專利名稱：編碼和重構(gòu)圖像序列的塊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像編碼的一般領(lǐng)域。本發(fā)明涉及編碼圖像序列的一個(gè)塊的方法以及重構(gòu)這樣塊的相應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
參考圖1，在現(xiàn)有技術(shù)中已知通過(guò)空間或時(shí)間預(yù)測(cè)編碼屬于幾個(gè)圖像的序列的當(dāng)前圖像的像素的當(dāng)前塊Be。為此，在現(xiàn)有技術(shù)中已知在空間預(yù)測(cè)的情況下從在空間上與以前重構(gòu)的當(dāng)前塊鄰近的像素中，或從叫做參考圖像、除了以前重構(gòu)的當(dāng)前圖像之外的其它圖像的像素中為要編碼的當(dāng)前塊Be確定預(yù)測(cè)塊Bp。在步驟12期間，通過(guò)從當(dāng)前塊Be中提取預(yù)測(cè)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(gè)編碼步驟一般包含將殘差塊變換成系數(shù)塊，量化這些系數(shù)以及將它們熵編碼在流F中。在時(shí)間預(yù)測(cè)的情況下，在現(xiàn)有技術(shù)中已知從像塊匹配方法那樣的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法中確定預(yù)測(cè)像素塊。但是，這樣的預(yù)測(cè)塊相對(duì)于重構(gòu)當(dāng)前塊的鄰近塊一般是非均勻的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明涉及編碼圖像序列的當(dāng)前塊的方法，其包含如下步驟-為當(dāng)前塊確定預(yù)測(cè)塊；-通過(guò)從當(dāng)前塊中提取預(yù)測(cè)塊確定殘差塊；以及_編碼殘差塊。按照本發(fā)明，當(dāng)前塊的預(yù)測(cè)塊按照如下步驟確定-從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和以前編碼和重構(gòu)的至少一個(gè)參考圖像中確定初始預(yù)測(cè)塊；-將原子分解方法應(yīng)用在數(shù)據(jù)矢量Ycp上，該數(shù)據(jù)矢量包含以前編碼和重構(gòu)的當(dāng)前塊的鄰近塊的圖像數(shù)據(jù)和初始預(yù)測(cè)塊的數(shù)據(jù)；以及-從該分解矢量中提取與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，該提取數(shù)據(jù)形成預(yù)測(cè)塊。當(dāng)前塊的時(shí)間預(yù)測(cè)由于所得預(yù)測(cè)塊結(jié)合了來(lái)自參考圖像的時(shí)間信息項(xiàng)和來(lái)自當(dāng)前圖像的空間信息項(xiàng)兩者得到改進(jìn)。由于考慮了當(dāng)前塊的空間環(huán)境，即，以前重構(gòu)的鄰近像素，使所得預(yù)測(cè)塊更加均勻。按照本發(fā)明的一個(gè)具體方面，該編碼方法包含按照如下步驟，確定對(duì)于其N(Ycp-AcX)最小的矢量Xk，其中A。是每列代表原子aj的矩陣，和N(.)是標(biāo)準(zhǔn)a)選擇與Rlri最相關(guān)的原子ajk，其中Rlrl是在矢量Yep與AjXlrl之間計(jì)算的殘差，其中Xlri是在第k-1次迭代確定的X值，以及k是整數(shù)；b)從所選原子中計(jì)算Xk和Rk ;以及c)迭代步驟a和b直到如下停止準(zhǔn)則N(Yep-AeXk)彡P(guān)，其中P是閾值，-從矢量A,0提取預(yù)測(cè)塊，其中是矢量Xk之一。
按照本發(fā)明的一個(gè)具體特征，，其中K是最后一次迭代的索引。按照一種變型，是按照如下步驟確定的-在每次迭代時(shí)存儲(chǔ)Xk；-從存儲(chǔ)的Xk中選擇對(duì)于其N(Yp-ApXk)值最低的Xk，其中Yp是Yep與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的部分，和Ap是矩陣A。與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的部分；以及-從中確定預(yù)測(cè)塊，其中是在以前步驟中選擇的Xk。本發(fā)明還涉及以編碼數(shù)據(jù)流的形式重構(gòu)圖像的序列的當(dāng)前塊的方法，其包含如下步驟-通過(guò)解碼編碼數(shù)據(jù)流的一部分確定殘差塊；
-確定當(dāng)前塊的預(yù)測(cè)塊；以及-通過(guò)合并殘差塊和預(yù)測(cè)塊重構(gòu)當(dāng)前塊。按照本發(fā)明，當(dāng)前塊的預(yù)測(cè)塊按照如下步驟確定-從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和以前編碼和重構(gòu)的至少一個(gè)參考圖像中確定初始預(yù)測(cè)塊；-將原子分解方法應(yīng)用在數(shù)據(jù)矢量Ycp上，該數(shù)據(jù)矢量Ycp包含以前編碼和重構(gòu)的當(dāng)前塊的鄰近塊的圖像數(shù)據(jù)和初始預(yù)測(cè)塊的數(shù)據(jù)；以及-從該分解矢量中提取與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，該提取數(shù)據(jù)形成預(yù)測(cè)塊。按照一個(gè)具體實(shí)施例，該重構(gòu)方法包含按照如下步驟，確定使N (Ycp-AcX)最小化的矢量Xk，其中A。是每列代表原子aj的矩陣，和N(.)是標(biāo)準(zhǔn)a)選擇與Rlri最相關(guān)的原子ajk，其中Rlrl是在矢量Yep與AjXlrl之間計(jì)算的殘差，其中Xlri是在第k-1次迭代確定的X值，以及k是整數(shù)；b)從所選原子中計(jì)算Xk和Rk ；以及c)迭代步驟a和b直到如下停止準(zhǔn)則N(Yep-AcIk)彡P(guān)，其中P是閾值，-從矢量中提取預(yù)測(cè)塊，其中是矢量Xk之一。按照本發(fā)明的一個(gè)具體特征，=XK，其中K是最后一次迭代的索引。按照一種變型,是按照如下步驟確定的-在每次迭代時(shí)存儲(chǔ)Xk；-從存儲(chǔ)的Xk中選擇對(duì)于其N(Yp-ApXk)值最低的Xk，其中Yp是Yep與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的部分，和Ap是矩陣A。與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的部分；以及-從七確定預(yù)測(cè)塊，其中xI,是在以前步驟中選擇的Xk。


通過(guò)參考附圖借助決不是限制性的實(shí)施例和有利實(shí)現(xiàn)方式，可以更好地理解和例示本發(fā)明，在附圖中圖I示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的編碼方法；圖2示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的原子分解(atomic decomposition)方法；圖3示出了圖像的一組塊；圖4示出了按照本發(fā)明的編碼方法；
圖5示出了按照本發(fā)明的解碼方法；圖6、7和8示出了按照本發(fā)明的編碼方法的具體元素；圖9示出了按照本發(fā)明的重構(gòu)方法；圖10示出了按照本發(fā)明的編碼設(shè)備；圖11示出了按照本發(fā)明的解碼設(shè)備；以及圖12示出了因果區(qū)的不同形式。
具體實(shí)施例方式圖像包含每一個(gè)與至少一項(xiàng)圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的像素或圖像點(diǎn)。一項(xiàng)圖像數(shù)據(jù)是， 例如，一項(xiàng)亮度數(shù)據(jù)或一項(xiàng)色度數(shù)據(jù)。術(shù)語(yǔ)“殘差”表示提取了其它數(shù)據(jù)之后獲得的數(shù)據(jù)。該提取一般是從源像素中減去預(yù)測(cè)像素。但是，該提取更一般，并且尤其包含加權(quán)相減。術(shù)語(yǔ)“重構(gòu)”表示將殘差與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)合并之后獲得的數(shù)據(jù)(例如，像素、塊)。該合并一般是預(yù)測(cè)像素與殘差之和。但是，該合并更一般，并且尤其包含加權(quán)相加。重構(gòu)塊是一塊重構(gòu)像素。關(guān)于圖像解碼，術(shù)語(yǔ)“重構(gòu)”和“解碼”經(jīng)常用作同義詞。因此，“重構(gòu)塊”也表示為術(shù)語(yǔ)“解碼塊”。按照本發(fā)明的編碼方法基于原子分解方法。存在使得能夠從信號(hào)Y中獲得原子分解的各種方法。其中，最眾所周知的一種被稱為術(shù)語(yǔ)“匹配追蹤”。注意，也可以使用像“正交匹配追蹤”或“全局匹配過(guò)濾”那樣“匹配追蹤”的變型。下文描述一般原子分解和“匹配追蹤”的一般原理。假設(shè)Y為N元(dimension)的源矢量和A為NXM(M >> N)元的矩陣。A的列a」是用于表示源矢量Y的字典(dictionary)的基本函數(shù)或原子(atom)。源信號(hào)Y的原子分解的目的是確定M元的矢量X，以便Y=AX。對(duì)于矢量X,存在無(wú)限個(gè)解。簡(jiǎn)約(parsimonious)表示的目的是在Y = AX的所有解當(dāng)中搜索簡(jiǎn)約的那些解，即，矢量X只有少數(shù)幾個(gè)非零系數(shù)的那些解。搜索精確解實(shí)際上太復(fù)雜，因?yàn)樾枰浅０嘿F的組合途徑。一般說(shuō)來(lái)，取而代之的是尋找核實(shí)N(Y-AX) ( P的簡(jiǎn)約表示，其中P是控制該表示的簡(jiǎn)約性的容限閾值(tolerance threshold),并且其中N(.)是，例如，平方標(biāo)準(zhǔn)L2。當(dāng)然，N(.)可以是除了標(biāo)準(zhǔn)L2之外的其它標(biāo)準(zhǔn)?！捌ヅ渥粉?MP)”的方法使這樣的次最佳，即，非精確解可以使用迭代過(guò)程獲得。該方法在每次迭代k，生成具有數(shù)量在每次新迭代k 一般增加(除了在兩次迭代期間選擇相同原子之外)的非零系數(shù)的表示Xk，即M元矢量。下面參考圖2詳細(xì)描述MP方法。已知數(shù)據(jù)是源信號(hào)Y、字典A和閾值P。在初始化步驟20 (迭代k=0)期間，XQ=0，并按如下計(jì)算殘差誤差Ru的初始矢量IRcI=Y-AXci=Y0在對(duì)應(yīng)于第k次迭代的步驟22期間，選擇與當(dāng)前殘差矢量Rlri具有最高相關(guān)性的 、，
基函數(shù)其中 Rh=Y-AXh. = argmax(.Rk-I,〉= argmax-----
a/j a a/
uA，.JJ Jj在步驟24期間，更新矢量Xk和殘差矢量Rk。矢量Xk的系數(shù)^按照如下公式計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種編碼圖像的序列的當(dāng)前塊的方法，其包含如下步驟 -從所述當(dāng)前塊中確定(30，32，34)預(yù)測(cè)塊； -通過(guò)從所述當(dāng)前塊中提取所述預(yù)測(cè)塊確定(36)殘差塊；以及 -編碼(38)所述殘差塊， 該方法的特征在于，按照如下步驟從所述當(dāng)前塊中確定所述預(yù)測(cè)塊 -從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和以前編碼和重構(gòu)的至少一個(gè)參考圖像中確定(30)初始預(yù)測(cè)塊； -將原子分解方法應(yīng)用(32)在數(shù)據(jù)矢量Ycp上，所述數(shù)據(jù)矢量Ycp包含以前編碼和重構(gòu)的所述當(dāng)前塊的鄰近塊的圖像數(shù)據(jù)和初始預(yù)測(cè)塊的數(shù)據(jù)；以及 -從所述分解矢量中提取(34)與所述當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，所述提取數(shù)據(jù)形成所述預(yù)測(cè)塊。
2.按照權(quán)利要求I所述的編碼方法，其包含按照如下步驟，確定使N(Ycp-AcI)最小化的矢量Xk，其中A。是每列代表原子aj的矩陣，和N(.)是標(biāo)準(zhǔn) a)選擇與Rlri最相關(guān)的原子ajk，其中Rlri是在矢量Yep與AjXlrl之間計(jì)算的殘差，其中Xlri是在第k-Ι次迭代確定的X值，以及k是整數(shù)； b)從所述所選原子中計(jì)算Xk和Rk；以及 c)迭代步驟a和b直到如下停止準(zhǔn)則N(Yep-AcIk)彡P(guān)，其中P是閾值， -從矢量中提取預(yù)測(cè)塊，其中是矢量Xk之一。
3.按照權(quán)利要求2所述的編碼方法，其中=Xk，其中K是最后一次迭代的索引。
4.按照權(quán)利要求2所述的編碼方法，其中是按照如下步驟確定的 -在每次迭代時(shí)存儲(chǔ)Xk ； -從存儲(chǔ)的Xk中選擇對(duì)于其N(Yp-ApXk)值最低的Xk，其中Yp是Yct與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的部分，和Ap是矩陣A。與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的部分；以及 -從確定預(yù)測(cè)塊，其中是在以前步驟中選擇的xk。
5.一種以編碼數(shù)據(jù)流的形式重構(gòu)圖像的序列的當(dāng)前塊的方法，其包含如下步驟 -通過(guò)解碼所述編碼數(shù)據(jù)流的一部分確定(40)殘差塊； -從所述當(dāng)前塊中確定(42，44，46)預(yù)測(cè)塊； -通過(guò)合并所述殘差塊和所述預(yù)測(cè)塊重構(gòu)(48)當(dāng)前塊， 該方法的特征在于，按照如下步驟從所述當(dāng)前塊中確定所述預(yù)測(cè)塊 -從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和以前編碼和重構(gòu)的至少一個(gè)參考圖像中確定(42)初始預(yù)測(cè)塊； -將原子分解方法應(yīng)用(44)在數(shù)據(jù)矢量Ycp上，所述數(shù)據(jù)矢量Ycp包含以前重構(gòu)的所述當(dāng)前塊的鄰近塊的圖像數(shù)據(jù)和初始預(yù)測(cè)塊的數(shù)據(jù)；以及 -從所述分解矢量中提取(46)與所述當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，所述提取數(shù)據(jù)形成所述預(yù)測(cè)塊。
6.按照權(quán)利要求5所述的重構(gòu)方法，其包含按照如下步驟，確定使N(Ycp-AeX)最小化的矢量Xk，其中A。是每列代表原子aj的矩陣，和N(.)是標(biāo)準(zhǔn) a)選擇與Rlri最相關(guān)的原子ajk，其中Rlri是在矢量Yep與AjXlrl之間計(jì)算的殘差，其中Xlri是在第k-Ι次迭代確定的X值，以及k是整數(shù)；b)從所述所選原子中計(jì)算Xk和Rk；以及 c)迭代步驟a和b直到如下停止準(zhǔn)則N(Yep-AcIk)彡P(guān)，其中P是閾值， -從矢量中提取預(yù)測(cè)塊，其中是矢量Xk之一。
7.按照權(quán)利要求6所述的重構(gòu)方法，其中=Xk，其中K是最后一次迭代的索引。
8.按照權(quán)利要求6所述的重構(gòu)方法，其中是按照如下步驟確定的 -在每次迭代時(shí)存儲(chǔ)Xk ； -從存儲(chǔ)的Xk中選擇對(duì)于其N(Yp-ApXk)值最低的Xk，其中Yp是Yct與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的部分，和Ap是矩陣A。與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的部分；以及 -從七 jrO確定預(yù)測(cè)塊，其中是在以前步驟中選擇的Xk。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種編碼當(dāng)前塊的方法，其包含如下步驟-從當(dāng)前塊中確定(30，32，34)預(yù)測(cè)塊；-通過(guò)從當(dāng)前塊中提取預(yù)測(cè)塊確定(36)殘差塊；-編碼(38)殘差塊，該方法的特征在于，按照如下步驟從當(dāng)前塊中確定預(yù)測(cè)塊-從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和以前編碼和重構(gòu)的至少一個(gè)參考圖像中確定(30)初始預(yù)測(cè)塊；-將原子分解方法應(yīng)用(32)在數(shù)據(jù)矢量Ycp上，數(shù)據(jù)矢量Ycp包含以前編碼和重構(gòu)的當(dāng)前塊的鄰近塊的圖像數(shù)據(jù)和初始預(yù)測(cè)塊的數(shù)據(jù)；以及-從分解矢量中提取(34)與當(dāng)前塊相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，該提取數(shù)據(jù)形成預(yù)測(cè)塊。
文檔編號(hào)H04N7/36GK102763414SQ201180009281
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者A.馬丁, D.索羅, E.弗朗索瓦, J.維爾隆 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司