CN103222269B - 用于较高吞吐量的最后位置的二值化 - Google Patents

用于较高吞吐量的最后位置的二值化 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于较高吞吐量的最后位置的二值化，对于利用上下文自适应二进制算术编码（CABAC）以给定扫描次序对变换系数的最后位置（x，y）编码，为了提高吞吐量，利用x和y的一元代码对二值化排序，继之以x和y的固定二进制代码。

Description

用于较高吞吐量的最后位置的二值化
对相关申请的交叉引用
本申请要求要求2011年11月8日提交的、名为“BINARISATIONOF LAST POSITION FOR HIGHER THROUGHPUT”的美国临时专利申请系列号No.61/557225以及2012年10月17日提交的名为“BINARISATION OF LAST POSITION FOR HIGHERTHROUGHPUT”的美国专利申请系列号No.13/654150的优先权，在此也出于所有目的通过引用将其全文并入。
技术领域
本发明涉及图像处理领域。更具体而言，本发明涉及高效率的视频编码。
背景技术
高效率视频编码（HEVC），也称为H.265和MPEG-H Part2，是视频压缩的草案标准，H.264/MPEG-4AVC（高级视频编码）的后继者，当前由ISO/IEC活动图像专家组（MPEG）和ITU-T视频编码专家组（VCEG）联合开发。MPEG和VCEG已经组建了视频编码联合合作队（JCT-VC）以开发HEVC标准。HEVC改善了视频质量，与H.264相比使数据压缩率加倍，并从320x240缩放到7680x4320像素分辨率。
发明内容
对于利用上下文自适应二进制算术编码（CABAC）以给定扫描次序对最后非零变换系数的坐标（x，y）编码，为了提高吞吐量，利用x和y的一元代码对二值化排序，继之以x和y的固定二进制代码。
在一个方面中，一种在装置中编程的实施坐标（x，y）的上下文自适应二进制算术编码的方法包括：执行二值化；实施基于上下文和旁路二进制算术编码，其中，在对x和y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；以及从基于上下文和旁路二进制算术编码产生输出比特。该方法还包括应用再归一化。在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。该装置是从个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能器械、游戏控制台、数字摄像机、数字录像摄像机、摄像机电话、便携式音乐播放机、平板计算机、视频播放机、DVD写入机/播放机、蓝光写入机/播放机、电视和家庭娱乐系统构成的组中选择的。
在另一个方面中，一种用于对坐标（x，y）编码的设备包括：用于存储应用的非暂态存储器，所述应用用于：执行二值化；实施基于上下文和旁路二进制算术编码，其中，在对x和y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；以及从基于上下文和旁路二进制算术编码产生输出比特；以及耦合到所述存储器的处理部件，所述处理部件配置成处理所述应用。所述应用进一步用于应用再归一化。在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。该设备是从个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能器械、游戏控制台、数字摄像机、数字录像摄像机、摄像机电话、便携式音乐播放机、平板计算机、视频播放机、DVD写入机/播放机、蓝光写入机/播放机、电视和家庭娱乐系统构成的组中选择的。
在另一个方面中，一种坐标（x，y）的编码器包括：二值化器，用于将语法元素减少到减少的二进制字母表；上下文自适应编码器和旁路编码器，用于执行包括算术编码的编码，其中，在对x和y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；再归一化器，用于将算术编码状态从算术编码重新标度；以及比特发生器，用于产生比特并向输出流附加比特。在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。
附图说明
图1示出了HM4.0采用的JCTVC-F357的图示，以对具有一元代码和固定的二进制代码的变换系数的最后位置坐标（x，y）进行二值化。
图2示出：根据一些实施例，首先对x和y的一元二进制文件（bins）都编码，然后以旁路方式利用CABAC对x和y的固定二进制文件编码以提高吞吐量。
图3示出了根据一些实施例的CABAC编码方法的流程图。
图4示出了根据一些实施例的CABAC编码器的高层次架构。
图5示出了根据一些实施例配置为实施最后位置二值化方法的示范性计算装置的方框图。
具体实施方式
为了利用上下文自适应二进制算术编码（CABAC）进行编码，HM4.0利用与固定二进制代码交织的一元代码对最后位置的x和y坐标进行二值化。为了提高吞吐量，利用x和y的一元代码对二值化重新排序，继之以x和y的固定二进制代码。
如图1中所示，HM4.0采用JCTVC-F357对具有一元代码和固定二进制代码的块的变换系数的最后位置坐标（x，y）进行二值化。对一元二值化和固定二值化进行交织。利用CABAC以旁路模式对固定二进制文件编码，它们不需要上下文。图1示出，将一元二值化与固定二值化交织，以利用CABAC通过HM4.0对变换系数的最后位置坐标（x，y）进行编码。通过CABAC按照以下次序对（x，y）坐标编码：
1)具有自适应模式的CABAC的第一分量的截断一元编码部分。
2)利用旁路模式的CABAC编码的第一成分的固定长度部分。
3)具有自适应模式的CABAC的第二分量的截断一元编码部分。
4)具有旁路模式的CABAC的第二分量的固定长度部分。
如图2中所示，将x和y固定二进制文件被分组到一起，以改善吞吐量，因为能够在单个周期中对多个旁路二进制文件编码以提高吞吐量。图2示出了首先对x和y的一元二进制文件都编码，然后利用CABAC以旁路模式对x和y的固定二进制文件进行编码，以改善吞吐量。通过CABAC按照以下次序对（x，y）坐标编码：
1)具有自适应模式的CABAC的第一分量的截断一元编码部分。
2)具有自适应模式的CABAC的第二分量的截断一元编码部分。
3)利用旁路模式的CABAC编码的第一分量的固定长度部分。
4)具有旁路模式的CABAC的第二分量的固定长度部分。
最后位置的二值化有几种实施方式，包括在对第一和第二分量的固定长度部分编码之前对具有CABC的第一和第二分量的截断一元编码部分编码。在一种实施方式中，在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。在一种实施方式中，在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。在一种实施方式中，在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。在一种实施方式中，在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。
将算法集成到HM4.0中。在三个PC群集中进行模拟：
在AMD Opteron Processor6136群集2.4GHz上执行所有内部模拟。
在Intel Xeon X5690群集3.47GHz上进行所有RA模拟。
在Intel Xeon X5680群集～3.33GHz上进行所有LD模拟。
表1：对于将旁路二进制文件分组到一起，未观察到编码效率的变化。
将最后位置坐标的旁路二进制文件分组到一起提高了CABAC的吞吐量。具体而言，将最后位置坐标的一元二进制文件一起编码，继之以对最后位置坐标的固定二进制文件的编码。对编码效率没有负面影响。
图3示出了根据一些实施例的CABAC编码方法的流程图。在步骤300中，进行二值化。二值化是一个预处理步骤，将语法元素的字母表大小减小到减小的二进制字母表。结果是用于每个语法元素的中间二进制代码字或二进制文件的串。产生三种类型的二进制文件：规则二进制文件、旁路二进制文件和终止二进制文件。在CABAC中使用几种二值化方案。在一些实施例中，首先对x和y的一元二进制文件都编码，然后以旁路模式对x和y的固定二进制文件进行编码。在步骤302中，实施基于上下文和旁路二进制算术编码。对于规则的二进制编码，选择一个上下文模型，并从预定义的一组上下文模型中取出，在基于二进制文件值进行二进制文件编码之后更新上下文模型。二进制算术编码基于二进制文件值、二进制文件的类型和对应上下文模型，进行每个二进制文件的算术编码。在步骤304中，应用再归一化，对算术编码状态进行重定比例。在步骤306中，比特发生产生输出比特并将它们附加到输出流。在一些实施例中，实施一些或更少的步骤。在一些实施例中，修改步骤次序。
图4示出了根据一些实施例的CABAC编码器的高层次架构。CABAC编码器400包括语法元素FIFO402，其以先进先出方式向二值化器404发送语法元素。从二值化器404以FIFO方式输出二进制符号406。由上下文自适应编码器408和旁路编码器410接收二进制符号406。如上所述，在一些实施例中，首先对x和y的一元二进制文件都编码，然后以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。上下文自适应编码器与上下文建模器412通信。上下文自适应编码器408和旁路编码器410均向再归一化器414发送编码数据。再归一化器414然后向比特发生器416发送数据，再归一化器414以FIFO方式产生编码的比特。
图5示出了根据一些实施例配置为实施最后位置二值化方法的示范性计算装置的方框图。计算装置500能够用于获取、存储、计算、处理、传达和/或显示信息，例如图像、视频和音频。例如，计算装置500能够用于获取和存储视频。通常在获取视频期间或之后使用最后位置二值化方法。通常，适于实施计算装置500的硬件结构包括网络接口502、存储器504、处理器506、I/O装置508、总线510和存储装置512。处理器的选择不是决定性的，只要选择具有足够速度的适当处理器即可。存储器504可以是现有技术中已知的任何常规计算机存储器。存储装置512能够包括硬盘驱动器、CDROM、CDRW、DVD、DVDRW、闪速存储卡或任何其他存储装置。计算装置500能够包括一个或多个网络接口502。网络接口的范例包括连接到以太网或其他类型LAN的网卡。I/O装置508能够包括如下一个或多个：键盘、鼠标、监视器、显示器、打印机、调制调解器、触摸屏、按钮接口和其他装置。在一些实施例中，硬件结构包括多个处理器和其他硬件以执行并行处理。用于进行最后位置二值化方法的最后位置二值化应用530可以存储在存储装置512和存储器504中，并向典型处理应用那样被处理。可以将图5中示出的更多或更少部件包括在计算装置500中。在一些实施例中，包括最后位置二值化硬件520。尽管图5中的计算装置500包括用于实施最后位置二值化方法的应用530和硬件520，但能够在硬件、固件、软件或其任何组合中的计算装置上实现最后位置二值化方法。例如，在一些实施例中，在存储器中编程最后位置二值化应用530并利用处理器执行。在另一个范例中，在一些实施例中，最后位置二值化硬件520是编程的硬件逻辑，包括专门设计成实施该方法的门。
在一些实施例中，最后位置二值化应用530包括几个应用和/或模块。在一些实施例中，模块还包括一个或多个子模块。
适当计算装置的范例包括个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话（例如）、智能器械、游戏控制台、数字摄像机、数字录像摄像机、摄像机电话、便携式音乐装置（例如）、平板计算机（例如）、视频播放机、DVD写入机/播放机、写入机/播放机、电视、家庭娱乐系统或任何其他适当的计算装置。
为了利用最后位置二值化方法，诸如数字摄像机的装置能够用于获取视频或图像。自动使用最后位置二值化方法执行图像/视频处理。能够自动实施最后位置二值化方法而无须用户参与。
在工作中，最后位置二值化方法使得能够更快地处理信息并减少存储空间要求。这种实施方式的潜在应用包括与HEVC编解码器一起使用。
用于较高吞吐量的最后位置二值化的一些实施例
1.一种用于装置中编程的实施坐标（x，y）的上下文自适应二进制算术编码的方法，包括：
a.执行二值化；
b.实施基于上下文和旁路二进制算术编码，其中在对x和y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；以及
c.从基于上下文和旁路二进制算术编码产生输出比特。
2.条款1所述的方法，还包括应用再归一化。
3.条款1所述的方法，其中，在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。
4.条款1所述的方法，其中，在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。
5.条款1所述的方法，其中，在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。
6.条款1所述的方法，其中，在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。
7.条款1所述的方法，其中，以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。
8.条款1所述的方法，其中该装置是从个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能器械、游戏控制台、数字摄像机、数字录像摄像机、摄像机电话、便携式音乐播放机、平板计算机、视频播放机、DVD写入机/播放机、Blu-ray（蓝光）写入机/播放机、电视和家庭娱乐系统构成的组中选择的。
9.一种用于对坐标（x，y）编码的设备，包括：
a.用于存储应用的非暂态存储器，所述应用用于：
i.执行二值化；
ii.实施基于上下文和旁路二进制算术编码，其中，在对x和
y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；以
及
iii.从基于上下文和旁路二进制算术编码产生输出比特；以及
b.耦合到所述存储器的处理部件，所述处理部件配置成处理所述应用。
10.条款9所述的设备，其中，所述应用进一步用于应用再归一化。
11.条款9所述的设备，其中，在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。
12.条款9所述的设备，其中，在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。
13.条款9所述的设备，其中，在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。
14.条款9所述的设备，其中，在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。
15.条款9所述的设备，其中，以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。
16.条款9所述的设备，其中，该设备是从个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能器械、游戏控制台、数字摄像机、数字录像摄像机、摄像机电话、便携式音乐播放机、平板计算机、视频播放机、DVD写入机/播放机、蓝光写入机/播放机、电视和家庭娱乐系统构成的组中选择的。
17.一种坐标（x，y）的编码器，包括：
a.二值化器，用于将语法元素减少到减少的二进制字母表；
b.上下文自适应编码器和旁路编码器，用于执行包括算术编码的编码，其中，在对x和y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；
c.再归一化器，用于将算术编码状态从算术编码重新标度；以及
d.比特发生器，用于产生比特并向输出流附加比特。
18.条款17所述的编码器，其中，在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。
19.条款17所述的编码器，其中，在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。
20.条款17所述的编码器，其中，在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。
21.条款17所述的编码器，其中，在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。
22.条款17所述的编码器，其中，以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。
已经参照结合了细节的具体实施例描述了本发明，以便于理解本发明的构造和操作的原理。在这里这样提到具体实施例及其细节并非意在限制附于后面的权利要求范围。对于本领域的技术人员而言，显然，可以在为例示而选择的实施例中做出其他各种修改而不脱离如权利要求所界定的本发明的精神和范围。

Claims (22)

1.一种在装置中编程的实施坐标(x，y)的上下文自适应二进制算术编码的方法，包括：
a.执行二值化；
b.实施基于上下文和旁路二进制算术编码，其中，将x和y的一元二进制文件分组到一起并且将x和y的固定二进制文件分组到一起，并且在对x和y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；以及
c.从基于上下文和旁路二进制算术编码产生输出比特。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括应用再归一化。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，该装置是从个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能器械、游戏控制台、数字摄像机、数字录像摄像机、摄像机电话、便携式音乐播放机、平板计算机、视频播放机、DVD写入机/播放机、蓝光写入机/播放机、电视和家庭娱乐系统构成的组中选择的。
9.一种用于对坐标(x，y)编码的设备，包括：
a.用于存储应用的非暂态存储器，所述应用用于：
i.执行二值化；
ii.实施基于上下文和旁路二进制算术编码，其中，将x和y的一元二进制文件分组到一起并且将x和y的固定二进制文件分组到一起，并且在对x和y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；以及
iii.从基于上下文和旁路二进制算术编码产生输出比特；以及
b.耦合到所述存储器的处理部件，所述处理部件配置成处理所述应用。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述应用进一步用于应用再归一化。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。
12.根据权利要求9所述的设备，其中，在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。
13.根据权利要求9所述的设备，其中，在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。
14.根据权利要求9所述的设备，其中，在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。
15.根据权利要求9所述的设备，其中，以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。
16.根据权利要求9所述的设备，其中，该设备是从个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站、服务器、主计算机、手持式计算机、个人数字助理、蜂窝/移动电话、智能器械、游戏控制台、数字摄像机、数字录像摄像机、摄像机电话、便携式音乐播放机、平板计算机、视频播放机、DVD写入机/播放机、蓝光写入机/播放机、电视和家庭娱乐系统构成的组中选择的。
17.一种坐标(x，y)的编码器，包括：
a.二值化器，用于将语法元素减少到减少的二进制字母表；
b.上下文自适应编码器和旁路编码器，用于执行包括算术编码的编码，其中，将x和y的一元二进制文件分组到一起并且将x和y的固定二进制文件分组到一起，并且在对x和y的固定二进制文件编码之前对x和y的一元二进制文件编码；
c.再归一化器，用于将算术编码状态从算术编码重新标度；以及
d.比特发生器，用于产生比特并向输出流附加比特。
18.根据权利要求17所述的编码器，其中，在第二分量的截断一元编码部分之前对第一分量的截断一元编码部分编码。
19.根据权利要求17所述的编码器，其中，在第一分量的截断一元编码部分之前对第二分量的截断一元编码部分编码。
20.根据权利要求17所述的编码器，其中，在第二分量的固定编码部分之前对第一分量的固定编码部分编码。
21.根据权利要求17所述的编码器，其中，在第一分量的固定编码部分之前对第二分量的固定编码部分编码。
22.根据权利要求17所述的编码器，其中，以旁路方式对x和y的固定二进制文件编码。
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