TW200939787A - A method for video encoding - Google Patents

Description

200939787 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於視訊編碼方法，特別係關於塊匹配（bl〇ck matching )運動估計（motion estimation )編碼方法。 【先前技術】 現代視況編碼技術利用預測編碼（predictive coding ) 〇 來編碼視訊之幀（frame )。最常用的方法之一係塊運動估 計（block-based motion estimation)編竭。當編碼幀之現行 宏區塊（macroblock)時’搜尋前面巾貞/宏區塊之.資料來 尋找現行宏區塊之最佳匹配。 運動估計複雜’能夠消耗編碼程序9〇%以上的計算能 力。因此’降低運動估計計算複雜性之方法對於視訊編碼 系統的進一步發展至關重要。 ❹ 【發明内容】 爲了解決現有技術中運動估計計算複雜度高的問題， 本發明提供適應性運動估計視訊編碼方法。 依據本發明之一方面’其提供一種視訊信號編碼方 法，其中視訊信號包含複數個參考幀與複數個非參考幀， 該方法包含：分析第一參考幀之至少一部分之運動向量， 其中第一參考幀係非參考幀之後向參考巾貞；當運動向量統 計量小於或者等於閾值時’決定接近該非參考幀之參考 200939787 幀；以及複製決定之參考悄 至少一部分。 之至少一部分作爲非參考幀之

據本毛月另彳面，其提供一種視訊信號編碼方 法，其巾視訊信號包含魏财考巾貞與減個非參考巾貞， δ亥方法包合.針對待編碼之非參相，判斷參相之至少 -部分是否沒有場景變化，其巾參考㈣非參考巾貞之後向 ’考賴’以及當參考巾貞之該部分沒有場景變化，按比例縮 小非參考幀之部分塊匹配之搜尋範圍。 依據本么明再一方面，其提供一種視訊信號編碼方 /、中視afHs號包含複數個視訊幀，該方法包含：藉由 比例因數來按比例縮小第一視訊幢之至少一部分資料；決 疋按比例縮小之視訊巾貞之運動資訊；以及湘按比例縮小 之視讯幀之運動資訊來按比例縮小視訊幀之搜尋範圍。 本發明提供視訊編碼方法能夠降低編碼視訊幀之計算 複雜性。藉由判斷後向參考幀之運動資訊，至少一部分之 非參考幀能夠進行適應性編碼，並且至少一部分之非參考 Ί5貞之搜尋範圍能夠適應性縮放。此外，藉由按比例縮小視 貞’可利用視訊幀之按比例縮小之運動向量來適應性縮 放搜尋圍。因此本發明提供了高效並且低成本的視訊編 碼方法。 【實施方式】 5月參閱第1圖。第1圖繪示了視訊信號中之複數個幀， 200939787 • 包含參考幀（reference frame)與非參考幀（n〇n reference frames )。MPEG-2標準中巾貞内編碼巾貞（I幀）與預測編碼 幀（P幀）係定義為參考幀’並且雙向預測編碼巾貞（B巾貞） 係定義為非參考巾貞。在其他編碼標準中，例如在Η 2 64標 準中，Β幀亦可作爲其它幀的參考幀。第！圖緣示I賴與ρ 幀為B幀之參考幀。如習知技術所知’當編碼複數個傾時， 編碼順序為：I，P，B，B，P，B,B，I，B，B，如第1圖所示。換 © 言之’第1圖中第一個P幀為先前兩個B幀之後向參考鴨。 當第一個p幀之所有或者大部分運動向量（m〇ti〇n vector )統計量等於零或者大體為零並且/或沒有場景 (scene)變化時’該第一個p幀大體保持固定，並且於該 第一個P幀之前顯示之兩個B幀亦很可能保持固定，因此 複製第一個I幀或者第一個P幀作爲該等B幀係合理的。 編碼系統可以略過該等B幀之一或多個編碼階段，其中該 ❹ 等B幀係利用P幀作爲參考幀’並且其中略過之編石馬階段 為離散餘弦變換（discrete cosine transform，DCT)、量 j匕 (quantization ’ Q)、反量化（inverse qUantizati〇n，IQ)以及反 離散餘弦變換(inverse DCT,IDCT)。本實施例中，第—個B 幀可以自第一個I幀複製，並且第二個B幀可以自第一個 P幀複製’或者該等B幀可以皆自第一個I幀複製或者皆 自第一個P幀複製。上述變形皆屬於本發明之範圍，本發 明所主張之範圍以權利要求書為准。

在編碼程序中，決定每一幀之運動向量。當針對_ B 200939787 • 巾貞編碼時’編碼系統首先檢查預設條件（後向p參考巾貞之 運動向量之統計量大體為零或者低於閾值，並且/或沒有場 景變化）是否滿足。當預設條件滿足時，設定B幀之預測 方向，亦即指向P後向參考幀或者最接近的Ι/P幀，並且B 巾貞之運動向量以及塊編碼模式（coded block pattern，CBP) 設定為零。因此，儘管與習知之編碼系統相比產生同樣數 量的幀，但是其中一部分B幀係從已存在的I幀或者P幀 ❹ 複製而得到，而沒有經過複雜的編碼計算。 第一實施例之變化實施例更包含將每一幀分塊並且針 對每塊之計算分別應用適應性消除（adaptive reduction )。 當只有P幀之特定部分發生運動時，P幀之其它區域係固 定，B幀相對應於P幀之固定部分的部分可自接近B幀的 I幀或者P幀複製而獲得，並且運動的塊可以獨立地編碼。 亦可顯著的節省計算時間。 ^ 請參閲第2圖。第2圖為依據本發明第一實施例之視 訊編碼方法之流程圖。需注意的是，步驟204係可選。其 步驟如下： 步驟202:接收非參考幀（B幀）。 步驟204 :將當前幀分塊。 步驟206 :檢查編碼順序中之先前Ρ Φ貞。 步驟208 :判斷先前P幀滿足條件1 (沒有場景變化並 且/或運動向量統計量小於或者等於一閾值）還是條件2 (場 ’景變化以及/或者顯著運動），如果滿足條件1，則執行 200939787 步驟210，如果滿足條件2，則執行步驟212。 步驟21G:將兩個最接近之參考巾貞之—複製為 鴨，亦即’設定運動向量為零（MV = 〇)、塊編石馬桓= ⑽卜。)並節省運動估計(ME)、離散餘弦= (DCT)、量化（Q)、反量化（IQ)以及 (IDCT)之編碼階段。 敢餘弦變換 〇 ❹ 步驟m :正常編碼（亦即執行運動估計、離散餘弦 換、量化、反量化以及反離散餘弦變換）。 、 本發明之第二實施例之目的為利 調咖B幢之搜尋範圍。如果Bt貞之後 有场景變化但具有運動，當編石馬B情時，p悄之運動向: 可用來按比例的縮小B幅之搜尋範圍。例如，如果二 含運動物體，其中該物體以固定速度沿著固定方向運、^ 幀之運動向量可以看作為B令貞之運動向量 (factor)。以第1圖所示之幀為例，如果第—個p幀 動向量為[6，-12] ’並以岐速度運動，第—個b㉝之 的前向運動向量織向軸向量分別為[2「4]與卜48]，並_； ，：U[-2,4]。在一些貫施例中， ：---，*ctar8etfflotionvector),：--- =::=:，第，—前- 之目標前:運動因數Μ得到叫 動向里為40，係由60乘以比例因數的 200939787 %•到。特定Β Φ貞之比例因數係由最接近的t _與p幢之間 =复數個B巾貞及特定B巾貞之顯示順序決定。每—b巾貞之搜 哥範圍可相應地依比例決定。例如，第一個B幢與第二個 幢月』向預;貞彳之搜索範圍係分別依比例由標準搜尋範圍縮 小到±30(稍大於2〇)與±5〇(稍大於4〇)。 …此外，本發明之第二實施例亦可應用上述分塊方法。 ㈣以宏區塊編碼時，該方法特別適合。每—宏區塊可能 〜有不同的運動向里’因此藉由針對搜尋範圍應用適應性 縮減將只有部分宏區塊需要相對大的搜尋範圍。 士 "月參閱第3圖，第;3圖為依據本發明第二實施 =編碼方法之流程圖。需注意岐，步驟3 其步驟如下： ^ 步驟302 :接收非參考幀（B幀）。 步驟304 :將當前幀分塊。

f驟306··檢查編碼順序中之先前"負之運動資訊。 v驟308 ·判斷先前p幅之運叙杳却，甘口& 場景變化）還是條件2 (場景變化），如果、Sy件(『有 則執行步驟31〇,如果滿足條件2，則執行步驟阳。 二驟3U)··域P社運如量㈣ 搜:::間的時間距離一來按= 換 10 200939787 ' 本發明之第三實施例可應用於P幀與B幀。可以藉由 自按比例縮小的幀（down-scaled frame )獲得之運動資訊 來按比例縮小（scale down )搜尋範圍，代替塊匹配利用之 預設搜尋範圍。當藉由乘以比例因數來按比例縮小幀時， 可進行粗略的搜尋來獲得運動向量與其它運動資訊，並且 該運動資訊係用來決定適合的搜尋範圍之大小。舉例來 説，當按比例縮小幀之最大運動向量係運動資訊時，初始 © 大小t貞之最大運動向量係藉由除以比例因數來決定。因此 可依據已決定之初始大小幀之最大運動向量來設定搜尋範 圍，等於或者稍大於該已決定之最大運動向量。顯然，如 果不斷地應用該方法，視訊之質量將降低，因此可依據系 統開銷針對視訊質量之關係來選擇性的應用該方法。 如同上述第一實施例與第二實施例，本發明之第三實 施例亦可以利用分塊方案，亦即依據上述方法適應性地縮 φ 減當前幀之部分宏區塊之搜尋範圍，並且依據習知技術來 編碼當前幀之其它宏區塊。 請參閱第4圖，第4圖為依據本發明第三實施例之視 訊編碼方法之流程圖。需注意的是，步驟404係可選的。 其步驟如下： 步驟402:接收幀間編碼幀（P幀或B幀）。 步驟404 :將當前幀分塊。 步驟406 :按比例縮小當前幀與參考幀。 步驟408 :針對按比例縮小幀進行粗略的搜尋。 11 200939787 步驟410:以初始解析度（resolution)藉由縮減之搜 尋範圍執行運動搜尋，其中該縮減之搜尋範圍係按比例縮 小幢之放大（up-scaled)的最大運動向量。 需注意的是，本發明之第二實施例與第三實施例之方 法可同時應用。如果P幀係按比例縮小，並且獲得縮小運 動向量，假設P幀中物體以不變速度運動，利用P幀作爲 後向參考幀之B幀之縮小運動向量可依據P幀之縮小運動 © 向量與B幀之顯示順序來進行内插（interpolate )獲得。 本發明提供視訊編碼方法能夠降低編碼視訊幀之計算 複雜性。藉由判斷後向參考幀之運動資訊，至少一部分之 非參考幀能夠進行適應性編碼，並且至少一部分之非參考 令貞之搜尋範圍能夠適應性縮放。此外，藉由按比例縮小視 訊幀，可利用視訊幀之按比例縮小之運動向量來適應性縮 放搜尋範圍。因此本發明提供了高效並且低成本的視訊編 ❿ 碼方法。 上述實施例僅作爲本發明舉例説明之用，任何熟悉此 技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所 主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為准。 【圖式簡單說明】 第1圖繪示了視訊信號中之複數個幀，包含參考幀與 非參考幀。 — 第2圖為依據本發明第一實施例之視訊編碼方法之流 12 200939787 程圖。 第3圖為依據本發明第二實施例之視訊編碼方法之流 程圖。 第4圖為依據本發明第三實施例之視訊編碼方法之流 程圖。 【主要元件符號說明】 〇 202、204、206、208、210、212、302、304、306、308、 310、312、402、404、406、408、410 步骤 ❹ 13

Claims (1)

1. 200939787 十、申請專利範圍： 1.種視邮號編碼方法’其中該視訊信號包含複數個 參考鴨與複數個非參考巾貞，該紐包含： —分析一第一參考鴨之至少一部分之運動向量，其中該 第-參考㈣—非參考H向參考鴨； 當該運動向量統計量 近該非參考幀之一參考幀 複製該決定之參考幢 至少一部分。 Ο

   小於或者等於—閾值時，決定接 ;以及 之至少一部分作爲該非參考幀之 、/.如申請專·圍第丨項所述之視訊信號編碼方法，其 中複製該決定之參考㈣作爲該非參相之步驟更包含： 複製該決定之參考㈣爲複數個非參考情， 非參考㈣利用該第—參考㈣爲—後向參考f ”、 3·如Ψ料圍第2項所述之視訊㈣編财法 中該妓之參相包含該第—參考巾貞與—第二參考幢，祐 ^複製該決定之參考㈣爲複數個非參考巾貞之步驟更包 3 · 匕1 複製該第一參考幀作爲該等非參考幀十― 幀丨以及 口丨刀非參考 鴨。複製該》二參考㈣爲該轉參相切丨餘非參考 14 1 ,如申請專利範圍第1項所述之視訊信號編瑪方法，更 200939787 包含： 设定該非參考幀之所有運動向量為零。 、5.如申請專·圍第丨項所述之視訊信號編碼方法，发 中稷製該決定之參相之至少—部分作爲該非參考幢之至 少一部分之步驟包含： 、 設定該非參相之該部分之—賴方向指向該決定之 ❹ 參考鳩，並且設定相對應於該非參考幅之該部 量與塊編碼模式為零。 運動向 6.-種視訊信號編碼方法，其中該視訊信號包含複數個 參考幀與複數個非參考幀，該方法包含·· 、針對-待編碼之非參考,貞，判斷—參相之至少一部 否沒有場景變化，其中該參考細非 參考幀；以及 & W =參相之神分沒有場㈣化時，㈣例縮小該 非 > 考幀之該部分塊匹配之搜尋範圍。 7.如申請專利範圍第6項所述之視訊信號編碼方法，其 中按比例縮小該非參考賴之該部分塊匹配之搜尋範圍之步 驟包含： 量；依據運動向量之統計量決定該參相之一目標運動向 管考狀該目標運動向量乘以—比例因數來計 异該非參考幀之一目標運動向量；以及 依據該非參㈣之該目ΐ運動向量來按比例縮小該搜 200939787 尋範圍。 8. 如申請專利範圍第7項所述之視訊信衆編 中該參考f貞為複數個非參考巾貞之一後向參考鴨 I二 該非參考幀之目標運動向量之步驟包含： ”且叶异 依據複數個非參考幀以及相對應於該參 序’來獲得每-非參考幅之一比例因數。、‘、、、員不順 ❹ 9. 如申料利範圍第6項所述之視訊錢 二=例縮小該非參考社該部分塊匹配之搜尋範圍之; 將該非參考幢分塊；以及 針對每一塊獨立地按比例縮小該搜尋範圍。 10. 一種視訊信號編碼方法，其中該 個視㈣，該方法包含： 含後數 部分藉由-比例因數來按比例縮小—第一視訊幢之至少一 決定該按比例縮小之該第—視訊幅之運動資訊；以及 利用S亥按比例縮小之該第一 、 例縮小該第一視_之_搜尋第範:，之運動資訊來按比 u·如申請專利範圍第10項 法，更包含： 、所述之視訊信號編碼方 針對έ亥按比例縮小之第一 決定兮姑，成鳩進行一粗略搜尋，以 决疋該知比例縮小之第一視訊 ΊΊ ,. 。亥運動資訊。 如申請專利範圍第u項 ,6 、々迷之視訊信號編碣方 939787 法，其中針對該按比例縮小―、二 之步驟更包含： 弟—視訊幀進行一粗略搜尋 決定該按比例縮小之第 運動資訊；以及 之視⑽貞之最大運動向量為該 ❹ 依據該決定之最大 該搜尋範圍。 運動向量與該比例因數按比例 縮小 法， 幀， =申請專利範㈣12項所述之視訊信號編碼方 “中°亥第—視訊㈣複數個非參相之-後向參考 並且該方法更包含： >依…仏比例縮小之第—視訊中貞之該最大運動向量以 及每-非參相之顯轉序來獲得每—非參考巾貞之一目標 運動向量；以及 依據每一非參考幀之該目標運動向量來按比例縮小每 —非參考幀之一搜尋範圍。

   14.如申凊專利範圍第1 〇項所述之視訊信號編碼方 法’其中利用該按比例縮小之視訊幀之運動資訊來按比例 縮小該視訊幀之一搜尋範圍之步驟包含： 將該視訊幀分塊；以及 依據每一塊之該運動資訊來獨立地按比例縮小該相應 的塊之該搜尋範圍。 十一、囷式： 17