CN107770544A - 采用多类匹配参数及前参数缓冲区的数据压缩方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在一个编解码块中，融合多种采用不同类型的匹配参数来表示参考关系的基元的数据压缩方法和装置。本方法和装置，根据图像的局部特性，灵活使用最适当类型的匹配参数来表示一个当前基元的样值与其参考样值（也称预测样值）之间的关系（称为参考关系或预测关系或匹配关系），达到整体消耗最少的比特数对当前块进行编码，从根本上减少数据压缩，特别是匹配方式所需要的比特数，大大提高编码效率。

Description

采用多类匹配参数及前参数缓冲区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。

对于具有二维或多维形状（不一定限于正方形或矩形，可以是任何合理的其他二维或多维形状）的编解码块，在很多场合需要将其样值按照一定顺序排列成（即扫描成）一维数据。排列方式也称为扫描方式。在通常使用的扫描方式中，首先沿一个扫描主方向从头至尾扫描（即排列）一个线段上的全部样值，然后再扫描相邻的平行的线段上的全部样值，依次逐线段扫描，直至扫描完一个编解码块的全部样值。扫描主方向为水平方向（行）的扫描方式通常称为水平扫描方式。扫描主方向为垂直方向（列）的扫描方式通常称为垂直扫描方式。从另一方面来分类，通常使用的扫描方式有光栅扫描（又可分为水平和垂直）和弓形扫描（也可分为水平和垂直）。在光栅扫描中，相邻的行（或列）具有相同的扫描方向。在弓形扫描中，相邻的行（或列）具有相反的扫描方向。例如，在弓形水平扫描中，奇数行从左到右扫描而偶数行则从右到左扫描。确定了扫描方式之后，编解码块中的每一个样值都有一个表示该样值在所述扫描方式下扫描顺序的序号。如果一个样值的序号小于扫描主方向的线段长度，则该样值在编解码块的第一行（列）内。

对于一个编解码块，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，特别是匹配基元较精细的匹配方式，如串匹配方式中，存在编码参数较多，特别是表示参考关系的匹配参数的类型单一，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，特别是匹配方式中表示参考关系的匹配参数的这一问题，本发明提供了一种在一个编解码块中，融合多种采用不同类型的匹配参数来表示参考关系的基元的数据压缩方法和装置。本方法和装置，根据图像的局部特性，灵活使用最适当类型的匹配参数来表示一个当前基元的样值与其参考样值（也称预测样值）之间的关系（称为参考关系或预测关系或匹配关系），达到整体消耗最少的比特数对当前块进行编码，从根本上减少数据压缩，特别是匹配方式所需要的比特数，大大提高编码效率。

本发明的首要技术特征是根据预定规则，选择若干种类型的表示参考关系的的匹配参数之一，对一个匹配基元进行编解码。

本发明的编码方法或装置的最基本的特有技术特征是根据预定规则，如图像的局部特性，消耗的比特数的多少，产生的失真大小等，选择若干种类型的表示参考关系的匹配参数之一对一个匹配基元进行编码，产生至少含多种类型的匹配参数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，获取至少当前匹配基元的匹配参数的信息，根据所述信息，从若干种类型的匹配参数中选择相应的一种对所述当前匹配基元进行解码。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个当前基元进行编码时，根据预定规则，选择若干种类型的表示参考关系的匹配参数之一对所述当前基元进行编码，产生至少含若干种类型的匹配参数的类型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个当前基元进行解码时，解析压缩数据码流，获取至少表示参考关系的匹配参数的类型信息，根据所述类型信息，从若干种类型的匹配参数及其基元的解码方式中选择相应的一种解码方式对所述当前基元进行解码。

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，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解码方法或装置中，所述数据是图像数据或视频数据；所述基元是像素串；匹配参数的所述类型信息也表示串类型，即也是串类型信息；所述若干种类型的匹配参数及其串类型至少包括下列类型的匹配参数及其串类型：

坐标串类型：匹配参数是表示参考像素样值在参考图像中相对于图像原点的位置关系的图像坐标pic_coor = (x, y)；采用这种串类型进行编解码的串称为坐标串。

实施或变体例2

实施或变体例1所述编码方法或装置或解码方法或装置中，

坐标串的图像坐标pic_coor = (x, y)的取值范围是一个存储了可能用到的图像坐标的图像坐标数组PCA = {PCA[k] = (PCA[k][0], PCA[k][1]) = (x_k, y_k): k = 0 ~ K-1}；PCA中图像坐标的个数（即K的值）在对一个编解码块进行编解码的过程中可多次更新或保存不变；

PCA中的图像坐标分为下列两部分：

1)复用图像坐标：复用图像坐标存在于由已经完成编解码的含坐标串的编解码块中曾经使用过的坐标组成的缓冲区，称为前坐标缓冲区PrevCoorBuf内，因此，复用图像坐标是当前块之前的编解码块中出现的坐标，

2)新图像坐标：新图像坐标不存在于前坐标缓冲区内，因此，新图像坐标是当前块中出现的坐标。

实施或变体例3

实施或变体例2所述编码方法或装置或解码方法或装置中，

PCA中复用图像坐标的个数K₁和新图像坐标的个数K₂满足下列关系：K₁ + K₂ = K，K₁和K₂中至少一个不为零，K₁个复用图像坐标按照在前坐标缓冲区中的排列顺序逐个取出依次放入PCA中。

实施或变体例4

实施或变体例3所述编码方法或装置或解码方法或装置中，

在从含M个坐标的前坐标缓冲区PrevCoorBuf = {PCB[m]: m = 0 ~ M-1}中取出K₁个复用图像坐标放入PCA的过程中，用前坐标缓冲区中连续排列的不复用的坐标的个数prev_coor_not_reused_run来逐段跳过不复用的坐标，取出每段不复用的坐标段后面的坐标放入PCA，即使用下列方式：

k = 0

m=0

当k<K₁时，对每一个新的prev_coor_not_reused_run，重复下列操作

{

m=m+prev_coor_not_reused_run

PCA[k]=PCB[m]

k=k+1

m=m+1

}

逐个取出PCB[m]并放入PCA[k]中。

实施或变体例5

实施或变体例3所述编码方法或装置或解码方法或装置中，

在从所述前坐标缓冲区中取出K₁个复用图像坐标后，所述K₁个复用图像坐标被移动到所述前坐标缓冲区的起始位置并且从所述前坐标缓冲区的原位置删除。

实施或变体例6

实施或变体例2所述编码方法或装置或解码方法或装置中，

所述新图像坐标被重新插入到所述前坐标缓冲区的起始位置，用于后续编解码块的复用图像坐标。

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个当前基元进行编码时，根据预定规则，选择若干种类型的表示参考关系的匹配参数之一对所述当前基元进行编码，产生至少含若干种类型的匹配参数的类型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个当前基元进行解码时，解析压缩数据码流，获取至少表示参考关系的匹配参数的类型信息，根据所述类型信息，从若干种类型的匹配参数及其基元的解码方式中选择相应的一种解码方式对所述当前基元进行解码。

3.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，其特征在于所述数据是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。

4.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：

所述编码块或所述解码块是图像的一个编码区域或一个解码区域，包括以下情形：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；

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。

5.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：

所述数据是图像数据或视频数据；

所述基元是像素串；

匹配参数的所述类型信息也表示串类型，即也是串类型信息；

所述若干种类型的匹配参数及其串类型至少包括下列类型的匹配参数及其串类型：

坐标串类型：匹配参数是表示参考像素样值在参考图像中相对于图像原点的位置关系的图像坐标pic_coor = (x, y)；采用这种串类型进行编解码的串称为坐标串。

6.根据权利要求5所述的编码方法或装置或者解码方法或装置，其特征在于：

坐标串的图像坐标pic_coor = (x, y)的取值范围是一个存储了可能用到的图像坐标的图像坐标数组PCA = {PCA[k] = (PCA[k][0], PCA[k][1]) = (x_k, y_k): k = 0 ~ K-1}；PCA中图像坐标的个数（即K的值）在对一个编解码块进行编解码的过程中可多次更新或保存不变；

PCA中的图像坐标分为下列两部分：

1)复用图像坐标：复用图像坐标存在于由已经完成编解码的含坐标串的编解码块中曾经使用过的坐标组成的缓冲区，称为前坐标缓冲区PrevCoorBuf内，因此，复用图像坐标是当前块之前的编解码块中出现的坐标，

2)新图像坐标：新图像坐标不存在于前坐标缓冲区内，因此，新图像坐标是当前块中出现的坐标。

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：

PCA中复用图像坐标的个数K₁和新图像坐标的个数K₂满足下列关系：K₁ + K₂ = K，K₁和K₂中至少一个不为零，K₁个复用图像坐标按照在前坐标缓冲区中的排列顺序逐个取出依次放入PCA中。

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：

在从含M个坐标的前坐标缓冲区PrevCoorBuf = {PCB[m]: m = 0 ~ M-1}中取出K₁个复用图像坐标放入PCA的过程中，用前坐标缓冲区中连续排列的不复用的坐标的个数prev_coor_not_reused_run来逐段跳过不复用的坐标，取出每段不复用的坐标段后面的坐标放入PCA，即使用下列方式：

k= 0

m=0

当k < K₁时，对每一个新的prev_coor_not_reused_run，重复下列操作

{

m=m+prev_coor_not_reused_run

PCA[k]=PCB[m]

k=k+1

m=m+1

}

逐个取出PCB[m]并放入PCA[k]中。

9.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：

在从所述前坐标缓冲区中取出K₁个复用图像坐标后，所述K₁个复用图像坐标被移动到所述前坐标缓冲区的起始位置并且从所述前坐标缓冲区的原位置删除。

10.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：

所述新图像坐标被重新插入到所述前坐标缓冲区的起始位置，用于后续编解码块的复用图像坐标。