CN1748427A - 对包含用于通告存在已编码残余运动向量数据的标志的运动向量的预测编码 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种视频编码方法，该视频编码方法应用于视频帧序列，并且产生编码位流，该编码位流中各数据项借助能够使任何解码器识别和解码出所述位流的内容的所有段的位流语法加以描述。该方法包括：预测步骤，基于使用运动补偿运算的预测技术；和相减步骤，基于从当前帧中减掉所述预测帧，并且运动补偿运算将导致运动向量具有水平和垂直分量(MVx，MVy)。这些分量必须通过使用所述分量的预测结果(Px，Py)不同地加以编码，并且因此实际上，仅这些分量和它们的预测结果(Px，Py)之间的差(dx，dy)加以编码。按照本发明，所述语法包括附加标志，该附加标志表明在所产生的编码位流中是否存在所述差(dx，dy)，并且因此在解码端必须或不必加以解码。

Description

对包含用于通告存在已编码残余运动向量数据的标志的运动向量 的预测编码
技术领域
本发明总地来说涉及视频压缩领域，例如，尤其涉及MPEG族(MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4)的视频标准，并且还涉及ITU H26X族(H.261，H.263和其它扩展)的视频编码推荐标准。具体来说，本发明涉及一种视频编码方法，该视频编码方法应用于视频帧序列，并且产生编码位流，该编码位流中各数据项借助能够使任何解码器识别和解码出所述位流的内容的所有段的位流语法加以描述，所述方法包括：预测步骤，基于使用在先帧和当前帧之间的运动补偿运算的预测技术，并且是为了产生预测帧而设置的；相减步骤，基于从当前帧中减掉所述预测帧，并且是为了产生所要编码的信号而设置的，所述运动补偿运算本身将导致这样的运动向量的产生：该运动向量的水平和垂直分量(MVx，MVy)必须通过使用所述分量的预测结果(Px，Py)并且仅对所述运动向量分量和它们的预测结果(Px，Py)之间的差(dx，dy)进行编码来不同地加以编码。
本发明还涉及一种用于实现所述编码方法的编码装置，还涉及由这样的编码装置产生的编码位流构成的可传输视频信号，并且还涉及相应的解码方法和解码装置。
背景技术
在目前的视频标准(直到视频编码MPEG-4标准和H.264推荐标准)中，用一个亮度信道和两个色度信道描述的视频信号可以借助应用于各个信道的两种编码模式加以压缩：“帧内”模式，在给定的信道内，充分利用每个视频内(或帧，或画面)内的画面元素(像素)的空间冗余度；和“帧间”模式，充分利用分开的视频(或帧，或画面)之间的时间冗余度。依赖于运动补偿运算的帧间模式，能够通过对像素从一个图像到另一图像的运动进行编码来由一个(多个)预先解码的图像描述图像。
通常，将所要编码的当前画面分成独立的块，并且为它们中的每一个分配运动向量。为找出画面(用作参考画面的在前画面和当前画面)之间最相似的块而设置的运动估测，能够为各个块确定与代表所述参考画面和当前画面中的这些最相似块之间的运动程度的位移相应的这些运动向量。然后可以通过依照与这些块相关的运动向量组显示来自参考图像的像素块来构造所述图像的预测结果。最后，在帧内模式下，可以对所要编码的当前图像与其经过运动补偿的预测结果之间的差(称为残差信号)进行编码。所有三个信道共用这样的运动描述。
本发明更加具体地讲，涉及运动向量的编码。在MPEG-4标准中，并且如英国专利申请GB2329295中所描述的那样，对于这个块，这些运动向量都分别具有水平和垂直分量MVx和MVy，并且这些运动向量分量是采用不同方式进行编码的：实际上，使用了预测结果(分别为Px和Py)，并且仅对各个运动向量分量(MVx，MVy)与其预测结果(Px，Py)之间的差dx和dy(也称为残差)进行编码。这些预测结果是通过对得自已经解码的空间相邻宏块或块的三个向量备选预测值(MV1，MV2，MV3)进行中值(median)滤波形成的，如在附图1中针对8×8像素模式宏块的不同例子所示：
Px＝Median(MV1x，MV2x，MV3x)      (1)
Py＝Median(MV1y，MV2y，MV3y)      (2)
其中MV1x，MV2x，MV3x表示预测值的水平分量，而MV1y，MV2y，MV3y代表它们的垂直分量。每一个将要编码的运动向量(MVx，MVy)被记述为预测结果(Px，Py)与分量(dx，dy)的和，不过，如上所述，对于各个运动补偿块，实际上仅将不可预测的差分量(dx，dy)编码在视频位流中：实际上，这样会得到压缩增益，因为(dx dy)比(MVx，MVy)具有更好的统计特性。
可以注意到，这种方法不仅限于MPEG-4，在视频编码推荐标准H.264中，得出了同样的运动向量编码方法，仍然依赖于对加入到从空间相邻和时间相邻的运动向量进行的运动向量预测中的运动向量残差所进行的编码。不过，可能与这样的编码方案相关联的缺陷之一是，总是要对运动向量残差进行编码，以满足位流语法的要求，即使它为零也是如此(即，即使编码/解码运动向量就是所预测的运动向量)。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是，提出一种克服了这一缺陷的视频编码方法。
为此，本发明涉及一种编码方法，比如在本说明书的引言部分中定义的编码方法，并且该方法此外特征在于：所述语法包括附加标志，该标志表示在所述所产生的编码位流中是否存在所述差(dx，dy)。本发明还涉及一种相应的视频编码装置，并且还涉及由借助这样的编码装置进行了编码的位流构成的可传输视频信号。
由于结合到编码位流中的这个附加的语法元素，将会接收到包含这一元素的编码位流的解码器将能够考虑它的值，并且这样就能够知道在所述所要解码的编码位流中是否存在残差(dx，dy)。
本发明的另一个目的是，提出一种用于对所述可传输视频信号进行解码的视频解码方法和一种相应的视频解码装置。
附图说明
现在将参照附图，以更加详细的方式介绍本发明，其中：
附图1表示对于宏块中每个亮度块的备选预测值(MV1，MV2，MV3)的定义的四种情况；
附图2给出具有运动补偿帧间预测的MPEG编码器的例子。
具体实施方式
所提出的解决方案的关键之处在于，在视频相关标准或推荐标准的语法中定义附加元素，该附加元素是一个语法标志，称为例如MV_RESIDUE，并且它能够采用值0或1。这样，通过在位流中将MV_RESIDUE设定为这两个值之一，例如1，或者相反，通过将MV_RESIDUE设定为另一个值，例如0，编码器可以判断是否需要对残差(dx，dy)进行编码。由于表示残差存在与否的这一附加语法元素的作用，在解码端，解码器能够确定哪个运动向量是通过使用预测运动向量并且加入残差(dx，dy)来进行编码的(如果在位流中存在这种运动向量的话)。
上述视频编码方法可以例如在诸如例如附图2中所示的编码装置那样的编码装置中实现，附图2表示采用运动补偿帧间预测的MPEG编码器的例子。这个编码器包括编码和预测级。编码级自身包括串联的模式决定电路11(用于确定MPEG中定义的编码模式I、P或B的选择结果)、DCT电路12、量化电路13、可变长编码电路14、缓冲器15和速率控制电路16，该速率控制电路16能够控制量化电路13的量化步长大小。预测级包括后面紧跟着运动补偿电路22的运动估测电路21，以及串联在量化电路13的输出端与运动补偿电路22的输入端之间的反向量化电路23、反向DCT电路24和加法器25，减法器26能够将编码装置的输入信号IS与可在预测级的输出端(即，运动补偿电路22的输出端)得到的预测信号之间的差向编码级发送。这个差，或残差，就是所要编码的位流。由运动估测电路21确定的运动向量，连同缓冲器15的输出信号一起，发送到多路复用器31，以便以在所述多路复用器31的输出端可得到的输出编码位流CB的形式来进行多路复用。所述位流CB就是按照本发明包含表明要进行编码的差(dx，dy)存在与否的附加语法元素的编码位流。
本发明还涉及一种由这样的视频编码装置产生的编码位流构成的可传输视频信号。
相对应地，按照相应的解码方法，在编码位流内传送到解码端的附加语法元素，将由接收到它并且进行所述解码方法的视频解码器中的适当装置加以读取。能够识别并解码编码位流的内容的所有段的解码器读取所述附加语法元素并且获知编码残差信号是否存在。这样的解码器可以具有与编码装置相同的任何MPEG类型，并且其基本元件是，例如串联的接收编码位流的输入缓冲器、VLC解码器、反向量化电路和反向DCT电路。在编码装置和解码装置中，都可以设置用于管理编码操作或解码操作的步骤的控制器。
前述的本发明优选实施例的介绍是为了举例说明和介绍的目的而给出的。并非用于穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，显然，依据上述指教，对本领域技术人员显而易见并且意欲包含在本发明范围之内的修改实施方式和变化实施方式都是可能实现的。
例如，可以理解，本文所介绍的编码和解码装置能够采用硬件、软件或者硬件与软件的结合来实现，同时不排除单独一件硬件或软件能够实现数种功能或者多件硬件和软件或二者的组合实现单独一种功能。所介绍的方法和装置可以通过任何类型的计算机系统或其它合适的设备来实现。一种典型的硬件与软件的结合是带有计算机程序的通用计算机系统，当装载并运行了该程序时，该计算机程序控制该计算机系统，使其执行本文所介绍的方法。另外，也可以采用包含用于实现本发明的一项或多项功能任务的专用软件的专用计算机。
本发明也可以嵌入到计算机程序产品中，该计算机程序产品包括使得本文介绍的方法和功能能够得以实现的所有特征，并且当将该计算机程序产品装入计算机系统后，该计算机程序产品能够实现这些方法和功能。本文中的计算机程序、软件程序、程序、程序产品或者软件指的是，用于促使具有信息处理能力的系统直接或在后述之一或二者之后实现特定功能的指令集采用的任何语言、代码或符号的任何表达式：(a)转换成另一种语言、代码或符号；和/或(b)用不同的素材形式再现。

Claims (5)

1.一种视频编码方法，该视频编码方法应用于视频帧序列，并且产生编码位流，该编码位流中各数据项借助能够使任何解码器识别和解码出所述位流的内容的所有段的位流语法加以描述，所述方法包括：预测步骤，基于使用在先帧和当前帧之间的运动补偿运算的预测技术，并且是为了产生预测帧而设置的；相减步骤，基于从当前帧中减掉所述预测帧，并且是为了产生所要编码的信号而设置的，所述运动补偿运算本身将导致这样的运动向量的产生：该运动向量的水平和垂直分量(MVx，MVy)必须通过使用所述分量的预测结果(Px，Py)并且仅对所述运动向量分量和它们的预测结果(Px，Py)之间的差(dx，dy)进行编码来不同地加以编码，所述编码方法进一步的特征在于，所述语法包括附加标志，该附加标志表明在所述所产生的编码位流中是否存在所述差(dx，dy)。
2.一种视频编码装置，用于实现一种视频编码方法，该视频编码方法应用于视频帧序列并且产生编码位流，该编码位流中各数据项借助能够使任何解码器识别和解码出所述位流的内容的所有段的位流语法加以描述，所述编码方法包括：预测步骤，基于使用在先帧和当前帧之间的运动补偿运算的预测技术，并且是为了产生预测帧而设置的；相减步骤，基于从当前帧中减掉所述预测帧，并且是为了产生所要编码的信号而设置的，所述运动补偿运算本身将导致这样的运动向量的产生：该运动向量的水平和垂直分量(MVx，MVy)必须通过使用所述分量的预测结果(Px，Py)并且仅对所述运动向量分量和它们的预测结果(Px，Py)之间的差(dx，dy)进行编码来不同地加以编码，所述编码装置进一步的特征在于，所述语法包括附加标志，该附加标志表明在由所述编码装置产生的编码位流中是否存在所述差(dx，dy)。
3.一种可传输视频信号，该可传输视频信号由一种视频编码装置产生的编码位流构成，该视频编码装置用于实现一种视频编码方法，该视频编码方法应用于视频帧序列并且产生编码位流，该编码位流中各数据项借助能够使任何解码器识别和解码出所述位流的内容的所有段的位流语法加以描述，所述编码方法包括：预测步骤，基于使用在先帧和当前帧之间的运动补偿运算的预测技术，并且是为了产生预测帧而设置的；相减步骤，基于从当前帧中减掉所述预测帧，并且是为了产生所要编码的信号而设置的，所述运动补偿运算本身将导致这样的运动向量的产生：该运动向量的水平和垂直分量(MVx，MVy)必须通过使用所述分量的预测结果(Px，Py)并且仅对所述运动向量分量和它们的预测结果(Px，Py)之间的差(dx，dy)进行编码来不同地加以编码，所述可传输视频信号的特征在于，所述编码位流包括具有附加标志形式的语法元素，该附加标志表明在所述编码位流中是否存在所述差(dx，dy)。
4.一种视频解码方法，用于对可传输视频信号进行解码，该可传输视频信号是由通过实施应用于视频帧序列并且产生编码位流的视频编码方法产生的编码位流构成的，在该编码位流中，各数据项借助能够使任何解码器识别和解码出所述位流的内容的所有段的位流语法加以描述，所述编码方法包括：预测步骤，基于使用在先帧和当前帧之间的运动补偿运算的预测技术，并且是为了产生预测帧而设置的；相减步骤，基于从当前帧中减掉所述预测帧，并且是为了产生所要编码的信号而设置的，所述运动补偿运算本身将导致这样的运动向量的产生：该运动向量的水平和垂直分量(MVx，MVy)必须通过使用所述分量的预测结果(Px，Py)并且仅对所述运动向量分量和它们的预测结果(Px，Py)之间的差(dx，dy)进行编码来不同地加以编码，所述解码方法进一步的特征在于，它包括用于在所述编码位流中读取附加标志的步骤，该附加标志表明在所述编码位流中是否存在所述差(dx，dy)，并且因此必须或不必加以解码。
5.一种视频解码装置，用于实现一种视频解码方法，该解码方法用于对可传输视频信号进行解码，该可传输视频信号是由通过实施应用于视频帧序列并且产生编码位流的视频编码方法产生的编码位流构成的，在该编码位流中，各数据项借助能够使任何解码器识别和解码出所述位流的内容的所有段的位流语法加以描述，所述方法包括：预测步骤，基于使用在先帧和当前帧之间的运动补偿运算的预测技术，并且是为了产生预测帧而设置的；相减步骤，基于从当前帧中减掉所述预测帧，并且是为了产生所要编码的信号而设置的，所述运动补偿运算本身将导致这样的运动向量的产生：该运动向量的水平和垂直分量(MVx，MVy)必须通过使用所述分量的预测结果(Px，Py)并且仅对所述运动向量分量和它们的预测结果(Px，Py)之间的差(dx，dy)进行编码来不同地加以编码，所述解码装置进一步的特征在于，它包括用于在所述编码位流中读取附加标志的装置，该附加标志表明在所述编码位流中是否存在所述差(dx，dy)，并且因此必须或不必加以解码。
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