[发明专利]采用运动相关预测压缩视频信息的方法和装置

说明书

本发明涉及数字图像信号处理领域，特别是用于压缩选自一组运动相关预测的视频信息的方法和装置。

视频信息传输系统使用视频压缩来降低所传送的视频数据量。这就允许使用更少的传输带宽、传输时间和存贮容量。压缩视频信息，例如包含在电视信号中的视频信息的一种常用技术是减少在一个图像序列的连续帧中出现的冗余瞬时图像信息。冗余瞬时图像信息是与静态图像部分或在连续帧之间只是经过平移的图像部分有关的信息。识别出这些图像部分并对其编码就从所发送的视频数据中去除了大量冗余瞬时图像信息。对发送的视频数据适当进行编码，使得在接收机中通过其它发送的图像和插入这些经过编码的图像部分来重建图像。这种瞬时信息压缩技术要求预测值由一幅图像的各子块相对于其它之前或之后图像所发生的运动程度构成。这些被称作运动矢量的运动预测值用于对视频数据编码。从而使得可以从过去或未来的图像中预测出一幅图像。这个过程被称作运动补偿预测，并广为人知。

使用运动补偿预测的一种常用视频压缩标准是MPEG(活动图像专家组)图像编码标准(ISO/IEC 13818-2，1994年5月10日)。这种格式编码的视频数据由编码后数据的连续图像或帧的周期序列组成。有些图像(I图)是帧内编码的，也就是只使用本图像内部的信息进行编码。另一些图像(P图)进行的是前向预测编码，也就是使用来自过去的I图或P图的运动补偿预测进行编码。剩下的图像(B图)同时进行前向和后向预测编码，也就是说，它们使用来自过去或未来的I图或P图的运动补偿预测进行编码。因此P图和B图进行的是预测编码，从而使得从P或B图得到的图像再现要求有来自先前经译码的I或P图的信息。与此相反，I图进行的不是预测编码，图像可以从单个的I图或帧中重现。

为了形成经压缩和预测编码的MPEGP和B图必须计算许多运动矢量。这就产生了一个问题，因为运动矢量计算是一项费时、计算量繁重的工作。结果就要求有昂贵、复杂的硬件去完成产生发送的压缩视频数据所需要的运动矢量计算。

根据本发明的理论所公开的视频信号压缩系统使用简化的运动矢量计算完成基于运动矢量的预测。所公开的视频信号压缩系统计算一个或多个运动矢量，并根据这些初始计算值外推所要求的其它运动矢量值。外推的运动矢量通过对初始计算的运动矢量值进行瞬时比例换算(scale)来计算。

样本图像，MPEG兼容型视频输入数据被转换成输入像素块。为处于图像指定区域内的输入像素块确定最佳预测块和相关运动矢量。另外，为其它输入像素块确定候选预测块。这是通过由前面确定的相关运动矢量外推运动矢量，并使用这些外推运动矢量识别候选预测块来进行的。相互比较这些候选预测块并选择符合压缩数据速率要求的一个块。压缩所选块得到一个数据包格式的输出块，以提供压缩视频输出数据。

作为本发明的一个特点，通过使用块匹配搜索识别候选场预测块和相关运动矢量来确定候选MPEG场预测块。其它运动矢量由相关运动矢量外推并用于识别其它场预测块。

作为本发明的另一特点，给出了使用运动矢量外推在输出端提供压缩视频输出块的装置。

附图简述在附图中：

图1说明了场奇偶性相同(SFP)和场奇偶性相反(OFP)的运动矢量所涉及的场特性关系。

图2说明了将要编码的图像的左边缘和上边缘宏块，对于该图像计算了所需要的所有运动矢量。

图3说明了要编码的图像中当前宏块(CM)上方的块(TB)和当前宏块左方的块(LB)场奇偶性相同的情况。

图4说明了要编码的图像中当前宏块上方的块(TB)和当前宏块左方的块(LB)具有混合场奇偶性的情况。

图5-6表示的是流程图，它们根据本发明详细描述了使用简化的运动矢量计算确定用于压缩的最佳预测宏块的方法。

图7说明了图5-6流程图中所用的运动矢量比例换算。

图8说明了图5-6流程图中用来改善运动矢量估值的微扰搜索过程。

图9表示一个流程图，它用于根据本发明确定最佳帧预测宏块和相关运动矢量MVI。

图10表示基于本发明理论的MPEG兼容型编码器装置。

MPEG标准允许用不同的方法对P图和B图预测编码。每种方法都要求计算运动矢量。要进行预测编码的图像被分成块(当前块)，使用计算出的运动矢量在逐块的基础上对这些块进行预测。在MPEG标准中，这些块被称作宏块，并将其大小定义为16×16个图像元素(像素)。对于每个当前预测的宏块，可以使用诸如基于帧的、基于场的和“双质数”编码产生几个候选预测宏块。从这些候选预测宏块中选择出某个当前宏块(CM)的最佳预测以进行压缩和传输。