CN104853199B - 对视频数据进行解码的设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种对视频数据进行解码的设备。一种包括帧内预测的视频解码方法。所述方法包括：在从接收的比特流解析编码视频的块的符号时解析所述块的最可能模式MPM标志；基于MPM标志确定是否使用数量固定的多个候选帧内预测模式来预测所述块的帧内预测模式；如果基于MPM标志确定使用所述多个候选帧内预测模式，则基于与所述块相邻的左块和上块的帧内预测模式确定数量固定的所述多个候选帧内预测模式，同时在完成所述块的符号的解析之后，通过使用解析的符号来恢复所述块的帧内预测模式。

Description

对视频数据进行解码的设备
本申请是申请日为2012年6月27日、申请号为201280042660.5、题为“使用帧内预测对视频编码的方法和设备及对视频解码的方法和设备”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及通过使用帧内预测进行编码和解码。
背景技术
随着用于再现和存储高分辨率或高质量视频内容的硬件正被开发和提供，越来越需要用于对高分辨率或高质量视频内容进行有效编码或解码的视频编解码器。在传统的视频编解码器中，基于具有预定尺寸的宏块根据有限的编码方法来对视频进行编码。
通过使用频率变换将空间域中的图像数据变换成频域中的系数。视频编解码器将图像划分成预定尺寸的块以快速地执行频率变换，并对每个块执行离散余弦变换(DCT)以对块单元的频率系数进行编码。频域中的系数比空间域中的图像数据更容易被压缩。具体地，由于可通过视频编解码器的帧间预测或帧内预测将空间域中的图像像素值表示为预测误差，因此，当对预测误差执行频率变换时，大量的数据会被转换成“0”。视频编解码器通过使用小容量的数据代替被连续和重复产生的数据来减少数据量。
发明内容
技术问题
本发明提供一种用于通过使用帧内预测在帧内预测模式下执行预测编码的对视频进行编码的方法和设备以及用于对视频进行解码的方法和设备。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种包括帧内预测的视频解码方法，所述方法包括：在从接收的比特流解析编码视频的块的符号时解析所述块的最可能模式MPM标志；基于MPM标志确定是否使用数量固定的多个候选帧内预测模式来预测所述块的帧内预测模式；如果基于MPM标志确定使用所述多个候选帧内预测模式，则基于与所述块相邻的左块和上块的帧内预测模式确定数量固定的所述多个候选帧内预测模式，同时在完成所述块的符号的解析之后，通过使用解析的符号来恢复所述块的帧内预测模式；通过使用确定的所述多个候选帧内预测模式来预测所述块的帧内预测模式；通过使用预测的帧内预测模式对所述块执行帧内预测。
有益效果
根据本实施例的视频编码和本实施例的视频解码，当通过使用候选帧内预测模式预测帧内预测模式时假设恒定数量的候选帧内预测模式，因此，可解析MPM标志和当前帧内模式信息而不考虑在符号解析处理期间候选帧内预测模式的数量改变的情况，从而降低解析操作的复杂度。
附图说明
通过参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明上述及其它特点和优点将变得更加清楚，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的用于对视频进行编码的设备的框图；
图2是根据本发明的实施例的用于对视频进行解码的设备的框图；
图3是示出根据本发明的实施例的被参考以预测帧内预测模式的相邻预测单元的示图；
图4是示出根据本发明的实施例的在基于根据树结构的编码单元的视频编码中被参考以预测帧内预测模式的预测单元的示图；
图5是示出根据本发明的实施例的视频编码方法的流程图；
图6是示出根据本发明的实施例的视频解码方法的流程图；
图7是根据本发明的实施例的基于树结构的编码单元的视频编码设备的框图；
图8是根据本发明的实施例的基于树结构的编码单元的视频解码设备的框图；
图9是根据本发明的实施例的用于描述编码单元的概念的示图；
图10是根据本发明的实施例的基于编码单元的图像编码器的框图；
图11是根据本发明的实施例的基于编码单元的图像解码器的框图；
图12是示出根据本发明的实施例的根据深度的编码单元和分区的示图；
图13是用于描述根据本发明的实施例的编码单元和变换单元之间的关系的示图；
图14是用于描述根据本发明的实施例的与编码的深度相应的编码单元的编码信息的示图；
图15是根据本发明的实施例的根据深度的编码单元的示图。
图16至图18是用于描述根据本发明的实施例的编码单元、预测单元和变换单元之间的关系的示图；
图19是用于描述根据表1的编码模式信息的编码单元、预测单元或分区和变换单元之间的关系的示图。
最佳实施方式
根据本发明的一方面，提供一种包括帧内预测的视频解码方法，所述方法包括：在从接收的比特流解析编码视频的块的符号时解析所述块的最可能模式MPM标志；基于MPM标志确定是否使用数量固定的多个候选帧内预测模式来预测所述块的帧内预测模式；如果基于MPM标志确定使用所述多个候选帧内预测模式，则基于与所述块相邻的左块和上块的帧内预测模式确定数量固定的所述多个候选帧内预测模式，同时在完成所述块的符号的解析之后，通过使用解析的符号来恢复所述块的帧内预测模式；通过使用确定的所述多个候选帧内预测模式来预测所述块的帧内预测模式；通过使用预测的帧内预测模式对所述块执行帧内预测。
确定所述多个候选帧内预测模式的步骤可包括：当左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同时，基于左块的帧内预测模式将默认帧内预测模式确定为所述多个候选帧内预测模式。
确定所述多个帧内预测模式的步骤可包括：当左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同时通过使用左块的帧内预测模式来确定所述多个候选帧内预测模式。
确定所述多个帧内预测模式的步骤可包括：当左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此不同时，将所述多个候选帧内预测模式之中的两个候选帧内预测模式确定为左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式。
解析的步骤可包括：如果基于MPM标志确定使用所述多个帧内预测模式来确定所述块的帧内预测模式，则从比特流解析表示所述多个候选帧内预测模式之一的索引信息，预测块的帧内预测模式的步骤可包括：将基于索引信息在所述多个候选帧内预测模式之中选择的一个候选帧内预测模式确定为所述块的帧内预测模式。
解析的步骤可包括：如果基于MPM标志确定所述块的帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同，则从比特流解析所述块的当前帧内模式信息，预测所述块的帧内预测模式的步骤可包括：从所述解析的块的当前帧内模式信息解释所述块的帧内预测模式与所述多个候选帧内预测模式之间的关系，并基于解释结果确定所述块的帧内预测模式。
根据本发明的另一方面，提供一种包括帧内预测的视频编码方法，所述方法包括：将通过对视频中的块的帧内预测确定的所述块的帧内预测模式和与所述块相邻的左块和上块的帧内预测模式进行比较；对表示左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中是否存在与所述块的帧内预测模式相同的最可能模式MPM标志进行编码；如果左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中存在与所述块的帧内预测模式相同的帧内预测模式，则即使在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同或彼此不同时，也确定数量固定的多个候选帧内预测模式；对基于所述多个候选帧内预测模式确定的所述块的当前帧内模式信息进行编码。
确定所述多个候选帧内预测模式的步骤可包括：当左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同时，基于左块的帧内预测模式将默认帧内预测模式确定为所述多个候选帧内预测模式。
确定所述多个候选帧内预测模式的步骤可包括：当左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同时，通过使用左块的帧内预测模式来确定所述多个候选帧内预测模式。
确定所述多个候选帧内预测模式的步骤可包括：当左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此不同时，将所述多个候选帧内预测模式之中的两个候选帧内预测模式确定为左块和上块的帧内预测模式。
对所述块的当前帧内模式信息进行编码的步骤可包括：在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中存在与所述块的帧内预测模式相同的帧内预测模式的情况下，对表示所述多个候选帧内预测模式之中的与所述块的帧内预测模式对应的候选帧内预测模式的索引信息进行编码。
对所述块的当前帧内模式信息进行编码的步骤可包括：当所述块的帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同时，确定表示所述块的帧内预测模式与候选帧内预测模式之间的关系的块的当前帧内模式信息；对块的当前帧内模式信息进行编码。
根据本发明的另一方面，提供一种包括帧内预测的视频解码设备，所述设备包括：解析单元，在从接收的比特流解析编码视频的块的符号时解析所述块的最可能模式MPM标志，并基于MPM标志确定是否使用数量固定的多个候选帧内预测模式来预测所述块的帧内预测模式；帧内预测单元，当基于MPM标志确定使用所述多个候选帧内预测模式时，基于与所述块相邻的左块和上块的帧内预测模式确定数量固定的所述多个候选帧内预测模式，同时在完成所述块的符号的解析之后，通过使用解析的符号来恢复所述块的帧内预测模式，通过使用确定的所述多个候选帧内预测模式来预测所述块的帧内预测模式，并通过使用预测的帧内预测模式对所述块执行帧内预测。
根据本发明的另一方面，提供一种视频编码设备，包括：帧内预测单元，针对块执行帧内预测以对视频进行编码；符号编码单元，用于对通过所述块的帧内预测产生的符号进行编码，其中，符号编码单元将通过对视频中的所述块的帧内预测确定的所述块的帧内预测模式和与所述块相邻的左块和上块的帧内预测模式进行比较，并对表示在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中是否存在与所述块的帧内预测模式相同的帧内预测模式的最可能模式MPM标志进行编码，如果在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中存在与所述块的帧内预测模式相同的帧内预测模式，则即使在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同或彼此不同时，符号编码单元也确定数量固定的多个候选帧内预测模式，并对基于所述多个候选帧内预测模式确定的所述块的当前帧内模式信息进行编码。
根据本发明的另一方面，提供一种在其上记录有用于执行上述方法的程序的计算机可读记录介质。
具体实施方式
在下文中，将参照图1至图6来描述根据本发明的实施例的基于帧内预测模式预测方法的视频编码方法和视频解码方法。此外，将参照图7至图19描述根据本发明的实施例的将帧内预测模式的预测方案用于基于树结构的编码单元的视频编码方法和视频解码方法的实施例。在下文中，术语“图像”可表示视频的静止图像或可表示运动图像(即，视频本身)。
首先，将参照图1至图6描述根据本发明的实施例的基于帧内预测模式预测方法的视频编码方法和视频解码方法。
图1是根据本发明的实施例的视频编码设备10的框图。
视频编码设备10可通过帧内预测/帧间预测、变换、量化和符号编码对空间域的视频数据进行编码。在下文中，将描述用于对通过视频编码设备10的帧内预测产生的符号进行编码的操作。
视频编码设备10包括帧内预测单元12和符号编码单元14。
本实施例的视频编码设备10将视频的图像数据划分为多个数据单元，并可对每个数据单元执行编码。数据单元可形成为正方形、矩形或任意几何形状。本发明不限于预定尺寸的数据单元。为了便于描述，将描述针对作为一种数据单元的“块”的视频编码方法。然而，根据本发明的实施例的视频编码方法不限于针对“块”的视频编码方法，而可被应用于各种数据单元。
帧内预测单元12针对视频的块执行帧内预测。帧内预测单元12可确定用于针对每个块执行帧内预测的帧内预测模式，其中，帧内预测模式表示参考信息位于相邻信息之中的方向。帧内预测单元12可根据一种帧内预测模式针对当前块执行帧内预测。
根据本实施例的帧内预测方法，可参照相邻块的帧内预测模式对当前块的帧内预测模式(在下文中称为当前帧内预测模式)进行预测。符号编码单元14可对当前帧内预测模式的预测信息进行编码。
符号编码单元12可将通过当前块的帧内预测确定的当前帧内预测模式与和与当前块相邻的相邻块之中的左块和上块的帧内预测模式进行比较，以对当前帧内预测模式进行预测。
例如，符号编码单元14可对最可能模式(MPM)标志进行编码，其中，MPM标志表示在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中是否存在与当前帧内预测模式相同的帧内预测模式。
例如，如果在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中存在与当前帧内预测模式相同的模式，则即使当左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同或彼此不同时，符号编码单元14也可确定数量固定的多个候选帧内预测模式。例如，如果在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中存在与当前帧内预测模式相同的模式，则在针对当前帧内预测模式存在三个候选帧内预测模式的假设下，符号编码单元14可对当前帧内模式信息进行编码。作为另一示例，可总是在存在两个候选帧内预测模式的假设下对当前帧内模式信息进行编码。符号编码单元14基于多个候选帧内预测模式确定当前块的当前帧内模式信息，并对当前帧内模式信息进行编码。当前帧内模式信息可以是表示候选帧内预测模式之一的索引信息或表示当前帧内模式的索引信息。
如果在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中存在与当前帧内预测模式相同的模式，则符号编码单元14可确定用于预测当前帧内预测模式的两个或更多个候选帧内预测模式，而不考虑左帧内预测模式和上帧内预测模式是否彼此相同。例如，多个候选帧内预测模式(例如，两个、三个或四个候选帧内预测模式)可用于确定当前帧内预测模式。
此外，在存在固定数量的候选帧内预测模式的假设下对符号进行编码而不考虑候选帧内预测模式的数量改变的情况，从而可简化帧内模式的编码操作。
如果左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同，则本实施例的符号编码单元14可基于左块的帧内预测模式将默认帧内预测模式确定为多个候选帧内预测模式。根据另一实施例，如果左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同，则符号编码单元14可通过更改左块的帧内预测模式来确定多个候选帧内预测模式。
根据实施例，如果左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此不同，则符号编码单元14可将多个候选帧内预测模式之中的两个候选帧内预测模式分别确定为左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式。
根据实施例，符号编码单元14可基于多个候选帧内预测模式对表示与当前帧内预测模式对应的候选帧内预测模式的信息进行编码。
根据实施例，如果在左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式之中存在与当前块的帧内预测模式相同的帧内预测模式，则符号编码单元14可对表示多个候选帧内预测模式之中的与当前帧内预测模式对应的候选帧内预测模式的索引信息进行编码。
根据实施例，如果当前块的帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同，则符号编码单元14可对表示当前块的帧内预测模式的当前帧内预测模式信息进行编码。
根据另一实施例，符号编码单元14可对表示候选帧内预测模式与当前帧内预测模式之间的关系的当前帧内模式信息进行编码，使得即使在当前块的帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同时也可从多个候选帧内预测模式推断当前帧内预测模式。在这种情况下，即使当前块的帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同，符号编码单元14也确定多个候选帧内预测模式并基于所述多个候选帧内预测模式对当前帧内模式信息进行编码。
因此，符号编码单元14可在针对当前块而编码的MPM标志之后输出当前帧内模式信息。
此外，符号编码单元14可对表示候选帧内预测模式的数量的信息进行编码。
实施例的符号编码单元14可对作为当前块的帧内预测的结果产生的残差数据的量化的变换系数进行编码。
因此，本实施例的视频编码设备10可对作为视频的块的帧内预测的结果产生的符号进行编码并输出所述符号。
本实施例的视频编码设备10可包括用于总体控制帧内预测单元12和符号编码单元14的中央处理器(未示出)。另外，可由专属处理器(未示出)分别驱动帧内预测单元12和符号编码单元14，并且可由处理器(未示出)的系统操作总体驱动视频编码设备10。另外，可由根据实施例的视频编码设备10的外部处理器(未示出)控制帧内预测单元12和符号编码单元14。
根据实施例，视频编码设备10可包括用于存储帧内预测单元12和符号编码单元14的输入/输出数据的一个或更多个数据存储单元(未示出)。视频编码设备10可包括用于控制数据存储单元(未示出)的数据输入/输出的存储器控制器(未示出)。
根据本实施例，视频编码设备10可通过结合安装在其中的视频编码处理器或外部视频编码处理器进行操作来执行包括预测和变换的视频编码操作，以输出视频编码结果。根据实施例的视频编码设备10中的内部视频编码处理器可包括以下情况：视频编码设备10或者中央计算装置或图形计算装置包括用于执行基本视频编码操作的视频编码处理模块以及单独的处理器。
图2是根据本发明的实施例的视频解码设备20的框图。
视频解码设备20可通过解析、符号解码、反量化、逆变换或帧内预测/运动补偿对由视频编码设备10编码的视频数据进行解码,来恢复与空间域的原始视频数据相似的视频数据。在下文中，将描述从比特流解析用于帧内预测的符号并从解析的符号恢复帧内预测模式的处理。
本实施例的视频解码设备20包括解析单元22和帧内预测单元24。
视频解码设备20可接收写入了视频的编码数据的比特流。解析单元22可从比特流解析符号。
本实施例的解析单元22可从比特流解析作为针对视频的块的帧内预测结果而产生的符号。
解析单元22可在从接收的比特流解析视频块的符号期间解析块的MPM标志。
本实施例的解析单元22可基于解析的当前块的MPM标志确定固定数量的多个候选帧内预测模式是否被用于预测当前块的帧内预测模式。
在使用候选帧内预测模式的情况下，由于假设恒定数量的候选帧内预测模式，因此解析单元22可解析当前帧内模式信息，而不考虑在解析MPM标志之后候选帧内预测模式的数量改变的情况。在通过解析单元22解析与当前块的帧内预测相关的符号之后，帧内预测单元24可通过使用解析的符号恢复用于帧内预测的数据，例如，当前块的帧内预测模式。可从由解析单元22解析的数据恢复作为当前块的帧内预测的结果产生的残差数据的量化的变换系数。
在基于MPM标志确定使用多个候选帧内预测模式的情况下，本实施例的帧内预测单元24可确定数量固定的多个候选帧内预测模式，以预测当前块的帧内预测模式，同时通过使用解析的块的符号来恢复当前块的当前帧内预测模式。例如，帧内预测单元24可通过经常使用三个候选帧内预测模式来预测当前帧内预测模式。作为另一示例，帧内预测单元24可假设经常使用两个候选帧内预测模式。
本实施例的帧内预测单元24可基于与当前块相邻的左块和上块的帧内预测模式确定多个候选帧内预测模式。
本实施例的帧内预测单元24可从解析的当前块的符号恢复帧内预测模式。帧内预测单元24可通过使用帧内预测模式对当前块执行帧内预测。
在从比特流解析出当前块的残差数据的量化的变换系数的情况下，视频解码设备20可通过反量化和逆变换从残差数据的量化的变换系数恢复空间域的残差数据。帧内预测单元24可通过使用帧内预测模式针对当前块的空间域的残差数据执行帧内预测。
即使在当前块的左块的帧内预测模式与当前块的上块的帧内预测模式彼此相同或彼此不同时，根据本实施例的帧内预测单元24也可确定多个候选帧内预测模式，以预测当前帧内预测模式。因此，帧内预测单元24可确定多个帧内预测模式而不考虑左块的帧内预测模式与上块的帧内预测模式是否彼此相同。
如果左块的帧内预测模式与上块的帧内预测模式彼此相同，则本实施例的帧内预测单元24可基于左块的帧内预测模式将默认帧内预测模式确定为多个候选帧内预测模式。例如，当左块的帧内预测模式为预定帧内预测模式时，可将多个候选帧内预测模式确定为包括多个默认帧内预测模式。
作为另一示例，如果左块的帧内预测模式与上块的帧内预测模式彼此相同，则帧内预测单元24可通过使用左块的帧内预测模式来确定多个候选帧内预测模式。例如，当左块的帧内预测模式为预定帧内预测模式时，可将多个候选帧内预测模式确定为包括从左块的帧内预测模式借来或更改的值。
如果左块的帧内预测模式与上块的帧内预测模式彼此不同，则本实施例的帧内预测单元24可采用左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式作为多个候选帧内预测模式之中的两个候选帧内预测模式。
本实施例的解析单元22可在从比特流解析当前块的符号时解析MPM标志之后的当前帧内模式信息。
如果基于解析的MPM标志确定多个候选帧内预测模式用于确定当前帧内预测模式，则本实施例的解析单元22可将表示多个候选帧内预测模式之中的一个候选帧内预测模式的索引信息解析为当前帧内模式信息。帧内预测单元24可将基于索引信息从多个候选帧内预测模式之中选择的一个候选预测模式确定为当前帧内预测模式。
在基于MPM标志的当前块的帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同的情况下，本实施例的解析单元22可将准确地表示当前块的帧内预测方向的帧内预测模式的索引解析为当前帧内模式信息。因此，帧内预测单元24可直接从当前帧内模式信息确定当前块的帧内模式。
作为另一示例，帧内预测单元24可基于当前块的当前帧内模式信息和多个候选帧内预测模式确定块的帧内预测模式。例如，可从当前帧内模式信息解释候选帧内预测模式与当前帧内预测模式之间的关系。在这种情况下，即使在当前帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同时，帧内预测单元24也确定多个候选帧内预测模式，并可通过使用当前帧内模式信息从候选帧内预测模式推断来确定当前帧内预测模式。
本实施例的视频解码设备20可包括控制解析单元22和帧内预测单元24的中央处理器(未示出)。另外，可由专属处理器(未示出)分别驱动解析单元22和帧内预测单元24，并且可由处理器(未示出)的系统操作总体驱动视频解码设备20。另外，可由根据实施例的视频解码设备20的外部处理器(未示出)控制解析单元22和帧内预测单元24。
根据实施例，视频解码设备20可包括用于存储解析单元22和帧内预测单元24的输入/输出数据的一个或更多个数据存储单元(未示出)。视频解码设备20可包括用于控制数据存储单元(未示出)的数据输入/输出的存储器控制器(未示出)。
根据本实施例，视频解码设备20可通过结合安装在其中的视频解码处理器或外部视频解码处理器进行操作来执行包括逆变换的视频解码操作，以通过视频解码恢复视频。根据实施例的视频解码设备20中的内部视频解码处理器可包括以下情况：视频解码设备20或者中央计算装置或图形计算装置包括用于执行基本视频解码操作的视频解码处理模块以及单独的处理器。
根据参照图1和图2描述的视频编码设备10和视频解码设备20，在通过从比特流解析块的符号来恢复帧内预测模式时，解析包括MPM标志和当前帧内模式信息的块的符号，随后，可基于解析的符号之中的MPM标志和当前帧内模式信息来恢复当前帧内预测模式。因此，从比特流解析块的符号的处理和从解析的符号恢复帧内预测模式的处理可彼此分开。除非符号的解析处理和恢复处理分开，否则在解析符号时必须恢复符号并且再次解析符号，也就是说，重复块符号的解析操作和恢复操作，从而降低了解码处理的效率。因此根据本实施例的视频编码设备10和视频解码设备20，在解析符号期间，帧内预测模式的解析处理和恢复处理分开，从而提高了解码处理的效率。
如果候选帧内预测模式的数量根据即使存在多个候选帧内预测模式时的情况变化，则解析处理变得复杂，这是因为当解析帧内相关信息时必须考虑根据候选帧内预测模式的数量的变化。然而，根据本实施例的视频解码设备20，当通过使用候选帧内预测模式预测帧内预测模式时假设恒定数量的候选帧内预测模式，因此，可解析MPM标志和当前帧内模式信息而不考虑在符号解析处理期间候选帧内预测模式的数量改变的情况，从而降低了解析操作的复杂度。
在下文中，将描述可在根据本发明的实施例的视频编码设备10和视频解码设备20中实现的用于预测帧内预测模式的实施例。
图3是示出根据本发明的实施例的被参考以预测帧内预测模式的块的示图。
将预测单元(PU)示出为块的示例。在基于根据树结构的编码单元的视频编码方法中，PU为用于通过每个编码单元执行预测的数据单元。根据本实施例的视频编码设备10和视频解码设备20不限于具有固定尺寸的PU，而可针对各种尺寸的PU执行预测。之后将参照图7至图19描述基于根据树结构的编码单元的视频解码方法和PU。在下文中，将描述用于预测PU的帧内预测模式的实施例；然而，上述实施例可相似地应用于各种类型的块。
根据本实施例的视频编码设备10可确定在左PU 32和上PU 33的帧内预测模式之中是否存在与当前PU 30的当前预测模式相同的帧内预测模式，以预测根据本实施例的当前PU 30的帧内预测模式。可根据确定结果对MPM标志进行编码。
例如，如果左PU 32和上PU 33的帧内预测模式与当前帧内预测模式不同，则MPM标志被编码为“0”，如果左PU 32的帧内预测模式和上PU 33的帧内预测模式中的至少一个与当前帧内预测模式相同，则MPM标志可被编码为“1”。
在下文中，为了便于描述，将左PU 32和上PU 33的帧内预测模式称为左帧内预测模式和上帧内预测模式。
如果左/上帧内预测模式与当前帧内预测模式不同，则可对表示当前帧内预测模式的当前帧内模式信息进行编码。
如果在左帧内预测模式和上帧内预测模式之中存在与当前帧内预测模式相同的帧内预测模式，则可确定用于预测当前帧内预测模式的两个或更多个不同的候选帧内预测模式。候选帧内预测模式可以是具有高概率被预测为当前帧内预测模式的帧内预测模式。
两个候选帧内预测模式可以是左帧内预测模式和上帧内预测模式。
<MPM确定等式1>
MPM0＝min(leftIntraMode,aboveInftraMode)；
MPM1＝max(leftIntraMode,aboveInftraMode)；
在MPM确定等式1中，MPM0和MPM1分别为第一等级候选帧内预测模式和第二等级帧内预测模式。min(A,B)为用于输出A和B之中的较小值的函数，max(A,B)为用于输出A和B之中的较大值的函数。
在MPM确定等式1中，leftIntraMode和aboveInftraMode分别为左帧内预测模式的索引和上帧内预测模式的索引。较小的索引被分配给高产生概率的帧内预测模式或优选采用的帧内预测模式。
即，根据MPM确定等式1，左帧内预测模式和上帧内预测模式的索引按递增次序与第一等级候选帧内预测模式和第二等级候选帧内预测模式进行映射，因此，左帧内预测模式和上帧内预测模式可按产生概率或优先级的顺序被采用为候选帧内预测模式。
上述情况还被应用于视频解码设备20。在从比特流解析MPM标志之后左帧内预测模式和上帧内预测模式与当前帧内预测模式不同，从比特流解析表示当下的帧内预测模式的当前帧内模式信息，并且当在左帧内预测模式和上帧内预测模式之中存在与当前帧内预测模式相同的帧内预测模式时，可确定用于预测当前帧内预测模式的两个或更多个不同的候选帧内预测模式。
然而，当左帧内预测模式和上帧内预测模式彼此相同时，即使左帧内预测模式和上帧内预测模式被采用为候选帧内预测模式，也不确定多个候选帧内预测模式。
在下文中，假设在左帧内预测模式和上帧内预测模式之中存在与当前帧内预测模式相同的帧内预测模式，并且左帧内预测模式和上帧内预测模式彼此相同，将描述用于确定多个不同的候选帧内预测模式的实施例。
1.多个候选帧内预测模式可包括不同的默认帧内预测模式。可采用具有高产生概率的帧内预测模式、具有良好预测功能的帧内预测模式或与左帧内预测模式相似的模式作为根据本实施例的默认帧内预测模式。具有高产生概率的预测模式或具有良好预测功能的预测模式可包括DC预测模式、平面(planar)模式和垂直方向预测模式(在下文中称为垂直模式)。
在帧内预测模式之中根据平面模式执行帧内预测的情况下，PU中的像素的亮度具有渐变形状并可被预测为沿预定方向逐渐变亮或变暗。
例如，在左帧内预测模式为DC预测模式或平面模式的情况下，三个候选帧内预测模式为默认帧内预测模式，即，DC预测模式、平面模式和垂直模式。
2.多个候选帧内预测模式可包括左帧内预测模式和默认帧内预测模式。
<MPM确定等式2>
根据MPM确定等式2，在确定左帧内预测模式和上帧内预测模式之后，可通过MPM确定等式1确定候选帧内预测模式。
根据MPM确定等式2，如果左帧内预测模式和上帧内预测模式均为DC帧内预测模式，则上帧内预测模式可被改变为平面模式(或具有索引0的帧内预测模式)。在这种情况下，根据MPM确定等式1，候选帧内预测模式可包括DC预测模式，其中，DC预测模式是左帧内预测模式或平面模式(或索引0的帧内预测模式)。
此外，根据MPM确定等式2，在左帧内预测模式和上帧内预测模式中的至少一个不是DC帧内预测模式的情况下，上帧内预测模式可被改变为DC帧内预测模式。在这种情况下，根据MPM确定等式1，候选帧内预测模式可包括左帧内预测模式或DC帧内预测模式。
3.多个候选帧内预测模式可被改变为使用左帧内预测模式的值或从左帧内预测模式被更改。
例如，在左帧内预测模式为预定方向的帧内预测模式的情况下，候选帧内预测模式包括左帧内预测模式并可包括与从表示左帧内预测模式的索引增大或减小预定偏移的索引对应的帧内预测模式。
<MPM确定等式3>
MPM0＝leftIntraMode；
MPM1＝leftIntraMode-n；
MPM2＝leftIntraMode+n；
根据MPM确定等式3，左帧内预测模式可被采用为第一等级候选帧内预测模式，具有比左帧内预测模式的索引小n那么多的索引的帧内预测模式可被采用为第二等级候选帧内预测模式，具有比左帧内预测模式的索引大n那么多的索引的帧内预测模式可被采用为第三等级候选帧内预测模式。这里，n可以为整数，例如，1、2、……
4.可通过使用示出左帧内预测模式的值与相应候选帧内预测模式之间的相关性的查找表来确定多个候选帧内预测模式。即，可基于查找表来选择与左帧内预测模式映射的多个候选帧内预测模式。因为根据以上描述的1、2和3中的左帧内预测模式确定候选帧内预测模式，因此可得出与根据左帧内预测模式的查找表映射方法的结果相似的结果。
5.候选帧内预测模式的查找表包括作为第一等级的左帧内预测模式，并可包括作为第二等级的按减小次序具有高产生频率的帧内预测模式等。
6.确定较早被编码(解码)的每个帧内预测模式的产生频率或统计概率，可将具有高统计概率的帧内预测模式采用为候选帧内预测模式。
7.如果在除了左PU和上PU之外的相邻PU之中的帧内预测模式与左PU和上PU的帧内预测模式不同，则候选帧内预测模式可包括左(上)帧内预测模式和检测的相邻PU的帧内预测模式。
现在将参照图4描述以上7.的示例。
图4示出在基于根据树结构的编码单元的视频编码中被参考以预测帧内预测模式的PU的示例。
为了预测当前PU 40的帧内预测模式，可利用最高优先级参考左PU 41和上PU 42。如果存在许多与当前PU 40的左边界或上边界相邻的PU，则可优先地参考与当前PU 40的左上采样相邻的左PU 41的帧内预测模式和上PU42的帧内预测模式。
如果左PU 41的帧内预测模式和上PU 42的帧内预测模式彼此相同，则可参考与当前PU 40相邻的相邻PU之中的除了左PU 41和上PU 42之外的预定位置的相邻PU的帧内预测模式。例如，可参考左上PU 45、右上PU 47和左下PU 40的帧内预测模式。如果左上PU 45的帧内预测模式、右上PU 47的帧内预测模式和左下PU 49的帧内预测模式之一与左PU 41的帧内预测模式和上PU 42的帧内预测模式不同，则可将其采用为候选帧内预测模式。
例如，第一等级候选帧内预测模式可以是左PU 41的帧内预测模式和上PU 42的帧内预测模式。按预定次序检测在左上PU 45、右上PU 47和左下PU 49的帧内预测模式之中是否存在与左PU 41和上PU 42的帧内预测模式不同的帧内预测模式，并且首先检测到的帧内预测模式可被采用为第二等级候选帧内预测模式。
作为另一示例，如果左PU 41和上PU 42的帧内预测模式彼此相同，则按预定次序依次检测在除了左PU和上PU之外的相邻PU 43、PU 44、PU45、PU47和PU 49的帧内预测模式之中是否存在与左PU 41和上PU 42的帧内预测模式不同的帧内预测模式，可将首先检测到的帧内预测模式采用为第二等级候选预测模式。
更详细地，从右上PU 47开始，将帧内预测模式与左PU 41的帧内预测模式和上PU42的帧内预测模式进行比较，并可通过沿位于当前PU 40的上部的相邻PU 47、PU 44和PU45搜索是否存在具有与左PU 41和上PU 42的帧内预测模式不同的帧内预测模式的PU来确定帧内预测模式。可将首先检测到的帧内预测模式采用为第二等级候选帧内预测模式。
在搜索左上PU 45之后，如果不存在与左PU 41和上PU 42的帧内预测模式不同的帧内预测模式，则可通过从左下PU 49开始沿位于当前PU 40的左侧的相邻PU向上搜索是否存在具有与左PU 41和上PU 42的帧内预测模式不同的帧内预测模式的PU来确定帧内预测模式。可将首先检测到的帧内预测模式采用为第二等级候选帧内预测模式。
在以上实施例中，从右上PU 47开始搜索位于当前PU的上部分上的相邻PU，随后，从左下PU 49开始搜索位于当前PU的左侧的相邻PU；然而，以上搜索次序可改变。
在左帧内预测模式和上帧内预测模式之一与当前帧内预测模式相同并且左帧内预测模式和上帧内预测模式彼此相同的情况下，以上描述用于确定多个不同的候选帧内预测模式的各种实施例。
如上所述，在左帧内预测模式和上帧内预测模式之一与当前预测模式相同并且左帧内预测模式和上帧内预测模式彼此不同或彼此相同的情况下，本实施例的视频编码设备10和视频解码设备20可通过使用彼此总是不同的多个候选帧内预测模式来预测当前帧内预测模式。
因此，如果相邻左块和相邻上块的帧内预测模式彼此相同，则视频编码设备10不需要对表示候选帧内预测模式的数量改变的情况的信息进行编码，并可仅对作为与帧内预测模式相关的信息的MPM标志和当前帧内模式信息进行编码。
因此，根据本实施例的视频解码设备20仅在与当前块的帧内预测相关的信息的解析处理期间解析MPM标志和当前帧内模式信息，而不需要确定相邻左块和相邻上块的帧内预测模式是否彼此相同。由于不需要确定左块和上块的帧内预测模式是否彼此相同，因此不需要恢复左块和上块的帧内预测模式。此外，由于省略从在符号的解析期间解析的符号恢复帧内预测模式和再次解析符号的处理，因此可迅速执行帧内预测模式的解析处理。这样，可提高包括解析和恢复帧内预测模式的解码处理的效率。
此外，省略用于仅处理一个候选帧内预测模式的帧内预测模式的预测模式，因此，可简化解码处理。
图5是示出根据本发明的实施例的视频编码方法的流程图。
在操作S51，将通过视频块之中的当前块的帧内预测确定的帧内预测模式与和当前块相邻的左块和上块的帧内预测模式进行比较。
在操作S53，对表示在当前块的左块和上块的帧内预测模式之中是否存在与当前块的帧内预测模式相同的帧内预测模式的MPM标志进行编码。
在操作S55，如果在左块和上块的帧内预测模式之中存在与当前块的帧内预测模式相同的帧内预测模式，则即使左块和上块的帧内预测模式彼此不同或彼此相同，也确定数量固定的多个候选帧内预测模式。
在操作S57，对基于多个候选帧内预测模式确定的当前块的当前帧内模式信息进行编码。
在操作S55，如果左块和上块的帧内预测模式彼此相同，则可基于左块的帧内预测模式将默认帧内预测模式确定为多个候选帧内预测模式。
此外，在左块和上块的帧内预测模式彼此相同的情况下，可通过使用左块的帧内预测模式来确定多个候选帧内预测模式。
此外，如果左块和上块的帧内预测模式彼此不同，则可将多个候选帧内预测模式之中的两个候选帧内预测模式确定为左块和上块的帧内预测模式。
在操作S57，如果在左块和上块的帧内预测模式之中存在与当前块的帧内预测模式相同的帧内预测模式，则可对表示多个候选帧内预测模式之中的与当前块的帧内预测模式对应的候选帧内预测模式的索引信息进行编码。
此外，在操作S55，即使当前块的帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同时，也基于当前块的帧内预测模式和多个候选帧内预测模式确定当前块的当前帧内预测模式，并且因此，在操作S57，可对表示当前帧内预测模式和候选帧内预测模式之间的关系的当前帧内模式信息进行编码。
图6是示出根据本发明的实施例的视频解码方法的流程图。
在操作S61，在从接收的比特流解析编码块的块之中的当前块的符号时解析当前块的MPM标志。
在操作S63，确定是否使用了数量固定的多个候选帧内预测模式，以便基于MPM标志预测当前块的帧内预测模式。
在操作S65，在解析块符号之后，通过使用解析的符号来恢复当前块的帧内预测模式。在操作S63基于MPM标志确定使用多个候选帧内预测模式的情况下，可确定数量固定的多个候选帧内预测模式，以便在操作S65基于与当前块相邻的左块和上块的帧内预测模式预测当前块的帧内预测模式。可通过使用确定的多个候选帧内预测模式来预测当前块的帧内预测模式。
在操作S67，通过使用操作S65中预测的帧内预测模式来执行对当前块的帧内预测。
当在操作S65确定多个候选帧内预测模式时，如果左块和上块的帧内预测模式彼此相同，则可基于左块的帧内预测模式将默认帧内预测模式确定为多个候选帧内预测模式。
此外，如果左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此相同，则可通过使用左块的帧内预测模式来确定多个候选帧内预测模式。
当在操作S65确定多个候选帧内预测模式时，如果左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式彼此不同，则可将多个候选帧内预测模式之中的两个候选帧内预测模式确定为左块的帧内预测模式和上块的帧内预测模式。
如果在操作S63基于MPM标志确定使用多个帧内预测模式以便预测当前块的帧内预测模式，则可从比特流解析表示多个候选帧内预测模式之一的索引信息。在这种情况下，在操作S65，可将基于索引信息在多个候选帧内预测模式之中选择的一个候选帧内预测模式确定为当前块的帧内预测模式。
此外，在操作S63基于MPM标志确定当前块的帧内预测模式与左块和上块的帧内预测模式不同的情况下，还可从比特流解析当前块的当前帧内模式信息。在这种情况下，在操作S64，从解析的当前块的当前帧内模式信息解释当前块的帧内预测模式与多个候选帧内预测模式之间的关系，并且可基于解释结果确定块的帧内预测模式。
如上所述，在根据实施例的视频编码设备10和根据本发明的另一实施例的视频解码设备20中，从视频数据划分的块被划分为树结构的编码单元，并且PU用于针对编码单元执行帧内预测。在下文中，将参照图7至图19描述用于基于树结构的编码单元和变换单元对视频进行编码的方法和设备以及对视频进行解码的方法和设备。
图7是根据本发明的实施例的基于根据树结构的编码单元的视频编码设备100的框图。
执行根据本发明的基于树结构的编码单元的视频预测的视频编码设备100包括最大编码单元划分器110、编码单元确定器120和输出单元130。在下文中，为了便于描述，执行根据本发明的基于树结构的编码单元的视频预测的视频编码设备100将被称为视频编码设备100。
最大编码单元划分器110可基于最大编码单元来划分图像的当前画面。如果当前画面大于最大编码单元，则当前画面的图像数据可被划分为至少一个最大编码单元。根据本发明的实施例的最大编码单元可以是具有32×32、64×64、128×128、256×256等尺寸的数据单元，其中，数据单元的形状是宽度和长度均为2的若干次方的正方形。图像数据可根据所述至少一个最大编码单元被输出到编码单元确定器120。
根据本发明的实施例的编码单元可以由最大尺寸和深度来表征。深度表示编码单元在空间上从最大编码单元被划分的次数，并且随着深度加深，根据深度的较深层的编码单元可从最大编码单元被划分为最小编码单元。最大编码单元的深度是最高深度，最小编码单元的深度是最低深度。由于与每个深度相应的编码单元的尺寸随着最大编码单元的深度加深而减小，因此与上级深度相应的编码单元可包括与下级深度相应的多个编码单元。
如上所述，当前画面的图像数据根据编码单元的最大尺寸被划分为最大编码单元，并且每个最大编码单元可包括根据深度被划分的较深层的编码单元。由于根据本发明的实施例的最大编码单元根据深度被划分，因此包括在最大编码单元中的空间域的图像数据可根据深度被分层分类。
限制最大编码单元的高度和宽度被分层划分的总次数的编码单元的最大深度和最大尺寸可以被预先确定。
编码单元确定器120对通过根据深度划分最大编码单元的区域所获得的至少一个划分区域进行编码，并根据所述至少一个划分区域确定用于最终输出编码的图像数据的深度。换句话说，编码单元确定器120通过根据当前画面的最大编码单元对根据深度的较深层的编码单元中的图像数据进行编码并选择具有最小编码误差的深度来确定编码深度。将针对每个最大编码单元确定的编码深度和图像数据输出到输出单元130。
基于与等于或低于最大深度的至少一个深度相应的较深层的编码单元对最大编码单元中的图像数据进行编码，并且基于每个较深层的编码单元比较对图像数据进行编码的结果。在比较较深层的编码单元的编码误差之后，可选择具有最小编码误差的深度。可针对每个最大编码单元选择至少一个编码深度。
随着编码单元根据深度被分层划分，并且随着编码单元的数量增加，最大编码单元的尺寸被划分。此外，即使编码单元在一个最大编码单元中对应于相同深度，也通过分别测量每个编码单元的图像数据的编码误差来确定是否将与该相同深度相应的编码单元中的每一个划分到更低的深度。因此，即使当图像数据被包括在一个最大编码单元中时，图像数据也被划分为根据深度的区域，并且编码误差可根据所述一个最大编码单元中的区域而不同，因此，编码深度可根据图像数据中的区域而不同。因此，可在一个最大编码单元中确定一个或更多个编码深度，并且可根据至少一个编码深度的编码单元划分最大编码单元的图像数据。
因此，编码单元确定器120可确定包括在最大编码单元中的具有树结构的编码单元。根据本发明的实施例的“具有树结构的编码单元”包括包含在最大编码单元中的所有较深层的编码单元中的与被确定为编码深度的深度相应的编码单元。编码深度的编码单元可在最大编码单元的相同区域中根据深度被分层确定，并且可在不同区域中被独立地确定。类似地，当前区域中的编码深度可独立于另一区域中的编码深度而被确定。
根据本发明的实施例的最大深度是与从最大编码单元到最小编码单元的划分的次数相关的索引。根据本发明的实施例的第一最大深度可表示从最大编码单元到最小编码单元的划分的总次数。根据本发明的实施例的第二最大深度可表示从最大编码单元到最小编码单元的深度级的总数。例如，当最大编码单元的深度是0时，最大编码单元被划分一次的编码单元的深度可被设置为1，最大编码单元被划分两次的编码单元的深度可被设置为2。这里，如果最小编码单元是最大编码单元被划分四次的编码单元，则存在深度为0、1、2、3和4的5个深度级，因此，第一最大深度可被设置为4，第二最大深度可被设置为5。
可根据最大编码单元执行预测编码和变换。根据最大编码单元，还基于根据等于最大深度的深度或小于最大深度的深度的较深层的编码单元执行预测编码和变换。
由于每当最大编码单元根据深度被划分时较深层的编码单元的数量增加，因此对随着深度加深产生的所有较深层的编码单元执行包括预测编码和变换的编码。为了便于描述，现在将基于最大编码单元中的当前深度的编码单元描述预测编码和变换。
视频编码设备100可不同地选择用于对图像数据进行编码的数据单元的尺寸或形状。为了对图像数据进行编码，执行诸如预测编码、变换和熵编码的操作，此时，可针对所有操作使用相同的数据单元，或者可针对每个操作使用不同的数据单元。
例如，视频编码设备100可不仅选择用于对图像数据进行编码的编码单元，而且选择与编码单元不同的数据单元，以对编码单元中的图像数据执行预测编码。
为了在最大编码单元中执行预测编码，可基于与编码深度相应的编码单元，即，基于不再被划分为与更低深度相应的编码单元的编码单元，执行预测编码。下文中，不再被划分并且变为用于预测编码的基本单元的编码单元现在将被称为“预测单元”。通过划分预测单元所获得的分区可包括通过划分预测单元的高度和宽度中的至少一个所获得的预测单元或数据单元。分区可以是通过划分编码单元的预测单元获得的数据单元，并且预测单元可以是与编码单元的尺寸具有相同尺寸的分区。
例如，当2N×2N(其中，N是正整数)的编码单元不再被划分并且变为2N×2N的预测单元时，分区的尺寸可以是2N×2N、2N×N、N×2N或N×N。分区类型的示例包括通过对称地划分预测单元的高度或宽度所获得的对称分区、通过非对称地划分预测单元的高度或宽度(诸如1:n或n:1)所获得的分区、通过在几何上划分预测单元所获得的分区以及具有任意形状的分区。
预测单元的预测模式可以是帧内模式、帧间模式和跳过模式中的至少一种。例如，可对2N×2N、2N×N、N×2N或N×N的分区执行帧内模式或帧间模式。此外，可仅对2N×2N的分区执行跳过模式。在编码单元中对一个预测单元独立地执行编码，从而选择具有最小编码误差的预测模式。
视频编码设备100还可不仅基于用于对图像数据进行编码的编码单元而且基于与编码单元不同的数据单元来对编码单元中的图像数据执行变换。为了在编码单元中执行变换，可基于具有小于或等于编码单元的尺寸的数据单元来执行变换。例如，用于变换的数据单元可包括用于帧内模式的数据单元和用于帧间模式的数据单元。
与编码单元类似地，编码单元中的变换单元可递归地被划分为更小尺寸的区域，使得变换单元可在区域的单元中被单独地确定。因此，可以按照根据变换深度的具有树结构的变换单元来划分编码单元中的残差数据。
还可在变换单元中设置指示通过划分编码单元的高度和宽度而达到变换单元的划分的次数的变换深度。例如，在2N×2N的当前编码单元中，当变换单元的尺寸也是2N×2N时，变换深度可以是0，当变换单元尺寸是N×N时，变换深度可以是1，当变换单元尺寸是N/2×N/2时，变换深度可以是2。换句话说，可根据树结构设置变换单元。
根据与编码深度相应的编码单元的编码信息不仅需要关于编码深度的信息，而且需要关于与预测编码和变换相关的信息。因此，编码单元确定器120不仅确定具有最小编码误差的编码深度，而且确定预测单元中的分区类型、根据预测单元的预测模式以及用于变换的变换单元的尺寸。
稍后将参照图7至图19详细地描述根据本发明的实施例的最大编码单元中的根据树结构的编码单元以及确定预测单元/分区和变换单元的方法。
编码单元确定器120可通过使用基于拉格朗日乘子的率失真优化来测量根据深度的较深层的编码单元的编码误差。
输出单元130以比特流形式输出基于由编码单元确定器120确定的至少一个编码深度被编码的最大编码单元的图像数据以及关于根据编码深度的编码模式的信息。
可通过对图像的残差数据进行编码来获得编码的图像数据。
关于根据编码深度的编码模式的信息可包括关于编码深度、关于预测单元中的分区类型、预测模式和变换单元的尺寸的信息。
关于编码深度的信息可通过使用根据深度的划分信息来定义，其表示是否对更低深度(而非当前深度)的编码单元执行编码。如果当前编码单元的当前深度是编码深度，则当前编码单元中的图像数据被编码和输出，因此，划分信息可被定义为不将当前编码单元划分到更低深度。可选地，如果当前编码单元的当前深度不是编码深度，则对更低深度的编码单元执行编码，因此，划分信息可被定义为划分当前编码单元以获得更低深度的编码单元。
如果当前深度不是编码深度，则对被划分为更低深度的编码单元的编码单元执行编码。由于在当前深度的一个编码单元中存在更低深度的至少一个编码单元，因此，对更低深度的每个编码单元重复地执行编码，从而可针对具有相同深度的编码单元递归地执行编码。
由于针对一个最大编码单元确定具有树结构的编码单元，并且针对编码深度的编码单元确定关于至少一个编码模式的信息，因此，可针对一个最大编码单元确定关于至少一个编码模式的信息。此外，最大编码单元的图像数据的编码深度可根据位置而不同，这是因为图像数据根据深度被分层划分，因此，可针对图像数据设置关于编码深度和编码模式的信息。
因此，输出单元130可将关于相应的编码深度和编码模式的编码信息分配到包括在最大编码单元中的编码单元、预测单元和最小单元中的至少一个。
根据本发明的实施例的最小单元是通过将构成最低深度的最小编码单元划分四次所获得的矩形数据单元。可选地，最小单元可以是可被包括在在最大编码单元中包括的所有的编码单元、预测单元、分区单元和变换单元中的最大正方形数据单元。
例如，通过输出单元130输出的编码信息可被分类为根据编码单元的编码信息和根据预测单元的编码信息。根据编码单元的编码信息可包括关于预测模式的信息和关于分区的尺寸的信息。根据预测单元的编码信息可包括关于帧间模式的估计方向的信息、关于帧间模式的参考图像索引的信息、关于运动矢量的信息、关于帧内模式的色度分量的信息和关于帧内模式的插值方法的信息。
此外，关于根据画面、条带或画面组(GOP)定义的编码单元的最大尺寸的信息以及关于最大深度的信息可被插入到比特流的头、序列参数集(SPS)或画面参数集(PPS)中。
此外，关于对当前视频允许的变换单元的最大尺寸和最小尺寸的信息可经由比特流的头、SPS或PPS输出。输出单元130可对与参照图1至图6描述的预测相关的参考信息、单方向预测信息和包括第四条带类型的条带类型信息等进行编码和输出。
在视频编码设备100中，较深层的编码单元可以是通过将上述的作为一层的上级深度的编码单元的高度或宽度划分两次所获得的编码单元。换句话说，当当前深度的编码单元的尺寸是2N×2N时，更低深度的编码单元的尺寸是N×N。此外，具有2N×2N尺寸的当前深度的编码单元可包括最多四个更低深度的编码单元。
因此，视频编码设备100可通过基于考虑当前画面的特性确定的最大深度和最大编码单元的尺寸针对每个最大编码单元确定具有最佳形状和最佳尺寸的编码单元来形成具有树结构的编码单元。此外，由于可通过使用各种预测模式和变换中的任何一种对每个最大编码单元执行编码，因此可考虑各种图像尺寸的编码单元的特性来确定最佳编码模式。
因此，如果具有高分辨率或大数据量的图像以传统宏块被编码，则对于每个画面宏块的数量过度增加。因此，针对每个宏块产生的压缩信息的条数增加，从而难以发送压缩信息，并且数据压缩效率降低。然而，通过使用视频编码设备100，图像压缩效率可以提高，这是因为在考虑图像的特性时调整编码单元，同时在考虑图像的尺寸时增大编码单元的最大尺寸。
图7的视频编码设备100可执行参照图1描述的视频编码设备10的操作。
编码单元确定器120可执行视频编码设备10的帧内预测单元12的操作。根据具有树结构的编码单元在每个最大编码单元确定用于帧内预测的预测单元，可可由每个预测单元执行帧内预测。
输出单元130可执行视频编码设备10的符号编码单元14的操作。可对MPM标志进行编码以在每个PU预测帧内预测模式。如果当前PU的帧内预测模式与左PU的帧内预测模式和上PU的帧内预测模式之一相同，则确定数量固定的多个候选帧内预测模式，而不管左帧内预测模式和上帧内预测模式彼此相同还是彼此不同，基于候选帧内预测模式确定针对当前PU的当前帧内模式信息并对所述当前帧内模式信息进行编码。
输出单元130可针对每个画面确定候选预测模式的数量。同样，可针对条带、针对每个最大编码单元、针对每个编码单元或针对每个PU确定候选预测模式的数量。实施例不限于此，可针对每个预测数据单元再次确定候选帧内预测模式的数量。
输出单元130可根据对候选帧内预测模式的数量进行更新的数据单元的级别，将表示候选帧内预测模式的数量的信息编码为各种数据单元级别的参数，诸如PPS、SPS、最大编码单元级别、编码单元级别和PU级别。然而，即使针对每个数据单元确定候选帧内预测模式的数量，也不总是对表示候选帧内预测模式的数量的信息进行编码。
图8是根据本发明的实施例的基于根据树结构的编码单元的视频解码设备200的框图。
根据本实施例的执行基于数据结构的编码单元的视频预测的视频解码设备200包括接收器210、图像数据和编码信息提取器220以及图像数据解码器230。在下文中，为了便于描述，执行基于根据实施例的数据结构的编码单元的视频预测的视频解码设备200将被称为“视频解码设备200”。
用于视频解码设备200的各种操作的诸如编码单元、深度、预测单元、变换单元和关于各种编码模式的信息的各种术语的定义与参照图1描述的术语和视频编码设备100的术语的定义相同。
接收器210接收并解析编码视频的比特流。图像数据和编码信息提取器220从解析的比特流提取用于每个编码单元的编码的图像数据，并将提取的图像数据输出到图像数据解码器230，其中，编码单元具有根据每个最大编码单元的树结构。图像数据和编码信息提取器220可从关于当前画面的头或SPS或PPS提取关于当前画面的编码单元的最大尺寸的信息。
此外，图像数据和编码信息提取器220从解析的比特流提取关于编码深度和编码模式的信息，其中，所述编码深度和编码模式用于具有根据每个最大编码单元的树结构的编码单元。提取的关于编码深度和编码模式的信息被输出到图像数据解码器230。换句话说，比特流中的图像数据被划分为最大编码单元，从而图像数据解码器230针对每个最大编码单元对图像数据进行解码。
可针对关于与编码深度相应的至少一个编码单元的信息来设置关于根据最大编码单元的编码深度和编码模式的信息，并且关于编码模式的信息可包括关于与编码深度相应的相应编码单元的分区类型的信息、关于预测模式的信息以及关于变换单元的尺寸的信息。此外，可提取根据深度的划分信息，作为关于编码深度的信息。
由图像数据和编码信息提取器220提取的关于根据每个最大编码单元的编码深度和编码模式的信息是关于如下编码深度和编码模式的信息，所述编码深度和编码模式被确定为当编码器(诸如视频编码设备100)根据每个最大编码单元针对根据深度的每个较深层的编码单元重复地执行编码时产生最小编码误差。因此，视频解码设备200可通过根据产生最小编码误差的编码深度和编码模式对图像数据进行解码来恢复图像。
由于关于编码深度和编码模式的编码信息可被分配到相应编码单元、预测单元和最小单元中的预定数据单元，因此图像数据和编码信息提取器220可根据预定数据单元提取关于编码深度和编码模式的信息。关于编码深度和编码模式的相同信息被分配到的预定数据单元可被推断为包括在相同最大编码单元中的数据单元。
图像数据解码器230通过基于关于根据最大编码单元的编码深度和编码模式的信息对每个最大编码单元中的图像数据进行解码来恢复当前画面。换句话说，图像数据解码器230可基于提取的关于包括在每个最大编码单元中的具有树结构的编码单元中的每个编码单元的分区类型、预测模式和变换单元的信息来对编码的图像数据进行解码。解码处理可包括包含帧内预测和运动补偿的预测以及逆变换。
图像数据解码器230可基于关于根据编码深度的编码单元的预测单元的预测模式和分区类型的信息，根据每个编码单元的预测模式和分区来执行帧内预测或运动补偿。
此外，图像数据解码器230可基于关于根据编码深度的编码单元的变换单元尺寸的信息，根据编码单元中的每个变换单元来执行逆变换，从而根据最大编码单元执行逆变换。通过逆变换，可恢复空间域中的编码单元的像素值。
图像数据解码器230可通过使用根据深度的划分信息来确定当前最大编码单元的至少一个编码深度。如果划分信息指示图像数据在当前深度中不再被划分，则当前深度是编码深度。因此，图像数据解码器230可通过使用关于与编码深度相应的每个编码单元的预测单元的分区类型、预测模式和变换单元尺寸的信息，对当前最大编码单元中的与每个编码深度相应的至少一个编码单元的编码数据进行解码，并输出当前最大编码单元的图像数据。
换句话说，可通过观察为编码单元、预测单元和最小单元中的预定数据单元分配的编码信息集来收集包含包括相同划分信息的编码信息的数据单元，并且收集的数据单元可被视为将在相同编码模式下被图像数据解码器230解码的一个数据单元。可通过收集关于如上确定的每个编码单元的编码模式的信息来执行当前编码单元的解码。
此外，图8的视频解码设备200可执行以上参照图2描述的视频解码设备20的操作。
接收器210可执行视频解码设备20的解析器22的操作。图像数据和编码信息提取器以及图像数据解码器230可执行视频解码设备20的帧内预测单元24的操作。
当通过具有树结构的编码单元确定用于帧内预测的PU时，针对每个PU，解析单元22可从比特流解析用于预测帧内预测模式的MPM标志。可从MPM标志之后的比特流解析当前帧内模式信息，而不确定左帧内预测模式和上帧内预测模式彼此相同还是彼此不同。图像数据和编码信息提取器220可在完成包括MPM标志和帧内模式信息的块符号的解析之后从解析的信息恢复当前帧内预测模式。可通过使用数量固定的多个候选帧内预测模式来预测当前帧内预测模式。图像数据解码器230可通过使用恢复的帧内预测模式和残差数据来执行当前PU的帧内预测。
图像数据和编码信息提取器220可针对每个画面确定候选帧内预测模式的数量。
解析单元22可解从各种数据单元级别(诸如，比特流的PPS、SPS、最大编码单元级别、编码单元级别和PU级别)的参数解析表示数量固定的候选帧内预测模式的数量的信息。在这种情况下，图像数据和编码信息提取器220可确定如由针对与解析信息的级别对应的每个单元解析的信息表示的数量一样多的候选帧内预测模式。
然而，即时在未解析表示候选帧内预测模式的数量的信息时，图像数据和编码信息提取器220也可针对每个条带、最大编码单元、编码单元或PU更新候选帧内预测模式的数量。
当针对每个最大编码单元递归地执行编码时，视频解码设备200可获得关于产生最小编码误差的至少一个编码单元的信息，并可使用该信息来对当前画面进行解码。换句话说，在每个最大编码单元中被确定为最佳编码单元的具有树结构的编码单元可被解码。
因此，即使图像数据具有高分辨率和大量数据，也可通过使用关于从编码器接收的最佳编码模式的信息，通过使用根据图像数据的特性自适应地确定的编码单元的尺寸和编码模式来对图像数据有效地进行解码并恢复图像数据。
图9是根据本发明的实施例的用于描述编码单元的概念的示图。
可以以宽度×高度来表示编码单元的尺寸，并且编码单元的尺寸可以是64×64、32×32、16×16和8×8。64×64的编码单元可划分成64×64、64×32、32×64或32×32的分区，32×32的编码单元可划分成32×32、32×16、16×32或16×16的分区，16×16的编码单元可划分成16×16、16×8、8×16或8×8的分区，并且8×8的编码单元可划分成8×8、8×4、4×8或4×4的分区。
在视频数据310中，分辨率是1920×1080，编码单元的最大尺寸是64，最大深度是2。在视频数据320中，分辨率是1920×1080，编码单元的最大尺寸是64，最大深度是3。在视频数据330中，分辨率是352×288，编码单元的最大尺寸是16，最大深度是1。图9中所示的最大深度表示从最大编码单元到最小编码单元的划分总次数。
如果分辨率高或数据量大，则编码单元的最大尺寸可以是大的，以便不仅增加编码效率还准确地反映图像的特性。因此，具有比视频数据330高的分辨率的视频数据310和320的编码单元的最大尺寸可以是64。
由于视频数据310的最大深度是2，因此视频数据310的编码单元315可包括具有64的长轴尺寸的最大编码单元，以及由于通过划分两次最大编码单元将深度加深至二层而具有32和16的长轴尺寸的编码单元。同时，由于视频数据330的最大深度是1，因此视频数据330的编码单元35可包括具有16的长轴尺寸的最大编码单元，以及由于通过划分两次最大编码单元将深度加深至一层而具有8的长轴尺寸的编码单元。
由于视频数据320的最大深度是3，因此视频数据320的编码单元325可包括具有64的长轴尺寸的最大编码单元，以及由于通过划分三次最大编码单元将深度加深至3而具有32、16和8的长轴尺寸的编码单元。
图10是根据本发明的实施例的基于编码单元的图像编码器400的框图。
图像编码器400执行视频编码设备100的编码单元确定器120的操作。换句话说，帧内预测器410在当前帧405中以帧内模式对编码单元执行帧内预测，运动估计器420和运动补偿器425通过使用当前帧405和参考帧495在当前帧405中以帧间模式对编码单元执行帧间估计和运动补偿。
从帧内预测器410、运动估计器420和运动补偿器425输出的数据通过变换器430和量化器440被输出为量化的变换系数。量化的变换系数通过反量化器460和逆变换器470被恢复为空间域中的数据，并空间域中的恢复的数据在通过去块单元480和环路滤波单元490的后处理之后被输出为参考帧495。量化的变换系数可通过熵编码器450被输出为比特流455。
为了使图像编码器400应用在视频编码设备100中，图像编码器400的所有元件(即，帧内预测器410、运动估计器420、运动补偿器425、变换器430、量化器440、熵编码器450、反量化器460、逆变换器470、去块单元480和环路滤波单元490)在考虑每个最大编码单元的最大深度时基于在具有树结构的编码单元中的每个编码单元执行操作。
具体地，帧内预测器410、运动估计器420和运动补偿器425在考虑当前最大编码单元的最大尺寸和最大深度时确定在具有树结构的编码单元中的每个编码单元的分区和预测模式，并且变换器430确定在具有树结构的编码单元中的每个编码单元中的变换单元的尺寸。
具体地，帧内预测器410可执行视频编码设备10的帧内预测单元12的操作。针对每个最大编码单元通过具有树结构的编码单元确定用于帧内预测的PU，并针对PU执行帧内预测。
在当前PU和左/上PU彼此相同并且左帧内预测模式和上帧内预测模式彼此相同或彼此不同的情况下，确定多个候选帧内预测模式，从而熵编码器450针对每个PU对MPM进行编码，随后可基于用于当前预测单元的候选帧内预测模式对当前帧内模式信息进行编码。
图11是根据本发明的实施例的基于编码单元的图像解码器500的框图。
解析器510从比特流505对将被解码的编码图像数据和对于解码所需的关于编码的信息进行解析。编码的图像数据通过熵解码器520和反量化器530被输出为被反量化的数据，被反量化的数据通过逆变换器540被恢复成空间域中的图像数据。
帧内预测器550针对空间域中的图像数据以帧内模式对编码单元执行帧内预测，运动补偿器560通过使用参考帧585以帧间模式对编码单元执行运动补偿。
经过帧内预测器550和运动补偿器560的空间域中的图像数据可在通过去块单元570和环路滤波单元580被后处理之后被输出为恢复帧595。此外，通过去块单元570和环路滤波单元580被后处理的图像数据可被输出为参考帧585。
为了在视频解码设备200的图像数据解码器230中解码图像数据，图像解码器500可在解析器510之后对解析的符号执行操作。
为了使图像解码器500被应用于视频解码设备200，图像解码器500的所有元件(即，解析器510、熵解码器520、反量化器530、逆变换器540、帧内预测器550、运动补偿器560、去块单元570和环路滤波单元580)可针对每个最大编码单元基于具有树结构的编码单元执行操作。
具体地，帧内预测器550和运动补偿器560基于针对每个具有树结构的编码单元中的分区和预测模式来执行操作，逆变换器540可基于针对每个编码单元的变换单元的尺寸来执行操作。
具体地，在通过具有树结构的编码单元确定用于帧内预测的PU的情况下，解析器510可针对每个PU从比特流解析用于预测帧内预测模式的MPM标志。可从MPM标志之后的比特流解析当前帧内模式信息，而不需要确定左帧内预测模式和上帧内预测模式彼此相同还是彼此不同。熵解码器520完成包括MPM标志和当前帧内模式信息的块符号的解析，并可从解析的信息恢复当前帧内预测模式。帧内预测器550可通过使用恢复的当前帧内预测模式和残差数据来执行当前PU的帧内预测。
图12是示出根据本发明的实施例的根据深度的较深层编码单元和分区的示图。
视频编码设备100和视频解码设备200使用分层编码单元以考虑图像的特性。编码单元的最大高度、最大宽度和最大深度可根据图像的特性被自适应地确定，或可被用户不同地设置。可根据编码单元的预定最大尺寸来确定根据深度的较深层编码单元的尺寸。
在编码单元的分层结构600中，根据本发明的实施例，编码单元的最大高度和最大宽度均为64，最大深度是4。这里，最大深度表示从最大编码单元到最小编码单元的划分总次数。由于深度沿着分层结构600的垂直轴加深，因此较深层编码单元的高度和宽度均被划分。此外，沿着分层结构600的水平轴示出了作为对每个较深层编码单元进行预测编码的基础的预测单元和分区。
换句话说，编码单元610是分层结构600中的最大编码单元，其中，深度是0，尺寸(即，高度乘以宽度)是64×64。深度沿着垂直轴加深，存在尺寸为32×32和深度为1的编码单元620、尺寸为16×16和深度为2的编码单元630、尺寸为8×8和深度为3的编码单元640以及尺寸为4×4和深度为4的编码单元650。尺寸为4×4和深度为4的编码单元650是最小编码单元。
编码单元的预测单元和分区根据每个深度沿着水平轴被排列。换句话说，如果尺寸为64×64和深度为0的编码单元610是预测单元，则可将预测单元划分成包括在编码单元610中的分区，即，尺寸为64×64的分区610、尺寸为64×32的分区612、尺寸为32×64的分区614或尺寸为32×32的分区616。
类似地，可将尺寸为32×32和深度为1的编码单元620的预测单元划分成包括在编码单元620中的分区，即，尺寸为32×32的分区620、尺寸为32×16的分区622、尺寸为16×32的分区624和尺寸为16×16的分区626。
类似地，可将尺寸为16×16和深度为2的编码单元630的预测单元划分成包括在编码单元630中的分区，即，包括在编码单元630中的尺寸为16×16的分区、尺寸为16×8的分区632、尺寸为8×16的分区634和尺寸为8×8的分区636。
类似地，可将尺寸为8×8和深度为3的编码单元640的预测单元划分成包括在编码单元640中的分区，即，包括在编码单元640中的尺寸为8×8的分区、尺寸为8×4的分区642、尺寸为4×8的分区644和尺寸为4×4的分区646。
尺寸为4×4和深度为4的编码单元650是最小编码单元和最低深度的编码单元。编码单元650的预测单元仅被分配给尺寸为4×4的分区。
为了确定构成最大编码单元610的编码单元的至少一个编码深度，视频编码设备100的编码单元确定器120针对包括在最大编码单元610中的与每个深度相应的编码单元执行编码。
包括相同范围和相同尺寸内的数据的根据深度的较深层编码单元的数量随着深度加深而增加。例如，与深度2相应的四个编码单元需要覆盖包括在与深度1相应的一个编码单元中的数据。因此，为了根据深度比较相同数据的编码结果，与深度1相应的编码单元和四个与深度2相应的编码单元均被编码。
为了针对深度中的当前深度执行编码，可沿着分层结构600的水平轴，通过针对与当前深度相应的编码单元中的每个预测单元执行编码来选择针对当前深度的最小编码误差。可选地，可通过随着深度沿分层结构600的垂直轴加深来针对每个深度执行编码，以通过根据深度比较最小编码误差搜索最小编码误差。可将编码单元610中具有最小编码误差的深度和分区选择为编码单元610的编码深度和分区类型。
图13是描述根据本发明实施例的编码单元710和变换单元720之间的关系的示图。
视频编码设备100或视频解码设备200针对每个最大编码单元对根据具有小于或等于最大编码单元的编码单元的的图像进行编码或解码。可基于不大于相应的编码单元的数据单元来选择在编码期间用于变换的变换单元的尺寸。
例如，在视频编码设备100或视频解码设备200中，如果编码单元710的尺寸是64×64，则可通过使用具有尺寸32×32的变换单元720来执行变换。
另外，可通过对具有小于尺寸64×64的尺寸32×32、16×16、8×8和4×4的变换单元中的每一个执行变换来对具有尺寸64×64的编码单元710的数据进行编码，随后可选择具有最小编码误差的变换单元。
图14是根据本发明的实施例的用于描述与编码深度相应的编码单元的编码信息的示图。
视频编码设备100的输出单元130可将针对与编码深度相应的每个编码单元的关于分区类型的信息800、关于预测模式的信息810以及关于变换单元的尺寸的信息820编码为关于编码模式的信息并进行发送。
信息800包括关于通过划分当前编码单元的预测单元而获得的分区的形状的信息，其中，所述分区是用于对当前编码单元进行预测编码的数据单元。例如，可将尺寸为2N×2N的当前编码单元CU_0划分成以下分区中的任意一个：尺寸为2N×2N的分区802、尺寸为2N×N的分区804、尺寸为N×2N的分区806以及尺寸为N×N的分区808。这里，关于分区类型的信息800被设置来指示尺寸为2N×N的分区804、尺寸为N×2N的分区806以及尺寸为N×N的分区808之一。
信息810指示每个分区的预测模式。例如，信息810可指示对由信息800指示的分区所执行的预测编码的模式，即，帧内模式812、帧间模式814或跳过模式816。
信息820指示当对当前编码单元执行变换时所基于的变换单元。例如，变换单元可以是第一帧内变换单元822、第二帧内变换单元824、第一帧间变换单元826或第二帧间变换单元828。
视频解码设备200的图像数据和编码信息提取器220可提取并使用信息800、810和820以根据每个较深层编码单元进行解码。
图15是根据本发明的实施例的根据深度的较深层编码单元的示图。
划分信息可用来指示深度的改变。划分信息指示当前深度的编码单元是否被划分成更低深度的编码单元。
用于对深度为0和尺寸为2N_0×2N_0的编码单元900进行预测编码的预测单元910可包括尺寸为2N_0×2N_0的分区类型912、尺寸为2N_0×N_0的分区类型914、尺寸为N_0×2N_0的分区类型916和尺寸为N_0×N_0的分区类型918。图15仅示出了通过对称地划分预测单元910而获得的分区类型912至918，但是分区类型不限于此，并且分区单元910的分区可包括非对称分区、具有预定形状的分区和具有几何形状的分区。
根据每种分区类型，对尺寸为2N_0×2N_0的一个分区、尺寸为2N_0×N_0的两个分区、尺寸为N_0×2N_0的两个分区和尺寸为N_0×N_0的四个分区重复地执行预测编码。可对尺寸为2N_0×2N_0、N_0×2N_0、2N_0×N_0和N_0×N_0的分区执行在帧内模式和帧间模式下的预测编码。可仅对尺寸为2N_0×2N_0的分区执行在跳过模式下的预测编码。
比较包括分区类型912至918的预测编码的编码误差，并从分区类型之中确定最小编码误差。如果在分区类型912至916中的一个分区类型中编码误差最小，则可不将预测单元910划分成更低深度。
如果在分区类型918中编码误差最小，则深度从0改变到1以在操作920中划分分区类型918，并对深度为2和尺寸为N_0×N_0的编码单元930重复地执行编码来搜索最小编码误差。
用于对深度为1和尺寸为2N_1×2N_1(＝N_0×N_0)的编码单元930执行预测编码的预测单元940可包括以下分区类型的分区：尺寸为2N_1×2N_1的分区类型942、尺寸为2N_1×N_1的分区类型944、尺寸为N_1×2N_1的分区类型946以及尺寸为N_1×N_1的分区类型948。
如果在分区类型948中编码误差最小，则深度从1改变到2以在操作950中划分分区类型948，并对深度为2和尺寸为N_2×N_2的编码单元960重复执行编码来搜索最小编码误差。
当最大深度是d时，根据每个深度的分区操作可被执行直到深度变成d-1，并且划分信息可被编码直到当深度是0至d-2中的一个。换句话说，当编码被执行直到在与d-2的深度相应的编码单元在操作970中被划分之后深度是d-1时，用于对深度为d-1和尺寸为2N_(d-1)×2N_(d-1)的编码单元980进行预测编码的预测单元990可包括以下分区类型的分区：尺寸为2N_(d-1)×2N(d-1)的分区类型992、尺寸为2N_(d-1)×N(d-1)的分区类型994、尺寸为N_(d-1)×2N(d-1)的分区类型996和尺寸为N_(d-1)×N(d-1)的分区类型998的分区。
可对分区类型992至998中的尺寸为2N_(d-1)×2N_(d-1)的一个分区、尺寸为2N_(d-1)×N_(d-1)的两个分区、尺寸为N_(d-1)×2N_(d-1)的两个分区、尺寸为N_(d-1)×N_(d-1)的四个分区重复地执行预测编码以搜索具有最小编码误差的分区类型。
即使当分区类型998具有最小编码误差时，由于最大深度是d，因此深度为d-1的编码单元CU_(d-1)也不再被划分到更低深度，对于构成当前最大编码单元900的编码单元的编码深度被确定为d-1，并且当前最大编码单元900的分区类型可被确定为N_(d-1)×N(d-1)。此外，由于最大深度是d，因此不设置针对具有深度d-1的编码单元952的划分信息。
数据单元999可以是用于当前最大编码单元的“最小单元”。根据本发明的实施例的最小单元可以是通过将最小编码单元划分成4份而获得的矩形数据单元。通过重复地执行编码，视频编码设备100可通过根据编码单元900的深度比较编码误差来选择具有最小编码误差的深度以确定编码深度，并将相应分区类型和预测模式设置为编码深度的编码模式。
因此，在所有深度1至d中比较根据深度的最小编码误差，可将具有最小编码误差的深度确定为编码深度。编码深度、预测单元的分区类型和预测模式可被编码为关于编码模式的信息并被发送。此外，由于编码单元被从深度0划分到编码深度，因此仅将编码深度的划分信息设置成0，将排除编码深度之外的深度的划分信息设置到1。
视频解码设备200的图像数据和编码信息提取器220可提取并使用关于编码单元900的编码深度和预测单元的信息以解码分区912。视频解码设备200可通过使用根据深度的划分信息将划分信息是0的深度确定为编码深度，并将关于相应深度的编码模式的信息用于解码。
图16至图18是根据本发明的实施例的用于描述编码单元1010、预测单元1060和变换单元1070之间的关系的示图。
编码单元1010是在最大编码单元中与由视频编码设备100确定的编码深度相应的具有树结构的编码单元。预测单元1060是每个编码单元1010的预测单元的分区，变换单元1070是每个编码单元1010的变换单元。
当在编码单元1010中最大编码单元的深度是0时，编码单元1012和1054的深度是1，编码单元1014、1016、1018、1028、1050和1052的深度是2，编码单元1020、1022、1024、1026、1030、1032和1048的深度是3，编码单元1040、1042、1044和1046的深度是4。
在预测单元1060中，通过划分编码单元1010中的编码单元来获得一些编码单元1014、1016、1022、1032、1048、1050、1052和1054。换句话说，在编码单元1014、1022、1050和1054中的分区类型具有2N×N的尺寸，在编码单元1016、1048和1052中的分区类型具有N×2N的尺寸，编码单元1032的分区类型具有N×N的尺寸。编码单元1010的预测单元和分区小于或等于每个编码单元。
在小于编码单元1052的数据单元中对变换单元1070中的编码单元1052的图像数据执行变换或逆变换。此外，变换单元1070中的编码单元1014、1016、1022、1032、1048、1050和1052在尺寸和形状方面不同于预测单元1060中的编码单元1014、1016、1022、1032、1048、1050和1052。换句话说，视频编码设备100和视频解码设备200可对相同编码单元中的数据单元单独地执行帧内预测、运动估计、运动补偿、变换和逆变换。
因此，在最大编码单元的每个区域中对具有分层结构的每个编码单元递归地执行编码以确定最佳编码单元，从而可获得具有递归树结构的编码单元。编码信息可包括关于编码单元的划分信息、关于分区类型的信息、关于预测模式的信息和关于变换单元的尺寸的信息。表1示出可由视频编码设备100和视频解码设备200设置的编码信息。
[表1]
视频编码设备100的输出单元130可输出关于具有树结构的编码单元的编码信息，视频解码设备200的图像数据和编码信息提取器220可从接收到的比特流提取关于具有树结构的编码单元的编码信息。
划分信息指示是否将当前编码单元划分成更低深度的编码单元。如果当前深度的划分信息是0，则当前编码单元不再被划分成更低深度的深度是编码深度，从而可针对所述编码深度来定义关于分区类型、预测模式和变换单元的尺寸的信息。如果当前编码单元根据划分信息被进一步划分，则对更低深度的四个划分编码单元独立地执行编码。
预测模式可以是帧内模式、帧间模式和跳过模式中的一种。帧内模式和帧间模式可定义在所有分区类型中，跳过模式仅被定义在尺寸为2N×2N的分区类型中。
关于分区类型的信息可指示通过对称地划分预测单元的高度或宽度而获得的尺寸为2N×2N、2N×N、N×2N和N×N的对称分区类型，以及通过非对称地划分预测单元的高度或宽度而获得的尺寸为2N×nU、2N×nD、nL×2N和nR×2N的非对称分区类型。可通过将预测单元的高度划分成1:3和3:1来分别获得尺寸为2N×nU和2N×nD的非对称分区类型，可通过将预测单元的宽度划分成1:3和3:1来分别获得尺寸为nL×2N和nR×2N的非对称分区类型。
可将变换单元的尺寸设置成帧内模式下的两种类型和帧间模式下的两种类型。换句话说，如果变换单元的划分信息是0，则变换单元的尺寸可以是作为当前编码单元的尺寸的2N×2N。如果变换单元的划分信息是1，则可通过划分当前编码单元来获得变换单元。此外，如果尺寸为2N×2N的当前编码单元的分区类型是对称分区类型，则变换单元的尺寸可以是N×N，如果当前编码单元的分区类型是非对称分区类型，则变换单元的尺寸可以是N/2×N/2。
关于具有树结构的编码单元的编码信息可包括与编码深度相应的编码单元、预测单元和最小单元中的至少一种。与编码深度相应的编码单元可包括包含相同编码信息的预测单元和最小单元中的至少一种。
因此，通过比较邻近数据单元的编码信息来确定邻近数据单元是否包括在与编码深度相应的相同编码单元中。此外，通过使用数据单元的编码信息来确定与编码深度相应的相应编码单元，从而可确定最大编码单元中的编码深度的分布。
因此，如果当前编码单元基于邻近数据单元的编码信息被预测，则可直接参考并使用在与当前编码单元邻近的较深层编码单元中的数据单元的编码信息。
可选地，如果当前编码单元基于邻近数据单元的编码信息被预测，则可使用所述数据单元的编码信息来搜索与当前编码单元邻近的数据单元，搜索的邻近编码单元可被参考用于预测当前编码单元。
图19是用于描述根据表1的编码模式信息的编码单元、预测单元或分区和变换单元之间的关系的示图。
最大编码单元1300包括编码深度的编码单元1302、1304、1306、1312、1314、1316和1318。这里，由于编码单元1318是编码深度的编码单元，因此划分信息可以被设置成0。可将关于尺寸为2N×2N的编码单元1318的分区类型的信息设置成以下分区类型中的一种：尺寸为2N×2N的分区类型1322、尺寸为2N×N的分区类型1324、尺寸为N×2N的分区类型1326的分区类型、尺寸为N×N的分区类型1328、尺寸为2N×nU的分区类型1332、尺寸为2N×nD的分区类型1334、尺寸为nL×2N的分区类型1336以及尺寸为nR×2N的分区类型1338。
变换单元划分信息(Tu尺寸标志)是变换索引的类型，与变换索引相应的变换单元的尺寸可根据编码单元的预测单元类型或分区类型而不同。
例如，当分区类型被设置成对称(即，分区类型2Nx2N(1322)、2NxN(1324)、Nx2N(1326)或NxN(1328))时，如果变换单元的划分信息(TU尺寸标志)是“0”则设置尺寸为2N×2N的变换单元1342，并且如果TU尺寸标志是“1”则设置尺寸为N×N的变换单元1344。
当分区类型被设置成非对称(即，分区类型2NxnU(1332)、2NxnD(1334)、nLx2N(1336)或nRx2N(1338))时，如果TU尺寸标志是0则设置具有2N×2N的尺寸的变换单元1352，并且如果TU尺寸标志是1则设置具有N/2×N/2的尺寸的变换单元1354。
参照图19，TU尺寸标志是具有0或1的标志，但是TU尺寸标志不限于1比特，并且当TU尺寸标志从0增加时可分层地划分具有树结构的变换单元。可将可将变换单元的划分信息用作变换索引的示例。
在这种情况下，根据本发明的实施例，可通过使用变换单元的TU尺寸标志以及变换单元的最大尺寸和最小尺寸来表示被实际使用的变换单元的尺寸。根据本发明的实施例，视频编码设备100能够对最大变换单元尺寸信息、最小变换单元尺寸信息和最大TU尺寸标志进行编码。可将编码最大变换单元尺寸信息、最小变换单元尺寸信息和最大TU尺寸标志的结果插入到SPS中。根据本发明的实施例，视频解码设备200可通过使用最大变换单元尺寸信息、最小变换单元尺寸信息和最大TU尺寸标志来解码视频。
例如，(a)如果当前编码单元的尺寸是64×64并且最大变换单元尺寸是32×32，则当TU尺寸标志是0(a-1)时变换单元的尺寸可以是32×32，当TU标志尺寸是1(a-2)时变换单元的尺寸可以是16×16，并且当TU尺寸标志是2(a-3)时变换单元的尺寸可以是8×8。
如另一示例，(b)如果当前编码单元的尺寸是32×32并且最小变换单元尺寸是32×32，则当TU尺寸标志是0(b-1)时变换单元的尺寸是32×32。这里，由于变换单元的尺寸不能小于32×32，因此TU尺寸标志不能被设置成除0之外的值。
如另一示例，(c)如果当前编码单元的尺寸是64×64并且最大TU尺寸标志是1，则TU尺寸标志可以是0或1。这里，TU尺寸标志不能被设置成除0或1以外的值。
因此，如果尺寸标志是0时定义最大TU尺寸标志为“MaxTransformSizeIndex”、最小变换单元尺寸为“MinTransformSize”并且变换单元尺寸为“RootTuSize”，则可在当前编码单元中确定的当前最小变换单元尺寸“CurrMinTuSize”可通过等式(1)来定义：
CurrMinTuSize＝max(MinTransformSize,RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)) (1)
与可在当前编码单元中确定的当前最小变换单元尺寸“CurrMinTuSize”相比，当TU尺寸标志是0时的变换单元尺寸“RootTuSize”可表示可在系统中选择的最大变换单元尺寸。在等式(1)中，“RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)”表示当在TU尺寸标志是0时的变换单元尺寸“RootTuSize”被划分与最大TU尺寸标志相应的次数时的变换单元尺寸，“MinTransformSize”表示最小变换尺寸。因此，在“RootTuSize/(2^MaxTransformSizeIndex)”和“MinTransformSize”中的较小值可以是可在当前编码单元中确定的当前最小变换单元尺寸“CurrMinTuSize”。
根据本发明的实施例，最大变换单元尺寸“RootTuSize”可根据预测模式的类型而不同。
例如，如果当前预测模式是帧间模式，则“RootTuSize”可通过使用以下等式(2)来确定。在等式(2)中，“MaxTransformSize”表示最大变换单元尺寸，“PUSize”表示当前预测单元尺寸。
RootTuSize＝min(MaxTransformSize,PUSize) (2)
也就是说，如果当前预测模式是帧间模式，则当TU尺寸标志是0时的变换单元尺寸“RootTuSize”可以是最大变换单元尺寸和当前预测单元尺寸中的较小值。
如果当前分区单元的预测模式是帧内模式，则“RootTuSize”可通过使用以下等式(3)来确定。在等式(3)中，“PartitionSize”表示当前分区单元的尺寸。
RootTuSize＝min(MaxTransformSize,PartitionSize) (3)
也就是说，如果当前预测模式是帧内模式，则当TU尺寸标志是0时的变换单元尺寸“RootTuSize”可以是最大变换单元尺寸和当前分区单元的尺寸中的较小值。
然而，根据分区单元中的预测模式的类型而变化的当前最大变换单元尺寸“RootTuSize”仅是示例，本发明不限于此。
根据基于以上参照图7至图19所描述的具有树结构的编码单元的视频编码方法，针对具有树结构的每个编码单元对空间域的图像数据进行编码，并根据基于树结构的编码单元的视频解码方法对每个最大编码单元执行解码以恢复空间域的图像数据，从而恢复作为画面和画面序列的视频。可通过再现设备来再现恢复的视频，可将恢复的视频存储在记录介质中，或可经由网络发送恢复的视频。
本发明的实施例可被写为计算机程序，并可被实施在使用计算机可读记录介质执行这些程序的通用数字计算机中。计算机可读记录介质的示例包括磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)和光记录介质(例如，CD-ROM或DVD)。
尽管已经参照本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种改变。优选实施例应仅被视为描述性意义而非限制的目的。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式限定的，而是由权利要求限定的，并且在所述范围内的所有差异将被视为包括在本发明中。

Claims (1)

1.一种对视频数据进行解码的设备，包括：
解析器，被配置用于从比特流获得指示邻近块的帧内预测模式是否被用于确定当前块的帧内预测模式的模式预测标志，并当模式预测标志指示邻近块的帧内预测模式被使用时，从比特流解析指示包括在候选列表中的多个候选帧内预测模式之一的模式索引；
候选列表确定器，被配置用于当邻近块中的左块和上块的帧内模式彼此不同时确定包括左块和上块的帧内模式的候选列表，当左块的帧内模式和上块的帧内模式相同并且左块的帧内模式是DC模式时确定包括平面模式和DC模式的候选列表；以及
帧内预测执行器，被配置用于使用包括在候选列表中的候选帧内预测模式之中由模式索引指示的预测模式，对当前块执行帧内预测。
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