CN107770542A - 采用编码参数基值的数据压缩方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种采用编码参数基值的数据压缩方法和装置。在本方法和装置中，同一种的一组编码参数有一个共同的基值，所述一组编码参数中的各编码参数的真值（也称有效值）由两个值合成：一个值是所述基值，另一个值是各编码参数的值，简称编码参数值。当一组编码参数的真值都比较大，但互相之间的差别又比较小的时候，采用一个共同的基值可有效减小各编码参数值的大小，从而减少对这些编码参数进行编码所需要的比特数，大大提高编码效率。

Description

采用编码参数基值的数据压缩方法和装置
技术领域
本发明涉及一种对数据进行有损或无损压缩的编码及解码系统，特别是图像和视频数据的编码及解码的方法和装置。
背景技术
随着人类社会进入大数据、云计算、移动计算、云-移动计算、超高清（4K）和特超高清（8K）视频图像分辨率、4G/5G通讯、虚拟现实的时代，对各种数据，包括大数据、图像数据、视频数据，进行超高压缩比和极高质量的数据压缩成为必不可少的技术。
数据集是由数据的样值（例如：字节、比特、像素、像素分量、空间采样点、变换域系数）组成的排列成一定空间（一维、二维、或多维）形状的有限数据的集合（例如：一个一维数据队列、一个二维数据文件、一帧图像、一个视频序列、一个变换域、一个变换块、多个变换块、一个三维场景、一个持续变化的三维场景的序列）。对数据集，特别是二维或以上数据集进行数据压缩的编码（以及相应的解码）时，通常把此数据集划分成若干具有预定形状的子集，称为编码块（从解码的角度也就是解码块，统称为编解码块），以编解码块为单位，按照预定的时间顺序，一块一块进行编码或解码。在任一时刻，正在编码中的编码块称为当前编码块。在任一时刻，正在解码中的解码块称为当前解码块。当前编码块或当前解码块统称为当前编解码块或简称为当前块。正在编码或解码中的样值称为当前编码样值或当前解码样值，简称为当前样值。
对于具有一定形状（不一定限于正方形或矩形，可以是任何合理的其他形状）的一个编解码块，在很多场合需要将其划分成更精细的基元（基本单元），按照预定的时间顺序，一个基元一个基元进行编码或解码。对一个基元内的所有样值，通常施行同一类型的编码或解码操作。在任一时刻，正在编码或解码中的基元称为当前基元。对一个基元进行编码的结果是一个或多个编码参数，最后产生含这些编码参数的压缩数据码流。对一个基元进行解码就是解析所述压缩数据码流获得一个或多个编码参数，从所述一个或多个编码参数复原出重构的数据的样值。
基元的例包括编解码块（整个块作为一个基元）、子块、微块、串、像素串、样值串、索引串、线条。
很多常见的数据集的一个显著特点是具有很多匹配（即相似甚至完全相同）的式样。例如，图像和视频序列中通常有很多匹配的像素图样。因此，现有数据压缩技术中通常采用匹配（也称为预测或补偿）的方式，即用“预测值”（也称为“补偿值”或“参考样值”，例如“参考像素”）来匹配（也称为预测、表示、代表、补偿、近似、逼近等）当前编码或解码中样值（简称为“当前样值”）的方式来达到数据的无损或有损压缩的效果。简单地说，匹配方式的基本操作就是复制参考样值即在参考位置上的样值到当前样值的位置。因此，匹配方式或预测方式也称为复制方式。匹配方式中，已经经历过至少部分编码运算以及至少部分解码运算的重构（也称重建或复原）样值组成参考集（也称参考集空间或参考空间或参考缓存）。参考集之中的重构样值及其位置与原始数据集中的原始样值及其位置是一一对应的。
在进行一个当前块的编解码时，匹配方式将当前块划分成若干匹配（也称预测）基元，一个匹配基元有一个或多个匹配（编码）参数（也称为匹配关系或复制参数或复制关系或参考关系）来表示其特征。匹配参数中最重要的一个参数是位移矢量（也称为运动矢量、位置偏移、偏移量、相对位置、位置、相对地址、地址、相对坐标、坐标、相对索引、索引等）。位移矢量表示当前基元的样值与其参考样值之间的相对位移量，相当于数据样值排列成一维数据后的一维偏移量。显然，从位移矢量可导出参考样值的参考位置所在。当前基元的位移矢量称为当前位移矢量。匹配参数的其他例：匹配类型、匹配长度、不可匹配（预测）样值，等。
匹配基元的例包括编解码块、子块、微块、串、像素串、样值串、索引串、线条。
数据压缩中，特别是匹配方式中，尤其在匹配基元较精细，编码参数取值范围较大的情形，存在编码参数较多，编码参数的值较大，消耗较多比特数对其进行编码的问题，影响了编码效率。
发明内容
为了解决数据压缩中，特别是匹配方式中的这一问题，本发明提供了一种采用编码参数基值的数据压缩方法和装置。在本方法和装置中，同一种的一组编码参数有一个共同的基值，所述一组编码参数中的各编码参数的真值（也称有效值）由两个值合成：一个值是所述基值，另一个值是各编码参数的值，简称编码参数值。当一组编码参数的真值都比较大，但互相之间的差别又比较小的时候，采用一个共同的基值可有效减小各编码参数值的大小，从而减少对这些编码参数进行编码所需要的比特数，大大提高编码效率。
最简单的示例：一组5个编码参数是{1001, 1001, 1001, 1002, 1002}，对这5个编码参数真值进行编码通常需要消耗很多比特数；如果通过某种手段确定一个基值，比如1000，这5个编码参数真值就可以由基值1000和{1, 1, 1, 2, 2}合成（加起来）获得，对基值1000和5个编码参数值{1, 1, 1, 2, 2}进行编码可能消耗少得多的比特数；更进一步，如果基值仅能取几个有限的值，如1000，2000，3000，4000，那么，可以给每个基值分配一个索引，如0，1，2，3，对基值的编码就转换为对基值的索引的编码，所消耗的比特数就可以进一步减少。
本发明的编码方法或装置的最基本的特有技术特征是将一组编码参数真值分解为一个编码参数基值和对应的一组编码参数值，产生至少含编码参数基值的信息和一组编码参数值的信息的压缩数据码流。图1是本发明的编码方法或装置的一个示意图。
本发明的解码方法或装置的最基本的特有技术特征是解析压缩数据码流，获取至少编码参数基值的信息和一组编码参数值的信息，从所述信息解码、合成出对应的一组编码参数真值。图2是本发明的解码方法或装置的一个示意图。
根据本发明的一个方面，提供了一种数据压缩的编码方法或装置，至少包括完成下列功能和操作的步骤或模块：
在对一个编码块中的一组编码参数真值进行编码时，将所述一组编码参数真值分解为一个编码参数基值和对应的一组编码参数值，产生至少含编码参数基值的信息和一组编码参数值的信息的压缩数据码流。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种数据压缩的解码方法或装置，至少包括完成下列功能和操作的步骤或模块：
在对一个解码块中的一组编码参数进行解码时，解析压缩数据码流，获取至少编码参数基值的信息和一组编码参数值的信息，从所述信息解码、合成得到对应的一组编码参数真值。
本发明适用于有损数据压缩的编码和解码，本发明也同样适用于无损数据压缩的编码和解码。本发明适用于图像数据的编码和解码，本发明也同样适用于任何一维、二维或多维数据的编码和解码。
本发明中，数据压缩所涉及的数据包括下列类型的数据之一或其组合
1）一维数据；
2）二维数据；
3）多维数据；
4）图像；
5）图像的序列；
6）视频；
7）三维场景；
8）持续变化的三维场景的序列；
9）虚拟现实的场景；
10）持续变化的虚拟现实的场景的序列
11）像素形式的图像；
12）图像的变换域数据；
13）二维或二维以上字节的集合；
14）二维或二维以上比特的集合；
15）像素的集合；
16）像素分量的集合。
本发明中，所述编码参数包括下列参量之一或其组合
1）位移矢量；
2）运动矢量；
3）图像坐标；
4）像素个数；
5）基元个数；
6）基元长度；
7）串个数；
8）串长度；
9）不可预测像素个数；
10）不可预测像素串长度。
本发明中，在数据是图像、图像的序列、视频等的情形，编码块或解码块是图像的一个编码区域或一个解码区域，包括以下至少一种：整幅图像、图像的子图像、宏块、最大编码单元LCU、编码树单元CTU、编码单元CU、CU的子区域、预测单元PU、变换单元TU。
本发明中，所述基元包括下列情形之一或其组合：编解码块、子块、微块、串、像素串、样值串、索引串、线条。
以上通过若干特定的具体实例说明本发明的技术特征。本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
以下是本发明的更多的实施细节或变体。
实施或变体例1
所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，所述分解的操作是求差的操作，所述合成的操作是求和的操作。
实施或变体例2
所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，所述编码参数基值是两个或若干预定的数值之一，用一个标志位或索引值来表示。
实施或变体例3
实施或变体例2所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，所述标志位或索引值存在于所述压缩数据码流的下列地方之一或若干处：
1）序列参数集；通常是是序列参数集的一个直接存在或隐含推导的语法元素；
2）图像参数集；通常是图像参数集的一个直接存在或隐含推导的语法元素；
3）序列头；通常是序列头的一个直接存在或隐含推导的语法元素；
4）图像头；通常是图像头的一个直接存在或隐含推导的语法元素；
5）条带头；通常是条带头的一个直接存在或隐含推导的语法元素；
6）CTU头；通常是CTU头的一个直接存在或隐含推导的语法元素；
7）CU头；通常是CU头的一个直接存在或隐含推导的语法元素；
8）编解码块头；通常是编解码块头的一个直接存在或隐含推导的语法元素。
实施或变体例4
所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，
所述编码参数基值是2个预定的数值之一：编码参数基值1、编码参数基值2；按照以下方式使用一个索引（标志位）来选择2个基值之一计算编码参数值和编码参数真值：
如果所述索引等于第一个预定常数，则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值1
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值1
}
否则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值2
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值2
}
或
所述编码参数基值是3个预定的数值之一：编码参数基值1、编码参数基值2、编码参数基值3；按照以下方式使用一个索引来选择3个基值之一计算编码参数值和编码参数真值：
如果所述索引等于第一个预定常数，则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值1
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值1
}
否则，如果所述索引等于第二个预定常数，则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值2
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值2
}
否则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值3
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值3
}
以上方式可扩展为K（K通常不超过10）个预定的编码参数基值的情形。
实施或变体例5
所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，所述数据是图像数据或视频数据；所述编码参数是基元的位移矢量；所述基元是匹配（又称预测或补偿或复制）基元，包括下列类型之一或其组合：匹配块、匹配子块、匹配微块、匹配串、匹配像素串、匹配样值串、匹配索引串、匹配条、匹配线条；所述编码参数真值是位移矢量真值；所述编码参数基值是位移矢量基值。
实施或变体例6
实施或变体例5所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，所述位移矢量基值表示下列情形之一或其组合：
当前位移矢量所在编解码块的最左上像素与另一个编解码块的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在编码树单元的最左上像素与另一个编码树单元的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在最大编码单元的最左上像素与另一个最大编码单元的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在编解码块的最左上像素与一个最大编码单元的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在最大编码单元的最左上像素与一个编解码块的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在基元的首像素与另一个像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在图像的最左上像素与另一帧图像的最左上像素之间的偏移量。
实施或变体例7
实施或变体例6所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，所述偏移量使用下列形式之一或其组合来表示：
当前编解码块或最大编码单元或编码树单元的序号与另一个编解码块或另一个最大编码单元或另一个编码树单元的序号之差，
当前编解码块或最大编码单元或编码树单元的首像素（或代表像素或基准像素）的图像坐标与另一个编解码块或另一个最大编码单元或另一个编码树单元的首像素（或代表像素或基准像素）的图像坐标之差，
当前位移矢量所在基元的首像素的图像坐标与另一个像素的图像坐标之差，
当前位移矢量所在图像的序号与另一帧图像的序号之差。
实施或变体例8
实施或变体例5所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，
序号0表示当前位移矢量所在的当前图像，其在图像坐标(x, y)处的像素值是I[0][x][y]，其中0 ≤ x < 图像宽度，0 ≤ y < 图像高度，
序号1表示按照编解码的时间顺序排列的当前图像的前一帧图像，其在图像坐标(x,y)处的像素值是I[1][x][y]，其中0 ≤ x < 图像宽度，0 ≤ y < 图像高度，
序号2表示按照编解码的时间顺序排列的当前图像的前一帧图像的前一帧图像，其在图像坐标(x, y)处的像素值是I[2][x][y]，其中0 ≤ x < 图像宽度，0 ≤ y < 图像高度，
所述位移矢量基值表示所述序号k，
(xc, yc)是当前编解码像素的图像坐标，
(offsetX, offsetY)是当前位移矢量值，
k与 (offsetX, offsetY)组成位移矢量真值，表示当前编解码像素的参考像素在序号为k的图像内，其图像坐标是(xc - offsetX, yc - offsetY)，
从当前编解码像素的图像坐标(xc, yc)，当前位移矢量值(offsetX, offsetY)，位移矢量基值所表示的序号k，按照下列方式获得当前编解码像素的参考像素值：
当前编解码像素的参考像素值＝I[k][xc-offsetX][yc-offsetY]。
实施或变体例9
所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，所述一组编码参数真值是一个编解码块中的满足预定条件的所有编码参数真值，所述一组编码参数值是一个编解码块中的满足预定条件的所有编码参数值。
附图说明
图1是本发明的编码方法或装置的一个示意图。
图2是本发明的解码方法或装置的一个示意图。

Claims (10)

1.一种数据压缩的编码方法或装置，其特征在于，至少包括完成下列功能和操作的步骤或模块：
在对一个编码块中的一组编码参数真值进行编码时，将所述一组编码参数真值分解为一个编码参数基值和对应的一组编码参数值，产生至少含编码参数基值的信息和一组编码参数值的信息的压缩数据码流。
2.一种数据压缩的解码方法或装置，其特征在于，至少包括完成下列功能和操作的步骤或模块：
在对一个解码块中的一组编码参数进行解码时，解析压缩数据码流，获取至少编码参数基值的信息和一组编码参数值的信息，从所述信息解码、合成得到对应的一组编码参数真值。
3.根据权利要求1所述的编码方法或装置或者根据权利要求2所述的解码方法或装置，其特征在于所述编码参数基值是两个或若干预定的数值之一，用一个标志位或索引值来表示。
4.根据权利要求3所述的编码方法或装置或者解码方法或装置，其特征在于所述标志位或索引值存在于所述压缩数据码流的下列地方之一或若干处：
1）序列参数集；
2）图像参数集；
3）序列头；
4）图像头；
5）条带头；
6）CTU头；
7）CU头；
8）编解码块头。
5.根据权利要求1所述的编码方法或装置或者根据权利要求2所述的解码方法或装置，其特征在于：
所述编码参数基值是2个预定的数值之一：编码参数基值1、编码参数基值2；按照以下方式使用一个索引（标志位）来选择2个基值之一计算编码参数值和编码参数真值：
如果所述索引等于第一个预定常数，则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值1
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值1
}
否则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值2
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值2
}
或
所述编码参数基值是3个预定的数值之一：编码参数基值1、编码参数基值2、编码参数基值3；按照以下方式使用一个索引来选择3个基值之一计算编码参数值和编码参数真值：
如果所述索引等于第一个预定常数，则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值1
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值1
}
否则，如果所述索引等于第二个预定常数，则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值2
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值2
}
否则
{
编码参数值 = 编码参数真值 - 编码参数基值3
即
编码参数真值 = 编码参数值 + 编码参数基值3
}
以上方式可扩展为K（K通常不超过10）个预定的编码参数基值的情形。
6.根据权利要求1所述的编码方法或装置或者根据权利要求2所述的解码方法或装置，其特征在于：
所述数据是图像数据或视频数据；
所述编码参数是基元的位移矢量；
所述基元是匹配（又称预测或补偿或复制）基元，包括下列类型之一或其组合：匹配块、匹配子块、匹配微块、匹配串、匹配像素串、匹配样值串、匹配索引串、匹配条、匹配线条；
所述编码参数真值是位移矢量真值；
所述编码参数基值是位移矢量基值。
7.根据权利要求6所述的编码方法或装置或者解码方法或装置，其特征在于所述位移矢量基值表示下列情形之一或其组合：
当前位移矢量所在编解码块的最左上像素与另一个编解码块的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在编码树单元的最左上像素与另一个编码树单元的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在最大编码单元的最左上像素与另一个最大编码单元的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在编解码块的最左上像素与一个最大编码单元的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在最大编码单元的最左上像素与一个编解码块的最左上像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在基元的首像素与另一个像素之间的偏移量，
当前位移矢量所在图像的最左上像素与另一帧图像的最左上像素之间的偏移量。
8.根据权利要求7所述的编码方法或装置或者解码方法或装置，其特征在于所述偏移量使用下列形式之一或其组合来表示：
当前编解码块或最大编码单元或编码树单元的序号与另一个编解码块或另一个最大编码单元或另一个编码树单元的序号之差，
当前编解码块或最大编码单元或编码树单元的首像素（或代表像素或基准像素）的图像坐标与另一个编解码块或另一个最大编码单元或另一个编码树单元的首像素（或代表像素或基准像素）的图像坐标之差，
当前位移矢量所在基元的首像素的图像坐标与另一个像素的图像坐标之差，
当前位移矢量所在图像的序号与另一帧图像的序号之差。
9.根据权利要求6所述的编码方法或装置或者解码方法或装置，其特征在于：
序号0表示当前位移矢量所在的当前图像，其在图像坐标(x, y)处的像素值是I[0][x][y]，其中0 ≤ x < 图像宽度，0 ≤ y < 图像高度，
序号1表示按照编解码的时间顺序排列的当前图像的前一帧图像，其在图像坐标(x,y)处的像素值是I[1][x][y]，其中0 ≤ x < 图像宽度，0 ≤ y < 图像高度，
序号2表示按照编解码的时间顺序排列的当前图像的前一帧图像的前一帧图像，其在图像坐标(x, y)处的像素值是I[2][x][y]，其中0 ≤ x < 图像宽度，0 ≤ y < 图像高度，
所述位移矢量基值表示所述序号k，
(xc, yc)是当前编解码像素的图像坐标，
(offsetX, offsetY)是当前位移矢量值，
k与 (offsetX, offsetY)组成位移矢量真值，表示当前编解码像素的参考像素在序号为k的图像内，其图像坐标是(xc - offsetX, yc - offsetY)，
从当前编解码像素的图像坐标(xc, yc)，当前位移矢量值(offsetX, offsetY)，位移矢量基值所表示的序号k，按照下列方式获得当前编解码像素的参考像素值：
当前编解码像素的参考像素值＝I[k][xc-offsetX][yc-offsetY]。
10.根据权利要求1所述的编码方法或装置或根据权利要求2所述的解码方法或装置，其特征在于所述一组编码参数真值是一个编解码块中的满足预定条件的所有编码参数真值，所述一组编码参数值是一个编解码块中的满足预定条件的所有编码参数值。
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