专利名称：用于编码数字视频信号的方法和编码器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于编码一个输入数字视频序列的方法，输入数字视频序列对应于包括一个具有亮度值的亮度分量的彩色图像序列，并且具有一个空间表示，所述方法包括下列步骤-转换步骤，提供用于将所述视频序列从一个初始空间表示域转换到包括转换的亮度值的较少的表示数据；-量化步骤，提供用于对表示数据执行量化，以获得一组减少的数据。
本发明还涉及一种编码器，所述编码器执行所述方法。
这样一种方法可以用于例如一个视频通信系统中。
背景技术：
一个视频通信系统，例如一个电视通信系统，一般包括一个编码器、一种传输介质和一个解码器。这样一个系统接收对应于初始彩色图像序列的一个输入数字视频序列，通过编码器编码所述序列，通过该传输介质传输也称为做位流的编码序列，随后通过解码器对传输的序列进行解码，产生一个输出数字视频序列。
该输入数字视频序列具有一个相关联的空间表示。在典型的视频逼近中，一个空间表示包括3个不同的分量亮度Y、色度U和色度V。亮度分量由不同的灰度级表示为通常的256个灰度级。
为了仅传输必要的数字视频序列的信息，编码器将该空间表示减少到较少的表示数据，并随后执行这个减少的表示数据的量化。
为了改进速率/失真率，也就是说用于编码的位速率与在来自初始图像序列的解码图像序列中所察觉到的失真的比，现有技术中已经提出了多个量化解决方法。
在引用的文献，即IEEE学报，第73卷，No.4，第523-548页，1985年4月中的H.G Mussmann、P.Pirsch和H-J Grallert的“Advancesin picture coding(在图片编码中的进展)”中，描述了其中一种方法。该现有技术的解决方法是基于使用活动函数的活动测量。活动函数的一个典型的例子是计算在一个图像序列的一个区域内的邻近像素之间的最大差值。如果该最大值小于一个阈值，那么这意味着有一些均匀的亮度值在这个区域内，并且认为这个区域没有活性。通过更为复杂的活性函数，一个图像序列能够分成多个分段，在其上执行不同的量化。在这个例子中，使用一组分离的子量化器能够实现一个自适应的量化器，每一个子量化器对应于一个分段，这样一些特定的活动值与每一个分段是相关联的。
所有的这些量化解决方法，在全部所述图像的初始值之上，平均最小化了一个图像的失真。从而，在例如可以忽略视频信号中的灰度级出现概率的位置中，它们提出有很少或没有再现值，而在灰度级出现的高概率处中，需要指定更多的再现点。
假定图像编码的目的是重新产生一个具有最好的可能可视质量的输入图像，那么现有技术的这些解决方法的一个主要的不利之处在于，它们仅产生了一个近似的适合于人眼的感知响应。
发明目的和概述因此本发明的一个目的是提供用于编码一个输入数字视频序列的方法和编码器，输入数字视频序列对应于包括一个具有亮度值的亮度分量的彩色图像序列，并且具有一个空间表示，如权利要求1的前序部分中所述，这样改进了具有好的速率/失真的重新产生的输入数字视频序列的可视质量。
为此，该方法的量化步骤根据所述亮度分量的转换的亮度值的可见范围，以一种自适应方式执行亮度分量的量化，从而获得所述一组减少的数据。
另外，编码器中的量化装置适应于根据所述亮度分量的转换的亮度值的可见范围，以一种自适应方式执行亮度分量的量化，从而获得一组减少的数据。
如我们下面要进一步详细了解的，本发明是基于认为在标准的观看条件下人眼不能够区分在某些范围内的一些转换的亮度值。因此，在此原则下，根据人眼的感知特性，并且特别是对于所述可视范围，该量化步骤是适合的。
附图
简要说明附图中示出了如何能够根据本发明由编码器执行对于在一个可视范围之内或之外的转换的亮度值的量化，参照附图并阅读下面的详细描述，本发明的其它目的、特征和益处将是明显的。
发明详细描述在下面的描述中，将不详细描述本领域技术人员公知的功能和结构，因为它们将会以不必要的细节掩盖本发明。
本发明涉及一种用于编码一个输入数字视频序列的方法，输入数字视频序列对应于包括一个具有亮度值的亮度分量的初始彩色图像序列，所述方法特别用于具有视频通信系统的编码器。所述系统接收多个数字视频序列。
为了通过传输介质有效地传输输入的视频序列，所述编码器应用一编码。称作位流的所述编码的序列传送到一个解码器，解码器解码并重新产生该初始视频序列。
注意，空间表示数据通常是本领域技术人员公知的一个YUV亮度和色度表示，亮度分量由256个灰度级表示。
这种编码器包括-转换装置，用于将所述视频序列从初始空间表示域转换为包括转换的亮度值的较少的表示数据；-量化装置，用于对表示数据执行量化，以获得一组减少的数据。
-编码装置，用于编码所述一组减少的数据。
一种输入数字视频序列如下进行编码。
在第一步1)，初始空间表示数据，即YUV亮度和色度表示，例如在一个频率域中通过本领域技术人员公知的DCT变换或通过网格法(mesh method)，转换为较少的表示数据。这些较少的表示数据导致了转换的亮度和色度值。
更具体的，对于亮度分量，这导致了以8位来编码到相应的DC和AC系数的一组256灰度级数据的减少，如果例如使用一个DCT变换，所述DCT变换用在一个图像序列的多个块上。
一个块的DC系数是所述块的亮度值的平均值。因此，这个DC系数表示了一个转换亮度值。对于DCT转换之外的其它转换，能够应用同样的类似方式(parallel)。
感知研究已经表明，在标准的观看条件下，人眼不能区分小的亮度变化(从1到5灰度级)。
此外，由申请人进行的感知测试表明，对于包括256灰度级(例如从0到255)的一个亮度分量，与在亮度范围
或在亮度范围[130；255]内的亮度变化相比，人眼对于在亮度范围[70；130]内的亮度变化更为敏感。亮度范围[70；130]叫做可视范围。
人眼能够正确感知的亮度值和转换亮度值分别叫做相关值或相关转换值，而其它的分别叫做非相关值或非相关转换值。
因此，在第二步2)中，对于该组减少的数据执行量化，更具体的，对于亮度分量的转换亮度值执行量化，并且这根据如上所述的感知特性。
根据第一个非限制性实施例，如现有技术中所述，量化步骤通过计算在视频序列内的转换亮度值的出现概率，对亮度分量进行量化，但是概率的一个大的权重首先施加到在可见范围内的转换亮度值。从而，与如果仅施加一种通用的概率计算相比，将会以一种对人眼更适合的方式考虑在可见范围内的转换亮度值。最后，根据所述出现概率，较少的表示数据转换为一组减少的数据。
根据第二个优选实施例，通过为在可见范围内的转换亮度值应用精细的量化点，量化步骤对亮度分量执行量化，而在该范围之外，粗的量化点用于转换亮度值。
在附图所示的例子中，对于亮度分量有N个转换亮度值，并且M个点用于量化。
如果可视范围是[α，β]，K量化点K0到K8将用于执行在这个范围内的转换亮度值的量化。任一量化点归结于一个转换亮度值，或例如，一个量化点归结为很小的一组转换亮度值，例如2个转换亮度值。
这些K点能够具有与相应的转换亮度值正好相同的值，而亮度分量动态的动态保持不变，或不是。在此例中，α＝70，β＝130。
在该可见范围之外，即在范围
内和在范围[β，N-1]内，L量化点用于按间隔执行转换亮度值的量化。例如，如果该转换亮度值是从0到15，那么一个量化点L0将归结到这个间隔。一个第二量化点L1将归结到从15到30的间隔，等等。因此，在该可见范围之外，量化是非常粗的。虽然亮度的非相关转换值是下降的，但是人眼将不会看到任何差别。
从而，在可见范围之外的唯一的量化点归结于一大族(cluster)转换亮度值，而在可见范围内的量化点归结于一个或一小族转换亮度值。与在可见范围外的一族相比，在可见范围内的这样一族包括非常少的转换亮度值。
从而，以一种自适应方式执行亮度分量的量化，因为它对于所有的转换亮度值是不统一的，而是对于亮度值的某个区域执行精细的量化，对于另一个区域执行一个第二粗的量化。
在最后一步，对通过量化表示获得的减少的数据进行编码，例如通过本领域技术人员公知的可变游程长度编码，它是具有多个系列值的相关的一些符号，对所述多个系列值执行量化。
在解码器侧，进行解码以重新获得初始图像，如前所述考虑量化点。在获得的输出图像和初始图像之间人眼将不会看到太多失真。
从而，本发明的一个优点在于通过如下方式改进了速率/失真通过对与现有技术相比更多的具有相同位预算的信息进行编码，或对更少的具有很少位的信息进行编码，但在编码过程中不损失任何质量。实际上，由于对所有相关的亮度转换值执行精细量化，所以图像的质量不会降低。此外，图像的新的表示这样选择，如重新获得的视频图像很好地与人类观察者的视觉能力相匹配。
应当理解，本发明不限于前述实施例，如在所附权利要求中限定的那样可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行改变和修改。在这方面，进行下面的结束说明。
应当注意，根据本发明如上所述的量化步骤也能够直接应用于空间表示的亮度值。但是，实际上，由于对于视频应用，通常存在压缩，所以通常不直接应用，而是仅应用于转换的亮度值。
应当理解，本发明不限于上述的视频应用。它能够应用于任何使用用于编码数字视频序列的系统的应用中，其中最终的用户是人眼，例如，应用包括数字电影、HDTV和科学影像的传输和可视化。图像编码必须设计成与人类观察者的视觉能力相匹配。
应当理解，根据本发明的方法不限于上述的实现。
执行根据本发明的方法的功能件具有多种方式，通过软件或硬件项，或两者，只要一个单独的硬件或软件项能够执行多种功能。它不排除一组软件或硬件项或两者执行一种功能，从而形成一单独的功能件，而不修改根据本发明用于对视频信号进行编码的方法。
能够以多种方式实现所述硬件或软件项，例如通过布线电子电路或通过适当编程的集成电路。集成电路可以并入到计算机或编码器中。在第二种情况中，如前所述，编码器包括转换装置和量化装置，所述装置是如上所述硬件或软件项。
集成电路包括一组指令。从而包括在计算机程序存储器或编码器存储器中所述的该组指令可以使该计算机或编码器执行该解码方法的不同步骤。
例如通过读取一个数据载体，如一个盘，这组指令可以被载入到程序存储器中。例如通过一个通信网络，如Internet，一个服务提供商也能够使这组指令有效。
在下面的权利要求中的任何参考标记将不会构成对该权利要求的限制。很明显，所使用的动词用语“包括”及其动词变化并不排除表示除在任一权利要求中所限定的那些步骤和元件之外的任何其它的步骤或元件。在一个元件或步骤之前的冠词“一”并不排除表示多个这样的元件或步骤。
权利要求
1.一种用于编码一个输入数字视频序列的方法，输入数字视频序列对应于包括一个具有亮度值的亮度分量的彩色图像序列，并且具有一个空间表示，所述方法包括下列步骤-转换步骤，提供用于将所述视频序列从一个初始空间表示域转换到包括转换的亮度值的较少的表示数据；-量化步骤，提供用于对表示数据执行量化，以获得一组减少的数据，特征在于根据所述亮度分量的转换亮度值的可见范围，所述量化步骤以一种自适应方式执行所述亮度分量的量化，以获得所述一组减少的数据。
2.如权利要求1所述的用于编码一个输入数字视频序列的方法，特征在于，通过如下步骤执行量化步骤-将一个大的权重施加到可见范围内的转换亮度值；-计算转换亮度值出现在亮度分量中的概率；和-根据值出现的概率，将该表示数据转换为所述一组减少的数据。
3.如权利要求1所述的用于编码一个输入数字视频序列的方法，特征在于，通过如下步骤执行量化步骤-对于在可见范围之外的转换亮度值，使用粗的量化点；和-对于在可见范围之内的转换亮度值，使用精细的量化点。
4.用于编码器的计算机程序产品，包括一组指令，当该组指令载入到所述编码器中时，使该编码器执行如权利要求1到3所述的方法。
5.用于计算机的计算机程序产品，包括一组指令，当该组指令载入到所述计算机中时，使该计算机执行如权利要求1到3所述的方法。
6.一种编码器，用于编码一个输入数字视频序列，输入数字视频序列对应于包括一个具有亮度值的亮度分量的彩色图像序列，所述信号具有一个空间表示，所述编码器包括-转换装置，用于将所述视频序列从一个初始空间表示域转换到包括转换的亮度值的较少的表示数据；-量化装置，用于对表示数据执行量化，以获得一组减少的数据，特征在于根据所述亮度分量的转换亮度值的可见范围，所述量化装置适应以一种自适应方式执行所述亮度分量的量化，以获得所述一组减少的数据。
7.一个视频通信系统，能够接收一个输入数字视频信号，所述信号由权利要求6中所限定的编码器进行编码。
全文摘要
本发明涉及一种用于编码一个输入数字视频信号的方法和编码器，输入数字视频信号包括具有亮度值的亮度分量。该方法包括步骤将所述视频序列从一个初始空间表示转换到包括转换的亮度值的较少的表示数据；对表示数据执行量化，以获得一组减少的数据。本发明的特征在于根据亮度分量的转换亮度值的可见范围，量化步骤以一种适合的方式执行亮度分量的量化。
文档编号H04N1/41GK1672423SQ03817630
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月9日 优先权日2002年7月24日
发明者G·马昆特, J·容 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司