[发明专利]具有用于运动向量存储的地址管理机制的帧间预测处理器

说明书

技术领域

本发明涉及用于根据其他帧预测帧的设备和方法，并且涉及使用这种设备和方法的视频编码和解码设备。更具体而言，本发明涉及基于可变尺寸的块执行视频帧的帧间预测的帧间预测处理器和其方法、视频编码设备以及视频解码设备。

背景技术

数字视频压缩技术被广泛用于许多应用中。MPEG和H.264是该技术领域中的标准规范，其中MPEG代表“运动图片专家组”。用在这些标准中的编码和解码算法将每个给定图片划分为小的区域，并且利用运动补偿技术处理这些区域。这种区域被称为“宏块”(macroblock)。视频编码过程涉及帧内预测和帧间预测。帧内预测通过利用正交变换、量化和其他数据处理算法减少了单个帧内的冗余。另一方面，帧间预测通过对运动补偿残余(即，当前帧和经运动补偿的参考帧之间的差)编码减少了连续帧之间的冗余。所得到的视频数据随后被进行熵编码以用于传输或存储。视频解码过程反转上述步骤以从经压缩的视频中重构原始视频。

这种视频编码算法的大部分工作是计算运动向量以用于帧间预测。因此，希望开发一种更快速和更有效的运动向量计算方法。一种方法例如在日本未审查专利申请公开No.2004-266731中提出。所提出的视频编码方法通过选择性地存储已被确定为用在下一经运动补偿的帧间编码中的有限数目的参考宏块，减轻了对存储器容量的需求。

为了提高用于包含边(edge)和框(outline)的宏块的运动向量预测的精度，某些现有的编码算法将这种宏块分割为更小的块，并且针对每个块计算运动向量。例如，H.264支持将16×16像素的基本宏块按需要划分为各种块尺寸(包括4×4像素的子分区)的宏块分区。

图24示出了在H.264中定义的块尺寸，其中箭头指示处理顺序。在图24的最上部示出了尺寸为16×16像素的基本宏块91。在该规范中，块的尺寸被适当地指定为代表宽度×高度的前缀(如“16×16宏块91”)。16×16基本宏块91可被垂直分区为两个16×8宏块92，或被水平分区为两个8×16宏块93，或被以两种方式同时分区为四个8×8宏块94。16×8宏块92被从上到下地加以处理。8×16宏块93被从左到右地加以处理。8×8宏块94被从左上到右上，然后从左下到右下地加以处理。

H.264还允许8×8宏块94被划分为更小的分区，称为“子宏块”。上述尺寸的前缀也可被应用于这些子宏块。在图24所示的示例中，左上8×8宏块94被划分为两个8×4子宏块95a，右上8×8宏块94被划分为两个4×8子宏块95b，右下8×8宏块94被划分为四个4×4子宏块95c。子宏块假定按与在上述宏块分区中相同的顺序加以处理。

从上文中可见，视频编码设备被允许使用更小的块来进行运动补偿，以更好地跟踪视频中对象的更快和/或更精细的运动。然而，该技术的使用导致运动向量的编码数据量增大。因此，若干研究者提出了一种视频编码设备，该设备可以通过根据用在运动向量预测中的宏块尺寸动态确定虚拟样本的精度，从而减少产生虚拟样本所需的存储器带宽。例如见日本未审查专利申请公开No.2004-48552。这种现有帧间预测技术的一个缺点是必须根据最小块尺寸对参考图片数据公式化，以使得其可以应对各种尺寸的宏块。

视频编码设备计算与每个个别宏块相对应的运动向量(在适当的情况下缩写为“MV”)，然后根据所计算的当前宏块的周围宏块的运动向量确定当前宏块的运动向量预测值(在适当的情况下缩写为“MVP”)。视频编码设备随后对MV和MVP之间的运动向量差(在适当的情况下缩写为“MVD”)编码，并将其与宏块信息一起输出作为经编码的视频数据流。该视频流被视频解码设备接收。视频解码设备对经编码的MVD和宏块信息解码，并根据MVD和MVP计算运动向量，其中宏块的MVP可以根据已经被解码的周围块的运动向量确定。利用这些运动向量，视频解码设备重构原始视频流。

更具体而言，视频解码设备以以下方式产生运动向量。图25是传统的视频解码设备中的运动向量计算器的框图。该视频解码设备具有存储器901、MVP计算控制器902、运动向量计算控制器903、4×4块存储处理器904、MB-A向量存储管理器905和MB-BCD向量存储管理器906。符号“MB-A”指相邻宏块A，“MB-BCD”指相邻宏块B、C和D(将在下面描述)。存储器901提供向量存储位置以存储与最小尺寸块(即，4×4子宏块)相对应的运动向量以供以后参考。这些向量存储位置被用于存储当前被处理的宏块的运动向量，以及已对与当前宏块相邻的宏块计算的运动向量。