CN1166211C - 根据有效参考运动矢量数对一运动矢量进行编码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

根据参考运动矢量对当前运动矢量进行编码。首先，计数有效参考运动矢量的数目。根据该数目，确定当前运动矢量的一预测值。这就是说，以代表该有效参考运动矢量的水平和垂直分量的中值的水平和垂直分量，或以有效参考运动矢量的水平和垂直分量的最先前的分量或0来确定该预测值，通过利用差分脉冲编码技术和可变长度编码方法根据此预测值对该当前运动矢量编码。

Description

根据有效参考运动矢量数对一运动矢量进行编码的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种对一运动矢量编码的方法和装置，而且，更具体地，涉及一种根据参考块的有效运动矢量数对一搜索块的一运动矢量编码的方法和装置。
背景技术
在诸如电视电话、电信会议和高清晰度电视***的数字电视***中，由于视频帧信号中的一视频行信号包含一序列被称为象素值的数字数据，需要大量的数字数据来定义每一视频帧信号。然而，由于传统传输信道的可用频率带宽有限，为了通过其传送大量的数字数据，就需要通过利用各种数据压缩技术来压缩或减少数据量，尤其是在如电视电话和电信会议***的低比特率视频信号编码器的情况下。
用于编码一低比特率编码***的视频信号的此类技术之一是面向目标的分析一合成编码技术，其中，一输入视频图象被分成若干目标且用于定义各目标的运动、轮廓和象素数据的三组参数通过不同的编码信道进行处理。
此种面向目标的编码方法之一是所谓的MPEG(运动图象专家组)阶段4(MPEG-4)，该方法被设计成用于提供或在诸如低比特率通信、交互多媒体(例如游戏、交互电视及此类)和监控的应用中的允许基于内容的相互作用、改进的编码效率和/全球可接入性的一声频-视频编码标准。(参见，例如，MPEG-4 Video Verification Model Version 2.0，国际标准组织，ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N1260，1996年3月)
根据数据MPEG-4，一输入视频图象被分成多个相应于用户能利用和操作的位流中的实体的视频目标平面(VOP)。一VOP能被称作一目标，并由围绕每一目标的其宽度和高度可被选作16象素(一宏块大小)的最小倍数的限界矩形表示，以便于该编码器在逐VOP的基础上，即在逐目标的基础上处理该输入视频图象。该VOP包括组成亮度分量(Y)和色度分量(Cr，Cb)的颜色信息及由例如二进制掩码表示的轮廓信息。
而且，在各种视频压缩技术中，所谓的混和编码技术是已知最有效的，它将时间的和空间的压缩技术与统计编码技术结合在一起。
大数混和编码技术利用一运动补偿DPCM(充分脉冲编码调制)、二维DCT(离散余强变换)、DCT系数的量化和VLC(可变长度编码)。运动补偿DPCM是一估计一目标在一当前帧与其先前帧之间的运动，并根据该目标的运动流预测当前帧以产生代表当前帧和其预测帧之间的差的差分信号的过程。
尤其是，在运动补偿DPCM中，根据估测当前和先前帧之间的运动从相应先前帧数据中预测出当前帧数据。此种预测的运动可根据表示先前和当前帧之间的象素的位移的二维运动矢量来被描述。
有两种估计一目标的象素位移的基本方法。一般地，它们可能分成两类：一类是逐块估算，而且一类是逐象素的方法。
在逐象素方法中，为每一个象素确定位移。此技术能使象素值的估算更准确，而且能够容易地处理目标的定标变化和非转换的运动，例如定标改变和旋转。然而，在逐象素方法中，由于在每一象素处确定一运动矢量，故将所有的运动矢量传送至接收器实际上是不可能的。
另一方面，利用逐块运动估算，当前帧被分成多个搜索块。为确定当前帧中的一搜索块的一运动矢量，在当前帧中的搜索块和包含于一先前帧内的一般较大的搜索区中的相等大小的多个参考块中的每一个之间执行相似性计算。利用一诸如平均绝对误差或均方误差的误差函数来执行当前帧中的搜索块和先当帧的搜索区中的一个参考块之间的相似性计算。通过定义，该运动矢量代表该搜索块和参考块之间的产生最小误差函数的位移。
参考图2，示出了用于根据一参考块的第一有效运动矢量来对一搜索块的运动矢量编码的传统装置的原理方框图。
有关当前帧中的每一搜索块的形状和结构(texture)的运动矢量信息被顺序输入存储器10、参考块选择器15和差值编码器17，其中有关一搜索块的运动矢量信息包括当前帧中的搜索块的位置数据和它的运动矢量，该运动矢量由其水平和垂直分量表示。存储器10通过利用其位置数据作为地址来存储该运动矢量。
参考块选择器15根据其位置数据来确定当前搜索块的参考搜索块并从存储器10检索该参考搜索块的运动矢量(参考运动矢量)，该参考搜索块具有与当前搜索块的预定的位置关系。例如，如在MPEG-4，Video Verification Model Version 7.0，ISO/IECJTC1/SC29/WG11，MPEG97/1642中所公开的，也如图1所示，在一形状模式中，位于当前搜索块的左、上方、右上的三个块可被确定为参考搜索块。另一方面，在一形状一结构组合模式中，根据每一形状和结构确定总共6个块。在形状模式情况中的3个参考运动矢量或在形状一结构组合模式情况中的6个参考运动矢量被作为当前搜索块的运动矢量(当前运动矢量)的参考运动矢量提供给预测值确定器16。响应于该参考运动矢量，预测值确定器16以例如图1所示的MVs1、MVs2、MVs3、MV1、MV2、MV3的一定的次序安排参考运动矢量，再将第一有效参考运动矢量，即首先检测出的有效参考运动矢量，确定为当前运动矢量的一预测值，再将其提供给差值编码器17，其中该有效参考运动矢量是其相应参考块包含一目标的一边界的运动矢量。
差值编码器17根据DPCM技术找出当前运动矢量和其预测值之差，再通过利用例如VLC技术对该差值编码。然后将此被编码的差值作为当前搜索块的编码的运动矢量传送给接收端的解码器。
通过根据一搜索块的运动矢量的预测值对该运动矢量编码，代表运动矢量的数据量就能被有效地减少，这是由于运动矢量和其预测值之差在大多数情况下通常小于该运动矢量本身。
然而，在某些情况下，例如，如果跟随在第一个参考运动矢量之后的有效参考运动矢量比该第一个参考运动矢量更类似于当前运动矢量，则根据上述的简单选择的传统预测值确定方法不能产生最佳的运动矢量的预测值，导致编码效率的下降。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种能够确定一运动矢量的最佳预测值从而改进该运动矢量的编码效率的方法和装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于根据多个参考运动矢量对当前运动矢量进行编码的方法，其中运动矢量代表在当前帧中的一搜索块和先前帧中的一参考块之间的位移，而每一运动矢量包括一水平和一垂直分量，该方法包括以下步骤：
(a)在形状模式中找出对于形状的有效参考运动矢量、或在形状一结构组合模式中找出形状和结构的有效参考运动矢量，其中所述有效参考运动矢量是其相应参考块包含一目标的边界的运动矢量；
(b)计数所述有效参考运动矢量，如果所述有效参考运动矢量的数目等于0，则产生第一选择信号；否则产生第二选择信号；
(c)确定在步骤(a)中找出的所述有效参考运动矢量中的当前运动矢量的一预测值，其中如果至少有一个对于形状的有效的参考运动矢量，则所述预测值首先从对于形状的所述有效参考运动矢量中选出；否则，在形状一结构组合模式的情况下，则从对于结构的所述有效参考运动矢量中选出；
(d)响应于步骤(b)中产生的所述第一选择信号，选择0值，或响应于步骤(b)中产生的所述第二选择信号，选择步骤(c)中确定的所述预测值，由此确定一最佳预测值；及
(e)对所述当前运动矢量的第一分量和步骤(d)中确定的所述最佳预测值的第一分量之间的差值，以及所述当前运动矢量的第二分量和步骤(d)中确定的所述最佳预测值的第二分量之间的差值进行编码，由此产生所述当前运动矢量的编码的数据。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于根据多个参考运动矢量对当前运动矢量进行编码的装置，其中运动矢量代表在当前帧中的一搜索块和先前帧中的一参考块之间的位移，而每一运动矢量包括一水平和一垂直分量，该装置包括：
装置，用于在形状模式中找到对于形状的有效参考运动矢量、或在形状一结构组合模式中找到对于形状和结构的有效参考运动矢量，基中所述有效参考运动矢量是其相应参考块包含一目标的一边界的运动矢量；
装置，用于计数所述有效参考运动矢量，如果所述有效参考运动矢量的数目等于0，则产生第一选择信号，否则产生第二选择信号；
装置，用于确定在所述找寻装置中找到的所述有效参考运动矢量中的当前运动矢量的一预测值，其中，如果至少有一个对于形状的有效参考运动矢量，则首先从对于形状的所述有效参考运动矢量中选出所述预测值，否则，在形状—结构组合模式的情况下，则从对于结构的所述有效参考运动矢量中选出所述预测值；
装置，用于响应于在所述计数装置处产生的所述第一选择信号，选择0值，或响应于在所述计数装置处产生的所述第二选择信号，选择在所述确定装置处确定的所述预测值，由此确定一最佳预测值；及
装置，用于对所述当前运动矢量的第一分量和在所述选择装置处确定的所述最佳预测值的第一分量之间的差值，以及所述当前运动矢量的第二分量和在所述选择装置处确定的所述最佳预测值的第二分量之间的差值进行编码，由此产生所述当前运动矢量的编码的数据。
附图说明
本发明的以上和其它目的和特征将通过对以下参考附图给出的优选实施例的描述而变得显然，其中：
图1给出对于形状和结构的参考运动矢量的示例性框图；
图2示出了用于通过将第一有效参考运动矢量选择作为当前运动矢量的一预测值而对一搜索块的一运动矢量进行编码的常规装置的框图；
及图3提供了根据本发明的用于对一搜索块的一运动矢量进行编码的装置100的方框图。
具体实施方式
参考图3，示出了根据本发明的用于对一搜索块的一运动矢量进行编码的装置100的方框图，其中一当前帧被分成多个同样大小的搜索块，而一先前帧被分成多个包含在一通常较大的搜索区中的同样大小的参考块。为确定一搜索块的一运动矢量，通过利用一误差函数，在当前帧的搜索块和相应于该搜索块的搜索区中的每一参考块之间执行一相似性计算。该运动矢量代表了当前帧中的搜索块和产生最小误差函数的先前帧的相应的搜索区内的参考块之间的位移。有关当前帧内的每一搜索块的形状和结构的运动矢量信息经线路L10被输入给存储器10、参考块选择器20和差值编码器90，其中该运动矢量信息代表一当前搜索块的位置数据及其运动矢量，该运动矢量由它的一水平和垂直分量表示。
存储器10通过利用其位置数据将每个搜索块的运动矢量存储于其中。
参考块选择器20根据其位置数据确定当前搜索块的参考搜索块，并从存储器10中检索该参考搜索块的运动矢量(参考运动矢量)。在本发明的一优选实施例中，以与上述MPEG-4检验模式7.0中相同的方法将位于该当前搜索块的左、上、右上方的三个搜索块选作为参考搜索块。在本发明的另一个例子中，另一组搜索块，例如，在该当前搜索块的左、上和左上方的一组搜索块，可被确定为参考搜索块。在任何情况中，最好将参考搜索块的数目设置为一奇数以方便对其运动矢量的中值筛选。
这些参考搜索块的运动矢量(每一运动矢量包括一水平和一垂直分量)被作为当前搜索块的运动矢量(当前运动矢量)的参考运动矢量提供至有效运动矢量确定器30。
在有效运动矢量确定器30，计数有效参考运动矢量，其中该有效参考运动矢量是其相应的参考块包含一目标的一边界的运动矢量。在一形状一结构组合模式中，对于形状和结构的有效参考运动矢量被一起计数。如果在形状模式中的对于形状的有效参考运动矢量数目或在形状一结构组合模式中对于形状和结构的有效参考运动矢量的组合数目等于0，则第一选择信号被提供给切换器80，而如果是其它情况，则将第二选择信号提供给其。同时首先将对于形状的有效参考运动矢量的数目提供至选择信号发生器60。如果没有对于形状的参考运动矢量是有效的并且在形状一结构组合模式的情况下，则将对于结构的有效参考运动矢量数提供至选择信号发生器60。
在此之下，参考运动矢量意指对于形状的参考运动矢量。然而，在形状一结构组合模式中，如果没有对于形状的参考运动矢量是有效的，则参考运动矢量意指对于结构的参考运动矢量。
同时，这些有效参考运动矢量经线路L20被提供至中值滤波器40和在先运动矢量选择器50。
中值滤波器40根据从有效运动矢量确定器30馈送的参考运动矢量，将一中值矢量确定为一预测值。例如，该中值矢量MW-MED的一水平和一垂直分量MV-MED-x和MV-MED-y被计算为：
MV-MED-x＝中值(MV1x，MV2x，...，MVNx)
MV-MED-y＝中值(MV1y，MV2y，...，MVNy)
其中MVix和MViy分别是第i个参考运动矢量的水平和垂直分量，i是1，2，...，N，N是参考运动矢量的总数。例如，如果N＝3，且MV1＝(-2，3)，MV2＝(1，5)及MV3＝(-1，7)，则MV-MED-x＝-1而MV-MED-y＝5。计算出的中值矢量的水平和垂直分量被送至选择器70。
同时，在先运动矢量选择器50以一预定的次序，例如，当前搜索块的左、上、右上方来安排这些有效参考运动矢量，并将第一有效参考运动矢量选为当前运动矢量的预测值，且将其提供至选择器70，该第一有效参考运动矢量是在这些有效参考运动矢量中首先被检测出的一有效参考运动矢量。
如果有效参考运动矢量数等于3，即所有参考运动矢量都有效，则选择信号发生器60向选择器70提供第一备选信号，而如果并非所有参考运动矢量都有效，则提供第二备选信号。
选择器70响应于从选择信号发生器60送来的第一备选信号而选择从中值滤波器40送来的预测值，或响应于从选择信号发生器60送来的第二备选信号而选择从在先运动矢量选择器50送来的预测值；并将一选择的预测值提供至切换器80。
切换器80响应于从有效运动矢量确定器30送来的第一选择信号而选择0值，或响应于从有效运动矢量确定器30送来的第二选择信号而选择从选择器送来的预测值；并将一选择的预测值作为最佳预测值提供至差值编码器90。
差值编码器90根据传统DPCM技术计算当前运动矢量的水平分量和最佳预测值的水平分量之差以及当前运动矢量的垂直分量和最佳预测值的垂直分量之差；并根据例如VLC技术，对这些差值编码。被编码的差值被传送到一发送器(未示出)用于其发送。
虽然参考具体实施例对本发明进行了描述，但对于本领域的熟练人员而言，显然可在不背离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的前提下作出各种变化和改动。

Claims (10)

1、一种用于根据多个参考运动矢量对当前运动矢量进行编码的方法，其中运动矢量代表在当前帧中的一搜索块和先前帧中的一参考块之间的位移，而每一运动矢量包括一水平和一垂直分量，该方法包括以下步骤：
(a)在形状模式中找出对于形状的有效参考运动矢量、或在形状一结构组合模式中找出形状和结构的有效参考运动矢量，其中所述有效参考运动矢量是其相应参考块包含一目标的边界的运动矢量；
(b)计数所述有效参考运动矢量，如果所述有效参考运动矢量的数目等于0，则产生第一选择信号；否则产生第二选择信号；
(c)确定在步骤(a)中找出的所述有效参考运动矢量中的当前运动矢量的一预测值，其中如果至少有一个对于形状的有效的参考运动矢量，则所述预测值首先从对于形状的所述有效参考运动矢量中选出；否则，在形状一结构组合模式的情况下，则从对于结构的所述有效参考运动矢量中选出；
(d)响应于步骤(b)中产生的所述第一选择信号，选择0值，或响应于步骤(b)中产生的所述第二选择信号，选择步骤(c)中确定的所述预测值，由此确定一最佳预测值；及
(e)对所述当前运动矢量的第一分量和步骤(d)中确定的所述最佳预测值的第一分量之间的差值，以及所述当前运动矢量的第二分量和步骤(d)中确定的所述最佳预测值的第二分量之间的差值进行编码，由此产生所述当前运动矢量的编码的数据。
2、根据权利要权利1的方法，其中所述确定步骤(c)包括：
(c1)在对于形状的所有参考运动矢量都是有效的情况下，确定所述具有一第一和一第二分量的预测值，所述预测值的第一分量代表对于形状的所述有效参考运动矢量的第一分量的中值，而所述预测值的第二分量表示对于形状的所述有效参考运动矢量的第二分量的中值；或者在并非对于形状的所有参考运动矢量都是有效的情况下，在以一预定的次序布置了对于形状的所述参考运动矢量之后，确定具有一第一和一第二分量的所述预测值，所述预测值的第一分量代表对于形状的所述有效参考运动矢量的第一分量中的最先前的分量，而所述预测值的第二分量表示对于形状的所述有效参考运动矢量的第二分量中的最先前的分量；
(c2)在没有对于形状的参考运动矢量是有效的情况下，在对于结构的所有所述参考运动矢量都是有效时，确定具有一第一和一第二分量的所述预测值，所述预测值的第一分量代表对于结构的所述有效参考运动矢量的第一分量的中值，而所述预测值的第二分量表示对于结构的所述有效参考运动矢量的第二分量的中值；或者在并非对于结构的所有所述参考运动矢量都是有效的情况下，在以所述预定的次序布置对于结构的所述参考运动矢量以后，确定具有一第一和一第二分量的所述预测值，所述预测值的第一分量代表对于结构的所述有效参考运动矢量的第一分量中的最先前的分量，而所述预测值的第二分量表示对于结构的所述有效参考运动矢量的第二分量中的最先前的分量；及
(c3)在没有对于形状和结构的所述参考运动矢量是有效的情况下，确定具有一第一和一第二分量的所述预测值，该所述预测值的第一分量有0值，而且该预测值的第二分量具有0值。
3、根据权利要求2的方法，其中所述步骤(c1)和(c2)包括步骤：按以下的次序安置所述的有效参考运动矢量：当前搜索块的左、上、右上方。
4、根据权利要求3方法，其中所述步骤(c1)和(c2)还包括步骤：在所述有效参考运动矢量数等于1的情况下，将所述有效参考运动矢量的第一和第二分量作为最先前的分量。
5、根据权利要求4的方法，其中所述编码步骤(e)是通过VLC技术执行的。
6、一种用于根据多个参考运动矢量对当前运动矢量进行编码的装置，其中运动矢量代表在当前帧中的一搜索块和先前帧中的一参考块之间的位移，而每一运动矢量包括一水平和一垂直分量，该装置包括：
找寻装置，用于在形状模式中找到对于形状的有效参考运动矢量、或在形状一结构组合模式中找到对于形状和结构的有效参考运动矢量，基中所述有效参考运动矢量是其相应参考块包含一目标的一边界的运动矢量；
计数装置，用于计数所述有效参考运动矢量，如果所述有效参考运动矢量的数目等于0，则产生第一选择信号，否则产生第二选择信号；
确定装置，用于确定在所述找寻装置中找到的所述有效参考运动矢量中的当前运动矢量的一预测值，其中，如果至少有一个对于形状的有效参考运动矢量，则首先从对于形状的所述有效参考运动矢量中选出所述预测值，否则，在形状一结构组合模式的情况下，则从对于结构的所述有效参考运动矢量中选出所述预测值；
选择装置，用于响应于在所述计数装置处产生的所述第一选择信号，选择0值，或响应于在所述计数装置处产生的所述第二选择信号，选择在所述确定装置处确定的所述预测值，由此确定一最佳预测值；及
编码装置，用于对所述当前运动矢量的第一分量和在所述选择装置处确定的所述最佳预测值的第一分量之间的差值，以及所述当前运动矢量的第二分量和在所述选择装置处确定的所述最佳预测值的第二分量之间的差值进行编码，由此产生所述当前运动矢量的编码的数据。
7、根据权利要求6的装置，其中所述确定装置，包括：
第一确定装置，用于在对于形状的所有参考运动矢量都是有效的情况下，确定所述具有一第一和一第二分量的预测值，所述预测值的第一分量代表对于形状的所述有效参考运动矢量的第一分量的中值，而所述预测值的第二分量表示对于形状的所述有效参考运动矢量的第二分量的中值；或者在并非对于形状的所有参考运动矢量都是有效的情况下，在以一预定的次序布置了对于形状的所述参考运动矢量之后，确定具有一第一和一第二分量的所述预测值，所述预测值的第一分量代表对于形状的所述有效参考运动矢量的第一分量中的最先前的分量，而所述预测值的第二分量表示对于形状的所述有效参考运动矢量的第二分量中的最先前的分量；
第二确定装置，用于在没有对于形状的参考运动矢量是有效的情况下，在对于结构的所有所述参考运动矢量都是有效时，确定具有一第一和一第二分量的所述预测值，所述预测值的第一分量代表对于结构的所述有效参考运动矢量的第一分量的中值，而所述预测值的第二分量表示对于结构的所述有效参考运动矢量的第二分量的中值；或者在并非对于结构的所有所述参考运动矢量都是有效的情况下，在以所述预定的次序布置对于结构的所述参考运动矢量以后，确定具有一第一和一第二分量的所述预测值，所述预测值的第一分量代表对于结构的所述有效参考运动矢量的第一分量中的最先前的分量，而所述预测值的第二分量表示对于结构的所述有效参考运动矢量的第二分量中的最先前的分量；及
第三确定装置，用于在没有对于形状和结构的所述参考运动矢量是有效的情况下，确定具有一第一和一第二分量的所述预测值，该所述预测值的第一分量有0值，而且该预测值的第二分量具有0值。
8、根据权利要求7的装置，其中所述第一和第二确定装置包括：装置，用于按以下的次序安置所述有效参考运动矢量：当前搜索块的左、上、右上方。
9、根据权利要求8的装置，其中所述第一和第二确定装置还包括：
装置，用于在所述有效参考运动矢量数等于1的情况下，将所述有效参考运动矢量的第一和第二分量作为最先前的分量。
10、根据权利要求9的装置，其中所述编码装置，是通过VLC技术执行的。
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