CN110087090A - 采用混合串匹配和帧内预测的数据编码、解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及编码单元内混合串匹配和帧内预测的数据编码、解码方法，编码单元的一部分像素采用串匹配模式进行编码，产生串匹配模式的编码信息压缩数据码流；编码单元的另一部分像素采用帧内预测模式进行编码，产生帧内预测模式的编码信息压缩数据码流；将表示当前编码单元内采用帧内预测模式与串匹配混合模式的信息写入压缩数据码流；解析压缩的码流数据，获得表示当前编码单元内采用帧内预测模式与串匹配混合模式的信息，对编码单元内的一部分像素采用串匹配模式进行解码，对编码单元内的另一部分像素采用帧内预测模式进行解码。本发明通过在一个编码单元内采用两种模式进行编、解码，结合了两种模式的各自优点，从而进一步提高编码效率。
Description
技术领域：
本发明涉及数据压缩技术领域，具体涉及一种采用混合串匹配和帧内预测的数据编码、解码方法。
背景技术：
互联网即将进入5G新时代，各种互联网应用中出现的图像(视频)已经成为互联网带宽的主要消耗者，占用户互联网流量的80％以上。特别是移动互联网图像流量与日俱增，在5G时代更将有爆发式的增长，将给图像编码技术的加速发展注入全新的强大推动力。与此同时，也对图像编码技术提出了诸多过去未曾遇到的严峻的新挑战。5G时代，万物互联，各类新兴应用中产生的新型互联网图像具有多样性和差异性。因此，如何针对具有多样性和差异性的新型互联网图像的特点，研究高效的图像编码技术成为了迫切需求。
为了进一步提高具有多样性、差异性和更高分辨率(4K和8K)的各种新类型图像编码效率，最新国际视频压缩标准VVC和我国第三代数字音视频编码技术标准AVS3中采用以下编码方法：
(1)一方面，在沿用以前视频标准的“分块为编码单元”(对一帧图像进行编码时，把一帧图像划分成若干块MxN像素的子图像，对子图像一块一块进行编码)的方法上，采用基于多树的、对称或非对称的、更灵活的块分割技术。与前一代国际标准HEVC和我国AVS2标准类似的，VVC和AVS3中都定义了3种块分割单元，分别是CU(Coding Unit)，PU(PredictionUnit)，和TU(Transform Unit)，但是PU、TU必须与CU一致。CU是最基本的二维对称结构编码单位，各种编码环节如帧内/帧间预测、变换、量化、以及熵编码都是以CU为单位进行的。最大的CU称为LCU(Largest Coding Unit)，一般设置为128x128。一帧图像可以认为是由互相不重叠的LCU组合而成，由于CU是二维对称结构，对LCU的进一步分割是以递归四叉树方式或三叉树或二叉树进行的。PU是预测环节的基本编码单元，和预测相关的操作都是以PU为单位的，如帧内预测的方向、帧间预测的运动矢量差和参考帧索引、运动矢量预测、以及运动补偿都是基于PU进行处理的。TU作为变换和量化的基本单元。对一帧图像进行编码，就是依次对一个一个CU进行编码。编码单元也称编码块。编码块划分越细，预测消耗的比特数增加，但预测的精度也越高，图像重构质量提高，同时残差消耗的比特数减少。考虑到复杂度和硬件实现等原因，编码块划分的最小单位是有限制的。
(2)另一方面，在混合编码框架中，采用日益增多的编码模式进行编码：对不同图像内容与性质的图像编码块，采用不同的编码模式。VVC、AVS3标准及之前的版本或扩展版标准中，编码模式主要包括帧内预测模式、帧间预测模式、帧内块复制(Intra Block Copy，IBC)、Palette模式等。也包括标准之外其他的编码模式如串匹配模式等。帧内预测模式的亮度分量根据预测的方向性分成67种子模式(包括DC模式、Planar模式和65种方向模式)；串匹配模式以像素为单位，按照某种匹配顺序与规则，搜索最优参考串，最终将CU划分成一个或多个匹配串和/或一个或多个未匹配像素。匹配串用偏移量和匹配长度两个参数来表示当前串和参考串的匹配关系。未匹配像素一般直接写入码流。偏移量也称为位移矢量或偏移矢量。串匹配模式根据其参数的取值范围不同，一般分为一般串模式、两等长串模式和单位偏移与坐标串模式。
不同的编码模式对于不同内容的图像区域具有不可替代的作用。一般而言，帧内预测模式去除邻近像素的相关性非常有效；而串匹配模式对于去掉图像中存在不同形状和大小相似样图的冗余非常有效。而IBC模式、Palette模式可以看成是串匹配模式的特例。
在现有数据压缩技术中，通常一个编码单元内仅仅采用单一的编码模式，如：1)如果当前CU的最佳编码模式为帧内预测模式，则编码帧内预测模式对应的语法元素；2)如果当前CU的最佳编码模式为串匹配模式，则编码串匹配模式对应的语法元素。但是，一个编码单元内部的像素也会存在多种不同内容特征的区域。当待编码单元的最佳模式和次佳模式分别为帧内预测模式和串匹配模式时，且两种模式取得的率失真值接近，则表明帧内预测模式和串匹配模式均对编码单元内的不同像素存在预测较好的情况。此时，一个编码单元内若仅仅采用单一的帧内预测模式或串匹配模式进行编码，则对具有此特征的编码单元就存在编码效率不高的问题。有鉴于此，本案由此而生。
发明内容：
为了进一步提高图像和视频的编码效率，本发明首先提供一种采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，具体采用的技术方案为：
采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，包括编码单元，所述编码单元的一部分像素采用串匹配模式进行编码，产生串匹配模式的编码信息压缩数据码流；所述编码单元的另一部分像素采用帧内预测模式进行编码，产生帧内预测模式的编码信息压缩数据码流；将表示当前编码单元内采用帧内预测模式与串匹配混合模式的信息写入压缩数据码流。
本发明还提供一种采用混合串匹配和帧内预测的数据解码方法，具体采用的技术方案为：
采用混合串匹配和帧内预测的数据解码方法，包括：解析压缩数据码流，获得表示当前编码单元内采用帧内预测模式与串匹配混合模式的信息，对编码单元内的一部分像素采用串匹配模式进行解码，对编码单元内的另一部分像素采用帧内预测模式进行解码。
进一步设置，所述编码单元是MxN像素的子图像，至少包括以下之一：CU、PU、TU。
进一步设置，所述编码方法或者解码方法中涉及的数据包括下列类型之一或其组合：
1)一维数据；
2)二维数据；
3)多维数据；
4)图形；
5)图像；
6)图像的序列；
7)视频；
8)三维场景；
9)持续变化的三维场景的序列；
10)虚拟现实的场景；
11)持续变化的虚拟现实的场景的序列；
12)像素形式的图像；
13)图像的变换域数据；
14)二维或二维以上字节的集合；
15)二维或二维以上比特的集合；
16)像素的集合；
17)三分量像素(Y，U，V)的集合；
18)三分量像素(Y，Cb，Cr)的集合；
19)三分量像素(Y，Cg，Co)的集合；
20)三分量像素(R，G，B)的集合；
21)四分量像素(C，M，Y，K)的集合；22)四分量像素(R，G，B，A)的集合；
23)四分量像素(Y，U，V，A)的集合；
24)四分量像素(Y，Cb，Cr，A)的集合；
25)四分量像素(Y，Cg，Co，A)的集合。
进一步设置，所述数据为图像、或者图像的序列、或者视频时，编码块是图像的一个编码区域，至少包括以下一种：一组图像、预定数目的若干幅图像、一幅图像、一帧图像、一场图像、图像的子图像、条带、宏块、最大编码单元LCU、编码树单元CTU、编码单元CU。
进一步设置，采用帧内预测模式的那部分像素由一个或多个帧内预测串组成，采用串匹配模式的那部分像素由一个或多个匹配串组成。
进一步设置，所述帧内预测串和匹配串在编码单元中按顺序依次出现。
进一步设置，所述帧内预测串和匹配串在编码单元中交替出现。
进一步设置，所述帧内预测模式至少包括以下模式之一或其组合：DC子模式；垂直方向子模式；水平方向子模式；平面子模式；双线性子模式；非垂直非水平方向角度子模式。
进一步设置，所述串匹配模式至少包括以下模式之一或其组合：偏移串模式；坐标串模式；单位偏移串模式；两等长串模式。
本发明提供了一种编码单元内混合串匹配和帧内预测的数据编码、解码方法，通过在一个编码单元内的不同像素部分，分别采用帧内预测模式及串匹配模式进行编、解码，结合了两种模式的各自优点，从而进一步提高编码效率。
以下通过附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。
附图说明：
图1为本发明实施例中编码流程示意图；
图2为本发明实施例中解码流程示意图。
具体实施方式：
本发明提供一种采用混合串匹配和帧内预测的数据编码、解码方法，适用于有损数据压缩的编码和解码，也适用于无损数据压缩的编码和解码。其中，编码和解码过程中所涉及到的数据是指以下例举之一或者其组合：
1)一维数据；
2)二维数据；
3)多维数据；
4)图形；
5)图像；
6)图像的序列；
7)视频；
8)三维场景；
9)持续变化的三维场景的序列；
10)虚拟现实的场景；
11)持续变化的虚拟现实的场景的序列；
12)像素形式的图像；
13)图像的变换域数据；
14)二维或二维以上字节的集合；
15)二维或二维以上比特的集合；
16)像素的集合；
17)三分量像素(Y，U，V)的集合；
18)三分量像素(Y，Cb，Cr)的集合；
19)三分量像素(Y，Cg，Co)的集合；
20)三分量像素(R，G，B)的集合；
21)四分量像素(C，M，Y，K)的集合；
22)四分量像素(R，G，B，A)的集合；
23)四分量像素(Y，U，V，A)的集合；
24)四分量像素(Y，Cb，Cr，A)的集合；
25)四分量像素(Y，Cg，Co，A)的集合。
当数据为上述列举出的图像、或者图像的序列、或者视频时，编码块是图像的一个编码区域，应当至少包括以下一种：一组图像、预定数目的若干幅图像、一幅图像、一帧图像、一场图像、图像的子图像、条带、宏块、最大编码单元LCU、编码树单元CTU、编码单元CU。
本实施例公开的编码方法如图1所示，具体方法如下：
对一个编码单元进行编码时，该编码单元是MxN像素的子图像，至少包括以下之一：CU、PU、TU。对该编码单元的其中一部分像素采用串匹配模式进行编码，用偏移量和/或匹配长度表示参考串通过预定运算获得当前像素的预测值，即产生串匹配模式的编码信息压缩数据码流；而对该编码单元的另一部分像素采用帧内预测模式进行编码，从当前像素的邻近像素通过预定运算获得当前像素的预测值，即产生帧内预测模式的编码信息压缩数据码流；将表示当前编码单元采用帧内预测模式与串匹配混合模式的信息写入压缩数据码流。
本实施例公开的解码方法如图2所示，具体方法如下：
解析上述压缩数据码流，获得表示当前编码单元采用帧内预测模式与串匹配混合模式的信息，对编码单元内的其中一部分像素采用串匹配模式进行解码，从用偏移量和/或匹配长度表示的参考串中通过预定运算获得当前像素的预测值；对编码单元内的另一部分像素采用帧内预测模式进行解码，从当前像素的邻近像素中通过预定运算获得所述当前像素的预测值。
上述编码或者解码过程中，采用帧内预测模式的那部分像素由一个或多个帧内预测串I组成(I≥1)，采用串匹配模式的那部分像素由一个或多个匹配串J(J≥1)组成。帧内预测串I和匹配串J可以在编码单元中按顺序依次出现(即：像素中一段为I，另一段为J)；帧内预测串和匹配串也可以在编码单元中交替出现(如：像素中第一段为I，第二段为J，第三段为I，第四段为J)。
上述采用的帧内预测模式至少包括以下模式之一或其组合：DC子模式；垂直方向子模式；水平方向子模式；平面子模式；双线性子模式；A种(A≤256)非垂直非水平方向角度子模式。
上述帧内预测模式中的邻近像素至少包括以下之一或其组合：当前编码单元上边一行中的若干像素；或当前编码单元上边K(K≤4)行中的若干像素；或当前编码单元左边一列中的若干像素；或当前编码单元左边K(K≤4)列中的若干像素；或当前像素上边一行中的若干像素；或当前像素上边K(K≤4)行中的若干像素；或当前像素左边一列中的若干像素；或当前像素左边K(K≤4)列中的若干像素。
上述采用的串匹配模式至少包括以下之一或其组合：偏移串模式；坐标串模式；单位偏移串模式；两等长串模式。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (10)
1.采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，包括编码单元，其特征在于：所述编码单元的一部分像素采用串匹配模式进行编码，产生串匹配模式的编码信息压缩数据码流；所述编码单元的另一部分像素采用帧内预测模式进行编码，产生帧内预测模式的编码信息压缩数据码流；将表示当前编码单元内采用帧内预测模式与串匹配混合模式的信息写入压缩数据码流。
2.采用混合串匹配和帧内预测的数据解码方法，其特征在于：包括解析压缩数据码流，获得表示当前编码单元内采用帧内预测模式与串匹配混合模式的信息，对编码单元内的一部分像素采用串匹配模式进行解码，对编码单元内的另一部分像素采用帧内预测模式进行解码。
3.根据权利要求1所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，或根据权利要求2所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据解码方法，其特征在于：所述编码单元是MxN像素的子图像，至少包括以下之一：CU、PU、TU。
4.根据权利要求1所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，或根据权利要求2所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据解码方法，其特征在于：数据压缩方法中涉及的数据包括下列类型之一或其组合：一维数据；二维数据；多维数据；图形；图像；图像的序列；视频；三维场景；持续变化的三维场景的序列；虚拟现实的场景；持续变化的虚拟现实的场景的序列；像素形式的图像；图像的变换域数据；二维或二维以上字节的集合；二维或二维以上比特的集合；像素的集合；三分量像素(Y，U，V)的集合；三分量像素(Y，Cb，Cr)的集合；三分量像素(Y，Cg，Co)的集合；三分量像素(R，G，B)的集合；四分量像素(C，M，Y，K)的集合；四分量像素(R，G，B，A)的集合；四分量像素(Y，U，V，A)的集合；四分量像素(Y，Cb，Cr，A)的集合；四分量像素(Y，Cg，Co，A)的集合。
5.根据权利要求4所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，其特征在于：所述数据为图像、或者图像的序列、或者视频时，编码块是图像的一个编码区域，至少包括以下一种：一组图像、预定数目的若干幅图像、一幅图像、一帧图像、一场图像、图像的子图像、条带、宏块、最大编码单元LCU、编码树单元CTU、编码单元CU。
6.根据权利要求1所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，或根据权利要求2所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据解码方法，其特征在于：采用帧内预测模式的那部分像素由一个或多个帧内预测串组成，采用串匹配模式的那部分像素由一个或多个匹配串组成。
7.根据权利要求6所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，其特征在于：所述帧内预测串和匹配串在编码单元中按顺序依次出现。
8.根据权利要求6所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，其特征在于：所述帧内预测串和匹配串在编码单元中交替出现。
9.根据权利要求1所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，或根据权利要求2所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据解码方法，其特征在于：所述帧内预测模式至少包括以下模式之一或其组合：DC子模式；垂直方向子模式；水平方向子模式；平面子模式；双线性子模式；非垂直非水平方向角度子模式。
10.根据权利要求1所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据编码方法，或根据权利要求2所述的采用混合串匹配和帧内预测的数据解码方法，其特征在于：所述串匹配模式至少包括以下之一或其组合：偏移串模式；坐标串模式；单位偏移串模式；两等长串模式。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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