CN101647281A - 视频编码和解码的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种通过将跳过宏块划分为更小的跳过子块并使用根据与跳过子块相邻的块的运动向量预测的预测运动向量来对跳过宏块进行编码的方法和设备，以及对跳过宏块进行解码的方法和设备。因此，在通常只发送预测模式信息的情况下，通过添加表示是否将跳过宏块划分为跳过子块的预定二进制信息，可合适地应用跳过宏块的划分，或者可将所有跳过宏块划分为将被处理的跳过子块，从而可通过使用空间相邻的块的运动向量来预测跳过宏块中的像素值。因此，增加了预测效率。

Description

视频编码和解码的方法和设备
技术领域
根据本发明的方法和设备涉及一种新的宏块的预测模式以及用于对跳过宏块(skip macroblock)进行解码的视频解码方法和设备，更具体地讲，所述方法和设备涉及可将P(预测编码的)帧中的跳过宏块划分为更小的跳过子块，并使用根据与跳过子块相邻的块的运动向量预测的预测运动向量，来对跳过宏块进行编码。
背景技术
帧间预测和帧内预测是两种主要的视频编码技术。帧内预测是基于单个帧中相邻像素的相关性的视频编码技术。帧间预测是基于视频序列中连续帧之间的相似性的视频编码技术。
通常，块的运动向量与相邻块的运动向量具有相关性。因此，可根据相邻块来预测当前块的运动向量，而只对当前块的运动向量和预测运动向量之间的差运动向量进行编码，从而可减小在解码中产生的比特率。
图1是解释产生当前宏块的预测运动向量的现有技术方法的示图。
参照图1，关于当前宏块E的运动向量信息被编码为预测运动向量和当前宏块E的运动向量之间的差值的差运动向量并被发送，其中，所述预测运动向量具有相对于当前宏块E的左块A的运动向量MVA、上块B的运动向量MVB和右上块C的运动向量MVC的中值(median value)。
图2是用于解释在H.264/高级编码(AVC)中P帧中的宏块的预测模式的示图。
在根据H.264的编码中，根据在帧内16×16或帧内4×4模式中按照率失真最优化选择的预测模式来对I(帧内编码的)帧中的宏块进行预测编码。根据从图2所示的16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8和4×4中按照率失真最优化选择的预测模式来对P帧中的宏块进行编码，或者按照跳过模式来对P帧中的宏块进行编码。
当宏块的运动向量与使用相邻块的运动向量预测的预测运动向量相同或者当像素的预测误差足够小时，选择跳过模式。当将跳过模式选择为宏块的预测模式时，编码器只发送关于宏块的跳过模式信息，而不发送残余数据。通过使用根据相邻块预测的预测运动向量来执行运动补偿，解码器可按跳过模式恢复解码的宏块。
然而，根据现有技术，可只将跳过模式应用到具有16×16大小的宏块。因此，必须通过仅使用单个预测运动向量来对宏块中的所有像素值进行运动补偿，从而会降低预测效率。
发明公开
技术方案
本发明提供一种用于通过应用新的预测模式来对跳过宏块进行编码的视频编码方法和设备，以及用于对跳过宏块进行解码的视频解码方法和设备，所述新的预测模式可表现关于跳过宏块的运动向量信息。
有益效果
根据本发明，可将应用到现有技术中具有16×16大小的宏块的跳过模式应用到更小的块，从而可使用空间相邻的块的像素执行跳过块的运动向量预测。因此，可提高视频预测效率。
因此，根据本发明，将跳过宏块划分为更小的子块以执行预测，从而可提高视频预测效率。另外，向解码设备发送表示是否划分跳过宏块的预定二进制信息，从而可在有限的带宽内提供高质量的视频数据。
附图说明
图1是解释产生当前宏块的预测运动向量的现有技术方法的示图；
图2是解释H.264/AVC中P帧中的宏块的预测模式的示图；
图3是示出根据本发明示例性实施例的视频编码设备的结构的框图；
图4A至图4D是解释根据本发明示例性实施例的产生通过划分跳过宏块所获得的跳过子块的预测运动向量的方法的示图；
图5是示出根据本发明示例性实施例的视频编码方法的流程图；
图6是示出根据本发明示例性实施例的视频解码设备的结构的框图；
图7是示出根据本发明示例性实施例的视频解码方法的流程图。
最佳方式
根据本发明的一方面，提供了一种视频编码方法，包括：将跳过宏块划分为跳过子块；通过使用与每个跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量；通过使用每个跳过子块的预测运动向量来对包括跳过子块的跳过宏块进行编码。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频编码设备，包括：运动向量预测单元，将跳过宏块划分为跳过子块，并通过使用与每个跳过子块相邻的块的运动向量来产生每个跳过子块的预测运动向量；编码器，通过使用每个跳过子块的预测运动向量来对跳过宏块进行编码。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频解码方法，包括：确定包括在接收的比特流中的解码的当前宏块的预测模式；当确定结果显示当前宏块是被划分为跳过子块并通过将划分的跳过子块的预测运动向量用作运动向量信息而被编码的跳过宏块时，将当前宏块划分为跳过子块；通过使用与每个跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量；通过使用包括在当前宏块中的每个跳过子块的预测运动向量所进行的运动补偿恢复跳过子块的数据，来恢复当前宏块。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频解码设备，包括：预测模式确定器，确定接收的比特流中包括的解码的当前宏块的预测模式；运动向量预测单元，当确定结果显示当前宏块是被划分为跳过子块并通过将划分的跳过子块的预测运动向量用作运动向量信息而被编码的跳过宏块时，将当前宏块划分为跳过子块，通过使用与每个跳过子块相邻的块的运动向量来产生每个跳过子块的预测运动向量；运动补偿单元，通过使用包括在当前宏块中的跳过子块的预测运动向量所进行的运动补偿恢复跳过子块的数据，来恢复当前宏块。
具体实施方式
下面，将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。
图3是示出根据本发明示例性实施例的视频编码设备300的结构的框图。
根据本发明当前示例性实施例的视频编码设备300发送跳过宏块的预定标志和预定跳过宏块划分标志，所述跳过宏块在P帧或B(双向预测编码的)帧的宏块中按跳过模式被预测编码，所述预定跳过宏块划分标志表示是否以通过划分跳过宏块获得的跳过子块为单位产生预测运动向量，从而使得解码设备能够确定是否划分了跳过宏块并有效地预测跳过宏块。另外，为了针对每个宏块确定是否划分了跳过宏块，可为每个宏块分配包括划分信息的1比特的标志。此外，当将视频编码设备300和解码设备提前设置为对所有跳过宏块执行划分时，在比特流中可不包括表示划分信息的标志。
参照图3，根据本发明当前示例性实施例的视频编码设备300包括减法器301、频率转换器302、量化器303、熵编码器304、逆量化器305、频率逆变器306、加法器306a、帧缓冲器307、运动预测单元308、运动补偿单元309和运动向量预测单元310。
运动预测单元308将当前输入帧的宏块划分为预定大小的块，并对划分的块执行运动预测以产生运动向量。参照图1所述，根据16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8或4×4预测模式将P帧中的宏块划分为预定大小的块，并预测块的运动向量。
运动补偿单元309通过使用运动预测单元308产生的运动向量执行运动补偿，并产生预测块。
减法器301计算编码的当前宏块的原始像素值和运动补偿单元309产生的预测块的像素值之间的差以产生残余数据。频率转换器302将离散余弦变换应用到残余数据以将空域中的值转换为频域中的值。
量化器303对从频率转换器302接收到的频域中的值进行量化，熵编码器304对频域中的量化的值以及关于当前宏块的预测模式的信息进行熵编码以产生编码的比特流。
逆量化器305对频域中的值执行逆量化，频率逆变器306将接收到的频域中的逆量化的值转换为空域中的值。
加法器306a将从运动补偿单元309接收到的视频数据添加到从频率逆变器306输出的视频数据，以产生参考视频数据。产生的参考视频数据被存储在帧缓冲器307中。
经过对比特流执行率失真最优化来相互比较每种预测模式的代价，从而可确定P帧中的宏块的最终预测模式，其中，根据可被用于P帧中的宏块的预测模式(即，16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8和4×4预测模式和跳过模式)对宏块进行编码而产生所述比特流。
运动向量预测单元310将被确定为跳过模式的跳过宏块划分为跳过子块，并通过使用与跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量。用于产生预测运动向量的相邻块是指在对当前跳过宏块进行编码之前被编码并被恢复的相邻块。
随后，参照图4A至图4D，将描述根据本发明示例性实施例的将确定为跳过宏块的当前宏块E 400划分为跳过子块401、402、403和404，并产生跳过子块401、402、403和404的预测运动向量的方法。
运动向量预测单元310将确定为跳过宏块的当前宏块E 400划分为跳过子块401至404，所述跳过子块401至404中的每个子块具有8×8的大小。跳过子块401至404的大小并不限于图4A中示出的8×8，而可以是4×4。运动向量预测单元310通过使用与跳过子块401至404相邻的块的运动向量来产生跳过子块401至404的预测运动向量。产生预测运动向量的方法可对应于根据H.264标准产生预测运动向量的方法。下面，假定以从左到右从上到下的扫描顺序处理划分的跳过子块401至404。
图4A是解释根据本发明示例性实施例的产生第一跳过子块401的预测运动向量的方法的示图。参照图4A，可通过使用在对第一跳过子块401进行编码之前被编码并被恢复的左相邻块P1 411、上相邻块P2 421、右上相邻块P3 422和左上相邻块P4 441的运动向量来对第一跳过子块401的预测运动向量进行预测。由虚线部分指示的左相邻块P1 411、上相邻块P2 421、右上相邻块P3 422和左上相邻块P4 441可表示与第一跳过子块401的左上角相邻的多个块的部分，以及与第一跳过子块401的右上角相邻的一个块的部分。
当假定通过MV_P1、MV_P2、MV_P3和MV_P4分别表示左相邻块P1411、右相邻块P2 421、右上相邻块P3 422和左上相邻块P4 441的运动向量时，可通过将第一跳过子块401的相邻块的运动向量带入预定函数来计算第一跳过子块401的预测运动向量PMV1。例如，第一跳过子块401的预测运动向量PMV1可具有相邻块的运动向量的中值，或者可通过将相邻块的运动向量与预定权值α、β、γ和δ分别相乘，并将相乘后的值相加来计算第一跳过子块401的预测运动向量PMV1，例如，通过使用下面的等式来计算：PMV1＝α*MV_P1+β*MV_P2+γ*MV_P3+δ*MV_P4。当预测运动向量PMV1具有相邻块的运动向量MV_P1、MV_P2、MV_P3和MV_P4的中值时，中值总是使用直接与第一跳过子块401相邻的左相邻块P1411的运动向量MV_P1和直接与第一跳过子块401相邻的上相邻块P2421的运动向量MV_P2，并选择右上相邻块P3422的运动向量MV_P3和左上相邻块P4 441的MV_P4中的一个，从而通过使用三个相邻块的三个向量来计算中值，或者计算右上相邻块P3 422的运动向量MV_P3和左上相邻块P4 441的MV_P4的平均值，从而通过使用三个运动向量，也就是MV_P1、MV_P2和(MV_P3+MV_P4)/2来计算中值。
图4B至图4D是解释根据本发明示例性实施例的分别产生第二跳过子块402的预测运动向量PMV2、第三跳过子块403的预测运动向量PMV3和第四跳过子块404的预测运动向量PMV4的方法的示图。与产生第一跳过子块401的预测运动向量PMV1的上述方法相似，可通过计算相邻块P1、P2、P4和P6的运动向量的中值或者相加的值来预测第二跳过子块402的预测运动向量PMV2。可通过计算相邻块P8、P9、P10和P11的运动向量的中值或者相加的值来预测第三跳过子块403的预测运动向量PMV3。这里，因为在当前宏块E400之后对第四跳过子块404的右上相邻块进行编码，所以只通过使用左相邻块P8、右相邻块P9和左上相邻块P11的运动向量来预测第四跳过子块404的预测运动向量PMV4。
如上所述，在跳过宏块被划分为跳过子块并且产生了每个跳过子块的预测运动向量之后，熵编码器304存储表示当前宏块是跳过宏块的预定标志和表示在比特流的预定区域中是否划分了跳过宏块的预定二进制信息。具体地讲，在没有划分跳过宏块时，熵编码器304将0分配给标志，并只发送预测模式信息，当划分了跳过宏块时，熵编码器304将1分配给标志，以使得解码设备能够确定是否划分了跳过宏块。视频编码设备300可对所有跳过宏块执行划分或者通过比较没有划分跳过宏块时或者划分跳过宏块时的代价来确定是否划分跳过宏块。
图5是示出根据本发明示例性实施例的视频编码方法的流程图。
在操作510，当确定了宏块的预测模式时，将跳过宏块划分为跳过子块。
在操作520，通过使用与跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块预测运动向量。如上所述，可计算相邻块的运动向量的中值或者相加的值以产生跳过子块的预测运动向量。
在操作530，当通过使用跳过子块的预测运动向量对跳过宏块进行编码时，在比特流中插入关于包括跳过子块的跳过宏块的预测模式信息，也就是表示当前宏块是跳过宏块的预定标志和表示是否划分了跳过宏块的预定二进制信息，从而对跳过宏块进行编码。
图6是示出根据本发明示例性实施例的视频解码设备600的结构的框图。
参照图6，根据本发明当前示例性实施例的视频解码设备600包括熵解码器601、逆量化器602、频率逆变器603、帧缓冲器604、运动补偿单元605、加法器606和运动向量预测单元607。
熵解码器601对编码的比特流执行熵解码，并将熵解码的比特流发送到逆量化器602和运动向量预测单元607。具体地讲，在帧间模式编码中，熵解码器601提取当前块的预测模式信息和熵解码的视频数据，并向逆量化器602输出提取的视频数据，向运动向量预测单元607输出提取的模式信息。
逆量化器602对熵解码器601熵解码的视频数据执行逆量化，并向频率逆变器603输出逆量化的视频数据。
频率逆变器603将从逆量化器602接收的逆量化的视频数据转换为空域中的值，并向加法器606输出转换的空域中的值。
加法器606将从频率逆变器603接收的逆量化的视频数据与从运动补偿单元605接收的运动补偿的视频数据相加，以产生恢复的视频数据。然而，对除跳过模式之外的预测模式执行将接收的逆量化的视频数据与运动补偿的视频数据相加的操作，在跳过模式中，没有附加残余数据的运动补偿的数据本身对应于恢复的视频数据。帧缓冲器604存储从加法器606输出的视频数据。
运动向量预测单元607在熵解码器601提取的预测模式信息的基础上预测当前块的运动向量。向运动补偿单元605输出估计的运动向量。具体地讲，当解码的当前宏块是被划分为跳过子块并被编码的跳过宏块时，运动向量预测单元607将当前宏块划分为跳过子块，并通过使用与跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量。通过从包括在比特流中的预测模式信息中读取表示当前宏块是否是跳过宏块的标志信息，来确定当前宏块是否是跳过宏块，并通过使用表示是否划分跳过宏块的二进制信息来确定是否将跳过宏块划分为跳过子块，所述二进制信息与标志信息一起被发送。当视频编码设备300和视频解码设备600被提前设置为将所有跳过宏块划分为跳过子块时，不需要表示是否划分跳过宏块的二进制信息，而将跳过宏块划分为跳过子块。运动向量预测单元607与图3中所示的视频编码设备300的运动预测单元310执行相同的操作，以将当前跳过宏块划分为跳过子块，并通过使用相邻块产生每个跳过子块的预测运动向量。
运动补偿单元605使用通过利用跳过子块的预测运动向量执行运动补偿所产生的预测值来恢复每个跳过子块的视频数据。如上所述，对于跳过子块，省略将残余数据与运动补偿的预测值进行相加的操作。
图7是示出根据本发明示例性实施例的视频解码方法的流程图。
参照图7，在操作710中，确定包括在接收的比特流中的解码的当前宏块的预测模式。
在操作720，当当前宏块是被划分为跳过子块并通过将划分的跳过子块的预测运动向量用作运动向量信息而被编码的跳过宏块时，将当前宏块划分为跳过子块。
在操作730，通过使用与跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量。
在操作740，通过使用跳过子块的预测运动向量的运动补偿恢复当前宏块的跳过子块的数据，来恢复当前宏块。
因此，在现有技术中应用到16×16大小的宏块的跳过模式可被应用到更小的块，从而可通过使用空间相邻的块的像素来执行跳过块的运动向量预测。因此，可提高视频预测效率。
因此，将跳过宏块划分为更小的跳过子块来执行预测，从而可提高视频预测效率。另外，向解码设备发送表示是否划分跳过宏块的预定二进制信息，从而可在有限的带宽内提供高质量的视频数据。
本发明还可被实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。所述计算机可读记录介质是可存储稍后能由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。所述计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(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分布在联网的计算机系统上，从而以分布式方式来存储和执行计算机可读代码。
尽管已经参照本发明的示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，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，可以在形式和细节上对本发明进行各种改变。本发明的示例性实施例应该被理解为描述的意义，而不是为了限制的目的。因此，本发明的范围不由本发明的详细描述所限定，而是由权利要求限定，并且在此范围内的所有不同将被解释为包括在本发明中。

Claims (22)

1、一种视频编码方法，包括：
将跳过宏块划分为跳过子块；
通过使用与跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量；
通过使用产生的每个跳过子块的预测运动向量来对包括跳过子块的跳过宏块进行编码。
2、如权利要求1所述的视频编码方法，其中，产生跳过子块的预测运动向量的步骤包括：将通过将与一个跳过子块相邻的块的运动向量代入函数所产生的向量确定为所述一个跳过子块的预测运动向量。
3、如权利要求1所述的视频编码方法，其中，产生跳过子块的预测运动向量的步骤包括：将与一个跳过子块相邻的块的运动向量的中值确定为所述一个跳过子块的预测运动向量。
4、如权利要求1所述的视频编码方法，其中，产生跳过子块的预测运动向量的步骤包括：将与一个跳过子块相邻的块的运动向量分别与权值相乘，以产生相乘的值，并将相乘的值相加。
5、如权利要求1所述的视频编码方法，其中，所述相邻块包括：上相邻块、左相邻块、左上相邻块和右上相邻块中的至少三个相邻块，其中，在对跳过子块进行编码之前对所述至少三个相邻块进行编码并进行恢复。
6、如权利要求1所述的视频编码方法，其中，对跳过宏块进行编码的步骤包括：将表示是否将跳过宏块划分为跳过子块的二进制信息和用作运动向量信息的跳过子块的预测运动向量插入到比特流中。
7、如权利要求1所述的视频编码方法，其中，跳过宏块具有16×16的大小，跳过子块具有8×8或4×4的大小。
8、一种视频编码设备，包括：
运动向量预测单元，将跳过宏块划分为跳过子块，并通过使用与每个跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量；
编码器，通过使用所述跳过子块的预测运动向量来对跳过宏块进行编码。
9、如权利要求8所述的视频编码设备，其中，运动向量预测单元将通过将与一个跳过子块相邻的块的运动向量代入函数所产生的向量确定为所述一个跳过子块的预测运动向量。
10、如权利要求8所述的视频编码设备，其中，运动向量预测单元将与一个跳过子块相邻的块的运动向量的中值确定为所述一个跳过子块的预测运动向量。
11、如权利要求8所述的视频编码设备，其中，运动向量预测单元通过将与每个跳过子块相邻的块的运动向量分别与权值相乘来产生相乘的值，并将相乘的值相加来产生预测运动向量。
12、如权利要求8所述的视频编码设备，其中，所述相邻块包括：上相邻块、左相邻块、左上相邻块和右上相邻块中的至少三个相邻块，其中，在对跳过子块进行编码之前对所述至少三个相邻块进行编码并进行恢复。
13、如权利要求8所述的视频编码设备，其中，编码器将表示是否将跳过宏块划分为跳过子块的二进制信息和用作运动向量信息的跳过子块的预测运动向量插入到比特流中。
14、如权利要求8所述的视频编码设备，其中，跳过宏块具有16×16的大小，跳过子块具有8×8或4×4的大小。
15、一种视频解码方法，包括：
确定接收的比特流中的解码的当前宏块的预测模式；
如果确定的结果显示解码的当前宏块是被划分为跳过子块并通过将划分的跳过子块的预测运动向量用作运动向量信息而被编码的跳过宏块，则将解码的当前宏块划分为跳过子块；
通过使用与每个跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量；
通过使用包括在解码的当前宏块中的跳过子块的预测运动向量所进行的运动补偿恢复跳过子块的数据，来恢复解码的当前宏块。
16、如权利要求15所述的视频解码方法，其中，产生跳过子块的预测运动向量的步骤包括：将通过将与一个跳过子块相邻的块的运动向量代入预定函数所产生的向量确定为所述一个跳过子块的预测运动向量。
17、如权利要求15所述的视频解码方法，其中，产生跳过子块的预测运动向量的步骤包括：将与一个跳过子块相邻的块的运动向量的中值确定为所述一个跳过子块的预测运动向量。
18、如权利要求15所述的视频解码方法，其中，产生跳过子块的预测运动向量的步骤包括：将与一个跳过子块相邻的块的运动向量分别与权值相乘以产生相乘的值，并将相乘的值相加。
19、一种视频解码设备，包括：
预测模式确定器，确定接收的比特流中包括的解码的当前宏块的预测模式；
运动向量预测单元，如果确定的结果显示当前宏块是被划分为跳过子块并通过将划分的跳过子块的预测运动向量用作运动向量信息而被编码的跳过宏块，则将当前宏块划分为跳过子块，通过使用与每个跳过子块相邻的块的运动向量来产生跳过子块的预测运动向量；
运动补偿单元，通过使用包括在当前宏块中的跳过子块的预测运动向量所进行的运动补偿恢复跳过子块的数据，来恢复当前宏块。
20、如权利要求19所述的视频解码设备，其中，运动向量预测单元将通过将与一个跳过子块相邻的块的每个运动向量代入函数所产生的向量确定为所述一个跳过子块的预测运动向量。
21、如权利要求19所述的视频解码设备，其中，运动向量预测单元将与一个跳过子块相邻的块的运动向量的中值确定为所述一个跳过子块的预测运动向量。
22、如权利要求19所述的视频解码设备，其中，运动向量预测单元通过将与一个跳过子块相邻的块的运动向量分别与权值相乘以产生相乘的值，并将相乘的值相加，以产生预测运动向量。
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