene líneas verticales u horizontales en sus límites.
Por tanto, una ventaja de la presente invención es la capacidad para decir al decodificador, y por tanto al receptor, cómo decodificar la formar de un objeto.
Además, el uso de un indicador permite definir sencillamente el tipo de forma de un objeto, original o complemento, y codificar la forma de los objetos dentro de una imagen de una manera eficiente mejorada.
Ha de entenderse que la presente invención no está limitada a las realizaciones anteriormente mencionadas y que pueden realizarse variaciones y modificaciones sin desviarse del espíritu y alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. A este respecto se realizan las siguientes observaciones finales.
Ha de entenderse que la presente invención no está limitada a la aplicación de vídeo anteriormente mencionada. Puede utilizarse dentro de cualquier aplicación que utilice un sistema para procesar una señal considerando formas de objetos. En particular, la invención se aplica a algoritmos de compresión de vídeo de la familia del estándar MPEG (MPEG-1, MPEG-2) y a la familia ITU H26X (H261, H263 y extensiones, siendo la H261 la última en la actualidad, número de referencia Q 15-K-59).
Ha de entenderse que el método según la presente invención no está limitado a la implementación anteriormente mencionada.
Existen numerosas maneras de implementar las funciones del método según la invención mediante los elementos de hardware o software, o ambos, siempre que un único elemento de software o hardware pueda realizar varias funciones. No excluye que un conjunto de elementos de hardware o software o ambos realicen una función, formando de este modo una única función sin modificar el método para procesar la señal de vídeo según la invención.
Dichos elementos de hardware o software pueden implementarse de varias maneras, tal como mediante circuitos electrónicos cableados o mediante un circuito integrado programado de manera adecuada, respectivamente. El circuito integrado puede incluirse en un ordenador o en un codificador. En el segundo caso, el codificador comprende un elemento de información para determinar si la forma de un objeto ha de codificarse, o la de su complemento, y medios de codificación para codificar dicha forma o su complemento como una función de dicha información, tal como se describe previamente, siendo dicha información o medios elementos de hardware o software tal como se expuso anteriormente.
El circuito integrado comprende un conjunto de instrucciones. Así, dicho conjunto de instrucciones incluidas, por ejemplo, en una memoria de programación de ordenador o en una memoria de codificador puede hacer que el ordenador o el codificador realicen las diferentes etapas del método de codificación.
El conjunto de instrucciones puede cargarse en la memoria de programación leyendo un soporte de datos tal como, por ejemplo, un disco. Un proveedor de servicios puede poner a disposición también el conjunto de instrucciones a través de una red de comunicación tal como, por ejemplo, Internet.
Cualquier signo de referencia en las siguientes reivindicaciones no debería interpretarse como limitación de la reivindicación. Será obvio que el uso del verbo "comprender" y su conjugación no excluye la presencia de cualquier otra etapa o elemento aparte de los definidos en cualquier reivindicación. El artículo "un" o "una" precediendo a un elemento o etapa no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos o etapas.

Claims (12)

1. Método para codificar una señal de vídeo digital, comprendiendo dicha señal de vídeo digital algunos conjuntos de objetos (OBJ) con formas asociadas, caracterizado porque comprende las etapas de:
-
definir información (FLAG) para determinar si la forma de un objeto (OBJ) ha de codificarse, o la de su complemento, y
-
como una función de esta información (FLAG), codificar dicha forma o su complemento
2. Método para procesar una señal de vídeo digital según la reivindicación 1, caracterizado porque el complemento es el complemento (NOT_OBJ) de un objeto (OBJ) en un marco de imagen.
3. Método para procesar una señal de vídeo digital según la reivindicación 1, caracterizado porque una
caja (BOUND_BOX) de delimitación está asociada a un objeto (OBJ) y el complemento es el complemento
(NOT_OBJ_BB) de un objeto (OBJ) dentro de su caja (BOUND_BOX) de delimitación.
4. Método para procesar una señal de vídeo digital según la reivindicación 3, caracterizado porque tiene una etapa adicional de codificación de las coordenadas de la caja de delimitación de dicho objeto (OBJ).
5. Método para procesar una señal de vídeo digital según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la información se activa cuando un objeto (OBJ) tiene una caja (BOUND_BOX) de delimitación con fronteras en común con una imagen que comprende dicho objeto (OBJ).
6. Método para procesar una señal de vídeo digital según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cuando la caja (BOUND_BOX) de delimitación de un objeto (OBJ) es mayor que la caja (BOUND_BOX) de delimitación de su complemento (NOT_OBJ, NOT_OBJ_BB) se codifica la forma de su complemento.
7. Producto de programa informático para un codificador (ENC), que comprende un conjunto de instrucciones, que, cuando se carga en dicho codificador (ENC) hace que el codificador (ENC) realice el método según las reivindicaciones 1 a 6.
8. Producto de programa informático para un ordenador, que comprende un conjunto de instrucciones, que, cuando se carga en dicho ordenador, hace que el ordenador realice el método según las reivindicaciones 1 a 6.
9. Método para decodificar una señal de vídeo digital, comprendiendo dicha señal de vídeo digital algunos conjuntos de objetos (OBJ) con formas asociadas, caracterizado porque comprende las etapas de:
-
recuperar información (FLAG), que determina si la forma de un objeto (OBJ) o la de su complemento se ha codificado,
-
como una función de dicha información (FLAG), decodificar dicha forma o su complemento (NOT_OBJ, NOT_OBJ_BB), y
-
si el complemento se ha decodificado, recuperar la forma como una función de dicho complemento (NOT_OBJ, NOT_OBJ_BB).
10. Codificador (ENC) para codificar una señal de vídeo digital, comprendiendo dicha señal de vídeo digital algunos conjuntos de objetos (OBJ) con formas asociadas, caracterizado porque comprende una información (FLAG) para determinar si la forma de un objeto (OBJ) ha de codificarse, o la de su complemento, y medios de codificación para codificar dicha forma o su complemento como una función de dicha información (FLAG).
11. Decodificador (DEC) para decodificar una señal de vídeo digital, comprendiendo dicha señal de vídeo digital algunos conjuntos de objetos (OBJ) con formas asociadas, caracterizado porque comprende medios de decodificación para recuperar una información (FLAG), que determina si la forma de un objeto (OBJ) o la de su complemento se ha codificado, para decodificar dicha forma o su complemento como una función de dicha información (FLAG), y para recuperar la forma como una función de dicho complemento si el complemento (NOT_OBJ, NOT_OBJ_BB) se ha decodificado.
12. Sistema (SYS) de comunicación de vídeo, que puede recibir una señal de vídeo digital, que comprende un transmisor (REC) con un codificador (ENC) según la reivindicación 10 para codificar dicha señal de vídeo, un canal (CH) de transmisión para transmitir la señal de vídeo codificada y un receptor (RECEIV) con un decodificador (DEC) según la reivindicación 11 para decodificar dicha señal de vídeo codificada.
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