CN101248668A - 使用时间分层的特技播放 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种将视频内容编码成新的时间分层编码结构的方法和装置。在本发明的一个实施例中,在根据本发明的分层结构中定义多个子序列层。将图像组的子序列内的多个图像有选择地分配到相应子序列层。包括所述子序列层中最低层的、子序列层的任何顺序组合中包含的图像组产生在时间上基本上均匀间隔的图像组。还公开了用于解码时间分层视频内容的相关方法和装置。
Description
技术领域
本发明一般地涉及数字视频信号,尤其设计视频内容的编码和解码。
背景技术
视频内容常常被以压缩格式数字编码,以便使存储视频内容所需的存储量最小,并且使向内容观看者传送视频内容所需的带宽量最小。流行的视频压缩标准是已确立的MPEG-2格式和较新的JVT/H.264/MPEG AVC(下面称为“H.264”)格式。
与通过编码整个画面来压缩视频的MPEG-2相反,H.264通过压缩图像像素的宏块或者切片(slice)来压缩视频。特别地,H.264使用树结构的分级宏块分区。例如,16×16像素宏块可以被分成大小为16×8、8×16或8×8的宏块分区。8×8像素的宏块分区又称为子宏块。子宏块可以被进一步分成大小为8×4、4×8或4×4的子宏块分区。H.264编码器可以选择如何将宏块划分成分区和子宏块分区,以便最大化压缩效率和主观质量。使用的划分算法基于特定宏块的特性。
H.264的另一区别特征是,它提供补充增强信息(SEI)和视频可用性信息(VUI),它们是能***视频比特流中的额外信息,用来增强视频广泛目的的用途。SEI的示例包括子序列信息SEI消息、子序列层特性SEI消息和子序列特性SEI消息。
子序列信息SEI消息用于指示画面在包括子序列层和子序列的数据依存分层结构中的位置。子序列层包含子序列中的编码画面的子集,并且用非负整数编号。具有较大层号的层比起具有较小层号的层,是分层结构中的较高层。子序列是子序列层内的编码画面集合。一个画面只驻留在一个子序列中,并且子序列可以独立于任何不属于该子序列的画面编码。
尽管与其他视频压缩标准(如MPEG-2)相比,标准H.264分层结构允许更大的视频压缩,但预测方案复杂。例如,预测图像(P图像)实际上可能从双向图像(B图像)预测。因此,即使当正对H.264编码的视频比特流执行快进或快退特技模式时,也可能所有图像都需要被编码。因此,需要一种解决方案,允许使用低成本视频处理器执行快进或快退播放。
发明内容
根据本发明的实施例包括一种将视频内容编码成时间分层编码结构的方法和装置。可以在分层结构中定义多个子序列层。将图像组的子序列内的多个图像有选择地分配到相应子序列层。包括所述子序列层中最低层的、子序列层的任何顺序组合中包含的图像组产生在时间上基本上均匀间隔的图像组。
可以从分配给子序列层的所述多个图像中的至少一个来专门预测每个非内图像,该子序列层在所述分层结构中等于或低于包含所述每个非内图像的子序列层。内图像(I图像)可以专门分配给所述最低层的子序列层,并且可以在时间上基本上均匀间隔。可以将预测图像(P图像)分配到所述子序列层中的第二层,所述第二子序列层是所述分层结构中比所述最低子序列层高一级的子序列层。所述I图像和所述P图像可以形成在时间上基本均匀间隔的图像组。
可以选择双向图像的第一集合(BR图像),使得从在包括I图像和P图像的组中选择的图像专门预测所述BR图像。可以将所述BR图像分配到所述子序列层中的第三层,所述第三子序列层是所述分层结构中比所述第二子序列层高一级的子序列层。所述I图像、所述P图像和所述BR图像也可以形成在时间上基本均匀间隔的图像组。
可以选择双向图像的第二集合(BU图像)。可以从在包括I图像和P图像和BR图像的组中选择的图像专门预测所述BU图像。可以将所述BU图像分配到所述子序列层中的第四层。所述第四子序列层是所述分层结构中比所述第三子序列层高一级的子序列层。在所述第四子序列层中所述BU图像在时间上基本均匀间隔。可以在子序列信息(SEI)消息、子序列层特性SEI消息和/或视频可用性信息(VUI)消息中提供子序列层次结构信息。所述层次结构信息指示时间分层编码结构。
本发明还包括一种对时间分层视频内容解码的方法和装置。可以根据子序列层次结构信息解码子序列层中所选的子序列层。所述所选的子序列层可以是包括所述子序列层中最低层的、子序列层的顺序组合。所述子序列层次结构信息可以不允许从在所述分层结构中比包含图像的子序列层高的任何所述子序列层预测所述图像。可以处理所述有选择解码的子序列层,以实现从包括快进和快退的组中选择的至少一种特技播放模式。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例,其中:
图1绘出根据本发明实施例的、在分层结构中布置的多个子序列层的表;
图2绘出根据本发明实施例的视频编码方案的流程图;
图3绘出根据本发明替代实施例的分层结构中布置的多个子序列层的表;
图4绘出根据本发明实施例的视频编码***的高层次框图;
图5绘出根据本发明实施例的视频解码***的高层次框图;以及
图6分别绘出适用于图4的视频编码***和/或图5的视频解码***的视频编码器或视频解码器的实施例的高层次框图。
应当理解,附图是为了说明本发明概念的目的,并不一定是示出本发明的唯一可能配置。为了便于理解,只要有可能,使用相同的附图标记来指代附图中共有的相同元件。
具体实施方式
本发明通过提供一种使用编码图像的时间分层来支持视频解码器的特技播放的方法和装置,解决现有技术的不足。特别地,图像可以被编码成在层结构中定义的子序列层,使得以第一层0开始的、子序列层的任何顺序组合产生在时间上基本均匀间隔的一组图像。因此可以使用小于编码视频流中提供的子序列层的总数,获得高质量视频特技播放。相应地,可以最小化提供高质量视频特技播放所要求的视频处理量。
例如,在四子序列层方案中,可以解码和组合层0、1和2来以大约两倍于正常播放速度的速度提供高质量播放,而不要求解码层3。类似地,可以解码和组合层0和1来以大致4倍于正常播放速度的速度提供高质量播放,而层2和3可以保持编码。可以专门解码层0来以大致8倍于正常播放速度的速度提供高质量播放。通过重复或跳过在解码图像中选择的图像,可以获得其他播放速度。
在视频比特流中可以提供补充增强信息(SEI)和视频可用性信息(VUI)。SEI和VUI可以包括能被解码器用来优化视频比特流的解码的信息。例如,SEI和/或VUI可以向解码器指示编码视频比特流所用的时间分层编码结构。解码器可以处理SEI和/或VUI来选择对于特定快进或快退速度解码哪些子序列层。然而,使用的编码方案仍然符合期望的标准,如H.264。因此,未被编程来处理SEI和VUI的解码器可以忽略这些信息,并且以传统的方式解码视频比特流。
参照图1,示出了表100,它绘出多个子序列层104、106、108、110中包含的一组图像102。子序列层104、106、108、110以分层结构布置。例如,表100包括四个子序列层,举例来说,层0、层1、层2和层3。然而,本发明在这点上不受限制;表100可以包括多于或少于四个子序列层。例如,表100可以包括三个子序列层、五个子序列层、六个子序列层,或者任何其他数量的子序列层。
层0包含内编码的画面或切片(下面称为“I图像”)110,它们在图像组102中基本上在时间上均匀间隔。例如,图像号0、12和24可以被编码为层0上的I图像。如果启动8x快进或快退播放,则可以通过专门解码层0来实现这样的特技播放。因此,不需要解码层1、层2或层3来实现8x快进或快速播放,这最小化了所需的视频处理量。
举例来说,层1包含预测画面或切片(下面称为“P图像”)112。各P图像在时间上这样分布,即,当层0和层1被解码和组合成视频比特流时,层0和层1图像的组合在图像组102中基本上在时间上均匀间隔。例如,图像号4、8、16和20可以被编码为P图像。相应地,层0和层1的组合包含图像号1、4、8、12、16、20和24。
层1上的每个P图像112可以从层0上的I图像或层1上的另一P图像预测。相应地,仅需要解码层0和层1来显示层0和层1图像110、112。因此,如果启动4x快进或快退播放,则可以在不需要解码层2和层3的情况下实现这样的特技播放。
在图1中,层2包含参考双向图像(BR图像)114。BR图像114可以用来预测层3上的BU图像或者层2上的其他BR图像。在BR图像114中,可以将网络抽象层(NAL)中的nal_ref设置为非零值,以指示BR图像114可以用作解码其他图像的参考。BR图像在时间上这样分布,即,当层0、层1和层2被解码和组合成视频比特流时,这些层上的图像的组合在图像组102中基本上在时间上均匀间隔。例如,图像号2、6、10、14、18和22可以被编码为P图像。相应地,层0、层1和层2的组合包含图像号1、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22和24。
层2上的每个BR图像114可以从一个或两个其他图像预测。例如,每个BR图像可以从层0上的I图像110、层1上的P图像、层2上的另一BR图像114或者这些图像的任何对来预测。相应地,仅需要解码层0、层1和层2来显示层0、层1和层2图像110、112、114。因此,如果启动2x快进或快退播放,则可以在不需要解码层3的情况下实现这样的特技播放。
如图1所示,层3可以包含BU图像116,BU 图像116可以是否则就在其他层中包含和编码的任何图像。在一个布置中,BU图像116可以不用于其他图像的参考,尽管本发明在这一点上不受限制。在未用作其他图像的参考的任何BU 图像116中,可以将NAL头中的nal_ref_idc设置为0,以提供对此的指示。每个BU图像116可以从层0上的I图像110、层1上的P图像112、层2上的BR图像114、层3上的另一BU图像116或者这些图像的任何对来预测。对于正常速度前进或倒退播放,可以解码每个层104、106、108、110,即,层0、层1、层2和层3。
重要的是,除了2x、4x和8x快进和快退特技播放模式外,可以使用这里提供的子序列分层方案来实现其他快进和快退速度。例如,如果期望3x特技播放速度,则可以解码层0、层1和层2,并且在特技播放期间可以跳过这些层上包含的图像中所选的图像,以提供大于2x的播放速度。或者,可以而解码层0和层1而不解码层2和层3。可以重复层0和/或层1上所选的图像以提供小于4x的播放速度。可以用任何适合的方式来实现图像的跳过和/或重复,以获得期望的特技播放速度。
图2绘出根据本发明实施例的视频编码方案的流程图。图2的方法200在步骤205开始,其中接收视频流。在步骤210,选择第一组图像。前进到步骤215,该组图像中的第一图像被编码为I图像。在步骤220,选择第一图像之后的第一图像序列。继续到步骤225,编码所选的图像子序列中的每个图像,以产生时间分层编码结构,例如图1所示的结构。
参照判决框230和步骤235,如果未到达该图像组的结束,则选择下一图像子序列。重复步骤225和235,直到到达该图像组的结束为止。然后可以在与该图像组相关联的SEI和/或VUI消息中提供子序列层次结构信息,如步骤240所示。参照判决框245和步骤250,如果尚未道道视频流的结束,则选择下一组图像,并且重复该处理。否则,在步骤225退出该方法。
图3绘出根据本发明替代实施例的分层结构中布置的多个子序列层的表。在图3中示出了表300,它绘出能用于将图像组102编码到子序列层104、106、108、110的编码顺序的示例。图像组102被分解成子序列302,每个子序列包括I图像110或P图像112。对于每个子序列302,I图像110或P图像112可以是编码的第一个图像。I图像110被编码到层0,如图所示。P图像112然后被编码到层1。每个P图像312可以从I图像310或另一P图像312预测。此外,可以将参考I图像310或P图像312在时间上放置在被编码的P图像312之前或之后。然后每个子序列302中的BR图像114被编码到层2。接着,BU图像116被编码到层3。在一个配置中,BR图像114和BU图像116可以从同一子序列302内的其他图像专门预测。然而,本发明在这点上不受限制,并且BR图像114和BU图像116也可以从其他子序列302中的图像预测。
图4绘出根据本发明实施例的视频编码***的高层次框图。图4的视频编码***400例如包括数字信号处理器(DSP)405和数据储存器410。数据储存器410包括一个或多个数据存储设备。例如,数据存储设备可以是诸如硬盘驱动器(HDD)这样的磁存储介质、诸如数字视频盘(DVD)这样的光存储介质、诸如随机存取存储器(RAM)这样的电子存储介质、磁/光存储介质或者任何其他适合的存储设备。或者,数据储存器410可以包括存储设备的任何组合。数据储存器410用于存储可由DSP 405执行以实现视频编码的程序代码。
DSP 405包括适合处理数字视频信号的任何处理器。图4的DSP 405包括视频编码器415,其将输入视频比特流425编码成具有时间分层的编码视频比特流430。例如,在视频编码视频比特流430是H.264视频比特流的情况下,视频编码器415可以是实现这里所述的编码方法的H.264视频编码器。然而,本发明在这点上不受限制,并且可以使用任何其他适合的视频编码器。
图4的DSP 405还包括SEI/VUI消息生成器420。SEI/VUI消息生成器420生成之前所述的SEI和/或VUI消息,并且将这些消息发送给视频编码器415。视频编码器415将所生成的消息包括到编码视频比特流430中。可以在视频编码处理期间或者在编码了视频之后将这些消息***视频比特流430中。
图5绘出根据本发明实施例的视频解码***的高层次框图。图5的视频解码***500例如包括视频解码器505和数据储存器510。视频解码器505根据与编码视频比特流430相兼容的解码方案,有选择地将编码视频比特流430中包含的子序列层中的所选层解码。此外,视频解码器505处理SEI和/或VUI消息,以选择要解码哪些子序列层,例如,层0、层0和层1、层0、1和2等等。然后可以将解码的视频比特流发送给显示器515以供观看。
数据储存器510可以包括一个或多个数据存储设备。例如,数据存储设备可以是诸如硬盘驱动器(HDD)这样的磁存储介质、诸如数字视频盘(DVD)这样的光存储介质、诸如随机存取存储器(RAM)这样的电子存储介质、磁/光存储介质或者任何其他适合的存储设备。或者,数据储存器510可以包括存储设备的任何组合。数据储存器510用于存储可由视频解码器505执行以实现视频编码的程序代码。
图6分别绘出适用于图4的视频编码***400和图5的视频解码***500的视频编码器415或视频解码器505的实施例的高层次框图。图6的视频编码器/解码器600包括处理器610以及用于存储控制程序、算法等的存储器620。处理器610与传统支持电路630(如电源、时钟电路、高速缓存等)以及帮助执行存储器620中存储的软件例程的电路协作。同样,能够想到,这里作为软件处理讨论的一些处理步骤可以在硬件内实现,例如,与处理器610协作执行各种步骤的电路。视频编码器/解码器600还包含输入输出电路640,其组成与视频编码器/解码器600通信的各种相应功能元件之间的接口。
尽管将图6的视频编码器/解码器600绘出为被编程来执行根据本发明的各种控制功能的通用计算机,但本发明可以用硬件实现,例如,专用集成电路(ASIC)。同样,这里所描述的处理步骤意图被广义地解释为通过软件、硬件或者其组合等效地执行。
本发明还可以嵌入在计算机程序产品中,它包括所有允许实现这里所述方法的特征,并且当载入处理***中时能够执行这些方法。在当前上下文中,计算机程序、软件或软件应用意味着使***具有直接或者在下面操作之一或两者之后执行特定功能的信息处理能力的指令集的任何表示(以任何语言)、代码或符号:a)转换到另一语言、代码或符号;b)以不同的材料形式再现。
尽管上面是针对本发明的优选实施例,但在不背离本发明基本范围的前提下也可以设计本发明的其他和另外实施例。因此,本发明的范围由权利要求书确定。
Claims (28)
1.一种将视频内容编码成时间分层编码结构的方法,包括:
在分层结构中定义多个子序列层;
将图像组的子序列内的多个图像的每一个有选择地分配到所述子序列层中的相应子序列层,使得包括所述子序列层中最低层的、子序列层的任何顺序组合中包含的图像组产生在时间上基本上均匀间隔的图像组。
2.如权利要求1所述的方法,还包括:
从分配给子序列层的所述多个图像中的至少一个来专门预测每个非内图像,该子序列层在所述分层结构中等于或低于包含所述每个非内图像的子序列层。
3.如权利要求1所述的方法,还包括将内图像(I图像)专门分配给所述最低层的子序列层。
4.如权利要求3所述的方法,其中,所述I图像在时间上基本上均匀间隔。
5.如权利要求3所述的方法,还包括将预测图像(P图像)分配到所述子序列层中的第二层,所述第二子序列层是所述分层结构中比所述最低子序列层高一级的子序列层。
6.如权利要求5所述的方法,其中所述I图像和所述P图像形成在时间上基本均匀间隔的图像组。
7.如权利要求5所述的方法,还包括:
选择双向图像的第一集合(BR图像),所述BR图像是从在包括I图像和P图像的组中选择的图像专门预测的;
将所述BR图像分配到所述子序列层中的第三层,所述第三子序列层是所述分层结构中比所述第二子序列层高一级的子序列层。
8.如权利要求7所述的方法,其中,所述I图像、所述P图像和所述BR图像形成在时间上基本均匀间隔的图像组。
9.如权利要求7所述的方法,还包括:
选择双向图像的第二集合(BU图像),所述BU图像是从在包括I图像和P图像和BR图像的组中选择的图像专门预测的;
将所述BU图像分配到所述子序列层中的第四层,所述第四子序列层是所述分层结构中比所述第三子序列层高一级的子序列层。
10.如权利要求9所述的方法,其中,在所述第四子序列层中所述BU图像在时间上基本均匀间隔。
11.如权利要求1所述的方法,还包括在从包括子序列信息(SEI)消息、子序列层特性SEI消息和视频可用性信息(VUI)消息的组中选择的至少一个消息中提供子序列层次结构信息,所述层次结构信息指示时间分层编码结构。
12.一种时间分层的视频内容的解码方法,包括:
根据子序列层次结构信息解码子序列层中所选的子序列层,所述所选的子序列层是包括所述子序列层中最低层的、子序列层的顺序组合。
13.如权利要求12所述的方法,其中,所述子序列层次结构信息不允许从在所述分层结构中比包含图像的子序列层高的任何所述子序列层预测所述图像。
14.如权利要求12所述的方法,还包括处理所述有选择解码的子序列层,以实现从包括快进和快退的组中选择的至少一种特技播放模式。
15.一种包括处理器和存储器的视频编码器,用于将视频内容编码成时间分层编码结构,所述视频编码器适配来在分层结构中定义多个子序列层,并且将图像组的子序列内的多个图像的每一个有选择地分配到所述子序列层中的相应子序列层,使得包括所述子序列层中最低层的、子序列层的任何顺序组合中包含的图像组产生在时间上基本上均匀间隔的图像组。
16.如权利要求15所述的视频编码器,其中所述视频编码器从分配给子序列层的所述多个图像中的至少一个来专门预测每个非内图像,该子序列层在所述分层结构中等于或低于包含所述每个非内图像的子序列层。
17.如权利要求15所述的视频编码器,其中所述视频编码器将内图像(I图像)专门分配给所述最低层的子序列层。
18.如权利要求17所述的视频编码器,其中,所述I图像在时间上基本上均匀间隔。
19.如权利要求17所述的视频编码器,其中所述视频编码器将预测图像(P图像)分配到所述子序列层中的第二层,所述第二子序列层是所述分层结构中比所述最低子序列层高一级的子序列层。
20.如权利要求19所述的视频编码器,其中所述I图像和所述P图像形成在时间上基本均匀间隔的图像组。
21.如权利要求19所述的视频编码器,其中所述视频编码器选择双向图像的第一集合(BR图像),所述BR图像是从在包括I图像和P图像的组中选择的图像专门预测的,并且所述视频编码器将所述BR图像分配到所述子序列层中的第三层,所述第三子序列层是所述分层结构中比所述第二子序列层高一级的子序列层。
22.如权利要求21所述的视频编码器,其中所述I图像、所述P图像和所述BR图像形成在时间上基本均匀间隔的图像组。
23.如权利要求21所述的视频编码器,其中所述视频编码器选择双向图像的第二集合(BU图像),所述BU图像是从在包括I图像和P图像和BR图像的组中选择的图像专门预测的,并且所述视频编码器将所述BU图像分配到所述子序列层中的第四层,所述第四子序列层是所述分层结构中比所述第三子序列层高一级的子序列层。
24.如权利要求23所述的视频编码器,在所述第四子序列层中所述BU图像在时间上基本均匀间隔。
25.如权利要求15所述的视频编码器,包括消息生成器,其在从包括子序列信息(SEI)消息、子序列层特性SEI消息和视频可用性信息(VUI)消息的组中选择的至少一个消息中提供子序列层次结构信息,所述层次结构信息指示时间分层编码结构。
26.一种包括处理器和存储器的视频解码器,用于将时间分层的视频内容解码,所述视频解码器适配来根据子序列层次结构信息解码子序列层中所选的子序列层,所述所选的子序列层是包括所述子序列层中最低层的、子序列层的顺序组合。
27.如权利要求26所述的视频解码器,其中,所述子序列层次结构信息不允许从在所述分层结构中比包含图像的子序列层高的任何所述子序列层预测所述图像。
28.如权利要求26所述的视频解码器,其中,所述视频解码器处理所述有选择解码的子序列层,以实现从包括快进和快退的组中选择的至少一种特技播放模式。
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