专利名称：用于图像编码和解码的方法和装置、以及对应的计算机程序的制作方法
技术领域：
本发明一般地属于图像处理的领域，且更精确地，属于数字图像和数字图像序列的基于竞争的编码和解码。更精确地,本发明应用于使用视频序列的逐块(block-wise)表现的图像或视频序列的压缩。本发明可特别地(但是非排他性地)应用于在当前的视频编码器及其修改(MPEG、
H.264、H. 264SVC, H. 264MVC 等)或者即将出现的视频编码器(ITU-T/VCEG (H. 265)或 ISO/ MPEG(HVC))中实现的视频编码，并且应用于对应的解码。
背景技术：
数字图像和图像序列占用存储器方面上的大量空间，因而使得当传送这些图像时必须压缩它们，从而避免用于此传送的通信网络上的拥挤的问题，其上可用的比特率一般受到限制。还期望此压缩考虑到这些数据的存储。已知众多的视频数据压缩技术。在它们之中，众多视频编码技术(尤其是H.264 技术)使用当前图像的像素块的组相对于属于相同图像或者属于在前或随后图像的像素块的其他组的空间或时间预测的技术。更精确地，根据H. 264技术，通过空间预测(帧内预测)来对I图像进行编码，并且相对于借助于运动补偿来编码/解码的其他I、P或B图像，通过时间预测(帧间预测) 来对P和B图像进行编码。—般将这种图像分割为宏块，所述宏块自身被分割为分区(partition)，所述分区包括像素的集合(例如，8X8)。对于每个分区，编码残差(residual)分区，该残差分区也称为预测残差，对应于原始分区减去预测。在此预测编码之后，通过离散余弦变换(DCT)类型的变换来对残差分区进行变换，并然后进行量化。其后，按照使得可能利用可观数量的高频中的零系数的读取顺序，来对所量化的残差分区的系数进行扫描，并然后通过熵编码来对所述系数进行编码。根据本发明，分区可以由通常的正方形或者矩形形状的块组成，亦或具有其他形状，诸如线性、L形状等。根据本发明的分区还可以具有完全任意的形状。根据H. 264技术，例如，当将宏块分割为块时，将与每个块对应的数据信号传送到解码器。这种信号包括-残差数据，所述残差数据是所量化的残差块的系数，并且可选地，在帧间模式中的编码期间，是运动向量的残差数据，-信息项，所述信息项表现了所使用的编码的模式，具体地·预测的模式(帧内预测、帧间预测、实行其中不向解码器传送信息项的预测的默认预测(已知为“跳跃(skip)”))；·用于指定预测的类型的信息项(方向、参考图像.......);
·分区的类型；·变换的类型，例如4X4DCT、8X8DCT等...... 如果必要的话，运动信息项； 等等。逐图像地进行解码，并且对于每个图像，逐宏块地进行解码。对于宏块的每个分区，读取流的对应元素。执行块的系数的逆量化和逆变换。接下来，计算分区的预测，并且通过将该预测添加到所解码的预测残差来重构该分区。因而，基于竞争的帧内或帧间编码(诸如，在H264标准中实现的编码)依赖于将各种编码信息项(诸如，前述的那些信息项)置于竞争中，以便选择最佳模式，也就是说，该最佳模式将根据本领域技术人员公知的预定性能准则(例如，速率/失真成本)来对所考虑的分区的编码进行优化。按照一般称为竞争索引(competition index)的标识符的形式，将表现了所选择的编码的模式的信息项包含在由编码器向解码器传送的数据信号中。因而，解码器能够标识在编码器处选择的编码的模式，并然后，能够根据此模式来应用预测。向这些竞争索引分配的带宽是不可忽略的。而且，它倾向于增加，这是因为表现了所使用的编码模式的信息项的不断扩大的丰富(enrichment)。
发明内容
本发明的目标之一在于，消除前述现有技术的缺点。为此目的，本发明的主题涉及一种用于对图像进行编码的方法，该图像被分割为分区，所述方法实现以下步骤-选择至少一个编码的模式，并且从竞争中的多组n_i个编码信息项中选择其相关联的编码息项；-借助于所选择的编码的模式，作为至少一个已经编码的分区(称为参考分区)的函数，来预测当前分区的数据，传递所预测的分区；-通过将与所述当前分区相关的数据和与所述所预测的分区相关的数据进行比较，来确定残差数据；-传送数据信号，该数据信号至少包括所述所确定的残差数据和与所选择的编码模式相关联的所述编码信息项。根据本发明的编码方法的值得注意之处在于，在该传送步骤之前，该方法实现以下步骤-计算表现了所确定的残差数据的函数的值，-将所计算的值和与所选择的编码模式相关联的编码信息项中的至少第i个编码信息项的值进行比较，-在所述两个所计算的值之间相等的情况下，所传送的数据信号包括所确定的残差数据和与所选择的编码模式相关联的编码信息项(除了已经比较了其值的编码信息项之外)，-在所述两个所计算的值之间不相等的情况下，对所确定的残差数据进行修改，使得表现了该残差数据的函数的值等于已经比较了其值的所述编码信息项的值，所传送的数据信号包括所修改的残差数据和与所选择的编码模式相关联的编码信息项(除了已经比较了其值的编码信息项之外)。因而，这种规定使得在基于竞争的编码期间，可能避免在要传送到解码器的信号中包括源自于多个要传送的竞争索引中的至少一个竞争索引。而且，这种规定使得无论如何都可能在限制带宽的占用的同时，保留最优的预测。根据具体实施例，在其中所比较的值是n_i个竞争中的编码信息项之一的这个值的情况下，所述计算表现了该残差数据的函数的值的步骤包含计算所确定的所述残差数据之和的模n_i。根据另一具体实施例，在其中所比较的值是n_i个竞争中的编码信息项之一的这个值的情况下，所述计算表现了该残差数据的函数的值的步骤包含相继地计算相等的所确定的残差数据的数目n' _i<n_i+l。这两个前述规定使得可能选定在速率失真性能准则方面最优的残差数据的修改。根据又一具体实施例，该编码方法包括以下步骤-在所述所确定的残差数据中的至少一个残差数据的每一修改处，计算编码性能准则的值，-选择与该性能准则的最高计算值对应的所述残差数据的修改。这种规定使得可能进一步改进在编码成本(“比特率”)方面的和在要重构的图像的质量方面的、预测的优化。根据又一具体实施例，当将所述图像分割为至少两个分区时，所述分区之一与任何编码信息项都不相关联，基于所述两个分区的残差数据来计算表现了该残差数据的函数的值。按照对应的方式，本发明还涉及数据信号的解码，该数据信号表现了图像，该图像被分割为已经被预先编码的分区，这种信号包括与至少一个所预先编码的分区相关的残差数据和与前述分区的编码的模式相关联的编码信息项。这种解码的值得注意之处在于，通过计算表现了所解码的残差数据的函数的值， 来获得用于前述分区的至少一个编码信息项的值。根据具体实施例，所述计算表现了所解码的残差数据的函数的值的步骤包含计算所解码的残差数据之和的模n_i。根据另一具体实施例，该所述计算表现了该残差数据的函数的值的步骤包含相继地计算相等的所解码的残差数据的数目n' _i ( n_i+l。本发明还涉及一种用于对图像进行编码的装置，该图像被分割为分区，所述装置包括-用于选择至少一个编码的模式、并且从竞争中的多组n_i个编码信息项中选择其相关联的编码信息项的部件；-用于借助于所选择的编码的模式、作为至少一个已经编码的分区(叫做参考分区)的函数、来预测当前分区的数据、从而传递所预测的分区的部件；-用于通过将与所述当前分区相关的数据和与所述所预测的分区相关的数据进行比较、来确定残差数据的部件；-用于传送数据信号的部件，该数据信号至少包括所述所确定的残差数据和与所选择的编码模式相关联的所述编码信息项。这种编码装置的值得注意之处在于，它包括-处理部件，链接在所述用于确定残差数据的部件与所述传送部件之间，所述处理部件能够计算表现了所确定的残差数据的函数的值，并且能够将所述所计算的值和与所选择的编码模式相关联的编码信息项中的至少一个编码信息项的值进行比较，从而使得-在所述两个所计算的值之间相等的情况下，意欲由所述传送部件传送的数据信号包含所确定的残差数据和与所选择的编码模式相关联的编码信息项，除了已经比较了其值的编码信息项之外，-在所述两个所计算的值之间不相等的情况下，所述处理部件对所确定的残差数据进行修改，使得表现了该残差数据的函数的值等于已经比较了其值的编码信息项的值， 意欲由所述传送部件传送的数据信号包含所修改的残差数据和与所选择的编码模式相关联的编码信息项，除了已经比较了其值的编码信息项之外。本发明还涉及一种用于对数据信号进行解码的装置，该数据信号表现了图像，该图像被分割为已经预先编码的分区，这种信号包括与至少一个所预先编码的分区相关的残差数据、和与前述分区的编码的模式相关联的编码信息项。这种解码装置的值得注意之处在于，它包括计算部件，用于通过计算表现了所解码的残差数据的函数的值，来获得用于前述分区的至少一个编码信息项的值。本发明还涉及一种计算机程序，包括指令，当在计算机上运行该计算机程序时，所述指令用于实现根据本发明的方法之一。本发明的目标还在于一种信息介质上的计算机程序，此程序包括指令，适于实现诸如在上文中描述的、根据本发明的方法之一。此程序可以使用任何编程语言，并且可以处于源代码、目标代码或源代码与目标代码之间的中间代码的形式(诸如，处于部分编译的形式)，或者处于任何其他期望的形式。本发明的目标还在于一种计算机可读的、并且包括诸如在上文中所提及的计算机程序的指令的信息介质。该信息介质可以是能够存储该程序的任何实体或装置。例如，该介质可以包括存储部件(诸如，ROM (例如，CD ROM或微型电子电路ROM))、或磁记录部件(例如，磁盘(软盘)或硬盘)。而且，该信息介质可以是诸如电信号或光信号之类的可传送介质，其可以经由电缆或光缆、通过无线电或通过其他手段而进行输送。具体地，可以从因特网类型的网络上下载根据本发明的程序。替换地，该信息介质可以是其中合并了该程序的集成电路，该电路适于执行正在讨论的方法或在正在讨论的方法的执行中使用。上面提及的解码方法、编码装置、解码装置和计算机程序至少呈现了与根据本发明的编码方法所给予的优点相同的优点。
一旦阅读了参考附图所描述的优选实施例，其他特性和优点就将变得明显，在附图中-图I表现了根据本发明的编码方法的步骤，-图2表现了根据本发明的编码装置的实施例，-图3表现了在根据本发明的编码装置中选择的宏块编码的模式，-图4A表现了当没有修改源自于预测的残差系数时、根据本发明的编码装置所编码的分区的结构，-图4B表现了当已经修改源自于预测的残差系数时、根据本发明的编码装置所编码的分区的结构，-图5表现了根据本发明的解码装置，-图6表现了根据本发明的解码方法的步骤。
具体实施例方式现在，将描述本发明的实施例，其中使用根据本发明的编码方法来根据二进制流对图像的序列进行编码，该二进制流与利用根据H. 264/MPEG-4AVC标准的编码所获得的二进制流非常相像。在此实施例中，例如，通过修改初始地符合H. 264/MPEG-4AVC标准的编码器，而按照软件或硬件方式来实现根据本发明的编码方法。按照包括在图I中表现的步骤 Cl到CS的算法的形式，来表现根据本发明的编码方法。根据本发明的实施例，在图2所表现的编码装置CO中实现根据本发明的编码方法。在图I中表现的第一步骤Cl是向编码模式测试模块TEST_C0传送属于要编码的图像的序列的图像IE的、要编码的当前宏块MBit5在图2中表现了这种测试模块TEST_C0。在图I所表现的步骤C2的过程中，模块TEST_C0计算所考虑的宏块MBi的各种可能的预测。为此目的，模块TEST_C0测试几种编码的模式，从而基于竞争中的多组n_i个编码信息项来预测宏块MBi,其中i表现了所考虑的编码信息项的类型，并且n_i表现了其相关联的值。在此n_i个编码信息项的集合中-预测的模式构成了第一i = I编码信息项，其中n_l = 7，这是由于例如存在七种可能的预测模式，即4X4帧内、16X16帧内、16X16帧间、16X8帧间、8X16帧间、8X8 帧间和跳跃；-帧间模式中的参考图像构成了第二i = 2编码信息项，其中n_2 = 3，这是由于根据H264标准，例如可以将参考图像的最大数目固定为3 ；-DCT变换的类型构成了第三i = 3编码信息项，其中n_3 = 2，这是由于根据H264 标准，存在用于此DCT的两种可能的选择，即4X4DCT或8X8DCT。一旦在图I所表现的步骤C3的过程中，TEST_C0模块已经测试了各种可能的编码模式，在图2中表现的决定模块DCN_C0就选择编码的模式及其相关联的编码信息项，这种选择构成了根据性能准则的最优预测，在所表现的示例中，该性能准则是本领域技术人员公知的速率失真准则。在下文中，通过等式(I)来表达这种准则
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(I)J = D+入尺，其中D表现了原始宏块与所重构的宏块之间的失真，R表现了编码信息项的编码的比特的成本，并且λ表现了拉格朗日乘子。在所表现的示例中，与已经选择的编码模式相关联的编码信息项是-8X8帧间模式，-紧邻在前的参考图像ΙΕν_1;-4X4DCT。图3表现了在完成了所述选择时已经获得的宏块MBpart”在所表现的示例中，宏块MBparti包括四个分区PA1、PA2、PA3和PA4，所述四个分区例如全都具有正方形的形状和相同数目的像素。在图I中所表现的预测步骤C4的过程中，在图2中表现的计算模块PRED_C0根据在步骤C3中选择的编码模式，相对于在紧邻在前的图像IEp1中包含的对应的参考分区 PRl、PR2、PR3、PR4，来预测每个当前分区 PA I、PA2、PA3、PA4。参考图2，根据H. 264/MPEG-4AVC标准来预先地对这种参考分区进行编码，也就是说，该分区按照本身已知的方式来经历-通过离散余弦变换和量化进行的编码，这是通过变换和量化模块MTQ_C0来执行的，-和然后通过逆离散余弦变换和逆量化进行的解码，这是通过逆变换和量化模块 MTQI_C0来执行的。在图I中所表现的步骤C5的过程中，计算模块PRED_C0通过将与每个当前分区 PA1、PA2、PA3、PA4相关的数据和与每个所获得的预测分区PApl、PAp2、PAp3、PAp4相关的数据分别进行比较，来确定残差数据ap a2、. . . .、aN。在图I所表现的步骤C6的过程中，将残差数据ai、a2......aN分派到在图2中表
现的变换和量化模块MTQ_C0，从而经历离散余弦变换和然后的量化。假设对于所预测的分区，获得了 N个所变换的和所量化的残差数据。例如，将这种所变换的和所量化的残差数据表示为Cl、C2......cN。根据本发明，在图I所表现的步骤C7的过程中，在图2中表现的处理模块MT_C0 -计算表现了所预先获得的系数Cl、C2......cN的函数的值，-将所计算的值和与在步骤C3中选择的编码模式相关联的编码信息项中的至少第i个编码信息项的值进行比较。根据第一实施例，这种函数在于，计算所预先获得的系数Cl、C2......cN之和的模
n，其中η表现了第i个编码信息项所取的可能值的数目。在所表现的示例中，让我们假设处理模块MT_C0对于该比较，选定了第三个前述编码信息项n_3 = 2，其对应于所选择的DCT变换的类型。在所表现的示例中，4X4DCT已经被决定模块DCN_C0选择为竞争索引idx = O。
N \结果，在步骤C7的过程中，处理模块MT_C0计算Σ c> %n-3其中n_3 = 2。
V^=I J，
N \如果流=Σ cr %n-3则如在H. 264/MPEG-4AVC标准中一样，在图I所表步骤CS的过程中，对当前的所预测的分区进行编码，除了已经比较了其值的竞争索引idx 之外。更精确地，参考图4A，所述所编码的分区的切片(Slice)Tl包括字段(field)CHl， 指定了所选择的预测模式(在所表现的示例中，是8X8帧间)；字段CH2，指示出参考图像或所使用的图像(在所表现的示例中，是紧邻在前的图像IEnJ ;和字段CH3，包含了系数 C1^ C2、. . . ·、Cn 的编码值。其后，将具有这些量化系数的Tl的切片传送到在图2中表现的熵编码模块CE，从而产生根据本发明编码的二进制、视频流F，也就是说，不包含与4X4DCT相关的竞争索引 idx的视频流F。
N Λ如果
权利要求
1.一种用于对图像(IE)进行编码的方法，该图像(IE)被分割为分区(PA1， PA2，......PAn)，所述方法实现以下步骤-选择(C3)至少一个编码的模式，并且从被置于竞争中的多个n_i个编码信息项中选择(C3)其相关联的编码信息项；-借助于所述所选择的编码的模式，作为至少一个已经编码的参考分区(PR1，PR2，......，PRn)的函数，来预测(C4)当前分区的数据，传递所预测的分区；-通过将与所述当前分区相关的数据和与所述所预测的分区相关的数据进行比较，来确定(C5，C6)残差数据；-传送数据信号，该数据信号至少包括所述所确定的残差数据和与所选择的编码模式相关联的所述编码信息项，其特征在于，在该传送步骤之前，该方法实现以下步骤-计算(C7)表现了所确定的残差数据的函数的值，该函数取决于与编码信息项相关联的值的数目，该编码信息项是从与所选择的编码模式相关联的编码信息项中选定的，-将所述所计算的值与以下值进行比较，该值是作为竞争索引(idx)的值从与所述所选定的编码信息项相关联的值中选择的，-在所述两个值之间相等的情况下，所传送的数据信号包括所确定的残差数据和与所选择的编码模式相关联的编码信息项，除了所述所选择的竞争索引的值之外，-在所述两个值之间不相等的情况下，对所确定的残差数据进行修改(C7a)，使得表现了该残差数据的函数的值等于所选择的竞争索引的值，所传送的数据信号包括所修改的残差数据和与所选择的编码模式相关联的编码信息项，除了所述所选择的竞争索引的值之外。
2.根据权利要求I的编码方法，在该编码方法的过程中，所述计算表现了该残差数据的函数的值的步骤在于计算通过与所述所选定的编码信息项相关联的值的数目确定的所述残差数据之和的模。
3.根据权利要求I的编码方法，在该编码方法的过程中，所述计算表现了该残差数据的函数的值的步骤在于相继地计算相等的所确定的残差数据的数目n' _i ( n_i+l。
4.根据权利要求I的编码方法，实现以下步骤-在所述所确定的残差数据中的至少一个残差数据的每一修改处，计算编码性能准则 (Jk)的值，-选择与该性能准则的最高计算值对应的所述至少一个残差数据的修改。
5.根据权利要求I的编码方法，其中，当将所述图像分割为至少两个分区时，所述分区之一与任何编码信息项都不相关联，基于所述分区的残差数据来计算表现了该残差数据的函数的值。
6.一种用于对数据信号进行解码的方法，该数据信号表现了已经被预先编码的分割为分区的图像(IE)，所述信号包括与至少一个所预先编码的分区相关的残差数据和与所述分区的编码的模式相关联的编码信息项，其特征在于，通过计算(D2)表现了所解码的残差数据的函数的值，来获得用于所述分区的至少一个编码信息项的值，该函数取决于与所述编码信息项相关联的值的数目。
7.根据权利要求6的解码方法，在该解码方法的过程中，所述计算表现了所解码的残差数据的函数的值的步骤在于计算通过与所述所选定的编码信息项相关联的值的数目所解码的所述残差数据之和的模。
8.根据权利要求6的解码方法，在该解码方法的过程中，所述计算表现了该残差数据的函数的值的步骤在于相继地计算相等的所解码的残差数据的数目。
9.一种用于对图像进行编码的装置(CO)，该图像被分割为分区，所述装置包括-用于选择至少一个编码的模式、并且从被置于竞争中的多个n_i个编码信息项中选择其相关联的编码信息项的部件(DCN_C0)；-用于借助于所述所选择的编码的模式、作为至少一个已经编码的参考分区的函数、来预测当前分区的数据、从而传递所预测的分区的模块(PRED_C0)；-用于通过将与所述当前分区相关的数据和与所述所预测的分区相关的数据进行比较、来确定残差数据的部件(MTQ_C0)；-用于传送数据信号的部件(1C)，该数据信号至少包括所述所确定的残差数据和与所选择的编码模式相关联的所述编码信息项，其特征在于，该编码装置包括处理部件(MT_ CO)，链接在所述用于确定残差数据的部件与所述传送部件之间，所述处理部件能够计算表现了所确定的残差数据的函数的值，该函数取决于与编码信息项相关联的值的数目，该编码信息项是从与所选择的编码模式相关联的编码信息项中选定的，并且所述处理部件能够将所述所计算的值与以下值进行比较，该值是作为竞争索引(idx)的值从与所述所选定的编码信息项相关联的值中选择的，从而使得-在所述两个值之间相等的情况下，意欲由所述传送部件传送的数据信号包含所确定的残差数据和与所选择的编码模式相关联的编码信息项，除了所述所选择的竞争索引的值之外，-在所述两个值之间不相等的情况下，所述处理部件对所确定的残差数据进行修改，使得表现了该残差数据的函数的值等于所选择的竞争索引的值，意欲由所述传送部件传送的数据信号包含所修改的残差数据和与所选择的编码模式相关联的编码信息项，除了所述所选择的竞争索引的值之外。
10.一种用于对数据信号进行解码的装置(DO)，该数据信号表现了已经被预先编码的分割为分区的图像，所述信号包括与至少一个所预先编码的分区相关的残差数据和与所述分区的编码的模式相关联的编码信息项，其特征在于，该解码装置包括计算部件(MT_D0)， 用于通过计算表现了所解码的残差数据的函数的值来获得用于所述分区的至少一个编码信息项的值，该函数取决于与所述编码信息项相关联的值的数目。
11.一种计算机程序，包括指令，当在计算机上运行该计算机程序时，所述指令用于实现根据权利要求I到5中任一项的编码方法。
12.—种计算机程序，包括指令，当在计算机上运行该计算机程序时，所述指令用于实现根据权利要求6到8中任一项的解码方法。
全文摘要
本发明涉及一种所分区的图像编码(IE)，包括选择(C3)至少一个编码模式，并且从被置于彼此竞争的多个编码信息中选择(C3)其相关的编码信息；借助于所述所选择的编码模式，基于至少一个已经编码的分区(PR1，PR2，......，PRn)，来预测(C4)来自公共分区的数据；并且通过将与所述公共分区和所述所预测的分区相关的数据进行比较，来确定(C5，C6)残差数据。根据本发明，在传送至少包括所述残差数据和所述相关的编码信息的信号之前，实行计算(C7)表现了所述残差数据的函数的值，所述函数取决于与编码信息相关的值的数目，该编码信息是从所述相关的编码信息中选择的，然后将所述所计算的值与以下值进行比较，该值是作为竞争索引值从所述相关的值中选择的。如果所述值相等，则所述所传送的信号包括所述残差数据和所述相关的编码信息，除了所选择的竞争索引值之外。如果所述值不相等，则对预定的残差数据进行修改(C7a)，使得表现了该残差数据的函数的值等于所选择的竞争索引值，所传送的信号包括所修改的残差数据和相关的编码信息，除了所述所选择的竞争索引值之外。
文档编号H04N7/26GK102598662SQ201080048748
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月21日 优先权日2009年10月27日
发明者J.琼, J-M.蒂斯 申请人:法国电信公司