[发明专利]使用自适应色彩空间变换的画面编码

说明书

本申请是申请日为2006年2月13日、申请号为200680050961.7、发明名称为“使用自适应色彩空间变换的画面编码”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及画面编码，更具体地涉及一种允许对画面内容进行更有效的编码的概念，即产生具有更好的R/D比的画面或画面流的编码表示。 

背景技术

在许多应用中，必须有效地对画面或画面流进行编码。例如，数字照相机通常使用静止图像压缩来增加可以在给定大小的存储介质上存储的画面的数目。当涉及通过仅提供了有限带宽的传送介质来传送图像序列或完整的电影时，使用允许对画面内容的高压缩的更有效的编解码器(编码器-解码器)变得尤其重要。这一方面是由于需要在提供了低带宽的传输信道中传送，例如视频内容流向移动电话。另一方面，传送高分辨率的视频内容变得越来越流行，这是因为能够显示这样高分辨率画面的显示器在越来越多的消费者中普及。一个主要的趋势是即将出现的高清晰度电视(HDTV)广播。 

一般而言，可以区别两种不同的编码方法，第一种的目标是不损失任何信息的编码，第二种接受(适度的)信息和质量的损失，以便实现文件大小的显著减小。尽管存在针对静止图像和运动内容的无损编码技术，但是这些技术通常基于熵编码，无法实现对于所需的应用而言足够的或可接受的文件大小的减小。因此，有损压缩是最优选的，例如用于静止图像压缩的JPEG以及用于电影压缩的MPEG2。 

一般而言，有损压缩的问题在于：与底层的原始画面相比，压缩画面的质量降低了。自然地，当压缩率增大时，即当压缩画面的文件大小减小时，画面的质量变差。因此，必须找到压缩图像的期望质量与传送或存储可接受的文件大小之间的折衷。通常，通过对描述画面属性的参数的量化来实现文件大小和信息的损失的减小，因此，量化越粗糙，质量越差，并且压缩画面越小。压缩画面的质量通常可以通过将压缩画面与底层的原始画面进行比较来估计。这允许估计信噪比，其中噪声理解为压缩期间引入的噪声。 

在现有的压缩算法中，广泛利用图像的逐块处理。其基本思想在于：对于通常的图像内容，相邻像素的内容(例如色彩和亮度)的改变通常相对小。因此，通过使用一并处理和压缩的相邻像素区域，应该可以实现较高的压缩率，而不显著降低画面的感知质量。从这里开始，这样的画面块也被称为宏块。换言之，宏块在编码中作为一种子画面单元。图7示出了块的子划分，其中画面10被子划分为12个相等大小的画面块12A至12L。子划分为12个不同画面块应理解为仅作为示例。 

作为示例，在图7中放大了单个画面块12I，其中将画面块12I子划分为8×8的矩阵显示了构造宏块12I的单个像素元素。同样，这里由8×8个单独像素形成画面块也应理解为仅作为示例。为了表示每个单独像素内的色彩，给每个像素分配在特定色彩空间中占有不同色彩信息的三个参数。 

对宏块进行编码的一种简单的方法是对每个单个像素的三个参数进行量化，并在量化后对量化参数进行熵编码。由于量化显著减小了可用于熵编码的参数空间，因而参数的量化已经可以显著地减小用来描述一个宏块所需要的存储空间或比特的量。 

然而，为了减小描述具有高能量的画面内容的语法元素的量，一个宏块内的画面信息通常由变换系数来描述，变换系数通过将宏块内的画面内容变换为另一种表示(频域)而产生。一个示例是执行离散余弦变换，最终在子宏块级执行离散余弦变换，并使用变换系数作为图像信息，然后可以对图像信息进行量化，并在量化后对其进行熵编 码。 

例如，可以对全部像素信息(即画面块12I的每个像素的三个参数值)施加变换。优选地，分别对三个参数/分量进行变换。 

为了进一步减小文件大小及实现更高的压缩，也可以利用人眼的特性，在判断编码画面的感知质量时，与色彩信息相比，人眼看起来更重视明亮度信息。因此，一种增强编码性能(与质量和比特速率相关)的可能性是：在一个宏块内，相对于明亮度参数的数目，减小色彩参数的数目。这就是说，基于变换系数的表示所基于的信息基础在画面块内包含的明亮度信息比色彩信息更多。由于存在许多通过一个单个明亮度值和两个色彩值来描述色彩的方式，因此明亮度值应称为亮度值，而色彩值应称为色度值。