[发明专利]用于运动补偿预测的方法和设备

说明书

相关申请

本专利文献要求2011年6月24日提交的临时美国专利申请No.6,501,112的在35U.S.C.§119(e)下的申请日的利益，其完整内容以引用方式并入本文。

发明背景

技术领域

本发明涉及用于帧间预测的运动补偿，具体地讲，涉及实现低复杂度和高精度的运动补偿中使用的分数样本（fractional sample）插值。

背景技术

数字视频需要大量数据来以未压缩方式表示数字视频序列（例如，一系列帧）中的每一帧。由于带宽限制，对于大多数应用而言通过计算机网络发送未压缩的数字视频不可行。另外，未压缩的数字视频需要大量存储空间。通常以一些方式对数字视频进行编码，以降低存储要求并降低带宽要求。

对数字视频进行编码的一种技术是帧间预测。帧间预测利用了不同帧之间的时间冗余。视频的时间上相邻的帧通常包括基本上保持相同的像素块。在编码处理过程中，运动矢量使一个帧中的像素块的移动与另一帧中的类似像素块相互关联。因此，系统不需要对像素块编码两次，而是对像素块编码一次并提供运动矢量以预测另一像素块。

对数字视频进行编码的另一技术是帧内预测。帧内预测在不参照其它帧中的像素的情况下对帧或其一部分进行编码。帧内预测利用了帧内的像素块之间的空间冗余。由于空间上相邻的像素块通常具有相似的属性，所以通过参照相邻块之间的空间相关来提高编码处理的效率。可通过基于相邻块中使用的预测模式预测目标块来利用这种相关。

在帧间预测中，基于运动估计和补偿预测接收的图片。视频中的运动对象常常从一个帧到一个帧地出现，使得它的全部或一部分在那些后续帧中重新定位。不管那些重新定位，帧序列之间的相关较高，导致冗余。可通过将当前帧中的样本与基准帧中的相同对象的位置进行比较并相关来降低这种时间冗余。具体地讲，在运动估计过程中，将当前帧或其分区与基准帧进行比较，所述基准帧在时间上可在当前帧之前或前面。将相应基准帧中设置的搜索范围内的像素图案与当前帧中展现的像素图案进行比较，直至找到包含与待编码的当前帧中的像素图案最匹配的像素图案的基准帧为止。基于比较结果，来估计帧间位移矢量或运动矢量。利用估计的运动矢量，运动补偿生成当前帧的预测。

可通过对基准图片中的像素（称为整数位置处的样本，或简称为整数样本）应用插值以增加基准图片的分辨率，来增加运动矢量准确度和编码效率。插值是为了利用整数样本的值生成各个整数样本之间的分数样本。整数样品之间生成越多分数样本，基准图片的分辨率变得越高，可越精确和准确地补偿分数样本位移。例如，为了准确地补偿仅为半个像素的位移的运动对象的移动，需要至少半像素插值。可利用许多种不同的块尺寸来执行运动估计和补偿。可针对具有4×4、4×8、8×4、8×8、8×16、16×8或16×16像素的分区确定各个运动矢量。提供小的运动补偿分区提高了处理精细运动细节的能力。

H.264/AVC采用2步骤方法并实现高达四分之一像素分辨率的运动补偿。在H.264/AVC中，第一步骤使用6抽头滤波器来从周围整数样本的值生成半像素分辨率的中间值。在第二步骤中，对整数样本的值和中间值取平均，或者在中间值之间取平均，以生成四分之一像素位置处的分数样本（或简称为四分之一像素样本）。在B切片中，可对来自两个预测的两个预测分数样本进一步取平均。然而，请注意，多重平均运算在级联时会引入舍入误差，其对运动补偿的准确度和效率有不利影响。视频编码联合协作组（JCT-VC）的提案D321和E242解决了与双向平均关联的舍入误差问题。这些文献提出增加舍入操作，所述舍入操作被限制在两个预测之后的双向平均的最后步骤处进行。

JCT-VC草案E603公开了使用8抽头滤波器来实现四分之一像素分辨率。在E603中，一些四分之一像素样本通过将8抽头滤波器应用于最近的整数样本并将滤波结果截断为预定比特深度来导出。剩余四分之一像素样本通过两个处理来导出。在第一处理中，中间值通过在垂直方向上将8抽头滤波器应用于最近整数样本来导出。在第二处理中，在水平方向上将8抽头滤波器应用于中间值，并将滤波结果截断至预定比特深度。此2处理方法的优点在于，第二处理中的垂直滤波和水平滤波不要求固定顺序，因此没有必要向解码器提供有关第二处理中的垂直滤波和水平滤波的顺序的信令。然而，E603中讨论的运动补偿需要定义附加滤波操作来生成中间值。应用于中间值的滤波操作开销高，且需要高计算复杂度，尤其是对于具有高比特深度的视频数据而言。