CN1682540A - 视频编码方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于压缩比特流的视频编码方法,所述比特流与已经被分成连续的多个帧组(GOF)的原始视频序列相对应。所述方法运用于序列的每个连续GOF,包括:(a)时空分析步骤,导致以时空多分辨率将当前的GOF分解成低频和高频时间子带,所述步骤本身包括运动估计子步骤,运动补偿时间滤波子步骤和空间分析子步骤;以及b)编码步骤,在所述低频和高频时间子带上执行,还在通过所述运动估计步骤获得的运动矢量上执行。根据本发明,所述时空分析步骤还包括判决子步骤来动态地选择输入GOF的大小,所述判决子步骤本身包括基于MPEG-7运动行为描述符的运动行为预分析操作,并在将对其进行运动补偿和时间滤波的第一时间分解级的输入帧上执行。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于压缩比特流的视频编码方法,所述比特流与已经被分成连续的多个帧组(GOF)的原始视频序列相对应,所述帧组的大小为N=2n,其中n=0,或者1,或者2,......,所述编码方法包括运用于序列的每个连续GOF的下列步骤:
a)时空分析步骤,导致以时空多分辨率将当前的GOF分解成2n个低频和高频时间子带,所述步骤本身包括下列子步骤:
-运动估计子步骤;
-基于所述运动估计的运动补偿时间滤波子步骤,在当前GOF的每个2n-1个帧对上执行;
-空间分析子步骤,在从所述时间滤波子步骤得到的子带上执行;
b)编码步骤,在从时空分析步骤所得到的所述低频和高频时间子带上执行,并且在通过所述运动估计步骤获得的运动矢量上执行;
本发明还涉及用于执行所述编码方法的视频编码装置。
背景技术
异构网络上的视频流需要高度可伸缩性(scalability)能力。这意味着只需译码部分比特流而不需要译码全部序列,并被组合以重构较低的空间或时间分辨率(空间/时间可伸缩性)或者较低质量(PSNR或比特率可伸缩性)原始视频信息。完成所有三种类型可伸缩性(可伸缩,时间,PSNR)的常规方法是在所述序列的运动补偿之后,执行输入视频序列的三维(3D,或者2D+t)子带分解。
当前的标准,如MPEG-4已经在预言的基于DCT的框架下,通过附加的高成本层实现有限的可伸缩性。最近已经建议了一种基于跟随了时空树分级编码的3D子带分解的更有效的解决方案,作为视频静止图像编码技术,所述解决方案由基于全面可分级零树(FSZ)的编码模块执行:3D或(2D+t)子带分解提供了自然的空间分辨率和帧速率可伸缩性,而在分级树中彻底的扫描系数以及渐进的位平面编码技术使得达到期望的质量等级。从而就编码效率而言,以合理的成本获得了更大的灵活性。
ISO/IEC MPEG标准化协会于2001年12月3日-7日在泰国Pattaya召开的第58次会议上发起了一个专门的AdHoc组(视频编码中的开发帧间小波技术的AHG),总之是为了探索用于帧间(例如运动补偿)小波编码的技术手段,并为将来的优化就成熟性、效率及潜力方面进行分析。在文献PCT/EP01/04361(PHFR000044)中所述编解码器是基于这样的方式,该方式在示出了带有运动补偿的时间子带分解的图1中说明。在该编解码器中,带有运动补偿的3D小波分解被运用到一组帧(GOF),这些帧标注为F1-F8,并组织成连续的帧对。由于运动补偿时间滤波(MCTF)模块,所以每个GOF都被运动补偿(MC)和时间滤波(TF)。在每个时间分解级,所得的低频时间子带同样地被进一步地滤波,并且该处理在只剩一个时间低频子带时停止(在图1中,示出了三级分解:L和H=第一级;LL和LH=第二级;LLL和LLH=第三级,根时间子带称为LLL),这表示了输入GOF时间上的近似。另外,在每个分解级,产生一组运动矢量字段(在图1中,MV4在第一级,MV3在第二级,MV2在第三级)。在这两种操作已经在MCTF模块中执行以后,因此获得的时间子带帧被进一步地空间分解,并得到子带系数时空树。
用于时间滤波操作的Haar滤波器,在输入序列上只是每隔两个帧执行运动估计(ME)和运动补偿(MC),整个时间树所需ME/MC操作的总数与预测方案大致相同。使用这些非常简单的滤波器,低频率时间子带代表了输入帧对的时间平均,而在MCTF操作之后,高频时间子带包含残留误差。
然后可以观察到,任何MC3D子带视频编码方案的整个效率依它的MCTF模块的在压实(compacting)输入GOF时间能量时的特定效率而定。所述效率本身取决于运动信息以及该信息被处理的方式。例如,在低运动行为视频序列中,在输入帧之间存在强的时间相关性,而在高运动行为视频序列中未被核实。
发明内容
因此本发明的一个目的在于建议一种编码方法,使用该方法通过考虑上述涉及运动行为的观察,可以获得改进的编码效率。
为此目的,本发明涉及一种如在说明书的引言段中所定义的编码方法,并且其特征在于所述时空分析步骤还包括一个判决子步骤,用于动态地选择输入GOF的大小,所述判决子步骤本身包括基于MPEG-7运动行为描述符的运动行为预分析操作,并且在将要运动补偿和时间滤波的第一时间分解级的输入原始帧上面执行。
根据特定的有利实施例,所述方法的特征在于:基于用于所有当前时间分解级的帧或者子带的MPEG-7运动行为描述符的行为强度属性,对于具有等于N个输入原始帧的GOF大小的第一时间分解级来讲,所述判决子步骤包括下列操作:
a)在组成所述第一级的每对帧之间执行ME:
对每个对:
计算运动矢量幅度的标准偏差;
计算行为值;
b)计算平均行为强度I(av):
如果I(av)正好在规定值以上,比如对应于中间强度,则决定将输入GOF的大小减少N/2,并且在因此获得的新GOF上重新进行分析;
如果I(av)等于所述规定值,则决定保持当前GOF大小值并在该GOF上执行MCTF;
如果I(av)确实在所述规定值以下,则决定将输入GOF的大小增加2倍N,并且在因此获得的新GOF上重新进行分析。
由于对第一时间分解级(由输入原始帧组成)的GOF大小选择是部分地基于这些帧的ME,该技术解决方案导致全部MCTF模块只有较小的复杂度增长,这最终将重用该非常相似的运动信息用于它自身的处理。另外,应当指出,由于已经得到许多运动信息,因此从一个GOF大小到另一个GOF大小的改变不需要全部重新分析输入原始帧。
本发明的另一个目的在于建议一种编码装置来执行该编码方法。
为此目的,本发明涉及一种用于压缩比特流的视频编码装置,所述比特流与已经被分成连续的多个帧组(GOF)的原始视频序列相对应,所述帧组大小为N=2n,其中n=0,或者1,或者2,......,所述编码装置包括下列元件:
a)时空分析装置,运用到序列的每个连续GOF,并导致将当前的GOF的时空多分辨率分解成2n个低频和高频时间子段,所述分析装置本身包括:
运动估计电路;
基于所述运动估计的结果,施加到当前GOF的每个2n-1个帧对上面的运动补偿时间滤波电路;
空间分析电路,施加到所述时间滤波电路传送的子带上;
b)编码装置,施加到所述时空分析装置传送的低频和高频时间子带上,并且施加到所述运动估计电路传送的运动矢量上,所述编码装置传送嵌入的编码比特流;
所述编码装置进一步的特征在于:所述时空分析装置还包括一个判决电路,用来选择输入GOF的大小,所述判决电路本身包括运动行为预分析级,使用MPEG-7运动行为描述符并运用于将对其进行运动补偿和时间滤波的第一时间分解级的输入帧。
附图说明
将参照附图来描述本发明,其中图1说明了输入视频序列的带有运动补偿的时间子带分解。
具体实施方式
如上所述,任何一种MC 3D子带视频编码方案的总效率都取决于MCTF模块在压实输入GOF的时间能量时的特定效率。由于参数“GOF大小”是MCTF成功的主要因素之一,因此根据本发明建议,从输入原始帧(组成第一时间级的那些帧)的动态运动行为预分析中推导出该参数,该输入原始帧为将使用标准化(MPEG-7)运动描述符(参见文献“MPEG-7标准概览,版本6.0”,ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N4509,Pattay,泰国,2001年12月,PP 1-93)(″Overview of the MPEG-7 Standard,version 6.0″,ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N4509,Pattaya,Thailand,December 2001,pp.1-93)对其进行运动补偿和时间滤波。下面的描述将定义哪个描述符被使用以及它如何影响上述编码参数的选择。
在上述的3D视频编码方案中,ME/MC通常任意地在当前时间分解级上的每对帧(子带)上执行。根据本发明现在建议,根据MPEG-7运动行为描述符的“行为强度”属性动态地选择输入GOF大小,并且对于第一时间分解级的所有帧都是这样进行的。在本发明的实施例中,“行为强度”取它在[1,5]范围之内的整数值:对于1意味着“非常低的强度”而5则意味着“非常高的强度”。该行为强度属性是通过执行ME,如同以传统MCTF方式并使用因此获得的运动矢量幅度的统计特性来获得该行为强度属性。运动矢量幅度的量化标准偏差是运动行为强度的较好的量度,并且使用阈值能够从标准偏差推导出强度值。从而如下所述地获得输入GOF大小:
“对于具有等于N个输入原始帧的GOF大小的第一时间分解级,执行下列操作:
a)在组成所述第一级的每个帧对之间执行ME:
对每个对:
计算运动矢量幅度的标准偏差;
计算行为值;
b)计算平均行为强度(av):
如果I(av)正好在用户规定值以上,比如对应于中间强度,则决定将输入GOF的大小减少N/2,并且在因此获得的新GOF上重新进行分析;
如果I(av)等于所述规定值,则决定保持当前GOF大小值并在该GOF上执行MCTF;
如果I(av)确实在所述规定值以下,则决定将输入GOF的大小增加2倍N,并且在因此获得的新GOF上重新进行分析。
如果GOF大小增加一倍,则意味着新GOF的前一半将由所装载的帧组成并且新GOF的另一半由后续帧组成,并且只在新装载的帧上进行分析(ME和I(av)计算)。另外,如果GOF大小减半,则已经计算了用于新分析所必要的所需信息,并且只应对半个GOF重新计算I(av)。因此,本发明与传统的其中GOF大小任意选择且对整个序列固定的方法相比,表现出较小的整体复杂性增加。
Claims (3)
1、一种用于比特流压缩的视频编码方法,所述比特流与已经被分成连续的多个帧组(GOF)的原始视频序列相对应,所述帧组的大小为N=2n,其中n=0,或者1,或者2,......,所述编码方法包括运用于序列的每个连续GOF的下列步骤:
a)时空分析步骤,导致以时空多分辨率将当前的GOF分解成个2n个低频和高频时间子带,所述步骤本身包括下列子步骤:
-运动估计子步骤;
-基于所述运动估计的运动补偿时间滤波子步骤,在当前GOF的每个2n-1个帧对上执行;
-空间分析子步骤,在从所述滤波子步骤得到的子带上执行;
b)编码步骤,在从所述时空分析步骤所得到的所述低频和高频时间子带上执行,并且在通过所述运动估计步骤获得的运动矢量上执行;
所述编码方法,其特征还在于:所述时空分析步骤还包括判决子步骤来动态地选择输入GOF的大小,所述判决子步骤本身包括基于MPEG-7运动行为描述符的运动行为预分析操作,并在将对其进行运动补偿和时间滤波的第一时间分解级的输入原始帧上执行。
2、根据权利要求1的编码方法,所述判决子步骤是基于MPEG-7运动行为描述符的行为强度属性,对于具有等于N个输入原始帧的GOF大小的所述第一时间分解级来讲包括下列操作:
a)在组成所述第一级的每对帧之间执行ME:
对每个对:
计算运动矢量幅度的标准偏差;
计算行为值;
b)计算平均行为强度I(av):
如果I(av)正好在用户规定值以上,比如对应于中间强度,则决定将输入GOF的大小减少N/2,并且在因此获得的新GOF上重新进行分析;
如果I(av)等于所述规定值,则决定保持当前GOF大小值并在该GOF上执行MCTF;
如果I(av)确实在所述规定值以下,则决定将输入GOF的大小增加2倍N,并且在因此获得的新GOF上重新进行分析。
3、一种用于比特流压缩的视频编码装置,所述比特流与已经被分成连续的多个帧组(GOF)的原始视频序列相对应,所述帧组大小为N=2n,其中n=0,或者1,或者2,......,所述编码装置包括下列元件:
a)时空分析装置,运用到序列的每个连续GOF,并导致以时空多分辨率将当前的GOF分解成2n个低频和高频时间子带,所述分析装置本身包括:
-运动估计电路;
-基于所述运动估计的结果的运动补偿时间滤波电路,施加到当前GOF的每个2n-1个帧对上面;
-空间分析电路,施加到所述时间滤波电路传送的子带上;
b)编码装置,施加到所述时空分析装置传送的低频和高频时间子带上,并且施加到所述运动估计电路传送的运动矢量上,所述编码装置传送嵌入的编码比特流;
所述编码装置进一步的特征在于:所述时空分析装置还包括一个判决电路,用来选择输入GOF的大小,所述判决电路本身包括运动行为预分析级,使用MPEG-7运动行为描述符并运用于将对其进行运动补偿和时间滤波的第一时间分解级的输入帧。
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C10 | Entry into substantive examination | ||
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C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |