專利名稱：編碼/解碼視頻信號的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及編碼/解碼視頻信號的方法與裝置；更具體地，涉及通過有選擇地編碼視頻信號而能夠減少傳輸率的一種編碼方法與裝置，還涉及與之對應(yīng)的一種解碼裝置。
眾所周知，傳輸數(shù)字化的視頻信號能得到比傳輸模擬信號高得多的視頻圖象質(zhì)量。當(dāng)包含一序列圖象“幀”的一個圖象信號用數(shù)字形式表示時，便生成大量要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，尤其是在高清晰度電視系統(tǒng)的情況中。然而，由于一條傳統(tǒng)的傳輸信道可資利用的頻帶寬度是有限的，為了通過它來傳輸大量的數(shù)字數(shù)據(jù)，不可避免地要壓縮或減少傳輸數(shù)據(jù)量。在各種視頻壓縮技術(shù)中，結(jié)合統(tǒng)計編碼技術(shù)的所謂混合編碼技術(shù)是已知最高效的。
大多數(shù)混合編碼技術(shù)采用運動補償DPCM(差分脈沖編碼調(diào)制)、二維DCT(離散余弦變換)、DCT系數(shù)的量化及VLC(可變長度編碼)。運動補償DPCM是估算一個目標(biāo)在一個當(dāng)前幀與其前一幀之間的運動，并根據(jù)目標(biāo)的運動流預(yù)測當(dāng)前幀以生成表示當(dāng)前幀與其預(yù)測之間的差的一個誤差信號的過程。這一方法描述在諸如Staffan Ericsson的“用于混合預(yù)測/變換編碼的固定與自適應(yīng)預(yù)測器”中，IEEE通信學(xué)報，COM-33，第12號(1985年12月)；以及在Ninomiya與Ohtsuka的“電視畫面的一種運動補償幀間編碼方案”中，IEEE通信學(xué)報，COM-30，第1號(1982年1月)。
減少或利用圖象數(shù)據(jù)間的空間冗余性的二維DCT將一塊數(shù)字圖象數(shù)據(jù)(例如8×8個象素的一塊)轉(zhuǎn)換成一組變換系數(shù)數(shù)據(jù)。這一技術(shù)描述在Chen與Pratt的“場景自適應(yīng)編碼器”中，IEEE通信學(xué)報，COM-32，第3號(1984年3月)。通過用量化器、折線掃描與VLC處理這些變換系數(shù)數(shù)據(jù)，能夠有效地壓縮要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
具體地，在運動補償DPCM中，根據(jù)對當(dāng)前與前面的幀之間的運動的估算，從對應(yīng)的前一幀數(shù)據(jù)中預(yù)測當(dāng)前幀數(shù)據(jù)。這種估算的運動可用表示前一幀與當(dāng)前幀之間的象素的位移的二維運動矢量來描述。
存在著兩種基本方法來估算一個目標(biāo)的象素的位移一種是逐塊地估算而另一種是逐個象素地趨近。
在逐塊的運動估算中，將當(dāng)前幀中的一塊與其前一幀中的塊進行比較，直到確定一個最佳匹配為止。從這一點上，便能為正在傳輸?shù)漠?dāng)前幀估算整個塊的一個幀間位移矢量(表示該塊象素在幀間移動了多少)。然而，如果塊中的所有象素并不以同一方式移動，則逐塊的運動估算便會得出低劣的估算，從而降低整體畫面質(zhì)量。
反之，采用逐個象素趨近的方法，為各個與每一個象素確定一個位移。這一技術(shù)能夠?qū)ο笏刂底鞒龈_的估算，并具有容易地處理標(biāo)度改變(諸如變焦、垂直于圖象平面的運動)的能力。然而，由于在逐個象素趨近中，是為各個與每一個象素確定一個運動矢量的，實際上不可能將所有的運動矢量都傳輸給一臺接收機。
為改善由逐個象素趨近導(dǎo)致的過多的傳輸數(shù)據(jù)問題而引入的技術(shù)之一為基于特征點的運動估算法。
在基于特征點的運動估算技術(shù)中，將一組選擇的點(即特征點)的運動矢量傳輸給一臺接收機，其中的特征點是定義為前一幀或當(dāng)前幀中能夠代表一個目標(biāo)的運動的象素以便能在接收機中從這些特征點的運動矢量，恢復(fù)或逼近當(dāng)前幀的象素的運動矢量。在采用基于特征點的運動估算的編碼器中，公開了名為“采用逐個象素運動估算編碼視頻信號的裝置與方法”的一個共同擁有的共同未決美國申請No.08/367,520，首先從包含在前一幀的所有象素中選擇若干個特征點。然后，確定所選擇的特征點的運動矢量，其中各運動矢量表示前一幀中的一個特征點與當(dāng)前幀中的一個對應(yīng)匹配點，即最相似的點，之間的空間位移。具體地，在當(dāng)前幀內(nèi)的一個搜索區(qū)中搜索各該特征點的匹配點，其中的搜索區(qū)定義為包圍對應(yīng)的特征點的位置的預(yù)定面積的一個區(qū)域。
即使通過采用上述基于特征點的運動估算技術(shù)有可能大為減少要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，為了在一個具有諸如64kb/s傳輸信道帶寬的低比特率編碼解碼系統(tǒng)中成功地實現(xiàn)該技術(shù)，仍然必須進一步減少數(shù)據(jù)量。
因此，本發(fā)明的主要目的為提供一種與一個低比特率視頻編碼解碼系統(tǒng)一起使用的改進的視頻信號編碼與解碼裝置，該裝置通過有選擇地編碼通過采用基于特征點的運動估算技術(shù)得到的圖象數(shù)據(jù)而能夠減小傳輸率。
按照本發(fā)明提供了通過有選擇地編碼當(dāng)前幀減小一個數(shù)字視頻信號的傳輸率的一種方法，所述數(shù)字視頻信號具有包含一個當(dāng)前幀及其前一幀在內(nèi)的多個幀，該方法包括下述步驟(a)在前一幀中選擇多個象素作為特征點，并檢測這些特征點在當(dāng)前幀與前一幀之間的運動矢量，所述特征點代表數(shù)字視頻信號中目標(biāo)的運動；(b)根據(jù)特征點及其運動矢量，在當(dāng)前幀上確定多個準(zhǔn)特征點；(c)這義由連接這些準(zhǔn)特征點的線段構(gòu)成的不重疊的多邊形；(d)根據(jù)構(gòu)成所述各多邊形的準(zhǔn)特征點與它們的對應(yīng)特征點之間的位置關(guān)系，為包含在當(dāng)前幀的各多邊形中的各象素確定前一幀上的一個預(yù)測位置；(e)根據(jù)預(yù)測位置，為所述各象素提供一個預(yù)測象素值；(f)通過從所述各象素的象素值中減去預(yù)測象素值，為各象素生成一個差分象素值；(g)通過求出與其對應(yīng)的差分象素的平均值，為各多邊形計算一個誤差值；(h)從最大的誤差值開始按它們的大小的降序選擇多個多邊形作為處理區(qū)域，并為選擇的處理區(qū)域生成位置信息；以及(i)編碼各該處理區(qū)域的差分象素值。
從以下結(jié)合附圖給出的較佳實施例的描述中，本發(fā)明的上述及其他目的與特征將是顯而易見的，附圖中
圖1為按照本發(fā)明的視頻信號編碼裝置的方框圖；圖2示出圖1中的當(dāng)前幀預(yù)測框的詳細方框圖；圖3描述定義特征點的一個示例幀；圖4A與4B示出選擇特征點的兩種類型的網(wǎng)格；圖5A與5B描繪通過使用目標(biāo)的網(wǎng)格與邊沿選擇特征點的一種技術(shù)；圖6A與6B說明本發(fā)明的基于區(qū)域的運動估算法；圖7示出圖1中所示的圖象信號編碼器的詳細方框圖；圖8A與8B提出用于從一個處理區(qū)域中的差分象素值得到DPCM數(shù)據(jù)的兩種示例性序列；圖9提供圖1中所示的圖象信號解碼器的詳細方框圖；圖10示出按照本發(fā)明的視頻信號解碼裝置的方框圖；以及圖11提供圖10中所示的當(dāng)前幀預(yù)測框的詳細方框圖。
參見圖1，其中示出了按照本發(fā)明的視頻信號編碼裝置10的方框圖。將一個輸入數(shù)字視頻信號作為一個當(dāng)前幀信號存儲在通過線L11連接到減法器102及通過線L10連接到當(dāng)前幀預(yù)測框150上的第一幀存儲器100中。
在當(dāng)前幀預(yù)測框150中，處理從第一幀存儲器100檢索的線L10上的一個當(dāng)前幀信號及來自來第二幀存儲器124的線L12上的一個重構(gòu)的前一幀信號，以在逐個象素的基礎(chǔ)上預(yù)測當(dāng)前幀，而生成一個預(yù)測的當(dāng)前幀信號到線L30上，一組特征點的運動矢量到線L20上，以及表示用來生成預(yù)測的當(dāng)前幀信號的三角形的位置的三角形信息到線L40上。下面將參照圖2與4描述當(dāng)前幀預(yù)測框150的細節(jié)。
在減法器102上從線L11上的當(dāng)前幀信號中減去線L30上的預(yù)測當(dāng)前幀信號，并將表示當(dāng)前幀與預(yù)測的當(dāng)前幀之間的差分象素值的結(jié)果的數(shù)據(jù)，即幀差信號，分派給本發(fā)明的圖象信號編碼器105，在其中對幀差信號進行處理以確定多個處理區(qū)域，使得各該選擇的處理區(qū)域的誤差函數(shù)，諸如MSE(均方誤差)或MAE(平均絕對誤差)，大于非處理區(qū)域的誤差函數(shù)；以及在逐個區(qū)域的基礎(chǔ)上將包含在處理區(qū)域中的差分象素值編碼成DPCM(差分脈沖碼調(diào)制)數(shù)據(jù)(圖象信號編碼器105的細節(jié)將在下面參照圖7、8A與8B加以描述)。
此后，將線L15上的DPCM數(shù)據(jù)及線L17上的有關(guān)處理區(qū)域位置的數(shù)據(jù)傳輸給熵編碼器107與圖象信號解碼器113。在熵編碼器107上，采用統(tǒng)計編碼方案，諸如行程與可變長度編碼技術(shù)的組合，將DPCM數(shù)據(jù)及處理區(qū)域位置與通過線L20提供的運動矢量一起編碼，然后通過緩沖器109以恒定的傳輸速率傳輸?shù)揭慌_發(fā)送機(未示出)。在圖象信號解碼器113上，將DPCM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回重構(gòu)的幀差信號(圖象信號解碼器113的細節(jié)將參照圖9加以描述)。
在加法器115上將來自圖象信號解碼器113的重構(gòu)的幀差信號及來自當(dāng)前幀預(yù)測框150的線L30上的預(yù)測的當(dāng)前幀信號進行組合以提供要寫入第二幀存儲器124的一個重構(gòu)的當(dāng)前幀信號。為了使編碼器監(jiān)視接收機中的解碼器的表現(xiàn)，借此防止在編碼器上重構(gòu)的當(dāng)前幀信號偏離接收機中的解碼器的當(dāng)前幀信號，重構(gòu)幀差信號是必要的。
參見圖2，將來自第二幀存儲器124的線L12上的前一幀信號輸入到一個特征點選擇框210、一個特征點運動矢量檢測框212及一個運動補償框216。
在特征點選擇框210中，從包含在前一幀的象素中選擇若干個特征點。特征點定義為能夠代表幀中的目標(biāo)的運動的象素。參見圖3，其中示出了10×7個象素的一個示例性幀。如果在該幀的中心附近存在一個移動目標(biāo)，并且一組象素“A”至“I”成功地表示該移動目標(biāo)的運動，則選擇這些象素作為該幀的特征點。
在本發(fā)明的一個較佳實施例中，特征點是采用各種類型的網(wǎng)格，諸如分別示出在圖4A與4B中的矩形網(wǎng)格或六邊形網(wǎng)格的網(wǎng)格技術(shù)確定的。如圖4A與4B中所示，特征點位于網(wǎng)格的節(jié)點上。
在本發(fā)明的另一個較佳實施例中，連同上述網(wǎng)格技術(shù)采用了邊沿檢測技術(shù)，如圖5A與5B中所示。在這一方案中，選擇網(wǎng)格的交點與目標(biāo)的邊沿作為特征點。
參見圖2，將來自特征點選擇框210的所選擇的特征點的位置數(shù)據(jù)輸入到特征點運動矢量檢測框212與當(dāng)前幀運動矢量檢測框214中。
在特征點運動矢量檢測框212中，根據(jù)線L10上的當(dāng)前幀信號及所選擇的特征點，檢測所選擇的特征點的第一組運動矢量。第一組中的各運動矢量表示前一幀中的一個特征點與當(dāng)前幀中與之最相似的一個象素之間的一個空間位移。存在著多種多樣的處理算法可供用于在逐個象素的基礎(chǔ)上檢測運動矢量。在本發(fā)明的較佳實施例中，采用了塊匹配算法這便是，當(dāng)從特征點選擇框210接收到一個特征點的位置數(shù)據(jù)時，便經(jīng)由線L12從圖1中所示的第二幀存儲器124中檢索一個以該特征點為中心的前一幀中的諸如5×5個象素的一個特征點塊。此后，在采用一種誤差函數(shù)，諸如MAE(平均絕對誤差)或MSE(均方誤差)計算了該特征點塊與包含在從圖1中所示的第一幀存儲器100中檢索出的當(dāng)前幀的P×Q(諸如10×10)個象素的通常較大的搜索區(qū)中的多個相等大小的候選塊中的各個之間的相似性之后，便確定了該特征點塊的一個運動矢量，其中該運動矢量是該特征點塊與得出最小誤差函數(shù)的一個候選塊之間的位移。
然后，將所確定的運動矢量設(shè)定為特征點的運動矢量。將特征點的運動矢量作為第一組運動矢量通過線L20作用在圖1中所示的當(dāng)前幀運動矢量檢測框214與熵編碼器107上。
在當(dāng)前幀運動矢量檢測框214中，通過使用來自特征點運動矢量檢測框212的第一組運動矢量及來自特征點選擇框210的特征點位置數(shù)據(jù)為當(dāng)前幀中的所有象素確定第二組運動矢量。為了確定第二組運動矢量，首先確定準(zhǔn)特征點(QP)，其中這些QP表示當(dāng)前幀中從前一幀中的特征點位移了第一組運動矢量的象素。確定了QP之后，便通過連接諸如圖6A中所示的三個相鄰的QP而定義多個不重疊的多邊形，諸如三角形。
在本發(fā)明的較佳實施例中，從一組任意分布的QP形成獨特的三角形的形成是通過從最高優(yōu)先級的一個QP開始在一個QP與其接近的QP之間加上一個新的線段而得出的。例如，如果七個QP(諸如QP1至QP7)隨機地分布在一個6×5個象素的幀中，如圖6A中所示，這些QP的線段的形成是以序列QP1至QP7進行的，其中括號內(nèi)的數(shù)字表示從該幀的原點(諸如左上角象素P1)測量的一個QP的X與Y坐標(biāo)。這便是，優(yōu)先級是按它們的Y值的升序給予QP的。如果一個以上的QP具有相同的Y值，便按它們的X值的升序給予QP優(yōu)先級。
具體地，對于圖6A中所示的QP組，首先為QP1選擇線段AP1QP4，接著為QP2選擇線段QP2QP3。由于已選擇了QP2OP3，便確定QP3QP4作為QP3的一個線段。下一優(yōu)先級的QP(即QP4)有兩個最近的QP，即QP5與QP6。在這一情況中，由于QP5具有較高的優(yōu)先級而選擇QP4QP5。類似地，按順序為QP5、QP6與QP7確定線段QP5QP6、QP6QP4與QP7Q P3。重復(fù)這些過程直到以新增加的線段不與前面選擇的線段重疊或相交為條件找到所有的線段為止。
此后，采用仿射變換技術(shù)進行當(dāng)前幀的象素的預(yù)測。如本技術(shù)中眾所周知的，能夠用仿射變換來表示一個運動目標(biāo)的任何序列的旋轉(zhuǎn)、平移與標(biāo)度改變。
假定如圖6B中所示，確定了當(dāng)前幀中的三個象素A、B與C為對應(yīng)于前一幀中它們各自的特征點A’、B’與C’的準(zhǔn)特征點，則以下式定義的仿射變換將當(dāng)前幀的三角形ABC中的象素與前一幀的三角形A’B’C’中的象素相關(guān)聯(lián) 其中(X、Y)表示當(dāng)前幀內(nèi)的一個象素的X與Y坐標(biāo)，而(X’、Y’)則為前一幀上的一個預(yù)測位置的坐標(biāo)；a至f為仿射變換系數(shù)。
這六個仿射變換系數(shù)是通過解從三組相關(guān)的特征與準(zhǔn)特征點(即A’-A、B’-B與C’-C)得到的六個線性方程而計算出的。一旦得出仿射變換系數(shù)，便可通過使用式(1)將三角形ABC中的各個其余的象素映射到三角形A’B’C’中的一個位置上。以這一方式，各三角形中的象素可從前一幀中預(yù)測出。兩個鄰接三角形的邊界上的象素(諸如圖6A中所示的P2)可從兩個三角形中任何一個預(yù)測。
此后，以下式從象素P與其預(yù)測的P’(X’，Y’)之間的位移確定當(dāng)前幀中各象素P(X，Y)的運動矢量Mx＝X’-X式(2)
My＝y(tǒng)’-y其中Mx與My分別為象素P的運動矢量的X與Y分量。
在本發(fā)明的較佳實施例中，將位于當(dāng)前幀中三角形外面的象素(諸如圖6A中所示的P3)的運動矢量設(shè)定為零。
參見圖2，經(jīng)由線L40從當(dāng)前幀運動矢量檢測框214提供給圖1中所示的運動補償框216與圖象信號編碼器105的分別有當(dāng)前幀的象素的第二組運動矢量與三角形信息，其中的三角形信息表示用來計算第二組運動矢量的三角形的結(jié)構(gòu)信息，諸如構(gòu)成各該三角形的三個準(zhǔn)特征點等。
運動補償框216利用包含在第二組中的各運動矢量從圖1中所示的第二幀存儲器124中檢索要包含在一個預(yù)測的當(dāng)前幀中的各象素的值，借此經(jīng)由線L30將預(yù)測的當(dāng)前幀信號提供給圖1中所示的減法器102與加法器115。當(dāng)一個運動矢量的兩個分量(即Mx與My)都不是整數(shù)時，可通過插入鄰近由運動矢量所指定的位置的象素的象素值得出預(yù)測的象素值。
在本發(fā)明的另一個較佳實施例中，可將從式(1)得到的預(yù)測位置直接從當(dāng)前幀運動矢量檢測框214提供給運動補償框216來代替第二組運動矢量。將當(dāng)前幀中位于三角形外面的象素的預(yù)測位置設(shè)定為與三角形外面的對應(yīng)象素的位置相同。然后，運動補償框216從第二幀存儲器124中檢索與預(yù)測位置對應(yīng)的象素值，借此將預(yù)測的當(dāng)前幀信號提供到線L30上。
參見圖7，其中提供了圖1中所示的圖象信號編碼器105的詳細方框圖。減法器102提供的幀差信號首先存儲在一個第三幀存儲器710中。響應(yīng)三角形信息，誤差值計算框714從第三幀存儲器710中選擇與包含在圖2中所示的當(dāng)前幀運動矢量檢測框214中所定義的各三角形中的差分象素值相對應(yīng)的差數(shù)據(jù)，并通過求這些差數(shù)據(jù)的平均值為各三角形確定一個誤差值。存儲框715存儲與各三角形對應(yīng)的三角形信息與誤差值。
區(qū)域選擇框716從最大的誤差值開始按它們的大小的降序選擇多個三角形作為將要在量化框712中在逐個區(qū)域的基礎(chǔ)上進行處理的處理區(qū)域。選擇的處理區(qū)域的數(shù)目是根據(jù)緩沖器的占用率(即存儲在圖1中所示的緩沖器109中的數(shù)據(jù)量)確定的，以便防止緩沖器溢出或利用不足。此后，經(jīng)由線L17將多個選擇的處理區(qū)域的位置信息傳輸給圖1中所示的圖象信號解碼器113、熵編碼器107、以及第三幀存儲器710。
響應(yīng)處理區(qū)域位置數(shù)據(jù)，將與各處理區(qū)域?qū)?yīng)的差數(shù)據(jù)從第三幀存儲器710提供給量化框712。量化框712量化差數(shù)據(jù)，借此將量化的數(shù)據(jù)提供給DPCM(差分脈沖碼調(diào)制)框713。在本發(fā)明的較佳實施例中，差數(shù)據(jù)是用相等的量化步長在逐個區(qū)域的基礎(chǔ)上為各處理區(qū)域量化的。雖然沒有在圖中明顯地描述，量化步長是可以根據(jù)緩沖器占用率為各區(qū)域調(diào)整的。在這種情況中，有關(guān)量化步長的信息同時傳輸給緩沖器供其傳輸。
DPCM框713消除或減少包含在各處理區(qū)域中的量化數(shù)據(jù)之間的空間冗余性以提供DPCM數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的較佳實施例中，DPCM是以圖8A與8B中所示的光柵或螺線方式執(zhí)行的，其中圖8A與8B中的數(shù)字表示包含在處理區(qū)域中的量化數(shù)據(jù)的DPCM順序。然后將DPCM數(shù)據(jù)通過線L15傳輸給圖1中所示的熵編碼器107與圖象信號解碼器113。
參見圖9，其中提供了圖1中所示的圖象信號解碼器113的詳細方框圖。將各處理區(qū)域的DPCM數(shù)據(jù)輸送給一個逆DPCM(IDPCM)框911，在其中將線L15上的DPCM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回量化數(shù)據(jù)。此后，將量化數(shù)據(jù)提供給一個逆量化(IQ)框913去提供包含在處理區(qū)域中的重構(gòu)的差數(shù)據(jù)。將重構(gòu)的差數(shù)據(jù)輸送給一個重構(gòu)的幀差信號存儲器915將它們存儲在其中。根據(jù)線L17上的處理塊位置，將多個處理塊的重構(gòu)的差數(shù)據(jù)存儲在它們對應(yīng)的位置中。將剩下的重構(gòu)的幀差信號存儲器915全部設(shè)置成零，將重構(gòu)的幀差信號提供給加法器115 。
參見圖10，其中示出了與本發(fā)明的圖1中所示視頻信號編碼裝置10相對應(yīng)的一個視頻信號解碼裝置500。將視頻信號編碼裝置10傳輸?shù)囊粋€編碼視頻信號通過緩沖器510輸送給一個熵量解碼器520。然后，熵解碼器520解碼該編碼視頻信號將特征點運動矢量提供給一個當(dāng)前幀預(yù)測框550；并將DPCM數(shù)據(jù)與處理區(qū)域位置提供給一個圖象信號解碼器530。圖象信號解碼器530執(zhí)行與視頻信號編碼裝置10的圖象信號解碼器113相同的功能，借此將重構(gòu)的幀差信號提供給加法器540。當(dāng)前幀預(yù)測框550具有與圖2中所示的當(dāng)前幀預(yù)測框150相似的結(jié)構(gòu)，但除了由于來自編碼器的特征點運動矢量是通過熵解碼器520提供的，而沒有諸如圖2中所示的特征點運動矢量檢測框212之類的運動估算器。預(yù)測框550包含與對上述當(dāng)前幀預(yù)測框150說明的相同功能的一個特征點選擇框、一個當(dāng)前幀運動矢量檢測框及一個運動補償框。
具體地，如圖11中所示，其中示出了當(dāng)前幀預(yù)測框550的細節(jié)，將來自幀存儲器560的一個當(dāng)前一幀信號輸入到特征點選擇框552中以選擇若干個特征點，這些特征點是與在圖2中所示的特征點選擇框210中所選擇的相同的。響應(yīng)來自特征點選擇框552的選擇的特征點及來自熵解碼器520的特征點運動矢量，當(dāng)前幀運動矢量檢測框554以視頻信號編碼裝置10的當(dāng)前幀運動矢量檢測框214中所進行的相同的方式，為包含在預(yù)測的當(dāng)前幀中的所有象素確定運動矢量。運動補償框556提供與來自圖2中所示的運動補償框216相同的預(yù)測的當(dāng)前幀信號。如對視頻信號編碼器10的當(dāng)前幀運動矢量檢測框214所說明的，可令當(dāng)前幀運動矢量檢測框554生成預(yù)測位置來代替運動矢量。
參見圖10，在加法器540中將預(yù)測的當(dāng)前幀信號與來自圖象信號解碼器530的重構(gòu)的幀差信號相加，以將重構(gòu)的當(dāng)前幀信號提供給一個顯示單元(未示出)與幀存儲器560。
采用上面說明的方法與裝置，選擇與處理一組處理區(qū)域，以提供一種低比特率的視頻信號編碼解碼系統(tǒng)。編碼信號的比特率可通過改變一幀中的處理區(qū)域的數(shù)目而容易地加以改變。
雖然參照特定的實施例示出與描述了本發(fā)明，對于熟悉本技術(shù)的人員顯然可以作出許多改變與修正而仍不脫離所附的權(quán)利要求書中所定義的本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.通過有選擇地編碼當(dāng)前幀而減少一個數(shù)字視頻信號的傳輸率的一種方法，所述數(shù)字視頻信號具有包括當(dāng)前幀及其前一幀在內(nèi)的多個幀，該方法包括下述步驟(a)選擇前一幀中的多個象素作為特征點并為特征點檢測當(dāng)前幀與前一幀之間的運動矢量，所述特征點代表數(shù)字視頻信號中的目標(biāo)的運動；(b)根據(jù)特征點及其運動矢量，在當(dāng)前幀上確定多個準(zhǔn)特征點；(c)定義由連接這些準(zhǔn)特征點的線段構(gòu)成的不重疊的多邊形；(d)根據(jù)構(gòu)成所述各多邊形的準(zhǔn)特征點與它們對應(yīng)的特征點之間的位置關(guān)系，為包含在當(dāng)前幀的各多邊形中的各個象素在前一幀上確定一個預(yù)測的位置；(e)根據(jù)預(yù)測的位置，為所述各象素提供一個預(yù)測的象素值；(f)通過從所述各象素的象素值中減去預(yù)測的象素值而為所述各象素生成一個差分象素值；(g)通過求出與之對應(yīng)的差分象素值的平均值而為各多邊形計算一個誤差值；(h)從最大的誤差值開始，按它們的大小的降序選擇多個多邊形作為處理區(qū)域，并為所選擇的處理區(qū)域生成位置信息；以及(i)編碼各該處理區(qū)域的差分象素值。
2.一種編碼裝置，用在視頻信號編碼器中，用于通過有選擇地編碼當(dāng)前幀而減少一個數(shù)字視頻信號的傳輸率，所述數(shù)字視頻信號具有包括當(dāng)前幀及其前一幀在內(nèi)的多個幀，該裝置包括用于存儲數(shù)字視頻信號的一個重構(gòu)的前一幀的裝置；用于選擇重構(gòu)的前一幀中的多個象素作為特征點并為各特征點檢測當(dāng)前幀與重構(gòu)的前一幀之間的運動矢量的裝置，所述特征點代表數(shù)字視頻信號中的目標(biāo)的運動；用于根據(jù)特征點與其運動矢量，在當(dāng)前幀上確定多個準(zhǔn)特征點的裝置；用于定義由連接這些準(zhǔn)特征點的線段構(gòu)成的不重疊的多邊形的裝置；用于根據(jù)構(gòu)成各多邊形的準(zhǔn)特征點與它們的對應(yīng)特征點之間的位置關(guān)系，為包含在當(dāng)前幀中的各象素，在重構(gòu)的前一幀中確定一個預(yù)測的位置的裝置；用于根據(jù)預(yù)測的位置為所述各象素從重構(gòu)的前一幀中得到一個預(yù)測的象素值，從而提供一個預(yù)測的當(dāng)前幀信號的裝置；用于為了提供一個幀差信號，通過從所述各象素的象素值中減去預(yù)測的象素值，而為所述各象素生成一個差分象素值的裝置；用于通過求出與之對應(yīng)的差分象素值的平均值而為各該多邊形計算一個誤差值的裝置；用于從最大誤差值開始，按它們的大小的降序選擇多個多邊形作為處理區(qū)域，及為所選擇的處理區(qū)域生成位置信息的裝置；用于為各該處理區(qū)域編碼差分象素值的裝置；用于解碼這些編碼的差分象素值，從而為各該處理區(qū)域提供重構(gòu)的差分象素值的裝置；響應(yīng)位置信息，用于提供一個重構(gòu)的幀差信號的裝置，重構(gòu)的幀差信號對于與處理區(qū)域?qū)?yīng)的象素具有重構(gòu)的差分象素值，而對于處理區(qū)域外面的象素則為零；用于通過組合重構(gòu)的幀差信號與預(yù)測的當(dāng)前幀信號而提供一個重構(gòu)的當(dāng)前幀信號的裝置；以及用于統(tǒng)計編碼這些編碼的差分象素值的裝置。
3.按照權(quán)利要求2的編碼裝置，其中所述多邊形為三角形。
4.按照權(quán)利要求3的編碼裝置，其中所述編碼裝置包括用于量化包含在各該處理區(qū)域中的差分象素值，從而提供各該處理區(qū)域的量化數(shù)據(jù)的裝置；以及用于采用差分脈沖碼調(diào)制(DPCM)方案編碼量化數(shù)據(jù)，從而提供DPCM數(shù)據(jù)的裝置。
5.按照權(quán)利要求4的編碼裝置，其中所述統(tǒng)計編碼裝置進一步包含用于編碼選擇的處理區(qū)域的位置信息及特征點運動矢量的裝置。
6.按照權(quán)利要求5的編碼裝置，其中所述統(tǒng)計編碼是采用行程與可變長度編碼技術(shù)的組合進行的。
7.按照權(quán)利要求4的編碼裝置，還包括用于暫時存儲供傳輸?shù)慕y(tǒng)計編碼數(shù)據(jù)并提供表示存儲在緩沖器中的數(shù)據(jù)量的緩沖器占用率的一個緩沖器。
8.按照權(quán)利要求7的編碼裝置，其中的多邊形的數(shù)目是根據(jù)緩沖器的占用率確定的。
9.按照權(quán)利要求7的編碼裝置，其中包含在各該處理區(qū)域中的差分象素值的量化是采用由緩沖器的占用率控制的量化步長進行的。
10.一種解碼裝置，用在視頻信號解碼器中，用于解碼采用通過有選擇地編碼當(dāng)前幀而減少一個數(shù)字視頻信號的傳輸率的編碼裝置編碼的一個傳輸?shù)囊曨l信號，所述數(shù)字視頻信號具有包含當(dāng)前幀與其前一幀在內(nèi)的多個幀，所述編碼裝置包括用于存儲數(shù)字視頻信號的一個重構(gòu)的前一幀的裝置；用于選擇重構(gòu)的前一幀中的多個象素作為特征點并為特征點檢測當(dāng)前幀與重構(gòu)的前一幀之間的運動矢量的裝置，所述特征點代表數(shù)字視頻信號中的目標(biāo)的運動；用于根據(jù)特征點及其運動矢量在當(dāng)前幀上確定多個準(zhǔn)特征點的裝置；用于定義由連接準(zhǔn)特征點的線段構(gòu)成的不重疊的三角形的裝置；用于根據(jù)構(gòu)成各三角形的準(zhǔn)特征點與它們的對應(yīng)特征點之間的位置關(guān)系，為包含在當(dāng)前幀中的各象素，在重構(gòu)的前一幀中確定一個預(yù)測的位置的裝置；用于根據(jù)預(yù)測的位置為所述各象素，從重構(gòu)的前一幀中得出一個預(yù)測的象素值，從而提供一個預(yù)測的當(dāng)前幀信號的裝置；用于為了提供一個幀差信號而從所述各象素的象素值中減去預(yù)測的象素值，而為所述各象素生成一個差分象素值的裝置；用于通過求出與之對應(yīng)的差分象素值的平均值，而為各三角形計算一個誤差值的裝置；用于從最大的誤差值開始，按它們的大小的降序選擇多個三角形作為處理區(qū)域，并為所選擇的處理區(qū)域生成位置信息的裝置；用于編碼各該處理區(qū)域的差分象素值的裝置；用于解碼這些編碼的差分象素值，從而為各該處理區(qū)域提供重構(gòu)的差分象素值的裝置；響應(yīng)位置信息，用于提供一個重構(gòu)的幀差信號的裝置，對于與處理區(qū)域?qū)?yīng)的象素，重構(gòu)的幀差信號具有重構(gòu)的差分象素值，而對于處理區(qū)域外面的象素則為零；用于通過組合重構(gòu)的幀差信號與預(yù)測的當(dāng)前幀信號，而提供一個重構(gòu)的當(dāng)前幀信號的裝置；以及用于統(tǒng)計編碼這些編碼的差分象素值、選擇的處理區(qū)域的位置信息及特征點運動矢量的裝置，該解碼裝置包括用于存儲重構(gòu)的前一幀的裝置；用于統(tǒng)計解碼所傳輸?shù)囊曨l信號，從而提供位置信息、編碼的差分象素值及位置信息的裝置；用于根據(jù)位置信息與編碼差分象素值，提供重構(gòu)的幀差信號的裝置；用于響應(yīng)特征點運動矢量，從存儲裝置中提供預(yù)測的當(dāng)前幀信號的裝置；以及用于通過組合重構(gòu)的幀差信號與預(yù)測的當(dāng)前幀信號，提供重構(gòu)的當(dāng)前幀信號的裝置。
全文摘要
一種視頻信號編碼裝置根據(jù)在前一幀上選擇的特征點，在當(dāng)前幀上確定準(zhǔn)特征點。根據(jù)若干個由準(zhǔn)特征點構(gòu)成的三角形區(qū)域，得出一個預(yù)測的當(dāng)前幀。在通過從當(dāng)前幀信號中減去預(yù)測的當(dāng)前幀信號而確定了一個幀差信號之后，便根據(jù)與三角形區(qū)域?qū)?yīng)的平均象素差值的大小，從幀差信號中選擇多個處理區(qū)域。只有選擇的處理區(qū)域隨后被編碼以供傳輸，從而減少了傳輸率。一種視頻信號解碼裝置包括用于解碼有選擇地編碼的視頻信號的對應(yīng)電路。
文檔編號G06T9/00GK1134090SQ9510546
公開日1996年10月23日 申請日期1995年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月20日
發(fā)明者李敏燮 申請人:大宇電子株式會社