CN101578879A - 用于视频帧间预测编码/解码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于视频帧间预测编码/解码的方法和装置。该视频帧间预测编码/解码的方法包括提取先前编码/解码的画面中包含的经帧内预测编码/解码的块并且从所提取的块预测当前块。因此，可以利用帧内(I)画面和与相邻画面的相关性来执行视频编码/解码，从而提高了视频编码/解码的速度。

Description

用于视频帧间预测编码/解码的方法和装置
技术领域
与本发明一致的方法和装置涉及视频帧间预测(interprediction)编码/解码，更具体来说，涉及用于对当前预测画面或片段(slice)快速执行帧间预测的视频编码/解码。
背景技术
在诸如运动画面专家组(MPEG)-1、MPEG-2或MPEG-4 H.264/MPEG-4高级视频编码(AVC)的视频压缩技术中，利用三种画面，即，帧内(intra，I)画面、预测(predictive，P)画面和双向预测(bi-predictive，B)画面，执行视频编码。
I画面是通过在画面内进行独立的帧内编码而不参考在该画面之前或之后的画面而得到的。对于I画面，没有利用用于去除时间冗余的时间轴运动估计，而仅利用在该画面内得到的信息来执行编码。
P画面是通过在画面之间进行前向帧间预测编码而得到的。换言之，通过利用I画面或P画面作为预测画面在画面之间进行预测来执行编码。此时，仅仅利用在时间上是过去的画面来执行针对当前画面中包含的当前块的预测。
B画面是通过在多个画面之间进行双向帧间预测编码而得到的。换言之，通过利用在时间上是过去和未来的画面作为预测画面在画面之间进行预测来执行编码。B画面与P画面不同之处在于既利用过去的画面也利用未来的画面来执行编码。
图1A图示根据现有技术的针对P画面的帧间预测。
参照图1A，对于针对当前画面113中包含的当前块117的帧间预测，利用在时间上是过去的画面。例如，在图1A中，在紧接在当前画面113前面的P画面112中搜索与当前块117最相似的块116，并且所找到的块116被用作当前块117的预测值。仅对残差(residue)，即当前块117与预测块116之间的差，执行编码，从而提高编码的压缩率。
可以利用通过对于单个I画面连续生成P画面来去除时间冗余的方式，来执行视频编码。两个I画面之间的所有画面111到115被称为画面组(GOP)，根据H.264标准，单个GOP由15个画面构成。
图1B图示根据现有技术的针对B画面的帧间预测。
参照图1B，在单个GOP中包括的画面121到125中，在时间上是过去的画面122和在时间上是未来的画面124被用于预测当前画面123中包含的当前块127。B画面与P画面不同之处在于当前块127是利用在多个画面中包含的块126和128来预测的。
如图1A和图1B所示，为了利用在时间上相邻的画面预测当前块117或127，在时间上相邻的画面必须已经被解码，正如现在将参照图1C所详细描述的。
图1C图示根据现有技术的针对P画面的帧间预测。
参照图1C，为了将包含在当前画面135中的当前块140解码，除了当前画面135之外，GOP的剩余的画面131到134必须被解码。由于应当通过利用在I画面131中包含的块136的重复预测来预测当前块140，所以当前画面135之前的所有画面必须被解码以便将当前块140解码，这导致低效率。
如果画面被依序地重建和再现，那么这样的低效率不会成问题。这是因为下一画面可以通过依序的解码和再现来预测。然而，当在没有针对图1C中图示的先前的画面131到134的重建的情况下重建当前画面135时，所述低效率就构成了问题。例如，当用户期望从特定场景开始回放时，GOP中包括的画面没有被依序地访问，而是可能对GOP的特殊(particular)画面进行随机访问。
可以通过直接从I画面131预测GOP中包括的所有P画面132到135来解决所述低效率。这是因为，对于GOP的任何P画面，仅重建I画面并且从重建的I画面预测当前画面，然后重建当前画面。
然而，这样的解决方案可能降低针对当前画面135的编码的压缩率，这是因为没有从I画面适当地预测当前画面135的其它块。例如，如果在I画面中不存在的新的图像对象出现在紧接在当前画面135前面的画面134和当前画面135中，则当前画面135不能利用与它紧前面的画面134的相关性(correlation)，导致压缩率的下降。
发明内容
技术方案
本发明提供一种用于视频帧间预测编码/解码的方法和装置，其中，针对当前块的预测能够被快速地执行。本发明还提供一种其上记录了用于实现该方法的程序的计算机可读记录介质。
有益效果
根据本发明的示例实施例，直接利用I画面来对当前块进行帧间预测，从而提高了帧间预测编码/解码的速度。
而且，可以不仅利用GOP的I画面而且利用相邻画面之间的相关性来执行编码/解码，从而提高了视频编码的压缩率。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例实施例，本发明的以上和其它特征和优点变得更加清楚，其中：
图1A到图1C图示根据相关技术的帧间预测；
图2是根据本发明的示例实施例的视频编码器的示意性框图；
图3图示根据本发明的示例实施例的帧间预测；
图4图示根据本发明的另一示例实施例的帧间预测；
图5是根据本发明的示例实施例的视频帧间预测编码的方法的流程图；
图6是根据本发明的示例实施例的视频解码器的示意性框图；以及
图7是根据本发明的示例实施例的视频帧间预测解码的方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，提供一种视频帧间预测编码的方法。该方法包括：提取先前编码的画面中包含的经帧内预测编码的块，从所提取的块预测当前块；以及基于该预测将当前块编码。
先前编码的画面可以包括在画面组(GOP)中，该GOP包括包含当前块的当前画面。
所述提取可以包括从先前编码的画面中包含的经帧内预测编码的块中提取具有低编码压缩率的N个块。
根据本发明的另一方面，提供一种用于视频帧间预测编码的装置。该装置包括：提取单元，其提取先前编码的画面中包含的经帧内预测编码的块；预测单元，其从所提取的块预测当前块；以及编码单元，其基于所述预测将当前块编码。
该预测单元可以从所提取的块和GOP中包含的帧内(I)画面预测当前块。
该提取单元可以从先前编码的画面中包含的经帧内预测编码的块中提取具有低编码压缩率的N个块。
根据本发明的另一方面，提供一种视频帧间预测解码的方法。该方法包括：提取先前解码的画面中包含的经帧内预测解码的块；从所提取的块预测当前块；以及基于所述预测重建当前块。
根据本发明的另一方面，提供一种视频帧间预测解码的装置。该装置包括：提取单元，其提取先前解码的画面中包含的经帧内预测解码的块；预测单元，其从所提取的块预测当前块；以及重建单元，其基于所述预测重建当前块。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读记录介质，其上记录有用于实现所述视频帧间预测编码/解码的方法的程序。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例实施例。应当注意的是，相似的参考标号指代附图中的一幅图或多幅图所示的相似的元件。在对本发明的以下描述中，为了简明和清楚起见，将省略对这里所包括的已知功能和配置的详细描述。
图2是根据本发明的示例实施例的视频编码器200的示意性框图。
参照图2，视频编码器200包括帧内预测单元210、帧间预测单元220、编码单元230、重建单元240、滤波单元250、帧存储器单元260和提取单元270。帧间预测单元220、提取单元270和编码单元230构成根据本发明的示例实施例的用于帧间预测编码的装置。
帧内预测单元210通过利用当前画面的像素值生成当前块的预测值来执行帧内预测。利用当前画面的先前编码的区域中包含的像素的像素值来执行针对当前块的帧内预测。当前画面的先前编码的区域中包含的块被存储在帧存储器单元260中。帧内预测单元210利用所存储的块执行帧内预测。
帧间预测单元220通过利用一幅参考画面(或多幅参考画面)生成当前块的预测值来执行帧间预测。根据H.264标准，帧间预测单元220可以利用绝对差之和(SAD)等在一幅或多幅参考画面的预定范围内搜索与当前块相似的块，并且利用所找到的相似的块作为当前块的预测值。
然而，根据本发明的示例实施例，帧间预测单元220提供一种新的帧间预测模式，其中，仅在先前编码的画面中的已经基于帧内预测而被编码的块中搜索当前块的预测值。
一旦提取单元270提取了存储在帧存储器单元260中的、在当前画面之前已经被编码的画面中的已经基于帧内预测而被编码的块，帧间预测单元220就通过搜索所提取的块生成当前块的预测值。由于I画面中的所有块都是基于帧内预测而被编码的，所以提取单元270所提取的块也包括I画面的块。
优选地，提取单元270从GOP中包含的画面中的先前编码的画面中提取已经基于帧内预测而被编码的块，并且帧间预测单元220利用所提取的块执行帧间预测。
提取单元270可以被配置为：当它从帧存储器单元260提取已经基于帧内预测而被编码的块时，提取具有低编码压缩率的多个块，即N个块，正如稍后将参照图4详细描述的那样。
由于仅利用先前编码的画面中包含的已经基于帧内预测而被编码的块而不是所有块来执行针对当前画面的当前块的帧间预测，因此可以通过仅提取已经基于帧内预测而被编码的块来对根据本发明的示例实施例的已经基于帧间预测而编码的当前块进行预测和解码，如现在将参照图3详细描述的那样。
图3图示根据本发明的示例实施例的帧间预测。
参照图3，根据本发明的示例实施例的帧间预测单元220利用I画面310和在当前画面390之前已经编码的画面320到380中包含的经帧内预测编码的块来执行帧间预测。根据本示例实施例的经帧内预测编码的画面将被定义为预测帧内(predictive intra，PI)画面。
通过直接利用经帧内预测编码的I画面310来对当前画面390中包含的当前块进行预测和编码，可以提高帧间预测的速度。而且，由于也可以基于GOP的画面320到380中新出现的图像对象来预测当前块，所以也可以利用与当前画面390相邻的画面的相关性。可以基于帧内预测而将与在I画面310中不存在并且在GOP的画面320到380中新出现的图像对象相对应的块编码。因此，仅仅先前编码的画面所包含的块中的已经基于帧内预测而被编码的块被单独提取以用于预测当前块。
更具体来说，参照图3，使用I画面310作为参考画面来对紧接在I画面310后面的PI画面320进行帧间预测。如果存在在对PI画面320进行编码期间已经基于帧内预测而被编码的块，则基于I画面310和前一PI画面320的经帧内预测编码的块来对下一PI画面330进行帧间预测。在图3中，由于前一PI画面320中仅存在单个经帧内预测编码的块322，所以基于I画面和块322对下一PI画面330进行帧间预测。
接下来，利用I画面310和先前的PI画面320和330中包含的经帧内预测编码的块322、332和334来对下一PI画面340进行帧间预测。利用I画面和GOP的其它PI画面中包含的经帧内预测编码的块，通过重复基于I画面和先前编码的PI画面中包含的经帧内预测编码的块的帧间预测，来对GOP最后的画面进行帧间预测。
图4图示根据本发明的另一示例实施例的帧间预测。
如以上所提到的，仅仅具有低编码压缩率的N个块被提取以用于预测当前块。在对GOP的第一画面，即I画面410，进行编码期间提取具有低编码压缩率的N个块，并且利用所提取的N个块对下一PI画面420进行编码。如果在对下一PI画面420进行编码期间存在具有比先前提取的N个块更低的压缩率的块，则用这些块来替代先前提取的N个块。然后，使用经替代的N个块来对下一PI画面430进行编码。
在图4中，假设：作为针对下一PI画面420的编码的结果，单个块422具有比作为针对I画面410的编码的结果而提取的块更低的压缩率。在作为针对I画面410的编码的结果而先前提取的N个块中，具有最高压缩率的块被具有低压缩率的块422替代。基于其中一个块被前一PI画面420的块422替代的所述N个块来对下一PI画面430进行帧间预测。
如果作为针对下一PI画面430的编码的结果而生成具有比所述N个块更低的压缩率的块432和434，则所述N个块中具有高压缩率的两个块被PI画面430的块432和434替代。通过重复这样的过程直到GOP最后的画面，在针对每个PI画面的预测期间，可以从先前编码的画面中包含的块中仅搜索具有低编码压缩率的N个块。通过利用I画面410和先前的PI画面420到480中包含的具有低压缩率的块、而不是先前的PI画面420到480中包含的所有经帧间预测编码的块，来执行帧间预测，可以以更高的速度来执行帧间预测。
返回参照图2，一旦作为由帧间预测单元220执行帧间预测的结果而生成了当前块的预测值，如图3或图4所示，就通过从当前块中减去该预测值来生成残差。编码单元230将所生成的残差正交变换到频率域，然后对经变换的残差进行量化和熵编码，以便将所得到的残差插入比特流中。
由重建单元240对被正交变换然后被量化的残差进行逆量化和逆变换以进行重建。被重建的残差被加到预测值上，并且所得到的值被存储在帧存储器单元260中以用于预测下一块或下一画面。此时，所得到的值在滤波单元250中经历去块(deblocking)以便去除成块伪像(blocking artifact)之后被存储在帧存储器260中。
图5是根据本发明的示例实施例的视频帧间预测编码的方法的流程图。
参照图5，在操作510中，根据本示例实施例的用于帧间预测编码的装置从在当前画面之前已经被编码的其它画面中包含的块中提取已经基于帧内预测而被编码的块。
换言之，提取在GOP的当前块之前已经被编码的、GOP的其它画面中包含的经帧内预测编码的块。由于I画面中包含的所有块都是基于帧内预测而被编码的，所以仅提取I画面中包含的块和GOP的其它PI画面中包含的经帧内预测编码的块。
优选地，仅提取具有低编码压缩率的N个块。更具体来说，在针对每个画面的编码期间，仅仅具有依序低(sequentially low)的编码压缩率的N个块被提取以便用于针对当前画面的帧间预测。
在操作520中，根据本示例实施例的用于帧间预测编码的装置从在操作510中提取的块预测当前块。
通过仅搜索在操作510中提取的块，即I画面中包含的块和先前编码的画面中包含的经帧内预测编码的块，来对当前画面的当前块进行帧间预测。
由于通过直接利用GOP的I画面而不是GOP的其它P画面来对当前块进行帧间预测，因此可以提高帧间预测的速度。而且，由于GOP的其它PI画面的经帧间预测编码的块也被用于帧间预测，因此也可以利用与除了I画面之外的其它画面的相关性。
在操作530中，根据本示例实施例的用于帧间预测编码的装置基于当前块的预测值来将当前块编码，该预测值是作为操作520的帧间预测的结果而生成的。
通过从当前块中减去当前块的预测值而生成与当前块相对应的残差，并且所生成的残差被正交变换为频率分量，然后被量化。经量化的残差被熵编码，然后被插入比特流。
图6是根据本发明的示例实施例的视频解码器600的示意性框图。
参照图6，视频解码器600包括帧内预测单元610、帧间预测单元620、解码单元630、滤波单元640、帧存储器650以及提取单元660。帧间预测单元620和提取单元660构成根据本发明的用于帧间预测解码的装置。
帧内预测单元610通过使用当前画面中包含的像素的像素值生成当前块的预测值来执行帧内预测。帧内预测单元610使用当前画面的先前解码的区域中包含的像素的像素值来对当前块执行帧内预测。
当前画面的先前解码的区域中包含的块被存储在帧存储器单元650中，并且帧内预测单元610通过参考所存储的块来执行帧内预测。
帧间预测单元620通过使用一个或多个参考画面生成当前块的预测值来执行帧间预测。根据H.264标准，帧间预测单元620可以在一个或多个参考画面的预定范围内搜索与当前块相似的块，并且使用所找到的相似的块作为当前块的预测值。
然而，根据本示例实施例，帧间预测单元620提供一种新的帧间预测模式，在该模式中，仅在先前解码的画面中的已经基于帧内预测而被解码的块中搜索当前块的预测值。
一旦提取单元660提取了存储在帧存储器单元650中的、在当前画面之前已经被解码的画面中的已经基于帧内预测而被解码的块，帧间预测单元620就通过搜索所提取的块生成当前块的预测值。由于I画面中的所有块都是基于帧内预测而被解码的，因此提取单元660提取的块也包括I画面的块。
优选地，提取单元660从GOP中包含的画面中的先前解码的画面中提取已经基于帧内预测而被解码的块，并且帧间预测单元620使用所提取的块执行帧间预测。
提取单元660可以被配置为：当它从帧存储器单元650中提取已经基于帧内预测而被解码的块时，提取具有低编码压缩率的多个块，即N个块。
提取单元660还控制解码单元630仅将用于针对当前块的帧间预测的块解码。当用户随机访问如图1C所示的GOP的最后的画面时，根据现有技术，当前画面135的当前块只有在当前画面135之前已经被编码的所有画面131到134都被解码之后才能被解码。
然而，根据本发明的示例实施例，提取单元660从比特流中包含的数据中仅提取用于针对当前块的帧间预测的块，以便控制解码单元630将所提取的块解码。在当前画面之前必须被解码的画面的经帧内预测编码的块被解码并且被用于针对当前块的帧间预测，从而提高解码的速度。
优选地，基于在关于当前块的数据的报头部分中包含的关于参考画面的信息而指定当前块所参考的画面，并且仅仅所指定的画面中包含的经帧内预测编码的块被解码并且被用于针对当前块的帧间预测，从而进一步提高解码的速度。
解码单元630提取比特流中包含的关于当前块的数据，即，关于与当前块相对应的残差的数据，并且对所提取的数据执行熵解码、逆量化以及逆变换，从而重建该残差。如上所述，解码单元630也可以在提取单元660的控制下仅仅提取和解码用于针对当前块的帧间预测的块。
重建的残差被加到通过帧内预测单元610或帧间预测单元620获得的当前块的预测值上，从而重建当前块。重建的当前块在滤波单元640中经历去块以便去除成块伪像。经去块的块被存储在帧存储器单元650中以便被用于针对下一块或下一画面的预测。
图7是根据本发明的示例实施例的视频帧间预测解码方法的流程图。
参照图7，在操作710中，根据本示例实施例的用于帧间预测解码的装置提取在当前画面之前已经被解码的其它画面中包含的经帧内预测解码的块。
换言之，提取在GOP的当前画面之前已经被解码的、GOP的其它画面中包含的经帧内预测解码的块。优选地，仅仅提取具有低编码压缩率的N个块。
在操作720中，用于帧间预测解码的装置从在操作710中提取的块生成当前块的预测值。在操作710中，在所提取的块中搜索与当前块相似的块，并且使用所找到的相似的块作为当前块的预测值。
通过仅搜索在操作710中提取的块，即I画面中包含的块和先前解码的画面中包含的经帧内预测解码的块，来对当前画面的当前块进行帧间预测。
在操作730中，用于帧间预测解码的装置基于作为操作720的帧间预测的结果而生成的当前块的预测值重建当前块。换言之，通过将当前块的预测值加到重建的残差上来重建当前块。
在这里，诸如I画面、P画面、B画面以及PI画面的术语仅仅是为了便于解释而使用的。因此，本领域的普通技术人员能够容易地理解本发明也可以应用于片段而不是画面，即、I片段、P片段、B片段以及PI片段。
本发明也可以作为计算机可读代码而实施在计算机可读记录介质上。该计算机可读记录介质是能够存储以后可以被计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。该计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘以及光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在网络耦合的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布方式被存储和执行。
尽管已经参照本发明的示例实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员会理解，在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种形式和细节上的改变。

Claims (17)

1.一种视频帧间预测编码的方法，该方法包括：
提取一个或多个先前编码的画面中包含的一个或多个经帧内预测编码的块；
从所提取的块预测当前块；以及
基于该预测将当前块编码。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述先前编码的画面被包含在画面组GOP中，该GOP包括包含所述当前块的当前画面。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述预测包括从所提取的块和GOP中包括的帧内I画面预测所述当前块。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述提取包括从先前编码的画面中包含的经帧内预测编码的块中提取具有低编码压缩率的N个块。
5.一种用于视频帧间预测编码的装置，该装置包括：
提取单元，其提取一个或多个先前编码的画面中包含的一个或多个经帧内预测编码的块；
预测单元，其从所提取的块预测当前块；以及
编码单元，其基于所述预测将当前块编码。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述先前编码的画面被包含在画面组GOP中，该GOP包括包含所述当前块的当前画面。
7.如权利要求6所述的装置，其中，预测单元从所提取的块和该GOP中包含的帧内I画面预测当前块。
8.如权利要求5所述的装置，其中，所述提取单元从先前编码的画面中包含的经帧内预测编码的块中提取具有低编码压缩率的N个块。
9.一种视频帧间预测解码的方法，该方法包括：
提取一个或多个先前解码的画面中包含的一个或多个经帧内预测解码的块；
从所提取的块预测当前块；以及
基于所述预测重建当前块。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述先前解码的画面被包含在画面组GOP中，该GOP包括包含所述当前块的当前画面。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述预测包括从所提取的块和GOP中包含的帧内I画面预测当前块。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述提取包括从先前解码的画面中包含的经帧内预测解码的块中提取具有低编码压缩率的N个块。
13.一种视频帧间预测解码的装置，该装置包括：
提取单元，其提取一个或多个先前解码的画面中包含的一个或多个经帧内预测解码的块；
预测单元，其从所提取的块预测当前块；以及
重建单元，其基于所述预测重建当前块。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述先前解码的画面被包含在画面组GOP中，该GOP包括包含所述当前块的当前画面。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述预测单元从所提取的块和该GOP中包含的帧内I画面预测当前块。
16.如权利要求13所述的装置，其中，所述提取单元从先前解码的画面中包含的经帧内预测解码的块中提取具有低编码压缩率的N个块。
17.一种计算机可读记录介质，其上记录有用于视频帧间预测编码/解码的程序，该方法包括：
提取一个或多个先前编码/解码的画面中包含的一个或多个经帧内预测编码/解码的块；
从所提取的块预测当前块；以及
基于所述预测将当前块编码；或
基于所述预测重建当前块。
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