[发明专利]对帧的像素的块的离散余弦系数进行近似的方法和设备

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种用于对第一帧的像素的第一块的DC系数 进行近似的方法和设备。本发明的另外的实施例涉及一种用于检测视 频流中的单色帧的方法和设备。

背景技术

在视频流中，有时使用单色帧来用信号通知(signal)视频流的 不同部分之间(例如，由例如摄像机或可携式摄像机拍摄的点之间， 或者在广告短片之间等)的边界。

单色帧是包含在帧上的均匀一致的单一颜色分布的视频帧。单色 帧习惯于出现在两段广告之间的界线中，但是它们也出现在画面渐变 期间、紧接在电影的致谢名单之前或者甚至在强烈的闪光期间。在本 说明书中，“帧”也被称作“画面”或“图像”。

标识(logo)在帧中的出现会使该帧不是单色的。但是，因为该 标识是后来添加到帧上的，所以帧的其余部分可以是单色的。因此， 必须考虑两种单色帧：出现标识的单色帧和不出现标识的单色帧。

当今大多数视频数据都是以压缩形式传送的，比如以MPEG-2(运 动画面专家组)形式传送。在MPEG-2中，在空间域内执行运动补偿， 也就是说在对所需参考帧进行了解码之后执行运动补偿。为了能够对 任意帧进行运动补偿，首先必须对作为重建该帧的基础的参考帧进行 解码及缓冲。

随后利用当前帧的运动矢量，从相应的已解码的参考帧中取得所 需的像素信息并且将该像素信息置于当前帧中。此外，对于利用了差 分误差编码的预测帧，所传送的误差被解码并且被添加到运动估计中。

然而，在压缩域内，出于一个基本原因而无法应用这一运动补偿 过程：在空间域内，对应于参考帧的所有像素都是可用的(这是因为 这些像素先前已经被解码)，而在压缩域内，只可使用每个先前定界 的宏块的DCT系数。在大多数情况下，运动矢量所指向的参考区域并 不与唯一的宏块相匹配，而是与数个宏块重叠。

存在几种针对数字视频的MPEG标准：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4。 MPEG-2意图用于从视频会议到高清晰度电视的高数据速率视频应用。

与任何压缩算法一样，MPEG-2试图减少视频数据中的冗余。

一般来说，未压缩的视频数据包括在不同时刻(instant in time) 取得的连续帧的序列。在MPEG-2中，每帧以分层的方式被分成切片 (slice)、宏块(MB)、块和像素(像元)。所述像元(或像素)是 最小的图像单元，并且其代表亮度和色度(其在RGB标准中等效于红 色、绿色和蓝色的色彩强度)的各个样本值。块是8×8像元的集合， 宏块包括4个块或者16×16个像元，而切片是1×n个宏块的水平 阵列，其中n是从1到最大水平宏块数目(the maximum number of macro-blocks horizontally)的宏块数目。

与JPEG图像压缩算法一样，MPEG-2采用基于块的二维离散余弦变 换(DCT)。8×8像元的块被变换成8×8的DCT系数块。

在具有均匀的亮度和颜色的像元块中，比如一片天空，少数几个 DCT系数将集中所有的能量，而其余的DCT系数将为零或几乎为零。因 此，经常出现的情况是对于每个64帧块只需要传送少数几个DCT系数， 从而大大减少了信息量。因此，对于单色块来说，仅有左上角的系数 (其也被称作DC系数)会是非零的，而对于具有很多纹理或噪声的块 来说，右下角部分会包含一些非零值。在量化之后，从右上角系数开 始按照Z字形方式扫描所得到的非零系数，并且利用可变长度编码 (VLC)对其进行编码。

由于相邻帧之间的相似性而存在时间冗余。在MPEG-2中存在3种 主要的帧类型：I帧、P帧和B帧。在I帧中，所有宏块都被帧内编码 (intra-code)，这意味着所有宏块的经过量化的DCT系数都被传送。 在P帧中，宏块可以被帧内编码、被前向预测或者被跳过，这取决于 该宏块关于先前帧的改变程度。类似地，B帧宏块可以被帧内编码、被 跳过、被前向预测、被后向预测或者被双向预测。

每个前向预测过的宏块都得自运动矢量(MV)所指向的先前参考 帧(I或P帧)的宏块和估计误差。也就是说，取代传送所述宏块的 DCT系数，指向该宏块的先前位置的运动矢量与这个预测的估计误差一 起被提供。这样，先前参考帧的DCT系数信息被用来导出当前的宏块 信息。按照相同的方式，后向预测过的宏块包括指向该宏块在下一参 考帧中的位置的运动矢量。