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CN101072356A - 一种运动矢量预测方法 - Google Patents

一种运动矢量预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于视频编码的运动矢量预测方法，包括如下步骤：1)选择均匀分布在当前块周围的块的运动矢量作为参考运动矢量；2)根据参考运动矢量对当前待预测运动矢量进行预测。在参考运动矢量选择步骤中，选择与当前块相邻的左下块、正上块和右上块的运动矢量作为当前块的运动矢量。将上述三个预测运动矢量中的中值作为当前块的预测运动矢量。本发明不仅有效降低了编码运动矢量残差所需的比特数，也加快了视频处理过程中运动估计的过程以提高预测运动矢量的精度，在视频编码中，可以有效的提高运动估计的准确性和编码效率。

Description

一种运动矢量预测方法
技术领域
本发明涉及视频编码技术，特别涉及运动矢量预测方法。
背景技术
高效的视频编解码技术是实现高质量、低成本多媒体数据存储和传输的关键。目前常用的编码方法有预测编码、正交变换编码、向量量化编码等等。这些方法都是基于信号处理理论的，通常也称为第一代编码技术。现在比较流行的图像编码国际标准都基于这种编码理论，采用的是基于块匹配的运动补偿、离散余弦变换和量化相结合的编码方法。典型的有国际标准化组织/国际电工技术委员会第一联合技术组(ISO/IEC JCT1)推出的MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4等国际标准，以及国际电信联盟(ITU-T)提出的H.26x系列推荐。这些视频编码标准在工业界得到了广泛应用。
上述的视频编码标准都采用了混合视频编码(Hybrid Video Coding)策略，通常包括：预测、变换、量化和信息熵编码等四个主要模块。预测模块的主要功能是利用已经编码并重建的图像对当前要编码的图像进行预测(帧间预测)，或者利用图像中已经编码并重建的图像块(或宏块)对当前要编码的图像块(或宏块)进行预测(帧内预测)。变换模块的主要功能是将输入的图像块变换到另外一个空间，使输入信号的能量尽可能地集中在低频变换系数上，进而降低图像块内元素之间的相关性，有利于压缩。量化模块的主要功能是将变换的系数映射到一个有利于编码的有限元素集上；信息熵编码模块的主要功能是根据统计规律，将量化后的变换系数用变长码表示。
视频解码系统包含与视频编码相似的模块，主要通过将输入的码流通过熵解码、反量化、反变换等过程重建解码图像。除了上述模块外，视频编解码系统中通常还包含一些辅助的编码工具，这些工具也会对整个系统的编码性能(压缩化)做出贡献。
基于运动补偿预测的主要功能是消除视频序列在时间上的冗余，视频编码的大部分编码效率来自于预测模块。视频编码过程就是对视频序列的每一帧图像进行编码的过程。常用的视频编码系统对每一帧图像的编码是以宏块为基本单元进行的。在编码每一帧图像时，又可以分为帧内(I帧)编码、预测(P帧)编码和双向预测(B帧)编码等。一般来说，编码时，I帧、P帧和B帧编码是穿插进行的，比如按照IBBPBBP的顺序。
由于视频数据在时间域和空间域上有较强的相关性，将运动估计得到的运动矢量及预测残差进行编码可以获得较高的编码效率。运动矢量预测是提高编码效率的一个因素，因此运动矢量预测的准确程度将直接影响到视频编解码的效率。
在目前大多数视频压缩编码标准里，运动矢量的编码使用的是预测差分编码，即一个块的运动矢量与其空间相邻的3个块的运动矢量的中值作差，如图1所示，图中F表示当前编码块，A表示与块F相邻的左边块，B表示与F相邻的正上块，C表示与F相邻的右上块，D表示与块F相邻的左上块，在运动矢量预测中，如果块C不可用(如图像的右边缘)，则使用块D进行替代。这种编码方法在一定程度上有效地消除运动矢量之间的空间冗余，提高视频编码的效率。
但是如果当前块是一个较大的块，而与其相邻的块是较小的块，并且这些较小的块都具有不同的运动矢量，那么在对当前较大块的运动矢量进行预测时，如果仍采用已有的技术进行预测，就会出现无法提供高精度运动矢量预测问题。
因此，为了提高预测运动矢量的精度，需要一种改进的运动矢量预测方法，该方法对于当前块是一个较大的块时，仍然能够有高精度的运动矢量预测。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中对于较大的当前块无法提供高精度运动矢量预测的不足，提供一种改进的运动矢量预测方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种运动矢量预测方法，包括如下步骤：
3)参考运动矢量选择步骤；
4)根据参考运动矢量对当前待预测运动矢量进行预测的步骤。
在上述技术方案中，所述步骤1)中，在参考运动矢量选择步骤中，选择均匀分布在当前块周围的块的运动矢量作为参考运动矢量。
在上述技术方案中，进一步地，在参考运动矢量选择步骤中，选择与当前块相邻的左下块、正上块和右上块的运动矢量作为当前块的参考运动矢量。
在上述技术方案中，与当前块相邻的右上块不存在或不可用时，取当前块的左上块代替。
在上述技术方案中，所述步骤2)在运动矢量预测步骤中，将上述三个预测运动矢量中的中值作为当前块的预测运动矢量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供的一种运动矢量预测方法，使参考运动矢量更加均匀地分布在当前预测块的周围，从而通过预测得到的运动矢量更加接近于实际的运动矢量，不仅有效降低了编码运动矢量残差所需的比特数，也加快了视频处理过程中运动估计的过程以提高预测运动矢量的精度，在视频编码中，可以有效的提高运动估计的准确性和编码效率。
附图说明
图1为已有技术中预测矢量预测方法使用的参考运动矢量位置分布示意图；
图2为本发明实施例中当前块F和相邻块的位置分布示意图；
图3为本发明实施例中运动矢量预测过程中用到的参考运动矢量位置分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如果当前块是一个较大的块，该块大于相邻的块，与其相邻的块是较小的块，并且这些较小的块都具有不同的运动矢量，那么在对当前较大块的运动矢量进行预测时，应该尽量的保证用于预测的相邻块均匀分布在当前较大块的周围，如图2所示，假设当前块是16×16宏块，而其周围都是4×4的块并且都具有不同的运动矢量，那么在对当前16×16块进行运动矢量预测时，应该使用图中E、B和C块的运动矢量的中值作为预测运动矢量，而不是以前标准中的A、B和C块的运动矢量的中值。
根据前述分析，为了提高预测运动矢量的精度，在参考运动矢量选择步骤中，选择均匀分布在当前块周围的块的运动矢量作为参考运动矢量。即选择与当前块相邻的左下块、正上块和右上块的运动矢量作为当前块的运动矢量。
在如图3所示，对当前块F运动矢量预测的方法，包括如下步骤：
1)参考运动矢量选择步骤；选择当前块F的左下块、正上块和右上块，块E、B和C分别对应于当前块F的左下块、正上块和右上块，它们的运动矢量分别为mvE、mvB和mvC，其中mvE、mvB和mvC分别包括水平分量(mvE_x、mvB_x和mvC_x)和垂直分量(mvE_y、mvB_y和mvC_y)；
2)根据参考运动矢量对当前待预测运动矢量进行预测的步骤；当前块的预测运动矢量为：
PredMV_x＝median(mvE_x、mvB_x和mvC_x)
PredMV_y＝median(mvE_y、mvB_y和mvC_y)
这里函数median(x，y，z)的作用为求x、y和z的中值。
此处当块C不存在或者不可用时，比如图像的右边缘处或块C没有运动矢量，则用块D的数据代替公式中的块C。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1、一种运动矢量预测方法，包括如下步骤：
1)参考运动矢量选择步骤；
2)根据参考运动矢量对当前待预测运动矢量进行预测的步骤。
2、根据权利要求1所述运动矢量预测方法，其特征在于，所述步骤1)参考运动矢量选择步骤中，选择均匀分布在当前块周围的块的运动矢量作为参考运动矢量。
3、根据权利要求2所述运动矢量预测方法，其特征在于，所述步骤1)参考运动矢量选择步骤中，选择与当前块相邻的左下块、正上块和右上块的运动矢量作为当前块的参考运动矢量。
4、根据权利要求3所述运动矢量预测方法，其特征在于，与当前块相邻的右上块不存在或者不可用时，取当前块的左上块代替右上块。
5、根据权利要求3或4所述运动矢量预测方法，其特征在于，将所述三个块的预测运动矢量中的中值作为当前块的预测运动矢量。
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