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(guò)空間或時(shí)間預(yù)測(cè)來(lái)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(cè)塊Bp。在步驟12期間，通過(guò)從當(dāng)前塊Be中抽取預(yù)測(cè)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(cè)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(duì)應(yīng)的原子。解析或理論原子通過(guò)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(cè)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(cè)，可以通過(guò)加入稱為帶紋理原子的來(lái)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(cè)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(duì)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(cè)塊；-通過(guò)從當(dāng)前塊中抽取預(yù)測(cè)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(cè)試。尤其由于相位關(guān)聯(lián)的步驟，對(duì)于第一所選帶紋理原子，這些面片使得可以測(cè)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(cè)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(lái)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(duì)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(guò)簡(jiǎn)單相位關(guān)聯(lián)測(cè)試幾個(gè)重新定相原子要昂貴得多。另外，使用第二字典測(cè)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(duì)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(duì)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(cè)塊；以及-通過(guò)合并解碼殘差塊和預(yù)測(cè)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(duì)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(duì)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(guò)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(yǔ)“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(cè)像素。但是，該抽取更一般，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)。該合并一般是殘差與預(yù)測(cè)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(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“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(guò)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(duì)于矢量X，存在無(wú)限個(gè)解。簡(jiǎn)約表示的目的是在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)在太復(fù)雜，因?yàn)樾枰浅０嘿F的組合手段。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(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(duì)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(cè)塊； -通過(guò)從所述當(dāng)前塊中抽取所述預(yù)測(cè)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(duì)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(duì)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(cè)塊； -通過(guò)合并所述解碼殘差塊和所述預(yù)測(cè)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(duì)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(qǐng)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(qǐng)人:湯姆森特許公司