系數(shù)數(shù)目自適應(yīng)的量化參數(shù)差分編碼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于視頻信號預(yù)測殘差變換系數(shù)的量化參數(shù)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(shù)的數(shù)目，并傳輸于變換量化系數(shù)的后面。編碼器和解碼器通過約定一個固定的閾值，當(dāng)若干連續(xù)的變換塊的非零量化系數(shù)數(shù)目超過這個閾值時，編碼器在編碼了這些非零量化系數(shù)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(shù)數(shù)目并準確解碼dQP或量化矩陣的選擇信號。
【專利說明】系數(shù)數(shù)目自適應(yīng)的量化參數(shù)差分編碼
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字視頻壓縮領(lǐng)域，具體涉及到視頻信號預(yù)測殘差變換系數(shù)的量化參數(shù)的編碼。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)是塊基混合運動補償DCT變換視頻編碼技術(shù)，其中最有代表性的是MPEG和VCEG正在聯(lián)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(yù)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(yù)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(yù)測-變換-編碼，而對于每個NxN的單元，它也既可以作為一個⑶進行預(yù)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(gòu)幀中計算出一個對當(dāng)前塊的預(yù)測，并與當(dāng)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(gòu)宏塊，存入重構(gòu)幀序列中，用于對其后編碼的⑶產(chǎn)生預(yù)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(shù)近似或者KLT變換的整數(shù)近似來代替。
[0004]⑶的預(yù)測有2種，第一種是幀內(nèi)預(yù)測，即只使用當(dāng)前編碼幀的已重構(gòu)的像素對當(dāng)前CU進行預(yù)測。當(dāng)前最流行的幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)是幀內(nèi)方向預(yù)測技術(shù)。幀內(nèi)方向預(yù)測直接以CU為單位進行。HEVC中所使用的角度幀內(nèi)預(yù)測如圖4所示。圖4所示白色黑框塊是當(dāng)前編碼⑶，左邊和上邊的灰色條帶是當(dāng)前⑶左上的已重構(gòu)像素，他們用來生成當(dāng)前⑶的預(yù)測信號。每一個幀內(nèi)方向預(yù)測模式說明一個當(dāng)然的預(yù)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(wǎng)格表示)，根據(jù)預(yù)測方向找到左上重構(gòu)塊中的相應(yīng)的像素，如圖4中黑色像素塊所示，作為當(dāng)前行或列的預(yù)測。圖4右側(cè)所示的列預(yù)測因為左邊靠上的重構(gòu)像素不存在，所以在實際的預(yù)測開始前，需要根據(jù)當(dāng)前預(yù)測方向從當(dāng)前塊上邊的重構(gòu)像素根據(jù)當(dāng)前幀內(nèi)預(yù)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(yù)測模式，如圖6所示。
[0005]CU的第二種預(yù)測是幀間預(yù)測，這時當(dāng)前塊的預(yù)測從時域上在當(dāng)前幀前或當(dāng)前幀后的重構(gòu)幀中的選取。在HEVC中，預(yù)測以預(yù)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的幀是當(dāng)如編碼幀，黑色塊是當(dāng)如編碼塊。顯不時間為t_to、t-2*t0、t+t0幀是重構(gòu)幀，其中具有點狀邊界的灰色塊是與當(dāng)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(dāng)前編碼塊的預(yù)測。在圖8中，運動向量MVO指向當(dāng)前塊的前向預(yù)測塊BLK0。在圖9中，運動向量MVl指向當(dāng)前塊的后向預(yù)測塊BLK1。在圖10中，運動向量MV指向當(dāng)前塊的前向預(yù)測塊BLKO，MV的反方向指向后向預(yù)測塊BLKl，BLKO和BLKl的平均作為當(dāng)前塊的預(yù)測。在圖11中，運動向量MVO指向當(dāng)前塊的前向預(yù)測塊BLK0，運動向量MVl指向當(dāng)前塊的后向預(yù)測塊BLK1，BLKO和BLKl的平均作為當(dāng)前塊的預(yù)測。在前向預(yù)測、后向預(yù)測和對稱預(yù)測中，只有一個運動參數(shù)(包括運動向量和參考圖像)需要編碼，而在雙向預(yù)測模式中，2個運動參數(shù)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(shù)，并將其編入碼流。
[0006]在得到預(yù)測以后，將當(dāng)前塊與預(yù)測塊相減，得到殘差塊，然后對殘差塊依次執(zhí)行DCT變換或其他正交變換，然后量化、熵編碼，然后再反量化、反變換、和預(yù)測塊相加得到重構(gòu)塊，并用于后續(xù)編碼塊的預(yù)測。在HEVC中，變換以變換單元(TU)為單位進行。對于幀內(nèi)預(yù)測，TU與⑶同尺寸，即對一個2Nx2N大小的⑶，直接執(zhí)行2Nx2N 二維可分離變換。對于時域預(yù)測，則使用變尺寸塊變換。這時TU的形狀依賴于I3U的形狀。在HEVC中，TU的形狀總是比PU要小，這樣變換不會穿越預(yù)測的邊界，但也降低了變換的靈活性。HEVC中所使用的四分樹結(jié)構(gòu)變尺寸塊變換如圖12所示，一個2Nx2N的待變換單元可以有4種變換分割模式，即直接2Nx2N變換、2個2NxN變換、2個Nx2N變換、或者分割成4個NxN單元。4個NxN單元中的每一個都可以獨立進行四分樹結(jié)構(gòu)的變尺寸塊變換。TU的最小單元是4x4。
[0007]對變換系數(shù)的量化需要使用量化參數(shù)(QP)，有時候還要使用加權(quán)量化矩陣。在當(dāng)前HEVC的編碼中， 量化參數(shù)的傳輸發(fā)生在一個當(dāng)然的尺寸的⑶之上，這個尺寸編碼在圖像或者片段之上。就是說，當(dāng)⑶尺寸在MxM或之上且這個⑶內(nèi)含非零量化系數(shù)時，編碼器傳輸一個量化參數(shù)的差分(dQP)，這樣解碼器就可以根據(jù)從前的QP和這個dQP計算出當(dāng)前MxM尺寸或更大尺寸CU內(nèi)部所有變換塊所使用的共同的QP。比如說，M為16時，如果一個⑶為32x32，且含非零變換系數(shù)，那么編碼器一定給這個⑶傳輸一個dQP。如果一個⑶為8x8且含非零變換系數(shù)，那么編碼器必須給包含它的16x16⑶傳輸一個dQP，這個16x16⑶內(nèi)部所有8x8⑶都使用這個dQP。MxM尺寸或更大尺寸⑶，dQP在碼流中的位置從來都在非零變換系數(shù)之前。在HEVC中，量化矩陣傳輸于圖像或者片段級別，它并沒有LCU或者CU級別的自適應(yīng)性。
[0008]由于視頻內(nèi)容復(fù)雜度變化非常大，所以直接強制一個圖像或者片段全部只能在一個當(dāng)然尺寸之上改變QP并不是一種高效的方法。本發(fā)明描述了一種更加靈活的dQP傳輸方法，它能提供更高的編碼效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明第一個部分是在編碼器和解碼器之間有一個共同的整數(shù)值T，表示非零變換系數(shù)的數(shù)目，T ^ 2。這個值可以編碼在圖像或片段層，也可以直接由編碼器和解碼器約定一個缺省的值。
[0010]編碼器對連續(xù)的若干不同尺寸的塊Btl, B1，…UnM)實施DCT變換，然后對這些塊量化，設(shè)CfN(Bi)表示塊Bi的非零量化變換系數(shù)數(shù)目，當(dāng)連續(xù)的幾個塊Btl, B1,…
Bnrl (m>0)量化產(chǎn)生的非零變換系數(shù)數(shù)目恰好達到T時，即:
【權(quán)利要求】
1.視頻編碼器使用一個QP對一組不同大小的變換塊Btl,實施量化。設(shè)CfN(Bi)表示塊Bi的非零量化系數(shù)數(shù)目，當(dāng)且如果m大于I時有 Σ(^/Ν{/I)< T，編碼器在前m個塊編碼入碼流后，向碼流中寫入一個dQP，表示過去的連續(xù)m 個塊使用了這個QP。編碼器對連續(xù)的變換塊應(yīng)用不同的QP，然后通過計算率失真花費選擇滿足解碼條件的最優(yōu)組合編碼入碼流。
2.如權(quán)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>2。T可以是缺省約定，也可以編碼于圖像或者片段層。
3.如權(quán)利要求1所述，相應(yīng)的視頻解碼器連續(xù)的解碼變換塊。一旦累計的非零量化系數(shù)大于等于T，解碼器即從碼流中讀取一個dQP，然后計算出這組系數(shù)的QP。然后解碼器開始解碼下一組變換塊，并重新開始累計非零量化系數(shù)的數(shù)目，以確定解碼下一個dQP的位置。
4.編碼器和解碼器之間共同擁有若干加權(quán)量化矩陣QMtl,QM1,…QMw (t>l)，量化矩陣可以部分或全部的編碼在圖像或片段層，也可以部分或全部由編碼器和解碼器直接缺省約定。視頻編碼器使用一個QMi對一組不同大小的變換塊Btl, B1,…UnM)實施量




W-1化。設(shè)CfN(Bi)表示塊Bi的非零量化系數(shù)數(shù)目，當(dāng)且如果m大于I時有





/=0Σ(:ΜΒ^)< Q，編碼器在前m個塊編碼入碼流后，編碼器繼續(xù)向碼流中寫入一個表示QMi的仁O索引符號，表示過去的連續(xù)m個塊使用了這個QMitl編碼器對連續(xù)的變換塊應(yīng)用不同的量化矩陣，然后通過計算率失真花費選擇滿足解碼條件的最優(yōu)組合編碼入碼流。
5.如權(quán)利要求4所述，Q是編碼器和解碼器共同擁有的一個值，且Q>2。Q可以是缺省約定，也可以編碼于圖像或者片段層。
6.如權(quán)利要求4所述，相應(yīng)的視頻解碼器連續(xù)的解碼變換塊。一旦累計的非零量化系數(shù)大于等于Q，解碼器即從碼流中讀取一個索引以確定所用的加權(quán)量化矩陣。然后解碼器開始解碼下一組變換塊，并重新開始累計非零量化系數(shù)的數(shù)目，以確定解碼下一個加權(quán)量化矩陣索引的位置。
【文檔編號】H04N19/625GK103796015SQ201210425765
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月31日
【發(fā)明者】朱洪波 申請人:朱洪波