[发明专利]用于视频的数据压缩

说明书

技术领域

本发明涉及视频流的编码和传输。

背景技术

在视频流的传输中，正不断地努力来减少需要被传输的数据的量，同时仍然允许移动的图像在传输的接收端处适当地被重新创建。视频编码器接收包括要被编码的“原始”视频帧序列的输入视频流，每个视频帧表示在相应时刻的图像。该编码器然后将每个输入帧编码成两种类型编码的帧之一：内帧（intra frame）（也被称为关键帧）或间帧（inter frame）。编码的目的是压缩视频数据，以便当视频数据通过传输介质传输或存储在存储介质上时招致（incur）更少的比特。

使用仅来自正被编码的当前视频帧的数据、典型地使用帧内预测编码（coding）来压缩内帧，由此该帧内的一个图像部分相对于同一帧内的另一个图像部分被编码并被发信号传递（signal）。这类似于静态图像编码。另一方面，使用先前帧（参考帧）的知识来压缩间帧，并且该间帧仅允许参考帧与在时间上紧随它的当前帧之间的差的传输。这允许高效得多的压缩，特别是当场景具有相对较少的变化时。帧间预测典型地使用运动估计依据（in terms of）描述帧之间的图像部分的移动的运动向量来编码并发信号传递该视频，并且然后使用运动补偿来基于用信号传递的向量在接收器处预测该运动。用于视频通信的各种国际标准，比如MPEG 1、2&4和H.261、H.263&H.264，采用基于在规则的块的基础上的源帧的划分的运动估计和补偿。根据分辨率、帧速率、比特率和场景，内帧可以达到间帧的20到100倍大。另一方面，间帧将依赖关系施加到高达最近的内帧的先前的间帧。如果任意一个帧遗漏，则解码当前间帧可能导致错误和伪影。

这些技术例如被用在H.264/AVC标准中（参见T.Wiegand，G.J.Sullivan,G.Bjontegaard,A.Luthra:“Overview of the H.264/AVC video coding standard,” in IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,Volume:13,Issue:7,page(s)：560-576，July 2003）。

图7图示用于例如根据H.264/AVC的基本编码结构将视频流编码成间帧和交错的内帧的流的已知的视频编码器。编码器接收包括要被编码的帧序列的输入视频流（每个帧被分成组成宏块并被细分成块），并且输出然后可以被传输到解码器的量化的变换系数和运动数据。该编码器包括用于接收视频图像的输入宏块的输入端70、减法级（stage）72、正变换级74、正量化级76、逆量化级78、逆变换级80、帧内预测编码级82、运动估计&补偿级84和熵编码器86。

减法级72被设置成接收包括一系列输入宏块的输入信号，每个输入宏块对应于帧的一部分。减法级72从每一个宏块减去该宏块的预测，以便生成残差（residual）信号（有时也被称为预测误差）。在帧内预测的情况下，从帧内预测级82基于相同帧的一个或多个相邻区域提供块的预测（在经由逆量化级78和逆变换级80反馈之后）。在帧间预测的情况下，从运动估计&补偿级84基于先前帧的所选区域提供块的预测（再次在经由逆量化级78和逆变换级80反馈之后）。对于运动估计，借助描述先前帧中的所选区域的位置与在当前帧中正被编码的宏块之间的偏移的运动向量来识别所选区域。

然后，正变换级74例如借助离散余弦变换（DCT）将块的残差从空间域表示变换为变换域表示。也就是说，它将每个残差块从在不同的笛卡尔x和y坐标处的一组像素值变换为表示具有不同波数k_x和k_y（具有1/波长的大小）的不同的空间频率项的一组系数。然后，正量化级76量化变换系数，并且输出要经由熵编码器86被编码成视频流的残差信号的量化且变换的系数，从而形成用于传输到一个或多个接受者终端的编码的视频信号的一部分。