CN101322414B - 预测运动和纹理数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，用于分别根据与低分辨率隔行图像序列中的图像相关联的运动数据、纹理数据，针对逐行图像序列中的图像中的至少一个像素块，产生至少一个运动预测值和至少一个纹理预测值。

Description

预测运动和纹理数据的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，用于根据与低分辨率隔行序列的图像相关联的运动数据以及适当情况下的纹理数据，针对高分辨率逐行序列的图像，产生至少一个运动预测值以及适当情况下的至少一个纹理预测值。
背景技术
已知具有空间可扩展性的分级编码方法。可扩展性表示使信息交错以使得信息可以以多个分辨率和/或质量等级解码的能力。更具体地，将这种编码方法所产生的数据流分成若干层，具体为基本层和一个或多个增强层。这些层具体用于使单一数据流适应可变传输条件(带宽、误差比等)，以及适应客户的预期和客户接收机变化的能力(CPU、显示设备的规格等)。在空间可扩展性的具体情况中，可以独立于数据流中与高分辨率图像对应的部分，对数据流中与序列的低分辨率图像对应的部分进行解码。另一方面，可以只根据数据流中与低分辨率图像对应的部分，对数据流中与序列的高分辨率图像对应的部分进行解码。
具有空间可扩展性的分级编码使得可以对相对于低分辨率图像的、被称为基本层的第一数据部分进行编码，以及根据该基本层，对相对于高分辨率图像的、被称为增强层的第二数据部分进行编码。通常情况下，根据传统的预测模式(例如，双向预测模式、直接预测模式、早期预测模式等)对高分辨率图像的每一宏块进行时间预测，或者实际上根据层间预测模式进行预测。在后一种情况中，与高分辨率图像的像素块相关联的运动数据(例如，宏块到块的划分、可能的运动向量、以及参考图像索引)以及适当情况下的纹理数据，是根据与低分辨率图像的像素块相关联的运动数据以及纹理数据分别推导或继承而来的。已知方法不允许在低分辨率序列为隔行而高分辨率序列为逐行的情况下产生这样的预测值。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的这些缺点的至少之一。
本发明具体涉及一种方法，用于针对高分辨率逐行图像序列(被称为高分辨率序列)中的图像中的至少一个像素块，根据与具有与高分辨率序列相同时间频率的低分辨率隔行图像序列(被称为低分辨率序列)中的图像相关联的运动数据，产生至少一个运动预测值。每一隔行图像包括与底场交错的顶场，并且可以以场模式或帧模式进行编码。每一逐行图像和隔行图像中的每一场都具有与其相关联的时间参考。根据本发明，如果具有与高分辨率图像相同时间频率的低分辨率图像以场模式进行编码，则针对高分辨率图像中的像素块，基于与该低分辨率图像中的顶或底场中的至少一个像素块相关联的运动数据，产生至少一个运动预测值。如果高分辨率图像具有与低分辨率图像的顶场相同的时间参考，以及如果该低分辨率图像以帧模式进行编码，则针对高分辨率图像中的像素块，基于与低分辨率图像中的至少一个像素块相关联的运动数据，产生运动预测值。否则，不产生运动预测值。
优选地，如果低分辨率图像以场模式进行编码，则通过对与具有与高分辨率图像相同的时间参考的低分辨率图像中的顶或底场中的至少一个像素块相关联的所述运动数据进行子采样，产生运动预测值，其中所述子采样在图像的水平方向上具有水平层间比，且在图像的垂直方向上具有第一垂直层间比。
有利地，如果低分辨率图像以帧模式进行编码，以及如果高分辨率图像具有与低分辨率图像的顶场相同的时间参考，则通过对与低分辨率图像中的至少一个像素块相关联的所述运动数据进行子采样，产生运动预测值，其中所述子采样在图像的水平方向上具有所述水平层间比，且在图像的垂直方向上具有第二垂直层间比。
优选地，针对高分辨率图像中的像素块，基于与具有与高分辨率图像相同的时间参考的低分辨率图像中的顶或底场中的至少一个像素块相关联的纹理数据，产生纹理预测值。
有利地，通过利对与具有与高分辨率图像相同的时间参考的低分辨率图像中的顶或底场中的至少一个像素块相关联的所述纹理数据进行子采样，产生纹理预测值，所述子采样在图像的水平方向上具有所述水平层间比，且在图像的垂直方向上具有所述第一垂直层间比。
根据特定特性，水平层间比等于高分辨率图像的宽度除以低分辨率图像的场的宽度，第一垂直层间比等于高分辨率图像的高度除以低分辨率图像的场的高度，以及第二垂直层间比等于高分辨率图像的高度除以低分辨率图像的高度。
优选地，与低分辨率图像相关联的运动数据包括运动向量，并且与以帧模式编码的低分辨率图像相关联的运动向量或者与以场模式编码的低分辨率图像中的顶场和底场中的每一个相关联的运动向量具有相同的奇偶性。
根据特定实施例，该方法由从低分辨率图像编码高分辨率图像的方法所使用。
有利地，根据MPEG-4AVC标准对低分辨率图像进行编码。
根据特定实施例，该方法由从低分辨率图像解码高分辨率图像的方法所使用。
附图说明
通过参考附图所给出的绝非限制性的示例性实施例及有益实施方式，更好地理解并例证了本发明，在附图中：
图1表示低分辨率图像的隔行序列以及具有相同时间频率的高分辨率图像的逐行序列；
图2示出了根据本发明的在低分辨率图像序列为隔行且高分辨率图像序列为逐行的情况下的产生纹理预测值的方法；
图3示出了根据本发明的在低分辨率图像序列为隔行且高分辨率图像序列为逐行的情况下的产生运动预测值的方法；
图5示出了在低分辨率图像中的两个宏块MB1和MB2的图像的水平方向上的系数为2的子采样以及所得到的针对相应预测值宏块MB_pred的划分。
具体实施方式
本发明涉及一种层间预测方法，该方法在于：针对高分辨率逐行图像序列(称作高分辨率序列)中的图像，根据低分辨率隔行图像序列(称作低分辨率序列)中的图像，产生运动预测值以及在适当情况下产生纹理预测值。序列被分成图像组(GOP)。每一低分辨率图像包括与底场(bottom field)交错的顶场(top field)。在图1中，索引为k的隔行图像由标记为kT的顶场以及标记为kB的底场组成，逐行图像由其索引k标记。时间参考与高分辨率序列中的每一图像相关联，以及与低分辨率序图像中的每一场相关联。具有相同时间参考的高分辨率图像与低分辨率图像的场(称作低分辨率场)在垂直方向上重合。低分辨率图像(也被标记为LR图像)具有宽度w(w表示像素或列的数目)和高度2h(2h表示像素或行的数目，意味着2乘以h)。低分辨率隔行图像中的每一场都具有宽度w和高度h。高分辨率图像(也被标记为HR图像)具有宽度W(W表示像素或列的数目)和高度2H(2H表示像素或行的数目，意味着2乘以H)。在所述实施例中，隔行图像可以以场图像模式编码，即每一场被编码为单独的图像，或者隔行图像甚至可以以帧图像模式编码，即两个场被一起编码。图像中的行从0开始编号，因此第一行是偶数行，第二行(编号为1)为奇数行。
因此，本发明在于：针对高分辨率序列中的图像或者针对图像中的至少一个像素块，产生至少一个运动预测值以及在适当的情况下产生至少一个纹理预测值。与高分辨率图像或者与高分辨率图像中的至少一个像素块相关联的纹理预测值是与其每一个像素纹理数据(例如，亮度值，以及在适当的情况下，色度值)相关联的图像或预测块，所述纹理数据是根据用于对纹理进行子采样的方法，根据与至少一个图像(或场)或低分辨率图像中的至少一个像素块(或场中的至少一个像素块)相关联的纹理数据而产生的，用于对纹理进行子采样的方法例如应用于纹理的ESS方法(ESS代表扩展空域可扩展性)，在J.Reichel、H.Schwarz、M.Wien的名为“Joint Scalable VideoModel JSVM3 Annex-S”的、标记为JVT-P202的ISO/IEC MPEG&ITU-T VCEG文档的S.8.3.6.4和S.8.5.14.2节中描述了ESS方法。下文将此文档标记为JSVM3。与高分辨率图像或者与高分辨率图像中的至少一个像素块相关联的运动预测值定义为与运动数据(例如，一种划分，可能的参考图像索引，使得可以识别运动向量所指向的参考图像)相关联的预测图像或预测块。运动预测值是根据运动子采样方法，根据与至少一个图像(或场)或低分辨率图像中的至少一个像素块(或场中的至少一个像素块)相关联的运动数据而产生的，运动子采样方法例如：应用于运动的ESS方法，其在JSVM3的S.8.4.1.6.3节中描述；或者下面所要描述的改进ESS方法，其源自应用于运动的ESS方法。具体地，在图3中标记为MESS的改进ESS方法使得可以处理高和/或低分辨率隔行序列。更具体地，改进ESS方法使得可以处理高分辨率图像的高度或宽度小于低分辨率图像的高度或宽度的情况。此外，当分级编码或解码方法使用根据本发明的预测方法时，改进ESS方法使得可以有利地避免运动预测值包括无效运动向量，即指向不可用的参考图像的向量。
根据改进ESS方法，中间运动预测值是在图像的垂直方向、在图像的水平方向或者在两个方向上，对与低分辨率图像相关联的运动数据，更具体为与低分辨率图像中的每一宏块相关联的运动数据，进行系数为2的子采样而产生的。只要所述中间预测值的高度大于高分辨率图像的高度，就在图像的垂直方向上重复系数为2的子采样方法，以及只要所述中间预测值的宽度大于高分辨率图像的宽度，就在图像的水平方向上重复系数为2的子采样方法。子采样具体在于将与像素块相关联的运动向量的坐标除以二。例如，参考图4，基于低分辨率图像中可以被划分为像素块的两个宏块MB1或MB2，产生中间运动预测值的宏块MB。宏块中像素块的大小在所述宏块上方示出。例如，在图4中的第二行，宏块MB1没有被划分，宏块MB2被划分为两个测量为8个像素乘以16个像素的块(表示为8×16)，并将根据这两个宏块所产生的宏块MB划分为4个8×8的块，其中的两个8×8的块被划分为4×8的块。使得参考图像的索引在宏块MB内的8×8像素大小的块之间变得均匀，并且按照与在JSVM3中所描述的应用于运动的ESS层间预测方法相同的方式删除宏块MB内的隔离的帧内类型块。
通过应用层间比在图像的水平方向上等于
Figure S200680045076XD00061
以及在图像的垂直方向上等于的ESS方法(JSVM3的S.8.4.1.6.3节)，根据这样所产生的最终中间运动预测值，产生与高分辨率图像相关联的运动预测值，其中wi是所产生的最终中间运动预测值的宽度，2hi是其高度。此外，对于每一预测宏块，改进运动向量继承方法，以便不产生无效运动向量，即指向在时间分解过程中不可用的场或帧图像的向量。在这种情况下，如果与预测宏块MB_pred相关联的所有运动向量全部无效，则不对该宏块进行层间运动预测。否则，(即，如果至少一个向量有效)，则使用应用于运动的ESS预测方法。
如图1至3所示，根据本发明的方法是针对图像来描述的，但是也可应用于图像的一部分，特别是像素块(例如宏块)。例如，这使得可以处理以下情况：60Hz且采取SD格式(即720×288像素的尺寸)的低分辨率隔行序列、60Hz且采取720p格式(即1280×720像素)的高分辨率逐行序列，或者以下情况：60Hz且采取1080i格式(即，1920×540像素的尺寸)的低分辨率隔行序列、60Hz且采取1080p格式(即1920×1080像素)的高分辨率逐行序列。
如图2所示，按照下列方式产生与图1中的索引为2k和2k+1的高分辨率图像相关联的纹理预测值：
·通过应用层间比在图像的水平方向上为
Figure S200680045076XD00063
在图像的垂直方向上为
Figure S200680045076XD00064
的ESS方法，基于索引为k的低分辨率图像的顶场中的纹理数据，产生20与索引为2k的高分辨率图像相关联的尺寸为W×2H的帧纹理预测值。
·通过应用层间比在图像的水平方向上为
Figure S200680045076XD00071
在图像的垂直方向上为
Figure S200680045076XD00072
的ESS方法，基于索引为k的低分辨率图像的底场中的纹理数据，产生21与索引为2k+1的高分辨率图像相关联的尺寸为W×2H的帧纹理预测值。
如果索引为k的低分辨率图像以帧模式编码，则不产生与索引为2k+1的高分辨率图像相关联的帧运动预测值，并通过应用层间比在图像的水平方向上为
Figure S200680045076XD00073
在图像的垂直方向上为
Figure S200680045076XD00074
的ESS方法，基于与索引为k的帧低分辨率图像相关联的运动数据，产生30与图1中的索引为2k的高分辨率图像相关联的尺寸为W×2H的帧运动预测值，如图3所示。
在其他情况下，即如果索引为k的低分辨率图像以场模式编码，则如图3所示，按照下列方式产生与图1中的索引为2k和2k+1的高分辨率图像相关联的运动预测值：
·通过应用层间比在图像的水平方向上为
Figure S200680045076XD00075
在图像的垂直方向上为
Figure S200680045076XD00076
的改进ESS方法，基于索引为k的低分辨率图像的顶场中的运动数据，产生31与索引为2k的高分辨率图像相关联的尺寸为W×2H的帧运动预测值。
·通过应用层间比在图像的水平方向上为在图像的垂直方向上为的改进ESS方法，基于索引为k的低分辨率图像的底场中的运动数据，产生32与索引为2k+1的高分辨率图像相关联的尺寸为W×2H的帧运动预测值。
根据特定特性，可以仅允许具有相同奇偶性的运动向量对低分辨率图像进行编码，以便能够从低分辨率序列中在两个场中删除一个，以及从高分辨率序列中在两个帧图像中删除一个，从而通过使用根据本发明的预测方法的编码方法所产生的数字数据在时间上是可扩展的。
如果该方法由编码方法使用，则可以产生所有的运动预测值(纹理预测值)，以根据给定准则(例如速率失真准则)选择最适当的一个。如果所述方法由解码方法使用，则产生单一运动预测值(单一纹理预测值)，在比特流中指定预测值的类型。
当然，本发明不局限于上述示例性实施例。具体地，本领域的技术人员可以对上述实施例进行任意变化，并将其合以便得益于其不同优点。例如，根据本发明的方法可应用于高分辨率图像的一部分。实际上，可以根据与低分辨率图像中的像素块相关联的运动和/或纹理数据，产生针对高分辨图像的像素块(例如，测量为16×16像素的宏块)的运动和/或纹理预测值。类似地，已经在首先显示隔行图像的顶场的情况下(“顶场优先”情况)描述了本发明，并且本发明可以直接扩展至通过使顶场和底场反转首先显示底场的情况(“底场优先”情况)。此外，本发明还可以扩展至若干高分辨率序列(即，若干增强层)的情况。此外，本发明可以有利地由对图像或视频序列进行编码或解码的方法使用。优选地，根据在文档ISO/IEC 14496-10(“Informationtechnology--Coding of audio-visual objects--Part 10：Advanced VideoCoding”)中所定义的MPEG 4AVC编码标准对低分辨率图像序列进行编码。

Claims (11)

1.一种运动预测方法，用于针对被称为高分辨率序列的高分辨率逐行图像序列中的图像中的至少一个像素块，根据被称为低分辨率序列的低分辨率隔行图像序列中的图像相关联的运动数据，产生至少一个运动预测值，每一隔行图像包括与底场交错的顶场，并且能够以场模式或帧模式进行编码，每一逐行图像和隔行图像中的每一场具有与其相关联的时间参考，所述方法的特征在于：
如果与高分辨率图像具有相同的时间参考的低分辨率图像以场模式进行编码，则针对所述高分辨率图像中的所述至少一个像素块，基于与所述低分辨率图像中的顶场和/或底场中的至少一个像素块相关联的运动数据，产生(31，32)所述至少一个运动预测值；以及
如果所述高分辨率图像具有与低分辨率图像的顶场或底场相同的时间参考，以及如果所述低分辨率图像以帧模式进行编码，则针对所述高分辨率图像中的所述至少一个像素块，基于与所述低分辨率图像中的至少一个像素块相关联的运动数据，产生(30)所述至少一个运动预测值，否则，不产生运动预测值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述低分辨率图像以场模式进行编码，则通过对与具有与所述高分辨率图像相同的时间参考的所述低分辨率图像中的所述顶场和/或底场中的所述至少一个像素块相关联的所述运动数据进行第一子采样(31，32)，产生所述至少一个运动预测值，其中所述第一子采样在图像的水平方向上具有水平层间比，在图像的垂直方向上具有第一垂直层间比。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述低分辨率图像以帧模式进行编码，以及如果所述高分辨率图像具有与所述低分辨率图像的顶场或底场相同的时间参考，则通过对与所述低分辨率图像中的所述至少一个像素块相关联的所述运动数据进行第二子采样，产生所述至少一个运动预测值，其中所述第二子采样在图像的水平方向上具有所述水平层间比，在图像的垂直方向上具有第二垂直层间比。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，针对所述高分辨率图像中的所述至少一个像素块，基于与具有与所述高分辨率图像相同的时间参考的低分辨率图像中的顶场或底场中的至少一个像素块相关联的纹理数据，产生(20，21)纹理预测值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过对与具有与所述高分辨率图像相同的时间参考的所述低分辨率图像中的顶场或底场中的所述至少一个像素块相关联的所述纹理数据进行第三子采样(20，21)，产生所述纹理预测值，所述第三子采样在图像的水平方向上具有所述水平层间比，在图像的垂直方向上具有所述第一垂直层间比。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述水平层间比等于高分辨率图像的宽度除以低分辨率图像的场的宽度，所述第一垂直层间比等于高分辨率图像的高度除以低分辨率图像的场的高度，以及所述第二垂直层间比等于高分辨率图像的高度除以低分辨率图像的高度。
7.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中，与低分辨率图像相关联的运动数据包括运动向量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，与以帧模式编码的低分辨率图像相关联的运动向量或者与以场模式编码的低分辨率图像中的顶场和底场中的每一个相关联的运动向量具有相同的奇偶性。
9.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中，所述方法由从低分辨率图像编码高分辨率图像的方法所使用。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，根据MPEG-4AVC标准对所述低分辨率图像进行编码。
11.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中，所述方法由从低分辨率图像解码高分辨率图像的方法所使用。
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