WO2012159306A1 - 一种预测编码的方法及装置 - Google Patents

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WO2012159306A1
WO2012159306A1 PCT/CN2011/076537 CN2011076537W WO2012159306A1 WO 2012159306 A1 WO2012159306 A1 WO 2012159306A1 CN 2011076537 W CN2011076537 W CN 2011076537W WO 2012159306 A1 WO2012159306 A1 WO 2012159306A1
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intra
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prediction
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徐苏珊
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深圳市融创天下科技股份有限公司
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/102—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or selection affected or controlled by the adaptive coding
    • H04N19/103—Selection of coding mode or of prediction mode
    • H04N19/107—Selection of coding mode or of prediction mode between spatial and temporal predictive coding, e.g. picture refresh
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    • H04N19/17—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object
    • H04N19/176—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object the region being a block, e.g. a macroblock

Definitions

  • the present invention relates to the field of video coding, and in particular, to a method and apparatus for predictive coding. Background technique
  • the methods of predictive coding in the existing coding system include two cases of intra prediction and inter prediction.
  • the image data is compression-encoded at both spatial and temporal angles.
  • inter-frame prediction can obtain a high data compression rate.
  • inter-frame prediction based on motion compensation does not get very accurate prediction values, which will result in excessive residual data after prediction. , affecting the coding compression efficiency.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for predictive coding, which aims to solve the problem that the predictive value cannot be accurately obtained in the prior art, and the residual data after the prediction is too large, and the coding compression efficiency is low. problem.
  • the present invention provides a predictive coding method, which includes the following steps:
  • the present invention also provides an apparatus for predictive coding, including: a first acquiring unit, a coefficient acquiring unit, a second acquiring unit, and an output unit;
  • a first acquiring unit including a first inter-coded prediction value unit, configured to divide the current frame into
  • a 16x16 macroblock performing inter prediction in units of current macroblocks of the current frame, matching the first macroblock in the reference frame, and obtaining a first interframe coding prediction value of the current macroblock;
  • the coefficient acquisition unit includes:
  • a first coefficient acquiring unit configured to acquire a first coefficient by using a first macroblock ; a second coefficient acquiring unit, configured to acquire a second coefficient by using a current macroblock; and third, fourth, and fifth coefficient acquiring units, configured to pass the current macro Obtaining, by the block, the third coefficient, the fourth coefficient, and the fifth coefficient; the second acquiring unit, configured to select an optimal intra coding prediction mode according to the first coefficient A to the fifth coefficient, by using the optimal intraframe
  • the coding prediction mode encodes the current macroblock to obtain a second intra-coded prediction value
  • the output unit is configured to obtain a third coding prediction value according to the first inter-coded prediction value and the second intra-coded prediction value. And outputting a video encoded stream according to the third encoded prediction value and the current macroblock.
  • the embodiment of the invention provides a novel encoding method and device.
  • the encoding method and the device combine the intra prediction and the inter prediction organically, which is a good complement to the existing coding, and can improve the image coding.
  • the coding quality improve the accuracy of prediction, reduce residual data, improve the compression efficiency of coding; and can improve the image compression rate distortion performance, especially for scenes with large video image transformation.
  • 1 is a flow chart of a method for predictive coding according to the present invention
  • 2 is a schematic diagram showing the relationship between a current macroblock and a first macroblock according to the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between a current macroblock and a second macroblock to a sixth macroblock according to the present invention
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of an apparatus for real predictive coding of the present invention.
  • DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS In order to make the objects, technical solutions, and advantages of the present invention more comprehensible, the present invention will be further described in detail in conjunction with the accompanying drawings. . It is understood that the specific embodiments described herein are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the invention.
  • the present invention proposes a predictive coding method which combines intra prediction and inter prediction organically to improve the coding quality of image coding.
  • the general idea of the present invention is to divide the current frame into 16x16 macroblocks; perform interframe prediction in units of current macroblocks of the current frame, match the first macroblock in the reference frame, and obtain the first interframe coding prediction of the current macroblock.
  • a first coefficient, a second coefficient E 2 , a third coefficient E 3 , a fourth coefficient 4, and a fifth coefficient E 5 are obtained by using the current macroblock and the first macroblock ; and selecting according to the first coefficient to the fifth coefficient
  • An optimal intra coding prediction mode encoding the current macroblock by an optimal intra coding prediction mode to obtain a second intraframe coding prediction value; and obtaining, according to the first interframe coding prediction value and the second intraframe coding prediction value, a third coded prediction value; outputting a video encoded stream according to the third coded prediction value and the current macroblock.
  • Step 101 Divide a current frame into 16x16 macroblocks
  • Step 102 Perform inter prediction in units of current macroblocks of the current frame, match the first macroblock in the reference frame, obtain a first inter-frame coding prediction value P1 of the current macroblock, and first horizontal axis motion of the reference frame.
  • Vector and first longitudinal axis motion vector
  • the current macroblock of the current frame is the macroblock B in FIG. 2; the first macroblock in the reference frame is the first macroblock in FIG. 2, and the first intraframe coding prediction value is P1,
  • a horizontal axis motion vector and a first vertical axis motion vector are mvx and mvy, respectively; and the first horizontal axis motion vector and the first vertical axis motion vector It is in 1/4 pixel units.
  • Step 103 Convert a first horizontal axis motion vector into a second horizontal axis motion vector, and transform the first vertical axis motion vector into a second vertical axis motion vector;
  • the first horizontal axis motion vector is converted into the second horizontal axis motion vector and the first vertical axis motion vector is converted into the second vertical axis motion vector, respectively, which is a first horizontal axis motion vector in units of 1/4 pixels.
  • the first longitudinal axis motion vector is respectively converted into a second horizontal axis motion vector and a second vertical axis motion vector in units of integer pixels; the second horizontal axis motion vector and the second vertical axis motion vector are mvx — i and mvy, respectively — i.
  • Step 104 Position a first macroblock from a reference frame to a second macroblock in units of a second horizontal axis motion vector and a second vertical axis motion vector, obtain a first coefficient by using the second macroblock , and represent a second macro Block intraframe coding prediction mode;
  • the second macroblock is a macroblock A in the reference frame of FIG. 3;
  • Ho step 105 the current macro-block basis, an image positioned in front of the third macro block at the same position, the second coefficient acquired by a third macro block E 2;
  • E 2 represents the third intra-prediction mode for coding the macroblock ;
  • the third macroblock is the macroblock C in the previous frame of the figure.
  • Step 106 As shown in FIG.
  • a macroblock adjacent to the left of the current macroblock is a fourth macroblock (macroblock D) located at the current macroblock (macroblock B)
  • the adjacent macroblock in the upper left corner is the fifth macroblock (macroblock E)
  • the adjacent macroblock located above the current macroblock (macroblock B) is the sixth macroblock (macroblock F); respectively through the fourth macroblock, five and sixth macroblock macroblock obtain third coefficient E 3, 4 and the fourth coefficient a fifth coefficient E 5 ; a third coefficient E 3 , a fourth coefficient 4 , and a fifth coefficient 5 respectively representing the fourth to sixth macroblock intra-coded prediction modes;
  • Step 107 Perform intra prediction mode selection on the current macroblock, and determine whether the sum of the first coefficient to the fifth coefficient is 0. If not, the usage distortion model selects the most in the first to fifth intraframe coding prediction modes. Excellent intra-frame coding prediction mode; if yes, it is an invalid value;
  • the usage rate distortion model selects the optimal intraframe coding prediction mode in the candidate prediction mode as follows:
  • J(s,c, int ra _ mod e, ⁇ ) SAD(s,c, intra _ mod e) + x R(s,c, int ra _ mod e)
  • ⁇ is the total value of the calculation when the intrablock coding prediction mode is int ra - mQd e , intra - mQde is the macroblock intra coding prediction mode, in the A to coefficient
  • SAD I s(m, ri) - c(m, n)
  • W ⁇ intra-mode indicates the number of bits required to encode the macroblock when the intrablock coding prediction mode of the macroblock is int ra - m ° de ; Calculated by the intra-coded prediction mode represented by the coefficient The smallest intra-coded prediction mode is the optimal intra-coded prediction mode.
  • Step 108 encoding the current macroblock by using an optimal intra coding prediction mode to obtain a second intraframe coding prediction value P2;
  • Step 109 Weighting the first inter-frame coding prediction value P1 and the second intra-frame coding prediction value P2 to obtain a third coding prediction value P; and subtracting the pixel value of the current macroblock according to the third coding prediction value P The residual value is obtained, and the video encoded stream is output through the transform, quantization and entropy coding modules.
  • Weight-sum summation of the first inter-coded prediction value and the second intra-coded prediction value to obtain a third coding prediction value is specifically:
  • the value of the coefficient w2 is different depending on the intra coding prediction mode in which P2 is obtained.
  • the H264 intra-coded 16x16 prediction mode has four types: intra-frame coding 16x16 vertical prediction, intra-frame coding 16x16 horizontal prediction, intra-frame coding 16xl6DC prediction, and intra-frame coding 16x16 plane prediction.
  • the corresponding relationship of the coefficient w2 is:
  • the invention provides a method for predictive coding, which combines intra prediction and inter prediction organically, which is a good complement to the existing coding, and can improve the coding quality of the image coding. Improve the accuracy of prediction, reduce residual data, improve the compression efficiency of coding; and improve the image compression rate distortion performance, especially for scenes with large video image transformation.
  • the present invention provides a device for predictive coding, the device comprising: a first acquisition Unit, coefficient acquisition unit, second acquisition unit, and output unit.
  • the first obtaining unit includes a first inter-coded prediction value unit for dividing the current frame into
  • the 16x16 macroblock performs inter prediction in units of the current macroblock of the current frame, and matches the first macroblock in the reference frame to obtain a first interframe coding prediction value of the current macroblock.
  • the coefficient acquisition unit includes:
  • a first coefficient acquisition unit for acquiring a first coefficient A by a first macroblock ;
  • a second coefficient acquisition unit for acquiring a second coefficient by a current macroblock;
  • third, fourth and fifth coefficient acquisition units for Obtaining a third coefficient, a fourth coefficient, and a fifth coefficient A by using a current macroblock;
  • a second acquiring unit configured to select an optimal intra coding prediction mode according to the first coefficient to the fifth coefficient, and encode the current macroblock by using an optimal intra coding prediction mode to obtain a second intraframe coding prediction value;
  • an output unit configured to obtain a third encoded prediction value according to the first inter-coded prediction value and the second intra-coded prediction value; and output the video encoded stream according to the third encoded prediction value and the current macroblock.
  • the first obtaining unit further includes a motion vector acquiring unit, configured to perform inter prediction in units of current macroblocks of the current frame, and further obtain a first inter-frame coding prediction value of the current macroblock, to obtain a further a first horizontal axis motion vector of the reference frame and a first vertical axis motion vector; the first horizontal axis motion vector is converted into a second horizontal axis motion vector, and the first vertical axis motion vector is converted into a second vertical axis motion vector; a coefficient acquiring unit, configured to obtain the first coefficient by using the first macroblock, specifically: positioning the first macroblock from the second horizontal axis motion vector and the second vertical axis motion vector into a second frame from the reference frame a macroblock, obtaining a first coefficient A through the second macroblock ;
  • a second coefficient acquiring unit configured to locate a third macroblock at the same position in the previous frame image and obtain a second coefficient by using the third macroblock based on the current macroblock;
  • a third, fourth, and fifth coefficient acquiring unit configured to obtain a third coefficient E 3 , a fourth coefficient E 4 , and a fifth coefficient E 5 by using the fourth macro block, the fifth macro block, and the sixth macro block ; wherein, at the current The current macroblock in the frame
  • the left adjacent macroblock is a fourth macroblock, the adjacent macroblock in the upper left corner of the current macroblock is the fifth macroblock, and the adjacent macroblock located above the current macroblock is the sixth macroblock.
  • the first to fifth coefficients simultaneously represent the second to sixth macroblock intra-coded prediction modes, respectively.
  • the second obtaining unit is configured to select an optimal intra coding prediction mode according to the first coefficient to the fifth coefficient, and encode the current macroblock by using an optimal intra coding prediction mode to obtain a second intraframe coding prediction value. , Specifically:
  • the usage-distortion model selects the optimal intra-coded prediction mode among the first to fifth intra-frame coding prediction modes.
  • the output unit is configured to obtain, according to the first inter-coded prediction value and the second intra-coded prediction value, a third encoded prediction value, specifically:
  • the first inter-coded prediction value and the second intra-coded prediction value are weighted and summed to obtain a third encoded prediction value.
  • the output unit is configured to output a video encoded stream according to the third encoded prediction value and the current macroblock, where: the residual value is obtained by subtracting the pixel value of the current macroblock according to the third encoded prediction value, and is transformed and quantized.
  • an entropy coding module that outputs a video encoded stream.
  • the first horizontal axis motion vector and the first vertical axis motion vector of the reference frame used by the vector obtaining unit are obtained in units of 1/4 pixels;
  • the third, fourth, and fifth coefficient acquiring units are respectively configured to obtain the third coefficient, the fourth coefficient, and the fifth coefficient by using the current macroblock ;
  • the output unit is configured to select an optimal intra coding prediction mode in the candidate prediction mode by using a rate distortion model, specifically:
  • J(s,c, int ra mod e, ⁇ ) SAD(s,c, intra _ mod e)- ⁇ -Ax R(s,c, int ra mod e)
  • J ⁇ intra-modeU is the total generation value calculated when the intra-frame coding prediction mode of the macroblock is intra-mode, intra - mQde is the macroblock intra-frame coding prediction mode, and the intra-coded prediction is represented by A to the coefficient.
  • SAD I s(m, n) c(m, n)
  • W ⁇ intra-mode indicates the number of bits required to encode the macroblock when the intrablock coding prediction mode of the macroblock is int ra - m ° de ;
  • the output unit is configured to perform weighted summation between the first inter-coded prediction value and the second intra-coded prediction value, to obtain a third encoded prediction value, which is specifically:
  • the invention provides a novel predictive coding method and device.
  • the method and device for predictive coding combine the intra prediction and the interframe prediction organically, which is a good complement to the existing coding and can enhance the image.
  • the coding quality of the coding improves the accuracy of the prediction, reduces the residual data, improves the compression efficiency of the coding, and can improve the image compression rate distortion performance, especially for a scene with a relatively large video image transformation.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

提供一种预测编码方法及装置。本发明实施例包括：将当前帧划分为宏块；进行帧间预测和帧内预测；通过对帧间编码预测值和帧内编码预测值加权求和，获得用于视频输出的预测编码值。本发明实施例将帧内预测和帧间预测结合起来，提升编码性能以及压缩效率。

Description

一种预测编码的方法及装置
技术领域
本发明涉及视频编码领域， 尤其涉及一种预测编码的方法及装置。 背景技术
现有的编码体系中预测编码的方法包括帧内预测和帧间预测两种情况。分 别在空间和时间两个角度对图像数据进行压縮编码，通常帧间预测可以得到很 高的数据压縮率。 但在某些情况下， 并不能够完全充分地消除数据的相关性， 压縮数据。 尤其是当图像发生了变形、 旋转、 镜头縮放等， 因为图像运动的复 杂性， 基于运动补偿的帧间预测得不到非常准确的预测值， 这样就会导致经过 预测后的残差数据过大， 影响编码压縮效率。
因此现在需要一种新型的预测编码方法，能够将帧内和帧间预测有机的结 合， 进一歩提高预测的准确性， 减少残差数据， 提升编码的压縮效率。 发明内容
本发明的目的在于提出一种预测编码的方法及装置，旨在解决现有技术中 真贱预测得不到准确的预测值，进过预测后的残差数据过大， 编码压縮效率低 的问题。
本发明提供一种预测编码方法， 其包括以下歩骤：
将当前帧划分为 16x16 的宏块； 以当前帧的当前宏块为单位进行帧间预 测， 匹配参考帧中第一宏块， 得到当前宏块的第一帧间编码预测值；
通过当前宏块、 第一宏块获取第一系数 、第二系数 E2、第三系数 E3、 第 四系数 E4和第五系数 E5 ; 根据所述的第一系数 A至第五系数 5选择最优帧内编码预测模式，通过所 述的最优帧内编码预测模式对当前宏块进行编码， 获得第二帧内编码预测值； 根据所述的第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值，得到第三编码预 根据所述的第三编码预测值与当前宏块， 输出视频编码流。
本发明还提供一种预测编码的装置， 其包括： 第一获取单元、 系数获取单 元、 第二获取单元和输出单元；
第一获取单元， 包括第一帧间编码预测值单元， 用于将当前帧划分为
16x16的宏块； 以当前帧的当前宏块为单位进行帧间预测， 匹配参考帧中第一 宏块， 得到当前宏块的第一帧间编码预测值；
系数获取单元， 包括：
第一系数获取单元， 用于通过第一宏块获取第一系数 ; 第二系数获取单元， 用于通过当前宏块获取第二系数 ; 第三、 四和五系数获取单元， 用于通过当前宏块获取第三系数 、第 四系数 和第五系数 ; 第二获取单元，用于根据所述的第一系数 A至第五系数 选择最优帧内编 码预测模式，通过所述的最优帧内编码预测模式对当前宏块进行编码， 获得第 二帧内编码预测值； 输出单元， 用于根据所述的第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值， 得到第三编码预测值； 根据所述的第三编码预测值与当前宏块， 输出视频编码 流。
本发明实施例提出一种新型的编码方法及装置，这种编码方法与装置将帧 内预测和帧间预测有机的结合起来， 是对现有编码的一种很好的补充， 可以提 升图像编码的编码质量， 提高预测的准确性， 减少残差数据， 提升编码的压縮 效率； 并且可以提升图像压縮率失真性能， 尤其是针对视频图像变换比较大的 场景有较好的效果。 附图说明
图 1是本发明预测编码的方法流程图； 图 2是本发明当前宏块与第一宏块的关系示意图；
图 3是本发明当前宏块与第二宏块至第六宏块的关系示意图；
图 4是本发明实预测编码的装置的结构示意图。 具体实施方式 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图和实 施例， 对本发明进行进一歩详细说明， 为了便于说明， 仅示出了与本发明实施 例相关的部分。 应当理解， 此处所描写的具体实施例， 仅仅用于解释本发明， 并不用以限制本发明。
本发明提出一种预测编码的方法，这种预测编码的方法将帧内预测和帧间 预测有机的结合起来， 能够提升图像编码的编码质量。
本发明总的思路是将当前帧划分为 16x16的宏块；以当前帧的当前宏块为 单位进行帧间预测， 匹配参考帧中第一宏块，得到当前宏块的第一帧间编码预 测值； 通过当前宏块和第一宏块， 获取第一系数 、第二系数 E2、第三系数 E3、 第四系数 4和第五系数 E5 ; 根据第一系数至第五系数， 选择最优帧内编码预 测模式； 通过最优帧内编码预测模式对当前宏块进行编码， 获得第二帧内编码 预测值； 根据第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值，得到第三编码预测 值； 根据第三编码预测值与当前宏块， 输出视频编码流。
依据上述思路， 如图 1所示， 本发明提供提供了一种预测编码方法： 歩骤 101 : 将当前帧划分为 16x16的宏块；
歩骤 102 : 以当前帧的当前宏块为单位进行帧间预测， 匹配参考帧中第一 宏块， 得到当前宏块的第一帧间编码预测值 P1 , 以及参考帧的第一横轴运动 矢量和第一纵轴运动矢量；
如图 2所示， 当前帧的当前宏块为图 2中的宏块 B; 参考帧中的第一宏块 为图 2中的第一宏块， 第一帧内编码预测值为 P1 , 第一横轴运动矢量和第一 纵轴运动矢量分别为 mvx和 mvy; 并且第一横轴运动矢量和第一纵轴运动矢量 是以 1/4像素为单位。
歩骤 103: 将第一横轴运动矢量转化为第二横轴运动矢量， 第一纵轴运动 矢量转化为第二纵轴运动矢量；
该歩骤中将第一横轴运动矢量转化为第二横轴运动矢量和第一纵轴运动 矢量转化为第二纵轴运动矢量分别是以 1/4像素为单位的第一横轴运动矢量 和第一纵轴运动矢量分别转化为以整像素为单位的第二横轴运动矢量和第二 纵轴运动矢量;第二横轴运动矢量和第二纵轴运动矢量分别为 mvx— i和 mvy— i。
歩骤 104: 从参考帧中将第一宏块以第二横轴运动矢量和第二纵轴运动矢 量为单位定位到第二宏块， 通过第二宏块获取第一系数 ; 代表第二宏块帧 内编码预测模式；
如图 3所示， 第二宏块为图 3参考帧中的宏块 A;
"通过第二宏块获取第一系数 "具体为：判断第二宏块的编码模式是否 为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第一系数 A = ^ra-m d^; 否贝 lj， 设置 =0， 其中 " -"1 (1 是第二宏块帧内编码 16x16预测模式；
歩骤 105:以当前宏块为基础，在前一帧图像中相同位置处定位第三宏块， 通过第三宏块获取第二系数 E2 ; E2代表第三宏块帧内编码预测模式；
如图 3所示， 第三宏块为图前一帧中宏块 C;
"通过第三宏块获取第二系数 2 "具体为：判断第三宏块的编码模式是否 为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第二系数 £2 = ^-m dec; 否则， 设置 E2=0; 其中 ^-modec是第三宏块帧内编码 16x16预测模式。 歩骤 106: 如图 3所示， 在当前帧中， 位于当前宏块 （宏块 B) 左边相邻 的宏块为第四宏块（宏块 D), 位于当前宏块（宏块 B)左上角相邻宏块为第五 宏块（宏块 E)， 位于当前宏块 （宏块 B) 上方相邻宏块为第六宏块 （宏块 F); 分别通过第四宏块、 第五宏块和第六宏块， 获取第三系数 E3、 第四系数 4和 第五系数 E5 ; 第三系数 E3、 第四系数 4和第五系数 5分别代表第四至第六宏 块帧内编码预测模式；
"分别通过第四宏块、第五宏块和第六宏块， 获取第三系数 E3、第四系数
E4和第五系数 E5 "具体为：
判断第四宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置 第三系数 a-m d ； 否则， 设置第三系数 E3=0.， 其中 " _m。d 是第 四宏块帧内编码 16x16预测模式；
判断第五宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置 第四系数^4: "^-11^^； 否则， 设置第四系数 E4=0， 其中 " _m。d 是第 五宏块帧内编码 16x16预测模式；
判断第六宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置 第五系数 = " - M D£ 否则， 设置第五系数 E5=0， 其中 "_m。d 是第 六宏块帧内编码 16x16预测模式。
歩骤 107: 对当前宏块做帧内预测模式选择， 判断第一系数至第五系数的 和是否为 0， 如果不是， 使用率失真模型在第一至第五帧内编码预测模式中选 择最优帧内编码预测模式； 如果是， 则为无效值；
"使用率失真模型在候选预测模式中选择最优帧内编码预测模式"具体 为：
J(s,c, int ra _ mod e, λ) = SAD(s,c, intra _ mod e) + x R(s,c, int ra _ mod e)
intra mode G [E E2, E , E4, E5]
J c' int ra - mod e，^是当宏块帧内编码预测模式为 int ra - mQd e时，计算出的 总代价值， intra-mQde是宏块帧内编码预测模式， 在 A到 系数代表的帧内 编码预测模式中选择； s是指亮度原始图像数据； c是指重建图像数据； 是 决定扫描模式时使用的拉格朗日算子， 其中^ ^是（Sum of Absolute Difference)亮度原始图像数据 s和重建图像数据 c之间的绝对误差和， 具体 SAD = I s(m, ri) - c(m, n) |
为： m,n ， m， n是像素的索引号； W ^intra-mode表示 宏块帧内编码预测模式为 int ra-m°de时， 编码宏块需要的比特数； 最终选择采 用根据 A到 系数代表的帧内编码预测模式， 计算得到的
Figure imgf000007_0001
最小的帧内编码预测模式为最优帧内编码预测模式。
歩骤 108 : 通过最优帧内编码预测模式对当前宏块进行编码， 获得第二帧 内编码预测值 P2 ;
歩骤 109:将第一帧间编码预测值 P1和第二帧内编码预测值 P2加权求和， 得到第三编码预测值 P; 根据第三编码预测值 P与当前宏块的像素值相减求得 残差值， 经过变换、 量化和熵编码模块输出视频编码流。
"将第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值加权求和，得到第三编码 预测值"具体为：
= ^1 >^1 + 1^>^2，其中？为第三编码预测值、 ρι、 P2分别为第一帧间编 码预测值和第二帧内编码预测值； wl 和 w2 分别是两个加权系数， 并且 wl+w2=l 0 wl和 w2分别是两个加权系数， 并且 wl+w2=l。 根据获得 P2的帧内 编码预测模式不同， 系数 w2的取值不同。 以标准 H264帧内编码 16x16预测模 式为例， H264帧内编码 16x16预测模式一共四种分别是帧内编码 16x16垂直 预测、 帧内编码 16x16水平预测、 帧内编码 16xl6DC预测和帧内编码 16x16 平面预测， 对应的系数 w2的取值关系分别是：
水平预测〉垂直预测〉 DC预测〉平面预测 。
本发明提出一种预测编码的方法，这种预测编码的方法将帧内预测和帧间 预测有机的结合起来， 是对现有编码的一种很好的补充， 可以提升图像编码的 编码质量， 提高预测的准确性， 减少残差数据， 提升编码的压縮效率； 并且可 以提升图像压縮率失真性能，尤其是针对视频图像变换比较大的场景有较好的 效果。
如图 4所示， 本发明提供了一种预测编码的装置， 该装置包括： 第一获取 单元、 系数获取单元、 第二获取单元和输出单元。
第一获取单元包括第一帧间编码预测值单元， 其用于将当前帧划分为
16x16的宏块， 以当前帧的当前宏块为单位进行帧间预测， 匹配参考帧中第一 宏块， 得到当前宏块的第一帧间编码预测值。
系数获取单元包括：
第一系数获取单元， 其用于通过第一宏块获取第一系数 A ; 第二系数获取单元， 其用于通过当前宏块获取第二系数 ; 第三、 四和五系数获取单元， 用于通过当前宏块， 获取第三系数 、 第四系数 、 第五系数 A ;
第二获取单元，其用于根据第一系数至第五系数选择最优帧内编码预测模 式，通过最优帧内编码预测模式对当前宏块进行编码， 获得第二帧内编码预测 值；
输出单元， 其用于根据第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值，得到 第三编码预测值； 根据第三编码预测值与当前宏块， 输出视频编码流。
其中，第一获取单元进一歩包括运动矢量获取单元， 其用于以当前帧的当 前宏块为单位进行帧间预测，进一歩获得当前宏块的第一帧间编码预测值， 以 进一歩获得参考帧的第一横轴运动矢量和第一纵轴运动矢量；将第一横轴运动 矢量转化为第二横轴运动矢量， 第一纵轴运动矢量转化为第二纵轴运动矢量； 第一系数获取单元， 其用于通过第一宏块， 获取第一系数 具体为： 从参 考帧中将第一宏块以第二横轴运动矢量和第二纵轴运动矢量为单位，定位到第 二宏块， 通过第二宏块， 获取第一系数 A ;
第二系数获取单元， 其用于以当前宏块为基础，在前一帧图像中相同位置 处定位第三宏块， 通过第三宏块获取第二系数 ;
第三、 四和五系数获取单元， 用于通过第四宏块、 第五宏块、 第六宏块获 取第三系数 E3、 第四系数 E4、 第五系数 E5 ; 其中， 在当前帧中位于当前宏块 左边相邻的宏块为第四宏块，位于当前宏块左上角相邻宏块为第五宏块和位于 当前宏块上方相邻宏块为第六宏块。第一至第五系数同时分别代表第二至第六 宏块帧内编码预测模式。
其中，第二获取单元用于根据第一系数至第五系数，选择最优帧内编码预 测模式， 通过最优帧内编码预测模式， 对当前宏块进行编码， 获得第二帧内编 码预测值， 具体为：
对当前宏块做帧内预测模式选择， 判断第一系数至第五系数的和是否为
0， 如果不是， 使用率失真模型在第一至第五帧内编码预测模式中选择最优帧 内编码预测模式。
其中，输出单元用于根据第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值得到 第三编码预测值具体为：
将第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值加权求和，得到第三编码预 测值。
其中， 输出单元用于根据第三编码预测值与当前宏块， 输出视频编码流， 具体为：根据第三编码预测值与当前宏块的像素值相减求得残差值，经过变换、 量化和熵编码模块， 输出视频编码流。
其中， 矢量获取单元用于获取的 "参考帧的第一横轴运动矢量和第一纵轴 运动矢量"是以 1/4像素为单位；
"将第一横轴运动矢量转化为第二横轴运动矢量和第一纵轴运动矢量转 化为第二纵轴运动矢量"具体为将以 1/4像素为单位的第一横轴运动矢量和第 一纵轴运动矢量分别转化为以整像素为单位的第二横轴运动矢量和第二纵轴 运动矢量。
其中， 第一系数获取单元用于通过当前宏块获取第一系数 ， 具体为： 判 断第二宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式，如果是， 设置第一系 数 ^ —觸 否则， 设置 £ι =0， 其中 "^_m。d 是第二宏块帧内编码
16x16预测模式。 其中， 第二系数获取单元用于通过当前宏块获取第二系数 E2， 具体为： 判 断第三宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式，如果是， 设置第二系 数 E2 =/"tra-m。dec; 否则， 设置 其中 " -m°dec是第三宏块帧帧内编 码 16x16预测模式。
其中，第三、第四和第五系数获取单元分别用于通过当前宏块获取第三系 数 、 第四系数 、 第五系数 ;
判断第四宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置 第三系数 =tora-m d ； 否则， 设置第三系数 E3=0.， 其中， " _m。d ¾ 第四宏块帧内编码 16x16预测模式；
判断第五宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置 第四系数 £4 = "ra-mGd ； 否则， 设置第四系数 E4=0， 其中， J - ^是 第五宏块帧内编码 16x16预测模式；
判断第六宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置 第五系数 = 7"tra -觸 否则， 设置第五系数 E5=0， 其中 " — mode 是第 六宏块帧内编码 16x16预测模式。
其中，输出单元用于使用率失真模型在候选预测模式中选择最优帧内编码 预测模式， 具体为：
J(s,c, int ra mod e, λ) = SAD(s,c, intra _ mod e)-\-Ax R(s,c, int ra mod e)
intr _mode G [E E2, E3, E4, E5]
J^ intra-modeU)是当宏块帧内编码预测模式为 intra-mode时，计算出的 总代价值， intra-mQde是宏块帧内编码预测模式， 在 A到 系数代表的帧内 编码预测模式中选择； s是指亮度原始图像数据； C是指重建图像数据； 是 决定扫描模式时， 使用的拉格朗日算子， 其中& ^是（Sum of Absolute Difference)亮度原始图像数据 s和重建图像数据 c之间的绝对误差和， 具体 SAD = I s(m, n) c(m, n) |
为： m,n ， m， n是像素的索引号； W ^intra-mode表示 宏块帧内编码预测模式是 int ra-m°de时， 编码宏块需要的比特数；
最终选择采用根据 A到 系数代表的帧内编码预测模式， 计算得到的 J^ int -modi )最小的帧内编码预测模式为最优帧内编码预测模式。 其中，输出单元用于将第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值加权求 和， 得到第三编码预测值具体为：
P = wl x P1 + w2 x 52，其中， P为第三编码预测值、 Pl、 P2分别为第一帧间编 码预测值和第二帧内编码预测值； wl 和 w2 分别是两个加权系数， 并且 wl+w2=l。
本发明提出一种新型的预测编码方法及装置，这种预测编码的方法及装置 将帧内预测和帧间预测有机的结合起来， 是对现有编码的一种很好的补充， 可 以提升图像编码的编码质量， 提高预测的准确性， 减少残差数据， 提升编码的 压縮效率； 并且可以提升图像压縮率失真性能， 尤其是针对视频图像变换比较 大的场景有较好的效果。
本领域的普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分歩 骤是可以通过程序指令相关硬件来完成的，所述的程序可以存储于一计算机可 读取存储介质中， 所述的存储介质可以为 R0M、 RAM, 磁盘、 光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等， 均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims

权 利 要 求
1、 一种预测编码的方法， 其特征在于， 包括以下歩骤：
将当前帧划分为 16x16 的宏块； 以当前帧的当前宏块为单位进行帧间预 测， 匹配参考帧中第一宏块， 得到当前宏块的第一帧间编码预测值；
通过当前宏块和第一宏块， 获取第一系数 、第二系数 E2、第三系数 E3、 第四系数 4和第五系数 E5 ;
根据所述的第一系数 A至第五系数 E5，选择最优帧内编码预测模式，通过 所述的最优帧内编码预测模式，对当前宏块进行编码， 获得第二帧内编码预测 值；
根据所述的第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值，得到第三编码预 测值；
根据所述的第三编码预测值与当前宏块， 输出视频编码流。
2、 根据权利要求 1所述的预测编码的方法， 其特征在于， 通过当前宏块 和第一宏块， 获取第一系数 、第二系数 E2、第三系数 E3、 第四系数 4和第五 系数 5具体为：
得到当前宏块的第一帧间编码预测值时，进一歩获得参考帧的第一横轴运 动矢量和第一纵轴运动矢量；将所述的第一横轴运动矢量转化为第二横轴运动 矢量， 第一纵轴运动矢量转化为第二纵轴运动矢量；
从参考帧中将第一宏块以第二横轴运动矢量和第二纵轴运动矢量为单位， 定位到第二宏块； 通过第二宏块， 获取第一系数 ; 以当前宏块为基础， 在前 一帧图像中相同位置处定位第三宏块； 通过第三宏块， 获取第二系数 E2 ; 在当 前帧中，位于当前宏块左边相邻的宏块为第四宏块，位于当前宏块左上角相邻 宏块为第五宏块，位于当前宏块上方相邻宏块为第六宏块;分别通过第四宏块、 第五宏块和第六宏块， 获取第三系数 E3、 第四系数 4和第五系数 E5 。
3、 根据权利要求 1所述的预测编码的方法， 其特征在于， 根据所述的第 一系数 至第五系数 5选择最优帧内编码预测模式具体为：
对当前宏块做帧内预测模式选择，判断所述的第一系数 至第五系数 E5的 和是否为 0， 如果不是， 使用率失真模型在第一至第五帧内编码预测模式中选 择最优帧内编码预测模式。
4、 根据权利要求 1所述的预测编码的方法， 其特征在于， 根据所述的第 一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值得到第三编码预测值具体为：将第一 帧间编码预测值和第二帧内编码预测值加权求和， 得到第三编码预测值。
5、 根据权利要求 1所述的预测编码的方法， 其特征在于， 根据所述的第 三编码预测值与当前宏块输出视频编码流具体为：根据所述的第三编码预测值 与当前宏块的像素值相减求得残差值， 经过变换、 量化和熵编码模块， 输出视 频编码流。
6、 根据权利要求 2所述的预测编码的方法， 其特征在于， 所述第一横轴 运动矢量和第一纵轴运动矢量是以 1/4像素为单位；
将所述的第一横轴运动矢量转化为第二横轴运动矢量和第一纵轴运动矢 量转化为第二纵轴运动矢量为将以 1/4像素为单位的第一横轴运动矢量和第 一纵轴运动矢量分别转化为以整像素为单位的第二横轴运动矢量和第二纵轴 运动矢量。
7、 根据权利要求 2所述的预测编码的方法， 其特征在于， 通过第二宏块， 获取第一系数 具体为： 判断所述第二宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16 预测模式， 如果是， 设置第一系数 A = ^ra- m d^ ; 否则， 设置 =0， 其中 /"tra _ mod 是第二宏块帧内编码 16χ 16预测模式。
8、 根据权利要求 2所述的预测编码的方法， 其特征在于， 通过第三宏块 获取第二系数 2具体为： 判断所述的第三宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第二系数 -mGdec ; 否则， 设置 £2 =0 ; 其中 /"tra _m。dec是第三宏块帧帧内编码 16χ 16预测模式。
9、 根据权利要求 2所述的预测编码方法， 其特征在于， 通过第四宏块、 第五宏块和第六宏块， 获取第三系数 E3、 第四系数 4和第五系数 5具体为： 判断所述第四宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第三系数 "^-11^^ 否则， 设置第三系数 E3=0.， 其中 " _m。d 是第四宏块帧内编码 16x16预测模式；
判断所述第五宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第四系数 = " -mGd ; 否贝 I」， 设置第四系数 E4=0，其中 " _1^)(1 是 第五宏块帧内编码 16x16预测模式；
判断所述第六宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第五系数 £5=tora-mGd ; 否则， 设置第五系数 E5=0，其中 "^_m。d^是 第六宏块帧内编码 16x16预测模式。
10、 根据权利要求 3所述的预测编码方法， 其特征在于， 使用率失真模型 在候选预测模式中选择最优帧内编码预测模式具体为： 选择采用根据第一系 数 到第五系数 代表的帧内编码预测模式， 计算得到的
Figure imgf000014_0001
最小的帧内编码预测模式为最优帧内编码预测模式； 其中，
J(s,c, int ra mod e, λ) = SAD(s,c, intra _ mod e)-\-Ax R(s,c, int ra mod e)
intr _mode G [E E2, E3, E4, E5]
J^ intra-modeU)是当宏块帧内编码预测模式为 intra-mode时，计算出的 总代价值， intra-mQde是宏块帧内编码预测模式， 在 A到 系数代表的帧内 编码预测模式中选择； s是指亮度原始图像数据； c是指重建图像数据； 是 决定扫描模式时， 使用的拉格朗日算子， 其中^^是亮度原始图像数据 s和重
SAD = V I s(m, n) c(m, n) |
建图像数据 c之间的绝对误差和， ， m， n是像素的 索引号； ^e'intra-mode 表示宏块帧内编码预测模式为 intra-mode时， 编码 宏块需要的比特数。
11、 根据权利要求 4所述的预测编码方法， 其特征在于， 所述第三编码预 测值为： = wl X Pl + w 2 >< P2，其中， Pl、 P2分别为第一帧间编码预测值、 第二 帧内编码预测值； wl和 w2分别是两个加权系数， 并且 wl+w2=l。
12、 一种预测编码的装置， 其特征在于， 包括： 第一获取单元、 系数获取 单元、 第二获取单元和输出单元；
第一获取单元， 包括第一帧间编码预测值单元， 其用于将当前帧划分为 16x16的宏块， 以当前帧的当前宏块为单位进行帧间预测， 匹配参考帧中第一 宏块， 得到当前宏块的第一帧间编码预测值；
系数获取单元， 包括：
第一系数获取单元， 用于通过第一宏块获取第一系数 ;
第二系数获取单元， 用于通过当前宏块获取第二系数 ;
第三、 四和五系数获取单元， 用于通过当前宏块获取第三系数 、第 四系数 和第五系数 ;
第二获取单元，用于根据所述的第一系数 A至第五系数 选择最优帧内编 码预测模式， 通过所述的最优帧内编码预测模式， 对当前宏块进行编码， 获得 第二帧内编码预测值；
输出单元， 用于根据所述的第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值， 得到第三编码预测值； 根据所述的第三编码预测值与当前宏块， 输出视频编码 流。
13、 根据权利要求 12所述的预测编码的装置， 其特征在于， 第一获取单 元进一歩包括运动矢量获取单元，用于以当前帧的当前宏块为单位进行帧间预 测，进一歩获得当前宏块的第一帧间编码预测值， 以进一歩获得参考帧的第一 横轴运动矢量和第一纵轴运动矢量；将所述的第一横轴运动矢量转化为第二横 轴运动矢量和第一纵轴运动矢量转化为第二纵轴运动矢量；
所述第一系数获取单元用于通过第一宏块获取第一系数 A为：从参考帧中 将第一宏块以第二横轴运动矢量和第二纵轴运动矢量为单位， 定位到第二宏 块， 通过第二宏块获取第一系数 ;
第二系数获取单元用于以当前宏块为基础，在前一帧图像中相同位置处定 位第三宏块， 通过第三宏块获取第二系数
第三、 四和五系数获取单元， 用于分别通过第四宏块、 第五宏块、 第六宏 块获取第三系数 E3、 第四系数 E4、 第五系数 E5 ; 其中， 在当前帧中， 位于当 前宏块左边相邻的宏块为第四宏块， 位于当前宏块左上角相邻宏块为第五宏 块，位于当前宏块上方相邻宏块为第六宏块； 第一至第五系数同时分别代表第 二至第六宏块帧内编码预测模式。
14、 根据权利要求 12所述的预测编码的装置， 其特征在于， 所述第二获 取单元用于根据第一系数至第五系数，选择最优帧内编码预测模式，通过所述 最优帧内编码预测模式， 对当前宏块进行编码， 获得第二帧内编码预测值为： 对当前宏块做帧内预测模式选择，判断所述的第一系数至第五系数的和是 否为 0， 如果不是， 使用率失真模型在第一至第五帧内编码预测模式中选择最 优帧内编码预测模式。
15、 根据权利要求 12所述的预测编码的装置， 其特征在于， 根据所述第 一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值， 得到第三编码预测值具体为： 将第一帧间编码预测值和第二帧内编码预测值加权求和，得到第三编码预 测值。
16、 根据权利要求 12所述的预测编码的装置， 其特征在于， 根据所述第 三编码预测值与当前宏块， 输出视频编码流具体为： 根据所述第三编码预测值 与当前宏块的像素值相减求得残差值， 经过变换、 量化和熵编码模块， 输出视 频编码流。
17、 根据权利要求 13所述的预测编码的装置， 其特征在于， 矢量获取单 元用于获取的参考帧的第一横轴运动矢量和第一纵轴运动矢量是以 1/4 像素 为单位； 将所述的第一横轴运动矢量转化为第二横轴运动矢量和第一纵轴运动矢 量转化为第二纵轴运动矢量具体为将以 1/4像素为单位的第一横轴运动矢量 和第一纵轴运动矢量分别转化为以整像素为单位的第二横轴运动矢量和第二 纵轴运动矢量。
18、 根据权利要求 13所述的预测编码的装置， 其特征在于， 通过当前宏 块获取第一系数 具体为： 判断所述第二宏块的编码模式是否为帧内编码
16x16预测模式， 如果是， 设置第一系数 A = ra-m de^ 否则， 设置 =0， 其中 /"tra_mod 是第二宏块帧内编码 16χ16预测模式。
19、 根据权利要求 13所述的预测编码的装置， 其特征在于， 通过当前宏 块获取第二系数 ^具体为： 判断所述的第三宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第二系数 -mGdec; 否则， 设置 £2=0; 其中 /"tra_m。dec是第三宏块帧帧内编码 16χ16预测模式。
20、 根据权利要求 13所述的预测编码的装置， 其特征在于， 通过当前宏 块获取第三系数 、 第四系数 和第五系数 具体为；
判断所述第四宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是，
Figure imgf000017_0001
否则， 设置第三系数 E3=0.， 其中 " _m。d 是第四宏块帧内编码 16x16预测模式；
判断所述第五宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第四系数 = " -m d ； 否贝 I」， 设置第四系数 E4=0，其中 " _11。(1 是 第五宏块帧内编码 16x16预测模式；
判断所述第六宏块的编码模式是否为帧内编码 16x16预测模式， 如果是， 设置第五系数 = " -mGd£ 否则， 设置第五系数 E5=0，其中 "^_m。d^是 第六宏块帧内编码 16x16预测模式。
21、 根据权利要求 13所述的预测编码的装置， 其特征在于， 使用率失真 模型在候选预测模式中选择最优帧内编码预测模式具体为：选择采用根据第一 系数 到 第五系数 代表的帧内编码预测模式计算得到的 J int -mode )最小的帧内编码预测模式为最优帧内编码预测模式； 其中，
J(s,c, int ra mod e, λ) = SAD(s,c, intra _ mod e)-\-Ax R(s,c, int ra mod e)
intr _mode G [E E2， E , E4, E5]
J^ intra-modeU)是当宏块帧内编码预测模式为 intra-mode时计算出的 总代价值， intra-m°de是宏块帧内编码预测模式， 在第一系数 A到第五系数 代表的帧内编码预测模式中选择； s是指亮度原始图像数据； c是指重建图像 数据； 是决定扫描模式时使用的拉格朗日算子，其中^ ^是 (Sum of Absolute
Difference)亮度原始图像数据 s和重建图像数据 c之间的绝对误差和， 具体
SAD = V I s(m, n) c(m, n) |
为： m'„ ， m， n是像素的索引号； W ^intra-mode表示 宏块帧内编码预测模式是 intra-m de时， 编码宏块需要的比特数。
22、 根据权利要求 15所述的预测编码的装置， 其特征在于， 所述第三编 码预测值为： = wlxPl + 2xP2，其中， pi、 p2 分别为第一帧间编码预测值、 第二帧内编码预测值； wl和 w2分别是两个加权系数， 并且 wl+w2=l。
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