CN111787324A - 率失真优化量化的方法、编码方法及装置 - Google Patents

率失真优化量化的方法、编码方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种率失真优化量化的方法、编码方法及装置、电子设备及介质，所述方法包括：对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断；对符合条件判断的系数，计算其置零的失真值作为率失真代价，对不符合条件判断的系数，计算其置零的失真值和编码是否为零的标记所需的比特作为率失真代价；计算直接编码当前系数的率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价；对比三种失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果。通过计算被判断系数的置零的率失真代价，能够增加可选量化值的选项，从而优化量化值；对于符合条件的系数，不计算其编码是否为零的标记所需的比特，能够提升计算速度和编码效率。

Description

率失真优化量化的方法、编码方法及装置
技术领域
本申请涉及数字信号处理领域，尤其涉及一种率失真优化量化的方法、编码方法及装置、电子设备及介质。
背景技术
在目前的图像、视频编码技术中，主要通过去除空间冗余、时间冗余(视频领域)与编码冗余来实现压缩，编码器将多种算法有效的结合起来达到较高的压缩性能，主要相关技术包括预测编码、变换编码、量化和熵编码。其中熵编码是按照熵原理进行的一种无失真压缩编码方式，熵编码多用可变字长编码(VariableLengthCoding，VLC)实现，其基本原理是对信源中出现概率大的符号赋予短码，对于出现概率小的符号赋予长码，从而在统计意义上获得较短的平均码长。
率失真优化量化(Rate Distortion Optimization Quantization，RDOQ)技术把量化与率失真优化过程结合，给定多个可选的量化值，利用率失真优化(Rate DistortionOptimization，RDO)选出最优的量化值。率失真优化量化的基本过程可以概括为如下的两个步骤：
1)对于基本量化系数不为0的系数，对当前系数进行调整，调整方式包括：①将当前系数置为0；②将当前系数减1。通过比较这几种调整带来的率失真代价(RateDistortion cost，RD cost)，选出率失真代价最小的情形对应的量化系数。
2)根据上一步的调整结果，当该编码单元内仍存在非零系数时，进行第二轮针对扫描区域系数编码(Scan Region Coefficient Coding，SRCC)的扫描区域的调整。
然而现有的率失真优化量化的计算速度和可选量化值还有待提高。
综上所述，需要提供一种能够提升编码效率和优化量化值的率失真优化量化的方法、编码方法装置电子设备及介质。
发明内容
为解决以上问题，本申请提出了一种率失真优化量化的方法、编码方法及装置、电子设备及介质。
一方面，本申请提出一种率失真优化量化的方法，包括：
对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断；
对符合所述条件判断的系数，计算此系数置零的失真值作为率失真代价，对不符合所述条件判断的系数，计算此系数置零的失真值和编码是否为零的标记所需的比特作为率失真代价；
计算直接编码当前系数的率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价；
对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果。
优选地，所述对编码单元的扫描区域内的系数进行条件判断，包括：
若所述系数处于所述扫描区域的下边界或右边界，且所述系数为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则所述系数符合所述条件判断；
若所述系数不处于所述扫描区域的下边界或右边界，则所述系数不符合所述条件判断；
若所述系数处于所述扫描区域的下边界或右边界，且所述系数不为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则所述系数不符合所述条件判断。
优选地，在所述对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果之后，还包括：
若所述编码单元内仍存在非零系数，则使用扫描区域系数编码技术，调整编码单元的扫描区域；
对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断，确定每个系数的量化值结果。
第二方面，本申请提出一种图像和视频的编码方法，包括：
划分一帧图像，得到多个编码单元；
对多个所述编码单元中的每个编码单元进行预测、变换和如上所述的率失真优化量化的方法进行量化，得到每个编码单元的值；
对所述值进行熵编码，重构图像。
第三方面，本申请提出一种率失真优化量化的装置，包括：
判断模块，用于对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断；
处理模块，用于对符合所述条件判断的系数，计算此系数置零的失真值作为率失真代价，对不符合所述条件判断的系数，计算此系数置零的失真值和编码是否为零的标记所需的比特作为率失真代价；计算直接编码当前系数的率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价；
判断模块，用于对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果。
优选地，所述判断模块具体用于，若所述系数处于所述扫描区域的下边界或右边界，且所述系数为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则所述系数符合所述条件判断；若所述系数不处于所述扫描区域的下边界或右边界，则所述系数不符合所述条件判断；若所述系数处于所述扫描区域的下边界或右边界，且所述系数不为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则所述系数不符合所述条件判断。
优选地，还包括扫描模块，所述扫描模块具体用于，若所述编码单元内仍存在非零系数，则使用扫描区域系数编码技术，调整编码单元的扫描区域。
第四方面，本申请提出一种图像和视频的编码装置，包括：
划分模块，划分一帧图像，得到多个编码单元；
预测模块，用于对多个所述编码单元中的每个编码单元进行预测、变换；
如上所述的率失真优化量化的装置，用于对预测模块的输出进一步量化，得到每个编码单元的值；
重构模块，对所述值进行熵编码，重构图像。
第五方面，本申请提出一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现如上所述的率失真优化量化方法或图像和视频的编码的方法。
第六方面，本申请提出一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序实时执行以实现如上所述的率失真优化量化方法或图像和视频的编码方法。
本申请的优点在于：对于每个被判断系数，都计算其置零的率失真代价，能够增加可选量化值的选项，从而优化量化值；对于符合条件的系数，不计算其编码是否为零的标记所需的比特，能够提升计算速度和编码效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本申请提供的一种率失真优化量化的方法的步骤示意图；
图2是本申请提供的一种率失真优化量化的方法的扫描区域的示意图；
图3是本申请提供的一种率失真优化量化的方法的扫描示意图；
图4是本申请提供的一种率失真优化量化的方法的块内系数的示意图；
图5是本申请提供的另一种率失真优化量化的方法的块内系数的示意图；
图6是本申请提供的一种率失真优化量化的方法的装置的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
第一方面，根据本申请的实施方式，提出一种率失真优化量化的方法，如图1所示，包括：
S101，对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断；
S102，对符合条件判断的系数，计算此系数置零的失真值作为率失真代价，对不符合条件判断的系数，计算此系数置零的失真值和编码是否为零的标记所需的比特作为率失真代价；
S103，计算直接编码当前系数的率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价；
S104，对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价以及编码当前系数幅值减1的率失真代价，从三种率失真代价中选择率失真代价最小的作为量化值结果。
对编码单元的扫描区域内的系数进行条件判断，包括：
若系数处于扫描区域的下边界或右边界，且系数为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则系数符合条件判断；若系数不处于扫描区域的下边界或右边界，则系数不符合条件判断；若系数处于扫描区域的下边界或右边界，且系数不为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则系数不符合条件判断。
在对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果之后，还包括：
若编码单元内仍存在非零系数，则使用扫描区域系数编码技术，调整编码单元的扫描区域；对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断，确定每个系数的量化值结果。
以AVS3为例，在AVS3目前的设计中，系数编码部分使用了扫描区域系数编码方法。该技术在系数编码的过程中引入了扫描区域(Scan Region)的概念，扫描区域系数编码技术利用(SRx,SRy)来确定一个编码单元中需要扫描的系数区域，其中SRx是系数矩阵中最右面的非零系数的横坐标，SRy是系数矩阵中最下面的非零系数的纵坐标，如图2所示。只有(SRx,SRy)确定的扫描区域内的系数需要编码。编码的扫描顺序是从右下角到左上角的反向Z字型扫描，如图3所示。
对于每个系数的编码，扫描区域系数编码方法技术采用分层的表示方法，包括significant flag,GT1flag,GT2flag,remaining level和sign。其中significant flag为1表示当前系数非零，为0表示当前系数为0；GT1flag，GT2flag分别表示当前系数是否大于1和是否大于2；remaininglevel表示对于大于3的系数仍然需要编码的幅值；sign表示当前系数的符号。
率失真优化量化在AVS3目前的设计中，当块内系数满足一定条件时，该系数不可以被调整为0。如图4所示，此条件为“最后一行或列仅有一个非零系数，且该系数位于首位”。此条件可以表示为：
bypass_sigmap＝(level>0)&((sx＝0&sy＝sr_y&row[sr_y]＝1)||(sy＝0&sx＝sr_x&col[sr_x]＝1)) (1)
上式中，level为当前系数的绝对值；sx和sy表示当前系数在扫描区域内的坐标；sr_x，sr_y表示扫描区域的边界坐标，即sr_x+1，sr_y+1为扫描区域的宽和长；row[sr_y]，col[sr_x]分别表示扫描区域下边界上和右边界上非零系数的个数。
若公式(1)所表示的条件满足，则该系数在率失真优化量化的第一过程中不可以被置为0，初始的率失真代价被设置为最大值。
除此之外，如图5所示，对于另外一种涉及到边界系数率失真优化量化的情况，目前的设计也是不合理的，该情况可以用公式表示为：
bypass_sigmap0＝(level>0)&((sx≠0&sy＝sr_y&row[sr_y]＝1)||(sy≠0&sx＝sr_x&col[sr_x]＝1)) (2)
满足公式(2)所表示的条件为：系数为处于扫描区域下边界或右边界上且是这行/列的唯一的非零系数，且不是首位。
现有的处理中，对于满足公式(2)所表示的条件的系数，可以进行置零的操作，但是在计算其置零后的率失真代价时，算入了其编码是否为零的标记(Significant Flag)所需要消耗的比特(bit)。
对于公式(1)，由于在第一过程中只需要考虑每个系数自身的率失真代价，因此，即使会带来对扫描区域的变化，该系数在率失真优化量化的第一过程中也应该被允许置为0。
对于公式(2)，所表示的这种情形，由于置零后该系数所在行或列将不再存在于扫描区域中，因此不需要计算编码是否为零的标记所需要消耗的比特。
下面，对本申请实施例进行进一步说明。
首先，对于当前编码单元扫描区域内的每个系数，进行条件判断：判断其是否满足如下条件：
bypass_sigmap_new＝(level>0)&((sy＝sr_y&row[sr_y]＝1)||(sx＝sr_x&col[sr_x]＝1)) (3)
公式(3)中，level为当前系数的绝对值，sx，sy表示当前系数在扫描区域内的坐标，sr_x，sr_y表示扫描区域的边界坐标，即sr_x+1，sr_y+1为扫描区域的宽和长，row[sr_y]，col[sr_x]分别表示扫描区域下边界上和右边界上非零系数的个数。满足公式(3)条件的系数为处于扫描区域下边界或右边界上且是这行或列的唯一的非零系数。
其次，对于扫描区域内的所有系数(或是幅值小于一定阈值的系数，阈值以AVS3为例，是3)，不论其是否在扫描区域边界上，在率失真优化量化中的第一过程中均可以考虑置零的率失真代价。这样的操作较之目前AVS3中的设计，对于边界上的系数可以选出更优的量化值。
之后，根据条件判断的结果，分别进行不同的置零RD cost计算方式：
对于满足条件的系数，计算置零的率失真代价时，由于当该系数被置零后其所在行或列将不存在非零系数，因此该行或列不再处于扫描区域内，不再需要编码是否为零的标记所需的比特，所以计算该系数的置零率失真代价，只需要计算其失真值(level*level)：
rd_coded_cost＝rd_coded_cost0 (4)
公式(4)中等式左边为当前系数置零的率失真代价，rd_coded_cost0为将该系数置零后的失真值。
对于不满足条件的系数，计算置零的率失真代价时，除了计算其失真外，还需要计算其编码是否为零的标记所需的比特：
rd_coded_cost＝rd_coded_cost0+rd_coded_cost_sig (5)
公式(5)中rd_coded_cost_sig表示当前系数编码是否为零的标记所需的比特。
最后，对比置零操作、直接编码当前系数、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为率失真优化量化第一过程的量化值结果。
根据调整结果，若编码单元内仍存在非零系数，则使用扫描区域系数编码技术，调整编码单元的扫描区域；按照以上步骤再次对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断，确定每个系数的量化值结果。
第二方面，根据本申请的实施方式，提出一种图像和视频的编码方法，包括：
划分一帧图像，得到多个编码单元；
对多个编码单元中的每个编码单元进行预测、变换和本申请实施方式中提出的的率失真优化量化的方法进行量化，得到每个编码单元的值；
对值进行熵编码，重构图像。
第三方面，根据本申请的实施方式，提出一种率失真优化量化的装置，如图6所示，包括：
判断模块101，用于对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断；
处理模块102，用于对符合条件判断的系数，计算此系数置零的失真值作为率失真代价，对不符合条件判断的系数，计算此系数置零的失真值和编码是否为零的标记所需的比特作为率失真代价；计算直接编码当前系数的率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价；
判断模块，用于对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果。
判断模块具体用于，若系数处于扫描区域的下边界或右边界，且系数为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则系数符合条件判断；若系数不处于扫描区域的下边界或右边界，则系数不符合条件判断；若系数处于扫描区域的下边界或右边界，且系数不为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则系数不符合条件判断。
本申请的实施方式还包括扫描模块，扫描模块具体用于，若编码单元内仍存在非零系数，则使用扫描区域系数编码技术，调整编码单元的扫描区域。
第四方面，根据本申请的实施方式，提出一图像和视频的编码装置，包括：
划分模块，划分一帧图像，得到多个编码单元；
预测模块，用于对多个编码单元中的每个编码单元进行预测、变换；
本申请实施方式中提出的率失真优化量化的装置，用于对预测模块的输出进一步量化，得到每个编码单元的值；
重构模块，对值进行熵编码，重构图像。
第五方面，根据本申请的实施方式，提出计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，计算机可读指令可被处理器执行以实现率失真优化量化方法或图像和视频的编码方法的方法。
第六方面，根据本申请的实施方式，还提出一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器运行计算机程序实时执行以实现率失真优化量化方法或图像和视频的编码方法。
本申请的实施方式在AVS3部分测试序列的测试结果如表1和表2所示，测试配置为all intra和random access配置。测试条件为AVS3通测条件。评价的标准为Bjontegaard提出的BD-rate计算方法。下表可以看出，本申请的实施方式能够提高编码效率，带来编码增益。
表1
Figure BDA0002560597300000091
表2
Figure BDA0002560597300000092
Figure BDA0002560597300000101
表1和表2中的负数均表示性能提升，即BD-rate的节省。Y，U和V分别表示亮度分量、色相分量以及色饱和度分量。
本申请的方法中，通过对于每个被判断系数，都计算其置零的率失真代价，能够增加可选量化值的选项，从而优化量化值；对于符合条件的系数，不计算其编码是否为零的标记所需的比特，能够提升计算速度和编码效率。能够在不改变解码端的前提下，优化率失真优化量化过程中选择量化值的过程，得到更优的量化值结果，降低编码所需要的码率，从而提升编码效率，带来了编码增益。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种率失真优化量化的方法，其特征在于，包括：
对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断；
对符合所述条件判断的系数，计算此系数置零的失真值作为率失真代价，对不符合所述条件判断的系数，计算此系数置零的失真值和编码是否为零的标记所需的比特作为率失真代价；
计算直接编码当前系数的率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价；
对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对编码单元的扫描区域内的系数进行条件判断，包括：
若所述系数处于所述扫描区域的下边界或右边界，且所述系数为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则所述系数符合所述条件判断；
若所述系数不处于所述扫描区域的下边界或右边界，则所述系数不符合所述条件判断；
若所述系数处于所述扫描区域的下边界或右边界，且所述系数不为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则所述系数不符合所述条件判断。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果之后，还包括：
若所述编码单元内仍存在非零系数，则使用扫描区域系数编码技术，调整编码单元的扫描区域；
对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断，确定每个系数的量化值结果。
4.一种图像和视频的编码方法，其特征在于，包括：
划分一帧图像，得到多个编码单元；
对多个所述编码单元中的每个编码单元进行预测、变换和如权利要求1-3中任一项所述的率失真优化量化的方法进行量化，得到每个编码单元的值；
对所述值进行熵编码，重构图像。
5.一种率失真优化量化的装置，其特征在于，包括：
判断模块，用于对编码单元的扫描区域内的每个系数进行条件判断；
处理模块，用于对符合所述条件判断的系数，计算此系数置零的失真值作为率失真代价，对不符合所述条件判断的系数，计算此系数置零的失真值和编码是否为零的标记所需的比特作为率失真代价；计算直接编码当前系数的率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价；
判断模块，用于对比置零的率失真代价、直接编码当前系数率失真代价、编码当前系数幅值减1的率失真代价，选择率失真代价最小的作为量化值结果。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述判断模块具体用于，若所述系数处于所述扫描区域的下边界或右边界，且所述系数为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则所述系数符合所述条件判断；若所述系数不处于所述扫描区域的下边界或右边界，则所述系数不符合所述条件判断；若所述系数处于所述扫描区域的下边界或右边界，且所述系数不为下边界对应的行或右边界对应的列中的唯一非零系数，则所述系数不符合所述条件判断。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括扫描模块，所述扫描模块具体用于，若所述编码单元内仍存在非零系数，则使用扫描区域系数编码技术，调整编码单元的扫描区域。
8.一种图像和视频的编码装置，其特征在于，包括：
划分模块，划分一帧图像，得到多个编码单元；
预测模块，用于对多个所述编码单元中的每个编码单元进行预测、变换；
如权利要求5-7中任一项所述的率失真优化量化的装置，用于对预测模块的输出进一步量化，得到每个编码单元的值；
重构模块，对所述值进行熵编码，重构图像。
9.一种计算机可读介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现如权利要求1至4任一项所述的方法。
10.一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序实时执行以实现如权利要求1至4中任一项所述的方法。
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