CN101204094A - 可缩放地编码和解码视频信号的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于可缩放地编码和解码视频信号的方法。在本发明的一个实施例中，可以从基本层导出增强层的诸如参考索引、运动矢量、模式等运动信息，并使用基于基本层的中值准则确定增强层中的图像块的参考索引。选择基本层中与图像块中最大数目的像素相对应的块的参考索引作为图像块的参考索引，以及如果基本层中一个以上的块具有相同数目的像素对应于图像块中的像素，则选择较近的参考索引。并选择与所选择的参考索引相关的基本层块的运动矢量作为图像块的运动矢量。

Description

可缩放地编码和解码视频信号的方法
技术领域
本发明一般涉及可缩放地编码和解码视频信号的方法，尤其涉及通过从基本层导出运动信息来编码和解码增强层的方法。
背景技术
将诸如电视(TV)信号所需的带宽等宽带宽分配给通过当前广泛使用的移动电话或笔记本式计算机或通过在未来将广泛使用的移动电视或手持式个人计算机(PC)以无线方式传送的数字视频信号是很困难的。因此，这类移动设备的视频压缩方案中所使用的准则需要具有更高的视频信号压缩效率。
另外，这类移动设备不可避免地具有不同的处理或呈现视频信号的固有能力。因此，必须预先不同地准备压缩图像以与这类能力相对应，这意味着必须为单个图像源提供在诸如每秒帧数、分辨率和每像素比特数等各种组合的参数方面具有各种图像质量的视频数据，从而不可避免地给内容提供者施加了沉重的负担。
因此，内容提供者为各个图像源准备具有高比特率的压缩视频数据，并且当移动终端请求视频数据时，执行将压缩图像解码并将解码的图像编码成适合请求图像的移动设备的视频处理能力的视频数据的过程，然后提供已编码的视频数据。然而，这类方案必须伴随着代码转换(解码+按比例缩放+编码)过程，因此在提供移动设备所请求的图像时发生微小的时间延迟。另外，代码转换过程根据各种编码目标还需要复杂的硬件设备和算法。
已提出了克服这些障碍的可缩放视频编解码器(SVC)。SVC是用于在编码视频信号时以最高图像质量编码视频信号，并且使得即使作为编码(从整个序列中间歇地选择的帧的序列)的结果生成的整个图像(帧)序列的仅一部分被解码时也在一定程度上确保图像质量的方案。
运动补偿时间滤波器(MCTF)方案是所提出的供可缩放视频编解码器使用的编码方案的一个例子。很有可能MCTF方案将被应用于诸如具有有限带宽的移动通信环境等传输环境，因此，MCTF方案需要高压缩效率，即，高编码效率，以减小每秒传输的比特数。
如上所述，即使作为可缩放方案的MCTF编码的图片序列的仅部分序列被接收和处理，也能在一定程度上确保图像质量。然而，如果比特率降低，则图像质量的恶化变严重。为了解决该问题，可以提供例如小屏幕等低比特率的单个子图片序列和/或每秒具有少量帧的图片序列。
子图片序列被称为基本层，而主图片序列被称为增强(或加强)层。然而，因为基本层和增强层是通过用不同的时间分辨率和不同的帧速率编码同一图像内容来获得的，多余信息(冗余)存在于两者的视频信号中。因此，为了提高增强层的编码效率，使用基本层的运动信息和/或纹理信息预测和编码增强层的视频信号。这一编码方法被指定为层间预测方法。
层间预测方法中使用的基本层的运动信息包括：指示包括参考块的图片(帧)的参考索引信息、指示与参考块的位移的运动矢量信息、相应块(置于基本层的帧中的与包括要编码的宏块的增强层的帧在时间上一致并且在该块根据增强层的屏幕大小与基本层的屏幕大小的比放大时具有覆盖该宏块的区域的块)的分区信息等。
图1示出一个从基本层导出例如分区信息、参考索引信息、运动矢量信息等增强层的宏块的运动信息的常规方法的实施例，在图1(a)中，示出一个从基本层中导出4×4子块b的参考索引和运动矢量的实施例。
首先，要编码的块的四个角像素C1至C4中的每一个的参考索引和运动矢量可以分别被设置成对应于各像素的基本层的块的参考索引和运动矢量。
然而，当基本层中不存在对应于各像素的块时，如在基本层中不存在时间上一致的帧的情形中，或当以内部模式编码对应于各角像素的块时，块b可以被设置成内部块。
如果对应于角像素的块不使用存在于参考图片列表List_0中的帧，存在于List_0中的帧以及指向List_0中的帧的运动矢量未被设置在块b中。这同样适用于List_1。
块b的参考索引rb(List_x)被设置成为相应的角像素确定的参考索引rci(List_x)的最小值，且块b的运动矢量mvb(List_x)被设置成具有设定参考索引rb(List_x)的角像素的运动矢量的平均值。
在图1(b)中，示出一个其中从4×4子块中导出8×8块B的运动信息的实施例。
在所有四个4×4子块均为内部块的情形中，8×8块B被设置成内部块。在其它情形中，8×8块B的参考索引信息和分区信息通过下列过程确定。
对于相应的4×4子块，参考图片列表List_0和List_1的参考索引被设置成相同的值。使用例如List_0进行说明，对List_1执行相同的操作。
在4×4子块使用List_0中的帧的情形中，未为8×8块B设置List_0的参考索引和运动矢量。
在其它情形中，8×8块B的参考索引rB(List_0)被计算成四个4×4子块的参考索引的最小值。具有所计算的参考索引rB(List_0)的4×4子块的平均运动矢量mvmean(List_0)被计算。另外，在4×4子块中，i)内部块、ii)未使用List_0的块、或iii)具有所计算的参考索引rB(List_0)以外的参考索引rb(List_0)的块中的每一个的参考索引和运动矢量分别被强制设置成所计算的参考索引rB(List_0)和所计算的运动矢量mvmean(List_0)。
其后，如下确定8×8块B的分区模式。如果两个相邻4×4子块的运动矢量相等，则这些子块被认为相等，并且随后被相互组合。在图1(b)中，如果子块b1和b2相等，b3和b4相等，分区模式被确定为BLK_8×4模式。此时，如果子块b1和b3也相等，则分区模式被确定为BLK_8×8模式。与此类似，如果子块b1和b3相等，b2和b4相等，分区模式被确定为BLK_4×8模式。在其它情形中，分区模式被确定为BLK_4×4模式。
然而，当增强层的屏幕大小与基本层的屏幕大小的比不是2的倍数(非二元的情形)，例如，当基本层的屏幕大小是增强层的屏幕大小的1/3、2/3等时，不易于从基本层中导出诸如参考索引信息、运动矢量信息或分区信息等运动信息，因此层间预测方法不能被充分地应用于增强层的可缩放编码。
发明的公开
因此，考虑到上述问题而作出了本发明，且本发明的一个目的在于提供一种将层间预测方法有效地应用于甚至是非二元情形以改善编码效率的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种从使得屏幕大小比具有不是2的倍数的值的基本层导出合适的运动信息的方法以及用于其的新准则。
根据本发明用于完成上述目的的一个方面，提供了一种编码视频信号的方法，包括：可缩放地编码视频信号并生成第一层的比特流，使用预定方法来编码所述视频信号以及生成第二层的比特流，其中从第二层导出第一层的运动信息，且使用基于第二层的中值准则确定第一层中的图像块的参考索引。
根据本发明的用于完成上述目的的另一个方面，提供了一种解码已编码的视频比特流的方法，包括：将已可缩放地编码并接收的第一层的比特流解码以及将已使用预定方法编码并接收的第二层的比特流解码，其中从第二层导出第一层的运动信息，且使用基于第二层的中值准则确定第一层中的图像块的参考索引。
根据本发明的一个实施例，可以选择第二层中对应于图像块中最大数目的像素的块的参考索引作为图像块的参考索引，如果相同的数量的像素对应于第二层中的两个以上块，则可以选择更接近的参考索引作为图像块的参考索引。如果第二层中对应于相同数目的像素的两个以上块的参考索引相等，则可以选择具有较小幅值的运动矢量。
根据本发明的另一个实施例，可以选择第二层中具有预定参考索引的块的运动矢量作为图像块的运动矢量，如果第二层中具有预定参考索引的块的数量为两个或两个以上，则可以从两个或两个以上块的运动矢量中选择具有更短长度的运动矢量。
根据本发明的另一个实施例，可以使用基于第二层的中值准则确定构成图像块并具有相同大小的两个或多个子块中的每一个的参考索引，并且可以使用基于每一子块的参考索引的中值准则来确定图像块的参考索引。如果选择了两个或多个不同的参考索引，则可以确定更接近的参考索引作为图像块的参考索引。
根据本发明的又一个实施例，可以以内部模式或层间(inter)模式从第二层中与子块对应的块任意地导出构成图像块的每一子块。可以只基于以层间模式导出的子块而非以内部模式导出的子块，从第二层中导出图像块的参考索引和运动矢量。
附图简要说明
被包括在此以提供本发明的进一步的理解的附图示出了本发明的较佳实施例并和说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是示出从基本层导出增强层的宏块的运动信息的常规方法的一个实施例的图；
图2是示出应用了根据本发明的可缩放编码视频信号的方法的视频信号编码装置的构成的图；
图3是示出根据本发明的从基本层中导出4×4子块的参考索引和运动矢量的方法的一个实施例的图；
图4是示出根据本发明的从基本层中导出8×8块的参考索引和运动矢量的方法的一个实施例的图；
图5是示出根据本发明的从基本层中导出8×8块的模式的方法的一个实施例的图；以及
图6是示出用于解码由图2的装置编码的比特流的装置的构成的图。
在不同的附图是由相同附图标号标记的本发明的特征、元素和方面表示根据一个或多个实施例的相同、等效或类似的特征、元素或方面。
实现本发明的方式
下面将详细参照附图说明本发明的诸实施例。
图2是示出应用了根据本发明的可缩放编码视频信号的方法的视频信号编码装置的构成的图。
图2的视频信号编码装置包括：增强层(EL)编码器100，用于使用例如运动补偿时间滤波器(MCTF)方案可缩放地编码宏块中的输入视频信号并生成合适的管理信息；纹理编码单元110，用于将各编码的宏块的数据转换成压缩比特流；运动编码单元120，用于使用预定方法将由EL编码器100获得的图像块的运动矢量编码成压缩比特流；基本层(BL)编码器140，用于使用例如MPEG1、2或4、或H.261或H.264等预定方法将输入视频信号编码并生成小屏幕的序列，例如原始大小的25％大小或非二元情形中的原始大小的33％的大小的图片的序列；以及多路复用器(muxer)130，用于以预定格式封装纹理编码单元110的输出数据、基本层(BL)编码器140的小屏幕序列和运动编码单元120的输出矢量数据，以预定传送格式多路复用所封装的格式数据，并以该传送格式输出数据。
EL编码器100执行从任意视频帧(或图片)中的宏块减去通过运动评估获得的参考块的预测操作，并能执行将宏块与参考块之间的图像差选择性地添加至参考块的更新操作。
EL编码器100能将输入视频帧序列分离成将具有图像差的帧以及剩余的帧(或选择性地添加了图像差的帧)，例如奇数帧和偶数帧，并能在几个时分层上执行预测操作和/或更新操作，例如直至对于单组图片(GOP)生成单个高频帧(通过预测操作生成的帧，‘H’帧)和单个低频帧(通过更新操作生成的帧，‘L’帧)的时分层。
EL编码器100执行将在先前的时分层处获得的输入视频帧或低频帧中的将具有图像差的帧划分成各具有预定大小的宏块，在先前及后续帧中或在其自己的帧中检测具有与每一划分的宏块的图像最相似的图像的块，生成预测的图像，并获得运动矢量的过程。EL编码器100对帧中的所有宏块执行上述过程，从而完成作为相应帧的预测图像的高频帧。
或者，EL编码器100能使用内部BL预测方法从基本层的帧中检测宏块的参考块。在此情形中，EL编码器100能在由BL编码器140生成的基本层的时间上一致的帧中检测以内部模式编码的相应块(该相应块置于基本层中与具有宏块的帧在时间上一致的帧中，并具有在该块被根据增强层与基本层的屏幕大小的比放大时覆盖当前宏块的区域)，从而生成预测的图像。
另外，如上所述，EL编码器100不仅能通过内部BL预测方法使用基本层的图像数据(纹理)来对增强层的宏块进行编码，还能基于基本层的相应块的模式、参考索引或运动矢量等运动信息来对增强层的宏块进行编码。
另外，EL编码器100在需要时对在先前的时分层处获得的输入视频帧或低频帧中的一个帧中的每一将被添加图像差的宏块执行用于通过基于宏块的一个区域的一部分或全部执行的预测操作将被编码成具有图像差的帧中的相应区域添加至宏块的更新操作。在此情形中，被更新的宏块的运动信息是从基本层中的相应块导出的，因此可以基于该运动信息来更新宏块。EL编码器100对帧中的所有宏块执行以上操作，从而完成相应帧的低频帧。
根据本发明的在预测过程和/或更新过程期间从基本层导出增强层宏块的诸如分区信息、参考索引信息或运动矢量信息等运动信息的方法被详细说明。
参照图3说明从基本层导出每一4×4子块的参考索引和运动矢量的方法的一个实施例。为了确定参考索引，使用了中值准则。
基本层中与增强层的4×4子块中的各像素相对应的块被确定。基本层中对应于最大数目的像素的块的参考索引被选择成增强层的4×4子块的参考索引。在此情形中，如果相同数目的像素对应于基本层的两个块，则较近的参考索引被选择。如果两个块的参考索引相等，则可选择具有较小幅值的运动矢量。
选择基本层中具有所选择的参考索引的块的运动矢量作为运动矢量。如果基本层中具有所选择的参考索引的块的数目为两个或多个，则可以从两个或多个块的运动矢量中选择具有较短长度的运动矢量。
参照图4说明了用于导出8×8块的参考索引和运动矢量的方法的一个实施例。类似地，中值准则也用于确定参考索引。
首先，如图4(a)中所示，四个4×4子块的参考索引和运动矢量是根据本发明的上述实施例获得的。可以从该四个4×4子块的参考索引和运动矢量中获得优选的参考索引和优选的运动向量。
作为另一种方法，可以从基本层中对应于8×8块的块的参考索引中选择优选参考索引而不是从首先获得了参考索引和运动矢量的4×4子块中选择8×8块的候选参考索引和候选运动矢量。与4×4子块的情形类似，可以从可使用的参考索引中选择最经常使用的参考索引。
例如，如图4(b)中所示，对于属于8×8块的每一像素，基本层中对应于该像素的块的参考索引被作为相应像素的参考索引连接，并且可以选择与最大数目的像素连接的参考索引作为8×8块的参考索引。
在此情形中，如果为8×8块选择两个或多个不同的参考索引，则较近的参考索引被确定为8×8块的参考索引。
同时，当从基本层导出8×8块的模式时，N×N内部子块模式和N×N层间子块模式共存于8×8块中。因此，在本发明中，如图5中所示，还可以导出由4×4内部模式、4×4层间模式和8×4层间模式组成的8×8块的模式。在此情形中，常规的方法可适用于这些块的组合。
如果导出并确定了8×8块的模式，则根据上述方法，只基于以层间模式导出的子块而非在8×8块中以内部模式导出的4×4子块来选择单个参考索引。
通过上述方法编码的数据流可以用有线或无线的方式传送至解码装置，或可以通过记录介质传送。解码装置根据如下所述的方法重建原始视频信号。
图6是用于解码由图2的装置编码的比特流的装置的框图。图6的解码装置包括：多路分解器(demuxer)200，用于将所接收的比特流分解成压缩运动矢量流和压缩宏块信息流；纹理解码单元210，用于将压缩宏块信息流重建成原始的解压缩流；运动解码单元220，用于将压缩运动矢量流重建成原始的解压缩流；增强层(EL)解码器230，用于使用例如MCTF对解压缩的宏块信息流和解压缩的运动矢量流执行逆变换并获取原始视频信号；以及基本层(BL)解码器240，用于使用例如MCTF、MPEG-4或H.264等预定方法解码基本层流。
EL解码器230对在先前的时间层处已被编码并输入的或被解码并生成的“L”帧中的宏块执行逆更新操作，以确定“H”帧中是否参考参考索引和运动矢量存在基于宏块的一个区域的一部分的全部或部分预测的并被编码成图像差的区域，并在需要时，从宏块的图像值中减去所确定的区域的图像差。EL解码器230对‘L’帧中的所有宏块执行上述操作，从而在相应时间层处完成该‘L’帧。
在此情形中，参考索引和运动矢量信息可以由运动矢量解码单元220提供，或者可以使用参照图3和4所述的方法，基于由BL解码器240提供的信息或数据从基本层导出。
另外，可以基于记录在宏块的报头中的分区信息来获取增强层宏块的各子块的形状以及各子块的运动矢量。或者，可以使用参照图5所述的方法从基本层导出宏块的各子块的形状以及各子块的模式和运动矢量。
另外，EL解码器230对在任意时间层处已被编码和输入的‘H’帧中的各宏块执行逆预测操作，以参考由运动矢量解码单元220提供的或从基本层导出的参考索引、分区信息和运动矢量确定在后续时间层处已通过逆更新操作生成的‘L’帧中的参考区域，并将该参考区域的图像值加至宏块的图像差。EL解码器230对‘H’帧中的所有宏块执行上述操作，从而在后续时间层处完成一‘L’帧。所完成的‘L’帧被逆更新，从而逆更新的‘L’帧和所完成的‘L’帧被交替地排列。
根据上述方法，编码的数据流被重建成一个完整的视频帧序列。特别地，当在使用例如MCTF方法的已述编码过程期间对单个GOP进行N次(N个时分层)预测操作和更新操作时，如果在MCTF解码过程期间执行N次逆更新操作和逆预测操作，则能获得与原始视频信号的图像质量相对应的图像质量。如果逆更新操作和逆预测操作被执行少于N次，则可能轻微破坏图像质量，但能获得具有较低比特率的视频帧序列。因此，解码装置被设计成以适合其所需的性能的程度执行逆更新操作和逆预测操作。
上述解码装置可以被安装在移动通信终端或用于再现记录介质的设备中。
因此，本发明能从基本层导出分区信息、参考索引信息或运动矢量信息，特别是能从使得增强层与基本层的屏幕大小的比成为不是2的倍数的值的基本层导出运动信息等，从而提高编码效率。
虽然已为了说明性目的而公开了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将了解可能有各种修改、添加和替换，而不背离在所附权利要求书中所公开的本发明的范围和精神。

Claims (16)

1.一种编码视频信号的方法，包括：
可缩放地编码视频信号并生成第一层的比特流；以及
使用预定方法来编码所述视频信号，并生成第二层的比特流，
其中所述第一层的运动信息从所述第二层导出，且所述第一层中的图像块的参考索引使用基于所述第二层的中值准则来确定。
2.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，所述第二层中与所述图像块中最大数目的像素相对应的块的参考索引被选择作为所述图像块的参考索引，以及如果有相同数目的像素对应于所述第二层中两个以上的块，则较近的参考索引被选择作为所述图像块的参考索引。
3.如权利要求2所述的编码方法，其特征在于，如果所述第二层中对应于相同数目的像素的两个以上的块的参考索引相等，具有较小幅值的运动矢量被选择。
4.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，所述第二层中具有所确定的参考索引的块的运动矢量被选择作为所述图像块的运动矢量，并且如果所述第二层中具有所确定的参考索引的块的数目为两个或以上，则两个或多个块的运动矢量当中长度较短的运动矢量被选择。
5.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，构成所述图像块并具有相同大小的两个或多个子块中的每一个的参考索引基于所述第二层使用所述中值准则来确定，并且所述图像块的参考索引是基于所述各子块中的每一个的参考索引使用所述中值准则来确定的。
6.如权利要求5所述的编码方法，其特征在于，如果两个或多个不同的参考索引被选择，则较近的参考索引被确定为所述图像块的参考索引。
7.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，构成所述图像块的每一子块是以内部模式或层间模式从所述第二层中与所述子块对应的块任意地导出的。
8.如权利要求7所述的编码方法，其特征在于，所述图像块的参考索引和运动矢量是仅基于以层间模式导出的子块而非以内部模式导出的子块来从所述第二层导出的。
9.一种将已编码视频比特流解码的方法，包括：
将已可缩放地编码并被接收的第一层的比特流解码；以及
将已使用预定方法编码并被接收的第二层的比特流解码，
其中所述第一层的运动信息从所述第二层导出，且所述第一层中的图像块的参考索引基于所述第二层使用中值准则来确定。
10.如权利要求9所述的解码方法，其特征在于，所述第二层中对应于所述图像块中最大数目的像素的块的参考索引被选择作为所述图像块的参考索引，并且如果有相同数目的像素对应于所述第二层中两个以上的块，则更接近的参考索引被选择作为所述图像块的参考索引。
11.如权利要求10所述的解码方法，其特征在于，如果所述第二层中对应于相同数目的像素的两个以上的块的参考索引相等，则具有较小幅值的运动矢量被选择。
12.如权利要求9所述的解码方法，其特征在于，所述第二层中具有所确定的参考索引的块的运动矢量被选择作为所述图像块的运动矢量，并且如果所述第二层中具有所确定的参考索引的块的数目为两个或以上，则两个或两个以上块的运动矢量当中长度较短的运动矢量被选择。
13.如权利要求9所述的解码方法，其特征在于，构成所述图像块并具有相同大小的两个或多个子块中的每一个的参考索引基于所述第二层使用中值准则来确定，并且所述图像块的参考索引是基于所述子块中的每一个的参考索引使用中值准则来确定的。
14.如权利要求13所述的解码方法，其特征在于，如果有两个或多个不同的参考索引被选择，则较近的参考索引被确定为所述图像块的参考索引。
15.如权利要求9所述的解码方法，其特征在于，构成所述图像块的每一子块是以内部模式或层间模式从所述第二层中与所述子块对应的块任意地导出的。
16.如权利要求15所述的解码方法，其特征在于，所述图像块的参考索引和运动矢量是仅基于以层间模式导出的子块而非以内部模式导出的子块来从所述第二层导出的。
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