TWI510061B - 用以於視訊解碼器基於經重建參考圖框來估算移動之方法與系統 - Google Patents
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Description
本發明係有關移動估算(ME),更特別係有關用以於視訊解碼器基於經重建參考圖框來估算移動之方法與系統。
可利用於視訊編碼中之移動估算(ME),藉由去除或減少在視訊圖框間之時間冗餘,來增進視訊壓縮效能。就編碼輸入區塊而言,傳統移動估算可於參考圖框中之特定搜尋視窗內的一個編碼器執行。這可容許移動向量之決定,以使輸入區塊與一個參考區塊間之絕對差(SAD)的總和最小化。移動向量(MV)資訊可接著被發送給一個解碼器以供移動補償之用。移動向量可針對部份像素單元而被決定,且可使用差值濾波器來計算部份像素值。
移動估算可為前向、後向或雙向的,其中後向與雙向ME可用於雙預測圖框(本文中以B圖框稱之)之編碼,而前向ME於B圖框與所預測之圖框(本文中以P圖框稱之)均可適用。第1圖示出一個B圖框110的ME之一例,其中MV0為由一個前向移動搜尋在一個前向參考圖框120中之搜尋視窗160內所獲得的一個前向移動向量。MV1可為由一個後向移動搜尋在一個後向參考圖框130中之搜尋視窗170內所獲得的一個後向移動向量。於前向ME中,係將MV0所指向之參考區塊150用作與目前區塊140相關聯的預測。於後向ME中,可將MV1所指向之參考區塊180用作目前區塊140在後向方向中之預測。於雙向ME中,可將MV0與MV1所指向的這兩個參考區塊之平均用作目前區塊140之預測。考慮到一個目前區塊,諸如區塊140等,具有類似於其時間上與空間上的相鄰區塊之移動,可使用相鄰區塊之MV來執行MV預測,以得到針對一個目前區塊所預測之MV。可使用所預測之MV來作為搜尋中心,並且在熵編碼處理中,只有在所搜尋之MV與所預測之MV間之差被編碼,以減少MV冗餘。
依據本發明之一實施例,係特地提出一種方法,其包含下列步驟:於一個視訊解碼器,在一第一前向參考圖框中明定出一個搜尋視窗;在該第一前向參考圖框的該搜尋視窗中明定一個搜尋路徑;針對該搜尋路徑中的各個移動向量MV0,決定出一對應第二移動向量MV1,其中各個MV0從一個目前區塊指向該搜尋視窗中的一個參考區塊,而MV1指向一第二參考圖框中的一個參考區塊,並且其中該對應第二移動向量MV1為MV0的一個函數;針對在該搜尋路徑中所發現的各對MV0與MV1而計算一個度量;以及選擇在該度量上之對應值最接近該度量的一個最佳值的MV0,其中所選擇的該MV0被用作該目前區塊的一個移動向量。
依據本發明之另一實施例,係特地提出一種包括有電腦可讀媒體之電腦程式產品,該電腦可讀媒體內儲存有電腦程式邏輯,該電腦程式邏輯包含:移動估算邏輯,用以:致使一個處理器,針對在一第一前向參考圖框的一個搜尋視窗內的一個搜尋路徑中所發現的各個移動向量MV0,決定出一個移動向量MV1,其中各個MV0從一個目前區塊指向該搜尋視窗中的一個參考區塊,並且其中該MV1為該MV0的一個函數;更致使該處理器針對各對MV0與MV1而計算一個度量;並且更致使該處理器選擇在該度量上之對應值最接近該度量的一個最佳值的MV0,其中所選擇之該MV0被用作該目前區塊的一個移動向量。
依據本發明之又一實施例,係特地提出一種系統,其包含:一個處理器;以及和該處理器連通的一個記憶體,該記憶體係用於儲存用以指揮該處理器以執行下列步驟的多個處理指令:於一個視訊解碼器,在一第一前向參考圖框中明定出一個搜尋視窗;在該第一前向參考圖框的一個搜尋視窗中明定一個搜尋路徑;針對該搜尋路徑中的各個移動向量MV0,決定出一對應第二移動向量MV1,其中各個MV0從一個目前區塊指向該搜尋視窗中的一個參考區塊,而MV1指向一第二參考圖框中的一個參考區塊,並且其中該對應第二移動向量MV1為MV0的一個函數;針對在該搜尋路徑中所發現的各對MV0與MV1而計算一個度量;以及選擇在該度量上之對應值最接近該度量的一個最佳值的MV0,其中所選擇之該MV0被用作該目前區塊的一個移動向量。
第1圖繪示針對一個雙向視訊圖框之移動估算。
第2圖依據一個實施例,繪示於解碼器的鏡像移動估算。
第3圖為依據一個實施例,繪示鏡像移動估算之處理的一個流程圖。
第4圖依據一個實施例,繪示於解碼器的投影移動估算。
第5圖為依據一個實施例,繪示於解碼器之投影移動估算之處理的一個流程圖。
第6圖依據一個實施例,繪示基於多區塊分割的投影移動估算。
第7圖為依據一個實施例,繪示移動估算模式選擇之處理的一個流程圖。
第8圖為依據一個實施例,繪示本文中所說明之系統與方法的一個運算環境的一個方塊圖。
一個數位視訊剪輯包括數個連續視訊圖框。在連續圖框中的一個物件或背景之移動可形成一道平滑軌跡,並且在連續圖框中之移動可具有相對來說較強的時間性關聯。利用此項關聯,可藉由從經重建參考圖案來估算移動,而得出針對一個目前編碼區塊的一個移動向量。於解碼器處之移動向量決定可減少與在編碼器處所執行的移動估算有關的發送頻寬。
當解碼器處無法獲得原始輸入圖框時,可使用經重建參考圖框來執行於解碼器之ME。於編碼一個P圖框時,在一個前向參考緩衝器中可有多個參考圖框。於編碼一個B圖框時,可在前向參考緩衝器中可有多個參考圖框,且在一個後向參考緩衝器中有至少一個圖框。
後文依據一個實施例,論述於解碼器處對ME之執行,以獲取針對一個目前區塊的一個MV。就B圖框編碼而言,可執行鏡像ME或投影ME以得到MV。
鏡像ME可兼使用前向與後向參考圖框,且因此通常係應用於B圖框編碼。第2圖示出鏡像ME可如何依據一個實施例200來執行。於第2圖之實施例中,在一個前向參考圖框220與一個後向參考圖框230之間可有兩個圖框,210與215。圖框210可為目前編碼圖框。於編碼目前區塊240時,可執行鏡像ME,以藉由分別在參考圖框220與230之搜尋視窗260與270中執行搜尋來得到移動向量。如上文所述,當解碼器處可能無法獲得目前輸入區塊時,可就這兩個參考圖框來執行鏡像ME。
可如於第3圖之處理300中所繪,進行一個範例移動搜尋。於320,可在前向參考圖框中明定出一個搜尋視窗。此搜尋視窗可為在編碼器與解碼器處皆相同者。於330,可在前向參考視窗中明定一個搜尋路徑。於此可使用完全搜尋或任何快速搜尋架構,只要編碼器與解碼器係依循相同搜尋路徑即可。於340,針對在搜尋路徑中的一個MV0,可在後向搜尋視窗中獲取其鏡像移動向量MV1。於此可假設,在相對而言可能較短的相關時段中,移動軌跡為一條直線。可如下方MV0之方程式來獲得MV1,其中d0與d1可為介於目前圖框與各別參考圖框各者間之距離。
於350,可於(1)MV0在前向參考圖框中所指向之參考區塊與(2)MV1在後向參考圖框中所指向之參考區塊之間,計算一個度量,例如絕對差(SAD)。可於第2圖中,將這些參考區塊分別示為250與280。於360,可對於是否有任何額外移動向量MV0處於搜尋路徑中做出一個決定。倘若如此,處理可回到340。這樣迭代的結果可獲得多於一個的MV0,其中各個MV0皆具有一個相關MV1。此外,可針對各對此種相關向量對而獲得一個度量,例如SAD。於370,產生此度量之最佳值,例如最小SAD,的MV0被選擇。SAD度量的一個較低值,即較接近零的值,可暗示一個較佳模式,因為為零的一個SAD度量代表一個理論上的最佳值。此處理於380結束。
在已獲得針對目前區塊的移動向量對MV0與MV1的情況下,可就MV0獲得其前向預測P0(MV0),可就MV1獲得其後向預測P1(MV1),且可就MV0與MV1二者獲得其雙向預測。雙向預測可為,例如,P0(MV0)與P1(MV1)之平均,或是加權平均(P0(MV0)*d1+P1(MV1)*d0)/(d0+d1)。可使用替代方程式來獲得雙向預測。在一個實施例中,編碼器與解碼器可使用相同的預測方法。在一個實施例中,可於規格說明中辨別所選擇之預測方法,或將其示意於經編碼位元串流中。
可執行投影ME來得出用以編碼目前區塊之MV。第4圖示出一個示範投影ME處理400,其可使用兩個前向參考圖框,前向參考0(於圖中示為參考圖框420)與前向參考1(於圖中示為參考圖框430)。這些參考圖框可被用來得出針對目前圖框410中之目標區塊440的移動向量。可在參考圖框420中明定出一個搜尋視窗470,並可在搜尋視窗470中明定一個搜尋路徑。可針對在此搜尋路徑中之各個移動向量MV0,在參考圖框430之搜尋視窗460中決定其投影移動向量MV1。可針對各對移動向量,而在(1)由參考圖框420中之MV0所指向的參考區塊480及(2)由參考圖框430中之MV1所指向的參考區塊450之間,計算MV0及其相關移動向量MV1的一個度量,例如絕對差之和。可於是將生出此度量之最佳值,如最小SAD,的移動向量MV0選為目標區塊440之移動向量。
於第5圖中,將此處理繪示為一個流程圖500。於520,可在一第一前向參考圖框中明定出一個搜尋視窗。此視窗可為在編碼器與解碼器處皆相同者。於530,可在此搜尋視窗中明定一個搜尋路徑。於此,可使用完全搜尋或快速搜尋架構,以使例如編碼器與解碼器依循相同搜尋路徑。於540,針對在此搜尋路徑中的一個移動向量MV0,可在第二搜尋視窗中獲得其投影移動向量MV1。於此,可假設在這短短的時段內,其移動軌跡為一條直線。可如下方MV0之方程式獲得MV1,其中d0與d1可為介於目前圖框與個別參考圖框各者間之距離。
於550,可於(1)MV0在第一參考圖框中所指向之參考區塊與(2)MV1在第二參考圖框中所指向之參考區塊之間,計算諸如SAD等的一個度量。於560,可對於是否存在著任何仍處於搜尋路徑中且尚未被考量的額外移動向量MV0做出一個決定。若至少仍有一個MV0,處理可回到540,於540中,可針對另一個MV0而決定其對應投影移動向量MV1。以此方式,可決定出一組向量對,MV0與MV1,及針對各向量對而計算的一個度量,例如SAD。於570,可選擇其中一個MV0,其中所選擇之MV0生出此度量之最佳值,例如最小SAD。SAD度量的一個較低值,即較接近零的值,可暗示一個較佳模式,因為為零的一個SAD度量代表一個理論上的最佳值。MV0可接著被用來預測目前區塊之移動。處理500於580結束。
可使用不同方式來獲得對目前區塊之預測。這些預測可例如為P0(MV0))、P1(MV1)、(P0(MV0)+P1(MV1))/2或(P0(MV0)*d1+P1(MV1)*d0)/(d0+d1)。於其他實施例中可使用其他函數。可於編碼器與解碼器二者,以相同方式獲得這些預測。於一實施例中,可於規格說明中辨別預測方法,或將其示意於經編碼位元串流中。
於上文由解碼器針對一個目前區塊所執行之ME的論述中,移動搜尋區塊可具有與目前區塊相同的規模。例如,若目前區塊為一個16×8區塊,可執行一個16×8的區塊移動搜尋以得出MV。然而,移動搜尋可於被不一致地分割的區塊上執行。其係繪示為第6圖之實施例600。假設於目前圖框610中,目前區塊640為一個16×16區塊,則區塊640可被分割成四個各為8×8的子區塊,於圖中標為0…3。那麼,可執行針對各個8×8子區塊的投影ME,以針對各個8×8子區塊i得到一個MV,即MVi0,來獲得這個子區塊的一個8×8預測。投影MV處理可與上文中針對第4與5圖所說明之處理類似,但其可針對一個目前區塊的各個子區塊而被執行。詳言之,針對一個給定子區塊,可在一第一參考圖框620中明定出包括一個參考區塊680的一個搜尋視窗670,並可在此搜尋視窗中明定一個搜尋路徑。針對在此搜尋路徑中的各個MVi0,可在第二參考圖框630的一個搜尋視窗660(其包括一個參考區塊650)中決定其投影移動向量MVi1。可針對各對MVi0與MVi1而計算諸如SAD等的一個度量,以找出具有最佳度量,例如最小SAD,的一對。此處理可接著針對目前區塊640的其他子區塊中之各者而執行。於第6圖中示出兩個這樣的移動向量MVi0,標為MV00與MV30。雖然可在所例示之範例中獲得四個MV,但是並不一定要將他們發送給解碼器側,因為解碼器可自行得出這些MV。故,基於區塊分割之此ME處理可減少預測誤差,因為各個8×8區塊係獨立預測的。可以類似方式來執行基於區塊分割的鏡像ME處理。
就一個輸入區塊而言,可有多個區塊分割以供ME之用。例如,若將最小區塊分割界定為4×4,則可用區塊分割如下表所示。編碼器與解碼器可使用相同分割方式。於一實施例中,可於規格說明中明定分割方式,或將其示意於經編碼位元串流中。
於一實施例中,不可將傳統編碼器側ME以上文中所述之解碼器側ME取代。於此實施例中,可將上文中所述之任何解碼器側ME處理作為一個額外的MB編碼模式來對待。於此,可基於諸如比率失真最佳化(RDO)準則等的統計資料來選擇模式。其係繪示為第7圖之處理700。於720,可首先針對一個目前區塊來執行傳統編碼器側ME,以利用此編碼模式得到一個MV。於730,可計算對應RDO成本統計量。就稱此成本為J0。於740,可如上述任何實施例中所述,於解碼器執行ME,以得到此編碼模式的一個MV。於750,所對應之RDO成本統計可被計算成J1。於760,可比較這兩個RDO成本統計量。若J1<J0,則選擇以解碼器側ME為基礎之結果。否則的話,可於780選擇從以傳統ME為基礎之編碼模式所得之結果。此處理於790結束。於一替代實施例中,可類似地評估多於兩個的模式,其中,可選擇具有最低RDO成本統計量之模式。可使用一個旗標來在編碼器與解碼器間之通訊中示意所選模式。此外,於替代實施例中,可使用除了RDO準則以外的一或多個統計準則,或是除RDO準則外尚使用一或多個統計準則。
上文中所述之編碼器與解碼器,及如上文中所述的由其所執行之處理動作,可實施於硬體、韌體、或軟體、或其中之組合中。此外,本文中所揭露的任何一或多個特徵亦可實施於硬體、韌體、或軟體、或其中之組合中,包括離散與積體電路、特殊用途積體電路(ASIC)與微控制器,並可被實施為一個特定域積體電路封裝的一部分,或積體電路封裝之組合。於本文中所使用之軟體一詞可指稱包括電腦可讀媒體的電腦程式產品,此電腦可讀媒體具有儲存在上頭的電腦程式邏輯系統,以致使一個電腦系統執行於本文中所揭露的一或多個特徵及/或特徵之組合。
第8圖中,繪示於上文中所說明之處理動作的一個軟體或韌體實施例。系統800可包括一個處理器820以及一個記憶體本體810,其可包括可儲存電腦程式邏輯系統840的一或多個電腦可讀媒體。記憶體810可被實施為,例如,一個硬碟與驅動器、諸如光碟與驅動器等的一個可移除媒體、或是一個唯讀記憶體(ROM)裝置。可利用熟於此技者所習知的多種技術中之任何一種,例如匯流排,而使處理器820與記憶體810有所聯繫。於記憶體810中所含之邏輯系統可由處理器820來儲存與執行。集體以I/O 830表示的一或多個I/O埠及/或I/O裝置可亦連接至處理器820與記憶體810。
電腦程式邏輯系統840可包括移動估算邏輯系統845。於執行時,移動估算邏輯系統845可執行於上文中所說明的移動估算處理動作。邏輯系統845可包括,例如,投影移動估算邏輯系統850,其於執行時可執行於上文中針對第4~6圖所說明之操作。邏輯系統845可亦包括,例如,鏡像移動估算邏輯系統860。當邏輯系統860在處理器820上被執行時,可展現於上文中針對第2和3圖所說明之功能。
電腦程式邏輯系統840可亦包括區塊分割邏輯系統870,其於執行時可將一個目前區塊分割成數個次區塊,如於第6圖中所示。分割之後,可,例如,藉由投影移動估算邏輯系統850而在各個子區塊上執行移動估算。電腦程式邏輯系統840可亦包括模式評估與選擇邏輯系統880。邏輯系統840在由處理器820執行時可展現如於第7圖中之730與750~780所示之處理動作。
或者是,示於電腦程式邏輯系統840中之任何邏輯系統模組亦可於硬體中實施。
於本文中,藉由例如上文中所列出的說明其中之功能、特徵與關係的功能性結構單元之幫助,而揭露數種方法與系統。於本文中,已絕對地界定出這些功能性結構單元的至少一些界限,以便說明。亦可界定供替換之界限,只要能夠適宜地執行其中之特定功能與關係。此外,上文中所說明之編碼器與解碼器可利用上文中所述之處理,分別被納於編碼視訊信號及將所得到的經編碼信號解碼的個別系統中。
雖然本文中已揭露多種實施例,仍應瞭解,其僅係用作範例而示,而非限制。對於熟於相關技藝者而言,很顯然地,係可在其中做出形式與細節上的多種改變,而不悖離於本文中所揭露之方法與系統的精神與範圍。因此,本案請求項之廣度與範圍不應受限於於本文中所揭露的任何此等例示性實施例。
110、210、215...雙預測圖框(B圖框)
120、130、220、230、420、430、620、630...參考圖框
140、240、640...目前區塊
150、180、250、280、450、480、650、680...參考區塊
160、170、260、270、460、470、660、670...搜尋視窗
200、600...實施例
300、500、700...處理
320~380、520~580、720~790...方塊
400...投影移動估算(ME)處理
410、610...目前圖框
440...目標區塊
800...系統
810...記憶體
820...處理器
830...輸入/輸出(I/O)
840...電腦程式邏輯系統
845...移動估算邏輯系統
850...投影移動估算邏輯系統
860...鏡像移動估算邏輯系統
870...區塊分割邏輯系統
880...模式評估與選擇邏輯系統
MV0...前向移動向量
MV1...後向移動向量
MV00、MV01、MV30、MV31...移動向量
第1圖繪示針對一個雙向視訊圖框之移動估算。
第2圖依據一個實施例,繪示於解碼器的鏡像移動估算。
第3圖為依據一個實施例,繪示鏡像移動估算之處理的一個流程圖。
第4圖依據一個實施例,繪示於解碼器的投影移動估算。
第5圖為依據一個實施例,繪示於解碼器之投影移動估算之處理的一個流程圖。
第6圖依據一個實施例,繪示基於多區塊分割的投影移動估算。
第7圖為依據一個實施例,繪示移動估算模式選擇之處理的一個流程圖。
第8圖為依據一個實施例,繪示本文中所說明之系統與方法的一個運算環境的一個方塊圖。
210、215...雙預測圖框(B圖框)
220、230、...參考圖框
240...目前區塊
250、280...參考區塊
260、270...搜尋視窗
200...實施例
MV0...前向移動向量
MV1...後向移動向量
Claims (14)
- 一種用於估算移動之方法,其包含下列步驟:於一個視訊解碼器,在一第一前向參考圖框中明定出一個搜尋視窗;在該第一前向參考圖框的該搜尋視窗中明定一個搜尋路徑;針對該搜尋路徑中的各個移動向量MV0,決定出一對應第二移動向量MV1,其中各個MV0從一個目前區塊指向該搜尋視窗中的一個參考區塊,而MV1指向一第二參考圖框中的一個參考區塊,並且其中該對應第二移動向量MV1為MV0的一個函數;針對在該搜尋路徑中所發現的各對MV0與MV1而計算一個度量,其中該度量由該搜尋視窗中之該參考區塊與該第二參考圖框中之該參考區塊之間的一絕對差之總和(SAD)所組成;選擇對於該SAD之對應值最接近零的MV0,其中所選擇的該MV0被用作該目前區塊的一個移動向量;以及決定用於該目前區塊之一預測移動,其該預測移動為對於MV0與MV1之預測移動的一平均與一加權平均中之一者。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二參考圖框包含一個後向參考圖框,並且各個MV1皆為一個鏡像移動向量。
- 如申請專利範圍第2項之方法,其中該目前區塊係定位在一個雙預測圖框中。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二參考圖框包含一第二前向參考圖框,並且各個MV1皆為一個投影移動向量。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中該目前區塊係定位在一個預測圖框中。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中就各個MV0而言,對應的MV1係由一個函數來決定:
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該目前區塊為一個較大的經分割區塊的一個子區塊。
- 一種包括有電腦可讀媒體之非暫態電腦程式產品,該電腦可讀媒體內儲存有電腦程式邏輯,該電腦程式邏輯包含:移動估算邏輯,用以:致使一個處理器,針對在一第一前向參考圖框的一個搜尋視窗內的一個搜尋路徑中所發現的各個移動向量MV0,決定出一個移動向量MV1,其中各個MV0從一個目前區塊指向該搜尋視窗中的一 個參考區塊,並且其中該MV1為該MV0的一個函數;更致使該處理器針對各對MV0與MV1而計算一個度量,其中該度量由該搜尋視窗中之該參考區塊與該第二參考圖框中之該參考區塊之間的一絕對差之總和(SAD)所組成;更致使該處理器選擇對於該SAD之對應值最接近零的MV0,其中所選擇之該MV0被用作該目前區塊的一個移動向量;並且更致使該處理器決定用於該目前區塊之一預測移動,其該預測移動為對於MV0與MV1之預測移動的一平均與一加權平均中之一者。
- 如申請專利範圍第8項之非暫態電腦程式產品,其中該移動估算邏輯包含鏡像移動估算邏輯,並且其中該第二參考圖框包含一個後向參考圖框,各個MV1皆為一個鏡像移動向量,且該目前區塊係定位於一個雙預測圖框中。
- 如申請專利範圍第8項之非暫態電腦程式產品,其中該移動估算邏輯包含投影移動估算邏輯,並且其中該第二參考圖框包含一第二前向參考圖框,各個MV1皆為一個投影移動向量,且該目前區塊係定位在一個預測圖框中。
- 如申請專利範圍第8項之非暫態電腦程式產品,其中就各個MV0而言,對應的MV1係由一個函數來決定:
- 一種用於估算移動之系統,其包含:一個處理器;以及和該處理器連通的一個記憶體,該記憶體係用於儲存用以指揮該處理器以執行下列步驟的多個處理指令:於一個視訊解碼器,在一第一前向參考圖框中明定出一個搜尋視窗;在該第一前向參考圖框的一個搜尋視窗中明定一個搜尋路徑;針對該搜尋路徑中的各個移動向量MV0,決定出一對應第二移動向量MV1,其中各個MV0從一個目前區塊指向該搜尋視窗中的一個參考區塊,而MV1指向一第二參考圖框中的一個參考區塊,並且其中該對應第二移動向量MV1為MV0的一個函數;針對在該搜尋路徑中所發現的各對MV0與MV1而計算一個度量,其中該度量由該搜尋視窗中之該參考區塊與該第二參考圖框中之該參考區塊之間的一絕對差之總和(SAD)所組成;選擇對於該SAD之對應值最接近零的MV0,其 中所選擇之該MV0被用作該目前區塊的一個移動向量;以及決定用於該目前區塊之一預測移動,其該預測移動為對於MV0與MV1之預測移動的一平均與一加權平均中之一者。
- 如申請專利範圍第12項之系統,其中該第二參考圖框包含一個後向參考圖框,各個MV1皆為一個鏡像移動向量,並且該目前區塊係定位在一個雙預測圖框中。
- 如申請專利範圍第12項之系統,其中該第二參考圖框包含一第二前向參考圖框,各個MV1皆為一個投影移動向量,並且該目前區塊係定位在一個預測圖框中。
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