[发明专利]视频中的帧间画面的编码和解码

说明书

技术领域

本文的实施例涉及诸如高效率视频编码(HEVC)等视频编码领域。特别地，本文的实施例涉及用于对包括视频序列的编码画面在内的比特流进行解码的方法和解码器，以及用于对视频序列的画面进行编码的方法和编码器。还公开了相应的计算机程序。

背景技术

现有的视频编码标准基于基于块的线性变换，例如离散余弦变换(DCT)。H.264/AVC及其前身将宏块定义为规定解码处理的基本处理单元，宏块通常由16×16个样本组成。宏块可以进一步划分为变换块，并划分为预测块。根据标准不同，变换块和预测块可以具有固定的大小，或者可以针对每个宏块改变大小以便适应局部的视频特性。

H.264/AVC的后继即H.265/HEVC(简称HEVC)用所谓的编码树单元(CTU)代替16×16的样本宏块，编码树单元可以使用以下块结构：64×64、32×32、16×16或8×8样本，其中，较大的块大小通常意味着较高的编码效率。较大的块大小对于高分辨率视频内容特别有利。画面中的所有CTU具有相同的大小。在HEVC中，还可以将画面更好地进一步划分成可变大小的结构，以适应不同的复杂性和存储器要求。

当使用HEVC对构成视频的画面序列进行编码时，首先将每个画面9分割成CTU。CTU 17由三个块和相关联的语法元素组成，这三个块是一个亮度块和两个色度块。这些亮度和色度块被称为编码树块(CTB)。CTB具有与CTU相同的大小，但是可以使用树结构和类似四叉树的信令进一步分割成更小的块即所谓的编码块(CB)。CB的大小可以从8×8像素变化直到CTB的大小。一个亮度CB、两个色度CB和相关联的语法形成编码单元18(CU)。

CU 18的压缩是分两步执行的。在第一步骤中，根据相同画面或先前画面中的先前编码的像素值，对CU 18中的像素值进行预测。在第二步骤中，计算预测像素值和实际值之间的差即所谓的残差，并通过例如DCT对残差进行变换。

可以对整个CU 18一次性地进行预测，或者可以对更小的部分分别进行预测。这通过定义预测单元(PU)来完成，预测单元(PU)可以对于给定像素集合与CU 18具有相同的大小，或者可以分层地进一步分割成更小的PU。每个PU 19分别定义其如何根据先前编码的像素值预测其像素值。

以类似的方式，预测误差的变换以变换单元(TU)完成，变换单元(TU)可以与CU具有相同的大小，或者可以分层地分割成更小的大小。分别针对每个TU 20变换预测误差。PU 19大小对于其亮度成分可以从4×4变化到64×64像素，而TU 20大小可以从4×4变化到32×32像素。在图1中示出了不同的PU 19和TU 20划分以及CU 18和CTU 17划分。

预测单元基于相同画面中的相邻像素的值(帧内预测)或基于来自一个或多个先前画面的像素值(帧间预测)来预测其像素值。仅允许对其块使用帧内预测的画面称为帧内画面(I画面)。序列中的第一个画面必须是帧内画面。使用帧内画面的另一个例子是所谓的关键帧，其提供对视频流的随机访问点。帧间画面可以包含帧内预测块和帧间预测块的混合。帧间画面可以是使用一个画面进行预测的预测画面(P画面)和使用两个画面进行预测的双向画面(B画面)。

在编码之前，图片可以分割成若干片(tile)，每个片由M×N个CTU组成，其中M和N是整数。在编码时，以光栅扫描顺序处理这些片(从左到右水平读取，直到整行被处理，然后移动到下一行并重复相同的过程)，并且以光栅扫描顺序处理每个片内部的CTU。CTU 17中的CU以及CU 18内部的PU和TU以Z扫描顺序进行处理。图2中示出了该过程。在对比特流进行解码时，使用相同的光栅扫描顺序和Z扫描顺序。

在对视频比特流中的CU 18进行解码时，首先从比特流解析CU 18的语法元素。然后，将语法元素用于重建解码画面中的对应样本块。

发明内容

在目前的视频编码标准中，帧间块的编码/解码独立于帧内块的解码。即使对于按照光栅扫描顺序位于帧间块之前的帧内块也是如此。通常，帧内块通过使用其顶和/或左空间相邻块作为参考来进行重建，这是因为，由于对块进行扫描的顺序，在预测/重建当前块时只有这些块是可用的。这意味着即使在预测/重建当前块时使用顶和左空间相邻块这两者，也仅使用了一半的可用空间相邻块。在预测中使用较少的空间相邻块意味着具有较差的预测质量。较差的预测质量意味着原始像素块与预测像素块之间的较大的差。考虑到该差在被打包进比特流中之前还进行变换和量化，较大的差意味着更多要发送的信息，显然较差的预测导致较高的比特率。