CN103796014A

CN103796014A - 条件于系数数目的自适应插值滤波器编码

Info

Publication number: CN103796014A
Application number: CN201210426459.9A
Authority: CN
Inventors: 朱洪波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开了一种用于视频信号预测残差变换系数的量化参数编码方法。在本发明中，dQP和量化矩阵的选择信号均条件于变换量化系数的数目，并传输于变换量化系数的后面。编码器和解码器通过约定一个固定的阈值，当若干连续的变换块的非零量化系数数目超过这个阈值时，编码器在编码了这些非零量化系数之后，向码流中编码一个dQP或量化矩阵的选择信号，表示这几个连续的块所使用的QP或量化矩阵。这样解码器就能通过累计非零量化系数数目并准确解码dQP或量化矩阵的选择信号。

Description

条件于系数数目的自适应插值滤波器编码

技术领域

本发明属于数字视频压缩领域，具体涉及到视频信号预测残差变换系数的量化参数的编码。

背景技术

数字视频是通过对时域和空域连续的自然场景进行时域和空域连续采样所得。如图1所示，数字视频由一系列时域上的视频帧所组成，每个视频帧表示自然场景在某个时间的空域采样，它由二维均匀采样的视觉像素组成。每个像素由一系列描述像素亮度和色彩的数字组成，在视频编码中，最广泛被使用的格式是YUV格式，这种格式中，每个像素由一个亮度分量Y，两个色差分量U和V组成，一般对U和V分量水平和垂直方向各进行一次下采样，这样每相邻的4个像素共用1个U和1个V分量，这就是YUV4：2：0格式。

最广泛被使用的视频编码技术是块基混合运动补偿DCT变换视频编码技术，其中最有代表性的是MPEG和VCEG正在联合制定的国际标准HEVC。如图2所示，HEVC编码器首先把输入帧被劈分成一个个NxN（其中N为2的幂次，其最小为8，最大可以到64）的块，称为最大编码单元（LCU），然后从左到右，从上到下依次对LCU进行编码。在HEVC中，基本的预测变换编码单位称为编码单元（CU），对于一个大小为2Nx2N的LCU，可以把它作为一个CU直接进行预测变换编码，也可以把它以四分树的方式劈分为4个大小为NxN的单元进行预测变换编码，而对于每个NxN的单元，它也既可以作为一个CU进行预测-变换-编码，也可以继续以四分树的方式劈分为4个更小的单元进行编码。图3所示既是一个LCU的编码劈分图，图中LCU被劈分为4个等尺寸CU，而4个CU中的第一个、第三个和第四个又分别进行了继续的劈分。CU最小为8x8，最大可以和LCU等尺寸。对每个待编码的CU，首先从已编码的重构帧中计算出一个对当前块的预测，并与当前块相减，残差依次执行DCT变换、量化，然后反量化、反DCT变换得到重构宏块，存入重构帧序列中，用于对其后编码的CU产生预测信号。由于精确的DCT变换是浮点变换，所以实际中一般用DCT变换的整数近似或者KLT变换的整数近似来代替。

CU的预测有2种，第一种是帧内预测，即只使用当前编码帧的已重构的像素对当前CU进行预测。当前最流行的帧内预测技术是帧内方向预测技术。帧内方向预测直接以CU为单位进行。HEVC中所使用的角度帧内预测如图4所示。图4所示白色黑框块是当前编码CU，左边和上边的灰色条带是当前CU左上的已重构像素，他们用来生成当前CU的预测信号。每一个帧内方向预测模式说明一个当然的预测方向，对于如图4所示编码CU中的某一行或某一列（用竖状网格表示），根据预测方向找到左上重构块中的相应的像素，如图4中黑色像素块所示，作为当前行或列的预测。图4右侧所示的列预测因为左边靠上的重构像素不存在，所以在实际的预测开始前，需要根据当前预测方向从当前块上边的重构像素根据当前帧内预测方向映射过去，如图5所示。在HEVC中共有33种不同的方向预测模式，如图6所示。

CU的第二种预测是帧间预测，这时当前块的预测从时域上在当前帧前或当前帧后的重构帧中的选取。在HEVC中，预测以预测单元（PU）为基本单位。一个2Nx2N大小的CU有4种PU划分模式，它既可以作为单一的PU执行运动补偿，也可以分割成几个PU分别执行不同的运动补偿，如图7所示。对于一个任意形状的PU，运动补偿过程如图8、图9、图10和图11所示。显示时间为t的帧是当前编码帧，黑色块是当前编码块。显示时间为t-t0、t-2*t0、t+t0帧是重构帧，其中具有点状边界的灰色块是与当前编码块同一空域位置的块。显示时间为t-t0、t-2*t0、t+t0帧都可以作为当前编码块的预测。在图8中，运动向量MV0指向当前块的前向预测块BLK0。在图9中，运动向量MV1指向当前块的后向预测块BLK1。在图10中，运动向量MV指向当前块的前向预测块BLK0，MV的反方向指向后向预测块BLK1，BLK0和BLK1的平均作为当前块的预测。在图11中，运动向量MV0指向当前块的前向预测块BLK0，运动向量MV1指向当前块的后向预测块BLK1，BLK0和BLK1的平均作为当前块的预测。在前向预测、后向预测和对称预测中，只有一个运动参数（包括运动向量和参考图像）需要编码，而在双向预测模式中，2个运动参数需要编码。对于每种时域补偿模式，编码器通过率失真优化的运动估计过程得到最优的运动参数，并将其编入码流。由于运动向量可以指向非整数位置的像素，所以需要使用插值滤波器计算出非整数像素的像素值。

本发明描述了一种条件于非零系数数目的自适应时域运动补偿插值滤波器编码方法，它能提供更高的编码效率。

发明内容

视频编码器和解码器之间约定了一组时域运动补偿插值滤波器。这组插值滤波器至少包含大于1个四分之一像素插值滤波器，至少包含大于1个半像素插值滤波器，也可以包含若干八分之x像素插值滤波器，其中x为奇数且范围从1到7，也可以包含若干十六分之y像素插值滤波器，其中y为奇数且范围从1到15。这组插值滤波器包含一个缺省的四分之一像素插值滤波器和一个缺省的半像素插值滤波器。编码器和解码器还共同拥有的一个值T，且T>0。T可以是缺省约定，也可以编码于图像或者片段层。

编码器使用一个插值滤波器对一个PU产生一个预测，当残差完成变换量化后，如果非零量化系数数目总和大于等于T时，编码器在传输完量化DCT系数后，再传输一个插值滤波器的索引以表示所使用的插值滤波器。如果一个预测单元的非零量化系数数目小于T，那么这个预测单元只能使用缺省的插值滤波器而不需要在码流中编码任何插值滤波器。编码器对一个PU尝试各种滤波器产生预测，并通过计算率失真花费，选择那些能满足解码条件的插值滤波器组合并将其编入码流。满足解码条件意味着，如果PU有小于T个量化DCT系数，那么所使用的插值滤波器必须是缺省插值滤波器。PU有大于等于T个量化DCT系数，那么编码器必须在传输完量化DCT系数后编码所使用的插值滤波器。

解码器执行相反的过程。对于每一个PU，首先解码其所有量化DCT系数。如果大于等于T，那么解码插值滤波器索引，否则使用缺省插值滤波器。

附图说明

图1为数字视频示例，其中指示1表示时域采样，指示2表示空域采样。

图2为块基运动补偿DCT变换视频编码器，其中指示1表示劈分为LCU，指示2表示帧内预测信息，指示3表示运动参数信息，指示4表示控制信息，指示5表示量化DCT系数，指示6表示编码码流。

图3是LCU通过四分树递归的劈分为CU。

图4是角度帧内预测示意图。

图5是角度帧内预测中左上不可用像素的映射计算示意图。

图6是角度帧内预测所有方向模式示意图。

图7是CU劈分为PU的所有方式。

图8是时域前向预测示意图。

图9是时域后向预测示意图。

图10是时域对称预测示意图。

图11是时域双向预测示意图。

图12是HEVC中变换分割示意图，其中的NxN块可以继续同样的分割。

图13是本发明所述视频编码器

图14是本发明所述视频解码器

实施方式

图13是包含本发明的一个视频编码器。编码器首先把输入视频帧划分为LCU，然后对LCU进行从左到右、从上到下的顺序编码。对每个LCU，编码器将其劈分成CU进行编码，然后再把CU劈分为PU进行预测。对每个PU，编码器选择不同的插值滤波器对其进行编码，并通过率失真花费的计算，选择能满足解码条件的组合进行编码。

图14所示是包含本发明的视频解码器，它是图13的逆。解码器从左到右、从上到下对每个LCU进行解码。然后解码器根据读出的信息将LCU劈分为CU，然后再读出PU的信息。对每个PU，解码器首先解码其量化变换系数，然后得到总的量化系数的数目。如果大于等于T，那么解码器接着解码插值滤波器索引。否则使用缺省插值滤波器，然后解码器使用得到的插值滤波器对当前PU产生预测，然后反量化反变换并和预测相加，得到重构块。

Claims

1.视频编码器和解码器之间约定一组时域运动补偿插值滤波器。编码器使用一个插值滤波器对一个预测单元产生一个预测，当残差完成变换量化后，如果非零量化系数数目总和大于等于一个值T时，编码器在传输完量化DCT系数后，再传输一个插值滤波器的索引以表示所使用的插值滤波器。如果一个预测单元的非零量化系数数目小于T，那么这个预测单元只能使用缺省的插值滤波器。编码器对一个PU尝试各种滤波器产生预测，并通过计算率失真花费，选择那些能满足解码条件的插值滤波器组合并将其编入码流。

2.如权利要求1所述，这组插值滤波器至少包含大于1个四分之一像素插值滤波器，至少包含大于1个半像素插值滤波器，也可以包含若干八分之x像素插值滤波器，其中x为奇数且范围从1到7，也可以包含若干十六分之y像素插值滤波器，其中y为奇数且范围从1到15。这组插值滤波器包含一个缺省的四分之一像素插值滤波器和一个缺省的半像素插值滤波器。

3.如权利要求1所述，T是编码器和解码器共同拥有的一个值，且T>0。T可以是缺省约定，也可以编码于图像或者片段层。

4.如权利要求1所述，相应的视频解码器解码一个预测单元。一旦所有的非零量化系数数目大于等于T，那么解码器即从码流中读取一个插值滤波器索引，否则设当前预测单元使用缺省的插值滤波器。

5.如权利要求1所述，插值滤波器索引的编码发生于预测单元所有量化系数之后，且它可以条件于量化系数数目编码，也可以不条件于量化系数数目编码。