CN1925616A - 一种宏块对级帧场自适应编解码方法 - Google Patents

一种宏块对级帧场自适应编解码方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种宏块对级帧场自适应编解码方法，属于视频编解码技术领域。包括进行第一阶段编/解码：在该阶段中，还包括按编码的顺序将多个宏块对分成宏块对组，对该组中的宏块对的帧场编码标志进行计算得到该宏块对组的组标志，并存储该组标志；进行第二阶段编/解码：获取所述组标志；判断上述组标志对应的多个宏块对中是否有场编码宏块对，如果有场编码宏块对，则逐个获取上述组标志对应的多个宏块对的帧场编码标志，如果是帧编码，则跳过该宏块对；如果是场编码，则对底场宏块进行第二阶段编/解码；直到一幅图象的所有宏块对的底场宏块的第二阶段编/解码结束。本发明可以提高编解码速度，并降低功耗。

Description

一种宏块对级帧场自适应编解码方法
技术领域
本发明属于视频编解码技术领域，特别涉及一种宏块对级帧场自适应编解码方法。
背景技术
在大多数的视频压缩标准中，如MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，H.261，H.263，H.263+，264/AVC，以及中国制定的高级音视频标准AVS等，都采用了预测编码、变换编码和熵编码的混合编码方法。这种混合编码方法具体包括：先进行帧内、帧间的预测，以消除时间域的相关性；然后对原始图像与预测结果的残差进行二维变换(采用离散余弦变换或其它线性变换)，消除空间相关性；然后进行熵编码，去除统计上的冗余度。
为了提高视频信号的压缩效率，预测编码是视频编码标准中最重要的核心技术。图象序列信号的输入可以分为逐行扫描的和隔行扫描的，逐行扫描的视频信号叫作帧图象，隔行扫描的视频信号叫作场图象。帧图象中的宏块(16×16的图象象素块)叫帧宏块，场图象中的宏块叫场宏块。以帧宏块为单位的预测编码方法叫帧预测编码方法(简称帧编码)，以场宏块为单位的预测编码方法叫场预测编码方法(简称场编码)。在MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，H.261，H.263，H.264/AVC等标准中都包含帧编码，MPEG-2，MPEG-4，H.264/AVC还包括场编码。在H.264/AVC中还提出了根据编码代价值进行自适应选择帧编码或场编码的图象级帧场自适应预测编码方法(Picture AFF)，以及宏块对(16×32的图象象素块)级帧场自适应预测编码方法(MBAFF)。AVS又提出了一种新型的宏块对级帧场自适应预测编码方法(MBPAFF)，该方法能够充分利数据之间的相关性，有效的提高视频信号的压缩效率。AVS中的MBPAFF是专利CN1265647C提出的基于块组结构的自适应分阶段预测编码方法的一个具体实现方法。AVS中MBPAFF的宏块对有两种模式：非抽样宏块对(Non Sampling-NS)和垂直抽样宏块对(Vertical Sampling-VS)，如图1所示。非抽样宏块对由一个16×32的原图象数据(两场数据交织)分成两个垂直相邻的宏块构成，这上下两个帧宏块记为NS0和NS1；非抽样宏块对的两个宏块均按帧宏块方式进行编码。垂直抽样宏块由一个16×32的原图象数据隔行抽样得到，顶场的数据构成顶场宏块(VS0)，底场的数据构成底场宏块(VS1)，VS0和VS1宏块按照场宏块方式进行编码。
MBPAFF的基本编/解码过程如图2所示，把一幅图象划分为宏块对，NS0和NS1分别表示上下两个帧宏块，VS0和VS1分别表示顶场宏块和底场宏块，实线的方向表示帧宏块和顶场宏块的编/解码顺序，即第一阶段编/解码顺序，虚线的方向表示底场宏块的编/解码顺序，即第二阶段编/解码顺序，MPBAFF的具体编/解码过程包括下列步骤：
1)第一阶段编/解码：对宏块对判断是帧编码还是场编码；如果是帧编码，则对上下两个帧宏块(NS0和NS1)编/解码；如果是场编码，则只对顶场宏块(VS0)编/解码；重复前述步骤，直到一幅图像中所有帧宏块(NS0和NS1)和顶场宏块(VS0)完成编/解码；
2)第二阶段编/解码：对底场宏块(VS1)进行编/解码，直到一幅图像中所有的底场宏块(VS1)完成编/解码。
与H.264/AVC的MBAFF以及其它视频编码标准相比，AVS的MBPAFF的两阶段编码方法打破了已有的规则的宏块编码顺序，有效利用了数据之间的相关性，提高了编码效率，但是其编解码的实现也随之复杂，其复杂度的增加主要在于进行第二阶段编码时底场宏块(VS1)的宏块地址的获取。
由于迄今为止MPBAFF编码方法发展的时间很短，所以已提出的编解码实现方法很少。文献1(AVS参考软件)是较早公开的MPBAFF的编解码实现方法，该方法开辟一个存储区，用来存储宏块对的帧场编码标志(比如0表示帧编码，1表示场编码；通过常用获得帧场编码标志的方法是：编码时，确定是帧编码或场编码，从而得到了帧场编码标志；解码时，从码流中得到帧编码或场编码的信息，从而得到帧场编码标志)，每个宏块对对应一个帧场编码标志。该方法的编/解码的/步骤是：首先进行第一阶段编/解码，对宏块对判断是帧编码还是场编码，如果是帧编码，则对上下两个帧宏块(NS0和NS1)编/解码；如果是场编码，则只对顶场宏块(VS0)编/解码；并把宏块对的帧场编码标志存储在预先开辟存储区；重复前述步骤，直到一幅图像中所有帧宏块(NS0和NS1)和顶场宏块(VS0)完成编/解码；然后进行第二阶段编/解码，按照第一阶段对宏块对的编码顺序，对底场宏块(VS1)进行编/解码，直到一幅图像中所有的宏块对都编/解码完成，具体包括如下过程：从存储区读取当前宏块对的帧场编码标志，如果是帧编码则跳过该宏块对，如果是场编码则对底场宏块(VS1)进行编/解码。由于第二阶段编/解码只需要对场编码宏块对的底场宏块(VS1)进行编/解码，而该方法在第二阶段编/解码时需要逐个读取所有宏块对的帧场编码标志，因此编/解码速度较慢，并且需要的功耗较大，尤其不适于硬件实现。
发明内容
本发明的目的是克服上述已有编解码方法的不足，提供一种宏块对级帧场自适应预测编解码方法，可以提高编解码速度，并降低功耗。
本发明提出了一种宏块对级帧场自适应预测编/解码方法，包括：
进行第一阶段编/解码：
1)对宏块对判断是帧编码还是场编码，如果是帧编码，则对上下两个帧宏块(NS0和NS1)编/解码；如果是场编码，则只对顶场宏块(VS0)编/解码，并存储该宏块对的帧场编码标志；
2)重复步骤1)，直到一幅图像中所有帧宏块(NS0和NS1)和顶场宏块(VS0)完成编/解码；
在上述步骤1)、2)的过程中，还包括按编码的顺序将多个宏块对分成宏块对组，对该组中的宏块对的帧场编码标志进行计算得到该宏块对组的组标志，该组标志用于标明该宏块对组中是否有场编码宏块对，并存储该组标志；
进行第二阶段编/解码：
3)获取所述组标志；
4)判断上述组标志对应的多个宏块对中是否有场编码宏块对，如果有场编码宏块对，则执行步骤5)；如果没有场编码宏块对，则执行步骤3)；
5)逐个获取上述组标志对应的多个宏块对的帧场编码标志，如果是帧编码，则跳过该宏块对；如果是场编码，则对底场宏块进行第二阶段编/解码；
6)重复步骤3)到4)，直到一幅图象的所有宏块对的底场宏块的第二阶段编/解码结束。
本发明根据宏块对级帧场自适应预测编解码的特点，并根据帧宏块对和场宏块对的分布情况决定宏块对组的划分，利用该组标志和宏块对的帧场编码标志进行第二阶段编解码，这样就通过对宏块对组的整体操作而减少了宏块对帧场编码标志的获取操作以及根据该帧场编码标志进行编解的操作，从而提高了编解码速度，并降低了功耗，尤其适于硬件实现。
附图说明
图1是MBPAFF中宏块对的宏块构成示意图；
图2是MBPAFF编码方法的示意图；
图3是本发明方法的第二阶段编码流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明提出了一种宏块对级帧场自适应预测编/解码方法，包括：
进行第一阶段编/解码：
1)对宏块对判断是帧编码还是场编码，如果是帧编码，则对上下两个帧宏块(NS0和NS1)编/解码；如果是场编码，则只对顶场宏块(VS0)编/解码，并存储该宏块对的帧场编码标志；
2)重复步骤1)，直到一幅图像中所有帧宏块(NS0和NS1)和顶场宏块(VS0)完成编/解码；
在上述步骤1)、2)的过程中，还包括按编码的顺序将多个宏块对分成宏块对组，对该组中的宏块对的帧场编码标志进行计算得到该宏块对组的组标志，该组标志用于标明该宏块对组中是否有场编码宏块对，并存储该组标志；
进行第二阶段编/解码：
3)获取所述组标志；
4)判断上述组标志对应的多个宏块对中是否有场编码宏块对，如果有场编码宏块对，则执行步骤5)；如果没有场编码宏块对，则执行步骤3)；
5)逐个获取上述组标志对应的多个宏块对的帧场编码标志，如果是帧编码，则跳过该宏块对；如果是场编码，则对底场宏块进行第二阶段编/解码；
6)重复步骤3)到4)，直到一幅图象的所有宏块对的底场宏块的第二阶段编/解码结束。
所述的帧场编码标志是1比特的数据，用0表示帧编码，1表示场编码，或者用1表示帧编码，0表示场编码；
所述宏块对组是一幅图象的一行宏块对；
所述对该宏块组中的宏块对的帧场编码标志进行计算的方法是，对宏块对的帧场编码标志进行逻辑或操作，或者对宏块对的帧场编码标志进行逻辑与操作，得到的结果作为组标志。
本发明的方法用于在AVS的中的实施例详细说明如下。
本发明的编码方法用于AVS的编码的实施例包括如下步骤：
进行第一阶段编码：
1)对宏块对判断是帧编码还是场编码，如果是帧编码，则对上下两个帧宏块(NS0和NS1)编码；如果是场编码，则只对顶场宏块(VS0)编码；并存储宏块对的帧场编码标志；
2)重复步骤1)，直到一幅图像中所有帧宏块(NS0和NS1)和顶场宏块(VS0)完成编码；
在步骤1)和2)的过程中，还包括按编码的顺序将该一幅图像中每一行的所有宏块对分成宏块对组，对该组中的宏块对的帧场编码标志进行计算得到该宏块对组的组标志，该组标志用于标明其对应的该行的宏块对中是否有场编码宏块对，并存储该组标志；
本实施例中，帧场编码是1比特的数据，用0表示帧编码，1表示场编码，所述计算方法是对多个宏块的帧场编码标志进行逻辑或操作，得到的结果作为组标志。例如：如果4个宏块对的帧场编码标志分别为0、0、1和1，那么对这四个数进行逻辑或操作，得到组标志为1，表示该四个宏块对中有场编码宏块对；如果这四个宏块对的帧场编码标志都是0，那么对这四个数进行逻辑或操作，则组标志也是0，表示该四个宏块对都是帧编码宏块对(即其中没有场编码宏块对)。
还可以用1表示帧编码，0表示场编码，对多个宏块的帧场编码标志进行逻辑与操作，得到的结果作为组标志。例如：如果4个宏块对的帧场编码标志分别为1、1、0和0，那么对这四个数进行逻辑与操作，得到组标志为0，表示该四个宏块对中有场编码宏块对；如果这四个宏块对的帧场编码标志都是1，那么对这四个数进行逻辑与操作，则组标志也是1，表示该四个宏块对都是帧编码宏块对(即其中没有场编码宏块对)。
本实施例中采用一幅图象的一行宏块对对应一个组标志，这样可以降低编/解复杂度，因为第一个组标志表示第一行宏块的帧场编码情况，第二个组标志表示第二行宏块的帧场编码情况，以此类推。此外，根据帧宏块对和场宏块对的分布情况决定，还可选用相邻2个宏块对，3个宏块对，半行宏块对，两行宏块对等来计算得到对应的组标志，以提高编/解速度。
本实施例中得到宏块对组的组标志的方法为：在每个宏块对组的宏块对开始编码之前，把组标志的中间值(g)初始化为0，在每次执行步骤1)时更新g，g＝g||fi，其中“||”表示逻辑或操作，“fi”表示该宏块对组中的第i个宏块对的帧场编码标志，直到该宏块对组的所有宏块对都执行了步骤1)，此时g的值就是组标志。
此外，还可以在步骤2)之后，从存储区读取宏块对的帧场编码标志，然后再进行计算，得到组标志。但是，由于该方法还要从存储区读取宏块对的帧场编码标志，所以编码的速度将会降低，复杂度也将提高。
本实施例利用上述组标志以及宏块对的帧场编码标志进行第二阶段编码，如图3所示，包括如下步骤：
3)获取第一阶段编码时存储的组标志；
4)根据所述组标志判断对应的多个宏块对中是否有场编码宏块对，如果有场编码宏块对，则执行步骤5)；如果没有场编码宏块对，则执行步骤3)；
5)逐个获取上述组标志对应的多个宏块对的帧场编码标志，如果是帧编码，则跳过该宏块对；如果是场编码，则对底场宏块(VS1)进行第二阶段编码；
6)重复步骤3)到4)，直到一幅图象的所有宏块对的底场宏块的第二阶段编码结束。
上述实施例的AVS编码过程的具体方法均可采用AVS标准中所规定的内容。
本发明的解码方法用于AVS的解码的实施例包括如下步骤：
1)进行第一阶段解码，对宏块对判断是帧编码还是场编码；如果是帧编码，则对上下两个帧宏块(NS0和NS1)解码；如果是场编码，则只对顶场宏块(VS0)解码，并存储宏块对的帧场编码标志；
2)重复步骤1)，直到一幅图像中所有帧宏块(NS0和NS1)和顶场宏块(VS0)完成解码；
在步骤1)和2)的过程中，还包括按编码的顺序将该一幅图像中相邻的4个宏块对分成宏块对组，对该组中的宏块对的帧场编码标志进行计算得到该宏块对组的组标志，该组标志用于标明其对应的4个宏块中是否有场编码宏块对，并存储该组标志；
本实施例中，帧场编码是1比特的数据，用0表示帧编码，1表示场编码计算方法是对多个宏块的帧场编码标志进行逻辑或操作，得到的结果作为组标志。还可以用1表示帧编码，0表示场编码，对多个宏块的帧场编码标志进行逻辑与操作，得到组标志。
本实施例中，采用4个宏块对对应一个组标志，还可以根据帧宏块对和场宏块对的分布情况决定，采用一幅图象的一行宏块对，是2个宏块对，3个宏块对，半行宏块对，两行宏块对等来计算得到对应的组标志，以提高编/解速度。
本实施例中得到宏块对组的组标志的方法为：在步骤2)之后，从存储区读取一组宏块对的帧场编码标志，然后计算组标志g，g＝f1||f2||f3||f4，其中“f1”、“f2”、“f3”、“f4”分别表示该宏块对组中的4个宏块对对应的帧场编码标志。
还可以在每个宏块对组的宏块对开始解码之前，把组标志的中间值(g)初始化为0，在每次执行步骤1)时更新g，g＝g||fi，其中“fi”表示该宏块对组中的第i个宏块对的帧场编码标志，直到该宏块对组的所有宏块对都执行了步骤1)，此时g的值就是组标志。
利用上述组标志以及宏块对的帧场编码标志进行第二阶段解码，包括如下步骤：
3)获取第一阶段解码时存储的组标志；
4)根据所述组标志判断上述组标志对应的多个宏块对中是否有场编码宏块对，如果有场编码宏块对，则执行步骤5)；如果没有场编码宏块对，则执行步骤3)；
5)逐个获取上述组标志对应的多个宏块对的帧场编码标志，如果是帧编码，则跳过该宏块对；如果是场编码，则对底场宏块(VS1)进行第二阶段解码；
6)重复步骤3)到4)，直到一幅图象的所有宏块对的底场宏块的第二阶段解码结束。
上述实施例的AVS解码过程的具体细节可以参考AVS标准。
本发明方法并不局限于上述的具体实施例，本领域的技术人员在本发明公开的技术方案内采取等同或相似的变化或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1、一种宏块对级帧场自适应预测编/解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
进行第一阶段编/解码：
1)对宏块对判断是帧编码还是场编码，如果是帧编码，则对上下两个帧宏块编/解码；如果是场编码，则只对顶场宏块编/解码，并存储该宏块对的帧场编码标志；
2)重复步骤1)，直到一幅图像中所有帧宏块和顶场宏块完成编/解码；
在上述步骤1)、2)的过程中，还包括按编码的顺序将多个宏块对分成宏块对组，对该组中的宏块对的帧场编码标志进行计算得到该宏块对组的组标志，该组标志用于标明该宏块对组中是否有场编码宏块对，并存储该组标志；
进行第二阶段编/解码：
3)获取所述组标志；
4)判断上述组标志对应的多个宏块对中是否有场编码宏块对，如果有场编码宏块对，则执行步骤5)；如果没有场编码宏块对，则执行步骤3)；
5)逐个获取上述组标志对应的多个宏块对的帧场编码标志，如果是帧编码，则跳过该宏块对；如果是场编码，则对底场宏块进行第二阶段编/解码；
6)重复步骤3)到4)，直到一幅图象的所有宏块对的底场宏块的第二阶段编/解码结束。
2、如权利要求1所述的宏块对级帧场自适应预测编/解码方法，其特征在于，所述的帧场编码标志是1比特的数据，用0表示帧编码，1表示场编码，或者用1表示帧编码，0表示场编码。
3、如权利要求1所述的宏块对级帧场自适应预测编/解码方法，其特征在于，所述宏块对组是一幅图象的一行宏块对。
4、如权利要求1所述的宏块对级帧场自适应预测编/解码方法，其特征在于，所述对该宏块组中的宏块对的帧场编码标志进行计算的方法是，对宏块对的帧场编码标志进行逻辑或操作，或者对宏块对的帧场编码标志进行逻辑与操作，得到的结果作为组标志。
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