CN100566424C - 用于无损编码和解码的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种无损运动画面编码和解码方法和设备，通过该无损运动画面编码和解码方法和设备，当对预定大小的块执行帧内预测时，通过使用将被预测的块中的像素，增加了压缩率。所述无损运动画面编码方法包括：通过使用将被预测的M×N块中根据编码模式确定的预测方向上离目标像素值最近的像素来预测所述M×N块中的每个像素值；和对预测的像素值和将被预测的像素值之间的差进行熵编码。根据该方法，压缩率比传统无损编码方法的压缩率高得多。

Description

用于无损编码和解码的方法和设备
技术领域
与本发明一致的设备和方法涉及对运动画面数据进行编码和解码，更具体地讲，涉及无损的运动画面编码和解码，通过该无损的运动画面编码和解码，当对预定大小的块执行帧内预测时，通过使用将被预测的该块中的像素，提高了压缩率。
背景技术
根据为编码和解码运动画面数据建立的H.264标准，帧包括多个宏块，以宏块为单位或者以子块为单位执行编码和解码，其中，通过将宏块划分为两个或四个单元获得子块。有两种预测将被编码的当前帧的宏块的运动的方法：时间预测，参考相邻帧的宏块；和空间预测，参考相邻的宏块。
空间预测也被称为帧内预测。帧内预测基于这样的特性，即，当预测像素时，相邻的像素最有可能具有最相似的值。
同时，编码可被分为有损编码和无损编码。为了对运动画面执行无损编码，从当前像素值中减去通过运动预测计算的预测的像素值。然后，不进行离散余弦变换(DCT)或量化，而是执行熵编码并输出结果。
发明内容
技术问题
在传统方法中，当执行无损编码时，通过使用与将被预测的块相邻的块的像素值来预测将被预测的块中的每个像素值，因此，压缩率比有损编码的压缩率低得多。
技术解决方案
本发明提供了一种无损运动画面编码和解码方法和设备，通过该无损运动画面编码和解码方法和设备，当对预定大小的块执行帧内预测时，通过使用将被预测的块中的像素，增加了压缩率。
根据本发明的一方面，提供了一种无损运动画面编码方法，包括：通过使用将被预测的M×N块中根据编码模式确定的预测方向上离像素值最近的像素来预测所述M×N块中的每个像素值；和对预测的像素值和将被预测的像素值之间的差进行熵编码。
当将被预测的块是亮度块或G块时，所述M×N块可以是4×4块、8×8块和16×16块中的任何一个，当所述M×N块是色度块、R块和B块中的任何一个时，那么所述M×N块可以是8×8块。
对于亮度块或G块，所述编码模式可以是作为H.264帧内4×4亮度编码模式的垂直模式、水平模式、DC模式、左下对角线、右下对角线、垂直偏右、水平偏下、垂直偏左和水平偏上。
对于色度块、R块和B块中的任何一个，所述编码模式可以是作为H.264帧内M×N色度编码模式的垂直模式、水平模式和DC模式。
根据本发明的另一方面，提供了一种无损运动画面解码方法，包括：接收通过基于多个预测值执行熵编码而获得的比特流，其中，通过使用M×N块中根据编码模式确定的预测方向上的最近的像素来预测每个预测值，所述M×N块是预测块单元；对所述比特流进行熵解码；和根据解码的值来无损地恢复原始图像。
根据本发明的另一方面，提供了一种无损运动画面编码设备，包括：运动预测单元，通过使用将被预测的M×N块中根据编码模式确定的预测方向上离像素值最近的像素来预测M×N块中的每个像素值；和熵编码单元，对预测的像素值和将被预测的像素值之间的差执行熵编码。
根据本发明的另一方面，提供了一种无损运动画面解码设备，包括：熵解码单元，接收通过基于下述值执行熵编码而获得的比特流，并对所述比特流执行熵解码，其中，通过使用M×N块中根据编码模式确定的预测方向上的最近的像素来预测所述值，所述M×N块是预测块单元；和运动画面恢复单元，根据解码的值来无损地恢复原始图像。
有益的效果
当执行无损编码时，可提高压缩率。具体地讲，当仅使用帧内预测模式时，压缩率比传统方法的压缩率要高得多。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施例的编码设备的框图；
图2是示出H.264中的用于4×4块的帧内预测模式的示图；
图3A示出在垂直模式(模式0)下亮度块和G块的像素预测；
图3B示出在水平模式(模式1)下亮度块和G块的像素预测；
图3C示出在左下对角线模式(模式3)下亮度块和G块的像素预测；
图3D示出在右下对角线模式(模式4)下亮度块和G块的像素预测；
图3E示出在垂直偏右模式(模式5)下亮度块和G块的像素预测；
图3F示出在水平偏下模式(模式6)下亮度块和G块的像素预测；
图3G示出在垂直偏左模式(模式7)下亮度块和G块的像素预测；
图3H示出在水平偏上模式(模式8)下亮度块和G块的像素预测；
图4A示出在DC模式下色度块、R块和B块的像素预测；
图4B示出在水平模式下色度块、R块和B块的像素预测
图4C示出在垂直模式下色度块、R块和B块的像素预测；
图5示出当以上述模式执行编码和解码时的预测方法；
图6是根据本发明示例性实施例的解码设备的框图；和
图7是根据本发明的编码方法的流程图。
具体实施方式
为了解释本发明的示例性实施例，首先，现在将解释定义预测值和残差值。
假设左上角的像素的位置为x＝0，y＝0，p[x，y]指示相对位置(x，y)的像素值。例如，在图3A中，像素a的位置被表示为[0，0]，像素b的位置被表示为[1，0]，像素c的位置被表示为[2，0]，像素d的位置被表示为[3，0]，像素e的位置被表示为[0，1]。可以相同的方式来表示从f到p的其余像素的位置。
通过原始H.264方法而不修改该预测方法来预测像素时的预测值被表示为predL[x，y]。例如，图3A中的像素a的预测值被表示为predL[0，0]。以相同的方式，像素b的预测值为predL[0，1]，像素c的预测值为predL[2，0]，像素d的预测值为predL[3，0]，像素e的预测值为predL[0，1]。可以相同的方式来表示从f到p的其余像素的预测值。
当根据本发明从相邻像素预测像素时的预测值被表示为predL′[x，y]。以与predL[x，y]中相同的方式表示像素的位置。通过从位置(i，j)的像素值减去位置(i，j)的像素预测值而获得的位置(i，j)的残差值被表示为ri，j。当执行解码时通过将位置(i，j)的像素预测值与位置(i，j)的残差值相加而恢复的位置(i，j)的像素值被表示为ui，j。
现在将参照附图更完全地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。
参照示出根据本发明示例性实施例的编码设备的图1，如果图像被输入，那么执行运动预测。在本发明中，通过执行4×4帧内预测获得亮度块和G块的像素，通过执行8×8帧内预测获得色度块、R块和B块的像素。因此，运动预测单元110对将被预测的宏块中的亮度块和G块的像素执行4×4帧内预测，对色度块、R块和B块的像素执行8×8帧内预测。稍后将解释执行4×4帧内预测和8×8帧内预测时预测的像素值的计算。模式选择单元120在多种预测模式中选择一种最佳模式。也就是说，当执行4×4帧内预测和8×8帧内预测时，从多种可用编码模式中选择一种模式。通常，根据将率失真最小化的率失真(RD)最优化方法来选择一种模式。由于在本发明的无损编码中没有失真，所以通过率最优化来确定一种编码模式。
熵编码单元130对从运动预测单元110输出的差值(即，期望被编码的当前帧的宏块中的像素值与预测的像素值之间的差)进行熵编码，并输出结果。熵编码是指这样一种编码方法，通过该编码方法，较少的比特被分配给更频繁的数据，较多的比特被分配给不频繁的数据，从而增加数据的压缩率。本发明中使用的熵编码方法包括前后自适应可变长度编码(CAVLC)和基于前后自适应二进制算术编码(CABAC)。
发明方式
图2是示出H.264中的用于4×4块的帧内预测模式的示图。
以4×4块为单位来执行亮度块和G块中的像素的帧内预测。有九种类型的对应于不同预测方向的4×4帧内预测模式，包括：垂直模式(模式0)、水平模式(模式1)、DC模式(模式2)、左下对角线(模式3)、右下对角线(模式4)、垂直偏右(模式5)、水平偏下(模式6)、垂直偏左(模式7)和水平偏上(模式8)。图2中的箭头指示预测方向。现在将更详细地解释每种模式下像素的计算。
图3A示出在垂直模式(模式0)下亮度块和G块的像素预测。
从像素A(即，垂直方向上的相邻像素)预测像素a 302，不从与将被预测的块300相邻的像素A预测像素e 304，而从块300中与像素e 304相邻的像素a 302预测像素e 304。此外，从像素e 304预测像素i 306，从像素i 306预测像素m 308。
以相同的方式，从像素B预测像素b，从像素b预测像素f，从像素f预测像素j，从像素j预测像素n，从像素C预测像素c，从像素c预测像素g，从像素g预测像素k，从像素k预测像素o，从像素D预测像素d，从像素d预测像素h，从像素h预测像素l，从像素l预测像素p。这里，预测是指输出像素值的差(残差值)并对该差进行熵编码。也就是说，对于将被预测的块300中的像素a、e、i和m，分别输出残差值(a-A)、(e-a)、(i-e)和(m-i)并将其熵编码。垂直模式(模式0)的像素预测方法可表示为下面的等式：
pred4×4L′[x，y]＝p[x，y-1]，x，y＝0，...，3
图3B示出在水平模式(模式1)下亮度块和G块的像素预测。
从像素I(即，水平方向上的相邻像素)预测像素a 312，不从与将被预测的块300中相邻的像素I预测像素b 314，而从与块300中的像素b 314相邻的像素a 312预测像素b 314。此外，从像素b 314预测像素c 316，从像素c 316预测像素d 318。
以相同的方式，从像素J预测像素e，从像素e预测像素f，从像素f预测像素g，从像素g预测像素h，从像素K预测像素i，从像素i预测像素j，从像素j预测像素k，从像素k预测像素l，从像素L预测像素m，从像素m预测像素n，从像素n预测像素o，从像素o预测像素p。水平模式(模式1)的像素预测方法可表示为下面的等式：
pred 4×4L′[x，y]＝p[x-1，y]，x，y＝0，...，3
图3C示出在左下对角线模式(模式3)下的亮度块和G块的像素预测。
从像素B(即，图3C中的箭头指示的对角线方向上的相邻像素)预测像素a 322，从像素b(即，块300中箭头方向上与像素e 324相邻的像素)预测像素e 324。此外，从像素f预测像素i 326，从像素j预测像素m 328。
以相同的方式，从像素C预测像素b，从像素D预测像素c，从像素E预测像素d，从像素c预测像素f，从像素d预测像素g，从像素d预测像素h，从像素g预测像素j，从像素h预测像素k，从像素h预测像素l，从像素k预测像素n，从像素l预测像素o，从像素l预测像素p。左下对角线模式(模式3)的像素预测方法可表示为下面的等式：
如果x＝3，y≠0，则predL′[x，y]＝p[x，y-1]，
否则predL′[x，y]＝p[x+1，y-1]
此外，当以左下对角线模式(模式3)预测像素时，可通过对预测方向上的像素使用适当的滤波器来执行预测。例如，当使用1∶2∶1滤波器时，从(A+2B+C+2)/4预测像素a 322，其中，使用位于图3C中的箭头指示的对角线方向上的像素值形成(A+2B+C+2)/4，从(a+2b+c+2)/4预测像素e 324，其中，使用位于块300中与像素e 324相邻的对角线方向上的像素值形成(a+2b+c+2)/4。此外，从(e+2f+g+2)/4预测像素i 326，从(i+2j+k+2)/4预测像素m 328。
以相同的方式，从(B+2C+D+2)/4预测像素b，从(C+2D+E+2)/4预测像素c，从(D+2E+F+2)/4预测像素d，从(b+2c+d+2)/4预测像素f，从(c+2d+d+2)/4预测像素g，从(d+2d+d+2)/4预测像素h，从(f+2g+h+2)/4预测像素j，从(g+2h+h+2)/4预测像素k，从(h+2h+h+2)/4预测像素l，从(j+2k+l+2)/4预测像素n，从(k+2l+l+2)/4预测像素o，从(l+2l+l+2)/4预测像素p。
图3D示出在右下对角线模式(模式4)下亮度块和G块的像素预测。
从像素X(即，图3D中的箭头指示的对角线方向上的相邻像素)预测像素a 322，从像素a(即，块300中与像素f 334相邻的箭头方向上的像素)预测像素f334。此外，从像素f预测像素k 336，从像素k预测像素p 338。
以这种方式，从像素A预测像素b，从像素B预测像素c，从像素C预测像素d，从像素I预测像素e，从像素b预测像素g，从像素c预测像素h，从像素J预测像素i，从像素e预测像素j，从像素g预测像素l，从像素K预测像素m，从像素i预测像素n，从像素j预测像素o。右下对角线模式(模式4)的像素预测方法可表示为下面的等式：
pred4×4L′[x，y]＝p[x-1，y-1]，x，y＝0，...，3
此外，当以右下对角线模式(模式4)预测像素时，可通过对预测方向上的像素使用适当的滤波器来执行预测。例如，当使用1∶2∶1滤波器时，从(I+2X+A+2)/4预测像素a 322，其中，使用位于图3D中的箭头指示的对角线方向上的像素值形成(I+2X+A+2)/4，从(I+2a+b+2)/4预测像素f 334，其中，使用位于块300中箭头方向上与像素f 334相邻的像素值形成(I+2a+b+2)/4。此外，从(e+2f+g+2)/4预测像素k 336，从(j+2k+l+2)/4预测像素p 338。
以相同的方式，从(X+2A+B+2)/4预测像素b，从(A+2B+C+2)/4预测像素c，从(B+2C+D+2)/4预测像素d，从(J+2I+a+2)/4预测像素e，从(a+2b+c+2)/4预测像素g，从(b+2c+d+2)/4预测像素h，从(K+2J+e+2)/4预测像素i，从(J+2e+f+2)/4预测像素j，从(f+2g+h+2)/4预测像素l，从(L+2K+i+2)/4预测像素m，从(K+2i+j+2)/4预测像素n，从(i+2j+k+2)/4预测像素o。
图3E示出在垂直偏右模式(模式5)下亮度块和G块的像素预测。
从(X+A+1)/2预测像素a 342，其中，使用位于图3E中的箭头指示的偏离垂直方向22.5°角的对角线方向上的像素值形成(X+A+1)/2，从(I+a+1)/2预测像素e344，其中，使用位于块300中偏离垂直方向22.5°角的箭头方向上与像素e 344相邻的像素值形成(I+a+1)/2。此外，从(e+f+1)/2预测像素j 346，从(i+j+1)/2预测像素n 348。
以相同的方式，从(A+B+1)/2预测像素b，从(B+C+1)/2预测像素c，从(C+D+1)/2预测像素d，从(a+b+1)/2预测像素f，从(b+c+1)/2预测像素g，从(c+d+1)/2预测像素h，从(J+e+1)/2预测像素i，从(f+g+1)/2预测像素k，从(g+h+1)/2预测像素l，从(K+i+1)/2预测像素m，从(j+k+1)/2预测像素o，从(k+l+1)/2预测像素p。垂直偏右模式(模式5)的像素预测方法可表示为下面的等式：
pred4×4L′[0，0]＝(p[-1，-1]+p[0，-1]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，0]＝(p[0，-1]+p[1，-1]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，0]＝(p[1，-1]+p[2，-1]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，0]＝(p[2，-1]+p[3，-1]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，1]＝(p[-1，0]+p[0，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，1]＝(p[0，0]+p[1，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，1]＝(p[1，0]+p[2，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，1]＝(p[2，0]+p[3，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，2]＝(p[-1，1]+p[0，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，2]＝(p[0，1]+p[1，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，2]＝(p[1，1]+p[2，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，2]＝(p[2，1]+p[3，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，3]＝(p[-1，2]+p[0，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，3]＝(p[0，2]+p[1，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，3]＝(p[1，2]+p[2，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，3]＝(p[2，2]+p[3，2]+1)＞＞1
图3F示出在水平偏下模式(模式6)下亮度块和G块的像素预测。
从(X+I+1)/2预测像素a 352，其中，使用位于图3F中的箭头指示的偏离水平方向22.5°角的对角线方向上的像素值形成(X+I+1)/2，从(A+a+1)/2预测像素b 354，其中，使用位于块300中偏离水平方向22.5°角的箭头方向上与像素b 354相邻的像素值形成(A+a+1)/2。此外，从(b+f+1)/2预测像素g 356，从(c+g+1)/2预测像素h 358。
以相同的方式，从(J+K+1)/2预测像素i，从(K+L+1)/2预测像素m，从(a+e+1)/2预测像素f，从(e+i+1)/2预测像素j，从(i+m+1)/2预测像素n，从(B+b+1)/2预测像素c，从(f+j+1)/2预测像素k，从(j+n+1)/2预测像素o，从(C+c+1)/2预测像素d，从(g+k+1)/2预测像素l，从(k+o+1)/2预测像素p。水平偏下模式(模式6)的像素预测方法可表示为下面的等式：
pred4×4L′[0，0]＝(p[-1，-1]+p[-1，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，1]＝(p[-1，0]+p[-1，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，2]＝(p[-1，1]+p[-1，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，3]＝(p[-1，2]+p[-1，3]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，0]＝(p[0，-1]+p[0，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，1]＝(p[0，0]+p[0，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，2]＝(p[0，1]+p[0，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，3]＝(p[0，2]+p[0，3]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，0]＝(p[1，-1]+p[1，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，1]＝(p[1，0]+p[1，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，2]＝(p[1，1]+p[1，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，3]＝(p[1，2]+p[1，3]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，0]＝(p[2，-1]+p[2，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，1]＝(p[2，0]+p[2，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，2]＝(p[2，1]+p[2，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，3]＝(p[2，2]+p[2，3]+1)＞＞1
图3G示出在垂直偏左模式(模式7)下亮度块和G块的像素预测。
从(A+B+1)/2预测像素a 362，其中，使用位于图3G中的箭头指示的偏离垂直方向22.5°角的对角线方向上的像素值形成(A+B+1)/2，从(a+b+1)/2预测像素e 364，其中，使用位于块300中偏离垂直方向22.5°角的箭头方向上与像素e 344相邻的像素值形成(a+b+1)/2。此外，从(e+f+1)/2预测像素i 366，从(i+j+1)/2预测像素m 368。
以相同的方式，从(B+C+1)/2预测像素b，从(C+D+1)/2预测像素c，从(D+E+1)/2预测像素d，从(b+c+1)/2预测像素f，从(c+d+1)/2预测像素g，从d预测像素h，从(f+g+1)/2预测像素j，从(g+h+1)/2预测像素k，从h预测像素l，从(j+k+1)/2预测像素n，从(k+l+1)/2预测像素o，从l预测像素p。垂直偏左模式(模式7)的像素预测方法可表示为下面的等式：
pred4×4L′[0，0]＝(p[0，-1]+p[1，-1]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，0]＝(p[1，-1]+p[2，-1]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，0]＝(p[2，-1]+p[3，-1]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，0]＝(p[3，-1]+p[4，-1]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，1]＝(p[0，0]+p[1，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，1]＝(p[1，0]+p[2，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，1]＝(p[2，0]+p[3，0]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，1]＝p[3，0]
pred4×4L′[0，2]＝(p[0，1]+p[1，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，2]＝(p[1，1]+p[2，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，2]＝(p[2，1]+p[3，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，2]＝p[3，1]
pred4×4L′[0，3]＝(p[0，2]+p[1，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，3]＝(p[1，2]+p[2，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，3]＝(p[2，2]+p[3，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，3]＝p[3，2]
图3H示出在水平偏上模式(模式8)下亮度块和G块的像素预测。
从(I+J+1)/2预测像素a 372，其中，使用位于图3H中的箭头指示的偏离水平方向22.5°角的对角线方向上的像素值形成(I+J+1)/2，从(a+e+1)/2预测像素b 374，其中，使用位于块300中偏离水平方向22.5°角的箭头方向上与像素b 374相邻的像素值形成(a+e+1)/2。此外，从(b+f+1)/2预测像素c 376，从(c+g+1)/2预测像素d 378。
以相同的方式，从(J+K+1)/2预测像素e，从(K+L+1)/2预测像素i，从L预测像素m，从(e+i+1)/2预测像素f，从(i+m+1)/2预测像素j，从m预测像素n，从(f+j+1)/2预测像素g，从(j+n+1)/2预测像素k，从n预测像素o，从(g+k+1)/2预测像素h，从(k+o+1)/2预测像素l，从o预测像素p。水平偏上模式(模式8)的像素预测方法可表示为下面的等式：
pred4×4L′[0，0]＝(p[-1，0]+p[-1，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，1]＝(p[-1，1]+p[-1，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，2]＝(p[-1，2]+p[-1，3]+1)＞＞1
pred4×4L′[0，3]＝p[-1，3]
pred4×4L′[1，0]＝(p[0，0]+p[0，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，1]＝(p[0，1]+p[0，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，2]＝(p[0，2]+p[0，3]+1)＞＞1
pred4×4L′[1，3]＝p[0，3]
pred4×4L′[2，0]＝(p[1，0]+p[1，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，1]＝(p[1，1]+p[1，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，2]＝(p[1，2]+p[1，3]+1)＞＞1
pred4×4L′[2，3]＝p[1，3]
pred4×4L′[3，0]＝(p[2，0]+p[2，1]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，1]＝(p[2，1]+p[2，2]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，2]＝(p[2，2]+p[2，3]+1)＞＞1
pred4×4L′[3，3]＝p[2，3]
最后，在DC模式(模式2)下，从(A+B+C+D+I+J+K+L+4)/8预测将被预测的块300中的所有像素，其中，使用与块300相邻的块的像素值形成(A+B+C+D+I+J+K+L+4)/8。
到目前为止，已作为示例描述了具有4×4块大小的亮度块和G块像素的预测。然而，当亮度块的大小为8×8或16×16时，也可以相同的方式应用上述亮度像素预测方法。例如，当用于8×8块的模式是垂直模式时，如参照图3A所述，从垂直方向上最近的相邻像素预测每个像素。因此，仅有的差别是块的大小为8×8或16×16，除了这点，像素预测与垂直模式下对4×4块的像素预测相同。
同时，除了以亮度和色度形成的像素以外，对于红(R)、绿(G)和蓝(B)块中的R块和B块，可应用以下描述的用于色度像素的像素预测方法。
接下来，现在将参照图4A至图4C来详细解释对色度块、R块和B块的像素的计算。
以8×8块为单位来执行色度块、R块和B块的像素的预测，并且有四种预测模式，但是在本发明中，不使用平面模式。因此，在本发明中，仅使用DC模式(模式0)、水平模式(模式1)和垂直模式(模式2)。
图4A示出在DC模式下色度块、R块和B块的像素预测。
图4A至图4C示出8×8块的预测，但是当执行色度块、R块和B块中的像素的预测时，可以相同的方式将该像素预测应用于M×N块。
参照图4A，从(A+B+C+D+I+J+K+L+4)/8预测8×8块400的4×4块410中的所有像素a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1、i1、j1、k1、l1、m1、n1、o1和p1。此外，从(E+F+G+H+2)/4预测a2、b2、c2、d2、e2、f2、g2、h2、i2、j2、k2、l2、m2、n2、o2和p2。此外，从(M+N+O+P+2)/4预测a3、b3、c3、d3、e3、f3、g3、h3、i3、j3、k3、l3、m3、n3、o3和p3，从(E+F+G+H+M+N+O+P+4)/8预测a4、b4、c4、d4、e4、f4、g4、h4、i4、j4、k4、l4、m4、n4、o4和p4。
图4B示出在水平模式下色度块、R块和B块的像素预测。
从像素I预测像素a1，从像素a1预测像素b1，从像素b1预测像素c1。因而，通过使用将被预测的块400中的水平方向上的相邻像素来执行预测。
图4C示出在垂直模式下色度块、R块和B块的像素预测。
从像素A预测像素a1，从像素a1预测像素e1，从像素e1预测像素i1。因而，通过使用将被预测的块400中的垂直方向上的相邻像素来执行预测。
以上描述了在亮度块和G块预测中以每个4×4块为单位通过使用相邻像素来执行像素预测和在色度块、R块和B块预测中以每个8×8块为单位通过使用相邻像素来执行像素预测。然而，所述预测方法不限于4×4块或8×8块，并且可以同样应用于任意大小的M×N块。也就是说，即使将被预测的块单元为M×N块，也可通过使用该块中预测方向上的离将被预测的像素值最近的像素来计算所述像素值。
图5示出当以上述模式执行编码和解码时的预测方法。
参照图5，现在将解释通过像素预测获得残差的另一方法。在传统编码器中，为了获得残差值，使用相邻块中的像素。例如，在图3A的垂直模式下，在传统方法中，像素a 302、e 304、i 306和m 308均从像素A预测，因此，残差值为r0＝a-A、r1＝e-A、r2＝i-A和r3＝m-A。在本发明中，通过使用这样获得的传统残差值，计算新的残差值。然后，新的残差值为r0′＝r0、r1′＝r1-r0、r2′＝r2-r1和r3′＝r3-r2。此时，由于新的残差值r0′、r1′、r2′和r3′为r0′＝a-A、r1′＝e-a、r2′＝i-e和r3′＝m-i，所以r0′、r1′、r2′和r3′具有与根据上述预测方法从最近的相邻像素预测的残差值相同的值。因此，有了新的残差值r0′、r1′、r2′和r3′，在上述每种模式下，可应用使用相邻像素的像素预测方法。
因此，图1的本发明的编码设备的运动预测单元110还可包括从残差产生新像素值r0′、r1′、r2′和r3′的残差值计算单元。
图6是根据本发明示例性实施例的解码设备的框图。
熵解码器610接收根据本发明编码的比特流，并根据诸如CAVLC或CABAC的熵解码方法执行解码。在接收的比特流的最前面的部分中，可设置指示像素值根据本发明被预测的标志。作为该标志的示例，在H.264中有lossless_qpprime_y_zero_flag。
通过使用该标志，像素值根据本发明被预测的信息被传送给运动画面重构单元620。
根据标志信息和编码模式信息，运动画面重构单元620根据所述以本发明的模式的像素预测计算方法来恢复运动画面，并输出结果。
图7是根据本发明的编码方法的流程图。
如上所述，在操作S710，以根据修改的预测方法提供的多种帧内预测模式执行运动预测，并确定最佳模式。此外，不使用修改的预测方法，而通过使用从通过传统预测方法获得的残差而新产生的残差值来形成块，然后，可执行帧内预测编码模式下的运动预测。通过RD最优化可执行最佳模式，并且因为在本发明中使用无损编码，所以根据率最优化确定一种编码模式。在操作S720，以确定的编码模式执行运动预测。然后，在操作S730，对产生的值进行熵编码并将其输出。
与编码顺序相反来执行解码。也就是说，熵编码的比特流被输入，并被熵解码。然后，基于编码模式信息和标志信息，根据本发明的像素预测值计算方法来恢复像素值，并输出运动画面。
此时，恢复的像素值可表示为下面的等式：
(1)如果在执行编码时使用上述修改的预测方法并且编码模式被确定为垂直模式，那么根据下面的等式来恢复像素值：
u ij = pred L [ x o + j , y o + i ] + Σ k = 0 i r i - k , j i，j＝0，...，3或
u ij = pred L ′ [ x o + j , y o ] + Σ k = 0 i r i - k , j i，j＝0，...，3
(2)如果在执行编码时使用上述修改的预测方法并且编码模式被确定为水平模式，那么根据下面的等式来恢复像素值：
u ij = pred L [ x o + j , y o + i ] + Σ k = 0 j r i , j - k i，j＝0，...，3或
u ij = pred L ′ [ x o , y o + i ] + Σ k = 0 j r i , j - k i，j＝0，...，3
(3)如果在执行编码时使用上述修改的预测方法并且编码模式被确定为左下对角线模式，那么根据下面的等式来恢复像素值：
如果i＝0((i，j)＝(0，0)，(0，1)，(0，2)，(0，3))，
则uij＝predL′[xo+j，yo+i]+ri，j
如果i＝1，j＜3((i，j)＝(1，0)，(1，1)，(1，2))，
则uij＝predL′[xo+j+1，yo+i-1]+ri-1，j+1+ri，j
如果i＝1，j＝3((i，j)＝(1，3))，
则uij＝predL′[xo+j，yo+i-1]+ri-1，j+ri，j
如果i＝2，j＜2((i，j)＝(2，0)，(2，1))，
则uij＝predL′[xo+j+2，yo+i-2]+ri-2，j+2+ri-1，j+1+ri，j
如果i＝2，j＝2((i，j)＝(2，2))，
则uij＝predL′[xo+j+1，yo+i-2]+ri-2，j+1+ri-1，j-1+ri，j
如果i＝2，j＝3((i，j)＝(2，3))，
则uij＝predL′[xo+j，yo+i-2]+ri-2，j+ri-1，j+ri，j
如果i＝3，j＝0((i，j)＝(3，0))，
则uij＝predL′[xo+j+3，yo+i-3]+ri-3，j+3+ri-2，j+2+ri-1，j+1+ri，j
如果i＝3，j＝1((i，j)＝(3，1))，
则uij＝predL′[xo+j+2，yo+i-3]+ri-3，j+2+ri-2，j+2+ri-1，j+1+ri，j
如果i＝3，j＝2((i，j)＝(3，2))，
则uij＝predL′[xo+j+1，yo+i-3]+ri-3，j+1+ri-2，j+1+ri-1，j+1+ri，j
如果i＝3，j＝3((i，j)＝(3，3))，
则uij＝predL′[xo+j，yo+i-3]+ri-3，j+ri-2，j+ri-1，j+ri，j
(4)如果在执行编码时使用上述修改的预测方法并且编码模式被确定为右下对角线模式，那么根据下面的等式来恢复像素值：
如果i＝0，或j＝0，((i，j)＝(0，0)，(0，1)，(0，2)，(0，3)，(1，0)，(2，0)，(3，0))
则uij＝predL′[xo+j，yo+i]+ri，j
如果i＝1，j＞＝1，或j＝1，i＞1，((i，j)＝(1，1)，(1，2)，(1，3)，(2，1)，(3，1))，
则uij＝predL′[xo+j，yo+i]+ri-1，j-1+ri，j
如果i＝2，j＞＝2，或j＝2，i＞2((i，j)＝(2，2)，(2，3)，(3，2))，
则uij＝predL′[xo+j，yo+i]+ri-2，j-2+ri-1，j-1+ri，j
如果i＝j＝3((i，j)＝(3，3))，
则uij＝predL′[xo+j，yo+i]+ri-3，j-3+ri-2，j-2+ri-1，j-1+ri，j
(5)在其余模式下，根据下面的等式来恢复像素值：
uij＝predL[xo+j，yo+i]+ri，j
作为根据上述方法执行的实验的结果，对于由H.264标准化组Joint Model73(JM73)提出的各种测试图像，实现了下面的压缩率提高。实验条件在下面的表1中示出：
表1
Figure C20058001852200181
对于所有七个测试图像，用100个帧到300个帧以各种方式对10Hz、15Hz和30Hz的运动画面进行了实验。在表1所示的实验条件下，分别通过传统压缩方法和本发明(PI)的压缩方法压缩测试图像时的压缩率在下面的表2中被比较：
表2
Figure C20058001852200182
Figure C20058001852200191
同时，表2示出当测试图像被产生为内帧时仅使用帧内预测的结果，并且可以看出，当仅使用帧内预测时的压缩率较高。
同时，可将上述运动画面编码和解码方法实现为计算机程序。本发明所属领域的计算机程序员可容易地推断出形成所述程序的代码和代码段。此外，所述程序可存储在计算机可读介质中，并由计算机读取和执行，从而执行所述运动画面编码和解码方法。所述信息存储介质可以是磁记录介质、光学记录介质或载波。
尽管参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。所述示例性实施例仅应该在描述意义上被考虑，而不是为了限制的目的。因此，本发明的范围不是由前述详细的描述来限定，而是由权利要求来限定，所述范围内的所有差别将被理解为包括在本发明中。
根据如上所述的本发明，当执行无损编码时，可提高压缩率。具体地讲，当仅使用帧内预测模式时，压缩率要比传统方法的压缩率高得多。
产业上的可应用性
本发明可应用于无损运动画面编码器和解码器以提高压缩率。

Claims (15)

1、一种无损运动画面编码方法，包括：
通过使用将被预测的M×N块中根据编码模式确定的预测方向上靠近将被预测的像素的像素，来预测所述M×N块中的多个像素值中的每个像素值；和
对用于预测的像素值和将被预测的像素值之间的差进行熵编码。
2、如权利要求1所述的方法，其中，如果将被预测的M×N块是亮度块或G块，那么所述M×N是4×4、8×8和16×16中的任何一个，如果所述M×N块是色度块、R块和B块之一，那么M×N是8×8。
3、如权利要求1所述的方法，其中，对于亮度块或G块，所述编码模式是作为H.264帧内4×4亮度编码模式的垂直模式、水平模式、DC模式、左下对角线模式、右下对角线模式、垂直偏右模式、水平偏下模式、垂直偏左模式和水平偏上模式之一。
4、如权利要求1所述的方法，其中，对于色度块、R块和B块之一，所述编码模式是作为H.264帧内8×8色度编码模式的垂直模式、水平模式和DC模式之一。
5、如权利要求1所述的方法，其中，对用于预测的像素值和将被预测的像素值之间的差进行熵编码的步骤包括：
通过执行帧内预测来确定具有最低率的编码模式，以按H.264帧内编码模式对所述M×N块预测像素值；和
对根据确定的编码模式预测的像素值和将被预测的像素值之间的差进行熵编码。
6、一种无损运动画面编码方法，包括：
当预测将被预测的M×N块中的多个像素中的每个像素时，通过用根据编码模式确定的方向上靠近所述M×N块的像素获得残差值，然后通过使用由残差形成的M×N块中的相邻像素来预测像素值；和
对用于预测的像素值和将被预测的像素值之间的差进行熵编码。
7、一种无损运动画面解码方法，包括：
接收通过基于多个预测值执行熵编码而获得的比特流，其中，在接收的比特流中设置指示像素值被预测的标志，通过使用M×N块中根据编码模式确定的预测方向上的靠近的像素来预测每个像素，所述M×N块是预测块单元；
对所述比特流进行熵解码；和
根据标志信息和编码模式信息对解码的比特流执行预测来无损地恢复原始图像。
8、如权利要求7所述的方法，其中，如果所述M×N块是亮度块或G块，那么所述M×N块是4×4块、8×8块和16×16块之一，如果所述M×N块是色度块、R块和B块之一，那么所述M×N块是8×8块。
9、如权利要求7所述的方法，其中，对于亮度块或G块，所述编码模式是作为H.264帧内4×4亮度编码模式的垂直模式、水平模式、DC模式、左下对角线、右下对角线、垂直偏右、水平偏下、垂直偏左和水平偏上之一。
10、如权利要求7所述的方法，其中，对于色度块、R块和B块之一，所述编码模式是作为H.264帧内M×N色度编码模式的垂直模式、水平模式和DC模式之一。
11、一种无损运动画面编码设备，包括：
运动预测单元，通过使用将被预测的M×N块中根据编码模式确定的预测方向上靠近将被预测的像素值的像素来预测所述M×N块中的多个像素值中的每个像素值；和
熵编码单元，对用于预测的像素值和将被预测的像素值之间的差执行熵编码。
12、如权利要求11所述的设备，其中，运动预测单元还包括：
残差值计算单元，当预测将被预测的M×N块中的每个像素时，通过使用根据编码模式确定的预测方向上与所述M×N块相邻的像素来获得残差值，以预测所述像素值。
13、如权利要求11所述的设备，其中，如果将被预测的M×N块是亮度块或G块，那么所述M×N块是4×4块、8×8块和16×16块之一，如果所述M×N块是色度块、R块和B块之一，那么所述M×N块是8×8块。
14、一种无损运动画面解码设备，包括：
熵解码单元，接收通过基于下述值执行熵编码而获得的比特流，并对所述比特流执行熵解码，其中，在所述比特流中设置指示像素值被预测的标志，通过使用M×N块中根据编码模式确定的预测方向上的靠近的像素来预测所述值，所述M×N块是预测块单元；和
运动画面恢复单元，根据标志信息和编码模式信息对解码的比特流执行预测来无损地恢复原始图像。
15、如权利要求14所述的设备，其中，如果将被预测的M×N块是亮度块或G块，那么所述M×N块是4×4块、8×8块和16×16块之一，如果所述M×N块是色度块、R块和B块之一，那么所述M×N块是8×8块。
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