TWI439137B - 重建一圖像群以在該圖像群中隨機存取之方法及裝置 - Google Patents
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Description
本發明一般有關資料壓縮的領域，尤其有關一種壓縮內容以在該內容中隨機存取之系統及裝置。
在時下最受歡迎的許多裝置中，諸如視訊盒、數位衛星系統、高畫質電視、多樣化數位光碟機、其他視訊應用，視訊壓縮都是一項整體的構成要素。含有視訊內容的檔案通常因為視訊內容所涉及的許多細節而成為難處理的大型檔案。因此，為了讓視訊內容容易管理，通常會將包含視訊內容的圖像流壓縮成比較容易管理的大小。此程序可讓這些利用視訊內容的受歡迎技術能夠按照增加的效率速度操作，使微處理容量專用於服務品質處理而非維護處理，讓使用者享有更愉快的經驗。
視訊內容通常包含一或多個圖像群，各圖像群均為含有一或多個巨集塊的圖像集。圖像群中的各圖像不是I(內部編碼)圖像、B(雙向)圖像，就是P(預測)圖像。此外，各個單獨的圖像群係由始於第一I圖框及終於下一個I圖框前之圖框的圖像集來定義。
圖1為顯示MPEG 2標準之圖像群的簡化方塊圖。I圖像，在圖1中顯示為圖像106及124，係為利用內部圖像編碼所壓縮的圖像。內部圖像編碼是一種未利用任何參考圖像的壓縮方法。參考圖像係為了壓縮而作為估計圖像中動作之參考的圖像。由於I圖像的此特性，很容易即可在任何I圖像處，
如I圖像106，直接存取圖像群，而不用顧及任何先前的圖像，如圖像102或104。因此，I圖像的此特性允許直接存取任何I圖像處(如106或124)的圖像群，且對視訊內容的解壓縮不會因遺失過去的參考圖像而造成任何反效果。
另一方面，B圖像與P圖像則的確會利用壓縮程序中的參考圖像。B圖像為藉由比較目前圖像與先前或未來圖像間之差異而建立之MPEG圖像群序列中的圖像。另一方面，P圖像則藉由只分析先前圖像及決定哪個物件會在目前圖像中而建立。P圖像能夠預測圖像之靜態與動態部分的所在位置。此資訊然後會用在MPEG-2解碼程序以最佳化動作轉變。
在MPEG-2中，會使用動作預測處理，就相對於最接近之先前之I圖像或P圖像的P圖像進行編碼。因此，在MPEG-2中，P圖像112會經由參考路徑126參考I圖像106。MPEG-2中的B圖像會使用最接近的過去I圖像或P圖像作為參考，也會使用最接近的未來I圖像或P圖像作為參考。因此，B圖像108可經由參考路徑128參考I圖像106或經由參考路徑130參考P圖框112。
即使B圖像及P圖像都利用過去的參考圖像，壓縮MPEG-2的圖像群並不一定能防止在圖像群中隨機存取。隨機存取是存取隨機點的圖像群。隨機存取必須支援諸如變更通道及商業***應用等功能。由於在任何已知點處，未來圖像可能會參考只在目前圖像後的一個圖像，因此隨機存取仍然可行。因此，在MPEG2中，P圖像以I圖像為準的位置與
編碼器無關。
然而，隨著MPEG-4 Part 10 Advanced Video Coding(AVC，進階視訊編碼)/H.264(以下稱為「AVC」)的出現，也開始利用多個用於P圖像的參考圖像。雖然此種利用多個參考圖像增加了圖像群可以壓縮的程度，但卻在嘗試隨機存取圖像群時發生問題。例如，如果在任何I圖像處嘗試隨機存取，則可能會使用I圖像前之遺失的參考圖像作為存取點後之未來圖像的參考。此遺失的參考圖像是解碼未來圖像時無法使用的參考圖像，因為其位置時序上在存取點之後。因此，由於無法使用遺失的參考圖像，解碼器將無法正確解碼未來圖像。此外，參考遺失之參考圖像的未來圖像在未來還會進一步當作參考圖像。因此，遺失的參考圖像最終會建立一連串無法正確解碼的圖像，造成不良的服務品質或可見視訊的損失。
例如，請參考圖2中所示的示範性AVC圖像群，AVC的P圖像可利用多達2個過去的參考圖像。P圖像212中的一些像素群會經由參考路徑226使用I圖像206作為參考，而相同P圖像212中的像素群會經由參考路徑228使用P圖像200作為參考。如果在I圖像206處嘗試隨機存取，則由於I圖像206因為I圖像的特性而未參考任何其他圖像作為參考，因此可以正確解碼I圖像206。然而，由於P圖像212參考因其位置在隨機存取點206之前而無法使用的P圖像200，將無法正確解碼P圖像212。此外，由於無法使用P圖像212，因此也無法正確解碼諸如214,216,218等未來圖像。因此，解碼器無
法正確解碼存取點之後的整個圖像群。
由於其位置在存取點之前而在解碼程序期間無法使用的參考圖像(如P圖像212)以下將稱為「遺失的參考圖像」。在解碼的視訊內容上，遺失的參考圖像的最終效果會禁止隨機存取所支援的功能，如變更通道、視訊編輯、及商業***應用。此外，解碼後，圖像群會造成不良的服務品質或可見視訊的損失。
因此，需要一種用於重建圖像群以成功在圖像群中隨機存取的裝置及方法。還有，也需要在藉由維持圖像群中的編碼效率以對所得視訊內容造成最低失真的圖像群中隨機存取的此種方法及系統。
本發明藉由提供一種用於重建一圖像群以在該圖像群中隨機存取且不會對視訊內容呈現產生不利影響的裝置及方法來因應上述問題。編碼一目前圖像時，如果該目前圖像是一I圖像，則可利用內部編碼來編碼該目前圖像。如果該目前圖像不是一I圖像，及不受未來圖像參考，則會使用限定數量的過去圖像作為一參考來壓縮該目前圖像。
如果該目前圖像不是一I圖像，及未來圖像會參考該目前圖像，則會壓縮該目前圖像及不會使用在該最後I圖像之前的圖像作為一參考。此程序會繼續直到該圖像群結束。因此，過去參考圖像的數量是該圖像對一I圖像之鄰近的函數，其中一些圖像之該參考圖像的數量會受到限制以成功在該圖像群中隨機存取。
以下詳細說明只是提供較佳的示範性具體實施例，而非用來限制本發明的範疇、適用性、或配置。而且，接下來對較佳的示範性具體實施例的詳細說明將提供熟習本技術者用於實施本發明較佳具體實施例的實用說明。應明白，只要不脫離隨附申請專利範圍所述之本發明的範疇，即可對元件之功能與配置進行各種變更。
圖3為顯示本發明方法的流程圖。方法300始於步驟302並繼續進行至步驟304的擷取目前圖像。在方法300開始時，目前圖像通常會是圖像群中時序上的第一圖像。然而，以下方法300之各重複的目前圖像會是圖像群中的下一個時序圖像。
在步驟306，系統會決定目前圖像是否為I圖像。如果是，則會在步驟312使用內部編碼壓縮圖像，而不利用過去或未來的任何圖像作為參考圖像。方法300接著繼續進行至步驟316及會決定圖像群中目前圖像之後是否剩下任何圖像。如果是，該方法會在步驟304擷取下一個圖像及方法300會重複此程序。
如果在步驟306的目前圖像並非I圖像，則該方法繼續進行至步驟308。如果目前圖像不會為未來圖像所參考，則會壓縮目前圖像且理論上不會限制過去參考圖像的最大數量。實際上，參考圖像的數量會受限於AVC或根據本發明操作之裝置的儲存容量所設定的限制。方法300接著繼續進行至步驟316及決定圖像群中是否剩下任何圖像。如果是，
則該方法會在步驟304擷取時序序列中的下一個圖像。
在步驟308，如果本發明決定目前圖像會為未來圖像所參考，則方法300繼續進行至步驟314。然後會以不用最後I圖像之前的圖像作為參考的限制壓縮目前圖像。因為如果使用目前圖像作為參考及參考存取點之前的其他圖像，將會遺失存取點之前的資訊，所以會加上此限制。由於此遺失的資訊會使目前圖像無法正確解碼，因此目前圖像之後的圖像將無法正確解碼。加上目前圖像不能參考最後I圖像之前圖像的限制可避免此不良結果。
在步驟314，方法300繼續進行至步驟316及決定圖像群中是否剩下任何圖像。如果是，則該方法會在步驟304擷取下一個圖像及重複此程序。如果步驟316的圖像群中剩下任何圖像，則整個圖像群均已編碼以便隨機存取。方法300結束於步驟318。
如果在包括B圖像的圖像群中套用方法300，則在隨機存取點上比較接近I圖像的P圖像所涉及的參考圖框比較少。因此，這些P圖像的編碼效率會比稍後出現在利用較高數量參考圖像之圖像群中的P圖像低。如果圖像群中包含B圖像，為了抵消此結果，應該利用另一種圖像群結構。
圖4顯示另一種可抵消根據本發明之圖像群中編碼效率的圖像群結構。在此另一種圖像群結構400中，與已知圖像群結構中的3個圖像持續期間相比，I圖像401後的第一P圖像402間的時序間隔只是一個圖像持續期間。因此，此另一種圖像群結構與傳統圖像群結構的不同之處在於，第一I圖
像401與第一P圖像402之間沒有B圖像。第一B圖像404位在第一P圖像402之後。在下一個I圖像422之前，其餘的圖像群406-420並沒有任何限制。在I圖像422之後，另一種圖像群結構會需要下一個圖像(未顯示)必須是出現在圖像群中之B圖像前的P圖像。
上述說明適用於未使用B圖像作為未來圖像的參考時。然而，在AVC中，稱為「儲存的B圖像」之B圖像的類別可作為參考。儲存的B圖像是儲存在解碼器記憶體中的B圖像，可作為未來圖像的參考。儲存的B圖像的許多特性與P圖像相同，除了儲存的B圖像具有雙動作向量(每個巨集塊兩個動作向量)。如果使用儲存的B圖像作為參考，則儲存的B圖像應該遵守上述用於P圖像的相同規則。
因此，總而言之，本發明提供一種利用多個參考圖像重建圖像群以在圖像群中隨機存取之裝置。編碼一目前圖像時，如果該目前圖像是一I圖像，則可利用內部編碼來編碼該目前圖像。如果該目前圖像不是一I圖像，且不為未來圖像所參考，則會使用任意數量的過去圖像作為一參考來壓縮該目前圖像。如果該目前圖像不是一I圖像，及未來圖像不會參考該目前圖像，則會壓縮該圖像且會限制過去的參考圖像，致使不會使用在該最後I圖像之前的圖像作為一參考。此程序會繼續直到該圖像群結束。以上已經說明本發明的較佳具體實施例。當然，不可能為了說明本發明而說明每一個可以想到的方法組合。然而，熟習本技術者應明白，許多進一步的組合、變更及修改對本發明均為可能。
因此，所有此種可能的組合、變更、及修改均包括在本發明如以下申請專利範圍所定義的範疇內。
100,112,118,200,212,218‧‧‧P圖像
102,104,108,110,114,116,120,122,202,204,208,210,214,216,220,222‧‧‧B圖像
106,124,206,224‧‧‧I圖像
126,128,130,226,228‧‧‧參考路徑
400‧‧‧另一種圖像群結構
401‧‧‧第一I圖像
402‧‧‧第一P圖像
404‧‧‧第一B圖像
406-420‧‧‧圖像群
422‧‧‧下一個I圖像
圖1為顯示MPEG 2標準之圖像群的簡化方塊圖。
圖2為顯示AVC之圖像群的簡化方塊圖。
圖3為顯示本發明方法的流程圖。
圖4顯示另一種可抵消根據本發明之圖像群中編碼效率的圖像群結構。
(無元件符號說明)
Claims (22)
- 一種用於編碼包含定義一圖像群之圖像資訊之一信號的裝置，該裝置包含：一輸入裝置，以接收圖像資訊，該圖像資訊包含I圖像資訊及P圖像資訊；一輸出裝置，以傳輸包含壓縮之圖像資訊的一信號；一處理單元；及一記憶體，該記憶體包括含有該處理單元之指令的一程式模組，其可操作以：利用一內部編碼程序來壓縮I圖像資訊；及利用過去的參考圖像資訊來壓縮P圖像資訊；其中被選定的P圖像資訊參考一限定數量的過去參考圖像；其中，如果一目前圖像不是一I圖像，及不受未來圖像參考，則使用該限定數量的過去參考圖像來壓縮該目前圖像；且如果該目前圖像不是一I圖像，及該等未來圖像參考該目前圖像，則壓縮該目前圖像及不使用在該最後I圖像之前的圖像作為一參考；且其中此程序繼續直到該圖像群結束。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該等限定的過去參考圖像包含：時序上在最接近該P圖像資訊之該I圖像資訊之前的過去參考圖像資訊。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該被選定的P圖像資訊包含：由時序上在該P圖像資訊之前的圖像資訊所參考的P圖像資訊。
- 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該處理單元係運作以壓縮B圖像資訊，該B圖像資訊使用過去的參考圖像資訊壓縮而成。
- 如申請專利範圍第4項之裝置，其中被選定的B圖像資訊參考一些限定的過去參考圖像，該被選定的B圖像資訊包含：由時序上在該B圖像資訊之前的圖像資訊所參考的B圖像資訊。
- 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該等限定的過去參考圖像包含：時序上在最接近該B圖像資訊之該I圖像資訊之前的過去參考圖像資訊。
- 一種用於解碼一信號之一裝置，該信號包含定義一壓縮之圖像群的圖像資訊，該裝置包含：一輸入裝置，以接收定義該壓縮之圖像群的信號，其中該壓縮的圖像群包含壓縮的I圖像資訊及壓縮的P圖像資訊；一處理單元；及一記憶體，該記憶體包括含有該處理單元之指令的一程式模組，其可操作以：將該壓縮的I圖像資訊解碼成I圖像；及利用過去的參考圖像資訊將該壓縮的P圖像解碼成P圖像資訊； 其中被選定的P圖像資訊參考一限定數量的過去參考圖像；其中，如果一目前圖像不是一I圖像，及不受未來圖像參考，則使用該限定數量的過去參考圖像來壓縮該目前圖像；且如果該目前圖像不是一I圖像，及該等未來圖像參考該目前圖像，則壓縮該目前圖像及不使用在該最後I圖像之前的圖像作為一參考；且其中此程序繼續直到該圖像群結束。
- 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該被選定的壓縮的P圖像資訊包含：由時序上在該壓縮的P圖像資訊之前的圖像資訊所參考之壓縮的P圖像資訊。
- 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該等限定的過去參考圖像包含：時序上在最接近該P圖像資訊之該壓縮的I圖像資訊之前的過去參考圖像資訊。
- 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該處理單元係操作以解碼壓縮的B圖像資訊，該壓縮的B圖像資訊使用過去的參考圖像資訊解碼而成，及其中被選定之壓縮的B圖像資訊參考一些限定的過去參考圖像。
- 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該等限定的過去參考圖像包含：時序上在最接近該B圖像資訊之該壓縮的I圖像資訊之前的過去參考圖像資訊。
- 一種用於編碼包含定義一圖像群之圖像資訊之一信號的 方法，該方法包含：接收包含I圖像資訊及P圖像資訊之圖像資訊；利用一內部編碼程序來編碼該I圖像資訊；利用過去的參考圖像資訊來編碼該P圖像資訊；其中被選定的P圖像資訊參考一限定數量的過去參考圖像；其中，如果一目前圖像不是一I圖像，及不受未來圖像參考，則使用該限定數量的過去參考圖像來壓縮該目前圖像；且如果該目前圖像不是一I圖像，及該等未來圖像參考該目前圖像，則壓縮該目前圖像及不使用在該最後I圖像之前的圖像作為一參考；且其中此程序繼續直到該圖像群結束。
- 如申請專利範圍第12項之方法，其中該等限定的過去參考圖像包含：時序上在最接近該P圖像資訊之該I圖像資訊之前的過去參考圖像資訊。
- 如申請專利範圍第12項之方法，其中該被選定的P圖像資訊包含：由時序上在該P圖像資訊之前的圖像資訊所參考的P圖像資訊。
- 如申請專利範圍第12項之方法，其中該圖像資訊進一步包含B圖像資訊，該B圖像資訊使用過去的參考圖像資訊編碼而成。
- 如申請專利範圍第15項之方法，其中被選定的B圖像資訊 參考一些限定的過去參考圖像，該被選定的B圖像資訊包含：由時序上在該B圖像資訊之前的圖像資訊所參考的B圖像資訊。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中該等限定的過去參考圖像包含：時序上在最接近該B圖像資訊之該I圖像資訊之前的過去參考圖像資訊。
- 一種用於解碼包含定義一壓縮圖像群之圖像資訊之一信號的方法，該方法包含：接收包含壓縮之I圖像資訊及壓縮之P圖像資訊的圖像資訊；將該壓縮的I圖像資訊解碼成I圖像資訊；利用過去的參考圖像資訊將該壓縮的P圖像解碼成P圖像資訊；其中被選定的P圖像資訊參考一數量的過去參考圖像，該數量的過去參考圖像係基於一目前圖像P是否根據限定而受一未來圖像參考，使得，如果該目前P圖像受一未來圖像參考，則在時序上在該目前圖像之前一I圖像之前的圖像不被允許使用作為參考圖像，且如果該目前P圖像不受一未來圖像參考，則在時序上在該目前圖像之前一I圖像之前的圖像被允許使用作為參考圖像。
- 如申請專利範圍第18項之方法，其中該被選定的P圖像資訊包含：由時序上在該P圖像資訊之前的圖像資訊所參考 的P圖像資訊。
- 如申請專利範圍第18項之方法，其中該等限定的過去參考圖像資訊包含：時序上在最接近該P圖像資訊之該I圖像資訊之前的過去參考圖像資訊。
- 如申請專利範圍第18項之方法，其中接收該圖像資訊進一步包含接收壓縮的B圖像資訊，該壓縮的B圖像資訊使用過去的參考圖像資訊編碼而成，及其中被選定的B圖像資訊參考一些限定的過去參考圖像。
- 如申請專利範圍第21項之方法，其中該等限定的過去參考圖像資訊包含：時序上在最接近該B圖像資訊之該壓縮的I圖像資訊之前的一些過去參考圖像。
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