专利名称：图像序列的一个块的编码方法和重构方法
技术领域：
本发明涉及图像编码的一般领域。本发明涉及编码一系列图像的一个块的方法以及重构这样块的相应方法。
背景技术：
参考图1，在现有技术中已知通过空间或时间预测来编码属于几个图像的序列的当前图像的像素的当前块Be。为此，在现有技术中已知在空间预测的情况下从以前重构的在空间上与当前块相近的像素中，或从叫做参考图像、以前重构的除了当前图像之外的其他图像的像素中为要编码的当前块Be确定预测块Bp。在步骤12期间，通过从当前块Be中抽取预测块Bp确定残差块Br。·
在步骤14期间，将残差块编码在流F中。这个编码步骤一般包含将残差块变换成系数块，量化这些系数以及将它们熵编码在流F中。为了确定预测块Bp，在现有技术中已知将像“匹配追踪”那样的原子分解的迭代方法应用于至少包含与所述当前块相近的块的重构图像数据的数据的矢量。该原子分解包含以迭代方式选择原子字典中的原子。通常，该字典包含称为解析或理论原子，即，与一种变换，例如，DCT (离散余弦变换)或DFT (离散傅里叶变换)的基本函数相对应的原子。解析或理论原子通过它们的数学公式得到完全描述。在图2中，这些解析原子形成原子字典的前8列。预测块与当前块的相关性，即，它的保真度在很大程度上取决于存在于字典中的原子。为了改进预测，可以通过加入称为带纹理原子的来自自然纹理的纹理样本增大字典的大小。在图2中，这些带纹理原子形成原子字典的后8列。它们是，例如，从自然或合成图像中抽取的。字典大小的这种增大引起了计算成本的增加。事实上，在原子分解期间，必须测试更多的原子。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的至少一个缺点。为此，本发明涉及编码一系列图像的当前块的方法，其包含如下步骤-迭代地将至少包含与位于当前块的因果邻域中的像素相联系的重构图像数据的数据的矢量分解成第一字典的原子，该第一字典包含解析原子和带纹理原子；和-从与当前块相对应的分解矢量数据中抽取数据，该抽取数据形成预测块；-通过从当前块中抽取预测块确定残差块；以及_编码残差块。在每次迭代时，分解成原子的步骤包含如下步骤-在原子的第一字典中选择第一原子；-当第一原子是带纹理原子时，应用与第一原子相联系的面片(patch)与当前残差矢量之间的相位关联；
-从该面片中至少抽取与残差矢量最关联的部分，该抽取部分形成第二原子；-从第一原子和第二原子当中选择与当前残差矢量最关联的原子；以及-按照所选原子更新残差矢量。有利地是，由于面片的使用，按照本发明的编码方法使大量原子都能够得到测试。尤其由于相位关联的步骤，对于第一所选带纹理原子，这些面片使得可以测试与这个带纹理原子有关的若干重新定相原子。为了利用现有技术的一种方法测试相同数量的原子，必须为每个带纹理原子插入重新定相原子来增大第一字典的大小。但是，分解成这样扩大字典当中的原子要昂贵得多。例如，在根据匹配追踪型算法分解的情况下，这种做法需要对第一字典的每个原子进行至 少一次标量积，这比如本发明的编码方法所做的那样，在缩小尺寸的第一字典上进行标量积并使用第二字典通过简单相位关联测试几个重新定相原子要昂贵得多。另外，使用第二字典测试若干重新定相原子的事实使迭代次数减少。按照本发明的一个具体特征，第二字典的面片具有圆形对称性。按照本发明的另一个具体特征，第二字典的面片具有取决于它们的内容的形式。按照一个具体特征，第二字典包含不同尺寸的至少两个面片。按照一种实施例变体，抽取步骤包含抽取与残差矢量最关联的N个部分，抽取的每个部分形成重新定相原子，以及选择步骤包含从第一原子和重新定相原子当中选择与当前残差矢量最关联的原子。本发明还涉及重构具有流形式的一系列图像的当前块的方法，其包含如下步骤-从流中解码当前块的残差块；-迭代地将至少包含与位于当前块的因果邻域中的像素相联系的重构图像数据的数据的矢量分解成第一字典的原子，该第一字典包含解析原子和带纹理原子；-从与当前块相对应的分解矢量数据中抽取数据，该抽取数据形成预测块；以及-通过合并解码残差块和预测块重构当前块。在每次迭代时，分解成原子的步骤包含如下步骤-在原子的第一字典中选择第一原子；-当第一原子是带纹理原子时，应用与第一原子相联系的面片与当前残差矢量之间的相位关联；-从该面片中至少抽取与残差矢量最关联的部分，该抽取部分形成第二原子；-从第一原子和第二原子当中选择与当前残差矢量最关联的原子；以及-按照所选原子更新残差矢量。该重构方法具有与针对编码方法所述的那些相同的优点。按照本发明的一个具体特征，第二字典的面片具有圆形对称性。按照本发明的另一个具体特征，第二字典的面片具有取决于它们的内容的形式。按照一个具体特征，第二字典包含不同尺寸的至少两个面片。按照一种实施例变体，抽取步骤包含抽取与残差矢量最关联的N个部分，抽取的每个部分形成重新定相原子，以及选择步骤包含从第一原子和重新定相原子当中选择与当前残差矢量最关联的原子。
本发明可以参考附图，通过决不是限制性的实施例和有利实现得到更好了解和例不，在附图中图I示出了按照现有技术的编码方法；图2示出了包含解析和带纹理原子的原子字典；图3示出了按照现有技术的原子分解方法；图4示出了图像的一组块；图5示出了按照本发明细化的原子解码方法； 图6示出了按照本发明的原子解码方法的细节；图7示出了按照本发明的编码方法；图8示出了按照本发明的编码方法的具体元素；图9示出了按照本发明的重构方法；图10示出了按照本发明的编码设备；图11示出了按照本发明的解码设备；以及图12示出了因果区的不同形式。
具体实施例方式图像包含每一个与至少一项图像数据相联系的像素或图像点。一项图像数据是，例如，一项亮度数据或一项色度数据。术语“残差”表示抽取了其他数据之后获得的数据。该抽取一般是从源像素中减去预测像素。但是，该抽取更一般，尤其包含加权相减。术语“重构”表示将残差与预测数据合并之后获得的数据(例如，像素、块)。该合并一般是残差与预测像素之和。但是，该合并更一般，并尤其包含加权相加。重构块是重构像素的块。关于图像解码，术语“重构”和“解码”经常用作同义词。因此，“重构块”也表示为“解码块”。按照本发明的编码方法基于原子分解方法。存在能够从信号Y中实现原子分解的各种方法。其中，最众所周知的一种被称为“匹配追踪”。注意，也可以使用像“正交匹配追踪”或“全局匹配过滤”那样“匹配追踪”的变体。下文描述原子分解和“匹配追踪”的一般原理。假设Y为N维的源矢量和A为NXM(M>>N)维的矩阵。A的列aj是用于表示源矢量Y的字典的解析或带纹理原子。源信号Y的原子分解的目的是确定M维的矢量X，以便Y = AX。对于矢量X，存在无限个解。简约表示的目的是在Y = AX的所有解当中搜索简约的那些解，即，矢量X只有少数几个非零系数的那些解。搜索精确解实在太复杂，因为需要非常昂贵的组合手段。一般说来，取而代之的是寻找核实N(Y-AX) ( P的简约表示，其中P是控制该表示的简约性的容忍阈值，和N(.)是，例如，平方范数L2。当然，N(.)也可以是除了范数L2之外的其他范数。“匹配追踪(MP)”的方法使这样的次最佳，即，非精确解可以使用迭代方法获得。该方法在每次迭代k时，生成具有在每次新迭代k数量通常增加(除了在几次迭代期间选择相同原子之外)的非零系数的表示xk，即M维矢量。下面参考图3详细描述MP方法。
已知数据是源信号Y、字典A和阈值P。在初始化步骤20 (迭代k=0)期间，将数据\和Rtl初始化，其中Rtl是残差误差或残差矢量的初始矢量。例如，Xtl=O,以及残差误差或残差矢量的初始矢量Rtl按如下初始化-Rci=Y-AXci=Y0在对应于第k次迭代的步骤22期间，选择与当前残差矢量Rlri具有最高关联的基
函数其中
权利要求
1.一种编码一系列图像的当前块的方法，其包含如下步骤 -迭代地将至少包含与位于所述当前块的因果邻域中的像素相联系的重构图像数据的数据的矢量分解(52)成第一字典的原子，所述第一字典包含解析原子和带纹理原子；以及-从与所述当前块相对应的所述分解矢量数据中抽取(54)数据，所述抽取数据形成预测块； -通过从所述当前块中抽取所述预测块确定(56)残差块； -编码(58)所述残差块， 该编码方法的特征在于，在每次迭代时，分解成原子的所述步骤包含如下步骤 -在原子的所述第一字典中选择(32)第一原子； -当所述第一原子是带纹理原子时，应用(34，340)与所述第一原子相联系的面片与当前残差矢量之间的相位关联； -从所述面片中至少抽取(34，342)与所述残差矢量最关联的部分，所述抽取部分形成第二原子； -从所述第一原子和所述第二原子当中选择(36)与所述当前残差矢量最关联的原子；以及 -按照所述所选原子更新(38)所述残差矢量。
2.按照权利要求I所述的编码方法，其中第二字典的面片具有圆形对称性。
3.按照权利要求I或2所述的编码方法，其中第二字典的面片具有取决于它们的内容的形式。
4.按照前面权利要求之一所述的编码方法，其中所述第二字典包含不同尺寸的至少两个面片。
5.按照前面权利要求之一所述的编码方法，其中抽取(34，342)步骤包含抽取与所述残差矢量最关联的N个部分，抽取的每个部分形成重新定相原子，以及 其中选择步骤包含从所述第一原子和所述重新定相原子当中选择与所述当前残差矢量最关联的原子。
6.一种重构以流的形式出现的一系列图像的当前块的方法，其包含如下步骤 -从所述流中解码(60)所述当前块的残差块； -迭代地将至少包含与位于所述当前块的因果邻域中的像素相联系的重构图像数据的数据的矢量分解(62)成第一字典的原子，所述第一字典包含解析原子和带纹理原子； -从与所述当前块相对应的所述分解矢量数据中抽取(64)数据，所述抽取数据形成预测块； -通过合并所述解码残差块和所述预测块重构(66)所述当前块， 该重构方法的特征在于，在每次迭代时，分解成原子的所述步骤包含如下步骤 -在原子的所述第一字典中选择(32)第一原子； -当所述第一原子是带纹理原子时，应用(34，340)与所述第一原子相联系的面片与当前残差矢量之间的相位关联； -从所述面片中至少抽取(34，342)与所述残差矢量最关联的部分，所述抽取部分形成第二原子； -从所述第一原子和所述第二原子当中选择(36)与所述当前残差矢量最关联的原子；以及 -按照所述所选原子更新(38)所述残差矢量。
7.按照权利要求6所述的重构方法，其中第二字典的面片具有圆形对称性。
8.按照权利要求6或7所述的重构方法，其中第二字典的面片具有取决于它们的内容的形式。
9.按照权利要求6到8之一所述的重构方法，其中所述第二字典包含不同尺寸的至少两个面片。
10.按照权利要求6到8之一所述的重构方法，其中抽取(34，342)步骤包含抽取与所述残差矢量最关联的N个部分，抽取的每个部分形成重新定相原子，以及其中选择步骤包含从所述第一原子和所述重新定相原子当中选择与所述当前残差矢量最关联的原子。
全文摘要
本发明涉及一种编码当前块的方法，其包含将至少包含与位于当前块的因果邻域中的像素相联系的重构图像数据的数据的矢量分解成第一字典的原子的迭代步骤。在每次迭代时，分解成原子的步骤包含如下步骤-在原子的第一字典中选择(32)第一原子；-当第一原子是带纹理原子时，应用(34，340)与第一原子相联系的面片与当前残差矢量之间的相位关联；-从面片中至少抽取(34，342)与残差矢量最关联的部分，该抽取部分形成第二原子；-从第一原子和第二原子当中选择(36)与当前残差矢量最关联的原子；以及-按照所选原子更新(38)残差矢量。
文档编号H04N7/36GK102918838SQ201180026637
公开日2013年2月6日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年4月2日
发明者D.索罗, A.马丁, S.切里吉, E.弗朗索瓦, J.维罗恩 申请人:汤姆森特许公司