[发明专利]无再损视频编码和解码的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频压缩编码和解码系统，特别是无再损视频编码和解码的方法和装 置。

背景技术

在信息的主要表现形式进入多媒体，特别是“全高清数字视频”的新时代，数字视频 信号的像素形式的数据量越来越大。例如，全高清(1080p60Hz)深色(Deep Color)数字视 频像素的速率高达每秒6千兆比特(6Gbps)。一个2小时的全高清深色数字视频节目需要 2700GB(千兆字节)的硬盘存储空间。为了有效传输和存储数字视频信号，必须对数字视 频信号的数据进行压缩。压缩的比例一般至少10比1，有时可高达100比1。压缩后的数 字视频数据称为视频码流，简称码流，其数据量只有原始数字视频像素的数据量的10％， 甚至1％。这样，传输数字视频内容所需的带宽大为降低，存储数字视频内容所需的空间 也大大减少。这一压缩过程通常称为编码，由编码器来完成。在需要观看视频内容的时候， 对码流进行解压缩，重构和复原出像素形式的数字视频内容，供播放和观看。这一解压缩 过程通常称为解码，由解码器来完成。

数字视频信号的自然形式是图像的序列。一幅图像通常是由若干像素组成的矩形区 域，例如1080p的全高清数字视频的一幅图像由宽度为1920像素和高度为1080像素的总 共1920x1080＝2073600像素组成。如果一个数字视频信号每秒有50幅图像，那么一个 30分钟的数字视频信号就是一个由30x60x50＝90000幅图像组成的图像序列，有时也简称 为序列。对数字视频信号进行编码就是对一幅一幅图像进行编码。在图像比较大的情况下， 还需要把一幅图像划分成若干块子图像，对子图像一块一块进行编码。例如，最常用的子 图像的大小是16x16个像素，这种子图像一般称为宏块。因此，对一个视频图像序列进行 编码就是对各个宏块依次进行编码。同样，解码时也是对各个宏块依次进行解码，最终复 原出整个视频图像序列。

目前在各种多媒体电子、计算机、通信等信息产品中使用比较多的现有技术的编码方 法的流程示意图如图1所示。现有技术的编码方法包括如下步骤：

1)读入一个输入图像宏块；

2)搜索并确定最佳预测模式和根据码率控制需要计算并确定量化因子，设定此最佳 预测模式为本宏块预测模式，设定此量化因子为本宏块量化因子；

3)根据上述步骤2)所述本宏块预测模式计算预测值；

4)从上述步骤1)所述图像宏块的像素值中减去上述步骤3)所述预测值计算出预测 误差、对此预测误差施行变换求出变换系数、使用上述步骤2)所述本宏块量化 因子对此变换系数进行量化操作，得到量化后的系数Q；

5)对以上步骤2)～4)中产生的本宏块预测模式、本宏块量化因子、量化后的系数 Q及其他辅助信息进行熵编码以减少数据量，得到编码后的视频码流；

6)输出此视频码流；

7)对上述步骤4)所述量化后的系数Q进行反量化，得到复原变换系数、对此复原 变换系数施行反变换求出复原预测误差、把此复原预测误差加到上述步骤3)所 述预测值，重构出初步复原宏块像素值；

8)对上述步骤7)所述初步复原宏块像素值进行饱和限幅运算，即把初步复原宏块 像素值中超出输入图像的动态范围的数值都限幅成所述动态范围的最小值或最大 值，得到限幅复原宏块像素值；

9)对上述步骤8)所述限幅复原宏块像素值进行去块效应运算，即对限幅复原宏块 像素值进行修正以减少甚至消除块效应；

10)判断是否已经完成对所有宏块的编码，如果是，则结束编码，否则回到步骤1)， 开始对下一个宏块的编码。

上述编码方法所应用的装置示意图如图3所示。整个编码装置由以下模块组成：

1)像素输入及计算预测误差模块，用于输入视频图像序列中当前编码宏块的像素O， 并从输入像素O中减去由预测及最佳模式搜索模块提供的像素预测值P，得到预 测误差D，然后把预测误差D输出到变换Tr模块；

2)变换Tr模块，用于对预测误差D进行运算为Tr的变换，计算得到变换系数U＝ Tr(D)，然后把变换系数U输出到量化Qu模块；

3)量化Qu模块，用于对输入的变换系数U进行运算为Qu的量化操作，得到量化后 的系数Q＝Qu(U)＝Qu(Tr(D))，然后把量化后的系数Q输出到熵编码模块和反量 化DQ模块。量化操作时使用的量化因子q_f来自码率控制模块；