條件于系數數目的自適應插值濾波器編碼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于視頻信號預測殘差變換系數的量化參數編碼方法。在本發(fā)明中，dQP和量化矩陣的選擇信號均條件于變換量化系數的數目，并傳輸于變換量化系數的后面。編碼器和解碼器通過約定一個固定的閾值，當若干連續(xù)的變換塊的非零量化系數數目超過這個閾值時，編碼器在編碼了這些非零量化系數之后，向碼流中編碼一個dQP或量化矩陣的選擇信號，表示這幾個連續(xù)的塊所使用的QP或量化矩陣。這樣解碼器就能通過累計非零量化系數數目并準確解碼dQP或量化矩陣的選擇信號。
【專利說明】條件于系數數目的自適應插值濾波器編碼
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于數字視頻壓縮領域，具體涉及到視頻信號預測殘差變換系數的量化參數的編碼。
【背景技術】
[0002]數字視頻是通過對時域和空域連續(xù)的自然場景進行時域和空域連續(xù)采樣所得。如圖1所示，數字視頻由一系列時域上的視頻幀所組成，每個視頻幀表示自然場景在某個時間的空域采樣，它由二維均勻采樣的視覺像素組成。每個像素由一系列描述像素亮度和色彩的數字組成，在視頻編碼中，最廣泛被使用的格式是YUV格式，這種格式中，每個像素由一個亮度分量Y，兩個色差分量U和V組成，一般對U和V分量水平和垂直方向各進行一次下采樣，這樣每相鄰的4個像素共用I個U和I個V分量，這就是YUV4:2:0格式。
[0003]最廣泛被使用的視頻編碼技術是塊基混合運動補償DCT變換視頻編碼技術，其中最有代表性的是MPEG和VCEG正在聯合制定的國際標準HEVC。如圖2所示，HEVC編碼器首先把輸入幀被劈分成一個個NxN (其中N為2的冪次，其最小為8，最大可以到64)的塊，稱為最大編碼單元(IXU)，然后從左到右，從上到下依次對IXU進行編碼。在HEVC中，基本的預測變換編碼單位稱為編碼單元(CU)，對于一個大小為2Nx2N的LCU，可以把它作為一個CU直接進行預測變換編碼，也可以把它以四分樹的方式劈分為4個大小為NxN的單元進行預測變換編碼，而對于每個NxN的單元，它也既可以作為一個CU進行預測-變換-編碼，也可以繼續(xù)以四分樹的方式劈分為4個更小的單元進行編碼。圖3所示既是一個LCU的編碼劈分圖，圖中LCU被劈分為4個等尺寸CU，而4個CU中的第一個、第三個和第四個又分別進行了繼續(xù)的劈分。CU最小為8x8，最大可以和LCU等尺寸。對每個待編碼的CU，首先從已編碼的重構幀中計算出一個對當前塊的預測，并與當前塊相減，殘差依次執(zhí)行DCT變換、量化，然后反量化、反DCT變換得到重構宏塊，存入重構幀序列中，用于對其后編碼的⑶產生預測信號。由于精確的DCT變換是浮點變換，所以實際中一般用DCT變換的整數近似或者KLT變換的整數近似來代替。
[0004]⑶的預測有2種，第一種是幀內預測，即只使用當前編碼幀的已重構的像素對當前CU進行預測。當前最流行的幀內預測技術是幀內方向預測技術。幀內方向預測直接以CU為單位進行。HEVC中所使用的角度幀內預測如圖4所示。圖4所示白色黑框塊是當前編碼⑶，左邊和上邊的灰色條帶是當前⑶左上的已重構像素，他們用來生成當前⑶的預測信號。每一個幀內方向預測模式說明一個當然的預測方向，對于如圖4所示編碼CU中的某一行或某一列(用豎狀網格表示)，根據預測方向找到左上重構塊中的相應的像素，如圖4中黑色像素塊所示，作為當前行或列的預測。圖4右側所示的列預測因為左邊靠上的重構像素不存在，所以在實際的預測開始前，需要根據當前預測方向從當前塊上邊的重構像素根據當前幀內預測方向映射過去，如圖5所示。在HEVC中共有33種不同的方向預測模式，如圖6所示。
[0005]CU的第二種預測是幀間預測，這時當前塊的預測從時域上在當前幀前或當前幀后的重構幀中的選取。在HEVC中，預測以預測單元(PU)為基本單位。一個2Nx2N大小的⑶有4種PU劃分模式，它既可以作為單一的執(zhí)行運動補償，也可以分割成幾個分別執(zhí)行不同的運動補償，如圖7所示。對于一個任意形狀的運動補償過程如圖8、圖9、圖10和圖11所不。顯不時間為t的巾貞是當如編碼巾貞，黑色塊是當如編碼塊。顯不時間為t_to、t-2*t0、t+t0幀是重構幀，其中具有點狀邊界的灰色塊是與當前編碼塊同一空域位置的塊。顯示時間為t-t0、t-2*t0、t+t0幀都可以作為當前編碼塊的預測。在圖8中，運動向量MVO指向當前塊的前向預測塊BLK0。在圖9中，運動向量MVl指向當前塊的后向預測塊BLK1。在圖10中，運動向量MV指向當前塊的前向預測塊BLKO，MV的反方向指向后向預測塊BLKl，BLKO和BLKl的平均作為當前塊的預測。在圖11中，運動向量MVO指向當前塊的前向預測塊BLK0，運動向量MVl指向當前塊的后向預測塊BLK1，BLKO和BLKl的平均作為當前塊的預測。在前向預測、后向預測和對稱預測中，只有一個運動參數(包括運動向量和參考圖像)需要編碼，而在雙向預測模式中，2個運動參數需要編碼。對于每種時域補償模式，編碼器通過率失真優(yōu)化的運動估計過程得到最優(yōu)的運動參數，并將其編入碼流。由于運動向量可以指向非整數位置的像素，所以需要使用插值濾波器計算出非整數像素的像素值。
[0006]本發(fā)明描述了一種條件于非零系數數目的自適應時域運動補償插值濾波器編碼方法，它能提供更高的編碼效率。
【發(fā)明內容】
[0007]視頻編碼器和解碼器之間約定了一組時域運動補償插值濾波器。這組插值濾波器至少包含大于I個四分之一像素插值濾波器，至少包含大于I個半像素插值濾波器，也可以包含若干八分之X像素插值濾波器，其中X為奇數且范圍從I到7，也可以包含若干十六分之I像素插值濾波器，其中I為奇數且范圍從I到15。這組插值濾波器包含一個缺省的四分之一像素插值濾波器和一個缺省的半像素插值濾波器。編碼器和解碼器還共同擁有的一個值T，且T>0。T可以是缺省約定，也可以編碼于圖像或者片段層。
[0008]編碼器使用一個插值濾波器對一個產生一個預測，當殘差完成變換量化后，如果非零量化系數數目總和大于等于T時，編碼器在傳輸完量化DCT系數后，再傳輸一個插值濾波器的索引以表示所使用的插值濾波器。如果一個預測單元的非零量化系數數目小于T，那么這個預測單元只能使用缺省的插值濾波器而不需要在碼流中編碼任何插值濾波器。編碼器對一個PU嘗試各種濾波器產生預測，并通過計算率失真花費，選擇那些能滿足解碼條件的插值濾波器組合并將其編入碼流。滿足解碼條件意味著，如果PU有小于T個量化DCT系數，那么所使用的插值濾波器必須是缺省插值濾波器。PU有大于等于T個量化DCT系數，那么編碼器必須在傳輸完量化DCT系數后編碼所使用的插值濾波器。
[0009]解碼器執(zhí)行相反的過程。對于每一個PU，首先解碼其所有量化DCT系數。如果大于等于T，那么解碼插值濾波器索引，否則使用缺省插值濾波器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為數字視頻示例,其中指示I表示時域采樣,指示2表示空域采樣。
[0011]圖2為塊基運動補償DCT變換視頻編碼器，其中指示I表示劈分為LCU，指示2表示中貞內預測信息，指示3表示運動參數信息,指示4表示控制信息,指示5表示量化DCT系數，指示6表示編碼碼流。
[0012]圖3是IXU通過四分樹遞歸的劈分為⑶。
[0013]圖4是角度幀內預測示意圖。
[0014]圖5是角度幀內預測中左上不可用像素的映射計算示意圖。
[0015]圖6是角度幀內預測所有方向模式示意圖。
[0016]圖7是⑶劈分為PU的所有方式。
[0017]圖8是時域前向預測示意圖。
[0018]圖9是時域后向預測示意圖。
[0019]圖10是時域對稱預測示意圖。
[0020]圖11是時域雙向預測示意圖。
[0021]圖12是HEVC中變換分割示意圖，其中的NxN塊可以繼續(xù)同樣的分割。
[0022]圖13是本發(fā)明所述視頻編碼器
[0023]圖14是本發(fā)明所述視頻解碼器
[0024]實施方式
[0025]圖13是包含本發(fā)明的一個視頻編碼器。編碼器首先把輸入視頻幀劃分為LCU，然后對LCU進行從左到右、從上到下的順序編碼。對每個LCU，編碼器將其劈分成CU進行編碼，然后再把CU劈分為PU進行預測。對每個PU，編碼器選擇不同的插值濾波器對其進行編碼，并通過率失真花費的計算，選擇能滿足解碼條件的組合進行編碼。
[0026]圖14所示是包含本發(fā)明的視頻解碼器，它是圖13的逆。解碼器從左到右、從上到下對每個LCU進行解碼。然后解碼器根據讀出的信息將LCU劈分為CU，然后再讀出的信息。對每個PU，解碼器首先解碼其量化變換系數，然后得到總的量化系數的數目。如果大于等于T，那么解碼器接著解碼插值濾波器索引。否則使用缺省插值濾波器，然后解碼器使用得到的插值濾波器對當前PU產生預測，然后反量化反變換并和預測相加，得到重構塊。
【權利要求】
1.視頻編碼器和解碼器之間約定一組時域運動補償插值濾波器。編碼器使用一個插值濾波器對一個預測單元產生一個預測，當殘差完成變換量化后，如果非零量化系數數目總和大于等于一個值T時,編碼器在傳輸完量化DCT系數后,再傳輸一個插值濾波器的索引以表示所使用的插值濾波器。如果一個預測單元的非零量化系數數目小于T，那么這個預測單元只能使用缺省的插值濾波器。編碼器對一個PU嘗試各種濾波器產生預測，并通過計算率失真花費，選擇那些能滿足解碼條件的插值濾波器組合并將其編入碼流。
2.如權利要求1所述，這組插值濾波器至少包含大于I個四分之一像素插值濾波器，至少包含大于I個半像素插值濾波器，也可以包含若干八分之X像素插值濾波器，其中X為奇數且范圍從I到7，也可以包含若干十六分之y像素插值濾波器，其中y為奇數且范圍從I到15。這組插值濾波器包含一個缺省的四分之一像素插值濾波器和一個缺省的半像素插值濾波器。
3.如權利要求1所述，T是編碼器和解碼器共同擁有的一個值，且T>0。T可以是缺省約定，也可以編碼于圖像或者片段層。
4.如權利要求1所述，相應的視頻解碼器解碼一個預測單元。一旦所有的非零量化系數數目大于等于T，那么解碼器即從碼流中讀取一個插值濾波器索引，否則設當前預測單元使用缺省的插值濾波器。
5.如權利要求1所述，插值濾波器索引的編碼發(fā)生于預測單元所有量化系數之后，且它可以條件于量化系數數目編碼，也可以不條件于量化系數數目編碼。
【文檔編號】H04N19/567GK103796014SQ201210426459
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月31日 優(yōu)先權日:2012年10月31日
【發(fā)明者】朱洪波 申請人:朱洪波