CN102845061A - 高性能视频编码的码字限制 - Google Patents

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Abstract

一种用于编码和/或解码视频的系统，使用了被限的码字。使用受限的码字能够减小视频比特流的比特率，而基本上不会影响结果图像的质量。

Description

高性能视频编码的码字限制
技术领域
本发明总体上涉及视频编码器和/或视频解码器。
背景技术
网络上的视频传输典型包括视频编码器和视频解码器。视频的编码包括有损压缩技术以便在实现较低传输比特率的同时仍提供感知上优良的视频质量。作为示例，在MPEG-2视频压缩标准中使用的数字视频光盘以全文引用的方式并入本文。
视频压缩典型基于相邻像素的分组来进行操作，通常将相邻像素的分组称作宏块。逐帧地比较宏块或其他像素组，其中传输帧之间的差异。在出现运动时，视频压缩逐帧地传输对宏块或其他像素组的运动加以指示的数据以及帧之间的差异。
以全文引用的方式并入本文的H.264/AVC(官方称作ISO/IEC14496-10-MPEG-4 Part 10，高级视频编码)视频压缩标准用于多种应用，例如蓝光光盘。H.264标准是基于块的压缩标准，典型地以基本上低于MPEG-2的比特率产生优良的视频质量。
虽然H.264标准提供了优良的结果，但是仍然需要在不明显降低感知图像质量的同时不断降低比特率，尤其是对于高清内容来说。
发明内容
本发明的一些实施例公开了一种解码视频的方法。所述方法包括：(a)接收用于将比特流与编码的视频一起解码的预测信息，(b)接收码字限制参数和视频，(c)根据预测信息对视频进行解码，并且(d)根据码字限制参数来修改解码的视频以修改对表示视频的码字的选择。
结合附图，根据以下本发明的详细描述能够更容易地理解本发明的前述及其他目的、特征和优点。
附图说明
图1示出了视频编码器。
图2示出了视频解码器。
图3示出了码字视频编码技术。
图4示出了码字限制处理。
具体实施方式
参考图1，作为演示目的描述示例H.264编码器200。能够理解可以使用任意视频编码器。将输入视频210提供给帧排序缓冲器220，帧排序缓冲器220适于根据需要来重排序帧或重排序帧的一部分。组合器230按照适于变换和量化处理器240的方式，修改适当重排序的帧的一部分。变换和量化处理器240向熵编码器250提供信号。熵编码器250向输出缓冲器260提供信号用于输出比特流270。接收输入视频210的编码器控制器280向编码器200的所有模块提供控制信号。
变换和量化处理器240还将其输出提供到逆变换和量化处理器300以便能够模拟对应的解码器。画面类型判决处理器310与帧排序缓冲器220互连。画面类型判决处理器310还与宏块类型判决处理器320互连。按照这种方式，可以实现对于帧排序缓冲器220的控制。此外，可以实现对于宏块的类型的控制。
逆变换和量化处理器300向组合器330提供信号，组合器330与宏块类型判决处理器320相组合，向帧内编码预测模块340和解块滤波器350提供信号。解块滤波器350与参考画面缓冲器360互连。参考画面缓冲器360向运动估计处理器370和运动补偿处理器380提供信号。运动估计处理器370向运动补偿处理器380和熵编码器250提供信号。选择器390针对组合器230在运动补偿处理器380的输出和帧内编码预测模块340的输出之间进行选择。按照这种方式，组合器230接收关于宏块是帧内编码(即，选择帧内编码预测模块340)还是运动补偿编码(即，选择运动补偿处理器380)的信息。
由选择器390做出的判决与宏块类型判决处理器320有关。例如，如果宏块类型判决处理器320判决应当对宏块进行帧内编码，则选择器应当选择帧内预测形式。例如，如果宏块类型判决处理器320判决应当对宏块进行运动补偿，则选择器应当选择运动补偿形式。以下内容均包含在熵编码器250所编码的比特流中：由宏块类型判决处理器320、画面类型判决处理器310、选择器390做出的判决；以及在由帧内编码预测模块340实现的一个或多个帧内预测技术之间做出的选择。此外，组合器330可以接收来自选择器390的输入以便提供与做出的选择有关的信息。
参考图2，作为演示目的描述示例H.264解码器400。能够理解可以使用任意适当的视频解码器。用于输入比特流410的视频解码器400包括输入缓冲器420。输入缓冲器420向熵解码器430提供信号。熵解码器430向逆变换和量化处理器440、组合器450、解块滤波器460和帧内预测模块470提供信号。逆变换和量化处理器440向组合器450提供信号。组合器450向解块滤波器460和帧内预测模块470提供信号。解块滤波器460向参考画面缓冲器480提供信号。参考画面缓冲器480向运动补偿处理器490提供信号。
熵解码器430向运动补偿处理器490和解块滤波器460提供信号。熵解码器430还向解码器控制器500提供信号。解码器控制器500与解码器400的其他模块(例如，420、430、440、450、460、470、480、490、510)互连。运动补偿处理器490向开关510提供信号。帧内预测模块470向开关510提供信号。开关510选择性地将信号提供给组合器450。解块滤波器460提供输出画面520。
参考图3，典型地使用不同的技术来编码视频中不同的帧或帧的一部分。一种这样的技术包括使用通常被称作I帧、P帧和B帧的画面类型。I帧无需其他视频帧用于解码。P帧可以使用来自先前传输帧的数据用于解码。B帧可以使用两个或更多个先前传输帧用于解码。视频的编码可以同样基于帧中的一个或更多个不同大小的像素块。此外，视频的编码可以同样基于一个或更多个帧之间的运动估计、图像条、块的空间预测或其他。因此，通常存在与视频比特流一起传输的解码器预测信息，该信息指示了帧的解码类型、帧的预测类型、预测的方向、使用哪些帧、帧之间的运动估计信息、帧大小信息、帧中块的大小信息、空间预测信息和/或其他适当参数。因此，解码器400根据编码器200与比特流一起提供的预测信息来解码视频的帧。
参考图4，根据预测信息600，解码器400预测宏块(或图像的其他区域)的强度(S610)。通常可以将预测的值称作预测强度值620。
在许多情况下，具体应用的期望值的范围与从预测信息600得到的值的范围不同，其中所述预测信息600确定了预测强度值620或滤波后的重构值740。因此，期望适当地调整由预测强度值620或滤波后的重构值740得到的值的范围。例如，与预测强度值620相比较，可以期望具有更小的码值范围、更大的码值范围、最小码值、最大码值和/或偏移的码值范围。此外，可以期望仅具有在一定码值范围内的选定值。这里通常将其称作码字限制参数630，仅作为标识目的，并对其进行解码(S630)。例如，可以将S630的处理实现为使得解码器400的熵解码器430解码码字限制参数630。码字限制参数630可以对应于视频的任意部分，例如序列、画面、图像条、块、或像素。在一个示例中，不同的码字限制参数可以对应于视频序列中包含组合或视频源在内的部分。由计算机图形、广播视频和文本的混合构成的视频序列可以具有分别分配给图形、广播视频和文本区域的不同码字限制参数。这些区域可以空间上在视频序列帧中出现，或者可以时间上贯穿视频序列出现。此外，不同码字限制参数可以对应于视频序列的包含不同视觉元素的组合在内的部分。由天空、复杂纹理和暗特征的混合构成的视频序列可以具有分别分配给天空、复杂纹理和暗特征区域的不同码字限制参数。这些区域可以空间上在视频序列帧中出现，或者可以时间上贯穿视频序列出现。
在解码器400处，可以使用多种不同的技术来应用码字限制处理(S640)。一种适当的技术是使用剪辑操作。另一种适当的技术是使用将每个输入码值映射到适当的输出码值的投影运算符，输出码值是码字的受限集合的成员。在许多情况下，当投影不是码字之一时，使用距离度量从码字的受限集合中选择输出码值。又一种适当的技术是使用将输入码值的每个组合(例如像素的辉度和颜色)映射到输出码值的适当组合的投影运算符，输出码值是码字的受限集合的成员。在许多情况下，当投影不是码字之一时，使用距离度量从码字的受限集合中选择码值的输出组合。例如，在输入码值在多个容许码值之间具有相同距离的情况下，可以使用附加的度量来确定输出码值。例如，可以将输出码值定义为到输入码值具有最小距离的可容许码值集合内的最小值。在另一示例中，可以将输出码值定义为到输入码值具有最大距离的可容许码值集合内的最大值。例如，还可以按照以下方式来实现S640的处理：在解码器400中设置的处理器(i)获得如此解码的码字限制参数630并且(ii)向视频应用码字限制参数630。
在编码器200处，码字产生处理可以通过根据原始图像数据(或其他数据)来产生码值的直方图(或其他技术)，来确定受限码值的集合。在一个示例中，可以通过识别在图像数据中出现的最大码值和最小码值(或其他)来选择受限码值。在另一示例中，可以通过识别大于阈值(例如零)的码值直方图计数来选择受限码值。编码器可以分析原始图像数据(或其他)并将其分离为图像数据的分区。确定每个分区的受限码字，并将分区信息和对应的受限码值跟比特流一起提供给解码器。在解码器处，可以从比特流中提取分区信息，然后解码器使用信号通知的(并且有可能是不同的)受限码值集合对分区进行解码。在一个实施例中，编码器可以将图像帧中的图形元素识别为第一分区。在另一实施例中，编码器可以将图像数据中的运动文本识别为第一分区。因此，可以至少部分地基于受限码值的适当选择，按照与图像的其他部分不同的图像质量对图像的一部分进行编码。
在解码器400处，基于解码的受限码字，熵解码器430可以产生受限强度值650的块(或集合)。熵解码器430类似地解码来自比特流的残差信息(S660)以产生解码的残差信息670，之后逆变换和量化处理器440通过对解码的残差信息670执行逆变换和量化(S680)来产生残差强度值690的集合。组合器450将受限强度值650与残差亮度值690相组合(S700)以产生重构强度值710的块(或集合)。针对帧中的剩余块(或其他)或其一部分重复该处理。熵解码器430对来自比特流的解块和/或滤波参数进行解码(S720)。然后解码来自比特流的附加码字限制参数(S730)，适合与S720中解码的解块和/或滤波参数一起使用。例如，还可以将S730的处理实现为使得解码器400的熵解码器430解码附加码值限制参数。解码器400将S720中解码的解块和/或滤波参数应用到重构强度值710的帧或帧的一部分，以便获得滤波的重构值740。然后，解码器400向视频应用码字限制(S780)。结果，将已滤波重构值740映射到与解块和/或滤波参数相关的在S730中解码的已解码附加受限码字，以获得受限滤波值750。例如，还可以按照以下方式来实现S780的处理：在解码器400中设置的处理器(i)获得如此解码的附加码字限制参数并且(ii)向视频应用附加码字限制参数。解码器400执行的S780的步骤与解码器400执行的S640的步骤类似。因此这里省略对于S780的详细描述。然后，可以在参考画面缓冲器480中缓冲受限滤波值750(S760)以用于将来的预测；和/或可以将受限滤波值750提供给显示器作为输出画面520(S770)。例如，还可以进行设置以便在S770中参考画面缓冲器480将输出画面520提供给显示器。可以理解图4所示具体处理的顺序是个示例。可以根据需要来修改具体处理的顺序。例如，码字限制可以在组合器450进行组合(S700)之后进行。例如，当启用双向预测时，可以在例如宏块预测(S610)的处理中进行码字限制。在B帧的情况下，在进行组合之前可以通过码字限制操作来处理两个运动补偿的预测以便产生预测。
以下描述涉及步骤S640和S780的另一示例。对于彩色信号的不同分量，同样可以根据需要不同地选择范围。作为示例，可以期望将亮度分量限制在16-235的范围内，将色度分量限制在16-240的范围内。另一示例包括接收针对亮度分量的最小值和最大值，并接收针对色度分量的第二最小值和最大值。作为又一示例，典型地结合YCbCr编码使用，接收针对第一亮度分量的最小值和最大值，接收针对第一色度分量的最小值和最大值，以及接收针对第二亮度分量的最小值和最大值。
可以使用多种不同技术来识别码字限制参数。在一个实施例中，可以显式地将视频比特流(或与视频比特流相关的辅助比特流)中的码字限制提供给解码器。在一些情况下，显式提供的码字可以是预定长度的列表，显式提供的码字可以包括所有可接受值、和/或列表的长度以及值的列表。例如，当将列表的长度预定为3时，码字限制参数可以包含值[0 128 256]。在该示例中，可接受的值是[0 128 256]。作为第二示例，码字限制参数可以包含值[5 0 64 128 196 255]，其中将列表的长度定义为等于第一值(5)。在该示例中，可接受的值是[0 64 128 196255]。在其他情况下，码字限制参数可以包括对容许码值加以指示的比特掩码。比特掩码的一个示例包括N个比特，其中N＝2^M，M是重构操作的输出的比特深度。比特掩码的另一个示例包括N/Z个比特，其中N＝2^M，Z是抽取因子。优选地，码字限制操作会将运算符除以Z的输出限制在信号通知的集合内。在一个示例中，通过表达式bitmask(reduce(值/Z))＝1来定义容许值，其中，bitmask(i)表示比特掩码的第i个分量的值，reduce(A)表示将值A映射到整数输出值。例如，在reduce(A)运算将A映射到A的整数分量且M＝8，Z＝32的情况下，比特掩码[01000000]定义了可容许值的集合是[32，63]。在第二示例中，在reduce(A)运算将A映射到A的整数分量且M＝8，Z＝64的情况下，比特掩码[0001]定义了可容许值的集合是[192，255]。
码字限制参数可以包括可容许码矢量的列表。码矢量中的每个元素可以包含多个码值(例如三个)，其中码值描述了亮度码值和两个色度码值。
在另一实施例中，可以由视频比特流(或与视频比特流相关联的辅助比特流)中的标志来识别码字限制。即，通过标志选择性地应用码字限制参数。在一种技术中，码字限制参数可以包括信号通知在何处执行码字限制操作的一个或更多个标志。例如，标志可以信号通知限制操作是否应当在自适应插值滤波器(例如运动补偿滤波器)之后和/或应当在自适应环路滤波器(例如解块滤波器)之后。例如，标志可以信号通知是否应当在启用特定处理时应用限制操作。一种这样的处理在于根据是否使用自适应环路来确定是否应用码字限制。例如，可能存在使用自适应环路滤波器并且应用码字限制的情况。同时，可能存在应用码字限制而不使用自适应环路滤波器的另一种情况。另一种这样的处理在于确定是否将码字限制应用于自适应环路滤波器的输出。又一种这样的处理在于确定是否应当针对由默认滤波器处理的自适应插值滤波器的输出像素来进行码字限制操作。例如，如果系统针对当前图像帧中的一些像素使用第一插值技术，并针对当前图像帧中的其他像素使用第二插值技术，则标志可以指示仅向由第二插值技术处理的像素应用码字限制操作。作为演示，第一插值技术可以是默认技术，第二插值技术可以是自适应插值技术。另一种这样的处理在于确定是否应当针对由默认滤波器处理的自适应插值滤波器的输出像素来进行码字限制操作。例如，如果系统针对当前图像帧中的一些像素使用第一环路滤波器技术，并针对当前图像帧中的其他像素使用第二环路滤波器技术，则标志可以指示仅向由第二环路滤波器技术处理的像素应用码字限制操作。作为演示，第一环路滤波器技术可以是默认技术，第二环路滤波器技术可以是自适应环路滤波器技术。
用于确定强度值的码字限制参数630和在S730中针对滤波图像用于解码的附加码字限制参数可以相同或不同。此外，码字限制参数630和在S730中解码的附加码字限制参数可以不同。可以调整码字限制参数630以便当应用到预测强度值时最有效。可以调整在S730中解码的附加码字限制参数以便当应用到解块和/或已滤波图像时最有效。按照这种方式，不同的限制参数可以更有效。在一些实施例中，可以在比特流中的相同通用位置处一起提供这两种码字限制参数，或者结合地进行编码。在另一实施例中，这两种码字限制参数在比特流中可以彼此分离。
在前面说明书中已采用的术语和表达方式在其中用作描述的术语，且不具有限制性，且对这种术语和表达的使用不意在排除其所示和所述的特征或部分特征的等价物，应当认识到本发明的范围仅由所附权利要求来定义和限定。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改)一种解码视频的方法，包括：
(a)接收用于将比特流与编码的所述视频一起解码的预测信息；
(b)接收码字限制参数和所述视频；
(c)根据所述预测信息对所述视频进行解码；
(d)根据所述码字限制参数来修改解码的视频以修改对表示所述视频的码字的选择；
(e)在参考画面缓冲器中缓冲修改的解码视频，以用于将来的预测。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示以帧内编码对帧进行帧编码。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示根据先前传输帧来编码帧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示根据两个或更多个先前传输帧来编码帧。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示分离地编码所述视频中不同大小的像素组。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示运动估计。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示像素组的空间预测。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数是对码字限制的使用加以指示的标志。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数是比没有码字限制时使用的码字范围小的码字范围。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数是比没有码字限制时使用的码字范围大的码字范围。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数是与没有码字限制时使用的码字范围不同的码字范围。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据码字限制参数来修改解码的视频是剪辑操作。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据码字限制参数来修改解码的视频是映射操作。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述映射操作还包括使用距离度量来选择适当的码字。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据码字限制参数来修改解码的视频是在输入码值的集合与输出码值的集合之间的映射操作。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述输出码值的集合表示亮度、第一色度和第二色度。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数包括针对所述视频的帧的第一部分的第一码字限制以及针对所述视频的帧的第二部分的第二码字限制。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数包括比特掩码。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，选择性地应用所述码字限制参数。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述选择性应用基于自适应插值滤波器。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述选择性应用基于自适应环路滤波器。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述选择性应用基于使用默认滤波器。

Claims (22)

1.一种解码视频的方法，包括：
(a)接收用于将比特流与编码的所述视频一起解码的预测信息；
(b)接收码字限制参数和所述视频；
(c)根据所述预测信息对所述视频进行解码；并且
(d)根据所述码字限制参数来修改解码的视频，以修改对表示所述视频的码字的选择。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示以帧内编码对帧进行帧编码。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示根据先前传输帧来编码帧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示根据两个或更多个先前传输帧来编码帧。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示分离地编码所述视频中不同大小的像素组。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示运动估计。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预测信息指示像素组的空间预测。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数是对码字限制的使用加以指示的标志。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数是比没有码字限制时使用的码字范围小的码字范围。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数是比没有码字限制时使用的码字范围大的码字范围。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数是与没有码字限制时使用的码字范围不同的码字范围。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据码字限制参数来修改解码的视频是剪辑操作。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据码字限制参数来修改解码的视频是映射操作。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述映射操作还包括使用距离度量来选择适当的码字。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据码字限制参数来修改解码的视频是在输入码值的集合与输出码值的集合之间的映射操作。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述输出码值的集合表示亮度、第一色度和第二色度。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数包括针对所述视频的帧的第一部分的第一码字限制以及针对所述视频的帧的第二部分的第二码字限制。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述码字限制参数包括比特掩码。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，选择性地应用所述码字限制参数。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述选择性应用基于自适应插值滤波器。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述选择性应用基于自适应环路滤波器。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述选择性应用基于使用默认滤波器。
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