[发明专利]错误恢复改进的视频编码和解码

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对数字图像序列进行编码的方法和装置以及用于对相应的位流进行解码的方法和装置。

本发明属于数字信号处理领域，尤其属于使用运动补偿来减少视频流中的空间冗余和时间冗余的视频压缩领域。

背景技术

例如H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、SVC等的许多视频压缩格式使用基于块的离散余弦变换(DCT)和运动补偿以去除空间冗余和时间冗余。这些格式可被称为预测视频格式。视频信号的各帧或图像被分割成编码后的并且能够独立进行解码的片(slice)。片通常是帧的矩形部分、或者更通常为帧的一部分或整个帧。此外，各片被分割成多个宏块(MB)，并且将各宏块被进一步分割成块、通常为8×8个像素的块。这些编码帧为(被称为P帧的根据一个参考帧而预测到的或者被称为B帧的根据两个参考帧而预测到的)时间预测帧和非时间预测帧(被称为内帧或I帧)这两种类型。

时间预测在于从参考帧(视频序列的先前帧或将来帧)中发现最接近要编码的块的图像部分或参考区域。该步骤已知为运动估计。接着，连同与表示运动补偿要使用的参考区域的运动矢量有关的运动信息项一起，对要编码的块和参考部分之间的差进行编码(运动补偿)。

为了进一步降低对运动信息进行编码的代价，已提出了利用相对于通常根据要编码的块周围的块的运动矢量所计算出的运动矢量预测结果的差来对运动矢量进行编码。

在H.264中，针对根据位于要编码的块的因果邻域(例如根据位于要编码的块的上方和左方的块)的运动矢量所计算出的中值预测结果来对运动矢量进行编码。仅对中值预测结果和当前块运动矢量之间的差(还被称为残差运动矢量)进行编码。

使用残差运动矢量的编码节省了若干位率，但需要解码器进行运动矢量预测结果的相同计算从而对要编码的块的运动矢量的值进行解码。

近来，已提出了诸如使用多个可能运动矢量预测结果等的进一步改进。被称为运动矢量竞争的该方法在于在几个运动矢量预测结果或候选之间判断哪个运动矢量预测结果使残差运动信息的编码代价(通常为率失真代价)最小。该残差运动信息包括残差运动矢量(即，要编码的块的实际运动矢量和所选择的运动矢量预测结果之间的差)、以及例如所选择的运动矢量预测结果的索引的编码值等的表示所选择的运动矢量预测结果的信息项。

在目前标准化期间的高效率视频编码(HEVC)中，已提出了使用如图1示意性示出的多个运动矢量预测结果：从位于要编码的块的邻域的块提取的3个所谓的空间运动矢量预测结果V₁、V₂和V₃；基于三个空间运动矢量预测结果V₁、V₂和V₃的分量所计算出的中值运动矢量预测结果；以及作为该序列的前一图像中的同一位置块(例如位于与图像N的块“编码中”相同的空间位置处的图像N-1的块)的运动矢量的时间运动矢量预测结果V₀。当前在HEVC中，根据可用性的预定规则，从位于要编码的块的左方的块(V₃)、位于上方的块(V₂)、以及从位于要编码的块的各角部的块之一中提取3个空间运动矢量预测结果。该运动矢量预测结果选择方案被称为高级运动矢量预测(AMVP)。在图1的例子中，选择位于左上方的块的矢量V₁。

最终，获得了混合有空间预测结果和时间预测结果的5个运动矢量预测结果候选的集合。为了减少在位流中传送运动矢量预测结果的开销，通过除去重复的运动矢量、即具有相同值的运动矢量来缩减运动矢量预测结果的集合。例如，在图1的例示中，V₁和V₂相等，并且V₀和V₃也相等，因而应仅保持这四者中的两个(例如，V₀和V₁)作为运动矢量预测候选。在这种情况下，仅需要1位来向解码器指示运动矢量预测结果的索引。

可以基于预测结果的值来进一步缩减运动矢量预测结果的集合。在得知运动矢量残差和编码器的代价优化标准的情况下，一旦选择了最佳的运动矢量预测结果并且计算出运动矢量残差，可以从该预测集合中进一步除去尚未选择的候选。由于可以使用较少的位来对所选择的运动矢量预测结果的指示进行编码，因此充分缩减预测结果的集合使得获得信令开销。在极限的情况下，例如如果所有的运动矢量预测结果都相等，则可以将候选的集合缩减为1，因此无需将与所选择的运动矢量预测结果有关的任何信息插入位流。