CN108235007A - 各模式使用不同精度同种编码参数的数据压缩方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不同的编码模式使用不同精度的同一种编码参数进行编解码的数据压缩方法和装置。本方法和装置，充分利用了在不同编码模式的特有适用情况下，同一种编码参数具有不同的精度需求的性质，根据编码模式，选择最优的精度，达到整体消耗最少的比特数进行编解码，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

各模式使用不同精度同种编码参数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、移动矢量、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。

匹配方式（有时也称匹配类型或匹配模式或预测类型或预测模式）的例包括：块匹配、块预测、子块匹配、子块预测、微块匹配、微块预测、串匹配、串预测、像素串匹配、像素串预测、样值串匹配、样值串预测、索引串匹配、索引串预测、线条匹配、线条预测。

各种不同的匹配模式通常使用至少一种同样的编码参数。如块匹配、块预测、子块匹配、子块预测、微块匹配、微块预测、串匹配、串预测、像素串匹配、像素串预测、样值串匹配、样值串预测、索引串匹配、索引串预测、线条匹配、线条预测都使用“位移矢量”这一编码参数。

数据压缩中，特别是匹配方式中，尤其在匹配基元较精细的情形，存在编码参数较多，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，本发明提供了一种不同的编码模式使用不同精度的同一种编码参数进行编解码的数据压缩方法和装置。本方法和装置，充分利用了在不同编码模式的特有适用情况下，同一种编码参数具有不同的精度需求的性质，根据编码模式，选择最优的精度，达到整体消耗最少的比特数进行编解码，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不同的编码模式使用不同精度的同一种编码参数进行编解码。

本发明的编码方法或装置的最基本的特有技术特征是不同的编码模式使用对应精度的同一种编码参数进行编码，产生至少含表示当前编码模式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，获取至少表示当前编码模式的信息，根据所述编码模式，采用相对应的预定的精度对一种编码参数进行解码。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，提供了一种采用多种编码模式的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基元进行编码时，对于一种编码参数，根据所述编码块的编码模式，选择与所述编码模式相对应的预定的精度，至少使用具有所述精度的所述编码参数对基元进行编码，产生至少含表示所述编码模式的信息的压缩数据码流。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种采用多种编码模式的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基元进行解码时，解析压缩数据码流，获取至少表示所述解码块的编码模式的信息，对于一种编码参数，选择与所述编码模式相对应的预定的精度，至少使用具有所述精度的所述编码参数对基元进行解码。

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者解码方法或装置中，所述多种编码模式至少包括1）帧间预测和2）串匹配或串预测或通用串匹配或通用串预测，所述编码参数是位移矢量，与帧间预测相对应的位移矢量的精度是分像素包括½像素和/或¼像素，与串匹配相对应的位移矢量的精度是整像素。

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，表示编码模式的信息是编码模式标志位或标识码。

实施或变体例3

所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，表示编码模式的信息是一个直接或间接或直接间接混合的编码模式标识码；

如果所述编码模式标识码取一个预定值，则

{

使用与所述预定值相对应的精度的编码参数进行编解码

}

所述直接的编码模式标识码由压缩数据码流中的一个或多个位串（比特串）所组成。所述间接的编码模式标识码是从其他编码参数和/或编解码变量和/或压缩数据码流的其他语法元素导出的编码模式标识码。所述直接间接混合的编码模式标识码是部分直接（即由压缩数据码流中的一个或多个位串所组成）部分间接（即从其他编码参数和/或编解码变量和/或压缩数据码流的其他语法元素导出）混合的编码模式标识码。

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，所述编解码块中表示编码模式的信息以下列形式之一或其组合存在于压缩数据码流中：

表示编码模式的信息集中存在于编解码块的压缩数据码流中：… … …，表示编码模式的信息，… …，… … …；

或

表示编码模式的信息分散存在于编解码块的压缩数据码流中：… … …，部分表示编码模式的信息，… …，部分表示编码模式的信息，… …，部分表示编码模式的信息，… …，部分表示编码模式的信息，… … …。

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：块、匹配块、预测块、参考块、子块、匹配子块、预测子块、参考子块、微块、匹配微块、预测微块、参考微块、串、匹配串、预测串、参考串、像素串、匹配像素串、预测像素串、参考像素串、样值串、匹配样值串、预测样值串、参考样值串、索引串、匹配索引串、预测索引串、参考索引串、条、匹配条、预测条、参考条、线条、匹配线条、预测线条、参考线条；所述编码参数是位移矢量（也称为运动矢量、移动矢量、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）。

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，以下列方式和斜体表示的标志位和/或标识码及语法元素来表示编码模式的信息和一种编码参数coding_parameter_1并选择其精度：

编码模式A标志位和/或标识码

如果编码模式A标志位和/或标识码的值表示使用该编码模式A，则

{

可选的其他参数或语法元素

coding_parameter_1的K ₁ 个语法元素

选择第一种精度作为coding_parameter_1的精度并施行编解码操作

可选的其他参数或语法元素

}

否则

{

编码模式B标志位和/或标识码

如果编码模式B标志位和/或标识码的值表示使用该编码模式B，则

{

可选的其他参数或语法元素

coding_parameter_1的K ₂ 个语法元素

选择第二种精度作为coding_parameter_1的精度并施行编解码操作

可选的其他参数或语法元素

}

否则

{

可选的其他参数或语法元素，包括其他编码模式的标志位和/或标识码

可选地，选择其他种精度作为coding_parameter_1的精度并施行编解码操作

}

}。

实施或变体例7

所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，以下列方式和斜体表示的标志位和/或标识码及语法元素来表示编码模式的信息和运动矢量motion_vector并选择motion_ vector的精度：

参考串在参考图像（即非当前编解码图像）内的通用串预测CS1编码模式标志位和/或 标识码

如果以上标志位和/或标识码的值表示当前基元的编码模式是参考串在参考图像内的通用串预测CS1编码模式，则

{

可选的其他参数或语法元素

表示motion_vector的水平分量和/或垂直分量的值是否为零和/或motion_ vector的水平分量和/或垂直分量的值的绝对值和/或正负号的语法元素

选择整像素精度作为motion_vector的精度并施行编解码操作

可选的其他参数或语法元素

}

否则

{

可选的其他参数或语法元素

帧间预测（包括前向、后向，双向预测）编码模式标志位和/或标识码

如果以上标志位和/或标识码的值表示当前基元的编码模式是帧间预测模式，则

{

可选的其他参数或语法元素

表示motion_vector与运动矢量预测值之差的水平分量和/或垂直分量 的值的绝对值和/或正负号的语法元素

选择分像素包括½像素和/或¼像素作为motion_vector的精度并施行编解码操作

可选的其他参数或语法元素

}

否则

{

可选的其他参数或语法元素，包括其他编码模式的标志位和/或标识码

可选地，选择其他的精度作为motion_vector的精度并施行编解码操作

}

可选的其他参数或语法元素

}。

实施或变体例8

实施或变体例7所述编码方法或装置或者解码方法或装置中，

所述参考串在参考图像内的通用串预测CS1编码模式标志位和/或标识码包括：

图像起始码

和/或

picture_coding_type

和/或

scene_pred_flag

和/或

cu_type_index

和/或

cu_type_usp_flag

和/或

usp_offset_base_flag

和/或

usp_cs1_mode_flag；

所述表示motion_vector的水平分量和/或垂直分量的值是否为零和/或motion_ vector的水平分量和/或垂直分量的值的绝对值和/或正负号的语法元素包括：

cs1_copy_neighbouring_offset_flag

和/或

cs1_neighbouring_offset_flag

和/或

cs1_copy_recent_offset_flag

和/或

cs1_recent_offset_address

和/或

cs1_offsetY_zero_flag

和/或

cs1_adjusted_offsetX_zero_flag

和/或

cs1_adjusted_offsetX_abs_minus1

和/或

cs1_offsetX_zero_flag

和/或

cs1_adjusted_offsetY_zero_flag和/或

cs1_adjusted_offsetY_abs_minus1

和/或

cs1_offsetX_abs_minus1

和/或

cs1_offsetX_sign

和/或

cs1_offsetY_abs_minus1

和/或

cs1_offsetY_sign；

所述帧间预测（包括前向、后向，双向预测）编码模式标志位和/或标识码包括：

图像起始码

和/或

picture_coding_type

和/或

scene_pred_flag

和/或

cu_type_index

和/或

cu_type_usp_flag；

所述表示motion_vector与运动矢量预测值之差的水平分量和/或垂直分量的值的绝 对值和/或正负号的语法元素包括：

mv_diff_x_abs

和/或

mv_diff_x_sign

和/或

mv_diff_y_abs

和/或

mv_diff_y_sign。

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)

1.一种采用多种编码模式的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基元进行编码时，对于一种编码参数，根据所述编码块的编码模式，选择与所述编码模式相对应的预定的精度，至少使用具有所述精度的所述编码参数对基元进行编码，产生至少含表示所述编码模式的信息的压缩数据码流。

2.一种采用多种编码模式的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基元进行解码时，解析压缩数据码流，获取至少表示所述解码块的编码模式的信息，对于一种编码参数，选择与所述编码模式相对应的预定的精度，至少使用具有所述精度的所述编码参数对基元进行解码。

3.根据权利要求1所述的编码方法或装置或者根据权利要求2所述的解码方法或装置，其特征在于：

在数据是图像、图像的序列、视频的情形，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。

4.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：所述多种编码模式至少包括1）帧间预测和2）串匹配或串预测或通用串匹配或通用串预测，所述编码参数是位移矢量，与帧间预测相对应的位移矢量的精度是分像素包括½像素和/或¼像素，与串匹配相对应的位移矢量的精度是整像素。

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：

表示编码模式的信息是一个直接或间接或直接间接混合的编码模式标识码；

如果所述编码模式标识码取一个预定值，则

{

使用与所述预定值相对应的精度的编码参数进行编解码

}

所述直接的编码模式标识码由压缩数据码流中的一个或多个位串（比特串）所组成；所述间接的编码模式标识码是从其他编码参数和/或编解码变量和/或压缩数据码流的其他语法元素导出的编码模式标识码；所述直接间接混合的编码模式标识码是部分直接（即由压缩数据码流中的一个或多个位串所组成）部分间接（即从其他编码参数和/或编解码变量和/或压缩数据码流的其他语法元素导出）混合的编码模式标识码。

7.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，其特征在于所述编解码块中表示编码模式的信息以下列形式之一或其组合存在于压缩数据码流中：

表示编码模式的信息集中存在于编解码块的压缩数据码流中：… … …，表示编码模式的信息，… …，… … …；

或

表示编码模式的信息分散存在于编解码块的压缩数据码流中：… … …，部分表示编码模式的信息，… …，部分表示编码模式的信息，… …，部分表示编码模式的信息，… …，部分表示编码模式的信息，… … …。

8.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：块、匹配块、预测块、参考块、子块、匹配子块、预测子块、参考子块、微块、匹配微块、预测微块、参考微块、串、匹配串、预测串、参考串、像素串、匹配像素串、预测像素串、参考像素串、样值串、匹配样值串、预测样值串、参考样值串、索引串、匹配索引串、预测索引串、参考索引串、条、匹配条、预测条、参考条、线条、匹配线条、预测线条、参考线条；所述编码参数是位移矢量（也称为运动矢量、移动矢量、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）。

9.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，其特征在于以下列方式和斜体表示的标志位和/或标识码及语法元素来表示编码模式的信息和一种编码参数coding_parameter_1并选择其精度：

编码模式A标志位和/或标识码

如果编码模式A标志位和/或标识码的值表示使用该编码模式A，则

{

可选的其他参数或语法元素

coding_parameter_1的K ₁ 个语法元素

选择第一种精度作为coding_parameter_1的精度并施行编解码操作

可选的其他参数或语法元素

}

否则

{

编码模式B标志位和/或标识码

如果编码模式B标志位和/或标识码的值表示使用该编码模式B，则

{

可选的其他参数或语法元素

coding_parameter_1的K ₂ 个语法元素

选择第二种精度作为coding_parameter_1的精度并施行编解码操作

可选的其他参数或语法元素

}

否则

{

可选的其他参数或语法元素，包括其他编码模式的标志位和/或标识码

可选地，选择其他种精度作为coding_parameter_1的精度并施行编解码操作

}

}。

10.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，其特征在于以下列方式和斜体表示的标志位和/或标识码及语法元素来表示编码模式的信息和运动矢量motion_vector并选择motion_vector的精度：

参考串在参考图像（即非当前编解码图像）内的通用串预测CS1编码模式标志位和/或 标识码

如果以上标志位和/或标识码的值表示当前基元的编码模式是参考串在参考图像内的通用串预测CS1编码模式，则

{

可选的其他参数或语法元素

表示motion_vector的水平分量和/或垂直分量的值是否为零和/或motion_ vector的水平分量和/或垂直分量的值的绝对值和/或正负号的语法元素

选择整像素精度作为motion_vector的精度并施行编解码操作

可选的其他参数或语法元素

}

否则

{

可选的其他参数或语法元素

帧间预测（包括前向、后向，双向预测）编码模式标志位和/或标识码

如果以上标志位和/或标识码的值表示当前基元的编码模式是帧间预测模式，则

{

可选的其他参数或语法元素

表示motion_vector与运动矢量预测值之差的水平分量和/或垂直分量 的值的绝对值和/或正负号的语法元素

选择分像素包括½像素和/或¼像素作为motion_vector的精度并施行编解码操作

可选的其他参数或语法元素

}

否则

{

可选的其他参数或语法元素，包括其他编码模式的标志位和/或标识码

可选地，选择其他的精度作为motion_vector的精度并施行编解码操作

}

可选的其他参数或语法元素

}。