CN106537915A - 用于视频编码的运动向量导出的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于取决于当前子块位置的运动模型函数来导出当前块中当前子块的子块运动向量的方法以及装置。接着，已导出的子块运动向量被用于编码或解码子块。运动模型函数可对应于仿射运动模型函数或双线性运动模型函数。在一个实施例中，一种新的合并模式可被用于当前块的预测，其通过使用从运动模型函数导出的子块运动向量并以子块为基础应用预测。在另一实施例中，新的帧间预测模式可被用于当前块的预测，其通过使用从运动模型函数导出的子块运动向量并以子块为基础应用预测。

Description

用于视频编码的运动向量导出的方法
【相关申请的交叉引用】
本发明主张申请于2014年7月18日，序列号为PCT/CN2014/082523的PCT专利申请的优先权。将此PCT专利申请以参考的方式并入本文中。
【技术领域】
本发明涉及视频编码。特别地，本发明涉及用于视频编码的基于运动模型函数(motion-model function)的子块(sub-block)的运动向量导出(motionvectorderivation)。
【背景技术】
运动估计是利用视频序列中的时间冗余的一种有效的帧间编码技术。运动补偿帧间编码已经被广泛地使用于各种国际视频编码标准中。在各种编码标准中采用的运动估计通常是基于块的技术，其中，运动信息(例如：编码模式以及运动向量)被确定以用于每个宏区块或类似块配置。此外，帧内编码也被适应性地应用，其中，图片的处理不需参考任何其他图片。帧间预测或帧内预测残差通常通过转换、量化、以及熵编码被进一步处理以产生压缩后的视频比特流。
块匹配是一种确定两个时间图片之间位移的有效手段，其中，两个时间图片之间的内容移动是逐块被确定。例如，基于块的运动估计已经被用于多种编码标准，例如：高级视频编码(Advanced Video Coding，AVC)/H.264以及新的高效视频编码(High EfficiencyVideo Coding，HEVC)。例如，于HEVC中，运动预测是基于预测单元(prediction unit，PU)来执行。两个时间图片中的两个对应块之间的位移被定义为运动向量(motion vector，MV)。于3D视频编码中，如果参考图片是来自不同视图的已编码图片，位移被称为视差向量(disparity vector，DV)。不失一般性，在本公开中，位移(displacement)可被称作MV。
基于块的运动补偿的假设是块内所有像素经历相同位移以及具有相同的MV。然而，在典型的视频序列中，这样的平移运动很难准确地描述内容中复杂的实际运动。因此，基于块的运动估计不能捕获复杂运动，例如转动、缩放、以及运动对象的变形。希望开发出能导出小于整个块的视频单元的运动信息的运动估计。
【发明内容】
本发明提供了一种基于取决于当前子块位置的运动模型函数来导出当前块中当前子块的子块运动向量的方法以及装置。接着，已导出的子块运动向量被用于编码或解码子块。运动模型函数可对应于仿射运动模型函数(affine motion-model function)或双线性运动模型函数(bilinear motion-model function)。
当运动模型函数对应于由F(x，y)＝a×x+b×y+e表示的仿射运动模型函数时，(x，y)为当前子块位置，且a、b、以及e为与仿射运动模型函数相关联的仿射模型参数。于当前块大小为M×N时，三个仿射参数运动向量MV_0、MV_1、以及MV_2被确定以分别被用于位置(0、0)、(M，0)、以及(0，N)。在此情况下，仿射模型参数是根据e＝MV_0、a＝(MV_1-MV_0)/M、以及b＝(MV_2-MV_0)/N来确定，且其中M以及N为正整数。
三个仿射参数运动向量可基于当前块的相邻已编码块来导出。在此情况下，使用三个仿射参数运动向量的仿射合并模式(affine Merge mode)可被启用，且将三个仿射参数运动向量插入到合并候选列表以用于当前块的编码或解码。于仿射合并模式中，可基于仿射运动模型函数以及三个仿射参数运动向量导出用于当前块的每个子块的子块运动向量。此外，如果仿射合并模式被用于当前块，则使用子块运动向量来预测每个子块。高层语法元素(syntax element)可被标识(signaled)于序列参数集(sequence parameter set，SPS)、视频参数集(video parameter set，VPS)、图片参数集(picture parameter set，PPS)或条带标头(sliceheader)以指示仿射合并模式是否被启用。当前块可对应于预测单元(predictionunit，PU)，且只有当PU属于已选择的PU分区类型集(PU partition typeset)时，仿射合并模式可被启用，其中，已选择的PU分区类型集包括从{2Nx2N，2NxN，Nx2N，2NxnU，2NxnD，nLx2N，nRx2N}中选择的一个或多个PU分区类型。语法元素可被标识于当前块以指示仿射合并模式是否被用于当前块。合并候选列表中用于三个仿射参数运动向量的位置的第二语法元素可被标识。于解码器侧，语法元素还可被隐式地导出。例如，根据编码模式选择、当前块的相邻块的运动参数、或当前块的参考块的运动参数隐式地导出语法元素。
在另一实施例中，通过使用一个或多个已传输运动向量差(motion vectordifferences，MVD)来改善相应的一个或多个MV预测子以形成一个或多个已改善的运动向量，可确定三个运动向量MV_0、MV_1、以及MV_2中的一个或多个。如果新的帧间预测模式(additional inter prediction mode)被启用，于三个运动向量中的一个或多个被改善后，子块运动向量可基于运动模型函数以及三个运动向量被导出以用于当前块的每个子块。接着，如果新的帧间预测模式被用于当前块，则使用子块运动向量来预测每个子块。语法元素可被标识于当前块以指示新的帧间预测模式是否被用于当前块。于比特流中，语法元素可被标识于用于当前块的合并旗标的第二语法元素后，其中，合并旗标指示当前块是否使用合并模式来编码。于解码器侧，语法元素还可被隐式地导出。
当子块运动向量使用运动模型函数被导出时，已导出的子块运动向量可被量化为1/4、1/8、1/12、1/16或1/32像素精度。于当前块对应于预测单元时，子块大小可以是4×4、8×8或16×16。
【附图说明】
图1所示为根据本发明实施例的基于运动模型函数用于子块的子块运动向量导出的示例，其中，块大小为NxN。
图2所示为根据本发明实施例的结合基于运动模型函数的子块运动向量导出的视频编码系统的示范性流程图。
【具体实施方式】
下文的描述是实施本发明的最佳预期模式。这种描述是为了说明本发明的一般原理，而不应被理解成对本发明的限制。本发明的范围可通过参考所附权利要求做最好的确定。
为了提供用于块的改进的运动描述，根据本发明的实施例，将当前块(例如：HEVC中的PU)分割为多个子块(例如，子PU)。根据运动模型导出MV(也被称作“已导出子块的MV”)以用于每个子块。例如，每个PU可被分割为多个子PU，且用于每个子PU的MV是根据运动模型函数F(x，y)导出，其中，(x，y)为子PU的位置，且F为表示运动模型的函数。
在一个实施例中，用于子PU的已导出的子块运动向量MV_cur是通过仿射运动模型来导出：
MV_cur＝a*x+b*y+e， (1)
其中，(x，y)为子PU的位置，且三个参数a、b、以及e为仿射模型参数。因为MV_cur对应于已导出的子块运动向量，且x以及y是表示子PU的水平以及垂直位置的标量，a、b、以及e是作为运动向量的具有相同维度(即，二维)的向量。图1所示为根据本发明的实施例的用于PU 110中的子PU 120的仿射运动模型的示例。在此示例中，PU 110的大小为NxN，且当前子PU 120定位于(x，y)。然而，其它实施例中的PU也可以是例如MxN的矩形，且M以及N为正整数。子PU 120的位置可对应于子PU 120的左上角坐标。然而，子PU 120的其它位置(例如，中心点)也可被用作为子PU位置。
于以上提及的仿射运动模型中，必须确定三个向量a、b、以及e以导出用于更精细的(granular)图像单元(即，子PU 120)的运动信息。在一个实施例中，仿射参数是由三个MV(也被称为三个仿射参数运动向量)来表示，这三个MV被指定为MV_0、MV_1、以及MV_2，其位置分别为(0、0)、(N，0)、以及(0，N)，且N为正整数。接着，根据式子(2)来导出已导出的子块运动向量MV_cur：
MV_cur＝MV_0+x*(MV_1-MV_0)/N+y*(MV_2-MV_0)/N (2)
换句话说，对应于以上式子的三个仿射模型参数为：
a＝(MV_1-MV_0)/N，
b＝(MV_2-MV_0)/N，以及
e＝MV_0。
虽然以上示例演示了用于NxN PU的三个仿射模型参数的导出，用于其它PU大小的三个仿射模型参数的导出也可以类似地进行。例如，如果PU的大小为MxN，a的向量参数可通过a＝(MV_1-MV_0)/M来导出，且b以及e的仿射模型参数保持与上述相同。
三个仿射参数运动向量MV_0、MV_1、以及MV_2可基于相邻已编码块被导出。请注意，上述实施例中的仿射参数运动向量的数量和位置仅用于说明目的，本发明并不限于此。
在另一实施例中，子PU的运动向量(即，MV_cur)是由双线性运动模型来导出。双线性模型需要四个参数a、b、c、以及d。例如，于当前块中位置(x，y)的子块的运动向量的X分量(即，MV_x)可根据双线性运动模型a*(N-x)*(N-y)+b*x*(N-y)+c*y*(N-x)+d*x*y来导出，其中，块大小为NxN。类似地，位于位置(x，y)的子块的运动向量的Y分量(即，MV_y)可使用四个参数来导出。双线性运动模型的参数可由相邻已编码块来导出。
如前所述，用于子PU的已导出的运动信息可被用于运动估计/补偿以导出用于编码或解码的预测残差。用于使用运动模型函数的更多更精细的图像单元(例如，子PU)的运动向量导出可被应用到新的合并模式(也被称作“仿射合并模式”)。于现有的合并模式中，当前块共享相邻块的运动信息。当前块的运动向量预测子是从合并候选列表中选择，合并候选列表包括来自空间、时间、或视图方向的相邻块的一组候选。对于新的合并模式，三个仿射参数运动向量可基于相邻块被导出。三个仿射参数运动向量可被增加到合并候选列表中以作为新的合并候选。新的合并模式可被应用于对称的PU分区类型(例如：2Nx2N、2NxN、Nx2N)或任何其它PU分区(例如：HEVC中被称为非对称运动分区(asymmetric motionpartition，AMP)的2NxnU、2NxnD、nLx2N、以及nRx2N分区)。备选地，新的合并模式仅被应用于PU分区类型2Nx2N。在另一实施例中，新的合并模式仅被应用于PU分区类型2Nx2N、2NxN、以及Nx2N。在又一实施例中，新的合并候选仅被应用于一组特定的PU分区类型。当新的合并模式被选择用于块(例如，PU)时，根据上述的运动模型函数导出用于PU中子PU的运动向量。接着，根据对应子块运动向量来预测每个子PU。
在一个实施例中，指示新的合并模式是否被允许(即，启用)用于相关视频数据的语法元素可被标识于序列等级(例如：序列参数集(sequence parameterset，SPS))、视频等级(例如：视频参数集(video parameter set，VPS))、图片等级(例如：图片参数集(pictureparameter set，PPS)或自适应参数集(adaptive parameter set，APS))、或条带等级(例如：条带标头)。当新的合并模式被启用时，三个仿射参数运动向量的位置可以被固定为合并候选列表中的0、1、以及2(即，合并列表的前三个位置)。位置0是指候选列表中的首个(即，第一)位置。仿射参数运动向量的位置也可使用序列等级(例如：序列参数集)、视频等级(例如：视频参数集)、图片等级(例如：图片参数集或自适应参数集)、或条带等级(例如：条带标头)中的语法元素来标识。
于解码器侧，仿射参数运动向量的位置也可被隐式地导出。例如，可根据编码模式选择、当前块的相邻PU的运动参数、或当前块的参考块的运动参数来隐式地导出仿射参数运动向量的位置。
如前所述，可为相应位置计算被用作为仿射参数运动向量的运动向量，也可根据当前块的相邻块的运动信息来导出被用作为仿射参数运动向量的运动向量。在另一实施例中，可基于已传输的运动向量差(motion vector differences，MVD)来改善(refine)被用作为仿射参数运动向量的运动向量，其中，MVD对应于运动向量以及运动向量预测子之间的差。此外，被用作为仿射参数运动参数的一个或多个运动向量可根据MVD被改善。
仿射参数运动向量可被用于新的帧间预测模式中，其中，仿射参数运动向量中的至少一个已经根据MVD被改善。换句话说，如果新的帧间预测模式被用于当前块(例如PU)，则当前块中的每个子PU可使用对应子块运动向量来预测，其中，对应子块运动向量是基于一个或多个已改善的仿射参数运动向量来导出。
编码系统允许已改善的仿射参数运动向量被用于另一帧间预测模式，旗标可被标识以指示新的帧间预测模式是否被启用。此旗标可被标识于用于比特流中当前块的合并旗标之后，其中，合并旗标指示当前块是否使用合并模式来编码。例如，语法元素被标识于序列参数集、视频参数集、图片参数集、自适应参数集、或条带标头，以指示新的帧间预测模式是否被启用。于解码器侧，语法元素还可被隐式地导出。例如，可根据编码模式选择、当前块的相邻块的运动参数、或当前块的参考块的运动参数来隐式地导出语法元素。
如式子(1)所示，导出的子块运动向量可以是分数(fractional number)。根据一个实施例，已导出的子块运动向量被量化为1/4、1/8、1/12、1/16或1/32像素精度。在一个实施例中，具有相同子块运动向量的连续子块被合并为用于运动补偿的较大子块。
在以上描述中引用的块可对应于HEVC标准中使用的PU。在此情况下，子块(即，子PU)大小可对应于4×4、8×8或16×16。
于本申请中，与现有的用于整个块的运动估计相比，比用于整个块的运动信息更精细的的用于视频单元(例如，子PU)的运动信息具有更准确的运动描述。
图2所示为根据本发明实施例的结合使用运动模型函数的子块运动向量导出的视频编码系统的示范性流程图。如步骤210所示，接收与当前块相关联的输入数据。与当前块相关联的输入数据可以从媒体中获得(例如系统中的RAM或DRAM)。与当前块相关联的输入数据也可直接从处理器(例如：中央处理单元、控制器、或数字信号处理器)中接收。于编码器侧，输入数据对应于待编码的像素数据。于解码器侧，输入数据对应于待解码的已编码数据。于步骤220中，确定当前块中位于当前子块位置的当前子块。于步骤230中，基于取决于当前子块位置的运动模型函数来计算用于当前子块的已导出子块运动向量。于步骤240中，使用用于当前子块的已导出子块运动向量来编码或解码当前子块。
图2所示的示范性流程图是用于示例的目的。本领域技术人员可在不背离本发明精神实质的情况下，重新排列每个步骤、合并步骤、或分割步骤来实施本发明。
以上描述可使本领域的普通技术人员如特定应用及其要求的上下文提供的来实践本发明。对本领域技术人员来说，对所描述的实施例的各种修改是显而易见的，且本文定义的一般原理可被应用于其它实施例。因此，本发明并非意在限定于以上所示及所描述的特定实施例，而是要符合与此公开揭露的原理和新颖特征相一致的最宽范围。在以上详细描述中，各种具体细节被示出以便提供本发明的彻底理解。然而，本领域技术人员应知晓本发明是可被实践的。
如上所述，本发明的实施例可以由各种硬件，软件代码，或两者的组合来实现。例如，本发明的实施例可以是被集成到视频压缩芯片的电路，或被集成于视频压缩软件的程序代码以执行本文所描述的处理过程。本发明的实施例还可以是执行于数字信号处理器上的程序代码，以执行本文所描述的处理过程。本发明还可包含由计算机处理器，数字信号处理器，微处理器，或现场可编程门阵列执行的多个功能。根据本发明，通过执行定义本发明所体现的特定方法的机器可读软件代码或固件代码，这些处理器可被配置为执行特定任务。软件代码或固件代码可被开发为不同的编程语言以及不同的格式或风格。软件代码还可被编译以用于不同的目标平台。然而，根据本发明的不同的软件代码的代码格式、风格及语言，以及用于配置代码以执行任务的其他方式，均不会背离本发明的精神以及范围。
在不脱离其精神或本质特征的情况下，本发明可以其它特定形式来体现。所描述的示例在所考虑的所有的方面都只是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围是由其所附的权利要求来指示的，而不是由上文的描述来指示的。在权利要求的等效范围及含义内的所有改变均包含于本发明范围之内。

Claims (21)

1.一种图片的块的运动信息导出的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收与当前块相关联的输入数据；
确定位于所述当前块中当前子块位置的当前子块；
基于取决于所述当前子块位置的运动模型函数，计算用于所述当前子块的已导出子块运动向量；以及
使用用于所述当前子块的所述已导出子块运动向量来编码或解码所述当前子块。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动模型函数对应于仿射运动模型函数或双线性运动模型函数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运动模型函数对应于由F(x，y)＝a×x+b×y+e来表示的所述仿射运动模型函数，其中，(x，y)为所述当前子块位置，且a、b、以及e为与所述仿射运动模型函数相关联的仿射模型参数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当前块的块大小为M×N，且三个仿射参数运动向量MV_0、MV_1、以及MV_2被确定以分别用于位置(0、0)、(M，0)、以及(0，N)，且所述仿射模型参数是根据e＝MV_0、a＝(MV_1-MV_0)/M、以及b＝(MV_2-MV_0)/N被确定，且其中M以及N为正整数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三个仿射参数运动向量是基于所述当前块的相邻已编码块来导出。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，如果使用所述三个仿射参数运动向量的仿射合并模式被启用，则所述三个仿射参数运动向量被插入合并候选列表中以用于所述当前块的编码或解码，其中，一个子块运动向量是基于所述仿射运动模型函数以及所述三个仿射参数运动向量来导出以用于所述当前块的每个子块，且其中，如果所述仿射合并模式被用于所述当前块，则每个子块是使用所述一个子块运动向量来预测。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，一个或多个语法元素被用于指示所述仿射合并模式是否被启用、所述合并候选列表中所述三个仿射参数运动向量的位置、或上述两者。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述一个或多个语法元素被标识于序列参数集、视频参数集、图片参数集、或条带标头。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，只有在所述图片的所述块属于已选择的预测单元分区类型集时，所述仿射合并模式被启用，其中，所述已选择的预测单元分区类型集包括从{2Nx2N，2NxN，Nx2N，2NxnU，2NxnD，nLx2N，nRx2N}中选择的一个或多个预测单元分区类型。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，于解码器侧，所述一个或多个语法元素被隐式地导出。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述一个或多个语法元素是根据编码模式选择、所述当前块的相邻块的运动参数、或所述当前块的参考块的运动参数被隐式地导出。
12.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三个仿射参数运动向量MV_0、MV_1、以及MV_2中的一个或多个是通过使用一个或多个已传输运动向量差来改善相应的一个或多个运动向量预测子来确定，以形成一个或多个已改善的运动向量。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，如果新的帧间预测模式被启用，于所述三个仿射参数运动向量中的所述一个或多个被改善后，一个子块运动向量基于所述运动模型函数以及所述三个仿射参数运动向量被导出以用于所述当前块的每个子块，且如果所述新的帧间预测模式被用于所述当前块，使用所述一个子块运动向量来预测每个子块。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，语法元素被用于指示所述新的帧间预测模式是否被启用。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，于比特流中，所述语法元素被标识于用于所述当前块的合并旗标的第二语法元素后，其中，所述合并旗标指示所述当前块是否使用合并模式来编码。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，于解码器侧，所述语法元素被隐式地导出。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述语法元素根据编码模式选择、所述当前块的相邻块的运动参数、或所述当前块的参考块的运动参数被隐式地导出。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述语法元素被标识于序列参数集、视频参数集、图片参数集、或条带标头，以指示所述新的帧间预测模式是否被启用。
19.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述已导出的子块运动向量被量化为1/4、1/8、1/12、1/16或1/32像素精度。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前块对应于预测单元，且子块大小对应于4×4、8×8或16×16。
21.一种用于图片的块的运动信息导出的装置，其特征在于，所述装置包括一个或多个被配置如下的电子电路：
接收与当前块相关联的输入数据；
确定位于所述当前块中当前子块位置的当前子块；
基于取决于所述当前子块位置的运动模型函数，计算用于所述当前子块的已导出子块运动向量；以及
使用用于所述当前子块的所述已导出子块运动向量来编码或解码所述当前子块。
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