專利名稱：用于改善壓縮圖像色度信息的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像壓縮，尤其是涉及在類似MPEG的圖像壓縮系統(tǒng)中用以改善壓縮圖像的色度信息的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
MPEG背景MPEG-2和MPEG-4是規(guī)定視頻句法的國(guó)際視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其提供了一種有效手段，以更緊湊的編碼數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)圖像順序。將比特編碼的語(yǔ)言是“句法”。例如，一些標(biāo)志可以表示一整個(gè)采樣塊(如MPEG-2的64個(gè)采樣)。這兩個(gè)MPEG標(biāo)準(zhǔn)也描述了一種解碼(重建)處理，其中編碼的比特被從緊湊的表示轉(zhuǎn)換為一種該圖像順序的原始格式的近似。例如，一個(gè)在編碼比特流中的標(biāo)記標(biāo)志著是否后續(xù)的比特在被用離散余弦轉(zhuǎn)換(DCT)算法進(jìn)行解碼之前，將先以一種預(yù)測(cè)算法處理。包括解碼處理的算法通過(guò)由這些MPEG標(biāo)準(zhǔn)定義的語(yǔ)義加以調(diào)整?？蓱?yīng)用這種句法來(lái)利用通常的視頻特性，如空間冗余、時(shí)間冗余、勻速運(yùn)動(dòng)、空間屏蔽等等。實(shí)際上，這些MPEG標(biāo)準(zhǔn)定義了一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和一種數(shù)據(jù)格式。一個(gè)MPEG解碼器必須能夠解析和解碼輸入數(shù)據(jù)流，但是只要數(shù)據(jù)流符合相應(yīng)的MPEG句法，可以使用各式各樣可能的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和壓縮技術(shù)(雖然這從技術(shù)上看因?yàn)檎Z(yǔ)義不一致而偏離標(biāo)準(zhǔn))。在一個(gè)替換句法內(nèi)攜帶所需語(yǔ)義也是可允許的。
這些MPEG標(biāo)準(zhǔn)使用各種各樣的壓縮方法，包括幀內(nèi)和幀間方法。在大多數(shù)視頻畫面中，背景保持相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)在前景中出現(xiàn)動(dòng)作。背景可以移動(dòng)，但是大量畫面是冗余的。這些MPEG標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)生成一個(gè)被稱為“內(nèi)部(intra)”幀或者“I幀”的基準(zhǔn)幀而開(kāi)始?jí)嚎s。I幀被壓縮與其他幀無(wú)關(guān)，因此包含完整一幀視頻信息。I幀提供了用以隨機(jī)存取的進(jìn)入一個(gè)數(shù)據(jù)比特流的進(jìn)入點(diǎn)，但其只能被適度壓縮。典型地，代表I幀的數(shù)據(jù)每隔12至15個(gè)幀就被放置在比特流中(雖然在某些狀況下在I幀之間使用寬得多的間隔也是有效的)。爾后，由于僅有一小部分幀落在與括號(hào)(bracketing)I幀不同的基準(zhǔn)I幀之間，故僅有圖像差被捕獲、壓縮和存儲(chǔ)。有二種類型的幀被用于這樣的圖像差預(yù)測(cè)的幀或者P幀，以及雙向內(nèi)插的幀或者B幀。
P幀通常參考一個(gè)過(guò)去的幀(一個(gè)I幀或者一個(gè)先前的P幀)進(jìn)行編碼，并且通常被用作一個(gè)供后續(xù)P幀使用的基準(zhǔn)。P幀接受相當(dāng)高的壓縮量。B幀提供最高的壓縮量，但為了被編碼既需要一個(gè)過(guò)去的基準(zhǔn)幀也需要一個(gè)未來(lái)的基準(zhǔn)幀。在標(biāo)準(zhǔn)壓縮技術(shù)中，雙向的幀從不被用于基準(zhǔn)幀。
宏模塊是圖像像素的區(qū)域。對(duì)于MPEG-2，一個(gè)宏模塊是具有四個(gè)8×8DCT模塊的16×16像素組，其帶有一個(gè)用于P幀的運(yùn)動(dòng)矢量，以及一個(gè)或者二個(gè)用于B幀的運(yùn)動(dòng)矢量。在P幀內(nèi)的宏模塊可以使用幀內(nèi)或者幀間(預(yù)測(cè))編碼而被逐一編碼。在B幀內(nèi)的宏模塊可以使用幀內(nèi)編碼、前向預(yù)測(cè)編碼、后向預(yù)測(cè)編碼或者前向和后向二者(即雙向內(nèi)插)的預(yù)測(cè)編碼而被逐一編碼。在MPEG-4視頻編碼中使用一種稍有不同但是類似的結(jié)構(gòu)。
在編碼之后，一個(gè)MPEG數(shù)據(jù)比特流包括I、P和B幀的序列。一個(gè)序列可以幾乎由I、P和B幀(對(duì)于其位置存在一些微小的語(yǔ)義限制)的任何一種模式組成。但是，在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中通常具有一個(gè)固定的模式(例如IBBPBBPBBPBBPBB)。
MPEG色空間表示MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4都利用Y、U、V色空間用于壓縮。存在一個(gè)亮度選擇的公式，但是在RGB(紅-綠-藍(lán))之間轉(zhuǎn)換為YUV表示的一個(gè)典型轉(zhuǎn)換可以表示為Y＝0.59G+0.29R+0.12BU＝R-YV＝B-Y取決于色彩系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)于綠色的Y亮度因子在0.55與0.75之間變化。對(duì)應(yīng)于紅色的因子在0.2與0.3之間變化，而對(duì)應(yīng)于藍(lán)色的因子在0.05與0.15之間變化。
這一轉(zhuǎn)換可以作為矩陣轉(zhuǎn)換加以計(jì)算，該矩陣轉(zhuǎn)換是為線性信號(hào)使用設(shè)計(jì)的線性算符。但是，這個(gè)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換在非線性視頻空間中以MPEG1、2和4加以執(zhí)行，就得出了不同的人為現(xiàn)象(artifact)和問(wèn)題。
在MPEG中典型的是降低U和V色度通道的分辨率以獲得更大壓縮。最通常使用的分辨率降低是水平和垂直兩者都使用二分之一分辨率。MPEG-2支持全分辨率色度和水平二分之一分辨率。但是，最通常使用的MPEG-2范疇(Profile)，即在主層次上的主范疇(MP@ML)和在高層次上的主范疇(MP@HL)，在水平和垂直上都使用二分之一分辨率。MPEG-4的版本1和2則在水平和垂直上都使用二分之一分辨率。應(yīng)注意到，全色度分辨率通常被稱為4∶4∶4，二分之一色度水平分辨率通常被稱為4∶2∶2，而二分之一垂直和水平分辨率通常被稱為4∶2∶0。(應(yīng)當(dāng)注意到，術(shù)語(yǔ)4∶x∶x就其含義和推論而言是有漏洞的，但通常做法是用它來(lái)描述色度分辨率對(duì)亮度的關(guān)系)。
當(dāng)轉(zhuǎn)換為U和V顏色表示時(shí)，對(duì)于非線性視頻信號(hào)施用在不同的MPEG標(biāo)準(zhǔn)下降低水平和垂直色度分辨率的過(guò)濾器。當(dāng)應(yīng)用逆轉(zhuǎn)換以恢復(fù)RGB時(shí)，非線性的信號(hào)和過(guò)濾器以產(chǎn)生人為現(xiàn)象和問(wèn)題的方式交互作用。這些問(wèn)題連同空間混疊一起可以被概括為在Y亮度和U及V色度通道之間的“串?dāng)_”。
有關(guān)線性與非線性的表示和轉(zhuǎn)換的進(jìn)一步信息可見(jiàn)于Gary Demos在1990年10月的SMPTE會(huì)議中發(fā)表的“用于像素的對(duì)數(shù)和密度單元的使用(The Use of Logarithmic)”，該論文刊登于SMPTE期刊上(1991年10月，卷100，no.10)。也見(jiàn)于Gary Demos在1993年10月的SMPTE會(huì)議上發(fā)表的“一個(gè)可升級(jí)的、可互操作和可擴(kuò)展的用于圖像顏色和動(dòng)態(tài)范圍表示的例子(An Example Representation for Image Color andDynamic Range which is Scalable，Interoperable，and Extensible)”，該論文刊登于科研報(bào)告集和未定稿版上。這些文件描述了在圖像壓縮處理流水線的不同階段上對(duì)數(shù)和線性空間的優(yōu)點(diǎn)，并且作為參考資料結(jié)合在此處。
色度子采樣(sub-sampling)對(duì)于U和V降低色度分辨率的理由是人類視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于U和V上的變化比亮度Y上的變化更不敏感。因?yàn)閅主要是綠色，U和V分別主要是紅和藍(lán)色，這也可以被說(shuō)成是人類視覺(jué)靈敏度對(duì)綠色比對(duì)紅和藍(lán)色更高。但是，雖然在MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4中U和V被視為是相同的，人類視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于U(對(duì)于其紅色成分)比對(duì)于V(對(duì)于其藍(lán)色成分)更敏感。
在色度敏感度方面的這種差別體現(xiàn)在用于電視接收機(jī)的1951NTSC-2彩色標(biāo)準(zhǔn)中。NTSC-2使用YIQ色空間，其中I和Q類似于U和V(具有稍微不同的加權(quán))。也就是說(shuō)，I通道基本上表示紅色減去亮度，而Q通道基本上表示藍(lán)色減去亮度。在NTSC-2中，亮度被給予4.5MHz的模擬帶寬，而I色度通道被給予1.5MHz的模擬帶寬。表示藍(lán)色-黃色軸的Q通道則僅被給予0.5MHz的模擬帶寬。因此，NTSC-2電視制式給I通道分配的信息是其給Q通道分配的三倍，而給Y亮度通道的信息是給I通道的三倍。因此，在Y亮度通道和Q(藍(lán)色減去亮度)通道之間的帶寬比是9。這些MPEGYUV和NTSC-2相互關(guān)系概括于下表中色度分辨率對(duì)亮度的比率比率 YUV YUV YUV NTSC-24∶4∶4 4∶2∶2 4∶2∶0紅色、U、和I像素對(duì)Y1∶1 2∶1 4∶1 3∶1藍(lán)色、V、和Q像素對(duì)Y1∶1 2∶1 4∶1 9∶1顯而易見(jiàn)，在處理中，在MPEG標(biāo)準(zhǔn)下亮度信號(hào)通道與U和V通道之間存在的差別比在NTSC-2標(biāo)準(zhǔn)下亮度和I和Q信道之間的差別更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了用于改善壓縮圖像的色度信息的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序。
尤其是，在本發(fā)明的一個(gè)方面，彩色視頻圖像可以通過(guò)令用于RGB表示的紅色分辨率(或者用于YUV表示的U分辨率)提高超過(guò)用于藍(lán)色(或者V)的分辨率而改善。對(duì)于藍(lán)色成分使用較低分辨率意味著例如在一個(gè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償彩色視頻圖像壓縮系統(tǒng)中需要壓縮較少的信息。本發(fā)明的這一方面包括方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序，其通過(guò)選擇使彩色視頻圖像的紅色成分的分辨率高于該彩色視頻圖像的藍(lán)色成分的分辨率，而在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中壓縮彩色視頻圖像的圖像色度信息。
本發(fā)明的再一個(gè)方面是一種用于降低色度噪聲水平而由此改善圖像質(zhì)量的技術(shù)，其中色度噪聲由在壓縮期間使用的量化參數(shù)(Qp)的任一給定值引起。這通過(guò)對(duì)于U(＝R-Y)通道利用比Y通道之外更低的QP值而實(shí)現(xiàn)。類似地，V(＝B-Y)通道的質(zhì)量還可以通過(guò)對(duì)于V通道利用比Y通道之外更低的QP值而改善。
本發(fā)明的又一方面是一種在需要較高壓縮時(shí)有效的技術(shù)。在這一方面，對(duì)Y通道的QP值施加一個(gè)正的QP偏置，以供U和V色度通道中的任何一個(gè)或者兩個(gè)使用。
本發(fā)明的另一方面是使用對(duì)數(shù)表示以利于圖像編碼。如果可行，對(duì)數(shù)編碼可以改善最初表示為線性RGB像素值的圖像的YUV色空間表示的編碼效率。在其它處理步驟上，對(duì)線性表示的往復(fù)轉(zhuǎn)換可能是有益的。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種在圖像壓縮系統(tǒng)中用以改善彩色視頻圖像的視頻特征的方法，包括選擇一組圖像通道以表示彩色視頻圖像，包括一個(gè)亮度通道和n個(gè)色度通道，其中n至少為3；并且將該亮度通道和n個(gè)附加的色度通道壓縮成一個(gè)經(jīng)壓縮的視頻圖像。
在附圖和以下說(shuō)明書中，將闡述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。由說(shuō)明書和附圖以及由權(quán)利要求將明顯看到本發(fā)明的其他特點(diǎn)、目的以及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是一個(gè)流程圖，其展示出在YUV色空間表示中用以將對(duì)U的分辨率提高超過(guò)對(duì)V所使用的分辨率的說(shuō)明性方法(其可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn))。
圖2是一個(gè)流程圖，其展示出對(duì)于色度通道施加一個(gè)QP偏置的說(shuō)明性方法(其可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn))。
圖3是一個(gè)流程圖，其展示出對(duì)于亮度和色度信息進(jìn)行對(duì)數(shù)編碼的說(shuō)明性方法(其可以由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn))。
圖4是一個(gè)流程圖，其展示出在圖像壓縮系統(tǒng)中用于編碼附加的色度通道的說(shuō)明性方法(其可以由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn))。在不同的附圖中相同的參考標(biāo)記表示相同的單元。
具體實(shí)施例方式
改善的顏色編碼精度隨著圖像的質(zhì)量相對(duì)于降低的噪聲、擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)范圍和擴(kuò)展的色彩范圍等特性而改善，人對(duì)色彩的敏感度也提高。尤其是已經(jīng)注意到，在RGB表示中的紅色(或者在YUV表示中的U)常常比在視頻壓縮中通常使用的需要更高精度和透明度。
除藍(lán)色正在被用于處理(如藍(lán)屏特殊效應(yīng)混合或者圖像分析)之外，人類對(duì)于藍(lán)色-黃色的色度軸的敏感度，如同由藍(lán)色或者V體現(xiàn)的，通過(guò)水平和垂直方向上的半分辨率采樣得到了適當(dāng)解決。因此，一個(gè)圖像的像素總數(shù)的四分之一就提供了足夠品質(zhì)用于表示藍(lán)色或者V色度軸。但是，與藍(lán)色和V不同，紅色和/或U的一半分辨率的編碼有時(shí)對(duì)于大的寬廣動(dòng)態(tài)范圍顯示器和投影儀而言在品質(zhì)方面是不夠的。
因此，圖像可以通過(guò)令用于RGB表示(或者用于YUV表示的U分辨率)的紅色分辨率增加超過(guò)藍(lán)色(或者V)分辨率而得到改善。對(duì)于藍(lán)色成分使用更低的分辨率意味著例如在一個(gè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償彩色視頻圖像壓縮系統(tǒng)中需要壓縮更少的信息。
根據(jù)本發(fā)明，有三種相對(duì)于下行過(guò)濾的(downfiltered)藍(lán)色(或者V)分辨率保持增加的紅色(或者U)分辨率的優(yōu)選方法1)對(duì)于紅色和/或U使用全分辨率；2)僅在垂直或者水平方向的一個(gè)色度軸上對(duì)于紅色和/或U使用二分之一分辨率；或者3)在一個(gè)或者兩個(gè)色度軸上，對(duì)于紅色和/或U使用過(guò)濾的分辨率，該分辨率在實(shí)足尺寸和二分之一之間，如2/3或者3/4。
圖1是展示出一種說(shuō)明性方法(其可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn))的流程圖，該方法在YUV色空間表示(一種類似的方法可以應(yīng)用于一個(gè)RGB色空間表示)中對(duì)于U使用的分辨率比對(duì)于V使用的分辨率更高步驟101在一個(gè)利用YUV色空間表示的圖像壓縮系統(tǒng)中，將一個(gè)輸入圖像的V(＝B-Y)通道縮小過(guò)濾為水平方向上二分之一分辨率，并且選擇性地為垂直方向上二分之一分辨率。
步驟102將圖像的U(＝R-Y)通道縮小過(guò)濾為一個(gè)高于V(＝B-Y)通道的分辨率，最好是下面的其中之一a)全分辨率；b)水平方向介于二分之一和全分辨率之間，但是垂直方向?yàn)槿直媛?；c)水平和垂直均在二分之一和全分辨率之間；d)垂直方向介于二分之一和全分辨率之間，但是水平方向?yàn)槿直媛剩徊襟E103使用一個(gè)類似MPEG的壓縮系統(tǒng)壓縮YUV圖像(其具有亮度Y和縮小過(guò)濾的U和V色度信息)。
步驟104將圖像解壓縮成Y、U和V通道(通常是在不同的計(jì)算機(jī)中)。
步驟105使用適宜的分辨率增量(即在上述步驟101中對(duì)于V和上述步驟102中對(duì)于U所使用的縮小過(guò)濾因子的倒數(shù))，將U和V通道轉(zhuǎn)換為全分辨率。
步驟106選擇性地將YUV圖像轉(zhuǎn)換為用于觀看、分析或者進(jìn)一步處理的RGB圖像。
不同的用于色度的QP偏置稱作“視頻圖像的高精度編碼和解碼”并且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明(在此將其結(jié)合作為參考資料)的受讓人的共同待決的美國(guó)專利申請(qǐng)No.09/798,346，指導(dǎo)了在壓縮期間利用量化參數(shù)(QP)的不同方面。本發(fā)明還有一個(gè)方面是一種用于降低色度噪聲水平從而改善圖像質(zhì)量的技術(shù)，該色度噪聲是在壓縮期間使用的量化參數(shù)(QP)的任一給定值所導(dǎo)致的。這通過(guò)對(duì)U(＝R-Y)通道利用比Y通道更低的QP值而實(shí)現(xiàn)。類似地，V(＝B-Y)的質(zhì)量還可以通過(guò)對(duì)于V通道利用比Y通道更低的QP值而得到改善。
一種實(shí)現(xiàn)降低色度QP值的簡(jiǎn)單方法是從被用于Y(亮度)通道的QP值中減去一個(gè)恒定值。做為選擇，可將一個(gè)單獨(dú)的恒定值(比用于Y的QP值低)用于每一個(gè)U和V。例如，可以從用于Y的QP值中減去“2”，從而得出用于U的QP值，并且可以從用于Y的QP值中減去“1”，從而得出用于V的QP值。對(duì)所施用的QP值而言可以采用減去任何有效的數(shù)值，該數(shù)值僅僅受限為最小值“1”。
這種方法對(duì)于恒定QP值(可變比特率)有效。其對(duì)于可變QP值(例如在恒定的和可變的比特率的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償壓縮系統(tǒng)中)也同樣有效，這是因?yàn)樗查g的QP值可以通過(guò)從用于Y的QP值中減去一個(gè)規(guī)定的差值而偏置，從而得出用于每個(gè)U和V的QP值。
此外，如在上面提及的專利申請(qǐng)“視頻圖像的高精度編碼和解碼”中描述的，這些不同的色度偏置的QP值的范圍可以利用擴(kuò)展的QP值域函數(shù)或者查找而加以擴(kuò)展。
除使用預(yù)先安排的數(shù)值之外，必須從編碼器到解碼器用信號(hào)通知U和V的偏置值。它們例如可以對(duì)應(yīng)于每個(gè)對(duì)話、圖像組(GOP)、幀、或者圖像區(qū)域規(guī)定一次。
圖2是一個(gè)示出對(duì)于色度通道施加QP偏置的說(shuō)明性方法(其可以由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn))的流程圖步驟201在一個(gè)圖像壓縮系統(tǒng)中，以一個(gè)選定值(其對(duì)于每個(gè)通道可以是不同的)降低用于每個(gè)U和V色度通道的QP值。
步驟202分別將這一降低的QP值用于U和V色度通道壓縮。
步驟203選擇性地，如果使用了可變的QP值，則確保降低的U和VQP值至少是“1”。
步驟204除使用預(yù)置的偏置之外，每當(dāng)QP值可能改變時(shí)(其曾為最小值)即發(fā)信號(hào)或者傳送QP值降低量給解碼器。
步驟205對(duì)于U和V(再次確保降低的QP值至少是“1”)使用上述適當(dāng)?shù)腝P值解壓縮(通常是在不同的計(jì)算機(jī)中)信號(hào)。
步驟206選擇性地，觀看解壓縮的圖像或?qū)⒃搱D像用于附加的處理或者分析。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種在需要較高壓縮時(shí)有效的技術(shù)。在這一方面，將一個(gè)正的QP偏置施加到Y(jié)通道的QP值，以便用于U和V色度通中的任何一個(gè)或者兩個(gè)。(如果有的話，最好核對(duì)壓縮系統(tǒng)的QP最大值)?？梢詫?duì)每個(gè)U和V通道使用單獨(dú)的偏置值。另外，這樣一個(gè)實(shí)施例的步驟類似于在圖2中示出的那些步驟。
亮度和色度的對(duì)數(shù)編碼在上面提及的稱作“供像素的對(duì)數(shù)和密度單位的使用”的論文描述了對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍而言對(duì)數(shù)表示的優(yōu)點(diǎn)。與動(dòng)態(tài)范圍匹配的對(duì)數(shù)表示多少類似于通常使用的視頻轉(zhuǎn)換功能。盡管類似，與通常使用的多樣的視頻表示相比，對(duì)數(shù)表示在可延展性、校準(zhǔn)使用、及在色度通道的正交性方面都更為適宜。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是使用對(duì)數(shù)表示以利于圖像編碼。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)數(shù)編碼如果可行的話可以改善最初表示為線性RGB像素值(如在照相機(jī)的傳感器上)的圖像的YUV色空間表示的編碼效率。在其他處理步驟上，線性表示的往復(fù)轉(zhuǎn)換可能是有益的。
如在上面提及的專利申請(qǐng)“視頻圖像的高精度編碼和解碼”中描述的，對(duì)亮度的色度串?dāng)_可在此時(shí)減到最小Ylog＝Log(Wr*R+Wg*G+Wb*B)U＝Log(R)-YlogV＝Log(B)-Ylog其中Wr、Wg和Wb是用于亮度的紅色、綠色和藍(lán)色成分的線性加權(quán)，并且其中R、G和B表示一個(gè)線性光空間(light space)。這些關(guān)系式在應(yīng)用本發(fā)明的這一方面是有益的。
圖3是展示出一個(gè)說(shuō)明性方法(其可以由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn))的流程圖，該方法系用于亮度和色度信息的對(duì)數(shù)編碼步驟301在一個(gè)圖像壓縮系統(tǒng)中，對(duì)于輸入的(例如直接來(lái)自一個(gè)攝像機(jī))線性R、G和B像素值執(zhí)行下列轉(zhuǎn)換Ylog＝Log(Wr*R+Wg*G+Wb*B)U＝Log(R)-YlogV＝Log(B)-Ylog其中Wr、Wg和Wb是用于亮度的紅色、綠色和藍(lán)色成分的線性加權(quán)。
步驟302選擇性地降低U和V色度通道的分辨率(如上所述)。
步驟303對(duì)于活動(dòng)圖像的這一Y、U和V表示執(zhí)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償壓縮。
步驟304將所壓縮的圖像解壓縮以恢復(fù)活動(dòng)圖像(通常是在不同的計(jì)算機(jī)中)的Y、U和V彩色成分。
步驟305如果應(yīng)用了可選擇的步驟302，則使上述分辨率的降低向回倒退以恢復(fù)完全的U和V分辨率。
步驟306使用下列轉(zhuǎn)換恢復(fù)線性的R、G和B像素值R＝逆log(Y+U)B＝逆log(Y+V)G＝(逆log(Y)-Wr*R-Wb*B)/Wg步驟307選擇性地轉(zhuǎn)換為其他視頻RGB表示(做為選擇，本步驟除了附加到步驟306之外，還可以作為步驟306的替代而被執(zhí)行)。
附加的色度軸在擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍和擴(kuò)展對(duì)比度值域的圖像中，借助于可見(jiàn)和不可見(jiàn)兩種圖像信息的附加通道，增加可見(jiàn)光波長(zhǎng)通道可能是有益的。
可以從任何給定的一組紅色、綠色和藍(lán)色中獲得的顏色范圍基本不包括所有可能的可見(jiàn)顏色。合成紅色、綠色和藍(lán)色等基色以生成其他諸如黃色、橙色、藍(lán)綠色和褐色等可見(jiàn)顏色的比例是人類視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)特征，被稱為“條件配色(metamerism)”。
如在上面提及的稱作“用于可升級(jí)、可互操作和可擴(kuò)展的圖像顏色和動(dòng)態(tài)范圍的一個(gè)表示例子”的論文中指出的，有可能對(duì)于紅色、綠色和藍(lán)色三種基色增加額外的基色。尤其是，藍(lán)綠色(cyan)、洋紅(magenta)和黃色的基色有助于使顏色范圍擴(kuò)展，超出由最通常的紅、綠和藍(lán)等基色值可獲得的范圍之外。此外，還可以傳送紫光和紫外光(其使磷光性的顏色發(fā)亮)。
已經(jīng)證明在可見(jiàn)顏色以外的看不見(jiàn)的紅外波長(zhǎng)對(duì)于穿過(guò)云霧和陰霾以及在黑暗中看物是有效的。紫外波長(zhǎng)也可以對(duì)看到低幅度的可見(jiàn)圖像細(xì)節(jié)如指紋和表面涂層是有效的。
此外，即使在可見(jiàn)光波長(zhǎng)中，不同的材料(如煙霧和水下的海藻)通常也會(huì)降低對(duì)比度的數(shù)值或者某些波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)范圍。這就是為什么煙霧可以顯現(xiàn)褐色，對(duì)于在遠(yuǎn)處的所有物體給出褐色色調(diào)，降低了藍(lán)色對(duì)比度和動(dòng)態(tài)范圍。這也是為什么水下攝影可以顯現(xiàn)綠色、青綠色或者藍(lán)色，因?yàn)榭梢?jiàn)光譜的紅色端在對(duì)比度和動(dòng)態(tài)范圍方面降低了。
如上所述的在Y、U與V之間的對(duì)數(shù)關(guān)系將使對(duì)于可見(jiàn)光的彩色關(guān)系的編碼最佳化。
在本發(fā)明的這個(gè)方面，額外的色度通道被增加給編碼三個(gè)基本波長(zhǎng)的通道，這典型地以RGB或者YUV表示來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)使用YUV色空間的時(shí)候，還可能改變Y(亮度)通道的構(gòu)成以利于最高幅值的圖像信號(hào)。因此，舉例來(lái)說(shuō)，隨著亮度移動(dòng)到其他波長(zhǎng)范圍，綠色可見(jiàn)通道可以使用其自身的色度通道進(jìn)行編碼。在紅色、綠色和藍(lán)色(或許其他可見(jiàn)和不可見(jiàn)基色)每個(gè)均具有其自身的色度通道的情況下，這個(gè)概念可以被擴(kuò)展至Y亮度是紅外線。
根據(jù)本發(fā)明的這一方面，對(duì)于每個(gè)新的色度通道，應(yīng)確定以下內(nèi)容1)是否通道應(yīng)與一個(gè)或多個(gè)其他通道(通常是與諸如U＝R-Y的亮度)有區(qū)別地被編碼？2)是否通道應(yīng)相對(duì)于亮度而被給以全分辨率，或者是否對(duì)一個(gè)假定的預(yù)定用途可以降低分辨率而不損害圖像質(zhì)量？在1)中的確定是基于每個(gè)編碼通道與其他通道的相關(guān)性。例如，紫外線或者遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)圖像對(duì)于可見(jiàn)光波長(zhǎng)或者對(duì)于彼此而言可能是相對(duì)無(wú)關(guān)的。在這種情況下，這些通道可以無(wú)需涉及其他通道而被編碼。但是，所有的可見(jiàn)光波長(zhǎng)是高度相關(guān)的，因此通常相對(duì)于彼此進(jìn)行編碼幾乎總是有益的。
基于這些確定，可以選擇一組通常超出(或者是替代并超出)三個(gè)基本通道(例如YUV)的圖像通道。例如，所選擇的該組圖像通道可以包括一個(gè)Y′亮度通道，以及n個(gè)色度通道，如U′第一色度通道、V′第二色度通道和X′第三色度通道。
利用這個(gè)例子并應(yīng)用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償壓縮，選擇的Y′值將以全分辨率受到編碼，并且各種各樣的其他色度通道(U′、V′、X′)將被區(qū)別地或者獨(dú)立地編碼。除非存在附加的通道，所有的通道都可以利用相同的運(yùn)動(dòng)矢量和宏模塊運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，這與它們被用于常規(guī)的YUV表示相同。每個(gè)這種通道將相對(duì)于Y利用適當(dāng)?shù)姆直媛?其與在上面步驟2確定的相同)。此外，可以將一個(gè)QP偏置(如上所述)獨(dú)立地施加于每個(gè)色度通道，以確保實(shí)現(xiàn)所期望的壓縮色度質(zhì)量。
即使當(dāng)僅施加于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的時(shí)候，附加的色度通道也可以不僅確保得到擴(kuò)展的顏色范圍和更精確的顏色，而且還使附加的透明度、清晰度和噪聲保真度得以被施加給諸如洋紅、橙色、黃色和水青色(aquacyan)這類高度可見(jiàn)的顏色。這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于寬動(dòng)態(tài)范圍和寬對(duì)比度范圍圖像是特別重要的。
圖4是一個(gè)的流程圖，其展示出在圖像壓縮系統(tǒng)中用于編碼附加的色度通道的一個(gè)說(shuō)明性方法(其可以由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn))步驟401在一個(gè)圖像壓縮系統(tǒng)中，確定一個(gè)用于圖像的最佳亮度表示，該圖像基于寬的動(dòng)態(tài)范圍和最高的分辨率來(lái)選擇，包括可選擇的不可見(jiàn)光波長(zhǎng)圖像信號(hào)。
步驟402確定n個(gè)附加的色度通道以顯示圖像，其中n至少為3。
步驟403選擇性地，對(duì)于每個(gè)色度通道，確定是否有區(qū)別地相對(duì)于亮度和/或一個(gè)或多個(gè)其他色度通道編碼是有益的。
步驟404對(duì)每個(gè)來(lái)自輸入的色度通道圖像信號(hào)，相對(duì)于亮度圖像信號(hào)確定所期望的分辨率，使得分辨率等于或者小于亮度的分辨率，并且可選擇施行分辨率降低。
步驟405利用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償壓縮來(lái)壓縮該Y+n個(gè)色度圖像信號(hào)。
步驟406解壓縮該Y+n個(gè)色度圖像(通常是在不同的計(jì)算機(jī)中)。
步驟407如果施行分辨率降低，則恢復(fù)色度通道的原始分辨率。
步驟408將每個(gè)色度通道與其在上面步驟403中的不同的對(duì)應(yīng)色度通道組合(如果有的話)。
步驟409選擇性地執(zhí)行下列任一步驟a)將色度通道轉(zhuǎn)換到一個(gè)諸如RGB的可見(jiàn)空間，或者轉(zhuǎn)換到具有三個(gè)以上基色的空間，并且視作一個(gè)真彩色圖像；b)執(zhí)行a)的轉(zhuǎn)換，但是視作一個(gè)偽彩色圖象(如將紅外光映射為綠色光)；c)使用色度通道而不為處理和/或分析做轉(zhuǎn)換。
作為另一個(gè)選擇，每個(gè)色度通道可以相對(duì)于對(duì)亮度通道所用的QP值，具有一個(gè)施用的偏置(增加或者減少)的QP值，從而對(duì)每個(gè)色度通道獲得期望的質(zhì)量等級(jí)(即折衷色度噪聲與較高的壓縮度)。
實(shí)施例本發(fā)明可以以硬件或者軟件、或者兩者的結(jié)合(例如可編程邏輯陣列)來(lái)實(shí)現(xiàn)。除非另行說(shuō)明，作為本發(fā)明的一部分包括的算法不是固有地與任何特定的計(jì)算機(jī)或者其他裝置相關(guān)的。尤其是各種各樣的通用設(shè)備可以借助于根據(jù)此處指導(dǎo)而編寫的程序而進(jìn)行使用，或者更方便的是可以構(gòu)成專用裝置(如集成電路)以執(zhí)行特定的功能。因此，本發(fā)明可以以一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行于一個(gè)或多個(gè)可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，該可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各自包括至少一個(gè)處理器、至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(包括易失和非易失性存儲(chǔ)器和/或存儲(chǔ)單元)、至少一個(gè)輸入裝置或者端口、及至少一個(gè)輸出裝置或者端口。程序代碼被用于輸入數(shù)據(jù)，以執(zhí)行在此處描述的功能和產(chǎn)生輸出信息。該輸出信息被以公知的方式用于一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備。
每個(gè)上述程序可以以任一種所需的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言(包括機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、或者高級(jí)過(guò)程語(yǔ)言、邏輯語(yǔ)言、或者面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言)與一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信?？傊稣Z(yǔ)言可以是一種被編譯或者被解釋的語(yǔ)言。
每個(gè)上述計(jì)算機(jī)程序最好是被存儲(chǔ)或者下載到一個(gè)由通用或?qū)Ｓ玫目删幊逃?jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)或者裝置(例如固態(tài)存儲(chǔ)器或者是或?yàn)榇判曰驗(yàn)楣鈱W(xué)介質(zhì)的介質(zhì))上，以便當(dāng)該存儲(chǔ)介質(zhì)或者裝置被該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取時(shí)配置和操作計(jì)算機(jī)，從而執(zhí)行在此處描述的步驟。本發(fā)明的系統(tǒng)也可以被設(shè)想作為一個(gè)借助于計(jì)算機(jī)程序配置的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)，其中存儲(chǔ)介質(zhì)被配置得使該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以特定的和預(yù)先確定的方式工作，以執(zhí)行在此處描述的功能。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。然而應(yīng)理解，不脫離本發(fā)明的精神和范圍可以進(jìn)行各種各樣的修改。例如，以上描述的某些步驟可以單獨(dú)排序，因此能夠以不同于所描述的順序執(zhí)行。因此，其他實(shí)施例落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中壓縮彩色視頻圖像的圖像色度信息的方法，包括選擇用于該彩色視頻圖像的紅色成分的分辨率，使其高于用于該彩色視頻圖像的藍(lán)色成分的分辨率。
2.一種用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中壓縮彩色視頻圖像的圖像色度信息的方法，包括(a)沿著該彩色視頻圖像的水平和垂直圖像軸中的至少一個(gè)，將該彩色視頻圖像的藍(lán)色成分下行過(guò)濾成為具有第一分辨率的己處理的藍(lán)色成分；和(b)將該彩色視頻圖像的紅色成分過(guò)濾成為具有高于該第一分辨率的第二分辨率的已處理的紅色成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中沿著該彩色視頻圖像的水平和垂直圖像軸中的至少一個(gè)，該第二分辨率處于該紅色成分的全分辨率的0.5至1.0的范圍中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括至少將該己處理的藍(lán)色和紅色成分壓縮成為壓縮輸出圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括將該壓縮輸出圖像解壓縮以獲得未壓縮的處理后藍(lán)色和紅色成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括將該處理后藍(lán)色和紅色成分?jǐn)U大過(guò)濾到該彩色視頻圖像的全分辨率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中該視頻圖像壓縮系統(tǒng)是一種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償視頻圖像壓縮系統(tǒng)。
8.一種用于在壓縮期間利用量化參數(shù)(QP)而在YUV視頻圖像壓縮系統(tǒng)中的彩色視頻圖像的壓縮期間降低色度噪聲的方法，該方法包括對(duì)于彩色視頻圖像的Y彩色通道利用第一QP值，而對(duì)于該彩色視頻圖像的U和V彩色通道中的至少其中之一利用第二QP值，其中該第二QP值小于該第一QP值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中該第二QP值是通過(guò)對(duì)該第一QP值施加一個(gè)偏置值來(lái)確定的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括在施加該第一和第二QP值之后，將該彩色視頻圖像壓縮成為壓縮輸出圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包括使用該第一和第二QP值解壓縮該壓縮輸出圖像，以獲得未壓縮的視頻圖像。
12.一種用于利用量化參數(shù)(QP)而在YUV視頻圖像壓縮系統(tǒng)中的彩色視頻圖像的壓縮期間實(shí)現(xiàn)更高壓縮的方法，該方法包括對(duì)于彩色視頻圖像的Y彩色通道利用第一QP值，而對(duì)于該彩色視頻圖像的U和V彩色通道中的至少一個(gè)利用第二QP值，其中該第二QP值小于該第一QP值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中該第二QP值是通過(guò)對(duì)該第一QP值施加一個(gè)偏置值來(lái)確定的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括在施加該第一和第二QP值之后，將該彩色視頻圖像壓縮成為壓縮輸出圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括使用該第一和第二QP值解壓縮該壓縮輸出圖像，以獲得未壓縮的視頻圖像。
16.一種用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中改善最初表示為線性RGB像素值的視頻圖像的色空間的編碼效率的方法，包括將該視頻圖像的線性RGB像素值轉(zhuǎn)換成為亮度和色度通道信息的對(duì)數(shù)表示。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中的轉(zhuǎn)換包括應(yīng)用下列公式以獲得該視頻圖像的YUV對(duì)數(shù)表示Ylog＝Log(Wr*R+Wg*G+Wb*B)U色度通道＝Log(R)-YlogV色度通道＝Log(B)-Ylog其中Wr、Wg和Wb是對(duì)于該視頻圖像的亮度的紅色、綠色和藍(lán)色成分的線性加權(quán)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括降低該YUV對(duì)數(shù)表示的U和V色度通道的分辨率。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括將該視頻圖像的YUV對(duì)數(shù)表示壓縮成為壓縮視頻圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括將該壓縮視頻圖像解壓縮成為該視頻圖像的被恢復(fù)的YUV對(duì)數(shù)表示。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括將該視頻圖像的被恢復(fù)的YUV對(duì)數(shù)表示轉(zhuǎn)換成為線性RGB像素值。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中的轉(zhuǎn)換包括應(yīng)用下列公式以獲得該線性RGB像素值R＝逆log(Y+U)B＝逆log(Y+V)G＝(逆log(Y)-Wr*R-Wb*B)/Wg。
23.一種在圖像壓縮系統(tǒng)中用于改善彩色視頻圖像的圖像特征的方法，包括(a)選擇一組圖像通道以表示該彩色視頻圖像，包括一個(gè)亮度通道和n個(gè)色度通道，其中n至少是3；和(b)將該亮度通道和該n個(gè)附加的色度通道壓縮成為壓縮視頻圖像。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中至少一個(gè)色度通道代表不可見(jiàn)光波長(zhǎng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中該亮度通道是具有最高的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率的圖像通道。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括獨(dú)立于各其他通道而編碼每個(gè)色度通道。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括相對(duì)于選定的另一通道而有區(qū)別地編碼每個(gè)色度通道。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括降低至少一個(gè)色度通道的分辨率。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括施加一個(gè)量化參數(shù)(QP)值給至少一個(gè)色度通道，該至少一個(gè)色度通道是相對(duì)于一個(gè)施加給該亮度通道的QP值偏置的。
30.一種存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中壓縮彩色視頻圖像的圖像色度信息，該計(jì)算機(jī)程序包括指令，用以使計(jì)算機(jī)許可選擇該彩色視頻圖像的紅色成分的分辨率，使其高于用于該彩色視頻圖像的藍(lán)色成分的分辨率。
31.一種存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中壓縮彩色視頻圖像的圖像色度信息，該計(jì)算機(jī)程序包括指令，用以使得計(jì)算機(jī)(a)沿著該彩色視頻圖像的水平和垂直圖像軸中的至少一個(gè)，將該彩色視頻圖像的藍(lán)色成分下行過(guò)濾成為具有第一分辨率的己處理的藍(lán)色成分；和(b)將該彩色視頻圖像的紅色成分過(guò)濾成為具有高于該第一分辨率的第二分辨率的已處理的紅色成分。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的計(jì)算機(jī)程序，其中沿著該彩色視頻圖像的水平和垂直圖像軸中的至少一個(gè)，該第二分辨率處于該紅色成分的全分辨率的0.5至1.0的范圍中。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使該計(jì)算機(jī)至少將該已處理的藍(lán)色和紅色成分壓縮成為壓縮輸出圖像的指令。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使該計(jì)算機(jī)將該壓縮輸出圖像解壓縮以獲得未壓縮的處理后藍(lán)色和紅色成分的指令。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使該計(jì)算機(jī)將該處理后藍(lán)色和紅色成分?jǐn)U大過(guò)濾到該彩色視頻圖像的全分辨率的指令。
36.根據(jù)權(quán)利要求30或31的計(jì)算機(jī)程序，其中該視頻圖像壓縮系統(tǒng)是一種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償視頻圖像壓縮系統(tǒng)。
37.一種存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，用于在壓縮期間利用量化參數(shù)(QP)而在YUV視頻圖像壓縮系統(tǒng)中的彩色視頻圖像的壓縮期間降低色度噪聲，該計(jì)算機(jī)程序包括用以使計(jì)算機(jī)利用第一QP值和第二QP值的指令，該第一QP值用于彩色視頻圖像的Y色度通道，而該第二QP值用于該彩色視頻圖像的U和V色度通道中的至少其中之一，其中該第二QP值小于該第一QP值。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的計(jì)算機(jī)程序，其中該第二QP值是通過(guò)對(duì)該第一QP值施加一個(gè)偏置值來(lái)確定的。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使該計(jì)算機(jī)在施加第一和第二QP值之后，將該彩色視頻圖像壓縮成為壓縮輸出圖像的指令。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使得解壓縮計(jì)算機(jī)使用該第一和第二QP值解壓縮該壓縮輸出圖像，以獲得未壓縮的視頻圖像的指令。
41.一種存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，用于在壓縮期間利用量化參數(shù)(QP)而在YUV視頻圖像壓縮系統(tǒng)中的彩色視頻圖像的壓縮期間獲得更高的壓縮，該計(jì)算機(jī)程序包括用于使計(jì)算機(jī)利用第一QP值和第二QP值的指令，該第一QP值用于彩色視頻圖像的Y色度通道，而該第二QP值用于該彩色視頻圖像的U和V色度通道中的至少其中之一，其中該第二QP值大于該第一QP值。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的計(jì)算機(jī)程序，其中該第二QP值是通過(guò)對(duì)該第一QP值施加一個(gè)偏置值來(lái)確定的。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使該計(jì)算機(jī)在施加該第一和第二QP值之后，將該彩色視頻圖像壓縮成為壓縮輸出圖像的指令。
44.根據(jù)權(quán)利要求41的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使得解壓縮計(jì)算機(jī)使用該第一和第二QP值解壓縮該壓縮輸出圖像，以獲得未壓縮的視頻圖像的指令。
45.一種存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中改善最初表示為線性RGB像素值的視頻圖像的色空間表示的編碼效率，該計(jì)算機(jī)程序包括用以使計(jì)算機(jī)將該視頻圖像的線性RGB像素值轉(zhuǎn)換成為亮度和色度通道信息的對(duì)數(shù)表示的指令。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的計(jì)算機(jī)程序，其中用以使該計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換的指令包括用以使計(jì)算機(jī)應(yīng)用下列公式以獲得該視頻圖像的YUV對(duì)數(shù)表示的指令Ylog＝Log(Wr*R+Wg*G+Wb*B)U色度通道＝Log(R)-YlogV色度通道＝Log(B)-Ylog其中Wr、Wg和Wb是對(duì)于該視頻圖像的亮度的紅色、綠色和藍(lán)色成分的線性加權(quán)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使該計(jì)算機(jī)降低該YUV對(duì)數(shù)表示的U和V色度通道的分辨率的指令。
48.根據(jù)權(quán)利要求46的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使該計(jì)算機(jī)將該視頻圖像的YUV對(duì)數(shù)表示壓縮成為壓縮視頻圖像的指令。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使得解壓縮計(jì)算機(jī)將該壓縮的視頻圖像解壓縮成為該視頻圖像的被恢復(fù)的YUV對(duì)數(shù)表示的指令。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使得該解壓縮計(jì)算機(jī)將該視頻圖像的被恢復(fù)的YUV對(duì)數(shù)表示轉(zhuǎn)換成為線性RGB像素值的指令。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的計(jì)算機(jī)程序，其中用以使該計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換的指令包括用以使計(jì)算機(jī)應(yīng)用下列公式以獲得該線性RGB像素值的指令R＝逆log(Y+U)B＝逆log(Y+V)G＝(逆log(Y)-Wr*R-Wb*B)/Wg。
52.一種存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，用于在圖像壓縮系統(tǒng)中改善彩色視頻圖像的圖像特征，該計(jì)算機(jī)程序包括指令，用以使得計(jì)算機(jī)(a)選擇一組圖像通道以表示該彩色視頻圖像，包括一個(gè)亮度信道和n個(gè)色度通道，其中n至少是3；和(b)將該亮度信道和該n個(gè)附加的色度通道壓縮成為壓縮視頻圖像。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的計(jì)算機(jī)程序，其中至少一個(gè)色度通道代表不可見(jiàn)光波長(zhǎng)。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的計(jì)算機(jī)程序，其中該亮度通道是具有最高的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率的圖像通道。
55.根據(jù)權(quán)利要求52的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使計(jì)算機(jī)獨(dú)立于各其他通道而編碼每個(gè)色度通道的指令。
56.根據(jù)權(quán)利要求52的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使計(jì)算機(jī)相對(duì)于選定的另一通道而有區(qū)別地編碼每個(gè)色度通道的指令。
57.根據(jù)權(quán)利要求52的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使計(jì)算機(jī)降低至少一個(gè)色度通道的分辨率的指令。
58.根據(jù)權(quán)利要求52的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)一步包括用以使計(jì)算機(jī)施加一個(gè)量化參數(shù)(QP)值給至少一個(gè)色度通道的指令，該至少一個(gè)色度通道是相對(duì)于一個(gè)施加給該亮度通道的QP值偏置的。
59.一種用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中壓縮彩色視頻圖像的圖像色度信息的系統(tǒng)，包括(a)用于選擇該彩色視頻圖像的紅色成分的分辨率而使其高于用于彩色視頻圖像的藍(lán)色成分的分辨率的裝置；和(b)用于施加所選擇的分辨率以壓縮該彩色視頻圖像的裝置。
60.一種用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中壓縮彩色視頻圖像的圖像色度信息的系統(tǒng)，包括裝置用于(a)沿著該彩色視頻圖像的水平和垂直圖像軸中的至少一個(gè)，將該彩色視頻圖像的藍(lán)色成分下行過(guò)濾成為具有第一分辨率的已處理的藍(lán)色成分；和(b)將該彩色視頻圖像的紅色成分過(guò)濾成為具有高于該第一分辨率的第二分辨率的已處理的紅色成分。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中沿著該彩色視頻圖像的水平和垂直圖像軸中的至少一個(gè)，該第二分辨率處于該紅色成分的全分辨率的0.5至1.0的范圍中。
62.根據(jù)權(quán)利要求60的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于至少將該已處理的藍(lán)色和紅色成分壓縮成為壓縮輸出圖像的裝置。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于將該壓縮輸出圖像解壓縮以獲得未壓縮的處理后藍(lán)色和紅色成分的裝置。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于將該處理后藍(lán)色和紅色成分?jǐn)U大過(guò)濾到該彩色視頻圖像的全分辨率的裝置。
65.根據(jù)權(quán)利要求59或60的系統(tǒng)，其中該視頻圖像壓縮系統(tǒng)是一種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償視頻圖像壓縮系統(tǒng)。
66.一種用于在壓縮期間利用量化參數(shù)(QP)而在YUV視頻圖像壓縮系統(tǒng)中的彩色視頻圖像的壓縮期間降低色度噪聲的系統(tǒng)，包括(a)用于利用第一QP值和第二QP值的裝置，該第一QP值用于彩色視頻圖像的Y色度通道，而該第二QP值用于該彩色視頻圖像的U和V色度通道中的至少其中之一，其中該第二QP值小于該第一QP值；和(b)用于在該彩色視頻圖像壓縮期間施加該選擇的QP值的裝置。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的系統(tǒng)，其中該第二QP值是通過(guò)對(duì)該第一QP值施加一個(gè)偏置值來(lái)確定的。
68.根據(jù)權(quán)利要求66的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于在施加該第一和第二QP值之后，將該彩色視頻圖像壓縮成為壓縮輸出圖像的裝置。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于使用該第一和第二QP值解壓縮該壓縮輸出圖像，以獲得未壓縮的視頻圖像的裝置。
70.一種在壓縮期間利用量化參數(shù)(QP)而在YUV視頻圖像壓縮系統(tǒng)中的壓縮彩色視頻圖像期間用于實(shí)現(xiàn)更高壓縮的系統(tǒng)，包括(a)用于利用第一QP值和第二QP值的裝置，該第一QP值用于彩色視頻圖像的Y色度通道，而該第二QP值用于該彩色視頻圖像的U和V色度通道中的至少其中之一，其中該第二QP值大于該第一QP值；(b)用于在該彩色視頻圖像的壓縮期間施加所選擇的QP值的裝置。
71.根據(jù)權(quán)利要求70的系統(tǒng)，其中該第二QP值是通過(guò)對(duì)該第一QP值施加一個(gè)偏置值來(lái)確定的。
72.根據(jù)權(quán)利要求70的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于在施加該第一和第二QP值之后，將該彩色視頻圖像壓縮成為壓縮輸出圖像的裝置。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于使用該第一和第二QP值解壓縮該壓縮輸出圖像，以獲得未壓縮的視頻圖像的裝置。
74.一種用于在視頻圖像壓縮系統(tǒng)中改善最初表示為線性RGB像素值的視頻圖像的色空間表示的編碼效率的系統(tǒng)，包括(a)用于輸入視頻圖像的線性RGB像素值的裝置；和(b)用于轉(zhuǎn)換該視頻圖像的線性RGB像素值為亮度和色度通道信息的對(duì)數(shù)表示的裝置。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的系統(tǒng)，其中的轉(zhuǎn)換包括應(yīng)用下列公式以獲得該視頻圖像的YUV對(duì)數(shù)表示Ylog＝Log(Wr*R+Wg*G+Wb*B)U色度通道＝Log(R)-YlogV色度通道＝Log(B)-Ylog其中Wr、Wg和Wb是對(duì)于該視頻圖像的亮度的紅色、綠色和藍(lán)色成分的線性加權(quán)。
76.根據(jù)權(quán)利要求75的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于降低該YUV對(duì)數(shù)表示的U和V色度通道的分辨率的裝置。
77.根據(jù)權(quán)利要求75的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于將該視頻圖像的YUV對(duì)數(shù)表示壓縮成為壓縮視頻圖像的裝置。
78.根據(jù)權(quán)利要求77的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于將該壓縮視頻圖像解壓縮成為該視頻圖像的被恢復(fù)的YUV對(duì)數(shù)表示的裝置。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于將該視頻圖像的被恢復(fù)的YUV對(duì)數(shù)表示轉(zhuǎn)換成為線性RGB像素值的裝置。
80.根據(jù)權(quán)利要求79的系統(tǒng)，其中的轉(zhuǎn)換包括應(yīng)用下列公式以獲得該線性RGB像素值R＝逆log(Y+U)B＝逆log(Y+V)G＝(逆log(Y)-Wr*R-Wb*B)/Wg。
81.一種用于在圖像壓縮系統(tǒng)中改善彩色視頻圖像的圖像特征的系統(tǒng)，包括裝置(a)選擇一組圖像通道以表示該彩色視頻圖像，包括一個(gè)亮度信道和n個(gè)色度通道，其中n至少是3；和(b)將該亮度信道和該n個(gè)附加的色度通道壓縮成為壓縮視頻圖像。
82.根據(jù)權(quán)利要求81的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)色度通道代表不可見(jiàn)光波長(zhǎng)。
83.根據(jù)權(quán)利要求81的系統(tǒng)，其中該亮度通道是具有最高的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率的圖像通道。
84.根據(jù)權(quán)利要求81的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于獨(dú)立于各其他通道而編碼每個(gè)色度通道的裝置。
85.根據(jù)權(quán)利要求81的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于相對(duì)于選定的另一通道而有區(qū)別地編碼每個(gè)色度通道的裝置。
86.根據(jù)權(quán)利要求81的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于降低至少一個(gè)色度通道的分辨率的裝置。
87.根據(jù)權(quán)利要求81的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于施加一個(gè)量化參數(shù)(QP)值給至少一個(gè)色度通道的裝置，該至少一個(gè)色度通道是相對(duì)于一個(gè)施加給該亮度通道的QP值偏置的。
全文摘要
用于改善壓縮的圖像色度信息的方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，對(duì)于彩色視頻圖像的紅色成分使用的分辨率高于對(duì)于該彩色視頻圖像的藍(lán)色成分使用的分辨率。另一個(gè)方面包括與該亮度信號(hào)通道相比較，對(duì)于一個(gè)或多個(gè)色度通道利用更低或者更高的量化參數(shù)(QP)值。另一個(gè)方面是使用視頻圖像的對(duì)數(shù)表示以對(duì)圖像編碼有益。另一個(gè)方面使用二個(gè)以上的色度通道表現(xiàn)一個(gè)視頻圖像。
文檔編號(hào)H04N7/12GK1526236SQ02813792
公開(kāi)日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2002年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月12日
發(fā)明者G·A·迪莫斯, G A 迪莫斯 申請(qǐng)人:杜比實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證公司