專利名稱：圖像序列的一個(gè)塊的編碼方法和重構(gòu)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)明涉及編碼一系列圖像的一個(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)中已知通過空間或時(shí)間預(yù)測來編碼屬于幾個(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)測的情況下從以前重構(gòu)的在空間上與當(dāng)前塊相近的像素中，或從叫做參考圖像、以前重構(gòu)的除了當(dāng)前圖像之外的其他圖像的像素中為要編碼的當(dāng)前塊Be確定預(yù)測塊Bp。在步驟12期間，通過從當(dāng)前塊Be中抽取預(yù)測塊Bp確定殘差塊Br?！?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。為了確定預(yù)測塊Bp，在現(xiàn)有技術(shù)中已知將像“匹配追蹤”那樣的原子分解的迭代方法應(yīng)用于至少包含與所述當(dāng)前塊相近的塊的重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)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(shù)相對應(yīng)的原子。解析或理論原子通過它們的數(shù)學(xué)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(yù)測塊與當(dāng)前塊的相關(guān)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(jìn)預(yù)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(jì)算成本的增加。事實(shí)上，在原子分解期間，必須測試更多的原子。

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)明涉及編碼一系列圖像的當(dāng)前塊的方法，其包含如下步驟-迭代地將至少包含與位于當(dāng)前塊的因果鄰域中的像素相聯(lián)系的重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)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(dāng)前塊相對應(yīng)的分解矢量數(shù)據(jù)中抽取數(shù)據(jù)，該抽取數(shù)據(jù)形成預(yù)測塊；-通過從當(dāng)前塊中抽取預(yù)測塊確定殘差塊；以及_編碼殘差塊。在每次迭代時(shí)，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(dāng)?shù)谝辉邮菐Ъy理原子時(shí)，應(yīng)用與第一原子相聯(lián)系的面片(patch)與當(dāng)前殘差矢量之間的相位關(guān)聯(lián)；
-從該面片中至少抽取與殘差矢量最關(guān)聯(lián)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(dāng)中選擇與當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)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(fā)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(guān)聯(lián)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(gè)帶紋理原子有關(guān)的若干重新定相原子。為了利用現(xiàn)有技術(shù)的一種方法測試相同數(shù)量的原子，必須為每個(gè)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(kuò)大字典當(dāng)中的原子要昂貴得多。例如，在根據(jù)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(gè)原子進(jìn)行至 少一次標(biāo)量積，這比如本發(fā)明的編碼方法所做的那樣，在縮小尺寸的第一字典上進(jìn)行標(biāo)量積并使用第二字典通過簡單相位關(guān)聯(lián)測試幾個(gè)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(shí)使迭代次數(shù)減少。按照本發(fā)明的一個(gè)具體特征，第二字典的面片具有圓形對稱性。按照本發(fā)明的另一個(gè)具體特征，第二字典的面片具有取決于它們的內(nèi)容的形式。按照一個(gè)具體特征，第二字典包含不同尺寸的至少兩個(gè)面片。按照一種實(shí)施例變體，抽取步驟包含抽取與殘差矢量最關(guān)聯(lián)的N個(gè)部分，抽取的每個(gè)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(dāng)中選擇與當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)的原子。本發(fā)明還涉及重構(gòu)具有流形式的一系列圖像的當(dāng)前塊的方法，其包含如下步驟-從流中解碼當(dāng)前塊的殘差塊；-迭代地將至少包含與位于當(dāng)前塊的因果鄰域中的像素相聯(lián)系的重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)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(dāng)前塊相對應(yīng)的分解矢量數(shù)據(jù)中抽取數(shù)據(jù)，該抽取數(shù)據(jù)形成預(yù)測塊；以及-通過合并解碼殘差塊和預(yù)測塊重構(gòu)當(dāng)前塊。在每次迭代時(shí)，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(dāng)?shù)谝辉邮菐Ъy理原子時(shí)，應(yīng)用與第一原子相聯(lián)系的面片與當(dāng)前殘差矢量之間的相位關(guān)聯(lián)；-從該面片中至少抽取與殘差矢量最關(guān)聯(lián)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(dāng)中選擇與當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)的原子；以及-按照所選原子更新殘差矢量。該重構(gòu)方法具有與針對編碼方法所述的那些相同的優(yōu)點(diǎn)。按照本發(fā)明的一個(gè)具體特征，第二字典的面片具有圓形對稱性。按照本發(fā)明的另一個(gè)具體特征，第二字典的面片具有取決于它們的內(nèi)容的形式。按照一個(gè)具體特征，第二字典包含不同尺寸的至少兩個(gè)面片。按照一種實(shí)施例變體，抽取步驟包含抽取與殘差矢量最關(guān)聯(lián)的N個(gè)部分，抽取的每個(gè)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(dāng)中選擇與當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)的原子。


本發(fā)明可以參考附圖，通過決不是限制性的實(shí)施例和有利實(shí)現(xiàn)得到更好了解和例不，在附圖中圖I示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的編碼方法；圖2示出了包含解析和帶紋理原子的原子字典；圖3示出了按照現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明細(xì)化的原子解碼方法； 圖6示出了按照本發(fā)明的原子解碼方法的細(xì)節(jié)；圖7示出了按照本發(fā)明的編碼方法；圖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)相聯(lián)系的像素或圖像點(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“殘差”表示抽取了其他數(shù)據(jù)之后獲得的數(shù)據(jù)。該抽取一般是從源像素中減去預(yù)測像素。但是，該抽取更一般，尤其包含加權(quán)相減。術(shù)語“重構(gòu)”表示將殘差與預(yù)測數(shù)據(jù)合并之后獲得的數(shù)據(jù)(例如，像素、塊)。該合并一般是殘差與預(yù)測像素之和。但是，該合并更一般，并尤其包含加權(quán)相加。重構(gòu)塊是重構(gòu)像素的塊。關(guān)于圖像解碼，術(shù)語“重構(gòu)”和“解碼”經(jīng)常用作同義詞。因此，“重構(gòu)塊”也表示為“解碼塊”。按照本發(fā)明的編碼方法基于原子分解方法。存在能夠從信號(hào)Y中實(shí)現(xiàn)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(shè)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(hào)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(gè)解。簡約表示的目的是在Y = AX的所有解當(dāng)中搜索簡約的那些解，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)在太復(fù)雜，因?yàn)樾枰浅０嘿F的組合手段。一般說來，取而代之的是尋找核實(shí)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(shù)L2。當(dāng)然，N(.)也可以是除了范數(shù)L2之外的其他范數(shù)?！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方法獲得。該方法在每次迭代k時(shí)，生成具有在每次新迭代k數(shù)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(shù)的表示xk，即M維矢量。下面參考圖3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，將數(shù)據(jù)\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(yīng)于第k次迭代的步驟22期間，選擇與當(dāng)前殘差矢量Rlri具有最高關(guān)聯(lián)的基
函數(shù)其中
權(quán)利要求
1.一種編碼一系列圖像的當(dāng)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(dāng)前塊的因果鄰域中的像素相聯(lián)系的重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)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(dāng)前塊相對應(yīng)的所述分解矢量數(shù)據(jù)中抽取(54)數(shù)據(jù)，所述抽取數(shù)據(jù)形成預(yù)測塊； -通過從所述當(dāng)前塊中抽取所述預(yù)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(shí)，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(dāng)所述第一原子是帶紋理原子時(shí)，應(yīng)用(34，340)與所述第一原子相聯(lián)系的面片與當(dāng)前殘差矢量之間的相位關(guān)聯(lián)； -從所述面片中至少抽取(34，342)與所述殘差矢量最關(guān)聯(lián)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(dāng)中選擇(36)與所述當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)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(quán)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(quán)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(nèi)容的形式。
4.按照前面權(quán)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(gè)面片。
5.按照前面權(quán)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(guān)聯(lián)的N個(gè)部分，抽取的每個(gè)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(dāng)中選擇與所述當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)的原子。
6.一種重構(gòu)以流的形式出現(xiàn)的一系列圖像的當(dāng)前塊的方法，其包含如下步驟 -從所述流中解碼(60)所述當(dāng)前塊的殘差塊； -迭代地將至少包含與位于所述當(dāng)前塊的因果鄰域中的像素相聯(lián)系的重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)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(dāng)前塊相對應(yīng)的所述分解矢量數(shù)據(jù)中抽取(64)數(shù)據(jù)，所述抽取數(shù)據(jù)形成預(yù)測塊； -通過合并所述解碼殘差塊和所述預(yù)測塊重構(gòu)(66)所述當(dāng)前塊， 該重構(gòu)方法的特征在于，在每次迭代時(shí)，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(dāng)所述第一原子是帶紋理原子時(shí)，應(yīng)用(34，340)與所述第一原子相聯(lián)系的面片與當(dāng)前殘差矢量之間的相位關(guān)聯(lián)； -從所述面片中至少抽取(34，342)與所述殘差矢量最關(guān)聯(lián)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(dāng)中選擇(36)與所述當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)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(quán)利要求6所述的重構(gòu)方法，其中第二字典的面片具有圓形對稱性。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的重構(gòu)方法，其中第二字典的面片具有取決于它們的內(nèi)容的形式。
9.按照權(quán)利要求6到8之一所述的重構(gòu)方法，其中所述第二字典包含不同尺寸的至少兩個(gè)面片。
10.按照權(quán)利要求6到8之一所述的重構(gòu)方法，其中抽取(34，342)步驟包含抽取與所述殘差矢量最關(guān)聯(lián)的N個(gè)部分，抽取的每個(gè)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(dāng)中選擇與所述當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)的原子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種編碼當(dāng)前塊的方法，其包含將至少包含與位于當(dāng)前塊的因果鄰域中的像素相聯(lián)系的重構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的矢量分解成第一字典的原子的迭代步驟。在每次迭代時(shí)，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(dāng)?shù)谝辉邮菐Ъy理原子時(shí)，應(yīng)用(34，340)與第一原子相聯(lián)系的面片與當(dāng)前殘差矢量之間的相位關(guān)聯(lián)；-從面片中至少抽取(34，342)與殘差矢量最關(guān)聯(lián)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(dāng)中選擇(36)與當(dāng)前殘差矢量最關(guān)聯(lián)的原子；以及-按照所選原子更新(38)殘差矢量。
文檔編號(hào)H04N7/36GK102918838SQ201180026637
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)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