CN101243685A - 对图像压缩的变换系数的预测 - Google Patents

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Abstract

一种基于块变换的数字媒体编解码器使用考虑了数字媒体数据的主导方向性(例如，具有强水平或垂直特征的图像)、并且还与两级变化兼容地操作的变换系数预测。对于来自宏块的内部级变换的DC和DCAC系数，该编解码器基于相邻宏块的内部级变换DC系数来计算和比较方向性度量，以确定主导方向性。对于来自宏块内的块的外部级变换的DCAC系数，该编解码器基于宏块的内部级变换DCAC系数来计算和比较方向性度量，以检测主导方向性。方向主导性的确定还可考虑来自其它通道(例如，色度以及亮度)的信息。

Description

对图像压缩的变换系数的预测
版权授权
本专利文献的公开内容的一部分包含受到版权保护的材料。版权所有者不反对任何人如其出现在(美国)专利商标局专利文件或记录中那样对该专利文献或专利公开的复制，但是无论如何保留所有版权。
背景
基于块变换的编码
变换编码是在许多音频、图像和视频压缩***中使用的一种压缩技术。未压缩数字图像和视频通常被表示或捕捉为以二维(2D)网格排列的图像或视频帧中各位置处的图元或色彩的样本。这被称为图像或视频的空间域表示。例如，用于图像的典型格式由被排列为网格的24位彩色图元流构成。每一样本是表示诸如RGB或YIQ等色彩空间内该网格中的一个像素位置处的色彩分量的数字。各种图像和视频***可使用各种不同的色彩、空间和时间分辨率的采样。类似地，数字音频通常被表示为时间采样的音频信号流。例如，典型的音频格式由在有规律的时间间隔处所取的16位音频信号幅度样本流构成。
传统上，视频压缩是通过压缩第一视频帧，并压缩连续帧之间的差异来执行的。该过程在整个视频序列上周期性地重复。因此，视频压缩与“静止”图像的压缩密切相关。
未压缩数字音频、图像和视频信号可消耗大量的存储和传输能力。变换编码通过将信号的空间域表示变换成频域(或其它类似的变换域)表示，然后降低该变换域表示的某些一般较不可感知的频率分量的分辨率，减小了数字音频、图像和视频的大小。这一般与降低空间域中的图像或视频或时域中的音频的色彩或空间分辨率相比，产生了较不可感知的数字信号劣化。
更具体而言，图1所示的典型的基于块变换的编解码器100将未压缩的数字图像的像素划分成固定大小的二维块(X1，...Xn)，每一块可能与其它块重叠。对每一块应用进行空间-频率分析的线性变换120-121，这将块内彼此隔开的样本转换成一般表示块间隔上相应的频带内的数字信号的强度的一组频率(或变换)系数。作为比较，变换系数可被选择性地量化130(即，诸如通过丢弃系数值的最低有效位或将较高分辨率数字集中的值映射到较低分辨率来降低分辨率)，并且还被熵或可变长度编码130成压缩的数据流。在解码时，变换系数进行反变换170-171以便几乎重构原始的色彩/空间采样图像/视频信号(重构块
Figure S2006800292963D00021
)。
块变换120-121可被定义为对大小为N的向量x的数学运算。最通常的是，该运算是线性乘法，从而产生变换域输出y＝Mx，M是变换矩阵。当输入数据是任意长时，它被分段成大小为N的向量，并且向每一段应用块变换。出于数据压缩的目的，选择可逆块变换。换言之，矩阵M是可逆的。在多个维度中(例如，对于图像和视频)，块变换通常被实现为可分操作。沿数据的每一维(即，行和列)可分地应用矩阵乘法。
对于压缩，变换系数(向量y的分量)可被选择性地量化(即，诸如通过丢弃系数值的最低有效位或将较高分辨率数字集中的值映射到较低分辨率来降低分辨率)，并还可被熵或可变长度编码为压缩的数据流。
在解码器150中解码时，如图1所示，在解码器150侧应用这些操作的反过程(反量化/熵解码160和反块变换170-171)。在重构数据时，将逆矩阵M1(反变换170-171)作为乘数应用于变换域数据。当应用于变换域数据时，反变换几乎重构原始时域或空间域数字媒体。
在许多基于块变换达到编码应用中，变换理想地是可逆的以取决于量化因子同时支持有损和无损压缩两者。如果例如没有量化(一般被表示为量化因子1)，则利用可逆变换的编解码器可在解码时精确地再现输入数据。然而，这些应用中的可逆性的要求约束了对用于设计编解码器的变换的选择。
诸如MPEG和Windows Media等许多图像和视频压缩***利用基于离散余弦变换(DCT)的变换。已知DCT具有得到近乎最优的数据压缩的良好能量压缩特性。在这些压缩***中，在压缩***的编码器和解码器两者中的重构环路中采用了反DCT(IDCT)来重构各个图像块。
变换系数预测
如上所述，块变换通常使用离散余弦变换(DCT)或其变体。在高损失水平下，块变换遭受因扰乱块不连续性而引起的视觉伪像。其中变换窗重叠的“重叠变换”可用于甚至在损失的情况下平滑重构。
在块和重叠变换两者中，沿水平或垂直方向定向的长线性特征导致沿变换域块的左或顶边的高变换值。左和顶边通常被称为DCAC值。这样命名是因为这些是在一个方向为DC而在另一方向为AC的系数。左上位置被称为DC值(在两个方向上都为DC)。
块变换通常显示出块之间的相关。可容易地理解，相邻块的DC系数是相关的，并且往往在概率的意义上是接近的。相邻块的对应DCAC系数之间的相关较不明显。值得注意的是，如果图像的一特定区域显示出强水平特征(诸如线或图案)，则在水平方向上为DC而在垂直方向上为AC的变换系数也显示出块间数值相关。
通过从相邻块形成DC和DCAC项的预测并编码预测差异来充分利用块间DC和DCAC连续性的过程通常被称为“DCAC预测”。该术语也涵盖了恢复原始(或近似)DC和DCAC变换系数的解码器侧过程。所预测的DCAC项可以是由预测方向确定的所有DCAC项的一个子集。
概述
此处描述的数字媒体编码和解码技术以及该技术在数字媒体编解码器中的实现使用了一种变换系数预测，该变换系数预测考虑了数字媒体数据的主导方向性(例如，具有强水平或垂直特征的图像)，并且还与二级变换兼容地操作。
对于来自一宏块的内部级变换的DC和DCAC系数，该编解码器基于相邻宏块的内部级变换DC系数来计算和比较方向性度量，以确定主导方向性。方向主导性的确定也可考虑来自其它通道(例如，色彩或色度)的信息。在缺少方向主导性的情况下，从前导相邻宏块的DC系数的平均值来预测宏块的DC系数。如果相邻宏块具有不同的量化因子(quantizer)，则可跳过对该宏块的DCAC系数的方向预测。或者，DCAC系数的方向预测可被限于具有相同量化因子的宏块。
对于来自宏块内的块的外部级变换的DCAC系数，该编解码器基于宏块的内部级变换DCAC系数来计算和比较方向性度量，以检测主导方向性。方向主导性的确定还可考虑来自其它通道(例如，色彩或色度)的信息。以此方式，对外部级DCAC系数的方向预测确定可仅基于该宏块中的信息来作出。如果找到方向主导性，则从该主导方向单向地预测该宏块内的块的外部级DCAC系数。
提供本概述以用简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图简述
图1是现有技术中常规的基于块变换的编解码器的框图。
图2是包含预测性变换系数编码的代表性编码器的流程图。
图3是包含预测性变换系数编码的代表性解码器的流程图。
图4是示出DC和DCAC系数的4×4变换块结构的图示。
图5是对于YUV 4:2:2色彩格式在图3的编码器的内部级变换中产生的系数的422色度低通块结构的图示。
图6是对于YUV 4:2:0色彩格式图像在图3的编码器的内部级变换中产生的系数的420色度低通块结构的图示。
图7是示出DCAC预测的一个示例的图示。
图8是标识图7的示例DCAC预测中的预测方向的图示。
图9是示出用于确定宏块的DC预测模式的宏块的图示。
图10是图3的编码器和图4的解码器中的预测性变换系数编码中的DC预测模式确定的伪代码清单。
图11是列出图3的编码器和图4的解码器中的预测性变换系数编码中的低通DCAC预测模式确定的伪代码清单。
图12是图3的编码器和图4的解码器中的预测性变换系数编码中的高通DCAC预测模式确定的伪代码清单。
图13是示出宏块的左高通DCAC预测的图示。
图14是示出宏块的顶部高通DCAC预测的图示。
图15是用于实现图4的宽范围系数的自适应编码的合适的计算环境的框图。
详细描述
以下描述涉及提供基于系数预测的基于块变换的编解码器的变换系数的高效编码/解码的编码和解码技术(此处称为“预测性变换系数编码”)。以下描述在数字媒体压缩***或编解码器的上下文中描述了该技术的一个示例实现。该数字媒体***以压缩形式对数字媒体数据进行编码以便传输或存储，并解码该数据以供回放或其它处理。出于说明的目的，包含这一预测性变换系数编码的该示例性压缩***是图像或视频压缩***。或者，该技术也可被结合到用于其它2D数据的压缩***或编解码器中。预测性变换系数编码技术不要求数字媒体压缩***以特定的编码格式来编码压缩的数字媒体数据。
1.编码器/解码器
图2和3是在代表性2维(2D)数据编码器200和解码器300中采用的过程的一般化图示。该图呈现了结合了实现块模式编码的2D数据编码器和解码器的压缩***的一般化或简化的图示。在使用块模式编码的替换压缩***中，可使用比本代表性编码器和解码器中所示的更多或更少的过程来进行2D数据压缩。例如，某些编码器/解码器还可包括色彩转换、色彩格式、可缩放编码、无损编码、宏块模式等等。取决于量化，压缩***(编码器和解码器)可提供2D数据的无损和/或有损压缩，量化可基于从无损到有损变化的量化参数。
2D数据编码器200产生压缩比特流220，它是作为输入提供给编码器的2D数据210的更紧凑表示(对于典型输入)。例如，2D数据输入可以是图像、视频序列的一帧、或具有两个维度的其它数据。2D数据编码器将输入数据块化(tile)230成宏块，在本代表性编码器中，宏块的大小为16×16像素。2D数据编码器还将每一宏块块化为4×4的块。对块之间的每一边缘应用“前向重叠”算子240，之后使用块变换250来变换每一4×4的块。该块变换250可以是由Srinivasan在2004年12月17日提交的题为“Reversible Transform For Lossy And Lossless 2-DData Compression”(用于有损和无损2D数据压缩的可逆变换)的美国专利申请第11/015,707号中所描述的可逆的、无缩放的2D变换。重叠算子240可以是由Tu等人在2004年12月17日提交的题为“Reversible Overlap Operator for EfficientLossless Data Compression”(用于高效无损数据压缩的可逆重叠算子)的美国专利申请第11/015,148号；以及Tu等人在2005年1月14日提交的题为“Reversible2-Dimensional Pre-/Post-Filter for Lapped Biorthogonal Transform”(用于重叠双正交变换的可逆2维预/后滤波器)的美国专利申请第11/035,991号中描述的可逆重叠算子。或者，可使用离散余弦变换或其它块变换和重叠算子。在变换之后，令每一4×4的变换块的DC系数260经受一类似的处理链(块化、前向重叠、之后是4×4的块变换)。所得的DC变换系数和AC变换系数被量化270、熵编码280和分组化290。
解码器执行反过程。在解码器侧，从其各自的分组中提取310变换系数位，从中系数本身被解码320和解量化330。DC系数340通过应用反变换来重新生成，并且DC系数的平面使用跨DC块边缘应用的合适的平滑算子来“反重叠”。随后，通过向DC系数应用4×4的反变换350来重新生成整个数据，并从比特流中解码AC系数342。最后，对所得图像平面中的块边缘进行反重叠滤波360。这产生经重构的2D数据输出。
在一个示例性实现中，编码器200(图2)将输入图像压缩成压缩比特流220(例如，文件)，而解码器300(图3)基于是采用无损还是有损编码来重构原始输入或其近似。编码过程涉及应用以下所讨论的前向重叠变换(LT)，这是用同样在以下更全面描述的可逆2维预/后滤波来实现的。解码过程涉及应用使用可逆2维预/后滤波的反重叠变换(ILT)。
所示的LT和ILT在确切的意义上是彼此的反过程，并且因此可被统称为可逆重叠变换。作为一种可逆变换，LT/ILT对可用于无损图像压缩。
由所示的编码器200/解码器300压缩的输入数据210可以是各种色彩格式(例如，RGB/YUV 4:4:4、YUV 4:2:2或YUV 4:2:0彩色图像格式)的图像。通常，输入图像总是具有亮度(Y)分量。如果它是RGB/YUV 4:4:4、YUV 4:2:2或YUV 4:2:0图像，则该图像还具有色度分量，诸如U分量和V分量。图像的这些单独的色彩平面或分量可具有不同的空间分辨率。在例如YUV 4:2:0色彩格式的输入图像的情况下，U和V分量具有Y分量一半的宽度和高度。
如上所述，编码器200将输入图像或图片块化成宏块。在一个示例性实现中，编码器200将输入图像块化成Y通道中的16×16的宏块(取决于色彩格式，可以是U和V通道中的16×16、16×8或8×8区域)。每一宏块色彩平面被块化成4×4的区域或块。因此，宏块按以下对于本示例性编码器实现的方式由各种色彩格式组成：
1.对于灰度图像，每一宏块包含16个4×4的亮度(Y)块。
2.对于YUV 4:2:0格式彩色图像，每一宏块包含16个4×4的Y块，并且4个各自为4×4的色度(U和V)块。
3.对于YUV 4:2:2格式彩色图像，每一宏块包含16个4×4的Y块，以及8个各自为4×4的色度(U和V)块。
4.对于RGB或YUV 4:4:4彩色图像，每一宏块对Y、U和V通道中的每一个包含16个块。
图4、5和6示出了代表性编码器/解码器中的各种变换块的示例。图4示出了用于各种格式的亮度通道、以及YUV 4:4:4色彩格式图像的色度通道中的块的4×4变换块。图5示出了422色度低通块格式，它包含来自YUV 422色彩格式图像的色度通道的内部级变换的变换块系数。图6示出了包含来自YUV 4:2:0色彩格式图像的色度通道的内部级变换的系数的420色度低通块。
参考图4，以下描述使用符合矩阵概念的、具有有序基函数的块变换约定或概念。例如，在图4所示的变换系数块400中，表示DC频率的系数是该变换系数块的第一行/列(标为系数‘0’)，并且最高AC频率的系数是最后一行/列(标为系数‘15’)。此外，块的顶行中的DCAC系数(图4中标为‘1’、‘2’和‘3’的系数)对应于垂直行模式，而左列中的DCAC值(图4中标为‘4’、‘8’和‘12’的系数)对应于水平行模式。在实际的实践实现中，变换块可被转置，在这一情况下，必须考虑适当的系数重索引。
2.预测性变换系数编码概述
如先前在以上背景一节中所讨论的，DCAC预测是通过从相邻块形成用于DC和DCAC项的预测并编码预测差异来充分利用块间DC和DCAC连续性的过程(以及解码器侧的反过程)。
参考图7和8，示出了DCAC预测的一个示例。在该示例中，对应于每一变换块的垂直模式(‘1’、‘2’和‘3’)或水平模式(‘4’、‘8’和‘12’)的DC系数(‘0’)和DCAC系数集是从前导的相邻块的系数预测的。换言之，相邻块的对应系数作为用于当前块的系数的“预测值”。本示例中对每一块的预测的方向在图8的图中标识(其中符号‘N’指示没有预测，‘L’指示左预测，而‘T’指示上预测)，并由图7的图中的箭头示出。当预测方向是从顶部时，系数‘1’、‘2’和‘3’是从顶部的块中的对应系数预测的。当预测方向是从左边时，系数‘4’、‘8’和‘12’是从左边的块中的对应系数预测的。特别地，对左上块不使用预测。顶行的第二和第三块是从其左边的块预测的。第二行中的块是分别从上方、左边和上方预测的。对于DCAC预测，编码器将系数编码为与其预测值的差。如果预测是合理地准确的，则与预测值的差为零的概率很高，这可在熵编码280(图2)处用可变长度熵编码技术(例如，行程长度编码)来高效地编码。例如，由Srinivasan在2005年8月12日提交的题为“Efficient Encoding and Decodingof Transform Blocks”(变换块的高效编码和解码)的美国专利申请(待定)中所描述的可变长度熵编码技术。
上述代表性编码器200(图2)和解码器300(图3)对DCAC预测的使用提出了某些挑战。首先，该代表性编码器和解码器使用了2级变换。这些可被称为“外部”和“内部”级，它们分别对应于高通和低通频带。具体地，块的DC系数260(图2)经受第二级变换(“内部”级)。结果，DC系数在没有首先执行该级的反变换的前提下不能被解码器用于解码其它系数。
其次，该代表性编码器和解码器使用重叠变换。按照其设计和构造，重叠变换已经隐含地提取了跨相邻块的连续性。为此，对DCAC预测的进一步应用最终会使编码性能降级(与不采用DCAC预测时相比)。
第三，出于最小化存储器占用面积和复杂性的目的，期望将宏块间DCAC预测保持为最小。
最后，该代表性编码器和解码器可在不同的宏块中应用不同的量化因子，这使得DCAC预测进一步复杂化。
此处描述的预测性变换系数编码对于常规的DCAC预测提供了各种增强。具体地，以下描述的预测性变换系数编码的一个示例性实现使用一组唯一的预测规则解决了以上列出的问题。概括而言，这些规则包括：
1.(内部变换的)DC系数在色彩信息可用时至少部分地基于该信息基于来自因果相邻块的DC系数预测。
2.内部变换的DCAC系数使用从DC系数的预测方向导出的预测方向，并且还依赖于宏块外信息。
3.内部变换的DCAC系数的预测在当前和预测宏块具有不同的量化因子时被跳过(即，使用0作为预测值)。
4.外部变换的DCAC系数的预测单纯在宏块内执行。
5.外部变换DCAC系数的预测方向从同一宏块的内部变换的DCAC系数导出。
在以下描述中，该预测性变换系数编码被描述为在经量化的变换系数(例如，图2的编码器200中的量化270之后、以及图3的解码器300中的解量化330之前的变换系数)上执行。然而，应当理解，预测性变换系数编码技术的替换实现可在未量化的变换系数(或在解码器侧上的解量化的值上)执行。
代表性编码器/解码器中的预测性变换系数编码包括在以下各节中详细描述的三个预测级别。这些预测级别包括：
1.DC预测，它是内部变换的DC系数的预测，
2.低通DCAC预测，它是内部变换的DCAC系数的预测，以及
3.高通DCAC预测，它是外部变换的DCAC系数的预测。
2.1 DC预测
如上所述，代表性编码器200(图2)将图像块化成16×16像素的宏块，并将宏块进一步块化成各自为4×4像素的变换块。对变换块应用外部级变换，产生如图4所示包含4×4个变换系数的块(对于YUV 4:4:4色彩格式图像的亮度通道以及色度通道)。该宏块的这16个变换系数块中的DC系数被分隔开(形成4×4的块)，并且对该块应用变换的内部级。所得的内部级变换块同样具有4×4个系数。该内部级变换块的DC系数(标为‘0’)此处被称为宏块的DC系数。内部级变换块的DCAC系数(‘1’、‘2’、‘3’、‘4’、‘8’和‘12’)此处被称为宏块的低通DCAC系数。该宏块结构在采用预测性变换系数编码的替换编码器和解码器中可以改变。
当编码宏块的系数时，预测性变换系数编码从用于宏块的DC系数的预测的四种模式中进行选择。这些模式为：
1.从左预测(即，用于宏块的DC系数的预测值是其左边的宏块的DC系数，即预测值＝DC[左MB])。
2.从上预测(即，预测值是其上方的宏块的DC系数，预测值＝DC[上MB])
3.从左上预测(即，预测值是其左边和上方的宏块的DC系数的平均值，预测值＝(DC[左MB]+DC[上MB])/2)
4.空预测(即，无预测，预测值＝0)
编码器根据由图10中的伪代码清单1000所示的过程来确定对宏块使用哪一预测模式。在清单1000中，值[mx，my]是当前宏块在图像(或图像小块，如果使用了块化)中的索引，以从[0，0]处的左上宏块开始在水平(x)和垂直方向(y)上的偏移宏块数为单位。
在所示的过程中，编码器基于宏块在图像内的位置以及关于该宏块左边、上方和左上的宏块的DC系数的考虑来确定使用哪一DC预测模式。更具体地，编码器对于图像的左上宏块(即，当前宏块[mx，my]＝[0，0])选择无预测模式。编码器对图像中沿左边缘的宏块(即，其中索引(mx)为0)选择上预测。编码器对图像中顶部行的宏块(即，其中索引(my)为0)选择左预测。
对于所有其它(例如，图像内部的)宏块，编码器基于主导方向性的度量来确定使用哪一预测模式。例如，具有水平条的图像区域具有水平的主导方向性。换言之，当前宏块的水平邻居与其垂直邻居相比是其DC系数的较好预测值。如图9所示，该度量基于当前宏块的左(L)和上(T)邻居的DC系数与当前宏块的对角邻居(D)的方向差异来计算。如果图像具有色彩或色度通道(例如，对于YUV色彩格式图像，但不对于灰度图像)，该度量还可考虑色度通道的对应宏块的DC系数。实际上，该过程确定如果对角邻居的DC系数实际上更接近左邻居的DC系数，则存在垂直主导方向性。另一方面，当对角邻居DC系数实际上更接近上邻居的DC系数，则该度量将显示出水平主导方向性。该度量基于一加权因子(orient_weight(定向权重))来确定该“主导性”。在所示的过程中，该加权因子为4。换言之，当一方向的方向差异比其它方向大4倍时，该方向被认为是主导的。然而，加权因子是可在替换实现中被设为不同值的参数。
在既没有水平主导性也没有垂直主导性的情况下，则编码器选取组合的左和上预测模式(以上列表中的第三项)，其中预测值是上和左宏块的DC系数的平均值。
2.2低通DCAC预测
再次参考图2和4，代表性编码器200包括第二或内部级变换，它被应用于来自外部级变换的DC系数260(图2)。所得的系数块400(图4)的DCAC系数(在位置‘1’、‘2’、‘3’、‘4’、‘8’和‘12’处)此处被称为低通DCAC系数。
代表性编码器和解码器对来自宏块的内部级变换的低通DCAC系数的预测使用三种预测模式。这些模式包括：
1.从左预测(即，用于宏块的低通DCAC系数的预测值是其左边的宏块的对应DCAC系数，即预测值＝DCAC[左MB])-在这一情况下，仅预测标为‘4’、‘8’和‘12’的系数；
2.从上预测(即，预测值是其上方的宏块的对应的低通DCAC系数，预测值＝DCAC[上MB])-在这一情况下，仅预测标为‘1’、‘2’和‘3’的系数；以及
3.空预测(无预测，即预测值＝0)。
编码器根据由图11中的伪代码清单1100所示的过程来确定对宏块使用哪一预测模式。在所示的过程中，编码器基于宏块的DC预测模式以及当前宏块和作为DC预测值的宏块的量化因子索引来确定使用哪一低通DCAC预测模式。该规则确保内部变换DCAC系数的预测不会跨具有不同量化因子的宏块发生。此外，DCAC仅在一个方向为主导时才预测，这是对以上详细描述的每一DC预测模式过程导出的(即，当找到水平或垂直主导性时，DC预测模式为“从左预测”或“从上预测”)。
参考图5，用于YUV 4:2:2色彩格式图像的DCAC预测过程具有针对块中标为‘5’的位置处的低通DCAC系数的特殊情况。在该特殊情况中，不论DCAC预测模式是什么，当DC预测模式为“从上预测”时，标为‘5’的系数从系数‘1’预测。
2.2高通DCAC预测
再次参考图2，由于两级变换，对高通DCAC系数的预测在代表性编码器/解码器中变得复杂。高通DCAC系数是从外部级变换250产生的高通变换系数262。此外，如上所述，预测是在代表性编码器中的量化270之后执行的，使得代表性解码器中的预测同样在解量化330(图3)之前的解码320(图3)处发生。在解码过程中的这一点，尚未执行反内部级变换来重构外部级变换块的DC系数。同样，在熵编码280处，代表性编码器已经向外部级变换块的这些DC系数260应用了内部级变换，使得外部级DC系数260在不同样执行反内部级变换的前提下不再可用。因此，使高通DCAC预测基于外部变换的DC系数260是不合需要的。否则，解码器将被约束于具有相同的数值准确度。编码器将被约束于运行解码器循环(即，反内部级变换)，这对于在“开循环”基础上操作的编解码器是不可行的。鉴于这些原因，代表性编码器/解码器将高通DCAC预测编码仅基于反变换之前的已解码量化值。
代表性编码器/解码器的两级变换从关于当前宏块的特性的某些信息甚至可以在解码高通变换系数之前就已从低通变换系数中已知这一点来说是有利的。该信息用于确定预测的方向性。代表性编码器/解码器使用一组简单但高效的度量来仅基于内部变换系数确定宏块的主导方向性。
代表性编码器和解码器对来自宏块的外部级变换的高通DCAC系数的预测使用三种预测模式。这些预测模式包括：
1.从左预测(即，用于该块的高通DCAC系数的预测值是其左边的块的相应位置处的高通DCAC系数，即，预测值＝DCAC[左MB]，如对图13中的宏块1300的左预测的DCAC系数所示)；
2.从上预测(即，预测值是其上方的块的相应位置处的高通DCAC系数，预测值＝DCAC[上MB]，如对图14中的宏块1400的上预测的DCAC系数所示的)；以及
3.空预测(无预测，即预测值＝0)。
在代表性编码器/解码器中，对可能进行宏块内预测的宏块内的所有块应用相同的模式(但是替换实现无需向宏块中的所有块应用相同的模式)。换言之，对宏块内没有有效引用的块的高通DCAC系数不进行任何预测，即使对宏块选择了“从左预测”或“从上预测”模式。
编码器根据图12中的伪代码清单1200所示的过程确定对宏块使用哪一预测模式。在该过程中，再次使用一加权因子来测试方向主导性(类似于图10的DC预测过程1000)。代表性编码器和解码器对两个过程使用加权因子的值，但是在替换实现中不需要在两个过程中使用同一值参数。高通DCAC预测过程1200中的方向差异基于来自宏块的内部级变换的低通DCAC系数以及来自色度通道(当存在时)的低通DCAC系数来计算。在伪代码清单1200中，值“lowpass[i]”是如图4所示的块结构中以从左到右、从上到下的顺序标记的相应索引(i)位置处的低通DCAC系数。值“lowpass_U[i]”和“lowpass_V[i]”是来自YUV色彩格式图像的U和V色度通道的内部级变换块的低通DCAC系数。这些色度通道具有如图4、5和6分别对YUV 4:4:4、YUV 4:2:2和YUV 4:2:0所示的块结构400、500和600中的系数索引。
在所示的高通DCAC预测过程中，需要保持可从宏块获得以用于相邻宏块的预测的唯一信息是每一宏块通道的一个DC系数和6个DCAC系数(对于YUV 4:2:0和YUV 4:2:2色彩格式图像的色度通道更少)。这是需要对每一宏块高速缓存的最多21个系数(在YUV 4:4:4的情况中)。此外，用于从左预测的系数可在编码/解码了下一宏块之后被丢弃。因此，对于YUV 4:4:4，只需对每一宏块高速缓存12个系数以在下一行宏块中使用。
当编码器/解码器使用块化时，出于预测性变换系数编码的目的，每一小块被认为是一个单独的图像。这确保图像小块的独立解码。
3.计算环境
上述编码器200(图2)和解码器300(图3)以及用于预测性变换系数编码的技术可以在其中执行数字媒体信号处理的各种设备中的任一种上执行，这些设备包括计算机；图像和视频记录、传输和接收设备；便携式视频播放器；视频会议；以及其它示例。数字媒体编码技术可以用硬件电路以及诸如在图15所示的计算机或其它计算环境中执行的数字媒体处理软件来实现。
图15示出了其中可实现所描述的实施例的合适的计算环境(1500)的一般化的示例。计算环境(1300)并不对本发明使用范围或功能提出任何局限，因为本发明可在不同的通用或专用计算环境中实现。
参考图15，计算环境(1300)包括至少一个处理单元(1510)和存储器(1520)。在图15中，这一最基本的配置(1530)被包括在虚线内。处理单元(1510)执行计算机可执行指令，并且可以是真实或虚拟处理器。在多处理***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(1520)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)或两者的某种组合。存储器(1520)储存实现所描述的预测性变换系数编码技术的软件(1580)。
计算环境可具有附加特征。例如，计算环境(1500)包括存储(1540)、一个或多个输入设备(1550)、一个或多个输出设备(1560)以及一个或多个通信连接(1570)。诸如总线、控制器或网络等互连机制(未示出)将计算环境(1500)的各组件互连。通常，操作***软件(未示出)为在计算环境(1500)中执行的其它软件提供了操作环境，并协调计算环境(1500)的各组件的活动。
存储(1540)可以是可移动或不可移动的，并包括磁盘、磁带或磁带盒、CD-ROM、CD-RW、DVD或可用于储存信息并可在计算环境(1500)内访问的任何其它介质。存储(1540)储存用于实现所描述的编码器/解码器和预测性变换系数编码技术的软件(1580)的指令。
输入设备(1550)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、扫描设备或向计算环境(1500)提供输入的另一设备。对于音频，输入设备(1550)可以是声卡或接受模拟或数字形式的音频输入的类似设备、或将音频样本提供给计算环境的CD-ROM读取器。输出设备(1560)可以是显示器、打印机、CD刻录机或提供来自计算环境(1500)的输出的另一设备。
通信连接(1570)允许通过通信介质与另一计算实体的通信。通信介质在已调制数据信号中传达诸如计算机可执行指令、压缩的音频或视频信息、或其它数据等信息。已调制数据信号是其一个或多个特性以对信号中的信息编码的方式来设定或更改的信号。作为示例而非局限，通信介质包括用电、光、RF、红外、声学或其它载体实现的有线或无线技术。
此处的数字媒体处理技术可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(1500)，计算机可读介质包括存储器(1520)、存储(1540)、通信介质和以上任一种的组合。
此处的数字媒体处理技术可在诸如程序模块中所包括的、在目标真实或虚拟处理器上的计算环境中执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、库、类、组件、数据结构等。程序模块的功能可如各种实施例中所需地被组合或在程序模块之间拆分。用于程序模块的计算机可执行指令可在本地或分布式计算环境中执行。
出于表示的目的，详细描述使用了如“确定”、“生成”、“调整”和“应用”等术语来描述计算环境中的计算机操作。这些术语是对由计算机执行的操作的高级抽象，并且不应与人类执行的动作混淆。对应于这些术语的实际计算机操作可取决于实现而变化。
鉴于此处描述的主题的许多可能的变型，要求保护落入所附权利要求书及其等效技术范围内的所有这些实施例作为本发明。

Claims (20)

1.一种使用变换系数的预测性编码来编码数字媒体数据的方法，所述方法包括：
向所述数字媒体数据的块应用一变换(250)以产生用于相应块的一组变换系数(400、500、600)，其中一相应块的所述一组变换系数包括用于所述相应块的DC系数；
确定(1000)所述数字媒体数据的至少两个方向性之一在当前块的所在处中是否为主导的；
当所述至少两个方向性之一被确定为在所述当前块的数字媒体所在处中是主导时，根据所确定的主导方向性选择(1000)所述当前块的DC系数的预测值；
相对于其预测值来编码(280)所述当前块的DC系数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
在所述至少两个方向性中没有一个被确定为在所述当前块的数字媒体所在处中是主导时，根据所述至少两个方向性的组合来选择所述当前块的DC系数的预测值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方向性至少包括水平和垂直。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述数字媒体数据的至少两个方向性之一在当前块的所在处中是主导的包括：
根据所述至少两个方向上的前导块的DC系数来对所述至少两个方向性计算方向差异度量；以及
基于所计算的方向差异来确定所述至少两个方向性之一是否为主导的。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算方向差异度量包括：
根据所述至少两个方向上来自所述数字媒体数据的多个通道的前导块的DC系数来对所述至少两个方向性计算方向差异度量。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多个通道包括亮度通道和至少一个色度通道。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变换是应用于DC系数的块的第二、内部级变换，所述DC系数块是来自应用于所述数字媒体数据的宏块中的块的第一、外部级变换的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，相应块的所述一组变换系数包括用于所述相应块的多个DCAC系数，所述方法还包括：
当所述至少两个方向性之一被确定为在所述当前块的数字媒体所在处中为主导性的时候，根据所确定的主导方向性来选择所述当前块的DCAC系数的预测值；以及
否则，不用任何预测值来编码所述当前块的DCAC系数。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当在所述至少两个方向性之一被确定为主导时选择所述当前块的DCAC系数的预测值时：
确定包含根据所确定的主导方向性而选择的预测值的所述块是否具有与所述当前块相同的量化因子；以及
如果不是，则不用任何预测值来编码所述当前块的DCAC系数。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一、外部级变换对当前宏块中的块产生一组变换系数，所述当前宏块中的一相应块的所述一组变换系数包括来自所述第一、外部级变换的多个DCAC系数，所述方法还包括：
根据从对所述当前宏块中的块的DC系数的第二、内部级变换产生的DCAC系数来对所述至少两个方向性计算方向差异度量；
基于所计算的方向差异度量确定所述当前宏块的数字媒体数据的至少两个方向性之一是否为主导的；
当所述至少两个方向性之一被确定为对所述当前宏块是主导的时候，根据所确定的主导方向性单向地选择来自所述宏块的块的第一、外部级变换的DCAC系数的预测值；
相对于其预测值编码来自所述当前宏块的块的第一、外部级变换的DCAC系数。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据DCAC系数来计算方向差异度量包括：
根据从对来自所述数字媒体数据的多个通道的所述当前宏块中的块的DC系数的第二、内部级变换产生的DCAC系数来对所述至少两个方向性计算方向差异度量。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多个通道包括亮度通道和至少一个色度通道。
13.至少一种承载根据如权利要求1所述的方法编码的压缩比特流的计算机可读记录介质。
14.一种数字媒体编码器(200)和/或解码器(300)，包括：
用于储存要编码和/或解码的数字媒体数据(210)的数据存储缓冲器；
处理器(1510)，它被编程为：
基于从应用于一DC系数块的内部级变换产生的DCAC系数来确定(1200)当前宏块内的块的数字媒体数据的至少两个方向性之一是否为主导的，所述DC系数块是从应用于所述当前宏块内的块的外部级变换产生的；
当所述至少两个方向性之一被确定为对所述当前宏块内的块是主导的时候，根据所确定的主导方向性单向地选择从所述当前宏块内的块的外部级变换产生的DCAC系数的预测值(1300、1400)；以及
相对于其预测值，编码(280)和/或解码(320)从所述当前宏块内的块的外部级变换产生的DCAC系数。
15.如权利要求14所述的数字媒体编码器和/或解码器，其特征在于，所述处理器还被编程为：
基于前导相邻宏块的DC系数来确定所述数字媒体数据的至少两个方向性之一在所述当前宏块的所在处中是否为主导的，其中相应前导相邻宏块的DC系数是从应用于一DC系数块的内部级变换产生的，所述DC系数块是从应用于该相应前导相邻宏块内的块的外部级变换产生的；
当所述至少两个方向性之一被确定为在所述当前宏块的所在处中是主导的时候，根据所确定的主导方向性选择所述当前宏块的DC系数的预测值，其中所述当前宏块的DC系数是从应用于一DC系数块的内部级变换产生的，所述DC系数块是从应用于所述当前宏块内的块的外部级变换产生的；以及
相对于其预测值来编码和/或解码所述当前宏块的DC系数。
16.如权利要求15所述的数字媒体编码器和/或解码器，其特征在于，所述处理器还被编程为：
当所述至少两个方向性之一被确定为在所述当前宏块的所在处中是主导的时候，并且除了所述当前宏块的量化因子不同于根据所确定的主导方向性的方向上的相邻宏块的量化因子的时候，根据所确定的主导方向性来选择所述当前宏块的DCAC系数的预测值，其中所述当前宏块的DCAC系数是从应用于一DC系数块的内部级变换产生的，所述DC系数块是从应用于所述当前宏块内的块的外部级变换产生的；以及
相对于其预测值来编码和/或解码所述当前宏块的DCAC系数。
17.如权利要求16所述的数字媒体编码器和/或解码器，其特征在于，所述确定至少两个方向性之一对当前宏块内的块以及对所述宏块的所在处是否为主导的是基于所述数字媒体数据的多个通道中的相应系数的，所述多个通道包括亮度通道和至少一个色度通道。
18.至少一种其上承载用于执行一种处理数字媒体数据的方法的计算机可执行数字媒体处理程序的计算机可读记录介质，所述方法包括：
基于从应用于一DC系数块的内部级变换产生的DCAC系数，对当前宏块内的块的数字媒体数据的至少两个方向性计算(1200)方向差异度量，所述DC系数块是从应用于所述当前宏块内的块的外部级变换产生的；
基于所述方向差异度量确定所述当前宏块内的块的数字媒体数据的所述至少两个方向性之一是否为主导的；
如果所述至少两个方向性之一被确定为对所述当前宏块内的块是主导的，则根据所确定的主导方向性单向地选择从所述当前宏块内的块的外部级变换产生的DCAC系数的预测值(1300、1400)；以及
相对于其预测值来编码(280)/解码(320)从所述当前宏块内的块的外部级变换产生的DCAC系数。
19.如权利要求18所述的至少一种计算机可读记录介质，其特征在于，所述处理数字媒体数据的方法还包括：
基于前导相邻宏块的DC系数，对所述当前宏块的所在处中的数字媒体数据的至少两个方向性计算方向差异度量，其中相应宏块的DC系数是从应用于一DC系数块的内部级变换产生的，所述DC系数块是从应用于该相应宏块内的块的外部级变换产生的；
基于所计算的方向差异度量确定所述当前宏块的所在处中的数字媒体数据的所述至少两个方向性之一是否为主导的；
如果所述至少两个方向性之一被确定为在所述当前宏块的所在处中是主导的，则根据所确定的主导方向性来选择所述当前宏块的DC系数的预测值；以及
相对于其预测值来编码/解码所述当前宏块的DC系数。
20.如权利要求19所述的至少一种计算机可读记录介质，其特征在于，所述处理数字媒体数据的方法还包括：
如果所述至少两个方向性之一被确定为在所述当前宏块的所在处中为主导的，并且除了所述当前宏块的量化因子不同于根据所确定的主导方向性的方向上的相邻宏块的量化因子的时候，根据所确定的主导方向性来选择所述当前宏块的DCAC系数的预测值，其中所述当前宏块的DCAC系数是从应用于一DC系数块的内部级变换产生的，所述DC系数块是从应用于所述当前宏块内的块的外部级变换产生的；以及
相对于其预测值来编码/解码所述当前宏块的DCAC系数。
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