CN1592421A - 活动图像编码装置和方法以及活动图像解码装置和方法 - Google Patents

活动图像编码装置和方法以及活动图像解码装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是，增加编码和解码中信息压缩的效率。本发明的活动图像编码装置(10)具有运动矢量预测部分，用于执行：根据针对检测与编码目标块相邻的相邻块的运动矢量而参考的相邻参考帧图像(703a、703b和703c)、针对检测目标块的运动矢量而参考的目标参考帧图像(702)以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像(701)之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像(702)对相邻块的运动矢量(751a、751b和751c)进行缩放来进行校正；并且，根据相邻块的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。

Description

活动图像编码装置和方法以及 活动图像解码装置和方法
技术领域
本发明涉及活动图像编码装置、活动图像解码装置、活动图像编码方法、活动图像解码方法、活动图像编码程序以及活动图像解码程序。
背景技术
传统的活动图像编码***的一个例子是根据H.264/AVC编码***的活动图像编码装置和活动图像解码装置(对照：ISO/IEC MPEG和ITU-VCEG的联合视频组(JVT)，“Editor’s Proposed Draft Text Modifications for Joint VideoSpecification(ITU-T Rec.H.264|ISO/IEC 14496-10 AVC)，Geneva修改草案37”)。这种***用于通过运动补偿帧间预测来减少存在于时间方向上的冗余，并且还通过正交变换减少留在空间方向上的冗余，由此，实现活动图像(输入视频信号)的信息压缩。
因为上述***中的运动补偿帧间预测(下文称作“INTER预测方式”)允许为检测运动矢量而准备多个参考帧图像，所以存在编码目标区域周围的事先被编码的区域的运动矢量是利用彼此各不相同的各自的参考帧图像而进行运动补偿的情况。
为了计算用于编码目标区域的被预测的运动矢量(不考虑哪个参考帧图像是用于为目标区域周围的事先被编码的区域的运动矢量的运动补偿)那些运动矢量的值都被比较，并且采用其中值作为用于编码目标区域的运动矢量估计。
发明内容
然而，在这种周围被编码的区域是利用与编码目标区域的参考帧图像不同的参考帧图像进行运动补偿的情况下，将其中值用作被预测的运动矢量会带来一个问题：由于参考帧的不同而使得被预测的运动矢量大大地不同于实际的运动矢量，而这个问题导致降低了编码中信息压缩的效率。与此同时，还引起另一个问题，解码中信息压缩的效率同时也降低了。
为了解决上述问题，实现了本发明，并且本发明的目的是，提供能够增加编码和解码中信息压缩的效率的活动图像编码装置、活动图像解码装置、活动图像编码方法、活动图像解码方法、活动图像编码程序以及活动图像解码程序。
按照本发明的活动图像编码装置是用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的作为编码目标的帧图像划分为多个目标区域，参照与作为编码目标的帧图像不同的多个帧图像检测用于相应目标区域的运动矢量，并且由此根据运动补偿执行编码的活动图像编码装置，该活动图像编码装置包括：运动矢量预测装置，用于执行：根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；并且，根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
按照本发明的活动图像编码方法是用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的作为编码目标的帧图像划分为多个目标区域，参照与作为编码目标的帧图像不同的多个帧图像检测用于相应目标区域的运动矢量，并且由此根据运动补偿执行编码的活动图像编码方法，该活动图像编码方法包括：运动矢量预测步骤，其中运动矢量预测装置执行：根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；并且，根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
按照本发明的活动图像编码程序是用于使计算机执行编码处理的活动图像编码程序，该编码处理用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的编码目标的帧图像划分为多个目标区域，参照与作为编码目标的帧图像不同的多个帧图像检测用于相应目标区域的运动矢量，并且由此根据运动补偿执行编码，其中使计算机实现运动矢量预测装置的功能，该运动矢量预测装置用于执行：根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；并且，根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
按照本发明的活动图像编码装置、活动图像编码方法和活动图像编码程序，运动矢量预测装置根据针对检测目标区域的运动矢量而参考的帧图像与作为编码目标的帧图像之间的时间差值对相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正，并且根据相邻区域的运动矢量对最佳预测运动矢量进行预测；因此，被预测的运动矢量是在考虑了运动的时间连续性而得以确定的，由此可以进一步减少目标区域的实际运动矢量与被预测的运动矢量之间的差值。
在本发明的活动图像编码装置中，更可取地，运动矢量预测装置根据相邻参考帧图像、目标参考帧图像和目标帧图像之间的时间关系或者根据其时间信息进行校正，以基于目标参考帧图像对相邻区域的各运动矢量进行缩放，并且根据相邻区域的被校正的运动矢量确定最佳预测运动矢量。按照这种方式，运动矢量预测装置根据针对检测目标区域的运动矢量而参考的帧图像与作为编码目标的帧图像之间的时间差值对相邻区域的各运动矢量进行缩放来进行校正，并且之后，根据相邻区域的被校正的运动矢量确定最佳预测运动矢量，由此可以进一步减少目标区域的实际运动矢量与被预测的运动矢量之间的差值。
在本发明的活动图像编码装置中，更可取地，运动矢量预测装置根据相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量，并且根据被确定为最佳预测运动矢量的相邻区域的运动矢量的相邻参考帧图像、目标参考帧图像以及目标帧图像之间的时间关系或者根据其时间信息进行校正，以基于目标参考帧图像对最佳预测运动矢量进行缩放。在这种情况下，运动矢量预测装置首先根据相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量，之后根据针对检测目标区域的运动矢量而参考的帧图像与作为编码目标的帧图像之间的时间差值对被确定的最佳预测运动矢量进行缩放来进行校正；因此，可以进一步减少目标区域的实际运动矢量与被预测的运动矢量之间的差值，并且还可以减少用于运动矢量预测的处理时间。
按照本发明的活动图像解码装置是用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的解码目标的帧图像划分为多个目标区域，并且利用被预测的运动矢量与参照与作为解码目标的帧图像不同的多个帧图像检测的相应目标区域的运动矢量之间的差值信息，以便根据运动补偿执行解码的活动图像解码装置，该活动图像解码装置包括：运动矢量预测装置，用于执行：根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；并且，根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
按照本发明的活动图像解码方法是用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的解码目标的帧图像划分为多个目标区域，并且利用被预测的运动矢量与参照与作为解码目标的帧图像不同的多个帧图像检测的相应目标区域的运动矢量之间的差值信息，以便根据运动补偿执行解码的活动图像解码方法，该活动图像解码方法包括：运动矢量预测步骤，其中运动矢量预测装置用于执行：根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；并且，根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
按照本发明的活动图像解码程序是用于使计算机执行解码处理的活动图像解码程序，该解码处理用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的解码目标的帧图像划分为多个目标区域，并且利用被预测的运动矢量与参照与作为解码目标的帧力像不同的多个帧图像检测的相应目标区域的运动矢量之间的差值信息，以便根据运动补偿执行解码，其中使计算机实现运动矢量预测装置的功能，该运动矢量预测装置用于执行：根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；并且，根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
按照本发明的活动图像解码装置、活动图像解码方法和活动图像解码程序，运动矢量预测装置根据针对检测目标区域的运动矢量而参考的帧图像与作为编码目标的帧图像之间的时间差值对相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正，并且根据相邻区域的运动矢量对最佳预测运动矢量进行预测；因此，被预测的运动矢量是在考虑了运动的时间连续性而得以确定的，由此可以进一步减少目标区域的实际运动矢量与被预测的运动矢量之间的差值。
在本发明的活动图像解码装置中，更可取地，运动矢量预测装置根据相邻参考帧图像、目标参考帧图像和目标帧图像之间的时间关系或者根据其时间信息进行校正，以基于目标参考帧图像对相邻区域的各运动矢量进行缩放，并且根据相邻区域的被校正的运动矢量确定最佳预测运动矢量。按照这种方式，运动矢量预测装置根据涉及用于检测目标区域的运动矢量的帧图像与作为编码目标的帧图像之间的时间差值对相邻区域的各运动矢量进行缩放来进行校正，并且之后，根据相邻区域的被校正的运动矢量确定最佳预测运动矢量，由此可以进一步减少目标区域的实际运动矢量与被预测的运动矢量之间的差值。
在本发明的活动图像解码装置中，更可取地，运动矢量预测装置根据相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量，并且根据被确定为最佳预测运动矢量的相邻区域的运动矢量的相邻参考帧图像、目标参考帧图像以及目标帧图像之间的时间关系或者根据其时间信息进行校正，以基于目标参考帧图像对最佳预测运动矢量进行缩放。在这种情况下，运动矢量预测装置根据相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量，之后根据针对检测目标区域的运动矢量而参考的帧图像与编码目标的帧图像之间的时间差值对被确定的最佳预测运动矢量进行缩放来进行校正；由此，可以进一步减少目标区域的实际运动矢量与被预测的运动矢量之间的差值，并且还可以减少用于运动矢量预测的处理时间。
附图说明
图1是按照本发明的实施例示出活动图像编码装置的例子的原理图。
图2是图1中所示运动检测部分的结构图。
图3是按照本发明的实施例示出活动图像解码装置的例子的原理图。
图4是图3中所示运动矢量还原部分的结构图。
图5是示意性地示出编码目标块和相邻块的示意图。
图6是按照第一实施例示出运动矢量预测部分的操作的流程图。
图7是示出在时域内编码目标块和相邻块的运动矢量的示意图。
图8是按照第二实施例示出运动矢量预测部分的操作的流程图。
图9是示出为运动矢量的预测而被划分的块的例子的示意图。
图10是按照本发明的实施例示出活动图像编码程序的示意图。
图11是按照本发明的实施例示出活动图像解码程序的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图描述按照本发明的实施例的活动图像编码装置和活动图像解码装置。这些附图中，相同的元件都用相同的参考标记表示，而不做重复的说明。
【第一实施例】
图1是按照本实施例示出活动图像编码装置的例子的原理图，并且图3是按照本实施例示出活动图像解码装置的例子的原理图。
(活动图像编码装置的结构)
首先将利用图1描述按照本发明的活动图像编码装置10。下面描述的活动图像编码装置10是根据H.264/AVC编码***的编码装置。
此处，作为活动图像信号被提供给活动图像编码装置10中的输入视频信号(活动图像信号)包括帧图像的时间序列(temporal series)。帧图像信号是指该输入视频信号中的帧图像单元的信号。作为编码目标的帧图像信号下面将称为“当前帧”。当前帧被划分为按照16像素×16行的正方形区域的宏块，并且下面的编码处理和解码处理将在宏块单元中执行。
H.264/AVC编码***中，为各个宏块准备了下述预测方式：多个“INTER预测方式”，用于参照多个时间上不同于帧图像信号的事先被编码的帧图像信号(参考帧图像信号)检测运动矢量，并且据此执行运动补偿帧间预测；以及多个“INTRA预测方式”，用于利用在相同的图像空间上被事先编码的邻近宏块的像素值执行空间预测。按照“INTER预测方式”，运动检测、运动预测和运动补偿过程中的每一个都是针对通过进一步将宏块分割为任意区域(例如8像素×16行)(下面将进行详细描述)的各个块来进行的。活动图像编码装置10被配置为，按照输入视频信号的局部特性，在宏块单元中的预测方式之间进行转换，并且执行有效的信息压缩。
活动图像编码装置10由如图1中所示的以下功能部件构成；输入部分101，运动检测器102，运动补偿器103，帧存储器104，空间预测器105，转换器(switch)106，减法器107，正交变换器108，量化器109，可变长度编码器110，去量化器111，反向正交变换器112以及加法器113。各个部件将在下面进行描述。
输入部分101是，用于从外部接收输入视频信号121作为活动图像，然后将其分解为帧图像信号，并且将帧图像信号122和123分别提供给减法器107和运动检测器102的部分。
帧存储器104是用于存储事先被编码的帧图像信号的部分。
运动检测器102是用于执行预测方式的选择和运动矢量的检测的部分。尤其是，在选择“INTER预测方式”的情况下，运动检测器102利用参考帧图像信号124执行搜索，以在预先被存储在帧存储器中的多个事先被编码的帧图像中的预定搜索范围内，搜索与当前帧中的图像信号模式(pattern)相类似的图像信号模式。然后，检测运动矢量，该运动矢量是两个图像信号模式之间的空间位移。运动检测器102向可变长度编码器110提供包含运动矢量差值、表示用于运动矢量的检测的参考帧图像信号的参考帧号(reference frame number)以及被选择的预测方式的信号125，其中该运动矢量差值是被检测的运动矢量和最佳预测运动矢量(运动矢量估计)之间的差值信息，所述最佳预测运动矢量是根据事先被编码的相邻块的运动矢量进行计算得到的。同时，运动检测器102向运动补偿器103提供包含被选择的预测方式、该运动矢量以及该参考帧号的信号126。
运动补偿器103使用由运动检测器102提供的运动矢量，以便参照由帧存储器104中的参考帧号表示的帧的被编码的图像信号(参考帧图像信号)生成每个块的预测的图像信号127，然后，将信号127提供给转换器106。
另一方面，在选择“INTRA预测方式”的情况下，运动检测器102将被选择的预测方式128提供给空间预测器105。在这种情况下，运动检测器102不会把作为有关时间运动信息的运动矢量差值和参考帧号提供给可变长度编码器110，因为空间预测是利用在相同的图像空间中事先被编码的邻近块的像素值来进行的。
接收到被选择的预测方式128之后，参照事先被编码的邻近块的图像信号(参考帧图像信号129)，空间预测器105生成预测的图像信号130，并且将信号130提供给转换器106。
转换器106按照从运动检测器102中接收的预测方式131选择预测的图像信号127或者预测的图像信号130，然后，将被选择的预测的图像信号132提供给减法器107。
接收到预测的图像信号132之后，减法器107生成帧图像信号122与预测的图像信号132之间的差值(预测残留信号133)，并将信号133提供给正交变换器108。
正交变换器108对由减法器107提供的预测残留信号133执行正交变换，以生成正交变换系数134，然后，将该系数134提供给量化器109。
接收到系数134之后，量化器109对由正交变换器108提供的正交变换系数134进行量化，以生成被量化的正交变换系数135，然后，将它们提供给可变长度编码器110和去量化器111。
然后，可变长度编码器110根据由量化器109传送的被量化的正交变换系数135，并根据传送自运动检测器102的预测方式、运动矢量差值以及参考帧号执行熵编码，以便将它们多路复用在压缩流136上，然后，将压缩流136传送到外部。
去量化器111对从量化器109发送来的被量化的正交变换系数135执行去量化，以生成正交变换系数137，然后，将系数137提供给反向正交变换器112。
然后，反向正交变换器112对从去量化器111发送来的正交变换系数137执行反向正交变换，以便生成预测残留信号138，然后，将信号138提供给加法器113。
加法器113将从反向正交变换器112发送来的预测残留信号138和从转换器106发送来的预测的图像信号132进行相加，以便生成帧图像信号139，然后，将信号139提供给帧存储器104。该帧图像信号139被存储在帧存储器104中，以用作随后进行的编码处理中的参考帧图像信号。由于被包括在参考帧图像信号中，所以有关运动矢量和参考帧号的信息也同时进行存储。
接着，参照图2详细描述活动图像编码装置10中的运动检测器102。图2是图1中的运动检测器的结构图。
运动检测器102由图2中所示的以下功能部件组成：预测方式确定器201、参考帧确定器202、运动矢量检测器203、运动矢量预测器(运动矢量预测装置)204以及运动矢量差值计算器205。
首先，根据输入帧图像信号123和参考帧图像信号124，预测方式确定器201确定“INTER预测方式”还是“INTRA预测方式”被用作编码方式，该编码方式用于作为编码目标的预定块，以便确定预测方式。当选择“INTRA预测方式”时，预测方式确定器201输出预测方式131，并且结束处理。当选择“INTER预测方式”时，预测方式确定器201输出预测方式131，并且同时向参考帧确定器202提供包含帧图像信号、参考帧图像信号以及预测方式的信号210。
根据输入帧图像信号、参考帧图像信号以及预测方式，参考帧确定器202确定参考帧，该参考帧用于作为编码目标的预定块的运动矢量的检测和预测，并且向运动矢量检测器203提供包含帧图像信号、参考帧图像信号、预测方式以及参考帧号的信号211。同时，参考帧确定器202向运动矢量预测器204提供信号212，该信号212包含参考帧图像信号、预测方式以及参考帧号。
根据输入帧图像信号、参考帧图像信号、预测方式以及参考帧号，运动矢量检测器203从以参考帧图像信号中的参考帧号表示的图像信号中搜索与当前帧中的图像信号模式相类似的图像信号模式。然后，运动矢量检测器203检测运动矢量，该运动矢量是两个图像信号模式之间的空间位移，并且向运动矢量差值计算器205提供信号213，该信号213包含运动矢量、预测方式以及参考帧号。它还输出信号126，该信号126包含将用于运动补偿的运动矢量、预测方式以及参考帧号。
利用被包含在参考帧图像信号中的与编码目标的预定块相邻的事先被编码的块的运动矢量和参考帧号，以及利用编码目标的预定块的预测方式和参考帧号，运动矢量预测器204计算作为编码目标的预定块的运动矢量估计。为了计算运动矢量估计，运动矢量预测器204根据针对检测作为编码目标的预定块(将在后面进行详细描述)的运动矢量而参考的帧图像(目标参考帧图像)，对与作为编码目标的预定块相邻的块的运动矢量进行缩放来进行校正。该缩放是根据针对检测相邻块的运动矢量而参考的帧图像(相邻参考帧图像)、目标参考帧图像以及作为编码目标(目标帧图像)的帧图像之间的时间关系而执行的。此处，相邻参考帧图像、目标参考帧图像以及目标帧图像之间的时间关系表示这些帧图像或者这些帧图像的时间信息之间相对的时间差值。运动矢量预测器204向运动矢量差值计算器205提供信号215，该信号215包含已计算的运动矢量估计、预测方式以及参考帧号。
运动矢量差值计算器205计算运动矢量差值，该运动矢量差值是通过从输入运动矢量中减去运动矢量估计而获得的值，并且输出信号125，该信号125包含将被执行可变长度编码的预测方式、参考帧号以及运动矢量差值。
(活动图像解码装置的结构)
下面利用图3描述按照本发明的活动图像解码装置30。下面所述的活动图像解码装置30如活动图像编码装置10一样，是根据H.264/AVC编码***的。
活动图像解码装置30具有把来自活动图像编码装置10的压缩流136用作输入信号以便将其解码为输入视频信号的功能。
活动图像解码装置30由图3所示的以下功能部件构成：可变长度解码器301、运动矢量还原部分302、运动补偿器303、帧存储器304、空间预测器305、转换器306、去量化器307、反向正交变换器308以及加法器309。各个部件将在下面进行描述。
可变长度解码器301接收压缩流136，然后检测表示各帧的头部的同步字，之后还原块单元中的预测方式和被量化的正交变换系数。在预测方式是“INTER预测方式”的情况下，它还执行运动矢量差值和参考帧号的解码。可变长度解码器301向运动矢量还原部分302提供信号321，该信号321包含已还原的预测方式、运动矢量差值以及参考帧号。可变长度解码器301将已还原的被量化的正交变换系数322提供给去量化器307。可变长度解码器301将已还原的预测方式326提供给转换器306和空间预测器305。
在预测方式是“INTER预测方式”的情况下，通过使用由可变长度解码器301传送的运动矢量差值和根据事先被解码的相邻块的运动矢量计算的运动矢量估计，运动矢量还原部分302还原运动矢量。然后，它向运动补偿器303提供信号323，该信号323包含已还原的运动矢量、预测方式以及参考帧号。
然后，根据运动矢量、预测方式以及参考帧号，运动补偿器303使用来自帧存储器304的参考帧信号324，以便生成预测的图像信号325，然后，将信号325提供给转换器306。帧存储器304存储事先被解码的帧图像信号。
在预测方式326是“INTRA预测方式”的情况下，空间预测器305参照事先被解码的邻近块的图像信号(参考帧图像信号327)，生成预测的图像信号328，然后，将信号328提供给转换器306。
然后，转换器306按照从可变长度解码器301发送来的预测方式326，选择预测的图像信号325或者预测的图像信号328，并且将被选择的那个作为预测的图像信号329提供给加法器309。
另一方面，去量化器307对从可变长度解码器301发送来的被量化的正交变换系数322进行去量化，以便还原正交变换系数330，并且将它们提供给反向正交变换器308。
反向正交变换器308执行对正交变换系数330的反向正交变换，以便还原预测残留信号331。
然后，加法器309将从转换器306发送来的预测的图像信号329和从反向正交变换器308发送来的预测残留信号331相加，以便还原帧图像信号332。
最后，帧图像信号332在预定的显示时间被输出到显示设备(未示出)上，以便再现输入视频信号(活动图像信号)121。
帧图像信号332被作为参考帧图像信号存储在帧存储器304中，以便将来用于随后的解码处理。此处，帧图像信号332具有与活动图像编码装置10中相同数量的帧图像信号139相同的值。由于包括在参考帧图像信号中，所以有关运动矢量和参考帧号的信息也同时进行存储。
下面将参照图4详细描述活动图像解码装置30中的运动矢量还原部分302。图4是图3中运动矢量还原部分的结构图。
首先，运动矢量预测器401提取与作为解码目标的预定块相邻的事先被解码的块的运动矢量和参考帧号，它们被包括在输入参考帧图像信号324中。然后，利用被包括在输入信号321中的解码目标的预定块的预测方式和参考帧号，运动矢量预测器401计算用于作为解码目标的预定块的运动矢量估计。为了计算运动矢量估计，根据针对检测解码目标的预定块的运动矢量(将在后面进行详细描述)的帧图像(目标参考帧图像)，运动矢量预测器对用于与作为解码目标的预定块相邻的块的运动矢量进行缩放来进行校正。该缩放是根据针对检测相邻块的运动矢量而参考的帧图像(相邻参考帧图像)、目标参考帧图像以及解码目标的帧图像(目标帧图像)之间的时间关系而执行的。此处，相邻参考帧图像、目标参考帧图像以及目标帧图像之间的时间关系表示这些帧图像之间相对的时间差值或者这些帧图像的时间信息。之后，运动矢量预测器401向运动矢量加法器402提供信号421，该信号421包含预测方式、参考帧号以及被计算的运动矢量估计。
运动矢量加法器402根据输入运动矢量估计、预测方式、运动矢量差值以及参考帧号，还原运动矢量。然后，运动矢量加法器402输出信号323，该信号323包含将被用于运动补偿的运动矢量、预测方式以及参考帧号。
(最佳预测运动矢量的计算)
现在，将更详细地进一步描述最佳预测运动矢量的计算，该计算在活动图像编码装置10的运动检测器102中和活动图像解码装置30的运动矢量还原部分302中执行。
活动图像编码装置10的运动检测器102中的运动矢量预测器204计算最佳预测运动矢量(运动矢量估计)，最佳预测运动矢量将被用于根据作为编码目标的块中所检测的运动矢量计算差值。最终被活动图像编码装置10作为压缩流136进行传送的信息是通过编码运动矢量差值获得的，其中该运动矢量差值是通过从运动矢量估计减去运动矢量得到的。因此，最佳预测运动矢量越接近实际运动矢量，编码的效率越高。
活动矢量解码装置30的运动矢量还原部分302中的运动矢量预测器401根据参考帧图像信号计算运动矢量估计。被计算的运动矢量估计被加到被传送的运动矢量差值上，以便用于还原运动矢量。因此，正如活动图像编码装置10中的情况，最佳预测运动矢量越接近实际运动矢量，解码的效率越高。
因为由运动矢量预测器204进行的运动矢量估计的计算是与由运动矢量预测器401进行的运动矢量估计的计算相类似的处理，所以下面只描述运动矢量预测器204的操作。
图5是示意性地示出作为编码目标的块和相邻块的示意图。图5中，在作为编码目标的块用E表示的情况下，块A表示包括在块E中最左上像素的紧左面的像素的块，块B表示包括在块E中最左上像素的紧上面的像素的块，以及块C表示包括仅在块E中最右上像素的紧上面并且是右面的像素的块。还有，块D表示包括在块E中最左上像素的紧上面并且是左面的像素的块。
首先，在块C位于该图像的外面的情况下，运动矢量预测器204假设，块C的运动矢量和参考帧号等于块D的。
在块B和块C都位于该图像的外面的情况下，假设块B和块C的运动矢量和参考帧号都等于块A的。
根据以上假设，运动矢量预测器204能够确保总是存在与作为编码目标的块E相邻的块A、块B和块C的运动矢量和参考帧号，然后，执行运动矢量估计的计算。
图6是示出由运动矢量预测器204计算运动矢量估计的操作的流程图。
首先，运动矢量预测器204参考，包括在参考帧图像信号中的，与作为编码目标的预定块(E)相邻的块(A、B和C)的运动矢量和参考帧图像号(步骤S01)。
然后，运动矢量预测器确定相邻块(A、B、C)的参考帧图像号中是否只有一个等于块(E)的参考帧图像号(步骤S02)。当相邻块(A、B、C)的参考帧图像号中只有一个等于块(E)的参考帧图像号时(步骤S02：是)，运动矢量预测器204确定具有与块(E)编号相等的参考帧图像号的块的运动矢量的值，作为用于块(E)的运动矢量估计(步骤S03)。当不是相邻块(A、B、C)的参考帧图像号中只有一个等于块(E)的参考帧图像号时(步骤S02：否)，该处理转到步骤S04。
随后，运动矢量预测器204确定各相邻块(A、B或C)是否是利用与用于块(E)的运动矢量检测的参考帧图像号相同的参考帧图像而进行补偿的一个运动(步骤S04)。当被这样检测的相邻块(A、B、C)的参考帧图像与用于块(E)的运动矢量检测的参考帧图像不相同时(步骤S04：否)，相邻块(A、B、C)的运动矢量的值都被缩放，以便满足与用于编码目标块(E)的参考帧相同的条件(步骤S05)。
这种缩放方法将根据图7进行描述。图7是示出在时域上编码目标块和相邻块的运动矢量的示意图。如图7中所示，根据从当前帧(目标帧图像)701(时间t0)到编码目标块(E)(目标参考帧图像)的参考帧702的时间距离(t0-te)，对与被检测的作为编码目标的预定块相邻的块(A、B、C)的运动矢量751a、751b和751c的长度进行修正。特别地，假如编码目标块(E)的参考帧702是时间te上的一个参考帧，相邻块A的运动矢量751a则具有分量(MVxA、MVyA)，并且其参考帧(相邻参考帧图像)703a是时间ta上的一个参考帧；根据编码目标块(E)的参考帧702而被缩放的运动矢量(MVxA′、MVyA′)是按照下面的公式(1)和(2)而被确定的。
MVxA′＝MVxA·(t0-te)/(t0-ta)      (1)
MVyA′＝MVyA·(t0-te)/(t0-ta)      (2)
在这种情况下，相邻块(A、B、C)不必是利用过去的参考帧图像进行运动补偿的，但可以是利用将来的((t0-ta)＜0)参考帧图像进行运动补偿的。
参见图6，另一方面当检测到的相邻块(A、B、C)的参考帧与用于检测块(E)的运动矢量的参考帧相同时(步骤S04：是)将块(A、B、C)的运动矢量的值看作已经被缩放，并且它们被原样使用(步骤S06)。
然后，确定对于所有相邻块(A、B、C)的运动矢量是否都已完成该缩放(步骤S07)。当不是所有相邻块(A、B、C)的运动矢量都已完成该缩放时(步骤S07：否)，重复从步骤S04开始的处理。
当所有相邻块(A、B、C)的运动矢量都已完成该缩放时(步骤S07：是)，根据相邻块(A、B、C)的运动矢量计算中值，以便确定最佳预测运动矢量(步骤S08)，其中相邻块(A、B、C)的运动矢量是根据用于编码目标块(E)的运动矢量检测的参考帧702进行缩放的。通过将三个相邻块(A、B、C)关于其每个X、Y分量的缩放的运动矢量(MVxA′、MVyA′)、(MVxB′、MVyB′)和(MVxC′、MVyC′)进行比较，并且采用分量之间的中间(第二最大)值作为运动矢量估计，计算该中值。例如，在(MVxA′、MVyA′)＝(3，-5)、(MVxB′、MVyB′)＝(-1，4)以及(MVxC′、MVyC′)＝(2，6)的情况下，运动矢量估计(PMVxE、PMVyE)被确定为包括x分量的中间(第二最大)值和y分量的中间(第二最大)值。
当编码目标块的运动矢量以这种方式利用相邻块的运动矢量的中值进行预测时，根据编码目标块和它周围的块之间的空间相关性，最佳预测运动矢量被认为是变得离编码目标块的实际运动矢量相对较近。这种方法称为中值预测。
下面描述使计算机实现上述活动图像编码装置10的功能的活动图像编码程序910和使计算机实现上述活动图像解码装置30的功能的活动图像解码程序930。图10和图11是分别示出活动图像编码程序910和活动图像解码程序930的结构的示意图。
如图10中所示，活动图像编码程序910具有用于总体控制处理的主模块911、输入模块912、运动检测模块913、运动补偿模块914、空间预测模块915、转换模块916、减法模块917、正交变换模块918、量化模块919、可变长度编码模块920、去量化模块921、反向正交变换模块922以及加法模块923。通过输入模块912、运动检测模块913、运动补偿模块914、空间预测模块915、转换模块916、减法模块917、正交变换模块918、量化模块919、可变长度编码模块920、去量化模块921、反向正交变换模块922以及加法模块923使得计算机实现的功能分别与前述输入部分101、运动检测器102、运动补偿器103、空间预测器105、转换器106、减法器107、正交变换器108、量化器109、可变长度编码器110、去量化器111、反向正交变换器112以及加法器113的功能大致相同。
如图11中所示，活动图像解码程序930具有用于总体控制处理的主模块931、可变长度解码模块932、运动矢量还原模块933、运动补偿模块934、空间预测模块935、转换模块936、去量化模块937、反向正交变换模块938以及加法模块939。通过可变长度解码模块932、运动矢量还原模块933、运动补偿模块934、空间预测模块935、转换模块936、去量化模块937、反向正交变换模块938以及加法模块939使得计算机实现的功能分别与前述可变长度解码器301、运动矢量还原部分302、运动补偿器303、空间预测器305、转换器306、去量化器307、反向正交变换器308以及加法器309的功能大致相同。
在上述第一实施例的活动图像编码装置10和活动图像解码装置30中，运动矢量预测器204和401根据针对检测目标块的运动矢量而参考的帧图像与作为编码目标的帧图像之间的时间差值，对各个相邻块的运动矢量进行缩放来进行校正，并且之后，根据已校正的相邻块的运动矢量预测最佳预测运动矢量；因此，最佳预测运动矢量是考虑到运动的时间连续性而被确定，借此，可以进一步减少目标块的实际运动矢量与最佳预测运动矢量之间的差值。
【第二实施例】
下面将描述本发明的第二实施例。因为本实施例中的活动图像编码装置和活动图像解码装置的基本结构与第一实施例中的活动图像编码装置和活动图像解码装置的结构大致相同，所以这些部件将用相同的参考标记表示，而不对其进行说明，并且下面将只描述与第一实施例的不同之处。
第二实施例中的活动图像编码装置和活动图像解码装置与第一实施例中的活动图像编码装置10和活动图像解码装置30之间的区别，在于与运动矢量估计的计算有关的部分。下面描述的是，区别于第一实施例的运动图像编码装置10的运动检测器102中和运动图像解码装置30的运动矢量还原部分302中所执行的被估计的运动矢量的计算。
因为由运动矢量预测器401进行的运动矢量估计的计算是与由运动矢量预测器204进行的运动矢量估计的计算相类似的处理，所以下面将只描述运动矢量预测器204的操作。
在本实施例中由运动矢量预测器204进行的运动矢量估计的计算中，运动矢量预测器204不执行用于根据目标参考帧对各相邻块的运动矢量进行预先缩放并根据该缩放之后的运动矢量确定最佳预测运动矢量的处理。而是运动矢量预测器204首先根据缩放之前各相邻块的运动矢量，确定将用于运动矢量的预测的最佳运动矢量，然后进行校正以根据目标参考帧对被确定运动矢量的被估计值进行缩放，从而获得运动矢量估计。图8是由本实施例中的运动矢量预测器204计算运动矢量估计的的操作的流程图。
首先，运动矢量预测器204参考包括在参考帧图像信号中的与作为编码目标的预定块(E)相邻的块(A、B和C)的运动矢量和参考帧图像号(步骤S201)。
然后，运动矢量预测器204确定相邻块(A、B、C)的参考帧号中是否只有一个等于块(E)的参考帧号(步骤S202)。当相邻块(A、B、C)的参考帧号中只有一个等于块(E)的参考帧号时(步骤S202：是)，具有相等参考帧号的相邻块的运动矢量的值被确定为块(E)的运动矢量估计(步骤S203)。当相邻块(A、B、C)的参考帧号中不是只有一个等于块(E)的参考帧号的情况时(步骤S202：否)，该处理被转到步骤S204。
随后，根据各个相邻块(A、B、C)的运动矢量，运动矢量预测器204选择一个最佳运动矢量作为运动矢量估计(步骤S204)，而不是根据用于检测编码目标块(E)的运动矢量的参考帧(目标参考帧图像)执行缩放。选择一个最佳运动矢量作为运动矢量估计的方法可以是，如实施例1中所述，用于关于每个X、Y分量从与编码目标块(E)相邻的块(A、B、C)的运动矢量中选择中值的方法。
运动矢量选择之后，确定被选作对于编码目标块(E)的运动矢量估计是最佳的x、y分量的各运动矢量是否是利用与用于检测块(E)的运动矢量的参考帧图像号相同的参考帧图像进行运动补偿的运动矢量(步骤S205)。当被选择的各运动矢量不都是利用与用于检测编码目标块(E)的运动矢量的参考帧图像相同的参考帧图像进行运动补偿的运动矢量时(步骤205：否)，该运动矢量的x或y分量的长度就被缩放，以便满足与用于编码目标块(E)的参考帧相同的条件(步骤S206)。该缩放方法是，如实施例1中所述，根据从当前帧(目标帧图像)到编码目标块的参考帧(目标参考帧图像)的时间距离，修改相邻块的被选择的运动矢量的长度，并且采用其x分量或者y分量作为运动矢量估计。
另一方面，当被选择的各运动矢量都是利用与用于检测编码目标块(E)的运动矢量的参考帧图像相同的参考帧图像进行运动补偿的运动矢量时(步骤205：是)，被选择的运动矢量的x分量或y分量被原样确定为运动矢量估计(步骤S207)。
在上述第二实施例的活动图像编码装置10和活动图像解码装置30中，运动矢量预测器204和401首先根据相邻块的运动矢量确定最佳预测运动矢量，之后进行校正，以便根据针对检测目标块的运动矢量而参考的帧图像与作为编码目标的帧图像之间的时间差值，对被确定的最佳预测运动矢量进行缩放，由此可以进一步减少目标区域的实际运动矢量与最佳预测运动矢量之间的差值，同时，还可以减少用于对运动矢量进行预测的处理时间。
在上述第一和第二实施例的活动图像编码装置10和活动图像解码装置30中，该中值是从缩放之前或缩放之后的相邻块的运动矢量中选择出的，并且被确定为运动矢量估计，但是这也可以按照下面描述的方式进行修改，以确定运动矢量估计。
即，第一实施例中，在缩放之后各个运动矢量的x分量都满足条件1：|MVxA′-MVxB′|＜|MVxB′-MVxC′|的情况下，确定PMVxE＝MVxA′。在不满足上述条件1的情况下，确定PMVxE＝MVxB′。同样，在缩放之后各个运动矢量的y分量都满足条件2：|MVyA′-MVyB′|＜|MVyB′-MVyC′|的情况下，确定PMVyE＝MVyA′。在不满足上述条件2的情况下，确定PMVyE＝MVyB′。在第二实施例中，在缩放之前各个运动矢量的x分量都满足条件1：|MVxA-MVxB|＜|MVxB-MVxC|的情况下，确定PMVxE＝MVxA。在不满足上述条件1的情况下，确定PMVxE＝MVxB。同样，在缩放之前各个运动矢量的y分量都满足条件2：|MVyA-MVyB|＜|MVyB-MVyC|的情况下，确定PMVyE＝MVyA。在不满足上述条件2的情况下，确定PMVyE＝MVyB。此后，对被确定的运动矢量估计进行缩放。
而且，运动矢量估计还可以通过下面所述的方法确定。即，按照作为编码目标的预定块的分割方法或类似的方法唯一确定将被用于运动矢量的估计的块的位置，并且总是选择该块的运动矢量。图9A和9B是示出用于预测运动矢量的被分割的块的例子的示意图。在图9A的例子中，在预测方式是一种将编码目标块E分割为两个16像素×8行的区域的方式的情况下，块B的运动矢量被确定为用于上部区域的运动矢量估计，而块A的运动矢量用于下部区域。在图9B的例子中，在预测方式是一种将块E分割为两个8像素×16行的区域的方式的情况下，块A的运动矢量被确定为用于左边区域的运动矢量估计，而块C的运动矢量用于右边区域。按照以上各种预测方式被选择用于分割区域的运动矢量的位置仅仅是例子，并且任何位置上的运动矢量都可能被确定为用于编码目标块的运动矢量估计。
上述第一和第二实施例中的活动图像编码装置10和活动图像解码装置30都是使用相邻块(A、B、C)的运动矢量确定编码目标块(E)的运动矢量估计，如图5中所示，但如某些场合所需要的，可能需要修改相邻块的数量及其相对于块(E)的位置。
在本发明的活动图像编码装置和活动图像解码装置中，如上所述，运动矢量预测装置根据针对检测目标区域的运动矢量而参考的帧图像与编码目标的帧图像之间的时间差值进行校正，以对相邻区域的运动矢量进行缩放，并且根据相邻区域的运动矢量，对最佳预测运动矢量进行预测；因此，被预测的运动矢量是考虑了运动的时间连续性而确定的，由此，可以进一步减少目标区域的实际运动矢量与被预测的运动矢量之间的差值。由此，本发明成功地提供了能够增加编码和解码中信息压缩的效率的活动图像编码装置和活动图像解码装置。

Claims (10)

1.一种活动图像编码装置，用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的作为编码目标的帧图像划分为多个目标区域，参照与作为编码目标的帧图像不同的多个帧图像检测用于相应目标区域的运动矢量，并且由此根据运动补偿执行编码，
该活动图像编码装置包括：
运动矢量预测装置，用于执行：
根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；以及
根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及
由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
2.按照权利要求1的活动图像编码装置，其中运动矢量预测装置根据相邻参考帧图像、目标参考帧图像和目标帧图像之间的时间关系或者根据其时间信息进行校正，以基于目标参考帧图像对相邻区域的各运动矢量进行缩放，并且根据相邻区域的被校正的运动矢量确定最佳预测运动矢量。
3.按照权利要求1的活动图像编码装置，其中运动矢量预测装置根据相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量，并且根据被确定为最佳预测运动矢量的相邻区域的运动矢量的相邻参考帧图像、目标参考帧图像以及目标帧图像之间的时间关系或者根据其时间信息进行校正，以基于目标参考帧图像对最佳预测运动矢量进行缩放。
4.一种活动图像解码装置，用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的作为解码目标的帧图像划分为多个目标区域，并且利用被预测的运动矢量与参照与作为解码目标的帧图像不同的多个帧图像检测的相应目标区域的运动矢量之间的差值信息，以便根据运动补偿执行解码，
该活动图像解码装置包括：
运动矢量预测装置，用于执行：
根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；以及
根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及
由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
5.按照权利要求4的活动图像解码装置，其中运动矢量预测装置根据相邻参考帧图像、目标参考帧图像和目标帧图像之间的时间关系或者根据其时间信息进行校正，以基于目标参考帧图像对相邻区域的各运动矢量进行缩放，并且根据相邻区域的被校正的运动矢量确定最佳预测运动矢量。
6.按照权利要求4的活动图像解码装置，其中运动矢量预测装置根据相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量，并且根据被确定为最佳预测运动矢量的相邻区域的运动矢量的相邻参考帧图像、目标参考帧图像以及目标帧图像之间的时间关系或者根据其时间信息进行校正，以基于目标参考帧图像对最佳预测运动矢量进行缩放。
7.一种活动图像编码方法，用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的作为编码目标的帧图像划分为多个目标区域，参照与作为编码目标的帧图像不同的多个帧图像检测用于相应目标区域的运动矢量，并且由此根据运动补偿执行编码，
该活动图像编码方法包括：
运动矢量预测步骤，其中运动矢量预测装置执行：
根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；以及
根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及
由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
8.一种活动图像解码方法，用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的作为解码目标的帧图像划分为多个目标区域，并且利用被预测的运动矢量与参照与作为解码目标的帧图像不同的多个帧图像检测的相应目标区域的运动矢量之间的差值信息，以便根据运动补偿执行解码，
该活动图像解码方法包括：
运动矢量预测步骤，其中运动矢量预测装置用于执行：
根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；以及
根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及
由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
9.一种活动图像编码程序，用于使计算机执行编码处理，该编码处理用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的作为编码目标的帧图像划分为多个目标区域，参照与作为编码目标的帧图像不同的多个帧图像检测用于相应目标区域的运动矢量，并且由此根据运动补偿执行编码，
其中使计算机实现运动矢量预测装置的功能，该运动矢量预测装置用于执行
根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；以及
根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及
由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
10.一种活动图像解码程序，用于使计算机执行解码处理，该解码处理用于将包括帧图像信号的时间序列的活动图像信号中的作为解码目标的帧图像划分为多个目标区域，并且利用被预测的运动矢量与参照与作为解码目标的帧图像不同的多个帧图像检测的相应目标区域的运动矢量之间的差值信息，以便根据运动补偿执行解码，
其中使计算机实现运动矢量预测装置的功能，该运动矢量预测装置用于执行：
根据针对检测与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量而参考的相邻参考帧图像、针对检测目标区域的运动矢量而参考的目标参考帧图像以及作为编码目标的帧图像的目标帧图像之间的时间关系，或者根据其时间信息，基于目标参考帧图像对与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量进行缩放来进行校正；以及
根据与目标区域相邻的相邻区域的运动矢量确定最佳预测运动矢量；以及
由此预测校正之后的最佳预测运动矢量。
CNB200410076620XA 2003-05-07 2004-05-08 活动图像编码装置和方法以及活动图像解码装置和方法 Expired - Lifetime CN100336401C (zh)

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