ES2351880T3 - Codificación y decodificación sensibles al contexto de un flujo de datos de vídeo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para comprimir un flujo de datos de vídeo en el que los datos de vídeo de una imagen se representan mediante símbolos de imagen, con la etapa de procedimiento: - elección de los símbolos de imagen a partir de una memoria de símbolos (17), caracterizado por las siguientes etapas de procedimiento: - clasificación de los símbolos de imagen con ayuda de un conmutador de contexto (18) entre distintos ramales de codificación (19) para formar grupos de símbolos de imagen, que están asignados en cada caso a distintos contextos, llevándose el conmutador de contexto (18) en un instante predeterminado a una posición predeterminada y accionándose a continuación en función del correspondiente contexto del símbolo de imagen a transmitir, - codificación de entropía de los grupos de símbolos de imagen y composición de los datos emitidos por los ramales de codificación (19) para formar un flujo de datos de vídeo comprimido, en el que los símbolos de imagen existentes en los distintos ramales de codificación (19) se transforman mediante un codificador de longitud de recorrido (23) asociado al correspondiente ramal de codificación (19) en símbolos de longitud de recorrido y en el que los símbolos de longitud de recorrido se transforman, con ayuda de un código de entropía adaptado a la distribución de frecuencias de los símbolos de imagen en el correspondiente contexto mediante un codificador de entropía (24) en símbolos de código del código de entropía.
Description
Codificación y decodificación sensibles al
contexto de un flujo de datos de vídeo.
La invención se refiere a procedimientos para
comprimir y descomprimir un flujo de datos de vídeo. La invención se
refiere además a dispositivos para realizar los procedimientos.
Tales procedimientos de compresión son
necesarios en particular para transportar datos de vídeo a través de
redes de datos orientadas a paquetes, ya que la anchura de banda de
redes de datos orientadas a paquetes está estrictamente limitada. Se
han desarrollado por lo tanto procedimientos estandarizados, como
por ejemplo MPEG-1, MPEG-2 y H.26X
con los que pueden comprimirse datos de vídeo. Los procedimientos
estandarizados funcionan con la codificación híbrida compensadora de
movimiento, una combinación de reducción de redundancia sin pérdidas
y de reducción de la irrelevancia con pérdidas.
La mayoría de las veces contribuye a la
compresión la llamada predicción compensadora de movimientos. La
predicción compensadora de movimientos aprovecha la similitud de
imágenes consecutivas, prediciendo la imagen a codificar en ese
momento a partir de imágenes ya transmitidas. Puesto que la mayoría
de las veces solo determinadas partes de las imágenes consecutivas
se mueven, fracciona un codificador la imagen a codificar en ese
momento en macrobloques rectangulares, que la mayoría de las veces
tienen un tamaño de 8 x 8 ó 16 x 16 puntos de imagen. Para cada uno
de estos macrobloques busca el codificador de entre las imágenes ya
transmitidas macrobloques que encajan y calcula su desplazamiento
respecto a los macrobloques de la imagen a codificar en ese momento.
Los desplazamientos de los macrobloques se describen mediante
vectores de movimiento, que codifica el codificador en base a tablas
de codificación.
Puesto que la imagen a codificar en ese momento
no puede construirse en todos los casos mediante el desplazamiento
de macrobloques de imágenes ya transmitidas, por ejemplo cuando
entran en la imagen nuevos objetos, debe transmitirse también el
error de predicción desde el codificador al decodificador. Este
error de predicción resulta de la diferencia entre la imagen real a
codificar en ese momento y la imagen de predicción construida
mediante desplazamiento de los macrobloques de imágenes
precedentes.
El documento US-5764374 describe
un sistema de compresión de imágenes sin pérdidas con determinación
del contexto, predicción y codificación de Golomb, determinándose
los parámetros del código de Golomb en función del contexto y de la
evolución en el tiempo.
Puesto que los errores de predicción de puntos
de imagen contiguos tienen correlación en zonas no predecibles o
malamente predecibles, se realiza para reducir la redundancia a
continuación una transformación del error de predicción. En función
del procedimiento de compresión se utilizan al respecto diversos
procedimientos de transformación. Son usuales por ejemplo la
transformación discreta del Wavelet (DWT) o la transformación
cosenoidal discreta (DCT). Mediante la transformación cosenoidal
discreta se transforma cada macrobloque de 8 x 8 puntos de imagen en
una matriz de 8 x 8 coeficientes espectrales. Entonces representa el
primer coeficiente la luminosidad media del bloque, con lo que el
mismo se denomina también "componente de continua" o
"coeficiente de CC". Los demás coeficientes reflejan, al crecer
el número del índice, componentes de más alta frecuencia de la
distribución de la luminosidad y se denominan por lo tanto
"componentes de alterna" o "coeficientes de CA".
Para reducir aún más la velocidad de datos
necesaria, se cuantifican los coeficientes espectrales antes de
continuar con la codificación. Cuando la señal de error de
predicción varía sólo lentamente de un punto de la imagen a otro,
entonces tras la cuantificación la mayoría de los coeficientes
espectrales de alta frecuencia son iguales a cero y por lo tanto no
han de transmitirse.
Puesto que tras la transformación la mayoría de
los coeficientes espectrales son cero, se reúnen los coeficientes
espectrales en la continuación del procedimiento mediante
codificación por longitud de recorrido y a continuación se codifican
con ayuda de una tabla de códigos con palabras de código de longitud
variable.
Partiendo de este estado de la técnica, la
invención tiene como tarea básica indicar procedimientos de
compresión y descompresión de datos de vídeo que presenten un mayor
grado de compresión que los procedimientos conocidos.
Esta tarea se resuelve según la invención
mediante un procedimiento para comprimir datos de vídeo en el que
los datos de vídeo de una imagen se representan mediante símbolos de
imagen, con las siguientes etapas de procedimiento:
- -
- elección de los símbolos de imagen a partir de una memoria de símbolos;
- -
- clasificación de los símbolos de imagen con ayuda de un conmutador de contexto entre distintos ramales de codificación para formar grupos de símbolos de imagen que están asignados en cada caso a distintos contextos, llevándose el conmutador de contexto en un instante predeterminado a una posición predeterminada y accionándose a continuación en función del correspondiente contexto del símbolo de imagen a transmitir;
- -
- codificación de entropía de los grupos de símbolos de imagen y composición de los datos emitidos por los ramales de codificación para formar un flujo de datos de vídeo comprimido.
Esta tarea se resuelve además según la invención
mediante un procedimiento para descomprimir un flujo de datos de
vídeo comprimido, en el que los datos de vídeo de los símbolos de
imagen que forman una imagen se extraen del flujo de datos de vídeo,
con las siguientes etapas de procedimiento:
- -
- reparto del flujo de datos de vídeo en segmentos de flujo de bits, asociados en cada caso a un contexto;
- -
- codificación de entropía de los segmentos de flujo de bits para formar grupos de símbolos de imagen; y
- -
- transmisión de los símbolos de imagen en grupos de símbolos de imagen distribuidos entre distintos ramales de decodificación mediante un conmutador de contexto a una memoria de imagen, encontrándose el conmutador de contexto en un instante predeterminado en una posición predeterminada y accionándose a continuación en función del contexto de los símbolos de imagen.
El procedimiento para la compresión y
descompresión según la invención se basa en el conocimiento de que
la probabilidad de que se presente un símbolo de imagen puede
depender fuertemente del correspondiente contexto. El procedimiento
según la invención aprovecha esta circunstancia clasificando los
símbolos de imagen en función del correspondiente contexto en los
ramales de codificación. Los símbolos de imagen distribuidos entre
los ramales de codificación pueden entonces codificarse de manera
efectiva con un código adaptado a la distribución de frecuencias de
los símbolos de imagen en el correspondiente contexto con longitud
de palabra variable. Un tal código se denomina a continuación
también código de entropía. Es especialmente ventajoso que pueda
utilizarse entonces un código adaptado a la distribución efectiva de
frecuencias de los símbolos de imagen en el correspondiente
contexto.
En una forma de ejecución preferente de la
invención, se distribuyen símbolos binarios entre los ramales de
codificación y a continuación se someten a una codificación por
longitud de recorrido, en la que se computa la cantidad de símbolos
iguales consecutivos y se codifica mediante un número asociado al
símbolo.
Esta forma de ejecución del procedimiento
correspondiente a la invención aprovecha la circunstancia de que en
un determinado contexto se presenta una gran cantidad de símbolos
iguales, que puede comprimirse de manera efectiva mediante una
codificación por longitud de recorrido. Dado que los símbolos de
imagen se clasifican en función del correspondiente contexto en los
ramales de codificación, con lo que en los ramales de codificación
existen grupos de símbolos de imagen que presentan en cada caso una
gran cantidad de símbolos de imagen iguales, se logra la premisa
para una codificación por longitud de recorrido efectiva.
En otra forma de ejecución preferente, se
utiliza en el correspondiente ramal de codificación o ramal de
decodificación para el código con longitud de palabra variable un
código de entropía que puede calcularse analíticamente, que durante
el proceso de compresión o descompresión se adapta a la distribución
de frecuencias de los símbolos de imagen en el correspondiente
contexto.
Mediante la utilización de un código que puede
generarse analíticamente, puede renunciarse a tablas de códigos
fijamente memorizadas, que contienen para cada posible contexto un
código adaptado. Más bien pueden adaptarse fácilmente los códigos de
entropía utilizados a las distribuciones de frecuencias que
realmente se presentan. Las adaptaciones exactas a las
distribuciones de frecuencias que realmente se presentan, permiten
una codificación eficiente de los símbolos de imagen, lo que reduce
aún más la anchura de banda necesaria para la transmisión.
En otra forma de ejecución preferente, se
utiliza el código Golomb que puede calcularse analíticamente para la
codificación de los símbolos de imagen.
El código Golomb es especialmente adecuado para
la adaptación continua a la correspondiente distribución de
frecuencias de los símbolos de imagen, ya que este código puede
calcularse continuamente en función de un único parámetro y con ello
puede parametrizarse de manera sencilla. Este código ofrece además
la ventaja de que el mismo es tolerante a los errores,
contrariamente a la codificación aritmética.
Otras particularidades de la invención son
objeto de las reivindicaciones dependientes.
A continuación se describirá la invención en
detalle en base al dibujo adjunto. Se muestra en:
figura 1 un diagrama de bloques que muestra la
estructura de un codificador y la secuencia del procedimiento
utilizado en la compresión;
figura 2 un diagrama que muestra los símbolos de
imagen de un macrobloque de una imagen de vídeo, en el que se han
inscrito el símbolo de imagen a transmitir y el correspondiente
contexto;
figura 3 un diagrama de bloques de una unidad de
codificación sensible al contexto que visualiza a la vez la
secuencia de la codificación sensible al contexto;
figura 4 un diagrama de bloques con la
estructura de un decodificador, que visualiza a la vez la secuencia
del procedimiento decodificador;
figura 5 un diagrama de bloques de una unidad
decodificadora sensible al contexto, en el que se ha representado
también la secuencia del procedimiento de decodificación sensible al
contexto; y
figura 6 un diagrama de bloques de un
codificador modificado.
La figura 1 muestra un codificador (encoder) 1
que funciona según el principio de la codificación híbrida
compensadora del movimiento. El codificador 1 dispone de una entrada
2, a través de la que se lleva el flujo de datos de vídeo al
codificador 1. En particular se llevan a través de la entrada 2 al
codificador datos de vídeo de una secuencia de imágenes. Una unidad
de estimación del movimiento 3 segmenta una imagen a codificar en
ese momento del flujo de datos de vídeo en macrobloques
rectangulares, la mayoría de las veces de un tamaño de 8 \times 8
ó 16 \times 16 puntos de imagen. Para cada uno de estos
macrobloques busca la unidad de estimación del movimiento 3
macrobloques adecuados de entre las imágenes ya transmitidas y
calcula sus vectores de movimiento. Los vectores de movimiento
pueden entonces codificarse con ayuda de tablas de códigos
tradicionales o también con ayuda de una unidad de codificación 4
sensible al contexto, que se describirá más en detalle a
continuación, e insertarse mediante un multiplexador 5 en un flujo
de bits emitido en una salida 6. Los vectores de movimiento de los
macrobloques calculados por la unidad de estimación del movimiento 3
se comunican también a un compensador de movimiento 7, que partiendo
de las imágenes ya transmitidas, almacenadas en una memoria de
imágenes 8, calcula la imagen de predicción que resulta del
desplazamiento de los macrobloques de las imágenes ya transmitidas.
Esta imagen de predicción se sustrae en un substractor 9 de la
imagen originaria, para generar un error de predicción, que se lleva
a un transformador cosenoidal discreto 10 con un cuantificador 11 a
continuación. El error de predicción se denomina también textura. El
error de predicción transformado y cuantificado se retransmite a
otra unidad de codificación 4 sensible al contexto, que convierte
los datos de error de predicción, transformados y cuantificados en
segmentos de flujo de bits, que son elegidos por el multiplexador 5
y alojados en el flujo de bits emitido a la salida
6.
6.
Mediante el procesamiento en el transformador
cosenoidal discreto 10, se representan los macrobloques con por
ejemplo 8 \times 8 puntos de imagen como matriz de 64 coeficientes
espectrales. Entonces contiene el primer coeficiente la luminosidad
media y se denomina por lo tanto también componente de continua o
coeficiente de CC. Los demás coeficientes espectrales reproducen, al
aumentar el subíndice, componentes de más alta frecuencia de la
distribución de luminosidades, por lo que los mismos se denominan
componentes de alterna o coeficientes de CA. Mediante el siguiente
cuantificador 11, se sigue reduciendo la velocidad de datos, puesto
que en elementos planos varía el error de predicción de un punto de
imagen a otro sólo lentamente, con lo que tras el procesamiento en
el cuantificador 11 los coeficientes espectrales de alta frecuencia
son iguales a cero y por lo tanto no deben transmitirse a
priori.
El cuantificador 11 tiene en cuenta además
también efectos psicovisuales, ya que el cerebro humano percibe los
componentes de imagen de baja frecuencia, precisamente los
componentes de imagen extensos en cuanto a superficie, con bastante
más claridad que los componentes de la imagen de alta frecuencia, es
decir, los detalles. Por ello se cuantifican los coeficientes
espectrales de más alta frecuencia con menos precisión que los
coeficientes espectrales de baja frecuencia.
Para poder realizar un seguimiento de las
imágenes ya transmitidas memorizadas en la memoria de imágenes 8, se
llevan los coeficientes espectrales a un cuantificador inverso 12 y
a un transformador cosenoidal discreto inverso 13 y los datos del
error de predicción así reconstruidos se suman en un sumador 14 a la
imagen de predicción generada por el compensador de movimiento 7. La
imagen así generada corresponde a aquella imagen que resulta al
decodificar. Esta imagen se archiva en la memoria de imágenes 8 y
sirve a la unidad de estimación del movimiento 3 como base para el
cálculo de los vectores de movimiento de la siguiente imagen.
La estructura y el funcionamiento de la unidad
de codificación sensible al contexto 4 se describirá a continuación
en base a las figuras 2 y 3.
En la figura 2 sirven las variables x_{1} a
x_{64} para representar los coeficientes espectrales emitidos por
el cuantificador 11. El coeficiente espectral x_{1} representa la
componente de continua o coeficiente de CC. Los coeficientes
espectrales x_{8} y x_{57} son los coeficientes espectrales
asociados en cada caso a las frecuencias de imagen más altas en las
direcciones x e y. El coeficiente espectral x_{64} corresponde a
la frecuencia de imagen más alta a lo largo de las diagonales de la
imagen. En el caso de que la unidad de codificación 4 se utilice
para codificar los vectores de movimiento, pueden representar las
variables x_{1} a x_{64} también distintos vectores de
desplazamiento.
Los coeficientes espectrales generados por el
transformador cosenoidal discreto están idealmente descorrelados por
completo, es decir, los coeficientes espectrales contiguos son
estadísticamente independientes entre sí. No obstante, incluso en
una descorrelación ideal de los coeficientes espectrales esto no es
necesariamente así para los distintos bits en los niveles de bits de
los coeficientes espectrales. Aquí existen más bien en gran medida
dependencias estadísticas. Esto se basa en el hecho de que los
coeficientes espectrales en general presentan valores pequeños, con
lo que en la zona de los niveles de bits inferiores, menos
significativos, existe a menudo el 1 lógico.
En la figura 2 se resalta por ejemplo el
coeficiente espectral x_{19}, cuyo valor binario en un determinado
nivel de bits depende estadísticamente de los valores binarios de
los coeficientes espectrales de un grupo de contexto 15 en el
correspondiente nivel de bits. El la figura 2 se forma el grupo de
contexto 15 por los valores binarios de los coeficientes espectrales
x_{1} a x_{3}, x_{9} a x_{11}, así como x_{17} y x_{18}
en un determinado nivel de bits. La distribución de frecuencias de
los valores binarios para los coeficientes espectrales x_{19} en
el correspondiente nivel de bits depende estadísticamente de los
valores binarios de los coeficientes espectrales contiguos en este
nivel de bits.
A continuación se denominarán los valores de las
variables x_{i} símbolos de imagen. La totalidad de los símbolos
de imagen forma un alfabeto. Una determinada combinación de valores
de las variables en un grupo de contexto C se denomina en lo que
sigue abreviadamente contexto.
La unidad de codificación 4 sensible al
contexto, representada en detalle en la figura 3, aprovecha la
dependencia estadística entre los símbolos de imagen y el
correspondiente contexto asociado para una codificación
efectiva.
En la unidad de codificación 4 sensible al
contexto se fragmentan las variables x_{i} mediante un scanner de
niveles de bits 16 en niveles de bits. Los niveles de bits se
transmiten uno tras otro comenzando por el nivel de bits de nivel
más alto a una memoria intermedia 17. En este caso hay así sólo dos
símbolos de imagen distintos, es decir, el 0 lógico y el 1
lógico.
Los símbolos de imagen se eligen en una
secuencia predeterminada en serie de la memoria intermedia 17. Los
símbolos de imagen elegidos a partir de la memoria intermedia 17 se
clasifican con ayuda de un conmutador de contexto 18 en ramales de
codificación 19. El conmutador de contexto 18 es controlado entonces
por un discriminador de contexto 20, que para cada símbolo de imagen
determina el correspondiente contexto y que se ocupa de la
correspondiente asignación de los símbolos de imagen a los ramales
de codificación 19. Además del discriminador de contexto 20, existe
también una unidad de cluster 21, que evalúa la distribución de
frecuencias de los símbolos de imagen en los correspondientes
contextos y cuando hay una coincidencia de distribuciones de
frecuencia de los símbolos de imagen en distintos contextos, da
lugar a que el discriminador de contexto 20 reúna los contextos
coincidentes en cuanto a la distribución de frecuencias de los
símbolos de imagen y los asigne a un ramal de codificación 19
común.
común.
Los símbolos de imagen asignados a uno de los
ramales de codificación 19 se memorizan primeramente en una memoria
tampón (buffer) 22. A continuación se realiza la conversión de los
símbolos de imagen en símbolos de longitud de recorrido con ayuda de
un codificador de longitud de recorrido 23, que transforma los
símbolos de imagen en símbolos de longitud de recorrido. En el caso
de que la distribución de frecuencias de los símbolos de imagen en
función del correspondiente contexto se desvíe de la distribución
uniforme, se presentan con especial frecuencia en los ramales de
codificación 19 unos pocos símbolos de imagen. Pero los mismos
símbolos de imagen pueden reunirse de manera efectiva con ayuda del
codificador de longitud de recorrido 23 para formar símbolos de
longitud de recorrido. En la codificación de longitud de recorrido
se cuentan los símbolos de imagen iguales consecutivos y se
codifican mediante el número de presencias. La secuencia binaria
"000100" se codifica por ejemplo como "302", significando
el "0" el "1" binario.
A continuación se transforman los símbolos de
longitud de recorrido mediante un codificador Golomb 24 en símbolos
de códigos con distinta longitud de palabra de código. El código
Golomb como tal le es conocido al especialista y no es objeto de la
solicitud.
La codificación Golomb es especialmente adecuada
para codificar los símbolos de longitud de recorrido, ya que la
codificación en longitud de recorrido de los símbolos de imagen
binarios da como resultado una distribución aproximadamente
geométrica de los símbolos de la longitud de recorrido. La
codificación Golomb es especialmente adecuada para este tipo de
distribución.
Puesto que la distribución de frecuencias de los
símbolos de imagen viene determinada continuamente por la unidad de
cluster 21, puede controlar la unidad de cluster 21 el codificador
Golomb 24 tal que el código Golomb utilizado por los codificadores
Golomb 24 para codificar los símbolos de longitud de recorrido esté
adaptado a la distribución de frecuencias de los símbolos de imagen
que se presentan en un determinado contexto.
También en este contexto es especialmente
ventajoso el código Golomb, ya que el código Golomb es especialmente
adecuado para un seguimiento adaptado a la distribución de
frecuencias, que varía con el tiempo, de los símbolos de imagen en
un determinado contexto, ya que el código Golomb es parametrizable y
con ayuda de un único parámetro puede adaptarse a las distribuciones
de frecuencia, que varían con el tiempo, de símbolos en un
alfabeto.
Los símbolos de codificación generados por los
codificadores Golomb 24 se memorizan como segmentos del flujo de
bits en una memoria tampón (buffer) de bits 25. Un multiplexador 26
combina los segmentos de flujo de bits de los distintos ramales de
codificación 19 para formar un único segmento de flujo de bits,
estando dotados los distintos segmentos del flujo de bits de los
ramales de codificación 19 de respectivas cabeceras ("header"),
en las que está inscrita la longitud del correspondiente segmento de
flujo de bits.
La función del multiplexador 26 puede ser
asumida también por el multiplexador 5, que proporciona en la salida
6 un flujo de datos de vídeo comprimido, en el que están alojadas
las informaciones sobre los vectores de desplazamiento y los datos
de error de predicción.
\newpage
Resumiendo, pueden fijarse así las siguientes
etapas del procedimiento realizadas en la unidad de codificación 4
sensible al contexto:
- -
- elección en serie de los símbolos de imagen de una memoria de imágenes 15;
- -
- clasificación de los símbolos de imagen con ayuda de un conmutador de contexto 18 entre distintos ramales de codificación 19, asociados en cada caso a distintos contextos, llevándose el conmutador de contexto 18 en un instante predeterminado a una posición predeterminada y accionándose a continuación en función del correspondiente contexto del símbolo de imagen a transmitir;
- -
- codificación en longitud de recorrido de los símbolos de imagen distribuidos entre los ramales de codificación 19 para formar símbolos de longitud de recorrido;
- -
- conversión de los símbolos de longitud de recorrido con ayuda de un código de entropía adaptado a la entropía del correspondiente contexto en símbolos de código, que se reúnen en un segmento de flujo de bits;
- -
- reunión de los segmentos del flujo de bits mediante un multiplexador 26 para formar un flujo de datos de vídeo comprimido.
En otro ejemplo de ejecución no representado, se
realiza la elección del contexto no a nivel de bits, sino bajo los
coeficientes espectrales completos. Una elección de contexto en el
plano de los coeficientes espectrales completos es procedente cuando
en base a la estadística de imágenes el procesamiento mediante el
transformador cosenoidal discreto 10 no represente la transformación
descorreladora ideal, con lo que los coeficientes espectrales no
están descorrelados por completo.
En la práctica la transformación cosenoidal
discreta no es la transformación descorreladora ideal, con lo que
existen dependencias estadísticas entre los coeficientes
espectrales, que pueden aprovecharse mediante la clasificación según
contextos y una codificación Golomb a continuación. Desde luego en
este caso no es efectiva la citada codificación en longitud de
recorrido, ya que los coeficientes espectrales completos pueden
asumir una gran cantidad de valores, con lo que resulta un alfabeto
extremadamente extenso. Puesto que en este caso las frecuencias de
presencia de los símbolos de imagen consideradas en función de los
correspondientes contextos siguen aproximadamente distribuciones
geométricas, es totalmente procedente una clasificación según
contextos y una codificación Golomb adaptada al correspondiente
contexto.
Además es posible también, en coeficientes
espectrales descorrelados de un macrobloque, clasificar los
coeficientes espectrales tal que para la elección del grupo de
contexto sólo se consideren los coeficientes espectrales de la misma
frecuencia, por ejemplo todos los coeficientes espectrales x_{1}
de los macrobloques contiguos. De esta manera pueden establecerse
dependencias estadísticas entre los coeficientes espectrales.
Consideraremos a continuación el correspondiente
procedimiento de decodificación. Se entiende que un procedimiento de
decodificación debe presentar las correspondientes etapas de
procedimiento. Un tal procedimiento de decodificación se describe a
continuación en base a las figuras 4 y 5.
En la figura 4 se representa un decodificador 27
para el flujo de datos de vídeo generado por un codificador 1. El
decodificador 27 recibe el flujo de datos de vídeo en una entrada
28, a la que está conectado a continuación un demultiplexador 29. El
demultiplexador 29 lleva la información relativa a los vectores de
desplazamiento a través de un decodificador 30 sensible al contexto,
que se describirá a continuación en detalle, a un compensador de
movimiento 31. Aquellas partes del flujo de datos de vídeo que
contienen información relativa a los errores de predicción, se
llevan a otra unidad decodificadora 30 sensible al contexto, que a
partir del flujo de bits entrante reconstruye los datos de error de
predicción. Los datos de error de predicción se llevan a un
cuantificador inverso 32 y a un transformador cosenoidal discreto
inverso 33 y se suman con los datos aportados por el compensador de
movimiento 31 en un sumador 34 y se memorizan en una memoria de
imágenes 35. La memoria de imágenes 35 está conectada finalmente con
una unidad de pantalla 36, en la que se muestran las imágenes de
vídeo.
En la figura 5 se representa la unidad
decodificadora 30 sensible al contexto en detalle. La unidad
decodificadora 30 sensible al contexto presenta un analizador
sintáctico (parser) de cabecera (header) 37, que lee las
informaciones de cabecera contenidas en el flujo de bits y que
controla un demultiplexador 38 tal que los segmentos de flujo de
bits asignados a los distintos contextos se distribuyen entre los
ramales de decodificación 39. Los segmentos de flujo de bits se
inscriben entonces primeramente en el buffer de flujo de bits 40 y a
continuación se transforman mediante un decodificador Golomb 41 en
una secuencia de símbolos de longitud de recorrido, que son
transformados por un decodificador de longitud de recorrido 42 en
los símbolos de imagen asociados y que se inscriben en un buffer de
símbolos de imagen 43. De entre los buffers de símbolos de imagen 43
se eligen los símbolos de imagen mediante un conmutador de contexto
4 4 en una memoria intermedia 45, que lleva conectado a continuación
un editor de imágenes 4 6, en el que se reúnen de nuevo los niveles
de bits.
Al comienzo de la transmisión del buffer de
símbolos de imagen 43 a la memoria intermedia 45, se encuentra el
conmutador de contexto 44 en una posición predeterminada. Al
continuar el proceso de elección, es controlado el conmutador de
contexto 44 mediante un discriminador de contexto 47. El
discriminador de contexto 47 determina a partir de los símbolos de
imagen elegidos el contexto del símbolo de imagen a elegir y conecta
el conmutador de contexto 44 al correspondiente ramal decodificador
39. Al igual que en la unidad de codificación 4 sensible al
contexto, existe también en la unidad decodificadora 30 sensible al
contexto una unidad de cluster 48, que evalúa la distribución de
frecuencias de los símbolos de imagen y que mediante control del
discriminador de contexto 47 determina la asociación de los
contextos a los ramales de decodificación 39. Además, controla la
unidad de cluster 48 el decodificador Golomb 41, al elegir la unidad
de cluster 48 un código Golomb adaptado a la distribución de
frecuencias de los símbolos de imagen. Las reglas según las que
funciona la unidad de cluster 48 deben ser las mismas que las reglas
según las que funciona la unidad de cluster 21 de la unidad de
codificación 4 sensible al contexto, para que el conmutador de
contexto 44 de la unidad decodificadora 30 sensible al contexto
funcione exactamente igual que el conmutador de contexto 18 de la
unidad de codificación 4 sensible al contexto.
Así ejecuta la unidad decodificadora 30 sensible
al contexto las siguientes etapas del procedimiento:
- -
- distribución de los segmentos de flujo de bits del flujo de datos de vídeo mediante el demultiplexador 38 entre ramales decodificadores 39, asociados en cada caso a un contexto de símbolo de imagen;
- -
- codificación de entropía de los segmentos de flujo de bits en símbolos de longitud de recorrido;
- -
- decodificación de la longitud de recorrido de los símbolos de longitud de recorrido en símbolos de imagen que representan datos de vídeo de una imagen;
- -
- transmisión de los símbolos de imagen de los ramales de decodificación 39 mediante el conmutador de contexto 44 a una memoria de imágenes 45, encontrándose el conmutador de contexto 44 en un instante predeterminado en una posición predeterminada y accionándolo a continuación en función del contexto de los símbolos de imagen.
En la figura 6 se representa finalmente un
codificador 49 modificado, en el que los datos de error de
predicción transformados no se toman inmediatamente tras el
cuantificador 11, sino tras la unidad de codificación 4 sensible al
contexto y se transforman a la inversa mediante una unidad de
codificación inversa sensible al contexto 50, el cuantificador
inverso 12 y el transformador cosenoidal discreto inverso 13.
Finalmente señalemos que el procedimiento aquí
descrito puede utilizarse siempre que exista una interrelación
estadística entre símbolos de imagen y un contexto. Los símbolos de
imagen pueden entonces ser bits individuales o también grupos de
bits en un nivel de bits o a través de varios niveles de bits. Así
es posible también una clusterización de símbolos de imagen.
Además, señalemos que los procedimientos y
dispositivos para la compresión y descompresión de flujos de datos
de vídeo aquí descritos pueden realizarse tanto en hardware como
también en software. También puede pensarse en una ejecución
mixta.
El procedimiento aquí descrito es básicamente
independiente de la fuente de datos especial de que se trate y puede
utilizarse por lo tanto más allá de la codificación de una textura
también para la codificación de los vectores de movimiento o incluso
para la codificación de informaciones administrativas.
Claims (16)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Procedimiento para comprimir un flujo de datos de vídeo en el que los datos de vídeo de una imagen se representan mediante símbolos de imagen, con la etapa de procedimiento:- -
- elección de los símbolos de imagen a partir de una memoria de símbolos (17),
caracterizado por las siguientes etapas de procedimiento:- -
- clasificación de los símbolos de imagen con ayuda de un conmutador de contexto (18) entre distintos ramales de codificación (19) para formar grupos de símbolos de imagen, que están asignados en cada caso a distintos contextos, llevándose el conmutador de contexto (18) en un instante predeterminado a una posición predeterminada y accionándose a continuación en función del correspondiente contexto del símbolo de imagen a transmitir,
- -
- codificación de entropía de los grupos de símbolos de imagen y composición de los datos emitidos por los ramales de codificación (19) para formar un flujo de datos de vídeo comprimido,
en el que los símbolos de imagen existentes en los distintos ramales de codificación (19) se transforman mediante un codificador de longitud de recorrido (23) asociado al correspondiente ramal de codificación (19) en símbolos de longitud de recorrido y en el que los símbolos de longitud de recorrido se transforman, con ayuda de un código de entropía adaptado a la distribución de frecuencias de los símbolos de imagen en el correspondiente contexto mediante un codificador de entropía (24) en símbolos de código del código de entropía. - 2. Procedimiento según la reivindicación 1,en el que los segmentos generados mediante la codificación de entropía se reúnen mediante un multiplexador (26) para formar flujo de datos de vídeo comprimido.
- 3. Procedimiento según la reivindicación 2,en el que el multiplexador (26) inserta en el flujo de datos de vídeo comprimido elementos de información sobre la longitud de los segmentos de flujo de bits.
- 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3,en el que los ramales de codificación (19) se asignan durante el proceso de compresión, con ayuda de un sistema lógico de contexto (20, 21), adaptivamente a los contextos que se presentan de los símbolos de imagen.
- 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4,en el que para la conversión de los símbolos de imagen en símbolos de código se utiliza un código de entropía, que puede calcularse analíticamente, adaptado a la distribución de frecuencias de los símbolos de imagen en el correspondiente contexto.
- 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5,en el que para el código de entropía se utiliza el código Golomb.
- 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6,en el que para los datos de vídeo a comprimir se utilizan datos de textura.
- 8. Dispositivo para realizar un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6,en el que una memoria de imágenes (17) lleva conectado a continuación un conmutador de contexto (18) controlado por una lógica de contexto (20, 22), mediante el que los símbolos de imagen elegidos de la memoria de imágenes (17) pueden clasificarse en distintos grupos de símbolos de imagen asociados a los correspondientes contextos y pueden llevarse a un codificador de entropía (24), y en el que el conmutador de contexto (18) distribuye los símbolos de imagen en función del contexto entre distintos ramales de codificación (19), que presentan en cada caso un codificador de entropía (24) para un código de entropía adaptado a la distribución de frecuencias de los símbolos de imágenes en el correspondiente contexto y un codificador de longitud de recorrido (23) y que por su lado de salida están conectados a un multiplexador (26).
- 9. Procedimiento para descomprimir un flujo de datos de vídeo comprimido,en el que los símbolos de imagen se extraen a partir del flujo de datos de vídeo, con la etapa de procedimiento:
- -
- reparto del flujo de datos de vídeo en segmentos de flujo de bits asociados en cada caso a un contexto, y
\newpage
\global\parskip1.000000\baselineskip
caracterizado por las siguientes etapas de procedimiento:- -
- codificación de entropía de los segmentos de flujo de bits para formar grupos de símbolos de imagen; y
- -
- transmisión de los símbolos de imagen en grupos de símbolos de imagen distribuidos entre distintos ramales decodificadores (39) mediante un conmutador de contexto (44) a una memoria de imagen (45), encontrándose el conmutador de contexto (44) en un instante predeterminado en una posición predeterminada y accionándose a continuación en función del contexto de los símbolos de imagen,
en el que los símbolos de códigos contenidos en los segmentos del flujo de bits se transforman con ayuda de un código de entropía adaptado a la distribución de frecuencias de los símbolos de imagen en el correspondiente contexto mediante un codificador de entropía (41) en símbolos de longitud de recorrido, que a continuación se decodifican mediante un decodificador de longitud de recorrido (42) en símbolos de imagen que representan datos de vídeo de una imagen. - 10. Procedimiento según la reivindicación 9,en el que los símbolos de código están codificados en un código de entropía que puede calcularse analíticamente.
- 11. Procedimiento según la reivindicación 10,en el que los símbolos de código están codificados en código Golomb.
- 12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11,en el que los ramales decodificadores (39) están asignados adaptivamente a los contextos de los símbolos de imagen durante el proceso de descompresión con ayuda de un sistema lógico de contexto (47, 48).
- 13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 12,en el que los segmentos del flujo de bits correspondientes al flujo de datos de vídeo se distribuyen mediante un demultiplexador (38) entre ramales decodificadores (39), asociados en cada caso a un contexto.
- 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 13,en el que el demultiplexador (38) es controlado por elementos de información insertados en el flujo de bits y que se refieren a la longitud de los segmentos del flujo de bits.
- 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 14,en el que para los datos de vídeo se utilizan datos de textura.
- 16. Dispositivo para descomprimir datos de vídeo según una de las reivindicaciones 9 a 15,en el que los segmentos de flujo de bits pueden distribuirse mediante un demultiplexador (38) entre distintos ramales decodificadores (39) asociados a los distintos contextos de los símbolos de imagen, que en cada caso presentan un decodificador de entropía (41) para un código de entropía adaptado a la distribución de frecuencias de los símbolos de imagen en el correspondiente contexto, y a los que está conectado a continuación un conmutador de contexto (44) y una memoria de imagen (45) y en el que los ramales de decodificación (39) presentan respectivos decodificadores de longitud de recorrido (42).
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