[发明专利]运动矢量编码和解码的方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及数字视频处理。特别地，本发明涉及包括编码与解码运动矢量编码的方法和装置。

背景技术

运动估计(Motion estimation，简称ME)与运动补偿(Motioncompensation，简称MC)是现代视频编码标准(如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.261、H.263、H.264和AVS)中的重要工具，以压制时间冗余，从而达到高编码效率。在ME/MC中，当前帧被分为不重叠的区块。对于当前帧中的每个当前块，在参考帧中限定搜索区。搜索区中的每一点对应于一个候选块，该候选块潜在地是当前块的良好预测。限定相似性度量并且在搜索区进行搜索以基于相似性度量查找候选块，该候选块与当前块的相似性即使不是最大，也是很大。该具有最大相似性的候选块将是最佳匹配块。最佳匹配快与当前块之间的相对位移被称为运动矢量，其需要被编码。运动矢量(motion vector，简称MV)的编码也被称为运动矢量编码(motion vectorcoding，简称MVC)。

另一方面，为了解码端实现运动补偿，编码端需要耗费大量的比特流用于传递运动矢量信息。例如在H.264中，当比特率很低(例如QP＝40)时，运动矢量信息所耗费的比特数目占总编码数目的百分比很高，甚至达到50％。所以本领域迫切需要更有效的方法进行运动矢量编码来提高其编码效率。

在最新的运动矢量编码方法中，引入了许多工具以提高运动矢量编码的效率。例如，为了减小运动矢量的压缩位的数量，H.264标准利用简单的预测编码技术编码运动矢量。对于每个当前块，H.264利用三个相邻的运动矢量(MV)的中间的一个构成运动矢量预测器(motion vector predictor，简称MVP)。MVP与当前块的真实MV的运动矢量差(motion vector difference，简称MVD)被编码到位流中。该“中间MVP”有效地减少用于MV编码的位，因为其在大多数情况下类似于当前块的真实MV。但是，中间MVP并不能总是最优地预测当前MV。需要更有效的MVP以进一步减少用于MV的编码位数。

还曾有过其他方法试图获得有效的运动矢量编码。例如，在以下公开文件中有所记载：S.Kamp、M.Evertz和M.Wien的“Decoder side motion vectorderivation for inter frame video coding”，出自IEEE国际图像处理会议(IEEEInternational Conference on Image Processing)，pp.1120-1123，2008，(以下称为“S.Kamp等人的文章”)以及第7,023,919号、名称为“Method for coding motionvector using 2-dimentional minimum bitrate predicting technique”的美国专利。

在S.Kamp等人的文章中，说明了一种获取运动矢量的方法。该方法在解码端执行类似运动估计的方法以取得运动矢量和参考索引。但是，该方法不能自适应地改变MV预测器候选集，并且该方法放弃使用现有精确的ME方法来获得MV而是直接在解码端用不是非常准确的模板匹配方式来获得MV，并且该方法中没有使用猜测策略。此外，模板匹配使用固定大小和形状的模板。该方法中没有使用参考索引或MVD。总的来说，该方法十分复杂，并且使用模板匹配得到MV和参考索引自身并不总是可靠的。

在第7023919号美国专利申请中，说明了一种运动矢量编码的方法。该方法没有使用匹配技术减少MV预测器候选集，也没有提供自适应候选集。即使使用猜测策略，其基于最小位速率而非最小MVD。该方法中并没有将基于时间的MV预测器用作候选。该方法缺乏效率，特别是在MVD很小的情况下更是如此。另外不同的MVD可能具有相同的位速率，使得基于最小位速率的标准缺乏效率。