图1是示出依照现有技术的视频编码器中的运动估计的图示。
图2是示出依照现有技术的视频编码器中的8×8的预测残差块的基于块的压 缩的图示。
图3是示出依照现有技术的视频编码器中的8×8的预测残差块的基于块的解 压的图示。
图4是示出依照现有技术的隔行扫描帧的图示。
图5A和5B是示出依照现有技术，用于逐行扫描P帧中的1MV宏块的候选 运动矢量预测值的宏块位置的图示。
图6A和6B是示出依照现有技术，用于混合的1MV/4MV逐行扫描P帧中的 1MV宏块的候选运动矢量预测值的块位置的图示。
图7A、7B、8A、8B、9和10是示出依照现有技术，用于混合的1MV/4MV 逐行扫描P帧中的4MV宏块中的各种位置处的块的候选运动数量预测值的块位置 的图示。
图11是示出依照现有技术，用于隔行扫描P帧中的当前帧编码宏块的候选运 动矢量预测值的图示。
图12和13是示出依照现有技术，用于隔行扫描P帧中的当前半帧编码宏块 的候选运动矢量预测值的图示。
图14是示出依照现有技术用于执行3候选者中值的伪代码的代码图。
图15是示出依照现有技术具有过去和未来参考帧的B帧的图示。
图16是示出依照现有技术的4∶2∶0YUV采样网格的图示。
图17是示出依照现有技术，用于从4MV宏块的四个亮度块中的运动信息导 出色度运动矢量的伪代码的代码图。
图18是可结合其实现所描述的若干实施例的合适的计算环境的框图。
图19是可结合其实现所描述的若干实施例的广义视频编码器系统的框图。
图20是可结合其实现所描述的若干实施例的广义视频解码器系统的框图。
图21是在所描述的若干实施例中使用的宏块格式的图示。
图22A是隔行扫描视频帧的一部分的图示，示出了上半帧和下半帧的交错行。 图22B是为编码/解码组织为帧的隔行扫描视频帧的图示，图22C是为编码/解码组 织为半帧的隔行扫描视频帧的图示。
图23是示出隔行扫描P帧的2半帧MV宏块中用于亮度块的运动矢量和用于 色度块的导出运动矢量的图示。
图24是示出隔行扫描P帧的4帧MV宏块中，用于四个亮度块的每一个的不 同运动矢量以及用于四个色度子块的每一个的导出运动矢量的图示。
图25是示出隔行扫描P帧的4半帧MV宏块中，用于亮度块的运动矢量和用 于色度块的导出运动矢量的图示。
图26A-26B是示出用于隔行扫描P帧的当前宏块的候选预测值的图示。
图27是示出用于处理隔行扫描P帧中具有四个半帧运动矢量的宏块的技术的 流程图。
图28是示出用于基于候选运动矢量的极性为半帧编码的宏块计算运动矢量预 测值的技术的流程图。
图29是示出用于在为半帧运动矢量计算运动矢量预测值时确定是否执行中值 运算的技术的流程图。
图30是示出用于确定在隔行扫描预测帧中是否跳过对特定宏块的编码的技术 的流程图。
图31是示出用于对隔行扫描P帧中的宏块解码联合编码的运动补偿类型信息 和半帧/帧编码类型信息的技术的流程图。
图32是示出用于为多个亮度运动矢量中的每一个导出一个色度运动矢量的技 术的流程图。
图33是示出用于使用基于半帧的舍入查找表来导出色度半帧运动矢量的技术 的流程图。
图34是示出用于使用基于半帧的舍入查找表从亮度运动矢量分量中导出色度 运动矢量分量的伪代码的代码图。
图35是示出用于基于半帧的舍入查找表中的值的半帧指定的图示。
图36是示出组合的实现中的入口点层比特流句法的图示。
图37是示出组合实现中用于隔行扫描P帧的帧层比特流句法的图示。
图38是示出组合实现中用于隔行扫描B帧的帧层比特流句法的图示。
图39是示出组合实现中用于隔行扫描P半帧或B半帧的帧层比特流句法的图 示。
图40是示出组合实现中用于隔行扫描P帧的宏块的宏块层比特流句法的图 示。
图41是示出组合实现中用于为隔行扫描P帧中的1MV宏块收集候选运动矢 量的伪代码的代码清单。
图42、43、44和45是示出组合实现中用于为隔行扫描P帧中的4帧MV宏 块收集候选运动矢量的伪代码的代码清单。
图46和47是示出组合实现中用于为隔行扫描P帧中的2半帧MV宏块收集 候选运动矢量的伪代码的代码清单。
图48、49、50和51是示出组合实现中用于为隔行扫描P帧中的4半帧MV 宏块收集候选运动矢量的伪代码的代码清单。
图52是示出组合实现中用于为隔行扫描P帧中的帧运动矢量计算运动矢量预 测值的伪代码的代码清单。
图53是示出组合实现中用于为隔行扫描P帧中的半帧运动矢量计算运动矢量 预测值的伪代码的代码清单。
图54A和54B是示出组合实现中用于为隔行扫描P帧解码运动矢量差分的伪 代码的代码清单。
图55A-55C是示出组合实现中用于普通-6和差分-6位平面编码模式的平铺块 的图示。

本发明涉及用于隔行扫描和逐行扫描视频的有效压缩和解码的技术和工具。 在所描述的各实施例中，视频编码器和解码器结合了用于对隔行扫描和逐行扫描的 视频进行编码和解码的技术，以及用于包括不同层或级(例如，序列级、帧级、半 帧级、宏块级和/或块级)的比特流格式或句法的对应的信号表示技术。
对此处所描述的实现的各种替换是可能的。例如，参考流程图所描述的技术 可以通过改变流程图中所示的阶段的排序，通过重复或省略某些阶段等来改变。作 为另一示例，尽管某些实现此处是参考特定宏块格式描述的，但是也可使用其它格 式。此外，此处参考前向预测所描述的技术和工具也可适用于其它类型的预测。
各种技术和工具可组合或单独使用。不同的实施例实现所描述的技术和工具 的一个或多个。此处所描述的某些技术和工具可以在视频编码器或解码器中使用， 或在不特别地限于视频编码或解码的某一其它系统中使用。
I.计算环境
图18示出了适合在其中实现所描述的若干实施例的计算环境1800的一个广 义示例。计算环境1800并非对使用范围或功能提出任何局限，因为这些技术和工 具可以在完全不同的通用或专用计算环境中实现。
参考图18，计算环境1800包括至少一个处理单元1810和存储器1820。在图 18中，这一最基本配置1830包括在虚线内。处理单元1810执行计算机可执行指 令，且可以是真实或虚拟处理器。在多处理系统中，多个处理单元执行计算机可执 行指令以提高处理能力。存储器1820可以是易失性存储器(例如，寄存器、高速 缓存、RAM)、非易失性存储器(例如，ROM、EEPROM、闪存等)或两者的某 一组合。存储器1820储存用此处所描述的一个或多个技术或工具实现视频编码器 或解码器的软件1880。
计算环境可具有额外的特征。例如，计算环境1800包括存储1840、一个或多 个输入设备1850、一个或多个输出设备1860以及一个或多个通信连接1870。诸如 总线、控制器或网络等互连机制(未示出)将计算环境1800的组件互连。通常， 操作系统软件(未示出)为在计算环境1800中执行的其它软件提供了操作环境， 并协调计算环境1800的组件的活动。
存储1840可以是可移动或不可移动的，且包括磁盘、磁带或磁带盒、CD-ROM、 DVD或可用于储存信息并可在计算环境1800内访问的任何其它介质。存储1840 储存用于软件1880实现视频编码器或解码器的指令。
输入设备1850可以是诸如键盘、鼠标、笔或跟踪球等触摸输入设备、语音输 入设备、扫描设备或可向计算环境1800提供输入的另一设备。对于音频或视频编 码，输入设备1850可以是声卡、显卡、TV调谐卡、或接受模拟或数字格式的音 频或视频输入的类似的设备、或将音频或视频样值读入计算环境1800的CD-ROM 或CD-RW。输出设备1860可以是显示器、打印机、扬声器、CD刻录机、或从计 算环境1800提供输出的另一设备。
通信连接1870允许通过通信介质到另一计算实体的通信。通信介质传达诸如 计算机可执行指令、音频或视频输入或输出、或已调制数据信号形式的其它数据等 信息。已调制数据信号是其一个或多个特征以在信号中编码信息的方式设置或改变 的信号。作为示例而非局限，通信介质包括以电、光、RF、红外、声学或其它载 波实现的有线或无线技术。
各种技术和工具可以在计算机可读介质的一般上下文中描述。计算机可读介 质可以是可在计算环境内访问的任何可用介质。作为示例而非局限，对于计算环境 1800，计算机可读介质包括存储器1820、存储1840、通信介质以及上述任一个的 组合。
各种技术和工具可以在诸如程序模块中所包括的在计算环境中的目标真实或 虚拟处理器上执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述。一般而言，程序模块 包括例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等，它们执行特定任务或实现特 定抽象数据类型。程序模块的功能可以如各实施例中所需的组合或在程序模块之间 分离。用于程序模块的计算机可执行指令可以在本地或分布式计算环境中执行。
为演示起见，详细描述使用了如“估计”、“补偿”、“预测”和“应用” 等术语，来描述计算环境中的计算机操作。这些术语是由计算机执行的操作的高级 抽象，且不应与人类所执行的动作混淆。对应于这些术语的实际的计算机操作取决 于实现而不同。
II.广义的视频编码器和解码器
图19是可结合其实现所描述的某些实施例的广义的视频编码器1900的框图。 图20是可结合其实现所描述的某些实施例的广义的视频解码器2000的框图。
编码器1900和解码器2000内的模块之间所示的关系指示了编码器和解码器 中的一般信息流；为简明起见，未示出其它关系。具体地，图19和20一般不示出 指示用于视频序列、图像、宏块、块等的编码器设置、模式、表等辅助信息。这一 辅助信息通常在该辅助信息的熵编码之后在输出比特流中发送。输出比特流的格式 可以是Windows Media Video版本9格式或其它格式。
编码器1900和解码器2000处理视频图像，视频图像可以是视频帧、视频半 帧或帧和半帧的组合。图像和宏块级的比特流句法和语法可取决于使用了帧还是半 帧。也可以对宏块组织和总体时序有改变。编码器1900和解码器2000是基于块的， 且对帧使用4∶2∶0的宏块格式，其中每一宏块包括四个8×8的亮度块(有时候作 为一个16×16的宏块来对待)以及两个8×8的色度块。对于半帧，可使用相同或 不同的宏块组织和格式。8×8的块还可在不同的级细分，例如在频率变换和熵编 码级。示例性视频帧组织在以下更详细描述。或者，编码器1900和解码器2000 可以是基于对象的，使用不同的宏块或块格式，或在与8×8的块和16×16的宏块 不同的大小或配置的像素集上执行操作。
取决于所需的实现和压缩类型，编码器或解码器的模块可被添加、省略、分 成多个模块、与其它模块组合、和/或用相似的模块来替代。在替换实施例中，具 有不同模块和/或其它模块配置的编码器或解码器执行一个或多个所描述的技术。
A.视频帧组织
在某些实现中，编码器1900和解码器2000处理如下组织的视频帧。帧包含 视频信号的空间信息行。对于逐行扫描视频，这些行包含从一个时刻开始并继续通 过连续的行直到帧底部的样值。逐行扫描视频帧被划分成诸如图21所示的宏块 2100等宏块。宏块2100包括四个8×8的亮度块(Y1到Y4)以及两个8×8的色 度块，这些色度块与四个亮度块共同定位，但是水平和垂直分辨率都是一半，遵循 常规的4∶2∶0的宏块格式。8×8的块还可以在不同的级上细分，例如在频率变换级 (例如，8×4、4×8或4×4DCT)和熵编码级。逐行扫描I帧是帧内编码的逐行 扫描视频帧。逐行扫描P帧是使用前向预测编码的逐行扫描视频帧，而逐行扫描B 帧是使用双向预测编码的逐行扫描视频帧。逐行扫描P帧和B帧可包括帧内编码 的宏块以及不同类型的预测宏块。
隔行扫描视频帧由一帧的两次扫描构成—一次包括帧的偶数行(上半帧)， 另一次包括帧的奇数行(下半帧)。这两个半帧可表示两个不同的时间段，或者它 们可以来自同一时间段。图22A示出了隔行扫描视频帧2200的一部分，包括位于 隔行扫描视频帧2200的左上部分的上半帧和下半帧的交替行。
图22B示出了为编码/解码组织为帧2230的图22A的隔行扫描视频帧2200。 隔行扫描视频帧2200被划分成诸如宏块2231和2232等宏块，它们使用如图21 所示的4∶2∶0的格式。在亮度平面中，每一宏块2231、2232包括来自上半帧的8 行，这8行与来自下半帧的8行交替，总共有16行，且每一行是16个像素长。(宏 块2231、2232内亮度块和色度块的实际组织和布置未示出，且实际上可以对不同 的编码决策不同。)在给定宏块内，上半帧信息和下半帧信息可以联合编码或在各 种阶段的任一个单独编码。隔行扫描I帧是隔行扫描视频帧的两个帧内编码的半 帧，其中宏块包括关于这两个半帧的信息。隔行扫描P帧是使用前向预测编码的 隔行扫描视频帧的两个半帧，而隔行扫描B帧是使用双向预测编码的隔行扫描视 频帧的两个半帧，其中宏块包括关于这两个半帧的信息。隔行扫描P帧和B帧可 包括帧内编码宏块以及不同类型的预测宏块。隔行扫描BI帧是隔行扫描I帧和隔 行扫描B帧的混合，它们是帧内编码的，但是不用作其它帧的定位帧。
图22C示出了为编码/解码被组织成半帧2260的图22A的隔行扫描视频帧 2200。隔行扫描视频帧2200的两个半帧中的每一个被划分成宏块。上半帧被划分 成诸如宏块2261等宏块，下半帧被划分成诸如宏块2262等宏块。(这些宏块也使 用如图21所示的4∶2∶0格式，且宏块内亮度块和色度块的组织和布置未示出)。 在亮度平面中，宏块2261包括来自上半帧的16行，且宏块2262包括来自下半帧 的16行，且每一行是16个像素长。隔行扫描I半帧是隔行扫描视频帧的单个单独 表示的半帧。隔行扫描P半帧是使用前向预测编码的隔行扫描视频帧的单个单独 表示的半帧，隔行扫描B半帧是使用双向预测编码的隔行扫描视频帧的单个单独 表示的半帧。隔行扫描P半帧和B半帧可包括帧内编码宏块以及不同类型的预测 宏块。隔行扫描BI半帧是隔行扫描I半帧和隔行扫描B半帧的混合；它们是帧内 编码的，但是不用作其它半帧的定位帧。
为编码/解码组织为半帧的隔行扫描视频帧可包括不同半帧类型的各种组合。 例如，这样的帧可在上半帧和下半帧中具有相同的半帧类型，或者在每一半帧中具 有不同的半帧类型。在一个实现中，半帧类型的可能组合包括I/I、I/P、P/I、P/P、 B/B、B/BI、BI/B以及BI/BI。
术语图像一般指的是源、已编码的或已重构的图像数据。对于逐行扫描视频， 图像是逐行扫描视频帧。对于隔行扫描视频，图像可以指的是隔行扫描视频帧、帧 的上半帧、或帧的下半帧，取决于上下文。
或者，编码器1900和解码器2000是基于对象的，使用不同的宏块或块格式， 或对与8×8的块和16×16的宏块不同大小或配置的像素集执行操作。
B.视频编码器
图19是广义的视频编码器系统1900的框图。编码器系统1900接收包括当前 图像1905(例如，逐行扫描视频帧、隔行扫描视频帧或隔行扫描视频帧的半帧) 的视频图像序列，并产生压缩的视频信息1995作为输出。视频编码器的具体实施 例通常使用广义编码器1900的变化或补充版本。
编码器系统1900压缩预测图像和关键图像。为演示起见，图19示出了关键 图像通过编码器系统1900的路径以及用于预测图像的路径。编码器系统1900的许 多组件用于同时压缩关键图像和预测图像两者。由这些组件执行的确切操作可以取 决于所压缩的信息类型而变化。
预测图像(例如，逐行扫描P帧或B帧、隔行扫描P半帧或B半帧、或隔行 扫描P帧或B帧)按照来自一个或多个其它图像(通常被称为参考图像或定位帧) 的预测(或差)来表示。预测残差是所预测的和原始图像之差。相反，关键图像(例 如，逐行扫描I帧、隔行扫描I半帧或隔行扫描I帧)不参考其它图像来压缩。
如果当前图像1905是前向预测图像，则运动估计器1910估计当前图像1905 的宏块或其它像素集相对于一个或多个参考图像(例如，缓冲在图像存储1920中 的重构的前一图像1925)的运动。如果当前图像1905是双向预测图像，则运动估 计器1910估计当前图像1905中相对于多达四个重构的参考图像(例如，对于隔行 扫描B半帧)的运动。通常，运动估计器估计B图像中相对于一个或多个在时间 上先前的参考图像以及一个或多个在时间上未来的参考图像的运动。因此，编码器 系统1900可使用单独的存储1920和1922用于多个参考图像。对于关于逐行扫描 B帧和隔行扫描B帧和B半帧的更多信息，参见2003年7月18日提交的名为 “Advanced Bi-Directional Predictive Coding of Video Frames(视频帧的高级双向预 测编码)”的美国专利申请第10/622,378号，以及2004年6月29日提交的名为 “Advanced Bi-Directional Predictive Coding of Interlaced Video(隔行扫描视频的高 级双向预测编码)”的美国专利申请第10/882,135号。
运动估计器1910可按照像素、1/2像素、1/4像素或其它增量来估计运动，并 可在逐图像的基础或其它基础上切换运动估计的分辨率。运动估计器1910(和补 偿器1930)也可在每一帧或其它基础上在参考图像像素内插的类型之间切换(例 如，在双三次内插和双线性内插之间)。运动估计的分辨率可以在水平和垂直上相 同或不同。运动估计器1910输出运动信息1915，诸如差分运动矢量信息作为辅助 信息。编码器1900通过例如为运动矢量计算一个或多个预测值，计算运动矢量和 预测值之间的差分，以及对差分进行熵编码，来对运动信息1915进行编码。为重 构运动矢量，运动补偿器1930将预测值与差分运动矢量信息组合。以下描述用于 计算运动矢量预测值、计算差分运动矢量、以及重构运动矢量的各种技术。
运动补偿器1930将重构的运动矢量应用于重构的图像1925，以形成经运动补 偿的当前图像1935。然而，预测很少是完美的，且经运动补偿的当前图像1935和 原始的当前图像1905之间的差异是预测残差1945。在稍后的图像重构期间，将预 测残差1945加到经运动补偿的当前图像1935，以获得更接近于原始的当前图像 1905的经重构的图像。然而，在有损压缩中，某些信息仍从原始当前图像1905中 丢失。或者，运动估计器和运动补偿器应用另一类型的运动估计/补偿。
频率变换器1960将空间域视频信息转换成频域(即，频谱)数据。对于基于 块的视频图像，频率变换器1960向像素数据或预测残差数据的块应用DCT、DCT 的变体或其它块变换，从而产生频率变换系数块。或者，频率变换器1960应用诸 如傅立叶变换等另一常规频率变换或使用小波或子带分析。频率变换器1960可应 用8×8、8×4、4×8、4×4或其它大小的频率变换。
量化器1970然后量化频谱数据系数块。量化器向频谱数据应用均匀的标量量 化，其步长在逐图像的基础或其它基础上变化。或者，量化器向频谱数据系数应用 另一类型的量化，例如非均匀的、矢量或非自适应量化，或直接在不使用频率变换 的编码器系统中量化空间域数据。除自适应量化之外，编码器1900可使用帧丢弃、 自适应滤波或其它技术用于速率控制。
编码器1900可对跳过宏块(它是没有某些类型的信息的宏块)使用特殊的信 号表示。跳过宏块在以下更详细描述。
当需要重构的当前图像用于后续的运动估计/补偿时，反量化器1976在量化的 频谱数据系数上执行反量化。反频率变换器1966然后执行频率变换器1960的逆运 算，从而产生重构的预测残差(对于预测图像)或重构的关键图像。如果当前图像 1905是关键图像，则重构的关键图像用作重构的当前图像(未示出)。如果当前 图像1905是预测图像，则重构的预测残差被加到经运动补偿的当前图像1935，以 形成重构的当前图像。图像存储1920、1922之一或两者缓冲重构的当前图像，以 在经运动补偿的预测中使用。在某些实施例中，编码器向重构的帧应用分块滤波器， 以自适应地平滑图像中的不连续性和其它人为因素。
熵编码器1980压缩量化器1970的输出以及某些辅助信息(例如，运动信息 1915、量化步长)。典型的熵编码技术包括算术编码、差分编码、哈夫曼编码、行 程长度编码、LZ编码、字典式编码以及上述的组合。熵编码器1980通常对不同种 类的信息(例如，DC系数、AC系数、不同种类的辅助信息)使用不同的编码技 术，并可从特定编码技术内的多个代码表中进行选择。
熵编码器1980向多路复用器[“MUX”]1990提供压缩的视频信息1995。MUX 1990可包括缓冲器，且可将缓冲器级别指示符反馈给比特率自适应模块用于速率 控制。在MUX 1990之前或之后，压缩的视频信息1995可被信道编码用于通过网 络发送。信道编码可向压缩的视频信息1995应用检错和纠错数据。
C.视频解码器
图20是通用视频解码器系统2000的框图。解码器系统2000接收关于压缩的 视频图像序列的信息2095，并产生包括重构的图像2005(例如，逐行扫描视频帧、 隔行扫描视频帧或隔行扫描视频帧的半帧)的输出。视频解码器的具体实施例通常 使用广义解码器2000的变体或补充版本。
解码器系统2000解压预测图像和关键图像。为演示起见，图20示出了关键 图像通过解码器系统2000的路径以及用于前向预测图像的路径。解码器系统2000 的许多组件用于解压关键图像和预测图像。由这些组件执行的确切操作可以取决于 所解压的信息类型而变化。
DEMUX 2090接收关于压缩的视频序列的信息2095，并使得所接收的信息对 熵解码器2080可用。DEMUX 2090可包括抖动缓冲器以及其它缓冲器。在DEMUX 2090之前或之后，压缩的视频信息可以被信道解码，并被处理用于检错和纠错。
熵解码器2080对熵编码的量化数据以及熵编码的辅助信息(例如，运动信息 2015、量化步长)进行解码，通常应用编码器中执行的熵编码的逆运算。熵解码技 术包括算术解码、差分解码、哈夫曼解码、行程长度解码、LZ解码、字典式解码 以及上述的组合。熵解码器2080通常对不同种类的信息(例如，DC系数、AC系 数、不同种类的辅助信息)使用不同的解码技术，并可从特定的解码技术中的多个 代码表之中进行选择。
解码器2000通过例如为运动矢量计算一个或多个预测值、对差分运动矢量进 行熵解码、以及将解码的差分运动矢量与预测值组合以重构运动矢量，来对运动信 息2015进行解码。
运动补偿器2030向一个或多个参考图像2025应用运动信息2015，以形成所 重构的图像2005的预测2035。例如，运动补偿器2030使用一个或多个宏块运动 矢量以找出参考图像2025中的宏块。一个或多个图像存储(例如，图像存储2020、 2022)储存先前重构的图像以用作参考图像。通常，B图像具有一个以上参考图像 (例如，至少一个时间上先前的参考图像以及至少一个时间上未来的参考图像)。 因此，解码器系统2000可对多个参考图像使用单独的图像存储2020和2022。运 动补偿器2030可以按像素、1/2像素、1/4像素或其它增量来补偿运动，并可在逐 图像的基础或其它基础上切换运动补偿的分辨率。运动补偿器2030也可在每一帧 或其它基础上在参考图像像素内插的类型之间(例如，在双三次内插和双线性内插 之间)切换。运动补偿的分辨率可以在水平和垂直上相同或不同。或者，运动补偿 器应用另一类型的运动补偿。运动补偿器的预测很少是完美的，因此解码器2000 也重构预测残差。
反量化器2070对熵解码的数据进行反量化。一般而言，反量化器向熵解码的 数据应用均匀的标量反量化，其中步长在逐图像的基础或其它基础上变化。或者， 反量化器向数据应用另一类型的反量化，例如用于在非均匀矢量量化或非自适应量 化之后重构，或直接在不使用反频率变换的解码器系统中对空间域数据进行反量 化。
反频率变换器2060将量化的频域数据转换成空间域视频信息。对于基于块的 视频图像，反频率变换器2060向频率变换系数块应用反DCT[“IDCT”]、IDCT 的变体或其它反块变换，从而分别对关键图像或预测图像产生像素数据或预测残差 数据。或者，反频率变换器2060应用另一常规的反频率变换，诸如傅立叶反变换 或使用小波或子带合成。反频率变换器2060可应用8×8、8×4、4×8、4×4或其 它大小的反频率变换。
对于预测图像，解码器2000将重构的预测残差2045与经运动补偿的预测2035 组合，以形成重构的图像2005。当解码器需要重构的图像2005用于后续的运动补 偿时，图像存储(例如，图像存储2020)之一或两者缓冲重构的图像2005以供预 测下一图像时使用。在某些实施例中，解码器2000向重构的图像应用分块滤波器， 以自适应地平滑图像中的不连续性以及其它人为因素。
III.隔行扫描P帧
典型的隔行扫描视频帧由在不同的时刻扫描的两个半帧(例如，上半帧和下 半帧)构成。一般而言，通过将两个半帧一起编码(“帧模式”编码)来对隔行扫 描视频帧的静止区域进行编码是更有效的。另一方面，通过单独对各半帧编码(“半 帧模式”编码)来对隔行扫描视频帧的运动区域进行编码通常是更有效的，因为两 个半帧往往具有不同的运动。前向预测的隔行扫描视频帧可以被编码为两个单独的 前向预测的半帧—隔行扫描P半帧。对前向预测的隔行扫描视频帧单独地编码半 帧在例如贯穿该隔行扫描视频帧中有高运动，且因此在半帧之间有较多差异时可能 是有效的。隔行扫描的P半帧参考一个或多个先前解码的半帧。例如，在某些实 现中，隔行扫描的P半帧参考一个或两个先前解码的半帧。对于关于隔行扫描P 半帧的更多信息，参见2003年9月7日提交的名为“Video Encoding and Decoding Tools and Techniques(视频编码和解码工具和技术)”的美国临时专利申请第 60/501,081号，以及2004年5月27日提交的名为“Predicting Motion Vectors for Fields of Forward-predicted Interlaced Video Frames(为前向预测的隔行扫描视频帧 的半帧预测运动矢量)”的美国专利申请第10/857,473号。
或者，前向预测的隔行扫描视频帧可使用半帧编码和帧编码的混合来编码， 作为隔行扫描的P帧。对于隔行扫描P帧的宏块，宏块包括上半帧和下半帧的像 素行，且这些行可以在帧编码模式中共同编码或者在半帧编码模式中单独编码。
A.隔行扫描P帧中的宏块类型。
在某些实现中，隔行扫描P帧中的宏块可以是以下五种类型之一：1MV、2 半帧MV、4帧MV、4半帧MV以及帧内编码。
在1MV宏块中，宏块中四个亮度块的位移由单个运动矢量来表示。对应的色 度运动矢量可以从亮度运动矢量中导出以表示该运动矢量的两个8×8的色度块中 的每一个的位移。例如，再次参考图21中所示的宏块的排列，1MV宏块2100包 括四个8×8的亮度块以及两个8×8的色度块。亮度块(Y1到Y4)的位移是由单 个运动矢量来表示的，而对应的色度运动矢量可以从亮度运动矢量中导出，以表示 两个色度块(U和V)中的每一个的位移。
在2半帧MV宏块中，宏块中16×16的亮度分量的每一半帧的位移是由不同 的运动矢量来描述的。例如，图23示出了上半帧运动矢量描述了亮度分量的偶数 行的位移，而下半帧运动矢量描述了亮度分量的奇数行的位移。使用上半帧运动矢 量，编码器可导出描述色度快的偶数行的位移的对应的上半帧色度运动矢量。类似 地，编码器可导出描述色度块的奇数行的位移的下半帧色度运动矢量。
参考图24，在4帧MV宏块中，四个亮度块中的每一个的位移是由不同的运 动矢量(MV1、MV2、MV3和MV4)来描述的。每一色度块可以通过使用描述四 个4×4色度子块的位移的四个导出的色度运动矢量(MV1′、MV2′、MV3′和MV4′) 来运动补偿。用于每一4×4色度子块的运动矢量可以从用于空间上对应的亮度块 的运动矢量中导出。
参考图25，在4半帧MV宏块中，16×16亮度分量中的每一半帧的位移是由 两个不同的运动矢量来描述的。亮度分量的行被垂直地细分以形成两个8×16的区 域，其每一个由与8×8的奇数行区域交错的8×8的偶数行区域构成。对于偶数行， 左侧的8×8区域的位移是由左上半帧块运动矢量来描述的，而右侧的8×8区域的 位移是由右上半帧块运动矢量来描述的。对于奇数行，左侧的8×8区域的位移是 由左下半帧块运动矢量来描述的，而右侧的8×8区域的位移是由右下半帧块运动 矢量来描述的。每一色度块也可被划分成四个区域，而每一色度块区域可以使用导 出的运动矢量来运动补偿。
对于帧内编码宏块，运动被假定为零。
B.计算隔行扫描P帧中的运动矢量预测值
一般而言，为隔行扫描P帧中的当前宏块计算运动矢量预测值的过程由两个 步骤构成。首先，从其相邻宏块中收集当前宏块的多达三个候选运动矢量。例如， 在一个实现中，基于图26A-26B所示的排列(以及对于顶行宏块的各种特殊情况 等)收集候选运动矢量。或者，候选运动矢量可以按某一其它顺序或排列收集。其 次，从候选运动矢量集中计算当前宏块的运动矢量预测值。例如，预测值可使用3 预测中值或某一其它方法来计算。
IV.隔行扫描P帧中的运动矢量预测的革新
运动矢量预测的过程可以在概念上分成两个步骤。首先，从相邻块中收集候 选运动矢量集，且如果适当，根据用于当前运动矢量的预测类型将其转换成适当的 类型。然后，从候选运动矢量集中导出运动矢量预测值。如下更详细描述的，当前 运动矢量预测值可以用不同的方式从候选运动矢量中导出，诸如通过在一组完全的 有效候选运动矢量上执行中值运算，通过当一组完全的有效候选运动矢量不可用时 仅选择一个候选运动矢量，或通过某一其它方法。
如上文在第III节中所解释的，隔行扫描P帧中的每一宏块可以使用1帧运动 矢量、4帧运动矢量、2半帧运动矢量或4半帧运动矢量来运动补偿。每一半帧运 动矢量可以指的是参考帧的上半帧或下半帧，而与对方应用哪一半帧无关。在某些 实现中，运动矢量预测考虑若干因素，诸如相邻的宏块或块的运动矢量和运动预测 类型、当前运动矢量类型等，以为当前宏块(或其块或半帧)的当前运动矢量导出 运动矢量预测值。
所描述的实施例实现了所描述的一个或多个技术和工具，用于预测、编码和 解码隔行扫描帧编码的图像中的运动矢量，包括但不限于：
1.使用4半帧运动矢量预测隔行扫描P帧中的宏块(例如，与其它诸如 1MV、4帧MV、2半帧MV和/或帧内编码等其它宏块类型相结合。)
2.通过将中值运算的使用限于所有三个候选相邻运动矢量都可用的情况， 并在其它情况下以预先指定的顺序取相邻运动矢量之一，来改进运动矢 量预测。
3.对于半帧运动矢量，考虑合法候选运动矢量集合中的半帧极性。
所描述的技术和工具可彼此结合或与其它技术和工具结合使用，或可单独使 用。
A.隔行扫描P帧中的4半帧MV宏块
在某些实现中，编码器/解码器处理隔行扫描P帧中具有四个半帧运动矢量的 宏块(例如，4半帧MV宏块)。4半帧MV宏块提供了对运动的改进的空间自适 应性，用于隔行扫描P帧中的半帧编码宏块的运动估计和补偿。
例如，图27示出了用于处理隔行扫描P帧中具有四个半帧运动矢量的宏块的 技术2700。在2710，编码器/解码器接收隔行扫描P帧中的宏块的四个半帧运动矢 量的运动矢量信息(例如，运动矢量差分、运动矢量值)。然后，在2720，编码 器/解码器使用四个半帧运动矢量来处理这些宏块(例如，通过重构宏块)。
或者，编码器/解码器在没有4半帧MV宏块的隔行扫描P帧中执行运动估计 /补偿。
B.收集候选运动矢量
在某些实现中，候选运动矢量的收集顺序是重要的。例如，隔行扫描P帧中 当前宏块的三个候选运动矢量是从其相邻宏块中收集的，如图26A-26B所示。在 一个实现中，收集顺序从相邻宏块A开始，前进到宏块B，然后在宏块C结束。
图41-51中的伪代码描述了在一个实现中如何收集候选运动矢量。编码器/解 码器检查相邻宏块以确定它们是否“存在”(即，有效)，用于为当前宏块(包括 为块、宏块的半帧或宏块的半个半帧)预测运动矢量。如果对应的宏块/块位于帧 边界之外，或者如果对应的宏块/块是不同片的一部分，则候选预测值被认为是不 存在的(即，无效)。由此，不跨片边界来执行运动矢量预测。
如图41-51所示，如果相邻宏块有效且不是帧内编码的，则将来自相邻宏块的 运动矢量添加到候选运动矢量集。添加到候选运动矢量集的实际运动矢量取决于相 邻宏块相对于当前宏块的位置(例如，位置A、B或C)，且取决于相邻宏块和当 前宏块的类型(例如，1MV、4帧MV、2半帧MV或4半帧MV)。
图41中的伪代码4100示出在一个实现中如何为1MV宏块中的当前运动矢量 收集多达三个候选运动矢量。
图42、43、44和45中的伪代码4200、4300、4400和4500分别示出在一个 实现中，如何为当前4帧MV宏块中的四个帧块运动矢量中的每一个收集来自相 邻宏块/块的候选运动矢量。在这一实现中，编码器/解码器使用伪代码4200、4300、 4400和4500中所示的算法，以分别为左上帧块运动矢量、右上帧块运动矢量、左 下帧块运动矢量和右下帧块运动矢量收集多达三个候选运动矢量。
图46和47中的伪代码4600和4700分别示出在一个实现中如何为当前2半 帧MV宏块中的两个半帧运动矢量中的每一个收集来自相邻宏块的候选运动矢量。 在这一实现中，编码器/解码器适用伪代码4600和4700中所示的算法来分别为上 半帧运动矢量和下半帧运动矢量收集多达三个候选运动矢量。
图48、49、50和51中的伪代码4800、4900、5000和5100分别示出在一个 实现中，如何为当前4半帧MV宏块中的四个半帧块运动矢量中的每一个收集来 自相邻宏块/块的候选运动矢量。在这一实现中，编码器/解码器使用伪代码4800、 4900、5000和5100中所示的算法来分别为左上半帧块运动矢量、右上半帧块运动 矢量、左下半帧块运动矢量和右下半帧块运动矢量收集多达三个候选运动矢量。
在某些情况下，所选择的候选运动矢量实际上是相邻宏块中的运动矢量的平 均值。在一个实现中，给定两个半帧运动矢量(MVX1，MVY1)和(MVX2，MVY2)，则 用于形成候选帧运动矢量(MVXA，MVYA)的求平均运算为：
MVXA＝(MVX1+MVX2+1)＞＞1；
MVYA＝(MVY1+MVY2+1)＞＞1；
或者，候选运动矢量可以依照与图41-51中所示的不同的收集规则来收集。例 如，从具有一个以上运动矢量的相邻宏块(例如，4帧MV、2半帧MV或4半帧 MV宏块)中选择为候选运动矢量的特定运动矢量可以变化。作为另一示例，候选 运动矢量集中的运动矢量的顺序可以从所描述的A-B-C顺序调整为某一其它顺序。
C.从候选运动矢量中计算帧MV预测值
图52中的伪代码5200描述了一个实现中如何为帧运动矢量计算运动矢量预 测值(PMVx，PMVy)。在伪代码5200中，TotalValidMV(总有效MV)表示候选运 动收矢量集中的有效运动矢量的总数(TotalValidMV＝0、1、2或3)，而ValidMV (有效MV)数组包括候选运动矢量集中的有效运动矢量。
在一个实现中，伪代码5200用于为1MV宏块中的运动矢量以及4帧MV宏 块中四个帧块运动矢量中的每一个从候选运动矢量集中计算预测值。
D.从候选运动矢量中计算半帧MV预测值
本节描述了用于在给定候选运动矢量集时为半帧运动矢量计算运动矢量预测 值的技术和工具。本节中所描述的技术和工具可用于为两个半帧运动矢量(在2 半帧MV宏块中)中的每一个以及四个半帧运动矢量(在4半帧MV宏块中)中 的每一个计算预测值。
在某些实现中，编码器/解码器在计算预测值时考虑由候选运动矢量参考的半 帧的极性。图28示出了用于基于候选运动矢量的极性为半帧编码的宏块计算运动 矢量预测值的技术2800。在2810，编码器/解码器确定用于为当前宏块的当前半帧 预测半帧运动矢量的候选运动矢量。在2820，编码器/解码器确定一个或多个有效 候选运动矢量的半帧极性。然后，在2830，编码器/解码器至少部分地基于一个或 多个有效候选运动矢量的半帧极性为半帧运动矢量计算运动矢量预测值。例如，在 一个实现中，候选运动矢量被分成两个集合，其中一个集合仅包含指向与当前半帧 相同的半帧的运动矢量，而另一集合包含指向相反的半帧的运动矢量。然后，编码 器/解码器使用这两个集合之一来计算运动矢量预测值。尽管未在图28中示出，但 为当前宏块计算运动矢量预测值的过程可对宏块的每一运动矢量以及帧中的其它 宏块重复。
假定运动矢量是以四分之一像素的单位来表示的，编码器/解码器可通过对其 y分量执行以下检查来检查候选运动矢量是指向相同的半帧还是相反的半帧(相对 于当前半帧的极性)：
if(ValidMVy&4){
   ValidMV指向相反的半帧。
}else{
   ValidMV指向相同的半帧。
}
在以上伪代码中，ValidMVy是以四分之一像素的增量所测得的候选运动矢量 的y分量。因此，在二进制中，ValidMVy的最低位是四分之一像素位，第二最低 位是半像素位，第三最低位是全像素位。因此，逐位AND运算(ValidMVy&4)确 定全像素位是1(指示奇数)还是0(指示偶数)。如果整数偏移量为奇数，则候 选运动矢量参考了参考帧中相反极性的半帧。如果整数偏移量是偶数，则候选运动 矢量参考了参考帧中相同极性的半帧。
或者，候选运动矢量的极性可以按某一其它方式来确定，或者在计算运动矢 量预测值的过程中可以不考虑候选运动矢量的极性。
图53中的伪代码5300描述了一个实现中如何为半帧运动矢量计算运动矢量 预测值(PMVx，PMVy)。在伪代码5300中，SameFieldMV[ ](相同半帧MV)和 OppFieldMV[ ](相反半帧MV)表示两个候选运动矢量集，而NumSameFieldMV (相同半帧MV数)和NumOppFieldMV(相反半帧MV数)表示属于每一集合的 候选运动矢量的数目。在伪代码5300所示的示例中，这些集合中可用候选运动矢 量的数目确定了是否使用中值运算来计算运动矢量预测值。
图29示出了用于确定在为半帧运动矢量计算运动矢量预测值时是否执行中值 运算的技术2900。在2910，编码器/解码器确定用于预测当前宏块中的半帧运动矢 量的有效候选运动矢量的数目。在2920，如果有三个有效候选运动矢量，则在2930， 可在计算预测值过程中使用中值运算。在2940，如果没有三个有效候选运动矢量 (即，有两个或更少的有效候选运动矢量)，则使用另一方法从可用有效候选运动 矢量中选择一个运动矢量预测值，而不使用中值运算。
在伪代码5300的示例中，编码器/解码器通过在所有三个候选运动矢量有效 时，以及在所有三个有效候选运动矢量都是相同极性时，对候选运动矢量的x分量 或y分量执行中值运算(例如，median3)，来导出运动矢量预测值。如果所有三 个候选运动矢量都有效，但是并非它们全部都是相同的极性，则编码器/解码器选 择具有最多候选运动矢量的集合来导出运动矢量预测值。在两个集合具有相同数目 的候选运动矢量的情况下，编码器/解码器使用集合SameFieldMV[ ]。对于有三个 以下候选运动矢量的情况，编码器/解码器以预先指定的顺序从所选择的集合中选 择第一个候选运动矢量。在该示例中，每一集合中的候选运动矢量的顺序从候选运 动矢量A(如果存在)开始，接着是候选运动矢量B(如果存在)，然后是候选运 动矢量C(如果存在)。例如，如果编码器/解码器使用集合SameFieldMV[ ]，且 如果集合SameFieldMV[ ]仅包含候选运动矢量B和候选运动矢量C，则编码器/解 码器使用候选运动矢量B作为运动矢量预测值。如果有效候选运动矢量的数目为 零，则编码器/解码器将预测值设置为(0，0)。
或者，运动矢量预测值可以按除上述以外的方式来计算。例如，尽管伪代码 5300包括对于选择相同半帧候选运动矢量的偏差，然而可以调整预测值的计算以 去除该偏差或使用相反半帧的偏差。作为另一示例，可以在更多情况下使用中值运 算(例如，当存在两个有效候选半帧运动矢量时)，或完全不使用中值运算，或者 对于两个有效候选运动矢量的非中值运算可以是求平均运算。作为又一示例，集合 中候选运动矢量的顺序可被调整，或者候选运动矢量可被全部储存在一个集合中。
V.用于隔行扫描帧编码图像的宏块信息信号表示的革新
所描述的实施例包括用于用信号表示隔行扫描帧编码图像(例如，隔行扫描P 帧、隔行扫描B帧等)的宏块信息的技术和工具。例如，所描述的技术和工具包 括用于用信号表示隔行扫描P帧的宏块信息的技术和工具，以及用于使用和用信 号表示隔行扫描P帧和其它隔行扫描图像(例如，隔行扫描B帧、隔行扫描P半 帧、隔行扫描B半帧等)中的跳过宏块的技术和工具。所描述的实施例实现了包 括但不限于以下的所描述的技术和工具中的一个或多个：
1.用对于隔行扫描P帧的半帧/帧编码类型信息(例如，使用宏块级句法元 素MBMODE)，对运动补偿类型(例如，1帧MV、4帧MV、2半帧 MV、4半帧MV等)以及可能的其它信息进行联合编码。
2.用信号表示宏块跳过条件。信号表示可以与诸如MBMODE等其它句法 元素分离地执行。跳过条件指示宏块是1MV宏块，具有零差分运动矢量， 以及没有编码的块。跳过信息可以在压缩位平面中编码。
所描述的技术和工具可彼此结合或与其它技术和工具结合使用，或可单独使用。
A.跳过宏块的信号表示
在某些实现中，编码器用信号表示跳过的宏块。例如，当宏块用一个运动矢 量来编码，具有零运动矢量差分以及没有编码的块(即，没有任何块的残差)时， 编码器用信号表示隔行扫描帧中跳过的宏块。跳过信息可被编码为压缩位平面(例 如，在帧级)，或者可在每一宏块的基础上在一个比特上用信号表示(例如，在宏 块级)。对宏块的跳过条件的信号表示与对宏块的宏块模式的信号表示分离。解码 器执行对应的解码。
对跳过宏块的这一定义利用了这样一个观察结果：当使用一个以上运动矢量 来编码宏块时，由于不可能所有的运动矢量差分都为零且所有的块都不被编码，因 此该宏块很少被跳过。由此，当宏块用信号表示为被跳过时，从跳过条件中隐含了 宏块模式(1MV)，则无需为该宏块发送该模式。在隔行扫描P帧中，1MV宏块 是用一个帧运动矢量来运动补偿的。
图30示出了用于确定是否跳过隔行扫描预测帧(例如，隔行扫描P帧、隔行 扫描B帧、或包括隔行扫描P半帧和/或隔行扫描B半帧的帧)中特定宏块的编码 的技术3000。对于给定的宏块，编码器在3010检查该宏块是否为1MV宏块。在 3020，如果宏块不是1MV宏块，则编码器不跳过该宏块。否则，在3030，编码器 检查该宏块的一个运动矢量是否等于其因果预测的运动矢量(例如，该宏块的差分 运动矢量是否等于零)。在3040，如果宏块的运动矢量不等于因果预测的运动， 则编码器不跳过该宏块。否则，在3050，编码器检查对该宏块的块是否还存在任 何残差要编码。在3060，如果存在残差要编码，则编码器不跳过该宏块。在3070， 如果对该宏块的块没有残差，则编码器跳过该宏块。在3080，编码器可继续编码 或跳过宏块，直到编码完成。
在一个实现中，宏块级SKIPMBBIT字段(也可被标记为SKIPMB等)指示 宏块的跳过条件。如果SKIPMBBIT字段为1，则当前宏块被跳过，且在SKIPMBBIT 字段之后不发送任何其它信息。另一方面，如果SKIPMBBIT字段不是1，则解码 MBMODE字段以指示宏块的类型以及关于当前宏块的其它信息，诸如以下在第 V.B节中描述的信息。
在帧级，SKIPMB字段指示帧中宏块的跳过信息。在一个实现中，跳过信息 可以在若干中模式之一中编码。例如，在原始编码模式中，SKIPMB字段指示在宏 块级SKIPMBBIT的存在。在位平面编码模式中，SKIPMB字段将跳过信息储存在 压缩的位平面中。可用的位平面编码模式包括普通-2模式、差分-2模式、普通-6 模式、差分-6模式、行跳过模式和列跳过模式。位平面编码模式在以下第VII节中 更详细描述。解码的SKIPMB位平面对每一宏块包含一个比特，且指示每一相应 宏块的跳过条件。
或者，跳过的宏块以某一其它方式或在比特流中的某一其它级上用信号表示。 例如，在半帧级发送压缩的位平面。作为另一替换，跳过条件可被定义成隐含与上 述信息不同和/或除上述信息之外的关于跳过宏块的信息。
B.宏块模式的信号表示
在某些实现中，编码器用宏块的半帧/帧编码类型信息，对关于宏块的运动补 偿类型和可能的其它信息进行联合编码。例如，编码器使用一个或多个可变长度编 代码表，对五种运动补偿类型(1MV、4帧MV、2半帧MV、4半帧MV和帧内 编码)之一与半帧变换/帧变换/没有编码的块事件一起进行联合编码。解码器执行 对应的解码。
关于宏块的联合编码运动补偿类型和半帧/帧编码类型信息利用了这样一个观 察结果：某些半帧/帧编码类型更有可能出现在给定运动补偿类型的宏块的某些上 下文中。然后可使用可变长度编码来向运动补偿类型和半帧/帧编码类型的更可能 的组合分配较短的码。对于更进一步的灵活性，可使用多个可变长度编代码表，并 且编码器可根据情况在表之间切换。由此，对宏块的运动补偿类型和半帧/帧编码 类型信息进行联合编码可提供编码额外开销中的节省，否则这些开销将用于对每一 宏块单独地用信号表示半帧/帧编码类型。
例如，在某些实现中，编码器为宏块选择一个运动补偿类型(例如，1MV、4 帧MV、2半帧MV或4半帧MV)以及半帧/帧编码类型(例如，半帧、帧或没有 编码的块)。编码器对该宏块的运动补偿类型和半帧/帧编码类型进行联合编码。 编码器也可将其它信息与运动补偿类型和半帧/帧编码类型一起进行联合编码。例 如，编码器可对指示宏块的差分运动矢量的存在或缺乏(例如，对于具有一个运动 矢量的宏块)的信息进行联合编码。
解码器执行对应的解码。例如，图31示出了在某些实现中，用于对隔行扫描 P帧中的宏块的联合编码的运动补偿类型信息和半帧/帧编码类型信息进行解码的 技术3100。在3110，解码器接收包括表示宏块的运动补偿类型和半帧/帧编码类型 的联合码(例如，来自可变编代码表的可变长度码)的宏块信息。在3120，解码 器对该联合码进行解码(例如通过在可变长度编代码表中查找该联合码)，以获得 该宏块的运动补偿类型信息和半帧/帧编码类型信息。
在一个实现中，宏块级比特流元素MBMODE联合地指定宏块的类型(1MV、 4帧MV、2半帧MV、4半帧MV或帧内编码)、帧间编码宏块的半帧/帧编码类 型(半帧、帧或没有编码的块)、以及对1MV宏块是否存在差分运动矢量。在该 示例中，MBMODE可取15个可能值中的一个。设表示对于是存在还是缺 少非零1MV差分运动矢量的信号表示。设表示对该宏块的 残差是(1)帧编码的；(2)半帧编码的；还是(3)零个编码块(即CBP＝0) 的信号表示。MBMODE用信号联合表示以下信息：
MBMODE＝{<1MV，MVP，Field/Frame transform>，<2Field MV，Field/Frame transform>，<4Frame MV，Field/Frame transform>，<4Field MV，Field/Frame transform>，}；
情况<1MV，MVP＝0，CBP＝0>不是由MBMODE来用信号表示的，而是由跳过条件 来用信号表示的。(用信号表示该跳过条件的示例在以上第V.A节中提供。)
在该示例中，对于帧间编码的宏块，当MBMODE中的 指示没有编码的块时，CBPCY句法元素不被解码。另一方面，如果MBMODE中 的指示半帧或帧变换，则CBPCY被解码。对于非1MV帧 间编码的宏块，发送一附加字段以指示差分运动矢量中哪一个是非零的。在2半帧 MV宏块的情况下，发送2MVBP字段以指示两个运动矢量中的哪一个包含非零差 分运动矢量。类似地，发送4MVBP字段以指示四个运动矢量中的哪一个包含非零 差分运动矢量。对于帧内编码的宏块，半帧/帧编码类型和零编码块在单独的字段 中编码。
或者，编码器/解码器对运动补偿类型和半帧/帧编码类型的不同组合进行联合 编码。作为另一替换，编码器/解码器对除运动矢量差分的存在以外的其它信息进 行联合编码/解码。
在某些实现中，编码器/解码器使用若干可变长度代码表之一来编码 MBMODE，并且可自适应地在代码表之间切换。例如，在某些实现中，帧级句法 元素MBODETAB是2位字段，它指示用于对该帧中的宏块的MBMODE解码的 表。在该示例中，表被组合成四个表的集合，且表的集合取决于是否对该帧启用了 4运动矢量编码来使用。
示例性MBMODE可变长度代码表(例如，对每一集合的表0-3-混合MV或 1MV)在以下表1-8中提供：
                表1：隔行扫描P帧混合MV MB模式表0   MB类型   MV存在   变换   VLC码字  VLC大小   VLC(二进制)   1MV   1   帧   22  5   10110   1MV   1   半帧   17  5   10001   1MV   1   无CBP   0  2   00   1MV   0   帧   47  6   101111   1MV   0   半帧   32  6   100000   2半帧MV   N/A   帧   10  4   1010   2半帧MV   N/A   半帧   1  2   01   2半帧MV   N/A   无CBP   3  2   11   4帧MV   N/A   帧   67  7   1000011   4帧MV   N/A   半帧   133  8   10000101   4帧MV   N/A   无CBP   132  8   10000100   4半帧MV   N/A   帧   92  7   1011100   4半帧MV   N/A   半帧   19  5   10011   4半帧MV   N/A   无CBP   93  7   1011101   帧内编码   N/A   N/A   18  5   10010
            表2：隔行扫描帧混合MV MB模式表1   MB类型   MV存在   变换  VLC码字  VLC大小   VLC(二进制)   1MV   1   帧  3  3   011   1MV   1   半帧  45  6   101101   1MV   1   无CBP  0  3   000   1MV   0   帧  7  3   111   1MV   0   半帧  23  5   10111   2半帧MV   N/A   帧  6  3   110   2半帧MV   N/A   半帧  1  3   001   2半帧MV   N/A   无CBP  2  3   010   4帧MV   N/A   帧  10  4   1010   4帧MV   N/A   半帧  39  6   100111   4帧MV   N/A   无CBP   44   6   101100   4半帧MV   N/A   帧   8   4   1000   4半帧MV   N/A   半帧   18   5   10010   4半帧MV   N/A   无CBP   77   7   1001101   帧内编码   N/A   N/A   76   7   1001100
            表3：隔行扫描帧混合MV MB模式表2   MB类型   MV存在   变换  VLC码字  VLC大小   VLC(二进制)   1MV   1   帧  15  4   1111   1MV   1   半帧  6  3   110   1MV   1   无CBP  28  5   11100   1MV   0   帧  9  5   01001   1MV   0   半帧  41  7   0101001   2半帧MV   N/A   帧  6  4   0110   2半帧MV   N/A   半帧  2  2   10   2半帧MV   N/A   无CBP  15  5   01111   4帧MV   N/A   帧  14  5   01110   4帧MV   N/A   半帧  8  5   01000   4帧MV   N/A   无CBP  40  7   0101000   4半帧MV   N/A   帧  29  5   11101   4半帧MV   N/A   半帧  0  2   00   4半帧MV   N/A   无CBP  21  6   010101   帧内编码   N/A   N/A  11  5   01011
                表4：隔行扫描帧混合MV MB模式表3   MB类型   MV存在   变换   VLC码字  VLC大小   VLC(二进制)   1MV   1   帧   7  4   0111   1MV   1   半帧   198  9   011000110   1MV   1   无CBP   1  1   1   1MV   0   帧   2  3   010   1MV   0   半帧   193   9   011000001   2半帧MV   N/A   帧   13   5   01101   2半帧MV   N/A   半帧   25   6   011001   2半帧MV   N/A   无CBP   0   2   00   4帧MV   N/A   帧   97   8   01100001   4帧MV   N/A   半帧   1599   12   011000111111   4帧MV   N/A   无CBP   98   8   01100010   4半帧MV   N/A   帧   398   10   0110001100   4半帧MV   N/A   半帧   798   11   01100011110   4半帧MV   N/A   无CBP   192   9   011000000   帧内编码   N/A   N/A   1598   12   011000111110
                    表5：隔行扫描帧1MV MB模式表0   MB类型   MV存在   变换  VLC码字  VLC大小   VLC(二进制)   1MV   1   帧  9  4   1001   1MV   1   半帧  22  5   10110   1MV   1   无CBP  0  2   00   1MV   0   帧  17  5   10001   1MV   0   半帧  16  5   10000   2半帧MV   N/A   帧  10  4   1010   2半帧MV   N/A   半帧  1  2   01   2半帧MV   N/A   无CBP  3  2   11   帧内编码   N/A   N/A  23  5   10111
                表6：隔行扫描帧1MV MB模式表1   MB类型   MV存在   变换  VLC码字  VLC大小   VLC(二进制)   1MV   1   帧  7  3   111   1MV   1   半帧  0  4   0000   1MV   1   无CBP  5  6   000101   1MV   0   帧  2  2   10   1MV   0   半帧   1   3   001   2半帧MV   N/A   帧   1   2   01   2半帧MV   N/A   半帧   6   3   110   2半帧MV   N/A   无CBP   3   5   00011   帧内编码   N/A   N/A   4   6   000100
            表7：隔行扫描帧1MV MB模式表2   MB类型   MV存在   变换  VLC码字  VLC大小   VLC(二进制)   1MV   1   帧  1  2   01   1MV   1   半帧  0  2   00   1MV   1   无CBP  10  4   1010   1MV   0   帧  23  5   10111   1MV   0   半帧  44  6   101100   2半帧MV   N/A   帧  8  4   1000   2半帧MV   N/A   半帧  3  2   11   2半帧MV   N/A   无CBP  9  4   1001   帧内编码   N/A   N/A  45  6   101101
                表8：隔行扫描帧1MV MB模式表3   MB类型   MV存在   变换  VLC码字  VLC大小   VLC(二进制)   1MV   1   帧  7  4   0111   1MV   1   半帧  97  8   01100001   1MV   1   无CBP  1  1   1   1MV   0   帧  2  3   010   1MV   0   半帧  49  7   0110001   2半帧MV   N/A   帧  13  5   01101   2半帧MV   N/A   半帧  25  6   011001   2半帧MV   N/A   无CBP  0  2   00   帧内编码   N/A   N/A  96  8   01100000
VI.色度运动矢量导出中的革新
所描述的实施例包括用于从亮度(或“luma”)运动矢量中导出色度(或 “chroma”)运动矢量的技术和工具。某些所描述的技术和工具涉及导出帧编码的 隔行扫描图像(例如，隔行扫描P帧、隔行扫描B帧等)中的色度运动矢量以及 改进隔行扫描帧编码图像的速率/失真性能。在所描述的技术和工具中，色度运动 矢量不在比特流中显式地发送。相反，它们从对帧的宏块或块编码和发送的亮度运 动矢量中导出。
所描述的实施例实现了包括但不限于以下描述的技术和工具中的一个或多 个：
1.编码器/解码器通过对宏块中的每一亮度运动矢量导出色度运动矢量，获 得隔行扫描帧编码图像(例如，隔行扫描P帧、隔行扫描B帧)中的亮 度和色度运动矢量之间的一对一对应性。色度运动矢量然后用于对相应 的色度块或半帧进行运动补偿。
2.当对应的宏块通过在二次采样之后将可变偏移量(例如，使用查找表) 加到色度运动矢量来进行半帧编码时，编码器/解码器维护亮度和色度运 动矢量之间的相干性。
尽管所描述的技术应用于隔行扫描视频中的4∶2∶0宏块格式，然而所描述的技 术可应用于其它宏块格式(例如，4∶2∶2、4∶4∶4等)以及其它种类的视频。所描述 的技术和工具可彼此结合或与其它技术和工具结合使用，或可单独使用。
A.一对一色度运动矢量对应性
在某些实现中，编码器/解码器导出并使用与用于预测宏块的亮度运动矢量相 同数目的色度运动矢量来预测宏块。例如，当编码器/解码器对给定宏块使用一个、 两个或四个亮度半帧或帧类型的运动矢量时，编码器/解码器对给定宏块分别导出 一个、两个或四个色度运动矢量。这一技术与早先的编码器和解码器(例如，在逐 行扫描帧或隔行扫描P帧上下文中)不同，其中早先的编码器或解码器总是对每 一宏块中任何数量的亮度运动矢量(例如，一个或四个)导出单个色度运动矢量。
图32是示出用于对宏块中的多个亮度运动矢量中的每一个导出色度运动矢量 的技术3200的流程图。在3210，编码器/解码器接收宏块的多个亮度运动矢量。在 3220，编码器/解码器对多个亮度运动矢量中的每一个导出色度运动矢量。导出的 色度运动矢量的数目取决于用于预测当前宏块的亮度运动矢量的数目而变化。
在某些实现中，编码器/解码器对1MV宏块导出一个色度运动矢量，对2半 帧MV宏块导出两个半帧色度运动矢量，对4帧MV宏块导出四个帧色度运动矢 量，并对4半帧MV宏块导出四个半帧色度运动矢量。
例如，再次参考图23-25，图23示出了2半帧MV宏块中从亮度运动矢量中 导出的对应的上半帧和下半帧色度运动矢量。所导出的上半帧和下半帧色度运动矢 量分别描述了色度块的偶数行和奇数行的位移。
图24示出了4帧MV宏块中对四个块中的每一个从帧亮度运动矢量中导出的 对应的帧色度运动矢量(MV1′、MV2′、MV3′和MV4′)。四个导出的色度运动矢 量描述了四个4×4色度子块各自的位移。
图25示出了4半帧MV宏块中从半帧亮度运动矢量中导出的对应的半帧色度 运动矢量。两个半帧色度运动矢量描述了色度块中每一半帧的位移。色度块的行被 垂直细分以形成两个4×8的区域，其每一个具有与下半帧行的4×4区域交错的上 半帧行的4×4区域。对于上半帧行，左侧4×4区域的位移是由左上半帧色度块运 动矢量描述的，而右侧4×4区域的位移是由右上半帧色度块运动矢量描述的。对 于下半帧行，左侧4×4区域的位移是由左下半帧色度块运动矢量描述的，而右侧 4×4区域的位移是由右下半帧色度块运动矢量描述的。
每一色度块区域可以使用导出的运动矢量来进行运动补偿。这允许比早先的 编码器和解码器中更大的色度运动补偿分辨率，早先的编码器和解码器通常通过二 次采样(也称为“下采样”)和/或求平均来从任何数目的亮度运动矢量中导出单 个色度运动矢量(例如，其中从宏块中的四个亮度运动矢量中导出一个色度运动矢 量)。
或者，编码器/解码器可从不同数目和/或类型的亮度运动矢量中导出色度运动 矢量(例如，从用两个帧亮度运动矢量编码的宏块中导出两个帧色度运动矢量，从 用四个以上亮度运动矢量编码的宏块中导出四个以上色度运动矢量等等)。或者， 色度运动矢量可以按某一其它方式导出，而同时维持与宏块的亮度运动矢量数目的 1∶1对应性。
B.半帧编码宏块中基于半帧的舍入
在某些实现中，编码器/解码器在对半帧编码的宏块导出色度运动矢量的过程 中使用基于半帧的舍入来维持亮度运动矢量和色度运动矢量之间的相干性。
给定亮度帧运动矢量或半帧运动矢量，编码器/解码器导出对应的色度帧运动 矢量或半帧运动矢量，以对色度(Cb/Cr)块的一部分(以及可能所有)执行运动 补偿。在某些实现中，对隔行扫描帧编码图像(例如，隔行扫描P帧、隔行扫描B 帧等)的色度运动矢量导出包括舍入和二次采样。例如，当从亮度半帧运动矢量中 导出色度运动矢量时，编码器/解码器在二次采样之后将可变偏移量(例如，使用 查找表)添加到色度运动矢量。
图33是示出用于使用基于半帧的舍入查找表导出宏块中的色度运动矢量的技 术3300的流程图。在3310，编码器/解码器对亮度半帧运动矢量分量进行二次采样 (例如，通过以4∶2∶0宏块格式将y分量值除以2)。在3320，编码器/解码器然后 使用基于半帧的舍入查找表执行舍入。
图34中的伪代码3400描述了在一个实现中如何在4∶2∶0宏块中从亮度运动矢 量分量(LMVx，LMVy)中导出色度运动矢量分量(CMVx，CMVy)。如在伪代码3400 中示出的，编码器/解码器在水平二次采样之前使用简单的舍入策略(使用舍入查 找表s_RndTbl[])来上舍入运动矢量的x分量的3/4像素位置。如果宏块是帧编码 的，则编码器/解码器在对y分量进行垂直二次采样之前使用相同的舍入查找表。 然而，如果宏块是半帧编码的，则编码器/解码器不同地对待色度运动矢量的y分 量。在半帧编码的宏块中，色度运动矢量对应于上半帧或下半帧。上半帧和下半帧 各自包括色度块的交替的水平行。因此，在这一情况下，编码器/解码器使用伪代 码3400中所示的基于半帧的舍入查找表s_RndTblField[ ]。基于半帧的舍入查找表 允许编码器/解码器在舍入时维持正确的半帧偏移量，使得亮度和色度运动矢量映 射到一致的半帧偏移量。例如，参考图35，s_RndTblField[ ]中的值0，0，1，2和2， 2，3，8(图35中的上半帧值3510)应用于一个半帧(例如，上半帧)，而值4，4，5， 6和6，6，7，12(图35中的下半帧值3520)应用于宏块中的另一半帧(例如，下半 帧)。
或者，编码器/解码器可使用不同的基于半帧的舍入查找表或以某一其它方式 来执行舍入和/或二次采样。例如，处理不同格式的宏块的编码器/解码器可使用不 同的二次采样因子和/或查找表值。
VII.组合实现
现在描述对于比特流句法、语义和解码器的详细的组合实现，以及具有来自 主要的组合实现的微小差别的替换组合实现。
A.比特流句法
在各种组合实现中，用于隔行扫描图像的数据以具有多个层(例如，序列、 入口点、帧、半帧、宏块、块和/或子块层)的比特流的形式存在。
在句法图中，箭头路径示出句法元素的可能流程。所示的带有正方形边框的 句法元素指示固定长度的句法元素；带有圆形边框示出的句法元素指示可变长度句 法元素，而带有外部的圆形边框内的圆形边框的句法元素指示由更简单句法元素构 成的句法元素(例如，位平面)。固定长度句法元素被定义为其句法元素长度不依 赖于句法元素本身中的数据的句法元素；固定长度句法元素的长度是常量，或由句 法流中先前的数据来确定。分层图中的较低层(例如，帧层图中的宏块层)是由矩 形内的矩形来指示的。
入口点级比特流元素在图36中示出。一般而言，入口点标记了比特流中解码 器可开始解码的位置(例如，I帧或其它关键帧)。换言之，不需要比特流中在入 口点之前的任何图像来解码入口点之后的图像。入口点头部可用于用信号表示编码 控制参数中的改变(例如，对入口点之后的帧启用或禁用压缩工具(例如，内循环 分块滤波))。
对于隔行扫描的P帧和B帧，帧级比特流元素分别在图37和38中示出。对 于每一帧的数据由帧头部及之后的宏块层数据(不论是用于帧内编码还是各种帧间 编码类型的宏块)构成。构成隔行扫描P帧的宏块层(无论是用于帧内编码还是 各种帧间编码类型宏块)的比特流元素在图40中示出。用于隔行扫描P帧的宏块 层中的比特流元素可对其它隔行扫描图像(例如，隔行扫描B帧、隔行扫描P半 帧、隔行扫描B半帧等)中的宏块存在。
对于具有隔行扫描P半帧和/或B半帧的隔行扫描视频帧，帧级比特流元素在 图39中示出。对于每一帧的数据由帧头部以及之后的用于半帧层的数据(被示为 每一半帧的重复的“FieldPicLayer”元素)以及用于宏块层的数据(无论是用于帧 内编码、1MV还是4MV宏块)构成。
以下章节描述了帧和宏块层内涉及对隔行扫描图像的信号表示的所选择的比 特流元素。尽管所选择的比特流元素是在特定层的上下文中描述的，然而某些比特 流元素可在一个以上层中使用。
1.选择的入口点层元素
循环滤波器(LOOPFILTER)(1比特)
LOOPFILTER是指示是否对入口点段启用循环滤波的布尔标志。如果 LOOPFILTER＝0，则不启用循环滤波。如果LOOPFILTER＝1，则启用循环滤波。 在替换的组合实现中，LOOPFILTER是序列级元素。
扩展的运动矢量(EXTENDED_MV)(1比特)
EXTENDED_MV是指示扩展运动矢量是打开(值1)还是关闭(值0)的1 比特句法元素。EXTENDED_MV指示P帧和B帧中扩展的运动矢量(在帧级用句 法元素MVRANGE来用信号表示)的可能性。
扩展的差分运动矢量范围(EXTENDED_DMV)(1比特)
EXTENDED_DMV是如果EXTENDED_MV＝1则存在的1比特句法元素。 如果EXTENDED_DMV为1，则应当对入口点段中的P帧和B帧在帧层上用信号 表示扩展的差分运动矢量范围(DMVRANGE)。如果EXTENDED_DMV为0， 则不应用信号表示DMVRANGE。
快速UV运动比较(FASTUVMC)(1比特)
FASTUVMC是控制色度运动矢量的子像素内插和舍入的布尔标志。如果 FASTUVMC＝1，则在四分之一像素偏移量处的色度运动矢量被舍入到最近的半或 全像素位置。如果FASTUVMC＝0，则不对色度执行任何特殊的舍入或滤波。 FASTUVMC句法元素在隔行扫描P帧和隔行扫描B帧中忽略。
可变大小变换(VSTRANSFORM)(1比特)
VSTRANSFORM是指示对序列是否启用可变大小变换编码的布尔标志。如果 VSTRANSFORM＝0，则不启用可变大小变换编码。如果VSTRANSFORM＝1， 则启用可变大小变换编码。
2.选择的帧层元素
图37和38是分别示出用于隔行扫描P帧和隔行扫描B帧的帧级比特流句法 的图示。图39是示出用于包含隔行扫描P半帧和/或B半帧(或可能其它种类的隔 行扫描的半帧)的帧的帧层比特流句法。具体的比特流元素描述如下。
帧编码模式(FCM)(可变大小)
FCM是用于指示图像编码类型的可变长度码字[“VLC”]。FCM采取以下表 9中示出的用于帧编码模式的值：
   表9：帧编码模式VLC   FCM值   帧编码模式   0   逐行扫描   10   帧—隔行扫描   11   半帧—隔行扫描
半帧图像类型(FPTYPE)(3比特)
FPTYPE是存在于包括隔行扫描P半帧和/或隔行扫描B半帧以及可能的其它 种类的半帧的帧的帧头部中的3比特句法元素。FPTYPE依照以下表10，采取隔 行扫描视频帧中半帧类型的不同组合的值。
        表10：半帧图像类型FLC   FPTYPE FLC   第一半帧类型   第二半帧类型   000   I   I   001   I   P   010   P   I   011   P   P   100   B   B   101   B   BI   110   BI   B   111   BI   BI
图像类型(PTYPE)(可变大小)
PTYPE是存在于隔行扫描P帧和隔行扫描B帧(或其它种类的隔行扫描帧， 诸如隔行扫描I帧)的帧头部中的可变大小句法元素。PTYPE采取依照以下表11 的用于不同帧类型的值。
  表11：图像类型VLC   PTYPE VLC   图像类型   110   I   0   P   10   B   1110   BI   1111   跳过
如果PTYPE指示帧被跳过，则该帧作为与其参考帧相同的P帧来对待。跳过 的帧的重构在概念上等效于复制参考帧。跳过的帧意味着对该帧无需再发送任何数 据。
UV采样格式(UVSAMP)(1比特)
UVSAMP是当序列级字段INTERLACE＝1时存在的1比特句法元素。 UVSAMP指示用于当前帧的色度二次采样的类型。如果UVSAMP＝1，则使用色 度的逐行扫描二次采样，否则，使用色度的隔行扫描二次采样。该句法元素不影响 比特流的解码。
扩展的MV范围(MVRANGE)(可变大小)
MVRANGE是当入口点层EXTENDED_MV位被设为1时存在的可变大小句 法元素。MVRANGE VLC表示运动矢量范围。
扩展的差分MV范围(DMVRANGE)(可变大小)
DMVRANGE是如果入口点层句法元素EXNTEDED_DMV＝1时存在的可变 大小句法元素。DMVRANGE VLC表示运动矢量差分范围。
4运动矢量切换(4MVSWITCH)(可变大小或1比特)
对于隔行扫描P帧，4MVSWITCH句法元素是1比特标志。如果4MVSWITCH 被设为零，则图像中的宏块只有一个运动矢量或有两个运动矢量，分别取决于该宏 块是帧编码的还是半帧编码的。如果4MVSWITCH被设为1，则对每一宏块可以 有一个、两个或四个运动矢量。
跳过宏块解码(SKIPMB)(可变大小)
对于隔行扫描P帧，SKIPMB句法元素是包含指示图像中每一宏块的跳过/未 跳过状态的信息的压缩的位平面。解码的位平面用1比特的值表示每一宏块的跳过 /未跳过状态。0值指示该宏块未被跳过。1值指示该宏块被编码为跳过。隔行扫描 P帧中的宏块的跳过状态意味着解码器将该宏块作为具有零运动矢量差分和零编 码块模式的1MV来对待。不期望对跳过宏块跟任何其它信息。
宏块模式表(MBMODETAB)(2或3比特)
MBMODETAB句法元素是固定长度字段。对于隔行扫描P帧，MBMODETAB 是2比特值，它指示四个代码表中的哪一个用于解码宏块层中的宏块模式句法元素 (MBMODE)。有两组四个代码表，且使用的组取决于如4MVSWITCH标志所指 示的是否使用了4MV。
运动矢量表(MVTAB)(2或3比特)
MVTAB句法元素是固定长度字段。对于隔行扫描P帧，MVTAB是指示四个 逐行扫描(或一个参考)运动矢量代码表中的哪一个用于编码宏块层中的MVDATA 句法元素。
2MV块模式表(2MVBPTAB)(2比特)
2MVBPTAB句法元素是用信号表示四个代码表中的哪一个用于解码2半帧 MV宏块中的2MV块模式(2MVBP)句法元素的2比特值。
4MV块模式表(4MVBPTAB)(2比特)
4MVBPTAB句法元素是用信号表示四个代码表中的哪一个用于解码4MV宏 块中的4MV块模式(4MVBP)句法元素的2比特值。对于隔行扫描P帧，如果 4MVSWITCH句法元素被设为1，则它存在。
宏块级变换类型标志(TTMBF)(1比特)
如果序列级句法元素VSTRANSFORM＝1，则该句法元素存在于P帧和B帧 中。TTMBF是用信号表示是否在帧或宏块级启用变换类型编码的1比特句法元素。 如果TTMBF＝1，则对帧中的所有块使用相同的变换类型。在这一情况下，在之 后的帧级变换类型(TTFRM)句法元素中用信号表示变换类型。如果TTMBF＝0， 则变换类型可贯穿帧而变化，且在宏块或块级用信号表示。
帧级变换类型(TTFRM)(2比特)
如果VSTRANSFORM＝1且TTMBF＝1，则该句法元素存在于P帧和B帧中。 TTFRM用信号表示用于变换预测块中的8×8的像素误差信号的变换类型。8×8 的误差块可使用8×8变换、两个8×4变换、两个4×8变换或四个4×4变换来变 换。
3.选择的宏块层元素
图40是示出组合实现中用于隔行扫描P帧中的宏块的宏块级比特流句法。具 体的比特流元素描述如下。宏块数据由宏块头部及之后的块层数据构成。用于隔行 扫描P帧的宏块层中的比特流元素(例如，SKIPMBBIT)可能对于其它隔行扫描 图像(例如，隔行扫描B帧等)中的宏块存在。
跳过MB位(SKIPMBBIT)(1比特)
SKIPMBBIT是当帧级句法元素SKIPMB指示使用原始模式时存在于隔行扫 描P帧宏块和隔行扫描B帧宏块中的1比特句法元素。如果SKIPMBBIT＝1，则 跳过该宏块。SKIPMBBIT也可被标记为宏块级的SKIPMB。
宏块模式(MBMODE)(可变大小)
MBMODE是联合地指定宏块类型(例如，1MV、2半帧MV、4半帧MV、4 帧MV或帧内编码)、半帧/帧编码类型(例如，半帧、帧或无编码块)以及1MV 宏块的差分运动矢量数据的存在的可变大小句法元素。MBMODE在以下和以上第 V节中详细解释。
2MV块模式(2MVBP)(可变大小)
2MVBP是存在于隔行扫描P帧和隔行扫描B帧宏块中的可变大小句法元素。 在隔行扫描P帧宏块中，如果MBMODE指示宏块具有两个半帧运动矢量，则 2MVBP存在。在这一情况下，2MVBP指示两个亮度块中的哪一个包含非零运动 矢量差分。
4MV块模式(4MVBP)(可变大小)
4MVBP是存在于隔行扫描P半帧、隔行扫描B半帧、隔行扫描P帧和隔行扫 描B帧宏块中的可变大小句法元素。在隔行扫描P帧中，如果MBMODE指示宏 块具有四个运动矢量，则4MVBP存在。在这一情况下，4MVBP指示四个亮度块 中的哪一个包含非零运动矢量差分。
半帧变换标志(FIELDTX)(1比特)
FIELDTX是存在于隔行扫描B帧帧内编码宏块中的1比特句法。该句法元素 指示宏块是帧还是半帧编码的(基本上是宏块的内部组织)。FIELDTX＝1指示宏 块是半帧编码的。否则，宏块是帧编码的。在帧间编码的宏块中，该句法元素可从 如以下以及在以上第V节中详细解释的MBMODE中推导出来。
CBP存在标志(CBPPRESENT)(1比特)
CBPPRESENT是存在于隔行扫描P帧和隔行扫描B帧中的帧内编码的宏块中 的1比特句法。如果CBPPRESENT为1，则对该宏块存在CBPCY句法元素并解 码该元素。如果CBPPRESENT为0，则不存在CPBCY句法元素，且应被设为零。
已编码块模式(CBPCY)(可变大小)
CBPCY是指示对于宏块中的每一块的变换系数状态的可变长度句法元素。 CBPCY解码成指示对于对应的块是否存在系数的6比特字段。对于帧内编码的宏 块，特定位位置中的零值指示对应的块不包含任何非零AC系数。1值指示存在至 少一个非零AC系数。在所有情况下，对于每一块仍存在DC系数。对于帧间编码 的宏块，特定位位置中的0值指示对应的块不包含任何非零系数。1值指示存在至 少一个非零系数。对于该位为0的情况，不对该块编码任何数据。
运动矢量数据(MVDATA)(可变大小)
MVDATA是对宏块的运动矢量的差分编码的可变大小句法元素，其解码在以 下详细描述。
MB级变换类型(TTMB)(可变大小)
TTMB是当图像层句法元素TTMBF＝0时P图像和B图像宏块中的可变大小 句法元素。TTMB指定了变换类型、变换类型信号水平以及子块模式。
B.解码隔行扫描P帧
在一个组合实现中，用于解码隔行扫描P帧的过程描述如下。
1.隔行扫描P帧的宏块层解码
在隔行扫描P帧中，每一宏块可以在帧模式中使用一个或四个运动矢量，或 在半帧模式中使用两个或四个运动矢量来进行运动补偿。帧间编码的宏块不包含任 何帧内编码的块。另外，运动补偿之后的残差可以在帧变换模式或半帧变换模式中 编码。更具体地，如果以半帧变换模式编码，则残差的亮度分量依照半帧来重新排 列，但是在帧变换模式中保持不变，而色度分量保持相同。宏块也可作为帧内编码 来编码。
运动补偿可被限于不包括四个(半帧/帧两者)运动矢量，且这通过 4MVSWITCH用信号表示。运动补偿和残差编码的类型通过MBMODE和SKIPMB 对每一宏块联合指示。MBMODE采用了依照4MVSWITCH的一组不同的表。
隔行扫描P帧中的宏块被分类为五个类型：1MV、2半帧MV、4帧MV、4 半帧MV和帧内编码。这五个类型已在上文第III节中详细描述。前四个宏块类型 是帧间编码的，而最后一个类型指示宏块是帧内编码的。宏块类型是由宏块层中的 MBMODE句法元素连同跳过位一起用信号表示的。(宏块的跳过条件也可在压缩 位平面中的帧级处用信号表示。)MBMODE对不同类型的宏块，对宏块类型以及 关于宏块的各个信息进行联合编码。
跳过宏块的信号表示
宏块级SKIPMBBIT字段指示宏块的跳过条件。(关于跳过条件和对应的信号 表示的其它细节在以上第V节中提供。)如果SKIPMBBIT字段为1，则当前宏块 被认为是跳过，且在SKIPMBBIT字段之后不发送任何其它信息。(在帧级， SKIPMB字段指示在宏块级SKIPMBBIT的存在(采用原始模式)，或在压缩位平 面中储存跳过信息。解码的位平面对每一宏块包含一个比特，且指示每一相应宏块 的跳过条件。)跳过条件暗示当前宏块是具有零差分运动矢量的1MV(即，该宏 块使用其1MV运动预测值来运动补偿)，且没有已编码的块(CBP＝0)。在替 换的组合实现中，残差被假定为为循环滤波目的而进行帧编码。
另一方面，如果SKIPMB字段不是1，则MBMODE字段被解码为指示宏块 类型以及关于当前宏块的其它信息，诸如以下章节中所描述的信息。
宏块模式的信号表示
MBMODE联合地指定了宏块的类型(1MV、4帧MV、2半帧MV、4半帧 MV或帧内编码)、帧间编码宏块的变换类型(即，半帧或帧或无已编码块)、以 及对1MV宏块是否存在差分运动矢量。(关于宏块信息的信号表示的其它细节在 以上第V节中提供。)MBMODE可采取15个可能的值中的一个：
设表示存在还是缺少非零1MV差分运动矢量的信号表示。设 表示宏块的残差是(1)帧变换编码的；(2)半帧变换编 码的；还是(3)零编码的块(即，CBP＝0)的信号表示。MBMODE用信号联合 表示以下信息：
MBMODE＝{<1MV，MVP，Field/Frame transform>，<2Field MV，Field/Frame transform>，<4Frame MV，Field/Frame transform>，<4Field MV，Field/Frame transform>，}；
情况<1MV，MVP＝0，CBP＝0>不是由MBMODE来用信号表示的，而是由跳过条件 来用信号表示的。
对于帧间编码的宏块，当MBMODE中的指示无已编 码块时，不解码CBPCY句法元素。另一方面，如果MBMODE中的指示半帧或帧变换，则解码CBPCY。解码的用 于设置标志FIELDTX。如果它指示宏块是半帧变换编码的，则FIELDTX被设为1。 如果它指示宏块是帧变换编码的，则FIELDTX被设为0。如果它指示零编码的块， 则FIELDTX被设为与运动矢量相同的类型，即如果它是半帧运动矢量，则 FIELDTX被设为1，如果是帧运动矢量，则设为0。
对于非1MV帧间编码的宏块，发送一附加字段以指示差分运动矢量中的哪一 个是非零的。在2半帧MV宏块的情况下，发送2MVBP字段以指示两个运动矢量 中的哪一个包含非零差分运动矢量。类似地，发送4MVBP字段以指示四个运动矢 量中的哪一个包含非零差分运动矢量。
对于帧内编码的宏块，在单独的字段中编码半帧/帧变换和零编码块。
2.用于隔行扫描P帧的运动矢量解码
用于隔行扫描P帧的运动矢量预测值
为当前宏块计算运动矢量预测值的过程由两个步骤构成。首先，从其相邻宏 块收集当前宏块的三个候选运动矢量。其次，从该候选运动矢量集计算当前宏块的 运动矢量预测值。图26A-26B示出了从其中收集候选运动矢量的相邻宏块。候选 运动矢量的收集顺序是重要的。在该组合实现中，收集顺序总是从A开始，前进 到B，且在C结束。如果对应的块位于帧边界之外，或者如果对应的块是不同片 的一部分，则候选预测值被认为不存在。由此，运动矢量预测不跨片边界执行。
以下章节描述了如何为不同类型的宏块收集候选运动矢量以及如何计算运动 矢量预测值。
1MV候选运动矢量
在该组合实现中，图41中的伪代码4100用于为运动矢量收集多达三个候选 运动矢量。
4帧MV候选运动矢量
对于4帧MV宏块，对于当前宏块中四个帧块运动矢量中的每一个，收集来 自相邻块的候选运动矢量。在该组合实现中，图42中的伪代码4200用于为左上帧 运动矢量收集多达三个候选运动矢量。图43中的伪代码4300用于为右上帧块运动 矢量收集多达三个候选运动矢量。图44中的伪代码4400用于为左下帧块运动矢量 收集多达三个候选运动矢量。图45中的伪代码4500用于为右下帧块运动矢量收集 多达三个候选运动矢量。
2半帧MV候选运动矢量
对于2半帧MV宏块，对于当前宏块中的两个半帧运动矢量中的每一个，收 集来自相邻块的候选运动矢量。图46中的伪代码4600用于为上半帧运动矢量收集 多达三个候选运动矢量。图47中的伪代码4700用于为下半帧运动矢量收集多达三 个候选运动矢量。
4半帧MV候选运动矢量
对于4半帧MV宏块，对于当前宏块中四个半帧块中的每一个，收集来自相 邻块的候选运动矢量。图48中的伪代码4800用于为左上半帧块运动矢量收集多达 三个候选运动矢量。图49中的伪代码4900用于为右上半帧块运动矢量收集多达三 个候选运动矢量。图50中的伪代码5000用于为左下半帧块运动矢量收集多达三个 候选运动矢量。图51中的伪代码5100用于为右下半帧块运动矢量收集多达三个候 选运动矢量。
平均半帧运动矢量
给定两个半帧运动矢量(MVX1，MVY1)和(MVX2，MVY2)，用于形成候选运动 矢量(MVXA，MVYA)的求平均运算为：
MVXA＝(MVX1+MVX2+1)＞＞1；
MVYA＝(MVY1+MVY2+1)＞＞1；
从候选运动矢量计算帧MV预测值
本节描述了如何在给定一组候选运动矢量时为帧运动矢量计算运动矢量预测 值。在该组合实现中，对于为1MV计算预测值或对4帧MV宏块中四个帧块运动 矢量中的每一个计算预测值的运算是相同的。
图52中的伪代码5200描述了如何为帧运动矢量计算运动矢量预测值(PMVx， PMVy)。在伪代码5200中，TotalValidMV表示候选运动矢量集中运动矢量的总数 (TotalValidMV＝0、1、2或3)，而ValidMV数组表示候选运动矢量集中的运动 矢量。
从候选运动矢量计算半帧MV预测值
本节描述了在组合实现中，如何在给定候选运动矢量集的情况下为半帧运动 矢量计算运动矢量预测值。在该组合实现中，对于为2半帧MV宏块中两个半帧 运动矢量中的每一个计算预测值或对于为4半帧MV宏块中四个半帧块运动矢量 中的每一个计算预测值的运算是相同的。
首先，将候选运动矢量分为两个集合，其中一个集合仅包含指向与当前半帧 相同的半帧的候选运动矢量，而另一集合包含指向相反半帧的候选运动矢量。假定 候选运动矢量是以四分之一像素单位表示的，以下对其y分量的校验验证了候选运 动矢量是否指向相同的半帧：
if(ValidMVy&4){
ValidMV指向相反半帧。
}else{
  ValidMV指向相同半帧。
}
图53中的伪代码5300描述了如何为半帧运动矢量计算运动矢量预测值(PMVx， PMVy)。在伪代码5300中，SameFieldMV和OppFieldMV表示两个候选运动矢量 集，NumSameFieldMV和NumOppFieldMV表示属于每一集合的候选运动矢量的数 目。每一集合中候选运动矢量的顺序以候选运动矢量A(如果存在)开始，之后是 候选运动矢量B(如果存在)，之后是候选运动矢量C(如果存在)。例如，如果 集合SameFieldMV仅包含候选运动矢量B和候选运动矢量C，则SameFieldMV[0] 是候选运动矢量B。
解码运动矢量差分
MVDATA句法元素包含宏块的运动矢量差分信息。取决于每一宏块处用信号 表示的运动补偿类型和运动矢量块模式，对每一宏块可以有从0到4个MVDATA 句法元素。更具体地，
·对于1MV宏块，取决于MBMODE中的MVP字段，可以存在0个或 1个MVDATA句法元素。
·对于2半帧MV宏块，取决于2MVBP，可以存在0、1或2个MVDATA 句法元素。
·对于4帧/半帧MV宏块，取决于4MVBP，可以存在0、1、2、3或4 个MVDATA句法元素。
在该组合实现中，以与隔行扫描P半帧的1参考半帧运动矢量差分相同的方 式解码运动矢量差分，而无需半像素模式。(图54A中的伪代码5400示出了如何 为一个参考半帧解码运动矢量差分。图54B中的伪代码5410示出了替换的组合实 现中如何为一个参考半帧解码运动矢量差分。伪代码5410以不同的方式解码运动 矢量差分。例如，伪代码5410省略了对扩展的运动矢量差分范围的处理。)
重构运动矢量
给定运动矢量差分dmv，通过将该差分加到预测值来重构亮度运动矢量，如 下：
mv_x＝(dmv_x+predictor_x)smod range_x
mv_y＝(dmv_y+predictor_y)smod range_y
smod运算确保重构的矢量是有效的。(A smod b)处于于-b和b-1以内。range_x 和range_y取决于MVRANGE。
给定亮度帧或半帧运动矢量，导出对应的色度帧或半帧运动矢量以补偿色度 (Cb/Cr)块的一部分(或可能全部)。在隔行扫描P帧和隔行扫描B帧中忽略 FASTUVMC句法元素。图34中的伪代码3400描述了在隔行扫描P帧中如何从亮 度运动矢量LMV中导出色度运动矢量CMV。
C.位平面编码
诸如跳过位等宏块专用二进制信息可以对每一宏块在一个二进制码元中编 码。例如，宏块是否被跳过可以用一个比特的信号来表示。在这些情况下，半帧或 帧中的所有宏块的状态可以被编码为一个位平面，且在半帧或帧头部中发送。对于 该规则的一个例外是如果位平面编码模式被设为原始模式，在这一情况下，每一宏 块的状态被编码为每一码元一个比特，且在宏块级连同其它宏块级句法元素一起发 送。
半帧/帧级位平面编码用于对二维二进制数组进行编码。每一数组的大小是 rowMB×colMB，其中rowMB和colMB分别是所讨论的半帧或帧中宏块行和列的 数目。在比特流中，每一数组被编码为一组接连的比特。使用七种模式之一来编码 每一数组。这七种模式是：
1.原始模式—信息被编码为每一码元一个比特，并作为MB级句法的一部分 发送；
2.普通-2模式—两个码元联合编码；
3.差分-2模式—位平面的差分编码，之后对两个残差码元联合编码；
4.普通-6模式—6个码元联合编码；
5.差分-6模式—位平面的差分编码，之后对6个残差码元联合编码；
6.行跳过模式—跳过一个比特以用信号表示没有置位的行；以及
7.列跳过模式—跳过一个比特以用信号表示没有置位的列。
半帧级或帧级对于位平面的句法元素在以下序列中：INVERT、IMODE和 DATABITS。
反转标志(INVERT)
INVERT句法元素是1比特的值，如果被置位，则指示位平面具有比零个位 更多的位被置位。取决于INVERT和模式，解码器应当反转所解释的位平面以重 新创建原始信号。注意，当使用原始模式时，该位的值应当被忽略。如何在解码位 平面时使用INVERT值的描述在下文提供。
编码模式(IMODE)
IMODE句法元素是指示用于对位平面编码的编码模式的可变长度值。表12 示出了用于对IMODE句法元素编码的代码表。对IMODE值如何用于解码位平面 的描述在下文提供。
表12：IMODE VLC代码表  IMODE VLC   编码模式  10   普通-2  11   普通-6  010   行跳过  011   列跳过  001   差分-2  0001   差分-6  0000   原始
位平面编码位(DATABITS)
DATABITS句法元素是对位平面的码元流进行编码的可变大小句法元素。用 于编码位平面的方法是由IMODE的值来确定的。以下章节中描述了七种编码模式。
原始模式
在该模式中，位平面被编码为对宏块中以光栅扫描顺序扫描的每一码元一个 比特，并作为宏块层的一部分发送。或者，原始模式中在半帧或帧级编码的信息和 DATABITS的长度是rowMB×colMB比特。
普通-2模式
如果rowMB×colMB是奇数，则第一码元是原始编码的。后续的码元以自然 扫描顺序成对地编码。表13中的二进制VLC表用于编码码元对。
表13：普通-2/差分-2代码表   码元2n   码元2n+1   码字   0   0   0   1   0   100   0   1   101   1   1   11
差分-2模式
普通-2方法用于产生如上所述的位平面，然后如下所述向位平面应用Diff-1 运算。
普通-6模式
在普通-6和差分-6模式中，位平面按照6个像素的组来编码。这些像素被组 合成2×3或3×2的平铺块。位平面使用一组规则最大化地平铺，且剩余的像素使 用行跳过和列跳过模式的变体来编码。当且仅当rowMB是3的倍数且colMB不是 时，使用2×3的“垂直”平铺块。否则，使用3×2的“水平”平铺块。图55A 示出了2×3的“垂直”平铺块的一个简化示例。图55B和55C示出了3×2的“水 平”平铺块的简化示例，对于该平铺块，拉长的深色矩形是1个像素宽，且使用行 跳过和列跳过编码来编码。对于如图55C所示地平铺的平面，其中线性平铺块沿 着图像的上边和左边，平铺块的编码顺序遵循以下模式。首先编码6个元素的平铺 块，然后是列跳过和行跳过编码的线性平铺块。如果数组大小是2×3或3×2的倍 数，则后一线性平铺块不存在，且位平面是完美地平铺的。
6元素矩形平铺块使用不完整的哈夫曼码来编码，即不使用所有的最终节点用 于编码的哈夫曼码。设N是平铺块中置位的数目，即0≤N≤6。对于N＜3，使用VLC 来编码该平铺块。对于N＝3，固定长度换码之后跟随5比特的固定长度码，且对于 N＞3，固定长度换码之后跟随该平铺块的补码的代码。
矩形平铺块包含6比特的信息。设k是与平铺块相关联的代码，其中k＝bi2j， 其中bi是平铺块中自然扫描顺序的第i个比特的二进制值。因此0≤k≤64。使用VLC 和满足固定长度码的换码的组合来用信号表示k。
差分-6模式
普通-6方法用于产生如上所述的位平面，然后如下所述向该位平面应用Diff-1 运算。
行跳过模式
在行跳过编码模式中，以一个比特的额外开销跳过所有的零行。句法如下： 对于每一行，单个ROWSKIP位指示该行是否被跳过；如果该行被跳过，则接着是 下一行的ROWSKIP位；否则(该行不被跳过)，则接着是ROWBITS位(对行中 的每一宏块有一个比特)。由此，如果整个行为零，则发送一个0比特作为ROWSKIP 码元，且跳过ROWBITS。如果在行中有一个置位，则ROWSKIP被设为1，且整 个行原始地发送(ROWBITS)。行是在半帧或帧中从上到下扫描的。
列跳过模式
列跳过是行跳过的转置。列是在半帧或帧中从左到右扫描的。
Diff-1：：反差分解码
如果使用了任一差分模式(差分-2或差分-6)，则首先使用对应的普通模式 (分别为普通-2或普通-6)来解码“差分位”的位平面。差分位用于重新生成原始 的位平面。重新生成过程是二进制字母表上的2-D DPCM。为重新生成位置(i，j)处 的位，如下(从位置(i，j)处的位b(i，j))生成预测值bp(i，j)：

对于差分编码模式，不执行基于INVERT的逐位反转过程。然而，在不同的容量 中使用INVERT标志以指示用于上述预测值的导出的码元A的值。更具体地，如 果INVERT等于0，则A等于0，如果INVERT等于1，则A等于1。位平面的实 际值是通过将预测值与解码的差分位值进行xor(异或)运算来获得的。在以上公 式中，b(i，j)是在最终的解码之后(即，在完成了普通-2/普通-6，接着完成了与其 预测值的差分xor之后)，第i，j位置处的位。
参考各实施例描述和示出了本发明的原理之后，可以认识到，可以在排列和 细节上修改各实施例，而不脱离这些原理。应当理解，此处所描述的程序、过程或 方法不相关于或不限于任何特定类型的计算环境，除非另外指明。可依照此处所描 述的教导来使用各种类型的通用或专用计算环境或执行操作。以软件示出的实施例 的元素可以用硬件来实现，反之亦然。
鉴于可应用本发明的原理的许多可能的实施例，要求保护落入所附权利要求 书及其等效技术方案的范围和精神之内的所有这样的实施例作为本发明。
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