用於對視頻信號中的對象的輪廓進行編碼的方法和裝置的製作方法

2023-07-24 18:41:46 1

專利名稱：用於對視頻信號中的對象的輪廓進行編碼的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對表示於視頻信號中的對象的輪廓進行編碼的方法和裝置；並且，更具體地，涉及一種能夠對包含於視頻信號中的對象的輪廓進行有效編碼的方法和裝置。
背景技術：
在諸如可視電話、電話會議和高清晰度電視系統的數位電視系統中，由於在視頻信號中的視頻信號中的視頻信號包含一系列被稱為象素值的的數字數據，就需要大量的數字數據來定義每一視頻幀信號。然而，由於傳統傳輸信道的可用頻帶寬度有限，為了經其傳送大量數字數據，就不可避免地要通過使用各種數據壓縮技術來壓縮或減少數據量，尤其是在象可視電話和電話會議系統一樣低比特率視頻信號編碼的情形下。
面向對象的分解-合成編碼技術是一種用於為低比特率編碼系統對視頻信號進行編碼的技術。其中輸入視頻圖象被分成多個對象並且用於定義每一對象的運動、輪廓和象素數據的三組數據通過不同的編碼信道被處理。
此面向對象的編碼方案中的一例就是所謂的MPEG(運動圖象專家組)階段4(MPEG-4)，設計它是用於提供一個在諸如低比特率通信、交互式多媒體(如遊戲機、交互式電視等)和監視的應用中允許基於內容的對話、改進的編碼效率和/或通用可達性的音-像編碼標準。(例如，參見MPEG-4 Video Verification Model Version 2.0，國際標準化組織，ISO/IECJTC1/SC29/WG11 N1260，1996年3月)根據MPEG-4，一個輸入的視頻圖象被分成許多視頻對象平面(VOP』S)，該視頻對象平面對應於在一個用戶能夠訪問和操作(剪切、粘貼等)的位流中的實體，該視頻對象平面可被稱作一個對象。每個VOP的寬和高可以是包圍每個對象的16個象素(一個宏塊大小)的最小倍數量，以便編碼器對該輸入視頻圖象的處理是在一個VOP接一個VOP的基礎上，即在一個對象接一個對象的基礎上進行的。該VOP包括由Y、U、V分量組成的彩色信息及由例如一個二進位掩碼所表示的形狀信息。
在對一個對象的輪廓圖象進行處理的過程中，輪廓信息對於分解和合成一個對象形狀是至關重要的。表示輪廓信息的傳統編碼技術是一項鍊式編碼技術。雖然該輪廓信息可以被其沒有任何丟失地忠實地編碼，但它要求大量的數據表示它。
多邊逼近技術是一種被引入的減少表示一個對象的輪廓的數據量的技術，其中首先選擇兩個起始頂點。若輪廓是一個開環，則兩端點被選作起始頂點。另一方面，若輪廓是一個閉環形狀，則該輪廓上的兩個最遠的點被選作起始頂點。然後確定輪廓上離連接這兩個起始頂點的直線段最遠的點。如果該最遠點距該直線段的距離大於一個預定限值，則此最遠點成為一個頂點。對每一直線段重複此過程，直到最遠點和所述每一直線段的小於或等於該預定限值為止，其中每一直線段連接兩個相鄰頂點。上述處理的結果是，確定了許多頂點並且通過用多條直線段適配該輪廓來逼近一個對象的輪廓。於是，為其發送而對表示輪廓上頂點位置的頂點信息進行了編碼。
即使可能通過用連接的直線段代表該輪廓的方法可以大量減少待發送的數據量，此法仍會導致逼近該輪廓時計算複雜性的增加，因而為了在低比特速率編碼解碼系統中成功地實現該技術，仍期望進一步減少數據量。
因此，本發明的主要目的是提供一種輪廓編碼方法和設備，該方法和設備能夠表示一個輪廓的圖象，同時減少了計算複雜性並且實現了大量減少所發送的數據量。
根據本發明，提供了一種用於對表示於視頻信號中的對象的輪廓進行編碼的方法，該方法包含以下步驟(a)通過平均該輪廓的象素位置而檢測該對象的輪廓的形心；(b)根據形心確定該輪廓上的一組主頂點，通過用一條直線連接每一對相鄰的主頂點而逼近該輪廓；(c)在該組主頂點的基礎上在該輪廓上獲取一組次頂點；及(d)對該組主頂點、該組次頂點及該形心進行編碼以由此提供一個數字編碼輪廓信號。
附圖的主要說明從下面將給出的與附圖相聯繫的優選實施例的描述中可顯而易見本發明的以上和其它目的以及特徵。


圖1示出了用於對輪廓圖象編碼的本發明的裝置的方框圖；圖2表示圖1中所示的主頂點檢測塊的詳細方框圖；圖3說明了一個其中有一個形心並被分成8條分段直線的示例性輪廓；及圖4A至4C描述檢測次頂點的過程。
優選實施例的詳細說明參考圖1，示出了本發明裝置的方框圖，該裝置用於對表示於一個視頻信號中的一個對象的輪廓圖象進行編碼。
表示一個對象的輪廓的輪廓圖象數據被輸入一個形心計算塊100、並聯的一個主頂點檢測塊110及一個次頂點檢測塊120。
形心計算塊100通過平均該輪廓上的所有象素位置的坐標而找到該對象的輪廓的形心，並且將形心位置數據提供經主頂點檢測塊110和一個信道編碼器150。
根據本發明，主頂點檢測塊110根據該輪廓圖象數據及該形心位置數據來確定輪廓的主頂點。
參考圖2，描述了一個主頂點檢測塊110的詳細方框圖，該主頂點檢測塊110包括一個大小檢測部分111和一個主頂點確定部分113。大小檢測部分111通過例如對輪廓象素，即位於該輪廓上的象素的計數而檢測該輪廓的大小，並將分割該輪廓的徑向線的數目提供給主頂點確定部分113，在該主頂點部分113根據該輪廓的大小來確定徑向線的數目是以如此方法進行的徑向線數隨輪象素數的增加而增加。
參考圖3，說明了根據本發明的優選實施例的一個執行於主頂點檢測部分113的主頂點檢測過程，在該主頂點檢測過程中標記數據50代表了一個閉環形式的輪廓。如圖3所示，響應於徑向線數目M及形心位置數據，主頂點確定部分113順時針方向畫出了出自形心C的M條徑向線，例如M1至M8，始於參考徑向線M1，其中每時緊鄰的徑向線間的夾角為(2π/M)弧度，M是一個大於1的整數，參考徑向線的畫法是從形心C豎直向上畫。隨後，主頂點確定部分113檢測在輪廓50上的主頂點並確定形心C和每一個主頂點間的距離，其中主頂點被定義為該輪廓和一條徑向線的一個交點，即在徑向線上的輪廓象素的位置，對主頂點的標號是例如順時針的，始於參考徑向線M1上的第一主頂點A1。如果徑向線(例如M3)與該輪廓的交點超過一個(例如A3、A3』和A3」)，則與形心的距離最接近於其緊挨的前面一個主頂點(例如A2)和形心C間的距離的點(例如A3)被選作相應的主頂點。如果參考徑線與該輪廓的交點超過一個，則可以選與形心的距離最小的點作為第一主頂點。通過在每一對緊鄰的主頂點間畫一條直線獲得了逼近該輪廓50的線段LS1至LS8，由此得到一個封閉多邊形。
於是，代表了檢測出的主頂點(例如A1至A8)的位置和標號的主頂點信息通過線L10從主頂點確定部分113提供給圖1中所示的次頂點確定塊120。代表了形心C和主頂點A1至A8間的各距離D1至D8的距離信息，也由此經線L20被提供給主編碼器130，對距離標號的方式與對主頂點標號的方式相同。
返回參見圖1，在主編碼器130，根據第一主頂點A1的距離D1，通過使用傳統DPCM(差值脈衝編碼調製)技術而對該距離信息編碼。此方法是設D1為初始預測值，計算預測值和D2間的差值，通過將D2作為新的預測值使用而獲得D3的差值。此過程一直繼續到算出了最後一個主頂點的差值為止。然後將包括該初始預測值的已編碼主頂點信息，即DPCM數據，傳送至信道編碼器150。
同時，響應於被應用至此的輪廓圖象數據及來自主頂點檢測塊110的主頂點信息，次頂點檢測塊120通過使用傳統多邊形逼近技術而確定次頂點。次頂點檢測塊120逐一計算從兩相鄰主頂點間的輪廓線上的每個輪廓象素至其間多邊形上的線段的距離；其上具有至該線段最大距離的一個輪廓象素被選出來，而且若其距離大於一個預定的限值DM，則定義其為一個相應的次頂點。這就是說，如可在圖4A中看到的，如果在線段(如A2A3或A3A4)和最遠輪廓象素(如P1或P2)間的距離(如d1或d2)大於預定的限值DM，則點P1或P2成為一個次頂點。一旦通過上述過程為輪廓確定了所有的次頂點，通過用一條直線連接每一對緊鄰的頂點就能獲得逼近該輪廓的一個封閉多邊形的線段，上述頂點包括主頂點和次頂點。如4B所示，對於被封閉多邊形逼近的輪廓來說，用與上述同樣的方法重複選取在新形成的輪廓段上具有至該線段例如P2A3最大距離的輪廓象素(例如P3)作為一個相應的次頂點，直到該最大距離等於或小於預定的限值DM，由此，如圖4C所示，檢測次頂點P1、P2和P3。
在本發明的另一個實施例中，次頂點檢測塊120在兩相鄰主頂點間的每一個輪廓段上的每一個輪廓象素處計算該輪廓的曲率，在一個輪廓象素處的輪廓的曲率表示經過該輪廓象素的兩條直線間的角度變化，其中的兩條直線是從該輪廓象素至輪廓的另外兩個象素畫出的，另外兩個象素位於沿該輪廓的兩個不同方向距該象素有預定數目個象素之處。一旦為輪廓段確定了在輪廓象素處的曲率，次頂點檢測塊120選取輪廓段上所有具有大於預定限值CM的曲率的輪廓象素；並將按其曲率值從大到小選出的最多達預設數P個的輪廓象素確定為次頂點，P為正整數。如果所選的輪廓象素的數目小於或等於預設數，則將所有選出的輪廓象素都確定為次頂點。如果所選的輪廓象素數目大於預設數，則按其曲率值從大到小選出預設數目個輪廓象素並確定為次頂點。這就是說，所有在輪廓段內選出的次頂點的曲率都大於限值CM並且不小於未選中的輪廓象素的曲率，而且輪廓段的次頂點的數目不大於預設數P。在一份共有未決的申請中，描述了一種用於計算輪廓曲率的技術，該專利為中國專利申請號No.95116451.1，申請於1995年9月7日，名稱為「用於表示一個對象的輪廓的改進的輪廓逼近方法」(「IMPROVED CONTOURAPPROXIMATION METHOD FOR REPRENTING A CONTOUR OF AN OBJECT」)表示檢測到的次頂點的位置的次頂點信息及主頂點信息被從次頂點檢測塊120提供至次編碼器140。根據本發明的優選實施例，次編碼器140為每一個次頂點找到一個最近的主頂點，並計算次頂點與其的位移；而且通過使用如JPEG(連接圖象專家組)和算法碼來給每一個次頂點的標號和位移編碼，由此給信道編碼器150提供已編碼的次頂點信息。
信道編碼器150從形心位置數據、已編碼主和次頂點信息中以適於其發送的形式產生一個數字編碼輪廓信號，其中數字編碼輪廓信號包括用於由主頂點和次頂點形成多邊形逼近輪廓圖象的順序信息。
雖對本發明的描述參考了具體實施例，在不背離如下權利要求所定義的本發明的精神和範圍的前提下，可以做出各種變化和修改，這一點對本領域中的技術人員是顯而易見的。
權利要求
1.一種用於對表示於視頻信號中的一個對象的輪廓進行編碼的方法，包括如下步驟(a)通過對輪廓上的象素位置求平均值而檢測該對象的輪廓的形心；(b)根據該形心確定輪廓上的一組主頂點，通過用一條直線連接每一對緊鄰的主頂點而逼近該輪廓；及(c)對該組主頂點和形心進行編碼以由此提供一個數字編碼輪廓信號。
2.根據權利要求1的方法，在步驟(c)以下還包括如下步驟(d)根據該組主頂點確定輪廓上的一組次頂點；及(e)對該組次頂點進行編碼。
3.根據權利要求1的方法，其中所述步驟(b)包括以下步驟(b11)從該形心畫M徑向直線，包括一條以預定方式形成的參考徑向線，其中每對緊鄰的徑向線間的夾角是(2π/M)弧度，M是一個大於1的整數；(b12)確定該組主頂點，每一主頂點表示一個該輪廓和一條徑向線的交點；及(b13)從參考徑向線的主頂點開始給該組主頂點標號。
4.根據權利要求3的方法，在步驟(a)以下它還包括檢測該輪廓的大小的步驟。
5.根據權利要求4的方法，其中所述的數字M是根據該輪廓的大小確定的。
6.根據權利要求3的方法，其中所述步驟(b12)還包括這個步驟當一條徑向線與該輪廓的交點超過一個時，選擇其離形心的距離與其最近的上一個主頂點和形心間的距離最接近的一個點作為主頂點。
7.根據權利要求6的方法，其中所述步驟(c)包括以下步驟；(c11)在每一個主頂點處計算一個誤差，該誤差表示該形心和所述每個主頂點間的距離；及(c12)根據主頂點的誤差獲取差分誤差。
8.根據權利要求2的方法，其中所述步驟(b)包括以下步驟(b21)從形心畫M條徑向線，包括一條以預定方式形成的參考徑向線，在M條徑向線中每對緊鄰的徑向線間的夾角是(2π/M)弧度，M是一個大於1的整數；(b22)確定某組主頂點，每一個主頂點表示該輪廓和一條徑向線的一個交點；及(b23)從參考徑向線的主頂點開始對該組主頂點標號。
9.根據權利要求8的方法，在步驟(a)以後，它還包括檢測該輪廓的大小的步驟。
10.根據權利要求9的方法，其中所述數字M是根據該輪廓的大小確定的。
11.根據權利要求8的方法，其中所述步驟(b22)還包括步驟當一條徑向線與該輪廓的交點多於一個時，選擇其至該形心的距離與其最近的上一個主頂點和該形心之間的距離最接近的一點作為主頂點。
12.根據權利要求11的方法，其中所述步驟(c)包括以下步驟(c21)在每一個主頂點處計算誤差，該誤差表示該形心和所述每個主頂點間的距離；及(c22)根據該主頂點的誤差獲取差分誤差。
13.根據權利要求12的方法，其中所述步驟(d)通過利用多邊逼近技術確定了某組次頂點。
14.如權利要求13的方法，其中所述步驟(e)包括以下步驟(e11)找到距每一個次頂點最近的主頂點和二者之間的位移；及(e12)為離每一個次頂點最近的主頂點的標號和該位移編碼。
15.根據權利要求12的方法，其中所述步驟(d)包括以下步驟(d21)在兩個相鄰主頂點間的輪廓段上計算該輪廓的曲率；及(d22)按其曲率值從大到小的次序將該輪廓段上預設數目個象素確定為次頂點，其每一個曲率值大於一個預定的限值。
16.根據權利要求15的方法，其中所述步驟(e)包括以下步驟(e21)找到距每一個次頂點最近的一個主頂點和二者之間的位移；及(e22)為距每一個次頂點最近的主頂點的標號和該位移編碼。
17.根據權利要求16的方法，其中在該輪廓段上的一個象素處的該輪廓的曲率表示兩條經過該象素的直線間的夾角變化，兩條線中的每一條都是經該象素和輪廓上的另一個象素畫出的，另一個象素位於沿該輪廓段的每個方向距該象素有預定數目個象素之處。
18.一種用於對表示於視頻信號中的一個對象的輪廓進行編碼的設備，它包含設備，用於通過對輪廓上的象素位置進行平均而檢測該對象的輪廓的形心；設備，用於根據該形心確定輪廓上的一組主頂點，通過用一條直線連接每對緊鄰的主頂點來逼近該輪廓；及設備，用於對該組主頂點和該形心進行編碼以由此提供一個數字編碼輪廓信號。
19.根據權利要求18的設備，該設備還包括設備，用於根據該組主頂點確定輪廓上的一組次頂點；及設備，用於對該組次頂點進行編碼。
20.根據權利要求18的設備，其中所述主頂點確定裝置包括設備，用於從形心畫M條徑向線，包括一條以預定方法形成的參考徑向線，其中每對緊鄰徑向線間的夾角是(2π/M)弧度，M是一個大於1的整數；設備，用於確定某組主頂點，每一主頂點表示該輪廓和一條徑向線的交點；及設備，用於從參考徑向線的主頂點開始對該組主頂點進行標號。
21.根據權利要求20的設備，該設備還包含用於檢測該輪廓的大小的裝置。
22.根據權利要求21的設備，其中所述數字M是根據該輪廓的大小確定的。
23.根據權利要求20的設備，其中所述主頂點檢測裝置還包括當一條徑向線與該輪廓的交點多於一個時，用於將至形心的距離最接近於其最近的上一個主頂點與該形心間的距離的點選作主頂點的裝置。
24.根據權利要求23的設備，其中所述主頂點編碼裝置包括裝置，用於在每一個主頂點處計算一個誤差，該誤差表示該形心和所述每個主頂點間的距離；及裝置，用於根據主頂點的誤差獲取差分誤差。
25.根據權利要求19的設備，其中所述主頂點確定裝置包括裝置，用於從形心畫出M條徑向線，包括一條以預定方法形成的參考徑向線，其中每對緊鄰徑向線間的夾角是(2π/M)弧度，M是一個大於1的整數；裝置，用於確定某組主頂點，每一主頂點表示該輪廓和一條徑向線的交點；及裝置，用於從該參考徑向線的主頂點開始對該組主頂點進行標號。
26.根據權利要求25的設備，該設備還包括用於檢測該輪廓的大小的裝置。
27.根據權利要求26的設備，其中所述數字M是根據該輪廓的大小確定的。
28.根據權利要求25的設備，其中所述的主頂點確定裝置還包括當一條徑向線與該輪廓的交點多於一個時，用於將距該形心的距離最接近於其最鄰近的前一個主頂點與該形心間的距離的點選作主頂點的裝置。
29.根據權利要求28的設備，其中所述的主頂點編碼裝置包括裝置，用於在每一個主頂點處計算一個誤差，該誤差表示該形心和所述每一個主頂點間的距離；及裝置，用於根據主頂點的誤差獲得差分誤差。
30.根據權利要求29的設備，其中所述的次頂點確定裝置通過利用多邊形逼近技術來確定某組次頂點。
31.根據權利要求30的設備，其中所述的次頂點編碼裝置包括裝置，用於找到距每一個次頂點最近的主頂點和二者之間的位移；及裝置，用於給離每一個次頂點最近的主頂點的標號和該位移編碼。
32.根據權利要求29的設備，其中所述次頂點確定裝置包括裝置，用於在兩個相鄰主頂點間的輪廓段上計算該輪廓的曲率；及裝置，用於按其曲率值由大到小的順序將該輪廓段上預設數目個象素確定為次頂點，其每一個曲率的值都大於一個預定的限值。
33.根據權利要求32的設備，其中所述次頂點編碼裝置包括裝置，用於找到離每一個次頂點最近的一個主頂點和二者之間的位移；及裝置，用於給離每一個次頂點最近的主頂點的標號和該位移編碼。
34.根據權利要求33的設備，其中在該輪廓上一個象素處的該輪廓的曲率表示經過該象素的兩條直線間的夾角變化，兩條直線中的每一條是經過該象素及另一個象素畫出的，另一個象素位於沿該輪廓段的每一方向距該象素有預定數目個象素之處。
全文摘要
一種給表示於視頻信號中的一個對象的輪廓圖象編碼的方法。首先通過將該輪廓上的象素位置進行平均來檢測該對象的輪廓的形心。根據該形心確定該輪廓上的一組主頂點。然後,根據該組主頂點確定輪廓上的一組次頂點。給該組主頂點,該組次頂點及該形心編碼以提供一個數字編碼輪廓信號。
文檔編號G06T9/20GK1170316SQ9611997
公開日1998年1月14日 申請日期1996年9月5日 優先權日1996年7月9日
發明者金鎮憲 申請人:大宇電子株式會社