CN106331713B - 编码装置和编码方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的一个方面涉及色度量化参数扩展。用于色度的量化参数(QP)被扩展直至并且更优选地直至和亮度QP相同的范围(例如，0至51)。以前，色度QP的值仅扩展直至39。提供了用于基于亮度QP和图片水平色度偏置来确定扩展色度QP值(例如，用于Cr和Cb的色度QP值)的技术。在一个优选实施例中，添加了片段水平偏置，使得本方法尤其非常适于片段水平并行处理。色度QP的扩展增强了用于各种应用的高效视频编码(HEVC)标准的功能性、灵活性以及友好性。

Description

编码装置和编码方法
本申请是于2013年4月10日提交的、申请号为201380000132.8的题为“色度量化参数扩展”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请是2012年1月20日提交的U.S.临时专利申请序列号61/589,191的非临时申请，其全部内容通过引用而并入于此。本申请是2012年4月13日提交的U.S.临时专利申请序列号61/623,884的非临时申请，其全部内容通过引用而并入于此。本申请是2012年4月16日提交的U.S.临时专利申请序列号No.61/624,870的非临时申请，其全部内容通过引用而并入于此。
有关联邦政府资助的研究或开发的声明
不适用
通过光盘提交的通过引用而并入的材料
不适用
服从版权保护的材料的通知
本专利文献中的材料的一部分服从基于美国和其它国家的版权法的版权保护。版权的所有者不反对专利文献或专利公开中任一项的传真复制，如果其出现在美国专利商标局公共可获得的文档或记录内，但是无论如何仍保留其所有的版权。版权所有者在此并不放弃其任何拥有仍处于保密中的该专利文献的权力，包括但不限于37C.F.R§1.14所规定的其权力。
技术领域
本发明总体上涉及视频编码和解码，并且更具体地说，涉及在视频编码器和解码器内确定色度量化参数。
背景技术
按有效方式传送和存储视频需要用于缩减空间和时间冗余的编码机制。尽管存在许多编码技术，但正在进行的努力致力于增加这些分别压缩和解压缩视频数据流的enCOder/DECoder(codec)的效率。codecs的目的是缩减数字视频帧的尺寸，以便加速传输和节省存储空间。在这些年取得的视频编码进展共同贡献于由现有技术的codecs所提供的高水平编码效率。然而，所希望的是，按更加高的效率来执行编码，以进一步减小视频比特率。
这些开发编码标准中的最新的标准被称为高效视频编码(HEVC)(来自视频编码联合小组(JCT-VC))，其是MPEG和VCEG标准化委员会的共同努力。HEVC采用编码单元(CU)结构，其与宏块结构(例如，在早先的MPEG-2或AVC codec中)的主要差别在于，代替固定尺寸(例如，16 x 16)，该尺寸可以改变至高达128 x 128。一个编码树单元(CTU)表示平坦区和繁忙区两者，由此，向一个CTU提供单一QP值不足以获取高水平的主观质量。因此，HEVC将CTU分区成多个编码单元(CU)，其皆用它们自身的QP来表示，该QP对于不同CU可以不同。
在HEVC(例如，HM 5.0)中的当前色度QP推导处理复制如表1中所示的H.264/AVC规范的该处理。针对范围为0至29的QP值，遵循线性关系(QPC＝QPY)，而针对更高的QP值，遵循非线性关系。色度QP还在最大值39处饱和，而不需要对可以使用的颜色格式的任何考虑。应注意到，该表实际上按不同质量水平限定了亮度与色度之间的关系。
然而，范围为[0，39]的有限色度QP具有若干缺点。
发明内容
在高效视频编码(HEVC)标准测试模型HM 5.0中，色度QP仅可以采取范围为[0，39]的值。本发明将色度QP扩展至高达并且包括范围[0，51]，以增强用于各种潜在应用的HEVC编码标准的功能性、灵活性以及友好性。这些应用包括低比特率下的速率控制，同时提供灵活性以获取亮度与色度之间的希望性能平衡点，并且用于处理具有不同颜色格式(例如，RGB)的视频源。
本发明的其它方面将在本说明书的以下部分中加以说明，其中，该详细描述出于完全公开本发明的优选实施例而非在其上放置限制的目的。
附图说明
通过引用下列图，本发明将更完全明白，附图仅出于例示性目的：
图1是根据本发明一实施例的、在视频编码器中使用扩展色度量化参数(ECQP)的框图。
图2是根据本发明一实施例的、在视频解码器中使用扩展色度量化参数(ECQP)的框图。
图3是利用g_aucChromaScale[52]表的、具有比亮度QP更低的范围的色度QP的当前HEVC HM 5.0映射的图。
图4是根据本发明至少一个实施例的、用于扩展色度量化参数的一般处理的流程图。
图5是根据本发明至少一个实施例的、用于扩展色度量化参数的片段(slice)水平处理的流程图。
具体实施方式
当前HEVC标准(HM 5.0)将QP值在线性范围内限制至高达29，而在非线性范围内限制至高达39。存在由按这种方式限制QP而引发的许多问题。
第一，在比特率非常低时在针对亮度和色度的比特消耗上出现问题。利用HM 5.0的实验结果表明，在高QP(例如，针对等于38、42、46、50的QP)下，亮度和色度针对它们的剩余编码消耗几乎相同数量的比特，其显著不同于针对普通测试条件(即，针对等于22、27、32以及37的QP)所观察到的。在普通测试条件下，亮度剩余比特和色度剩余比特的比率大约为9∶1。随着对色度QP的限制，速率控制算法在在亮度与色度之间分配或寻找希望比特预算平衡点方面具有难度。在低比特率应用的情况下，速率控制算法可能需要通过增加色度QP来限制色度比特，而色度QP在39处的饱和可能将这种尝试变成难于实现的任务。第二个问题是，这种特性不允许codec将色度正确地量化至希望程度。
针对速率控制的另一问题是，早先的观察使得比特率更加不可预测并且可能不稳定。一般来说，针对速率控制算法，需要用于比特至QP映射的模型。相当常见的是，算法趋于使用亮度信息(失真)而忽略色度。如前所述，低比特率下的色度比特在总比特率方面可以具有严重影响。另外，相当常见的是，所使用的模型遵循比特率与QP之间的二次关系。给定色度QP的非线性行为，该模型可能不太准确。
视频序列可以具有可能不遵循亮度与色度之间的可能非线性关系以及它们对似乎引起了色度QP推导过程的主观质量的影响的颜色分量。相反的是，本发明在控制这些QP参数、处理更一般的内容空间方面提供更多灵活性，同时还能够适当地处理其它颜色空间和格式(例如，RGB或YcoCg等)。视频编码标准应当针对具有不同颜色分量甚或其它颜色格式(例如，RGB和YCoCg)的视频源提供功能性和灵活性。当视频源具有不同的亮度分量和色度分量之间的关系(通过表1假定)时，则codec可以不可预测地运转。
本发明通过替换或改变用于确定色度QP的映射表来提供扩展色度量化参数(QP)。
图1到图2例示了包括根据本发明配置的编码器10和解码器50的、用于利用本发明的扩展色度QP机制来编码的编码装置的示例实施例。
图1所示的编码器10具有通过一个或多个处理器46执行的编码部件12。在该示例中，视频帧输入14连同基准帧16与帧输出18一起示出。帧间预测20被描绘具有运动估算(ME)22和运动补偿(MC)24。示出了帧内预测26，并且在帧间预测与帧内预测之间切换。和结点28被示出为输出到正向变换30、量化级32、扩展色度QP确定34、以及CABAC编码36。逆量化38也利用扩展色度QP确定34来执行，后面是被示出为耦接至求和结点42的逆变换40，并且后面是滤波器44，如解块和/或样本自适应偏移(SAO)。为简化例示起见，扩展色度QP确定34被示出为在量化级期间被利用，然而，应当清楚，扩展色度QP可以不受限制地在编码器和/或解码器内(如在解块滤波器内)由其它块利用，并且同时进行模式判定和执行运动估算。
应当清楚，该编码器被示出利用计算机处理部件46来实现，该计算机处理部件例如包括用于执行与编码相关联的程序的至少一个处理装置48(中央处理单元(CPU)、微控制器、包含计算机处理器的专用集成电路(ASIC)、并行处理装置、或者被配置用于执行程序指令的其它装置)和至少一个存储器49。另外，应当清楚，本发明的元件可以被实现为存储在介质上的程序，该程序可以通过用于编码器10和/或解码器50的CPU访问以执行。
在图2的解码器50中，解码块52连同计算机处理部件78(其大致是包含在图1所示的编码器中的元件的子集)一起示出，其针对基准帧54和编码信号56操作，以输出解码视频76。解码器块接收通过CABAC熵解码器58处理的编码视频信号56，逆量化60根据本发明一实施例利用扩展色度QP确定62来执行。求和66被示出为在逆变换64的输出与帧间预测68和帧内预测72间的选择之间，帧间预测68被示出具有运动补偿70。来自求和结点66的输出被滤波器74接收。
应当清楚，该解码器可以利用计算机处理部件78来实现，计算机处理部件78包括用于执行与编码相关联的程序的至少一个处理装置80(中央处理单元(CPU)、微控制器、包含计算机处理器的专用集成电路(ASIC)、并行处理装置，或者被配置用于执行程序指令的其它装置)和至少一个存储器82。另外，应注意到，本发明的元件可以被实现为存储在介质上的程序，其中，所述介质可以被处理装置(CPU)80访问以执行。
应当清楚，用于编码器和解码器的程序可从作为有形(物理)计算机可读介质的存储器执行，该存储器不是临时性的，即，其不仅仅构成临时性传播信号，而是实际上能够将程序保持在诸如任何希望形式和数量的静态或动态的存储器装置内。这些存储器装置不需要被实现成在所有条件(例如，电源故障)下保持数据以在此被认为是非临时性介质。
如前所述，在当前HEVC测试模型(HM 5.0)中，色度QP的值利用g_aucChromaScale[52]从亮度QP导出，并且色度QP能够取处于0至于39的范围中的值。然而，在亮度QP超出值48时利用该机制，色度保持在值39。响应于其，可以将比特率的大部分用于色度而非亮度。
图3描绘了在当前HEVC测试模型(HM 5.0)中根据亮度QP的色度QP映射的图。在这个图中可以看出，色度QP针对较大QP值被迫使远离跟随亮度QP。然而，统计数据指出，在某些情况下，亮度QP和色度QP保持接近，但这不是所希望的。
图4例示了用于扩展色度QP的一般策略，其中，映射表g_aucChromaScale[52]被替换90，并且扩展色度，如优选地具有横跨亮度QP的范围的范围。在示出的示例流程图中，色度QP被设置为等于92亮度QP(优选地加上色度偏置)，由此允许色度QP达到从0至51的范围。
更具体地说，可以根据以下方程来确定针对图4的实施例的QP值：
QPCb＝Clip(0，51，QPY+Cb_QP_offset) (1)
QPCr＝Clip(0，51，QPY+Cr_QP_offset) (2)
首先，应注意到，在YCbCr颜色空间的视频编码中，Y表示亮度分量，而Cb和Cr表示需要量化参数的两个不同色度分量(QPCb和QPCr，但本领域普通技术人员应当清楚，本发明可以容易适于在任何希望的颜色空间中使用。在方程(1)和(2)中，Cb_QP_offset和Cr_QP_offset是在日内瓦会议(MPEG number m22073)的文献JCTVC-G509中介绍的两个色度QP偏置参数。已经发现，即使利用这种简化设计，利用根据上述实施例的扩展色度QP也提供有益的性能增强。
图5例示了按片段水平扩展色度QP的一示例实施例，考虑到利用slice_qp_delta_cb和slice_qp_delta_cr在限制首部发信号。首先，确定110亮度QP，接着，添加112图片水平色度QP偏置，接着添加114片段水平色度QP偏置，此后，利用g_aucChromaScale[52]确定116色度QP。
下面，方程(3)和(4)论证这种形式的片段水平扩展色度QP确定。
QPCb＝
Clip(0，51，g_aucChromaScale[QPY+Cb_QP_offset+slice_qp_delta_cb]) (3)
QPCr＝Clip(0，51，g_aucChromaScale[QPY+Cr_QP_offset+slice_qp_delta_cr]) (4)
该片段水平句法提供信号发送色度QP偏置(Cb和Cr)。片段水平色度QP扩展尤其非常适用于编码系统内的片段水平并行处理。
本发明的实施例可以参照根据本发明实施例的方法和系统的流程图例示、和/或算法、公式，或其它计算描绘来描述，其还可以被实现为计算机程序产品。在这点上，流程图的每一个框或步骤、流程图中的框(和/或步骤)的组合、算法、公式或计算描绘可以通过各种手段来实现，如硬件、固件、和/或包括按计算机可读程序代码逻辑具体实施的一个或多个计算机程序指令的软件。如将清楚，任何这种计算机程序指令都可以加载到计算机上，包括而不限于通用计算机或专用计算机、或者用于生成机器的其它可编程处理装置，以使得在计算机或其它可编程处理装置上执行的计算机程序指令创建用于实现在该流程图的框中指定的功能的部件。
因此，流程图的框、算法、公式或计算描绘支持用于执行指定功能的部件的组合、用于执行指定功能的步骤的组合、以及用于执行指定功能的计算机程序指令(如具体实施在计算机可读程序代码逻辑部件中的)。还应明白，在此描述的流程图例示的每一个框、算法、公式，或计算描述及其组合可以通过执行指定功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统或者专用硬件和计算机可读程序代码逻辑部件的组合来实现。
而且，这些计算机程序指令(如具体实施在计算机可读程序代码逻辑中的)还可以存储在计算机可读存储器中，其可以指导计算机或其它可编程处理装置按特定方式起作用，以使存储在计算机可读存储器中的指令生成包括实现在该流程图的框中指定的功能的指令部件的制造品。该计算机程序指令还可以加载到计算机或其它可编程处理装置上，以使要在该计算机或其它可编程处理装置上执行的一系列可操作步骤生成计算机实现处理，使得在该计算机或其它可编程处理装置上执行的指令提供用于实现在该流程图的框中指定的功能、算法、公式、或计算描绘的步骤。
根据上面的讨论，应当清楚，本发明可以按各种方式来具体实施，包括以下：
1、一种用于执行视频编码的装置，包括：计算机处理器，被配置成用于接收视频；和可在所述计算机处理器上执行的程序，该程序用于通过执行包括以下的步骤来进行视频编码：执行帧间预测和/或帧内预测，以缩减所接收的视频内的时间冗余和/或空间冗余；确定亮度量化参数(QP)；将图片水平色度QP偏置与所述亮度QP相加；基于亮度QP和图片水平色度QP偏置确定色度QP值，所述色度QP值具有扩展范围；在编码所述接收的视频期间执行变换和/或在解码所述接收的视频期间执行逆变换；以及利用所述色度QP值，在编码所述接收的视频期间执行量化和/或在解码所述接收的视频期间执行逆量化。
2、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述程序还执行包括在所述确定色度QP值之前添加片段水平色度QP偏置的步骤。
3、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述程序还执行包括针对利用片段水平并行处理的装置添加片段水平色度QP偏置的步骤。
4、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述扩展色度QP范围等于亮度QP范围。
5、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述程序利用用于颜色空间的色度分量的图片水平色度QP偏置与现有色度标度表来确定色度QP值。
6、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，现有色度标度表包括g_aucChromaScale[52]。
7、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述程序通过利用图片水平色度偏置和替换现有色度标度表来确定色度QP值。
8、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述视频编码根据高效视频编码(HEVC)标准来执行。
9、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述计算机处理器包括编码器/解码器(CODEC)。
10、一种用于执行视频编码的装置，包括：计算机处理器，被配置成用于接收视频；和可在所述计算机处理器上执行的程序，该程序用于通过执行包括以下的步骤来进行视频编码：执行帧间预测和/或帧内预测，以缩减所接收的视频内的时间冗余和/或空间冗余；确定亮度量化参数(QP)；将用于于Cb和Cr的图片水平色度QP偏置与所述亮度QP相加；将用于Cb和Cr的片段水平色度QP偏置与所述亮度QP相加；基于亮度QP，以及用于Cb和Cr的图片水平色度QP偏置和片段水平色度QP偏置，来确定用于Cb和Cr的色度QP值，其中，所述色度QP值具有等于亮度QP的QP范围；在编码所述接收的视频期间执行变换，和/或在解码所述接收的视频期间执行逆变换；利用用于Cb和Cr的所述色度QP值，在编码所述接收的视频期间执行量化，和/或在解码所述接收的视频期间执行逆量化。
11、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，在解码期间所述接收的视频包括经编码的视频。
12、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述装置被配置用于片段水平并行处理。
13、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述程序利用用于Cb和Cr的图片水平色度QP偏置和片段水平色度QP偏置与现有色度标度表来确定色度QP值。
14、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，现有色度标度表包括g_aucChromaScale[52]。
15、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述程序利用亮度QP以及用于Cb和Cr的图片水平色度QP偏置和片段水平色度QP偏置，并且替换现有色度标度表，来确定色度QP。
16、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述视频编码根据高效视频编码(HEVC)标准来执行。
17、根据前述实施例中任一个所述的装置，其中，所述计算机处理器包括编码器/解码器(CODEC)。
18、一种用于执行视频编码的方法，包括：在视频编码器和/或解码器内执行帧间预测和/或帧内预测，以缩减所接收的视频的时间冗余和/或空间冗余；确定亮度量化参数(QP)；添加用于Cb和Cr的图片水平色度QP偏置；添加用于Cb和Cr的片段水平色度QP偏置；基于亮度QP、以及用于Cb和Cr的图片水平色度QP偏置和片段水平色度QP偏置，来确定用于Cb和Cr的扩展色度QP值；在编码所述接收的视频期间执行变换和/或在解码所述接收的视频期间执行逆变换；以及利用用于Cb和Cr的所述色度QP值，在编码所述接收的视频期间执行量化，和/或在解码所述接收的视频期间执行逆量化。
19、根据前述实施例中任一个所述的方法，其中，所述色度QP值具有等于亮度QP范围的范围。
20、根据前述实施例中任一个所述的方法，其中，所述确定色度QP利用用于Cb和Cr的图片水平色度QP偏置和片段水平色度QP偏置与现有色度标度表一起或者通过替换现有色度标度表来执行。
尽管上面的描述包含许多细节，但这些不应被视为对本发明的范围进行限制，而是仅仅提供本发明的一些当前优选实施例的例示。因此，应当清楚，本发明的范围完全涵盖可以变得显见于本领域技术人员的其它实施例，并由此本发明的范围除了所附权利要求书以外不通过其它任何事物来限制，其中，按单数对部件的引用不是意指“一个且只有一个”，除非明确地这样规定，而是意指“一个或多个”。针对本领域普通技术人员所已知的上述优选实施例的元件的所有结构性和功能性等同物通过引用而明确地并入于此，并且被当前权利要求书所涵盖。而且，装置或方法不必致力于试图要通过本发明解决的每个问题，因为其要通过本权利要求书来涵盖。而且，在本公开中，没有元件、组件，或方法步骤旨在专用于公众，而不管该元件、组件、或方法步骤是否在权利要求书进行了明确陈述。没有权利要求元件在此要在35 U.S.C.112第六段的规定下解释，除非该元件利用短语“用于…的装置”进行了明确陈述。
表1
作为QPY的函数的QPC的规范
QP<sub>Y</sub> ＜30 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
QP<sub>C</sub> ＝QP<sub>Y</sub> 29 30 31 32 32 33 34 34 35 35
QP<sub>Y</sub> 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
QP<sub>C</sub> 36 36 37 37 37 38 38 38 39 39 39 39

Claims (8)

1.一种编码装置，包括：
处理装置和其上存储有程序的存储器，所述程序包括指令，当由所述处理装置执行时，所述指令使所述处理装置进行如下操作：
基于图片水平色度量化参数QP偏置与亮度QP相加的参数设置色度量化参数QP，所述色度量化参数包括在等于从0至51的亮度QP范围的从0至51的色度QP范围内；以及
基于所设置的色度QP对从图片变换的变换数据执行量化。
2.如权利要求1所述的编码装置，其中使用映射表设置色度QP，所述映射表将色度QP映射至图片水平色度QP偏置与亮度QP相加的参数。
3.如权利要求2所述的编码装置，其中使用第一色度分量的图片水平色度QP偏置与亮度QP相加的参数设置第一色度分量的色度QP，并且使用第二色度分量的图片水平色度QP偏置与亮度QP相加的参数设置第二色度分量的色度QP。
4.如权利要求3所述的编码装置，所述指令还使得所述处理装置对量化生成的量化数据编码。
5.一种编码方法，包括：
基于图片水平色度量化参数QP偏置与亮度QP相加的参数设置色度量化参数QP，所述色度量化参数包括在等于从0至51的亮度QP范围的从0至51的色度QP范围内；以及
基于所述色度QP对从图片变换的变换数据执行量化。
6.如权利要求5所述的编码方法，其中设置步骤包括使用映射表设置色度QP，所述映射表将色度QP映射至图片水平色度QP偏置与亮度QP相加的参数。
7.如权利要求6所述的编码方法，其中设置步骤包括使用第一色度分量的图片水平色度QP偏置与亮度QP相加的参数设置第一色度分量的色度QP，并且使用第二色度分量的图片水平色度QP偏置与亮度QP相加的参数设置第二色度分量的色度QP。
8.如权利要求7所述的编码方法，还包括对量化步骤生成的量化数据编码。
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