CN101223783A - 对视频信号进行编码和解码的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种对视频信号进行编码的方法。该方法包括通过对视频信号进行编码来创建第一层的比特流，和通过基于第一层对视频信号进行编码来创建第二层的比特流。当对第一层内与图像差异相应的残差数据进行升采样并将其用于第二层的编码时，针对基于运动补偿预测的各个块来对残差数据进行升采样。

Description

对视频信号进行编码和解码的方法
技术领域
本发明涉及一种对视频信号进行编码和解码的方法。
背景技术
可缩放视频编解码(SVC)方案是一种以最高图像质量对视频信号进行编码并且即使解码和使用由编码产生的画面序列(从整个画面序列中断续选择的帧序列)的仅仅一部分也能够以一定程度的图像质量呈现图像的视频信号编码方案。
使用可缩放方法编码的画面序列使得图像能够以一定程度的图像质量呈现出来，即使仅仅接收和处理了它的部分序列。在比特率较低的情况下，图像质量会显著下降。为克服这个问题，可以针对较低的比特率提供单独的辅助画面序列，例如，小屏幕和/或具有低帧速率的画面序列。
辅助画面序列称为基本层，而主画面序列称为增强层或加强层。基本层和其增强层是来自于对相同的源视频信号的编码。在这两层的视频信号中存在冗余。因而，在提供了基本层的情况下，可以采用使用基本层与图像数据相应的运动信息和/或纹理信息预测增强层的视频信号并基于预测结果进行编码的层间预测方法，以便增加编码效率。
使用基本层的纹理信息的预测方法包括帧内基本预测模式(intra baseprediction mode)和残差预测模式(residual prediction mode)。
帧内基本预测模式(简称为帧内基本模式)是基于与增强层的宏块(位于时间上与包括宏块的帧重合的基本层的帧内并且具有在以增强层和基本层的屏幕尺寸的比值放大时覆盖该宏块的区域的块)相对应并且已经以帧内模式进行过编码的基本层的块来预测和编码增强层宏块的方法。在此情况下，将基本层的相应块解码成具有图像数据，之后通过升采样以增强层和基本层的屏幕尺寸的比值加以放大和使用。
残差预测模式与帧内基本模式相似，只是残差预测模式使用的是与图像差值相对应的、基本层中具有残差数据的相应块，而不是基本层中编码成具有图像数据的相应块。基于已经以帧间模式编码并具有残差数据的基本层的相应块，为已经以帧间模式编码并具有残差数据的增强层的宏块创建预测数据。此时，与帧内基本模式一样，通过升采样放大和使用具有残差数据的基本层的相应块。
图1图解说明使用基本层的残差数据对已经以帧间模式编码并且具有残差数据的增强层图像块进行解码的实施方式。
将表明增强层的图像块已经以残差预测模式进行了编码的残差预测标记设置为‘1’，并将基本层的相应残差数据加到增强层的残差数据上。
在基本层和增强层的空间分辨率彼此不一致的情况下，首先对基本层的残差数据进行升采样。与帧内基本模式下的升采样不同，针对残差数据的升采样(下文简称为残差升采样)是以下列方式执行的，其中升采样是在解码成图像数据之后进行的。
1.在增强层分辨率是基本层分辨率的二倍的情况下(在二n方(dyadic)的情况下)，使用双线性内插。
2.在非二n方的情况下，使用6抽头内插滤波器。
3.升采样是仅使用同一变换块内的像素进行的。不允许超过变换块边界的升采样滤波。
图2图解说明在二n方的情况下4×4残差块的升采样的例子。
对残差升采样使用简单的双线性内插，但是双线性内插并不应用于变换块的边界，以便避免使用另一变换块内的像素。因此，如图2所示，仅使用相应块的像素对存在于变换块边界处的像素进行升采样。而且，取决于像素相对于边界的位置，对变换块边界上的像素执行不同的操作。
由于可以对不同的块尺寸执行变换操作，因此确定变换块的边界时必须考虑基本层变换块大小(例如，4×4，8×8，或……)。
升采样处理基本相同，除了在基本层和增强层分辨率的比值不是二n方的情况下要使用6抽头内插滤波器之外。不使用另一变换块内的像素来进行残差升采样。
另外，对具有亮度和色度分量的信号应用相同的升采样。
图3图解说明使用基本层的解码图像数据解码以帧内基本模式编码的增强层的图像块的实施方式。
在帧内基本模式下的升采样中，不考虑变换块的边界，并且对亮度和色度信号都应用6抽头内插滤波器。
发明内容
因此，本发明关注现有技术中存在的问题，本发明目的是提供一种在层间预测中简单且有效地对基本层进行升采样的方法。
为实现上述目标，本发明提供一种对视频信号进行编码的方法，包括通过对视频信号进行编码来创建第一层的比特流；和通过基于第一层对视频信号进行编码来创建第二层的比特流；其中，当对第一层内与图像差异相对应的残差数据进行升采样并且将其用于第二层的编码时，基于按照运动补偿预测的块来对残差数据进行升采样。
此外，本发明提供一种对编码的视频比特流进行解码的方法，包括对第一层的比特流进行解码；和基于第一层对第二层的比特流进行解码；其中，当对第一层内与图像差异相应的残差数据进行升采样并将其用于第二层的解码时，基于按照运动补偿预测的块对残差数据进行升采样。
在一种实施方式中，当第一层与第二层的分辨率的比值为二时，使用双线性内插滤波器对残差数据进行升采样。相反，当第一层与第二层的分辨率的比值不为二时，使用6抽头内插滤波器对残差数据进行升采样。
此外，本发明提供一种对视频信号进行编码的方法，包括通过对视频信号进行编码来创建第一层的比特流；和通过基于第一层对视频信号进行编码来创建第二层的比特流；其中，当对第一层进行升采样并且将其用于第二层的编码时，对亮度数据和色度数据分别应用不同的升采样方法。
此外，本发明提供一种对编码视频比特流进行解码的方法，包括对第一层的比特流进行解码；和基于第一层对第二层的比特流进行解码；其中，当对第一层进行升采样并将其用于第二层的解码时，对亮度数据和色度数据分别应用不同的升采样方法。。
在一种实施方式中，使用6抽头内插滤波器对亮度数据进行升采样，而对色度数据使用双线性内插滤波器进行升采样。在这种情况下，可以对色度数据的升采样应用权重，这些权重是基于第一层和第二层的色度数据采样点之间的相对位置和相移来确定的。
在一种实施方式中，当对应于第一层和第二层的分辨率彼此的比值对第一层内与图像差异相应的残差数据以两倍进行升采样时，使用同样的方程式计算要插入在四个特定色度数据采样点之间的采样点。在这种情况下，可以将所要插入的的各个采样点作为属于这四个采样点并位于对角线方向上的两个相应像素的平均值来计算。
附图说明
结合附图，从下文的详细介绍中，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会得到更加清晰的理解，其中：
图1是图解说明使用基本层的残差数据对已经以帧间模式进行了编码并且具有残差数据的增强层进行解码的实施例的示意图；
图2是图解说明在二n方的情况下对4×4残留块进行升采样的例子的示意图；
图3是图解说明使用基本层的解码图像数据对已经以帧内基本模式进行了编码的增强层进行解码的实施例的示意图；
图4是图解说明宏块、变换块和分割的各种不同例子的示意图；
图5是图解说明按照本发明的第二实施例，使用不同的方法对具有残差数据的基本层的亮度和色度信号进行升采样以及使用升采样的结果对已经以帧间模式进行了编码并具有残差数据的增强层进行解码的过程的示意图；
图6是图解说明按照本发明的第二实施例，使用不同的方法对具有解码图像数据的基本层的亮度和色度信号进行升采样并且使用升采样的结果对已经以帧内基本模式进行了编码的增强层进行解码的过程的示意图；和
图7是图解说明本发明的第二实施例中各个像素的相对位置的示意图，其中具有残差数据的色度信号是按照二倍来进行升采样的。
本发明的实施方式
现在应当对附图进行参看，其中在所有附图中使用相同的附图标记来表示同样或相似的组成部分。
图4图解说明宏块、变换块和分割的各种不同的例子。
宏块的大小一般为16×16像素。对4×4块或8×8块进行变换，比如DCT，并且选择编码效率较高的一个。在这种情况下，术语分割、宏块类型、或模式指的是具有包括参考块的参考帧(参考索引)和/或表示到参考块的位移的运动向量(参考索引和运动向量称为运动信息)彼此一致的子块合并而成的各种不同形状之一的块，或者在使用运动补偿预测方法对宏块进行编码时，多条运动信息彼此一致的块组合而成的宏块的分割。
例如，在AVC标准中，确定了定义运动信息(例如模式或分割、参考索引和运动向量)的最小单元。运动向量是基于具有4×4的最小尺寸的子块定义的，参考索引是基于具有8×8的最小尺寸的子宏块定义的。而且，运动向量和参考索引可以是各自基于具有16×16的最大尺寸的宏块定义的。当具有相同运动向量的4×4子块彼此合并时，可以为4×8、8×4、8×8、8×16、16×8或16×16单元定义运动向量。同样地，当具有相同参考索引的8×8子宏块彼此合并时，可以为8×16、16×8或16×16单元定义参考索引。
在MB0中，变换块的尺寸是4×4，并且分割是由一个8×8块、一个8×8块、两个8×4块和两个4×8块组成的。在MB1中，变换块的尺寸是8×8，分割由16×8的模式(就是说，两个16×8块)组成。在MB2中，变换块的尺寸是8×8，并且分割由8×16模式(就是说，两个8×16块)组成。在MB3中，变换块的尺寸是4×4，并且分割由16×16模式(就是说，一个16×16块)组成。
在残差升采样中，如图2中所示的存在于所要考虑的块的边界上的像素和存在于块内部的像素会通过不同的操作引出新的像素。
对于不存在于所要考虑的块的边界上的像素，可以统一地使用双线性内插滤波器或6抽头内插滤波器。取决于像素相对于边界的位置，对存在于块边界上的像素执行不同的操作。就是说，通过减少进行单独操作的像素的数量，也就是存在于边界上的像素的数量，和增加可以统一处理的像素的数量，能够简化残差升采样。
因而，在本发明的第一实施例中，当执行残差升采样时，仅针对经运动补偿的预测分割考虑边界，而不考虑变换块的边界。
也就是说，只要变换块的边界不是经运动补偿的预测分割的边界，对上采样的滤波可应用于变换块的边界之外。在这种情况下，基本层的边界(不是增强层的边界)被作为变换块的边界和经运动补偿的预测分割的边界使用。
在MB0中，在将两个上部8×8预测块的边界、两个左下侧8×4预测块的边界和两个右下侧4×8预测块的边界视为块边界，而不是将4×4变换块的边界视为块边界的情况下，对存在于边界上的像素应用不同的操作来进行残差升采样。
在MB1中，两个16×8预测块的边界，而不是8×8变换块的边界，是确定是否应用升采样滤波器的块边界。同样地，在MB2中，将两个8×16预测块的边界，而不是8×8变换块的边界，看作块的边界。而且，在MB3中，将16×16宏块的边界，而不是4×4变换块的边界，看作块的边界。
一般来说，视频信号是按照与色度信息Cb和Cr相关的分量和与亮度信息Y相关的分量彼此分开地处理的。亮度信号与色度信号的采样比率一般为4∶2∶0。色度信号的采样点位于亮度信号的采样点之间。即，对于视频信号来说，色度信号的采样点数量小于亮度信号的采样点数量。其原因在于，人眼的视觉神经对亮度信号相比于色度信号更敏感。
由此，在本发明的第二实施例中，对亮度信号和色度信号应用不同的升采样滤波器。应用于色度信号的升采样滤波器比应用于亮度信号的要简单。
图5图解说明按照本发明的第二实施例使用不同的方法对具有残差数据的基本层的亮度和色度信号进行升采样并且使用升采样结果对已经以帧间模式进行了编码且具有残差数据的增强层进行解码的过程。
图6图解说明按照本发明的第二实施例使用不同的方法对具有已解码图像数据的基本层的亮度和色度信号进行升采样并且使用升采样结果对已经以帧内基本模式进行了编码的增强层进行解码的过程。
如图5和6所示，对亮度和色度信号应用了不同的滤波方法。图5和6中的升采样方法1是对亮度信号进行升采样的滤波方法，图5和6中的升采样方法2是对色度信号进行升采样的滤波方法。
在本发明第二实施例中，例如，可以使用6抽头内插滤波器作为用于对亮度信号进行升采样的滤波器，并且，例如，可以使用双线性内插滤波器作为用于对色度信号进行升采样的滤波器。
同时，残差数据由希望加以编码的图像块与具有类似于该图像块的图像数据的参考块之间的差值组成，从而使得数据的绝对值较小并且相邻像素之间值的变化较小。而且，如上所述，色度信号对人眼视神经的刺激小于亮度信号。
这意味着，可以对带有残差数据的色度信号的升采样应用比带有残差数据的亮度信号的升采样更简单的方法。而且，还意味着，可以对带有残差数据的色度信号的升采样(残差预测模式)应用比带有已解码图像数据的色度信号的升采样(帧内基本模式)更简单的方法。
由此，例如，在基本层和增强层的分辨率的比值是二n方的情况下，将边界(变换块的边界或经运动补偿的预测分割的边界)内的色度信号的残差升采样(图5中的残差升采样方法2)定义为h＝v＝d＝A+D+1＞＞1或h＝v＝d＝B+C+1＞＞1，能够减少升采样所必须的计算量。
在这种情况下，在图7中图解说明了A，B，C，D，h，v和d的相对位置。不使用不同的方程式计算将要插入在A，B，C和D色度信号的像素(采样点)之间的像素，而将各个像素作为位于对角线方向上的两个相应像素的平均值使用同一方程式简单地来计算。
相反地，在基本层和增强层的分辨率的比值不是二n方的情况下，可以使用双线性内插滤波器进行变换块的边界或经运动补偿的预测分割的边界内的色度信号的残差升采样，在这种情况下，考虑基本层和增强层的色度采样点(像素)之间的相对位置和/或相移来确定权重。
而且，在帧内基本模式的色度信号的升采样(图6中升采样方法2)中，使用比用于亮度信号的6抽头内插滤波器简单的双内插滤波器对基本层色度信号的像素进行升采样。在这种情况下，也可以考虑基本层和增强层色度采样点之间的相对位置和/或相移来确定权重。
同时，在以残差预测模式或帧内基本模式对增强层进行编码的情况下，以及在对以残差预测模式或帧内基本模式进行了编码的增强层进行解码的情况下，执行基本层的升采样。
因而，按照本发明的升采样方法可以应用于使用层间预测方法对视频信号进行编码和解码的编码和解码装置。
而且，可以将运用了按照本发明的升采样方法的解码装置安装在移动通信终端或记录媒体播放装置中。
因而，当在层间预测中对基本层升采样时，要进行特别处理的像素数量减少，因此通过应用更加简化的操作提高了升采样的效率并减少了计算量。
虽然为了说明的目的公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将会意识到，各种不同的修改、增加和替换都是可行的，不会超出所附权利要求中公开的本发明的范围和精神。

Claims (18)

1.一种对视频信号进行编码的方法，包括：
通过对所述视频信号进行编码来创建第一层的比特流；以及
通过基于所述第一层对所述视频信号进行编码来创建第二层的比特流；
其中，当对所述第一层内与图像差异相对应的残差数据进行升采样并且将其用于所述第二层的编码时，基于按照运动补偿预测的块来对所述残差数据进行升采样。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一层和所述第二层的分辨率的比值为二时，使用双线性内插滤波器对所述残差数据进行升采样。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一层和所述第二层的分辨率的比率不为二时，使用6抽头内插滤波器对所述残差数据进行升采样。
4.一种对视频信号进行编码的方法，包括：
通过对所述视频信号进行编码来创建第一层的比特流；以及
通过基于所述第一层对所述视频信号进行编码来创建第二层的比特流；
其中，当对所述第一层进行升采样并且将其用于所述第二层的编码时，对亮度数据和色度数据分别应用不同的升采样方法。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述亮度数据是使用6抽头内插滤波器来进行升采样的，而所述色度数据是采用双线性内插滤波器来进行升采样的。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述色度数据的升采样应用权重，所述权重是基于所述第一层和所述第二层的色度数据采样点之间的相对位置和/或相移确定的。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当对应于所述第一层和第二层的分辨率的比值对所述第一层内的与图像差异相对应的残差数据以两倍进行升采样时，使用同样的方程式来计算要插入在四个特定色度数据采样点之间的采样点。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所要插入的采样点中的每一个是作为属于所述四个采样点并位于对角线方向上的两个相应像素的平均值来计算的。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述第一层内与图像差异相对应的残差数据或已解码数据进行升采样，并将其用于所述第二层的编码。
10.一种对已编码视频比特流进行解码的方法，包括：
对第一层的比特流进行解码；以及
基于所述第一层对第二层的比特流进行解码；
其中，当对所述第一层内与图像差异相对应的残差数据进行升采样并将其用于所述第二层的解码时，基于按照运动补偿预测的块对所述残差数据进行升采样。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述第一层和所述第二层的分辨率彼此的比值为二时，使用双线性内插滤波器对所述残差数据进行升采样。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述第一层和所述第二层的分辨率彼此的比值不为二时，使用6抽头内插滤波器对所述残差数据进行升采样。
13.一种对已编码视频比特流进行解码的方法，包括：
对第一层的比特流进行解码；以及
基于所述第一层对第二层的比特流进行解码；
其中，当对所述第一层进行升采样并将其用于所述第二层的解码时，对亮度数据和色度数据分别应用不同的升采样方法。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述亮度数据是使用6抽头内插滤波器来进行升采样的，而所述色度数据是使用双线性内插滤波器来进行升采样的。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，对所述色度数据的升采样应用权重，所述权重是基于所述第一层和所述第二层的色度数据采样点之间的相对位置和/或相移来确定的。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，当对应于所述第一层和第二层的分辨率彼此的比值对所述第一层内与图像差异相对应的残差数据以两倍进行升采样时，使用同样的方程式来计算要插入在四个特定色度数据采样点之间的采样点。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所要插入的采样点中的每一个是作为属于所述四个采样点并位于对角线方向上的两个相应像素的平均值来计算的。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，对所述第一层内与图像差异相对应的残差数据或已解码数据进行升采样，并将其用于所述第二层的编码。
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