專利名稱：圖像序列的一個塊的編碼方法和重構方法
技術領域：
本發明涉及圖像編碼的一般領域。本發明涉及編碼一系列圖像的一個塊的方法以及重構這樣塊的相應方法。
背景技術：
參考圖1，在現有技術中已知通過空間或時間預測來編碼屬于幾個圖像的序列的當前圖像的像素的當前塊Be。為此，在現有技術中已知在空間預測的情況下從以前重構的在空間上與當前塊相近的像素中，或從叫做參考圖像、以前重構的除了當前圖像之外的其他圖像的像素中為要編碼的當前塊Be確定預測塊Bp。在步驟12期間，通過從當前塊Be中抽取預測塊Bp確定殘差塊Br。·
在步驟14期間，將殘差塊編碼在流F中。這個編碼步驟一般包含將殘差塊變換成系數塊，量化這些系數以及將它們熵編碼在流F中。為了確定預測塊Bp，在現有技術中已知將像“匹配追蹤”那樣的原子分解的迭代方法應用于至少包含與所述當前塊相近的塊的重構圖像數據的數據的矢量。該原子分解包含以迭代方式選擇原子字典中的原子。通常，該字典包含稱為解析或理論原子，即，與一種變換，例如，DCT (離散余弦變換)或DFT (離散傅里葉變換)的基本函數相對應的原子。解析或理論原子通過它們的數學公式得到完全描述。在圖2中，這些解析原子形成原子字典的前8列。預測塊與當前塊的相關性，即，它的保真度在很大程度上取決于存在于字典中的原子。為了改進預測，可以通過加入稱為帶紋理原子的來自自然紋理的紋理樣本增大字典的大小。在圖2中，這些帶紋理原子形成原子字典的后8列。它們是，例如，從自然或合成圖像中抽取的。字典大小的這種增大引起了計算成本的增加。事實上，在原子分解期間，必須測試更多的原子。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的至少一個缺點。為此，本發明涉及編碼一系列圖像的當前塊的方法，其包含如下步驟-迭代地將至少包含與位于當前塊的因果鄰域中的像素相聯系的重構圖像數據的數據的矢量分解成第一字典的原子，該第一字典包含解析原子和帶紋理原子；和-從與當前塊相對應的分解矢量數據中抽取數據，該抽取數據形成預測塊；-通過從當前塊中抽取預測塊確定殘差塊；以及_編碼殘差塊。在每次迭代時，分解成原子的步驟包含如下步驟-在原子的第一字典中選擇第一原子；-當第一原子是帶紋理原子時，應用與第一原子相聯系的面片(patch)與當前殘差矢量之間的相位關聯；
-從該面片中至少抽取與殘差矢量最關聯的部分，該抽取部分形成第二原子；-從第一原子和第二原子當中選擇與當前殘差矢量最關聯的原子；以及-按照所選原子更新殘差矢量。有利地是，由于面片的使用，按照本發明的編碼方法使大量原子都能夠得到測試。尤其由于相位關聯的步驟，對于第一所選帶紋理原子，這些面片使得可以測試與這個帶紋理原子有關的若干重新定相原子。為了利用現有技術的一種方法測試相同數量的原子，必須為每個帶紋理原子插入重新定相原子來增大第一字典的大小。但是，分解成這樣擴大字典當中的原子要昂貴得多。例如，在根據匹配追蹤型算法分解的情況下，這種做法需要對第一字典的每個原子進行至 少一次標量積，這比如本發明的編碼方法所做的那樣，在縮小尺寸的第一字典上進行標量積并使用第二字典通過簡單相位關聯測試幾個重新定相原子要昂貴得多。另外，使用第二字典測試若干重新定相原子的事實使迭代次數減少。按照本發明的一個具體特征，第二字典的面片具有圓形對稱性。按照本發明的另一個具體特征，第二字典的面片具有取決于它們的內容的形式。按照一個具體特征，第二字典包含不同尺寸的至少兩個面片。按照一種實施例變體，抽取步驟包含抽取與殘差矢量最關聯的N個部分，抽取的每個部分形成重新定相原子，以及選擇步驟包含從第一原子和重新定相原子當中選擇與當前殘差矢量最關聯的原子。本發明還涉及重構具有流形式的一系列圖像的當前塊的方法，其包含如下步驟-從流中解碼當前塊的殘差塊；-迭代地將至少包含與位于當前塊的因果鄰域中的像素相聯系的重構圖像數據的數據的矢量分解成第一字典的原子，該第一字典包含解析原子和帶紋理原子；-從與當前塊相對應的分解矢量數據中抽取數據，該抽取數據形成預測塊；以及-通過合并解碼殘差塊和預測塊重構當前塊。在每次迭代時，分解成原子的步驟包含如下步驟-在原子的第一字典中選擇第一原子；-當第一原子是帶紋理原子時，應用與第一原子相聯系的面片與當前殘差矢量之間的相位關聯；-從該面片中至少抽取與殘差矢量最關聯的部分，該抽取部分形成第二原子；-從第一原子和第二原子當中選擇與當前殘差矢量最關聯的原子；以及-按照所選原子更新殘差矢量。該重構方法具有與針對編碼方法所述的那些相同的優點。按照本發明的一個具體特征，第二字典的面片具有圓形對稱性。按照本發明的另一個具體特征，第二字典的面片具有取決于它們的內容的形式。按照一個具體特征，第二字典包含不同尺寸的至少兩個面片。按照一種實施例變體，抽取步驟包含抽取與殘差矢量最關聯的N個部分，抽取的每個部分形成重新定相原子，以及選擇步驟包含從第一原子和重新定相原子當中選擇與當前殘差矢量最關聯的原子。
本發明可以參考附圖，通過決不是限制性的實施例和有利實現得到更好了解和例不，在附圖中圖I示出了按照現有技術的編碼方法；圖2示出了包含解析和帶紋理原子的原子字典；圖3示出了按照現有技術的原子分解方法；圖4示出了圖像的一組塊；圖5示出了按照本發明細化的原子解碼方法； 圖6示出了按照本發明的原子解碼方法的細節；圖7示出了按照本發明的編碼方法；圖8示出了按照本發明的編碼方法的具體元素；圖9示出了按照本發明的重構方法；圖10示出了按照本發明的編碼設備；圖11示出了按照本發明的解碼設備；以及圖12示出了因果區的不同形式。
具體實施例方式圖像包含每一個與至少一項圖像數據相聯系的像素或圖像點。一項圖像數據是，例如，一項亮度數據或一項色度數據。術語“殘差”表示抽取了其他數據之后獲得的數據。該抽取一般是從源像素中減去預測像素。但是，該抽取更一般，尤其包含加權相減。術語“重構”表示將殘差與預測數據合并之后獲得的數據(例如，像素、塊)。該合并一般是殘差與預測像素之和。但是，該合并更一般，并尤其包含加權相加。重構塊是重構像素的塊。關于圖像解碼，術語“重構”和“解碼”經常用作同義詞。因此，“重構塊”也表示為“解碼塊”。按照本發明的編碼方法基于原子分解方法。存在能夠從信號Y中實現原子分解的各種方法。其中，最眾所周知的一種被稱為“匹配追蹤”。注意，也可以使用像“正交匹配追蹤”或“全局匹配過濾”那樣“匹配追蹤”的變體。下文描述原子分解和“匹配追蹤”的一般原理。假設Y為N維的源矢量和A為NXM(M>>N)維的矩陣。A的列aj是用于表示源矢量Y的字典的解析或帶紋理原子。源信號Y的原子分解的目的是確定M維的矢量X，以便Y = AX。對于矢量X，存在無限個解。簡約表示的目的是在Y = AX的所有解當中搜索簡約的那些解，即，矢量X只有少數幾個非零系數的那些解。搜索精確解實在太復雜，因為需要非常昂貴的組合手段。一般說來，取而代之的是尋找核實N(Y-AX) ( P的簡約表示，其中P是控制該表示的簡約性的容忍閾值，和N(.)是，例如，平方范數L2。當然，N(.)也可以是除了范數L2之外的其他范數。“匹配追蹤(MP)”的方法使這樣的次最佳，即，非精確解可以使用迭代方法獲得。該方法在每次迭代k時，生成具有在每次新迭代k數量通常增加(除了在幾次迭代期間選擇相同原子之外)的非零系數的表示xk，即M維矢量。下面參考圖3詳細描述MP方法。
已知數據是源信號Y、字典A和閾值P。在初始化步驟20 (迭代k=0)期間，將數據\和Rtl初始化，其中Rtl是殘差誤差或殘差矢量的初始矢量。例如，Xtl=O,以及殘差誤差或殘差矢量的初始矢量Rtl按如下初始化-Rci=Y-AXci=Y0在對應于第k次迭代的步驟22期間，選擇與當前殘差矢量Rlri具有最高關聯的基
函數其中
權利要求
1.一種編碼一系列圖像的當前塊的方法，其包含如下步驟 -迭代地將至少包含與位于所述當前塊的因果鄰域中的像素相聯系的重構圖像數據的數據的矢量分解(52)成第一字典的原子，所述第一字典包含解析原子和帶紋理原子；以及-從與所述當前塊相對應的所述分解矢量數據中抽取(54)數據，所述抽取數據形成預測塊； -通過從所述當前塊中抽取所述預測塊確定(56)殘差塊； -編碼(58)所述殘差塊， 該編碼方法的特征在于，在每次迭代時，分解成原子的所述步驟包含如下步驟 -在原子的所述第一字典中選擇(32)第一原子； -當所述第一原子是帶紋理原子時，應用(34，340)與所述第一原子相聯系的面片與當前殘差矢量之間的相位關聯； -從所述面片中至少抽取(34，342)與所述殘差矢量最關聯的部分，所述抽取部分形成第二原子； -從所述第一原子和所述第二原子當中選擇(36)與所述當前殘差矢量最關聯的原子；以及 -按照所述所選原子更新(38)所述殘差矢量。
2.按照權利要求I所述的編碼方法，其中第二字典的面片具有圓形對稱性。
3.按照權利要求I或2所述的編碼方法，其中第二字典的面片具有取決于它們的內容的形式。
4.按照前面權利要求之一所述的編碼方法，其中所述第二字典包含不同尺寸的至少兩個面片。
5.按照前面權利要求之一所述的編碼方法，其中抽取(34，342)步驟包含抽取與所述殘差矢量最關聯的N個部分，抽取的每個部分形成重新定相原子，以及 其中選擇步驟包含從所述第一原子和所述重新定相原子當中選擇與所述當前殘差矢量最關聯的原子。
6.一種重構以流的形式出現的一系列圖像的當前塊的方法，其包含如下步驟 -從所述流中解碼(60)所述當前塊的殘差塊； -迭代地將至少包含與位于所述當前塊的因果鄰域中的像素相聯系的重構圖像數據的數據的矢量分解(62)成第一字典的原子，所述第一字典包含解析原子和帶紋理原子； -從與所述當前塊相對應的所述分解矢量數據中抽取(64)數據，所述抽取數據形成預測塊； -通過合并所述解碼殘差塊和所述預測塊重構(66)所述當前塊， 該重構方法的特征在于，在每次迭代時，分解成原子的所述步驟包含如下步驟 -在原子的所述第一字典中選擇(32)第一原子； -當所述第一原子是帶紋理原子時，應用(34，340)與所述第一原子相聯系的面片與當前殘差矢量之間的相位關聯； -從所述面片中至少抽取(34，342)與所述殘差矢量最關聯的部分，所述抽取部分形成第二原子； -從所述第一原子和所述第二原子當中選擇(36)與所述當前殘差矢量最關聯的原子；以及 -按照所述所選原子更新(38)所述殘差矢量。
7.按照權利要求6所述的重構方法，其中第二字典的面片具有圓形對稱性。
8.按照權利要求6或7所述的重構方法，其中第二字典的面片具有取決于它們的內容的形式。
9.按照權利要求6到8之一所述的重構方法，其中所述第二字典包含不同尺寸的至少兩個面片。
10.按照權利要求6到8之一所述的重構方法，其中抽取(34，342)步驟包含抽取與所述殘差矢量最關聯的N個部分，抽取的每個部分形成重新定相原子，以及其中選擇步驟包含從所述第一原子和所述重新定相原子當中選擇與所述當前殘差矢量最關聯的原子。
全文摘要
本發明涉及一種編碼當前塊的方法，其包含將至少包含與位于當前塊的因果鄰域中的像素相聯系的重構圖像數據的數據的矢量分解成第一字典的原子的迭代步驟。在每次迭代時，分解成原子的步驟包含如下步驟-在原子的第一字典中選擇(32)第一原子；-當第一原子是帶紋理原子時，應用(34，340)與第一原子相聯系的面片與當前殘差矢量之間的相位關聯；-從面片中至少抽取(34，342)與殘差矢量最關聯的部分，該抽取部分形成第二原子；-從第一原子和第二原子當中選擇(36)與當前殘差矢量最關聯的原子；以及-按照所選原子更新(38)殘差矢量。
文檔編號H04N7/36GK102918838SQ201180026637
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月28日 優先權日2010年4月2日
發明者D.索羅, A.馬丁, S.切里吉, E.弗朗索瓦, J.維羅恩 申請人:湯姆森特許公司