CN1131878A - 编码带有静止目标的图象信号的装置 - Google Patents
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Abstract
通过编码带有静止目标的图象信号提高编码效率的装置，包括检测目标边界上的轮廓图象信号并对该信号进行编码，以生成第一编码的信号的装置；将图象信号划分成多个具有预定的相同尺寸的图象的划分器；检测包含该轮廓图象信号的图象块并生成重构的图象块的第二检测器；响应与图象块的类型相对应的选择信号，有选择地对重构的图象块或未被检测的图象块进行编码，以产生第二编码的图象信号的编码器；及对第一和第二编码的图象信号进行格式化的格式化器。
Description
本发明涉及一种用于低比特率编码图象信号的装置；更具体地，涉及一种采用改进的面向目标的编码技术有效地编码带有静止目标的图象信号，从而提高总的编码效率的装置。
在诸如视频电话、高清晰度电视或电信会议等数字电视系统中，由于图象帧信号中的各图象行信号包含一系列称作象素的数字数据，而需要大量的数字数据来定义各图象信号。然而，由于一条传统的传输信道的可利用的频带宽度是有限的，为了通过它来传输大量的数字数据，不可避免地要通过使用各种数据压缩技术来压缩或减少数据量，尤其是在诸如视频电话及电信会议系统的低比特率图象信号编码系统中。
用于编码低比特率编码系统的图象信号的方法之一是所谓面向目标的分析-综合编码技术(见Michael Hotter的“根据移动二维目标的面向目标的分析-综合编码”，Signal Processing(信号处理)：Image Communication(图象通信)，2，409-428(1990))。
根据该面向目标的分析-综合编码技术，带有移动目标的输入图象信号是根据这些移动目标被划分的；并且三组用于定义各目标的运动、轮廓及象素数据的参数是通过不同的编码信道被处理的。
在处理位于一“静止目标”中的图象数据或象素的情况下，在面向目标的分析-综合编码技术中主要采用一仅减少图象数据中所包含的空间冗余的变换编码技术，用于图象数据压缩的一种最常用的变换编码技术是基于DCT(离散余弦变换)的块变换编码，该技术是将一数字图象数据块，例如8×8象素块，变换为一组变换系数数据。该方法在例如Chen和Pratt的“场景自适应编码器”，IEEE Transactions on Communications，COM-32，NO.3，225-232页(1984年3月)中被描述。
在基于DCT的块变换编码中，静止目标外侧的象素通常被以零值填充或屏蔽。然而，该零屏蔽的象素与目标内具有特定值的象素一起被编码，因此在编码处理中在它们之间可能会出现高频分量，从而降低了总的编码效率。
因此，本发明的主要目的是提供一种采用改进的面向目标的编码技术有效地编码带有静止目标的图象信号，从而提高总的编码效率的装置。
根据本发明，提供有一种用于编码带有一静止目标的图象信号的装置，其中静止目标内的象素指定为非零值且静止目标外的象素指定为零值，该装置包括：
用于检测位于图象信号内静止目标的边界上的轮廓图象信号并对该被检测的轮廓图象信号进行编码，从而生成第一编码的图象信号的装置；
用于将图象信号划分成多个具有预定的相同尺寸的块的装置；
用于从这些图象块中检测包含该轮廓图象信号的图象块并为各被检测的图象块生成一重构的图象块的装置；
响应于与图象块的类型相对应的选择信号，有选择地对重构的图象块或未被检测的图象块进行编码，从而产生第二编码的图象信号的装置；及
用于对第一和第二编码的图象信号进行格式化的装置。
从下面对结合附图的优选实施例的描述中，本发明的上述及其它目的和优点将变得明显，其中，
图1示出了本发明的图象信号编码装置的方框图；及
图2A、2B及2C说明了根据本发明的产生适用于编码的重构图象块的过程。
参照图1，示出了本发明的新颖的图象信号编码装置100的详细方框图。该图象信号编码装置100包括帧存储器10、第一及第二图象信号编码器20和70、图象块产生器30、图象块重构装置50和格式化电路80。
一带有静止目标的输入数字图象信号被输入帧存储器10以存储在其中，然后，该存储的图象信号被检出至第一图象信号编码器20的轮廓图象检测器22和图象块产生器30。该输入数字图象信号包括指定给目标内的象素的非零值和目标外的象素的零值。
包括轮廓图象检测器22和轮廓图象编码器24的第一图象信号编码器20是用于通过采用已知的轮廓图象检测及编码技术检测并编码一来自帧存储器10的图象信号内的目标的轮廓图象信号，以产生一编码的轮廓图象信号。更具体地，如图2A中所示，轮廓图象检测器22通过采用常规的轮廓或边界检测算法，例如，Sobel算子，检测一输入图象信号11中目标12的轮廓图象信号16。众所周知，目标的轮廓图象信号可自定义为象素位置的边缘点导出以形成其目标，在该位置产生了图象信号的物理方面的显著改变。通过将从待被检测的象素的值或灰度获得的象素值与其相邻的带有预定阈值的M×M，例如3×3，象素进行比较，可检测到这样的变化，其中待被检测的象素位于M×M象素的中心处。在轮廓图象检测器22检测到的轮廓图象信号随后被提供给轮廓图象编码器24用以对其编码。
在轮廓图象编码器24，通过采用例如JPEG(联合照相专家组)的二进制算术编码对来自轮廓图象检测器22的轮廓图象信号进行编码，然后将该编码的轮廓图象信号提供给格式化电路80。
同时，图象块产生器30将来自帧存储器10的图象信号划分成多个例如8×8象素的图象块，并在逐块的基础上将该划分的图象块提供给第一开关电路40。在第一开关电路40，响应来自一系统控制器(未示出)的表示在图象块中是否存在边缘或轮廓图象信号的选择信号CS，来自图象块产生器30的各图象块被有选择地耦合至图象块重构装置50或第二开关电路60。换句话说，响应逻辑高电平选择信号CS，各图象块被耦合至图象块重构装置50；而响应逻辑低电平选择信号CS，各图象块被送至第二开关电路60。
如图1中所示，本发明的图象块重构装置50包括一象素数据检测器52、平均计算器54、差分值计算器56和图象块重构器58。图象块重构装置50通过采用本发明的新颖的面向目标的编码方案，将来自第一开关电路40的各图象块转换成一适于变换编码的重构的图象块。
在本发明的面向目标的编码方案中，象素数据检测器52通过采用公知的边界象素检测算法，例如上述的Sobel算子，检测位于来自第一开关电路40的各图象块中的目标边界的一组象素。更具体地，假定如图2A及2B所说明的那样，待被处理的图象块18恒等于具有例如8×8象素的方块18’，且该方块18’包括位于一目标区12’内的例如10即A至J个象素，并且位于目标区12’外的象素被填充以零值。然后有5个象素即A、C、E、F和G作为各图象块18’的边界象素可被检测。在检测到各图象块的边界象素后，目标区12’内的所有象素，例如象素A至J被选取。随后，各图象块的检测到的边界象素被提供给平均值计算器54，同时所有被选取的象素被送至图象块重构器58。
在平均值计算器54，通过采用现有技术中众所周知的平均值计算算法，计算出来自象素数据检测器52的各图象块的边界象素的平均象素值Bmean；并导出表示图象块位置的信息。然后，在平均值计算器54计算及导出的各图象块的平均象素值Bmean及信息被分别提供给差分值计算器56及第二图象信号编码器70。
在差分值计算器56，来自象素数据检测器52的各象素及来自平均值计算器54的平均象素值Bmean被处理以计算一表示各象素值之间差的差分象素值和平均象素值Bmean。这些差分象素值被加给通过采用这些计算的差分象素值将来自第一开关电路40的例如图28中所示的18’的各图象块转换成例如图2C中所示的18’的一重构图象块的图象块重构器58。从图2B及2C中可以看到，目标区12’中的各原始象素值被以相应的差分象素值所替代。位于目标区12’外的零象素值不被变换成非零值。由图象块重构器58重构的各图象块被耦合至第二开关电路60。
响应来自系统控制器的选择信号CS，第二开关电路60有选择地将来自第一开关电路40的非重构的图象块或来自图象块重构器58的重构的图象块耦合至第二图象信号编码器70。
第二图象信号编码器70包括一变换编码器(TC)72、一量化器74和一熵编码器76，采用常规的变换及静态编码技术，第二图象信号编码器70对包括在来自第二开关电路60的各重构的或非重构的图象块中的图象数据进行编码。这就是说，通过采用例如离散余弦变换(DCT)，TC72将来自第二开关电路60在空间域中的各图象块的图象数据变换成在频率域中的一组变换系数，并将该组变换系数提供给量化器74。在量化器74，通过采用公知的量化方法，在组变换系数被量化；并然后将该组量化的变换系数送至熵编码器76以作进一步的压缩。
通过采用例如扫描宽度与可变长度编码的组合，熵编码器76或为各个非重构的图象块对来自量化器74的量化的变换系数进行编码，或为各个重构的图象块对来自量化器74及平均值计算器54的该组量化的变换系数、平均象素值及位置信息进行编码以生成一编码的图象信号。然后，由熵编码器76编码的该图象信号被提供给格式化电路80。
格式化电路80对来自轮廓图象编码器24的编码的轮廓图象信号及来自熵编码器76的编码的图象信号进行格式化，从而提供一格式化的数字图象信号给发送器(未示出)用以发送。如上所示，所以，本发明采用重构图象块的概念，在编码处理期间，能够显著减少一静止目标内的象素与其外的象素间表现出的高频分量，从而提高总的编码效率。
虽然已相对于特定的实施例展示与描述了本发明，但对于熟悉本技术的人员而言，显然可以在不脱离所附的权利要求所定义的发明精神及范围的前提下，作出许多改变与修正。
Claims (2)
1、用于编码带有静止目标的图象信号的装置，其中图象信号包括指定给静止目标内的象素的非零值及指定给静止目标外的象素的零值，该装置包括：
用于检测位于图象信号内静止目标的边界上的轮廓图象信号并对该被检测的轮廓图象信号进行编码，从而生成第一编码的信号的装置；
用于将图象信号划分成多个具有预定的相同尺寸的块的装置；
用于从这些图象块中检测包含该轮廓图象信号的图象块并为各被检测的图象块生成一重构的图象块的装置；
响应与图象块的类型相对应的选择信号，有选择地对重构的图象块或未被检测的图象块进行编码，从而产生第二编码的图象信号的装置；及
用于对第一和第二编码的图象信号进行格式化的装置。
2、如权利要求1所述的装置，其中所述用于生成重构的图象块的装置包括：
用于为各图象块检测位于目标边界的一组象素的装置；
用于计算及生成所述各图象块的该组象素的平均象素值，并产生表示所述各图象块的位置的信息的装置；
用于检测所述各图象块的目标内的象素并计算表示平均象素值与各个被检测的象素值之间的差的差分象素值的装置；及
用于根据各被检测的图象块及其差分象素值生成重构的图象块的装置。
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