CN1937772A - 视频编码/解码的装置与方法及其程序记录介质 - Google Patents

视频编码/解码的装置与方法及其程序记录介质 Download PDF

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Abstract

一种视频预测编码与解码的装置与方法，用来提高视频压缩效率。视频编码方法包括：将输入视频分割为多个子平面；基于所分割的子平面，生成基准子平面；对所生成的基准子平面进行内预测；以及利用所生成的基准子平面作为基准平面，对所分割的子平面进行间预测。

Description

视频编码/解码的装置与方法及其程序记录介质
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年9月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2005-0088320的优先权，其内容通过引用全部融入本文。
技术领域
符合本发明的方法与装置涉及视频压缩编码，更具体地，涉及提高视频压缩效率的视频预测方法以及利用该视频预测方法的视频编码/解码的装置与方法。
背景技术
在公知的视频压缩标准中，例如运动画面专家组(MPEG)-1、MPEG-2、MPEG-4 Visual、H.261、H.263以及H.264，一般将画面分为宏块，以供视频编码。在H.264编码器的情况下，在可用于间预测(interprediction)与内预测(intraprediction)的所有编码模式下编码每个宏块之后，比较编码模式下编码宏块所需的比特率以及原始宏块与解码后宏块之间的速度失真(rate-distortion，RD)成本。然后，根据比较结果，选择适当的编码模式，并且在选定编码模式下编码宏块。
在内预测中，利用在空间上邻近待编码宏块的像素的像素值，计算待编码宏块的预测值，并且编码该预测值与像素值之间的差异，而非参照基准画面，以编码当前画面的宏块。
图1显示根据现有技术的用于当前宏块a5的内预测的先前宏块。
参照图1，先前宏块a1、a2、a3以及a4用于当前宏块a5的内预测。根据格栅扫描方案，从左向右、从上到下扫描画面中包含的宏块。由此，在当前宏块a5之前，已经扫描并且编码了先前宏块a1、a2、a3以及a4。
因为还没有编码标记有X的宏块，所以它们不能用于当前宏块a5的预测编码。因为标记有0的宏块与当前宏块a5相关性低，所以不使用它们用于当前宏块a5的预测编码。在经过离散余弦变换(DCT)与量化之后，将先前宏块a1、a2、a3以及a4逆量化与离散余弦逆变换，然后将其重构。
图2为用来解释根据现有技术的、在H.264内4×4模式下使用的相邻像素的参考图。
参照图2，小写字母a至p指示待预测的4×4块的像素，位于4×4块上左侧的大写字母A至M指示4×4块内预测所需的相邻样本或像素，其已经被编码与重构。
图3显示根据现有技术在H.264中使用的的内4×4模式。
参照图3，该内4×4模式包括一共9种预测模式，即，直流(DC)模式、垂直模式、水平模式、对角线下左模式、对角线下右模式、垂直左模式、垂直右模式、水平上模式以及水平下模式。在内4×4模式中，从相邻宏块的像素A至M预测像素a至p的像素值。在编码器中，压缩效率随为内预测选定的编码模式变化。为了选择最优编码模式，在所有可能的编码模式下进行块的预测，利用编码模式下的预定成本函数计算成本，并且选择具有最小成本的编码模式进行编码。
但是，还需要一种能够提高压缩效率以向用户提供高品质视频的编码方法。
发明内容
本发明的一方面提供了视频编码与解码的方法，用来提高常规对于内画面的内预测的压缩效率。
根据本发明的一方面，提供了一种视频编码方法，包括：将输入视频分割为多个子平面；基于所分割的子平面，生成基准子平面；对所生成的基准子平面进行内预测；以及利用所生成的基准子平面作为基准平面，对所分割的子平面进行间预测。
可以通过以下来生成基准子平面：获得所分割的子平面中至少两个的像素的平均值，并且利用所获得平均值作为基准子平面中对应位置处的像素值。
可以通过以下来生成基准子平面：获得所分割的子平面的像素的平均值，并且利用所获得平均值作为基准子平面中对应位置处的像素值。
所述分割输入视频可以包括：对输入视频进行子采样。
所述进行间预测可以包括：比较经间预测的子平面的成本；以及基于比较结果，选择经间预测的子平面中的一个。
可以通过以下来进行成本比较：比较经间预测的子平面的间预测值的比特量。
所述的视频编码方法可以进一步包括生成比特流，其中该比特流包括关于除选定的子平面之外的经间预测的子平面的视频数据以及关于内预测后的基准子平面的视频数据。
所述的视频编码方法可以进一步包括：对内预测后的基准子平面以及除选定的子平面之外的经间预测的子平面进行变换与量化；以及构造包含经过变换与量化的子平面的比特流。
所述输入视频可以为画面。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频编码器，包括：视频分割单元，基准子平面生成单元以及子平面编码单元。视频分割单元将输入视频分割为多个子平面。基准子平面生成单元基于所分割的子平面，生成基准子平面。子平面编码单元对所生成的基准子平面进行内预测以及利用所生成的基准子平面作为基准平面，对所分割的子平面进行间预测。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频解码方法，包括：接收经编码的比特流，该经编码的比特流包含通过对从输入视频分割的多个子平面、参照基于所分割的子平面生成的基准子平面来进行间预测而获得的视频数据以及通过对基准子平面进行内预测而获得的视频数据；从所接收的比特流中抽取视频数据；对所抽取的视频数据的基准子平面进行内预测解码；以及通过参照内预测解码的基准子平面，对经间预测的子平面进行间预测解码。
在比特流中可以不包含根据预定标准选择的一个经间预测的子平面，并且该视频解码方法可以进一步包括：基于内预测解码的基准子平面以及间预测解码的子平面，重构选定的子平面。
该视频解码方法可以进一步包括：基于所重构的子平面以及间预测解码的子平面，重构输入视频。
在比特流中包含的视频数据可以进一步包括：对所抽取的视频数据进行逆变换与逆量化。
根据本发明的另一方面，提供了一种视频解码器，包括视频数据抽取单元以及子平面解码单元。视频数据抽取单元从经编码的比特流中抽取视频数据，该经编码的比特流包含通过对从输入视频分割的多个子平面、参照基于所分割的子平面生成的基准子平面来进行间预测而获得的视频数据以及通过对基准子平面进行内预测而获得的视频数据。子平面解码单元对所抽取的视频数据的基准子平面进行内预测解码以及通过参照内预测解码的基准子平面，对经间预测的子平面进行间预测解码。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读记录介质，其上记录有用于视频编码方法的程序，包括：将输入视频分割为多个子平面；基于所分割的子平面，生成基准子平面；对所生成的基准子平面进行内预测；以及利用所生成的基准子平面作为基准平面，对所分割的子平面进行间预测。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读记录介质，其上记录有用于视频解码方法的程序，包括：接收经编码的比特流，该经编码的比特流包含通过对从输入视频分割的多个子平面、参照基于所分割的子平面生成的基准子平面来进行间预测而获得的视频数据以及通过对基准子平面进行内预测而获得的视频数据；从所接收的比特流中抽取视频数据；对所抽取的视频数据的基准子平面进行内预测解码；以及通过参照内预测解码的基准子平面，对经间预测的子平面进行间预测解码。
附图说明
通过对本发明参照附图的示范性实施例的详细描述，本发明的以上以及其他方面将更清楚，其中
图1显示根据现有技术的用于当前宏块进行内预测的先前宏块；
图2为用来解释根据现有技术的、在H.264中使用的内4×4模式的相邻像素的参考图；
图3显示根据现有技术的在H.264中使用的的内4×4模式；
图4为根据本发明示范性实施例的视频编码器的方框图；
图5为用来解释根据本发明示范性实施例的视频分割与基准子平面生成的示意图；
图6为用来解释根据本发明示范性实施例的视频编码处理的示意图；
图7为显示根据本发明示范性实施例的视频编码方法的流程图；
图8为根据本发明示范性实施例的视频解码器的方框图；
图9为用来解释根据本发明示范性实施例的视频解码处理的示意图；和
图10为显示根据本发明示范性实施例的视频解码方法的流程图。
具体实施方式
图4为根据本发明示范性实施例的视频编码器400的方框图。
参照图4，视频编码器400包括：视频分割单元410、基准子平面生成单元420、子平面编码单元430、子平面选择单元440以及比特流生成单元450。子平面编码单元430可以进一步包含内预测单元与间预测单元(未显示)。另外，子平面编码单元430可以进一步包含变换单元(未显示)与量化单元(未显示)，用来对子平面编码视频数据进行变换与量化。
此后，将参照图5至6描述根据本发明示范性实施例的视频编码器400。
视频分割单元410将输入视频分割为多个子平面，例如四个子平面A、B、C、D，如图5所示。例如，当输入视频采用大小为352×288的通常中间格式(common intermediate format，CIF)时，将其分割为四个176×144子平面。
虽然为了解释方便、在本发明当前的示范性实施例中将输入视频分割为四个子平面，但是可以将其分割为各种尺寸的子平面。虽然在本发明当前的示范性实施例中对输入视频进行子采样，并且分割为多个子平面，但是可以利用其他方法对其进行分割。
基准子平面生成单元420基于所分割的子平面生成基准子平面。在本发明当前的示范性实施例中，根据所分割的子平面A、B、C、D，生成基准子平面S，如图5所示。在本发明当前的示范性实施例中，通过以下获得所分割的子平面A、B、C、D中相同位置上像素的平均值，并且使用所获得的平均值作为基准子平面S中相同位置上的像素值。
S＝(A+B+C+D)/4    ........................(1)
基准子平面S还可以利用四个子平面A、B、C、D通过以下的线性表达式生成：
S＝a×A+b×B+c×C+d×D    .....................(4)
其中a、b、c、d为实数。
子平面编码单元430的内预测单元(未显示)对由基准子平面生成单元420生成的基准子平面S进行内预测编码。可以根据常规内预测方法进行内预测编码，并且将不提供其详细描述。
子平面编码单元430的间预测单元(未显示)利用基准子平面S作为基准平面，对所分割的四个子平面A、B、C、D进行间预测。可以根据常规间预测方法进行间预测编码，并且将不提供其详细描述。
根据本发明的示范性实施例，子平面选择单元440比较经间预测的子平面的成本，选择成本最大的经间预测的子平面，并且向子平面编码单元430或者比特流生成单元450发送指示选定的子平面的选择信息。
在本发明当前的示范性实施例中，向比特流生成单元450发送所述选择信息。例如，当子平面A、B、C、D中的子平面C的成本最大时，向比特流生成单元450发送指定子平面C的选择信息。
此处，利用各种方法计算成本。例如，可以使用的成本函数例如：绝对误差和(SAD)成本函数、绝对变换误差和(SATD)成本函数、平方误差和(SSD)成本函数、绝对误差平均(MAD)成本函数以及拉格朗日成本函数。
比特流生成单元450基于所传送的选择信息，只利用基准子平面S与子平面A、B、D来构造输入视频的比特流。因为不传送压缩率最低的子平面C，所以可以提高整体压缩率。在构造比特流时，指示子平面编码方法的模式信息，例如所分割的子平面的尺寸，指定待传送的子平面的信息，并且变换与量化方法信息，可以包含在画面头部中。
当视频编码器400包括变换单元与量化单元时，子平面选择单元440可以向子平面编码单元430发送指示选定的子平面的选择信息，以不对选定的子平面进行变换与量化。
当视频编码器400包括变换单元与量化单元时，可以包含基准子平面重构单元(未显示)，以对已量化的基准子平面进行逆变换、逆量化以及内预测解码，并且可以参照重构的基准子平面进行所分割的子平面的间预测编码。
在根据本发明示范性实施例的视频编码器400中，通过利用由平均所分割的子平面而获得的基准子平面S来进行间预测编码，可以防止由于原始视频连续性的中断造成的压缩率下降。另外，因为待编码子平面与基准子平面之间的相似性得到提高，所以可以防止由待间编码的子平面之间水平或垂直连续性的中断造成的性能下降。
图6为用来解释由根据本发明示范性实施例的视频编码器400的基准子平面生成单元420、子平面编码单元430、子平面选择单元440以及比特流生成单元450进行的视频编码处理的示意图。在图6中，在从子平面A、B、C、D生成基准子平面S并且基于所生成的基准子平面S对子平面A、B、C、D进行间预测之后，只将除比特量最大的子平面C之外的子平面A、B、D和基准子平面S压缩到单个画面数据中，并且将其发送。
图7为显示由根据本发明示范性实施例的、图4的视频编码器400执行的视频编码方法的流程图。
在操作710中，输入视频被分为多个子平面，例如四个子平面A、B、C、D，如图5所示。
在操作720中，基于所分割的子平面生成基准子平面。例如，与图5及等式1中一样，获得所分割的子平面A、B、C、D中相同位置处像素的平均值，并且使用所获得的平均值作为基准子平面S中相同位置处的像素值。
在操作730中，对在操作720中生成的基准子平面S进行内编码。
在操作740，利用基准子平面作为基准平面，对所分割的子平面进行间预测。
在操作750中，比较经间预测的子平面的成本，并且选择成本最大的子平面。在本发明当前的示范性实施例中，假定子平面C的间预测值具有最大成本。
在操作760中，构造包含除选定的子平面C之外的子平面A、B、D以及基准子平面S的比特流。这样一来，因为不发送压缩率最低的子平面，所以可以提高整体压缩率。在构造比特流时，指示子平面编码方法的模式信息，例如所分割的子平面的尺寸，指定待传送的子平面的信息以及变换与量化方法信息，可以包含在画面头部中。
图8为根据本发明示范性实施例的视频解码器800的方框图。
视频解码器800包含：视频数据抽取单元810、子平面解码单元820、子平面重构单元830以及视频重构单元840。子平面解码单元820可以进一步包含内预测单元(未显示)与间预测单元(未显示)。子平面解码单元820还可以进一步包含逆量化单元(未显示)与逆变换单元(未显示)。
视频数据抽取单元810接收经编码的比特流，以从收到的比特流中抽取视频数据，并且将所抽取的视频数据发送到子平面解码单元820。当在经编码的比特流画面头部中包含指示编码方法的模式信息(例如子平面分割方法、内预测与间预测方法以及扫描模式)时，分析该画面头部，以抽取该模式信息。
在本发明当前的示范性实施例中，在经编码的比特流中包含关于基准子平面S以及子平面A、B、D的视频数据。
子平面解码单元820的内预测单元对在经编码的比特流中包含的基准子平面进行内预测解码。
子平面解码单元820的间预测单元通过参照内预测解码的基准子平面，进行间预测解码。当在收到的比特流的画面头部中包含模式信息时，基于该模式信息进行内预测解码与间预测解码。
子平面重构单元830基于内预测解码的基准子平面S以及间预测解码的子平面A、B、D，如下地重构子平面C，：
C＝4×S-(A+B+D)    ..........(3)
视频重构单元840利用子平面解码单元820解码的子平面A、B、D以及子平面重构单元830重构的子平面C，重构原始视频。
图9为用来解释由图8视频解码器的子平面解码单元820以及子平面重构单元840进行的视频解码处理的示意图。
在图9中，从收到的比特流抽取视频数据，以构造基准子平面S与子平面A、B、D，并且根据所构造的基准子平面S与子平面A、B、D重构子平面C。
图10为显示图8视频解码器800执行的视频解码方法的流程图。
在操作1010中，接收经编码的比特流以抽取视频数据。收到的经编码的比特流包括通过对从输入视频分割的多个子平面、参照基于所分割的子平面生成的基准子平面来进行间预测而获得的视频数据以及通过对基准子平面进行内预测编码而获得的视频数据。通过间预测而获得的视频数据不包含所分割的子平面中的一个子平面，根据预定的标准选择该子平面。当在经编码的比特流画面头部中包含指示编码方法的模式信息时，分析该画面头部，以抽取模式信息。
在操作1020中，对在抽取的视频数据中包含的基准子平面进行内预测解码。在本发明当前的示范性实施例中，假定在收到的经编码的比特流中包含关于基准子平面S以及子平面A、B、D的视频数据。换言之，在操作1020中，解码基准子平面S。
在操作1030中，参照内预测解码的基准子平面，对所抽取的经间预测的子平面进行间预测解码。换言之，解码子平面A、B、D。
在操作1040中，基于重构的基准子平面S以及子平面A、B、D，重构子平面C。
在操作1050中，利用已解码的子平面A、B、D以及已重构的子平面C，重构原始视频。
如上所述，根据本发明的示范性实施例，将输入视频分割为多个子平面，并且利用通过平均所分割的子平面而获得的基准子平面，进行间预测编码，由此维持原始视频的连续性，就此提高了压缩率，即使当分割输入视频时也如此。
另外，因为将输入视频分割为多个子平面，并且利用通过平均所分割的子平面而获得的基准子平面，进行间预测编码，所以增加了待编码的子平面与基准子平面之间的相似性，由此维持了待间预测的子平面之间的水平或垂直连续性，就此提高了压缩率。
另外，将输入视频分割为多个子平面，不传送压缩率最低的一个子平面，并且只利用被传送的子平面来重构原始视频，由此提高了压缩率。
同时，本发明还可以实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。该计算机可读记录介质为可以存储此后可以由计算机***读取的数据的任意数据存储设备。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备、载波(例如通过因特网传送)。计算机可读记录介质还可以在网络耦合的计算机***上分布，从而该计算机可读代码可以分布方式存储与执行。
虽然参照本发明的示范性实施例具体显示并且描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解：在不脱离权利要求限定的本发明的精神与范围的前提下，可以在形式与细节上进行各种修改。

Claims (25)

1.一种视频编码方法，包括：
将输入视频分割为多个子平面；
基于所分割的子平面，生成基准子平面；
对所生成的基准子平面进行内预测；以及
利用所生成的基准子平面作为基准平面，对所分割的子平面进行间预测。
2.如权利要求1所述的视频编码方法，其中通过以下来生成基准子平面：获得所分割的子平面中至少两个的像素的平均值，并且利用所获得平均值作为基准子平面中对应位置处的像素值。
3.如权利要求1所述的视频编码方法，其中所述分割输入视频包括：对输入视频进行子采样。
4.如权利要求1所述的视频编码方法，其中所述进行间预测包括：
比较经间预测的子平面的成本；以及
基于比较结果，选择经间预测的子平面中的一个。
5.如权利要求4所述的视频编码方法，其中通过以下来进行成本比较：比较经间预测的子平面的间预测值的比特量。
6.如权利要求5所述的视频编码方法，其中在经间预测的子平面中，所选择子平面具有最低成本。
7.如权利要求4所述的视频编码方法，进一步包括生成比特流，其中该比特流包括关于除选定的子平面之外的经间预测的子平面的视频数据以及关于内预测后的基准子平面的视频数据。
8.如权利要求4所述的视频编码方法，进一步包括：
对内预测后的基准子平面以及除选定的子平面之外的经间预测的子平面进行变换与量化；以及
构造包含经过变换与量化的子平面的比特流。
9.如权利要求8所述的视频编码方法，其中所述比特流包括以下中的至少一个：所分割的子平面中每一个的尺寸、指定要编码哪些子平面的信息、变换的方法以及量化的方法。
10.如权利要求1所述的视频编码方法，其中所述输入视频为画面。
11.一种视频编码器，包括：
视频分割单元，其将输入视频分割为多个子平面；
基准子平面生成单元，其基于所分割的子平面，生成基准子平面；以及
子平面编码单元，其对所生成的基准子平面进行内预测以及利用所生成的基准子平面作为基准平面，对所分割的子平面进行间预测。
12.如权利要求11所述的视频编码器，其中通过以下来生成基准子平面：获得所分割的子平面中至少两个的像素的平均值，并且利用所获得平均值作为基准子平面中对应位置处的像素值。
13.如权利要求11所述的视频编码器，进一步包括子平面选择单元，其比较经间预测的子平面的成本以及基于比较结果，选择经间预测的子平面中的一个。
14.如权利要求11所述的视频编码器，进一步包括比特流生成单元，其生成比特流，该比特流包括关于除选定的子平面之外的经间预测的子平面的视频数据以及关于内预测后的基准子平面的视频数据。
15.一种视频解码方法，包括：
接收经编码的比特流，该经编码的比特流包含通过对从输入视频分割的多个子平面、参照基于所分割的子平面生成的基准子平面来进行间预测而获得的视频数据以及通过对基准子平面进行内预测而获得的视频数据；
从所接收的比特流中抽取视频数据；
对所抽取的视频数据的基准子平面进行内预测解码；以及
通过参照内预测解码的基准子平面，对经间预测的子平面进行间预测解码。
16.如权利要求15所述的视频解码方法，进一步包括：基于内预测解码的基准子平面以及间预测解码的子平面，重构选定的子平面，其中该选定的子平面没有包含在经编码的比特流中。
17.如权利要求16所述的视频解码方法，进一步包括：基于所重构的选定的子平面以及间预测解码的子平面，重构输入视频。
18.如权利要求15所述的视频解码方法，其中所分割的子平面中的至少一个通过按预定尺寸对输入视频进行子采样获得。
19.如权利要求15所述的视频解码方法，其中所述输入为画面。
20.如权利要求15所述的视频解码方法，进一步包括：对所抽取的视频数据进行逆变换与逆量化。
21.一种视频解码器，包括
视频数据抽取单元，其从经编码的比特流中抽取视频数据，该经编码的比特流包含通过对从输入视频分割的多个子平面、参照基于所分割的子平面生成的基准子平面来进行间预测而获得的视频数据以及通过对基准子平面进行内预测而获得的视频数据；以及
子平面解码单元，其对所抽取的视频数据的基准子平面进行内预测解码以及通过参照内预测解码的基准子平面，对经间预测的子平面进行间预测解码。
22.如权利要求21所述的视频解码器，进一步包括：子平面重构单元，其基于内预测解码的基准子平面以及间预测解码的子平面，重构选定的子平面，其中该选定的子平面没有包含在经编码的比特流中。
23.如权利要求22所述的视频解码器，进一步包括：视频重构单元，其基于所重构的选定的子平面以及间预测解码的子平面，重构输入视频。
24.一种计算机可读记录介质，其上记录有用于视频编码方法的程序，包括：
将输入视频分割为多个子平面；
基于所分割的子平面，生成基准子平面；
对所生成的基准子平面进行内预测；以及
利用所生成的基准子平面作为基准平面，对所分割的子平面进行间预测。
25.一种计算机可读记录介质，其上记录有用于视频解码方法的程序，包括：
接收经编码的比特流，该经编码的比特流包含通过对从输入视频分割的多个子平面、参照基于所分割的子平面生成的基准子平面来进行间预测而获得的视频数据以及通过对基准子平面进行内预测而获得的视频数据；
从所接收的比特流中抽取视频数据；
对所抽取的视频数据的基准子平面进行内预测解码；以及
通过参照内预测解码的基准子平面，对经间预测的子平面进行间预测解码。
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