[发明专利]视频信息编码和解码方法、运动补偿视频编码器和相应的解码器

说明书

本发明涉及视频编码。具体地说，涉及利用运动补偿预测对视频信息的压缩。

视频序列包括大量的视频帧，视频帧又由大量的像素组成，每一个像素由一组数字位代表。因为典型的视频序列中有大量的视频帧，一个视频帧中又都有大量的像素，所以表示视频序列所需要的数据量迅速增大。例如，一个视频帧包括一个640乘480个像素的阵列，每一个像素有RGB(红、绿、蓝)彩色表示，每个色分量8位，总共每帧有7,372,800位。视频序列包括一系列静止图像，后者一般用每秒15-30帧的速率记录/显示。这样，单独地传输每帧中每个像素的信息，所需的数据量便非常庞大。

视频编码要处理减少传输信息量的问题，以便能以可以接受的图像质量呈现视频序列。例如，在视频电话中，编码的视频信息是利用传统的电话网络传输的，其中传输位速率一般为64 kilobits/s(千位/秒)的倍数。在移动视频电话中，其中传输至少一部分是在无线电通信链路上进行的，可用的传输位速率可能低达20 kilobits/s。

在一般的视频序列中，依次出现的帧内容的变化在很大程度上是场景运动的结果。这种运动可以是由于摄像机的运动或是由于场景中出现的物体的运动而造成的。因此，一般的视频序列的特征是具有明显的时间相关性，沿着运动轨迹该相关性最高。视频序列的有效压缩一般都利用视频序列的这个特性。运动补偿预测在视频压缩方面是一种被广泛接受的技术。它利用这样的一个事实，即在一般的视频序列中，给定这两帧之间的运动轨迹，一个特定帧片段中的图像强度/色度值便可以利用其他某个已经编码和发送的帧的图像的强度/色度值预测。有时最好发送整个帧，以防止误差累积致使图像质量下降，并提供附带的功能，例如，对视频序列的随机存取。

一个利用运动补偿预测的示例性视频编码系统的示意图示于附图的图1和2。图1举例说明利用运动补偿的编码器10，而图2举例说明相应的解码器20。利用运动补偿的编码器的工作原理是使预测误差帧E_n(x，y)最小化，误差帧是正在编码的当前帧I_n(x，y)和预测帧P_n(x，y)之间的差值。于是预测误差帧为

E_n(x，y)＝I_n(x，y)-P_n(x，y).          (1)

预测帧是利用基准帧Rn(x，y)的像素值和像素运动构造的，基准帧是以前编码和传输的一个帧(例如，当前帧的前一帧)，而像素运动是当前帧和基准帧之间的像素运动。像素运动可以表达为当前帧I_n(x，y)中位置(x，y)处像素的水平和垂直位移值Δx(x，y)和Δy(x，y)。这对数值[Δx(x，y)，Δy(x，y)]称为该像素的运动矢量。运动矢量一般利用某些已知的函数(称为基本函数)和系数(这在下文中将更详细讨论)表达，而近似的运动矢量场(x，y)，(x，y))可以利用系数和基本函数构造。