CN1893666B - 视频编码和解码方法及设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种在易出错环境中对纠错和错误隐藏有效的视频编码方法和设备、视频解码方法和设备。所述视频编码方法包括：基于原始视频的至少一个特性在帧编码操作、顶/底场编码操作和左/右场编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和通过自适应地执行被确定为对原始视频编码的编码操作生成比特流。此外，可以将视频分成帧画面、顶/底场画面和左/右场画面，并相应地对其编码。因此，可增加压缩率，并可通过使用正常接收的场来对丢失的场有效地执行纠错和错误隐藏。

Description

视频编码和解码方法及设备
本申请要求于2005年7月7日在韩国知识产权局提交的第10-2005-0061190号韩国专利申请的优先权，该申请完全公开于此以参考。
技术领域
根据本发明的设备和方法涉及视频编码和解码，更具体地讲，涉及在易出错环境中对纠错和错误隐藏有效的视频编码和解码。
背景技术
无线互联网的发展迅速增加了无线环境中带宽的可用性。因此，在无线环境中提供的视频图像数据的量也相应地增加以满足用户的需要。这种视频图像数据的量的增加提高了视觉质量和服务质量(QoS)。然而，增加的图像数据的量伴随着多种问题，例如，由于传输失败所导致的中断或再现错误以及在无线传输期间可能发生的错误。
在MPEG编码的情况下，当由于传输错误导致在互联网、天波或无线通信网络中发生数据丢失时，数据丢失不仅仅限于错误发生的部分或帧。此外，错误可能扩散，以致于参考丢失的部分或帧的一些帧或部分也受到影响，从而损害或恶化视觉质量。为了恢复这种丢失，已经提出了多种技术，包括诸如前向纠错和自动重传请求的对传输信道的数据恢复技术、诸如多重描述编码和可分级的视频编码的源编码技术、以及诸如错误隐藏的后处理技术。
图1是提供空间可分级性的传统编码器100的方框图。空间可分级性被定义为用不同的空间分辨率或大小来呈现相同图像的能力。传统编码器100通过使用基本层或增强层来对原始视频101编码。在基本层编码中，对低分辨率的视频而非原始的高视觉质量的视频进行编码。在增强层编码中，从原始视频101中减去已经从基本层进行空间上采样的视频，并对剩余的图像进行编码。
参照图1，对原始视频101执行下采样103、离散余弦变换(DCT)105、量化107和可变长编码(VLC)109，以生成基本层比特流111。具体地讲，对原始视频101进行空间下采样103，即，减小到它原始大小的1/4或1/6。然后，以8×8的块为单位对经下采样的原始视频101执行DCT 105以从输入图像获得空间冗余。在量化107中，对经DCT变换的原始视频101进行量化以去除高频区域。在诸如哈夫曼编码的VLC 109之后，量化的原始视频101被转换成基本层比特流111。
增强层比特流127被如下生成。对原始视频101进行下采样、DCT变换和量化。通过逆量化113和逆离散余弦变换(IDCT)115对量化的视频进行重构。然后，对经IDCT变换的视频执行上采样117。从原始视频101减去上采样的视频，并对在减法119之后获得的剩余图像执行DCT 121。通过使用量化参数对经DCT变换的剩余图像进行量化，所述量化参数比在基本层123上使用的量化参数小。通过VLC 125对量化的比特流编码以生成增强层比特流127。
尽管没有显示，但是对于基本层编码，在下采样103和DCT 105之间要执行运动估计，在IDCT 115和上采样117之间要执行运动补偿。对于增强层编码，在减法119和DCT 121之间要执行运动估计。编码的帧被解码，然后被存储在帧缓冲器(未示出)中以当运动估计时参考。
在不可分级视频编码的情况下，在DCT 105、量化107和VLC 109之后，原始视频101被变换成压缩的比特流。
图2是提供空间可分级性的传统解码器200的方框图。在图2中，示出了对图1的编码器100编码的比特流进行解码的处理。
参照图2，传统解码器200执行两个处理：生成低视觉质量的视频211和生成高视觉质量的视频219。具体地讲，空间可分级解码器200对基本层比特流201执行可变长解码(VLD)203、逆量化205、逆DCT 207和削波209以生成低视觉质量的视频211。然后，空间可分级解码器200将通过对低视觉质量的视频211进行上采样213获得的视频和通过对增强层比特流211执行VLD 223、逆量化225和IDCT 227获得的视频进行组合。对组合的视频进行削波，生成高视觉质量的视频219作为结果。
基本层比特流201被VLD变换成频域中的8×8块，通过逆量化205来重构高频域。在IDCT 207之后，频域的视频被重构成图像域的视频。
从基本层获得的视频在被下采样之前要被上采样成它的原始大小，上采样的视频与在增强层比特流221在增强层中被处理之后获得的视频进行组合。对组合的视频进行削波，生成高视觉质量的视频219作为结果。尽管没有显示，但是在IDCT 207和削波209之间要执行运动补偿。在IDCT 227和加法215之间也要执行运动补偿。
在不可分级解码的情况下，在VLD 203、逆量化205和IDCT 207之后将压缩的视频流解码成视频。
图3示出提供空间可分级性的传统编码器的画面群(GOP，group ofpictures)的结构。根据预测时参考的帧的类型将画面类型分为内(I)帧、预测(P)帧或双向(B)帧。可对I帧进行独立解码，但是P帧参考I帧或P帧并且只有在P帧参考的帧可用时才被解码。B帧也可只有在B帧参考的帧可用时才被解码。B帧参考两帧。
参照图3，在GOP中包括的画面的数量是9，I画面或P画面以三个画面的间隔M被布置。对于基本层，P帧304参考最近的I帧301，B帧302参考I帧301和P帧304中的一个。对于增强层，作为增强层的内帧的EI帧305参考基本层的I帧301，P帧308参考EI帧305。增强层的B帧306参考增强层中的EI帧305和P帧308、I帧301、位于相同时间位置的B帧302、以及最近的B帧303。
在图3中，相同类型的画面被置于增强层和基本层的相同的时间位置。从而，当在B帧参考的帧中发生错误时，不仅B帧还有参考B帧的所有帧都受影响。例如，当EI帧305有错误时，错误不仅传播至参考EI帧的P帧308，还同样传播至参考P帧308的B帧306。因此，B帧306和P帧308的数据，即使被正常接收，也不能被使用。如果频繁地使用I帧来解决这个问题，则由于与P帧或B帧相比I帧需要增加带宽而引起带宽被浪费。
在可分级编码中，基本层的帧可被用作增强层的参考帧，以便在增强层中发生的传输错误不会传播。然而，在这种情况下会比在增强层中参考增强层帧时可能使用更多的带宽。
图4示出顶/底场结构。在顶/底场结构中，帧401被分成顶场403和底场405。具体地讲，分开收集帧401的奇数行和偶数行，以分别形成顶场403和底场405。在顶/底场结构中，一画面被分成顶场403和底场405。可选地，顶场403和底场405的每一个都可以是一画面。在这种情况下，顶场403和底场405可以是诸如I、P和B的画面类型。
如果在帧编码方法中参考画面和当前画面之间的最小时间差是时间t1，则该最小时间差在场编码方法中可以是时间t1的一半。因此，对于具有多个运动的图像，使用用于运动补偿预测编码的场编码方法是有效的，这样，相应地增加了编码效率。
在MPEG-2标准中，当通过使用时间可分级编码方法或空间可分级编码方法对具有场结构的比特流进行编码时，每一场不能被存储为独立的流或作为独立的流被传输。另外，来自帧的场画面必须顺次放置和传输。在这点上，如果发生错误，则不能够容易地纠正这些错误。
图5示出当通过传统空间可分级编码器产生的增强层具有场结构时增强层中的P场画面的参考画面。参照图5，分别如箭头506到509所示，增强层中的P场画面的顶场画面503参考以下中的一个：增强层中的先前帧的顶场画面501、增强层中的先前帧的底场画面502、与顶场画面503在相同时间的编码的基本层中的帧505、以及最近编码的基本层中的帧504。
图6示出当传统空间可分级编码器产生的增强层具有场结构时增强层中的B场画面的参考画面。参照图6，分别如箭头620、621、624、625、626、622和623所示，增加层中的B场画面的顶场画面603参考以下中的两个：增强层中的两个顶场画面601和605、增强层中的两个底场画面602和604、在与顶场603相同的时间被编码的基本层的帧607、以及最近被编码的基本层中的帧606和608。
如图5和图6所示，如果允许顶场和底场相互参考，则它们二者都易于错误传播。
因此，考虑到屏幕的纹理结构，需要开发对于错误隐藏或实现高压缩较之使用隔行扫描方法的顶/底场结构更有效的场结构。另外，必须克服以下问题。当传输具有应用于视频编码的场结构的比特流时，必须顺次传输来自帧的场画面，从而使纠错变得困难。此外，在空间可分级编码中，不考虑比特率的分布而将各种类型的画面排列在基本层和增强层的顶场和底场。因此，存在峰值比特率的高可能性，这增加了错误率。最终，即使顶场和底场只有一个有错误，由于允许顶场和底场相互参考，所以错误也会传播至参考具有错误的场的其他场中的画面。
发明内容
本发明提供了几种可通过根据视频的特性自适应地应用编码方法增加压缩率并对于纠错和错误隐藏有效的视频编码方法和视频解码方法及其设备。
本发明还提供了几种通过改善场结构的预测参考方法而对于纠错有效的视频编码方法、视频解码方法及其设备。
本发明还提供几种使受在输出期间发生丢失影响的帧的数据量最小并对于错误隐藏有效的视频编码方法、视频解码方法及其设备。
根据本发明的一方面，提供了一种视频编码方法，包括：基于原始视频的至少一个特性在帧编码操作、顶/底场编码操作和左/右场编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和通过自适应地执行被确定为对原始视频编码的编码操作生成比特流。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频编码方法，包括：在基本层中对原始视频编码，并生成基本层的比特流；基于原始视频的至少一个特性在帧增强层编码操作、顶/底场增强层编码操作和左/右场增强层编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和通过自适应地执行被确定为对原始视频编码的增强层编码操作生成增强层比特流。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频解码方法，包括：确定对接收的比特流编码的编码操作；和通过基于确定的编码操作自适应地执行以下操作之一生成解码的视频：帧解码操作、顶/底场解码操作和左/右场解码操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频解码方法，包括：对基本层比特流解码，并生成基本层视频；确定对与基本层比特流分开接收的增强层比特流编码的编码操作；和通过根据确定的编码操作对接收的增强层比特流自适应地执行以下操作之一生成增强层视频：帧增强层解码操作、顶/底场增强层解码操作和左/右场增强层解码操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频编码设备，包括：编码操作确定器，用于基于原始视频的至少一个特性在帧编码操作、顶/底场编码操作和左/右场编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和编码器，通自适应地执行被确定为对原始视频编码的编码操作生成比特流。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频编码设备，包括：基本层编码器，在基本层中对原始视频编码，并生成基本层比特流；编码操作确定器，用于基于原始视频的至少一个特性在帧增强层编码操作、顶/底场增强层编码操作和左/右场增强层编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和增强层编码器，通自适应地执行被确定为对原始视频编码的增强层编码操作生成增强层比特流。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频解码设备，包括：编码方法确定器，用于确定对接收的比特流编码的编码操作；和解码器，通过根据确定的编码操作自适应地执行以下操作之一生成解码的视频：帧解码操作、顶/底场解码操作和左/右场解码操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频解码设备，包括：基本层解码器，用于对基本层比特流解码并生成基本层视频；编码方法确定器，用于确定对与基本层比特流分开接收的增强层比特流编码的编码操作；和增强层解码器，通过根据确定的编码操作对增强层比特流自适应地执行以下操作之一生成增强层视频：帧增强层解码操作、顶/底场增强层解码操作和左/右场增强层解码操作。
附图说明
通过参照附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的以上和其他特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是提供空间可分级性的传统编码器的方框图；
图2是提供空间可分级性的传统解码器的方框图；
图3示出传统空间可分级编码器的画面群(GOP)的结构；
图4示出顶/底场结构；
图5示出当通过传统空间可分级编码器产生的增强层具有场结构时增强层中的预测(P)场画面的参考帧；
图6示出当传统空间可分级编码器产生的增强层具有场结构时增强层中的双向(B)场画面的参考帧；
图7示出根据本发明示例性实施例的左/右场结构；
图8是根据本发明示例性实施例的视频编码器的方框图；
图9是根据本发明另一示例性实施例的视频编码器的方框图；
图10是根据本发明示例性实施例的视频解码器的方框图；
图11是根据本发明另一示例性实施例的视频解码器的方框图；
图12是示出根据本发明示例性实施例的视频编码方法的流程图；
图13是示出根据本发明另一示例性实施例的视频编码方法的流程图；
图14是示出根据本发明示例性实施例的视频解码方法的流程图；
图15是示出根据本发明另一示例性实施例的视频解码方法的流程图；
图16示出根据本发明示例性实施例的视频编码器生成的GOP的结构；
图17示出根据本发明示例性实施例的视频解码器产生的增强层中的P场画面的参考帧；
图18示出根据本发明示例性实施例的视频编码器产生的增强层中的B场画面的参考帧；
图19A-19C示出根据本发明示例性实施例的基于场的错误隐藏；
具体实施方式
将参照附图更全面地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的方式被实现，并且本发明不应该被理解为限于在此描述的示例性实施例；此外，提供了这些示例性实施例，以便本公开是彻底的和完整的，并将本发明的构思完全传达给本领域的技术人员。
图7示出根据本发明示例性实施例的左/右场结构。在传统顶/底场结构中，形成画面的帧被分成顶场和底场。然而，在根据本发明的示例性实施例的左/右场中，帧701被分成左场703和右场705，并且左场703和右场705的每一个都形成画面。
当输入视频在水平方向具有更多的高频分量时，输入视频被分成顶场和底场并被相应地编码。然而，当输入视频在垂直方向具有更多的高频分量时，将输入视频分成左场和右场并对输入图像相应地进行纠错编码。因此，在具有许多左运动矢量和右运动矢量的视频的情况下，使用左/右场结构并根据左/右场结构的特性对所述视频进行自适应地编码是有效的。
图8是根据本发明示例性实施例的视频编码器800的方框图。参照图8，将原始视频801输入到编码方法确定器810中。编码方法确定器810基于原始视频801的特性确定用于自适应编码的编码方法(即，编码操作)。
视频编码器800包括帧编码器820、顶/底场编码器830和左/右场编码器840。视频编码器800选择帧编码器820、顶/底场编码器830和左/右场编码器840中的一个并执行自适应编码。
编码方法确定器810可以以多种方式来确定编码方法。例如，编码方法确定器810可选择能实现最高压缩率的编码方法。可选地，编码方法确定器810可基于全部运动矢量的特性来确定编码方法。具体地讲，当运动矢量不多时使用帧编码方法，当有许多水平运动矢量时使用左/右场编码方法，当有许多垂直运动矢量时使用顶/底场编码方法。
为了确定将被使用的方法，测量运动矢量并相加测量的运动矢量。如果相加的运动矢量的水平运动超过预定的阈值，则使用左/右场编码方法。如果相加的运动矢量的垂直运动超过预定的阈值，则使用顶/底场编码方法。
当使用左/右场编码方法时，即使在左场和右场之一中有错误，由于有许多水平的运动矢量，所以可通过使用其他场比在顶/底场编码方法中更有效地恢复丢失的场。由于有许多垂直的运动矢量而使用顶/底场编码方法时也同样如此。。
帧编码器820通过离散余弦变换(DCT)、量化和可变长编码(VLC)将视频编码成压缩的比特流。顶/底场编码器830将帧401(参看图4)分成由帧401的奇数行组成的顶场403(参看图4)和由帧401的偶数行组成的底场405(参看图4)，并分别对顶场403和底场405编码。左/右场编码器840将帧701(参看图7)分成由帧701的奇数列组成的左场703(参看图7)和由帧701的偶数列组成的右场705(参看图7)，并分别对左场703和右场705编码。
当通过使用场编码方法对视频编码时，生成两个比特流。在传统场编码方法中顺次地放置和传输来自帧的场画面，而在根据本发明示例性实施例的场编码方法中，通过传输信道独立地传输每一比特流。可通过使用不同的网络装置或不同的传输控制协议(TCP)或用户数据报协议端口(UDP)来独立地传输每一比特流。可给予比特流的传输包不同的优先级，并可相应地传输比特流。由于通过不同的传输信道独立地传输比特流，所以纠错可被提高。
图9是根据本发明另一示例性实施例的视频编码器900的方框图。视频编码器900是用于空间可分级编码的图8的视频编码器800的修改版本。视频编码器900包括基本层编码器910、帧增强层编码器940、顶/底场增强层编码器950、以及左/右场增强层编码器960。
视频编码器900执行基本层编码和增强层编码。对于基本层编码，视频编码器900执行如图1所示的操作。换句话讲，基本层编码器910对视频执行下采样、DCT 105、量化107和VLC 109，并生成基本层比特流920。
增强层编码方法确定器930通过使用图8的编码方法确定器810使用的方法来确定增强层的编码方法。
帧增强层编码器940执行如图1所示的操作以对视频编码。换句话讲，帧增强层编码器940通过对在基本层编码器910执行了DCT 105和量化107之后获得的数据执行逆量化和IDCT 115来对所述数据解码。然后，帧增强层编码器940将解码的数据上采样为原始视频901的大小。从原始视频901减去上采样的视频，然后对减法119之后获得的剩余图像执行DCT 121、量化123和VLC 125。
顶/底场增强层编码器950将帧401(参看图4)分成由帧401的奇数行组成的顶场403(参看图4)和由帧401的偶数行组成的底场405(参看图4)，并分别对顶场403和底场405编码。如图7所示，左/右场增强层编码器960将帧701(参看图7)分成由帧701的奇数列组成的左场703(参看图7)和由帧701的偶数列组成的右场705(参看图7)，并分别对左场703和右场705编码。场增强层编码器的其他操作与帧增强层编码器940相应的操作相同。
基本层编码器910生成基本层比特流，但是帧增强层编码器940、顶/底场增强层编码器950、以及左/右场增强层编码器960的每一个都生成一个或两个增强层比特流。换句话讲，帧增强层编码器940生成增强层比特流945，顶/底场增强层编码器950生成分别用于顶场和底场的比特流951和953，左/右场增强层编码器960生成用于左场和右场的比特流961和963。
这样生成的比特流通过不同的传输信道被独立地传输。如上参照图8所述，可通过使用不同的传输路径来独立地传输比特流，从而提高纠错能力。已经描述了对基本层使用帧编码方法和对增强层使用场编码方法的编码方法。然而，所述场编码方法还可应用于基本层。
图10是根据本发明示例性实施例的视频解码器1000的方框图。参照图10，通过传输信道1010接收视频编码器800编码的比特流1015。编码方法确定器1020确定用于比特流1015的编码方法，比特流1015被发送到相应的解码器。编码方法确定器1020可通过对关于编码方法的信息进行解析或通过使用其他方法来确定编码方法，其中，所述关于编码方法的信息被添加到传输的每一比特流中。
视频解码器1000包括帧解码器1030、顶/底场解码器1040和左/右场解码器1050。帧解码器1030对接收的比特流进行可变长解码、逆量化以及IDCT变换，生成解码的视频。
顶/底场解码器1040和左/右场解码器1050经编码方法确定器1020从传输信道1010接收两场的比特流。顶/底场解码器1040和左/右场解码器1050对比特流进行可变长解码、逆量化以及IDCT变换。然后，顶/底场解码器1040生成两个基于场的视频，并将所述两个基于场的视频组合成一个视频，并将所述视频发送到用于显示所述视频的显示单元1060。
图11是根据本发明另一示例性实施例的视频解码器1100的方框图。视频解码器1100是用于空间可分级解码的图10的视频解码器1000的修改版本。视频解码器1100包括基本层解码器1170、帧增强层解码器1140、顶/底场增强层解码器1150、以及左/右场增强层解码器1160。
参照图11，通过传输信道1110分开接收图9的视频编码器900编码的基本层比特流1115和增强层比特流1120。如图2所示，基本层解码器1170通过对基本层比特流1115执行VLD、逆量化、IDCT和削波来对基本层比特流解码，生成下采样的视频1171。如果由于增强层比特流1120被丢失或被损坏而导致增强层比特流1120不能被解码，则下采样的视频1171可经连接1173被发送到显示单元1180并由显示单元1180显示。
当将增强层比特流1120与基本层比特流1115分开发送到编码方法确定器1130时，编码方法确定器1130确定增强层比特流1120的编码方法。编码方法确定器1130可通过对关于编码方法的信息进行解析或通过使用其他方法来确定编码方法，其中，所述关于编码方法的信息被添加到传输的每一比特流中。根据确定的编码方法，将增强层比特流1120发送到帧增强层解码器1140、顶/底场增强层解码器1150和左/右场增强层解码器1160中的一个，并对其进行自适应解码。
对基本层解码器1170解码的下采样的视频1171进行上采样1175以提供上采样的视频1177。然后，将上采样的视频1177发送到帧增强层解码器1140、顶/底场增强层解码器1150和左/右场增强层解码器1160。
增强层解码器1100包括帧增强层解码器1140、顶/底场增强层解码器1150和左/右场增强层解码器1160。如图2所示，帧增强层解码器1140、顶/底场增强层解码器1150和左/右场增强层解码器1160通过对增强层比特流执行VLD 223、逆量化225和IDCT 227来对视频解码。然后，将解码的视频与来自基本层的上采样的视频组合以生成高视觉质量的视频。这样生成的高视觉质量的视频被发送到显示所述高视觉质量的视频的显示单元1180。
顶/底场增强层解码器1150或左/右场增强层解码器1160接收两场的增强层比特流的每一个，对其解码，并将解码的增强层比特流组合成一个视频。这种组合处理在对增强层比特流执行IDCT 227的操作和将增强层比特流与基本层解码器1170生成的上采样的视频1177组合的操作之间被执行。
图12是示出根据本发明示例性实施例的视频编码方法的流程图。参照图12，根据原始视频的特性来确定使用帧编码方法、顶/底场编码方法和左/右场编码方法中的哪一个(S1210)。如上所述，当有许多垂直运动矢量时使用顶/底场编码方法，当运动矢量不多时使用帧编码方法，当有许多水平运动矢量时使用左/右场编码方法。将确定的编码方法自适应地应用于原始视频并生成压缩的比特流(S1230)。
图13是示出根据本发明另一示例性实施例的视频编码方法的流程图。参照图13，对原始视频执行下采样103(参考图1)、DCT 105(参考图1)、量化107(参考图1)和VLC 109(参考图1)以生成基本层比特流(S1310)。根据原始视频的特性确定将使用帧编码方法、顶/底场编码方法和左/右场编码方法中的哪一个来对原始视频编码(S1330)。将确定的编码方法自适应地应用于原始视频并生成增强层比特流(S1350)。
图14是示出根据本发明示例性实施例的视频解码方法的流程图。参照图14，确定接收的比特流的编码方法(S1410)。根据确定的编码方法使用帧增强层解码方法、顶/底场增强层解码方法或左/右场增强层解码方法之一来对接收的比特流进行自适应解码，并生成解码的视频(S1430)。
图15是示出根据本发明另一示例性实施例的视频解码方法的流程图。图15的视频解码方法是用于空间可分级解码的图14的视频解码方法的修改版本。在图15的视频解码方法中，接收基本层比特流和增强层比特流，并对其分开解码。如上所述，对接收的基本层比特流解码并生成基本层视频(S1510)。
确定接收的增强层比特流的编码方法(S1530)。操作S1530可与对基本层比特流解码的操作S1510同时被执行。根据确定的编码方法使用帧增强层解码方法、顶/底场增强层解码方法或左/右场增强层解码方法之一来对接收增强层比特流进行自适应解码，并生成解码的增强层视频(S1550)。
图16示出根据本发明示例性实施例的视频编码器生成的画面群(GOP)的结构。参照图16，在GOP中包括的画面的数量是9。在图16中，示出了在空间可分级编码中使用的画面。在增强层中，内(I)画面或预测(P)画面以三个画面的间隔M被布置，在基本层中，I画面以三个画面间隔N被布置。
图16中，在增强层和基本层中，相同类型的画面位于不同的时间位置。例如，尽管基本层的I帧1601、增强层的右场中的EI画面1606、以及增强层的左场中的EI画面1610是同一类型，但它们没有位于相同的时间位置。
可对基本层中的I帧1601和1604进行独立地编码和解码，通过对P帧1602、1603和1605与先前帧之间的各自的差进行编码来对P帧1602、1603和1605编码。当对基本层进行空间可分级编码时，由于屏幕的大小比原始视频小，所以仅需要使用I和P帧，从而生成较低的比特流。因此，当如图16所示在基本层中以I、P、P、I、P、P、I、P、P的顺序排列画面时，在信道改变操作期间发生的延迟可被降低。
在顶/底场增强层编码器950和顶/底场增强层解码器1150、左/右场增强层编码器960和左/右场增强层解码器1160的情况下，当如图16所示在增强层中排列画面时，带宽可变平。换句话讲，基本层的I帧1601和增强层的顶场和底场中的EI画面1606和1610被置于在时间上不同的位置。因此，数据在时间上被均匀地分布，从而需要较小的带宽用于传输。由于在视频中I帧∶P帧∶B帧的比特率通常为8∶3∶2，所以如果防止具有高比特率的画面互相重叠，则带宽可变平。在图16中，示出了增强层的左/右场。然而，将相同的思想应用于顶/底场。
图17示出在根据本发明示例性实施例的视频解码器产生的增强层中的P场画面的参考帧。在根据本发明示例性实施例的视频编码中，第一场的画面不参考第二场中的画面，反之亦然，以防止错误的传播，例如，帧丢失的传播。图17示出将种视频编码方法应用于增强层的空间可分级编码的情况。
参照图17，P场画面中的左场画面1703参考基本层中的画面1704和1705，但不参考右场画面1702。另外，P场画面中的右场画面1712参考画面1704和1705以及右场画面1702，但不参考左场画面1701。因此，例如，即使当用于诸如右场画面1702的右场画面的信道有错误，所述错误也不会传播至左场。
图18示出在根据本发明示例性实施例的视频编码器产生的增强层中的B场画面的参考帧。参考图18，增强层中的B场画面中的左场画面1803参考与左场画面1803在相同时间被编码和解码的基本层的帧1808、最近被编码和解码的增强层的帧1807和1809、最近被编码和解码的增强层的画面1801和1805中的两个。然而，左场画面1803不参考右场画面1802和1806。将相同的构思应用于增强层中的B场画面的右场画面1804。
B场画面中的左场画面和右场画面也不相互参考以防止诸如帧丢失的错误传播。因此，在P场中，右场画面仅参考其他右场画面，左场画面仅参考其他左场画面。这种规则适用于信道具有许多错误的情况。然而，对于信道具有用户不能识别的很少的错误或较小的错误的情况或在可通过诸如前向纠错(FEC)的信道纠错编码来减少错误的环境中，不适用这些规则。因此，在这种情况下，左场画面和右场画面可互相参考。将相同的构思应用于顶/底场编码和解码中的顶/底场结构。
图19A-19C示出根据本发明示例性实施例的基于场的错误隐藏。可通过使用各种传统方法来进行顶场和底场中的错误隐藏。参照图19A，当在传输期间丢失了底场1902时，可通过使用正常接收的顶场1901来执行基于场的错误隐藏1905。参照图19B，通过使用正常接收的顶场1901的两个像素1906和1908的平均值或使用运动矢量的值作为权值来恢复丢失的底场1902的像素1907，其中，所述两个像素1906和1908在紧挨着像素1907的上面和下面。参照图19C，通过使用正常接收的顶场1901的两个像素1910和1913以及像素1909、1911、1912和1914的平均值或使用运动矢量值作为权值来恢复丢失的底场1902的像素1915，其中，所述两个像素1910和1913在紧挨着像素1905的上面和下面，所述像素1909、1911、1912和1914与像素1915成对角。
如上参照本发明示例性实施例进行的描述，可通过使用左/右场编码方法来对视频编码。因此，当在具有许多水平运动矢量的图像中发生错误时，可有效地纠正错误。
另外，图像可被分成帧画面、顶/底场画面和左/右场画面，并被相应地编码。因此，可增加压缩率，并可通过使用正常接收的场来对丢失的场有效地执行纠错和错误隐藏。
此外，比特率变平以便在传输期间可能发生的错误不集中在诸如I帧的重要帧中。在根据本发明示例性实施例的场编码方法中，顶场和底场不互相参考，并独立地传输通过使用空间可分级编码方法生成的增强层比特流和基本层比特流。因此，可有效地纠正和隐藏在传输期间可能发生的错误。
还可将本发明的示例性实施例实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。所述计算机可读记录介质可以是任何能够存储数据的数据存储装置，所述数据其后可由计算机系统来读取。所述计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置和载波(例如通过互联网的数据传输)。
所述计算机可读记录介质还可被分布于与网络连接的计算机系统以便所述计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。另外，本发明所属领域的技术程序员可容易地理解用于实现本发明的功能程序、代码和代码段。
上述描述为示例性的，不是限制性的。尽管已经具体地显示和描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围以及其等同物的全部范围的情况下，可对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (46)

1.一种视频编码方法，包括：
基于原始视频的至少一个特性在帧编码操作、顶/底场编码操作和左/右场编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和
通过自适应地执行被确定为对原始视频编码的编码操作生成比特流，
其中，在顶/底场编码操作或左/右场编码操作中，在信道具有超过预定水平的错误的情况下，基于两场的视频的第一场中的预测画面不参考所述基于两场的视频的第二场的画面。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在确定编码操作的步骤中，当原始视频的运动矢量的个数小于第一阈值时，将帧编码操作确定为对原始视频编码的编码操作；当原始视频的垂直运动矢量的个数大于第二阈值时，将顶/底场编码操作确定为所述编码操作；当原始视频的水平运动矢量的个数大于第三阈值时，将左/右场编码操作确定为所述编码操作。
3.如权利要求1所述的方法，其中，左/右场编码操作包括：
把将被编码的原始视频的图像分成列；
分开收集被划分的图像帧的偶数列和奇数列；和
分别将收集的划分的图像帧的偶数列和收集的划分的图像帧的奇数列编码成左场比特流和右场比特流。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在顶/底场编码操作中，以下述方式对原始视频编码：顶场预测画面不参考底场画面，底场预测画面不参考顶场画面。
5.如权利要求1所述的方法，其中，在左/右场编码操作中，以下述方式对原始视频编码：左场预测画面不参考右场画面，右场预测画面不参考左场画面。
6.如权利要求1所述的方法，其中，当执行了左/右场编码操作或顶/底场编码操作时生成两个比特流，并且独立地传输生成的两个比特流。
7.一种视频编码方法，包括：
在基本层中对原始视频编码，并生成基本层的比特流；
基于原始视频的至少一个特性在帧增强层编码操作、顶/底场增强层编码操作和左/右场增强层编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和
通过自适应地执行被确定为对原始视频编码的增强层编码操作生成增强层比特流，
其中，在顶/底场编码操作或左/右场编码操作中，在信道具有超过预定水平的错误的情况下，基于两场的视频的第一场中的预测画面不参考所述基于两场的视频的第二场的画面。
8.如权利要求7所述的方法，其中，生成基本层比特流的步骤包括：
对原始视频进行下采样；和
对下采样的原始视频执行离散余弦变换、量化和可变长编码。
9.如权利要求7所述的方法，其中，生成增强层比特流的步骤包括：
对原始视频执行下采样、离散余弦变换和量化；
对被量化的视频执行逆量化、逆离散余弦变换和上采样；
从原始视频减去上采样的视频；和
对从原始视频减去上采样的视频获得的剩余图像执行离散余弦变换、量化和可变长编码。
10.如权利要求7所述的方法，还包括：独立地传输基本层比特流和增强层比特流。
11.如权利要求7所述的方法，其中，分别将在增强层编码操作中生成的第一场画面和第二场画面、以及与第一场画面和第二场画面具有同样画面类型的基本层中的画面置于不同的时间位置，基本层的画面包括内画面和预测画面。
12.如权利要求7所述的方法，其中，在顶/底场编码操作中，以下述方式对原始视频编码：顶场预测画面不参考底场画面，底场预测画面不参考顶场画面。
13.如权利要求7所述的方法，其中，在左/右场编码操作中，以下述方式对原始视频编码：左场预测画面不参考右场画面，右场预测画面不参考左场画面。
14.一种视频解码方法，包括：
确定对接收的比特流编码的编码操作；和
通过基于确定的编码操作自适应地执行以下操作之一生成解码的视频：帧解码操作、顶/底场解码操作和左/右场解码操作，
其中，在顶/底场编码操作或左/右场编码操作中，在信道具有超过预定水平的错误的情况下，基于两场的视频的第一场中的预测画面不参考所述基于两场的视频的第二场的画面。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在确定编码操作的步骤中，对添加到接收的比特流中的信息进行解析以确定执行哪个解码操作。
16.如权利要求14所述的方法，还包括：当由于在通过场编码操作编码的比特流中的错误导致两个场中的一个丢失时，通过使用所述两个场中的另一个对所述错误进行纠正。
17.如权利要求14所述的方法，还包括：当由于在通过场编码操作编码的比特流中的错误导致两个场中的一个丢失时，通过使用所述两个场中的另一个来隐藏所述错误。
18.一种视频解码方法，包括：
对基本层比特流解码，并生成基本层视频；
确定对与基本层比特流分开接收的增强层比特流编码的编码操作；和
通过根据确定的编码操作对接收的增强层比特流自适应地执行以下操作之一生成增强层视频：帧增强层解码操作、顶/底场增强层解码操作和左/右场增强层解码操作，
其中，在顶/底场编码操作或左/右场编码操作中，在信道具有超过预定水平的错误的情况下，基于两场的视频的第一场中的预测画面不参考所述基于两场的视频的第二场的画面。
19.如权利要求18所述的方法，其中，对基本层比特流解码的步骤包括：对基本层比特流执行可变长解码、逆量化、逆离散余弦变换和削波。
20.如权利要求18所述的方法，其中，如果增强层比特流是通过使用左/右场增强层编码操作对原始视频编码而获得的，则生成增强层视频的步骤还包括：
分别对左场的增强层比特流和右场的增强层比特流执行可变长解码、逆量化和逆离散余弦变换，其中，所述左场的增强层比特流和右场的增强层比特流被分开接收；
将经过逆离散余弦变换的左场的增强层比特流和右场的增强层比特流组合；和
将通过将左场的增强层比特流和右场的增强层比特流组合获得的视频与通过对生成的基本层视频进行上采样获得的视频组合。
21.如权利要求18所述的方法，还包括：当由于在通过场增强层编码操作编码的比特流中的错误导致两个场中的一个丢失时，通过使用所述两个场中的另一个来隐藏所述错误。
22.如权利要求18所述的方法，还包括：显示增强层视频，其中，当由于增强层比特流的丢失或损坏而导致不能对增强层比特流解码时，显示基本层视频而不显示增强层视频。
23.一种视频编码设备，包括：
编码操作确定器，用于基于原始视频的至少一个特性在帧编码操作、顶/底场编码操作和左/右场编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和
编码器，通过自适应地执行被确定为对原始视频编码的编码操作生成比特流，
其中，在顶/底场编码操作或左/右场编码操作中，在信道具有超过预定水平的错误的情况下，基于两场的视频的第一场中的预测画面不参考所述基于两场的视频的第二场的画面。
24.如权利要求23所述的编码设备，其中，当原始视频的运动矢量的个数小于第一阈值时，编码操作确定器将帧编码操作确定为对原始视频编码的编码操作；当原始视频的垂直运动矢量的个数大于第二阈值时，编码操作确定器将顶/底场编码操作确定为对原始视频编码的编码操作；当原始视频的水平运动矢量的个数大于第三阈值时，编码操作确定器将左/右场编码操作确定为对原始视频编码的编码操作。
25.如权利要求23所述的编码设备，还包括：
帧编码器，通过执行帧编码操作来对原始视频编码；
顶/底场编码器，通过执行顶/底场编码操作来对原始视频编码；和
左/右场编码器，通过执行左/右场编码操作来对原始视频编码。
26.如权利要求25所述的编码设备，其中，左/右场编码器把将被编码的原始视频的图像分成列，分开收集被划分的图像帧的偶数列和奇数列，对收集的被划分的图像帧的偶数列和收集的划分的图像帧的奇数列编码，分别从编码的偶数列和奇数列生成左场比特流和右场比特流。
27.如权利要求23所述的编码设备，其中，在顶/底场编码操作中，以下述方式对原始视频编码：顶场预测画面不参考底场画面，底场预测画面不参考顶场画面。
28.如权利要求23所述的编码设备，其中，在左/右场编码操作中，以下述方式对原始视频编码：左场预测画面不参考右场画面，右场预测画面不参考左场画面。
29.如权利要求23所述的编码设备，其中，当执行了左/右场编码操作或顶/底场编码操作时生成两个比特流，并且独立地传输生成的两个比特流。
30.一种视频编码设备，包括：
基本层编码器，在基本层中对原始视频编码，并生成基本层比特流；
编码操作确定器，用于基于原始视频的至少一个特性在帧增强层编码操作、顶/底场增强层编码操作和左/右场增强层编码操作中确定对原始视频编码的编码操作；和
增强层编码器，通过自适应地执行被确定为对原始视频编码的增强层编码操作生成增强层比特流，
其中，在顶/底场编码操作或左/右场编码操作中，在信道具有超过预定水平的错误的情况下，基于两场的视频的第一场中的预测画面不参考所述基于两场的视频的第二场的画面。
31.如权利要求30所述的编码设备，其中，增强层编码器包括：
帧增强层编码器，通过执行帧增强层编码操作来对原始视频编码；
顶/底场增强层编码器，通过执行顶/底场增强层编码操作来对原始视频编码；和
左/右场增强层编码器，通过执行左/右场增强层编码操作来对原始视频编码。
32.如权利要求30所述的编码设备，其中，独立地传输基本层比特流和增强层比特流。
33.如权利要求30所述的编码设备，其中，分别将在增强层编码操作中生成的第一场画面和第二场画面、以及具有与第一场画面和第二场画面同样画面类型的基本层中的画面置于不同的时间位置，基本层的画面包括内画面和预测画面。
34.如权利要求32所述的编码设备，其中，顶/底场编码器以下述方式对原始视频编码：顶场预测画面不参考底场画面，底场预测画面不参考顶场画面。
35.如权利要求32所述的编码设备，其中，左/右场编码器以下述方式对原始视频编码：左场预测画面不参考右场画面，右场预测画面不参考左场画面。
36.一种视频解码设备，包括：
编码方法确定器，用于确定对接收的比特流编码的编码操作；和
解码器，通过根据确定的编码操作自适应地执行以下操作之一生成解码的视频：帧解码操作、顶/底场解码操作和左/右场解码操作，
其中，在顶/底场编码操作或左/右场编码操作中，在信道具有超过预定水平的错误的情况下，基于两场的视频的第一场中的预测画面不参考所述基于两场的视频的第二场的画面。
37.如权利要求36所述的解码设备，其中，编码方法确定器对添加到接收的比特流中的信息进行解析以确定执行哪个解码操作。
38.如权利要求36所述的解码设备，还包括：
帧解码器，通过执行帧解码操作来对比特流解码；
顶/底场解码器，通过执行顶/底场解码操作来对比特流解码；和
左/右场解码器，通过执行左/右场解码操作来对比特流解码。
39.如权利要求36所述的解码设备，其中，当由于在通过场编码操作编码的比特流中的错误导致两个场中的一个丢失时，通过使用所述两个场中的另一个对所述错误进行纠正。
40.如权利要求36所述的解码设备，其中，当由于在通过场编码操作编码的比特流中的错误导致两个场中的一个丢失时，通过使用所述两个场中的另一个来隐藏所述错误。
41.一种视频解码设备，包括：
基本层解码器，用于对基本层比特流解码并生成基本层视频；
编码方法确定器，用于确定对与基本层比特流分开接收的增强层比特流编码的编码操作；和
增强层解码器，通过根据确定的编码操作对增强层比特流自适应地执行以下操作之一生成增强层视频：帧增强层解码操作、顶/底场增强层解码操作和左/右场增强层解码操作，
其中，在顶/底场编码操作或左/右场编码操作中，在信道具有超过预定水平的错误的情况下，基于两场的视频的第一场中的预测画面不参考所述基于两场的视频的第二场的画面。
42.如权利要求41所述的解码设备，其中，基本层解码器对基本层比特流执行可变长解码、逆量化、逆离散余弦变换和削波，并生成基本层视频。
43.如权利要求41所述的解码设备，其中，增强层解码器包括：
帧增强层解码器，通过执行帧增强层解码操作来对增强层比特流解码；
顶/底场增强层解码器，通过执行顶/底场增强层解码操作来对增强层比特流解码；和
左/右场增强层解码器，通过使用左/右场增强层解码操作来对增强层比特流解码。
44.如权利要求41所述的解码设备，其中，如果增强层比特流是通过使用左/右场增强层编码方法对原始视频编码而获得的，则增强层解码器对左场的增强层比特流和右场的增强层比特流执行可变长解码、逆量化和逆离散余弦变换，将经过逆离散余弦变换的左场增强层比特流和右场增强层比特流组合，并将在将左场增强层比特流和右场增强层比特流组合之后获得的视频和在对生成的基本层视频上采样之后获得的视频组合，其中，左场的增强层比特流和右场的增强层比特流被分开接收。
45.如权利要求41所述的解码设备，其中，当由于在通过场增强层编码操作编码的比特流中的错误导致两个场中的一个丢失时，通过使用所述两个场中的另一个来隐藏所述错误。
46.如权利要求41所述的解码设备，其中，显示增强层视频，并且当由于增强层比特流的丢失或损坏而导致不能对增强层比特流解码时，显示基本层视频而不显示增强层视频。
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