二重预测视频编解码方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二重预测视频编解码方法和装置。在第二重预测补偿过程中根据第一重残差参考值进行预测而获得第一重残差预测值，其中第一重残差参考值由已解码的像素值或已编码的像素值生成；第二重预测存储所存储的信息包括第二重预测判断信息和已解码的像素值或已编码的像素值。该装置包括由第二重模式生成器、第二重预测生成器、第二重预测参考生成器和加法器或减法器组成的第二重预测补偿器或第二重预测器及第二重预测存储器。本发明专利技术使用二重预测编解码方法和装置去除视频编解码中预测后的残留冗余，而且第一重残差参考值通过已解码像素值或已编码的像素值生成，解决了块间不连续性的问题，充分利用了冗余之中的相关性，得到编码性能的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字数据处理技术，特别是涉及一种二重预测视频编解码方法 和装置。技术背景数字图像、视频信号处理和编码技术的研究开始于20世纪50年代，最初 采用的编码方法是空间域上差分脉冲编码调制(简称DPCM)。到20世纪70年 代，变换编码技术和运动补偿预测技术开始出现。在1974年，Ahmed等引入基 于块的二维离散余弦变换(简称DCT)，成为现代先进视频编码框架中的一项核 心技术。这些技术逐渐成熟，在20世纪80年代发展为实用的编码技术，确立 了基于块的混合编码框架，集预测编码、变换编码和熵编码于一体的传统混合 编码框架，即Hybrid Coding框架。基于这个框架，在后面20多年中，出现了 一系列的国际视频编码标准，如ITU制定的H.261， H.263, H.26L标准和ISO 的MPEG组织制定的MPEG-1， MPEG-2， MPEG-4等。到了 21世纪，随着技 术的发展，人们对多媒体通信的进一步需求要求视频编码能够提供更高效的压 縮技术和异质网络的适应技术，新一代视频编码标准H.264/MPEG-AVC (简称 H.264)就是在这样的背景下开始制定，并在2003年颁布的。与此同时，中国 自主知识产权的视频编码标准AVS第二部分也于2003年底制定完成，并于2006 年2月获颁为正式的国家标准(GB/T20090.2)。 AVS、 H.264的压縮效率大约是 MPEG-2的两倍，同时复杂度也提高不少。同样，AVS和H.264都是基于传统 混合编码框架的视频编码标准。视频编码的一个重要目的就是对视频信号进行压縮，减少视频信号的数据 量，从而节约视频信号的存储空间和传输带宽。原始的未压縮的视频信号，数 据量是非常巨大的。举个例子， 一帧CIF的YUV图像，大小为352x288,格式 为4:2:0，亮度色度用8比特表示，这一帧图像就有1216512比特，在视频播放 时，按每秒25帧的速率，码率就高达30.4Mbps。对于标清、高清的视频序列， 这个码率还要高几十倍。如此高的码率在传输和存储中都是很难实现的，因此 高效的视频压縮技术是保证视频通信、存储的必要手段。幸运的是，视频信号 巨大的数据量中存在着大量的冗余信息，这些冗余信息可以分成空间冗余信息、 时间冗余信息、数据冗余信息和视觉冗余信息。其中前面三种冗余信息仅仅只是考虑像素间的冗余信息，统称像素间统计冗余信息，视觉冗余信息更加侧重 考虑人眼视觉系统的特性。视频编码的一个重要目的就是要降低冗余信息，压 縮视频数据量。传统混合编码框架是综合考虑预测编码、变换编码以及熵编码 方法的编码框架，着力降低视频信号像素间的冗余信息，传统视频混合编码框 架有以下主要特点1) 利用预测编码降低时间冗余信息和空间冗余信息；2) 利用变换编码进一步降低空间冗余信息；31)利用熵编码降低数据冗余信息。传统视频混合编码框架使用的编码方法和解码方法相互独立且能够组合成 为编解码系统。传统视频混合编码框架中的预测编码包括帧内预测编码和帧间预测编码，见H,264/AVC标准和AVS标准。其中帧内预测编码又称空域预测，帧间预测编 码又称时域预测；其中空域预测包括像素域预测和变换域预测。预测编码的编码方法如下首先，将编码帧分成编码单元；对编码单元进 行预测编码(可以是空域预测或时域预测或时空域结合的预测)，预测值和待编 码值的差为残差数据，然后对残差数据进行二维变换编码；然后在变换域中对 变换系数进行量化；然后经过扫描将二维信号转换成一维信号；最后进行熵编 码。使用帧内预测编码技术压縮的视频帧，称为帧内编码帧(I帧)。帧内预测 支持不同块大小及不同模式。帧内预测中采用的是方向预测方法时，在H.264 标准中表现为如在I4MB模式中，使用8方向的角度预测模式和DC预测模式； 如在I16MB模式中，使用两方向的角度预测模式、DC预测模式和PLANE预测 模式，在AVS-P2标准中表现为4方向的角度预测模式和DC预测模式；此时使 用的参考点位置可以是当前待处理单元左方一列和上方一行的相邻位置，也可 以是当前待处理单元周围的某几行或多行或某几列或多列位置；参考值可以是 当前待处理单元左方一列和上方一行的相邻位置点的像素值或变换后的系数， 也可以是当前待处理单元周围的某几行或多行或某几列或多列位置点的像素值 或变换后的系数；预测值由参考值的计算或组合或拷贝生成。帧内预测也可以 采用双方向预测方法。帧内预测也可以采用模板匹配的预测方法；此时使用的 此时使用的参考点位置可以是当前帧内由模板匹配矢量所指向位置，参考值是 当前帧内由模板匹配矢量所指向位置点的像素值，预测值由参考值的拷贝生成。 模式信息对于帧内预测单元，包括当前单元的预测分块大小、预测方向和预测模式相关信息等。帧间预测(时域预测)编码技术压縮的视频帧，称为帧间编码帧，帧间编码包括前向、后向和双向的预测(P帧、B帧)，支持不同块大小。帧间编码帧 的编码方法如下首先，将编码帧分成编码单元；对编码单元采用运动搜索和 运动预测的运动估计技术得到运动矢量和参考单元；然后采用运动补偿技术， 得到帧间预测(时域预测)后的残差数据。模式信息对于帧间预测单元，包括 当前单元的预测分块大小、参考方向(前向、后向或双向的预测)及使用的参 考个数、参考索引、运动矢量等。帧间预测模式信息如宏块级别的P16X16、 P16X8、 P8X16、 P8X8、 B16X16等，亚宏块级另lj的如P8X4、 P4X8、 P4X4等。 此外，还有时空域结合的预测编码，见Kenneth Andersson, Combined Intra Inter-prediction Coding Mode, VCEG國ADll， 18 October 2006。预测编码后的残差数据，也就是残差信号，相对于原始视频信号，空间冗 余信息和时间冗余信息都减小了。如果这种空间冗余信息和时间冗余信息用数 学上相关性来表示，则残差信号的空间相关性和时间相关性都比原始视频信息 小。然后对残差信号进行二维变换编码，进一步降低空间相关性，最后对变换 系数进行量化和熵编码降低数据冗余信息。可见要继续提高视频编码的压縮效 率，需要更精确的预测编码技术，进一步降低预测后残差信号的空间相关性和 时间相关性；同时也需要更有效的变换编码技术，进一步降低空间相关性；同 时在预测编码和变换编码后，设计相适应的扫描技术、量化技术和熵编码技术。 着眼于传统混合视频编解码框架的瓶颈，预测后所获得的残差单元仍然存在冗 余，进一步去除这些冗余能够实现更有效地编码。在中国专利(申请号 200710181975.9)《二重预测视频编解码方法和装置》中提出了一种使用二重预 测的编解码方法，见图3，此方法将传统混合视频编解码框架中的预测定义为第 一重预测，解码重建图像的重建过程包含二重预测补偿过程和第二重预测存储， 相应地把传统混合视频编解码框架中的预测残差定义为第一重残差，把针对第 一重残差的预测定义为第二重预测；其中二重预测补偿过程包括第一重预测补 偿过程和第二重预测补偿过程。第二重预测补偿过程的输入包括重建后的第一 重残差和重建后的第二重残差，由此两者得到重建后的第一重残差。编码方法 包括二重预测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二重预测视频解码方法，其特征在于：　　　　（１）在第二重预测补偿过程中根据第一重残差参考值进行预测而获得第一重残差预测值，其中第一重残差参考值由已解码的像素值生成；　　　　（２）第二重预测存储所存储的信息包括第二重预测判断信息和已解码的像素值。

【技术特征摘要】
1. 一种二重预测视频解码方法，其特征在于(1)在第二重预测补偿过程中根据第一重残差参考值进行预测而获得第一重残差预测值，其中第一重残差参考值由已解码的像素值生成；(2)第二重预测存储所存储的信息包括第二重预测判断信息和已解码的像素值。2. 根据权利要求1所述的二重预测视频解码方法，其特征在于i .所述第一重残差参考值，其生成过程为第二重预测参考生成过程，该过程的输入至少包括以下值A. 当第二重预测生成过程中使用的预测方法是空域预测a) 当前待处理单元E空域预测参考点位置已解码的像素值D;b) 由当前待处理单元E的第一重模式信息所指向的参考帧图像Rl中与空域预测参考点位置对应的已解码像素值根据第一重模式信息生成的已解码像素值D的预测值D1;B. 当第二重预测生成过程中使用的预测方法是时域预测a) 由当前待处理单元E的第一重模式信息和第二重模式信息所指向的参考 图像R1中与当前待处理单元位置对应所在单元E1的已解码像素值D1;b) 由单元El的第一重模式信息和单元E的第二重模式信息所指向位置的参 考图像R2中与当前待处理单元位置对应所在单元E2的已解码像素值根据单元 El的第一重模式信息和单元E的第二重模式信息生成的已解码像素值D1的预 测值D2;C. 当第二重预测生成过程中使用的预测方法是时空域结合的预测，输入包括 (A)中所述的信息和(B)中所述的信息；ii. 第一重残差参考值由(i)中的输入经组合得到；iii. 所述第一重残差预测值，其生成过程为第二重预测生成过程，该过程由 第一重残差参考值根据第二重模式信息预测生成第一重残差预测值，所述预测 为空域预测或时域预测或时空域结合的预测。3. 根据权利要求1所述的二重预测视频解码方法，其特征在于，所述第二重 预测判断信息包括当前待处理单元、当前待处理单元周围可用单元和当前待处 理单元所在图像的可用参考图像位置的以下信息l)预定义值2) 重建图像像素值，3) 图像像素的预测值，4) 重建后的第一重残差，5) 第一重残差预测值，6) 第一重模式信息，7) 重建后的第二重残差，8) 第二重模式信息； 第二重预测判断信息组合产生权利要求2中的第二重模式信息。4. 一种二重预测视频编码方法，其特征在于，(1) 在第二重预测过程中根据第一重残差参考值进行预测而获得第一重残差 预测值，其中第一重残差参考值由已编码的像素值生成；(2) 第二重预测存储所存储的信息包括第二重预测判断信息和己编码的像素值。5. 根据权利要求4所述的二重预测视频编码方法，其特征在于，i .所述第一重残差参考值，其生成过程为第二重预测参考生成过程，该过 程的输入至少包括以下值A. 当第二重预测生成过程中使用的预测方法是空域预测a) 当前待处理单元E空域预测参考点位置已编码的像素值P;b) 由当前待处理单元E的第一重模式信息所指向的参考图像R1中与空域预 测参考点位置对应的已编码像素值根据第一重模式信息生成的已编码的像素值 P的预测值P1;B. 当第二重预测生成过程中使用的预测方法是时域预测a) 由当前待处理单元E的第一重模式信息和第二重模式信息所指向的参考 图像R1中与当前待处理单元位置对应所在单元E1的已编码像素值P1;b) 由单元El的第一重模式信息和单元E的第二重模式信息所指向位置的参 考图像R2中与当前待处理单元位置对应所在单元E2的己解码像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞露，陈思嘉，王建鹏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]