一种混合视频编码标准中帧间预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种混合视频编码标准中帧间预测方法。
【背景技术】
[0002] 随着人们对视频显示质量要求的提高，高清和超高清视频等新视频应用形式应运 而生。在这种高分辨率高质量视频欣赏应用越来越广泛的情况下，如何增强视频压缩效率 变得至关重要。
[0003] 图像与视频在数字化过程中，产生了大量的数据冗余，这使得视频压缩技术成为 了可能。一般而言，冗余类型至少包括空间冗余、时间冗余、信息熵冗余。对于时间冗余的 消除，一般采用基于预测的方法，即帧间预测编码。其基本思想是从已编码的相邻帧中找到 当前块最匹配的块，只需将残差和与运动矢量传给解码端即可，有效地降低了视频编码中 的时域冗余。由于现有的视频编码标准采用的是基于平移运动模型的块匹配运动估计，它 假设一个块中的所有像素点都经历相同的运动，即使是目前最先进的ffiVC编码标准，也无 法对非平移运动的场景进行精确的描述。
[0004]为 了克服块匹配算法的缺点，OusebLee,YaoWang, "Motion-Compensated PredictionUsingNodal-BasedDeformableBlockMatching, "JournalofVisual CommunicationandImageRepresentation,vol. 6,no. 1，pp. 26-34,Mar. 1995 提议使用基 于节点的变形模型，它假设一个块的给定数目的控制节点可以自由移动，块内任意一点的 MV可以通过控制节点的MV插值出来。该方法对初始值比较敏感，并且需要大量的计算。
[0005]YaoWang,J.Ostermann,^ComparisonofBlock-BasedandMesh-BasedMotion EstimationAlgorithms,''IEEEInternationalSymposiumonCircuitsandSystems,vo 1. 2,pp. 1157-1160,Jun. 1997曾指出当存在非平移运动（比如头部旋转）的时候基于网格 的模型比基于块的模型预测效果好。然而，当一个块包含多个朝不同方向运动的物体的时 候，这两个模型的预测效果都不好。
[0006]为了更好地模拟复杂运动，RomanC.Kordasiewicz,MichaelD.Gallant,and ShahramShirani,"AffineMotionPredictionBasedonTranslationalMotion Vectors, "IEEETrans.CircuitsSyst.VideoTechnol. ,vol. 17,no. 10,pp. 1388-1394,0 ct. 2007提出一个基于平移运动矢量的仿射运动场预测，它处于模式决策和运动估计之后， 作为一个后处理步骤。
[0007]为了更好地描述复杂运动，A.Glantz,M.Tok,A.Krutz,andT.Sikora,"Ablock adaptiveskipmodeforinterpredictionbasedonparametricmotionmodels,''IEEE InternationalConferenceonImageProcessing,pp. 1201-1204,Sept. 2011 提出一个基 于高阶参数运动模型的参数化skip模式。
[0008] 与以前提出的方法不同的是，我们的方案在处理变形运动的时候不需要编码运动 参数而是利用相邻已编码块的运动信息来获取当前变形块的运动信息，并且可以在多个预 测模型中选择一个最优的预测模型。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了有效地处理视频序列中存在的变形运动，而提出一种混合视 频编码标准中帧间预测方法，以进一步提升视频的编码性能。
[0010] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0011] 一种混合视频编码标准中帧间预测方法，所述预测方法用于描述视频序列中存在 的变形运动，所述预测方法用于merge模式、skip模式或inter模式中；
[0012] 所述预测方法的实现过程为：
[0013] 步骤一：获取当前编码块的周围若干个相邻已编码块的运动信息，当前编码块的 尺寸为W*H，W为当前编码块的宽，H为当前编码块的高；所述运动信息包括参考索引和运动 矢量；周围若干个相邻已编码块称为邻近编码块；
[0014] 步骤二：根据步骤一获取的邻近编码块的参考索引获取当前编码块中每个划分单 兀的参考索引；
[0015] 步骤三：根据步骤一获取的邻近编码块的参考索引和步骤二获取的当前编码块中 每个划分单元的参考索引对邻近编码块的运动矢量进行处理，获取当前编码块中每个划分 单元的运动矢量。
[0016] 在步骤一中，所述邻近编码块是当前编码块的四个角点位置的邻近块、或是当前 编码块的四个角点位置和中心点位置的邻近块；所述邻近编码块是位于当前帧中的空域邻 近块或是位于时域参考帧中的时域邻近块；
[0017] 步骤二和步骤三中划分单元的大小为w*h，其中：l<w<W，l<h<H;
[0018] 步骤二所述获取当前编码块中每个划分单元的参考索引的原则为：
[0019] 选取步骤一中获取的邻近编码块的使用次数最多的参考索引作为目标参考索引，
[0020] 或者，为每个邻近编码块指定一个权值，将具有相同参考索引的邻近编码块的权 值累加，选取步骤一中获取的邻近编码块的权值最大的参考索引作为目标参考索引；
[0021] 步骤三所述对邻近编码块的运动矢量进行处理，其过程为：在使用邻近块的运动 矢量插值出当前块中目标划分单元的运动矢量之前对邻近块的运动矢量进行预处理，即如 果邻近块的参考索引跟所获取的目标参考索引不同，就根据时域距离将邻近块的运动矢量 缩放到对应于目标参考索引的运动矢量。
[0022] 在步骤三中，所述获取当前编码块中每个划分单元的运动矢量的实现过程为：
[0023] 通过双线性插值模型计算得到所述运动矢量，其计算过程为：从步骤一中的若干 邻近块中选取四个邻近块，其运动信息必须全部存在且至少有一个选中邻近块的运动信 息和其他选中邻近块的运动信息不同；利用被选中邻近块的参考索引获取当前块中每个 划分单元的目标参考索引；对选中邻近块的运动矢量进行预处理，然后就可以根据公式
?计算出当前块目标划分单元的运动矢量，式中，8111表示当前 K=l 编码块，Ux表示当前块中的某个划分单元，dm(Ux)表示当前块中目标划分单元的运动矢量MV，dm(MPk)表示Bm的第k个邻近块的MV，插值核伞m，k(x)依赖于Bm的第k个邻近块对Ux 的贡献，可由目标划分单元相对于各个控制MP的位置确定。
[0024] 在步骤三中，所述获取当前编码块中每个划分单元的运动矢量的实现过程为：通 过六参数的仿射模型计算得到，其计算过程为：从步骤一中的若干邻近块中选取三个邻近 块，其运动信息必须全部存在且至少有一个选中邻近块的运动信息和其他选中邻近块的 运动信息不同；利用被选中邻近块的参考索引获取当前块中每个划分单元的目标参考索 弓丨；对选中邻近块的运动矢量进行预处理，利用选中邻近块的位置坐标及其运动矢量根据 公式
％计算出六个仿射变换系数，进而可以根据当前块中相同坐标系下每个 像素点的坐标求得对应的运动矢量（vx，vy);式中，（x，y)为当前帧中某个像素点的坐标， (x'，y'）为该像素点在参考帧中对应点的坐标，a。a2,a3,a4,a5, &6是仿射变换系数，至少需 要三个邻近块的运动矢量才能确定所述仿射变换系数。
[0025] 在步骤三中，获取当前编码块中每个划分单元的运动矢量的实现过程为：通过四 参数的仿射模型计算得到，其计算过程为：从步骤一中的若干邻近块中选取两个邻近块，它 们的运动信息必须全部存在且至少有一个选中邻近块的运动信息和其他选中邻近块的运 动信息不同；利用被选中邻近块的参考索引获取当前块中每个划分单元的目标参考索引； 对选中邻近块的运动矢量进行预处理，利用选中邻近块的位置坐标及其运动矢量根据公式
I) $计算出四个仿射变换系数，进而可以根据当前块中相同坐标系下每个 像素点的坐标求得对应的运动矢量（vx，vy);式中，（x，y)为当前帧中某个像素点的坐标， (x'，y'）为该像素点在参考帧中对应点的坐标，％，ai，a2,a3是仿射变换系数，至少需要两个 邻近块的运动矢量才能确定所述仿射变换系数。
[0026] 在步骤三中，所述获取当前编码块中每个划分单元的运动矢量的实现过程为：通 过透视投影模型计算得到，其计算过程为：从步骤一中的若干邻近块中选取四个邻近块， 其运动信息必须全部存在且至少有一个选中邻近块的运动信息和其他选中邻近块的运动 信息不同；利用被选中邻近块的参考索引获取当前块中每个划分单元的目标参考索引；对 选中邻近块的运动矢量进行预处理，利用选中邻近块的位置坐标及其运动矢量根据公式
计算出八个透视投影系数，进而可以根据当前块中相同坐标 系下每个像素点的坐标求得对应的运动矢量（vx，vy);式中，（x，y)为当前帧中某个像素点 的坐标，（x'，y'）为该像素点在参考帧中对应点的坐标，a。a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8是透视投影 系数，至少需要四个邻近块的运动