CN107087167B - 先进运动向量预测子候选项集合的推导方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种先进运动向量预测子候选项集合的推导方法与装置。该方法，用于块的运动向量的编解码，包含：依据当前块的多个顶部相邻块的第一可用运动向量决定顶部空间先进运动向量预测子候选项；依据该当前块的多个左侧相邻块的第一可用运动向量决定左侧空间先进运动向量预测子候选项；对空间先进运动向量预测子候选项集合进行最多一次的冗余检查；决定去冗余空间‑时间先进运动向量预测子候选项集合；以及提供该去冗余空间‑时间先进运动向量预测子候选项集合以用于该当前块的该运动向量的编码或者解码。通过利用本发明，可提高系统的运行速度。

Description

先进运动向量预测子候选项集合的推导方法与装置
技术领域
本发明有关于视频编码，且特别地，本发明有关于与用于高效视频编码(High-Efficiency Video coding，以下简称为HEVC)的运动向量预测子(Motion VectorPredictor，以下简称为MVP)的简化推导。
背景技术
HEVC是由视频编码联合组(Joint Collaborative Team on Video Coding，以下简称JCT-VC)开发的一种新的国际编码标准。HEVC是基于分块运动补偿的变换编码架构(block-based motion-compensated transform coding architecture)。其用于压缩的基本单元是一个2N×2N的方块，被称为编码单元(Coding Unit，以下简称CU)，且每一个CU皆可被递归地分割为4个更小的CU，直到产生预设的最小尺寸。每一个CU可包含一个或多个预测单元(Prediction Units，以下简称PU)。PU的尺寸可以是2N×2N、2N×N、2N×nU、2N×nD、N×2N、nL×2N、nR×2N、或者N×N，其中2N×N、2N×nU、2N×nD以及N×2N、nL×2N、nR×2N分别对应于具有对称或不对称PU尺寸划分(division)的2N×2N PU的水平和垂直分割(partition)。
为进一步增强HEVC中运动向量编码的编码效率，基于运动向量竞争的机制被用于从既定运动向量预测子(Motion Vector Predictor，以下简称MVP)候选项集合中选择一个运动向量预测子(MVP)，所述MVP候选项集合包含空间及时间MVP。对于HM-5.0中的帧间模式来说，先进运动向量预测(Advanced Motion Vector Prediction，以下简称AMVP)机制被用于从包含两个空间MVP以及一个时间MVP的MVP候选项集合中选择一个MVP。上述MVP候选项集合是用来编码一个基本块(underlying block)的运动向量(Motion Vector，以下简称为MV)。图1是依据HM-5.0的用于帧间模式的空间MVP候选项集合的示意图，其中两个空间MVP为：
1、左侧空间预测子(来自Am+1及Am的第一可用MV)；以及
2、顶部空间预测子(来自Bn+1、Bn及B-1的第一可用MV)。
上述五个空间候选块被分成左侧预测子群组和顶部预测子群组。每一群组中候选块的第一可用MV被选作推导自该群组的空间MVP。与每一群组中相邻块相关的第一可用MV的搜寻顺序如图1中的箭头所示。对于顶部候选块来说，其搜寻顺序是从右到左。而对于左侧候选块来说，其搜寻顺序则是从下到上。左侧的相邻块包含左下块(lower-left block)Am+1以及底部左侧块(bottom-aligned left block)Am。顶部相邻块则包含三个块，分别对应于左上块(upper-left block)B-1、右侧顶部块(right-aligned top block)Bn以及右上块(upper-right block)Bn+1。在MVP的推导过程中，有可能出现所有的候选块都没有相关的MV的状况。在此状况下，此群组没有可用的MVP。举例来说，若Am和Am+1都没有相关的MV，则左侧预测子并不存在。从而，MVP候选项集合可能包含少于3个的MVP候选项。
在推导出空间预测子之后，再推导出时间预测子并将其添加至MVP候选项集合。在所有的空间和时间预测子都被推导出来之后，则执行冗余检查程序以识别和移除任何重复的候选项。因此，与冗余检查程序相关的检查操作的最大数量为3。在冗余检查/移除程序被执行之后，再检查现存的候选项数量。若此数量小于阈值，则执行零值的运动向量检查程序。在HM-5.0中，上述阈值被设置为AMVP_MAX_NUM_CANDS指示的最大值(AMVP_MAX_NUM_CANDS＝2)。上述零值的运动向量检查程序是检查当前的候选项集合中是否存在零值的MV。若当前的候选项集合中不存在零值的MV，则将零值的MV添加至MVP候选项集合中。在此程序中，需要一个检查操作。因此，以上所述的两个检查程序所需的检查操作的最大数量为4。
图2是依据HM-5.0的MVP推导的决定流程图。在步骤210中，包含空间MVP和时间MVP的MVP候选项被提供至冗余检查程序。冗余检查程序检查MVP候选项中是否存在重复项。若存在重复的MVP候选项，则移除此重复的MVP候选项。若不存在重复的MVP候选项，则将零值的MV添加至MVP候选项集合中。接着在步骤220中，检查MVP候选项的数量以决定其是否小于2。若MVP候选项的数量不小于2，则决定程序结束。否则，在步骤230中执行零值的运动向量检查程序以决定MVP候选项集合中是否包含零值的MV。若MVP候选项集合中不包含零值的MV，则在步骤240中，将零值的MV添加至MVP候选项集合中。否则，决定程序结束。上述用于MVP候选项集合的决定程序包含很多检查操作。因此，需要减少所需检查操作的数量以加速系统运行。
发明内容
有鉴于此，本发明一实施例提供一种先进运动向量预测子候选项集合的推导方法，用于块的运动向量的编解码，该先进运动向量预测子候选项集合的推导方法包含：依据当前块的多个顶部相邻块的第一可用运动向量决定顶部空间先进运动向量预测子候选项；依据该当前块的多个左侧相邻块的第一可用运动向量决定左侧空间先进运动向量预测子候选项；对空间先进运动向量预测子候选项集合进行最多一次的冗余检查，若冗余先进运动向量预测子候选项存在，通过从该空间先进运动向量预测子候选项集合中移除该冗余先进运动向量预测子候选项来决定去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合，否则，该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合与该空间先进运动向量预测子候选项集合相同，其中该空间先进运动向量预测子候选项集合最多包含该顶部空间先进运动向量预测子候选项和该左侧空间先进运动向量预测子候选项，以及该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合最多包含该顶部空间先进运动向量预测子候选项和该左侧空间先进运动向量预测子候选项；决定去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合，其中该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合包含该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合与一个时间先进运动向量预测子候选项；以及提供该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合以用于该当前块的该运动向量的编码或者解码。
本发明的另一实施例提供一种先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，该先进运动向量预测子候选项集合用于块的运动向量的编解码，该装置包含：依据当前块的多个顶部相邻块的第一可用运动向量决定顶部空间先进运动向量预测子候选项的模块；依据该当前块的多个左侧相邻块的第一可用运动向量决定左侧空间先进运动向量预测子候选项模块；对空间先进运动向量预测子候选项集合进行最多一次的冗余检查的模块，若冗余先进运动向量预测子候选项存在，通过从该空间先进运动向量预测子候选项集合中移除该冗余先进运动向量预测子候选项来决定去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合，否则，该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合与该空间先进运动向量预测子候选项集合相同，其中该空间先进运动向量预测子候选项集合最多包含该顶部空间先进运动向量预测子候选项和该左侧空间先进运动向量预测子候选项，以及该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合最多包含该顶部空间先进运动向量预测子候选项和该左侧空间先进运动向量预测子候选项；决定去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合的模块，其中该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合包含该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合与一个时间先进运动向量预测子候选项；以及提供该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合以用于该当前块的该运动向量的编码或者解码的模块。
通过利用本发明，可减少所需检查操作的数量，从而提高系统的运行速度。
附图说明
图1是HM-5.0中基于AMVP机制用于推导帧间模式下MVP候选项集合的相邻块配置范例的示意图。
图2是依据HM-5.0的用以决定MVP候选项集合的推导程序范例的示意图。
图3是依据本发明一实施例用以决定MVP候选项集合的简化推导程序范例的示意图。
图4是依据本发明另一实施例用以决定MVP候选项集合的简化推导程序范例的示意图。
图5是依据本发明又一实施例用以决定MVP候选项集合的简化推导程序范例的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例简化了MVP候选项的推导程序。在一个实施例中，MVP冗余候选项检查仅应用至两个空间MVP候选项。时间MVP候选项被排除在冗余检查程序之外。在此简化的检查程序中，检查两个空间MVP候选项的冗余。从而，其最多需要一个比较操作(若一个或两个MVP候选项不存在，则不需要任何操作)。依据本发明的实施例，检查操作的最大数量从3减少到1。在对空间MVP执行完冗余检查之后，再将时间MVP包含至MVP候选项集合中。
在推导出空间MVP和时间MVP之后，检查MVP候选项的数量以决定其是否小于阈值(例如，2)。若此数量小于2，则MVP推导程序依据基于HM-5.0的传统方法检查MVP候选项是否包含零值的MV。若零值的MV未包含在MVP候选项集合中，则将零值的MV添加至MVP候选项集合中。在依据本发明的另一实施例中，若MVP候选项的数量小于阈值，MVP推导程序不会检查MVP候选项中是否包含零值的MV。取而代之的是，MVP推导程序直接将零值的MV添加至MVP候选项集合而无需检查MVP候选项中是否包含零值的MV。本发明的一个实施例可被整合至HM-5.0，且由AMVP_MAX_NUM_CANDS指示的阈值可被设置为2(AMVP_MAX_NUM_CANDS＝2)。因此，一旦现存的空间和时间MVP候选项的数量小于2，则零值的MV被添加至MVP候选项集合。在一个实施例中，当MVP候选项集合中的候选项数量小于阈值时，零值的MV将会被添加至候选项集合直到其数量达到2。换句话说，将会有多于一个的零值的MV被添加至MVP候选项集合中。
图3是依据本发明一实施例的MVP推导的决定流程图。如图3的步骤310所示，只有空间MVP候选项被提供给此程序以进行重复MVP候选项检查和移除。如前文所述，检查操作的最大数量从3减少到1。在步骤310中的空间冗余MVP候选项检查/移除之后，时间MVP被包含进来以形成空间-时间MVP候选项集合。上述程序剩下的部分与图2中的此部分相同，故此处的剩余步骤使用了相同的参考标号。
图4是依据本发明另一实施例的MVP推导的决定流程图。此处检查和移除重复MVP候选项的步骤与图2中的此部分相同。然而，若MVP候选项的数量小于阈值(例如，阈值为2)，如步骤410所示，MVP推导程序会直接将零值的MV添加至MVP候选项集合而无需检查MVP候选项集合中是否包含零值的MV。
图5是依据本发明又一实施例的MVP推导的决定流程图。在图5中，重复MVP候选项的检查和移除仅对空间MVP执行，且当MVP候选项的数量小于阈值(例如，阈值为2)时，用于检查MVP候选项集合中是否包含零值的MV的检查被省略。
比较简化系统与传统的HM-5.0系统的系统性能。上述性能是依据BD率(BD rate)来衡量的，负值则代表相对于参考系统的性能提升。BD率的比较是通过在维持基本系统大致相同的客观品质(objective quality)的前提下调整编码参数来进行的。不同系统配置的比较结果如表1所示，其中RA对应于随机存取(random access)，LD对应于低延迟(lowdelay)，HE对应于高效率(high efficiency)，LC对应于低复杂度(low coplexity)，而HE-10则对应于高效率(10比特)。在BD率方面，系统性能受到的影响非常小。同样，系统运行时间受到的影响也很小。
表1
依据上文所述简化MVP方法推导出的MVP候选项集合可被用于帧间编码块的MV的编码和解码。在编码器中，当前块的MV被基于MVP候选项集合而预测地编码。基本MV的预测残差也被编码，以使在解码器端可以恢复此预测残差。解码器可依据上述简化MVP推导出MVP候选项集合。之后，MVP候选项集合与恢复的预测残差一并被用于重建当前MV。
以上描述是为了使本领域的技术人员能够以上下文中的特定实施方式及其需求来实现本发明。然而，本领域的技术人员应可对其进行各种变型与修饰，而本发明的基本精神也可以应用至其他实施例中。因此，本发明并非以所述特定实施例为限，而应以符合本发明宗旨及新特征的最广的范围为界。在上述详细描述中，阐述各种特定细节是为了便于对本发明有全面的了解，然而，本领域的技术人员应可理解本发明可以在不限定这些具体细节中的一部分或者全部的情况下实施。
上述的根据本发明的实施例可以不同硬件、软件代码、或两者的结合来实施。举例来说，依据本发明的一实施例，其可以是用来实施所述方法的、整合至视频压缩芯片中的电路，或是整合至视频压缩软件中的程序代码。依据本发明的另一实施例，其也可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)上执行的、用来实施所述方法的程序代码。本发明亦可包含由计算机处理器、DSP、微处理器、或现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，FPGA)执行的一系列功能。依据本发明，通过执行定义了本发明实施例特定方法的机器可读软件代码或固件代码，这些处理器可被设置为执行特定的任务。所述软件代码或固件代码可通过不同的编程语言及不同格式/样式来开发。所述软件代码亦可符合不同的目标平台。然而，执行与本发明相应的任务的、具有不同代码格式、样式及语言的软件代码，以及其他方式形成的代码都应包含在本发明的范围内。
在不脱离本发明的精神及基本特征的前提下，本发明亦可用其他特定形式来实施。以上所述的实施例仅仅是为了例示本发明，并非本发明的限制。本发明的范围当所附的权利要求为准，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种先进运动向量预测子候选项集合的推导方法，用于块的运动向量的编解码，该先进运动向量预测子候选项集合的推导方法包含：
依据当前块的多个顶部相邻块的第一可用运动向量决定顶部空间先进运动向量预测子候选项；
依据该当前块的多个左侧相邻块的第一可用运动向量决定左侧空间先进运动向量预测子候选项；
对空间先进运动向量预测子候选项集合进行最多一次的冗余检查，若冗余先进运动向量预测子候选项存在，通过从该空间先进运动向量预测子候选项集合中移除该冗余先进运动向量预测子候选项来决定去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合，否则，该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合与该空间先进运动向量预测子候选项集合相同，其中该空间先进运动向量预测子候选项集合最多包含该顶部空间先进运动向量预测子候选项和该左侧空间先进运动向量预测子候选项，以及该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合最多包含该顶部空间先进运动向量预测子候选项和该左侧空间先进运动向量预测子候选项；
决定去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合，其中该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合包含该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合与一个时间先进运动向量预测子候选项；以及
提供该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合以用于该当前块的该运动向量的编码或者解码。
2.如权利要求1所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导方法，进一步包含：
检查该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合的候选项的数量是否小于阈值；以及
若该数量小于阈值，则将零值的运动向量添加至该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合。
3.如权利要求2所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导方法，其特征在于，该阈值对应于2。
4.如权利要求1所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导方法，其特征在于，决定该顶部空间先进运动向量预测子候选项的步骤按照从右到左的顺序检查该多个顶部相邻块。
5.如权利要求1所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导方法，其特征在于，决定该左侧空间先进运动向量预测子候选项的步骤按照从下到上的顺序检查该多个左侧相邻块。
6.如权利要求1所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导方法，其特征在于，该多个顶部相邻块包含左上块、右侧顶部块以及右上块。
7.如权利要求1所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导方法，其特征在于，该多个左侧相邻块包含左下块以及底部左侧块。
8.一种先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，用于块的运动向量的编解码，该先进运动向量预测子候选项集合的推导装置包含：
依据当前块的多个顶部相邻块的第一可用运动向量决定顶部空间先进运动向量预测子候选项的模块；
依据该当前块的多个左侧相邻块的第一可用运动向量决定左侧空间先进运动向量预测子候选项模块；
对空间先进运动向量预测子候选项集合进行最多一次的冗余检查的模块，若冗余先进运动向量预测子候选项存在，通过从该空间先进运动向量预测子候选项集合中移除该冗余先进运动向量预测子候选项来决定去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合，否则，该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合与该空间先进运动向量预测子候选项集合相同，其中该空间先进运动向量预测子候选项集合最多包含该顶部空间先进运动向量预测子候选项和该左侧空间先进运动向量预测子候选项，以及该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合最多包含该顶部空间先进运动向量预测子候选项和该左侧空间先进运动向量预测子候选项；
决定去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合的模块，其中该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合包含该去冗余空间先进运动向量预测子候选项集合与一个时间先进运动向量预测子候选项；以及
提供该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合以用于该当前块的该运动向量的编码或者解码的模块。
9.如权利要求8所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，进一步包含：
检查该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合的候选项的数量是否小于阈值的模块；以及
若该数量小于阈值，则将零值的运动向量添加至该去冗余空间-时间先进运动向量预测子候选项集合的模块。
10.如权利要求9所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，其特征在于，该阈值对应于2。
11.如权利要求8所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，其特征在于，该决定该顶部空间先进运动向量预测子候选项的模块按照从右到左的顺序检查该多个顶部相邻块。
12.如权利要求8所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，其特征在于，该决定该左侧空间先进运动向量预测子候选项的模块按照从下到上的顺序检查该多个左侧相邻块。
13.如权利要求8所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，其特征在于，该多个顶部相邻块包含左上块、右侧顶部块以及右上块。
14.如权利要求8所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，其特征在于，该多个左侧相邻块包含左下块以及底部左侧块。
15.一种先进运动向量预测子候选项集合的推导装置，用于块的运动向量的编解码，该先进运动向量预测子候选项集合的推导装置包含：
处理器，在执行程序代码时，执行权利要求1-7中任一项所述的先进运动向量预测子候选项集合的推导方法的步骤。
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