CN102318203A - 光变编码 - Google Patents

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Abstract

一种用于视频编码器的编码方法对目标光变(TLC)帧进行编码来改善得到的经解码视频的画质。向后预测替代向前预测被应用于被检测为TLC帧的帧。另外,TLC行为的最后帧被强制只利用帧内编码方式。

Description

光变编码
技术领域
本发明涉及用于编码包含某些类型的光变(light change)的视频帧的方法,并且更具体地涉及利用向后预测的方法。
背景技术
一般地,视频序列中的光变难以编码并且通常会导致得到的经解码视频中预想的视频画质降低。这是由于用于产生对发生光变的帧的良好预测的运动补偿的能力的限制,因为一般只有运动被考虑。为了解决此问题,一些视频编码器利用加权预测,其中,加权因子和偏移因子被计算并被应用于经运动补偿的帧来改善用于编码的参考预测帧。
然而,某些类型的光变非常难以编码。这些类型的光变以强的光强情形开始,之后光强逐渐减弱,从而展示视觉内容。对于相反的情况,以非常低的光强开始,之后光强逐渐增强,从而展示特定场景的视觉内容。
涵盖了这两种情况的定义可利用如自信息(self-information)或熵的信息理论概念来表达。在此情况中,目标光变可被定义为帧的集合,其中信息内容(或自信息)的量沿着光变行为中所涉及的帧而逐渐增大。参见用作光变的示例的图1。典范示例包括黑色淡入(fade in)和白色淡入帧序列。参考图1,在黑色淡入中,某连续帧组以黑色帧19(或者接近黑色)开始,并且在随后的帧20、21、22和23期间,这些帧的光强逐渐增强,直到被认为是淡变行为结束的特定对比度为止。在白色淡入(也称为闪入)中,某连续帧组以白色帧(或者接近白色)而非黑色帧开始,并且在随后的帧期间,这些帧的光强逐渐减弱,直到被认为是淡变行为结束的特定对比度为止。满足上述定义的这些类型的光变将被表示为目标光变或TLC。
视频编码器中的向前预测编码方式是用于运动估计和运动补偿的默认方式。在基于MPEG的视频标准中,它们通过P帧来表示,并且它们是通过从在前的I帧或在前的P帧生成的。对于TLC光变,向前预测编码方式的利用可能在重构视频中产生画质失真。这可能在直观上很明显,因为预测根据的是比用作用于预测的参考的帧具有更高细节(更高信息内容)的帧。在实践中,如果向前预测被应用于TLC帧,则结果要么是劣质的帧间预测,要么不能有效利用帧内方式来编码这些帧。因此,在恒定比特率(CBR)编码的情形中,TLC帧示出比非TLC帧低的预想画质。另一方面,如果结合加权预测对TLC帧采用逆向编码顺序,更准确的预测可被产生以用于编码这些帧。
一般地,已经利用加权预测技术来解决对于普通光变行为的尝试处理。一般地,这些尝试计算加权预测参数,从而使得把它们应用于经运动补偿的帧可有效地减少由于光变帧引起的失真。
发明内容
一种编码方法被提供用于视频编码器,以对TLC帧编码来改善得到的经解码视频的画质。向后预测而非向前预测被应用于被检测为TLC帧的帧。另外,最后检测出的TLC帧(按照显示顺序)被强迫只利用帧内编码方式。
一种编码一系列视频帧的方法被提供,该方法包括检测此系列中以极端光帧开始的光变模式;缓存此系列的帧;选择此系列中的末尾光变帧,所述末尾光变帧比所述极端光帧具有更多的信息内容;以及从光变帧的末尾到所述极端光帧向后地对帧进行编码。所述极端光帧可以是黑色或基本黑色的帧,或者白色或基本白色的帧。所述末尾光变帧可通过帧内编码方式来被编码。所缓存的帧的数量可依赖于缓存器的大小和/或所缓存的帧的数量可依赖于画面组中所允许的帧的最大数量。
一种装置被提供,该装置适于生成或接收包含一系列经编码的视频帧的信号,所述经编码的视频帧是通过检测此系列中以极端光帧开始的光变模式;选择此系列中末尾光变帧,所述末尾光变帧比所述极端光帧具有更多的信息内容;以及从光变帧的末尾到所述极端光帧向后地对帧进行编码而被编码的。所述信号可表示数字信息,并且可以是电磁波的形式。所述信号可以是基带信号。
一种能够编码视频帧的设备被提供,该设备包括:预分析模块,该预分析模块具有光变检测装置;编码模块,该编码模块具有画面组(GOP)模式决定子模块,该画面组(GOP)模式决定子模块建立属于GOP的帧的编码顺序和显示顺序,从而为被预分析模块检测为具有光变的帧设置向后预测编码顺序。
附图说明
现在将参考附图借助于示例来描述本发明,其中:
图1是具有光变的一系列视频帧;
图2是根据本发明的编码系统的框图;
图3示意性地示出根据本发明的帧编码方法;
图4也示意性地示出根据本发明的帧编码方法;以及
图5也示意性地示出根据本发明的帧编码方法。
具体实施方式
图2表示简化的视频编码器25的框图,视频编码器25包括预分析模块30和编码模块40,它们将在下面的段落中更详细地被描述。
预分析模块30具有光变检测算法32,其识别光变中所涉及的那些帧19-23并且以特殊的标志标记这些帧,特殊的标志指示它们所属的光变类型。假设被分类作为光变的部分的帧可被如此标记并使得编码器25知道它们。这些帧19-23稍后被用于改善运动补偿帧的预测。值得注意的是,在此描述的用于光变编码的实现方式独立于用于光变检测的算法而起作用。光变算法虽然在此被描述为作为预分析模块的一部分,但是不是必须驻留在预分析模块中。替代地,依赖于编码器的实现方式,光变算法可驻留在编码器内,或者可以是搜集用于要被编码的帧的元数据的外部模块的一部分。
方法包括:作为第一步,强制最后检测到的TLC帧(在图1中的23或图3中的TLC6)只利用帧内编码方式来被编码。此决定是在方式选择模块44中做出的。方式选择模块44检查光行为标记来看当前帧是否是一系列检测到的TLC帧中的最后的帧。如果是,则禁用除了帧内编码方式以外的所有编码方式。详尽的实验表明,如果不做此强迫,则用于产生预测的(一个或多个)帧在时间上相距很远,从而导致差的预测。如果不利用此技术的话,就所涉及的帧的数量方面而言光变越长,则预测可能越差。因此,在给定此类型的序列的情况下,只利用帧内编码方式来编码此帧实现了较高的画质。
在图2的示例中,画面组(GOP)模式决定子模块42建立属于GOP的所有帧的编码顺序和显示顺序。第二步发生在子模块42中。此子模块42现在考虑在光变检测中所收集的信息,并且对于检测到的TLC帧,在图3中的TLC6和TLC1之间设置向后预测编码顺序。此GOP模式决定的结果是,编码器将更准确地遵循所定义的编码顺序并且任何TLC帧(即,TLC1-TLC6)将自动地利用向后预测被编码。此方法由于不需要对任何其他视频编码器模块进行修改,因此是所希望的。图3示出GOP模式决定如何在TLC行为中指定利用向后预测。在图3-图5中,应当注意,TLC帧19-23被称为TLC1....TLCn。
对于到H.264/AVC视频编码器的应用,对于被向后预测的一系列帧的最大长度存在两个不同的限制。
第一个限制与解码画面缓存器(DPB)有关。DPB缓存器的大小强制了利用向后预测编码方式编码的一系列帧TLC1-TLCn的最大长度。因为编码/解码顺序与显示顺序的不相配,向后预测编码方式的利用强制编码器和解码器二者将多个经解码的画面缓存在缓存器(DPB)中。因为DPB具有与存储器缓存器约束有关的限制,所以可利用向后预测被编码的帧的最大数量也因此被限制。这在图4中被示出。实验表明,最显著的益处发生在TLC行为的初始帧(前面的第2-4个帧)TLC1-TLC4中。因此,DPB限制不可能显著影响此方法的益处。
第二个限制由最大GOP大小引起。如果GOP达到最大大小,而TLC行为已经开始但是还没有结束,则向后预测编码方式被强制以GOP的结束而结束。对于仍被检测为TLC帧但是被指派给新GOP的帧,有两种可能的方式来进行。向前预测编码方式可被强制用于当前TLC行为的帧中的余下的帧,或者新的向后预测的一系列帧可被指派从新GOP的IDR之后的帧开始。图5示出第一种方法。再次,因为预想视频画质的最大益处发生在初始TLC帧(按照显示顺序)TLC1-TLC4中,所以,即使GOP边界TLC6之后的帧在新的独立TLC行为中被向后预测,也不能获得更多的益处。
最后,我们注意到,大多数实现方式将只利用P帧,而不利用用于编码TLC帧的B帧。某些所描述的技术用在B帧中会由于此类型帧中固有的双向预测而是复杂的。如果B帧被使用,则一些宏块可利用来自具有不同光强的帧的参考宏块,潜在地会引起重构视频中的视觉马赛克失真。当然,一些实施方式也可利用B帧。
具有具体特征和方面的一个或多个实现方式由此被提供。然而,所描述的实现方式的特征和方面也可适用于其他实现方式。虽然在此描述的实现方式可能是在具体环境背景中描述的,但是这些描述绝不应被认为是将特征和概念限制于这些实现方式或环境背景。
在此描述的实现方式例如可实现在方法或处理、装置或者软件程序中。即使是在单一形式的实现方式的环境背景中论述的(例如,仅论述为方法),但是所论述的实现方式或特征也可以其他形式实现(例如,装置或程序)。装置例如可以适当的硬件、软件和固件来实现。方法例如可被实现在诸如计算机或其他处理设备之类的装置中。另外,方法可通过由处理设备或其他装置执行的指令来实现,并且这样的指令可存储在例如CD之类的计算机可读介质、或其他计算机可读存储设备或集成电路中。此外,计算机可读介质可存储实现方式所产生的数据值。
对于本领域技术人员而言应当很明显,这些实现方式还可产生被格式化以承载信息的例如可被存储或被发送的信号。所述信息例如可包括用于执行方法的指令或者由所描述的实现方式之一产生的数据。
另外,多种实现方式可实现在编码器、编码器的预处理器、解码器、或解码器的预处理器的一个或多个中。所描述和所预期到的实现方式可用在各种不同的应用和产品中。这些应用和产品的一些示例包括通过因特网或其他通信链路流传输数据和点播视频的机顶盒、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、电视机、个人记录设备(例如,PVR、运行记录软件的计算机、VHS记录设备)、便携摄像机。
此外,还可预期到其他实现方式。例如,另外的实现方式可通过组合、删除、修改或增补所公开的实现方式的各种特征来被创建。
下面的列表提供了多种实现方式的简短列表。此列表并不旨在是排他性的,而是仅仅提供对许多可能的实现方式中的少量实现方式的简短描述。
1.一种用于包含某种光变的帧的新的编码方法,其利用向后预测编码方式来改善画质并减少失真。
2.实现方式1中,所检测到的光变行为中的最后帧仅利用帧内编码方式来被编码,以改善此帧的预测。
3.一种新的GOP模式选择,其利用光变检测信息来有效地选择在这样的光变中所涉及的帧中要采用向前预测或是向后预测。
4.实现方式1和/或2中,光变是以强光强情形开始,之后光强逐渐减弱,从而展示视觉内容的光变,或者反之,是以非常低的光强开始,之后光强逐渐增强从而展示特定场景的视觉内容的光变(分别也被称为淡入或闪入)。
5.实现方式1和/或2,基于GOP中允许的帧的最大数量以及经解码画面缓存器(DPB)的缓存器限制,对利用向后预测的帧的最大数量进行限制。
6.从本公开中描述的实现方式中的任何一种实现方式产生的信号。
7.根据本公开中描述的一种或多种实现方式,创建、组合、存储、发送、接收和/或处理视频编码信息。
8.一种能够根据所描述的实现方式中的一种实现方式或者与其结合来进行操作的设备(例如,编码器、解码器、预处理器或后处理器)。
9.根据本公开中描述的一种或多种实现方式的一种用于存储一个或多个编码或者用于执行编码的指令集的设备(例如,计算机可读介质)。
10.根据本公开中描述的一种或多种实现方式的一种被格式化为包括有关编码的信息的信号。
11.实现方式10中,所述信号表示数字信息。
12.实现方式10中,所述信号是电磁波。
13.实现方式10中,所述信号是基带信号。
14.实现方式10中,所述信息包括残差数据、运动矢量数据和参考指示符数据中的一种或多种。
实验表明,此经组合的技术显著改善了这样的帧的可感知视频编码画质。前面说明了实施本发明的一种或多种可能性。在本发明的精神和范围内,许多其他实施例是可能的。因此,前面的描述旨在被认为是说明性的,而非限制性的,并且本发明的范围由所附权利要求以及它们的全部等同范围来给定。
前面说明了用于实现本发明的可能性中的一些。在本发明的精神和范围内,许多其他实施例是可能的。因此,前面的描述旨在被认为是说明性的,而非限制性的,并且本发明的范围由所附权利要求以及它们的全部等同范围来给定。

Claims (11)

1.一种对一系列视频帧进行编码的方法,包括:
检测此系列中以极端光帧开始的光变模式;
缓存此系列的帧;
选择此系列中的末尾光变帧,所述末尾光变帧比所述极端光帧具有更多的信息内容;以及
从光变帧的末尾到所述极端光帧向后地对帧进行编码。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述极端光帧是基本黑色的帧。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述极端光帧是基本白色的帧。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述末尾光变帧通过帧内编码方式来被编码。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所缓存的帧的数量依赖于缓存器的大小。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所缓存的帧的数量依赖于画面组中允许的帧的最大数量。
7.一种适于生成或接收包含一系列经编码视频帧的信号的装置,所述经编码视频帧是通过检测此系列中以极端光帧开始的光变模式;选择此系列中的末尾光变帧,所述末尾光变帧比所述极端光帧具有更多的信息内容;以及从光变帧的末尾到所述极端光帧向后地对帧进行编码而被编码的。
8.根据权利要求7所述的装置,其中,所述信号表示数字信息。
9.根据权利要求7所述的装置,其中,所述信号是电磁波。
10.根据权利要求7所述的装置,其中,所述信号是基带信号。
11.一种能够编码视频帧的设备,包括:
预分析模块,所述预分析模块具有光变检测装置;
编码模块,所述编码模块具有画面组(GOP)模式决定子模块,所述画面组(GOP)模式决定子模块建立属于GOP的帧的编码顺序和显示顺序,从而为被预分析模块检测为具有光变的帧设置向后预测编码顺序。
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