CN101379830A - 用于视频宏块对的帧/场编码模式的推导 - Google Patents

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Abstract

本方法的特征在于，根据以下步骤对场/帧模式加以选择：确定与位于后续参考图像内的待编码宏块(21)的同位置宏块(22)相关联的运动矢量(23)，所述待编码宏块是为了在场或帧模式中进行选择而预先定义的；根据与所述运动矢量(23)相对应的参考图像之间的时间距离，以及根据当前图像，即根据预先定义的模式的场或帧，和从与所述运动矢量相对应的参考图像中选出的参考图像之间的时间距离，对所述运动矢量(23)进行缩放(24)；确定由归属于待编码宏块(21)的经缩放的运动矢量(24)所指定的、选定参考图像中的时间宏块(25)，并确定其编码模式；以及选择时间宏块(25)的场/帧编码模式，用于对当前宏块(21)进行编码。本发明的应用范围涉及利用比如MPEG4第10部分标准进行数据压缩。

Description

用于视频宏块对的帧/场编码模式的推导
技术领域
本发明涉及用于视频图像序列的图像块的编码方法。
背景技术
该领域为视频数据压缩领域。特别令人关注的是，由采用以缩写MBAFF(宏块自适应帧/场)更广为人知的宏块级自适应帧/场编码方案的块压缩得到的压缩图。相关标准包括比如MPEG4第4部分和MPEG4第10部分标准。
在编码器中实现“块匹配”类型运动估计，以便利用图像序列中图像的时间相关性。为了进行帧间模式编码，“块匹配”类型运动估计计算从当前块中予以扣除的预选块。由于标准所提出的编码参数的不同选择，如运动估计所用的图像块尺寸，参考图像或执行运动估计所要用到的图像，上述参考图像所用的上场、下场或帧等，之后需要根据诸如编码成本等准则来进行选择，从而用编码器需要进行大量的运动计算。就时间和处理能力而言，这些计算代价极高。运动估计器必需是编码器专用的，或者至少同标准提出的以及编码器所实现的多个选择兼容。
举例而言，就H264或MPEG4第10部分标准而言，对各种块尺寸(4 x 4、4 x 8、8 x 4、8 x 8、8 x 16、16 x 8、16 x 16)以及各参考图像计算运动矢量场。图1表示采用该标准的编码器对每行16像素的16行宏块的不同类型的划分方式。第一行对应于将16 x 16大小的宏块分别水平和垂直分割成两个大小为16 x 8和8 x 16的子宏块，以及水平垂直分割成四个8 x 8大小的子宏块。第二行对应于8 x 8大小的子宏块的、与上面相同的但级别较低的划分方式。
以下，术语图像指图像帧或场。将图像帧划分为两个以不同间隔显示的隔行场。在时间上的第一场，被称为上场或奇数场，出现在图像的各奇数行，而被称为下场或偶数场的第二场，出现在图像的各偶数行。这两个场构成一帧。
就利用宏块对进行编码或自适应帧/场编码或MBAFF编码而言，运动估计器为图像帧提供每宏块1个运动矢量，并为图像场提供每宏块2个运动矢量。图2示出了这种MBAFF编码的示例。
以1和2标识的16 x 16宏块属于垂直实线所示的第一上场，以3标识的16 x 16宏块属于垂直实线所示的下一上场。
以4和5标识的16 x 16宏块属于虚线所示的第一下场，以6标识的16 x 16宏块属于虚线所示的下一下场。
以7和8标识的、帧模式下的宏块对由两个16 x 16宏块构成，每一个16 x 16宏块属于隔行图像或帧，因而其自身由连续的上场行和下场行组成，宏块对的第一场以参考数字7标识，宏块对的随后场以参考数字8标识。
如果在帧模式下对以8标识的宏块对进行编码，关联的以9标识的运动矢量就指向表示以7标识的16 x 32宏块对的在前隔行图像。
以(1、4)、(2、5)或(3、6)标识的场模式下的宏块对是由含有上场行或奇数场行的上宏块以及含有下场行或偶数场行的下宏块构成的。如果在场模式下对宏块对(3，6)进行编码，则同上宏块相关联的运动矢量既可以指向上场或在前奇数场的宏块(以10标识的矢量)，或者可以指向下场或在前偶数场的宏块(以11标识的矢量)。同下宏块相关联的运动矢量既可以指向在前偶数对的宏块(以12标识的矢量)，或者可以指向在前奇数场的宏块(以13标识的矢量)。因此，针对参考图像、针对16 x 16、16 x 8和8 x 165个子宏块以及构成4个8 x 8子宏块的9个块，计算3个运动矢量。
图3示出了依照显示顺序或时间顺序的、编号为1至8的视频图像序列的一部分的示例。以0和4索引的图像，分别为I0帧内和P4预测参考图像，并设定了3个双向预测图像B1、B2、B3。
另外，对于符合H264或MPEG4第10部分标准的编码器而言，双向预测图像或B类图像的编码过程比P类预测图像的编码过程更加复杂。B类图像具有被称为第0列(list)和第1列的2列预测图像或参考图像，因而产生了更大的计算量，而P类图像只含有一列被称为第0列的预测图像或参考图像。此外，B类宏块的编码模式数量更多，包括诸如双向预测模式、直接模式等，因而增加了编码判决算法的复杂度。
因此，对于16 x 16大小的宏块而言，在多参考模式下，参考图像的数量使运动矢量的数量成倍增长。
由于在MBAFF模式下，编码模式判决是在宏块对级做出的而不是像MPEG2标准那样在宏块级做出的，而相关度是在各宏块级计算得到的，因而可能的组合以及结果计算负荷极高，其中编码模式判决可以与模式相关的编码开销和失真的度量为依据。
发明内容
本发明的一个目的在于克服上述缺陷。本发明的目的在于一种通过视频图像序列的图像块进行编码的方法，在宏块对级从若干帧内或帧间编码模式中选择编码模式，其中，宏块可以在场模式或帧模式下进行编码，这取决于宏块是分别同单个场相关还是同两个场相关，双向预测类型图像的宏块编码使用至少两个参考图像，其特征在于，根据以下步骤来选择场模式或帧模式：
-确定与位于下一参考图像内的待编码宏块(21)的同位置宏块(22)相关联的运动矢量(23)，所述待编码宏块是为了在场或帧模式中进行选择而预先定义的，
-根据与所述运动矢量(23)相对应的参考图像之间的时间距离，以及根据当前图像，即根据预先定义的模式的场或帧，和从与所述运动矢量相对应的参考图像中选出的参考图像之间的时间距离，对所述运动矢量(23)进行缩放(24)，
-确定由归属于待编码宏块(21)的经缩放的运动矢量(24)所指定的、选定参考图像中的时间宏块(25)，并确定其编码模式，即场或帧编码模式；
-选择时间宏块(25)的场或帧编码模式，用于对当前宏块(21)进行编码。
依照一特定实现，本方法的特征在于，与所述同位置宏块相关联的所述运动矢量是与位于划分的宏块左上角处的块相关联的运动矢量。
依照一特定实现，本方法的特征在于，与所述同位置宏块相关联的所述运动矢量是在确定编码模式和划分该宏块的过程中针对16 x 16大小的块计算得到的运动矢量。
依照一特定实现，本方法的特征在于，选定的参考图像是最接近于当前图像的在前参考图像或随后参考图像。
所述编码方法可以根据MPEG4第10部分标准的双向预测类型图像的编码方法来实现。
依照一特定实现，本方法的特征在于，第二参考图像是从与运动矢量相对应的参考图像中选出的，用于对所述运动矢量进行二次缩放，从而第二时间宏块是根据经二次缩放的运动矢量在所述第二参考图像中确定的；其特征在于，计算当前宏块和每一个时间宏块之间的帧间图像差异；其特征还在于，利用对编码模式选择而言，使用与具有最小帧间图像差异的时间宏块的场或帧编码模式相同的场或帧编码模式，对当前宏块进行编码。
依照一特定实现，本方法的特征在于，场或帧编码模式是在宏块对级选择的，从而所述编码模式选择是针对宏块对中的一个宏块进行的；其特征还在于，将选择的编码模式分配给宏块对的两个宏块。
依照一特定实现，本方法的特征在于，场或帧编码模式是在宏块对级选择的；其特征在于，所述编码模式选择是针对宏块对中的每一个宏块进行的；其特征还在于，在针对宏块所选择的模式不同的情况下，为宏块对保留的编码模式是与给出当前宏块对的宏块和相应时间宏块之间的最小帧间图像差异的宏块相对应的模式。
MBAFF提供了巨大的压缩增益。由于本发明的缘故，可以通过利用在参考图像中已得到的运算结果，以就实现而言合理的开销来利用这一功能。
帧或场编码模式(MBAFF)的预选是在属于双向预测类型图像(B切片)的每一个模块对级实现的。该预选使得可以在实现编码模式选择的宏块判决模块中极大程度地减少所要执行的运算量。
所提出的解决方案基于运动连续性的原理。该方案包括：不重新为双向预测编码图像宏块计算帧/场编码判决，而是恢复参考图像的I类型或P类型宏块的该判决，因而减小了实现B类型宏块自适应帧/场编码的复杂度。
附图说明
通过以下说明，其他具体特征以及优势将更加明显，说明是参考附图作为非限制性示例予以提供的，附图中：
-图1，模块及子宏块的划分，
-图2，MBAFF模式的示例，
-图3，I、P和B类图像序列，
-图4，直接时间模式的示例。
具体实施方式
双向预测图像的编码模式采用比如在题为“decoding process for Bslices”的文档ISO/IEC FCD 14496-10的第10段中描述的预测技术。双向预测图像的编码模式涉及帧内模式、直接模式、利用来自第0列和/或第1列的参考图像的双向预测模式、利用来自第0列或第1列中图像的第0列预测模式或第1列预测模式。可以为需要进行编码的宏块的每一个子宏块或图像块单独选择上述预测模式。
该第10段描述了属于B类图像的宏块的直接预测模式，使得无需发送运动信息。
举例而言，“直接空间”模式包括：利用相邻宏块的运动矢量，同时比如对这些相邻矢量进行中值滤波，来计算16 x 16预测值，即与16 x 16像素的宏块相关联的运动矢量。
在一项技术中，“直接时间”模式包括：使用与参考图像的第1列中的第一图像的同位置宏块相同的块结构。对于当前宏块中的各块，通过缩放相应同位置块的第0列运动矢量，获取第0列和第1列运动矢量，即分别在第0列参考图像和第1列参考图像中指示方向的运动矢量。
图4示出了利用时间直接模式选择双向预测当前图像B中以21标识的当前宏块的MBAFF编码模式的示例。以f0和f1标记的垂直虚线表示奇数场和偶数场，之内的垂直实线表示相应的帧图像。以下，将对该过程的各步骤予以说明：
当存在帧/场自适应模式的情况下，可以场模式或帧模式(还分别称为场模式和图像模式)就对B类图像的宏块进行编码。
在附图上，将存储在参考图像第1列中的第一参考图像中的同位置宏块，即在该图像中与当前图像的当前宏块相同位置处找到的宏块标识为22。运动矢量myCol归属于该同位置宏块，它可以确定第0列参考图像中的预测宏块，以23来标识。在图4的示例中，当前宏块进而同位置宏块是在帧模式下选择的。
以24标识的运动矢量mvL0是根据归属于同位置宏块的运动矢量23计算得到的。运动矢量mvL0涉及对同位置宏块的运动矢量进行缩放：
mvL0＝Dist Scale Factor*mvCol其中
Dist Scale Factor＝TDB/TDD，当前图像与参考图像之间的时间距离除以未来参考图像与过去参考图像之间的时间距离的商，my Col，与位于划分的宏块右上角的块相对应的同位置宏块的第一划分的运动矢量，在该标准中编号为0。
然后，将这个经缩放的mvL0运动矢量用于当前宏块，以确定第0列的过去参考图像中时间宏块25的位置。对与该时间宏块25的编码有关的帧/场编码信息加以恢复，以便由当前宏块所使用。
因此，这个想法包括：在沿运动方向的参考图像的宏块中寻找帧/场编码信息，从而无需重新计算该信息。直接时间预测过程可以恢复由直接时间运动矢量所指的宏块中的帧/场编码模式。
myCol运动矢量是与同位置宏块关联的运动矢量。如图1所示，实际上这个宏块被划分成若干个块，并且为按上述方式用归属于该划分的块的运动矢量对宏块进行编码保留一个划分。与宏块相关的myCol矢量被选择为与第0块(即宏块左上角的块)相关的矢量。此外，还能想到选择在相关运算(即同位置宏块的编码模式选择运算)过程中为16 x 16块计算的运动矢量作为与宏块关联的运动矢量。
如果已在帧内模式下对同位置宏块进行了编码，就根据帧内宏块的场或帧编码模式对当前宏块对进行编码。不执行时间直接预测过程。
如果编码器上的编码环符合H264标准，进而支持时间直接模式，则该编码环执行实现该算法所需的全部必要计算，该过程与时间直接编码部分地相似。
前述推理是考虑帧模式下的当前宏块而做出的。还可以想到以场模式下的当前宏块为出发点来考虑问题。实际上这是判断是否可以在场模式下对当前宏块有效地进行编码的初始假设。按照该初始假设，即考虑所用的第0列中的参考图像的场或帧和与选定假设相对应的(即当前宏块的帧或场模式下的)当前图像B中的场或帧之间的时间距离，对运动矢量mvL0进行缩放。
同样，根据假设，选择宏块对的上宏块作为当前宏块，并将为该宏块所选择的模式应用于宏块对的下宏块。然后，在给定的示例中，在宏块对的宏块级对场或帧编码模式进行判断。本发明的一个变形包括：在当前宏块对级进行推断，以选择场或帧编码模式。同位置宏块对给出了两个指向第0列参考图像的运动矢量，其中每个运动矢量对应于一个宏块。因而，存在与当前宏块对相对应的两个时间宏块。于是，可以采用以下场或帧编码模式的判决算法：
-如果两个时间宏块在相同的场或帧编码模式下进行编码，那么当前宏块对选用该模式。
-如果两个时间宏块在不同的场或帧编码模式下进行编码，那么选择具有最小帧间图像差异的宏块的模式。
本发明的一个变形包括：不使用第L0列参考图像中的时间宏块，而使用第L1列参考图像中的时间宏块。该宏块是被称为mvL1的时间预测矢量所指向的宏块，该矢量从当前宏块指向最接近于当前图像且属于参考图像的第1列的图像，通过对与同位置宏块关联的矢量进行缩放的方式而得到：mvL1＝(TDD-TDB)/TDD *mvCol。
另一变形包括：采用同位置宏块的帧/场编码模式，或使用在对同位置模块进行编码的过程中在编码环中计算得到的运动矢量之一所指向的宏块的编码模式。例如，可以选择为16 x 16同位置块的帧间模式计算的运动矢量(即场或帧矢量)所指向的宏块的编码模式。
还可以根据运动矢量mvL0指定的宏块以及运动矢量mvL1指定的宏块的编码模式，来决定当前宏块的场/帧编码模式。
另一种可能方案包括：考虑同位置宏块的编码模式和与第L0列参考图像中的同位置宏块关联的运动矢量23指定的宏块的编码模式。可以采用以下场或帧编码模式的判决算法：
-如果两个宏块是在相同的场或帧编码模式下进行编码的，那么当前宏块对选用该模式。
-如果两个宏块是在不同的场或帧编码模式下进行编码的，那么选择具有最小帧间图像差异的宏块的模式。
一个变形包括：基于直接时间预测过程，利用mvL1和mnL0向量的组合实现该过程。举例而言，可以根据mvL1运动矢量或mvL0运动矢量指向的区域来选择帧或场编码类型，即选择能够提供最小帧间图像差异(也称作残余)的帧或场编码类型。

Claims (8)

1.一种通过视频图像序列的图像块进行编码的方法，在宏块对级从若干帧内或帧间编码模式中选择编码模式，其中，宏块可以在场模式或帧模式下进行编码，这取决于宏块是分别同单个场相关还是同两个场相关，双向预测类型图像的宏块编码使用至少两个参考图像，所述方法的特征在于，根据以下步骤来选择场模式或帧模式：
-确定与位于下一参考图像内的待编码宏块(21)的同位置宏块(22)相关联的运动矢量(23)，所述待编码宏块是为了在场或帧模式中进行选择而预先定义的，
-根据与所述运动矢量(23)相对应的参考图像之间的时间距离，以及根据当前图像，即根据预先定义的模式的场或帧，和从与所述运动矢量相对应的参考图像中选出的参考图像之间的时间距离，对所述运动矢量(23)进行缩放(24)，
-确定由归属于待编码宏块(21)的经缩放的运动矢量(24)所指定的、选定参考图像中的时间宏块(25)，并确定其编码模式，即场或帧编码模式；
-选择时间宏块(25)的场或帧编码模式，用于对当前宏块(21)进行编码。
2.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于，与所述同位置宏块(22)相关联的所述运动矢量(23)是与位于划分的宏块左上角处的块相关联的运动矢量。
3.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于，与所述同位置宏块(22)相关联的所述运动矢量(23)是在确定编码模式和划分该宏块的过程中针对16x16大小的块计算得到的运动矢量。
4.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于，选定的参考图像是最接近于当前图像的在前参考图像或随后参考图像。
5.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于，所述编码方法以根据MPEG4第10部分标准的双向预测类型图像的编码方法来实现。
6.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于，第二参考图像是从与运动矢量相对应的参考图像中选出的，用于对所述运动矢量(23)进行二次缩放，第二时间宏块是根据经二次缩放的运动矢量在所述第二参考图像中确定的，计算当前宏块和每一个时间宏块之间的帧间图像差异，对编码模式选择而言，使用与具有最小帧间图像差异的时间宏块的场或帧编码模式相同的场或帧编码模式，对当前宏块进行编码。
7.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于，场或帧编码模式是在宏块对级选择的，所述编码模式选择是针对宏块对中的一个宏块进行的，以及将选择的编码模式分配给宏块对的两个宏块。
8.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于，场或帧编码模式是在宏块对级选择的，所述编码模式选择是针对宏块对中的每一个宏块进行的，当针对宏块所选择的模式不同时，为宏块对保留的编码模式是与给出当前宏块对的宏块和相应时间宏块之间的最小帧间图像差异的宏块相对应的模式。
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