[发明专利]用于隔行数字视频信号的视频目标平面的运动估算和补偿

说明书

本发明涉及用于编码诸如视频目标平面(VOPs)的数字视频图象的方法和设备，并具体涉及用于隔行数字视频信号的运动估算和补偿技术，也公开了用于扩充交错编码基准VOP区域的填充技术。

本发明尤其适于与各种多媒体应用一起使用，并与在1997年4月题为“MPEG-4视频检验方式版本7.0”的文件ISO/IEC/JTC1/SC29/WG11 N1642中所描述的MPEG-2检验方式(VM)标准兼容，此文件引用在此作为参考。MPEG-2标准是MPEG-4标准的前身，并描述在1994年3月25日题为“信息技术一运动图象及有关音频的通用编码，建议H.262”的文件ISO/IEC 13818-2中，此文件在此引用作为参考。

MPEG-4是新的编码标准，提供灵活的框架和一组开放的编码工具用于数字音像数据的通信、存取和操作。这些方式宽范围的特性，MPEG-4的灵活框架编码方式及其相应功能的各种组合，以便于计算机、电信和娱乐(即TV和电影)工业所要求的应用，诸如数据库浏览、信息检索和交互式通信。

MPEG-4提供允许视频数据在多媒体环境中的有效存储、传输与操作的标准化的芯片技术，MPEG-4获得有效的压缩、目标可测量性、空间与时间可量测性以及错误回弹。

MPEG-4视频VM编码器/解码器(编解码器)是具有运动补偿的以块与目标为基础的混合编码器。利用使用重叠的块运动补偿的8×8离散余弦变换(DCT)编码结构，目标形状表示为字母图并利用以内容为基础的算术编码(CAE)算法或改进的DCT编码器进行编码，其中CAE算法和DCT编码器都利用时间预测。编码器在从计算机图形中了解子画面(sprite)时能处理子画面，诸如子波和子画面编码的其他编码方法也可用于特殊应用。

运动补偿的结构编码是众知的视频编码的解决方法，并能设计为三级处理。第一级是包括运动估算和补偿(ME/MC)以及二维(2-D)空间转换的信号处理，ME/MC及空间转换的目的是利用视频序列中时间与空间相关性使量化与熵编码的速率失真性能在复杂生约束下最优。最通用的ME/MC技术是块匹配，而最通用的空间转换是DCT。

然而，对VOP的ME/MC的特殊关注出现，尤其是在VOP是自我交错编码和/或利用是交错编码的基准图象时。而且，对于任意成形的是交错编码的VOP，必须特别关注用于运动预测的基准图象的区域。

因此，希望具有用于是自我交错编码的和/或利用是交错编码的基准图象的VOP的ME/MC编码的有效技术，此技术应利用相邻块或宏块的运动矢量来提供VOP的块或宏块的运动矢量的差分编码。应提供相应的解码器。还希望具有用于填充交错的VOP编码的基准图象区域的有效技术。本发明提供具有上面和其他优点的系统。

根据本发明，提供用于视频目标平面(VOP)或是自身交错编码的和/或利用是交错编码的基准图象的类似视频图象的运动估算与运动补偿编码的方法和设备。

第一方法提供水平和垂直运动矢量成分，以便在差分编码数字视频图象当前场编码的宏块的第一与第二场的各个水平与垂直运动矢量成分时使用。靠近当前宏块的候选第一、第二与第三块具有相关的能用于预测当前宏块运动矢量的水平与垂直运动矢量成分。第一块后面紧跟着当前行的当前宏块，第二块正好在前一行中的当前宏块上面，而第三块紧接在前一行中的第二块后面。因此，候选块是在当前宏块的空间附近。

选择水平运动矢量成分，以便在根据第一、第二与第三候选块的水平运动矢量成分中间值差分编码当前场编码的宏块的第一与第二场的水平运动矢量成分时使用。可选择地，可以使用平均或其他加权的函数。垂直运动矢量成分也类似地进行确定。

当候选块之一是宏块的一个子集时，最靠近当前宏块上面左手部分的块用作那个特定宏块的候选块。例如，此候选块可以是16×16宏块中的8×8块。

第二方法提供水平与垂直运动矢量成分，以便在分别差分编码数字视频图象当前正在预测的或预先预测的块的水平与垂直运动矢量成分时使用。正在预测的块可以是16×16宏块，预先预测的块使用8×8运动补偿和重叠块运动补偿的组合。在任一种情况下，当前块不进行交错编码。

候选的第一、第二与第三块具有有关的水平与垂直运动矢量成分。如果至少一个候选块是具有第一与第二场的场编码候选宏块，则第一与第二场每个都具有相应的水平与垂直运动矢量成分。选择水平运动矢量成分以便在根据从第一、第二与第三候选块的水平运动矢量成分中导出的一个值差分编码当前块的水平运动矢量成分时使用。