CN103548350B - 图像编码设备和图像解码设备 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，提供一种图像编码设备，该图像编码设备具有：量化步长编码单元（11），用于对控制量化细度的量化步长进行编码；以及量化步长下采样单元（12），该量化步长下采样单元（12）对一个或多个经编码的量化步长执行下采样，以生成量化步长代表值。量化步长编码单元（11）被配置以使得使用量化步长代表值来预测量化步长。

Description

图像编码设备和图像解码设备
技术领域
本发明涉及视频编码技术，并且尤其涉及参考重构图像和通过量化的数据压缩而执行预测的视频编码技术。
背景技术
典型的视频编码设备对输入视频的每个帧执行符合预定视频编码方案的编码过程，以生成编码数据，即，比特流。非专利文献（NPL）1中所描述的ISO/IEC14496-10高级视频编码（AVC）是预定视频编码方案的代表性示例，该方案将每个帧划分为被称为宏块（MB）的16×16像素尺寸的块，并进一步将每个MB划分为4×4像素尺寸的块，其中MB是编码的最小单元。图17示出了在帧的颜色格式为YCbCr4:2:0格式并且空间分辨率为QCIF（四分之一通用中间格式）的情况下的块划分的示例。
通过划分而获得的每个图像块被依次输入至视频编码设备并被编码。图18是示出用于生成符合AVC的比特流的典型视频编码设备结构的示例的框图。下文参考图18描述典型视频编码设备的结构和操作。
图18中所示的视频编码设备包括变频器101、量化器102、可变长度编码器103、量化控制器104、逆量化器105、逆变频器106、帧存储器107、帧内预测器108、帧间预测器109、预测选择器110，以及比特流缓冲器111。
从输入到视频编码设备的图像中减去经由预测选择器110而从帧内预测器108或帧间预测器109供应的预测图像，并将结果输入至变频器101作为预测误差图像。
变频器101将输入的预测误差图像从空间域变换至频域，并输出结果作为系数图像。
量化器102使用从量化控制器104供应的用于控制量化粒度的量化步长，来量化从变频器101供应的系数图像，并输出结果作为量化系数图像。
可变长度编码器103对从量化器102供应的量化系数图像进行熵编码。该可变长度编码器103还对从量化控制器104供应的量化步长和从预测选择器110供应的图像预测参数进行编码。这些经编码的数据被多路复用并存储在比特流缓冲器111中作为比特流。
比特流缓冲器111存储从可变长度编码器103供应的比特流，并以预定传输速率输出该比特流作为视频编码设备的输出。视频编码设备中的处理速率和从视频编码设备输出的比特流的传输速率由比特流缓冲器111来调节。
下文参考图19描述可变长度编码器103中的量化步长编码过程。如图19中所示，可变长度编码器103中用于编码量化步长的量化步长编码器包括量化步长缓冲器10311和熵编码器10312。
量化步长缓冲器10311保持指派给紧邻的前一编码的图像块的量化步长Q(i–1)。
如以下公式(1)中所示，从输入的量化步长Q(i)中减去从量化步长缓冲器10311供应的紧邻的前一量化步长Q(i–1)，并将结果输入至熵编码器10312作为差分量化步长dQ(i)。
dQ(i)=Q(i)–Q(i–1)···(1)。
熵编码器10312熵编码输入的差分量化步长dQ(i)，并输出结果作为对应于量化步长的码。
这样就完成了对量化步长编码过程的描述。
量化控制器104确定针对当前输入的图像块的量化步长。通常，量化控制器104监控可变长度编码器103的输出码的量，并增大量化步长以便减少针对图像块的输出码的量，或者减小量化步长以便增加针对图像块的输出码的量。增大或减小量化步长以使视频编码设备能够以期望的码量对输入的运动图像进行编码。将确定的量化步长供应至量化器102和可变长度编码器103。
通过逆量化器105将从量化器102输出的量化系数图像逆量化成系数图像，以便用于后续图像块编码中的预测。通过逆变频器106将从逆量化器105输出的系数图像变换回空间域，作为预测误差图像。将预测的图像添加至预测误差图像，并且将结果作为重构图像输入至帧存储器107和帧内预测器108。
帧存储器107存储先前输入并编码的图像帧的重构图像。存储在帧存储器107中的图像帧被称为“参考帧”。
帧内预测器108通过在当前正在被编码的图像帧中参考先前编码的图像块的重构图像来生成预测图像。
帧间预测器109通过参考从帧存储器107供应的参考帧来生成预测图像。
预测选择器110对从帧内预测器108供应的预测图像和从帧间预测器109供应的预测图像进行比较，并选择和输出更接近于输入图像的预测图像。预测选择器110还输出关于帧内预测器108或帧间预测器109所采用的预测方法的信息（称为“图像预测参数”），以将该信息供应至可变长度编码器103。
典型的视频编码设备通过上述过程对输入的运动图像进行压缩编码从而生成比特流。
将输出的比特流传输至视频解码设备。视频解码设备对该比特流执行解码过程，以恢复运动图像。图20示出了用于解码从典型视频编码设备输出的比特流以获得解码视频的典型视频解码设备的结构的示例。下文参考图20描述典型视频解码设备的结构和操作。
图20中所示的视频解码设备包括可变长度解码器201、逆量化器202、逆变频器203、帧存储器204、帧内预测器205、帧间预测器206、预测选择器207，以及比特流缓冲器208。
比特流缓冲器208存储输入的比特流，并继而将该比特流输出至可变长度解码器201。向视频解码设备输入的比特流的传输速率和视频解码设备中的处理速率由比特流缓冲器208来调节。
可变长度解码器201对从比特流缓冲器208输入的比特流进行可变长度解码，以获得用于控制量化粒度的量化步长、量化系数图像以及图像预测参数。将量化步长和量化系数图像供应至逆量化器202。将图像预测参数供应至预测选择器207。
逆量化器202基于输入的量化步长来对输入的量化系数图像进行逆量化，并输出结果作为系数图像。
逆变频器203将从逆量化器202供应的系数图像从频域变换至空间域，并输出结果作为预测误差图像。将从预测选择器207供应的预测图像添加至预测误差图像，以生成解码图像。将解码图像作为输出图像从视频解码设备输出，并且还将其输入至帧存储器204和帧内预测器205。
帧存储器204存储先前解码的图像帧。存储在帧存储器204中的图像帧被称为“参考帧”。
帧内预测器205通过基于从可变长度解码器201供应的图像预测参数，在当前正在被解码的图像帧中参考先前解码的图像块的重构图像，来生成预测图像。
帧间预测器206通过基于从可变长度解码器201供应的图像预测参数，参考从帧存储器204供应的参考帧，来生成预测图像。
预测选择器207基于从可变长度解码器201供应的图像预测参数，来选择从帧内预测器205供应的预测图像或从帧间预测器206供应的预测图像。
下文参考图21描述可变长度解码器201中的量化步长解码过程。如图21中所示，可变长度解码器201中用于解码量化步长的量化步长解码器包括熵解码器20111和量化步长缓冲器20112。
熵解码器20111熵解码输入的码，并输出差分量化步长dQ(i)。
量化步长缓冲器20112保持紧邻的前一量化步长Q(i–1)。
如以下公式(2)中所示，将从量化步长缓冲器20112供应的Q(i–1)添加至由熵解码器20111所生成的差分量化步长dQ(i)。将总和作为量化步长Q(i)输出，并且还将其输入至量化步长缓冲器20112。
Q(i)=Q(i–1)+dQ(i)···(2)。
这样就完成了对量化步长解码过程的描述。
典型视频解码设备通过上述过程来解码输入的比特流从而生成运动图像。
通常，典型视频编码设备中的量化控制器104不仅分析输出的码的量，而且还分析输入图像和预测误差图像中之一或二者以根据人眼视觉敏感度来确定量化步长，以便保持通过编码过程压缩的运动图像的主观质量。亦即，量化控制器104执行视觉敏感度自适应量化。具体而言，量化控制器104在确定对于当前所要编码的图像的人眼视觉敏感度为高的情况下设置小的量化步长，而在确定人眼视觉敏感度为低的情况下设置大的量化步长。这样的控制允许将较大量的码指派给视觉敏感度为高的区域，从而提高主观图像质量。
已知的视觉敏感度自适应量化技术的一个示例为在MPEG-2的测试模型5（TM5）中所采用的、基于输入图像的纹理复杂度的自适应量化。纹理复杂度通常被称为“活动（activity）”。专利文献（PTL）1提出了一种自适应量化方法，其中除了输入图像的活动之外还使用预测图像的活动。PTL2提出了一种将边缘部分纳入考虑的基于活动的自适应量化方法。
当使用视觉敏感度自适应量化技术时，存在量化步长在图像帧内频繁变化的问题。用于生成符合AVC的比特流的典型视频编码设备在编码量化步长时，对与紧邻的前一编码图像块的量化步长的差异进行熵编码。相应地，如果编码顺序方向上的量化步长的变化为大，则对量化步长进行编码所必要的码量会增加。这造成了比特流大小的增大，以及实现比特流缓冲器所需的存储器大小的增加。
由于编码顺序方向与屏幕上视觉敏感度的连续性无关，因而视觉敏感度自适应量化技术不可避免地增加对量化步长进行编码所必要的码量。因此，典型视频编码设备具有这样的问题：在使用视觉敏感度自适应量化技术以改进主观图像质量的情况下，比特流大小的增加和所需存储器大小的增加是不可避免的。
鉴于这个问题，PTL3公开了一种技术，其中在空间域和频域中根据视觉敏感度来自适应地设置死区（dead zone）——即，量化至0的范围，而不是根据视觉敏感度来自适应地设置量化步长。在PTL3中描述的方法中，将对于被确定为视觉敏感度为低的变换系数的死区设置成比对于被确定为视觉敏感度为高的变换系数的死区更大。这样的控制支持在无需改变量化步长的情况下实现视觉敏感度自适应量化。
引文列表
专利文献
PTL1：日本专利No.2646921
PTL2：日本专利No.4529919
PTL3：日本专利No.4613909
非专利文献
NPL1：ISO/IEC14496-10Advanced Video Coding
发明内容
技术问题
然而，依照PTL3中描述的技术，不可能对不处于死区范围之内的变换系数执行视觉敏感度自适应量化。亦即，即使不处于死区范围之内的变换系数被确定为视觉敏感度为低，也无法针对该变换系数减少系数码的量。此外，虽然在增大量化步长的情况下量化变换系数值集中在0附近，但在增大死区的情况下，不处于死区范围之内的变换系数在被量化时并不集中在0附近。换言之，与增大量化步长的情况相比，在增大死区的情况下熵编码的编码效率是不足的。由于这些原因，典型编码技术具有如下问题：视觉敏感度自适应量化导致视频编码设备和视频解码设备中所需存储器大小增加。
鉴于上述问题而提出本发明。本发明的第一目标是提供如下视频编码设备：该视频编码设备能够通过在防止码量增加的同时使量化步长能够被频繁地改变，而在不增加所需存储器大小的情况下来编码具有高图像质量的运动图像。本发明的第二目标是提供如下视频解码设备：该视频解码设备能够在不增加所需存储器大小的情况下再现具有高图像质量的运动图像。
问题解决方案
根据本发明的视频编码设备是如下视频编码设备，用于将输入的视频数据划分为预定大小的块并且对通过划分而获得的每个图像块应用量化，以执行压缩编码过程，该视频编码设备包括：量化步长编码装置，用于对用来控制量化粒度的量化步长进行编码；以及量化步长下采样装置，用于对一个或多个经编码的量化步长进行下采样以生成量化步长代表值，其中量化步长编码装置使用该量化步长代表值来预测量化步长。
根据本发明的视频解码设备是如下视频解码设备，用于通过对输入的经压缩的视频数据应用逆量化来解码图像块，以执行对作为图像块的集合的视频数据的生成过程，该视频解码设备包括：量化步长解码装置，用于对用来控制逆量化粒度的量化步长进行解码；以及量化步长下采样装置，用于对一个或多个经解码的量化步长进行下采样以生成量化步长代表值，其中量化步长解码装置使用该量化步长代表值来预测量化步长。
发明有益效果
根据本发明，在视频编码设备中，即使当量化步长在图像帧内被频繁改变时，也可防止生成的码量的相关增加。换言之，能够用较少的码量来编码量化步长。这解决了视觉敏感度自适应量化所造成的、针对主观图像质量改善所需的存储器大小增加的问题。此外，根据本发明，在视频解码设备中，仅需要接收少量的码来解码频繁变化的量化步长。因此，能够以较小的所需存储器大小来再现具有高图像质量的运动图像。
附图说明
[图1]图1是示出本发明示例性实施方式1中的视频编码设备中的量化步长编码器的框图。
[图2]图2是示出要被编码的图像块与相邻图像块之间位置关系的示例的解释性图示。
[图3]图3是示出本发明示例性实施方式2中的视频解码设备中的量化步长解码器的框图。
[图4]图4是示出本发明示例性实施方式3中的视频编码设备中的量化步长编码器的框图。
[图5]图5是示出块坐标的示例的解释性图示。
[图6]图6是示出本发明示例性实施方式4中的视频解码设备中的量化步长解码器的框图。
[图7]图7是示出本发明示例性实施方式5中的视频编码设备的框图。
[图8]图8是示出本发明示例性实施方式5中的视频编码设备中的量化步长编码器的框图。
[图9]图9是示出代表量化步长下采样参数的多路复用示例的列表的解释性图示。
[图10]图10是示出本发明示例性实施方式6中的视频解码设备的框图。
[图11]图11是示出本发明示例性实施方式6中的视频解码设备中的量化步长解码器的框图。
[图12]图12是示出能够实现根据本发明的视频编码设备和视频解码设备的功能的信息处理系统的结构示例的框图。
[图13]图13是示出根据本发明的视频编码设备中的特征组件的框图。
[图14]图14是示出根据本发明的视频解码设备中的特征组件的框图。
[图15]图15是示出根据本发明的视频编码方法中的特征步骤的流程图。
[图16]图16是示出根据本发明的视频解码方法中的特征步骤的流程图。
[图17]图17是示出块划分的示例的解释性图示。
[图18]图18是示出视频编码设备的结构示例的框图。
[图19]图19是示出典型视频编码设备中的量化步长编码器的框图。
[图20]图20是示出视频解码设备的结构示例的框图。
[图21]图21是示出典型视频解码设备中的量化步长解码器的框图。
具体实施方式
下文参考附图来描述本发明的示例性实施方式。
示例性实施方式1
类似于图18中所示的典型视频编码设备，本发明示例性实施方式1中的视频编码设备包括变频器101、量化器102、可变长度编码器103、量化控制器104、逆量化器105、逆变频器106、帧存储器107、帧内预测器108、帧间预测器109、预测选择器110，以及比特流缓冲器111。然而，可变长度编码器103中所包括的量化步长编码器具有与图19中所示结构不同的结构。
图1是示出本发明示例性实施方式1中的视频编码设备中的量化步长编码器的结构的框图。如图1中所示，在此示例性实施方式中的量化步长编码器与图19中所示的量化步长编码器的不同之处在于，其包括预测量化步长生成器10313。
量化步长缓冲器10311存储并保持指派给先前编码的图像块的量化步长。
预测量化步长生成器10313从量化步长缓冲器取回指派给先前编码的相邻图像块的量化步长，并生成预测量化步长。
从输入的量化步长中减去从预测量化步长生成器10313供应的预测量化步长，并将结果作为差分量化步长输入至熵编码器10312。
熵编码器10312对输入的差分量化步长进行熵编码，并输出结果作为对应于量化步长的码。
利用这样的结构，有可能减少对量化步长进行编码所必要的码量。作为结果，可防止与量化步长的变化相关联的所需存储器大小的增加。这是因为，通过使用不依赖于编码顺序的相邻图像块的量化步长来生成预测量化步长，可以由量化步长生成器10313减少向熵编码器10312输入的差分量化步长的绝对量。向熵编码器10312输入的差分量化步长的绝对量可以通过使用相邻图像块的量化步长以生成预测量化步长来得以减少，其原因在于：运动图像中的相邻像素之间通常存在相关性，因此在使用视觉敏感度自适应量化的情况下，高度相关的相邻图像块被指派具有高相似度的量化步长。
下文使用特定示例来描述示例性实施方式1中的视频编码设备中的上述量化步长编码器的详细操作。
在此示例中，假设作为编码单元的图像块的大小是固定的。用于量化步长预测的相邻图像块是在相同图像帧中左侧相邻、上方相邻以及右上方相邻的3个图像块。
如图2中所示，假定要被编码的当前图像块是X，并且3个相邻图像块A、B和C分别位于与图像块X左侧相邻、上方相邻和右上方相邻的位置。当任意块Z中的量化步长以Q(Z)表示并且预测量化步长以pQ(Z)表示时，预测量化步长生成器10313通过以下公式(3)计算预测量化步长pQ(X)。
pQ(X)=Median(Q(A),Q(B),Q(C))···(3)。
这里，Median(x,y,z)是从x、y和z这三个值中找出中值的函数。
熵编码器10312使用作为熵编码的一种类型的带符号Exp-Golomb（指数Golomb）编码，来编码通过以下公式(4)获得的差分量化步长dQ(X)。熵编码器10312输出结果作为与图像块的量化步长相对应的码。
dQ(X)=Q(X)–pQ(X)···(4)。
尽管在此示例中使用相同图像帧中的左侧相邻、上方相邻和右上方相邻的三个图像块作为用于量化步长预测的相邻图像块，但相邻图像块并不局限于此。例如，可以使用左侧相邻、上方相邻和左上方相邻的图像块来通过以下公式(5)计算预测量化步长。
pQ(X)=Median(Q(A),Q(B),Q(D))···(5)。
应当注意，用于预测的图像块数目并不局限于三个，并可以是任何数目。另外，不仅仅是中值，还可计算均值等用于预测。另外，用于预测的图像块并不一定需要与要被编码的当前图像块相邻，而是可以与要被编码的当前图像块相隔预定的距离。此外，用于预测的图像块并不限于空间上相邻的图像块，即，在相同图像帧中的图像块。用于预测的图像块可以是在时间上相邻的图像块，即，处在当前图像帧以外的已经编码的图像帧中的图像块，或者任何其他相邻的图像块。
虽然在本示例中假设要被编码的图像块和被用于预测的图像块具有相同的固定大小，但本发明并不局限于作为编码单元的图像块具有固定大小的情况。作为编码单元的图像块的大小可以是可变的，亦即，要被编码的图像块和被用于预测的图像块可具有不同大小。
虽然在本示例中基于Exp-Golomb编码来对要被编码的图像块的量化步长与预测量化步长之间的差异进行编码，但本发明并不局限于使用Exp-Golomb编码，而是可以基于其他熵编码来对差分量化步长进行编码。例如，可基于Huffman编码、算术编码等来编码差分量化步长。
这样就完成了对本发明示例性实施方式1中的视频编码设备的描述。
示例性实施方式2
类似于图20中所示的典型视频解码设备，本发明示例性实施方式2中的视频解码设备包括可变长度解码器201、逆量化器202、逆变频器203、帧存储器204、帧内预测器205、帧间预测器206、预测选择器207，以及比特流缓冲器208。然而，可变长度解码器201中所包括的量化步长解码器具有与图21中所示的结构不同的结构。
图3是示出本发明示例性实施方式2中的视频解码设备中的量化步长解码器的结构的框图。如图3中所示，此示例性实施方式中的量化步长解码器与图21中所示的量化步长解码器的不同之处在于，其包括预测量化步长生成器20113。
熵解码器20111对输入的码进行熵解码，并输出差分量化步长。
量化步长缓冲器20112存储并保持先前解码的量化步长。
预测量化步长生成器20113从量化步长缓冲器中的先前解码的量化步长之当中取回与要被解码的当前图像块的相邻像素块相对应的量化步长，并生成预测量化步长。具体而言，预测量化步长生成器20113例如执行与示例性实施方式1中视频编码设备的特定示例中的预测量化步长生成器10313相同的操作。
将从预测量化步长生成器20113供应的预测量化步长添加至由熵解码器20111所生成的差分量化步长，并且输出结果作为量化步长并将其输入至量化步长缓冲器20112。
利用量化步长解码器的这种结构，视频解码设备仅需要接收较小的码量来解码量化步长。作为结果，可以防止与量化步长的变化相关联的所需存储器大小的增加。这是因为，通过使用不依赖于解码顺序的相邻图像块的量化步长来生成预测量化步长，可以由预测量化步长生成器20113获得更接近于实际指派的量化步长的预测量化步长，因此熵解码器20111仅需要解码更接近于0的差分量化步长。通过使用相邻图像块的量化步长来生成预测量化步长可以获得更接近于实际指派的量化步长的预测量化步长，其原因在于：运动图像中相邻像素之间通常存在相关性，因此在使用视觉敏感度自适应量化的情况下，高度相关的相邻图像块被指派具有高相似度的量化步长。
这样就完成了对本发明示例性实施方式2中的视频解码设备的描述。
示例性实施方式3
类似于本发明示例性实施方式1中的视频编码设备，本发明示例性实施方式3中的视频编码设备包括如图18中所示的变频器101、量化器102、可变长度编码器103、量化控制器104、逆量化器105、逆变频器106、帧存储器107、帧内预测器108、帧间预测器109、预测选择器110，以及比特流缓冲器111。然而，可变长度编码器103中所包括的量化步长编码器具有与图19和图1中所示结构不同的结构。
图4是示出本发明示例性实施方式3中的视频编码设备中的量化步长编码器的结构的框图。如图4中所示，此示例性实施方式中的量化步长编码器的结构与图1中所示的示例性实施方式1中的视频编码设备中的量化步长编码器的结构的不同之处在于，其包括量化步长下采样器10314和量化步长上采样器10315。
预测量化步长生成器10313和熵编码器10312的操作与示例性实施方式1中的视频编码设备中的量化步长编码器中的操作相同，因此这里省略其描述。
量化步长下采样器10314基于预定方法对指派给经编码的图像块的量化步长进行下采样，并将结果供应至量化步长缓冲器10311。
量化步长缓冲器10311存储并保持从量化步长下采样器10314供应的先前编码的图像块的经下采样的量化步长。
量化步长上采样器10315从量化步长缓冲器10311取回先前编码的图像块的经下采样的量化步长，基于预定方法对取回的下采样量化步长进行上采样，并将结果供应至预测量化步长生成器10313。
与示例性实施方式1中的视频编码设备相比，利用这种结构，本示例性实施方式中的视频编码设备可减少量化步长缓冲器的所需容量。作为结果，可进一步防止由于改变视频编码设备中的量化步长而增加所需存储器大小。
下文使用特定示例来描述示例性实施方式3中的视频编码设备中的上述量化步长编码器的详细操作。
在此示例中，假设作为编码单元的图像块具有固定大小，并且每个图像块由二维块坐标来表示，其中如图5中所示，处于一个帧中左上角的块被设定为原点。用于量化步长预测的相邻图像块是在相同图像帧中左侧相邻、上方相邻和右上方相邻的3个图像块。
假定要被编码的当前图像块是X，并且块X的块坐标为(x(X),y(X))。如图2中所示，还假设位于块坐标(x(X)–1,y(X))的左侧相邻块为A，位于块坐标(x(X),y(X)–1)的上方相邻块为B，以及位于块坐标(x(X)+1,y(X)–1)的右上方相邻块为C。当任意块Z中的编码量化步长由Q(Z)表示并且预测量化步长由pQ(Z)表示时，预测量化步长生成器10313通过以下公式(6)计算块X的预测量化步长pQ(X)。
pQ(X)=Median(Qds(A),Qds(B),Qds(C))···(6)。
这里，Median(x,y,z)是从x、y和z这三个值中找出中值的函数。Qds(Z)表示块Z中的量化步长代表值。当Z的块坐标为(x(Z),y(Z))并且位于块坐标(v,w)位置的块由Blk(v,w)表示时，通过以下公式(7)计算Qds(Z)。
Qds(Z)=Q(Blk(N*(x(Z)//N),N*(y(Z)//N)))···(7)。
这里，N是指示下采样因子的数值。例如，N=4是指在水平方向上以1/4并且在垂直方向上以1/4进行下采样。(a*b)表示a乘以b，而(a//b)表示a除以b所得之商的整数部分（丢弃分数部分）。
根据上述公式(6)和公式(7)所定义的操作，在经由量化步长上采样器10315参考从量化步长缓冲器10311供应的量化步长时，预测量化步长生成器10313以水平N块×垂直N块的N2块为单位，仅参考位于左上角的一个量化步长作为代表值。量化步长下采样器10314相应地进行操作，以便不向量化步长缓冲器10311供应其他量化步长。作为结果，可将量化步长缓冲器10311的所需存储器容量减少至1/N2。
熵编码器10312对获得的预测量化步长进行熵编码并输出结果。熵编码器10312的操作与示例性实施方式1中的视频编码设备中的特定操作示例相同。
虽然在本示例中使用相同图像帧中的左侧相邻、上方相邻和右上方相邻的三个图像块作为用于量化步长预测的相邻图像块，但相邻图像块并不局限于此。例如，可以使用左侧相邻、上方相邻和左上方相邻的图像块来由以下公式(8)代替公式(6)计算预测量化步长。
pQ(X)=Median(Qds(A),Qds(B),Qds(D))···(8)。
这里，D是与块X左上方相邻的块，并且位于块坐标(x(X)–1,y(X)–1)。
用于预测的图像块的数目并不局限于三个，而可以是任何数目。另外，不仅仅是中值，还可计算均值等用于预测。此外，用于预测的图像块并不一定需要与要被编码的当前图像块相邻，而是可以与要被编码的当前图像块相隔预定的距离。此外，用于预测的图像块并不限于空间上相邻的图像块，即，在相同图像帧中的图像块。用于预测的图像块可以是在时间上相邻的图像块，即，处在不同于当前图像帧的已经编码的图像帧中的图像块，或者任何其他相邻的图像块。
虽然在本示例中假设要被编码的图像块和被用于预测的图像块具有相同的固定大小，但本发明并不局限于作为编码单元的图像块具有固定大小的情况。作为编码单元的图像块的大小可以是可变的，亦即，要被编码的图像块和被用于预测的图像块可具有不同大小。
虽然本示例中选择位于左上角的一个量化步长作为以水平N块×垂直N块的N2块为单位的量化步长代表值，但本发明并不局限于此。可从任意采样位置选择一个量化步长。备选地，可从任意采样位置选择多个量化步长，而将该多个量化步长的均值设定为量化步长代表值。例如，可通过以下公式(9)代替公式(7)来计算量化步长代表值，并可使用除了平均值计算之外的任何计算，诸如中值计算。
[Math.1]
虽然本示例中以相同的因子执行水平下采样和垂直下采样，但还可在水平方向和垂直方向上使用不同的因子。备选地，可仅在水平方向和垂直方向之一上执行下采样。任何其他下采样方法亦可适用。
这样就完成了对本发明示例性实施方式3中的视频编码设备的描述。
示例性实施方式4
类似于本发明示例性实施方式2中的视频解码设备，本发明示例性实施方式4中的视频解码设备包括如图20中所示的可变长度解码器201、逆量化器202、逆变频器203、帧存储器204、帧内预测器205、帧间预测器206、预测选择器207，以及比特流缓冲器208。然而，可变长度解码器201中所包括的量化步长解码器具有与图21和图3中所示的结构不同的结构。
图6是示出本发明示例性实施方式4中的视频解码设备中的量化步长解码器的结构的框图。如图6中所示，本示例性实施方式中的视频解码设备中的可变长度解码器201中用于解码量化步长的量化步长解码器与图3中所示的示例性实施方式2中的视频解码设备中的量化步长解码器的不同之处在于，其包括量化步长下采样器20114和量化步长上采样器20115。
预测量化步长生成器20113和熵解码器20111的操作与示例性实施方式2中的视频解码设备中的量化步长解码器中的操作相同，因此这里省略其描述。
量化步长下采样器20114基于预定方法对先前解码的量化步长进行下采样，并将结果供应至量化步长缓冲器20112。
量化步长缓冲器20112存储并保持从量化步长下采样器20114供应的经下采样的先前解码的量化步长。
量化步长上采样器20115从量化步长缓冲器20112取回经下采样的先前解码的量化步长，基于预定方法对取回的经下采样的先前解码的量化步长进行上采样，并将结果供应至预测量化步长生成器20113。
预测量化步长生成器20113通过上述公式(6)或(8)来计算块X的预测量化步长pQ(X)。
与示例性实施方式2中的视频编码设备相比，利用这种结构，本示例性实施方式中的视频解码设备可减少量化步长缓冲器的所需容量。作为结果，可进一步防止改变视频编码设备中的量化步长所造成的所需存储器大小的增加。
示例性实施方式5
图7是示出本发明示例性实施方式5中的视频编码设备的结构的框图。图8是示出本示例性实施方式中的视频编码设备中的量化步长编码器的结构的框图。
如图7中所示，本示例性实施方式中的视频编码设备与示例性实施方式3中的视频编码设备（见图18）的不同之处在于，其包括量化步长下采样控制器112和多路复用器113。如图8中所示，本示例性实施方式中的视频编码设备中的可变长度编码器103中用于编码量化步长的量化步长编码器与图4中所示的示例性实施方式3中的量化步长编码器的不同之处在于，从图7中所示的量化步长下采样控制器112向量化步长下采样器10314和量化步长上采样器10315供应量化步长下采样参数。
量化步长下采样控制器112向可变长度编码器10315和多路复用器113供应控制信息，该控制信息用于定义量化步长下采样器10314中的下采样操作和量化步长上采样器10315中的上采样操作。用于定义量化步长下采样操作和上采样操作的控制信息被称为“量化步长下采样参数”。量化步长下采样参数包括指示下采样粒度的数字N的值。
多路复用器113多路复用从可变长度编码器103供应的视频比特流中的上述量化步长下采样参数，并输出结果作为比特流。
量化步长下采样器10314基于量化步长下采样参数所定义的方法，对指派给经编码的图像块的量化步长进行下采样，并将结果供应至量化步长缓冲器10311。
量化步长上采样器10315从量化步长缓冲器10311取回先前编码的图像块的经下采样的量化步长，基于量化步长下采样参数所定义的方法对取回的下采样量化步长进行上采样，并将结果供应至预测量化步长生成器10313。
与示例性实施方式1中的视频编码设备相比，利用这种结构，本示例性实施方式中的视频编码设备可减少量化步长缓冲器的所需容量。此外，本示例性实施方式中的视频编码设备与示例性实施方式3中的视频编码设备相比，可以控制下采样粒度，以便不降低要被编码的量化步长与用于预测的量化步长之间的相关性。这能够减少对量化步长进行编码所必要的码量。亦即，本示例性实施方式中的视频编码设备与示例性实施方式1和3中的视频编码设备相比，可以优化减少量化步长缓冲器的所需容量与减少对量化步长进行编码所必要的码量之间的平衡。作为结果，可防止与量化步长的变化相关联的所需存储器大小的增加。
下文使用特定示例来描述示例性实施方式5中的上述视频编码设备的详细操作。
在本示例中，除了从量化步长下采样控制器112供应在上述公式(7)或(9)中指示下采样粒度的数字N以外，量化步长编码器执行与示例性实施方式3中的视频编码设备中的特定操作示例相同的操作。
例如，根据NPL1中的“Specification of syntax functions,categories,anddescriptors”，多路复用器113在比特流中多路复用上述N的值作为如图9的列表中所举例说明的报头信息的一部分，其中temporal_qp_buffer_decimation_depth=log2N。
虽然在本示例中使用指示下采样粒度的数字N的值被作为量化步长下采样参数，但本发明并不局限于此，而是可以使用任何其他参数作为量化步长下采样参数。例如，当以水平N块×垂直N块的N2块为单位选择一个量化步长作为量化步长代表值时，可使用采样位置作为量化步长下采样参数。备选地，当使用多个量化步长来生成量化步长代表值时，可使用指示计算类型的信息作为量化步长下采样参数。
示例性实施方式6
图10是示出本发明示例性实施方式6中的视频解码设备的结构的框图。图11是示出本示例性实施方式中的视频解码设备中的量化步长解码器的结构的框图。如图10中所示，本示例性实施方式中的视频解码设备与示例性实施方式4中的视频解码设备（见图20）的不同之处在于，其包括解多路复用器209和量化步长下采样控制器210。如图11中所示，本示例性实施方式中的视频解码设备中的可变长度解码器201中用于对量化步长进行解码的量化步长解码器与图6中所示的示例性实施方式4中的量化步长解码器的不同之处在于，从图10中所示的量化步长下采样控制器210向量化步长下采样器20114和量化步长上采样器20115供应量化步长下采样参数。
解多路复用器209解多路复用从比特流缓冲器208供应的比特流以提取视频比特流和控制信息，该控制信息用于定义量化步长下采样器20114中的下采样操作和量化步长上采样器20115中的上采样操作。用于定义量化步长下采样操作和上采样操作的控制信息被称为“量化步长下采样参数”。如上文所述，量化步长下采样参数包括指示下采样粒度的数字N的值。
量化步长下采样器20114基于由量化步长下采样参数所定义的方法，对先前解码的量化步长进行下采样，并将结果供应至量化步长缓冲器20112。
量化步长上采样器20115从量化步长缓冲器20112取回先前解码的图像块的经下采样的量化步长，基于量化步长下采样参数所定义的方法对取回的经下采样的量化步长进行上采样，并将结果供应至预测量化步长生成器20113。
预测量化步长生成器20113通过上述公式(6)或(8)来计算块X的预测量化步长pQ(X)。
与示例性实施方式2中的视频解码设备相比，利用这种结构，本示例性实施方式中的视频解码设备可减少量化步长缓冲器的所需容量。此外，与示例性实施方式4中的视频解码设备相比，本示例性实施方式中的视频解码设备可以在这样的控制下执行下采样，以便不降低要被解码的量化步长与被用于预测的量化步长之间的相关性。因此，仅需要接收较少的码量来解码量化步长。亦即，与示例性实施方式2和4中的视频解码设备相比，本示例性实施方式中的视频解码设备可优化减少量化步长缓冲器的所需容量与减少为了对量化步长进行解码而接收的码量之间的平衡。作为结果，可防止与量化步长的变化相关联的所需存储器大小的增加。
上文描述的每个示例性实施方式不仅可以通过硬件来实现，而且可以通过计算机程序来实现。
图12中所示的信息处理系统包括处理器1001、程序存储器1002、用于存储视频数据的存储介质1003，以及用于存储比特流的存储介质1004。存储介质1003和存储介质1004可以是单独的存储介质，或者是包括在相同存储介质中的存储区域。作为存储介质，可以使用诸如硬盘等磁存储介质。
在图12中所示的信息处理系统中，用于实现图18、图20、图7和图10的每一个中所示的框（包括除缓冲器的框之外，在图1、图3、图4、图6、图8和图11的每一个中示出的框）的功能的程序被存储在程序存储器1002中。处理器1001通过执行根据存储于程序存储器1002中的程序的过程，来实现图18、图20、图7和图10以及图1、图3、图4、图6、图8和图11的每一个中所示的视频编码设备或视频解码设备的功能。
图13是示出根据本发明的视频编码设备中的特征组件的框图。如图13所示，根据本发明的视频编码设备包括：量化步长编码单元11，用于对用来控制量化粒度的量化步长进行编码；以及量化步长下采样单元12，用于下采样一个或多个经编码的量化步长以生成量化步长代表值，其中量化步长编码单元11使用该量化步长代表值来预测量化步长。
视频编码设备还可包括：量化步长下采样控制单元13，用于基于预定操作参数来控制量化步长下采样单元12的操作；以及多路复用单元14，用于在经压缩编码的视频比特流中多路复用量化步长下采样单元12的操作参数的至少一部分。
图14是示出根据本发明的视频解码设备中的特征组件的框图。如图14中所示，根据本发明的视频解码设备包括：量化步长解码单元21，用于对用来控制逆量化粒度的量化步长进行解码；以及量化步长下采样单元22，用于下采样一个或多个经解码的量化步长以生成量化步长代表值，其中量化步长解码单元21使用该量化步长代表值来预测量化步长。
视频解码设备还可包括：量化步长下采样控制单元23，用于基于预定操作参数来控制量化步长下采样单元22的操作；以及解多路复用单元24，用于解多路复用包括量化步长下采样单元12的操作参数的至少一部分的比特流。
图15是示出根据本发明的视频编码方法中的特征步骤的流程图。如图15中所示，视频编码方法包括：对一个或多个经编码的量化步长执行下采样过程以生成量化步长代表值的步骤S11；以及当对用于控制量化粒度的量化步长进行编码时，使用量化步长代表值来预测量化步长的步骤S12。
图16是示出根据本发明的视频解码方法中的特征步骤的流程图。如图16中所示，视频解码方法包括：对一个或多个经解码的量化步长执行下采样过程以生成量化步长代表值的步骤S21；以及当对用于控制量化粒度的量化步长进行解码时，使用量化步长代表值来预测量化步长的步骤S22。
在下文的补充说明中部分地或完整地描述了上文所述的示例性实施方式，但本发明并不局限于以下结构。
（补充说明1）一种视频编码方法，用于将输入的视频数据划分为预定大小的块并对通过划分而获得的每个图像块应用量化，以执行压缩编码过程，该视频编码方法包括：对一个或多个经编码的量化步长执行下采样过程以生成量化步长代表值；以及，当对用于控制量化粒度的量化步长进行编码时，使用量化步长代表值来预测量化步长。
（补充说明2）根据补充说明1的视频编码方法，其中将通过至少使用当前帧中的经编码的量化步长而生成的量化步长代表值，作为量化步长代表值来使用。
（补充说明3）根据补充说明1的视频编码方法，其中将通过至少使用不同帧中的经编码的量化步长而生成的量化步长代表值，作为量化步长代表值来使用。
（补充说明4）根据补充说明1至3中任一项的视频编码方法，包括：基于预定操作参数来控制下采样过程的操作；以及在经压缩编码的视频比特流中，多路复用下采样过程的操作参数的至少一部分。
（补充说明5）根据补充说明4的视频编码方法，其中所述操作参数至少包括下采样因子。
（补充说明6）一种视频解码方法，用于通过对输入的经压缩视频数据应用逆量化来解码图像块，以执行对作为图像块的集合的视频数据的生成过程，该视频解码方法包括：对一个或多个经解码的量化步长执行下采样过程以生成量化步长代表值；以及，当对用于控制量化粒度的量化步长进行解码时，使用量化步长代表值来预测量化步长。
（补充说明7）根据补充说明6的视频解码方法，其中将通过至少使用当前帧中的经解码的量化步长而生成的量化步长代表值，作为量化步长代表值来使用。
（补充说明8）根据补充说明6的视频解码方法，其中将通过至少使用不同帧中的经解码的量化步长而生成的量化步长代表值，作为量化步长代表值来使用。
（补充说明9）根据补充说明6至8中任一项的视频解码方法，包括：解多路复用包括操作参数的至少一部分的比特流；以及基于该操作参数来控制下采样过程的操作。
（补充说明10）根据补充说明9的视频解码方法，其中所述操作参数至少包括下采样因子。
（补充说明11）一种视频编码程序，在视频编码设备中用于将输入的视频数据划分为预定大小的块并对通过划分而获得的每个图像块应用量化，以执行压缩编码过程，该视频编码程序使得计算机执行：对一个或多个经编码的量化步长执行下采样过程、以生成量化步长代表值的过程；以及当对用于控制量化粒度的量化步长进行编码时使用量化步长代表值、来预测量化步长的过程。
（补充说明12）根据补充说明11的视频编码程序，使得计算机执行使用通过至少使用当前帧中的经编码的量化步长而生成的量化步长代表值、来预测量化步长的过程。
（补充说明13）根据补充说明11的视频编码程序，使得计算机执行使用通过至少使用不同帧中的经编码的量化步长而生成的量化步长代表值、来预测量化步长的过程。
（补充说明14）根据补充说明11至13中任一项的视频编码程序，使得计算机执行：基于预定操作参数的下采样过程；以及在经压缩编码的视频比特流中多路复用下采样过程的操作参数的至少一部分的过程。
（补充说明15）根据补充说明14的视频编码程序，使得计算机执行至少使用下采样因子作为操作参数的下采样过程。
（补充说明16）一种视频解码程序，在视频解码设备中用于通过对输入的压缩视频数据应用逆量化来解码图像块以执行对作为图像块的集合的视频数据的生成过程，该视频解码程序使得计算机执行：对一个或多个经解码的量化步长执行下采样过程、以生成量化步长代表值的过程；以及当对用于控制量化粒度的量化步长进行解码时、使用量化步长代表值来预测量化步长的过程。
（补充说明17）根据补充说明16的视频解码程序，使得计算机执行使用通过至少使用当前帧中的经解码的量化步长而生成的量化步长代表值、来预测量化步长的过程。
（补充说明18）根据补充说明16的视频解码程序，使得计算机执行使用通过至少使用不同帧中的经解码的量化步长而生成的量化步长代表值、来预测量化步长的过程。
（补充说明19）根据补充说明16至18中任一项的视频解码程序，使得计算机执行：解多路复用包括操作参数的至少一部分的比特流的过程；以及基于该操作参数的下采样过程。
（补充说明20）根据补充说明19的视频解码程序，使得计算机执行至少使用下采样因子作为操作参数的下采样过程。
虽然已经参考上述示例性实施方式和示例对本发明做出了描述，但本发明并不局限于上述示例性实施方式和示例。在本发明的范围之内可以对本发明的结构和细节做出本领域技术人员所能理解的各种改变。
本申请要求基于2011年6月28日提交的日本专利申请No.2011-143249的优先权，其公开内容整体并入本文。
参考符号列表
11 量化步长编码单元
12 量化步长下采样单元
13 量化步长下采样控制单元
14 多路复用单元
21 量化步长解码单元
22 量化步长下采样单元
23 量化步长下采样控制单元
24 解多路复用单元
101 变频器
102 量化器
103 可变长度编码器
104 量化控制器
105 逆量化器
106 逆变频器
107 帧存储器
108 帧内预测器
109 帧间预测器
110 预测选择器
111 比特流缓冲器
112 量化步长下采样控制器
113 多路复用器
201 可变长度解码器
202 逆量化器
203 逆变频器
204 帧存储器
205 帧内预测器
206 帧间预测器
207 预测选择器
208 比特流缓冲器
209 解多路复用器
210 量化步长下采样控制器
1001 处理器
1002 程序存储器
1003 存储介质
1004 存储介质
10311 量化步长缓冲器
10312 熵编码器
10313 预测量化步长生成器
10314 量化步长下采样器
10315 量化步长上采样器
20111 熵解码器
20112 量化步长缓冲器
20113 预测量化步长生成器
20114 量化步长下采样器
20115 量化步长上采样器

Claims (10)

1.一种视频编码设备，用于将输入的视频数据划分为预定大小的块并且对通过划分而获得的每个图像块应用量化，以执行压缩编码过程，所述视频编码设备包括：
量化步长编码单元，所述量化步长编码单元编码用来控制所述量化的粒度的量化步长；以及
量化步长下采样单元，所述量化步长下采样单元下采样一个或多个经编码的量化步长，以生成量化步长代表值，
其中所述量化步长编码单元使用所述量化步长代表值来预测所述量化步长，以及
其中所述量化步长编码单元包括基于所述预测的量化步长进行熵编码的熵编码器。
2.根据权利要求1所述的视频编码设备，其中所述量化步长编码单元将通过至少使用当前帧中的经编码的量化步长而生成的量化步长代表值，作为所述量化步长代表值来使用。
3.根据权利要求1所述的视频编码设备，其中所述量化步长编码单元将通过至少使用不同帧中的经编码的量化步长而生成的量化步长代表值，作为所述量化步长代表值来使用。
4.根据权利要求1所述的视频编码设备，包括：
量化步长下采样控制单元，所述量化步长下采样控制单元基于预定操作参数来控制所述量化步长下采样单元的操作；以及
多路复用器，所述多路复用器在经压缩编码的视频比特流中，多路复用所述量化步长下采样单元的所述操作参数的至少一部分。
5.根据权利要求4所述的视频编码设备，其中所述操作参数至少包括下采样因子。
6.一种视频解码设备，用于通过对输入的经压缩的视频数据应用逆量化来解码图像块，以执行对作为所述图像块的集合的视频数据的生成过程，所述视频解码设备包括：
量化步长解码单元，所述量化步长解码单元熵解码用来控制所述逆量化的粒度的量化步长；以及
量化步长下采样单元，所述量化步长下采样单元下采样一个或多个经解码的量化步长，以生成量化步长代表值，
其中所述量化步长解码单元使用所述量化步长代表值来预测所述量化步长。
7.根据权利要求6所述的视频解码设备，其中所述量化步长解码单元将通过至少使用当前帧中的经解码的量化步长而生成的量化步长代表值，作为所述量化步长代表值来使用。
8.根据权利要求6所述的视频解码设备，其中所述量化步长解码单元将通过至少使用不同帧中的经解码的量化步长而生成的量化步长代表值，作为所述量化步长代表值来使用。
9.根据权利要求6所述的视频解码设备，包括：
量化步长下采样控制单元，所述量化步长下采样控制单元基于预定操作参数，来控制所述量化步长下采样单元的操作；以及
解多路复用单元，所述解多路复用单元解多路复用包括所述量化步长下采样单元的所述操作参数的至少一部分的比特流。
10.根据权利要求9所述的视频解码设备，其中所述操作参数至少包括下采样因子。
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