CN103765788B - 在视频编码中依据量化矩阵处理变换区块的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种视频编码系统中依据量化矩阵处理区块变换的方法及其系统。本发明的实施方式从一个或多个初始量化矩阵或者一个先前的导出量化矩阵获得一个或多个导出量化矩阵。本发明的一个实施方式中，初始量化矩阵包含4x4以及8x8量化矩阵，可以是预设或者用户定义的。所有大于8x8的量化矩阵从4x4以及8x8初始量化矩阵获得。非方形量化矩阵可从至少一个初始方形量化矩阵或者至少一个导出的方形量化矩阵获得。各个初始量化矩阵可用来获得各自对应的较大的量化矩阵。更进一步，各个初始量化矩阵可从设计为相应变换尺寸的较大量化矩阵获得。同时描述了使能上述量化矩阵的语法设计。

Description

在视频编码中依据量化矩阵处理变换区块的方法与系统
交叉引用
依据2011年8月23日提出的申请号为61/526,453，标题为“Quantization matrix representation for video coding in HEVC”的美国专利临时申请以及依据2012年2月8日提出的申请号为61/596,350，标题为“Quantization matrix representation for video coding in HEVC”的美国专利临时申请，本申请享有优先权。
技术领域
本发明与视频编码有关。具体来说，本发明与视频编码中依据量化矩阵处理变换区块有关。
背景技术
量化矩阵已在多种视频编码标准中采用，例如MEPG2、H.264/AVC中，来提高目标视频质量。每一变换系数依据其各自的量化步长（quantization step）来量化，该量化步长由量化矩阵（或缩放矩阵（scaling matrix）来详细说明。由于其有效性，量化矩阵已在高效能视频编码(High Efficiency Video Coding，以下简称为HEVC)系统中使用。量化矩阵通常与系统所使用的变换具有相同的维度。举例来说,在MEPG2与H.264/AVC中，变换尺寸包含8x8与4x4。因此，量化矩阵的尺寸也支持4x4与8x8。预设量化矩阵以及用户定义量化矩阵在H.264/AVC中被使用。更进一步，H.264/AVC中针对帧内模式（intramode）以及帧间模式（inter mode）分别选择量化矩阵。针对帧内4x4区块、帧间4x4区块、帧内8x8区块以及帧间8x8区块的量化矩阵分别在图1A-1D中显示。编码器能够决定当前图像使用平坦量化矩阵（flat quantization matrices）,预设量化矩阵或者用户定义量化矩阵。如果选择一个用户定义量化矩阵,与量化矩阵有关的信息需合并至比特流，以使得解码器能够修复相关的量化矩阵。
在MEPG2与H.264/AVC中，量化矩阵的最大尺寸是8x8。用来存储预设量化矩阵的存储器相对较小，并且对于编码系统来说并非是一个重要的问题。当使用一个用户定义量化矩阵时,与用户定义量化矩阵相关的数据大小也并非是一个难题。然而，在HEVC中，使用的变换尺寸增加至32x32。举例来说，为了存储两个(帧内以及帧间)4x4预设量化矩阵以及两个8x8预设量化矩阵仅仅需要160字节。使用相同的方法来仅仅存储两个32x32预设量化矩阵将需要2048字节。对于MPEG2/H264/AVC以及HEVC的量化矩阵的总体存储需求分别在表1与表2描述。如表1与表2所示，在HEVC中的量化矩阵所需的数据大小显著增加(增加至18倍之多)。对于高速硬件实现，量化矩阵可以是硬件实现的，并且与量化矩阵有关的数据大小将显著影响系统的性能。因此，需要开发一种新的量化矩阵表达方案，使存储量化矩阵所需的存储空间减少。当使用用户定义量化矩阵时，大的量化矩阵可能消耗更多的珍贵的比特率。因此，对于用户定义量化矩阵的变换来说，也需要开发一种新的量化矩阵表达方案。
表1
表2
发明内容
一种视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法及其系统。本发明的一个实施方式从一个或多个初始量化矩阵或者一个先前的导出量化矩阵获得一个或多个导出量化矩阵。本发明的一个实施方式中，初始量化矩阵包含4x4以及8x8量化矩阵，可以是预设或者用户定义的。在一个实施方式中，所有大于8x8的量化矩阵从4x4以及8x8初始量化矩阵获得。在另一个实施方式中，所有矩形量化矩阵从4x4以及8x8初始量化矩阵获得。
本发明的另一实施方式提供将初始量化矩阵转换为导出量化矩阵的方法。通过空间频率上采样以及线性内插、或者空间频率上采样以及重复采样，将较小的方形初始量化矩阵转换为较大的方形导出量化矩阵。此外，上述转换也可以通过将较小方形初始量化矩阵映射到较大方形导出量化矩阵的低频，并将两个量化矩阵的最小空间频率对准来完成。
本发明的又一实施方式提供获得具有方形尺寸的初始量化矩阵的方法。该初始量化矩阵从一个较大的方形初始量化矩阵获得，其中该较大的初始量化矩阵没有被存储或者传输。可以依据空间频率抽取来执行上述获得程序。此外，可通过将较大的方形初始量化矩阵的低频映射到方形初始量化矩阵，并将两个量化矩阵的最小空间频率对准来完成上述获得程序。
本发明的再一实施方式提供使能量化矩阵表达的语法设计。在序列层合并一个标志来指示对于各自的序列是否使用预设量化矩阵。在图像层或者适应层合并一个标志来指示对于当前图像是否使用序列层量化矩阵。合并语法信息至视频比特流来指示所有大于8x8的尺寸的量化矩阵是从初始量化矩阵获得。合并语法信息至视频比特流来指示所有矩形量化矩阵是从初始量化矩阵获得。
依据本发明的实施方式能够减少较大的量化矩阵相关的变换信息。因此，为视频数据释放出更多的频宽，从而获得更好的系统性能。
附图说明
图1A-D绘示了依据本发明一个实施方式的AVC中使用的针对帧内4x4区块、帧间4x4区块、帧内8x8区块以及帧间8x8区块的量化矩阵。
图2是依据本发明的实施方式通过空间频率上采样以及线性内插将8x8量化矩阵转换为16x16量化矩阵的示意图。
图3A-3B是依据本发明的实施方式通过空间频率上采样以及线性内插将16x16量化矩阵转换为32x32量化矩阵的示意图。
图4A-4C是依据本发明的实施方式从16x16量化矩阵获得4x16量化矩阵以及16x4量化矩阵的示意图。
图5是依据本发明的实施方式从32x32量化矩阵获得32x8量化矩阵的示意图，其中该32x32量化矩阵如图3A以及图3B所示。
图6是依据本发明的实施方式的依据一个4x4以及一个8x8量化矩阵的量化矩阵表达的示意图，其中可从8x8量化矩阵获得16x16以及32x32量化矩阵。
图7是依据本发明的实施方式的依据一个4x4以及三个8x8量化矩阵的量化矩阵表达的示意图，其中可分别从各自对应的8x8量化矩阵获得16x16以及32x32量化矩阵。
图8是依据本发明的实施方式的使能量化矩阵表达的用于HEVC的SPS语法设计的举例说明。
图9是依据本发明的实施方式的使能量化矩阵表达的用于HEVC的PPS语法设计的举例说明。
图10是依据本发明的实施方式的使能量化矩阵表达的用于HEVC的APS语法设计的举例说明。
图11是依据本发明的实施方式的“scaling_list_param()”功能的举例说明。
图12是依据本发明的实施方式的依据初始量化矩阵获得矩形或者较大量化矩阵的语法设计的举例说明。
具体实施方式
为了克服量化矩阵增长的数据大小，本发明的实施方式接收一个或多个初始量化矩阵，并且依据初始量化矩阵获得一个或多个导出量化矩阵。举例来说，一个8x8预设量化矩阵可作为初始量化矩阵。可使用初始8x8量化矩阵来获得16x16导出量化矩阵。进一步可使用16x16导出量化矩阵来获得32x32导出量化矩阵。当使用一个初始量化矩阵来获得一个较大的导出量化矩阵时，获得程序包含空间频率上采样（spatial-frequency up-sampling）通过将初始量化矩阵映射至一个更大的映射量化矩阵，并且通过内插获得映射量化矩阵的剩余元素以获得导出量化矩阵。
举例来说,初始量化矩阵的元素映射至具有相同的空间频率的映射量化矩阵的元素，举例来说，可使用一个初始8x8量化矩阵获得一个16x16量化矩阵。映射16x16量化矩阵可依据以下公式产生：
C16x16[2i][2j]=C8x8[i][j]如果i≤t并且j≤t,(1)
C16x16[2i][2j+1]=C8x8[i][j]如果i≤t并且(j>t或者j=7),(2)
C16x16[2i+1][2j]=C8x8[i][j]如果(i>t或i=7)并且j≤t,(3)
C16x16[2i+1][2j+1]=C8x8[i][j]如果(i>t并且j>t)或(i=j=7),(4)
其中0≤i，j≤7，并且t是小于7的阈值。
映射之后，导出16x16量化矩阵的剩余元素可依据内插产生。举例来说，可使用基于映射的元素的左侧直接相邻以及右侧直接相邻的相邻线性内插等式(5)，或上直接相邻与下直接相邻的相邻线性内插的等式(6)：
C16x16[i+1][j]=(C16x16[i][j]+C16x16[i+2][j]+1)>>1(5)
C16x16[i][j+1]=(C16x16[i][j]+C16x16[i][j+2]+1)>>1(6)
对于导出16x16量化矩阵的元素，当其左侧直接相邻以及右侧直接相邻、或者上直接相邻与下直接相邻并非是一个映射的元素时，则依据等式(7)、(8)、(9)以及(10)进行内插程序:
C16x16[i+1][j]=(C16x16[i][j]*2+C16x16[i+3][j])/3(7)
C16x16[i+2][j]=(C16x16[i][j]+C16x16[i+3][j]*2)/3(8)
C16x16[i][j+1]=(C16x16[i][j]*2+C16x16[i][j+3])/3(9)
C16x16[i][j+2]=(C16x16[i][j]+C16x16[i][j+3]*2)/3(10)
图2是依据本发明的实施方式通过空间频率上采样以及线性内插将8x8量化矩阵转换为16x16量化矩阵的示意图。其中阈值t是4。在这个举例说明中，使用帧内模式8x8量化矩阵作为初始量化，以获得帧内模式的16x16导出量化矩阵。第一步，上述8x8量化矩阵的元素映射至一个映射的16x16量化矩阵中具有相似空间频率的元素位置。映射的元素在图2中用阴影来表示。因此，对于16x16导出量化矩阵决定出64个映射的元素。在等式(1)-(4)中详细说明的映射流程导致任意一个剩余的元素总是在两个已经存在的映射的元素之间，无论是水平来看还是垂直来看。为了使得较小的矩阵与较大的矩阵的尾部位置对准，可使得上采样的间隔并非固定相同。在尽量保持间隔相同的情况下，可调整其中一个间隔使得尾部位置对准。使用等式(1)-(4)中的阈值t来决定调整的间隔的位置。上述映射的方式被称为尾部对准线性空间频率上采样（end-point aligned linear spatial-frequency）。接下来，使用至少两个相邻的映射的元素来内插获得未被阴影覆盖所示的剩余的元素。
在空间频率上采样之后，可先进行水平内插，之后进行垂直内插。举例来说,可先针对行210进行水平内插，接下来针对行220进行水平内插。在行210与行220内插之后，行210与行220的所有元素都可以通过映射或者内插获得。行230可通过针对映射获得的相邻元素或者内插获得的相邻元素进行垂直内插而获得。然而，依据映射得到的相邻元素进行垂直内插并不需要等待水平内插之后进行。更进一步,依据通过水平内插而获得的相邻元素进行针对行230垂直内插可在相应的相邻元素获得之后进行，而无需等待行210与行220中所有的元素都处于可获得状态之后。可使用多种处理程序。举例来说，可在水平内插之后首先进行垂直内插。尽管以上详细描述了尾部对准线性空间频率上采样，但也可使用常用的空间频率上采样，其中等式(1)用来产生所有的较大量化矩阵的上采样元素。在这种情况下，可使用外插（extrapolation）获得在最后的上采样元素之后的剩余元素，而并非使用内插。
相似地，可依据帧间8x8量化矩阵导出帧间16x16量化矩阵。在获得16x16导出量化矩阵之后，可使用相似的流程依据16x16导出量化矩阵来产生32x32导出量化矩阵。图3A-3B是依据本发明的实施方式通过空间频率上采样以及线性内插将16x16量化矩阵转换为32x32量化矩阵的示意图。当阈值t=9时，其中32x32导出量化矩阵的上半部分在图3A中描述，32x32导出量化矩阵的下半部分在图3B中描述。在图3A与图3B中，阴影的区域表明其是从16x16导出量化矩阵的映射获得的元素，其中交叉线阴影区域310表示其是从8x8量化矩阵获得的元素，斜线阴影区域320表示其是从16x16量化矩阵获得的元素。
在本发明的其他实施例中，使用方形量化矩阵作为初始量化矩阵来产生非方形的量化矩阵。更进一步，作为初始量化矩阵的方形量化矩阵可从一个具有较小尺寸的初始量化矩阵导出。举例来说,可使用16x16量化矩阵来获得4x16与16x4量化矩阵，其中16x16量化矩阵可自一个8x8量化矩阵获得。相似地，可使用32x32量化矩阵来获得8x32、32x8量化矩阵，其中32x32量化矩阵可自一个16x16量化矩阵获得。
图4A-4C是依据本发明的实施方式从16x16量化矩阵获得4x16量化矩阵以及16x4量化矩阵的示意图。图4A举例说明了一个初始16x16量化矩阵，该16x16量化矩阵从一个初始8x8量化矩阵获得，其中该初始8x8量化矩阵如图2所示。然而也可使用其他的16x16量化矩阵来获得非方形量化矩阵。为了产生16x4量化矩阵，在垂直跨度区域内选择4行。举例来说，如图4A的阴影410-416所示，选择第0(以0作为开始指标)行、第5行、第10行、第15行以获得量化矩阵16x4。相似地,如图4A的阴影420-426所示，选择第0(以0作为开始指标)列、第5列、第10列、第15列以获得4x16量化矩阵。导出的16x4量化矩阵以及4x16量化矩阵分别如图4B以及图4C所示。由于量化矩阵的任一元素的位置与空间频率相关，如图4A所示的子采样近似于频率抽取（frequency decimation），在该举例说明中，依照4:1抽取。使用特定的行或者列来获得16x4以及4x16量化矩阵仅仅用来举例说明。本领域技术人员可选择其他的行或者列来获得16x4以及4x16量化矩阵。举例来说，可选择第0、4、8以及12行/列，或者选择第3、7、11以及15行/列。可从相应的32x32量化矩阵中选择第0、4、8、12、16、21、26以及31行获得32x8量化矩阵。可从相应的32x32量化矩阵中选择第0、4、8、12、16、23、27以及31列来获得8x32量化矩阵。再次说明，使用特定的行或者列来获得32x8以及8x32量化矩阵仅仅用来举例说明。图5是依据本发明的实施方式从32x32量化矩阵获得32x8量化矩阵的示意图，其中该32x32量化矩阵如图3A以及图3B所示。图5描述了使用32x32量化矩阵的第0、4、8、12、16、21、26以及31行来获得一个32x8量化矩阵，其中该32x32量化矩阵如图3A以及图3B所示。本领域的技术人员可选择其他的行或者列来获得32x8以及8x32量化矩阵。依据本发明的一实施方式，初始量化矩阵包含方形初始量化矩阵，其中该方形初始量化矩阵是预设量化矩阵，并且依据方形初始量化矩阵获得对应至所有矩形变换区块尺寸的导出量化矩阵。
在本发明的另一个举例说明中，从较小的量化矩阵可获得较大的量化矩阵。举例来说，使用4x4、8x8、16x16以及32x32量化矩阵的编码系统可自8x8量化矩阵获得16x16以及32x32量化矩阵，因此，该编码系统仅仅需要存储并且变换4x4以及8x8量化矩阵。图6是依据本发明的实施方式的依据一个4x4以及一个8x8量化矩阵的量化矩阵表达的示意图，其中可从8x8量化矩阵获得16x16以及32x32导出量化矩阵。如果使用预设4x4或者8x8量化矩阵，由于其小尺寸，该量化矩阵可硬件编码至存储器（例如ROM/PROM）或者其他的逻辑电路中。
该预设8x8量化矩阵通常用来最优化8x8变换区块的性能。因此依据初始8x8量化矩阵获得的16x16或者32x32导出量化矩阵，对于16x16或者32x32变换区块来说，其表现性能可能不能与专为16x16或者32x32变换区块设计的16x16或者32x32量化矩阵一样好。因此本发明的另一个实施方式利用一个单独的8x8量化矩阵来获得一个16x16导出量化矩阵，利用另外一个单独的8x8量化矩阵来获得一个32x32导出量化矩阵，以增进系统性能。该分别用来获得16x16以及32x32导出量化矩阵的单独的8x8量化矩阵可分别从专为16x16或者32x32变换区块设计的16x16或者32x32量化矩阵的下采样（down-sampling）获得。该量化矩阵在图7中描述，图7是依据本发明的实施方式的依据一个4x4以及三个8x8量化矩阵的量化矩阵表达的示意图，其中可分别从各自对应的8x8量化矩阵获得16x16以及32x32量化矩阵。其中一个初始量化矩阵具有4x4的尺寸，三个初始量化矩阵具有8x8的尺寸。该16x16以及32x32量化矩阵分别从各自对应的8x8量化矩阵获得。与图6所示的量化矩阵比较而言，图7所示的量化矩阵需要多存储两个8x8量化矩阵。
在图6与图7中，该初始4x4以及8x8量化矩阵可以是预设量化矩阵或者用户定义量化矩阵。在16x16以及32x32量化矩阵分别依据各自对应的8x8量化矩阵获得的情况下，该独自的8x8量化矩阵可分别依据预设或者用户定义16x16以及32x32量化矩阵下采样而获得。
有多种方式从较大的量化矩阵经过下采样获得较小的量化矩阵。这些方法可归类为两种形式，一种是在较大的量化矩阵进行平均的下采样，另外一种是在频率较低区域进行密集的下采样。举例来说，依据如下等式，一个16x16或者32x32量化矩阵可经过平均的下采样来产生一个8x8量化矩阵
C8x8[i][j]=C16x16[i<<1][j<<1],i=0,…,7;j=0,…,7,(11)
C8x8[i][j]=C32x32[i<<2][j<<2],i=0,…,7;j=0,…,7.(12)
如上所述，该量化矩阵的元素的位置与空间频率相关。等式(11)与(12)所示的子采样近似于频率抽取，该举例说明中，依照2：1以及4:1抽取。上述下采样模式也可包含一个空间偏移。举例来说，该下采样模式为向右以及向下偏移一个位置，即C8x8[0][0]=C16x16[1][1]。本发明的实施方式也包含尾部对准线性空间频率下采样（end-pointaligned linear down-sampling），其与图2所示的尾部对准线性空间频率上采样的逆程序对应。相似的，32x32量化矩阵对应的8x8量化矩阵也可通过尾部对准线性空间频率下采样获得。
在另一个举例说明中，依据如下等式，16x16或者32x32量化矩阵的较低频率的元素可映射至一个8x8量化矩阵：
C8x8[i][j]=C16x16[i][j],i=0,…,7;j=0,…,7,(13)
C8x8[i][j]=C32x32[i][j],i=0,…,7;j=0,…,7.(14)
在上述举例说明中，两个相应量化矩阵的最低频率的部分对准，即C8x8[0][0]=C16x16[0][0]并且C8x8[0][0]=C32x32[0][0]。
在本发明的一个实施方式中，使用线性内插来从较小的量化矩阵产生较大的量化矩阵。如果较小的量化矩阵是从初始的较大的量化矩阵经过平均的下采样获得，可在该下采样模式中使用线性内插。举例来说，使用内插从8x8量化矩阵获得16x16导出量化矩阵，如下所示：C2Nx2N[2i][2j]=CNxN[i][j],i=0,…,N-1;j=0,…,N-1,(15)
C2Nx2N[2i][2j+1]=(CNxN[i][j]+CNxN[i][j+1])>>1,i=0,…,N-1;j=0,…,N-2,(16)
C2Nx2N[2i+1][2j]=(CNxN[i][j]+CNxN[i+1][j])>>1,i=0,…,N-2;j=0,…,N-1,(17)
C2Nx2N[2i+1][2j+1]=(CNxN[i][j]+CNxN[i][j+1]]+CNxN[i+1][j]+CNxN[i+1][j+1])>>2,i=0,…,N-2;j=0,…,N-2,(18)
C2Nx2N[i][2N-1]=C2Nx2N[i][2N-2],i=0,…,2N-2,(19)
C2Nx2N[2N-1][j]=C2Nx2N[2N-2][j],j=0,…,2N-1,(20)
其中N=8。
在等式(15)中，使用线性空间频率上采样，8x8量化矩阵的元素映射至具有相似空间频率的16x16量化矩阵的元素。在等式(16)中进行垂直内插，接下来在等式(17)进行水平内插，以分别在垂直方向以及水平方式产生两个相邻映射元素之间的数据。等式(18)使用二维内插来产生四个映射的相邻的元素之间的数据。等式(19)-(20)使用外插，分别在垂直方向以及水平方式产生两个相邻映射元素之间的数据，其中该举例说明仅仅为获得数据外插的一种方式。等式(13)-(20)描述了使用线性内插/外插，自8x8矩阵获得16x16矩阵。然而，也可使用其他的内插方法，例如等式(1)-(10)所示的插值方法。在垂直方向与水平方向的其它处理流程也可使用。在获得16x16量化矩阵之后，可使用重复采样（sample repetition），从而自导出16x16量化矩阵获得32x32量化矩阵：
C’2Nx2N[2i][2j]=C’NxN[i][j],i=0,…,N-1;j=0,…,N-1,(21)
C’2Nx2N[2i][2j+1]=C’NxN[i][j],i=0,…,N-1;j=0,…,N-1,(22)
C’2Nx2N[2i+1][2j]=C’NxN[i][j],i=0,…,N-1;j=0,…,N-1,(23)
C’2Nx2N[2i+1][2j+1]=C’NxN[i][j],i=0,…,N-1;j=0,…,N-1.(24)
其中C’NxN代表16x16量化矩阵，C’2Nx2N代表32x32量化矩阵，N=16。尽管上述说明了使用重复采样来内插/外插该16x16量化矩阵，以获得32x32量化矩阵，本发明的其他实施方式中也可以使用其他的内插/外插类型。等式(15)-(24)所示的方法使用线性内插，自8x8量化矩阵获得16x16量化矩阵。在获得16x16量化矩阵之后，依据获得的16x16量化矩阵采用重复采样的方法来获得32x32量化矩阵。依据如下等式，从8x8量化矩阵单纯依据重复采样的方法获得16x16以及32x32量化矩阵：
C16x16[i][j]=C8x8[i>>1][j>>1],i=0,…,15;j=0,…,15,(25)
C32x32[i][j]=C8x8[i>>2][j>>2],i=0,…,31;j=0,…,31.(26)
如果通过将较大量化矩阵的低频部分映射到较小量化矩阵，来实现较小量化矩阵的下变换（down-converted），可使用一个相应的上变换（up-conversion）方法来从较小量化矩阵获得较大量化矩阵。举例来说，可使用内插/外插，从8x8量化矩阵上变换获得16x16导出量化矩阵，如下所示：
C16x16[i][j]=C8x8[i][j],如果i<8;j<8,(27)
C16x16[i][j]=C16x16[i-1][j]+1,如果i≥8;j<8,(28)
C16x16[i][j]=C16x16[i][j-1]+1,其他。(29)
可使用内插/外插，从8x8量化矩阵上变换获得32x32导出量化矩阵，如下所示：
C32x32[i][j]=C8x8[i][j],如果i<8;j<8,(30)
C32x32[i][j]=C8x8[7][j]+((i–7)>>1),如果i≥8;j<8,(31)
C32x32[i][j]=C8x8[i][7]+((j–7)>>1),其他。(32)
如等式(27)-(32)所示的，获得较大量化矩阵的流程可分为两部分。第一部分是将较小量化矩阵映射至较大量化矩阵的低频元素，如等式(27)以及(30)所示。第二部分是通过外插数据获得较大量化矩阵的剩余元素。在上述举例说明中，先执行水平方向的外插，之后执行垂直方向的外插，也可以先执行垂直方向的外插，后执行水平方向的外插。更进一步，尽管上述举例说明中使用了一维外插，本领域技术人员可了解，在第一部分之后，也可使用二维内插/外插来产生剩余元素的数据。在本发明的实施方式中，初始量化矩阵包含4x4量化矩阵以及8x8量化矩阵，其中该4x4量化矩阵以及该8x8量化矩阵是预设量化矩阵或用户定义量化矩阵，并且依据初始量化矩阵获得所有大于8x8的方形变换区块尺寸的导出量化矩阵对应。
本发明的一个实施方式提供的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法及其系统，该方法包含：接收一个或多个初始量化矩阵，任一初始量化矩阵具有一个第一尺寸；从该一个或多个初始量化矩阵，获得一个或多个导出量化矩阵，任一导出量化矩阵具有一个第二尺寸；接收具有一个区块尺寸的一个变换区块，其中该变换区块与图像相关，并且其中该区块尺寸等于多个第一尺寸之一或者多个第二尺寸之一；如果该区块尺寸等于该多个第一尺寸之一，依据该一个或者多个初始量化矩阵中独自对应的一个处理该变换区块；并且如果该区块尺寸等于该多个第二尺寸之一，依据该一个或者多个导出量化矩阵中独自对应的一个处理该变换区块。
为了使得使用如上所述的量化矩阵表达的编码系统可执行，以下描述了一组语法设计。该组语法添加至序列参数集原始字节序列载荷语法(Sequence Parameter Set RBSP Syntax，可简称为序列参数集RBSP语法，以下简称为SPS)、图像参数集原始字节序列载荷语法(PictureParameter Set RBSP Syntax，可简称为图像参数集RBSP语法，以下简称为PPS)或者适应参数集原始字节序列载荷语法(Adaptation ParameterSet RBSP Syntax，可简称为适应参数集RBSP语法，以下简称为APS)，来将该量化矩阵有关的信息传达给解码器。
以HEVC的序列层（sequence level）来说明，在SPS中使用seq_quant_matrix_present_flag来指示是否该序列的整体都使用量化矩阵，如果该序列的整体都使用量化矩阵，对于每一个变换尺寸、每一个颜色或者频道(例如,Y,U,V)检查seq_quant_matrix_present_idx，来决定每一个特定的变换尺寸以及每一个频道是否使用量化矩阵。如果判断结果为是，并且变换尺寸是4x4或者8x8，则使用用户定义量化矩阵。可使用熵编码（Entropy coding）来减少用户定义量化矩阵相关的数据速率。否则，检查implicit_quant_matrix_present_idx来决定矩形量化矩阵以及较大量化矩阵是否从4x4以及8x8量化矩阵获得。如果implicit_quant_matrix_present_idx并非逻辑真，用户定义量化矩阵合并至视频比特流。该用户定义量化矩阵是熵编码的。合并语法信息来指示导出量化矩阵的尺寸是否包含与区块尺寸相关的所有矩形尺寸。例如图11中所示的代码for(SizeID=0;SizeID<4;SizeID++)。合并语法信息来指示导出量化矩阵的尺寸包含与区块尺寸相关的所有大于8x8的尺寸。例如图8中所示的代码quant_matrix_id<12。图8是依据本发明的实施方式的使能量化矩阵表达的用于HEVC的SPS语法设计的举例说明。
以HEVC的图像层（picture level）来说明，在PPS中使用pic_quant_matrix_present_flag来指示是否当前图像使用量化矩阵。例如以HEVC的适应层（adaptation level）来说明，在APS中使用pic_quant_matrix_present_flag来指示是否当前图像使用量化矩阵。图9是依据本发明的实施方式的使能量化矩阵表达的用于HEVC的PPS语法设计的举例说明。图10是依据本发明的实施方式的使能量化矩阵表达的用于HEVC的APS语法设计的举例说明。在图像层或者适应层合并一个标志来指示是否从初始量化矩阵获得序列层量化矩阵，其中该初始量化矩阵包含4x4量化矩阵以及8x8量化矩阵。如下举例说明中的语法可以合并至图9中的PPS或者图10中的APS。如果“pic_quant_matrix_present_flag”是逻辑真，引发“scaling_list_param()”功能。图11是依据本发明的实施方式的“scaling_list_param()”功能的举例说明。对于矩形并且较大的量化矩阵，可在其对应的初始量化矩阵解码时获得。图12是依据本发明的实施方式的依据初始量化矩阵获得矩形或者较大量化矩阵的语法设计的举例说明。图9至图12所示的语法设计可解释为实现本发明的实施方式的一种举例说明，图8至图12中包含了语法代码与描述符，本领域技术人员可了解依据本发明的精神的其它语法设计来完成本发明。
当使用用户定义量化矩阵时，依据本发明的实施方式能够减少较大的量化矩阵相关的变换信息。因此，为视频数据释放出更多的频宽，从而获得更好的系统性能。比较而言，如果依据HEVC测试4.0版(HEVC-4.0)编码系统，其中使用4x4、8x8、16x4、4x16、16x16、32x8、8x32、32x32的区块尺寸。在传统的使用中，需要变换比特流中所有的区块尺寸的用户定义量化矩阵。另一方面，依据本发明的实施方式，仅仅在比特流中合并了4x4以及8x8用户定义量化矩阵。其他的量化矩阵从4x4以及8x8量化矩阵变换导出。因变换量化矩阵而节省的比特率可被基础视频数据使用，因此增进系统性能。上述系统性能以BD率（Bjontegaard Distortion-rate）来测量，其中一个负值表明与传统的、没有主观质量退化的系统相比的系统性能与BD率的增加。
表3举例说明了高效能（High Efficiency，以下简称为HE)编码配置以及低复杂度(Low Complexity，以下简称为LC)编码配置之间的比较。在这两种情况下，系统性能都增加了10%以上。表4举例说明了随机存取高效能（Random Access HE)编码配置以及随机存取低复杂度(Random Access LC)编码配置之间的比较。在这两种情况下，系统性能都增加了40%以上。表5举例说明了针对B帧的低延迟高效能（LowDelay HE)编码配置以及低延迟低复杂度(Low Delay LC)编码配置之间的比较。在这两种情况下，系统性能都增加了50%以上。表6举例说明了针对P帧的低延迟高效能（Low Delay HE)编码配置以及低延迟低复杂度(Low Delay LC)编码配置之间的比较。在这两种情况下，系统性能都增加了50%以上。
表3
表4
表5
表6
上述描述仅仅用来帮助本领域技术人员在一种特定的应用需求下依据本发明的实施方式实现本发明。本领域技术人员可了解多种的变型方式。并且如上所述的本发明的基本思想可应用在其他的实施方式中。因此，本发明并非限制于如上所述的具体的实施方式，而是包含了符合本发明的精神的最大范围。在如上所述中，多种详细描述的细节仅仅用来帮助提供本发明的整理理解。本领域技术人员可在实施中具体实现。
本发明的如上所述的实施方式可使用多种硬件、软件编码、或者两者的结合来实现。举例来说，本发明的一个实施方式是一个整合至视频压缩芯片的一个电路结构，或者是整合至视频压缩软件的一段执行上述流程的视频压缩软件。本发明的一个实施方式可编码至数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP)，以执行上述程序。本发明也可包含一些计算机处理器、数字信号处理器、微处理器、或者现场可编辑逻辑门阵列(field programmable gate array，FPGA)执行的功能来执行上述程序。这些处理器可配置为依据本发明执行特定的工作，通过执行机器可读软件代码或者固件代码来定义本发明所述的特定方法。上述软件代码或者固件代码可以用不同的程序语言或者以不同的形式或者种类来开发。上述软件代码可以在不同的目标平台配置。然而，软件代码的不同的代码格式、不同的代码种类或者不同的代码语言都不应该偏离本发明的精神。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (24)

1.一种视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，该方法包含：
接收一个或多个初始量化矩阵，任一初始量化矩阵具有一个第一尺寸；
从该一个或多个初始量化矩阵，获得一个或多个导出量化矩阵，任一导出量化矩阵具有一个第二尺寸，其中该第二尺寸与该第一尺寸不同；
接收具有一个区块尺寸的一个变换区块，其中该变换区块与图像相关，并且其中该区块尺寸等于该一个或多个第一尺寸之一或者该一个或多个第二尺寸之一；
如果该区块尺寸等于该一个或多个第一尺寸之一，依据该一个或者多个初始量化矩阵中独自对应的一个处理该变换区块；并且
如果该区块尺寸等于该一个或多个第二尺寸之一，依据该一个或者多个导出量化矩阵中独自对应的一个处理该变换区块。
2.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个初始量化矩阵包含4x4量化矩阵以及8x8量化矩阵，其中该4x4量化矩阵以及该8x8量化矩阵是预设量化矩阵，并且其中该一个或多个导出量化矩阵对应至所有区块尺寸大于8x8的方形变换区块。
3.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个初始量化矩阵包含一个或多个方形初始量化矩阵，其中该一个或多个方形初始量化矩阵是预设量化矩 阵，并且其中该一个或多个导出量化矩阵对应至所有矩形尺寸的变换区块。
4.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个初始量化矩阵包含4x4量化矩阵以及8x8量化矩阵，其中该4x4量化矩阵以及8x8量化矩阵是用户定义量化矩阵，并且其中该一个或多个导出量化矩阵对应至所有区块尺寸大于8x8的方形变换区块。
5.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个初始量化矩阵包含一个或多个方形初始量化矩阵，其中该一个或多个方形初始量化矩阵是用户定义量化矩阵，并且其中该一个或多个导出量化矩阵对应至所有矩形尺寸的变换区块。
6.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，在序列层合并一个标志来指示对于单独的一个序列的整体是否使用量化矩阵。
7.根据权利要求6所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，如果该序列的整体都使用量化矩阵，对于一个 变换尺寸、一个颜色或者频道检查一个标志，来决定该变换尺寸以及该频道是否使用量化矩阵。
8.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，在图像层或适应层合并一个标志来指示对于当前图像是否使用量化矩阵。
9.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，在图像层合并一个标志来指示是否从该一个或多个初始量化矩阵获得序列层量化矩阵，其中该一个或多个初始量化矩阵包含4x4量化矩阵以及8x8量化矩阵。
10.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，在适应层合并一个标志来指示是否从该一个或多个初始量化矩阵获得序列层量化矩阵，其中该一个或多个初始量化矩阵包含4x4量化矩阵以及8x8量化矩阵。
11.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个初始量化矩阵包含4x4量化矩阵以及8x8量化矩阵，并且该一个或多个导出量化矩阵包含16x16量化矩阵以及32x32量化矩阵。
12.根据权利要求11所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个导出量化矩阵进一步包含16x4、4x16、32x8以及8x32量化矩阵。
13.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，在视频比特流中，合并语法信息来指示该一个或多个第二尺寸包含与该区块尺寸相关的所有矩形尺寸。
14.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，在视频比特流中，合并语法信息来指示该一个或多个第二尺寸包含与该区块尺寸相关的所有大于8x8的尺寸。
15.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该获得该一个或多个导出量化矩阵的步骤是通过空间频率上采样以及线性内插/外插、或者空间频率上采样以及重复采样来转换一个方形初始量化矩阵至一个方形导出量化矩阵，其中该方形初始量化矩阵的尺寸小于该方形导出量化矩阵的尺寸。
16.根据权利要求15所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该空间频率上采样包含尾部对准空间频率上采样。
17.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该获得该一个或多个导出量化矩阵的步骤是通过将一个方形初始量化矩阵的最低空间频率对应的元素与一个方形导出量化矩阵的最低空间频率对应的元素对准，来将该方形初始量化矩阵映射至该方形导出量化矩阵的低频部分，该获得该一个或多个导出量化矩阵的步骤使用数据外插产生该方形导出量化矩阵的剩余元素，其中该方形初始量化矩阵的尺寸小于该方形导出量化矩阵的尺寸。
18.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个导出量化矩阵包含一个或多个导出的矩形量化矩阵，并且该一个或多个导出的矩形量化矩阵是使用空间频率抽取来从各自对应的方形导出量化矩阵获得。
19.根据权利要求1所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个初始量化矩阵包含一个或多个方形初始量化矩阵，其中该一个或多个方形初始量化矩阵是从各自对应的一个或多个较大方形初始量化矩阵转换而来，其中该一个或多个较大方形初始量化矩阵不包含该一个或多个初始量化矩阵，并且该一个或多个较大方形初始量化矩阵的尺寸大于该一个或多个初始量化矩阵的尺寸。
20.根据权利要求19所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个初始量化矩阵包含第一8x8方形初始量化矩阵以及第二8x8方形初始量化矩阵，其中该第一8x8方形初始量化矩阵从一个16x16方形初始量化矩阵转换而来，并且其中该第二8x8方形初始量化矩阵从一个32x32方形初始量化矩阵转换而来。
21.根据权利要求19所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个方形初始量化矩阵是从各自对应的一个或多个较大方形初始量化矩阵通过空间频率抽取而获得。
22.根据权利要求19所述的视频编码系统中依据量化矩阵处理变换区块的方法，其特征在于，该一个或多个方形初始量化矩阵是依据将该各自对应的一个或多个较大方形初始量化矩阵的低空间频率元素对应到该一个或多个方形初始量化矩阵而获得，其中该一个或多个方形初始量化矩阵与其各自对应的一个或多个较大方形初始量化矩阵的最低空间频率对准。
23.一种依据量化矩阵处理变换区块的视频编码系统，该系统包含：
第一电路，配置为：
接收一个或多个初始量化矩阵，任一初始量化矩阵具有一个第一尺寸；
从该一个或多个初始量化矩阵获得一个或多个导出量化矩阵，任一导出量化矩阵具有一个第二尺寸，其中该第二尺寸与该第一 尺寸不同；
接收具有区块尺寸的变换区块，其中该区块尺寸等于多个第一尺寸之一或者多个第二尺寸之一；
如果该区块尺寸等于该多个第一尺寸之一，依据该一个或者多个初始量化矩阵中各自对应的一个处理该变换区块；并且
如果该区块尺寸等于该多个第二尺寸之一，依据该一个或者多个导出量化矩阵中各自对应的一个处理该变换区块。
24.根据权利要求23所述的依据量化矩阵处理变换区块的视频编码系统，其特征在于，进一步包含第二电路，其中该一个或多个初始量化矩阵包含一个或多个方形初始量化矩阵，并且该一个或多个方形初始量化矩阵在该第二电路中硬件编码。
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