CN1770867A - 选择性预测编码和解码方法及选择性预测编码和解码装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种选择性预测编码和解码方法以及选择性预测编码和解码装置。选择性预测编码装置选择并执行AC/DC预测编码方法和帧内预测编码方法中对应于来自AC/DC预测的编码量和AVC帧内编码量较小的一种方法，在比特流的首部中记录表示所选择编码方法的信息，并发送比特流到选择性预测解码装置。选择性预测解码装置通过使用对应于记录在首部中的信息的解码处理来解码发送的比特流。因此，通过使用选择性预测编码和解码方法有可能提高压缩比和图像质量。

Description

选择性预测编码和解码方法及选择性预测编码和解码装置
技术领域
本发明涉及编码和解码方法以及编码和解码装置，并尤其涉及能够提高视频编解码器性能的选择性预测编码和解码方法和选择性预测编码和解码装置。
背景技术
通常，一种视频编码方法能够分为执行诸如I帧的屏内编码方法的帧内编码方法和执行诸如P帧和B帧的屏间编码方法的帧间编码方法。传统的编码内部帧的预测编码方法将参照图1和2进行描述。
图1是表示用于传统的MPEG-4帧内编码方法的AC/DC预测的量化表的图。
图1所示的AC/DC预测用于提高帧内模式编码的宏块的压缩比。在基于AC/DC预测的MPEG-4中使用的帧内模式编码的一个例子中，参考块中当前块的位置参照参考块的AC/DC系数的方向确定，计算当前块的AC/DC预测值，并接着当前块通过使用一个熵(或霍夫曼)编码处理按照计算的AC/DC预测值编码。
当前块的DC系数100用该DC系数和其左侧或上边的块的多个DC系数之间的差编码。在第一行或列的值在DC预测中使用的方向上预测之后，AC系数110使用游程长度编码或霍夫曼编码进行编码。包含通过以宏块为单元执行DCT操作而获得的DCT系数的量化表在图1示出。这里，DC分量和AC分量彼此独立量化。但是，应当注意到，在帧内模式中DC分量和AC分量独立量化，但是在帧间模式中两种分量要同时量化。在量化表中，没有预定值存在，但是系数可以单独设置或可以具有一个固定值。量化的DCT系数中的DC系数和AC系数独立预测。当前块的DC系数和它的左侧或上边块的DC系数之间的差值通过使用熵编码进行编码。获得DC预测中确定的方向中的当前块的AC系数和参考块的第一行或列中的AC系数之间的差值，通过一个之字形扫描120排列在一行的当前块的AC分量之后，其它AC分量通过使用熵编码进行编码。但是，对本领域技术人员来说很显然可能不总是执行AC预测，并且可能存在不要求AC预测的块。
图2是表示传统的AVC(高级视频编码)帧内编码方法的AVC帧内预测的示意图。
图2所示的AVC帧内预测用于通过在四个方向210、220、230和240用一个单元宏块中的周围块的信息执行预测并选择一个诸如MSE(均方误差)的运动补偿误差(SAD：绝对差的和)最小的方向来提高宏块的编码效率。为了参考，AVC帧内预测对亮度使用4×4模式(九种模式-方向)和16×16模式(四种模式-方向)并对色度使用8×8模式(四种模式-方向)。
因为传统上认为AVC帧内预测的编码效率比AC/DC预测的编码效率高，因此只使用AVC帧内预测执行帧内编码。在一些宏块中，AC/DC预测可以通常提供比AVC帧内预测更大的压缩比，但是，还没有开发出利用并行的两种预测的有效的编码预测。此外，也还没有开发出通过有效地解码使用各种选择性编码方法编码的比特流的方法。
发明内容
为了通过组合相关技术的优点提高MPEG-4编解码器的性能而设计了本发明。本发明的一个目的是提供能够选择性使用MPEG-4编解码器的AC/DC预测编码方法和AVC编解码器的帧内预测编码方法的选择性预测编码方法和装置。也就是说，本发明的一个目的是提供能够根据压缩量，即对MPEG-4应用AVC帧内预测的比特率来选择性执行具有高压缩比的编码方法的方法和装置。
本发明的另一方面提供选择性预测编码和解码方法和选择性预测编码和解码装置，它们能够通过选择性使用MPEG-4编解码器的AC/DC预测编码方法和AVC编解码器的帧内预测编码方法并使用与它们对应的解码方法提高压缩比和MPEG-4编解码器的图像质量。
本发明的再另一个方面提供选择性预测编码和解码方法和选择性预测编码和解码装置，它们能够通过选择性使用编码方法中的帧内预测编码方法在不改变压缩比的条件下提高图像质量。
本发明的其它目的将从后面描述的示例实施例中变得明显。
按照本发明的一个方面，提供一种选择性预测编码方法，包括步骤：(a)对一个宏块执行AC/DC预测和AVC(高级视频编码)帧内预测并生成来自AC/DC预测的编码量和AVC帧内编码的量；(b)选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法之一，该方法对应于AC/DC编码量和AVC帧内编码量中较小的一个；和(c)对宏块执行所选择的预测编码方法，其中当选择AC/DC预测编码方法时，表示AC/DC预测编码方法的一个标记记录在标记字段中，当选择AVC帧内预测编码方法时，表示AVC帧内预测编码方法的一个标记记录在标记字段中。
可以检查宏块是否是预定的处理单元，并随后只有在宏块是预定的处理单元时才对该宏块执行步骤(a)到(c)。
在步骤(b)，当AC/DC编码量和AVC帧内编码量彼此相等时，可以按照预定的标准选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法之一。
标记字段可以包含在比特流的MB-层首部中。
按照本发明的另一方面，提供一种选择性预测编码装置，包括：AC/DC预测单元，对一个宏块执行AC/DC预测并从AC/DC预测生成编码量；AVC(高级视频编码)帧内预测单元，对一个宏块执行AVC帧内预测并生成AVC帧内编码的量；和控制单元，控制AC/DC预测单元和AVC帧内预测单元，选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法之一，该方法对应于AC/DC编码量和AVC帧内编码量中较小的一个，并执行选择的编码方法。
控制单元可以检测宏块是否是预定的处理单元，并且只有当该宏块是预定的处理单元时才控制AC/DC预测单元和AVC帧内预测单元生成编码量。
控制单元可以包括：编码量比较部件，比较AC/DC编码量和AVC帧内编码量，选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法中的一个，该方法对应于AC/DC编码量和AVC帧内编码中较小的一个，并执行选择的编码方法；和标记记录部件，当选择AC/DC预测编码方法时，在标记字段中记录表示AC/DC预测编码方法的标记，并且当选择AVC帧内预测编码方法时，在标记字段中记录表示AVC帧内预测编码方法的标记。
当AC/DC编码量和AVC帧内编码量彼此相等时，编码量比较部件可以按照一个预定的标准选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法中的一个编码方法。
按照本发明的另一方面，提供包括上述选择性预测编码装置的编码器或解码器。
按照本发明的再另一方面，提供一种选择性预测解码装置，包括标记值识别单元，识别包含在接收的比特流首部中的预测标记值；AC/DC解码单元，使用AC/DC预测解码处理来解码比特流；帧内解码单元，使用帧内预测解码处理来解码比特流；和控制单元，按照由标记值识别单元识别的预测标记值，控制AC/DC解码单元和帧内解码单元以启动AC/DC解码单元和帧内解码单元之一。在这种情况下，预测标记值可以记录在比特流的MB-层首部的预测标记字段中。
按照本发明的再另一个方面，提供一种选择性预测解码方法，包括步骤：识别包含在接收的比特流的首部中的预测标记值；并按照识别的预测标记值使用AC/DC预测解码处理和帧内预测解码处理来解码比特流。在这种情况下，预测标记值可以记录在比特流的MB-层首部的预测标记字段。
附图说明
通过参照附图描述本发明的详细示例实施例，本发明的以上和其它特征将变得更明显，其中：
图1是表示用于传统的MPEG-4帧内编码方法的AC/DC预测的量化表；
图2是表示传统AVC帧内编码方法的AVC(高级视频编码)帧内预测的示意图；
图3是表示按照本发明的示例实施例的选择性预测编码方法的流程图；
图4是表示按照本发明的示例实施例的选择性预测编码装置的框图；
图5是示意性表示按照本发明的示例实施例的MPEG-4标准的MB-层语法结构的示意图；
图6是表示按照本发明的示例实施例的选择性预测解码方法的流程图；
图7是表示按照本发明的示例实施例的关于第一测试图像的性能比较结果的图表；和
图8是表示关于按照本发明的一个示例实施例的关于第二测试图像的性能比较结果的图表。
具体实施方式
下面，将参照附图更详细描述本发明的示例实施例，从而本发明就能够由本领域技术人员容易地付诸实践。在图中，相同的元件用相同的附图标记表示，从而省略它们的重复描述。
AVC(高级视频编码)帧内预测对亮度使用4×4模式(在4×4块的单元中有九种模式-方向)和16×16模式(在16×16块的单元中有四种模式-方向)，并对色度使用8×8模式(在8×8块的单元中有四种模式-方向)。但是，为了随后描述中方便解释，描述具有相同尺寸的一个处理单元。例如，在MPEG-4标准中，使用一个8×8块作为基本处理单元执行DCT(离散余弦变换)操作，但是在AVC标准中(即MPEG-4 AVC标准)，使用一个4×4块作为基本处理单元执行变换操作。本发明中的一个基本处理单元可以是一个n×m块(其中n和m是任意自然数)。下面，将描述主要使用在MPEG-4编解码器中的8×8块或16×16块作为基本处理单元，但是在MPEG-4编解码器中的块可以转换为4×4块，将它用作基本处理单元。
(选择性预测编码方法)
图3是表示按照本发明的示例实施例的选择性预测编码方法的流程图。
通常，AC/DC预测用在MPEG-4标准中并且帧内预测用在MPEG-4 AVC标准中。因为AVC标准支持以4×4块为一个单元的变换操作，所以使用在4×4块单元中九种预测模式的帧内预测最适用于AVC编解码器。但是，当帧内预测应用到MPEG-4时，由于显示九种预测模式的比特增加，所以不能获得有效的压缩比。但是，在16×16预测模式的情况下，取决于块，16×16帧内预测可能比AC/DC预测更有效。按照本发明，即使在这种情况下，也能够执行一种有效的编码方法。
现在，将参照图3描述按照本发明的一个示例实施例的选择性预测编码方法。
在步骤S310中，确定用于要被编码的宏块的一个处理单元。例如，按照本发明的选择性预测编码方法能够应用到为n×m(其中n和m是自然数)块的预定单元(例如，8×8或16×16块的单元)的宏块，并且在步骤S320，可以对其它块执行已经开发和将来将被开发的AVC帧内预测编码方法或其它帧内预测编码方法。当然，很明显，按照本发明的选择性预测编码方法能够应用到具有任意块单元的任意宏块。
在步骤S330，对作为预定的处理单元(或者无论如何是一个处理单元)的宏块执行AC/DC 预测，并且在步骤S335，通过AC/DC预测获得的值通过使用熵编码进行编码。可以在执行了AVC预测之后执行AC/DC预测或者两种预测可以同时执行。
在步骤S350，来自AC/DC预测的编码量和AVC帧内编码量互相比较，并且执行AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法中对应于较小编码量的那种方法。对本领域技术人员来说很明显，编码量表示通过使用熵编码编码预测值获得的量。当AC/DC编码量较小时，在步骤S360中选择AC/DC预测编码方法并且在标记字段中记录表示AC/DC预测编码方法的标记(例如，预测标记字段：见图5)。类似地，当AVC帧内预测编码量较小时，在步骤S370选择AVC帧内预测编码方法并且在标记字段中记录表示AVC帧内预测编码方法的标记。当AC/DC编码量等于AVC帧内编码量时，可以设置按照预定的默认值选择一种编码方法。
(选择性预测编码装置)
图4是表示按照本发明的示例实施例的选择性预测编码装置的框图。
按照本发明的选择性预测编码装置能够提供在编码器或解码器中，并能够选择性地执行MPEG-4编解码器的AC/DC预测编码方法和AVC编解码器的帧内预测编码方法。解码器可以包括编码器并且按照本发明的选择性预测编码装置可以公共地提供在编码器和解码器中。在以下的描述中，假定按照本方面的选择性预测编码装置包含在编码器中。
如图4所示，选择性预测编码装置400包括控制单元410、AC/DC预测单元420和AVC帧内预测单元430。控制单元410包括宏块识别部件411、编码量比较部件413和标记记录部件415。
宏块识别部件411检查将被编码的宏块是否是预定的宏块，并且当它是预定的宏块时按照本发明对该宏块执行选择性预测编码方法。但是，如上所述，当设置了不管块的单元(尺寸)如何，本发明都能够应用时，能够省略宏块识别部件411。
编码量比较部件413将AC/DC编码量与AVC帧内编码量进行比较，并通过利用它们中具有较小编码量的编码方法对宏块进行编码。
当选择AC/DC预测编码方法时，标记记录部件415在预定标记字段(例如，一个预测标记字段：见图5)中记录表示AC/DC预测编码方法的标记，并且当选择AVC帧内预测编码方法时，在预定标记字段(例如，一个预测标记字段：见图5)中记录表示AVC帧内预测编码方法的标记。
AC/DC预测单元420执行AC/DC预测并生成来自AC/DC预测的编码量。AVC帧内预测单元430执行AVC帧内预测并且产成AVC帧内编码的量。
(比特流首部的结构)
图5是示意性表示按照本发明的示例实施例的MPEG-4标准的MB-层语法结构的示意图。
图5所示的MPEG-4标准的MB-层语法结构包括首部部分和数据部分。首部部分包括表示使用AC/DC预测编码方法和帧内预测编码方法中哪一个的k比特的预测标记(其中k是一个自然数)。
按照本发明的选择性预测编码装置能够通过使用记录在预测标记字段中的标记值来确定应当使用什么样的解码处理。
(选择性预测解码装置)
一种按照本发明的选择性预测解码装置能够具有与通常的解码装置类似的结构，除了还提供一个识别记录在接收到的比特流的首部部分中的标记值的元件(例如，标记值识别部件)和通过按照识别出的标记值使用反向AC/DC预测或反向帧内预测来执行解码处理的元件(例如，AC/DC解码单元和帧内解码单元)。此外，还可以提供允许执行对应于识别出的标记值的解码处理的控制单元。因为通过以上描述的解释，本领域技术人员能够完全理解，所以将省略解码装置的详细说明。
图6是表示按照本发明的示例实施例的选择性预测解码方法的流程图。
参照图6，在步骤S610，解码装置从编码装置接收一个比特流。比特流是对其选择性执行AC/DC预测编码方法和帧内预测编码方法的比特流。
在步骤S620，解码器检查在MB-层语法结构的首部部分中的预测标记中记录的标记值是否对应于AC/DC预测编码方法。
当该标记值对应于AC/DC预测编码方法时，在步骤630中对比特流执行MPEG-4 AC/DC预测解码处理。
当该标记值不对应于AC/DC预测编码方法时(即，当该标记值对应于AVC帧内预测编码方法时)，在步骤S640中对比特流执行MPEG-4 AVC帧内预测解码处理。
(性能和比特率的比较)
现在，在AC/DC预测和AVC帧内预测中，将描述将16×16块的四种模式应用到MPEG-4编解码器的测试结果。该测试按照MPEG-4执行，其中所有的处理以宏块(16×16)为单元执行。测试结果参照图7和图8描述，其中图7示出了按照本发明的示例实施例的关于第一测试图像的性能比较结果，图8示出了按照本发明的一个示例实施例的关于第二测试图像的性能比较结果。用在图7和8中的实际测试图像(Akiyo和Foreman)是用于MPEG的正式测试图像，具有YUV(4:2:0)彩色格式和352×288的分辨率。在图中，AC/DC表示使用AC/DC预测编码方法的MPEG-4，帧内表示使用AVC帧内预测编码方法的MPEG-4，并且最佳(比特)表示使用按照本发明的选择性预测编码方法的MPEG-4。
图7中示出了使用AC/DC预测编码方法的用于MPEG-4的RD曲线710，使用帧内预测编码方法的MPEG-4曲线720和使用按照本发明的选择性预测编码方法的MPEG-4曲线730。对于是新闻广播视频的第一测试图像(Akiyo)，与使用AC/DC预测编码方法的传统MPEG-4和使用帧内预测编码方法的MPEG-4的曲线相比，按照本发明的选择性预测编码方法的RD曲线对于相同的比特率来说图像质量提高了大约0.1db。
类似地，图8中示出了使用AC/DC预测编码方法的用于MPEG-4的RD曲线810，使用帧内预测编码方法的MPEG-4曲线820和使用按照本发明的选择性预测编码方法的MPEG-4曲线830。对于是包含在建筑的一个位置中的劳动者的视频的第二测试图像(Foreman)，与使用AC/DC预测编码方法的传统MPEG-4和使用帧内预测编码方法的MPEG-4相比，按照本发明的选择性预测编码方法的RD曲线对于相同的比特率来说图像质量提高了大约0.5db。
如上所述，按照本发明，有可能通过选择性地使用MPEG-4编解码器的AC/DC预测编码方法和AVC编解码器的帧内预测编码方法来提高压缩能力。
按照本发明，也可能通过选择性地使用MPEG-4编解码器的AC/DC预测编码方法和AVC编解码器的帧内预测编码方法并使用与其对应的解码方法来提高MPEG-4编解码器的压缩比和图像质量。
此外，有可能通过选择性地使用编码方法中的帧内预测编码方法来提高在相同的压缩效率下的图像质量。
尽管已经描述了本发明的示例实施例和修改的例子，但是本发明不限于这些实施例和例子，而是可以在不脱离本发明所附权利要求、详细说明和附图的情况下以多种形式进行修改。因此，很自然这样的修改属于本发明的范围。

Claims (14)

1、一种选择性预测编码方法，包括步骤：
(a)对每个宏块执行AC/DC预测和AVC(高级视频编码)帧内预测并计算来自AC/DC预测的编码量和来自AVC帧内预测的编码量；
(b)在AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法之间选择相对于另一种方法来说对应于较小的编码量的方法；和
(c)对该宏块执行所选择的预测编码方法，
其中当选择AC/DC预测编码方法时，表示AC/DC预测编码方法的一个标记记录在标记字段中，当选择AVC帧内预测编码方法时，表示AVC帧内预测编码方法的一个标记记录在标记字段中。
2、按照权利要求1的选择性预测编码方法，其中检查宏块是否是预定的处理单元，并且只有在宏块是预定的处理单元时才对该宏块执行步骤(a)到(c)。
3、按照权利要求1的选择性预测编码方法，其中在步骤(b)，当AC/DC编码量和AVC帧内编码量彼此相等时，按照预定的标准选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法之一。
4、按照权利要求1的选择性预测编码方法，其中标记字段可以包含在比特流的MB-层首部中。
5、一种选择性预测编码装置，包括：
AC/DC预测单元，对一个宏块执行AC/DC预测并从AC/DC预测生成编码量；
AVC(高级视频编码)帧内预测单元，对一个宏块执行AVC帧内预测并生成AVC帧内编码量；和
控制单元，控制AC/DC预测单元和AVC帧内预测单元，选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法之一，该方法对应于AC/DC编码量和AVC帧内编码量中较小的一个，并执行选择的编码方法。
6、按照权利要求5的选择性预测编码装置，其中控制单元检测宏块是否是预定的处理单元，并且只有当该宏块是预定的处理单元时才控制AC/DC预测单元和AVC帧内预测单元生成编码量。
7、按照权利要求5的选择性预测编码装置，其中控制单元包括：
编码量比较部件，比较AC/DC编码量和AVC帧内编码量，选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法中的一个，该方法对应于AC/DC编码量和AVC帧内编码量中较小的一个，并执行选择的编码方法；和
标记记录部件，当选择AC/DC预测编码方法时在标记字段中记录表示AC/DC预测编码方法的标记，并且当选择AVC帧内预测编码方法时在标记字段中记录表示AVC帧内预测编码方法的标记。
8、按照权利要求7的选择性预测编码装置，其中当AC/DC编码量和AVC帧内编码量彼此相等时，编码量比较部件按照一个预定的标准选择AC/DC预测编码方法和AVC帧内预测编码方法中的一个编码方法。
9、一种包括按照权利要求5到8中任一个的选择性预测编码装置的编码器。
10、一种包括按照权利要求5到8中任一个的选择性预测编码装置的解码器。
11、一种选择性预测解码装置，包括：
标记值识别单元，识别包含在接收的比特流首部中的预测标记值；
AC/DC解码单元，通过使用AC/DC预测解码处理来解码比特流；
帧内解码单元，通过使用帧内预测解码处理来解码比特流；和
控制单元，按照由标记值识别单元识别的预测标记值，控制AC/DC解码单元和帧内解码单元以启动AC/DC解码单元和帧内解码单元之一。
12、按照权利要求11的选择性预测解码装置，其中预测标记值记录在比特流的MB-层首部的预测标记字段中。
13、一种选择性预测解码方法，包括步骤：
识别包含在接收的比特流首部中的预测标记值；并
按照识别的预测标记值通过使用AC/DC预测解码处理和帧内预测解码处理之一来解码比特流。
14、按照权利要求13的选择性预测解码方法，其中预测标记值可以记录在比特流的MB-层首部的预测标记字段中。
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