CN101584219B - 基于帧内预测进行编码和解码的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种基于帧内预测进行编码和解码的方法和设备。所述基于帧内预测对图像进行编码的方法包括：将当前块划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的每个单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在其中一个子块中，对每个子块执行帧内预测编码，从而在每个子块中仅关于一个帧内预测方向的信息被编码。

Description

基于帧内预测进行编码和解码的方法和设备
技术领域
与本发明一致的方法和设备涉及基于帧内预测的编码和解码，更具体地，涉及通过将要被编码的当前块划分为各种形式的子块并随后对当前块进行帧内预测编码来提高帧内预测编码的压缩率。 
背景技术
在现有技术的图像压缩方法(诸如，MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4H.264/MPEG-4先进视频编码(AVC))中，图像被划分为宏块以对图像进行编码。随后，使用帧间预测和帧内预测对每个宏块进行编码。接下来，通过考虑编码的宏块的数据大小和原始宏块的失真，在选择合适的编码模式之后对宏块进行编码。 
在帧内预测中，使用与将被编码的当前块空间邻近的像素值而不使用参考图像对当前图像的宏块进行编码。首先，使用邻近像素值计算将被编码的当前块的预测值。随后，对预测值与原始当前块的像素值之差进行编码。帧内预测模式可被主要划分为亮度分量的帧内预测模式和色度分量的帧内预测模式。亮度分量的帧内预测模式被划分为4×4帧内预测模式、8×8帧内预测模式和16×16帧内预测模式。 
图1A到图1C示出现有技术的帧内预测模式的块结构。图1A示出16×16帧内预测模式的单元块，图1B示出8×8帧内预测模式的单元块，图1C示出4×4帧内预测模式的单元块。 
现有技术的基于帧内预测进行编码的设备以16×16、8×8和4×4帧内预测模式执行帧内预测，并从上述三种帧内预测模式中选择最优的帧内预测模式。 
在执行帧内预测时，确定每个单元块的帧内预测方向，根据帧内预测方向获得预测块，并随后对从原始块减去预测块的残差进行编码。对残差进行离散余弦变换并随后量化以产生比特流。关于每个单元块的帧内预测方向的信息被插入到比特流中。 
通过考虑残差和失真，从图1A到图1C示出的帧内预测模式中选择最优帧内预测模式。选择的标准可根据将被编码的数据的类型和编码设备而不同。 
图2详细示出现有技术的8×8帧内预测模式。 
在图2中，传统的基于帧内预测进行编码的设备为当前块选择图1B中示出的8×8帧内预测模式，并确定每个单元块的帧内预测方向。 
左边的两个单元块21和22的帧内预测方向是从上到下，两个单元块23和24的帧内预测方向是从左到右。 
因此，当设备对当前块进行帧内预测编码时，应包括关于四个单元块21到24的帧内预测方向的信息。 
虽然左边的两个单元块21和22的帧内预测方向相同且右边的两个单元块23和24的帧内预测方向相同，但是由于基于8×8块作为帧内预测的标准单元来执行帧内预测编码，故关于帧内预测模式的信息被重复插入到比特流中。 
因此，需要一种基于帧内预测进行编码的方法和设备，所述方法和设备可通过使用图2中示出的邻近单元块之间的相似性来提高帧内预测编码的压缩率。 
发明内容
技术问题 
本发明提供了一种基于帧内预测进行编码的方法和设备以及一种记录有用于执行所述方法的程序的计算机可读记录介质，所述方法和设备可通过使用邻近单元块之间的相似性来提高帧内预测编码的压缩率。 
有益效果 
本发明还可被实施为在计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可存储其后可被计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括但不限于：只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可被分布于连接网络的计算机系统，从而以分布方式存储和执行计算机可读代码。 
根据本发明的示例性实施例，在执行帧内预测编码时，通过将具有相似性(诸如相同的帧内预测方向)的邻近子块彼此绑定，从而无需将关于帧内 预测模式的信息重复发送到一个子块。因此，可提高帧内预测编码的压缩率。 
尽管参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，本领域的普通技术人员应该理解在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行形式和细节上的各种改变。 
附图说明
通过参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他方面将会变得更加清楚，其中： 
图1A、图1B和图1C示出现有技术的帧内预测模式的块结构； 
图2详细示出现有技术的8×8帧内预测模式； 
图3示出根据本发明示例性实施例的包括基于帧内预测进行编码的设备的图像编码设备的框图； 
图4示出根据本发明示例性实施例的帧内预测模式； 
图5示出根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行编码的设备的框图； 
图6是示出根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行编码的方法的流程图； 
图7示出根据本发明示例性实施例的包括基于帧内预测进行解码的设备的图像解码设备的框图； 
图8示出根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行解码的设备的框图； 
图9是示出根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行解码的方法的流程图。 
具体实施方式
最优模式 
根据本发明的一方面，提供了一种基于帧内预测对图像进行编码的方法，所述方法包括：将当前块划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的每个单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在一个子块中；对每个子块执行帧内预测编码，从而在每个子块中仅关于一个帧内预测方向的信息被编码，其中，单元块是作为帧内预测的标准单元的块。 
根据本发明的另一方面，提供了一种基于帧内预测对图像进行编码的设备，所述设备包括：区域划分器，将当前块划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的每个单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在一个子块中；帧内预测执行器，对每个子块执行帧内预测编码，从而在每个子块中仅关于一个帧内预测方向的信息被编码，其中，单元块是作为帧内预测的标准单元的块。 
根据本发明的另一方面，提供了一种基于帧内预测对图像进行解码的方法，所述方法包括：接收包括关于当前块的数据的比特流，并确定当前块的帧内预测模式，所述当前块在被划分为多个子块之后进行帧内预测编码，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在一个子块中；根据确定的帧内预测模式以子块为单位对关于当前块的数据进行帧内预测解码，其中，单元块是作为帧内预测的标准单元的块。 
根据本发明的另一方面，提供了一种基于帧内预测对图像进行解码的设备，所述设备包括：帧内预测模式确定器，接收包括关于当前块的数据的比特流，并确定当前块的帧内预测模式，所述当前块在被划分为多个子块之后进行帧内预测编码，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在一个子块中；帧内预测执行器，根据确定的帧内预测模式以子块为单位对关于当前块的数据进行帧内预测解码，其中，单元块是作为帧内预测的标准单元的块。 
子块可包括具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块。 
具有多个尺寸的子块可包括矩形子块。 
具有多个尺寸的子块可包括正方形子块。 
根据本发明的另一方面，提供了一种记录有用于执行上述方法程序的计算机可读记录介质。 
发明模式 
以下，将参照附图对本发明的示例性实施例进行更充分地描述。 
图3示出根据本发明示例性实施例的包括基于帧内预测进行编码的设备的图像编码设备300的框图。以下，根据当前实施例的基于帧内预测进行编码的设备被应用到根据H.264标准的图像编码设备。然而，该领域中的普通技术人员可容易地理解：基于帧内预测进行编码的设备可被应用到使用其他帧内预测模式的图像编码设备。 
图像编码设备300包括运动估计器302、运动补偿器304、帧内预测器306、变换器308、量化器310、重排列器312、熵编码器314、反量化器316、逆变换器318、滤波器320和帧存储器322。帧内预测器306与根据当前实施例的基于帧内预测进行编码的设备相应。 
运动估计器302和运动补偿器304执行在参考图像中搜索当前图像的宏块的预测值的帧间预测。 
帧内预测器306执行在当前图像中搜索当前块的预测值的帧内预测。更具体地，帧内预测器306接收将被预测编码的当前块并以上述参照图1描述的16×16帧内预测模式、8×8帧内预测模式或4×4帧内预测模式对当前块执行帧内预测编码。另外，除了传统帧内预测模式之外，提供了可通过将当前块划分为具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块来执行帧内预测的新帧内预测模式。将参照图4对新帧内预测模式进行描述。 
图4示出根据本发明示例性实施例的帧内预测模式。 
与现有技术的帧内预测模式一样，帧内预测器306可提供通过将当前块划分为具有各种尺寸的子块来执行帧内预测的帧内预测模式。 
帧内预测器306提供帧内预测模式，在所述帧内预测模式中，当前块被划分为子块并随后被编码，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在其中一个子块中。当前块是16×16宏块，作为帧内预测的标准单元的单元块是8×8或4×4块。 
参照图2，在帧内预测模式中，由于左边的单元块21和22的帧内预测方向相同，故单元块21和22被绑定为一个子块，由于右边的单元块23和24的帧内预测方向相同，故单元块23和24被绑定为一个子块。 
然而，如图2中所示，仅具有相同帧内预测方向的单元块才被设置为一个子块。甚至当帧内预测方向不相同时，也可考虑残差和失真将单元块设置为一个子块。例如，如果可减小当前块21、22、23和24的整个比特数，甚至在当前块22的帧内预测方向是对角地从右上到左下时，也可将左边的单元块21和22设置为一个子块。 
图4中示出的帧内预测模式是根据本发明的帧内预测的示例性实施例，该领域中的普通技术人员可容易地理解还可使用其他帧内预测模式。 
16×16帧内预测模式410、8×8帧内预测模式440和4×4帧内预测模式490是传统帧内预测模式。 
除了传统帧内预测模式之外，帧内预测器306还提供通过将当前块划分为相同尺寸的矩形子块来执行帧内预测的帧内预测模式。当前块被划分为多个子块，从而通过参照包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将具有相同或相似帧内预测方向的单元块包括在一个子块中。 
通过将当前块划分为具有8×16尺寸的两个矩形子块来对当前块执行帧内预测的帧内预测模式420和通过将当前块划分为具有16×8尺寸的两个矩形子块来对当前块执行帧内预测的帧内预测模式430是通过将当前块划分为相同尺寸的矩形子块来执行帧内预测的帧内预测模式。 
在参照图2描述的示例性实施例中，虽然左边的单元块21和22的帧内预测方向相同且右边的单元块23和24的帧内预测方向相同，但是由于基于8×8块作为标准块来执行帧内预测编码，故关于帧内预测模式的信息被重复插入到比特流中。然而，通过使用8×16帧内预测模式420，左边的单元块21和22以及右边的单元块23和24被分别绑定为8×16子块以执行帧内预测。因此，仅对关于帧内预测模式的信息编码一次并随后将其插入到比特流中。 
以8×16和16×8尺寸的子块是矩形子块的示例，在当前块被划分为相同尺寸的矩形子块时，具有各种尺寸(诸如4×8、8×4等)的矩形子块可被用于划分当前块以执行帧内预测编码。 
另外，帧内预测器306提供通过将当前块划分为具有多个尺寸的子块来执行帧内预测的帧内预测模式。具有多个尺寸的子块包括矩形子块和/或正方形子块。 
参照图4，帧内预测模式450、460和470包括矩形子块和正方形子块两者。矩形子块可包括以8×16、16×8、8×4和4×8尺寸的子块中的至少一种，正方形子块可包括以8×8和4×4尺寸的子块中的至少一种。 
帧内预测器306还提供通过将当前块划分为具有多个尺寸的正方形子块来执行帧内预测的帧内预测模式480。现有技术的帧内预测模式410、440和490通过将当前块划分为相同尺寸的单元块来执行帧内预测。然而，使用帧内预测模式480，可通过将当前块划分为8×8和4×4子块来执行帧内预测。 
图5示出根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行编码的设备的框图。 
根据当前实施例的设备包括区域划分器510和帧内预测执行器520。 
区域划分器510将要被帧内预测编码且包括在当前图像Fn中的当前块划分为多个子块。可如图4中所示来将当前块划分为子块。 
因此，当前块被划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在一个子块中。优选的是，当前块被划分为具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块。 
具有多个尺寸的子块包括矩形子块和/或正方形子块。矩形子块可包括以8×16、16×8、8×4和4×8尺寸的子块中的至少一种，正方形子块可包括以8×8和4×4尺寸的子块中的至少一种。 
在当前块被划分为相同尺寸的矩形子块时，可使用以8×16、16×8、8×4和4×8尺寸的子块中的一种。 
当帧内预测执行器520对由区域划分器510划分为多个子块的当前块执行帧内预测编码时，在子块的每个单元中执行帧内预测编码，从而在每个子块中仅关于一个帧内预测方向的信息被编码。对矩形子块和/或正方形子块的每一个执行帧内预测编码。 
返回图3，将由帧内预测器306对当前块执行帧内预测产生的预测块与原始当前块区分，以产生残差。从帧内预测器306执行的各种帧内预测模式中，考虑残差和失真来选择最优帧内预测模式，以产生预测块并随后将预测块与原始当前块区分。 
产生的残差由变换器308变换到频域并在量化器310中被量化。熵编码器314对量化的残差进行编码并输出比特流。 
关于帧内预测模式的信息被插入到比特流中。根据本发明示例性实施例，由于关于帧内预测方向的信息相同或相似，故通过将相似的邻近块绑定到一起来执行帧内预测编码。因此，不需将关于帧内预测模式的信息重复插入到比特流中。 
图6是示出根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行编码的方法的流程图。 
在操作610中，根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行编码的设备将当前块划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在一个子块中。所述设备不仅像传统技术一样将当前块划分为具有相同尺寸的正方形子块，还将当前块划分为具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块。 
具有多个尺寸的子块可同时包括矩形子块和/或正方形子块。 
在操作620中，所述设备以子块为单位对在操作610中被划分为多个子块的当前块执行帧内预测编码，从而在每个子块中对关于一个帧内预测方向的信息进行编码。 
图7示出根据本发明示例性实施例的包括基于帧内预测进行解码的设备的图像解码设备700的框图。 
图像解码设备700包括熵解码器702、重排列器704、反量化器706、逆变换器708、运动补偿器710、帧内预测器712和滤波器714。帧内预测器712与根据当前示例性实施例的基于帧内预测进行解码的设备相应。 
熵解码器702和重排列器704接收比特流并执行熵解码，以产生量化系数。反量化器706和逆变换器708对量化系数执行反量化和逆变换，以提取变换编码系数、关于运动矢量的信息、关于头的信息、关于帧内预测模式的信息等。关于帧内预测模式的信息包括关于基于编码当前块中使用的帧内预测进行编码的方法的信息。例如，关于帧内预测模式的信息可包括关于从图4中示出的实施例中的帧内预测模式中使用的一个帧内预测模式的信息。 
运动补偿器710和帧内预测器712通过参照解码的关于头的信息来产生预测块，产生的预测块被相加到指示残差的D’n以产生uF’n。uF’n通过滤波器714后成为恢复的图像F’n。帧内预测器712与根据当前实施例的基于帧内预测进行解码的设备相应。 
具体地，帧内预测器712通过参照包括在接收的比特流中的关于帧内预测模式的信息来确定在编码当前块中使用的帧内预测模式，并根据确定的帧内预测模式对关于以子块为单位的当前块的数据进行帧内预测解码。 
图8示出根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行解码的设备的框图。 
所述设备包括帧内预测模式确定器810和帧内预测执行器820。 
帧内预测模式确定器810接收包括关于当前块的数据的比特流，并且确定当前块的帧内预测模式，其中，当前块被划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在一个子块中，并随后被帧内预测编码。 
在根据前一实施例的基于帧内预测进行编码的方法中，通过如图4中示出的将当前块划分为多个子块来对当前块进行帧内预测编码。因此，帧内预 测模式确定器810使用图4中示出的方法接收帧内预测编码的比特流，并通过参照包括在比特流中的关于帧内预测模式的信息从图4中示出的示例确定帧内预测模式。 
基于如何将当前块划分为多个子块并随后编码来确定执行帧内预测的方法。 
帧内预测执行器820基于由帧内预测模式确定器810确定的帧内预测模式对包括在比特流中的关于当前块的数据进行帧内预测解码。 
通过根据关于帧内预测模式的信息以子块为单位对划分为多个子块的当前块执行帧内预测解码来对关于当前块的数据进行解码。 
图9是示出根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行解码的方法的流程图。 
在操作910中，根据本发明示例性实施例的基于帧内预测进行解码的设备接收包括关于当前块的数据的比特流，其中，当前块被划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在一个子块中，并随后被帧内预测编码。 
优选的是(但不是必需)，所述设备接收当前块被划分为具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块并随后被帧内预测编码的比特流。 
在操作920中，所述设备通过参照包括在操作910中接收的比特流中的关于当前块的帧内预测模式的信息来确定当前块的帧内预测模式。 
基于参照关于帧内预测模式的信息如何将当前块划分为多个子块并随后编码来确定执行帧内预测的方法。 
在操作930中，所述设备基于在操作920中确定的帧内预测模式对当前块执行帧内预测解码。以子块为单位对当前块执行帧内预测解码，其中，当前块根据在操作920中确定的帧内预测模式被划分为多个子块。 

Claims (24)

1.一种基于帧内预测对图像进行编码的方法，所述方法包括：
将当前块划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的每个单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在其中一个子块中；以及
对每个子块执行帧内预测编码，从而在每个子块中仅关于一个帧内预测方向的信息被编码，
其中，每个单元块是作为帧内预测的标准单元的块。
2.如权利要求1所述的方法，其中，子块包括具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块。
3.如权利要求2所述的方法，其中，具有多个尺寸的子块包括矩形子块。
4.如权利要求3所述的方法，其中，矩形子块包括以16×8、8×16、8×4和4×8尺寸的块中的至少一种。
5.如权利要求2所述的方法，其中，具有多个尺寸的子块包括正方形子块。
6.如权利要求5所述的方法，其中，正方形子块包括以8×8和4×4尺寸的块中的至少一种。
7.如权利要求2所述的方法，其中，矩形子块包括以16×8、8×16、8×4和4×8尺寸的块中的至少一种。
8.一种基于帧内预测对图像进行编码的设备，所述设备包括：
区域划分器，将当前块划分为多个子块，从而基于包括在当前块中的每个单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在其中一个子块中；和
帧内预测执行器，对每个子块执行帧内预测编码，从而在每个子块中仅关于一个帧内预测方向的信息被编码，
其中，每个单元块是作为帧内预测的标准单元的块。
9.如权利要求8所述的设备，其中，子块包括具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块。
10.如权利要求9所述的设备，其中，具有多个尺寸的子块包括矩形子块。
11.如权利要求10所述的设备，其中，矩形子块包括以16×8、8×16、8×4和4×8尺寸的块中的至少一种。
12.如权利要求9所述的设备，其中，具有多个尺寸的子块包括正方形子块。
13.如权利要求12所述的设备，其中，正方形子块包括以8×8和4×4尺寸的块中的至少一种。
14.如权利要求9所述的设备，其中，矩形子块包括以16×8、8×16、8×4和4×8尺寸的块中的至少一种。
15.一种基于帧内预测对图像进行解码的方法，所述方法包括：
接收包括关于当前块的数据的比特流，并确定当前块的帧内预测模式，所述当前块在被划分为多个子块之后进行帧内预测编码，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在其中一个子块中；以及
根据确定的帧内预测模式以子块为单位对关于当前块的数据进行帧内预测解码，
其中，每个单元块是作为帧内预测的标准单元的块，
其中，所述当前块在被划分为多个子块之后进行帧内预测编码的步骤包括：对每个子块执行帧内预测编码，从而在每个子块中仅关于一个帧内预测方向的信息被编码。
16.如权利要求15所述的方法，其中，子块包括具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块。
17.如权利要求16所述的方法，其中，具有多个尺寸的子块包括矩形子块。
18.如权利要求16所述的方法，其中，具有多个尺寸的子块包括正方形子块。
19.如权利要求16所述的方法，其中，矩形子块包括以16×8、8×16、8×4和4×8尺寸的块中的至少一种。
20.一种基于帧内预测对图像进行解码的设备，所述设备包括：
帧内预测模式确定器，接收包括关于当前块的数据的比特流，并确定当前块的帧内预测模式，所述当前块在被划分为多个子块之后进行帧内预测编码，从而基于包括在当前块中的单元块的帧内预测方向将彼此邻近的多个单元块包括在其中一个子块中；和
帧内预测执行器，根据确定的帧内预测模式以子块为单位对关于当前块的数据进行帧内预测解码，
其中，每个单元块是作为帧内预测的标准单元的块，
其中，所述当前块在被划分为多个子块之后进行帧内预测编码的步骤包括：对每个子块执行帧内预测编码，从而在每个子块中仅关于一个帧内预测方向的信息被编码。
21.如权利要求20所述的设备，其中，子块包括具有多个尺寸的子块或相同尺寸的矩形子块。
22.如权利要求21所述的设备，其中，具有多个尺寸的子块包括矩形子块。
23.如权利要求21所述的设备，其中，具有多个尺寸的子块包括正方形子块。
24.如权利要求21所述的设备，其中，矩形子块包括以16×8、8×16、8×4和4×8尺寸的块中的至少一种。
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