CN110731083A - 视频编码系统和方法中的编码块位流结构和语法 - Google Patents

视频编码系统和方法中的编码块位流结构和语法 Download PDF

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Abstract

本文中提供了一种用于对表示视频帧序列中的未编码视频帧的系数阵列编码以生成未编码视频帧的编码位流表示的系统和方法。系数阵列可以具有多个系数行和多个系数列，未编码视频帧的编码位流表示可以至少包括头和视频数据载荷。由此，系数阵列可以被分离成编码块阵列；每个编码块阵列可以被置于编码条中，每个编码条可以被置于编码条组中。然后系数阵列可以被编码使得：编码块的系数使用仅从同一编码条组中的其它系数获得的信息进行编码，并且视频数据载荷中与编码条对应的第一视频数据载荷部分的长度是整数个字节。

Description

视频编码系统和方法中的编码块位流结构和语法
相关申请的交叉引用
本申请是先前于2015年3月31日提交的题为“Motion Vector Selection andPrediction in Video Coding Systems and Methods(视频编码系统和方法中的运动矢量选择和预测)”(代理人案卷号REAL-2015693)的第PCT/CN2015/075599号PCT申请的部分继续申请，该申请的全部公开内容在此并入本文用于所有目的。
技术领域
本公开涉及视频信号的编码和解码，更具体地，涉及选择用于视频序列帧的预测运动矢量。
背景技术
诸如数字图像、语音/音频、图形和视频等的数字多媒体的出现大大改善了各种应用并且开放了全新的应用，因为它能相对容易地实现可靠的存储、通信、传输和搜索及访问内容。数字多媒体的应用很多，包括娱乐、信息、医药和安全，并以多种方式使社会受益。多媒体数据在初始由诸如相机和麦克风的传感器捕获时可能是模拟的，随后例如经由常规脉冲编码调制(PCM)过程被数字化。此过程可以创建大量的数字数据。因此，大量数字多媒体内容的高效传送、存储和/或传输需要将数字多媒体从其原始PCM形式压缩成压缩表示。已经开发了许多用于压缩多媒体的技术。多年来，视频压缩技术已经变得非常复杂，它们经常可以实现10到100之间的高压缩因子，同时保持通常类似于未压缩的数字视频的高度的心理视觉质量。
虽然迄今为止，视频压缩技术和科学方面取得了巨大的进步(表现为大量标准团体驱动的视频编码标准，诸如MPEG-1、MPEG-2、H.263、MPEG-4第2部分、MPEG-4AVC/H.264、MPEG-4SVC和MVC、以及业界驱动的专有标准，诸如Windows Media Video，RealVideo，On2VP等)，但是消费者对更高品质、更高清晰度越来越渴望且现在的3D(立体声)视频(无论何时何地都能“点播”访问)必须通过诸如DVD/BD等的各种手段通过空中广播、线缆/卫星、有线和移动网络传送到一系列客户端装置，例如PC/笔记本电脑、TV、机顶盒、游戏机、便携式媒体播放器/装置、智能手机和可佩带式计算装置，从而更加需要更高级别的视频压缩。
许多视频压缩技术利用一般的帧间预测编码框架，其涉及通过补偿视频帧之间的运动来减少时间冗余。基本概念是通过使用块匹配方法去除相邻图片之间的时间依赖性。在编码过程开始时，未编码的视频序列的每一帧被分组成下列三种类型之一：I型帧、P型帧和B型帧。I型帧被帧内编码。也就是说，仅使用来自帧本身的信息来对图片进行编码，并且不使用帧间运动补偿技术(尽管可以应用帧内运动补偿技术)。
使用帧间运动补偿技术对其它两种类型即P型和B型的帧进行编码。P图片与B图片之间的差异是用于运动补偿的参考图片的时间方向。P型图片利用来自先前图片的按显示顺序的信息，而B型图片可以利用来自先前和未来图片的按显示顺序的信息。
对于P型帧和B型帧，每个帧被划分成由每个像素的亮度和色度分量的系数表示的像素块，并且为每个块获得一个或多个运动矢量(因为B型图片可以利用来自未来和过去编码帧的信息，所以可以为每个块编码2个运动矢量)。运动矢量(MV)表示从当前块的位置到另一先前编码的帧(其可以是按显示顺序的过去帧或未来帧)中的相似块(分别被称为参考块和参考帧)的位置的空间位移。计算参考块与当前块之间的差异以生成残差(也称为“残差信号”)。因此，对于帧间编码帧的每个块，仅需要对残差和运动矢量进行编码，而不是对块的整体内容进行编码。通过去除视频序列的帧之间的这种时间冗余，可以压缩视频序列。
为了进一步压缩视频数据，在应用帧间或帧内预测技术之后，经常将残差信号的系数从空间域变换到频域(例如使用离散余弦变换(“DCT”)或离散正弦变换(“DST”))。对于自然发生的图像，例如通常构成人类可感知的视频序列的图像的类型，低频能量总是比高频能量强。因此，频域中的残差信号比在空间域中得到更好的能量压缩。在正向变换之后，系数和运动矢量可以被量化和熵编码。
在解码器侧，应用逆向量化和逆向变换来恢复空间残差信号。这些是所有视频压缩标准中的典型变换/量化过程。然后可以执行反向预测过程以生成原始未编码视频序列的重新创建的版本。
在某些常规压缩技术中，编码中使用的块通常是16×16像素(在许多视频编码标准中称为宏块)。然而，由于这些标准的发展，帧大小越来越大，并且许多装置已经获得了比“高清”(或“HD”)帧大小更高的显示能力，例如2048×1530像素。因此，可能需要更大的块来高效地编码这些帧大小(例如，64×64像素)的运动矢量。然而，由于分辨率的相应提高，还可能需要能够执行例如4×4像素的较小规模的运动预测和变换。
随着运动预测分辨率的提高，对于每个帧以及由此对于整个视频序列，编码和传输运动矢量所需的带宽量都是增大是。
附图说明
图1示出了根据至少一个实施方式的示例性视频编码/解码系统。
图2示出了根据至少一个实施方式的示例性编码装置的若干组件。
图3示出了根据至少一个实施方式的示例性解码装置的若干组件。
图4示出了根据至少一个实施方式的示例性视频编码器的框图。
图5示出了根据至少一个实施方式的示例性并行视频编码器的框图。
图6a至图6h是根据至少一个实施方式的由图5的示例性并行编码器编码的视频帧的各个方面的概念图示。
图7是根据至少一个实施方式的表示图6a至图6h的视频帧的编码位流的各个方面的概念图示。
图8是根据至少一个实施方式的表示编码的视频帧的编码位流的各个方面的概念图示。
图9示出了根据至少一个实施方式的示例性视频解码器的框图。
图10示出了根据至少一个实施方式的示例性并行视频解码器的框图。
图11a至图11e是根据至少一个实施方式的由图10的示例性并行解码器解码的视频帧的各个方面的概念图示。
具体实施方式
下面的详细描述主要在常规计算机组件的操作的过程和符号表示方面表示，常规计算机组件包括处理器、用于处理器的存储器存储装置、连接的显示装置和输入装置。此外，这些过程和操作可以利用异构分布式计算环境中的常规计算机组件，包括远程文件服务器、计算机服务器和存储器存储装置。这些常规分布式计算组件中的每个可由处理器经由通信网络访问。
短语“在一个实施方式中”、“在至少一个实施方式中”、“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”等在本文中可以重复使用。这样的短语不一定指代同一实施方式。术语“包括”、“具有”和“包含”是同义的，除非上下文另有规定。在上文总体上描述的典型“混合”视频编码方法的上下文中描述各种实施方式，因为它使用图片间/图片内预测和变换编码。
现在详细参考附图中所示的实施方式的描述。虽然结合附图和相关描述描述了实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，替代和/或等效的实现可以代替所显示和所描述的特定实施方式，包含所有替代、修改和等同，不管是否明确地说明和/或描述。在各种替代的实施方式中，附加装置或所示装置的组合可以被添加或组合而不会限制本文公开的实施方式的范围。
[示例性视频编码/解码系统]
图1示出了根据至少一个实施方式的示例性编码/解码系统100。编码装置200(在图2中示出并在下面描述)和解码装置300(在图3中示出并在下面描述)与网络104进行数据通信。编码装置200可以通过直接数据连接(例如存储区域网络(“SAN”))、高速串行总线和/或经由其它合适的通信技术或经由网络104(如图1中的虚线所示)与未编码视频源108进行数据通信。类似地，解码装置300可以通过直接数据连接(例如，存储区域网络(“SAN”))、高速串行总线和/或经由其它合适的通信技术或经由网络104(如图1中的虚线所示)与可选的编码视频源112进行数据通信。在一些实施方式中，编码装置200、解码装置300、编码视频源112和/或未编码视频源108可以包括一个或多个复制和/或分布式的物理或逻辑装置。在许多实施方式中，可以存在比所示出的更多的编码装置200、解码装置300、未编码视频源108和/或编码视频源112。
在各种实施方式中，编码装置200可以是通常能够通过网络104接受例如来自解码装置300的请求并相应地提供响应的联网计算装置(例如，服务器)。在各种实施方式中，解码装置300可以是诸如移动手机、手表、眼镜或其它可佩带计算装置的具有形状因子的联网客户端计算装置、专用媒体播放器、计算平板电脑、机动车辆音响主机、音频-视频点播(AVOD)系统、专用媒体控制台、游戏装置、“机顶盒”、数字录像机、电视、或通用计算机。在各种实施方式中，网络104可以包括因特网、一个或多个局域网(“LAN”)、一个或多个广域网(“WAN”)、蜂窝数据网络和/或其它数据网络。在各个点，网络104可以是有线和/或无线网络。
示例性编码装置
参考图2，示出了示例性编码装置200的若干组件。在一些实施方式中，编码装置可以包括比图2所示更多的组件。然而，为了公开说明性的实施方式，不一定示出所有这些一般常规的组件。如图2所示，示例性编码装置200包括用于连接到网络(例如，网络104)的网络接口204。示例性编码装置200还包括处理单元208、存储器212、可选的用户输入214(例如，字母数字键盘、小键盘、鼠标或其它指示装置、触摸屏和/或麦克风)和可选的显示器216，全部通过总线220与网络接口204互连在一起。存储器212通常包括RAM、ROM和诸如盘驱动器、闪存等的永久大容量存储装置。
示例性编码装置200的存储器212可以存储操作系统224以及用于多个软件服务的程序代码，例如软件实现的视频编码器400(下面参考图4描述)，其具有用于运动矢量选择例程600(下面参考图6描述)的指令。存储器212还可以存储视频数据文件(未示出)，其可以表示音频/视频媒体作品(例如，电影和/或电视剧集)的未编码或编码副本。这些和其它软件组件和数据文件可以通过使用与诸如软盘、磁带、DVD/CD-ROM驱动器、存储卡等非暂时计算机可读介质232相关联的驱动机构(未示出)被加载到编码装置200的存储器212中。虽然已经描述了示例性编码装置200，但是编码装置可以是能够与网络120通信且执行用于实现视频编码软件(例如，示例性的软件实现的视频编码器400和运动矢量选择例程600)的指令的大量联网计算装置中的任一种。
在操作中，操作系统224管理编码装置200的硬件和其它软件资源，并且为诸如软件实现的视频编码器400的软件应用提供常用服务。对于诸如经由网络接口204的网络通信、经由输入214接收数据、经由显示器216输出数据以及为诸如软件实现的视频编码器400的各种软件应用的分配存储器212的硬件功能，操作系统224可以充当在编码装置上执行的软件与硬件之间的中介层。
在一些实施方式中，编码装置200还可以包括用于与诸如高速串行总线等未编码视频源108通信的专用未编码的视频接口236。在一些实施方式中，编码装置200可以经由网络接口204与未编码视频源108通信。在其它实施方式中，未编码视频源108可以驻留在存储器212或计算机可读介质232中。
虽然已经描述了总体上符合常规通用计算装置的示例性编码装置200，但是编码装置200可以是能够编码视频的大量装置中的任一种，例如，视频记录装置、视频协处理器和/或加速器、个人计算机、游戏机、机顶盒、手持或可佩带式计算装置、智能手机或任何其它合适的装置。
作为示例，编码装置200可以进一步在点播媒体服务(未示出)中操作。在至少一个示例性实施方式中，点播媒体服务可以进一步是在线点播媒体商店中的操作的编码装置200，其在每个作品和/或每项订阅的基础上向用户提供诸如视频内容的媒体作品的数字副本。点播媒体服务可以从未编码视频源108获得这种媒体作品的数字副本。
示例性解码装置
参考图3，示出了示例性解码装置300的若干组件。在一些实施方式中，解码装置可以包括比图3所示更多的组件。然而，为了公开说明性的实施方式，不一定示出所有这些一般常规的组件。如图3所示，示例性解码装置300包括用于连接到网络(例如，网络104)的网络接口304。示例性解码装置300还包括处理单元308、存储器312、可选的用户输入314(例如，字母数字键盘、小键盘、鼠标或其它指示装置、触摸屏和/或麦克风)、可选的显示器316和可选的扬声器318，全部通过总线320与网络接口304互连在一起。存储器312通常包括RAM、ROM和诸如盘驱动器、闪存等的永久大容量存储装置。
示例性解码装置300的存储器312可以存储操作系统324以及用于多个软件服务的程序代码，例如软件实现的视频解码器500(下面参考图5描述)，其具有用于执行运动矢量恢复例程800(下面参考图8描述)的指令。存储器312还可以存储视频数据文件(未示出)，其可以表示音频/视频媒体作品(例如，电影和/或电视剧集)的编码副本。这些和其它软件组件可以使用与诸如软盘、磁带、DVD/CD-ROM驱动器、存储卡等非暂时计算机可读介质332相关联的驱动机构(未示出)被加载到解码装置300的存储器312中。虽然已经描述了示例性解码装置300，但是解码装置可以是能够与网络(例如，网络120)通信且执行用于实现视频解码软件(例如，示例性软件实现的视频解码器500和伴随消息提取例程700)的指令的大量联网计算装置中的任一种。
在操作中，操作系统324管理解码装置300的硬件和其它软件资源，并且为诸如软件实现的视频解码器500的软件应用提供常用服务。对于诸如经由网络接口304的网络通信、经由输入314接收数据、经由显示器316和/或可选的扬声器318输出数据以及分配存储器312的硬件功能，操作系统324充当在编码装置上执行的软件与硬件之间的中介。
在一些实施方式中，解码装置300还可以包括可选的编码的视频接口336，例如用于与诸如高速串行总线等的编码视频源116通信。在一些实施方式中，解码装置300可以经由网络接口304与编码视频源(例如，编码视频源116)通信。在其它实施方式中，编码视频源116可以驻留在存储器312或计算机可读介质332中。
虽然已经描述了总体上符合常规通用计算装置的示例性解码装置300，但是解码装置300可以是能够解码视频的大量装置中的任一种，例如视频记录装置、视频协处理器和/或加速器、个人计算机、游戏机、机顶盒、手持或可佩带式计算装置、智能手机、或任何其它合适的装置。
作为示例，解码装置300可以以促进点播媒体服务的方式操作。在至少一个示例性实施方式中，点播媒体服务可以在每个作品和/或每项订阅的基础上向用户操作的解码装置300提供诸如视频内容的媒体作品的数字副本。解码装置可以经由网络104经由例如解码装置200从未编码视频源108获得这种媒体作品的数字副本。
软件实现的视频编码器
图4示出了根据至少一个实施方式的采用残差变换技术的软件实现的视频编码器400(下文称为“编码器400”)的总体功能框图。按显示顺序的视频序列的一个或多个未编码视频帧(vidfrm)可以被提供给定序器404。
定序器404可以将预测编码图片类型(例如，I、P或B)指派给每个未编码视频帧，并且将帧序列和/或来自帧序列的帧组重新排序成用于帧间运动预测目的的编码顺序(例如，I型帧后跟着P型帧、P型帧后跟着B型帧)。然后将有序的未编码视频帧(seqfrm)按编码顺序输入到块索引器408。
对于每个有序的未编码视频帧(seqfrms)，块索引器408可以确定当前帧的最大编码块(“LCB”)大小(例如，64×64像素)，并将未编码的帧划分成编码块阵列(blks)。给定帧内的各个编码块的大小可以变化，例如从4×4像素到当前帧的LCB大小。
然后，每个编码块可以被提供给预测/变换单元409。每个编码块可以一次一个地输入到差分器412，并且可以与从先前编码的编码块生成的对应的预测信号块(pred)进行差分运算。为了生成预测块(pred)，将编码块(cblk)也被提供给帧内预测器414和运动估计器416。在差分器412处的差分运算之后，变换器420(如下讨论的)可以将得到的残差块(res)正向变换为频域表示，从而得到变换系数块(tcof)。然后可以将变换系数块(tcof)发送给量化器424，得到量化系数块(qcf)，然后可以将量化系数块(qcf)发送到熵编码器428和本地解码环路430。
对于帧内编码的编码块，帧内预测器414提供表示与当前编码块相同的帧的先前编码区域的预测信号。对于帧间编码的编码块，运动补偿预测器442提供表示与当前编码块不同的帧的先前编码区域的预测信号。
在本地解码环路430的开始，逆向量化器432可以对变换系数块(tcof')进行去量化并将其传递给逆向变换器436以生成去量化的残差块(res')。在加法器440处，可以将来自运动补偿预测器442的预测块(pred)添加到去量化的残差块(res')以生成本地解码块(res)。然后可以将本地解码快(rec)发送到帧组装器和去块滤波处理器444，其减少块效应并组装恢复的帧(recd)，恢复的帧(recd)可以用作运动估计器416和运动补偿预测器442的参考帧。
熵编码器428对量化的变换系数(qcf)、差分运动矢量(dmv)和其它数据进行编码，从而生成编码的视频位流448。对于未编码的视频序列的每一帧，编码的视频位流448可以包括编码的图片数据(例如，编码的量化变换系数(qcf)和差分运动矢量(dmv))和编码的帧头(例如，语法信息，例如当前帧的LCB大小)。
软件实现的并行视频编码器
参考图5，根据各种实施方式，软件实现的并行/多线程视频编码器500可以包括并行布置的多个预测/变换单元409A至409D以提高编码效率。为了利用这种编码器设计，可以在对视频序列的一个或多个未编码视频帧(vidfrms)进行编码时利用被称为编码条(CS)和编码条组(CSG)的附加的编码结构。这些编码结构可以提高编码器400(和解码器500，如下面解释的)的并行处理能力。
CSG解析器503可以通过下列步骤执行定序器404和块索引器408的功能：将预测编码图片类型(例如，I、P或B)指派给每个未编码视频帧；将帧序列或来自帧序列的帧组重新排序为编码顺序(例如，I型帧后跟着P型帧、P型帧后跟着B型帧)；以及确定当前帧的最大编码块(“LCB”)。然后，CSG解析器503可以将每个未编码视频帧703划分成编码条(CS)和编码条组(CSG)的阵列。
还通过示例参考图6a至图6b，(具有由虚线指示的LCB大小的)未编码视频帧603可以被划分成编码条阵列605A至605H，每个编码条是视频帧的宽度和一个LCB高(注意与单个LCB对应的帧区域内可能有多个编码块)。如图6b所示，编码条605由一行LCB组成。例如，具有64×64位LCB大小的1080p帧可以具有17(1080/64)个编码条，每个编码条具有30(1920/64)个LCB。编码条605A至605H可以被分组成一个或多个编码条组(CSG)608A至608D。
至少根据当前的实施方式，然后视频帧603的编码块(blcks)可以被编码使得：(1)无帧间CS解析依赖性以及(2)无帧间CSG重建依赖性。如下面更详细描述的，不存在帧间CS解析依赖性意味着将编码位流的与给定编码条对应的部分分离成其组成部分(例如，帧头、视频数据等)所需的所有信息包含在该编码条的位流内；不需要来自编码条外的数据。不存在帧间CSG重建依赖性意味着编码器可仅使用来自当前编码条组内的其它编码块的信息对编码块进行编码。
现在参考图6c，然后CSG解析器503可以在预测/变换单元409A至409D之间分配视频帧603的编码块。例如，与编码条组608A中的第一编码条(即，编码条605A)对应的编码块可以被提供给预测/变换单元409A，与编码条组608B中的第一编码条(即，编码条605C)对应的编码块可以被提供给预测/变换单元409B。在编码条605A中的第一编码块被预测/变换单元409A变换和本地解码之后，相应的恢复块(recd)可以用于编码条组608A(即，编码条605A和605B)的附加编码块的预测和变换。例如，与编码条605A对应的编码块可以继续被提供给预测/变换单元409A，与编码条605B对应的编码块可以被提供给预测/变换单元409C。类似地，在编码条605C中的第一编码块被预测/变换单元409B变换和本地解码之后，相应的恢复块(recd)可以用于编码条组608B(即，编码条605C和605D)内的附加编码块的预测和变换。例如，与编码条605C对应的编码块可以继续被提供给预测/变换单元409B，与编码条605D对应的编码块可以被提供给预测/变换单元409D。
图6d至图6g和表1示出了使用并行编码器500的视频帧603的编码过程的简化示例。在当前示例中，假设未编码视频帧603被划分成LCB大小的编码块阵列610A至628J，每个块的编码花费同样的时间，未编码的编码块由无交叉影线表示，在当前时隙编码的编码块由单交叉影线表示，已经编码的块由双交叉影线表示。
Figure BDA0002244088400000111
可以由每个预测/变换单元409A至409D生成量化的变换系数信号(qcf0至qcf3)并将其提供给相应的熵编码器505A至505D。熵编码器505A至505D可以生成编码位流(bts0至bts3)，然后位流组合器510将编码位流(bts0至bts3)组合成组合的编码位流513，其某些细节在下面根据各种实施方式的各方面进行描述。恢复的块信号(recd0至recd3)可以被提供给相关联的预测信号发生器508A至508D。预测信号发生器508A至508D可以分别将恢复的块信号(例如，recd0)与来自其它恢复块信号(例如recd1至recd3)的数据组合成组合的预测信号(例如，recd0c)，组合的预测信号(例如，recd0c)可以被提供回对应的预测/变换单元409A至409D。
参考图7a至图7b，与编码条605对应的编码位流703的大小可以用填充位705来增大以使编码位流的大小为8位(例如，1字节)的倍数。在上面的示例中，视频帧603被划分成8个编码条605A至605H，编码条605A至605H然后被编码成对应的位流703A至703F。可以将填充位705A至705F和705H添加到编码位流703A至703F和703H中以创建字节对齐的编码条位流708A至708H(注意，编码条位流703G已经是8位的倍数，因此不显示相应的填充位)。表2中示出了(随意选择用于说明的)编码条603A至603H的示例性编码条位流大小、相应的填充位数和字节对齐的编码条位流大小
Figure BDA0002244088400000121
帧中每个编码条的字节对齐的编码条位流708的长度可以被编码在帧的图片头中。然而，编码条位流长度可以使用当前编码条位流长度与先前编码条位流长度之差表示，而不是单独对每个编码条位流的长度编码。在当前示例中，字节对齐的编码条位流708A至708H的对应位流长度是8字节、4字节、5字节、4字节、4字节、3字节、4字节和3字节。根据各种实施方式，与编码条603A对应的编码位流513的图片头中编码的长度可以是8，因为它是帧的第一编码条，与编码条603B对应的编码位流的图片头中编码的长度可以是4(8字节-4字节)，与编码条603C对应的编码位流的图片头中编码的长度可以是-1(4字节-5字节)，与编码条603D对应的编码位流的图片头中编码的长度可以是1(5字节-4字节)，编码条603E的位流的长度可以是0(4字节-4字节)，与编码条603F的位流的长度可以是1(4字节-3字节)，与编码条603G对应的编码位流的图片头中编码的长度可以是-1(3字节-4字节)，并且与编码条603H对应的编码位流的图片头中编码的长度可以是1(4字节-3字节)。
根据各种实施方式，可以在图片头中使用6位以传送帧中每个编码条的大小：1位可以用于指示编码条位流长度差的符号(即，-或+)，5位可以用于指示编码条位流长度差的量值。图片头还可以包含与帧中的编码条组数量相关的信息。例如，如表3所示，2位编码条组语法标志可以用于指示4个可能编码条组配置中的一个。
Figure BDA0002244088400000131
为了允许解码器快速访问与图片相关的信息，各个数据元素(例如，图片类型(I型、P型或B型)、图片宽/高信息、图片序号(PON)等)也可以位于编码位流的图片头中的字节对齐位置，由此允许解码器在不需要解码图片头的情况下访问信息。
参考图8，根据至少一个实施方式，编码器(例如，编码器400或编码器500)可以在下面的至少两个输出位流格式之间选择：非压缩头格式800A和压缩头格式800B。
在非压缩头格式800A中，与完整帧对应的位流803可以包括图片头805，图片头805后面跟着帧的第一编码块的第一编码块头806A，第一编码块头806A后面跟着与帧的第一编码块的图像数据对应的第一残差数据块808A，第一残差数据块808A后面跟着第二编码块的第二编码块头806B，第二编码块头806B后面跟着与第二编码块的图像数据对应的第二残差数据块808B，第二残差数据块808B后面跟着第三编码块的第三编码块头806C，第三编码块头806C后面跟着与第三编码块的图像数据对应的第三残差数据块808C，等等。
在压缩头格式800B中，与完整帧对应的位流809可以包括图片头805，图片头805后面跟着压缩编码块头810，压缩编码块头810包括帧的所有编码块的所有头信息，压缩编码块头810后面跟着压缩残差数据块813，压缩残差数据块813包括帧的所有图像数据。
图片头中的1位压缩头标志815可以用于告诉解码器需要哪种位流格式。
根据各种实施方式的其它方面，编码器(例如，编码器400或编码器500)可以包括码字818以指示当前帧的LCB大小。例如，码字818可以具有两个可能值：第一个值向解码器指示当前帧的LCB大小是64×64，第二个值向编码器指示当前帧的LCB大小是128×128。
根据各种实施方式的其它方面，每个预测块头可以包括指示预测信号关于当前帧起源的时间方向的码字。例如，该码字可以具有3个可能值：第一个值指示双向预测信号，第二个值指示来自先前时间的图片的预测信号，第二个值指示用于未来时间的图片的预测信号。
软件实现的解码器
图9示出了根据各种实施方式且适于由解码装置(例如，解码装置300)实现的相应软件实现的视频解码器900(下文称为“解码器900”)的总体功能框图。解码器900可以与编码器400的本地解码器环路430类似地工作。
具体地，编码的视频位流901可以被提供给熵解码器903，其可以生成相应的量化系数块(qcf)、帧内编码块和帧间编码块的预测信息、以及包含用于对当前帧编码的预测模式(例如，帧内或帧间)的其它数据。然后，量化系数块(qcf)可以由逆向量化器905重新组织，得到恢复的变换系数块(cf')。恢复的变换系数块(cf')然后可以由逆向变换器908从频域中逆向变换，从而得到解码的残差块(res')。加法器910可以由帧内预测器913或帧间预测器915获得的预测差块(pdb)。所得到的解码视频(dv)可以被提供给帧内预测器913和去块滤波器918。去块滤波器918的输出处的恢复块(recd)可以形成视频序列的重建帧，其可以从解码器900被输出并还被提供给帧间预测器915用于解码后续编码块。
[软件实现的并行视频编码器]
图10示出了根据各种实施方式的软件实现的并行/多线程视频解码器1000(下文称为“并行解码器1000”)。如同解码器900一样，编码位流1001被提供给CSG解析器1003，它在CSG解析器1003处被分到熵解码器1005A至1005D。熵解码器1005A至1005D可以生成相应的量化系数块(qcf0至qcf3)、用于帧内编码块和帧间编码块的预测信息、以及包含用于对当前帧编码的预测模式(例如，帧内或帧间)的其它数据。
如上所述，在编码器400、并行编码器500和图8的上下文中，根据各种实施方式，在接收到与视频帧对应的编码位流时，并行解码器1000可以检查位流的图片头部分以确定编码位流使用非压缩头格式801还是使用压缩头格式802进行编码。并行解码器1000还可以检查图片头以确定可能位于编码位流的图片头中的已知的字节对齐位置的例如图片类型(I型、P型或B型)、图片宽/高信息、图片序号(PON)等的信息。并行解码器1000还可以从图片头中的2位编码条组语法标志获得与编码位流中的编码条组数量(见上面的表3)相关的信息并获得与编码条的字节对齐长度(见上述的图7)相关的信息。
在如上所述的关于并行编码器500的类似但是逆向的过程中，CSG解析器1005可以通过编码条组提取字节对齐的编码条位流并且将编码条位流指派给并行解码单元920A至920D中的一个。每个并行解码单元920类似于解码器900工作。
图11a至图11e以及表4示出了使用并行解码器1000对表示视频帧1103的编码位流的解码过程的简化示例。在当前示例中，视频帧1103可以是视频帧603的重建版本，如上所述。假设未编码视频帧1103被编码使得帧被划分成LCB大小的编码块阵列1110A至1128J，每个块的解码花费同样的时间，解码的编码块由无交叉影线表示，在当前时隙中解码的编码块由单交叉影线表示。CSG解析器可以指派并行解码单元920A对与编码条0对应的编码块解码并指派并行解码单元920B对与编码条2对应的编码块解码。
Figure BDA0002244088400000171
尽管本文中已经示出和描述了具体的实施方式，但是本领域普通技术人员将理解在不偏离本公开的范围的前提下可以用替代和/或等效的实施方案来取代所示和所描述的具体的实施方式。本申请旨在涵盖本文中讨论的实施方式的任何修改或变化。

Claims (21)

1.一种用于对视频帧序列中的未编码视频帧编码以生成所述未编码视频帧的编码位流表示的方法，所述编码位流至少包括头部和视频数据载荷部分，所述方法包括：
将所述未编码视频帧划分成预测块阵列，所述预测块阵列具有多个行和多个列并包括第一预测块，所述第一预测块位于所述多个行中的第一行且位于所述多个列中的第一列；
获得所述第一预测块的有序的运动矢量候选项列表；
从所述有序的运动矢量候选项列表中选择用于对所述第一预测块编码的运动矢量；
使用所述运动矢量对所述第一预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的一部分；以及
在所述编码位流的所述头部中提供运动矢量选择标志，其中所述运动矢量选择标志指示所述有序的运动矢量候选项列表中与所述运动矢量对应的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述有序的运动矢量候选项列表按顺序包括：
先前在对所述预测块阵列中的第一参考预测块编码时使用的第一运动矢量；
先前在对所述预测块阵列中的第二参考预测块编码时使用的第二运动矢量；以及
先前在对所述预测块阵列中的第三参考预测块编码时使用的第三运动矢量。
3.如权利要求2所述的方法，其中：
所述第一参考预测块位于所述多个行中的第二行和所述第一列，所述第二行与所述第一行相邻；
所述第二参考预测块位于所述第二行和所述多个列中的第二列，所述第二列与所述第一列相邻；以及
所述第一参考预测块位于所述第一行和所述多个列中的第三列，所述第三列与所述第一列相邻。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述有序的运动矢量候选项列表按顺序包括：
先前在对所述预测块阵列中的第一参考预测块编码时使用的第一运动矢量；
先前在对所述预测块阵列中的第二参考预测块编码时使用的第二运动矢量；以及
零值运动矢量。
5.如权利要求4所述的方法，其中：
所述第一参考预测块位于所述多个行的第二行和所述第一列，所述第二行与所述第一行相邻；以及
所述第二参考预测块位于所述第二行和所述多个列的第二列，所述第二列与所述第一列相邻。
6.如权利要求4所述的方法，其中：
所述第一参考预测块位于所述多个行中的第二行和所述第一列，所述第二行与所述第一行相邻；以及
所述第二参考预测块位于所述第一行和所述多个列中的第二列，所述第二列与所述第一列相邻。
7.如权利要求4所述的方法，其中：
所述第一参考预测块位于所述多个行中的第二行和所述多个列中的第二列，所述第二行与所述第一行相邻，所述第二列与所述第一列相邻；以及
所述第二参考预测块位于所述第一行和所述多个列中的第三列，所述第三列与所述第一列相邻。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述有序的运动矢量候选项列表按顺序包括：
先前在对所述预测块阵列中的第一参考预测块编码时使用的第一运动矢量；
第一零值运动矢量；以及
第二零值运动矢量。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一参考预测块位于所述多个行中的第二行和所述第一列，所述第二行与所述第一行相邻。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述第一参考预测块位于所述多个行中的第二行和所述多个列中的第二列，所述第二行与所述第一行相邻，所述第二列与所述第一列相邻。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述第一参考预测块位于所述第一行和所述多个列中的第二列，所述第二列与所述第一列相邻。
12.如权利要求1所述的方法，其中有序的运动矢量候选项列表按顺序包括：
第一零值运动矢量；
第二零值运动矢量；以及
第三零值运动矢量。
13.如权利要求1所述的方法，其中使用所述运动矢量对所述第一预测块编码包括：
使用所述运动矢量识别所述视频帧序列中的先前编码的帧的第二预测块；
获得所述第一预测块与所述第二预测块之间的残差；以及
对所述残差编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的所述一部分。
14.如权利要求1所述的方法，其中使用所述运动矢量对所述第一预测块编码包括：
使用所述运动矢量识别所述视频帧序列中的先前编码的帧的第二预测块；以及
对所述第二预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的所述一部分。
15.一种对未编码视频帧编码以生成所述未编码视频帧的编码位流表示的方法，所述编码位流至少包括头部和视频数据载荷部分，所述方法包括：
将所述未编码视频帧划分成预测块阵列，所述预测块阵列具有多个行和多个列并包括第一预测块，所述第一预测块位于所述多个行中的第一行且位于所述多个列中的第一列；
从多个运动矢量预测方法中选择用于对所述第一预测块编码的运动矢量预测方法；
使用所述运动矢量预测方法获得运动矢量；
使用所述运动矢量对所述第一预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的一部分；以及
在所述编码位流的所述头部中提供选择的运动矢量预测方法标志，以及
其中所述选择的运动矢量预测方法标志指示所述多个运动矢量预测方法中的哪个方法被选择用于对所述第一预测块编码。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述多个运动矢量预测方法的至少一个运动矢量预测方法包括确定下列各项的中值：
先前在对所述预测块阵列中的第一参考预测块编码时使用的第一运动矢量；
先前在对所述预测块阵列中的第二参考预测块编码时使用的第二运动矢量；以及
先前在对所述预测块阵列中的第三预测块编码时使用的第三运动矢量。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述多个运动矢量预测方法的至少一个运动矢量预测方法包括确定下列各项的均值：
先前在对所述预测块阵列中的第一参考预测块编码时使用的第一运动矢量；以及
先前在对所述预测块阵列中的第二参考预测块编码时使用的第二运动矢量。
18.一种对视频帧序列的未编码视频帧编码以生成所述未编码视频帧的编码位流表示的方法，所述编码位流至少包括头部和视频数据载荷部分，所述方法包括：
将所述未编码视频帧划分成预测块阵列，所述预测块阵列具有多个行和多个列并包括第一预测块，所述第一预测块位于所述多个行中的第一行且位于所述多个列中的第一列；
从多个编码模式选择用于对所述第一预测块编码的编码模式；
根据选择的编码模式对所述第一预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的一部分；以及
在所述编码位流的所述头部中提供编码模式选择标志，其中所述编码模式选择标志指示所述多个编码模式中的哪个编码模式被选择用于对所述第一预测块编码。
19.如权利要求18所述的方法，其中使用所述选择的编码模式对所述第一预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的所述一部分包括：
获得所述第一预测块的有序的运动矢量候选项列表；
从所述有序的运动矢量候选项列表中选择用于对所述第一预测块编码的运动矢量；
使用所述运动矢量识别所述视频帧序列中的先前编码的帧的第二预测块；
获得所述第一预测块与所述第二预测块之间的残差；
对所述残差编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的所述一部分；以及
在所述编码位流的所述头部中提供运动矢量选择标志，其中所述运动矢量选择标志指示所述有序的运动矢量候选项列表中与所述运动矢量对应的位置。
20.如权利要求18所述的方法，其中使用所述选择的编码模式对所述第一预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的所述一部分包括：
获得所述第一预测块的有序的运动矢量候选项列表；
从所述有序的运动矢量候选项列表中选择用于对所述第一预测块编码的运动矢量；
使用所述运动矢量识别所述视频帧序列中的先前编码的帧的第二预测块；
对所述第二预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的所述一部分；以及
在所述编码位流的所述头部中提供运动矢量选择标志，其中所述运动矢量选择标志指示所述有序的运动矢量候选项列表中与所述运动矢量对应的位置。
21.如权利要求18所述的方法，其中使用所述选择的编码模式对所述第一预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的所述一部分包括：
从多个运动矢量预测方法中选择用于对所述第一预测块编码的运动矢量预测方法；
使用选择的运动矢量预测方法获得运动矢量；
使用所述运动矢量对所述第一预测块编码以生成所述编码位流的所述视频数据载荷的所述一部分；以及
在所述编码位流的所述头部中提供选择的运动矢量预测方法，
其中所述选择的运动矢量预测方法标志指示所述多个运动矢量预测方法中的哪个方法被选择用于对所述第一预测块编码。
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