[發(fā)明專利]一種視頻編解碼方法及設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610332887.3
• 申請(qǐng)日: 2016-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN107396138A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂卓逸;楊海濤;邱文軼;吳東昇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H04N21/234
• 分類號(hào): H04N21/234;H04N21/43;H04N21/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視頻編解碼及壓縮領(lǐng)域，尤其涉及參考圖像編碼技術(shù)。

背景技術(shù)

視頻編解碼技術(shù)在具備數(shù)字視頻能力的裝置中存在廣泛應(yīng)用，比如數(shù)字電視、數(shù)字直播系統(tǒng)、無線廣播系統(tǒng)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、膝上型或桌上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、電子書閱讀器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字記錄裝置、數(shù)字媒體播放器、視頻游戲裝置、視頻游戲控制臺(tái)、蜂窩式或衛(wèi)星無線電電話、視頻會(huì)議裝置、視頻流裝置等等。常見的視頻編解碼技術(shù)有由MPEG-2、MPEG-4、ITU-TH.263、ITU-TH.264/MPEG-4第10部分高級(jí)視頻編解碼(AVC)、ITU-TH.265高效率視頻編解碼(HEVC)標(biāo)準(zhǔn)定義的標(biāo)準(zhǔn)和所述標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展部分中所描述的那些視頻壓縮技術(shù)，從而更高效地發(fā)射及接收數(shù)字視頻信息。通過實(shí)施視頻編解碼技術(shù)來更高效地發(fā)射、接收、編碼、解碼和/或存儲(chǔ)數(shù)字視頻信息。

在視頻編解碼領(lǐng)域中，幀的概念是指一副完整的圖像，由一幀一幀的圖像按照一定的次序和幀速率組成視頻格式后即可播放。由于視頻序列相鄰圖像之間存在很大的時(shí)間相關(guān)性，可將圖像序列的每幀圖像分成若干互不重疊的圖像塊，并認(rèn)為編碼塊內(nèi)所有像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)矢量都相同，以圖像塊為單位分配運(yùn)動(dòng)矢量。在對(duì)當(dāng)前編碼圖像中的當(dāng)前編碼塊進(jìn)行幀間預(yù)測時(shí)，將已重建的編碼圖像作為參考圖像，對(duì)當(dāng)前編碼塊在參考圖像中一定搜索區(qū)域內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)搜索，找到與當(dāng)前編碼塊滿足匹配準(zhǔn)則的塊，即為匹配塊。當(dāng)前編碼塊與參考圖像中匹配塊之間空間位置相對(duì)偏移量即為運(yùn)動(dòng)矢量(Motion Vector,MV)，得到運(yùn)動(dòng)矢量的過程被稱為運(yùn)動(dòng)估計(jì)(Motion Estimation,ME)。對(duì)視頻進(jìn)行壓縮編碼時(shí)，將參考圖像信息、運(yùn)動(dòng)矢量信息以及殘差值進(jìn)行編碼后發(fā)送到解碼端，所述殘差值指匹配塊重建像素值與當(dāng)前塊原始像素值之間的差異。解碼端從已解碼的參考圖像中找到運(yùn)動(dòng)矢量所指向位置的塊，和殘差值相加后恢復(fù)出當(dāng)前塊。利用運(yùn)動(dòng)估計(jì)可去除視頻序列的幀間冗余，使視頻傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)大為減少。

景物之間相互遮擋、新內(nèi)容的進(jìn)入、場景變化以及相機(jī)移動(dòng)等問題可能導(dǎo)致當(dāng)前塊在其鄰近圖像中無法找到匹配塊，因此引入了多參考圖像碼技術(shù)，對(duì)編碼性能的提升有很大影響。如圖1所示，當(dāng)前編碼圖像中的當(dāng)前編碼塊可以在當(dāng)前圖像之前已編碼的k個(gè)參考圖像中分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)搜索找到匹配塊。

在AVC、HEVC等視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中，均規(guī)定有兩種類型的參考圖像：短期參考圖像和長期參考圖像。短期參考圖像一般是指距離當(dāng)前圖像相對(duì)較近的已重建的編碼圖像，短期參考圖像中存在與當(dāng)前圖像中相似的景物；長期參考圖像一般是指距離當(dāng)前圖像相對(duì)較遠(yuǎn)的已重建的編碼圖像。使用參考圖像列表管理參考圖像，當(dāng)前編碼塊在尋找其匹配塊時(shí)，從參考圖像列表中的第一個(gè)參考圖像開始，在一定搜索區(qū)域內(nèi)找到匹配誤差最小的運(yùn)動(dòng)矢量，再繼續(xù)在下一個(gè)參 考圖像中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)搜索，直到完成使用參考圖像列表中所有參考圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)搜索之后，確定其最佳的運(yùn)動(dòng)矢量及所使用的參考圖像，一般情況下，匹配誤差最小的運(yùn)動(dòng)矢量認(rèn)為是最佳的運(yùn)動(dòng)矢量。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，一段完整的視頻碼流為一個(gè)CVS(Coded Video Sequence)，一個(gè)CVS以一個(gè)隨機(jī)訪問點(diǎn)(Random Access Point)圖像開始，隨機(jī)訪問點(diǎn)圖像為幀內(nèi)編碼圖像，所述幀內(nèi)編碼圖像即圖像中所有分塊均使用幀內(nèi)預(yù)測進(jìn)行編碼，隨機(jī)訪問點(diǎn)圖像出現(xiàn)的周期由編碼端設(shè)定。在編碼生成一個(gè)CVS或解碼處理一個(gè)CVS時(shí)，會(huì)初始化并維護(hù)一個(gè)DPB(Decoded Picture Buffer)用來存放已重建編碼圖像，這些重建圖像可以作為短期參考圖像和長期參考圖像，用于預(yù)測編碼當(dāng)前編碼圖像和后續(xù)編碼圖像。其中，短期參考幀的更新操作通?；诨皺C(jī)制，來控制加入新的重建圖像和移除過時(shí)的重建圖像；長期參考幀則可在一段較長的時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)在DPB中。在編碼/解碼過程中遇到隨機(jī)訪問點(diǎn)圖像時(shí)，會(huì)清空DPB，以保證隨機(jī)訪問點(diǎn)之后的圖像不能參考隨機(jī)訪問點(diǎn)之前的圖像。

現(xiàn)有的視頻編碼方案中存在一種長期參考機(jī)制，將重要的編碼圖像長期存儲(chǔ)在DPB中，供后續(xù)多個(gè)編碼圖像作為長期參考圖像進(jìn)行幀間預(yù)測編碼操作。通常情況下，參考圖像質(zhì)量越高，幀間預(yù)測編碼效率越高。特別的，在監(jiān)控視頻編碼等應(yīng)用中，因?yàn)橐曨l內(nèi)容的背景區(qū)域長時(shí)間保持不變，通常使用背景圖像作為長期參考圖像。背景圖像可以使用時(shí)域均值濾波、高斯建模等方式構(gòu)造得到，也可以從采集視頻圖像序列中基于運(yùn)動(dòng)能量最小等原則選取得到。因此長期圖像會(huì)用作后續(xù)多個(gè)圖像的參考，重要性高，所以應(yīng)盡可能進(jìn)行高質(zhì)量編碼，來提高整段視頻內(nèi)容的壓縮效率。