CN101057506B - 使用色度分量间相关性的彩色图像编码和解码方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种彩色图像编码和解码方法以及设备使用色度分量之间的相关性以提高编码效率。所述彩色图像编码方法包括：在两种或更多种帧间预测模式中的每种模式下变换彩色图像的色度分量；使用预定的代价函数计算在所述两种或更多种帧间预测模式的每种模式下的转换值的代价；基于计算结果选择所述两种或更多种帧间预测模式之一；输出选择的帧间预测模式的转换值；对输出的转换值进行熵编码。

Description

使用色度分量间相关性的彩色图像编码和解码方法和设备

本申请要求分别于2004年12月30日和2005年4月2日在韩国知识产权局提交的第10-2004-0116962号和10-2005-0027827号韩国专利申请的优先权，所述申请完全公开于此以资参考。 

技术领域

根据本发明的设备和方法涉及对彩色图像数据的编码和解码，更具体地讲，涉及通过搜索彩色图像数据的色度分量Cb和Cr之间的相关性来将具有YCbCr格式的彩色图像数据编码和解码成少量数据。 

背景技术

图1是示出构成具有RGB格式的视频和具有YCbCr格式的视频的数据的示图。 

RGB格式表示彩色视频，将彩色视频的色度分量分成红(R)、绿(G)和蓝(B)色度分量，并表示R、G和B色度分量。这里，R、G和B色度分量具有相同的数据量。例如，当宏块具有16×16的大小时，R、G和B色度分量具有16×16的大小。然而，人眼对表示亮度的亮度分量比对表示颜色的色度分量更敏感。因此，可通过使用被分成亮度和色度分量来表示的彩色视频的格式来减少数据量。YCbCr格式就是这样一种格式。 

在YCbCr格式中，向亮度分量分配比色度分量多的数据量。参照图1，当16×16宏块的RGB格式的视频被表示为16×16宏块的YCbCr格式的视频时，该RGB格式的视频被表示为16×16的亮度块和8×8的色度块Cb和Cr。这里，通过R、G和B值的加权组合来计算亮度分量Y以及色度分量Cb和Cr的值。例如，使用诸如Y＝0.29900R+0.58700G+0.11400B、Cb＝-0.16874R-0.33126G+0.50000B和Cr＝0.50000R-0.41869G-0.08131B的公式来计算亮度分量Y以及色度分量Cb和Cr的值。如上所述，具有YCbCr格式的彩色运动画面数据包括亮度分量和两个色度分量。当对彩色运动画面数据编码时，分别对亮度分量和两个色度分量编码。换句话讲，不管两个色 度分量之间的相关性来对亮度分量和两个色度分量编码。 

图2是4:4:4、4:2:2和4:2:0格式的彩色视频数据的结构的示图。 

当对运动画面编码时，通过水平像素行中运动画面的像素的亮度分量和色度分量的比来表示运动画面的颜色格式。以下，用Y来表示亮度分量，用Cb和Cr来表示色度分量。在ITU-R建议中用8比特表示一个像素的亮度，用每个具有8比特的两个色度分量Cb和Cr来表示像素的色度(颜色)。用于表示颜色的坐标系统被称为颜色空间。在运动图像专家组(MPEG)标准中，使用三个8比特的信息(即，亮度分量Y以及色度分量Cb和Cr)来表示运动画面的颜色格式。 

当使用亮度分量Y以及色度分量Cb和Cr来表示彩色运动画面时，可根据亮度分量Y与色度分量Cb和Cr的比来表示几种颜色格式。在不同的颜色格式的情况下，不同颜色格式的亮度分量Y相同，但是不同颜色格式的色度分量Cb和Cr不同。参照图2，通过在水平方向上对具有4:4:4格式的视频的色度分量进行1/2的下采样获得具有4:2:2的视频，通过在垂直方向上对具有4:2:2格式的视频的色度分量进行1/2的下采样获得具有4:2:0格式的视频。 

如上所述，在传统编解码器(MPEG、H.26x、VCI)中，将RGB彩色视频转换成YCbCr彩色视频，以从YCbCr彩色视频将亮度分量和色度分量分开从而对亮度分量和色度分量分别编码。这里，彩色视频可具有几种不同的格式，例如，4:4:4、4:2:2和4:2:0格式等。通常，传统的编解码器(MPEG、H.26x、VCI)接收具有4:2:0格式的视频数据，以对亮度分量Y以及色度分量Cb和Cr编码。现在将描述具有4:2:0格式的视频数据的示例。 

发明内容

技术问题 

在通常的对运动画面编码的方法中，对亮度分量Y以及色度分量Cb和Cr编码，以不具有时间冗余和空间冗余。通过在相邻块和当前块之间的帧内预测来去除空间冗余，通过在前一画面和当前画面之间的帧间预测来去除时间冗余。这里，通过帧内预测只对相邻块和当前块之间的不同分量编码以及只对前一画面和当前画面之间的不同分量编码，以提高压缩效率。 

换句话讲，只执行用于去除亮度分量Y以及色度分量Cb和Cr的时间和空间冗余的预测。不执行使用亮度分量Y与色度分量Cb和Cr之间的相关性 进行的冗余去除。然而，当压缩高质量的视频(例如，H.264高规范)时，亮度分量Y以及色度分量Cb和Cr的数据量增加。因此，需要一种有效压缩高质量视频的方法。 

技术方案 

本发明提供了一种彩色图像编码和解码方法以及设备，通过所述方法和设备，彩色图像的色度分量Cb和Cr之间的相关性被搜索，并被用于减少将被编码的数据量，从而提高编码速度。 

根据本发明的一方面，提供了一种编码设备，包括：色度分量变换器，将彩色视频的色度分量Cb和Cr乘以预定系数并将相乘的结果组合，以产生多个转换值，选择具有通过预定代价函数计算的最小代价的两个转换值，并输出选择的两个转换值；和熵编码器，对选择的转换值执行熵编码。 

所述色度分量Cb和Cr可以是变换和量化的色度分量。所述编码设备还可包括变换器和量化器，如果色度分量Cb和Cr是未变换和未量化的色度分量，则所述变换器和量化器用于变换和量化从色度分量变换器输出的转换值。 

色度分量变换器可通过使用下面的等式来计算色度分量Cb和Cr的转换值：转换值＝a×Cb+b×Cr+c，其中，a、b和c是常数，多组(a，b，c)由用户预先确定。 

所述预定代价函数可以是失真率代价函数、绝对差之和函数、绝对变换的差之和函数、平方差之和函数、绝对差的均值函数中的任何一个。 

色度分量变换器可包括：转换值计算器，将色度分量Cb和Cr乘以多个(a，b，c)系数，将相乘的结果组合，并产生转换值；代价计算器，使用所述预定代价函数来计算转换值的代价；和确定器，选择两个具有最小代价的转换值，并将其输出。 

色度分量变换器可对关于与具有两个最小代价的两个转换值相应的(a，b，c)系数的信息进行游程长度编码。 

根据本发明的另一方面，提供了一种编码方法，所述编码方法包括：将彩色视频的色度分量Cb和Cr乘以预定系数，将相乘的结果组合，以产生多个转换值，选择具有通过预定代价函数计算的最小代价的两个转换值，并输出选择的转换值；和对选择的两个转换值执行熵编码。 

所述将彩色视频的色度分量Cb和Cr乘以预定系数，将相乘的结果组合， 以产生多个转换值，选择具有通过预定代价函数计算的最小代价的两个转换值，并输出选择的转换值的步骤可包括：将色度分量Cb和Cr乘以多个(a，b，c)系数，将相乘的结果组合，产生多个转换值；使用预定代价函数计算转换值的代价；和选择具有最小代价的两个转换值，并将其输出 

可以对关于与具有两个最小代价的两个转换值相应的(a，b，c)系数的信息进行熵编码。 

根据本发明的另一方面，提供了一种解码设备，所述解码设备包括：熵解码器，对编码的比特流进行熵解码；和色度分量逆变换器，如果解码的数据是亮度分量，则使解码的数据旁通，如果解码的数据是色度分量，则提取关于与色度分量Cb和Cr相乘并组合的系数的信息，以产生和输出原始色度分量Cb和Cr。 

色度分量逆变换器可提取指示哪组(a，b，c)系数用于对色度分量编码的信息，以计算色度分量Cb和Cr，所述信息被进行游程长度编码，并被发送。 

根据本发明的另一方面，提供了一种解码方法，所述解码方法包括：对编码的比特流进行熵解码；如果解码的数据是亮度分量，则使解码的数据旁通，如果解码的数据是色度分量，则提取关于与色度分量Cb和Cr相乘并组合的系数的信息，以产生原始色度分量Cb和Cr，并将其输出。 

根据本发明的另一方面，提供了一种用于彩色图像的编码设备，所述编码设备包括：色度分量变换器，在两种或更多种帧间预测模式中的每种模式下变换彩色图像的色度分量，使用预定代价函数计算在所述两种或更多种帧间预测模式中的每种模式下的转换值的代价，基于计算结果选择所述两种或更多种帧间预测模式之一，并输出选择的帧间预测模式的转换值；和熵编码器，对输出的转换值进行熵编码。 

可以以预定宏块为单位执行对所述两种或更多种帧间预测模式之一的选择。这里，可以以包括多个块的预定组为单位对关于为所述预定宏块选择的帧间预测编码模式的信息进行编码。 

可将关于用于所述预定组的所述多个块的帧间预测模式的信息分成多个模式平面，并对所述多个模式平面进行编码。 

所述多个模式平面可包括关于与当前模式平面相应的帧间预测模式是否应用于所述多个块中的每一个的信息。 

可通过将与应用了对应于当前模式平面的帧间预测模式的块相应的模式信息设置为“1”，并将与没有应用对应于当前模式平面的帧间预测模式的块相应的信息设置为“0”，来获得预定模式平面。 

可将用于所述预定组的所述多个块的帧间预测模式信息按每种模式分成多个模式平面，可按预定顺序排列所述多个模式平面，可基于关于前一模式平面的模式信息变换关于下一模式平面的信息，并可对变换的模式平面编码。 

所述多个模式平面可包括关于是否将与当前模式平面相应的帧间预测模式应用于所述多个块中的每一个的信息，可基于关于前一模式平面的信息通过从关于下一模式平面的信息中删除关于应用了前一模式平面的帧间预测模式的块的信息来变换下一模式平面。 

可通过将与应用了对应于当前模式平面的帧间预测模式的块相应的模式信息设置为“1”，并将与没有应用对应于当前模式平面的帧间预测模式的块相应的模式信息设置为“0”，来获得预定模式平面。 

可通过将关于应用了前一模式平面的帧间预测模式的块的信息设置为“0”来实现删除关于所述块的所述信息。 

所述多个块可以是宏块，所述预定组可以是画面。 

色度分量变换器可包括：帧间预测模式表存储器，存储包括两种或更多种帧间预测模式的帧间预测模式表；转换值计算器，基于帧间预测模式表计算在每一种模式下的彩色图像的色度分量Cb和Cr的转换值；和模式选择器，选择具有通过预定代价函数计算的最小代价的转换值的帧间预测模式。 

所述编码设备还可包括：游程长度编码器，对关于选择的帧间预测模式的信息进行游程长度编码。 

根据本发明的另一方面，提供了一种用于彩色图像的编码方法，所述方法包括：在两种或更多种帧间预测模式中的每种模式下变换彩色图像的色度分量；使用预定代价函数计算在所述两种更多种帧间预测模式中的每种模式下的转换值的代价；基于计算结果选择所述两种或更多种帧间预测模式之一，并输出选择的帧间预测模式的转换值；和对输出转换值进行熵编码。 

根据本发明的另一方面，提供了一种用于编码的彩色图像的解码设备，所述设备包括：熵解码器，对输入比特流进行熵解码；和色度分量逆变换器，基于应用于具有预定大小的当前块的帧间预测模式信息来恢复原始色度分量，其中，从输入比特流提取所述帧间预测模式信息。这里，帧间预测模式 信息可指示应用于当前块的两种或更多种帧间预测模式中的帧间预测模式，可从与应用于当前块的帧间预测模式相应的转换值来获得所述原始色度分量。 

根据本发明的另一方面，提供了一种用于彩色图像的解码方法，所述方法包括：对输入比特流进行熵解码；和基于应用于具有预定大小的当前块的帧间预测模式信息来恢复原始色度分量，其中，从输入比特流提取所述帧间预测模式信息。这里，帧间预测模式信息可指示应用于当前块的两种或更多种帧间预测模式中的帧间预测模式，可从与应用于当前块的帧间预测模式相应的转换值来获得所述原始色度分量。 

根据本发明的另一方面，提供了一种实现有用于所述编码方法的计算机程序的计算机可读记录介质。 

根据本发明的另一方面，提供了一种实现有用于所述解码方法的计算机程序的计算机可读记录介质。 

有益效果 

根据本发明，能够提高运动画面的压缩效率，能够显著减少编码所需的比特数量，并能够实现高效的游程长度编码。 

附图说明

通过参照附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的以上和/或其他方面将变得更清楚，其中： 

图1是构成具有RGB格式的视频和具有YCbCr格式的视频的数据的示图； 

图2是具有4:4:4、4:2:2和4:2:0格式的视频数据的结构的示图； 

图3是根据本发明示例性实施例的用于对运动画面编码的设备的框图； 

图4是示出根据本发明示例性实施例的色度分量转换值的计算的示图； 

图5是图3中所示的色度分量变换器330的框图； 

图6是根据本发明示例性实施例的编码方法的流程图； 

图7是根据本发明示例性实施例的解码设备的框图； 

图8是根据本发明示例性实施例的解码方法的流程图； 

图9是表示根据本发明示例性实施例的帧间预测模式的表； 

图10是示出关于每一帧间预测模式的逆帧间预测模式的表； 

图11是根据本发明示例性实施例的图3中示出的色度分量转换器330的框图； 

图12是示出为一个画面中的每一宏块选择的帧间预测模式的示图； 

图13A至图13E是示出根据本发明示例性实施例的帧间预测模式平面的示图； 

图14A至图14D是示出根据本发明示例性实施例的对帧间预测模式信息编码的方法的示图； 

图15是根据本发明示例性实施例的对帧间预测模式信息编码的方法的流程图；和 

图16是根据本发明示例性实施例的解码方法的流程图。 

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。 

图3是根据本发明示例性实施例的用于对运动画面编码的设备的框图。所述设备包括：运动估计器302、运动补偿器304、帧内预测器306、变换器308、量化器310、重新排列器312、熵编码器314、逆量化器316、逆变换器318、滤波器320和帧存储器322。 

所述设备以多种编码模式之一来对当前画面的宏块编码。为此，所述设备以执行帧间预测和帧内预测的模式来执行编码，以计算失真率代价(RDCost)。所述设备确定计算最小RDCost的模式作为最佳模式，并以该最佳模式执行编码。这里，比率(R)表示比特率，所述比特率是用于对一个宏块编码的比特的数量。具体地讲，R是将通过对执行了帧间预测或帧内预测之后产生的残余信号编码获得的比特的数量加上通过对运动矢量编码获得的比特的数量而获得的值。失真(D)表示视频的原始宏块和视频的解码宏块之间的差。因此，D是通过对原始宏块解码而获得的值。 

然而，可使用各种方法以及对RDCost的计算来确定最佳编码模式。换句话讲，还可使用各种方法来执行RDCost和其他代价的计算。例如，可用的代价函数的示例包括：绝对差之和(SAD)、绝对变换差之和(SATD)、平方差之和(SSD)、绝对差的均值(MAD)、拉格朗日函数等。 

对于帧间预测，运动估计器302在参考画面中搜索当前画面的宏块的估 计值。运动补偿器304计算以1/2或1/4像素为单位搜索的参考块的中间像素值，以确定参考块数据值。因此，运动估计器302和运动补偿器304执行帧间预测。 

帧内预测器306为在当前画面中搜索当前画面的宏块的估计值执行帧内预测。通过确定计算最小RDCost的编码模式作为当前宏块的编码模式来确定关于当前宏块是执行帧间预测还是执行帧内预测，以对当前宏块编码。 

如上所述，如果通过执行帧间预测或帧内预测搜索到当前帧的宏块将要参考的估计数据，则从当前画面的宏块减去该估计数据，然后将减后的结果输入到色度分量变换器330。色度分量变换器330接收色度分量，根据稍后将描述的色度分量转换方法将色度分量转换成各种转换值，并选择所述各种转换值中的两个。在色度分量变换器330接收亮度分量的情况下，色度分量变换器330使亮度分量通过。亮度分量或选择的色度分量被输入到变换器308，并被变换器308变换，然后被量化器310量化。从当前帧的宏块减去运动估计的参考块的结果被称为残余。输入到色度分量变换器330以减少编码期间的数据量的数据是残余值。量化的残余值通过重新排列器312，并被熵编码器314编码。 

由逆量化器316和逆变换器318将量化的画面解码成当前画面，以获得用于帧间预测的参考画面。将解码的当前画面存储在帧存储器中，以用于下一画面的帧间预测。当解码的画面通过滤波器320时，解码的画面变成包括少量编码误差的原始画面。 

现在将详细描述色度分量变换器330的操作。当色度分量变换器330接收色度分量Cb和Cr时，色度分量变换器330使用等式(1)来计算转换值： 

转换值＝a×Cb+b×Cr+c                ...(1) 

其中，可通过实验的方式来确定a、b和c。例如，如果(a，b，c)是(1，0，0)、(0，1，0)、(-1，1，0)或(1，1，0)，则转换值是Cb、Cr、-Cb+Cr或Cb+Cr。计算Cb、Cr、-Cb+Cr和Cb+Cr的代价。代价的计算和使用的代价函数如上所述。选择具有计算的代价的最小值的两组转换值，然后将其输入到变换器308。例如，如果选择了Cb和-Cb+Cr，则变换器308转换Cb和-Cb+Cr分量。在这种情况下，代价最小。因此，Cb和-Cb+Cr的值最小，从而编码所需的比特率小。在对宏块进行帧内预测的情况下，(a，b，c)可以是(-1，1，14)、(1，1，-250)、(1，0，14)或(0，1，14)。即使在对宏块 进行帧内预测的情况下，也计算一对系数(a，b，c)的代价，代价最小的(a，b，c)所确定的色度分量被搜索，并被编码。 

可将色度分量变换器330置于变换器308和量化器310之后。即，使用频域(而不是空间域)中的频率变换的色度分量Cb和Cr来计算代价，以执行重新排列以及熵编码。 

图4是示出根据本发明示例性实施例的色度分量转换值的计算的示图。参照图4，从每块的Cb和Cr读取一个像素值，并使用上面的等式1将该像素值乘以或加上(a，b，c)，以计算转换值。 

图5是图3中所示的色度分量变换器330的框图。 

色度分量变换器330包括：转换值计算器510、代价计算器520和确定器530。当输入了色度分量Cb和Cr时，转换值计算器510使用上面的等式1来计算可从(a，b，c)的系数组获得的所有情况的转换值。代价计算器520计算转换值的代价。确定器530选择两个最小代价，以输出具有所述两个最小代价的转换值。 

图6是根据本发明示例性实施例的编码方法的流程图。 

当输入了视频数据时，在操作S610和S620，在帧间预测的情况下，执行运动估计和运动预测。在帧内预测的情况下，省略运动估计和运动预测。这里，参照图3所述执行运动估计和运动预测。在操作S630，如上参照图4和图5所述，使用预定系数(a，b，c)计算所有情况下的代价。在操作S640，选择代价的两个最小值。在操作S650、S660和S670，分别对所述两个最小值进行变换、量化和熵编码。通常，使用这种方法来对色度分量Cb和Cr编码。然而在本发明中，在操作S630和S640，在编码之前去除色度分量Cb和Cr之间的冗余，以减少编码所需的比特的数量。 

对选择的(a，b，c)系数信息编码，并将其发送。将为每一宏块选择的系数信息记录在画面头中，以指示每一宏块的哪些色度分量被编码并被发送。在上述帧间预测中，如果选择了系数(1，0，0)、(0，1，0)、(-1，1，0)和(1，1，0)中的第一系数和第三系数，则对第一系数和第三系数执行游程长度编码。 

更详细地讲，仅当对色度分量块编码时才对选择的系数信息执行游程长度编码。这里，可使用传统的语法色度编码块模式或用于色度的编码的块模式(CBPC)。当执行游程长度编码时，分配给“游程”的比特数量依据使用 了多少组而变化，分配给“长度”的比特数量依据有多少连续的游程被编码成一个而变化。例如，在组的数量是4(即，S1、S2、S3和S4)的情况下，分配给“游程”的比特数量是2比特，分配给“长度”的比特数量是5比特，一个(游程，长度)被编码成7比特。因此，如果S1被连续地输出10次，则(S1，10)被编码成“0001010”。由于每一宏块的选择的(a，b，c)系数信息非常有可能具有与相邻宏块的系数信息相似的值，所以可使用游程长度编码以减少编码所需的比特数量。另外，通过使用色度编码块模式或CBPC，以块为单位发送指示色度块是否被编码的信息。 

为每一宏块选择的(a，b，c)系数信息非常有可能与为相邻宏块所选择的(a，b，c)系数信息相似。因此，可使用游程长度编码来减少编码所需的比特数量。 

图7是根据本发明示例性实施例的解码设备的框图。参照图7，所述解码设备包括：熵解码器702、重新排列器704、逆量化器706、逆变换器708、色度分量逆变换器710、运动补偿器712、帧内预测器714、滤波器716和帧存储器718。当将编码的比特流输入到所述解码设备时，编码的比特流被熵解码、重新排列、逆变换，并被输入到色度分量逆变换器710。在输入数据是亮度分量的情况下，将亮度分量旁通。在输入数据是色度分量的情况下，色度分量逆变换器710确定使用了哪些系数(a，b，c)来对色度分量编码，从而产生色度分量Cb和Cr。编码设备还对指示使用了哪些系数(a，b，c)来对色度分量编码并将其发送的信息进行游程长度编码，并将其发送。因此，色度分量逆变换器710对所述信息解码，以产生色度分量Cb和Cr。可选择地，色度分量逆变换器710可位于逆量化器706和逆变换器708之前。 

图8是根据本发明示例性实施例的解码方法的流程图。 

在操作S810，执行熵解码。在操作S820，执行逆量化。在操作S830，执行逆变换。在操作S840，对接收的系数信息(a，b，c)解码，并确定哪些色度分量Cb和Cr的组合被编码，以对该组合进行逆变换，并获得色度分量Cb和Cr。在操作S850，执行运动补偿。在帧内预测的情况下，省略运动补偿。 

现在参照图9至15来描述根据本发明示例性实施例的编码方法。 

图9是表示根据本发明示例性实施例的帧间预测模式的表。参照图9，关于每一宏块设置了“0”到“4”的5种帧间预测模式。以如图12所示的宏块为单位选择所述帧间预测模式中的一种。根据所选模式和如图9所示的表用转换值“1”和“2”来替换Cb和Cr。在图9所示的帧间预测中的转换值Cb和Cr之间的相关性是示例性的。可选择地，具有其他相关性的模式可被添加，或者模式可被去除。 

例如，如果关于预定宏块选择的帧间预测模式是“0”，则转换值“1”是Cb块的Cb值，转换值“2”是Cr块的Cr值。另外，如果所选择的帧间预测模式是“1”，转换值“1”是Cb块的Cb值，转换值“2”是通过从作为恢复的Cb值的Cb’减去Cr块的Cr值而获得的值。在图9所示的帧间预测模式中使用恢复的Cb值和Cr值是为了进一步精确地对Cb和Cr值解码。可选择地，代替恢复的Cb和Cr值，可使用原始的Cb和Cr值。这里，通过转换和量化原始Cb和Cr值，然后逆量化和逆转换原始Cb和Cr值来获得恢复的Cb和Cr值。原始Cb和Cr值是没有被转换和量化的Cb和Cr值。 

图10是示出关于帧间预测模式的逆帧间预测模式的表。参照图10，如果关于一宏块的逆帧间预测模式是“0”，则从转换值“1”和“2”来获得相应宏块的Cb和Cr值。如果逆帧间预测模式是“1”，则从转换值“1”来获得相应宏块的Cb值，但从通过从转换值“1”的恢复的值Cb’减去转换值“2”(Cb’-Cr)而获得的值来获得Cr值。这里，从恢复的值Cb’减去转换值“2”是因为转换值“2”包括值Cb’。 

图11是根据本发明示例性实施例的图3中示出的色度分量转换器330的框图。 

色度分量变换器330包括：转换值计算器1110、帧间预测模式表存储器1112、代价计算器1120、模式选择和转换值输出单元1130以及选择模式存储器1132。 

当输入了色度分量Cb和Cr时，转换值计算器1110关于帧间预测模式表存储器1112中存储的每一帧间预测模式计算转换值“1”和“2”。例如，转换值计算器1110关于图9所示的每一帧间预测模式产生转换值“1”和“2”。另外，在本实施例中，将帧间预测模式表存储在转换值计算器1110和帧间预测模式表存储器1112中。可选择地，可将帧间预测模式表存储在转换值计算器1110的预定位置。 

代价计算器1120关于在每一帧间预测模式下计算的转换值来计算代价。 

模式选择和转换值输出单元1130选择转换值具有最小代价的帧间预测模式，并输出所述转换值。例如，如果根据图9所示的帧间预测模式选择了帧间预测模式“1”，则模式选择和转换值输出单元1130输出Cb和Cb’-Cr值作为转换值“1”和“2”。

选择模式存储器1132存储由模式选择和转换值输出单元1130选择的每一宏块的模式信息。使用选择模式存储器1132中存储的每一宏块的模式信息来产生以图12所示的画面为单位的帧间预测模式表。另外，在本示例性实施例中，将每一宏块的模式信息存储在选择模式存储器1132中。然而，可将每一宏块的模式信息存储在模式选择和转换值输出单元1130的预定位置。 

将从模式选择和转换值输出单元1130输出的转换值输出到变换器308和量化器310以被变换和量化。 

如上所述，依据所选择的模式来确定转换值。依据确定的转换值来执行编码。因此，必须将为每一宏块选择了哪种帧间预测模式通知给解码器。现在将参照图12至图14来描述发送为每一宏块所选择的帧间预测模式信息的方法。 

图12是示出为一个画面中的每一宏块选择的帧间预测模式的示图。每一位置的值是指示应用于与每一位置相应的每一宏块的帧间预测模式的“0”、“1”、“2”、“3”或“4”。例如，最左上位置的值“0”指示，根据图9中所示的表中的帧间预测模式“0”(即，转换值“1”是Cb，转换值“2”是Cr)来替换相应宏块的Cb和Cr值。与最左上位置的宏块后面的宏块相应的值“2”和“2”指示，根据图9所示的帧间预测模式“2”(即，转换值“1”是Cb，转换值“2”是Cb’+Cr)来替换相应宏块的Cb和Cr值。 

图13A至图13E是示出在每一帧间预测模式平面上图12中所示的每一宏块的帧间预测模式值的示图。 

图13A示出模式0平面，所述模式0平面被重新排列，以使在图12所示的帧间预测模式表中指示帧间预测模式“0”的宏块具有值“1”，并且不指示帧间预测模式“0”的其他宏块具有值“0”。例如，将最上位置的具有帧间预测模式值“0”的第一、第四、第五、第七、第八、第十、第十四宏块的值设置为“1”，将最上位置的其他宏块的值设置为“0”。 

图13B示出模式1平面，所述模式1平面被重新排列，以使在图1 2所示的帧间预测模式表中指示帧间预测模式“1”的宏块具有值“1”，不指示帧间预测模式“1”的其他宏块具有值“0”。例如，将最上位置的具有帧间预测模 式值“1”的第六、第九宏块的值设置为“1”，最上位置的其他宏块的值设置为“0”。 

图13C示出模式2平面，所述模式2平面被重新排列，以使在图1 2所示的帧间预测模式表中指示帧间预测模式“2”的宏块具有值“1”，不指示帧间预测模式“2”的其他宏块具有值“0”。例如，将最上位置的具有帧间预测模式值“2”的第二、第三、第十三、第十五、第十七、第十八、第十九、第二十、第二十一、第二十二宏块的值设置为“1”，将最上位置的其他宏块的值设置为“0”。 

图13D示出模式3平面，所述模式3平面被重新排列，以使在图12所示的帧间预测模式表中指示帧间预测模式“3”的宏块具有值“1”，不指示帧间预测模式“3”的其他宏块具有值“0”。例如，在最上位置没有具有帧间预测模式值“3”的宏块。因此，将所有宏块的值设置为“0”。 

图13E示出模式4平面，所述模式4平面被重新排列，以使在图12所示的帧间预测模式表中指示帧间预测模式“4”的宏块具有值“1”，不指示帧间预测模式“4”的其他宏块具有值“0”。例如，将最上位置的具有帧间预测模式值“4”的第十一、第十二和第十六宏块的值设置为“1”，将最上位置的其他宏块的值设置为“0”。 

在将图12所示的帧间预测模式表分成图13A至图13E所示的模式平面的情况下，0游程的长度变得更长。 

图14A至图14D是示出根据本发明示例性实施例的对帧间预测模式信息编码的方法的示图。换句话讲，图14A至图14D示出模式平面，所述模式平面通过使用本发明的模式平面缩减方按被变换，以使图13A至图13E所示的模式平面中的1游程的长度变得更长。 

图14A示出变换的模式1平面，在所述变换的模式1平面中，从图13B所示的模式1平面中删除与图13A所示的模式0平面中具有帧间预测模式值“1”的宏块相应的值“0”。如图14A所示，将图13B所示的模式1平面上最上位置中的22比特“0000010010000000000000”变换成15比特“001100000000000”，在所述15比特中，去除了模式0平面上具有帧间预测模式值“1”的第一、第四、第五、第七、第八、第十和第十四宏块的值“0”。变换的模式1平面比模式1平面具有更小的比特率和更长的游程。 

图14B示出变换的模式2平面，在所述变换的模式2平面中，从图13C 所示的模式2平面中删除与模式0平面和模式1平面上具有帧间预测模式值“1”的宏块相应的值“0”。如图14B所示，将图13C所示的模式2平面上最上位置中的22比特“0110000000001010111111”变换成13比特“1100110111111”，在所述13比特中，去除了模式0平面上具有帧间预测模式值“1”的第一、第四、第五、第七、第八、第十和第十四宏块的值“0”和模式1平面上具有帧间预测模式值“1”的第六和第九宏块的值“0”。变换的模式2平面比模式2平面具有更小的比特率和更长的游程。 

图14C示出变换的模式3平面，在所述变换的模式3平面中，从图13D所示的模式3平面中删除与模式0平面、模式1平面和模式2平面上具有帧间预测模式值“1”的宏块相应的值“0”。如图14C所示，将图13D所示的模式3平面上最上位置中的22比特“0000000000000000000000”变换成3比特“000”，在所述3比特中，去除了模式0平面上具有帧间预测模式值“1”的第一、第四、第五、第七、第八、第十和第十四宏块的值“0”、模式1平面上具有帧间预测值“1”的第六和第九宏块的值“0”、以及模式2平面上具有帧间预测模式值“1”的第二、第三、第十三、第十五、第十七、第十八、第十九、第二十、第二十一、第二十二宏块的值“0”。变换的模式3平面比模式3平面具有更小的比特率和更长的游程。 

图14D示出变换的模式4平面，在所述变换的模式4平面中，从图13E所示的模式4平面中删除与模式0平面、模式1平面、模式2平面和模式3平面上具有帧间预测模式值“1”的宏块相应的值“0”。如图14D所示，将图13E所示的模式4平面上最上位置中的22比特“0000000000110001000000”变换成3比特“111”，在所述3比特中，去除了模式0平面上具有帧间预测模式值“1”的第一、第四、第五、第七、第八、第十和第十四宏块的值“0”、模式1平面上具有帧间预测值“1”的第六和第九宏块的值“0”、以及模式2平面上具有帧间预测模式值“1”的第二、第三、第十三、第十五、第十七、第十八、第十九、第二十、第二十一、第二十二宏块的值“0”。变换的模式4平面比模式4平面具有更小的比特率和更长的游程。此外，变换的模式4平面上的所有值都是1。因此，在变换的模式4平面中不需要编码。 

在本示例性实施例中，可对模式0平面和具有较长的“1”的游程长度的变换的模式1、2、3和4平面进行游程长度编码，然后将其发送。因此，可减小将被发送的数据量。可选择地，可对模式0、1、2、3和4进行游程长度 编码，然后将其发送。 

解码器对如图14A至图14D所示的变换的模式1、2、3和4平面解码，以产生如图13A至图13E所示的模式0、1、2、3和4。解码器还基于解码的模式0、1、2、3和4平面对如图12所示的帧间预测模式表解码，并基于解码的帧间预测模式表从转换值对原始的Cb和Cr值解码。 

图15是根据本发明示例性实施例的产生如图14A至图14D所示的变换的模式1、2、3和4平面以及对帧间预测模式信息编码的方法的流程图。 

在操作S1510中，对模式0平面进行游程长度编码。 

在操作S1520，从如图13B至图13E所示的模式1、2、3和4平面去除与模式0平面上具有值“1”的宏块相应的值“0”，并产生第一变换的模式平面。对第一变换的模式1平面(即，如图14A所示的变换的模式1平面)进行游程长度编码。 

在操作S1530，从第一变换的模式2、3和4中去除与模式1平面上具有值“1”的宏块相应的值“0”，并产生第二变换的模式平面。对第二变换的模式2平面(即，如图14B所示的变换的模式2平面)进行游程长度编码。 

在操作S1540，从第二变换的模式3和4平面去除与模式2平面上具有值“1”的宏块相应的值“0”，并产生第三变换的模式平面。对第三变换的模式3平面(即，如图14C所示的变换的模式3平面)进行游程长度编码。 

在操作S1550，从第三变换的模式4平面去除模式3平面上的值“1”，并产生第四变换的模式4平面。对第四变换的模式4平面(即，如图14D所示的变换的模式4平面)进行游程长度编码。最后的模式平面中的值是“1”。因此，尽管变换的模式4平面不包括信息，但是可通过使用其他变换的模式平面的信息来恢复原始的模式平面。因此，可以不对变换的模式4平面进行另外的编码。可选择地，可以跳过操作S1550。 

可选择地，可以以与本示例性实施例不同的顺序产生变换的模式平面。 

在执行了操作S1510、S1520、S1540和S1550之后，将游程长度编码的帧间预测信息插入到比特流的画面头中，并将其发送。 

在本示例性实施例中描述了使用彩色图像的色度分量之间(即，Cb和Cr之间)的相关性的帧间预测。然而，可在任何颜色空间的两个任意域之间应用本发明，以提高压缩效率。例如，可将本发明应用于使用另一颜色空间中的域之间(即，YCbCr颜色空间中的Y和Cb或者Y和Cr之间)的相关 性的帧间预测。 

现在将参照图7描述根据本发明示例性实施例的解码器。 

当将编码的比特流输入到解码器时，比特流被熵解码、重新排列、逆变换、并被输入到色度分量逆变换器710中。如果输入数据是亮度分量，则使输入数据旁通。如果输入数据是色度分量，则将输入数据输入到色度分量逆变换器710中。 

帧间预测模式确定器(未示出)恢复以从模式0平面的顺序从输入的比特流的画面头中提取的游程长度编码的模式平面，产生如图12中所示的以画面为单位的帧间预测模式表，基于该帧间预测模式表确定应用于每一宏块的帧间预测模式，并将确定的帧间预测模式输入到色度分量逆变换器710中。 

色度分量逆变换器710通过使用关于确定的帧间预测模式的信息从解码的转换值产生色度分量Cb和Cr。 

图16是根据本发明示例性实施例的解码方法的流程图。 

在操作S1610，执行熵解码。在操作S1620，执行逆量化。在操作S1630，执行逆转换。其后，从如图14所示的变换的模式平面恢复原始的模式平面。帧间预测模式表指示以预定单位(例如，画面单位)应用于每一宏块的帧间预测模式。 

在操作S1640，从产生的帧间预测模式表来确定应用于相应宏块的帧间预测模式，并根据确定帧间预测模式来逆转换解码的转换值，以计算色度分量Cb和Cr。在操作S1650，执行运动补偿以执行解码。在帧内预测的情况下，省略操作S1650。 

如上所述，在根据本发明的使用色度分量之间的相关性的彩色图像编码和解码方法以及设备中，可查找运动画面的色度分量之间的相关性来去除不必要的分量。因此，可提高运动画面的压缩效率。为了通过搜索色度分量之间的相关性来去除不必要的分量，可对组成色度分量Cb和Cr的组合的系数信息进行游程长度编码。因此，可显著减少编码所需的比特数量。另外，可以按每一帧间预测模式来变换色度分量Cb和Cr。可将关于转换所采用的模式的信息分成模式平面。可对模式平面进行游程长度编码。结果，可实现进一步有效的游程长度编码。 

可将上述编码和解码方法编写成计算机程序。本发明所属领域的计算机编程人员可容易地推断所述计算机程序的代码和代码段。可将所述计算机程序存储在计算机可读介质中，并由计算机读取和运行以执行所述编码和解码方法。所述计算机可读介质的示例包括磁记录介质、光学记录介质和载波。 

尽管参照本发明的示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行各种改变。 

产业上的可利用性 

根据本发明的设备和方法可被应用于通过搜索具有YCbCr格式的彩色图像数据的色度分量Cb和Cr之间的相关性，来将所述彩色图像数据编码和解码成少量数据。 

序列表文本 

Claims (20)

1.一种编码设备，包括：

色度分量变换器，通过将彩色视频的色度分量Cb和Cr乘以预定系数并将相乘的结果组合来产生多个转换值，选择具有通过预定代价函数计算的最小代价的两个转换值，输出选择的两个转换值，并对与具有最小代价的两个转换值相应的预定系数编码；和

熵编码器，对所述两个转换值执行熵编码，

其中，色度分量变换器通过使用下面的等式产生转换值：

转换值＝a×Cb+b×Cr+c，

其中，a、b和c是预定系数，多组(a，b，c)被预先确定。

2.如权利要求1所述的编码设备，其中，所述色度分量Cb和Cr是变换和量化的色度分量。

3.如权利要求1所述的编码设备，还包括：

变换器，变换从色度分量变换器输出的转换值；和

量化器，将从变换器输出的转换值量化。

4.如权利要求1所述的编码设备，还包括：运动估计器和运动补偿器，执行帧间预测。

5.如权利要求1所述的编码设备，其中，所述预定代价函数是失真率代价函数、绝对差之和函数、绝对变换差之和函数、平方差之和函数、绝对差的均值函数之一。

6.如权利要求1所述的编码设备，其中，色度分量变换器包括：

转换值计算器，通过将色度分量Cb和Cr乘以多组系数中的系数并将相乘的结果组合来产生转换值；

代价计算器，使用所述预定代价函数来计算转换值的代价；和

确定器，选择两个具有最小代价的转换值，并将其输出。

7.如权利要求1所述的编码设备，其中，色度分量变换器对与具有两个最小代价的两个转换值相应的两组预定系数进行游程长度编码。

8.一种编码方法，包括：

通过将彩色视频的色度分量Cb和Cr乘以预定系数并将相乘的结果组合来产生多个转换值；

选择具有通过预定代价函数计算的最小代价的两个转换值；

对选择的两个转换值执行熵编码；和

对与具有最小代价的两个转换值相应的预定系数编码，

其中，通过使用下面的等式产生转换值：

转换值＝a×Cb+b×Cr+c，

其中，a、b和c是预定系数，多组(a，b，c)由用户预先确定。

9.如权利要求8所述的编码方法，其中，所述色度分量Cb和Cr是变换和量化的色度分量。

10.如权利要求8所述的编码方法，还包括：如果色度分量Cb和Cr是未变换和未量化的色度分量，则变换和量化转换值。

11.如权利要求8所述的编码方法，还包括：执行用于帧间预测的运动预测和运动估计。

12.如权利要求8所述的编码方法，其中，所述预定代价函数是失真率代价函数、绝对差之和函数、绝对变换差之和函数、平方差之和函数、绝对差的均值函数之一。

13.如权利要求8所述的编码方法，其中，所述产生多个转换值的步骤包括：

将色度分量Cb和Cr乘以多组系数中的系数，并将相乘的结果与系数c组合；和

使用所述预定代价函数来计算转换值的代价。

14.如权利要求8所述的编码方法，其中，对关于与具有两个最小代价的两个转换值相应的两组预定系数的信息进行游程长度编码。

15.一种解码设备，包括：

熵解码器，对编码的比特流进行熵解码，并输出解码的数据；和

色度分量逆变换器，如果解码的数据是亮度分量，则使解码的数据旁通，如果解码的数据是色度分量，则对系数解码，以产生色度分量Cb和Cr，并将其输出，其中，解码的数据是所述系数以“a×Cb+b×Cr+c”的方式与色度分量Cb和Cr相乘并组合所获得的数据，其中，a、b和c是所述系数。

16.如权利要求15所述的解码设备，还包括：

逆量化器，对解码的数据进行逆量化；和

逆转换器，对逆量化的数据进行逆转换。

17.如权利要求15所述的解码设备，还包括：运动补偿器，执行帧间预测。

18.一种解码方法，包括：

对编码的比特流进行熵解码，以产生解码的数据；

如果解码的数据是亮度分量，则使解码的数据旁通，如果解码的数据是色度分量，则对系数解码，以产生色度分量Cb和Cr，并将其输出，其中，解码的数据是所述系数以“a×Cb+b×Cr+c”的方式与色度分量Cb和Cr相乘并组合所获得的数据，其中，a、b和c是所述系数。

19.如权利要求18所述的解码方法，还包括：对解码的数据进行逆量化和逆变换。

20.如权利要求18所述的解码方法，还包括：执行用于帧间预测的运动补偿。

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