图像解码方法

专利名称：图像解码方法
技术领域：
本发明涉及图像处理，并尤其涉及编码和解码图像的装置和方法。
背景技术：
传统的图像编码和解码装置当编码时间连续的图像时利用时间预测编码和解码， 以便除去先前图像和当前图像之间的冗余信息。在时间预测编码和解码方法中，从先前图 像中减去当前图像，对减去的结果进行编码和解码。根据由IS0/IEC MPEG和ITU-T VCEG的 联合视频组(JVT，Joint Video Team)建议的H. ^4/M0EG_4Part IOAVC标准，有各种传统 的时间预测编码和解码方法(“IS0/IEC FDIS 14496-10的正文信息技术-音视频对象的 编码-第10部分先进视频编码”，IS0/IEC JTC 1/SC 29/WG 11，N5555，2003年3月)。这 些方法之一是一种加权预测编码方法，其中使用将一个先前图像的一个像素值乘以或加入 一个常数值的结果对当前图像执行预测编码。当应用到图像逐渐变暗或变亮的场合或应用 到一个场景由另一个场景代替从而两个场景重叠的场合时，该方法提供卓越的压缩效率。图IA和IB说明了示例的场景变化，其中图IA说明了两个不同的场景重叠时发生 场景变化的一个例子，图IB说明了使用淡出和淡入(fade-out andfade in)的场景变化的 另一个例子。如图IA和IB所述，当发生场景变化时使用加权预测编码方法能大大增加压缩效 率。在图IA的情况下，先前场景和随后的场景之间的中间图像能够通过对先前和随后的场 景应用适当的加权值进行预测编码。在图IB的情况下，能够通过对先前场景应用适当的加 权值获得淡出效果，并能够通过向随后场景应用适当的加权值获得淡入效果。但是，在传统方法中，表示一个图像的单个像素的比特数固定为8。因此，在当前对 高质量图像的需求不断增长的情况下，使用传统方法实际上很困难。

发明内容
本发明提供一种使用适应于表示一个图像的每个像素的比特数的加权值的图像 编码和解码装置。本发明提供一种使用适应于表示一个图像的每个像素的比特数的加权值的图像 编码和解码方法。根据本发明的一个方面，提供一种图像编码和解码装置，包括一个编码单元，适 应于表示当前图像的每个像素的比特数而调整至少一个加权值，通过对至少一个具有与包 括在先前图像中的各块中所需块的像素值类似的像素值的至少一个块的像素值和至少一 个调整的加权值执行一个操作来预测所需块的像素值，用所需块的预测像素值编码所需块 的像素值；和一个解码单元，适应于所述比特数而调整至少一个加权值，通过对至少一个具有与包括在恢复的先前图像中的各块中所需块的像素值类似的像素值的块的像素值和至 少一个调整的加权值执行一个操作来恢复所需块的预测像素值，并用恢复的像素值解码所 需块的像素值，其中先前图像指在当前图像之前显示的图像，所需块是属于当前图像的块 中的一个所需目标块。根据本发明的另一方面，提供一种图像编码和解码方法，包括以下操作适应于表 示当前图像的每个像素的比特数而调整至少一个加权值，通过对至少一个具有与包括在先 前图像中的各块中所需块的像素值类似的像素值的块的像素值和至少一个调整的加权值 执行一个操作来预测所需块的像素值，用所需块的预测像素值编码所需块的像素值；和适 应于所述比特数而调整至少一个加权值，通过对至少一个具有与包括在恢复的先前图像中 的各块中所需块的像素值类似的像素值的块的像素值和至少一个调整的加权值执行一个 操作来恢复所需块的预测像素值，并用恢复的像素值解码所需块的像素值，其中先前图像 指在当前图像之前显示的图像，所需块是属于当前图像的块中的一个所需目标块。更具体讲，本发明提供了一种图像解码方法，该方法包括适应于表示当前图像 的每个像素的比特数而调整至少一个加权值，并且使用调整后的加权值来恢复所需块的预 测像素值；使用与包括在恢复的当前图像中的各块中的所需块空间上相邻的块来恢复所 需块的预测像素值；使用所需块及包括在恢复的先前图像中的各块来恢复所需块的预测 像素值；以及选择在恢复的预测像素值中的一个，并利用所选择的恢复的预测像素值来对 所需块的像素进行解码，其中，利用以下的等式适应于比特数而对加权值进行调整:r = W · 2(N_M)，其中W为调整前的加权值，W'为调整后的加权值，N为比特数，M为常数。


通过参照附图详细描述示例的实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得更 明显，其中图IA和IB说明了场景变化的例子；图2是一个根据本发明的图像编码和解码装置的框图；图3是说明根据本发明的图像编码和解码方法的流程图；图4A和4B说明了图像划分的例子；图5是根据本发明的图1的编码单元的一个实施例的框图；图6是说明根据本发明的图3的操作20的一个实施例的流程图；图7A和7B是为了便于理解图5中的编码空间预测单元的图；图8是图5所示的编码加权预测单元的一个实施例的框图；图9是说明图6的操作78的一个实施例的流程图；图10是根据本发明的图1所示的解码单元的实施例的框图；图11是说明根据本发明的图3的操作22的一个实施例的流程图；图12是根据本发明的图10中的解码加权预测单元的一个实施例的框图；和图13是说明根据本发明的图11中的操作202的一个实施例的流程图。
具体实施例方式下面将参照附图描述根据本发明的一个图像编码和解码装置和一个编码和解码方法的结构和操作。图2是一个根据本发明的图像编码和解码装置的框图。图像编码和解码装置包括 一个编码单元10和一个解码单元12。图3是说明根据本发明的一个图像编码和解码方法的流程图。图像编码和解码方 法包括用适应于比特数来调整的加权值编码和解码所需块的一个像素值(操作20和22)。图2中的编码单元10适应于表示一个图像的每个像素的比特数而调整至少一个 加权值，找到与包括在先前图像中的块(下文中为“先前块”)中的一个所需块具有类似的 像素值的块(下文中为“类似先前块”)，通过对至少一个调整后的加权值和找到块的像素 值执行一个操作，来预测所需块的像素值，并用对应于操作结果的预测像素值编码所需块 的像素值(操作20)。这里，可能存在多个类似先前块。先前图像指在当前图像之前显示 的图像。所需块指在经输入端口 mi输入的当前图像中的所需目标块，即，当前将被编码的 块。像素值可以指表示像素的R(红)、G(绿)和B(蓝)值，或亮度信号(Y)和色差信号 (CbCr)。在所需块中可以存在多个像素。在这种情况下，在类似先前块中找到具有与包括 在所需块中的每个像素的像素值类似的像素值的像素。图4A和4B说明了一个图像划分的例子，其中图4A说明了各种划分的宏块，而图 4B说明了图4A中一个划分的宏块的进一步划分。参照图4A，一个具有16X16像素的宏块被分为具有16 X 8、8 X 16和8 X 8像素的 各种尺寸以获得运动矢量。参照图4B，具有8X8像素的宏块进一步分为8X4、4X8和4X4像素。如上所述，根据本发明的图像编码和解码装置把当前图像和先前图像分为具有预 定大小的块，如图4A或4B所示，并以划分的块为单位处理图像图5是根据本发明的图2的一个编码单元10的实施例IOA的框图。图5的编码单 元IOA包括一个编码加权预测单元40，一个编码空间预测单元42，一个编码时间预测单元 44，一个编码选择单元46，一个减法单元48，一个转换和量化单元50，一个熵编码单元52， 一个反量化和反转换单元54，一个编码加法单元56和一个编码解块单元58。图6是说明根据本发明的图3的操作20的一个实施例20A的流程图。实施例20A 包括根据每种模式预测一个像素值(操作70到78)，获得预测编码值(操作80)和执行转 换、量化和熵编码(操作82和84)。图5中的编码选择单元46选择预测像素值之一作为一个预测值，预测像素值在编 码加权预测单元40、编码空间预测单元42和编码时间预测单元44中预测，并向减法单元 48和编码加法单元56输出选择的预测值(操作70和72)。例如，编码选择单元46确定当前模式是否是内部模式(操作70)。如果当前模式 确定为不是内部模式，编码选择单元46确定当前模式是交互模式还是加权预测模式(操作 72)。如果当前模式确定为内部模式，编码选择单元46从编码空间预测单元42选择一 个输出。编码空间预测单元42用经输入端口 IN2输入的所需块和从编码加法单元56输入 的相邻块预测所需块的像素值，并向编码选择单元46输出预测的像素值(操作74)。这里， 相邻块指与包括在当前图像块中的所需块空间上相邻的块。
图7A和7B是为了便于理解图5中的编码空间预测单元42的图。图7A说明了所 需块108和相邻块100到106。图7B用于解释空间预测方向。图7A中的所需块108包括像素Pa到P,。相邻块100包括与所需块108相邻的至 少一个像素Po，相邻块102包括与所需块108相邻的至少为像素Pi、P2、P3和P4,相邻块104 包括与所需块108相邻的至少为像素P5、P6、P7和P8，相邻块106包括与所需块108相邻的 至少像素为PpPlt^P11和P12。在图7B中从0到8有9个预测，其中与所需块108空间上相邻的像素被投射 (projected)以预测包括在所需块108中的每个像素的像素值。这里，没有方向的数值2在 图7B中未示出。例如，在方向0的情况下，像素ΡρΡ2、Ρ3和P4垂直投射以预测包括在所需 块108中的每个像素的像素值。即，像素Pa、Pe、Pi和Pm的预测像素值对应于像素P1的像素 值，像素Pb、Pf、Pj和Pn的像素值对应于像素P2的像素值，像素P。、Pg、Pk和P。的像素值对应 于像素P3的像素值，像素PpIVP1和P,的像素值对应于像素P4的像素值。在所有其他的方 向上，利用相同的方式进行投射从而预测包括在所需块108中的每个像素的像素值。编码 空间预测单元42向熵编码单元52输出预测所需块108的像素值时使用的各种附加信息， 例如，投射方向，即预测方向。当当前模式确定为交互模式时，编码选择单元46从编码时间预测单元44中选择 一个输出。这里，编码时间预测单元44用经输入端口 IN2输入的所需块和经输入端口 IN3 输入的先前块预测所需块的像素值，并向编码选择单元46输出所需块的预测像素值(操作 76)。例如，编码时间预测单元44通过比较所需块和先前块估计运动，并用估计的运动预测 包括在所需块中的每个像素的像素值。这里，编码时间预测单元44中预测像素值时使用的 各种附加信息，例如估计的运动输出到熵编码单元52。当当前模式确定为加权预测模式时，编码选择单元46从编码加权预测单元40选 择一个输出。这里，编码加权预测单元40适应于所述比特数而调整加权值，用调整后的加 权值，经输入端口 IN2输入的所需块和经输入端口 IN3输入的先前块，预测所需块的像素 值，并向编码选择单元46输出预测的像素值(操作78)。为此，比特数可以经输入端口 IN4 输入。这里，如图5所示，经输入端口 IN3输入到编码加权预测单元40和编码时间预测 单元44的先前块是属于先前在编码解块单元58中解码的先前图像的块。在编码加权预测 单元40中预测像素值时用的各种附加信息，例如估计的运动输入到熵编码单元52。根据本发明，编码加权预测单元40可以与比特数成比例地调整加权值。图8是根据本发明的图5中的一个编码加权预测单元40的实施例40A的框图。实 施例40A包括第一和第二编码加权值产生部分120和122，一个编码加权值选择部分124， 一个编码加权值调整部分126和一个编码加权值预测部分128。图9是说明根据本发明的图6中的操作78的一个实施例78A的流程图。实施例 78A包括产生并调整加权值(操作140到146)和对调整后的加权值和类似先前块的像素值 执行一个操作(操作148)。图8所示的第一和第二编码加权值产生部分120和122产生加权值(操作140)。 特别是，第一编码加权值产生部分120产生一个固定的加权值并输出产生的固定加权值到 编码加权值选择部分124。这时，第二编码加权值产生部分122产生由用户确定的加权值(下文中为“用户确定的加权值”)并输出产生的加权值到编码加权值选择部分124。为此， 第二编码加权值产生部分122可以经一个输入端口 IN5接收用户确定的加权值。或者，第二 编码加权值产生部分122可以包括一个操作单元(未示出)，它由用户操作以产生加权值。 在第二编码加权值产生部分122产生的用户确定的加权值作为附加信息经输出端口 0UT4 输出到熵编码单元52。根据本发明，第二编码加权值产生部分122可以根据类似先前块，不同地产生将 对类似先前块的各像素值进行操作的各加权值。在操作140之后，编码加权选择部分IM选择在第一和第二编码加权值产生部分 120和122中产生的一个加权值并把选择的加权值输出到编码加权值调整部分126。特别 是，编码加权值选择部分1 判定是使用在第一编码加权值产生部分120中产生的固定加 权值还是使用在第二编码加权值产生部分122中产生的用户确定的加权值，响应于判定的 结果选择固定加权值或用户确定的加权值，并把选择的加权值输出到编码加权值调整部分 126(操作142)。编码加权值选择部分IM经输出端口 0UT5把判定的结果作为附加信息输 出到熵编码单元52。特别是，如果判定将使用固定加权值，编码加权值选择部分IM选择固 定加权值并把选择的固定加权值输出到编码加权值调整部分126。但是，如果判定将使用用 户确定的加权值，编码加权值选择部分1 选择用户确定的加权值并把选择的用户确定的 加权值输出到编码加权值调整部分126。编码加权值调整部分1 适应于经输入端口 IN6输入的比特数而调整固定的加权 值或用户确定的加权值并向编码像素值预测部分1 输出调整后的加权值(操作144或 146)。根据本发明的一个实施例，编码加权值调整部分1 可以按照以下的等式(1)适 应于表示像素值的比特数而调整加权值。W' =W. 2(N-m)(1)其中W是调整之前的加权值，W'是调整之后的加权值，N是比特数，M是一个常数。通常，用诸如摄像机的图像获取设备获得的图像通过取样用预定的尺寸，即像素 数表示。随着表示每个像素值所需的比特数变得更大，能够被表示的像素值范围变得更宽， 并且能够表示更高质量的图像。在大多数情况下，比特数是8。在高质量图像显示领域，比 特数增加到10或12。考虑到这一点，等式(1)中的常数M例如可以是8、10或12。在操作144或146后，编码像素值预测部分1 对经输入端口 IN7输入的先前块 中至少一个类似先前块的像素值和调整的加权值执行一个操作，确定操作的结果作为所需 块的预测像素值，并经输出端口 0UT6把结果输出到编码选择单元46 (操作148)。根据本发明，编码像素值预测部分1 可以通过把类似先前块的像素值乘以调整 后的加权值并它其他调整后的加权值加到该乘积中预测所需块的像素值。例如，编码像素 值预测部分1 可以用以下的等式( 预测所需块的像素值。
权利要求
1.一种图像解码方法，该方法包括适应于表示当前图像的每个像素的比特数而调整至少一个加权值，并且使用调整后的 加权值来恢复所需块的预测像素值；使用与包括在恢复的当前图像中的各块中的所需块空间上相邻的块来恢复所需块的 预测像素值；使用所需块及包括在恢复的先前图像中的各块来恢复所需块的预测像素值；以及 选择在恢复的预测像素值中的一个，并利用所选择的恢复的预测像素值来对所需块的 像素值进行解码，其中，利用以下的等式适应于比特数而对加权值进行调整W' = ff · 2(n_m)其中W为调整前的加权值，W'为调整后的加权值，N为比特数，M为常数。
2.如权利要求1所述的图像解码方法，还包括 对比特流执行熵解码并且输出熵解码的结果；对熵解码的结果执行反量化和反转换并且输出反转换的结果； 将恢复的预测像素值以及反转换的结果相加，并且输出包括在恢复的当前图像中的 块；以及对所述块进行解块，并且输出所需块的像素值。
3.如权利要求1或2所述的图像解码方法，其中在加权预测模式中恢复预测像素值包括如果确定所需块的像素值已经用加权预测模式编码，则使用各种解码附加信息中对应 于用户确定的加权值的附加信息来产生固定的加权值和用户确定的加权值； 确定是使用固定加权值还是使用用户确定的加权值； 如果确定将使用固定加权值，则适应于所述比特数而调整固定加权值； 如果确定将使用用户确定的加权值，则适应于所述比特数而调整用户确定的加权值;以及使用具有与包括在恢复的先前图像中的各块的所需块的像素值类似的像素值的至少 一个块的像素值以及至少一个调整后的加权值，来恢复所需块的预测值。
4.如权利要求1或2所述的图像解码方法，其中在使用具有与包括在恢复的先前图像 中的各块的所需块的像素值类似的像素值的至少一个块的像素值以及至少一个调整后的 加权值所进行的对所需块的预测值的恢复中，通过将具有与包括在恢复的先前图像中的各块中所需块的像素值类似的像素值的各 块的像素值乘以调整后的加权值，并且将其他调整后的加权值与该相乘的结果相加，来恢 复所需块的预测像素值。
5.如权利要求1或2所述的图像解码方法，其中利用以下的等式适应于比特数来调整 加权值，该加权值是要对具有与包括在恢复的先前图像中的各块中所需块的像素值类似的 像素值的各块的像素值操作的加权值O2' = O2 · 2"其中W/和W2'表示将用在相乘中的调整后的加权值，W1和W2表示调整前的加权值， O1'和O2'表示将加到相乘的结果中的调整后的加权值，O1和O2表示调整前的加权值，N表 示比特数，M表示常数。
6.如权利要求1或2所述的图像解码方法，其中利用以下的等式适应于比特数来调整 加权值，该加权值是要对具有与包括在恢复的先前图像中的各块中所需块的像素值类似的 像素值的各块的像素值操作的加权值W1' = W1W2' =W2O1' = O1 · 2"O2' = O2 · 2"其中W/和W2'表示将用在相乘中的调整后的加权值，W1和W2表示调整前的加权值， O1'和O2'表示将加到相乘的结果中的调整后的加权值，O1和O2表示调整前的加权值，N表 示比特数，M表示常数。
7.如权利要求1或2所述的图像解码方法，其中当具有与包括在恢复的先前图像中的 各块中所需块的像素值类似的像素值的多个块包括在相同的先前图像中时，其中在固定加 权值的产生中，利用以下等式产生加权值W1 = W2, O1 = 02。
8.如权利要求1或2所述的图像解码方法，其中当具有与包括在恢复的先前图像中的 各块中所需块的像素值类似的像素值的块分布在不同的恢复的先前图像中时，其中在固定 加权值的产生中，根据每个恢复的先前图像显示的时间和当前图像显示的时间之间的时间 差，来产生该加权值。
9.如权利要求1或2所述的图像解码方法，其中在用户确定的加权值的产生中，按照具 有与所需块的像素值类似的像素值的各块，不同地产生要对具有与包括在恢复的先前图像 中的各块中所需块的像素值类似的像素值的各块的像素值进行操作的加权值。
全文摘要
提供了图像解码方法，该方法包括适应于表示当前图像的每个像素的比特数而调整至少一个加权值，并且使用调整后的加权值来恢复所需块的预测像素值；使用与包括在恢复的当前图像中的各块中的所需块空间上相邻的块来恢复所需块的预测像素值；使用所需块及包括在恢复的先前图像中的各块来恢复所需块的预测像素值；以及选择在恢复的预测像素值中的一个，并利用所选择的恢复的预测像素值来对所需块的像素进行解码，其中，利用以下的等式适应于比特数而对加权值进行调整W′＝W·2(N-M)，其中W为调整前的加权值，W′为调整后的加权值，N为比特数，M为常数。
文档编号H03M7/36GK102065303SQ20111003936
公开日2011年5月18日 申请日期2004年7月19日 优先权日2003年7月18日
发明者赵大星, 金佑湜, 金铉文 申请人:三星电子株式会社