CN1132983A - 编码或解码运动矢量的方法与其实施的编码或解码装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种差分编码与宏块相关的运动矢量(MVO)的方法,其步骤包括:确定该运动矢量(MVO)的分量(MVOX,MVOY);确定预测矢量,其分量(PX,PY)等于至少三个候选运动矢量(MV1,MV2,MV3)相应分量的中间值,候选运动矢量与先前编码的宏块相关;从要编码的矢量分量中减去所得的预测矢量分量。还涉及一种解码上述编码运动矢量的方法和实施这些方法的编码解码装置。本发明应用于图象压缩领域。

Description

编码或解码运动矢量的方法与 其实施的编码或解码装置
本发明涉及一种在图象压缩系统中用于编码运动矢量的方法。
本发明特别地,但不是唯一地应用于对速率小于64Kbit/s的无线通信信道的视频图象编码。
本发明还涉及一种解码方法、编码装置与解码装置。
按照现有技术,图象压缩装置,或编码器,在例如国际电报电话咨询委员会(CCITT)的推荐H.261中,特别是参照该文件的图3(“源编码器”)有所描述。
此装置基于对以象素块或宏块形式的图象处理。一个块由一个8×8象素的矩阵组成,而一个宏块包括4个块。宏块可以两种模式之一编码,称为“帧间”或“帧内”编码,组成此宏块的所有块均以同一模式编码。“帧内”编码时,对各块进行离散余弦变换,其得到的系数被量化,然后按变长编码处理(“VLC”编码)编码。“帧间”编码时,对之进行离散余弦变换的是各块与参考图象中类似位置的各块之间的差。
为改进“帧间”模式编码的性能,使用运动补偿。这类运动补偿过程使得在参考的图象或其中的窗口中可以确定宏块,用于当前图象中相应宏块的有效“帧间”编码。对于在参考图象中确定这样的一个宏块,有不同的选择标准。参考宏块对于当前图象中要编码的宏块位置的相对位置,用一个所谓的运动矢量来确定。这个运动矢量在编码后宏块的头中被传送。
解码器也带有一个放置参考图象的存储器。知道相应于编码后宏块的运动矢量和系数,就能够恢原始宏块的象素值。这些值可能包含有误差,尤其是量化误差。
运动矢量相对于一预测矢量被差分编码。这个预测矢量等于位于要编码或解码的宏块的左边紧挨的宏块的运动矢量。矢量的水平(H)和垂直(V)分量被分别编码。预测矢量在下列两种情况下重新初始化为(0,0);
如果紧挨在要编码或解码的宏块的左边的宏块是以“帧内”模式编码的;
如果要编码的宏块位于图象的左边沿。
本发明涉及一种用于对与宏块关联的运动矢量进行差分编码的方法,其特征是,它包括以下步骤:
确定该运动矢量的各分量;
确定预测矢量,其每个分量等于至少三个候选运动矢量的相应分量的中间值,候选运动矢量为与一先前编码的宏块相关的矢量;
从要编码的矢量的各分量中,减去这样获得的预测矢量的分量。
按照本发明的一个特定实施例,如果与候选运动矢量相关的宏块位于图象外,则在确定预测矢量时此候选运动矢量的各分量被视为0。
按照特定实施例,如果与候选运动矢量相关的宏块以“帧内”模式编码,则在确定预测矢量时此候选运动矢量的各分量被视为0。
按照特定实施例,与候选运动矢量相关的各宏块是与其矢量要编码的宏块相邻的各宏块。
按照特定实施例,与候选矢量相关的宏块为位于其矢量要被编码的宏块的上方或左边的部分宏块。
按照特定实施例,与候选运动矢量相关的宏块包括紧挨在其矢量要被编码的宏块的左边的宏块,和紧挨其上边的宏块以及位于其右上的宏块。
本发明还涉及一种用于解码由差分编码而编码的运动矢量的方法,其特征在于,它包括以下步骤:
在相应于此矢量的各分量中提取出差值;
确定预测矢量,其每一分量等于至少与三个先前解码的宏块相关的各矢量的相应分量的中间值;
将所述各分量中的差值加到预测矢量的各分量上去。
按照一个特定实施例,如果与候选运动矢量相关的宏块位于图象外,确定预测矢量时,候选运动矢量的各分量被视为0。
按照特定实施例,如果与候选运动矢量相关的宏块以“帧内”模式编码,确定预测矢量时,候选运动矢量的各分量被视为0。
按照特定实施例,与候选运动矢量相关的各宏块是与要解码其矢量的宏块相邻的各宏块。
按照特定实施例,与候选运动矢量相关的各宏块是位于要解码其矢量的宏块的上方或左边的部分宏块。
按照特定实施例,与候选运动矢量相对应各宏块包括紧挨在要解码其矢量的宏块的左边的宏块,和紧挨其上边的宏块以及位于其右上的宏块。
本发明又涉及一种图象压缩装置,它包括一个运动估计处理器来产生运动矢量,其特征在于,通过关于一个预测矢量对所述各矢量进行编码,所述装置包括:
确定预测矢量的装置,其每一分量等于至少三个候选运动矢量的相应各分量的中间值,候选运动矢量为与先前编码的宏块相关的矢量;
减法装置,用于从要编码的矢量各分量中,减去所得到的预测矢量各分量;
编码装置,用于对经所述减法所得的值进行编码。
本发明还涉及一种图象压缩装置,用于对借助运动补偿方法压缩的图象进行解压缩,其特征是它包括:
一个缓冲寄存器,用于接收压缩数据;
解复用装置,连接到该寄存器;
去量化装置,与解复用装置相连;
逆变换装置,用于对解复用和去量化后的各系数进行逆变换;
数据提取装置,用于提取与编码后的运动矢量有关的数据。这个运动矢量是按照关于预测矢量的差分编码来编码的;
确定预测矢量的装置,用于以相应于先前解码的宏块的运动矢量为基础,确定预测矢量。
按照特定实施例,此压缩、解压缩装置分别实施了这种编码、解码方法。
通过对一个未加限制的优选实施例的说明,可以更好地理解本发明,如附图所示,其中:
图1为实施本发明的一个图象编码器的功能示意图。
图2表示按CIQF(公用中间四分格式,COMMON INTERMEDIATEQUARTER FORMAT)格式的一个图象的各宏块的编号。
图3表示对相应于位置超出图象边界的宏块的候选矢量的处理。
图4为实施按照本发明的方法的解码器的功能示意图。
图1中示出了一个视频图象编码器。此编码器带有一个视频输入1,馈入到运动补偿处理器10(与参考存储器2相连),和减法器3以及带两个输入端的多路复用器4的输入端之一上。多路复用器4的第二输入连接到减法器3的输出。多路复用器4的输出连接到离散余弦变换处理器(DCT处理器5)。
在“帧内”模式,不使用减法器。各象素的值从输入端1直接传送到DCT处理器5。
在“帧间”模式,传送到DCT处理器5的是装置的输入端信号与存在存储器2中的参考图象的部分的差。
DCT处理器5的输出连接到量化电路6,量化电路的输出一方面连接到一个其后跟随着逆DCT处理器8的去量化电路7,另一方面连接到编码与多路复用电路14。编码电路进行对DCT变换各系数的VLC编码,特别是进行运动矢量差分编码,和按照所要求结构对不同数据进行装配。
要编码的块被送至DCT变换,无论它是“帧间”还是“帧内”块,也就是指无论其分别含有象素值还是含有象素值的差。所得DCT系数被量化,然后按VLC编码进行编码。这些VLC编码,以及相关的各种处理(块扫描方向,系数对的编码与零系数串长度的编码)将不再赘述,因为它们对本领域技术人员是众所周知的。编码后的系数以适当方式被插入到视频多路复用中去。
量化后系数被送至去量化,然后进行逆DCT变换。这是这些相同数据在解码器中将要进行的处理,结果的象素值含有相同的误差,至少在一定程度上明显地含有量化误差。在编码器中,这些解码后数据用来更新存在存储器2中的参考图象。
存储器2的输出连接到减法器3的一个输入,可以经过一空间回路滤波器。逆DCT处理器8的输出经一双输入加法器11连接到参考存贮器2。加法器11的第二输入端连接到一个带两个输入端的第二多路复用器12的输出,而第二多路复用器12的一个输入端接到回路滤波器9的输出,另一输入端悬空,产生零象素值。在“帧内”模式,多路复用器12的输出产生零值。两个多路复用器4和12用一个还操纵系数的量化的控制单元13来同时控制,很明显,这是视频缓冲寄存器(未示出)填充程度的函数。
运动补偿处理器将来自输入端1的各宏块与参考图象的各宏块进行比较,并一方面确定宏块将要以帧内模式编码还是以帧间模式编码。可以这样来确定,即相对阈值来评估误差函数的值,在“帧间”模式情况中此值为象素差的平方和。
有时,如果对一给定数量的全1宏块或相同宏块,没有选择“帧内”模式的话,则强制进入“帧内”模式编码。这样做是为了限制在逆DCT变换中的重建误差的积累。例如,按照上面提到的推荐书H.261,至少对每132次全1和相同宏块的传输就要进行一次这种强制执行。
特别是在处理器10处要使用运动补偿或估计。有很多方法用于寻找最佳运动矢量,其变化也很多:块的穷举比较,分层比较方法等等。尤其是在用微处理器、特殊用途处理器等时,可以实施这些方法。
按照本例子,对图象亮度进行采样的结构为144行×176象素,这对应于11×9个宏块的格式。对色度和每一颜色分量,格式为72行×88象素,这相应于一个称做4∶1∶1亮度色度结构。
此图象格式也称为CIQF格式(代表公用中间四分格式)。
在此例中将假定这样的图象格式在编码器输入端1提供。
为简化解释起见,以下只考虑亮度。
图2给出了亮度宏块的编号。图象的实际宏块用实线框出。以下,围绕当前宏块(指当前正在处理的宏块)的八个宏块将称为相邻宏块。与宏块13相邻的宏块为宏1、2、3、12、14、23、24和25。仍为了简化解释起见,将假定超出图象边框外有虚设的宏块。宏块A是与宏块1、12和23相邻的宏块。
对每个以“帧间”模式编码的宏块,处理器10提供与此块相关的运动矢量的一对分量。按照本实施例,各分量精度为半个象素,并被限定在区间[-16,+15.57]内。
按照本实施例,由例如一个存储器和一个适当编程的微处理器所组成的电路10,对每一运动矢量确定预测矢量。此预测矢量的分量Px和Py将从要编码的运动矢量的分量中被减掉。
按照本实施例,预测矢量的各分量以图3所示的方式来计算。
M0表示当前宏块,即正对其确定预测矢量的宏块。另一方面,MVix和MViy分别表示与宏块i相关的运动矢量的第一和第二分量。
M1表示紧挨M0左边的宏块,M2表示紧挨M0上边的宏块,M3表示M0右上的宏块。与宏块M1到M3相关的运动矢量称为候选矢量,用MV1到MV3表示。图3a给出M0周围宏块M1到M3的排列。
由于只对以“帧间”模式编码的宏块定义运动矢量,在下列情况,要假定候选矢量的分量为0:
-当宏块以“帧内”模式编码时;
-当宏块位置超出图象边框时。
图3b、3c和3d示出了不同的情况。数对(0,0)表示其候选矢量的被视为0的宏块。虚线表示图象的边框。
在确定三个候选矢量的分量后,对预测矢量的每个分量选择各候选矢量的相应分量中的中间值,由此计算出预测矢量的各分量。例如,如果候选矢量分别为:
MV1=(-2;3),MV2=(1;5),MV3=(-1;7)
则预测矢量为(Px;Py)=(-1;5)
然后得到此预测矢量与运动矢量MV0之间的差值为:
MVDx=MVx-Px
MVDy=MVy-Py
这些差值随后被VLC编码并送至视频多路复用。
已知预测矢量的计算需要知道矢量M1到M3,这些矢量被处理器10保存在存储器中。
解码期间,预测矢量以相似方式确定。当然,要对预测矢量的各分量与解码后的差值进行相加。
图4给出了解码器的功能示意图。从接收和解调系统接收的数据被存在寄存器15中。需要此寄存器以使得实际使用数据的速度与数据传输速度相匹配。这些数据用一个解复用器16来解复用。各系数被解码,经逆量化(电路17),然后作逆DCT变换(电路18)。在“帧间”模式情况下,所得结果各块与预测的结果相加(用加法器19)。预测存储器21当然被适当更新。
处理器20的任务是控制量化和解码相应于运动矢量的数据。它进行数据的VLC解码,在存储器中保持计算预测矢量要用的各矢量,确定预测矢量,并将其各分量与解码后的各分量的差值相加。这样恢复的运动矢量以已知方式来使用。
按照一个实施例变型,运动矢量与以“帧内”模式编码的宏块相关。这样做能够对传输误差进行补偿,这些传输误差会破坏此宏块的编码系数。在这种情况中,不把相应候选矢量视为0。
显然,本发明并不局限于上述实施例,它也适用于其它使用运动补偿的压缩系统。

Claims (16)

1、一种用于对与宏块(M0)相关的运动矢量(MV0)进行差分编码的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
确定所述运动矢量(MV0)的分量(MV0x,MV0y);
确定预测矢量,其每一分量等于至少三个候选运动矢量(MV1、MV2、MV3)的各相应分量的冲间值,候选运动矢量为与以前解码的宏块相关的矢量;
从要编码的矢量各分量中,减去所得到的预测矢量分量。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,如果与候选运动矢量相关的宏块位于图象外边,则在确定预测矢量时,该候选运动矢量的各分量被视为0。
3、根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,如果与候选运动矢量相关的宏块以“帧内”模式编码,则在确定预测矢量时,该候选运动矢量的各分量被视为0。
4、根据以上权利要求之一所述的方法,其特征在于,与候选运动矢量相关的宏块是与要编码其矢量的宏块相邻的各宏块。
5、根据以上权利要求之一所述的方法,其特征在于,与候选运动矢量相关的宏块构成位于要编码其矢量的宏块的上边或左边的部分宏块。
6、根据权利要求5所述的方法,其特征在于,与候选运动矢量相关的宏块包括紧挨在要编码其矢量的宏块左边的宏块,和紧挨其上边的宏块以及位于其右上方的宏块。
7、一种用于解码用差分编码而编码的运动矢量(MV0)的方法,其特征在于,它包括以下步骤:
提取出相应于所述矢量(MV0)的各分量中的差值(MVDx、MVDy);
确定预测矢量,其每一分量(Px、Py)等于与至少三个先前解码过的宏块(MV1、MV2、MV3)相关的矢量的各相应分量的中间值;
将所述分量中的差值(MVDx、MVDy)与预测矢量的分量(Px、Py)相加。
8、根据权利要求7所述的方法,其特征在于,如果与候选运动矢量相关的宏块位于图象外面,则在确定预测矢量时,该运动矢量各分量被视为0。
9、根据权利要求7和8之一所述的方法,其特征在于,如果与候选运动矢量相关的宏块以“帧内”模式编码,则在确定预测矢量时,该候选运动矢量各分量被视为0。
10、根据权利要求7至9之一所述的方法,其特征在于,与候选运动矢量相关的宏块是与要解码其矢量的宏块相邻的宏块。
11、根据权利要求7至10所之一所述的方法,其特征在于,与候选运动矢量相关的宏块构成位于要解码其矢量的宏块的上边或左边的部分宏块。
12、根据权利要求11所述的方法,其特征在于,与候选运动矢量相关的宏块包括紧挨在要解码其矢量的宏块的左边的宏块,和紧挨其上边的宏块,以及位于其右上方的宏块。
13、一种图象压缩装置,带有一个运动估计处理器(10)来产生运动矢量(MV0),其特征在于,相对于一个预测矢量来编码所述各矢量,所述装置包括:
用于确定预测矢量的装置(10),该预测矢量的第一个分量(Px、Py)等于至少三个候选运动矢量(MV1、MV2、MV3)的相应各分量的中间值,候选运动矢量为与先前编码过的宏块相关连的矢量;
用于从要编码的矢量各分量中减去所得的预测矢量分量的装置(10);
用于对由所述减法得到的值(MVDx、MVDy)进行编码的装置(14)。
14、根据权利要求13所述的装置,其特征在于,该装置实施按照权利要求1至6之一的方法。
15、一种用于对借助运动补偿方法压缩的图象进行解压缩的装置,其特征在于,该装置包括:
缓冲寄存器(15)接收压缩数据;
解复用装置(16)连接到所述寄存器(15);
去量化装置(17)连接到所述解复用装置;
逆变换装置(18),对解复用和去量化过的系数进行逆DCT变换;
数据提取装置(19)用于提取与编码过的运动矢量有关的数据,该运动矢量是按关于预测矢量的差分编码进行编码的;
预测矢量确定装置(20),用于以与先前解码过的宏块相应的运动矢量为基础,来确定预测矢量。
16、根据权利要求15所述的装置,其特征在于,该装置实施按照权利要求7至12的方法。
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