[发明专利]过滤和扭曲的运动补偿

说明书

技术领域

【0001】本发明涉及数字视频信号处理，且更具体地涉及视频压缩的设备和方法。

背景技术

【0002】目前存在数字视频通信和存储的各种应用，且相应的国际标准已经得到了发展并且发展还在持续。低比特率通信，比如视频电话和视频会议，产生了具有多路64kbps比特率的H.261标准。对更低比特率的需求产生了H.263标准。

【0003】H.264/AVC是最近的视频信号编解码标准，其利用了若干高级的视频编码工具来提供比现有的视频信号编码标准比如MPEG-2，MPEG-4，和H.263更好的压缩性能。H.264/AVC标准的核心是块运动补偿(BMC)和变换编码的混合视频信号编码技术。在视频序列中，块运动补偿用于去除时间冗余，而变换编码用于去除空间冗余。传统的块运动补偿方案基本上假定一个镜头或场景(scene)内的物体在x方向和y方向经历位移。实际上这种简单的假定在大多数情况下可以以满意的方式设计出，且因而在视频信号编码标准中，块运动补偿已经成为用于时间冗余去除的最广泛使用的技术。图2a-2b图解说明了H.264/AVC中块运动补偿的编码和解码，图2c显示了多个参考帧。

【0004】然而，传统的块运动补偿模型未能捕获视频序列中若干场景(scenario)内的时间冗余，如下面所列出：

【0005】仿射运动：当一个镜头中的物体经历仿射运动，比如放大和旋转的时候。在文献中存在一些修改运动补偿方案以处理仿射运动的技术；参看Y.T.Tse and R.L.Baker的“Global zoom/pan estimation andcompensation for video compression”，IEEE Proc.ICASSP’91(Toronto，Ont.，Canada)May 1991，pp.2725-2728；Y.Nakaya and H.Harashima的“Motioncompensation based on spatial transformations”，IEEE Trans.Circuits Systs.Video Technol.，vol.4，No.3，pp.339-356，366-7，June 1994；和T.Wiegandet al.，“Affine Multipicture Motion-Compensated Prediction”，IEEE Trans.Circuits Systs.Video Technol.，vol.5，No.2，pp.197-209，February 2005。

【0006】照明变化、褪色(fading)和混合(blending)：传统的块运动补偿模型未能捕获时间冗余的另一场景，是当一个镜头中存在亮度变化的时候(参看K.Kamikura et al.，“Global brightness variation compensationfor video coding，”IEEE Trans.Circuits Systs.Video Technol.，vol.8，No.8，pp.988-1000，Dec.1998)，或者当视频序列中存在多个镜头褪色的时候(参看J.M.Boyce，“Weighted prediction in the H.264/MPEG AVC video codingstandard，”IEEE ISCAS，pp.789-792，2004)。褪色(fade)(例如褪成黑色，褪成白色)有时被用于在视频序列中的多个镜头之间转换。H.264/AVC标准引入了被称作加权预测的新的视频信号编码工具来为这种多个镜头的褪色有效地编码。传统的块运动补偿方法当使用多帧混合以在各镜头转换时也不成功。

【0007】模糊：传统的块运动补偿模型不能捕获时间冗余的另外一个场景是当视频序列中存在模糊的时候。当照像机和正在捕获的镜头之间的相对运动比照像机曝光时间更快的时候，模糊典型地在视频序列中发生。模糊也在当一个镜头中不同景深的目标被聚焦和散焦的时候发生，如电影里所实现的在一个镜头中聚焦不同的演员。

【0008】因而，当仿射运动、照明变化和模糊开始在视频序列中发生的时候，传统的基于块的运动补偿技术比如在H.264/AVC中所使用的那些运动补偿技术变成无效的。

发明内容

【0009】本发明提供了视频编码器结构和方法，其具有参考帧的过滤/扭曲的形式，作为附加参考帧用于运动补偿。

【0010】这允许仿射运动(affine motion)、照明变化和模糊的场景中的有效压缩。

附图说明