CN101133648A - 用于帧内预测视频编码的模式选择技术 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，本发明提供一种编码装置，其包括模式选择引擎，所述模式选择引擎执行用于帧内预测编码的模式选择，而不管所述编码装置经编程以遵循第一编码标准还是第二编码标准。所述装置还包含第一编码器和第二编码器，当所述编码装置经编程以遵循所述第一编码标准时，所述第一编码器根据遵循所述第一编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码，当所述编码装置经编程以遵循所述第二编码标准时，所述第二编码器根据遵循所述第二编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码。所述技术可简化模式选择以支持多个不同的帧内预测编码标准。

Description

用于帧内预测视频编码的模式选择技术
技术领域
本发明涉及数字图像处理，且更特定来说，涉及视频序列的图像或图像帧的编码。
背景技术
数字视频能力可并入各种各样的装置中，所述装置包含数字电视、数字直播系统、无线通信装置、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、台式计算机、数码相机、数字记录装置、手机或卫星无线电话和类似装置。在产生、修改、传输、存储、记录和播放全运动视频序列方面，数字视频装置相对于常规的模拟视频系统提供显著的改进。
已建立许多不同的视频编码标准来用于编码数字视频序列。例如，运动图片专家组(MPEG)已开发出许多标准，包含MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。其它标准包含国际电信联盟(ITU)H.263标准、由California，Cupertino的Apple Computer开发的QuickTimeTm技术、由Washington，Redmond的Microsoft Corporation开发的Video for WindowsTm和WindowsTM媒体、由Intel Corporation开发的IndeoTM、来自Washington，Seattle的RealNetworks公司的RealVideoTM，和由SuperMac公司开发的CinepakTM。这些标准的更新版本以及新的标准不断地涌现和发展，包含ITU H.264标准和许多专有标准。还已经开发出许多图像编码标准来用于压缩静态图像，例如JPEG标准。JPEG代表“联合图像专家组”，这是一个标准化委员会。
许多编码标准可利用被称作“帧内预测编码”或简称为“帧内预测”的技术。在H.263中，帧内预测编码还被称作“高级帧内编码”，且预测过程一般被称作“AC/DC预测”。一般来说，帧内预测编码是指一种编码过程，其开拓给定视频帧或图像内的冗余以便压缩用以编码视频帧或图像所需的数据量。
帧内预测编码可单独用作压缩技术，例如用于静态图像压缩，但在压缩视频序列方面更通常连同其它视频编码技术一起实施。举例来说，可结合帧间编码技术使用帧内预测编码，所述帧间编码技术利用连续视频帧之间的相似性(被称作时间或帧间相关性)。帧间编码可通过开拓帧间的数据冗余，并将视频帧的基于像素的表示法转换成运动表示法来提供用于帧间压缩。当帧内预测与帧间压缩一起使用时，可显著地压缩视频帧。
为了支持各种类型的压缩，数字视频装置通常包含用于压缩数字视频序列的编码器，和用于解压缩数字视频序列的解码器。在许多情况下，编码器和解码器形成对像素块操作的集成编码器/解码器(CODEC)，所述像素块在界定视频图像序列的帧中。
为了进行帧内预测编码，所述编码器可利用模式选择引擎，所述模式选择引擎选择用于给定帧或图像的帧内预测的最佳模式。举例来说，ITU H.263编码标准的附录I提供用于三个可能的帧内预测模式：水平AC/DC模式、垂直AC/DC模式和仅DC模式。DC模式是指使用视频块的DC系数的模式，所述DC系数表示视频块的平均值，而AC模式使用AC系数，所述AC系数是视频块的剩余(非DC)系数。ITU H.263编码标准的附录I还指定可如何执行模式选择。例如MPEG-4和ITU H.264编码标准的其它标准还利用用于帧间预测编码的模式。遗憾的是，这些不同的标准常规上需要独立的模式选择引擎，以便支持用于不同标准的帧内预测模式选择。
发明内容
本发明描述视频编码技术和实施所述技术的视频编码装置。所描述的编码技术可有用于允许帧内预测编码的各种各样的视频编码标准或静态图像编码标准。所述技术可简化支持不同帧内预测编码标准的模式选择。具体来说，在支持多个编码标准的编码装置中，单一模式选择引擎经实施以执行用于不同编码标准的模式选择。所述单一模式选择引擎执行足以用于所述标准中的每一标准的模式选择。
在某些情况下，模式选择引擎可能脱离常规上与所述标准中的一个或一个以上标准一起使用的模式选择技术，但可能仍提供足够的用于所述标准的模式选择性能。举例来说，本发明特定预期使用ITU H.264模式选择引擎来执行支持ITU H.263编码的模式选择。本发明还特定预期使用MPEG-4模式选择引擎来执行支持ITU H.263编码的模式选择。在某些情况下，应认识到，可在空间域中执行用于ITU H.263编码的模式选择，这一般有违于在DCT域中进行帧内预测(如ITU H.263编码标准的附录I中所指定)。实验性研究表明，本文描述的模式选择技术达成非常良好的压缩级，同时允许在编码装置中减少硬件。
在一个实施例中，本发明提供一种编码装置，其包括模式选择引擎，所述模式选择引擎执行用于帧内预测编码的模式选择，而不管所述编码装置经编程以遵循第一编码标准还是第二编码标准。所述装置还包含第一编码器和第二编码器，当所述编码装置经编程以遵循所述第一编码标准时，所述第一编码器根据遵循所述第一编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码，当所述编码装置经编程以遵循所述第二编码标准时，所述第二编码器根据遵循所述第二编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码。还可包含额外的编码器，且模式选择引擎的数目可小于编码器的数目。
本文所描述的这些和其它技术可以硬件、软件、固件或其任何组合实施在数字视频装置中。在附图和以下描述中陈述各种实施例的额外细节。通过描述内容和图式以及权利要求书，其它特征、目的和优势将变得明显。
附图说明
图1是说明根据本发明的实施例的示范性编码装置的方框图。
图2是用于帮助阐释ITU H.263标准的附录I中所描述的编码过程的图。
图3是用于帮助阐释使用与MPEG-4文献中所描述的模式选择类似的模式选择的编码过程的图。
图4是支持遵循MPEG-4的编码和遵循ITU H.263的编码的视频编码装置的方框图。
图5是支持遵循ITU H.264的编码和遵循ITU H.263的编码的视频编码装置的方框图。
图6是说明根据本发明的实施例的示范性编码装置的另一方框图。
图7是说明与本发明的教示相一致的过程的流程图。
图8-11是证实本文所描述的模式选择技术达成非常良好的结果的实验性结果的图表。
具体实施方式
图1是说明示范性编码装置10的方框图。编码装置10一般是指可执行帧内预测编码技术的任何编码装置。在大多数情况下，编码装置10包括编码视频序列的帧的视频编码装置。在那些情况下，编码装置10可包含许多额外组件(例如)以用于执行各种帧间编码技术。然而，在某些情况下，编码装置10的各种组件可(如本文所述)对静态图像执行帧内预测编码技术。编码装置的实例可包含数字电视、数码相机、数字直播系统、无线通信装置、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、台式计算机、数字记录装置、手机或卫星无线电话和类似装置。一般来说，执行本文所述的编码技术的任何装置均可以是编码装置。
编码装置10包含起初存储未经压缩的图像或未经压缩的视频帧的存储器12。在以下描述中，本发明一般涉及对视频帧执行的操作和技术。然而，应了解，类似的技术可应用于压缩静态图像。对于帧内预测编码技术的目的来说，视频帧本质上与静态图像相同。
编码装置10包含各种组件以用于存储在存储器12中的帧的帧内预测编码，(例如)以便压缩帧。更特定来说，编码装置10支持根据两个或两个以上不同编码标准的帧内预测编码。然而，如本发明中所描述，经设计以支持并加速此帧内预测编码的模式选择的硬件引擎被共用和使用，而不管在给定时间使用的是所述两个或两个以上不同编码标准中的哪一个。编码装置10是可编程的，以允许厂商对将使用的特定标准进行编程，编码装置10还较灵活，使得厂商可从两个或两个以上标准中进行选择。尽管一般被描述为包含两个编码器，但编码装置10可包含任何数目的编码器。模式选择引擎的数目可小于编码器的数目。
如图1中所说明，编码装置10包含第一帧内预测编码器14和第二帧内预测编码器16。第一帧内预测编码器14根据第一编码标准执行帧内预测编码，而第二帧内预测编码器16根据第二编码标准执行帧内预测编码。第一帧内预测编码器14和第二帧内预测编码器16每一者可由硬件、软件和固件的组合来实施。具体来说，可使用一个或一个以上数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、场可编程逻辑阵列(FPGA)、通用处理器或其任何组合来实施编码器14、16。
帧内预测编码是指一种编码过程，其开拓给定视频帧或图像内的冗余以便压缩用以编码视频帧或图像所需的数据量。编码器10允许根据至少两个不同的编码标准进行帧内预测编码。然而，在每种情况下，帧内预测可单独用作压缩技术，例如用于静态图像压缩，或可用作还执行帧间相关性的视频编码技术和/或其它编码技术的一部分。
根据各种编码标准，执行模式选择过程作为帧内预测编码过程的一部分。编码装置10包含模式选择引擎18，以执行用于帧内预测编码的此模式选择。举例来说，模式选择引擎18可基于任何给定时间所需的所要编码速率、压缩比或编码效率来选择帧内预测模式。然而，不同于常规的编码器，编码装置10使用同一模式选择引擎18来促进用于帧内预测编码器14和第二帧内预测编码器16的模式选择。模式选择引擎18可包括与第一帧内预测编码器14和第二帧内预测编码器16中的任一者一起使用的硬件组件。举例来说，模式选择硬件可加速模式选择过程。另外，厂商可能能够编程编码装置10，以支持与编码器14和16中的任一者相关联的两个标准中的任一者，但模式选择引擎18经使用而不管此选择如何。因此，使用单一模式选择引擎18可导致支持多个标准的编码装置中的硬件的减少。
模式选择一般是识别帧的一个部分的过程，帧的所述部分将用于编码和压缩所述帧的另一部分。作为实例，ITU H.263视频编码标准包含附录I，其描述遵循所述标准的优选的模式选择过程。H.263的附录I中描述的模式选择过程定义如何执行“帧内”视频块的编码。据称通过允许预测模式中的灵活性，而使得帧内视频块的编码效率得以改进。H.263的附录I定义三个不同的预测模式。其它标准的文献可能定义三个预测模式，或可能更多，但在任何情况下，用于选择这些不同模式的建议方式通常在标准文献之间变化相当大。
在ITU H.263标准的附录I中所描述的三个预测模式(水平DC和AC(模式2)、垂直DC和AC(模式1)和仅DC(模式0))中，编码器的模式选择器通常使用最小绝对差和(SAD)准则来确定最佳模式。参考图2，可更佳地理解如ITU H.263标准的附录I中所描述的帧内预测模式选择过程。如本文所使用，DC模式是指使用视频块的DC系数的模式，所述DC系数表示视频块的平均值，而AC模式使用AC系数，所述AC系数是视频块的剩余(非DC)系数。
参看图2，C[i，j]表示在预测前当前块的离散余弦变换(DCT)系数，C′[0，0]表示使用模式0的当前块的所预测的DC分量，A′[i，0](i＝0、1……7)表示使用模式1的当前块的所预测的顶行，且B′[0，j](j＝0、1……7)表示使用模式2的当前块的所预测的左列。
SAD0、SAD1、SAD2表示分别用于模式0、1和2的绝对差和(SAD)量度。如下计算一个8×8发光度(luma)或色度(chroma)块的SAD：
SAD 0 8 × 8 = abs ( C [ 0,0 ] - C ′ [ 0,0 ] ) + 32 Σ i = 1 7 abs ( C [ i , 0 ] ) + 32 Σ j = 1 7 abs ( C [ 0 , j ] )
Figure A20068000650800092
SAD 2 8 × 8 = 32 Σ i = 1 7 abs ( C [ i , 0 ] ) + 32 Σ j = 0 7 abs ( C [ 0 , j ] - B ′ [ 0 , j ] )
接着，给定块的SAD是六个块(四个luma和两个chroma)的SAD8x8的和。最佳模式是导致最小SAD的模式。
与用于ITU H.263标准的建议标准文献相一致的上述算法需要当前块的DCT系数、块C[i，j]。换句话说，在DCT域而不是空间域中，根据用于ITU H.263标准的建议标准文献来执行包含模式选择过程的帧内预测过程。在那种情况下，必须在对空间域中的像素进行DCT变换之后，但在对DCT系数执行量化之前实施帧内预测模式选择。然而，在根据用其它标准(例如，ITU H.264标准)进行的帧内预测来执行模式选择时，通常不产生DCT系数。因此，与用于ITU H.263标准中的帧内预测的所提议的标准文献相一致的使用当前块与预测器块的DCT系数之间的SAD进行的模式选择决策对于针对例如ITUH.264标准的标准而设计的模式选择引擎来说是不可行的。对于MPEG-4，通常在DCT域中，但以比ITU H.263简单得多的方式执行帧内预测和用于帧内预测的模式选择。
本发明涵盖用于ITU H.263模式选择的至少两个不同的替代物。在某些情况下，ITUH.263模式选择可能不依赖于当前块的DCT系数。因此，本发明可允许普通的模式选择引擎来执行模式选择，而不管当前是否支持ITU H.263标准或另一标准。
在MPEG-4中，通常通过相邻块的系数来确定当前块的帧内预测模式，其并不取决于当前块的任何系数。在MPEG-4中，确定用于每一8×8块的模式。与MPEG-4相反，ITU H.263标准的所提议的模式选择方案仅需要确定用于16乘16“宏块”的左上子块的模式，其用于整个宏块。
参看图3，且使用F_X[i][j]来表示块X的系数，其中块X是正被处理的当前宏块的左上块，根据以下伪码(被称作“算法1”)可概括根据MPEG-4的帧内预测模式选择过程：
If(块A、B或C中任一者在当前视频段的外部)
使用模式0；
else if|F_A[0][0]-F_B[0][0]|＜|F_B[0][0]-F_C[0][0]|)
从块C进行预测(模式1)；
else
从块A进行预测(模式2)；
end
具体来说，算法1说明对于遵循MPEG-4的编码器可如何执行模式选择。简要来说，当相邻块处于当前视频段的外部时，使用模式0。如果块B与块A之间的平均DC差小于块B与块C之间的平均差，那么使用垂直预测。如果块B与块C之间的平均差小于块B与块A之间的平均差，那么使用水平预测。
另外，算法1可如下略经修改，以达成更佳的性能。以下被称作“算法2”：
If(块A、B或C中任一者在当前视频段的外部)
使用模式0；
else if|F_A[0][0]-FJB[0][0]|＜|F_B[0][O]-F_C[0][0]|&&|F_A[0][0]-F_B[0][0]|/F_A[0][0]＜.03)
从块C进行预测(模式1)；
else if|F_B[0][0]-F_C[0][0]|/F_C[0][0]＜.03)
从块A进行预测(模式2)；
else
使用模式0；
end
与算法1相比，算法2提出额外的条件，即两个相邻块之间的平均DC差必须小于阈值，以便执行水平或垂直预测，而不是DC预测。换句话说，在算法2中，当相邻块处于当前视频段的外部时，或当两个相邻块之间的平均DC差不小于阈值时，使用模式0。相对于用于例如ITU H.263标准的其它标准的模式选择过程，MPEG-4中的帧内预测模式选择过程具有较低复杂性的优点。
在ITU H.264推荐标准文献中，帧内预测是基于像素，而不是DCT系数，这不同于ITU H.263标准推荐。然而，如下文更详细地描述，可根据ITU H.264标准文献确定最佳的16×16luma模式，作为ITU H.263帧内预测的模式，而不会有压缩的显著损耗或峰值信噪比(PSNR)的显著降级。假设建议对DCT系数而不是对空间域中的像素执行ITUH.263帧内预测的话，这个结果是令人惊讶的。
根据ITU H.264推荐标准文献，存在用于宏块的luma分量的四个16×16luma模式：DC、垂直、水平和平面。垂直、水平和平面模式使用视频块的AC系数。前三个模式(DC、垂直和水平)可用于对应于用于帧内预测的ITU H.263标准的模式。在某些情况下，也仅前三个模式用于ITU H.264模式选择，因为平面模式的计算更加复杂，尤其对于功率消耗存在问题且处理功率受到限制的手持式装置更是如此。
再次参看图1，编码装置10包含模式选择引擎18，其执行用于帧内预测编码的模式选择，而不管编码装置经编程以遵循第一编码标准还是第二编码标准。当编码装置10经编程以遵循第一编码标准时，第一编码器14根据遵循第一编码标准的选定模式而执行帧内预测编码。当编码装置经编程以遵循第二编码标准时，第二编码器16根据遵循第二编码标准的选定模式而执行帧内预测编码。举例来说，编码装置10可包括可经编程以遵循第一编码标准或第二编码标准的手持机。因此，厂商可编程编码装置10以遵循第一或第二标准，从而向厂商提供更大的灵活性。另外，因为第一编码器14和第二编码器16使用共同的模式选择引擎18，所以相对于具有模式选择硬件以加速模式选择过程的常规的双标准编码装置来说，编码装置10可被简化。编码装置10的其它实例包含数字电视、数字直播系统、无线通信装置、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、台式计算机、数码相机、数字记录装置、手机或卫星无线电话和类似装置。
在某些实施例中，模式选择引擎18可形成第一编码器14的一部分。在那种情况下，当编码装置10经编程以遵循第二编码标准时，第二编码器16实施来自第一编码器14的模式选择引擎18。换句话说，尽管被说明为单独的组件，但模式选择引擎18可形成编码器中的一者的硬件组件，且编码器中的另一者也可使用所述模式选择硬件。各种各样的其它组件还可包含在编码装置10中，但出于简明起见不再具体说明。还可包含额外的编码器。然而，不管编码器的数目为多少，两个或两个以上编码器可共用模式选择引擎，如本文所述。
图4是支持遵循MPEG-4的编码和遵循ITU H.263的编码的视频编码装置40的更详细的方框图。如图4中所展示，视频编码装置40包含存储器42，其起初存储未经压缩的图像或未经压缩的视频帧。在整个编码过程中，存储器42还可用于存储被编码和压缩的视频数据。
视频装置40包含MPEG-4编码器44和ITU H.263编码器46。MPEG-4编码器44对遵循MPEG-4视频编码标准的视频序列进行编码，且同样，ITU H.263编码器46对遵循ITU H.263视频编码标准的视频序列进行编码。这些标准中的每一者均利用帧内预测编码和帧内编码两者。因此，MPEG-4编码器44包含帧内预测编码器47和帧间编码器41，且ITU H.263编码器46包含帧内预测编码器45和帧间编码器43。这些组件中的每一者一般遵循与编码器44和46相关联的各自的编码标准。
如上文所概述，在帧内预测编码期间实施的一个过程是帧内预测模式选择。具体来说，预期帧内预测模式选择用于MPEG-4编码和ITU H.263编码两者，但这些不同标准的推荐标准文献指定不同的方式来执行模式选择。所建议的MPEG-4帧内预测模式选择远没有所建议的ITU H.263帧内预测模式选择复杂。
MPEG-4编码器44包含模式选择引擎48。模式选择引擎48包括经设计以加速模式选择过程的硬件。另外，模式选择引擎48基本上遵循MPEG-4标准的建议标准文献来执行模式选择。模式选择引擎48在DCT域中，但相对于ITU H.263建议文献以简化的方式来执行模式选择，例如不需要来自正被编码的当前块的DCT系数。
ITU H.263编码器46不包含其自身的模式选择引擎。作为替代，对于模式选择来说，ITU H.263编码器46实施MPEG-4编码器44的模式选择引擎48。然而，本发明认识到，根据MPEG-4模式选择的用于ITU H.263的模式选择提供对于ITU H.263模式选择可接受的结果。
编码装置40可例如从厂商接收从多个编码标准中指定编码标准的编程指令。举例来说，厂商可指定MPEG-4编码或ITU H.263编码。在任一情况下，遵循选定的编码标准来执行帧内预测编码。然而，如上文概述，可如同所建议的MPEG-4文献所描述而执行模式选择，而不管厂商是指定MPEG-4编码还是ITU H.263编码。
图5是支持遵循ITU H.264的编码和遵循ITU H.263的编码的视频编码装置50的更详细的方框图。如图5中所示，视频编码装置50包含起初存储未经压缩的图像或未经压缩的视频帧的存储器52。在整个编码过程中，存储器52还可用于存储被编码和压缩的视频数据。与图5的实施例相一致，根据本发明的方法可包括：在空间域中执行模式选择以用于编码装置中的帧内预测编码，其中所述编码装置经编程以遵循具有指定在离散余弦变换(DCT)域中进行帧内预测的建议标准文献的编码标准。
视频装置50包含ITU H.264编码器54和ITU H.263编码器56。ITU H.264编码器54对遵循ITU H.264视频编码标准的视频序列进行编码，且同样，ITU H.263编码器56对遵循ITU H.263视频编码标准的视频序列进行编码。这些标准中的每一者均利用帧内预测编码和帧内编码两者。因此，ITU H.264编码器54包含帧内预测编码器57和帧间编码器51，且ITU H.263编码器56包含帧内预测编码器55和帧间编码器53。这些组件中的每一者一般遵循与编码器54和56相关联的各自的编码标准。
ITU H.264推荐标准文献指定应对空间域中的像素执行帧内预测。同样，相比而言，对离散余弦变换(DCT)域中的系数执行所建议的ITU H.263帧内预测。根据ITU H.264推荐标准文献，存在用于宏块的luma分量的四个16×16luma模式：DC、垂直、水平和平面。前三个模式(DC、垂直和水平)可用于对应于用于帧内预测的ITU H.263标准的模式。
ITU H.264编码器54包含模式选择引擎58。模式选择引擎58包括经设计以加速模式选择过程的硬件。另外，模式选择引擎58基本上遵循用于ITU H.264标准的建议标准文献来执行模式选择。在某些情况下，仅前三个模式用于ITU H.264模式选择，因为平面模式的处理更加复杂。避免使用平面模式来用于ITU H.264模式选择可有助于简化视频编码装置50的硬件，减少功率消耗，和延长电池寿命。在任一情况下，模式选择引擎58均在空间域中，即基于空间域中的像素值来执行模式选择。
ITU H.263编码器56不包含其自身的模式选择引擎。作为替代，对于模式选择来说，ITU H.263编码器56实施ITU H.264编码器54的模式选择引擎58。同样，这是难以想象的，因为ITU H.263标准的推荐标准文献指定将在DCT域中(即，基于DCT系数)执行帧内预测。然而，本发明认识到，空间域中的用于ITU H.263的模式选择提供可接受的结果。
根据ITU H.264推荐标准文献，存在用于宏块的luma分量的四个16×16luma模式：DC、垂直、水平和平面。可由模式选择引擎58确定前三个模式(DC、垂直和水平)，且其可由ITU H.263编码器56使用，来对应于用于帧内预测的ITU H.263标准的模式。另外，在某些情况下，仅前三个模式由ITU H.264编码器54使用以用于ITU H.264模式选择，因为平面模式的计算更加复杂，尤其对于功率消耗和处理功率受到较多限制的手持式装置更是如此。在某些实施例中，可由模式选择引擎58计算平面模式以供编码器54使用，但如果装置50经编程以支持ITU H.263编码，那么模式选择引擎58可避免与平面模式相关联的所述计算。
图6是支持根据两个或两个以上编码标准的视频编码的视频编码装置60的方框图。视频编码装置60非常类似于图1的视频编码装置10，但包含若干额外的组件。编码设备70可包括连同视频捕获装置61、显示器63、视频存储器65和传输器67一起封装在装置60中的芯片组。传输器67可为无线传输器。这些各种组件可经由通信总线69而以通信方式耦合。还可包含其它组件。
编码设备60包含本地高速存储器62，其加载有来自芯片外视频存储器65的视频序列。视频序列如本文所述经编码。装置60支持多个编码标准，且厂商可选择使用编码标准。
编码设备70包含模式选择引擎68，其执行用于帧内预测编码的模式选择，而不管编码设备70经编程以遵循第一编码标准还是第二编码标准。模式选择引擎68可包括经实施以加速模式选择过程的硬件。设备70还包含第一帧内预测编码器64和第二第一帧内预测编码器66，当设备70经编程以遵循第一编码标准时，第一帧内预测编码器64根据遵循第一编码标准的选定模式而执行帧内预测编码，当编码装置经编程以遵循第二编码标准时，第二第一帧内预测编码器66根据遵循第二编码标准的选定模式而执行帧内预测编码。编码器64和66每一者可包括硬件、软件和固件的任何组合。还可通过一个或一个以上数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、FPGA、通用处理器或其任何组合来实施编码器64、66。
视频捕获装置61可包括视频摄像机以捕获视频序列并将所捕获的序列存储在视频存储器65中。具体来说，视频捕获装置61可包含电荷耦合装置(CCD)、电荷注入装置、光电二极管阵列、互补型金属氧化物半导体(CMOS)装置，或能捕获视频图像或数字视频序列的任何其它感光装置。显示器63可显示经解码的视频序列，且传输器67可传输经编码的视频序列。在某些情况下，视频捕获装置捕获视频序列，所述视频序列是根据选定的标准而编码且接着由传输器67实时进行传输。模式选择引擎68通过在帧内预测编码期间加速模式选择过程可改进此实时编码。
视频存储器65通常包括相对大的存储器空间。视频存储器65(例如)可包括动态随机存取存储器(DRAM)或FLASH存储器。在其它实例中，视频存储器65可包括非易失性存储器或任何其它数据存储装置。相比而言，本地存储器62可包括相对于视频存储器65来说较小和较快的存储器空间。举例来说，本地存储器62可包括同步随机存取存储器(SRAM)。本地存储器62还可包括与设备70的其它组件集成的“芯片上”存储器，以在处理器密集型编码过程期间提供对数据的非常快的存取。
图7是说明与本发明的教示相一致的过程的流程图。将参考图1的编码装置10来描述图7。如图7中所示，装置10使用基本上遵循第一编码标准(标准1)的模式选择引擎18来执行模式选择(71)。如果装置10经编程以根据第一标准(72的分支，标准1)进行编码，那么装置遵循标准1来编码帧(73)。如果装置10经编程以根据第二标准(72的分支，标准2)进行编码，那么装置遵循标准2来编码帧(74)。如上文所概述，模式选择引擎18可共用于两个标准，即使模式选择引擎18在与用于所述标准中一者的帧内预测域不同的域中执行所述模式选择。下表1-4和图8-11的图表提供证实本文所描述的模式选择技术达成非常良好的结果的实验性结果。
下表1-4分别对应于图8-11的图表。根据本发明，在ITU H.263编码期间测试四个视频序列。所述序列被命名为Foreman、Mother、Coast-guard以及Claire，以便区分不同的序列。每一序列由300个帧组成。使用基本上与用于H.263、MPEG-4和ITU H.264的推荐标准文献相一致的各种模式决策方案并遵循ITU H.263标准对每一序列进行帧内预测编码。帧内周期是5个帧。由于使用MPEG-4方案或ITU H.264方案而不是最小SAD方法，所以峰值信噪比(PSNR)以及速率得以增加，如表1-4中所列。每一序列各自的速率-失真曲线绘于图8-11中。
在表和图式中，“H.263”是指当使用最小SAD模式选择时的ITU H.263编码，如ITUH.263标准文献的附录I中所概述。“MPEG-4”是指当使用相对于MPEG-4推荐标准文献来说略经修改的模式选择技术(与算法2(上文所述)相一致)时的ITU H.263编码。“H.264”是指当ITU H.264推荐标准文献的前三个模式(不包含平面模式)用于ITU H.263编码中的模式选择时的编码。MPEG-4和H.264的“速率增加”识别相对于用H.263模式选择进行的编码的速率增加。
表1
Foreman
H.263 MPEG-4 H.264
QP PSNR(dB) 速率(Kbps) PSNR(dB) 速率(Kbps) 速率增加(％) PSNR(dB) 速率(Kbps) 速率增加(％)
14 30.65 102.4 30.63 104.8 2.34 30.65 102.1 -0.31
16 30.01 88.4 29.99 90.9 2.85 30.00 88.1 -0.30
18 29.45 77.8 29.44 80.2 3.02 29.45 77.6 -0.25
21 28.72 65.6 28.71 68.1 3.70 28.73 65.6 -0.08
24 28.17 57.7 28.15 59.8 3.67 28.17 57.5 -0.25
27 27.65 51.3 27.63 53.1 3.54 27.65 51.3 0.02
表2
Mother
H.263 MPEG-4 H.264
QP PSNR(dB) 速率(Kbps) PSNR(dB) 速率(Kbps) 速率增加(％) PSNR(dB) 速率(Kbps) 速率增加(％)
14 32.24 52.0 32.24 54.8 5.57 32.24 52.5 1.00
16 31.62 44.7 31.61 47.1 5.54 31.61 45.1 0.95
18 31.10 39.1 31.11 41.5 6.20 31.11 39.8 1.92
21 30.41 33.1 30.39 35.2 6.31 30.40 33.7 1.82
24 29.87 29.4 29.87 30.9 5.32 29.89 30.0 2.03
27 29.40 26.6 29.37 27.5 3.52 29.39 26.9 1.34
表3
Coastguard
H.263 MPEG4 H.264
QP PSNR(dB) 速率(Kbps) PSNR(dB) 速率(Kbps) 速率增加(％) PSNR(dB) 速率(Kbps) 速率增加(％)
14 29.69 105.6 29.67 111.2 5.28 29.68 106.6 0.95
16 29.06 88.4 29.04 93.8 6.09 29.04 89.6 1.33
18 28.54 75.7 28.52 80.8 6.72 28.52 76.6 1.17
21 27.83 61.8 27.81 66.6 7.73 27.82 62.7 1.43
24 27.28 52.4 27.26 56.7 8.17 27.27 53.1 1.29
27 26.77 45.1 26.76 49.4 9.50 26.76 45.8 1.48
表4
Claire
H.263 MPEG-4 H.264
QP PSNR(dB) 速率(Kbps) PSNR(dB) 速率(Kbps) 速率增加(％) PSNR(dB) 速率(Kbps) 速率增加(％)
14 35.24 36.6 35.22 40.4 10.37 35.22 37.9 3.55
16 34.50 32.6 34.46 35.8 9.96 34.50 33.7 3.58
18 33.88 29.6 33.88 32.7 10.35 33.91 30.6 3.55
21 32.87 26.2 32.91 28.9 10.31 32.92 27.2 3.80
24 32.45 23.9 32.42 26.2 9.45 32.42 24.9 4.03
27 31.74 21.8 31.71 24.1 10.86 31.74 22.8 4.61
可观察到，通过不使用建议用于ITU H.263编码的基于最小SAD的技术，所引起的位速率成本略高。在ITU H.263编码期间使用如算法2(上文所述)中所描述的略经修改的MPEG-4模式选择方案，导致小于11％的位速率增加(与最小SAD方法相比)，以达成大约相同的PSNR。当如上述使用ITU H.264选择方案时，性能更佳，且非常接近使用由ITU H.263建议文献预期的最小SAD方法可达成的性能。当使用ITU H.264选择方案时，位速率增加低于5％。应注意，当使用H.264模式选择技术时，速率在某些情况下实际上是降低的。
简而言之，研究了经研究用于ITU H.263帧内预测模式选择的两个不同替代方案。ITU H.264模式选择可用于ITU H.263帧内预测，但与用于ITU H.263帧内预测的建议文献相比，ITU H.264模式选择是在空间域中执行的。MPEG-4模式选择也可用于ITU H.263帧内预测，但远没有用于ITU H.263的建议文献复杂。如果功率消耗不是主要问题，那么ITU H.264模式选择引擎的模式选择决策充当需要DCT系数的最小SAD方法的良好替代物。性能差距非常之小。如果需要更低的复杂性，那么由算法2(上文所述)略经修改的MPEG-4模式选择引擎的模式选择决策是替代物，其具有适度降低的性能。
已描述许多不同实施例。这些和其它实施例处于所附权利要求书的范畴内。

Claims (31)

1.一种编码装置，其包括：
模式选择引擎，其执行用于帧内预测编码的模式选择，而不管所述编码装置经编程以遵循第一编码标准还是第二编码标准；
第一编码器，当所述编码装置经编程以遵循所述第一编码标准时，所述第一编码器根据遵循所述第一编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码；以及
第二编码器，当所述编码装置经编程以遵循所述第二编码标准时，所述第二编码器根据遵循所述第二编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码。
2.根据权利要求1所述的编码装置，其中所述编码装置可经编程以遵循所述第一编码标准或所述第二编码标准。
3.根据权利要求1所述的编码装置，其中所述第一编码器和所述第二编码器包括对视频序列进行编码的视频编码器。
4.根据权利要求1所述的编码装置，其中所述模式选择引擎形成所述第一编码器的一部分，且当所述编码装置经编程以遵循所述第二编码标准时，所述第二编码器实施来自所述第一编码器的所述模式选择引擎。
5.根据权利要求1所述的编码器，其中所述第一编码标准包括国际电信联盟(ITU)H.264标准，且所述第二编码标准包括ITU H.263标准。
6.根据权利要求5所述的编码器，其中所述模式选择引擎在空间域中执行模式选择。
7.根据权利要求1所述的编码器，其中所述第一编码标准包括运动图片专家组(MPEG)-4标准，且所述第二编码标准包括ITU H.263标准。
8.根据权利要求7所述的编码器，其中所述模式选择引擎在DCT域中，但以与ITUH.263标准所建议的模式选择不同的方式执行模式选择。
9.根据权利要求1所述的编码器，其中用于所述第一编码标准的建议标准文献指定在第一域中进行帧内预测，且用于所述第二编码标准的建议标准文献指定在第二域中进行帧内预测，其中所述模式选择引擎在所述第一域中执行模式选择，而不管所述编码装置经编程以遵循所述第一编码标准还是所述第二编码标准。
10.根据权利要求1所述的编码器，其中用于所述第一编码标准的建议标准文献指定在空间域中进行帧内预测，且用于所述第二编码标准的建议标准文献指定在离散余弦变换(DCT)域中进行帧内预测。
11.根据权利要求10所述的编码器，其中所述模式选择引擎在所述空间域中执行模式选择，而不管所述编码装置经编程以遵循所述第一编码标准还是所述第二编码标准。
12.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括传输器，以传输由所述第一和第二编码器中的一者编码的视频帧。
13.根据权利要求12所述的装置，其进一步包括视频捕获装置以实时捕获视频帧，所述第一和第二编码器经配置以实时编码所述视频帧，且所述传输器经配置以实时传输所述经编码的视频帧。
14.一种方法，其包括：在空间域中执行模式选择以用于编码装置中的帧内预测编码，其中所述编码装置经编程以遵循具有指定在离散余弦变换(DCT)域中进行帧内预测的建议标准文献的编码标准。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：接收从多个编码标准中指定所述编码标准的编程指令。
16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：基于遵循所述编码标准的选定模式执行帧内预测编码。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：遵循所述编码标准而执行帧内编码。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述编码标准包括国际电信联盟(ITU)H.263标准。
19.一种方法，其包括：
使用遵循第一编码标准的模式选择引擎来执行用于帧内预测编码的模式选择，而不管编码装置经编程以遵循所述第一编码标准还是第二编码标准；
当所述编码装置经编程以遵循所述第一编码标准时，根据遵循所述第一编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码；以及
当所述编码装置经编程以遵循所述第二编码标准时，根据遵循所述第二编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一编码标准包括国际电信联盟(ITU)H.264标准，且所述第二编码标准包括ITU H.263标准。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一编码标准包括运动图片专家组(MPEG)-4标准，且所述第二编码标准包括ITU H.263标准。
22.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括在空间域中执行模式选择。
23.根据权利要求19所述的方法，其中用于所述第一编码标准的建议标准文献指定在第一域中进行帧内预测，且用于所述第二编码标准的建议标准文献指定在第二域中进行帧内预测，所述方法进一步包括在所述第一域中执行模式选择，而不管所述编码装置经编程以遵循所述第一编码标准还是所述第二编码标准。
24.根据权利要求23所述的方法，其中用于所述第一编码标准的建议标准文献指定在空间域中进行帧内预测，且用于所述第二编码标准的建议标准文献指定在离散余弦变换(DCT)域中进行帧内预测。
25.一种设备，其包括：
模式选择引擎，其执行用于帧内预测编码的模式选择，而不管所述编码设备经编程以遵循第一编码标准还是第二编码标准；
执行装置，其用于当所述编码设备经编程以遵循所述第一编码标准时根据遵循所述第一编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码；以及
执行装置，其用于当所述编码设备经编程以遵循所述第二编码标准时根据遵循所述第二编码标准的选定模式而执行所述帧内预测编码。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述设备包括芯片组，所述芯片组可经编程以遵循所述第一编码标准或所述第二编码标准。
27.根据权利要求25所述的设备，其中所述模式选择引擎形成第一编码器的一部分，且当所述编码设备经编程以遵循所述第二编码标准时，第二编码器实施来自所述第一编码器的所述模式选择引擎。
28.根据权利要求25所述的设备，其中所述模式选择引擎包括硬件。
29.根据权利要求28所述的设备，其中：
所述用于根据遵循所述第一编码标准的所述选定模式执行所述帧内预测编码的装置包括包含所述模式选择引擎的硬件和软件的组合；以及
所述用于根据遵循所述第二编码标准的所述选定模式执行所述帧内预测编码的装置包括包含所述模式选择引擎的硬件和软件的另一组合。
30.根据权利要求25所述的设备，其中用于所述第一编码标准的建议标准文献指定在第一域中进行帧内预测，且用于所述第二编码标准的建议标准文献指定在第二域中进行帧内预测，其中所述模式选择引擎在所述第一域中执行模式选择，而不管所述编码设备经编程以遵循所述第一编码标准还是所述第二编码标准。
31.根据权利要求30所述的设备，其中用于所述第一编码标准的建议标准文献指定在空间域中进行帧内预测，且用于所述第二编码标准的建议标准文献指定在离散余弦变换(DCT)域中进行帧内预测。
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