CN111432213A - 用于视频和图像压缩的自适应贴片数据大小编码 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于视频和图像压缩的自适应贴片数据大小编码。用于编码视频信号的方法包括估计用于编码视频帧的贴片的空间需求，在比特流的第一值空间中写入第一值，其中第一值描述第二值空间的大小，以及在比特流中定义第二值空间，其中第二值空间的大小基于估计的空间需求。该方法还包括在比特流的内容空间中写入编码的内容，将编码的内容写入内容空间之后确定内容空间的大小，以及在比特流的第二值空间中写入第二值，其中第二值描述内容空间的大小。

Description

用于视频和图像压缩的自适应贴片数据大小编码
本申请是分案申请，原案的申请号是201611235275.9，申请日是2016-12-28，发明名称是“用于视频和图像压缩的自适应贴片数据大小编码”。
技术领域
本申请涉及用于视频和图像压缩的自适应贴片数据大小编码。
背景技术
数字视频流通常使用帧序列或静止图像来表示视频。每个帧可以包括多个块，该块进而可以包含描述像素的颜色、亮度或其他属性值的信息。典型视频流中的数据量很大，并且视频的传输和存储可以使用相当多的计算或通信资源。现有方法已经提出了各种可减少视频流中的数据量方法，包括压缩和其他编码技术。
在一些视频压缩方法中，视频帧可被划分为称为贴片(tile)的部分。贴片可以是正方形或矩形，并且包括多个像素块。通过将帧划分成贴片，可以并行地对贴片进行编码和/或解码。贴片还允许通过仅解码某些贴片而不解码其它贴片来仅解码图像的一部分。在当前视频编码器和解码器实施方式中，每帧的贴片数目较小，例如4到8个贴片。
在实施贴片编码的视频压缩方法中，对应于特定贴片的视频比特流的部分包含贴片数据报头和贴片内容数据。贴片数据报头存储贴片数据大小(TDS)值，其使得解码器知道贴片的贴片内容数据在哪里开始和停止。例如，TDS值可以描述用于编码贴片内容数据的比特数。贴片内容数据是对应于贴片内的图像的编码数据。因此，TDS值允许解码器定位贴片内容数据并解码贴片内容数据以便重建贴片。
发明内容
所公开的实施例的一个方面是一种用于对视频信号进行编码的方法，该方法包括：估计用于编码视频帧的贴片的空间需求，在比特流的第一值空间中写入第一值，其中第一值描述第二值空间的大小，以及在比特流中定义第二值空间，其中第二值空间的大小基于估计的空间需求。该方法还包括在比特流的内容空间中写入编码的内容，在内容空间中写入编码的内容之后判定内容空间的大小，以及在比特流的第二值空间中写入第二值，其中第二值描述内容空间的大小。
所公开的实施例的另一方面是一种用于对视频信号进行编码的装置，该装置包括存储器；以及处理器，该处理器被配置为执行存储在存储器中的指令。指令使得处理器估计用于编码视频帧的贴片的空间需求，在比特流的第一值空间中写入第一值，其中第一值描述第二值空间的大小，定义第二值空间，其中第二值空间的大小基于估计的空间需求，在比特流的内容空间中写入编码的内容，在内容空间中写入编码的内容之后判定内容空间的大小，以及在比特流的第二值空间中写入第二值，其中第二值描述内容空间的大小。
所公开的实施例的另一方面是一种用于对图像进行编码的方法。该方法包括在描述估计空间需求的比特流的第一值空间中写入第一大小值，保留具有与第一大小值对应大小的比特流的第二值空间，在比特流中写入编码的内容，以及在第二值空间中写入描述编码的内容的第二大小值。
附图说明
本文的描述参考了附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部件。
图1是视频编码和解码系统的示意图。
图2是可以实施发送站或接收站的计算设备的示例的框图。
图3是编码和随后解码的视频流的图。
图4是根据本公开的一个方面的视频压缩系统的框图。
图5是根据本公开的另一方面的视频解压缩系统的框图。
图6是示出具有固定长度贴片数据空间编码的比特流的图示。
图7A是示出根据第一示例的具有自适应贴片数据空间编码的比特流的图示。
图7B是示出根据第二示例的具有自适应贴片数据空间编码的比特流的图示。
图8是示出用于自适应贴片数据空间编码的系统的框图。
图9是示出根据第一示例的自适应贴片数据空间编码过程的流程图。
图10是示出根据第二示例的自适应贴片数据空间编码过程的流程图。
具体实施方式
贴片编码引入每个贴片的附加比特成本，等于编码贴片数据报头所花费的比特数。虽然在使用少量贴片的当前实施方式中该比特成本是微不足道的，但是如果贴片的数量增加，则额外的比特成本可能是显著的。未来贴片编码的应用增加贴片编码的使用并且导致每帧编码的贴片的数量的大量增加。例如，虚拟现实应用可以极大地受益于能够仅解码帧的一部分，并且虚拟现实应用中的帧可以包括多于一百万个贴片(例如，1024贴片乘以1024贴片的网格)。
在当前实施方式中，在贴片数据报头中留出固定数目的比特用于编码TDS值。因为贴片数据报头在贴片内容数据之前出现在比特流中，所以使用固定数量的比特。因为在针对贴片数据报头的比特流中分配空间的时候没有对贴片内容数据进行编码，所以贴片内容数据的大小是未知的。在贴片内容数据被编码并写入比特流之后，其大小已知，并且可以被写入先前为贴片数据报头中的TDS值保留的空间。
因为为贴片数据报头中的TDS值编码而保留的比特数是固定的，所以为贴片数据报头选择的长度基于TDS值的最大预期长度，例如当贴片大小较大时并且内容数据被不当地压缩，导致用于贴片内容数据的大小较大。如果贴片内容数据的大小较小，则结果可能是为了在贴片数据报头中存储TDS值而保留的位数远大于实际用于存储TDS值的位数。
为了降低与贴片编码相关联的开销成本并实现更好的压缩性能，本文的方法和系统有效地存储每个贴片的TDS值。这可以通过由估计用于编码贴片的空间需求而自适应地分配为每个贴片保留用于存储TDS值的比特数来完成。贴片数据报头中为TDS值而保留的空间的大小被写为第一值，其在本文中可被称为第一大小值或TDS_比特值。第一大小值描述了TDS值的贴片数据报头中保留的空间的大小。在比特流中写入编码的贴片内容数据之后，在先前贴片数据报头中为TDS值而保留的比特流空间中写入描述编码的贴片内容数据的大小的TDS值。TDS值在本文中还可以称为报头值或第二大小值。因此，本文中所描述的方法和系统可包含例如在描述估计空间需求的比特流的第一值空间中写入第一大小值，保留具有对应于大小值的大小的比特流的报头空间，在比特流中写入编码的内容，以及在所述报头空间中写入描述该编码的内容的大小的第二大小值。
图1是可以实施方式本文所描述的系统和方法的视频编码和解码系统100的示意图。发送站112可以是例如具有诸如图2所描述的硬件的内部配置的计算机。然而，发送站112的其他合适的实施方式是可能的。例如，发送站112的处理可以分布在多个设备之间。
网络128可以连接发送站112和接收站130，用于视频流的编码和解码。具体地，可以在发送站112中编码视频流，并且编码的视频流可以在接收站130中被解码。网络128可以是例如因特网。网络128还可以是局域网(LAN)，广域网(WAN)，虚拟专用网络(VPN)，蜂窝电话网络或者从发送站112传输视频流到本示例中的接收站130的任何其他手段。
在一个示例中，接收站130可以是具有诸如图2所描述的硬件的内部配置的计算机。然而，接收站130的其他合适的实施方式是可能的。例如，接收站130的处理可以分布在多个设备之间。
视频编码和解码系统100的其它实施方式是可能的。例如，实施方式可以省略网络128。在另一实施方式中，视频流可以被编码，然后被存储以便稍后传输到接收站130或具有存储器的任何其他设备。在一个实施方式中，接收站130接收(例如，经由网络128，计算机总线和/或一些通信路径)编码的视频流，并存储该视频流以供稍后解码。在示例实施方式中，实时传输协议(RTP)用于通过网络128传输编码的视频。在另一实施方式中，可以使用除RTP之外的传输协议，例如基于超文本传输协议(HTTP)的视频流协议。
如将在本文中进一步解释的，发送站112和接收站130是可以包括在视频编码和解码系统100中的设备的示例。可以包括附加设备，诸如将从发送站112到接收站130的传输中继的服务器。
图2是可以实施发送站或接收站的计算设备200的示例的框图。例如，计算设备200可以实现图1的发送站112和接收站130中的一个或两个。计算设备200可以是包括多个计算设备的计算系统的形式，或者可以是单个计算设备的形式，例如移动电话、平板计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、桌面计算机等。
计算设备200中的CPU 224可以是中央处理单元。可替换地，CPU224可以是能够操纵或处理现在或将来开发的信息的任何其他类型的设备或多个设备。虽然可以用如图所示的单个处理器(例如CPU 224)来实现所公开的实施方式，但是可以使用多于一个处理器来取得速度和效率方面的优点。
在实施方式中，计算设备200中的存储器226可以是只读存储器(ROM)设备或随机存取存储器(RAM)设备。任何其他合适类型的存储设备可以用作存储器226。存储器226可以包括由CPU 224使用总线230访问的代码和数据227。存储器226还可以包括操作系统232和应用程序234，应用程序234包括允许CPU 224执行这里描述的方法的至少一个程序。如图所示，例如，应用程序234可以包括应用1至N，其还包括执行这里描述的方法的应用。计算设备200还可以包括储存器236，其可以是例如与移动计算设备一起使用的存储卡。因为视频通信会话可以包含大量的信息，所以它们可以全部或部分地存储在储存器236中，并且根据处理需要被加载到存储器226中。
计算设备200还可以包括一个或多个输出设备，诸如显示器228。在一个示例中，显示器228可以是将显示器与触敏元件组合的触敏显示器，其可操作以感测触摸输入。显示器228可以通过总线230耦合到CPU 224。除了显示器228之外或作为显示器228的替代，可以提供允许用户编程或以其他方式使用计算设备200的其他输出设备。当输出设备是显示器或包括显示器时，显示器可以以各种方式实现，包括通过液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)或发光二极管(LED)显示器，例如有机LED(OLED)显示器。
计算设备200还可以包括图像感测设备238或者与图像感测设备238通信，图像感测设备238例如是相机，或者现在存在或者将来开发的任何其他图像感测设备238，其可以感测图像，例如操作计算设备200的用户的图像。图像感测设备238可以被定位成使得其指向操作计算设备200的用户。在一个示例中，图像感测设备238的位置和光轴可以被配置为使得视野包括与显示器228直接相邻并且显示器228从其可见的区域。
计算设备200还可以包括声音感测设备240或者与声音感测设备240通信，声音感测设备240例如是麦克风，或者现在存在或今后开发的任何其他声音感测设备，其可以感测计算设备200附近的声音。声音感测设备240可以被定位成使得其指向操作计算设备200的用户，并且可以被配置为在用户操作计算设备200时接收由用户发出的声音，例如语音或其他发声。
尽管图2将计算设备200的CPU 224和存储器226描述为集成到单个单元中，但是可以利用其他配置。CPU 224的操作可以分布在可以直接的或跨越局域或其他网络耦合的多个机器上(每个机器具有一个或多个处理器)。存储器226可以分布在多个机器上，例如基于网络的存储器或在执行计算设备200的操作的多个机器中的存储器。尽管这里被描绘为单个总线，但是计算设备200的总线230可以由多个总线组成。此外，储存器236可以直接耦合到计算设备200的其他组件，或者可以通过网络访问，并且可以包括诸如存储卡的单个集成单元或诸如多个存储卡的多个单元。因此，计算设备200可以以各种各样的配置来实现。
图3是要编码并随后解码的视频350的示例的图。视频350包括视频序列352。在下一级，视频序列352包括多个相邻帧354。虽然三个帧被描绘为相邻帧354，但是视频序列352可以包括任何数量的邻近帧354。相邻帧354可以然后被进一步细分为单独的帧，例如帧356。在下一级，帧356可以被划分为一系列块358，其可以包含对应于例如帧356中的16×16像素的数据。块也可以被布置在数据平面中。例如，每个平面中的对应块可以分别包含该块的像素的亮度和色度数据。块58还可以是任何其它合适的大小，例如16×8像素组或8×16像素组，并且可以根据应用进一步细分为更小的块。除非另有说明，否则术语块和宏块在本文中可互换使用。
图4是根据本公开的一个方面的编码器470的框图。如上所述，编码器470可以在发送站112中诸如通过提供存储在例如存储器226的存储器中的计算机软件程序来实现。计算机软件程序可以包括机器指令，当该机器指令由诸如CPU 224的处理器执行时，使得发送站112以图4中描述的方式编码视频数据。编码器470还可以被实现为例如包括在发送站112中的专用硬件。编码器470使用视频350作为输入，具有以下各级以在正向路径(由实连接线示出)中执行各种功能以产生编码的或压缩的比特流488：帧内/帧间预测级472，变换级474，量化级476和熵编码级478。编码器470还可包含重构路径(由虚连接线所示)以重构帧用于编码未来块。在图4中，编码器470具有以下各级以在重构路径中执行各种功能：去量化级480，逆变换级482，重构级484和环路滤波级486。可以使用编码器470的其他结构变型以编码视频350。
当视频350被呈现以用于编码时，视频350内的每个帧356可以以块358为单位来处理。在帧内/帧间预测级472处，可以使用帧内预测(使用在单个帧内的块的预测)或帧间预测(使用来自不同帧的块的预测)。在任何情况下，可以形成预测块。在帧内预测的情况下，可以从先前已经编码和重构的当前帧中的样本形成预测块。在帧间预测的情况下，可以从一个或一个以上先前建构的参考帧中的样本形成预测块。
接下来，仍参考图4，可在帧内/帧间预测级472处从当前块减去预测块以产生残差块(也称为残差)。变换级474将残差变换为例如在频域中的变换系数。基于块的变换的示例包括Karhunen-Loveve变换(KLT)，离散余弦变换(DCT)和奇异值分解变换(SVD)。在一个示例中，DCT将块变换到频域。在DCT的情况下，变换系数值基于空间频率，在矩阵的左上角具有最低频率(DC)系数，并且在矩阵的右下角具有最高频率系数。
量化级476使用量化器值或量化等级将变换系数转换为离散量子值，其称为量化变换系数。然后，通过熵编码级478对量化的变换系数进行熵编码。然后输出熵编码的系数以及用于对块进行解码的其他信息(可以包括例如所使用的预测类型，运动矢量和量化器值)到压缩比特流488。可以使用各种技术来格式化压缩比特流488，诸如可变长度编码(VLC)或算术编码。压缩比特流488也可以称为编码视频流，并且这些术语在本文中可互换使用。
图4中的重构路径(由虚连接线所示)可以用于确保编码器470和解码器500(下面描述)使用相同的参考帧来解码压缩比特流488。重构路径执行与在下面更详细讨论的解码过程期间发生的功能类似的功能，包括在去量化级480对量化的变换系数进行去量化以及在逆变换级482对去量化的变换系数进行逆变换，以产生导数残差块(也称为导数残差)。在重构阶段484，可将在帧内/帧间预测级472处预测的预测块添加到导数残差以创建重构块。环路滤波级486可以应用于重构块以减少诸如块伪影的失真。
编码器470的其它变型可以用于编码压缩比特流488。例如，基于非变换的编码器470可以在没有变换级474的情况下直接量化残差信号。在另一实施方式中，编码器470可以使量化级476和去量化级480组合成单个级。
图5是根据一个实施方式的解码器500的框图。解码器500可以例如通过提供存储在存储器226中的计算机软件程序在接收站130中实现。计算机软件程序可以包括机器指令，当该机器指令由诸如CPU224的处理器执行时，使得接收站130以图5中描述的方式解码视频数据。解码器500还可以在包括例如发送站112或接收站130中的硬件中实现。
类似于上文所论述的编码器470的重构路径，解码器500在一个示例中包括以下各级以执行各种功能以从压缩的比特流488产生输出视频流516：熵解码级502、去量化级504、逆变换级506、帧内/帧间预测级508、重构级510，可包括环路滤波和/或去块的滤波级512，和帧缓冲级514。可使用解码器500的其它结构变型以解码压缩比特流488。
当压缩比特流488被呈现用于解码时，压缩比特流488内的数据元素可由熵解码级502(使用例如算术编码)解码以产生量化的变换系数集合。去量化级504对量化的变换系数进行去量化，逆变换级506对去量化的变换系数进行逆变换，以产生与编码器470中的逆变换级482创建的导数残差相同的导数残差。使用诸如模式和运动向量的从压缩比特流488解码的报头信息，解码器500可使用帧内/帧间预测级508来创建与在编码器470中，例如在帧内/帧间预测级472处创建的预测块相同的预测块。在重构阶段510，可添加预测块到导数残差以创建重构块。滤波级512可以应用于重构块以减少块伪影。然后可以在帧缓冲级514处的帧缓冲器中保持信息，以便随后在解码或输出中使用。后期处理阶段可以应用于重构块以进一步细化图像。由解码器500执行处理的结果被输出为输出视频流516。输出视频流516也可以被称为解码视频流，并且这些术语在这里可互换地使用。
解码器500的其它变型可以用于解码压缩比特流488。例如，解码器500可以产生输出视频流516而不进行后期处理。
图6示出了具有固定长度贴片数据空间编码的比特流600的一部分。压缩图像或视频帧由一系列贴片组成，因此比特流600包括多个贴片，例如当前贴片602、先前贴片604和后续贴片606。当前贴片602、先前贴片604和后续贴片606均包括贴片数据报头610和内容空间620。
为了解码诸如当前贴片602、先前贴片604或后续贴片606的贴片，用于贴片的内容空间620首先位于比特流600中。因此，贴片数据报头610位于比特流中的内容空间620之前。贴片数据报头610是或者包括在编码贴片内容数据被写入比特流600的内容空间620之前被保留的比特流600的固定长度的报头空间。贴片数据报头610是固定长度的，因为内容空间620的实际大小只能在贴片内容数据被实际编码并写入内容空间620之后才知道。贴片数据报头610在将编码贴片内容数据写入到内容空间620之前在比特流600中被分配和保留。作为示例，可以在用于贴片数据报头的比特流中保留四个字节。在编码贴片内容数据被写入内容空间620之后，内容空间620的大小(例如，以比特为单位的内容空间620的长度)被用作存储在贴片数据报头610中的TDS值。
图7A示出了根据第一示例的具有自适应贴片数据空间编码的比特流700的一部分。压缩图像或视频帧由一系列贴片组成。因此，比特流700包括帧级(或图像级)数据空间形式的第一数据空间，例如帧报头701和诸如当前贴片702、先前贴片704和后续贴片706的多个贴片。帧报头701可以包括应用于一些贴片或所有贴片的数据。当前贴片702、先前贴片704和后续贴片706均包括贴片数据报头710，其包括仅与相应贴片相关的数据和与包括贴片的图像信息的内容空间720相关的数据。
为了解码诸如当前贴片702、先前贴片704或后续贴片706的贴片，用于贴片的内容空间720首先位于比特流700中。因此，帧报头701和贴片数据报头710在比特流中位于内容空间720之前。
可被称为第一大小值或TDS_比特值的第一值未压缩地或通过使用熵编码压缩地编码，且写入比特流的第一值空间中。在该示例中，第一值空间在帧级数据空间内，也就是说，在帧报头701中，即布置在贴片数据之前的比特流中。在固定的第一值用于图像或视频帧中的每个贴片的特殊情况下，用于整个图像或帧的第一值可以仅被写入比特流的第一值空间一次。可以被称为第二大小值或TDS值的第二值被写入第二值空间中。在该示例中，第二值空间是贴片数据报头710的全部或部分。
第一值描述由第二值空间使用的比特的数量。例如，如果第一值等于十六(或表示值16，例如通过表示十六的符号)，则这意味着第二值空间的长度为十六位。在此实施方式中，第一值存储在帧级，且应用于所有帧，这意味着用于贴片级的每一贴片的第二值空间的比特数相同。
存储在诸如贴片数据报头710中的第二值空间中的第二值描述被内容空间720所使用的相应贴片的比特数。例如，如果存储在贴片数据报头710中的第二值等于65,535(或者表示值65,535，例如通过是可以被解释为意味着65,355的符号)，其可以表示为比特长度十六比特，这表示内容空间720的长度为65535比特。如将在本文中解释的，在分配贴片数据报头710时，可能不知道贴片数据报头710的确切所需长度。而是，基于用于对贴片进行编码的估计空间需求在比特流700中保留比特，并且在内容空间720中写入编码贴片内容数据之后将第二值写入贴片数据报头710。
第一值和第二值用于在解码比特流时允许定位内容空间720。当解码诸如当前贴片702的贴片时，在解码当前贴片702之前从比特流读取第一值。第一值通知解码器贴片数据报头710的长度，这允许解码器从贴片报头710读取第二值。第二值通知解码器内容空间720的长度，这允许解码器从内容空间720读取编码的内容。
图7B示出了根据第二示例的具有自适应贴片数据空间编码的比特流750的部分。比特流700例如是当前贴片752、先前贴片754和后续贴片756的多个贴片。当前贴片752、先前贴片754和后续贴片756均包括贴片数据报头760，其包括仅与相应贴片相关的数据和包括贴片的图像信息的内容空间770。
为了解码诸如当前贴片752、先前贴片754或后续贴片756的贴片，该贴片的内容空间770首先位于比特流750中。因此，贴片数据报头760被定位在比特流中的内容空间770之前。
在此示例中，第一值空间和第二值空间均位于贴片数据报头760中，且第一值(即第一大小值或TDS_比特值)针对每一贴片单独存储且可由基于贴片的贴片来确定。每个贴片的第一值未压缩地或者通过使用熵编码压缩地编码，并且被写入比特流的第一值空间中，诸如在当前贴片752的第一报头空间762中。在该示例中，第一值空间位于贴片级数据空间内。第二值，即第二大小值或TDS值被写入第二值空间，其在该示例中是贴片数据报头760的第二报头空间764。
图8示出了用于自适应贴片数据空间编码的系统800的框图。在系统800中，接收输入信号810并将其作为输入提供给编码器820和估值器830。输入信号810可以是例如视频信号或静止图像信号。除非另有说明，本文将参考视频信号形式的输入信号进行描述。
编码器820可操作以压缩输入信号810的部分，并输出可被写入比特流(例如，比特流700)的来自输入信号810的内容的压缩版本。编码器820可以以关于编码器470描述的方式实现。
估值器830可操作以估计对输入信号810的部分进行编码的空间需求。估值器830可使用先前存储的信息(例如，编码统计840)来估计对输入信号的部分进行编码的空间需求。编码统计840可以是例如描述来自诸如输入信号的视频信号的先前内容的统计数据。可以由编码器820提供信息给估值器830以添加到编码统计840并存储为编码统计840。
在待编码的输入信号810的部分是视频信号的贴片的实施方式中，所估计的空间需求可部分地基于输入信号810的当前部分的贴片大小(例如，贴片当前帧中的大小或待编码的下一个贴片的贴片大小)。估计空间需求随着贴片大小的增加而增加。
估计空间需求可以部分地基于输入信号810的当前部分的复杂度来估计。复杂度可以用作估计空间需求的基础，因为低复杂度图像比高复杂度图像倾向于压缩到更大程度。可以针对图像的一部分(例如，视频帧的一部分)、单个图像(例如，视频帧)或多个图像(例如，一系列视频帧)来分析复杂度。可以结合视频复杂度的单个度量或视频复杂度的两个或多个度量。视频复杂度的度量可以表示为例如数值分数，并且组合(如果需要)为平均值或加权平均值。在一些实施方式中，视频复杂度的度量，诸如数值分数，被用作通过阈值或类似测量将视频分类为类别(例如，低、中或高复杂度)的基础。因此，诸如视频帧的输入信号810的部分的复杂度可以被表示为从多个预定复杂度分类中选择的复杂度分类。
可以利用许多已知的复杂度量度。作为一个示例，可根据存在运动的视频帧的区域的部分和运动的速度(例如，运动矢量的长度)中的一者或两者来测量一系列视频帧中的运动量。因此，可以部分地基于来自输入信号的视频帧的先前序列中的运动量或者作为视频帧中相对于序列中的先前视频的运动量确定诸如视频帧的输入信号810的复杂度。作为另一示例，可以测量图像或图像系列中的细节的量，其中较低细节图像对应于较低复杂度，较高细节图像对应较高复杂度。
用于确定复杂度(例如，运动和/或细节)的数据可以从编码统计840获得。编码统计840可以在对来自输入信号810的先前内容进行编码之后被存储。因此，编码统计840可以包括描述在估计用于编码视频帧的贴片的空间需求之前存储的来自输入信号810的先前内容的统计数据。
编码统计840可以包括例如描述用于多个复杂度水平的输入信号810的部分进行编码所需的比特数的数据。在一个实施方式中，存储在编码统计中的数据独立于要编码的输入信号的部分的大小。该示例中的编码统计840可以包括基于要编码的输入信号的部分的大小来缩放的统计，以便确定对输入信号进行编码所需的比特数。例如，编码统计840可以表示在每个像素的基础上表达中等复杂度的输入信号810的一部分所需的比特数。因此，如果输入信号810的部分是来自视频帧的贴片，则估值器将确定贴片的复杂度，确定像素中贴片的大小，并且基于以下内容确定对贴片进行编码所需的比特数：编码统计840，其描述由像素中的贴片的大小缩放的具有相同复杂度的先前贴片的编码。在替代实施方式中，编码统计840表示用于给定复杂度级别的具有特定大小(例如贴片大小)的输入信号810的一部分进行编码所需的比特数。
在一个实施方式中，当编码器820对诸如贴片的输入信号810的部分进行编码时，该编码器820向估值器830报告在编码中使用的比特数，并且该值被存储在编码统计中以用于估计对输入信号810的其它类似大小的部分进行编码所需的比特数。
估值器830的输出是估计的空间需求，其是对当前正被编码的输入信号810的部分进行编码所需的比特数的估计。
系统800包括比特流写入器850。比特流写入器850从来自比特流写入器850的输入信号810接收内容的压缩版本。比特流写入器850从估值器830接收估计的空间需求。比特流写入器850使用内容的压缩版本和估计的空间需求来写入比特流700。比特流写入器850还可以将信息报告回估值器830，以存储为编码统计840的一部分被。
图9示出了根据第一示例的用于自适应贴片数据空间编码的过程900的流程图。将参考比特流700来解释过程900，但是其可以应用于比特流750。过程900可以如系统800所描述的那样来实现，诸如以被诸如发送站112或接收站130的计算设备执行的软件程序的形式来实现。软件程序可以包括存储在诸如存储器226的存储器中的机器可读指令，当该软件程序由诸如CPU 224的处理器执行时，使得计算设备执行过程900。过程900也可以使用硬件来实现。如上所述，一些计算设备可以具有多个存储器和多个处理器，并且在这种情况下，过程900的步骤可以使用不同的处理器和存储器来分布。单数形式的术语“处理器”和“存储器”的使用包括仅具有一个处理器或一个存储器的计算设备以及具有多个处理器或存储器的设备，每个处理器或存储器可用于执行一些但不一定是所有的所述步骤。
操作910包括获得描述对来自输入信号810的先前内容进行编码的编码统计840。可以通过例如测量编码统计840、访问编码统计840的存储副本、或接收包括编码统计840的传输来执行获取编码统计信息840。可以如关于估值器830和编码统计840所描述的那样执行获取编码统计。
在操作920中，如关于估值器830所描述的，使用编码统计来确定估计的空间需求。
在操作930中，比特流写入器850在第一值空间中写入第一值并定义第二值空间，诸如贴片数据报头710。第一值(TDS_比特)描述报头空间的大小，并且第一值基于估计的空间需求。例如，比特流写入器850使用估计的空间需求来确定可能需要多少比特来在第二值空间中写入内容空间720的长度。这可以通过将估计的空间需求乘以因子k(例如1.3)来实现，以说明可变性，并且计算将该值表示为二进制数所需的比特数。结果值是为报头空间保留的比特数，并且该值作为第一值(TDS_比特)存储在比特流的第一值空间中。第一值可以被存储为实际值或代表值，例如可以与诸如一帧或一系列帧的平均值的参考值组合的增量值。在将第一值写入第一值空间中的比特流之后，可接着对贴片进行编码。在每个贴片的开始处，比特流写入器前进等于第一值(TDS_比特)的值的位数，以便在比特流700中保留诸如贴片数据报头710的第二值空间以用于写入内容空间720的长度作为稍后时间的第二值(TDS值)。
在操作940中，比特流写入器850从编码器820接收编码的内容，并在内容空间720中写入编码的内容。
在操作950中，确定先前被保留用于存储第二值的第二值空间的长度是否足够。在一个实施方式中，用于在内容空间720中写入编码的内容的比特数(即，内容空间720的长度)以适合于存储为第二值的形式来表示(例如，表示为二进制数)。该值与为第二值空间保留的比特数进行比较。如果为第二值空间保留的比特数不足以存储描述内容空间720的长度的值，则过程返回到操作930，其中使用编码的内容的实际长度而不是使用估计的空间需求。因此，如果用于写入第二值的空间需求大于第二值空间的大小，则将第二值空间重新定义为具有基于空间需求校正后的大小，重写第一值以描述校正后的大小，并且将编码的内容重写到比特流。
如果在操作950，为第二值空间保留的比特的数量足以存储描述内容空间720的长度的第二值，则过程继续进行到操作960。在操作960中，比特流写入器850改变位置返回到第二值空间的起始点，并且将描述内容空间720的长度的第二值写入第二值空间中，以允许在比特流700中定位和访问内容空间720。第二值可以被存储为实际值或代表值，诸如可与参考值(例如，帧或系列帧的平均值)组合的增量值。在一些实施方式中，第二值是未被压缩的。在其他实施方式中，第二值诸如通过熵编码被压缩。然后，该过程在相对于输入信号810的当前部分结束，并且可以针对输入信号810的其他部分重复该过程。
图10示出了根据第二示例用于自适应贴片数据空间编码的过程1000的流程图。将参考比特流700来解释过程900，但是其可以应用于比特流750。
尽管过程900非常适合于实时应用，但是过程1000可以为非实时应用产生更好的结果。代替如在过程900中使用估计空间需求，过程1000执行两个编码操作以首先确定编码的内容的长度，且随后将贴片报头和编码的内容写入贴片数据报头710和内容空间720。
过程1000可以如系统800所描述的那样来实现，诸如以由诸如以发送站112或接收站130的计算设备执行的软件程序的形式来实现。软件程序可以包括存储在诸如存储器226的存储器中的机器可读指令，当该机器可读指令由诸如CPU 224的处理器执行时，使得计算设备执行过程1000。过程1000也可以使用硬件来实现。如上所述，一些计算设备可以具有多个存储器和多个处理器，并且在这种情况下，过程1000的步骤可以使用不同的处理器和存储器来分布。单数形式的术语“处理器”和“存储器”的使用包括仅具有一个处理器或一个存储器的计算设备以及具有多个处理器或存储器的设备，每个处理器或存储器可用于执行一些所述步骤但不一定是所有所述步骤。
在操作1010中，如关于编码器820所描述的那样执行第一编码操作，以定义输入信号810的部分编码的内容。在操作1020中，存储编码的内容的长度。
在操作1030中，定义贴片数据报头710。这包括例如确定对编码的内容的长度进行编码所需的比特数，并在比特流中写入该值作为第一值。然后在贴片数据报头710中写入编码的内容的长度作为第二值。在此实施方式中，第一值表示存储第二值所需的贴片数据报头710的实际长度，且不是估计值。因此，将不存在如当使用估计值时可能发生的分配给贴片数据报头710的不必要比特。
在操作1040中，如关于编码器820所描述的执行第二编码操作，并且如比特流写入器850所描述的，所得的编码的内容被写入比特流700。
上文所描述的编码和解码的方面说明编码和解码技术的一些示例。然而，应当理解，作为权利要求中使用的那些术语的编码和解码可以意味着压缩、解压缩、变换或任何其他处理或数据改变。
词语“示例”或“方面”在本文中用于表示用作示例、实例或说明。本文描述为“示例”或“方面”的任何方面或设计不一定被解释为比其它方面或设计优选或有利。相反，词语“示例”或“方面”的使用旨在以具体方式呈现概念。如本申请中所使用的，术语“或”旨在表示包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或者从上下文中清楚，否则“X包括A或B”旨在表示任何自然的包括性排列。也就是说，如果X包括A；X包括B；或X包括A和B两者，则在任何前述实例下满足“X包括A或B”。此外，除非另有说明或从上下文中清楚地指示单数形式，否则本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应被解释为意指“一个或多个”。此外，贯穿全文使用术语“实施方式”或“一个实施方式”并不旨在表示相同的实施例或实施方式，除非被这样描述。
发送站112和/或接收站130(以及其上存储的和/或由此执行的算法、方法、指令等，包括由编码器470和解码器500)可以用硬件、软件、或其任何组合实现。硬件可以包括例如计算机、知识产权(IP)核、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、光学处理器、可编程逻辑控制器、微代码、微控制器、服务器、微处理器、数字信号处理器或任何其他合适的电路。在权利要求中，术语“处理器”应当被理解为单独地或组合地包括任何前述硬件。术语“信号”和“数据”可互换使用。此外，发送站112和接收站130的部分不一定必须以相同的方式实现。
此外，在一个方面，例如，发送站112或接收站130可以使用具有计算机程序的通用计算机或通用处理器来实现，所述计算机程序在被执行时执行相应的方法、算法和/或本文所述的指令。附加地或可选地，例如，可以利用包含用于执行本文所述的任何方法、算法或指令的其他硬件的专用计算机/处理器。
发送站112和接收站130可以在例如任何类型的计算设备上实现。例如，发送站112可以是包括用于获得要编码的原始视频的视频捕获设备的个人计算机，并且接收站130可以是包括用于显示解码视频的视频显示设备的个人计算机。或者，发送站112可以在服务器上实现，并且接收站130可以在与服务器分离的设备上(例如手持通信设备)实现。在这种情况下，发送站112可以使用编码器470将内容编码为编码的视频信号，并将编码的视频信号发送到通信设备。继而，通信设备然后可以使用解码器500对编码的视频信号进行解码。可选地，通信设备可以解码在通信设备上本地存储的内容，例如，未由发送站112发送的内容。其他合适的实现方案对于发送站112和接收站130是可用的。作为一个示例，接收站130可以是通常固定的个人计算机而不是便携式通信设备。作为另一示例，包括编码器470的设备还可以包括解码器500。
此外，本发明的实施方式的全部或部分可以采用例如有形的计算机可用介质或计算机可读介质存取的计算机程序产品的形式。计算机可用介质或计算机可读介质可以是能够例如有形地包含、存储、传送或传输由任何处理器使用或与任何处理器结合使用的程序的任何设备。介质可以是例如电子、磁性、光学、电磁或半导体器件。也可使用其它合适的介质。
已经描述了上述实施例、实施方式和方面以便于容易理解本发明，并且不限制本发明。相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等同布置，其范围符合最宽泛的解释，以便包括所有法律允许的这样的修改和等同结构。

Claims (20)

1.一种用于将包括视频帧的视频信号编码为比特流的方法，所述方法包括：
使用处理器将第一值写入在所述比特流的第一空间中，所述第一值指示在所述比特流的第二空间内可用的比特数，所述第一值是基于对部分的所述视频信号进行编码的估计空间需求而确定的；
使用所述处理器将编码内容写入在所述比特流的内容空间中，所述编码内容与所述视频信号的所述部分相关联；和
使用所述处理器将第二值写入在所述第二空间中，所述第二值指示用于将所述编码内容写入在所述内容空间中的比特数，所述第二值是在将所述编码内容写入在所述内容空间之后确定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述编码内容写入在所述比特流的所述内容空间中包括：
执行第一编码操作，以从所述视频帧中的视频帧贴片定义所述编码内容。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
执行第二编码操作，以将所述编码内容写入到所述内容空间。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
定义所述贴片的贴片数据报头，所述贴片数据报头包括所述第一空间和所述第二空间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，分配给所述贴片数据报头的比特总数反映了将所述编码内容编码到所述比特流所必需的比特总数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一空间位于帧级数据空间内，并且所述第二空间位于贴片级数据空间内，其中，所述第一空间在所述比特流中被布置在所述第二空间之前。
7.一种用于将包括视频帧的视频信号编码为比特流的装置，所述装置包括：
存储器；和
处理器，被配置为执行存储在所述存储器中的指令，以：
将第一值写入在所述比特流的第一空间中，所述第一值指示所述比特流的第二空间可用的比特数，所述第一值是基于对部分的所述视频信号进行编码的估计空间需求而确定的；
将与所述视频信号的所述部分相关联的编码内容写入在所述比特流的内容空间中；和
将第二值写入在所述第二空间中，所述第二值指示用于将所述编码内容写入在所述内容空间中的比特数，所述第二值是在将所述编码内容写入在所述内容空间之后确定的。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，用于将与所述视频信号的所述部分相关联的编码内容写入的所述指令包括用于以下操作指令：
执行第一编码操作，以从所述视频帧中的视频帧贴片定义所述编码内容。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述指令包括用于以下操作的指令：
执行第二编码操作，以将所述编码内容写入到所述内容空间。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述指令包括用于以下操作的指令：
定义所述贴片的贴片数据报头，所述贴片数据报头包括所述第一空间和所述第二空间。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，分配给所述贴片数据报头的比特总数反映了将所述编码内容编码到所述比特流所必需的比特总数。
12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一空间位于帧级数据空间内，并且所述第二空间位于贴片级数据空间内，其中，所述第一空间在所述比特流中被布置在所述第二空间之前。
13.一种方法，包括：
使用处理器从包括第一空间、第二空间和内容空间的比特流中将编码视频内容进行解码，
其中被写入在所述第一空间中的第一值指示所述第二空间内可用的比特数，以及
其中，被写入在所述第二空间中的第二值指示用于将所述编码视频内容写入在所述内容空间中的比特数。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述编码视频内容与贴片相关联并且表示部分的编码图像，其中，所述第一值是基于与所述编码图像相关联的估计空间需求而确定的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述贴片被编码到的所述比特流的部分包括贴片数据报头，所述贴片数据报头包括所述第一空间、所述第二空间和所述内容空间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，从包括所述第一空间、所述第二空间和所述内容空间的比特流中将所述编码视频内容进行解码包括：
基于写入到所述贴片数据报头的所述第一值或所述第二值中的至少一个来识别所述编码图像内的所述贴片。
17.如权利要求16所述的方法，其中，基于被写入到所述贴片数据报头的所述第一值或所述第二值中的所述至少一个来识别所述编码图像内的贴片包括：
基于所述贴片数据报头在所述比特流内的位置来定位所述内容空间，其中，所述编码视频内容被写入在所述内容空间中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中基于所述贴片数据报头在所述比特流内的位置来定位所述内容空间包括：
从所述比特流读取所述第一值，以确定是贴片数据报头的长度；和
在从所述比特流读取所述第一值之后，从所述比特流读取所述第二值，以确定所述内容空间的长度。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述解码省略了解码未由所述贴片表示的所述编码图像的部分。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一空间位于所述比特流的帧级数据空间内，并且所述第二空间位于所述比特流的贴片级数据空间内，其中，所述第一空间在所述比特流中被布置在所述第二空间之前。
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