TWI478587B - A Fast Method for Predicting Modular Multimedia Video Coding - Google Patents
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Description
本發明係與影像處理之技術有關,特別是指一種可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法。
在可調式多媒體視訊編碼中,編碼模式的預測是由三種預測方式所構成,一種是畫面內的紋理預測,另一種是畫面間的移動預測,最後一種是跨解析度/跨層預測。
而畫面中的巨集區塊的編碼模式分為16x16、16x8、8x16、8x8、8x4、4x8、以及4x4七種,而各個巨集區塊的搜尋模式中,若進行全部16x16、16x8、8x16、8x8、8x4、4x8、以及4x4的編碼模式的指定,於本案中係定義為完整模式(full mode)。
畫面內的紋理預測是由目前巨集區塊四周的像素,經過二種巨集區塊分割,做出紋理,預測與目前巨集區塊最相似的紋理。畫面間的移動預測是預測目前巨集區塊在鄰近巨集區塊的移動向量(Motion Vector,MV),預測出預測移動向量(Predict Motion Vector,PMV),至參考畫面(Reference Frame)中,以預測移動向量為中心開啟搜尋範圍(Search Range,SR)預測目前巨集區塊在搜尋範圍中最相似的巨集區塊,二者間的向量稱為移動向量,而移動預測是經由八種的巨集區塊分割,分別運算出高達四十一種不同區塊分割的動態向量。而跨解析度/跨層預測則是利用較小解析度的畫面,將較小解析度已完成模式預測的畫面資訊,給予較大解析度畫面做為模式來預測,其中包含了三種跨解析度/跨層預測模式:跨解析度/跨層畫面內紋理預測(Interlayer Intra)、跨解析度/跨層差值測(Interlayer Residual)以及跨解析度/跨層移動測(Interlayer Motion),而跨解析度/跨層差值預測包含去除較小解析度差值之畫面間移動預測模式,有八種巨集區塊分割,同樣運算出四十一種動態向量。完整模式預測是由以上畫面內的紋理預測、畫面間的移動預測以及跨解析度/跨層預測三種預測方式後,取得最佳的預測模式。
為了取得最佳的預測模式,必須完成上述畫面內的紋理預測二種巨集區塊分割、畫面間的移動預測八種模式以及跨解析度/跨層預測十種模式,其中只有一種會成為最佳的預測模式,而其他的十九種模式則捨棄不用,因此產生了極大量的冗餘的運算複雜度。在小解析度的畫面如QCIF及CIF中,由於巨集區塊的數量較少,累積冗餘的運算複雜度似乎較不明顯,但當解析度達到D1、HD720、Full HD1080甚至更大時,巨集區塊的數量相當多,此冗餘的運算複雜度即會變成拖慢整體效能的最大原因。
由於可調式多媒體視訊編碼之資料流中,包含了大解析度與小解析度之畫面,因此必定在壓縮時,會產生冗餘的運算量,因此我們在演算法的設計上,使用多種創新的方式,減少了運算複雜度與兼顧畫面品質。
本發明之主要目的在於提供一種可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法,其可減少運算複雜度並能兼顧畫面品質。
為了達成前述目的,依據本發明所提供之一種可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法,該可調式多媒體視訊編碼具有三種不同解析度大小的畫面,分別為最小解析度的一基礎層、中等解析度的一第一增強層、以及最大解析度的一第二增強層,該方法包含有下列步驟:a)由最小解析度畫面開始,依序對各個巨集區塊進行相關的編碼模式預測,在該最小解析度畫面的所有巨集區塊完成編碼模式預測後,再依序對中等解析度畫面的巨集區塊進行編碼模式預測,最後再依序對最大解析度畫面的巨集區塊進行編碼模式預測;b)將目前正在處理的一巨集區塊定義為一目前巨集區塊,判斷該目前巨集區塊是否為最小解析度,若是,則直接以完整模式進行運算,並且決定完整模式為該目前巨集區塊的最佳編碼模式,再跳至步驟f);若否,則接著進入步驟c);其中,最佳編碼模式係指訊噪失真比是最小時的模式;c)參考該目前巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊的最佳編碼模式,以及利用參考鄰近區塊模式技術來參考該目前巨集區塊所對應的相同解析度的鄰近巨集區塊的最佳編碼模式,將這些參考到的編碼模式進行統計,判斷同類編碼模式的出現次數,再以出現次數對各個編碼模式進行排序;d)進行提早預測最佳編碼模式之動作,其係將步驟c)的排序順序所對應的各個鄰近巨集區塊逐一進行,對一該鄰近巨集區塊而言,其係將其所產生的訊噪失真比與該鄰近巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊所產生的訊噪失真比進行運算而取得兩者的比率,再把該目前巨集區塊的訊噪失真比與該比率相乘後,與該目前巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊的訊噪失真比進行比較,若比較結果前者小於後者,則判斷目前比較的編碼模式即是最佳編碼模式,並停止其餘編碼模式所對應的訊噪失真比的比較動作,若前者大於或等於後者,則繼續依序比較下一個鄰近巨集區塊所產生的訊噪失真比,若比較至最後一個編碼模式均未發生小於該次小解析度巨集區塊的訊噪失真比的狀況,則以該排序順序中的最後一個編碼模式為最佳編碼模式;e)將步驟d)中所判斷的最佳編碼模式決定為該目前巨集區塊的最佳編碼模式;f)判斷該目前巨集區塊是否為最後一個巨集區塊,若是,則進行步驟g),若否,則將下一個巨集區塊指定為目前巨集區塊,並跳至步驟b);以及g)結束。藉此,可減少運算複雜度並能兼顧畫面品質。
為了詳細說明本發明之技術特點所在,茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後,其中:如第一圖至第四圖所示,本發明一較佳實施例所提供之一種可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法,其中該可調式多媒體視訊編碼具有三種不同解析度大小的畫面,分別為最小解析度的一基礎層、中等解析度的一第一增強層、以及最大解析度的一第二增強層,該方法主要具有下列步驟:
a)由最小解析度畫面開始,依序對各個巨集區塊進行相關的編碼模式預測,在該最小解析度畫面的所有巨集區塊完成編碼模式預測後,再依序對中等解析度畫面的巨集區塊進行編碼模式預測,最後再依序對最大解析度畫面的巨集區塊進行編碼模式預測。
b)將目前正在處理的一巨集區塊定義為一目前巨集區塊,判斷該目前巨集區塊是否為最小解析度(即是否為基礎層?),若是,則直接以完整模式進行運算,並且決定完整模式為該目前巨集區塊的最佳編碼模式,再跳至步驟f);若否,則接著進入步驟c)。其中,最佳編碼模式係指訊噪失真比是最小時的模式。
c)參考該目前巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊的最佳編碼模式,以及利用參考鄰近區塊模式技術來參考該目前巨集區塊所對應的相同解析度的鄰近巨集區塊的最佳編碼模式,將這些參考到的編碼模式進行統計,判斷同類編碼模式的出現次數,再以出現次數對各個編碼模式進行排序。其中,前述的次小解析度,舉例而言,若該目前巨集區塊為中等解析度,則次小解析度即為最小解析度,若該目前巨集區塊為最大解析度,則次小解析度即為中等解析度。前述的參考鄰近巨集區塊的動作,係如第二圖為例說明,以第一增強層的該目前巨集區塊MB(E1A)為例,其參考的次小解析度巨集區塊即為基礎層的對應巨集區塊MB(BA),而參考的相同解析度的鄰近巨集區塊即為同第一增強層的巨集區塊MB(E1B),MB(E1C),MB(E1D);同理,以第二增強層的該目前巨集區塊MB(E2A)為例,則參考次小解析度巨集區塊MB(E1A),以及參考相同解析度巨集區塊MB(E2B),MB(E2C),MB(E2D)。
d)進行提早預測最佳編碼模式之動作,其係將步驟c)的排序順序所對應的各個鄰近巨集區塊逐一進行,對一該鄰近巨集區塊而言,其係將其所產生的訊噪失真比與該鄰近巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊所產生的訊噪失真比進行運算而取得兩者的比率,再把該目前巨集區塊的訊噪失真比與該比率相乘後,與該目前巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊的訊噪失真比進行比較,若比較結果前者小於後者,則判斷目前比較的編碼模式即是最佳編碼模式,並停止其餘編碼模式所對應的訊噪失真比的比較動作,若前者大於或等於後者,則繼續依序比較下一個鄰近巨集區塊所產生的訊噪失真比,若比較至最後一個編碼模式均未發生小於該次小解析度巨集區塊的訊噪失真比的狀況,則以該排序順序中的最後一個編碼模式為最佳編碼模式。前述的提早預測最佳編碼模式的比較動作,係以第三圖為例說明,其中該目前巨集區塊MB(EA_ET)是位於第一增強層中,其左側之巨集區塊MB(EB_ET)係為鄰近巨集區塊,因此,將該左側巨集區塊MB(EB_ET)的訊噪失真比與所對應的次小解析度(即基礎層)巨集區塊MB(BB_ET)的訊噪失真比進運算而取得兩者的比率(即訊噪失真比的比率,RDcost ratio=RDcost(EB_ET)/RDcost(BB_ET)),再將該目前巨集區塊MB(EA_ET)的訊噪失真比與該比率相乘(RDcost(EA_ET) * RDcost ratio)後,與該目前巨集區塊MB(EA_ET)所對應的次小解析度(即基礎層)巨集區塊MB(BA_ET)的訊噪失真比進行比較。
由於步驟d)的提早預測最佳編碼模式之動作,有時會發生沒有選到最佳編碼模式的誤差狀況,若是在中等解析度的該目前巨集區塊的最佳編碼模式已產生誤差,則會影響到後續最大解析度的該目前巨集區塊的最佳編碼模式的正確性,而將前述的誤差狀況擴大。
因此,在本實施例中,還包含了步驟d1),其係進行動態加入完整模式之動作,主要係在進行到中等解析度畫面的巨集區塊編碼模式預測時,將該目前巨集區塊所對應的相同解析度的鄰近巨集區塊的訊噪失真比進行平均而取得一平均值,再將這個平均值與該目前巨集區塊的訊噪失真比相除,而得到了中等解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢,並將之儲存。在進行到最大解析度畫面的巨集區塊編碼模式預測時,將該目前巨集區塊所對應的相同解析度的鄰近巨集區塊的訊噪失真比進行平均而取得一平均值,再將這個平均值與該目前巨集區塊的訊噪失真比相除,而得到了最大解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢。將中等解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢與最大解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢進行比較,若比較結果不相同,則代表著步驟d)的提早預測最佳編碼模式之動作產生了誤差,因此就決定最大解析度的該目前巨集區塊的下一個巨集區塊的最佳編碼模式為完整模式;若比較結果相同,則繼續後續步驟。
前述之步驟d1),以第四圖為例來說明如何取得訊噪失真比趨勢。在進行到中等解析度畫面的目前巨集區塊MB(E1A_R)時,取得其鄰近(左方與上方)巨集區塊MB(E1B_R),MB(E1C_R)的訊噪失真比,將兩者平均後與該目前巨集區塊MB(E1A_R)的訊噪失真比相除,而取得訊噪失真比趨勢(RDcost average/RDcost(E1A_R))並儲存之。接著,在進行到最大解析度畫面的目前巨集區塊MB(E2A_R)時,取得其鄰近(左方與上方)巨集區塊MB(E2B_R),MB(E2C_R)的訊噪失真比,將兩者平均後與該目前巨集區塊MB(E2A_R)的訊噪失真比相除,而取得訊噪失真比趨勢(RDcost average/RDcost(E2A_R))。
於本實施例中,前述步驟d1)中的該訊噪失真比趨勢係具有一定範圍,且這個範圍的大小可以讓使用者來進行調整,在將中等解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢與最大解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢進行比較時,訊噪失真比趨勢的範圍愈大則愈不容易相同,愈小則愈容易相同。由此可知,範圍設定得愈大,則愈不容易達到兩者相同的狀況,因此被決定為完整模式的編碼模式就愈多,編碼品質就會愈好;反之愈差。
e)將步驟d)中所判斷的最佳編碼模式決定為該目前巨集區塊的最佳編碼模式。
f)判斷該目前巨集區塊是否為最後一個巨集區塊,若是,則進行步驟g);若否,則將下一個巨集區塊指定為目前巨集區塊,並跳至步驟b)。
g)結束。
上述在步驟c)以及步驟d1)中的鄰近巨集區塊,係指該目前巨集區塊的左側、左上、上方、及右上四個方位中的至少二個的巨集區塊。於本實施例中,鄰近巨集區塊在步驟c)係指位於該目前巨集區塊左側、上方、及右上的巨集區塊,而在步驟d1)中則是指位於該目前巨集區塊左側及上方的巨集區塊。鄰近巨集區塊愈多,則運算較為複雜但編碼品質較好,愈少則運算較為簡單但編碼品質較差。
須補充說明的是,前述的步驟d1)並不是必要的步驟,在不加入步驟d1)的狀況下,提早預測最佳編碼模式之動作所產生的些微誤差,即使經過跨解析度的畫面的錯誤擴展,也僅會使得編碼品質差一些,此仍可滿足較低畫面需求的情況。亦即,本發明並不以加入步驟d1)為必要。
藉由上述步驟可知,本發明係對每個巨集區塊依序處進行編碼模式預測,其而主要是參考鄰近巨集區塊的最佳編碼模式,並加以排序後進行提早預測最佳編碼模式的動作,藉此即可提早預測出該目前巨集區塊的最佳編碼模式,進而省略掉後續不必要的編碼模式預測所需要的運算,減少了運算複雜度。再者,由於能提早預測出該目前巨集區塊的最佳編碼模式,因此畫面的品質也能夠兼顧而不會變差。
第一圖係本發明一較佳實施例之流程圖。
第二圖係本發明一較佳實施例之動作示意圖,顯示參考鄰近巨集區塊的動作。
第三圖係本發明一較佳實施例之動作示意圖,顯示提早預測最佳編碼模式的比較動作。
第四圖係本發明一較佳實施例之動作示意圖,顯示取得訊噪失真比趨勢的動作。
Claims (5)
- 一種可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法,該可調式多媒體視訊編碼具有三種不同解析度大小的畫面,分別為最小解析度的一基礎層、中等解析度的一第一增強層、以及最大解析度的一第二增強層,該方法包含有下列步驟:a)由最小解析度畫面開始,依序對各個巨集區塊進行相關的編碼模式預測,在該最小解析度畫面的所有巨集區塊完成編碼模式預測後,再依序對中等解析度畫面的巨集區塊進行編碼模式預測,最後再依序對最大解析度畫面的巨集區塊進行編碼模式預測;b)將目前正在處理的一巨集區塊定義為一目前巨集區塊,判斷該目前巨集區塊是否為最小解析度,若是,則直接以完整模式進行運算,並且決定完整模式為該目前巨集區塊的最佳編碼模式,再跳至步驟f);若否,則接著進入步驟c);其中,最佳編碼模式係指訊噪失真比是最小時的模式;c)參考該目前巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊的最佳編碼模式,以及利用參考鄰近區塊模式技術來參考該目前巨集區塊所對應的相同解析度的鄰近巨集區塊的最佳編碼模式,將這些參考到的編碼模式進行統計,判斷同類編碼模式的出現次數,再以出現次數對各個編碼模式依大小順序由大至小進行排序;d)進行提早預測最佳編碼模式之動作,其係將步驟c) 的排序順序所對應的各個鄰近巨集區塊逐一進行,對一該鄰近巨集區塊而言,其係將其所產生的訊噪失真比與該鄰近巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊所產生的訊噪失真比進行運算而取得兩者的比率,再把該目前巨集區塊的訊噪失真比與該比率相乘後,與該目前巨集區塊所對應的次小解析度巨集區塊的訊噪失真比進行比較,若比較結果前者小於後者,則判斷目前比較的編碼模式即是最佳編碼模式,並停止其餘編碼模式所對應的訊噪失真比的比較動作,若前者大於或等於後者,則繼續依序比較下一個鄰近巨集區塊所產生的訊噪失真比,若比較至最後一個編碼模式均未發生小於該次小解析度巨集區塊的訊噪失真比的狀況,則以該排序順序中的最後一個編碼模式為最佳編碼模式;e)將步驟d)中所判斷的最佳編碼模式決定為該目前巨集區塊的最佳編碼模式;f)判斷該目前巨集區塊是否為最後一個巨集區塊,若是,則進行步驟g),若否,則將下一個巨集區塊指定為目前巨集區塊,並跳至步驟b);以及g)結束。
- 依據申請專利範圍第1項所述之可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法,其中更包含有:步驟d1)進行動態加入完整模式之動作,其係在進行到中等解析度畫面的巨集區塊編碼模式預測時,將該目前巨集區塊所對應的相同解析度的鄰近巨集區塊的訊噪失真比進行平均而取得 一平均值,再將這個平均值與該目前巨集區塊的訊噪失真比相除,而得到了中等解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢,並將之儲存;在進行到最大解析度畫面的巨集區塊編碼模式預測時,將該目前巨集區塊所對應的相同解析度的鄰近巨集區塊的訊噪失真比進行平均而取得一平均值,再將這個平均值與該目前巨集區塊的訊噪失真比相除,而得到了最大解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢;將中等解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢與最大解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢進行比較,若不相同,則決定最大解析度的該目前巨集區塊的下一個巨集區塊的最佳編碼模式為完整模式;若相同,則繼續後續步驟。
- 依據申請專利範圍第2項所述之可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法,其中:該訊噪失真比趨勢係具有一定範圍,在將中等解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢與最大解析度的該目前巨集區塊的訊噪失真比趨勢進行比較時,訊噪失真比趨勢的範圍愈大則愈不容易相同,愈小則愈容易相同。
- 依據申請專利範圍第2項所述之可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法,其中:步驟c)及步驟d1)中的鄰近巨集區塊,以及係指該目前巨集區塊的左側、左上、上方、及右上四個方位中的至少二個的巨集區塊。
- 依據申請專利範圍第1項所述之可調式多媒體視訊編碼之模式快速預測方法,其中:步驟c)中的鄰近巨集區 塊,係指該目前巨集區塊的左側、左上、上方、及右上四個方位中的至少二個的巨集區塊。
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