[發明專利]視頻編碼中的高階預測模式

有效

• 申請號: 201210078889.6
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN103327313B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 朱洪波
• 申請（專利權）人: 朱洪波
• 主分類號: H04N19/503
• 分類號: H04N19/503
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于數字視頻壓縮領域，具體涉及到視頻信號的時域運動補償編碼。

背景技術

數字視頻是通過對時域和空域連續的自然場景進行時域和空域連續采樣所得。如圖1所示，數字視頻由一系列時域上的視頻幀所組成，每個視頻幀表示自然場景在某個時間的空域采樣，它由二維均勻采樣的視覺像素組成。每個像素由一系列描述像素亮度和色彩的數字組成，在視頻編碼中，最廣泛被使用的格式是YUV格式，這種格式中，每個像素由一個亮度分量Y，兩個色差分量U和V組成，一般對U和V分量水平和垂直方向各進行一次下采樣，這樣每相鄰的4個像素共用1個U和V分量，這就是YUV4:2:0格式。

最廣泛被使用的視頻編碼技術是塊基混合運動補償DCT變換視頻編碼技術。如圖2所示，輸入幀被劈分成一個個16x16的宏塊，然后從左到右，從上到下依次進行編碼。對每個輸入的待編碼當前宏塊，首先從重構的幀中選擇一個對當前塊的預測，并與當前塊相減，殘差依次執行DCT變換、量化，然后反量化、反DCT變換得到重構宏塊，存入重構幀序列中，用于對其后編碼的宏塊產生預測信號。在實際的預測過程中，宏塊常常被分割成更小的8x8或4x4塊來進行精確的預測。

在塊基混合運動補償視頻編碼技術中，共有3種不同類型的幀，I幀、P幀和B幀。I幀中只使用當前幀中已編碼塊的信息來作為當前塊的預測。在P幀中，時域上顯示順序在當前幀前的重構幀也可以作為當前幀中待編碼塊的預測。如圖3所示，顯示時間為t的幀是當前編碼幀，黑色塊是當前編碼塊。顯示時間為t-t0、t-2*t0、t-3*t0幀是重構幀，其中具有點狀邊界的灰色塊是與當前編碼塊同一位置的塊。在P幀中，顯示時間為t-t0、t-2*t0、t-3*t0幀都可以作為當前編碼塊的預測。運動估計模塊在重構幀中與當前塊相同位置附近搜索與當前塊匹配的塊作為當前塊的預測。如圖3所示，當前編碼塊通過運動向量MV0指向顯示時間為t-t0中的塊BLK0作為當前塊的預測。編碼器將MV0編入碼流，然后將當前塊與預測塊相減得到預測殘差，對預測殘差依次進行DCT變換、量化后把量化系數寫入碼流，并進行反量化、反DCT后與預測相加，得到重構塊，用于后續編碼塊的預測。

在B幀中，當前編碼塊不僅可以使用顯示順序在當前幀前的重構幀作為當前塊的預測，也可以使用顯示順序在當前幀后的重構幀作為當前塊的預測。如圖4、5、6和7所示，顯示時間為t的幀是當前編碼幀，黑色塊是當前編碼塊。顯示時間為t-t0、t-2*t0、t+t0幀是重構幀，其中具有點狀邊界的灰色塊是與當前編碼塊同一位置的塊。顯示時間為t-t0、t-2*t0、t+t0幀都可以作為當前編碼塊的預測。在圖3中，運動向量MV0指向當前塊的前向預測塊BLK0。在圖4中，運動向量MV1指向當前塊的后向預測塊BLK1。在圖5中，運動向量MV指向當前塊的前向預測塊BLK0，MV的反方向指向后向預測塊BLK1，BLK0和BLK1的平均作為當前塊的預測。在圖6中，運動向量MV0指向當前塊的前向預測塊BLK0，運動向量MV1指向當前塊的后向預測塊BLK1，BLK0和BLK1的平均作為當前塊的預測。在前向預測、后向預測和對稱預測中，只有一個運動參數(包括運動向量和參考圖像)需要編碼，而在雙向預測模式中，2個運動參數需要編碼。

在多假設運動補償理論中，增加預測的數目可以增加預測效率，但同時需要付出編碼更多運動參數的代價。本發明描述了一種時域高階預測方法，不僅可以增加預測效率，所付出的編碼運動參數的代價卻更小。

發明內容

所述的用于視頻編碼中P或B圖像的時域預測方法，包含5種時域預測模式，如圖8、圖9所示的高階時域預測模式、圖10所示的一致高階預測模式、圖11所示時域合并預測模式、圖12所示一般化高階預測模式和圖13所示一般化一致高階預測模式。一致預測模式和一般化一致預測模式本質也是一種高階時域預測模式。對當前圖像中的每個編碼塊，編碼器通過對包括如上所述5種模式在內的多種模式分別進行評估，選擇其中一種模式作為當前塊的可能的編碼預測模式。在圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖13中，時間為t的是當前編碼幀，時間為t-t0、t-2*t0、t-3*t0、t-n*t0和t+t0均為已編碼幀，它們也是當前編碼幀的參考幀。在t幀中標識為BLKC的淡黑色塊為當前編碼塊，在參考幀中的深灰色塊BLKR0和BLKR1是當前編碼塊的參考塊，淺灰色塊是參考幀中與當前編碼塊空域位置相同的塊。大的透明的線段方框是運動估計搜索范圍。對于一致預測模式和一般化一致預測模式，所有參考幀的顯示順序都位于當前編碼幀之前。