CN103026705B - 用于对视频信号进行编码的方法和设备以及用于对视频信号进行解码的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于对视频信号进行编码的方法和设备以及一种用于对视频信号进行解码的方法和设备。对视频信号进行编码的方法包括：考虑在视频信号的变换期间获得的中间值的最大比特数量和视频信号的最大比特精确度，确定视频信号的最优缩放比特深度；根据与确定的最优缩放比特深度和视频信号的原始比特深度之间的差对应的局部移位值，对视频信号进行缩放；以及对经过缩放的视频信号进行变换。

Description

用于对视频信号进行编码的方法和设备以及用于对视频信号进行解码的方法和设备

技术领域

与示例性实施例一致的设备和方法涉及对视频信号进行编码和解码。

背景技术

随着能够再现和存储高分辨率或高清（HD）视频内容的硬件的发展和普及，对于用于对高分辨率或HD视频内容进行有效编码或解码的编解码器的需求有所增加。在现有技术的视频编解码器中，基于具有预定大小的宏块，根据有限的编码方法对视频信号进行编码。

将被显示的图像的质量可能受表现图像数据值的比特数量的影响。具体地讲，随着指示图像数据的精确度的比特深度（即，表现图像数据值的比特数量）增加，可以以更多种级别来表现数据。然而，当比特深度过度增加以增加图像数据的精确度时，在对图像数据进行处理的处理期间可能发生溢出，或者由于定点运算而可能发生舍入误差。

发明内容

技术问题

当比特深度过度增加以增加图像数据的精确度时，在对图像数据进行处理的处理期间可能发生溢出，或者由于定点运算而可能发生舍入误差。

解决方案

本发明提供了一种用于对视频信号进行编码的方法和设备以及一种用于对视频信号进行解码的方法和设备，所述方法和设备可在视频信号的变换和反变换期间增加视频信号的比特深度以提高计算精确度，并且可对视频信号进行处理，以尽管比特深度增加，但在计算操作期间防止发生超出允许的比特深度的溢出。

有益效果

根据示例性实施例，在不超出编解码器中允许的比特深度的范围内，可在视频信号的处理期间提高计算精确度，而不造成溢出。

附图说明

图1是根据示例性实施例的用于对视频信号进行编码的设备的框图；

图2是图1的变换器的详细构造的框图；

图3是根据第二示例性实施例的编码设备的构造的框图；

图4是根据第三示例性实施例的编码设备的构造的框图；

图5是根据第四示例性实施例的编码设备的构造的框图；

图6是根据第五示例性实施例的编码设备的构造的框图；

图7是根据示例性实施例的对视频信号进行变换的处理的参考示图；

图8是根据另一示例性实施例的缩放操作的参考示图；

图9是示出根据示例性实施例的对视频信号进行编码的方法的流程图；

图10是根据示例性实施例的用于对视频信号进行解码的设备的流程图；

图11是根据另一示例性实施例的用于对视频信号进行解码的设备的构造的框图；

图12是示出根据示例性实施例的对视频信号进行解码的方法的流程图；

图13是根据另一示例性实施例的对视频信号进行解码的方法的流程图。

实现本发明的最优模式

根据示例性实施例的一方面，提供了一种对视频信号进行编码的方法，所述方法包括：考虑在视频信号的变换期间获得的中间值的最大比特数量和视频信号的最大比特精确度，确定最优缩放比特深度；根据与确定的最优缩放比特深度和视频信号的原始比特深度之间的差对应的局部移位值，对视频信号进行缩放；以及对经过缩放的视频信号进行变换。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种用于对视频信号进行解码的方法，所述方法包括：对接收的比特流进行解析以提取视频信号的经过编码的数据；对提取的经过编码的数据进行熵解码以恢复熵解码的数据；考虑在熵解码的数据的反变换期间获得的中间值的最大比特数量和熵解码的数据的最大比特精确度来确定熵解码的数据的最优缩放比特深度；根据与确定的最优缩放比特深度和熵解码的数据的原始比特深度之间的差对应的局部移位值来对熵解码的数据进行缩放；以及对经过缩放的熵解码的数据进行反量化和反变换。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种用于对视频信号进行解码的方法，所述方法包括：接收根据局部移位值缩放和编码的视频信号，其中，所述局部移位值与最优缩放比特深度和视频信号的原始比特深度之间的差对应，其中，考虑在视频信号的变换期间获得的中间值的最大比特数量和视频信号的最大比特精确度来确定所述最优缩放比特深度；对接收的视频信号进行熵解码、反量化和反变换，以产生解码的视频信号；确定用于对解码的视频信号进行去缩放的局部移位值；以及根据确定的局部移位值对解码的视频信号进行去缩放。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种用于对视频信号进行编码的设备，所述设备包括：缩放单元，被配置为考虑在视频信号的变换期间获得的中间值的最大比特数量和视频信号的最大比特精确度，确定视频信号的最优缩放比特深度，并且根据与确定的最优缩放比特深度和视频信号的原始比特深度之间的差对应的局部移位值，对视频信号进行缩放；以及变换单元，被配置为对经过缩放的视频信号进行变换。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种用于对视频信号进行解码的设备，所述设备包括：解析单元，被配置为对接收的比特流进行解析并提取视频信号的经过编码的数据；熵解码单元，被配置为对提取的经过编码的数据进行熵解码并恢复熵解码的数据；缩放单元，被配置为考虑在熵解码的数据的反变换期间获得的中间值的最大比特数量和熵解码的数据的最大比特精确度来确定熵解码的数据的最优缩放比特深度，并且根据与确定的最优缩放比特深度和熵解码的数据的原始比特深度之间的差对应的局部移位值来对熵解码的数据进行缩放；以及反变换单元，被配置为对经过缩放的熵解码的数据进行反变换。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种用于对视频信号进行解码的设备，所述设备包括：解码单元，被配置为对根据局部移位值缩放和编码的视频信号进行熵解码、反量化和反变换并产生解码的视频数据，其中，所述局部移位值与最优缩放比特深度和视频信号的原始比特深度之间的差对应，其中，考虑在视频信号的变换期间获得的中间值的最大比特数量和视频信号的最大比特精确度来确定所述最优缩放比特深度；去缩放单元，被配置为确定用于对解码的视频信号进行去缩放所需的局部移位值，并根据确定的局部移位值对解码的视频信号进行去缩放。

具体实施方式

在下文中，应理解，当诸如“……中的至少一个”的表述在一列元素之后时，所述表述修饰整列元素而不是修饰所述列中的单个元素。

图1是根据示例性实施例的用于对视频信号进行编码的设备100的框图。

根据示例性实施例的视频信号编码设备100可包括预测单元110、缩放单元120、变换单元130、去缩放单元140、量化单元150和熵编码单元160。

预测单元110可将输入的视频信号划分为具有预定大小的块，并对所述块中的每一个执行帧间预测或帧内预测，以产生预测块。具体地讲，预测单元110可执行产生运动矢量的帧间预测，并可执行使用关于与当前块邻近地布置的外围块的数据产生预测块的帧内预测，其中，所述运动矢量指示在参考画面被编码之后恢复的参考画面的预定搜索范围内与当前块相似的区域，并且预测单元110可产生并输出与预测块和原始输入块之间的差对应的残差信号。

缩放单元120可执行改变残差信号的比特深度的缩放操作。变换单元130可执行将具有改变后的比特深度的残差信号变换到频率范围的频率变换操作。去缩放单元140可执行恢复变换到频率范围的残差信号的经过改变的比特深度的去缩放操作。量化单元150可量化去缩放的经过变换的信号。尽管没有示出，但是根据示例性实施例的视频信号编码设备100可包括反量化单元和反变换单元，其中，所述反量化单元和反变换单元被配置为对将被预测单元110用作参考数据的量化的信号进行反量化和反变换。熵编码单元160可执行量化的变换信号的变长编码并产生比特流。

在下文中，将详细描述根据示例性实施例的对视频信号进行缩放和去缩放的操作。

根据示例性实施例的用于对视频信号进行编码的设备100可将输入视频信号划分为二维的块，变换单元130可执行用于空频分析的线性变换运算，以将划分的块变换到频率范围。所述线性变换运算的示例可包括Karhuhen-Loeve变换（KLT）运算、奇异值分解（SVD）运算、离散余弦变换（DCT）运算和离散小波变换（DWT）运算。可通过输入块与包括预定系数的变换矩阵的矩阵乘法来表现所述线性变换运算。尽管现在将使用DCT运算作为线性变换运算的典型示例来描述示例性实施例，但将理解，一个或多个其他示例性实施例可应用于除DCT运算以外的其他线性变换运算。

图7是根据示例性实施例的视频变换处理的参考示图。

如上所述，根据示例性实施例的变换单元130可将视频信号变换到频率范围。例如，变换单元130可对N×N的输入块（其中，N是整数）执行列式变换和行式变换，并产生N×N的变换系数块。假设“Input”表示N×N的输入块，“Transform_hor”表示行式DCT变换矩阵，“transform_ver”表示列式DCT变换矩阵，并且“Output”表示变换结果的输出值，如图7中所示，可通过矩阵乘法来表现变换处理，如等式：Output=Transform_hor×Input×Transform_ver.这里，首次矩阵乘法Transform_hor×Input可与对N×N的输入快Input中的每行执行的一维DCT运算对应，并且Transform_hor×Input与Transform_ver的乘法运算可与对Transfrom_hor×Input中的每列执行的一维DCT运算对应。行式DCT变换矩阵Transform_hor与列式DCT变换矩阵Transform_ver可具有转置矩阵的关系。

位于行式变换矩阵Transform_hor的像素位置（i,k）（其中，i和k是整数）的系数可被定义为H_ik，位于输入块Input的位置（i,k）的值可被定义为I_ik，并且位于列式变换矩阵Transform_ver的像素位置（i,k）的系数可被定义为V_ik。行式DCT变换矩阵Transform_hor的第（i,k）个元素H_ik可由等式1定义：

数学计算1

[数学计算1]

$H_{\mathrm{ik}}={\mathrm{\α}}_i\cos \frac{\mathrm{\π}(2k+1)i}{2N}$

其中，i和k每个=0，…,N-1，

${\mathrm{\α}}_0=\sqrt{\frac{1}{N}},$

${\mathrm{\α}}_i=\sqrt{\frac{2}{N}}.$

如作为转置矩阵的行式DCT变换矩阵的元素H_ik，可使用利用余弦函数的值来表现列式DCT变换矩阵Transform_ver的第（i,k）个元素V_ik。一般而言，在变换处理期间变换矩阵的系数可不被原样使用，而是，通过将所述系数乘以预定缩放系数而获得的值可被用于执行使用加法和移位运算的变换处理。尽管等式1示出使用浮点数的DCT运算，但DCT运算可使用浮点变换之外的定点变换。示例性实施例可被应用于所有的变换矩阵，并且不受变换类型的限制。

当对输入块730执行行式一维DCT运算时（即，当计算首次的矩阵乘法Transform_hor×Input时），可通过相加乘积值（诸如H_ab×I_cd（a、b、c和d中的每一个是范围从1到4的任意整数））来获得通过计算首次的矩阵乘法Transform_hor×Input而获得的中间值矩阵的每一元素。在一个实施例中，从首次的矩阵乘法Transform_hor×Input的运算结果获得的中间值矩阵的第（1,1）个元素可以是H₁₁×I₁₁+H₁₂×I₂₁+H₁₃×I₃₁+H₁₄×I₄₁。假设当前变换的输入块的输入值的比特深度是m（其中，m是整数），则输入值I_cd的绝对值可以是2^m或更小（即，I_cd≤2^m）。此外，假设变换块的每个元素H_ab的绝对值是2^p或更小（其中，p是整数），则从行式一维变换Transform_hor×Input的运算结果获得的矩阵中的每一个可以是4×2^m×2^p（或2^m+p+2）或更小。在另一方面，通过执行行式一维DCT，可理解输入比特深度m可增加多达p+2。也就是说，在变换处理期间，使用乘法和加法，可按照与当输入值乘以预定值时相同的方式来增加比特深度。类似地，当列式一维DCT被执行时，由于乘法和加法，运算处理的中间值可比输入值更高，从而增加比特深度。

因此，在变换处理期间获得的中间值可具有等于或小于在编码和解码设备中可用的最大比特精确度的值。因此，示例性实施例提供了一种缩放方法，其中，所述方法可防止在运算处理期间溢出，并在变换处理期间考虑比特深度的增加来增加视频信号的比特深度，从而提高计算精确度。

假设在一维变换处理期间引起的比特深度的增量为TransformBitIncreasement，输入到变换单元110的输入视频信号的比特深度是m，去缩放单元140引起的比特深度的减量是de_scaling_bits，并且通过图7中示出的两个一维变换处理（行式一维变换处理和列式一维变换处理），比特深度增加了多达TransformBitIncreasement，则通过去缩放单元140输出的信号的比特深度的最大值可以是m+2×TransformBitIncreasement-de_scaling_bits。也就是说，去缩放单元140输出的信号的绝对值可以是2^（m+2×TransformBitIncreasement-de_scaling_bits）或更小。因此，为了防止溢出，在运算处理期间获得的中间值的最大可能值2^（m+2×TransformBitIncreasement-de_scaling）可以是视频信号编码设备100可使用的最大值或更小。也就是说，比特深度的中间值的最大比特数量m+2×TransformBitIncreasement-de_scaling_bits可以是视频信号编码设备100可使用的最大比特精确度或更小。

因此，缩放单元120可考虑所述中间值的最大值来确定预测单元110输出的残差信号的最优缩放比特深度。具体地讲，假设被缩放单元120改变并被输入到变换单元130的残差信号的比特深度是最优缩放比特深度m_opt，由于被变换单元130和去缩放单元140变换和去缩放的中间值是2^（m_opt+2×TransformBitIncreasement-de_scaling_bits），因此比特深度的中间值可以是m_opt+2×TrqnsformBitIncrewsement-de_scrling_bits。当通过Mexbit来定义视频信号编码设备100可使用的最大比特精确度时，等式2的条件被满足以防止溢出：

数学运算2

[数学运算2]

m_opt+2×TrrnsformBitIncretsement-de_scaling_bits≤Maxbit

缩放单元120可确定可满足等式2的最大值m_opt，并可将所述最大值m_opt确定为最优缩放比特深度m_opt。缩放单元120可将确定的最优缩放比特深度m_opt与预测单元110输入的残差信号的比特深度m进行比较，并确定作为所述最优缩放比特深度m_opt与残差信号的比特深度m之间的差的局部移位值local_shift，如等式3中所表示的：

数学运算3

[数学运算3]

local_shift=m_opt-m

当局部移位值local_shift大于0时（即，当确定的最优缩放比特深度m_opt大于残差信号的比特深度m时），缩放单元120可将残差信号向左移位（“<<”）多达局部移位值local_shift以增加残差信号的比特深度m，从而增加残差信号的比特精确度。也就是说，假设原始残差信号是“Input”并且具有改变的比特深度的残差信号是“Adjusted_Input”，缩放单元120可如等式4改变残差信号的比特深度：

数学运算4

[数学运算4]

Adjusted_Input=Input<<local_shift

例如，当残差信号的比特深度是5且最优缩放比特深度m_opt是8时，残差信号可被向左移位多达3比特，从而残差信号的比特深度可增加到8。

另外，当局部移位值local_shift小于0时（即，当确定的最优缩放比特深度m_opt小于残差信号的比特深度m时），缩放单元120可将残差信号向右移位（“>>”）多达局部移位值local_shift的绝对值以减小残差信号的比特深度m。也就是说，缩放单元120可如等式5中所示改变残差信号的比特深度：

数学运算5

[数学运算5]

Adjusted_Input=（Input+Offset）>>|local_shift|（当Input≥0时）

Adjusted_Input=-（-Input+Offset）>>|local_shift|（当Input＜0时）

在等式5中，

Offset=（1<<（|local_shift|-1））。

当局部移位值local_shift小于0时，缩放单元120可考虑如等式5中示出的凑整和符号信息来执行向左移位运算，以减小比特深度。当局部移位值local_shift为0时，缩放单元120可跳过缩放操作。

去缩放单元140可执行将缩放单元120改变的比特深度恢复为原始比特深度的去缩放操作。具体地讲，当局部移位值local_shift大于0时（即，当确定的最优缩放比特深度m_opt大于残差信号的比特深度m时），去缩放单元140可将通过将预定偏移量加到经过变换的视频信号而获得的值向右移位，以减小经过变换的视频信号的比特精确度。当局部移位值local_shift小于0（即，当确定的最优缩放比特深度m_opt小于残差信号的比特深度m时），去缩放单元140可将经过变换的视频信号向左移位，以增加经过变换的视频信号的比特精确度。假设由变换单元130输出的经过缩放、变换的信号是“adjusted_Output”并且被去缩放单元140恢复为原始标度的视频信号是“Output”，则去缩放算法可如下：

在去缩放算法中，off_set=(1<<(local_shift-1))。

图2是图1的变换单元130的详细构造的框图。

一般来说，变换单元240可包括a级变换器241至243（其中，a是整数）。如以上参照图7所述，DCT运算可包括两步变换运算（包括行式一维变换运算和列式一维变换运算）。假设通过a级变换器241至243中的每一个增加的比特深度是TransformBitIncreasement_k（其中，k是范围从1至a的整数），通过图2的变换单元240增加的比特深度的量可以是：

$\underset{k=1}{\overset{a}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{TransformBitIncreasement}}_k$

因此，当图1的变换单元130包括a级变换器241至243时，如图2中所示，缩放单元120可确定可满足下式的最大值m_opt：

$m_{\mathrm{opt}}+\underset{k=1}{\overset{a}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{TransformBitIncreasement}}_k-\mathrm{de}\_\mathrm{scaling}\_\mathrm{bits}\&le;\mathrm{Maxbit}$ ，并且将所述最大值m_opt确定为如等式4中的最优缩放比特深度。类似地，假设去缩放单元140包括b级去缩放单元（其中，b是整数）并且被每个去缩放步骤减小的比特深度是de_scaling_bits_k（其中，k是范围从1到b的整数），则缩放单元120可确定满足等式6的最大值m_opt，并将所述最大值m_opt确定为最优缩放比特深度：

数学运算6

[数学运算6]

$m_{\mathrm{opt}}+\underset{k=1}{\overset{a}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{TransformBitIncreasement}}_k-\underset{k=1}{\overset{b}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{de}\_\mathrm{scaling}\_\mathrm{bits}\&le;\mathrm{Maxbit}$

一般来说，当变换步骤被执行时，a-1或更少的去缩放步骤可被执行。因此，b可以等于a-1。

图3是根据第二示例性实施例的编码设备300的构造的框图。

参照图3，根据第二示例性实施例的编码设备300可包括预测单元310、缩放单元320、变换单元330、量化单元340和熵编码单元350。与图1的视频信号编码设备100相比，在根据第二示例性实施例的编码设备300中，变换单元330可包括a级变换器331、332和333（其中，a是整数），所述a级变换器331、332和333中的任意一个其后可跟随单个去缩放器334。尽管图3示出去缩放器334跟在第一变换器331之后，但应该理解，另一示例性实施例不限于此，去缩放器334可被布置在变换器之间的任意位置。缩放单元320可确定最大值m_opt，并可将所述最大值m_opt确定为最优缩放比特深度m_opt，其中，所述最大值在考虑由变换单元330中包括的变换器331、332和333中的每一个引起的比特深度的增量的情况下满足等式6的条件。由于根据第二示例性实施例的编码设备300的剩余组件与以上参照图1描述的第一示例性实施例中的相同，因此将省略其详细描述。

图4是根据第三示例性实施例的编码设备400的构造的框图。

参照图4，根据第三实施例的编码设备400可包括预测单元410、a个变换处理器420、430和440（其中，a是整数）、量化单元450和熵编码单元460。如图4中所示，所述a个变换处理器420、430和440可分别包括缩放器421、431和441、变换器422、432和442、以及去缩放器423、433和443。如第一示例性实施例中，根据第三实施例的编码设备400的所述a个变换处理器420、430和440中的每一个可考虑在残差信号的每个变换运算期间获得的中间值的最大比特数量和最大比特精确度来确定最优缩放比特深度，并基于作为确定的最优缩放比特深度与残差信号的原始比特深度之间的差的局部移位值来执行缩放操作。此外，编码设备400的所述a个变换处理器420、430和440中的每一个可对经过缩放的信号执行变换运算并将经过变换的信号恢复到原始比特深度。例如，假设被变换器422增加的比特深度是TransformBitIncreasement，被去缩放器422减小的比特深度是de_scaling_bits，并且缩放器421输出的信号的比特深度是m_opt，则缩放器421可确定满足m_opt+TransformBitIncreasement-de_scaling_bits≤Maxbits的最优缩放比特深度m_opt，并计算作为最优缩放比特深度m_opt与残差信号的比特深度m之间的差的局部移位值local_shift，如等式3中所示。

当局部移位值local_shift大于0时，缩放器421可将残差信号向左移位多达局部移位值local_shift（“<<”）以增加残差信号的比特深度。当局部移位值local_shift小于0时，缩放器421可将所述残差信号向右移位以减小残差信号的比特深度。具有被缩放器421改变的比特深度的信号可被输出到变换器422，并且被变换器422变换到频率范围的信号可被第一去缩放器423恢复到原始比特深度。第二变换处理器430和第三变换处理器440中的每一个可执行与第一变换处理器420相同的详细缩放、变换和去缩放操作（除了通过先前的变换处理输出的信号被用作输入信号以外）。

图5是根据第四示例性实施例的编码设备500的构造的框图。

参照图5，根据第四示例性实施例的编码设备500可包括预测单元510、缩放单元520、变换单元530、量化单元540、去缩放单元550和熵编码单元560。根据第四示例性实施例的编码设备500的操作可与根据第一示例性实施例的视频信号编码设备100的操作相同（除了去缩放单元550的去缩放操作在量化单元540的量化操作之后执行），因此，将省略其详细描述。

图6是根据第五示例性实施例的编码设备600的构造的框图。

参照图6，根据第五示例性实施例的编码设备600可包括预测单元610、缩放单元620、变换单元630、量化单元640和熵编码单元650。根据第五示例性实施例的编码设备600可执行与根据第一示例性实施例的视频信号编码设备100相似的操作（除了不提供去缩放单元以外）。尽管根据第五示例性实施例的编码设备600不执行去缩放操作，但是以下参照图11描述的根据另一示例性实施例的解码设备1100可执行去缩放操作，使得解码侧恢复的信号可与编码的原始视频信号具有相同的比特深度。由于根据第五示例性实施例的编码设备600不包括去缩放单元，因此缩放单元620可计算在使用变换单元630的变换处理期间获得的中间值Temp的最大值，如等式7中所示：

数学运算7

[数学运算7]

$\mathrm{Temp}=2^{m+\underset{k=1}{\overset{a}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{TransformBitIncreasement}}_k}$

其中，可在变换单元630包括a级变换器并且所述a级变换器增加的比特深度为TransformBitIncreasement_k（其中，k是范围从1至a的整数）的假设下获得中间值Temp。

缩放单元620可确定可满足等式8的最大值m_opt，并可将所述最大值m_opt确定为最优缩放比特深度m_opt。

数学运算8

[数学运算8]

$m_{\mathrm{opt}}+\underset{k=1}{\overset{a}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{TransformBitIncreasement}}_k\&le;\mathrm{Maxbit}$

缩放单元620可将确定的最优缩放比特深度m_opt与预测单元610输入的残差信号的比特深度m进行比较，确定作为最优缩放比特深度m_opt与残差信号的比特深度m之间的差的局部移位值local_shift，依据确定的局部移位值local_shift是大于0还是小于0来对残差信号执行移位运算，并改变残差信号的比特深度。如上所述，具有改变的比特深度的残差信号可经过变换、量化和熵编码操作以产生比特流。

为了使与根据第五示例性实施例的编码设备600对应的图11的解码设备1100执行去缩放操作，用信号传输编码设备600执行缩放操作的局部移位值local_shift。缩放单元620确定的局部移位值local_shift可具有考虑到以下因素中的至少一个而确定的预定值：在变换处理期间使用的变换块的大小、视频信号的原始比特深度和量化参数。当使用变换块的大小、视频信号的原始比特深度和量化参数中的至少一个来确定局部移位值local_shift时，由于解码设备1100可使用上述参数确定局部移位值local_shift，可省略对局部移位值local_shift进行编码的附加处理。

当缩放单元620确定如等式8中表示的最优缩放比特深度并确定局部移位值local_shift时，按块单元用信号传输用于缩放操作的局部移位值local_shift。在这种情况下，仅当前块的局部移位值local_shift与外围块的局部移位值local_shift之间的差可按块单元包括在比特流中，而不是用信号传输实际的局部移位值local_shift，从而局部移位值local_shift可被发送到解码终端。如上述第五示例性实施例，并且还如上述根据第一至第四示例性实施例的编码设备，缩放单元620可计算最优缩放比特深度并确定局部移位值local_shift，仅当前块的局部移位值local_shift与外围块的局部移位值local_shift之间的差可包括在比特流中，从而关于局部移位值local_shift的信息可被发送到解码终端。

图8是根据另一示例性实施例的缩放操作的参考示图。

一般来说，数字视频处理设备的视频格式可采用固定比特深度。现有技术的视频格式可包括被分配给每个颜色的每个像素的8比特。在具有N比特的比特深度的视频格式中，由于像素值分布在区段[0,2^N-1]（即，0至2^N-1之间的区段）中，因此具有8比特的比特深度的视频序列的像素值可分布在区段[0,2⁸-1]中。所述视频序列的像素值可能更可能分布在像素值区段的中心附近，而不可能分布在像素值区段之外。也就是说，原始视频序列的像素值的分布可由等式9给出：

数学运算9

[数学运算9]

0≤Min≤Org≤Max≤2^N-1

由于原始像素值Org以及原始像素值Org的最小值Min和最大值Max中的每一个大于或等于0并且小于或等于2^N-1，因此原始像素值Org可分布在具有比实际的可能最大范围2^N-1更小范围的像素值区段中。

参照图8，具有8比特的比特深度的像素值可分布在区段810[0,255]，而实际的原始像素值可能分布在区段820[Min,Max]。当原始像素值仅分布在部分区段而不是从最大限度到最小限度的范围（可使用原始比特深度来表示）中时，可通过将原始像素值的动态范围扩大到从最大限度到最小限度的范围（可使用原始比特深度来表示）来以更多种级别表示像素值。因此，图像处理效果可被改善。因此，在根据另一示例性实施例的缩放单元中，当原始像素值的最大值和最小值已知时，原始像素值的动态范围可改变多达确定的最优缩放比特深度，并且可基于原始像素值的变化后的动态范围来执行对视频信号进行缩放的操作。

具体地讲，假设视频信号的像素值的最小值是Min（821），视频信号的像素值的最大值是Max（822），并且区段820[Min,Max]中的任意值是In（823），当区段820[Min,Max]扩大到可使用确定的最优缩放比特深度m_opt表示的区段[0,2^m_opt-1]时，值In（832）可改变为如等式10中所示的值Adjusted_In：

数学运算10

[数学运算10]

$\mathrm{Adjusted}\_\mathrm{In}=\frac{(\mathrm{In}-\mathrm{Min})}{\mathrm{Max}-\mathrm{Min}}*(2^{m_{\mathrm{opt}}}-1)$

缩放单元可根据如上所述的局部移位值local_shift将等式10改变的视频信号向左或向右移位并执行缩放操作。

当视频信号的动态范围如等式10中所示被改变时，去缩放单元可使用视频信号的最小值Min和最大值Max将经过变换的视频信号恢复为原始范围，并使用恢复的范围对视频信号执行去缩放操作。

具体地讲，假设具有改变的动态范围并被变换单元变换和输出的视频信号是“adjusted_Output”，去缩放单元可将值Adjusted_Output恢复至如等式11中所示的视频信号的原始范围，将具有恢复的范围的视频信号去缩放至原始比特深度，并产生具有恢复的范围和原始比特深度的输出值Output：

数学运算11

[数学运算11]

$\mathrm{Output}=(\mathrm{Adjusted}\_\mathrm{output})*(\mathrm{Max}-\mathrm{Min})/(2^{m_{\mathrm{opt}}}-1)+\mathrm{Min}$

图9是示出根据示例性实施例的对视频信号进行编码的方法的流程图。

参照图9，在操作910，可考虑在对视频信号进行变换的操作期间获得的中间值的最大比特数量以及视频信号的最大比特精确度来确定视频信号的最优缩放比特深度。如上所述，中间值的最大比特数量可以是通过从通过将变换比特增量加到视频信号的原始比特深度所获得的值减去通过将用于减小扩大的比特深度的去缩放操作减小的去缩放比特率而获得的值，其中，所述去缩放操作可对应于用于扩大视频信号的比特深度的缩放操作，所述变换比特增量是在对视频信号进行变换的操作期间获得的比特增量。当视频信号的变换包括a个变换步骤和b个去缩放步骤（其中，a和b是整数）时，如上面的等式6中所示，去缩放单元可按以下方式确定最优缩放比特深度：使通过从通过将各个a个变换步骤获得的变换比特增量加到最优缩放比特深度所获得的值减去通过将各个b个去缩放步骤获得的去缩放比特率相加所获得的值而获得的值小于最大比特精确度。

在操作920，可根据与确定的最优缩放比特深度和视频信号的原始比特深度之间的差对应的局部移位值来对视频信号进行缩放。具体地讲，当确定的最优缩放比特深度大于视频信号的原始比特深度时，视频信号可被向左移位多达所述局部移位，以增加视频信号的比特精确度，其中，所述局部移位是确定的最优缩放比特深度与视频信号的原始比特深度之间的差。当确定的最优缩放比特深度小于视频信号的原始比特深度时，视频信号可被向右移位多达所述确定的最优缩放比特深度与视频信号的原始比特深度之间的差，以减小视频信号的比特精确度。

在操作930，经过缩放的视频信号可被变换。根据当前示例性实施例的对视频信号进行编码的方法还可包括对经过变换的视频信号进行去缩放以将经过缩放、变换的视频信号恢复到原始比特深度。去缩放操作可以是缩放操作的逆操作。当最优缩放比特深度大于视频信号的原始比特深度时，通过将预定偏移量加到经过变换的视频信号而获得的值可被向右移位，以减小经过变换的视频信号的比特精确度。当最优缩放比特深度小于视频信号的原始比特深度时，经过变换的视频信号可被向左移位，以增加经过变换的视频信号的比特精确度。

图10是根据示例性实施例的用于对视频信号进行解码的设备1000的框图。

参照图10，根据当前示例性实施例的用于对视频信号进行解码的设备1000可包括解析单元1010、熵解码单元1020、反量化单元1030、缩放单元1040、反变换单元1050、去缩放单元1060、预测单元1070和图像恢复单元1080。

解析单元1010可解析接收的比特流并提取视频信号的经过编码的数据。熵解码单元1020可对提取的经过编码的数据执行熵解码操作并恢复熵解码的数据。反量化单元1030可对熵解码的数据进行反量化。缩放单元1040可考虑在对熵解码的数据进行反变换的操作期间获得的中间值的最大比特数量和熵解码的数据的最大比特精确度来确定熵解码的数据的最优缩放比特深度，并根据作为确定的最优缩放比特深度与熵解码的数据的原始比特深度之间的差的局部移位值来对熵解码的数据进行缩放。除了熵解码的数据被用作输入值并且反变换单元1050获得的中间值的最大比特数量被考虑用于确定最优缩放比特深度以外，缩放单元1040的具体操作可与以上参照图1所述的根据示例性实施例的视频信号编码设备100的缩放单元120的操作相似。

反变换单元1050可对经过缩放的熵解码的数据进行反变换，同时去缩放单元1060可执行去缩放操作以将反变换的数据的比特深度恢复至原始比特深度。去缩放单元1060的输出值可以是在编码操作期间被输入到缩放单元的具有原始比特深度的残差信号。预测单元1070可执行帧间预测操作或帧内预测操作，以产生预测信号，并且图像恢复单元1080可将预测信号和具有原始比特深度的残差信号相加以恢复视频信号。

图11是根据另一示例性实施例的用于对视频信号进行解码的设备1100的框图。

参照图11，根据另一示例性实施例的用于对视频信号进行解码的设备1100可包括解析单元1110、熵解码单元1120、反量化单元1130、反变换单元1140、去缩放单元1150、预测单元1160和图像恢复单元1170。根据当前示例性实施例的解码设备1100可执行根据第五示例性实施例的图6的编码设备600跳过的去缩放操作。去缩放单元1150可确定用于对解码的视频信号进行去缩放的局部移位值，并根据确定的局部移位值对解码的视频信号进行去缩放。当所述局部移位值具有考虑变换块的大小、视频信号的原始比特深度、和量化参数中的至少一个而确定的预定值时，去缩放单元1150可使用上述参数中的至少一个确定与在编码处理期间使用的相同的局部移位值。当使用当前块的局部移位值与外围块的局部移位值之间的差，以组成视频信号的预定块为单位来用信号传输所述局部移位值时，去缩放单元1150可将先前解码的外围块的局部移位值和从比特流恢复的局部移位的差相加来恢复当前块的局部移位值，并使用恢复的局部移位值执行去缩放操作。由于解码设备1100的其他组件执行与以上参照图10描述的根据示例性实施例的解码设备1000的组件相似的操作，因此将省略其详细描述。

图12是示出根据示例性实施例的对视频信号进行解码的方法的流程图。

参照图12，在操作1210，接收的比特流被解析以提取视频信号的经过编码的数据。在操作1220，提取的经过编码的数据可被熵解码以恢复熵解码的数据。

在操作1230，可考虑在熵解码的数据的反变换期间获得的中间值的最大比特数量和熵解码的数据的最大比特精确度来确定熵解码的数据的最优缩放比特深度。这里，所述中间值的最大比特数量可以是通过从通过将反变换比特增量加到熵解码的数据的原始比特深度所获得的值减去通过用于减小扩大的比特深度的去缩放操作减小的去缩放比特率而获得的值，其中，所述去缩放操作与用于扩大熵解码的数据的比特深度的缩放操作对应，所述反变换比特增量是在熵解码的数据的反变换期间获得的比特增量。当解码操作包括c个反变换步骤（其中，c是整数）和d个用于减小扩大的比特深度的去缩放步骤（其中，d是整数）时，可按照以下方式来确定最优缩放比特深度：使通过从通过将各个c个反变换步骤获得的反变换比特增量加到最优缩放比特深度所获得的值减去通过将各个d个去缩放步骤获得的去缩放比特率相加所获得的值而获得的值小于最大比特精确度，其中，所述去缩放步骤与用于扩大熵解码的数据的比特深度的缩放操作对应。

在操作1240，可根据作为确定的最优比特深度与熵解码的数据的原始比特深度之间的差的局部移位值来对熵解码的数据进行缩放。具体地讲，当最优缩放比特深度大于熵解码的数据的原始比特深度时，熵解码的数据可被向左移位多达最优缩放比特深度与熵解码的数据的原始比特深度之间的差，以增加熵解码的数据的比特精确度。当最优缩放比特深度小于熵解码的数据的原始比特深度时，熵解码的数据可被向右移位多达最优缩放比特深度与解码的数据的原始比特深度之间的差，以减小熵解码的数据的比特精确度。

在操作1250，经过缩放的熵解码的数据可被反变换。

根据当前示例性实施例的对视频信号进行解码的方法还可包括对反变换的数据进行去缩放。去缩放处理可以是缩放处理的逆处理。当最优缩放比特深度大于熵解码的数据的原始比特深度时，通过将预定偏移量加到反变换的数据而获得的值可被向右移位以减小反变换的数据的比特精确度。当最优缩放比特深度小于熵解码的数据的原始比特深度时，反变换的数据可被向左移位，以增加反变换的数据的比特精确度。

图13是示出根据另一示例性实施例的对视频信号进行解码的方法的流程图。根据当前示例性实施例的方法可与以下处理对应：通过按照与图11的解码设备1100相同的方式执行编码侧跳过的去缩放操作来对具有原始比特深度的视频信号进行解码。

参照图13，在操作1310，可根据局部移位值来接收经过缩放、编码的视频信号，其中，所述局部移位值是最优缩放比特深度与视频信号的原始比特深度之间的差，其中，考虑在视频信号的变换期间获得的中间值的最大比特数量和视频信号的最大比特精确度来确定所述最优缩放比特深度。

在操作1320，接收的视频信号可被熵解码、量化并反变换，以产生解码的视频信号。

在操作1330，可确定用于对解码的视频信号进行去缩放的局部移位值。如上所述，可考虑视频信号的原始比特深度和量化参数来确定局部移位值，或者可通过将先前解码的外围块的局部移位值与从比特流恢复的局部移位值的差相加来确定局部移位值。

在操作1340，可根据确定的局部移位值来对解码的视频信号进行去缩放，以将解码的视频信号的比特深度改变到在编码处理期间使用的视频信号的原始比特深度。

根据示例性实施例的实施例，视频信号的比特深度可在视频信号的变换和反变换期间增加，以提高计算精确度。此外，即使视频信号的比特深度增加，也可在防止在计算操作期间发生超出允许比特深度的溢出同时对视频信号进行处理。

示例性实施例可被编写为计算机程序，并可在使用计算机可读记录介质运行所述程序的通用数字计算机中被实现。计算机可读记录介质的示例包括存储介质，诸如磁性存储介质（例如，ROM、软盘、硬盘等）和最优记录介质（例如，CD-ROM或DVD）。此外，上述编码和解码设备中的一个或多个单元可包括运行计算机可读介质中存储的计算机程序的处理器或微处理器。

根据示例性实施例，在不超出编解码器中允许的比特深度的范围内，可在视频信号的处理期间提高计算精确度，而不造成溢出。

尽管以上已具体显示和描述了示例性实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，在此可进行形式和细节上的各种改变。

Claims (1)

1.一种用于对视频信号进行解码的方法，所述方法包括：

对接收的比特流进行解析以提取视频信号的经过编码的数据；

确定包括视频信号的视频序列中的采样的比特深度；

对提取的经过编码的数据进行熵解码以恢复关于所述视频序列中的变换块的变换系数的熵解码的数据；

通过使用所述采样的比特深度和变换块的尺寸来确定局部移位值；

通过对关于所述视频序列中的变换块的变换系数的熵解码的数据执行反量化和缩放来产生经缩放、变换的系数；

通过对经缩放、变换的系数执行垂直反变换来产生中间采样值；

通过对中间采样值执行水平反变换来产生残差值；

通过执行帧内预测或帧间预测来产生预测块；

使用变换块的残差值和预测块来恢复采样值，

其中，执行缩放的步骤包括：根据局部移位值执行比特移位。