CN113301335A - 视频信号的编码和解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种视频信号的编码方法,包括:步骤S1:将视频信号的数据划分为多个微块;步骤S2:确定当前微块的预测模式为帧内预测还是帧间预测;步骤S3:如果是帧内预测,则确定帧内预测模式,如果是帧间预测,则确定运动矢量;步骤S4:对帧内预测模式的预测残差进行变换或者对运动矢量的变换系数进行量化;步骤S5:对帧内预测模式或者运动矢量以及量化后的变换系数进行熵编码;重复步骤S2~步骤S5,完成所有微块的编码。本发明的编码方法和解码方法都比现有技术的编码方法和解码方法简单,采用本发明的编码方法和解码方法可以提高编码和解码的速率。
Description
技术领域
本发明涉及编码技术领域,尤其是涉及一种视频信号的编码和解码方法。
背景技术
电视电话,电话会议系统,视频点播系统,以及其他一些传输动态图像的系统的问世,使得对这类图像的编码的方法也要国际标准化。ITU-T制定的H.261、H.263和H.264,以及由运动图像专家组制定的MPEG-1,MPEG-2,MPEG-3就是这类图像的压缩标准,其中有些已经被世界标准组织所采用。
在这些标准中,预测是一种最重要的技术,预测方法一般分为帧内预测和帧间预测,宏块(16x16的图像像素块)是预测及编解码的基本单位。宏块由图像的一部分的亮度分量和与这部分空间相关的色差分量组成,它的格式是多样的,最常用的格式是用术语4:2:0来表达的,它表示了每个宏块包含了4个8*8的亮度像素,每个亮度像素为8比特,和2个8*8的色度像素,每个色度像素为8比特。
帧间预测方法是用这些矩形块大小的原始图像(原始输入的图像),即原始图像块,在参考图像(在以前编码的重建帧中用作为参考的图像)中进行运动估计,就得到原始图像块的最佳匹配图像块作为预测结果。帧内预测方法是在当前编码帧中利用需要编码的矩形块周围已经编码的矩形块,对需要编码的矩形块进行预测得到的预测矩形块作为预测结果。在H.264视频编码标准中,帧间编码采用不同大小的宏块分割和亚分割方法,支持7种不同宏块大小的帧间编码模式,即每个宏块都可以按照16像素*16像素,16像素*8像素,8像素*16像素,8像素*8像素进行分割,如果选择8像素*8像素的宏块模式,还可以按照8像素*4像素,4像素*8像素或者4像素*4像素进行宏块亚分割。在编码时,编码器对每一种可能的宏块模式进行运动搜索,并且计算其代价,然后找到代价最小的宏块模式,由于需要计算每一种宏块模式的代价,则大大的增加了计算量,降低了编码和解码的速率。对于帧内编码,由于宏块模式比较多,这样就使得块相邻关系和帧内预测和编解码也变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种视频信号的视频信号的编码和解码方法,可以提高编码和解码的速率。
为了达到上述目的,本发明提供了一种视频信号的编码方法,包括:
步骤S1:将视频信号的数据划分为多个微块;
步骤S2:确定当前所述微块的预测模式为帧内预测还是帧间预测;
步骤S3:如果是帧内预测,则确定帧内预测模式,如果是帧间预测,则确定运动矢量;
步骤S4:对所述帧内预测模式的预测残差进行变换或者对所述运动矢量的变换系数进行量化;
步骤S5:对所述帧内预测模式或者运动矢量以及量化后的变换系数进行熵编码;
重复步骤S2~步骤S5,完成所有所述微块的编码。
可选的,在所述的视频信号的编码方法中,所述视频信号的数据包括亮度数据和色度数据。
可选的,在所述的视频信号的编码方法中,当所述视频信号的数据为亮度数据时,在步骤S12之后,还包括:确定分割模式,将当前所述微块分割为多个分块。
可选的,在所述的视频信号的编码方法中,所述分割模式包括:8x8模式、8x4模式、4x8模式或4x4模式。
可选的,在所述的视频信号的编码方法中,当所述视频信号的数据为亮度数据时,步骤S13包括:如果是帧内预测,为每一个所述分块确定帧内预测模式,如果是帧间预测,为每一个所述分块确定运动矢量。
可选的,在所述的视频信号的编码方法中,所述帧内预测模式包括:直流预测、垂直预测、水平预测、正45度方向预测和负45度方向预测。
可选的,在所述的视频信号的编码方法中,所述对帧内预测模式的预测残差进行变换的方法包括:采用8×8DCT的模式对预测残差进行变换
可选的,在所述的视频信号的编码方法中,所述熵编码采用变长码表或采用算术编码。
本发明还提供了一种视频信号的解码方法,包括:
步骤S1:将编码数据流分为多个微块;
步骤S2:对视频信号进行解码得到微块编码模式、分割模式、帧内预测模式或者运动矢量以及量化后的变换系数;
步骤S3:根据所述帧内预测模式或者所述运动矢量计算预测值;
步骤S4:对所述量化后的变换系数进行反量化和反变换,并且计算残差值;
步骤S5:将所述预测值和所述残差值相加得到解码微块的值;
步骤S6:重复步骤S2~步骤S6,完成所有所述微块的解码。
可选的,在所述的视频信号的解码方法中,解码方法包括:变长码解码或者算术解码。
在本发明提供的视频信号的视频信号的编码和解码方法中,对视频信号的数据划分成多个微块,依次对每个微块进行编码和解码,本发明的编码方法和解码方法都比现有技术的编码方法和解码方法简单,采用本发明的编码方法和解码方法可以提高编码和解码的速率。
附图说明
图1是本发明的微块的示意图;
图2是本发明实施例一的视频信号的编码方法的流程图;
图3是本发明实施例二的视频信号的编码方法的流程图;
图4是本发明实施例三的视频信号的解码方法的流程图;
图中:1-像素。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在下文中,术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分,且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解,在适当情况下,如此使用的这些术语可替换。类似的,如果本文所述的方法包括一系列步骤,且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序,且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
本发明的视频信号编码中预测基本单位为8x8的亮度或者色度采样数据构成的方块,称为‘微块’,如图1,微块为8x8像素块,每一个格子为一个像素1。本发明是针对视频信号的编码,而视频信号包括色度和/或亮度,因此,视频信号的数据包括亮度数据和/或色度数据,编码一帧时,首先编码亮度数据,以微块为单位按照从上到下、从左到右的顺序依次编码,再编码色度数据,色度数据包括Cb和Cr的数据,编码色度数据时依次编色度Cb和Cr的数据,同样是以微块为单位按照从上到下、从左到右的顺序依次编码。编码亮度数据和编码色度数据有点细节不同,编码亮度数据时,不论是帧内预测还是帧间预测,微块可以进一步划分为8x4,4x8和4x4等三种模式的分块。编码色度数据时,不论是帧内预测还是帧间预测,微块都不再进一步划分。编码色度数据时,如果是帧内预测,则不参考亮度数据的编码结果;如果是帧间预测,则可以利用空间位置上相同的几个亮度微块的运动矢量来推导当前色度微块的运动矢量,也可以为色度微块单独传送一个运动矢量或者传送一个差分。具体的,分为多个实施例进行讲解,实施例一为对色度数据进行编码,实施例二对亮度数据进行编码,同时,本发明还提供了解码方式,如实施例三,解码方式适用于色度数据的解码和亮度数据的解码。
实施例一
请参照图2,本发明实施例提供了一种视频信号的编码方法,输入的是视频数据,视频数据包含多个图像,每个图像分为多个微块,每个图像采用视频信号的编码方法编码,直到所有图像完成编码,视频信号的编码方法包括:
步骤S11:将视频信号的数据划分为多个微块;
步骤S12:确定当前所述微块的预测模式为帧内预测还是帧间预测;
步骤S13:如果是帧内预测,则确定帧内预测模式,如果是帧间预测,则确定运动矢量;
步骤S14:对所述帧内预测模式的预测残差进行变换或者对所述运动矢量的变换系数进行量化;
步骤S15:对所述帧内预测模式或者运动矢量以及量化后的变换系数进行熵编码;
重复步骤S12~步骤S15,完成所有所述微块的编码。色度Cb和Cr均采用实施例二的方式进行编码,色度Cb按照S11~步骤S15完成后,接着,色度Cr重复S11~步骤S15完成编码。
其中,帧内预测模式包括:直流预测、垂直预测、水平预测、正45度方向预测和负45度方向预测,从以上5个帧内预测模式选择最优的一个作为步骤S13的帧内预测模式。
进一步的,确定运动矢量的方法包括:采用全搜索的方法在48×48象素范围内搜索,精度为四分之一象素,将匹配最好的一个位置和该分块的位置的插值作为该分块的运动矢量。
进一步的,对帧内预测模式的预测残差进行变换的方法包括:采用8×8DCT的模式对预测残差进行变换。
进一步的,对运动矢量的变换系数进行量化的方法包括:分64个量化级,根据码率要求选择一个量化级或者指定的量化级进行量化。熵编码采用变长码表或采用算术编码。
优选的,所述熵编码采用变长码表或采用算术编码。
实施例二
请参照图3,本发明实施例提供了一种视频信号的编码方法,输入的是视频数据,视频数据包含多个图像,每个图像分为多个微块,每个图像采用视频信号的编码方法编码,直到所有图像完成编码,视频信号的编码方法包括:
步骤S21:将视频信号的数据划分为多个微块;
步骤S22:确定当前所述微块的预测模式为帧内预测还是帧间预测;
步骤S23:确定分割模式,将当前所述微块分割为多个分块;
步骤S24:如果是帧内预测,为每一个所述分块确定帧内预测模式,如果是帧间预测,为每一个所述分块确定运动矢量;
步骤S25:对所述分割模式、帧内预测模式的预测残差进行变换或者对所述运动矢量的变换系数进行量化;
步骤S26:对所述帧内预测模式或者运动矢量以及量化后的变换系数进行熵编码;
重复步骤S22~步骤S26,完成所有所述微块的编码。
其中,所述分割模式包括:8x8模式、8x4模式、4x8模式或4x4模式。
进一步的,所述帧内预测模式包括:直流预测、垂直预测、水平预测、正45度方向预测和负45度方向预测,从以上5个帧内预测模式选择最优的一个作为步骤S24的帧内预测模式。
进一步的,为每一个所述分块确定帧内预测模式的方法包括:从所述帧内预测模式内选取一个最优的帧内预测模式作为分块的帧内预测模式。
进一步的,为每一个所述分块确定运动矢量的方法包括:采用全搜索的方法在48×48象素范围内搜索,精度为四分之一象素,将匹配最好的一个位置和该分块的位置的插值作为该分块的运动矢量。
进一步的,对帧内预测模式的预测残差进行变换的方法包括:采用8×8DCT的模式对预测残差进行变换。对运动矢量的变换系数进行量化的方法包括:分64个量化级,根据码率要求选择一个量化级或者指定的量化级进行量化。
优选的,所述熵编码采用变长码表或采用算术编码。
实施例三
请参照图4,本发明实施例提供了一种视频信号的解码方法,输入的是编码数据流,编码数据流包含多个数据,每个数据分为多个微块,每个数据采用视频信号的编码方法编码,直到所有数据完成解码,视频信号的解码方法包括:
步骤S31:将编码数据流分为多个微块;
步骤S32:对视频信号进行解码得到微块编码模式、分割模式、帧内预测模式或者运动矢量以及量化后的变换系数;
步骤S33:根据所述帧内预测模式或者所述运动矢量计算预测值;
步骤S34:对所述量化后的变换系数进行反量化和反变换,并且计算残差值;
步骤S35:将所述预测值和所述残差值相加得到解码微块的值;
步骤S36:重复步骤S32~步骤S36,完成所有所述微块的解码。如果是色度,S32步骤还会解码得到分隔模式,同样,在色度解码时,仍然是依次解码两个色度数据。其中:解码方法包括:变长码解码或者算术解码。计算预测值和计算残差值的具体算法由编码端确定。
综上,在本发明实施例提供的视频信号的视频信号的编码和解码方法中,对视频信号的数据划分成多个微块,依次对每个微块进行编码和解码,本发明的编码方法和解码方法都比现有技术的编码方法和解码方法简单,采用本发明的编码方法和解码方法可以提高编码和解码的速率。
上述仅为本发明的优选实施例而已,并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的技术方案的范围内,对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动,均属未脱离本发明的技术方案的内容,仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种视频信号的编码方法,其特征在于,包括:
步骤S1:将视频信号的数据划分为多个微块;
步骤S2:确定当前所述微块的预测模式为帧内预测还是帧间预测;
步骤S3:如果是帧内预测,则确定帧内预测模式,如果是帧间预测,则确定运动矢量;
步骤S4:对所述帧内预测模式的预测残差进行变换或者对所述运动矢量的变换系数进行量化;
步骤S5:对所述帧内预测模式或者运动矢量以及量化后的变换系数进行熵编码;
重复步骤S2~步骤S5,完成所有所述微块的编码。
2.如权利要求1所述的视频信号的编码方法,其特征在于,所述视频信号的数据包括亮度数据和色度数据。
3.如权利要求2所述的视频信号的编码方法,其特征在于,当所述视频信号的数据为亮度数据时,在步骤S12之后,还包括:确定分割模式,将当前所述微块分割为多个分块。
4.如权利要求3所述的视频信号的编码方法,其特征在于,所述分割模式包括:8x8模式、8x4模式、4x8模式或4x4模式。
5.如权利要求3所述的视频信号的编码方法,其特征在于,当所述视频信号的数据为亮度数据时,步骤S13包括:如果是帧内预测,为每一个所述分块确定帧内预测模式,如果是帧间预测,为每一个所述分块确定运动矢量。
6.如权利要求1所述的视频信号的编码方法,其特征在于,所述帧内预测模式包括:直流预测、垂直预测、水平预测、正45度方向预测和负45度方向预测。
7.如权利要求1所述的视频信号的编码方法,其特征在于,所述对帧内预测模式的预测残差进行变换的方法包括:采用8×8DCT的模式对预测残差进行变换。
8.如权利要求1所述的视频信号的编码方法,其特征在于,所述熵编码采用变长码表或采用算术编码。
9.一种视频信号的解码方法,其特征在于,包括:
步骤S1:将编码数据流分为多个微块;
步骤S2:对视频信号进行解码得到微块编码模式、分割模式、帧内预测模式或者运动矢量以及量化后的变换系数;
步骤S3:根据所述帧内预测模式或者所述运动矢量计算预测值;
步骤S4:对所述量化后的变换系数进行反量化和反变换,并且计算残差值;
步骤S5:将所述预测值和所述残差值相加得到解码微块的值;
步骤S6:重复步骤S2~步骤S6,完成所有所述微块的解码。
10.如权利要求9所述的视频信号的解码方法,其特征在于,解码方法包括:变长码解码或者算术解码。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210824 |