TWI511530B - Distributed video coding system and decoder for distributed video coding system - Google Patents
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Description
本發明係關於分散式視訊編碼系統及應用於分散式視訊編碼系統之解碼器。
習知分散式視訊編碼系統(distributed video coding)將編碼器端之部分工作轉移至解碼器端，因此，解碼器端的工作及複雜度大增為數倍，且難以實現於即時系統(real time system)之應用。並且造成習知分散式視訊編碼系統之整體效能(performance)偏低，及無法產生高效能視訊。
本發明提供分散式視訊編碼系統。在一實施例中，該分散式視訊編碼系統包括：一編碼器及一解碼器。該編碼器包括：一分類器、一省略區塊遮罩模組、一編碼端省略區塊記錄表及一編碼模組。該解碼器包括：一解碼模組、一解碼端省略區塊記錄表、一模式選擇模組、一區塊填補模組及一像素填補模組。
該分類器包括一第一分類模組及一第二分類模組，該第一分類模組用以計算得至少一零移動區塊，該第二分類模組用以計算得至少一低移動區塊。該省略區塊遮罩模組依據至少一零移動區塊及至少一低移動區塊，以遮罩一影像資料為至少一省略區塊，未遮罩部分為至少一非省略區塊。該編碼端省略區塊記錄表用以記錄該至少一省略區塊。該編碼模組用以編碼該至少一非省略區塊為編碼影像資料。
該解碼模組用以解碼該編碼影像資料為至少一非省略區塊。該解碼端省略區塊記錄表用以接收該編碼端省略區塊記錄表之資料。該模式選擇模組依據該解碼端省略區塊記錄表，用以選擇一設定模式，依據該設定模式選擇一目前畫面之至少一設定區塊，該設定區塊包括複數個像素。該區塊填補模組包括一零移動向量取代模組及一運動估算模組，該零移動向量取代模組用以將該目前畫面之該至少一零移動區塊，以一參考畫面之對應零移動區塊取代；依據該至少一低移動區塊及該目前畫面之該設定區塊，該運動估算模組選擇該設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個鄰近像素，並比對該參考畫面之一對應設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個對應鄰近像素，以決定是否將該參考畫面之該對應設定區塊複製至該目前畫面之該設定區塊。該像素填補模組用以填補該目前畫面之至少一剩餘像素。
本發明另提供應用於分散式視訊編碼系統之解碼器。在一實施例中，該解碼器包括：一模式選擇模組及一運動估算模組。該模式選擇模組用以選擇一設定模式，依據該設定模式選擇一目前畫面之至少一設定區塊，該設定區塊包括。該運動估算模組依據該目前畫面之該設定區塊，選擇該設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個鄰近像素，並比對一參考畫面之一對應設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個對應鄰近像素，以決定是否將該參考畫面之該對應設定區塊複製至該目前畫面之該設定區塊。
本發明分散式視訊編碼系統之解碼器複雜度可大幅地降低，並且提升本發明分散式視訊編碼系統之整體效能。
10‧‧‧應用於分散式視訊編碼系統之解碼器
11‧‧‧模式選擇模組
12‧‧‧運動估算模組
21‧‧‧模式0之設定區塊
22、23‧‧‧模式1之設定區塊
24、25‧‧‧模式2之設定區塊
26-29‧‧‧模式3之設定區塊
31‧‧‧參考畫面
32‧‧‧目前畫面
40‧‧‧編碼器
41‧‧‧分類器
42‧‧‧省略區塊遮罩模組
43‧‧‧排列模組
44‧‧‧次畫面處理模組
45‧‧‧編碼端省略區塊記錄表
46‧‧‧編碼模組
50‧‧‧解碼器
51‧‧‧解碼模組
52‧‧‧次畫面恢復模組
53‧‧‧反向排列模組
54‧‧‧解碼端省略區塊記錄表
55‧‧‧模式選擇模組
56‧‧‧區塊填補模組
57‧‧‧像素填補模組
60‧‧‧目前畫面
61‧‧‧省略區塊
62‧‧‧樣板區塊
64‧‧‧匹配區塊
311‧‧‧對應設定區塊
312‧‧‧搜尋範圍
321‧‧‧設定區塊
411‧‧‧第一分類模組
412‧‧‧第二分類模組
561‧‧‧零移動向量取代模組
562‧‧‧運動估算模組
571‧‧‧前後空間紋理合成模組
572‧‧‧像素內插模組
611‧‧‧剩餘像素
631‧‧‧候選像素
圖1顯示本發明應用於分散式視訊編碼系統之解碼器之一實施例之示意圖；圖2顯示本發明模式選擇模組中各個模式之一實施例之示意圖；
圖3顯示本發明運動估算模組之比對之一實施例之示意圖；圖4顯示本發明分散式視訊編碼系統之編碼器之一實施例之示意圖；圖5顯示本發明分散式視訊編碼系統之解碼器之一實施例之示意圖；及圖6顯示本發明前後空間紋理合成(spatio-temporal texture synthesis)模組之比對之一實施例之示意圖。
圖1顯示本發明應用於分散式視訊編碼系統之解碼器之一實施例之示意圖。參考圖1，在一實施例中，本發明應用於分散式視訊編碼系統之解碼器10包括：一模式選擇(mode decision)模組11及一運動估算(motion estimation)模組12。
圖2顯示本發明模式選擇模組中各個模式之一實施例之示意圖。配合參考圖1及圖2，該模式選擇模組11用以選擇一設定模式，依據該設定模式選擇一目前畫面(current frame)之至少一設定區塊，該設定區塊包括複數個像素。在一實施例中，各個設定模式包括模式0、模式1、模式2及模式3。在模式0中，該設定區塊21為4X4矩陣，包括16個像素；在模式1中，包括二個設定區塊22、23，每個設定區塊為4X2矩陣，包括8個像素；在模式2中，包括二個設定區塊24、25，每個設定區塊為2X4矩陣，包括8個像素；在模式3中，包括四個設定區塊26、27、28、29，每個設定區塊為2X2矩陣，包括4個像素。依據所需之複雜度及解析度，該模式選擇模組11可以彈性地設定不同之設定模式。
圖3顯示本發明運動估算模組之比對之一實施例之示意圖，稱之為部分邊界匹配演算法(partial boundary matching algorithm，PBMA)。配合參考圖1至圖3，該運動估算模組12依據該目前畫面32之
該設定區塊321，選擇該設定區塊321之左邊及上方之外周邊之複數個鄰近像素，並比對一參考畫面(reference frame)31之一對應設定區塊311之左邊及上方之外周邊之複數個對應鄰近像素，以決定是否將該參考畫面31之該對應設定區塊311複製至該目前畫面32之該設定區塊321。在一實施例中，若選擇模式0，該設定區塊321為4X4矩陣，包括16個像素，且該設定區塊321之左邊及上方之外周邊為9個鄰近像素。同樣地，該對應設定區塊311之左邊及上方之外周邊為9個鄰近像素。若該設定區塊321之左邊及上方之外周邊之9個鄰近像素之總像素值與該對應設定區塊311之左邊及上方之外周邊之9個鄰近像素之總像素值相差在一設定值內，則可將該參考畫面31之該對應設定區塊311複製至該目前畫面32之該設定區塊321。
該參考畫面31可為該目前畫面32之相鄰前一畫面或相鄰後一畫面等。該運動估算模組12可於該參考畫面31之一搜尋範圍(search range)312(如圖3虛線所示)內進行上述之比對，以決定一候選區塊，該候選區塊之左邊及上方之外周邊之9個鄰近像素之總像素值與該設定區塊321之左邊及上方之外周邊之9個鄰近像素之總像素值之差值，在該搜尋範圍312內是最少，則可將該參考畫面31之該搜尋範圍312內之候選區塊複製至該目前畫面32之該設定區塊321。
該設定模式另包括一比對順序，該運動估算模組依據該比對順序，依序進行比對。在一實施例中，若選擇模式0，則僅進行模式0所示設定區塊之比對即可；若選擇模式3，則先比對模式0所示之設定區塊後，再依序比對模式1、模式2及模式3所示之設定區塊，並選擇最佳匹配區塊。
利用該模式選擇模組及該運動估算模組，本發明之解碼器之複雜度可大幅地降低，並且提升本發明解碼器之效能。再者，該模式選擇模組可依據所需之複雜度及解析度，彈性地設定不同之設定模式，
使該運動估算模組彈性地進行估算，以進一步提高效能。
圖4顯示本發明分散式視訊編碼系統之編碼器之一實施例之示意圖；圖5顯示本發明分散式視訊編碼系統之解碼器之一實施例之示意圖。配合參考圖4及圖5，本發明之分散式視訊編碼系統包括：一編碼器40及一解碼器50。該編碼器40包括：一分類器41、一省略區塊遮罩模組42、一編碼端省略區塊記錄表45及一編碼模組46。
該分類器(classifier)41包括一第一分類模組411及一第二分類模組412。該第一分類模組411用以計算得至少一零移動區塊(zero motion block)。在一實施例中，該第一分類模組411可為一SAD(sum of absolute differences)分類模組，亦即計算該目前畫面之一區塊內之複數個像素與該參考畫面之一對應區塊之複數個像素之絕對差值之總和。若該總和小於一設定值，則表示該目前畫面之該區塊內之該等像素與該參考畫面之該對應區塊之該等像素相似，沒有移動，故可計算得該目前畫面之零移動區塊。
該第二分類模組412用以計算得至少一低移動區塊(low motion block)。在一實施例中，該第二分類模組411可為一DC(direct current)分類模組，亦即計算該目前畫面之一區塊內之複數個像素與該參考畫面之一對應區塊之複數個像素之平均值。若該平均值小於一設定值，則表示該目前畫面之該區塊內之該等像素與該參考畫面之該對應區塊之該等像素相差不大，可歸類為低移動區塊，故可計算得該目前畫面之低移動區塊。
該省略區塊遮罩(skip block mask)模組42依據至少一零移動區塊及至少一低移動區塊，以遮罩一影像資料A為至少一省略區塊(skip block)，未遮罩部分為至少一非省略區塊(non-skip block)。在一實施例中，該影像資料可為該目前畫面之資料。該至少一省略區塊包括該零移動區塊及該低移動區塊，表示該零移動區塊及該低移動
區塊可由該參考畫面取得，在進行編碼時，可以省略該零移動區塊及該低移動區塊。
該編碼端省略區塊記錄表45用以記錄該至少一省略區塊。該編碼模組46用以編碼該至少一非省略區塊為編碼影像資料B。該編碼模組46可利用一標準進行編碼，例如：H.263+、H.264/AVC、MPEG-2、MPEG-4、JPEG或JPEG-2000等，但不限於上述之標準。
該解碼器50包括：一解碼模組51、一解碼端省略區塊記錄表54、一模式選擇模組55、一區塊填補模組56及一像素填補模組57。該解碼模組51用以解碼該編碼影像資料B為至少一非省略區塊。該解碼端省略區塊記錄表54用以接收該編碼端省略區塊記錄表45之資料C。
該模式選擇模組55依據該解碼端省略區塊記錄表，用以選擇一設定模式，依據該設定模式選擇該目前畫面之至少一設定區塊，該設定區塊包括複數個像素。該模式選擇模組55可參考圖1之該模式選擇模組11及圖2之說明，在此不再敘述。
該區塊填補(block padding)模組56包括一零移動向量取代(zero motion vector replacement)模組561及一運動估算模組562，該零移動向量取代模組561用以將該目前畫面之該至少一零移動區塊，以該參考畫面之對應零移動區塊取代。如上所述，由於該目前畫面之該零移動區塊內之該等像素與該參考畫面之該對應零移動區塊之該等像素相同，故可直接以該參考畫面之對應零移動區塊取代。
依據該至少一低移動區塊及該目前畫面之該設定區塊，該運動估算模組562選擇該設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個鄰近像素，並比對該參考畫面之一對應設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個對應鄰近像素，以決定是否將該參考畫面之該對應設定區塊複製至該目前畫面之該設定區塊。在一實施例中，該運動估算模組562係針對該至少一低移動區塊，在該參考畫面之一搜尋範圍進行比對。由
於該目前畫面之該至少一低移動區塊係相對於該參考畫面之低移動區塊，因此，可能可以在該參考畫面之該搜尋範圍內取得與該目前畫面之該至少一低移動區塊相同或類似之區塊，故可降低解碼器之複雜度。該運動估算模組562可參考圖1之該運動估算模組12及圖2與圖3之說明，在此不再敘述。
該像素填補(pixel padding)模組57用以填補該目前畫面之至少一剩餘像素。經過該區塊填補模組56後已可填補該目前畫面之所有該至少一零移動區塊及部分該至少一低移動區塊，其他沒有填補之部分該至少一低移動區塊或至少一剩餘像素，則以該像素填補模組57填補。該像素填補模組57包括一前後空間紋理合成(spatial-temporal texture synthesis)模組571及一像素內插(pixel interpolation)模組572。
圖6顯示本發明前後空間紋理合成模組之比對之一實施例之示意圖。配合參考圖5及圖6，該前後空間紋理合成模組571依據該目前畫面60之該省略區塊61之該剩餘像素611，選擇該剩餘像素611之左邊外周邊之一樣板區塊62，並比對該目前畫面60或該參考畫面之一匹配區塊64，以決定是否將該匹配區塊64之一候選像素631填補至該剩餘像素611。在一實施例中，該省略區塊61為4X4矩陣，該樣板區塊62及該匹配區塊64均為3X3矩陣。
該像素內插(pixel interpolation)模組572依據該目前畫面之該至少一省略區塊之該剩餘像素，選擇該至少一省略區塊之外周邊之複數個選擇像素，並平均計算該等選擇像素，以計算得該剩餘像素。在一實施例中，係選擇該至少一省略區塊之外周邊之相鄰選擇像素，並平均計算其內插植，以計算得該剩餘像素。因此，該解碼器50可得到該目前畫面之資料D。
本發明之該編碼器40另包括一排列模組43，用以將該至少一非省略區塊之順序重新排列。本發明之該解碼器50另包括一反向排列模
組53，用以恢復該至少一非省略區塊之順序。
本發明之該編碼器40另包括一次畫面處理模組44，用以切割處理該目前畫面為1/2、1/4或更多區段(segment)。本發明之該解碼器50另包括一次畫面恢復模組52，用以恢復經切割處理之該目前畫面。
經實驗結果顯示，本發明分散式視訊編碼系統之解碼器複雜度大幅地降低，並且提升本發明分散式視訊編碼系統之整體效能。再者，該模式選擇模組可依據所需之複雜度及解析度，彈性地設定不同之設定模式，使該運動估算模組彈性地進行估算，以進一步提高整體效能。
惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧應用於分散式視訊編碼系統之解碼器
11‧‧‧模式選擇模組
12‧‧‧運動估算模組
Claims (10)
- 一種分散式視訊編碼系統，包括：一編碼器，包括：一分類器，包括一第一分類模組及一第二分類模組，該第一分類模組用以計算得至少一零移動區塊，該第二分類模組用以計算得至少一低移動區塊；一省略區塊遮罩模組，依據至少一零移動區塊及至少一低移動區塊，以遮罩一影像資料為至少一省略區塊，未遮罩部分為至少一非省略區塊；一編碼端省略區塊記錄表，用以記錄該至少一省略區塊；及一編碼模組，用以編碼該至少一非省略區塊為編碼影像資料；及一解碼器，包括：一解碼模組，用以解碼該編碼影像資料為至少一非省略區塊；一解碼端省略區塊記錄表，用以接收該編碼端省略區塊記錄表之資料；一模式選擇模組，依據該解碼端省略區塊記錄表，用以選擇一設定模式，依據該設定模式選擇一目前畫面之至少一設定區塊，該設定區塊包括複數個像素；一區塊填補模組，包括一零移動向量取代模組及一運動估算模組，該零移動向量取代模組用以將該目前畫面之該至少一零移動區塊，以一參考畫面之對應零移動區塊取代；依據該至少一低移動區塊及該目前畫面之該設定區塊，該運動估算模組 選擇該設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個鄰近像素，並比對該參考畫面之一對應設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個對應鄰近像素，以決定是否將該參考畫面之該對應設定區塊複製至該目前畫面之該設定區塊；及一像素填補模組，用以填補該目前畫面之至少一剩餘像素。
- 如請求項1之分散式視訊編碼系統，其中該編碼器另包括一排列模組，用以將該至少一非省略區塊之順序重新排列；該解碼器另包括一反向排列模組，用以恢復該至少一非省略區塊之順序。
- 如請求項1之分散式視訊編碼系統，其中該編碼器另包括一次畫面處理模組，用以切割處理該目前畫面；該解碼器另包括一次畫面恢復模組，用以恢復經切割處理之該目前畫面。
- 如請求項1之分散式視訊編碼系統，其中該像素填補模組包括一前後空間紋理合成模組，依據該目前畫面之該剩餘像素，選擇該剩餘像素之左邊外周邊之一樣板區塊，並比對該目前畫面或該參考畫面之一匹配區塊，以決定是否將該匹配區塊之一候選像素填補至該剩餘像素。
- 如請求項1之分散式視訊編碼系統，其中該像素填補模組包括一像素內插模組，依據該目前畫面之該至少一省略區塊之該剩餘像素，選擇該至少一省略區塊之外周邊之複數個選擇像素，並平均計算該等選擇像素，以計算得該剩餘像素。
- 如請求項1之分散式視訊編碼系統，其中該設定模式另包括一比對順序，該運動估算模組依據該比 對順序，依序進行比對。
- 如請求項1之分散式視訊編碼系統，其中該運動估算模組於該參考畫面之一搜尋範圍內進行比對，以決定一候選區塊。
- 一種應用於分散式視訊編碼系統之解碼器，包括：一模式選擇模組，用以選擇一設定模式，依據該設定模式選擇一目前畫面之至少一設定區塊，該設定區塊包括複數個像素；及一運動估算模組，依據該目前畫面之該設定區塊，選擇該設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個鄰近像素，並比對一參考畫面之一對應設定區塊之左邊及上方之外周邊之複數個對應鄰近像素，以決定是否將該參考畫面之該對應設定區塊複製至該目前畫面之該設定區塊。
- 如請求項8之解碼器，其中該設定模式另包括一比對順序，該運動估算模組依據該比對順序，依序進行比對。
- 如請求項8之解碼器，其中該運動估算模組於該參考畫面之一搜尋範圍內進行比對，以決定一候選區塊。
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| TW103142905A TWI511530B (zh) | 2014-12-09 | 2014-12-09 | Distributed video coding system and decoder for distributed video coding system |
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