CN1729695A - 向量预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进对有待编码视频图象中象素块动向量进行预测的方法。根据本发明的优选实施方案，选择靠近块最左上角的两个相邻块的实际动向量作为进行该预测的候选向量。选择也与本块相邻的一个附加块来判定哪个动向量将用作为预测向量。与判定块动向量的向量差决定了最终选择。

Description

向量预测方法

技术领域

本发明涉及到视频压缩系统，特别是数字视频压缩系统。

背景技术

在若干应用中例如象电视电话会议，网上会议，TV广播和视频电话技术中应用移动图象的实时传输。

不过，由于数字视频图像通常是通过用8个位(1个字节)表示图象中每个象素来描述的，故表示移动图象需要大量信息。这种未压缩的视频数据形成了巨大的位量，而且由于带宽限制其不能够通过常规通信网络和传输线路进行实时传送。

因此，为了能够进行实时视频传输需要很大程度的数据压缩。不过，数据压缩会牺牲图象质量。因此，已经做出了巨大努力来开发压缩技术使得能够通过有限带宽的数据连接进行高质量影象的实时传送。

在视频压缩系统中，主要目的是以尽可能小的容量来表示视频信息。使用位将容量定义为一个常量或位/时间单位。在这两种情况中，主要目的都是减少位数。

在MPEG*和H.26*标准中说明了最常用的视频编码方法。视频数据在传输之前经历四个主要的处理过程，即预测、转换、量化和熵编码。预测处理过程大大地减少了待传送视频序列中各图象所需要的位数。它利用了序列一引起部分与该序列其他部分的相似性。由于预测部分对编码器和解码器来说都是已知的，所以只有其差别必须传送。这种差别的表示通常需要的容量小得多。预测主要是依据先前构建图象的图象内容，在先前构建图象中，内容的位置由动向量限定。预测处理过程通常在如图1块M中所示出的正方形块(例如16×16象素)上进行。但是，块的大小可以改变。图1中用较小的相邻块a，b，c和d示出了这种情况。

在典型的视频序列中，当前块M的内容将会与先前已解码图象中的相应块的内容相似。如果自先前解码图象后没有出现变化，那么M的内容就将会与先前解码图象中具同样位置的块相等。在其他情况下，图象中的对象可能已经移动，所以M的内容就与先前解码图象中位置不同的块相等。这些移动用动向量(V)来表示。举例来说，动向量(3；4)表示M的内容自先前解码图象向左移动了3个象素，向上移动了4个象素。为提高准确度，向量还可能包括小数，从而要求在象素间内插。

为减小传输前动向量的数据长度，假设一块中的移动与相邻块的移动非常相似。因而，V预测(V_pred)是依据相邻块的实际动向量来建立。由于相邻块的动向量在接收侧是已知的，故只有实际动向量与相应预测动向量之差(V_diff)必须表示，即V_diff＝V-V_pred。在接收侧，就能够通过V＝V_pred-V_diff来重新建立动向量。

在ITU标准H.261和H.262以及ISO标准MPEG1和MPEG2中，设定V_pred等于与图1中块a相对应之相邻块的动向量。即假设块的移动与左手侧相邻块的移动相同。在H.263和MPEG4中，使用三个相邻块来推导出预测动向量。通过选择三个向量之分量的各自中值来分别推出该向量的各分量(水平分量和垂直分量)。

从刊物US 2002/0039386 A1了解到利用各种不同大小的匹配块来支持在动向量预测模式下块匹配移动估算的块匹配处理器及方法。

从US 2001/0031004 A1进一步了解到更新动向量存储器的方未能及设备，其用于视频编码/解码时段内的动向量预测。本文件中的主要问题是如何以有效的方式来存储动向量以后用作当前块。动向量预测是依据中值计算结果；因此该文件并未说明动向量预测的足够准确的测量方法。

还知道一种动向量预测依据中值计算结果的解决方法(WO01/99437 A2)。不过，该文件中所说明的主要思想是将在靠近预测位置的更小的窗口内进行寻找。

根据如上所述的现有技术所推出的预测向量已经表明其并非足够准确。此外，由于通过逐一按分量来选择预测向量，该向量就可能是由会形成“虚构”动向量的不同向量的分量构成。

发明内容

提供避免上述问题的方法是本发明的目的。

所附独立权利要求中所限定的特性表明了这一方法。

特别是，本发明提供了视频编码中的一种方法，这种方法用来确定与表示视频图象一定区域的象素的目标块相关联的动向量预测，其包括的步骤为：计算主要组动向量或同相邻于目标块的第一号块分别相关联的动向量和一个或多个辅助组动向量或同也与目标块相邻之第二号块分别相关的动向量分量之间的各向量差；以及在与最小的一个向量差相对应的主要组动向量中选择出一个动向量或动向量分量作为动向量预测或动向量预测的分量。

附图说明

为了使本发明更易于理解，其后的讨论将参照附图进行。

图1用图说明了具有更小相邻块的一个16×16的块。

具体实施方式

下文中，通过说明一优选实施方案并参照附图将对本发明予以讨论。不过，本领域中的普通技术人员在如所附各独立权利要求所限定的本发明范围之内将会认识到其他的应用和改进。

现将通过一个实例对本发明予以说明，同时考虑到图1的符号。假定块a，b，和c具有动向量(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)和将要确定块M的动向量预测。因而将说明块M动向量的判定方法。在这一示例性的实施方案中，选择这三个向量中的两个作为预测的候选向量。候选向量的选择可以依据经验，预先确定的判据和/或图象中决的位置加以确定。一般来说，候选向量的数目也可以改变，但在本实例中，只有两个，而且只要M不是图中最上或最左面的块就确定选择a和b。如果后者是这种情况，那么将使用其他选择或预测。注意，a和b可能存在于一先前的图象中，但在本情况下，它们是本图象的一部分。

此外假定a和b的动向量是已知的，而且选其中之一作为总的预测向量，虽然各分量的单独选择也是本发明的一部分。此外，根据本示例性的实施方案，选择块c为a与b之间选择的判定(判定块)。选择c是因为它位于与块M相邻的右上角，而a和b则靠近与其相对的上角。因此，c的动向量可以给出哪个动向量是决M动向量的最好近似的可靠指示。注意，虽然这里只使用了一个判定块，但在一般情况下可以使用几个判定块。

本实例中对判定块动向量具有最小向量差的块a或b最好选作为对M的动向量预测。

有两种优选的可供选择的办法用来计算此向量差。为M选择最佳动向量预测的选择方法背后所隐藏的思想就是选择其动向量与判定块动向量相比具有最小向量差的块。在计算这些选择判据时应用几种方法。其中两种方法示于下述各段，这两种方法返回一个数值。在判定哪个块(a或c)选作为M的动向量预测时将应用这一数值，较小的数值是最好的选择。返回的数值将只起选择判据的作用，因此数值本身不必储存或传输。两种可供选择方法的第一种方法是计算各分量差的均方和。因此，向量差c-a和c-b的计算如下：

$\begin{array}{cc}\sqrt{{(x_3-x_1)}^2+{(y_3-y_1)}^2}& \sqrt{{(x_3-x_2)}^2+{(y_3-y_2)}^2}\end{array}$

只要它只是一个有关两个返回数值中的哪一个返回值是上述表达式的最小值的问题，那么就可以选择去除其根号。第二个可供选择的办法是计算各分量差的绝对值之和。向量差c-a和c-b的相应计算结果如下：

              |x₃-x₁|+|y₃-y₁|    |x₃-x₂|+|y₃-y₂|

在这两种情况下，都选择与c的动向量相比具有最小向量差的动向量作为对块M动向量的预测。

在一般情况下，用于预测的候选向量的数目并非局限于上述实例中的两个。实际上，可以使用任意数目的候选向量。另外，判定向量的数目也并不限制在1。因此，一组向量可以定义为候选组，而另一组向量可以定义为判定组。

Claims (7)

1.在视频编码中用来确定与表示视频图象一定区域的象素的目标块相关联的动向量预测的方法，其特征在于以下步骤：

计算与目标块相邻的第一号块相关的主要组动向量和也与目标块相邻的第二号块分别相关的一个或多个辅助组动向量之间的各向量差，

在所述主要组动向量的中选择一个动向量作为动向量预测，该主要组动向量与最小的所述向量差相对应或与主要组各动向量相关的向量差的最小和相对应。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所说的第一号块靠近目标块的最左上角，而所说的第二号块靠近目标块的最右上角。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，第一号块包括第一和第二块，而第二号块包括第三块。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所说的第一、第二和第三块分别是(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，计算第一和第三块的动向量之间以及第二和第三块的动向量之间各向量差的步骤包括计算下述等式：

$\sqrt{{(x_3-x_1)}^2+{(y_3-y_1)}^2}$ $\sqrt{{(x_3-x_2)}^2+{(y_3-y_2)}^2}$

6.根据权利要求4的方法，其特征在于，计算第一和第三块的动向量之间以及第二和第三块的动向量之间各向量差的步骤包括计算下述等式：

|x₃-x₁|+|y₃-y₁|      |x₃-x₂|+|y₃-y₂|

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述第一号块中的一些块也可以包括在第二号块当中。

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