CN101573985A - 用于视频预测编码的方法和装置以及用于视频预测解码的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于视频预测编码和解码的方法和装置，其中通过使用通过对于位于当前块的附近的相邻区域的运动估计而产生的运动矢量作为当前块的运动矢量来产生当前块的预测值。能够通过使用先前处理的相邻区域的运动估计来确定将用于对于当前块的运动补偿的运动矢量，而无需单独传输关于当前块的运动矢量信息，由此减少在编码期间产生的比特数量。

Description

用于视频预测编码的方法和装置以及用于视频预测解码的方法和装置

技术领域

与本发明一致的方法和装置大体涉及视频预测编码和解码，而更具体地，涉及这样的视频预测编码和解码，在其中通过使用利用关于位于当前块的附近的相邻区域的运动估计产生的运动矢量作为当前块的运动矢量来产生当前块的预测值。

背景技术

在视频编码中，通过消除视频序列中的空间冗余和时间冗余执行压缩。为了消除时间冗余，通过使用在当前编码画面之前或之后的画面作为参考画面，而在参考画面中搜寻与待编码的当前画面的区域相似的区域，检测当前画面的区域与参考画面的找到区域之间的运动的量，以及编码通过基于检测到的运动量的运动补偿获得的预测图像与待编码的当前图像之间的残差。

一般，当前块的运动矢量与相邻块的运动矢量具有紧密的关联。为此，在传统运动估计和补偿中，能够通过从相邻块的运动矢量预测当前块的运动矢量和仅编码当前块的真实运动矢量(其通过关于当前块的运动估计产生)与从相邻块获得的预测运动矢量之间的差来减少待编码的比特数量。然而，还是在这种情况下，必须为经历运动估计编码的每个块编码与真实运动矢量和预测运动矢量之间的差对应的数据。因此，需要一种办法通过对当前块高效率地执行预测编码来进一步降低生成比特的数量。

发明内容

本发明提供一种用于视频预测编码和解码的方法和装置，其中使用关于位于当前块的附近的相邻区域的运动信息来产生当前块的预测值而不用单独传输关于当前块的运动信息，由此降低在视频编码期间产生的信息量。

有益效果

根据本发明的示范实施例，能够通过使用先前处理的相邻区域执行运动估计来确定将用于当前块的运动补偿的运动矢量，而不用单独传输关于当前块的运动矢量信息，由此降低在编码期间产生的比特量。

附图说明

图1是解释使用根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法对当前块执行运动补偿的过程的图；

图2是根据本发明的示范实施例的视频预测编码装置的框图；

图3是根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法的流程图；

图4是解释使用根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法对当前帧执行预测编码的过程的图；

图5说明使用根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法处理块的处理顺序；

图6是解释根据本发明的示范实施例的在图4所示的当前块之后对块执行预测编码的过程的图；

图7是解释根据本发明的示范实施例的在图6所示的块之后对块执行预测编码的过程的图；

图8根据本发明的示范实施例的视频预测解码装置的框图；

图9是根据本发明的示范实施例的视频预测解码方法的流程图。

具体实施方式

根据本发明的一方面，提供一种视频预测编码方法。该方法包括：通过使用位于待编码的当前块的附近的相邻区域执行运动估计来确定指示与当前块的该相邻区域相似的参考帧的对应区域的运动矢量；使用所确定的该相邻区域的运动矢量从该参考帧获得当前块的预测块；以及编码所获得的预测块与当前块之间的差。

根据本发明的另一方面，提供一种视频预测编码装置。该装置包括：运动估计单元，其通过使用位于待编码的当前块的附近的相邻区域执行运动估计来确定当前块的该相邻区域的运动矢量，其中该相邻区域的运动矢量指示与该相邻区域相似的参考帧的对应区域；运动补偿单元，其使用所确定的该相邻区域的运动矢量从该参考帧获得当前块的预测块；和编码单元，其编码所获得的预测块与当前块之间的差。

根据本发明的再一方面，提供一种视频预测解码方法。该方法包括通过读取包括在输入比特流中的预测模式信息来识别待解码的当前块的预测模式；如果预测模式指示当前块是使用位于当前块的附近的相邻区域的运动矢量进行预测的，则通过使用当前块的该相邻区域执行运动估计来确定指示与该相邻区域相似的参考帧的对应区域的运动矢量；使用所确定的该相邻区域的运动矢量从参考帧中获得当前块的预测块；以及将当前块的预测块和包括在输入比特流中的当前块与预测块之间的差相加，由此解码当前块。

根据本发明的另一方面，提供一种视频预测解码装置。该装置包括：预测模式识别单元，其通过读取包括在输入比特流中的预测模式信息来识别待解码的当前块的预测模式；运动估计单元，如果预测模式指示当前块是使用位于当前块的附近的相邻区域的运动矢量进行预测的，则其通过使用当前块的该相邻区域执行运动估计来确定指示与该相邻区域相似的参考帧的对应区域的运动矢量；运动补偿单元，使用所确定的该相邻区域的运动矢量从参考帧中获得当前块的预测块；和解码单元，将当前块的预测块和包括在输入比特流中的当前块与预测块之间的差相加，由此解码当前块。

下文将参考附图详细说明本发明的示范实施例。应当注意相似参考数字指代在一个或多个图中示出的相似组件。在本发明的示范实施例的以下说明中，出于简明和清楚之故，将省略在此并入的已知功能和配置的详细说明。

图1是解释使用根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法在当前块上执行运动补偿的过程的图。在图1，‘120’指示待编码的当前块，‘110’指示由在当前块120之前已经被编码及随后重建的块组成的先前区域，‘115’指示相邻区域，其包括在先前区域110中且位于当前块120的附近。

在现有技术中，通过对当前块120执行运动估计产生运动矢量，并将所产生的运动矢量与位于当前块120的附近的相邻块的运动矢量的平均值或中值之间的差编码为当前块120的运动矢量信息。可是，在这种情况下，必须为每个将要进行运动补偿编码的块编码真实运动矢量与预测运动矢量之间的差，然后必须将其传输给解码器。

在本发明的示范实施例中，通过对相邻区域115的运动估计产生的运动矢量MVn被用作当前块120的运动矢量MVc而不需要对当前块120的运动估计。在本发明的示范实施例中，由当前块120的运动矢量MVc指示的参考帧150的对应区域160被用作当前块120的预测值(或预测块)。当相邻区域115的运动矢量MVn被用作当前块120的运动矢量MVc时，解码器能够使用对相邻区域115执行运动估计的结果来产生相邻区域115的运动矢量MVn，然后使用所产生的相邻区域115的运动矢量MVn作为当前块120的运动矢量MVc来执行运动补偿而不用接收关于当前块120的运动信息(即，当前块120的运动矢量与预测运动矢量之间的差)。

图2是根据本发明的示范实施例的视频预测编码装置200的框图。

参考图2，用于视频预测编码的装置200包括运动估计单元202、运动补偿单元204、帧内预测单元206、变换单元208、量化单元210、重排列单元212、熵编码单元214、逆量化单元216、逆变换单元218、滤波单元220、帧存储器222和控制单元225。

运动估计单元202将当前帧划分成预定大小的块，对先前已经被编码且然后重建的相邻区域执行运动估计，并输出相邻区域的运动矢量。例如，再参考图1，运动估计单元202对在当前块120之前已经被编码和重建且随后存储在帧存储器222的相邻区域115执行运动估计，由此产生指示参考帧150的对应区域155(其为与当前帧100的相邻区域115最相似的区域)的运动矢量MVn。这里，相邻区域表示包括在当前块之前已经被编码和重建的至少一个块的区域。根据光栅扫描方法，相邻区域可以包括位于当前块之上或左边的至少一个块。相邻区域的大小和形状可以是多样的，只要其允许相邻区域包括在当前块之前已经被编码然后重建的块。但是，为了提高对于当前块的预测精确性，优选地该相邻区域为紧接邻近当前块且尺寸小。

运动补偿单元204将由运动估计单元202产生的相邻区域的运动矢量设置为当前块的运动矢量，获得由当前块的运动矢量指示的参考帧的对应区域的数据，并利用获得的数据产生当前块的预测值，由此执行运动补偿。例如，再参考图1，运动补偿单元204将与当前块120的相邻区域115的运动矢量MVn具有相同方向和幅度的矢量设置为当前块120的运动矢量MVc。运动补偿单元204也产生由当前块120的运动矢量MVc指示的参考帧150的对应区域160，以作为当前块120的预测值。

帧内预测单元206通过搜索当前帧来对当前块的预测值执行帧内预测。

一旦通过帧间预测、帧内预测或根据本发明示范实施例的使用相邻区域的运动矢量的运动补偿产生该当前块的预测块时，则与当前块和预测块之间的误差值对应的残差被产生，并通过变换单元208变换至频域，然后由量化单元210量化。熵编码单元214编码量化的残差，由此输出比特流。

通过逆量化单元216和逆变换单元218重建经量化的块数据。重建的数据经过执行去块滤波的滤波单元220，然后存储在帧存储器222中，以便用于下一个块的预测。

控制单元225控制视频预测编码装置200的各组件并确定用于当前块的预测模式。更具体地，控制单元225比较通过帧间预测产生的预测块和当前块之间的开销、通过帧内预测产生的预测块和当前块之间的开销、通过根据本发明的示范实施例使用关于相邻区域的运动估计产生的运动矢量而产生的预测块和当前块之间的开销，并且确定具有最小开销的预测模式为当前块的预测模式。这里，能够使用不同开销函数来执行开销计算，诸如绝对差值和(SAD)开销函数、绝对变换差值和(SATD)开销函数、平方差值和(SSD)开销函数、绝对差值平均(MAD)开销函数、和拉格朗日开销函数。

可以将指示每个块是否已经使用其相邻区域的运动矢量进行运动补偿的标志插入将要根据依据本发明的示范实施例的视频预测编码方法编码的比特流的报头中。解码器能够使用该插入的标志识别待解码的当前块的预测模式，并将预测值和包括在比特流中的差相加，由此重建该当前块。

图3是根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法的流程图。

参考图3，在操作310中，对在待编码的当前块之前已经被编码随后被重建的相邻区域执行运动估计，由此确定相邻区域的运动矢量，其指示与该相邻区域最相似的参考帧的对应区域。

在操作320中，将所确定的相邻区域的运动矢量设置为当前块的运动矢量，并且使用由当前块的运动矢量指示的参考帧的对应区域的数据获得当前块的预测值。

在操作330中，通过变换、量化和熵编码当前块的预测值的像素与当前块的像素之间的差而产生比特流，以及将指示每个块已经使用其相邻区域的运动矢量进行编码的预定标志插入到该比特流中。

图4是解释使用根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法执行当前帧的预测编码的过程的图，而图5说明使用根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法处理块的顺序。在图4中，‘420’指示当前块，而‘415’指示在当前块420之前已经在先编码并随后重建的相邻区域。

优选的，但并非必须的，以具有和在变换期间使用的块大小相同的大小的块为单位执行根据本发明的示范实施例的预测编码，从而使用当前块的重建值确定下一块的运动矢量。换句话说，当以具有和在变换期间使用的块大小相同的大小的块为单位预测编码图像时，在另一块完成之前，将与当前块和预测块之间的差对应的残差变换和量化，且通过逆变换和逆量化来重建经变换和量化的当前块以便在下一个块的预测中使用。

参考图4，如果以4x4的块为单位将与当前块的像素和预测块的像素之间的差对应的残差变换到频域，则16x16的宏块可以被划分成4x4的块，并可以按4x4的块为单位执行根据本发明示范实施例的预测编码。一旦通过对于相邻区域415执行运动估计确定了指示与相邻区域415最相似的参考帧的对应区域的运动矢量，就使用相邻区域415的运动矢量对当前块420执行运动补偿，而无需单独的当前块420的运动信息，从而产生当前块420的预测块，并编码当前块420与产生的预测块之间的差。

用于确定当前块420的运动矢量的相邻区域415的大小和形状可以是多样的。根据如图5所示的光栅扫描方法，其中划分的块500按从左到右和从上到下的顺序编码，相邻区域415可以具有各种形状和大小，只要它们允许相邻区域415包括在当前块420之前已经被处理的且位于当前块420的上方或左边的块。

图6是解释根据本发明的示范实施例的在图4所示的当前块420之后对块620执行预测编码的过程的图，而图7是解释根据本发明的示范实施例的在图6所示的当前块620之后对块720执行预测编码的过程的图。

参考图6，当处理图4所示的当前块420的下一块620时，相邻区域415根据光栅扫描方法也向右移位一个块，使用移位的相邻区域615预测编码下一块620。

参考图7，当处理图6所示的块620的下一块720时，通过将图6所示的相邻区域615向右移位一个块获得的相邻区域715可能包括还没有被处理的块。在这种情况下，用于对块720进行预测编码的相邻区域715的大小和形状必须改变，以使得相邻区域715仅包括位于块720的上方或左边且已经被编码和重建的相邻块。如此，由于已经被编码和重建的可用的相邻块根据待编码的当前块的位置而改变，因此期望的但并非必须的是，编码器和解码器根据当前块的位置预先设置可用的相邻区域的大小和形状。换句话说，由于可用的相邻块可以随宏块中当前块的相对位置而改变，编码器和解码器根据当前块的位置预先设置可用的相邻区域的大小和形状，由此根据当前块的位置确定该相邻区域，并产生当前块的预测值而不用单独传输关于相邻区域的信息。

图8是根据本发明的示范实施例的视频预测解码装置800的框图。

参考图8，根据本发明示范实施例的视频预测解码装置800包括熵解码单元810、重排列单元820、逆量化单元830、逆变换单元840、运动估计单元850、运动补偿单元860、帧内预测单元870、和滤波单元880。

熵解码单元810和重排列单元820接收比特流并对接收的比特流执行熵解码，由此产生量化的系数。逆量化单元830和逆变换单元840对于量化系数执行逆量化和逆变换，由此提取变换编码系数、运动矢量信息、和预测模式信息。这里，预测模式可以包括标志，其指示是否已经根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法通过使用相邻区域的运动矢量来编码待解码的当前块而无需单独的运动估计。如上提及的，对在当前块之前已经解码的相邻区域执行运动估计，并使用该相邻区域的运动矢量作为用于运动补偿的当前块的运动矢量。

当待解码的当前块是根据本发明的示范实施例的视频预测编码方法通过使用相邻区域的运动矢量的运动补偿进行预测编码而无需单独的运动估计时，运动估计单元850通过对当前块的相邻区域执行运动估计来确定相邻区域的运动矢量。

运动补偿单元860以与图2所示的运动补偿单元204相同的方式操作。换句话说，运动补偿单元860将运动估计单元850产生的相邻区域的运动矢量设置为当前块的运动矢量，获得由当前块的运动矢量指示的参考帧的对应区域的数据，并产生所获得的数据作为当前块的预测值，由此执行运动补偿。

帧内预测单元870使用在帧内预测编码的当前块之前已经解码的当前块的相邻块产生当前块的预测块。

从比特流中提取当前块与预测块之间的误差值D′n，然后将其与由运动补偿单元860和帧内预测单元870产生的预测块相加，由此产生重建的视频数据uF′n。uF′n经过滤波单元880，由此完成当前块的解码。

图9是根据本发明的示范实施例的视频预测解码方法的流程图。

参考图9，在操作910中，读取包括在输入比特流中的预测模式信息以便识别当前块的预测模式。

在操作920中，如果预测模式指示当前块时使用相邻区域的运动矢量来预测编码且无需单独的运动估计，则对当前块的先前解码的相邻区域执行运动估计，由此确定指示与相邻区域最相似的参考帧的对应区域的运动矢量。

在操作930中，将所确定的运动矢量确定为当前块的运动矢量，获得由所确定的当前块的运动矢量指示的参考帧的对应区域作为当前块的预测值。

在操作940中，将当前块的预测值和包括在比特流中的当前块与预测值之间的差相加，由此解码当前块。

本发明的示范实施例也能够实现为计算机可读的记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储随后由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)，随机访问存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备。计算机可读记录介质也能够分布在网络耦合的计算机系统从而以分布方式存储和执行计算机可读代码。

尽管已经参考示范实施例部分地示出和描述本发明，但本领域技术人员应当理解，在不脱离由以下权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种修改。

Claims (14)

1.一种用于视频预测编码的方法，该方法包括：

通过对于位于待编码的当前块的附近的相邻区域执行运动估计来确定该相邻区域的运动矢量，其中该相邻区域的运动矢量指示与该相邻区域相似的参考帧的对应区域；

使用该相邻区域的运动矢量从该参考帧获得当前块的预测块；以及

编码预测块与当前块之间的差。

2.如权利要求1所述的方法，其中获得当前块的预测块的步骤包括：

将该相邻区域的运动矢量设置为当前块的运动矢量，其具有与该相邻区域的运动矢量相同的幅度和方向；以及

将由当前块的运动矢量指示的参考帧的对应区域确定为当前块的预测块。

3.如权利要求1所述的方法，其中该相邻区域包括已经在当前块之前被编码和重建的至少一个块。

4.如权利要求1所述的方法，还包括将指示已经通过使用相邻区域的运动矢量的预测来编码该当前块的标识符插入比特流的给定区域，该比特流通过编码当前块与预测块之间的差产生。

5.一种用于视频预测编码的装置，该装置包括：

运动估计单元，其通过对于位于待编码的当前块的附近的相邻区域执行运动估计来确定该相邻区域的运动矢量，其中该相邻区域的运动矢量指示与该相邻区域相似的参考帧的对应区域；

运动补偿单元，其使用该相邻区域的运动矢量从该参考帧获得当前块的预测块；和

编码单元，其编码预测块与当前块之间的差。

6.如权利要求5所述的装置，其中运动补偿单元将该相邻区域的运动矢量设置为当前块的运动矢量，其具有与该相邻区域的运动矢量相同的幅度和方向；以及将由当前块的运动矢量指示的参考帧的对应区域确定为当前块的预测块。

7.如权利要求5所述的装置，其中该相邻区域包括已经在当前块之前被编码和重建的至少一个块。

8.如权利要求5所述的装置，其中编码单元将指示已经通过使用相邻区域的运动矢量的预测来编码该当前块的标识符插入比特流的给定区域，该比特流通过编码当前块与预测块之间的差产生。

9.一种用于视频预测解码的方法，该方法包括：

通过读取包括在输入比特流中的预测模式信息来识别待解码的当前块的预测模式；

如果预测模式指示当前块是已经使用位于当前块的附近的相邻区域的运动矢量进行预测的，则通过对于该相邻区域执行运动估计来确定该相邻区域的运动矢量，其中该相邻区域的运动矢量指示与该相邻区域相似的参考帧的对应区域；

使用该相邻区域的运动矢量从参考帧中获得当前块的预测块；以及

将当前块的预测块和包括在输入比特流中的当前块与预测块之间的差相加，由此解码当前块。

10.如权利要求9所述的方法，其中获得当前块的预测块的步骤包括：

将该相邻区域的运动矢量设置为当前块的运动矢量，其具有与该相邻区域的确定的运动矢量相同的幅度和方向；以及

将由当前块的运动矢量指示的参考帧的对应区域确定为当前块的预测块。

11.如权利要求9所述的方法，其中该相邻区域包括已经在当前块之前被解码的至少一个块。

12.一种用于视频预测解码的装置，该装置包括：

预测模式识别单元，其通过读取包括在输入比特流中的预测模式信息来识别待解码的当前块的预测模式；

运动估计单元，如果预测模式指示当前块是已经使用位于当前块的附近的相邻区域的运动矢量进行预测的，则其通过对于该相邻区域执行运动估计来确定该相邻区域的运动矢量，其中该相邻区域的运动矢量指示与该相邻区域相似的参考帧的对应区域；

运动补偿单元，使用该相邻区域的运动矢量从参考帧中获得当前块的预测块；和

解码单元，将当前块的预测块和包括在输入比特流中的当前块与预测块之间的差相加，由此解码当前块。

13.如权利要求12所述的装置，其中运动补偿单元将该相邻区域的运动矢量设置为当前块的运动矢量，其具有与该相邻区域的确定的运动矢量相同的幅度和方向；以及将由当前块的运动矢量指示的参考帧的对应区域确定为当前块的预测块。

14.如权利要求12所述的装置，其中该相邻区域包括已经在当前块之前被解码的至少一个块。

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