CN101658043B - 用于帧内译码的定向变换 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于使用模式相依变换函数来变换经帧内译码块的预测误差的技术。在一实施例中，编码器基于用于预测的空间模式而选择用以表示预测误差的变换函数集合。在替代实施例中，解码器通过使用经发信号通知的空间模式导出对应变换函数集合来重构图像块。与现有技术实施方案相比，不需要编码器与解码器之间的额外信令。

Description

用于帧内译码的定向变换
优先权的主张
本专利申请案是基于2007年4月17日申请的第60/912,364号美国专利申请案且主张所述美国专利申请案的优先权，所述美国专利申请案转让给本发明的受让人且其内容在此以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明涉及数字视频处理，且更明确地说，涉及用于帧内视频编码及解码的技术。
背景技术
在视频编码中，可将视频序列的帧分割成矩形区或块。可以帧内模式(I模式)或帧间模式(P模式)来编码视频块。
图1展示用于I模式的现有技术视频编码器的图。在图1中，空间预测器102通过使用来自同一帧中的相邻块的像素来根据视频块100形成经预测块103。用于预测的相邻块可由空间模式101指定。加法器104计算预测误差106，即图像块100与经预测块103之间的差异。变换模块108将预测误差106投射到基底或变换函数集合上。在典型的实施方案中，变换函数可从离散余弦变换(DCT)、卡亨南-洛维(Karhunen-Loeve)变换(KLT)或任何其它变换导出。可将变换函数集合表达为{f0，f1，f2，...，fN}，其中每一fn表示个别变换函数。
变换模块108输出对应于指派给所述变换函数中的每一者的权数的变换系数110的集合。举例来说，可计算对应于变换函数集合{f0，f1，f2，...，fN}的系数集合{c0，c1，c2，...，cN}。随后由量化器112对变换系数110进行量化以产生经量化的变换系数114。可将经量化系数114及空间模式101传输到解码器。
图1A描绘用于I模式的视频解码器。在图1A中，经量化系数1000由编码器提供到解码器，且供应到逆变换模块1004。逆变换模块1004基于系数1000及固定变换函数集合(例如，{f0，f1，f2，...，fN})而重构预测误差1003。将空间模式1002供应到逆空间预测模块1006，所述逆空间预测模块1006基于已经被解码的相邻块的像素值而产生经预测块1007。将经预测块1007与预测误差1003组合以产生经重构块1010。经重构块1010与图1中的原始块100之间的差异被称为重构误差。
本文中参考由视频译码专家小组(VCEG)的ITU电信标准化部门在2001年9月公布的文献VCEG-N54来描述图1中的空间预测器102的实例。在实施例中，译码器提供被标记为0到8的预测4x4块的9个空间模式，包括DC预测(模式2)及8个定向模式，如图2所示。每一空间模式指定待用于编码相邻像素的已经被编码的像素集合，如图3所说明。在图3中，像素a到p待编码，且已经被编码的像素A到L用于预测所述像素a到p。如果(例如)选择模式0，则通过将像素a、e、i及m设定为等于像素A来预测所述像素a、e、i及m，且通过将像素b、f、j及n设定为等于像素B来预测所述像素b、f、j及n，等等。类似地，如果选择模式1，则通过将像素a、b、c及d设定为等于像素I来预测所述像素a、b、c及d，且通过将像素e、f、g及h设定为等于像素J来预测所述像素e、f、g及h，等等。因此，模式0为垂直方向上的预测器；且模式1为水平方向上的预测器。编码器进一步在前述文献中以及在由ISO/IEC MPEG及ITU-TVCEG的联合视频小组于2002年2月公布的文献JVT-B118r4中描述。
已注意到，当执行上文所描述的基于模式的空间预测时，重构误差可展现规则的空间图案。举例来说，重构误差可在对应于用于预测的模式的方向上具有强相关性。将需要通过减少重构误差中的方向相依空间图案来减少重构误差。
发明内容
本发明的一方面提供一种用于编码图像块的方法，所述图像块包含像素值集合，所述方法包含：选择用于基于相邻像素而预测所述图像块中的像素的空间模式；基于相邻像素及选定空间模式而产生所述图像块的经预测块；计算图像块与经预测块之间的预测误差；基于选定空间模式，选择用于表示预测误差的至少一个变换函数；以及使用所述至少一个变换函数来变换预测误差以导出至少一个变换系数。
本发明的另一方面提供一种用于重构图像块的方法，所述图像块包含像素值集合，所述方法包含：接收用于基于相邻像素而预测所述图像块中的像素的空间模式；基于空间模式及相邻像素而产生经预测块；基于空间模式，选择用于表示预测误差的至少一个变换函数；接收对应于所述至少一个变换函数的至少一个变换系数；基于所述至少一个变换函数及所述至少一个变换系数而产生预测误差；以及组合经预测块与预测误差以产生经重构块。
本发明的又一方面提供一种用于编码图像块的设备，所述图像块包含像素值集合，所述设备包含：空间预测器，其用于选择用于基于相邻像素而预测图像块中的像素的空间模式，所述空间预测器产生经预测块，经预测块与图像块之间的差异包含预测误差；以及变换模块，其用于使用至少一个变换函数来变换预测误差，所述变换模块产生对应于所述至少一个变换函数的至少一个变换系数；所述变换模块基于空间模式而选择所述至少一个变换函数。
本发明的又一方面提供一种用于重构图像块的设备，所述图像块包含像素值集合，所述设备包含：逆空间预测器，其用于产生经预测块，所述逆空间预测器接收用于基于相邻像素而产生经预测块中的像素的空间模式；以及逆变换模块，其用于产生预测误差，所述逆变换模块接收空间模式及对应于至少一个变换函数的至少一个变换系数，所述逆变换模块进一步基于空间模式而选择所述至少一个变换函数；所述设备通过组合经预测块与预测误差来重构图像块。
本发明的又一方面提供一种用于编码图像块的设备，所述图像块包含像素值集合，所述设备包含：用于选择用于基于相邻像素而产生经预测块的空间模式的装置，所述图像块与经预测块之间的差异包含预测误差；以及用于使用至少一个变换函数而将预测误差变换成至少一个变换系数的装置，所述至少一个变换函数是基于空间模式而选择的。
附图说明
图1展示用于I模式的现有技术视频编码器的图。
图1A描绘用于I模式的现有技术视频解码器。
图2展示由视频译码专家小组(VCEG)的ITU电信标准化部门在2001年9月公布的文献VCEG-N54中所描述的空间模式。
图3说明使用空间模式的像素预测。
图4描绘根据本发明的编码器的实施例。
图5描绘根据本发明的解码器的实施例。
具体实施方式
本文中所揭示的是用于提供用以表示预测误差的模式相依变换函数的技术。
在一实施例中，变换模块将来自空间预测器的预测误差投射到基于空间模式而选择的变换函数上。变换模块可针对每一空间模式选择唯一变换函数集合。举例来说，可如下表所示使模式相依变换函数特征化：
  模式   变换函数集合
  0   {f00，f10，f20，...，fN0}
  1   {f01，f11，f21，...，fN1}
  2   {f02，f12，f22，...，fN2}
  等等   等等
表1
在表1中，fxy表示对应于第y个空间模式的第x个变换函数。
根据本发明，由空间预测器选择的模式唯一地指定用以表示与所述模式相关联的预测误差的特定变换函数集合。因此，仅需要将模式从编码器发信号通知给解码器以允许解码器恢复适当变换函数。因此，与图1及图1A所示的实施方案相比，在编码器与解码器之间不需要额外信令。
请注意，虽然表1展示其中将(N+1)个函数指派给每一模式的实施例，但指派给每一模式的函数的数目无需为相同的。举例来说，在一实施例中，模式0可具有(N+1)个经指派变换函数，而模式1可具有N个经指派变换函数，模式2可具有(N-1)个经指派变换函数，等等。
图4描绘根据本发明的编码器的实施例。图4中的经编号元件对应于图1中经类似地编号的元件。除了将空间预测器102所选择的空间模式101提供到经修改的变换模块408以外，图4中的编码器的操作类似于图1中的编码器的操作。根据本发明，空间模式101向变换模块408指示将使用哪个变换函数集合来变换预测误差106。
图5描绘根据本发明的解码器的实施例。将经量化系数500及空间模式502从编码器发信号通知给解码器。在给定系数500及空间模式502的情况下，逆变换模块504重构预测误差505。逆变换模块504具有对对应于每一模式的变换函数集合的先验认识，且因此，在给定模式504的情况下，可产生对应于系数500的适当变换函数。
还将模式502提供到逆空间预测器506，所述逆空间预测器506导出经预测块507。由加法器508组合经预测块507与预测误差505以产生经重构视频块510。
请注意，不需要将本发明的各方面限定于模式到变换函数的任何特定映射。在一实施例中，可根据经验来导出用于每一模式的变换函数集合以使以所述模式编码的块的重构误差最小化。举例来说，可通过采用适当大数目的“训练”视频块且找出使每一模式的预测误差最小化的变换函数集合来导出用于每一模式的变换函数集合。举例来说，可通过找出用于表示待在模式0中编码的10,000个训练块的预测误差的最佳变换函数集合来确定用于模式0的变换函数集合。变换函数可基于卡亨南-洛维(Karhunen-Loeve)变换(KLT)、离散余弦变换(DCT)或此项技术中已知的任何其它变换。
基于本文中所描述的教示，应容易明白，本文中所揭示的一方面可独立于任何其它方面来实施，且可以各种方式来组合这些方面中的两者或两者以上。本文中所描述的技术可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以硬件来实施，则可使用数字硬件、模拟硬件或其组合来实现所述技术。如果以软件来实施，则可至少部分地通过包括上面存储有一个或一个以上指令或代码的计算机可读媒体的计算机程序产品来实现所述技术。
以实例而非限制的方式，此类计算机可读媒体可包含RAM(例如同步动态随机存取存储器(SDRAM))、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、ROM、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、快闪存储器、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于以指令或数据结构的形式来携载或存储所要程序代码且可由计算机存取的任何其它有形媒体。
与计算机程序产品的计算机可读媒体相关联的指令或代码可由计算机执行，例如由一个或一个以上处理器(例如一个或一个以上数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、ASIC、FPGA或其它等效集成或离散逻辑电路)执行。
已描述了许多方面及实例。然而，对这些实例的各种修改是可能的，且本文中所呈现的原理同样可应用于其它方面。这些及其它方面均属于所附权利要求书的范围内。

Claims (28)

1.一种用于编码图像块的方法，所述图像块包含像素值集合，所述方法包含：
选择用于基于相邻像素而预测所述图像块中的像素的空间模式；
基于所述相邻像素及所选择的空间模式而产生所述图像块的经预测块；
计算所述图像块与所述经预测块之间的预测误差；
基于所选择的空间模式，从表示所述预测误差的多个变换基底函数集合中选择变换基底函数集合，所述多个变换基底函数集合包括用于第一空间模式的变换基底函数集合，所述用于第一空间模式的变换基底函数集合不同于用于第二空间模式的变换基底函数集合；以及
使用所述变换基底函数集合来变换所述预测误差以导出至少一个变换系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所选择的变换基底函数集合是基于卡亨南-洛维变换(KLT)的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所选择的变换基底函数集合用于减少所选择的空间模式下的预测误差。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所选择的用于每一空间模式的变换基底函数集合通过经验推导以降低该空间模式下的预测误差。
5.一种用于重构图像块的方法，所述图像块包含像素值集合，所述方法包含：
接收用于基于相邻像素而预测所述图像块中的像素的空间模式；
基于所述空间模式及相邻像素而产生经预测块；
基于所述空间模式，从表示预测误差的多个变换基底函数集合中选择变换基底函数集合，所述多个变换基底函数集合包括用于第一空间模式的变换基底函数集合，所述用于第一空间模式的变换基底函数集合不同于用于第二空间模式的变换基底函数集合；
接收对应于所述变换基底函数集合的至少一个变换系数；
基于所述变换基底函数集合及所述至少一个变换系数而产生所述预测误差；以及组合所述经预测块与所述预测误差以产生经重构块。
6.一种用于编码图像块的设备，所述图像块包含像素值集合，所述设备包含：
空间预测器，其用于选择用于基于相邻像素而预测所述图像块中的像素的空间模式，所述空间预测器产生经预测块，所述经预测块与所述图像块之间的差异包含预测误差；以及
变换模块，其用于使用变换基底函数集合来变换所述预测误差以导出对应于所述变换基底函数集合的至少一个变换系数；
所述变换模块基于所述空间模式从多个变换基底函数集合中选择所述变换基底函数集合，所述多个变换基底函数集合包括用于第一空间模式的变换基底函数集合，所述用于第一空间模式的变换基底函数集合不同于用于第二空间模式的变换基底函数集合。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述设备为集成电路。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述设备为无线手持机。
9.根据权利要求6所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合是基于卡亨南-洛维变换(KLT)的。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合用于减少所选择的空间模式下的预测误差。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所选择的用于每一空间模式的变换基底函数集合通过经验推导以降低该空间模式下的预测误差。
12.一种用于重构图像块的设备，所述图像块包含像素值集合，所述设备包含：
逆空间预测器，其用于产生经预测块，所述逆空间预测器接收用于基于相邻像素而产生所述经预测块中的像素的空间模式；以及
逆变换模块，其用于产生预测误差，所述逆变换模块接收所述空间模式及至少一个变换系数，所述逆变换模块进一步基于所述空间模式从多个变换基底函数集合中选择变换基底函数集合，所述逆变换模块还基于所述变换基底函数集合和所述至少一个变换系数产生所述预测误差，所述多个变换基底函数集合包括用于第一空间模式的变换基底函数集合，所述用于第一空间模式的变换基底函数集合不同于用于第二空间模式的变换基底函数集合；
所述设备通过组合所述经预测块与所述预测误差来重构所述图像块。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述设备为集成电路。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述设备为无线手持机。
15.根据权利要求12所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合是基于卡亨南-洛维变换(KLT)的。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合用于减少所选择的空间模式下的预测误差。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所选择的用于每一空间模式的变换基底函数集合通过经验推导以降低该空间模式下的预测误差。
18.一种用于编码图像块的设备，所述图像块包含像素值集合，所述设备包含：
用于选择用于基于相邻像素而产生经预测块的空间模式的装置，所述图像块与所述经预测块之间的差异包含预测误差；以及
用于使用变换基底函数集合将所述预测误差变换成至少一个变换系数的装置，所述变换基底函数集合是基于所述空间模式从多个变换基底函数集合中选择的，所述多个变换基底函数集合包括用于第一空间模式的变换基底函数集合，所述用于第一空间模式的变换基底函数集合不同于用于第二空间模式的变换基底函数集合。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述设备为集成电路。
20.根据权利要求18所述的设备，其中所述设备为无线手持机。
21.根据权利要求18所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合是基于卡亨南-洛维变换(KLT)的。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合用于减少所选择的空间模式下的预测误差。
23.一种用于编码图像块的设备，所述图像块包含像素值集合，所述设备包含：
用于选择用于基于相邻像素而预测所述图像块中的像素的空间模式的模块；
用于基于所述相邻像素及所选择的空间模式而产生所述图像块的经预测块的模块；
用于计算所述图像块与所述经预测块之间的预测误差的模块；
用于基于所选择的空间模式从用于表示所述预测误差的多个变换基底函数集合中选择变换基底函数集合的模块，所述多个变换基底函数集合包括用于第一空间模式的变换基底函数集合，所述用于第一空间模式的变换基底函数集合不同于用于第二空间模式的变换基底函数集合；以及
用于使用所述变换基底函数集合来变换所述预测误差以导出至少一个变换系数的模块。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合是基于卡亨南-洛维变换(KLT)的。
25.根据权利要求24所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合用于减少所选择的空间模式下的预测误差。
26.一种用于重构图像块的设备，所述图像块包含像素值集合，所述设备包含：
用于接收用于基于相邻像素而预测所述图像块中的像素的空间模式的模块；
用于基于所述空间模式及相邻像素而产生经预测块的模块；
用于基于所述空间模式从用于表示预测误差的多个变换基底函数集合中选择变换基底函数集合的模块，所述多个变换基底函数集合包括用于第一空间模式的变换基底函数集合，所述用于第一空间模式的变换基底函数集合不同于用于第二空间模式的变换基底函数集合；
用于接收对应于所述变换基底函数集合的至少一个变换系数的模块；
用于基于所述变换基底函数集合及所述至少一个变换系数而产生所述预测误差的模块；以及
用于组合所述经预测块与所述预测误差以产生经重构块的模块。
27.根据权利要求26所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合是基于卡亨南-洛维变换(KLT)的。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所选择的变换基底函数集合用于减少所选择的空间模式的预测误差。
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