[发明专利]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)，并且各宏块被进一步分割成块、通常为8×8个像素的块。在目前处于标准化过程中的最新的高效率视频编码(HEVC)中，各片被分割成非重叠的最大编码单位(LUC)、通常是大小为64×64个像素的块。而各LCU可以使用四叉树分解被迭代地分割成较小的可变大小的编码单位(CU)。各CU可以进一步被分割成最大为2个对称矩形的分区单位。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(被称为内帧或I帧的)非时间预测帧这两种类型。

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)中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解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。

在目前处于标准化过程中的高效率视频编码(HEVC)中，已提出了以下：在参考帧中，从要编码的当前块的上方的预定组的块中选择第一空间运动矢量预测结果，从该当前块的左方的另一预定组的块中选择第二空间运动矢量预测结果，并且从同位置块中选择时间运动矢量预测结果。同位置块是位于与要编码的块相同位置处、但是在另一图像中的块。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)。

作为运动矢量预测结果选择的结果，获得了混合有空间预测结果和时间预测结果的运动矢量预测结果候选的集合，其中依赖于各种空间运动矢量预测结果和时间运动矢量预测结果的可用性，该集合由O、1、2或3个候选构成。为了减少在位流中发送运动矢量预测结果的开销，通过应用除去重复的运动矢量、即具有相同值的运动矢量的抑制处理来缩减运动矢量预测结果的集合。例如，在上述的第一空间运动矢量预测结果和第二空间运动矢量预测结果相等的情况下，应仅保持这两者的其中一个以及时间运动矢量预测结果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。

还可以对运动矢量预测结果候选进行排序，从而将最可能的运动矢量预测结果定位于第一位置，这是因为在选择第一候选作为最佳预测结果的情况下发生最小开销。

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赢得信令开销。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。