CN109547801B - 视频流编解码方法和装置 - Google Patents

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CN109547801B CN201811213604.9A CN201811213604A CN109547801B CN 109547801 B CN109547801 B CN 109547801B CN 201811213604 A CN201811213604 A CN 201811213604A CN 109547801 B CN109547801 B CN 109547801B
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Abstract

公开了一种用于使用变换域帧内预测对视频流中的具有多个块的帧进行编码的方法。该方法包括，例如使用二维变换来生成用于当前块的变换系数集，例如使用一维变换来生成用于帧中的先前编码的像素值的变换系数集，使用用于先前编码的像素值的变换系数集来确定用于预测块的变换系数集，基于用于当前块的变换系数集与用于预测块的系数集之间的差别来确定残差，以及对残差进行编码。

Description

视频流编解码方法和装置
本申请是申请日为2013年8月9日、申请号为201380052692.8、发明名称为“变换域帧内预测”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开内容涉及视频编码和解码。
背景技术
数字视频流可以表示使用帧或者静止图像的序列的视频。数字视频可以被用于各种应用，包括例如，视频会议、高清晰度视频娱乐、视频广告或者用户生成的视频的共享。数字视频流可以包含大量数据并且消耗计算设备的用于处理、传输或者存储视频数据的大量计算或者通信资源。已经提出各种方法以减少视频流中的数据量，包括压缩和其它编码技术。
发明内容
在此公开了用于使用变换域帧内预测对视频信号进行编码和解码的***、方法和装置的实现方式。
所公开的实现方式的一个方面是一种用于对包括多个帧的视频进行编码的方法，该多个帧具有包括当前块的多个块。该方法包括使用二维变换来生成用于当前块的变换系数集，使用一维变换来生成用于帧中的多个先前编码的像素值的变换系数集，使用用于先前编码的像素值的变换系数集来确定用于预测块的变换系数集，基于在用于当前块的变换系数集与用于预测块的系数集之间的差别来确定残差，以及对残差进行编码。
所公开的实现方式的另一方面是一种用于对编码的视频流中的帧进行解码的方法，该帧具有包括当前块的多个块。该方法包括解码残差，使用一维变换来生成用于帧中的多个先前解码的像素值的变换系数集，使用用于先前解码的像素值的变换系数集来生成用于预测块的变换系数集，基于残差与用于预测块的变换系数集之和确定用于当前块的变换系数集，以及对用于当前块的变换系数集进行逆变换。
所公开的实现方式的另一方面是一种用于对视频流中的帧进行编码的装置，该视频流具有包括当前块的多个块。该装置包括存储器和处理器，该处理器被配置为执行该存储器中存储的指令以使用二维变换来生成用于当前块的变换系数集，使用一维变换来生成用于帧中的多个先前编码的像素值的变换系数集，使用用于先前编码的像素值的变换系数集来确定用于预测块的变换系数集，基于在用于当前块的变换系数集与用于预测块的系数集之间的差别来确定残差，以及对残差进行编码。
下文将用附加的细节来描述这些和其它方面中的变化。
附图说明
在此的描述参照附图，其中相似的标号指代贯穿若干视图的相似部分，并且其中：
图1是根据本公开内容的实现方式的视频编码和解码***的示意图；
图2是根据本公开内容的实现方式的待编码和待解码的示例视频流的示图；
图3是根据本公开内容的实现方式的视频压缩***的框图；
图4是根据本公开内容的实现方式的视频解压***的框图；
图5是根据本公开内容的实现方式的用于使用变换域帧内预测对视频流进行编码的示例操作方法的流程图；
图6是根据本公开内容的实现方式的示例块和示例变换系数块的示图；
图7是根据本公开内容的使用变换域帧内预测的示例预测块的示图；以及
图8是根据本公开内容的实现方式的用于使用变换域帧内预测对视频流进行解码的示例操作方法的流程图。
具体实施方式
数字视频用于各种目的，包括例如，经由视频会议的远程业务会议、高清晰度视频娱乐、视频广告或者用户生成的视频的共享。视频编码器和解码器组合(也称为编码解码器)可以使用各种压缩方案。这些压缩方案可以包括将视频图像分解成块并且使用一种或者多种技术来生成数字视频输出比特流，以限制输出中包括的信息。可以对所接收的比特流进行解码以从受限的信息重建块和源图像。
对视频流或者其一部分、诸如帧或者块进行编码可以包括使用视频流中的时间和空间相似性以提高编码效率。例如，可以通过基于视频流中的先前编码的块预测用于当前块的运动和颜色信息并且标识在所预测的值与视频流的当前块之间的差别(残差)来基于先前编码的块对当前块进行编码。
帧内预测可以包括使用来自当前帧的先前编码的块以预测块。在一些实例中，帧内预测、诸如空间域帧内预测可以基于方向特征、诸如块内的水平或者垂直特征；然而，基于方向特征的帧内预测可能对于预测块内的对象而言低效或者不精确。例如，帧内预测可能产生用于块的次优预测，包括沿着方向线增加或者减少的像素值。
取代执行空间域帧内预测或者除了执行空间域帧内预测之外，可以在变换域中执行帧内预测，其中像素值的块可以被变换成变换系数并且可以对变换系数执行帧内预测。在一些实现方式中，变换域帧内预测可以产生更准确的预测结果、可以通过例如使用减少的预测模式的集合来引起更低的开销或者可以增加准确性和降低开销。
在一些实现方式中，变换域帧内预测可以包括将视频流中的像素值的块变换成变换系数的块。先前编码的块中的像素值、诸如紧接在当前块上方的块中的行或者紧接在当前块的左侧的块中的列可以被变换成变换系数并且可以被称为“变换域预测符”的集合。变换域预测符可以被用来确定用于当前块的变换域预测块。残差可以被计算为变换域预测块与变换系数块的差别，并且可以在输出比特流中被编码。
现在参照附图描述这些和其它示例。图1是其中可以实施公开内容的方面的视频编码和解码***100的示意图。示例性发送站102可以是，例如，具有包括诸如中央处理单元(CPU)104的处理器和存储器106的内部硬件配置的计算机。CPU 104是用于控制发送站102的操作的控制器。CPU 104可以例如通过存储器总线连接到存储器106。存储器106可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)或者任何其它适当的存储器设备。存储器106可以存储由CPU 104使用的数据和程序指令。发送站102的其它适当的实现方式是可能的。例如，发送站102的处理可以被分布在多个设备之中。
网络108连接用于对视频流进行编码和解码的发送站102和接收站110。具体而言，可以在发送站102中对视频流进行编码，并且可以在接收站110中对编码的视频流进行解码。网络108可以例如是互联网。网络108也可以是局域网(LAN)、广域网(WAN)、虚拟专用网(VPN)、蜂窝电话网络或者从发送站102向在这一示例中的接收站110传送视频流的任何其它手段。
在一个示例中，接收站110可以是具有包括诸如CPU 112的处理器和存储器114的内部硬件配置的计算机。CPU 112是用于控制接收站110的操作的控制器。CPU 112可以例如通过存储器总线连接到存储器114。存储器114可以是ROM、RAM或者任何其它适当的存储器设备。存储器114可以存储由CPU 112使用的数据和程序指令。接收站110的其它适当的实现方式是可能的。例如接收站110的处理可以被分布在多个设备之中。
被配置为显示视频流的显示器116可以连接到接收站110。可以以各种方式实现显示器116，包括通过液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)或者诸如OLED显示器的发光二极管显示器(LED)。显示器116被耦合到CPU 112并且可以被配置为显示在接收站110中解码的视频流的渲染118。
编码器和解码器***100的其它实现方式也是可能的。例如一个实现方式可以省略网络108和/或显示器116。在另一实现方式中，视频流可以被编码并且然后被存储用于在以后时间由接收站110或者具有存储器的任何其它设备传输。在一个实现方式中，接收站110接收(例如，经由网络108、计算机总线或者某个通信途径)编码的视频流并且存储视频流以用于以后的解码。在另一实现方式中，可以向编码器和解码器***100添加附加的部件。例如，显示器或者视频相机可以附于发送站102以捕获待编码的视频流。
图2是待编码和待解码的典型的视频流200的示图。视频流200(在此也称为视频数据)包括视频序列204。在下一级处，视频序列204包括多个相邻帧206。尽管在相邻帧206中描绘了三个帧，但是视频序列204可以包括任何数目的相邻帧。相邻帧206然后可以被进一步细分成单独的帧，例如单个帧208。每个帧208可以捕获具有一个或者多个对象，诸如人物、背景元素、图形、文本、空白墙壁或者任何其它信息的场景。
在下一级处，单个帧208可以被划分成块的集合210，该块的集合210可以包含在以下描述的示例中的一些示例中与帧208中的4×4像素组对应的数据。块210也可以是任何其它适当的大小，诸如16×8个像素的块、8×8个像素的块、16×16个像素的块或者任何其它大小的块。根据应用，块210也可以是指子块，该子块是宏块的细分。除非另有指明，术语“块”可以包括子块、宏块、分段、分片、残差块或者帧的任何其它部分。帧、块、像素或者其组合可以包括显示信息，诸如亮度信息、色度信息或者任何可以被用来存储、修改、传达或者显示视频流或者其一部分的其它信息。
图3是根据一个实现方式的编码器300的框图。如以上所描述的，可以在发送站102中诸如通过提供例如在存储器106中存储的计算机软件程序来实现编码器300。计算机软件程序可以包括机器指令，这些机器指令当由CPU 104执行时使得发送站102以图3中描述的方式对视频数据进行编码。编码器300也可以被实现为例如在发送站102中的专用硬件。编码器300具有用于在前向路径(由实的连接线所示)中执行各种功能以使用输入视频流200来产生编码的或者压缩的比特流320的以下级：变换级304、帧内/帧间预测级306、量化级308和熵编码级310。编码器300可以包括用于重建用于对将来的块进行编码的帧的重建路径(由虚的连接线所示)。在图3中，编码器300具有用于在重建路径中执行各种功能的以下级：反量化级312、逆变换级314、重建级316和环路滤波级318。编码器300的其它结构变化可以被用来对视频流200进行编码。
当视频流200被呈现用于编码时，可以以块为单位处理视频流200内的每个帧208。参照图3，变换级304例如在频域中将当前块变换成变换系数块。基于块的变换的示例包括Karhunen-Loève变换(KLT)、离散余弦变换(DCT)、Walsh-Hadamard变换(WHT)、非对称离散正弦变换(ADST)和奇异值分解变换(SVD)。在一个示例中，DCT将块变换到频域。在DCT的情况下，变换系数值是基于空间频率的，而最低频率(例如，DC)系数在矩阵的左上角以及最高频率系数在矩阵的右下角。
在帧内/帧间预测级306处，每个块可以使用帧内预测(即，在单个帧内)或者帧间预测(即，从帧到帧)来被编码。在任一情况下，可以形成预测块。然后从当前块减去预测块以产生残差块(在此也称为残差)，该残差块然后如需要的那样被进一步编码并且传输到解码器。
帧内预测(在此也称为帧内-预测或者帧内的预测)和帧间预测(在此也称为帧间-预测或者帧间的预测)是在现代图像/视频压缩方案中使用的技术。在帧内预测的情况下，可以如以下在附加的细节中描述的那样从先前已经编码和重建的当前帧中的数据形成预测块。在帧间预测的情况下，可以从一个或者多个先前构造的参考帧中的数据形成预测块。图像或者视频编码解码器可以支持许多不同的帧内和帧间预测模式；每个图像块可以使用预测模式中的一种预测模式来提供与变换系数块最相似的预测块以最小化残差中将被编码的信息。用于每个变换系数块的预测模式也可以被编码和传输，因此解码器可以使用相同的预测模式以在解码和重建过程中形成预测块。
量化级308使用量化器值或者量化级将残差转换成称为量化的变换系数的离散量化值。量化的变换系数然后由熵编码级310进行熵编码。熵编码的系数与用来对块进行解码的其它信息一起然后被输出到压缩的比特流320，该其它信息例如可以包括所使用的预测的类型、运动矢量和量化值。可以使用各种技术、诸如可变长度编码(VLC)和算术编码来格式化压缩的比特流320。压缩的比特流320也可以被称为编码的视频流，并且在此将可互换地使用术语。
图3中的重建路径(由虚的连接线所示)可以被用来向编码器300和解码器400(以下描述)二者提供相同的参考帧以对压缩的比特流320进行解码。重建路径执行与以下更具体讨论的在解码过程期间发生的功能相似的功能，包括在反量化级312处对量化的变换系数进行反量化以生成反量化的变换系数(也称为导数残差)。在重建级314处，在帧内/帧间预测级306处预测的预测块可以与导数残差相加以创建重建的变换系数。在逆变换级316处，可以对重建的变换系数进行逆变换以产生重建的块。环路滤波级318可以被应用于重建的块以减少诸如块效应的失真。
编码器300的其它变化可以被用来对压缩的比特流320进行编码。例如基于非变换的编码器300可以在没有变换级304的情况下直接地量化残差块。在另一实现方式中，编码器300可以具有组合成单个级的量化级308和反量化级312。
图4是根据另一实现方式的解码器400的框图。解码器400可以例如在接收站110中诸如通过提供例如在存储器中存储的计算机软件程序来实现。计算机软件程序可以包括机器指令，这些机器指令当由CPU 112执行时使得接收站110以图4中描述的方式对视频数据进行解码。解码器400也可以例如在发送站102或者接收站110中被实现为专用硬件。
解码器400，与以上讨论的编码器300的重建路径相似，在一个示例中包括用于执行各种功能以从压缩的比特流320产生输出视频流416的以下级：熵解码级402、反量化级404、帧内/帧间预测级406、重建级408、逆变换级410、环路滤波级412和去块化滤波级414。解码器400的其它结构变化可以被用来对压缩的比特流320进行解码。
当压缩的比特流320被呈现用于解码时，在压缩的比特流320内的数据元素可以由熵解码级402解码(例如，使用算术编码)以产生量化的变换系数的集合。反量化级404对量化的变换系数(例如，以形成导数残差)进行反量化。使用从压缩的比特流320解码的首部信息，解码器400可以使用帧内/帧间预测级406以创建与在编码器300中、例如在帧内/帧间预测级306处创建的预测块相同的预测块。在重建级408处，预测块可以与导数残差相加以创建重建的变换系数。在逆变换级410处，重建的变换系数可以被逆变换以产生可以与由编码器300中的逆变换级316创建的块完全相同的重建的块。环路滤波级412可以应用于重建的块以减少块效应。去块化滤波级414可以应用于重建的块以减少块化失真。输出视频流416也可以被称为解码的视频流，并且术语在此将可互换地使用。
解码器400的其它变化可以被用来对压缩的比特流320进行解码。例如，解码器400可以在没有去块化滤波级414的情况下产生输出视频流416。
图5是示出根据本公开内容的实现方式的用于使用变换域帧内预测对视频流进行编码的示例操作方法500的流程图。操作方法500可以被实现在编码器、诸如编码器300(图3中所示)中并且可以例如被实现为可以由计算设备、诸如发送站102或者接收站110(图1中所示)执行的软件程序。例如，软件程序可以包括可以被存储在存储器、诸如存储器106或者存储器114中，并且可以由处理器、诸如CPU 104执行以使得计算设备执行操作方法500的机器可读指令。
操作方法500可以使用专用硬件或者固件来实现。一些计算设备可以具有多个存储器、多个处理器或者二者。操作方法500的步骤可以使用不同处理器、存储器或者二者来分布。单数形式的术语“处理器”或者“存储器”的使用涵盖具有一个处理器或者一个存储器的计算设备以及具有多个处理器或者多个存储器的设备，每个处理器或者每个存储器可以被用来执行记载的步骤中的一些或者所有步骤。
在步骤502处，计算设备、诸如发送站102可以接收具有包括当前块的多个块的视频数据帧。如在此使用的接收包括以无论任何方式获取、获得、读取或者接收。可以以任何数目的方式来接收视频数据或者流，诸如通过网络、通过线缆来接收视频数据，或者从主存储器或者其它存储设备、包括磁盘驱动器或者可拆卸介质、诸如紧致闪存(CF)卡、安全数码(SD)卡或者任何能够传达视频数据的其它设备读取视频数据。在一些实现方式中，可以从连接到计算设备的视频摄像机接收视频数据。
在步骤504处，可以使用一维或者二维变换来生成用于当前块的变换系数集。可以在例如4×4的变换系数块中布置变换系数集。变换可以使用任何变换技术，诸如在图3中的变换级304处描述的示例。例如可以使用二维DCT或者WHT变换。
在一些实现方式中，可以按照行-列变换顺序应用变换，其中变换技术可以应用于当前块的至少一行像素值以确定中间变换块，以及应用于中间变换块的至少一列以确定变换系数集。在其它实现方式中，可以按照列-行顺序应用变换技术，其中变换技术可以应用于当前块的至少一列像素值以确定中间变换块，以及应用于中间变换块的至少一行以确定变换系数集。
在步骤506处，可以使用一维变换来生成用于先前编码的像素值的变换系数集。用于在帧内预测期间使用的数据可以包括先前编码的像素值。在一些编码解码器方案、诸如使用光栅扫描编码的方案中，用于在帧内预测期间使用的数据可以包括帧中的先前编码的块中的数据。用于帧内预测的先前编码的块可以包括例如在当前块上方的行中的块和在相同行中的在当前块左侧的块。为了简化，使用紧接在当前块上方的行中和紧接在当前块左侧的列中的数据来描述以下示例。在其它实现方式中，来自不与当前块紧邻的行或者列的数据、包括来自不与当前块相邻的块的数据可以被用来生成用于例如帧内预测的变换系数集。
可以使用一维变换将用于在帧内预测期间使用的先前编码的像素值变换成变换系数集(在此可以被称为“变换域预测符”)。一维变换可以使用任何变换技术，诸如在图3中的变换级304处描述的示例。例如，一维变换可以是DCT或者WHT。
在步骤508处，可以使用用于先前编码的像素值的变换系数集来确定用于预测块的变换系数集。可以使用在步骤506处生成的变换系数集来生成可以被称为“变换域预测块”的预测块。在这一示例中，这是用于紧接在当前块上方和紧接在当前块左侧的行的变换系数集(即变换域预测符)。
可以使用图6和7中所示的示例来生成用于变换域预测块的变换系数集。步骤508可以例如被实现在图3中的编码器300的帧内/帧间预测级306处。
在步骤510处，可以基于在用于当前块的变换系数集与形成预测块的变换系数集之间的差别确定残差(即变换域残差)。
在步骤512处，可以对残差进行编码。例如，可以在量化级308处量化残差、在熵编码级310处对残差进行熵编码以及可以存储残差或者在编码的视频流320中传输残差。
操作方法500被描绘和被描述为一系列的步骤。然而，根据本公开内容的步骤可以按照各种顺序或者并行地出现。例如可以在步骤504中的用于当前块的变换系数集之前或者与之并行地生成步骤506中的变换域预测符。此外，根据本公开内容的步骤可以与在此未呈现和描述的其它步骤一同出现。在一个示例中，可以使用可以与在步骤504中使用的二维变换相同或者不同的变换技术来进一步变换来自变换域残差的一组系数(例如，DC系数)。另外，可以不需要所有所示的步骤来实现变换域帧内预测方法。例如，在步骤504中描述的二维变换可以被任何其它变换、如诸如一维变换替换。
图6示出根据本公开内容的实现方式的示例当前块600和示例变换系数块602的图。可以使用在步骤504中描述的变换将可以在(变换前)空间域中的当前块600变换成在变换域中的变换系数块602。
在这一示例中，当前块600和对应的变换系数块602各自具有可以由4×4的变换系数矩阵表示的4×4个像素的集合。图6和图7为了简化而示出4x4个像素的块；然而，可以使用任何其它块大小。
在空间域中，当前块600可以由4×4矩阵Dblk表示如下：
Dblk＝[Dblk(i,j)],i＝0,1,2,3；j＝0,1,2,3； (1)
其中Dblk(i,j)是用于矩阵Dblk中的数据元(i,j)的像素值。
当前块的预测块可以在空间域中由4×4矩阵Pblk表示如下：
Pblk＝[Pblk(i,j)],i＝0,1,2,3；j＝0,1,2,3； (2)
其中Pblk(i,j)是用于数据元(i,j)的预测的像素值。Pblk(0,0)可以是预测块Pblk的DC分量。Pblk(0,1)至Pblk(3,3)可以是预测块Pblk的AC分量。
残差块可以在空间域中由4x4残差矩阵Rblk表示如下：
Rblk＝[Rblk(i,j)]＝[Dblk(i,j)-Pblk(i,j)],i＝0,1,2,3；j＝0,1,2,3； (3)
其中Rblk(i,j)是用于矩阵Rblk中的数据元(i,j)的残留误差值。在这一示例中，残留误差值是在当前块的Dblk(i,j)与预测块的Pblk(i,j)之间的同位像素值的差别。
仍然在空间域中，四个像素的阵列DT可以被用来表示紧接在当前块上方的行中的数据如下：
DT＝[Ti],i＝0,1,...3. (4)
四个像素的阵列DL可以被用来表示紧接在当前块左侧的列中的数据如下：
DL＝[Lj],j＝0,1,2,3. (5)
此外，DTLC可以被用来表示在当前块的左上方的像素。可以在用于预测当前块的帧内预测期间使用DTLC以及阵列DT和DL，它们可以是先前编码的像素值。当使用变换域帧内预测时，可以使用在步骤506处描述的一维变换将可以被称为“空间预测符”的先前编码的像素值DTLC、DT和DL变换成变换域预测符CT、CL、TLC的集合，以下将在等式(9)中讨论该集合的示例。
在变换域中，Dblk可以被变换成可以由4×4矩阵表示如下的变换系数块Cd(例如，图6中的块602)：
Cd＝[Cd(i,j)]＝DCT2(Dblk),i＝0,1,2,3；j＝0,1,2,3； (6)
其中DCT2()是二维DCT函数。
在变换域中，可以如下将Pblk变换成4×4矩阵Cp(即，变换域预测块)：
Cp＝[Cp(i,j)]＝DCT2(Pblk),i＝0,1,2,3；j＝0,1,2,3. (7)
在变换域中，可以如下将Rblk变换成4×4矩阵Cr：
Cr＝[Cr(i,j)]＝[Cd(i,j)–Cp(i,j)],i＝0,1,2,3；j＝0,1,2,3. (8)
如图6中所示，可以如下将空间预测符DT和DL变换成变换系数阵列CT和CL：
CT＝DCT(DT)＝[CT0,CT1,CT2,CT3]；
CL＝DCT(DL)＝[CL0,CL1,CL2,CL3]； (9)
其中DCT()表示一维4点DCT函数；CT0是阵列CT的DC系数；CT1、CT2、CT3是阵列CT的AC系数；CL0是阵列CL的DC系数；以及CL1、CL2、CL3是阵列CL的AC系数。
变换域预测符TLC可以取DTLC的值(在当前块的左上方的像素值)或者不同值，诸如标量值的倍数。变换域预测符CT、CL和TLC可以如图7中所示用于由矩阵Cd表示的变换系数块602的帧内预测。
阵列RAC可以被用来表示用于变换系数阵列CT的缩放的AC系数如下：
RAC＝[0,RAC1,RAC2,RAC3]＝Kr*[0,CT1,CT2,CT3]； (10)
其中Kr是标量值。例如可以设置Kr为-1、0、1或者2。
阵列CAC可以被用来表示用于变换系数阵列CL的缩放的AC系数如下：
CAC＝[0,CAC1,CAC2,CAC3]＝Kc*[0,CL1,CL2,CL3]； (11)
其中Kc是标量值。例如可以设置Kc为-1、0、1或者2。在一些实现方式中，可以将Kr和Kc确定为使预测误差最小化的值。
图7示出根据本公开内容的实现方式的使用变换域帧内预测的示例变换域预测块700的图。可以从变换域预测符、诸如CT、CL和TLC生成变换域预测块700。
如图7中所示，变换域预测块700可以如下使用变换域预测符CT、CL、Kr和Kc由矩阵Cp来表示：
Cp＝[DC,Kr*CT1,Kr*CT2,Kr*CT3；Kc*CL1,0,0,0,0；Kc*CL2,0,0,0；Kc*CL3,0,0,0]. (12)
等式(12)中的DC可以指示变换域预测矩阵Cp的DC系数、诸如Cp(0,0)，该DC系数可以使用相邻的变换域预测符、诸如TLC、CT0和CL0的组合来预测。在一个实现方式中，可以通过以下等式预测DC：
DC＝CT0+CL0. (13)
在其它实现方式中，变换域预测符的加权组合可以被用于生成DC值。
在一些实现方式中，变换域帧内预测模式可以对应于空间域帧内预测模式。空间域帧内预测模式可以包括，例如，DC预测模式、水平预测模式、垂直预测模式和真运动(TrueMotion)预测模式。在DC预测模式的一个实现方式中，使用在当前块上方的行中或者在当前块左侧的列中的像素的平均值的单个值可以被用来预测当前块。在水平预测的一个实现方式中，当前块的每列可以使用在当前块左侧的列的副本填充。在垂直预测的一个实现方式中，当前块的每行可以使用在当前块上方的行的副本填充。在真运动(TrueMotion)预测的一个实现方式中，除了在当前块上方的行和在当前块左侧的列之外，可以使用在块的左上方的像素P。可以使用来自在当前块左侧的列的像素以开始每一行来传播在当前块上方的行中的像素(从P开始)之间的水平差别。其它空间域帧内预测模式可以包括，例如，左下对角线预测模式、右下对角线预测模式、垂直向右预测模式、水平向下预测模式、竖直向左预测模式或者水平向上预测模式。
当实现变换域帧内预测时，可以实现变换域帧内预测模式以与空间域帧内预测模式、诸如水平预测模式、垂直预测模式、真运动(TrueMotion)预测模式或者任何其它空间域帧内预测模式相对应。
例如，如果Kr和Kc均被设置为零，则如(12)中所示，变换域预测块Cp可以提供DC预测模式的等效预测结果。
在另一示例中，变换域预测块Cp可以等效于使用垂直预测模式而生成的预测块，并且可以被表达在以下等式中：
Kr＝2；
Kc＝0；
DC＝2*CT0；以及
Cp＝2*[CT0,CT1,CT2,CT3；0,0,0,0；0,0,0,0；0,0,0,0]. (14)
在另一示例中，变换域预测块Cp可以等效于使用水平预测模式而生成的预测块，并且可以被表达在以下等式中：
Kr＝0；
Kc＝2；
DC＝2*CL0；以及
Cp＝2*[CL0,0,0,0；CL1,0,0,0；CL2,0,0,0；CL3,0,0,0].
(15)
在另一示例中，变换域预测块Cp可以等效于使用真运动预测模式而生成的预测块，并且可以被表达在以下等式中：
Kr＝2；
Kc＝2；
DC＝(CT0+CL0-2*TLC)；以及
Cp＝2*[(CT0+CL0-2*TLC),CT1,CT2,CT3；CL1,0,0,0；CL2,0,0,0；CL3,0,0,0].(16)
在一些实现方式中，变换域预测模式可以是如下预测模式：该预测模式不是任何空间域预测模式的等效预测模式。以下从(17)至(22)示出各自由不同的变换域预测块Cp表示的变换域预测模式的六个更多示例：
Kr＝2；
Kc＝1；
DC＝2*CT0；以及
Cp＝[2*CT0,2*CT1,2*CT2,2*CT3；CL1,0,0,0；CL2,0,0,0；CL3,0,0,0]. (17)
Kr＝1；
Kc＝2；
DC＝2*CL0；以及
Cp＝[2*CL0,CT1,CT2,CT3；2*CL1,0,0,0；2*CL2,0,0,0；2*CL3,0,0,0]. (18)
Kr＝1；
Kc＝1；
DC＝CT0+CL0；以及
Cp＝[CT0+CL0,CT1,CT2,CT3；CL1,0,0,0；CL2,0,0,0；CL3,0,0,0] (19)
Kr＝-1；
Kc＝1；
DC＝CT0+CL0；以及
Cp＝[CT0+CL0；-CT1,-CT2,-CT3；CL1,0,0,0；CL2,0,0,0；CL3,0,0,0]. (20)
Kr＝1；
Kc＝-1；
DC＝CT0+CL0；以及
Cp＝[CT0+CL0,CT1,CT2,CT3；-CL1,0,0,0；-CL2,0,0,0；-CL3,0,0,0]. (21)
Kr＝-1；
Kc＝-1；
DC＝CT0+CL0；以及
Cp＝[CT0+CL0,-CT1,-CT2,-CT3；-CL1,0,0,0；-CL2,0,0,0；-CL3,0,0,0] (22)
也可以使用(10)和(11)中的阵列RAC和CAC将变换域预测矩阵Cp表示如下：
Cp＝[DC,RAC1,RAC2,RAC3；CAC1,0,0,0,0；CAC2,0,0,0；CAC3,0,0,0]. (23)
在一些实现方式中，可以通过独立标量因子调整矩阵Cp中的数据项、诸如RAC1、RAC2、CAC1以在不同场景之下提供更好的预测。在实现期间，通过使用多个变换域预测模式而引起的开销可以与预测结果的质量相平衡以实现期望的结果。
图8是根据本公开内容的实现方式的用于使用变换域帧内预测对编码的视频流进行解码的示例操作方法800的流程图。操作方法800可以被实现为，例如，可以由计算设备、诸如发送站102或者接收站110执行的软件程序。例如，软件程序可以包括可以被存储在存储器、诸如存储器106或者114中，并且当由处理器、诸如CPU 104或者112执行时可以使得计算设备执行操作方法800的机器可读指令。操作方法800可以使用专用硬件或者固件来实现。如以上说明的那样，一些计算设备可以具有多个存储器或者处理器，并且操作方法800的步骤可以使用多个处理器、存储器或者二者来分布。
在步骤802处，计算设备、诸如接收站110可以接收编码的视频流、诸如压缩的比特流320。可以以任何数目的方式接收编码的视频流(在此可以被称为编码的视频数据)，诸如通过网络、通过线缆来接收视频数据，或者从主存储器或者其它存储设备、包括磁盘驱动器或者可拆卸介质、诸如DVD、紧致闪存(CF)卡、安全数码(SD)卡或者任何能够传达视频流的其它设备读取视频数据。
在步骤804处，可以从编码的视频流中的编码的帧标识编码的块。可以在编码的视频数据中标识编码的帧。如在此所用的术语“标识”、“识别”或者“标识的”包括以无论任何方式来选择、构造、确定或者指定。
编码的块可以是，例如，已经在编码器300处使用在此描述的预测技术中的任何预测技术、诸如在空间域或者变换域中的预测模式而被编码的块。在一个示例中，可以使用垂直预测模式对块进行编码。在另一示例中，可以使用图6和7中所示的变换域预测模式中的任何变换域预测模式对块进行编码。
在步骤806处，可以从编码的块中解码残差。可以使用解码级、诸如图4中所示的熵解码级402和反量化级404解码残差。可以从在编码器300处在步骤510处确定的变换域残差推导出解码的残差。
在步骤808处，可以生成用于先前解码的像素值的变换系数集(即变换域预测符)。先前解码的像素值可以包括在帧中的先前解码的块中的数据，这些块可以包括，例如，在当前块上方的行中的块和在相同行中的在当前块左侧的块。在一些实现方式中，可以对紧接在当前块上方的行中和紧接在当前块左侧的列中的数据、诸如在图6中所示的DT和DL进行变换以生成变换域预测符。在其它实现方式中，来自不与当前块紧邻的行或者列的数据可以被用来生成变换域预测符。
可以使用例如一维变换来生成变换域预测符，该一维变换可以使用任何变换技术，诸如举例而言，DCT或者WHT。在步骤808处使用的一维变换可以与在步骤506处描述的一维变换相似。
在步骤810处，可以使用用于先前解码的像素值的变换系数集来生成用于预测块的变换系数集。可以使用任何变换域预测技术、诸如在图6和7中所示的变换域预测模式或者等式(6)-(23)来从变换域预测符确定用于预测块的变换系数。
在步骤812处，可以基于解码的残差(诸如来自步骤806的解码的残差)与用于预测块的变换系数集(诸如来自步骤810的解码的残差)之和确定用于推导的当前块的变换系数集。
在步骤814处，可以对用于推导的当前块的变换系数集进行逆变换。可以使用，例如二维逆变换来生成变换系数集，该二维逆变换可以包括任何变换技术、诸如逆DCT或者逆WHT。可以按照行-列顺序、列-行顺序或者其组合来应用二维逆变换。
可以从由逆变换的系数推导的块、或者通过帧内或者帧间预测所预测的值、或者二者来重建帧。例如可以使用解码级、诸如在图4中所示的环路滤波级412和去块化滤波级414从在步骤814处推导的当前块来重建帧。输出可以是输出视频流，诸如在图4中所示的输出视频流416，并且可以被称为解码的视频流。
操作方法800被描绘和被描述为一系列的步骤。然而，根据本公开内容的步骤可以按照各种顺序或者并行地出现。此外，根据本公开内容的步骤可以与在此未呈现和描述的其它步骤一同出现。另外，可以不需要所有所示的步骤以实现根据所公开的主题的方法。
以上描述的编码和解码的实现方式阐述了一些示例性编码和解码技术。然而，如在此使用的那些术语，“编码”和“解码”可以意味着压缩、解压、变换或者任何其它数据处理或者改变。
词语“例子”或者“示例”在此用来意味着用作例子、实例或者示例。在此描述为“例子”或者“示例”的任何方面或者设计不一定被解释为比其它方面或者设计优选或者有利。更确切地说，使用词语“例子”或者“示例”旨在于以具体的方式呈现概念。如在本申请中所用，术语“或者”旨在于意味着包含的“或者”而不是除外的“或者”。也就是说，除非另有指明或者从上下文清楚的那样，“X包括A或者B”旨在于意味着自然的包含的排列中的任何自然的包含的排列。也就是说，如果X包括A、X包括B、或者X包括A和B二者，则在前述实例中的任何实例之下满足“X包括A或者B”。此外，除非另有指定或者从上下文中指向单数形式是清楚的，如在本申请和所附权利要求中所使用的，冠词“一个”和“一种”应该一般地被解释为意味着“一个或者多个”。另外，除非如此来描述，通篇的术语“实现方式”或者“一个实现方式”或者“实现方式”或者“一个实现方式”的使用不旨在于意味着相同的实现方式。
实现在此公开的技术的计算设备(以及存储于其上和/或由其执行的算法、方法、指令等)可以在硬件、软件或者其任何组合、例如包括IP核、ASIC、可编程逻辑阵列、光处理器、可编程逻辑控制器、微代码、微控制器、服务器、微处理器、数字信号处理器或者现在存在或者以后开发的任何其它适当的电路或者其它信息处理设备中实现。在权利要求中，术语“处理器”应当被理解为单独地或者在组合中涵盖前述硬件中的任何硬件。术语“信号”和“数据”可互换地使用。
另外，在一些实现方式中，例如，可以使用通用计算机/处理器与计算机程序来实现在此描述的技术，该计算机程序当被执行时执行在此描述的各自的方法、算法和/或指令中的任何方法、算法和/或指令。附加地或者备选地，例如，可以利用专用计算机/处理器，该专用计算机/处理器可以包含用于执行在此描述的方法、算法或者指令中的任何方法、算法或者指令的专用硬件。
在一些实现方式中，发送站102和接收站110可以例如被实现在屏幕播送***中的计算机上。备选地，发送站102可以被实现在服务器上，而接收站110或者40可以被实施在与服务器分离的设备、诸如手持通信设备(即，蜂窝电话)上。在这一实例中，发送站102可以使用编码器300将内容编码成编码的视频信号并且向通信设备发送编码的视频信号。反过来，通信设备然后可以使用解码器400对编码的视频信号进行解码。备选地，通信设备可以对通信设备上本地存储的内容、即发送站102未发送的内容进行解码。其它适当的发送站102和接收站110的实施方案是可用的。例如接收站110可以是一般性地静止的个人计算机而不是便携的通信设备和/或包括编码器300的设备也可以包括解码器400。
进一步地，本发明的实现方式中的全部或者部分实现方式可以采用例如从计算机可用或者计算机可读介质可访问的计算机程序产品的形式。计算机可用或者计算机可读介质可以是，例如可以有形地包含、存储、传达或者传送用于由或者结合任何处理器使用的程序的任何设备。介质可以是，例如电子的、磁的、光的、电磁的或者半导体设备。其它适当的介质也是可用的。
已经描述了上述的实施例、实现方式和方面以便于允许容易理解本发明而未限制本发明。相反，本发明旨在于涵盖在所附权利要求的范围内包括的各种修改和等效布置，该范围将被赋予最广义的解释以涵盖如在法律之下允许的所有这样的修改和等效结构。
其它实施例或者实现方式可以在所附权利要求的范围内。

Claims (29)

1.一种使用计算设备对视频流中的帧编码的方法，该帧具有包括当前块的多个块，该方法包括：
使用二维变换生成用于当前块的变换系数集；
使用一维变换生成用于帧中多个先前编码的像素值的变换系数集，其中用于所述多个先前编码的像素值的变换系数集包括用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的变换系数，以及用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的变换系数；
使用用于先前编码的像素值的变换系数集，确定用于变换域预测块的变换系数集；
基于用于当前块的变换系数集与用于变换域预测块的变换系数集之间的差来确定变换域残差，其中，确定用于变换域预测块的变换系数集使得：
变换域预测块的最顶行包括作为第一标量值Kr和用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的一个或多个AC系数的乘积的一个或多个值，
变换域预测块的最左列包括作为第二标量值Kc和用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的一个或多个AC系数的乘积的一个或多个值，并且
左上值DC系数能够用包括预测符CT0和CL0的相邻预测符的组合来预测，其中CT0指示用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的DC系数，并且CL0指示用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的DC系数；
对包括变换域残差的比特流编码；以及
计算设备执行存储编码的比特流或发送编码的比特流的至少一者。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一标量值Kr等于-1、0、1和2中的一个。
3.如权利要求1所述的方法，其中第二标量值Kr等于-1、0、1和2中的一个。
4.如权利要求1所述的方法，其中左上值DC等于2*CT0、2*CL0或CT0*CL0中的一个。
5.如权利要求1所述的方法，其中一维变换是4点离散余弦变换，并且其中二维变换是4x4离散余弦变换。
6.如权利要求1所述的方法，其中当前块的尺寸是4x4、8x8、8x16或16x16中之一。
7.如权利要求1所述的方法，其中用于变换域预测块的变换系数集表示不等于任何空间域预测模式的预测模式。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述相邻预测符的组合还包括预测符TLC，其中该TLC是紧邻当前块的左上像素的变换域预测符。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述TLC被设置为所述左上像素的像素值。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述TLC被设置为标量值的倍数。
11.一种使用计算设备对编码的视频流中的帧解码的方法，该帧具有包括当前块的多个块，该方法包括：
从编码的视频流中解码用于当前块的变换域残差；
使用一维变换生成用于帧中多个先前解码的像素值的变换系数集，其中用于所述多个先前解码的像素值的变换系数集包括用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的变换系数，以及用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的变换系数；
使用用于先前解码的像素值的变换系数集，生成用于变换域预测块的变换系数集；
基于变换域残差与用于变换域预测块的变换系数集之间的总和来确定用于当前块的变换系数集，其中，确定用于变换域预测块的变换系数集使得：
变换域预测块的最顶行包括作为第一组标量值Kr和用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的一个或多个AC系数的乘积的一个或多个值，
变换域预测块的最左列包括作为第二标量值Kc和用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的一个或多个AC系数的乘积的一个或多个值，并且
左上值DC系数能够用包括预测符CT0和CL0的相邻预测符的组合来预测，其中CT0指示用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的DC系数，并且CL0指示用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的DC系数；
使用第二变换对用于当前块的变换系数集进行逆变换，其中第二变换是二维变换；
使用逆变换的变换系数来生成解码的视频；以及
计算设备执行存储解码的视频或显示解码的视频的至少一者。
12.如权利要求11所述的方法，其中第一标量值Kr等于-1、0、1和2中的一个。
13.如权利要求11所述的方法，其中第二标量值Kc等于-1、0、1和2中的一个。
14.如权利要求11所述的方法，其中左上值DC等于2*CT0、2*CL0或CT0*CL0中的一个。
15.如权利要求11所述的方法，其中一维变换是4点离散余弦变换，并且其中二维变换是4x4离散余弦变换。
16.如权利要求11所述的方法，其中当前块的尺寸是4x4、8x8、8x16或16x16中之一。
17.如权利要求11所述的方法，其中用于变换域预测块的变换系数集表示不等于任何空间域预测模式的预测模式。
18.如权利要求11所述的方法，其中所述相邻预测符的组合还包括预测符TLC，其中该TLC是紧邻当前块的左上像素的变换域预测符。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述TLC被设置为所述左上像素的像素值。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述TLC被设置为标量值的倍数。
21.一种用于对具有至少一个帧的视频流编码的装置，所述至少一个帧具有包括当前块的多个块，该装置包括：
存储器；以及
处理器，被配置为运行存储在存储器中的指令来：
使用二维变换来生成用于当前块的变换系数集；
使用一维变换生成用于帧中多个先前编码的像素值的变换系数集，其中用于所述多个先前编码的像素值的变换系数集包括用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的变换系数，以及用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的变换系数；
使用用于先前编码的像素值的变换系数集，确定用于变换域预测块的变换系数集；
基于用于当前块的变换系数集与用于变换域预测块的变换系数集之间的差来确定变换域残差，其中，确定用于变换域预测块的变换系数集使得：
变换域预测块的最顶行包括作为第一标量值Kr和用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的一个或多个AC系数的乘积的一个或多个值，
变换域预测块的最左列包括作为第二标量值Kc和用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的一个或多个AC系数的乘积的一个或多个值，并且
左上值DC系数能够用包括预测符CT0和CL0的相邻预测符的组合来预测，其中CT0指示用于在当前块上方并紧邻于当前块的行的DC系数，并且CL0指示用于在当前块左侧并紧邻于当前块的列的DC系数；
对包括变换域残差的比特流编码；以及
执行存储编码的比特流或发送编码的比特流的至少一者。
22.如权利要求21所述的装置，其中第一标量值Kr等于-1、0、1和2中的一个，并且
第二标量值Kc等于-1、0、1和2中的一个。
23.如权利要求21所述的装置，其中左上值DC等于2*CT0、2*CL0或CT0*CL0中的一个。
24.如权利要求21所述的装置，其中一维变换是4点离散余弦变换，并且其中二维变换是4x4离散余弦变换。
25.如权利要求21所述的装置，其中当前块的尺寸是4x4、8x8、8x16或16x16中之一。
26.如权利要求21所述的装置，其中用于变换域预测块的变换系数集表示不等于任何空间域预测模式的预测模式。
27.如权利要求21所述的装置，其中所述相邻预测符的组合还包括预测符TLC，其中该TLC是紧邻当前块的左上像素的变换域预测符。
28.如权利要求27所述的装置，其中所述TLC被设置为所述左上像素的像素值。
29.如权利要求27所述的装置，其中所述TLC被设置为标量值的倍数。
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