CN108370444B - 组合自适应分辨率和内部比特深度增加编码的方法和装置 - Google Patents

组合自适应分辨率和内部比特深度增加编码的方法和装置 Download PDF

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Abstract

要在自适应分辨率编码器或解码器中用作参考图像的图像经过调整尺寸以匹配正在处理的图像的分辨率。调整尺寸处理使用扩展的分辨率比特长度来执行，以更准确地表示处理后的图像。内部比特深度在调整尺寸处理中保留，并存储保持为参考图像。当运动补偿处理中使用参考图像时，调整尺寸后的参考匹配正在处理的当前图像的分辨率并且具有扩展的比特深度精度以实现更好的保真度。

Description

组合自适应分辨率和内部比特深度增加编码的方法和装置
技术领域
本原理涉及视频图像的自适应分辨率编码(ARC)。
背景技术
最近以3840x2048的格式部署超高清(UHD)视频内容，以及即将在100/120Hz的7680x4320p的UHD-2视频格式导致需要能够管理这样的非常高清画面的视频压缩工具和系统。
此外，视频点播(VOD)和顶级(OTT)应用的出现以及通过视频流传输应用交换的视频内容的增加，自适应分辨率被预见为未来视频编解码器的新的和具有挑战性的要求。
高清晰度视频编码(HEVC)标准中的自适应分辨率编码意味着响应于环境而动态地适应分辨率，而不需要插入即时解码器刷新(IDR)帧。当使用ARC与插入IDR帧比较时，增益示出为在6.9-7.4％之间。一些研究使用一种经验分辨率开关选择方法，报告的增益在3-30％之间，取决于原始帧尺寸和配置。
在实际使用情况下，重新采样以降低分辨率已被用于在低比特率应用中便于足够的编码效率。第一现有方法使用具有修改版本的HEVC参考软件的4K和8K视频内容，报告的平均蓝光光盘(BD)率降低约10％(分别在Y，U，V中高达15％，27.1％和19.4％)
当在视频编解码器中实现自适应分辨率编码时，可能会遇到两个主要问题。
首先是精度损失。在调整尺寸以将参考画面分辨率与当前画面尺寸对齐期间执行的上采样或下采样操作期间执行的计算精度不够引起一些损失。在具有随着运动补偿(MC)滤波器的滤波和舍入操作积累的信息的潜在损失的情况下，上采样和下采样处理使用附加的舍入操作，。
第二个问题是存储器需求的增加。解码器画面缓冲区(DPB)可能包含所有可能的分辨率，这可能增加解码器存储器需求。
另一现有技术方式已经表明，通过将调整尺寸和运动补偿组合在一起，可以减少这两个限制。然而，通过使用具有增加的抽头数的滤波器来获得组合的调整尺寸和运动补偿处理，这增加计算负荷并且可能减少这种组合方式的益处。
发明内容
本原理解决现有技术的这些和其他缺点和缺点，本原理针对用于组合自适应分辨率编码和自适应内部比特深度增加的方法和装置。
本原理包括指定与潜在调整尺寸后的参考画面相关联的内部比特深度增加(IBDI)，这独立于解码和重构画面的常规比特深度。调整尺寸后的IBDI参数可以适应每个画面或每个区域。这些原理的优点是当使用自适应分辨率编码时，通过增加调整尺寸后的画面的精度来改进视频编码效率。
根据本原理的一个方面，提供用于自适应分辨率编码的方法。该方法包括调整要用作参考画面的图像的尺寸，并且将调整尺寸后的参考图像的比特深度增加为比调整尺寸之前更高的精度。该方法还包括存储调整尺寸后的增加比特深度的图像，以及使用存储的调整尺寸后的图像作为参考来对当前图像执行运动补偿。
根据本发明的另一方面，提供用于自适应分辨率编码的装置。该装置包括处理器，用于调整要用作参考的图像的尺寸，并且还包括移位电路，用于将调整尺寸后的图像的比特深度增加到比调整尺寸之前更高的精度。该装置还包括存储器，用于存储调整尺寸后的增加比特深度的图像，以及运动补偿电路，用于对当前图像操作并使用存储的调整尺寸后的图像作为参考。
在一个有利实施例中，之前提及的方法和装置在编码器中实现。
在另一个有利实施例中，之前提及的方法和装置在解码器中实现。
在另一个有利实施例中，之前提及的方法和装置使用在比特流中发信号通知的比特深度信息来实现。
在另一个有利实施例中，之前提及的方法和装置被实现并且仅对特定分辨率的图像执行调整尺寸后的图像的比特深度的增加。
在另一个有利实施例中，之前提及的方法和装置被实现并且基于每个画面执行比特深度的增加。
在另一个有利实施例中，之前提及的方法和装置被实现并且参考图像的比特深度在参考图像的每个区域变化。
附图说明
图1示出使用本原理的方法的一个实施例。
图2示出使用本原理的装置的一个实施例。
图3示出使用本原理的ARC和IBDI的一个示例实施例。
图4示出使用本原理的ARC单分辨率和IBDI组合的一个示例实施例。
图5示出使用本原理的基于每个画面的IBDI自适应的示例实施例。
图6示出具有分辨率改变的每个画面自适应IBDI的示例实施例。
具体实施方式
自适应分辨率编码(ARC)可能导致精度损失和存储器增加。当参考画面被调整尺寸为当前图像尺寸的格式时，数学运算的舍入可能导致精度损失，这随着滤波和运动补偿处理而积累。
本文描述的实施例提供内部数据路径中增加的比特深度精度的使用，其被称为内部比特深度增加(IBDI)，这产生了更好的预测，更小的残差和更好的整体视频质量。例如，调整尺寸可以通过8比特样本的线性组合加上最后的舍入，用右移位实现来完成。可以调整这种右移位以获得期望的输出比特深度。尽管增加解码器存储器需求，但使用参考帧的内部10比特精度对8比特的视频内容进行编码的HEVC参考软件进行的实验结果表明了显著的BD率改进。
图1示出自适应分辨率编码的方法100的一个实施例。该方法在开始块101处开始并且前进到块110以调整图像的尺寸。然后控制从块110前进到块120以增加调整尺寸后的图像的比特深度。通过保持调整图像的尺寸的数学处理中使用的更多比特，可以实现增加比特深度。控制从块120前进到块130以存储调整尺寸后的增加的比特深度图像。然后，控制从块130前进到块140，用于使用存储的、调整尺寸后的增加的比特深度图像作为参考来执行对当前图像的运动补偿以产生运动补偿图像。
图2示出用于自适应分辨率编码的装置200的一个实施例。该装置包括处理器210，其在输入端口接收参考图像。处理器210用于调整其输入端口上的图像的尺寸。处理器210的输出端与移位电路220的输入端信号通信。移位电路220在其输入端接收调整尺寸后的图像并增加图像的比特深度。移位电路220的输出端与存储器230的输入端处于信号连接状态，该存储器230存储稍后用作参考的调整尺寸后的增加比特深度的图像。存储器230的输出端与运动补偿电路240的第一输入端处于信号连接。运动补偿电路240还在第二输入端口接收当前图像。当前图像与在运动补偿电路240的第一输入端口上的调整尺寸后的增加比特深度的参考图像一起被处理，以在其输出端口上产生运动补偿输出。
提出的实施例通过存储具有增加的比特深度精度的调整尺寸后的分辨率参考画面来组合IBDI和ARC的益处，而其他参考画面使用常规比特深度精度。这有助于缓解精度损失问题。
另一个提出的实施例允许参考画面的比特深度动态地变化。在只有低分辨率参考画面与IBDI一起存储的情况下，该方式通过增加ARC的效率来利用IBDI的优势，而不通过增加解码器存储器需求来损害增益。保持以较高精度上采样的调整尺寸后的画面可以显著提高存储器带宽需求，因此可以通过仅使用下采样参考的IBDI来考虑权衡。ARC的效率增加，这是因为例如在对低分辨率参考进行上采样时将实现更好的精度。而且，整个解码器的存储器需求没有改变，或者没有系统地增加。
使用例如序列参数集(SPS)，画面参数集(PPS)或条带标头在比特流中发信号通知调整尺寸后的重构参考画面比特深度。在描述的实施例中，通过相应地设置最终舍入和移位操作来适应调整尺寸操作(上采样和下采样)和运动补偿处理，以实现更高的精度。
对于调整尺寸后的参考画面的比特深度动态变化的情况，也可以动态发送比特深度信息。例如，一个比特深度可以用于一特定参考画面，并且另一个比特深度可以用于第二参考画面。然而，例如，可以在序列标头中编码标志，以指示所有调整尺寸后的画面(或特定的调整尺寸比率的画面)的比特深度相同，并对其值编码。解码器需要知道参考画面的比特深度，以避免将使用这些参考画面作为预测的重构画面中的漂移误差。
图3中示出本原理的一个实施例，其描绘组合的ARC和IBDI的示例。与访问单元AU-0对应的调整尺寸后的下采样参考画面以10比特精度输出，而常规比特深度是8比特。与AU-0对应的较高精度的下采样参考画面可用于对来自解码器画面缓冲器(DPB)的8比特较小尺寸的画面AU-1的运动补偿。DPB存储低分辨率和高分辨率参考画面。
图4中示出本原理的另一个实施例。在图4中，调整尺寸操作与运动补偿处理组合。带宽存储器减少，同时增加精度。
在另一个实施例中，仅对低分辨率画面执行调整尺寸后的画面的比特深度的增加，以最小化存储器带宽需求的增加。该场景的示例在图3、4和6中。但是，这可能涉及所有的低分辨率画面，或者仅仅图示的一些。低分辨率画面可以与以另一个分辨率处理的一系列图像的格式有关。例如，如果处理7680x 4320格式的信号，则低分辨率可以是1920x1024格式参考。
在另一个实施例中，即使没有分辨率改变，如图5中描绘，基于每个画面执行比特深度的增加，如图6所示。这例如允许关键参考画面或者频繁用作参考画面的那些画面的精度的增加。
在另一个实施例中，例如，参考画面的比特深度可以在画面中的每个区域(诸如例如每个条带)变化。如果使用较低的IBDI，则可以使用该实施例来节省带宽存储器，或者如果使用较高的IBDI，则可以使用该实施例来提高精度。
上述实施例可以在机顶盒(STB)、调制解调器、网关或执行视频编码或解码的其他设备中实现。
图中示出的各种元件的功能可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件提供。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由多个单独处理器(其一些可以被共享)提供。此外，术语“处理器”或者“控制器”的明确使用不应该被解释为排除地指代能够执行软件的硬件，并且可以在没有限制的情况下隐含包括数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)和非易失性贮存器。
也可以包括常规和/或定制的其他硬件。类似地，图中示出的任何切换器仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互或者甚至手动实施，可由实施者按照从上下文更特定理解选择具体技术。
本描述图示本公开的原理。由此将认识到本领域技术人员将能够设想虽然没有在本文中明确描述或者示出，但体现本公开的原理并且包括在其精神和范围内的各种布置。
本文列举的所有示例和条件性语言意图用于教育目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人为了促进技术贡献的构思，并且要被解释为对这样的特别列举的示例和条件没有限制。
此外，列举本公开的原理、方面和实施例的本文所有陈述以及其特定示例，意图包含其结构和功能等效物二者。另外，这样的等效物意图包括当前已知的等效物以及未来开发的等效物(即，无论结构，执行相同功能的开发的任何元件)二者。
由此，例如，本领域的技术人员将认识到，本文呈现的框图代表体现本公开的原理的图示性电路的概念图。类似地，将认识到任何流程图、流程框图、转态转换图、伪代码等代表各种处理，各种处理可以基本上在计算机可读介质中表示并且因此由计算机或者处理器执行，无论这样的计算机或者处理器明确示出。
在本文的实施例中，被表达为用于执行规定功能的功能的手段的任何元件，意图包含执行该功能的任何形式，例如，a)执行该功能的电路元件的组合或者b)任何形式的软件，因此包括与用于执行该软件以执行功能的适当电路系统组合的固件、伪代码等。这样的权利要求定义的本原理实际上在于由各种列举的构件提供的功能被组合并且以权利要求要求的方式一起提供。由此，认为可以提供那些功能的任何构件等效于本文所示的那些。
说明书中对本原理的“一个实施例”或“实施例”及其其他变型的引用意味着结合该实施例描述的具体特征，结构，特性等被包括在本原理的至少一个实施例。因此，在整个说明书中出现在各个地方的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”以及任何其他变型的出现不一定都指代相同实施例。

Claims (24)

1.一种用于自适应分辨率编码的方法，包括：
调整(110)要用作参考画面的图像的尺寸；
仅当调整尺寸是下采样时，将调整尺寸后的参考图像的比特深度增加(120)到比调整尺寸之前更高的精度，
其中，即使没有分辨率改变，也基于每个画面执行比特深度的增加，并且在比特流中发信号通知调整尺寸后的重构参考画面比特深度，
存储调整尺寸后的增加比特深度的图像；以及
将所存储的调整尺寸后的增加了比特深度的图像在上采样到较高分辨率和较低比特深度的当前图像的分辨率之后用作参考，与所述调整尺寸的操作组合在一起，对所述当前图像执行运动补偿。
2.如权利要求1所述的方法，其由包括处理器、移位电路和运动补偿器的编码器来实现。
3.如权利要求1所述的方法，其由包括处理器、移位电路和运动补偿器的解码器来实现。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在比特流中发信号通知比特深度信息。
5.如权利要求1所述的方法，其中，仅对特定分辨率的图像执行调整尺寸后的图像的比特深度的增加。
6.如权利要求1所述的方法，其中，基于每个画面执行比特深度的增加。
7.如权利要求1所述的方法，其中，参考图像的比特深度在参考图像的每个区域中变化。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：对序列标头中的标志进行编码，所述标志指示调整尺寸后的画面的比特深度是相等的并对所述比特深度进行编码。
9.一种用于自适应分辨率编码的装置，包括：
处理器(210)，调整要用作参考的图像的尺寸；
移位电路(220)，仅当调整尺寸是下采样时，将调整尺寸后的参考图像的比特深度增加到比调整尺寸之前更高的精度，其中，即使没有分辨率改变，也基于每个画面执行比特深度的增加，并且在比特流中发信号通知调整尺寸后的重构参考画面比特深度，
存储调整尺寸后的增加比特深度的图像；以及
将所存储的调整尺寸后的增加了比特深度的图像在上采样到较高分辨率和较低比特深度的当前图像的分辨率之后用作参考，与所述调整尺寸的操作组合在一起，对所述当前图像执行运动补偿。
10.如权利要求9所述的装置，所述装置是包括所述处理器、所述移位电路和运动补偿器的编码器。
11.如权利要求9所述的装置，所述装置是包括所述处理器、所述移位电路和运动补偿器的解码器。
12.如权利要求9所述的装置，其中，在比特流中发信号通知比特深度信息。
13.如权利要求9所述的装置，其中，仅对特定分辨率的图像执行调整尺寸后的图像的比特深度的增加。
14.如权利要求9所述的装置，其中，基于每个画面执行比特深度的增加。
15.如权利要求9所述的装置，其中，参考图像的比特深度在参考图像的每个区域中变化。
16.如权利要求9所述的装置，还包括对序列标头中的标志进行编码的处理器，所述标志指示调整尺寸后的画面的比特深度是相等的并对所述比特深度进行编码。
17.一种用于对图像中的块进行编码的方法，包括：
调整参考块的尺寸，同时使用调整尺寸后的参考块对当前块执行运动补偿；
将参考块的比特深度增加到比调整尺寸之前更高的精度，其中即使没有分辨率改变，也基于每个块执行比特深度的增加；
存储调整尺寸后的且增加了比特深度的参考块；以及
将所存储的调整尺寸后的增加了比特深度的参考块在上采样到较高分辨率和较低比特深度的当前块的分辨率之后用作参考，与所述调整尺寸的操作组合在一起，对所述当前块执行运动补偿。
18.如权利要求17所述的方法，其中，在比特流中发信号通知比特深度信息。
19.一种用于对图像中的块进行编码的装置，包括：
处理器，调整参考块的尺寸，同时使用调整尺寸后的参考块对块执行运动补偿；
移位电路，将调整尺寸后的参考块的比特深度增加到比调整尺寸之前更高的精度，其中即使没有分辨率改变，也基于每个块执行比特深度的增加；
存储调整尺寸后的且增加了比特深度的参考块；以及
将所存储的调整尺寸后的增加了比特深度的参考块在上采样到较高分辨率和较低比特深度的当前块的分辨率之后用作参考，与所述调整尺寸的操作组合在一起，对所述当前块执行运动补偿。
20.如权利要求19所述的装置，其中，在比特流中发信号通知比特深度信息。
21.一种用于解码的方法，包括：
调整参考块的尺寸，同时使用调整尺寸后的参考块对当前块执行运动补偿；
将参考块的比特深度增加到比调整尺寸之前更高的精度，其中即使没有分辨率改变，也基于每个块执行比特深度的增加；
存储调整尺寸后的且增加了比特深度的参考块；以及
将所存储的调整尺寸后的增加了比特深度的参考块在上采样到较高分辨率和较低比特深度的当前块的分辨率之后用作参考，与所述调整尺寸的操作组合在一起，对所述当前块执行运动补偿。
22.如权利要求21所述的方法，其中，在比特流中发信号通知比特深度信息。
23.一种用于对图像中的块进行解码的装置，包括：
处理器，调整参考块的尺寸，同时使用调整尺寸后的参考块对块执行运动补偿；
移位电路，将调整尺寸后的参考块的比特深度增加到比调整尺寸之前更高的精度，其中即使没有分辨率改变，也基于每个块执行比特深度的增加；
存储调整尺寸后的且增加了比特深度的参考块；以及
将所存储的调整尺寸后的增加了比特深度的参考块在上采样到较高分辨率和较低比特深度的当前块的分辨率之后用作参考，与所述调整尺寸的操作组合在一起，对所述当前块执行运动补偿。
24.如权利要求23所述的装置，其中，在比特流中发信号通知比特深度信息。
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