CN112913250A - 编码器、解码器及对任意ctu尺寸使用ibc搜索范围优化的对应方法 - Google Patents

编码器、解码器及对任意ctu尺寸使用ibc搜索范围优化的对应方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种解码设备或编码设备实现的视频译码方法，用于实现硬件参考内存缓冲区的最优使用，其中，用于当前CTU的当前块的帧内块复制(intra block copy，IBC)模式预测的参考译码树单元(reference coding tree unit，CTU)组是根据所述当前CTU的尺寸确定，其中，所述当前块的参考样本从所述参考CTU组中得到。

Description

编码器、解码器及对任意CTU尺寸使用IBC搜索范围优化的对 应方法
相关申请的交叉引用
本申请要求在美国专利商标局于2019年3月4日提交的美国临时申请案62/813,687和2019年3月7日提交的美国临时申请案62/815,302的优先权，上述申请案的公开内容通过全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本申请实施例大体上涉及图像处理领域，更具体地涉及一种帧内块复制搜索范围。
背景技术
视频译码(视频编码和解码)广泛用于数字视频应用，例如广播数字电视、基于互联网和移动网络的视频传输、视频聊天、视频会议等实时会话应用、DVD和蓝光光盘、视频内容采集和编辑系统以及可携式摄像机的安全应用。
即使在视频较短的情况下也需要对大量的视频数据进行描述，当数据要在带宽容量受限的通信网络中流式传输或以其它方式传送时，这样可能会造成困难。因此，视频数据通常要先压缩然后在现代电信网络中传送。由于内存资源可能有限，当在存储设备中存储视频时，视频的尺寸也可能成为问题。视频压缩设备通常在信源侧使用软件和/或硬件，以在发送或存储之前对视频数据进行译码，从而减少用来表示数字视频图像所需的数据量。然后，压缩的数据在目的地侧由用于解码视频数据的视频解压缩设备接收。在有限的网络资源以及对更高视频质量的需求不断增长的情况下，需要改进压缩和解压缩技术，这些改进的技术在几乎不影响图像质量的情况下能够提高压缩比。
发明内容
本申请实施例提供了独立权利要求所述的编码和解码方法和装置。
上述和其它目的是通过由独立权利要求请求保护的主题来实现。其它实现方式在从属权利要求、具体实施方式和附图中是显而易见的。
根据本发明的第一方面，提供了一种解码设备或编码设备实现的译码方法，其中，所述方法包括：根据当前译码树单元(coding tree unit，CTU)的尺寸，确定用于预测所述当前CTU的当前块的参考CTU组；根据所述当前块的参考样本，根据帧内块复制(intrablock copy，IBC)模式，对所述当前块进行预测，其中，所述当前块的所述参考样本从所述参考CTU组得到。
所述参考CTU可以是布置在所述当前CTU的左侧且与所述当前CTU处于同一CTU行中的CTU。所述参考CTU组中的参考样本可用于对所述当前块进行预测。除了所述参考CTU组外，还可以使用根据所述当前CTU中的已重建样本得到的参考样本对所述当前块进行预测。
所述参考CTU组中的两个相邻CTU之间的至少一个垂直边缘可以是不连续的，因为仅所述两个相邻CTU中的一个CTU的参考样本可用于对所述当前块进行预测。所述至少一个不连续垂直边缘的位置可以基于所述至少一个不连续垂直边缘与固定位置的距离。
或者，所述参考CTU组中的相邻CTU之间的所有边缘可以是连续的，因为两个相邻CTU中的参考样本均可用于对所述当前块进行预测。
所述参考CTU组可以包括((128/CTUsize)2–1)个CTU，其中，CTUsize是所述当前CTU的尺寸。
或者，所述参考CTU组可以包括(128/CTUsize)2个CTU，其中，CTUsize是所述当前CTU的尺寸。
在后一种情况下，所述参考CTU组的最左CTU中的所述参考样本中，仅一部分参考样本可用于根据所述当前块在所述当前CTU中的位置，对所述当前块进行预测。
当所述当前块位于所述当前CTU的CTUsize正方形区域的左上1/2时，所述参考样本中可用于对所述当前块进行预测的所述部分可包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域的右下1/2、所述CTUsize正方形区域的左下1/2以及所述CTUsize正方形区域的右上1/2的参考样本。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域的所述右上1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本尚未重建时，所述参考样本中可用于对所述当前块进行预测的所述部分可包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域的所述左下1/2和所述CTUsize正方形区域的所述右下1/2的参考样本。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域的所述右上1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本已经重建时，所述参考样本中可用于对所述当前块进行预测的所述部分可包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述右下1/2的参考样本。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述左下1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本尚未重建时，所述参考样本中可用于对所述当前块进行预测的所述部分可包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域的所述右上1/2和所述CTUsize正方形区域的所述右下1/2的参考样本。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述左下1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本已经重建时，所述参考样本中可用于对所述当前块进行预测的所述部分可包括所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述右下1/2的参考样本。
根据一方面，所述参考样本中可用于对所述当前块进行预测的所述部分还可包括所述参考CTU组中所述最左CTU的所述参考样本，所述参考样本位于与所述当前块在所述当前CTU中的所述位置对应的位置处。
或者，当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的右下1/2时，可以不使用所述参考CUT组中所述最左CTU的参考样本对所述当前块进行预测。
上述任一方面的方法还可包括将所述参考CTU组存储在硬件参考内存缓冲区中。所述参考CTU组可以光栅扫描顺序存储在所述硬件参考内存缓冲区中。
根据本发明的第二方面，提供了一种编码器，所述编码器包括用于执行上述方法中的任一种方法的处理电路。所述编码器还可包括用于存储所述参考CTU组的硬件参考内存缓冲区。
根据本发明的第三方面，提供了一种解码器，所述解码器包括用于执行上述方法中的任一种方法的处理电路。所述解码器还可包括用于存储所述参考CTU组的硬件参考内存缓冲区。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令，在计算机执行所述指令时，所述计算机执行上述方法中的任一种方法。
根据本发明的第五方面，提供一种解码器或编码器，包括：一个或多个处理器；非瞬时性计算机可读存储介质，与所述一个或多个处理器耦合并存储由所述一个或多个处理器执行的指令，其中，在所述一个或多个处理器执行所述指令时，分别使所述解码器或所述编码器执行上述方法中的任一种方法。
根据本发明的第六方面，提供了一种解码设备或编码设备实现的译码方法，包括：根据当前编码树单元(coding tree unit，CTU)的尺寸，计算所述当前CTU的参考CTU的数量；根据所述当前块在所述当前CTU中的位置，得到所述当前CTU中的当前块的参考样本。在一个示例中，所述参考CTU为左参考CTU。所述左参考CTU布置在所述当前块的左侧且与所述当前CTU处于同一CTU行中。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域的左上1/2时，可以得到位于所述当前CTU的左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的所述CTUsize正方形区域的右下1/2的参考样本。在一个示例中，这些参考样本可用于预测所述当前块的IBC模式。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域的右上1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本尚未重建时，可以得到位于所述左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的所述CTUsize正方形区域的左下1/2和所述CTUsize正方形区域的右下1/2的参考样本。在一个示例中，这些参考样本可用于预测所述当前块的IBC模式。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域的右上1/2，并且位于相对于所述当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)的亮度样本已经重建时，可以得到位于所述左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的所述CTUsize正方形区域块的右下1/2的参考样本。在一个示例中，这些参考样本可用于预测所述当前块的IBC模式。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的左下1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本尚未重建时，可以得到位于所述左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的所述CTUsize正方形区域的右上1/2和所述CTUsize正方形区域的右下1/2的参考样本。在一个示例中，这些参考样本可用于预测所述当前块的IBC模式。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的左下1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本已经重建时，可以得到位于所述左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的所述CTUsize正方形区域块的右下1/2的参考样本。在一个示例中，这些参考样本可用于预测所述当前块的IBC模式。
当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的右下1/2时，可以得到位于所述左侧第一个CTU的左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU的参考样本。在一个示例中，这些参考样本可用于预测所述当前块的IBC模式。
根据本发明的第七方面，提供了一种编码器，包括用于执行所述第六方面提供的任一种方法的处理电路。
根据本发明的第八方面，提供了一种解码器，包括用于执行所述第六方面提供的任一种方法的处理电路。
根据本发明的第九方面，提供了一种计算机程序产品，包括用于执行所述第六方面提供的任一种方法的程序代码。
根据本发明的第十方面，提供了一种解码器或一种编码器，包括：一个或多个处理器；非瞬时性计算机可读存储介质，与所述处理器耦合并存储由所述处理器执行的程序，其中，当所述处理器执行所述程序时，使所述解码器执行所述第六方面提供的方法。
即使CTU尺寸小于128×128，上述方面仍充分利用硬件参考内存缓冲区。在这种情况下，对于小于128的CTU尺寸，可实现更高的译码增益。由于仅使用128×128硬件参考内存缓冲区，因此不会增加内存带宽或进一步增加硬件实现困难。
附图及以下说明中将详细描述一个或多个实施例。其它特征、目的和优点在说明、附图以及权利要求中是显而易见的。
附图说明
下文结合附图对本发明实施例进行详细描述。在附图中：
图1A为用于实现本发明实施例的视频译码系统示例的框图；
图1B为用于实现本发明实施例的视频译码系统另一示例的框图；
图2为用于实现本发明实施例的视频编码器示例的框图；
图3为用于实现本发明实施例的视频解码器的示例性结构的框图；
图4为编码装置或解码装置示例的框图；
图5为编码装置或解码装置另一示例的框图；
图6示出了编码块的各个位置处译码块(或译码树单元)的参考样本；
图7示出了编码块的其它位置处译码块(或译码树单元)的参考样本；
图8示出了本发明实施例提供的译码块(或译码树单元)的参考样本；
图9示出了本发明实施例提供的译码块(或译码树单元)的其它参考样本；
图10示出了本发明实施例提供的译码块(或译码树单元)的其它参考样本；
图11示出了本发明实施例提供的译码块(或译码树单元)的其它参考样本；
图12示出了本发明实施例提供的译码块(或译码树单元)的其它参考样本；
图13示出了本发明实施例提供的译码块(或译码树单元)的其它参考样本；
图14示出了本发明实施例提供的译码块(或译码树单元)的其它参考样本；
图15为本发明实施例提供的编码器和解码器的简化结构的框图；
图16为本发明实施例提供的译码方法的流程图；
图17为用于实现内容分发业务的内容供应系统3100的示例结构的框图；
图18为终端设备的示例结构的框图。
在下文中，除非另外明确说明，否则相同的附图标记是指相同或至少功能上等效的特征。
具体实施方式
以下描述中，参考组成本发明一部分并以说明的方式示出本发明实施例的具体方面或可以使用本发明实施例的具体方面的附图。可以理解的是，本发明实施例可在其它方面中使用，并可包括附图中未描述的结构变化或逻辑变化。因此，以下详细描述不应以限制性的意义来理解，且本发明的范围由所附权利要求书界定。
可以理解的是，与所描述的方法有关的公开内容对于用于执行所述方法的对应设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述一个或多个具体方法步骤，则对应的设备可以包括一个或多个单元(例如，功能单元)来执行所描述的一个或多个方法步骤(例如，一个单元执行一个或多个步骤，或多个单元各自执行多个步骤中的一个或多个步骤)，即使附图中未明确描述或示出这种一个或多个单元。另一方面，例如，如果根据一个或多个单元(例如，功能单元)来描述具体装置，则对应的方法可以包括一个步骤来执行一个或多个单元的功能(例如，一个步骤执行一个或多个单元的功能，或多个步骤各自执行多个单元中的一个或多个单元的功能)，即使附图中未明确描述或示出这种一个或多个单元。另外，可以理解的是，除非另外明确说明，本文中所描述的各个示例性实施例和/或方面的特征可以相互组合。
视频译码通常指对构成视频或视频序列的图像序列进行的处理。在视频译码领域中，术语“帧(frame)”与“图像(picture/image)”可以用作同义词。视频译码(或通常称为译码)包括视频编码和视频解码两部分。视频编码在源端执行，通常包括处理(例如，压缩)原始视频图像以减少表示视频图像所需的数据量(从而实现更高效存储和/或传输)。视频解码在目的地侧执行，通常包括相对于编码器作逆处理，以重建视频图像。实施例涉及的视频图像(或通常称为图像)的“译码”应理解为视频图像或相应视频序列的“编码”或“解码”。编码部分和解码部分也合称为编解码(编码和解码，CODEC)。
在无损视频译码情况下，可以重建原始视频图像，即重建的视频图像与原始视频图像具有相同的质量(假设存储或传输期间没有传输损耗或其它数据丢失发生)。在有损视频译码情况下，通过量化等执行进一步压缩，来减少表示视频图像的数据量，而解码器侧无法完全重建视频图像，即重建视频图像的质量比原始视频图像的质量低或差。
几个视频译码标准属于“有损混合视频编解码器”组(即，将样本域中的空间预测和时间预测与变换域中用于应用量化的2D变换译码结合)。视频序列中的每个图像通常划分为不重叠块集合，通常在块级进行译码。换句话说，编码器通常在块(视频块)级对视频进行处理(即编码)，例如，通过空间(帧内)预测和/或时间(帧间)预测来生成预测块；从当前块(当前处理块/待处理块)中减去预测块，得到残差块；在变换域中变换残差块并量化残差块，以减少待发送(压缩)的数据量，而解码器侧将相对于编码器的逆处理部分应用于编码或压缩的块，以重建用于表示的当前块。另外，编码器和解码器处理步骤相同，使得编码器和解码器生成相同的预测(例如，帧内预测和帧间预测)和/或进行重建，以对后续块进行处理(即译码)。
在以下视频译码系统10的实施例中，根据图1至图3描述视频编码器20和视频解码器30。
图1A为示例译码系统10的示意性框图，例如可以利用本申请技术的视频译码系统10(或简称为译码系统10)。视频译码系统10中的视频编码器20(或简称为编码器20)和视频解码器30(或简称为解码器30)为可用于根据本申请中描述的各种示例执行各技术的设备示例。
如图1A所示，译码系统10包括源设备12，源设备12用于将经编码的图像数据21提供到目的地设备14等以对经编码的图像数据13进行解码。
源设备12包括编码器20，并且可以另外(即可选地)包括图像源16、预处理器(或预处理单元)18(例如，图像预处理器18)和通信接口或通信单元22。
图像源16可以包括或可以是任何类型的图像捕获设备，例如用于捕获真实世界图像的摄像机；和/或任何类型的图像生成设备，例如用于生成计算机动画图像的计算机图形处理器；或者任何类型的用于获取和/或提供真实世界图像、计算机生成图像(例如屏幕内容、虚拟现实(virtual reality，VR)图像)和/或其任何组合(例如，增强现实(augmentedreality，AR)图像)的其它设备。图像源可以为存储任一上述图像的任何类型的存储器(memory/storage)。
为了区分预处理器18和预处理单元18执行的处理，图像或图像数据17也可以称为原始图像或原始图像数据17。
预处理器18可用于接收(原始)图像数据17，并对图像数据17执行预处理，得到经预处理的图像19或经预处理的图像数据19。预处理器18执行的预处理可包括修剪(trimming)、颜色格式转换(例如从RGB转换为YCbCr)、调色或去噪等。可以理解的是，预处理单元18可以为可选组件。
视频编码器20可用于接收经预处理的图像数据19并提供经编码的图像数据21(下面将根据图2等进一步详细描述)。
源设备12中的通信接口22可以用于接收经编码的图像数据21，并通过通信信道13将经编码的图像数据21(或对经编码的图像数据21进一步处理后得到的数据)发送到另一设备(例如目的地设备14)或任何其它设备，以便进行存储或直接重建。
目的地设备14包括解码器30(例如，视频解码器30)，另外即可选地，可包括通信接口或通信单元28、后处理器32(或后处理单元32)和显示设备34。
目的地设备14中的通信接口28可用于例如直接从源设备12或从存储设备(例如，编码图像数据存储设备)等任何其它源设备接收经编码的图像数据21(或对经编码的图像数据21进一步处理后得到的数据)，并将经编码的图像数据21提供给解码器30。
通信接口22和通信接口28可以用于通过源设备12与目的地设备14之间的直接通信链路(例如，直接有线或无线连接)或者通过任何类型的网络(例如，有线网络、无线网络或其任何组合，或者任何类型的私网和公网或其任何类型的组合)发送或接收经编码的图像数据21或经编码的数据13。
通信接口22可以用于将经编码的图像数据21封装成合适的格式(例如，报文)，和/或通过任何类型的传输编码或处理方式来处理经编码的图像数据，以便通过通信链路或通信网络进行传输。
与通信接口22对应的通信接口28可以用于接收传输数据，并通过任何类型的对应传输解码或处理和/或解封装方式来处理传输数据，得到经编码的图像数据21。
通信接口22和通信接口28均可配置为图1A中从源设备12指向目的地设备14的通信信道13的箭头所表示的单向通信接口，或者配置为双向通信接口，并且可以用于发送和接收消息等，以建立连接、确认并交换与通信链路和/或数据传输(例如经编码的图像数据传输)相关的任何其它信息等。
解码器30用于接收经编码的图像数据21并提供经解码的图像数据31或经解码的图像31(下面将根据图3或图5等进一步详细描述)。目的地设备14的后处理器32用于对经解码的图像数据31(也称为重建图像数据)(例如，经解码的图像31)进行后处理，以得到经后处理的图像数据33(例如，经后处理的图像33)。后处理单元32执行的后处理可以包括颜色格式转换(例如，从YCbCr转换为RGB)、调色、修剪或重采样中的任一种或多种，或者任何其它处理，例如用于产生供显示设备34等显示的经解码的图像数据31。
目的地设备14中的显示设备34可用于接收经后处理的图像数据33，以向用户或观看者等显示图像。显示设备34可以为或包括用于表示重建图像的任何类型的显示器，例如，集成或外部的显示器或监视器。显示器可以包括液晶显示器(liquid crystal display，LCD)、有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)显示器、等离子显示器、投影仪、微LED显示器、硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)、数字光处理器(digital light processor，DLP)或任何类型的其它显示器。
尽管图1A将源设备12和目的地设备14作为单独的设备进行描述，但是设备实施例还可以包括两种设备或两种功能，即源设备12或对应功能以及目的地设备14或对应功能。在这些实施例中，可以使用相同的硬件和/或软件或使用单独的硬件和/或软件或其任何组合来实现源设备12或对应功能以及目的地设备14或对应功能。
根据描述，图1A所示的源设备12和/或目的地设备14中的不同单元或功能的存在和(准确)划分可能根据实际设备和应用而有所不同，这对技术人员来说是显而易见的。
编码器20(例如视频编码器20)或解码器30(例如视频解码器30)，或编码器20和解码器30两者均可通过如图1B所示的处理电路实现，例如一个或多个微处理器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、专用集成电路(application-specificintegrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、离散逻辑、硬件、视频译码专用处理器或其任意组合。编码器20可以由处理电路46实现，以体现参照图2的编码器20论述的各种模块和/或本文描述的任何其它编码器系统或子系统。解码器30可以通过处理电路46实现，以体现参照图3的解码器30论述的各种模块和/或本文描述的任何其它解码器系统或子系统。所述处理电路可用于执行下文描述的各种操作。如图5所示，如果所述技术部分地以软件形式实现，则设备可以将软件的指令存储在合适的非瞬时性计算机可读存储介质中，并且可以使用一个或多个处理器执行硬件中的指令，以执行本发明的技术。视频编码器20和视频解码器30可作为组合编解码器(encoder/decoder，CODEC)的一部分集成在单个设备中，如图1B所示。
图1B所示的视频译码系统40包括实现视频编码器20和视频解码器30两者的处理电路。此外，用于捕获真实世界图像的摄像机等一个或多个成像设备41、天线42、一个或多个存储器44、一个或多个处理器43和/或上述显示设备34等显示设备45可作为视频译码系统40的一部分设置。
源设备12和目的地设备14可以包括多种设备中的任一种，包括任何类型的手持设备或固定设备，例如，笔记本电脑或膝上型电脑、手机、智能手机、平板电脑(tablet/tabletcomputer)、摄像机、台式计算机、机顶盒、电视机、显示设备、数字媒体播放器、视频游戏机、视频流设备(例如内容服务服务器或内容分发服务器)、广播接收器设备、广播发射器设备等，并且可以不使用或使用任何类型的操作系统。在一些情况下，可以配备源设备12和目的地设备14以用于无线通信。因此，源设备12和目的地设备14可以是无线通信设备。
在一些情况下，图1A所示的视频译码系统10仅仅是示例性的，本申请提供的技术可适用于视频译码系统(例如，视频编码或视频解码)，这些系统不一定包括编码设备与解码设备之间的任何数据通信。在其它示例中，数据从本地存储器中检索，通过网络传输，等等。视频编码设备可以对数据进行编码并将数据存储到存储器中，和/或视频解码设备可以从存储器检索数据并对数据进行解码。在一些示例中，编码和解码由相互不通信而只是将数据编码到存储器和/或从存储器检索数据并对数据进行解码的设备来执行。
为便于描述，本文参考由ITU-T视频译码专家组(video coding experts group，VCEG)和ISO/IEC运动图像专家组(motion picture experts group，MPEG)的视频译码联合工作组(joint collaboration team on video coding，JCT-VC)开发的高效视频译码(high-efficiency video coding，HEVC)或通用视频译码(versatile video coding，VVC)(下一代视频译码标准)参考软件等描述本发明实施例。本领域普通技术人员应理解本发明实施例不限于HEVC或VVC。
编码器和编码方法
图2为用于实现本申请技术的示例视频编码器20的示意性框图。在图2的示例中，视频编码器20包括输入端201(或输入接口201)、残差计算单元204、变换处理单元206、量化单元208、反量化单元210和逆变换处理单元212、重建单元214、环路滤波器单元220、解码图像缓冲区(decoded picture buffer，DPB)230、模式选择单元260、熵编码单元270和输出端272(或输出接口272)。模式选择单元260可以包括帧间预测单元244、帧内预测单元254和划分单元262。帧间预测单元244可以包括运动估计单元和运动补偿单元(未示出)。图2所示的视频编码器20也可以称为混合视频编码器或根据混合视频编解码器的视频编码器。
残差计算单元204、变换处理单元206、量化单元208和模式选择单元260可以组成编码器20的前向信号路径，而反量化单元210、逆变换处理单元212、重建单元214、环路滤波器220、解码图像缓冲区(decoded picture buffer，DPB)230、帧间预测单元244和帧内预测单元254可以组成视频编码器20的后向信号路径，其中，视频编码器20的后向信号路径对应于解码器(参见图3中的视频解码器30)的信号路径。反量化单元210、逆变换处理单元212、重建单元214、环路滤波器220、解码图像缓冲区(decoded picture buffer，DPB)230、帧间预测单元244和帧内预测单元254还组成视频编码器20的“内置解码器”。
图像和图像划分(图像和块)
编码器20可以用于通过输入端201等接收图像17(或图像数据17)，例如形成视频或视频序列的图像序列中的图像。接收到的图像或图像数据也可以是经预处理的图像19(或经预处理的图像数据19)。为简单起见，以下描述使用图像17。图像17也可以称为当前图像或待译码图像(尤其是在视频译码中将当前图像与同一视频序列(即同样包括当前图像的视频序列)中的其它图像(例如先前的经编码和/或解码的图像)区分开)。
(数字)图像为或可以视为具有强度值的样本组成的二维阵列或矩阵。阵列中的样本也可以称为像素(pixel/pel)(图像元素的简称)。阵列或图像的水平方向和垂直方向(或轴线)上的样本数量限定了图像的尺寸和/或分辨率。通常采用三个颜色分量来表示颜色，即图像可以表示为或包括三个样本阵列。在RGB格式或颜色空间中，图像包括对应的红色、绿色和蓝色样本阵列。但是，在视频译码中，每个像素通常由亮度和色度格式或在颜色空间中表示，例如，YCbCr，包括Y表示的亮度分量(有时也用L表示)和Cb和Cr表示的两个色度分量。亮度(luminance，简称luma)分量Y表示亮度或灰度级强度(例如，在灰度图像中)，而两个色度(chrominance，简称chroma)分量Cb和Cr表示色度或颜色信息分量。相应地，YCbCr格式的图像包括亮度样值(Y)的亮度样本阵列和色度值(Cb和Cr)的两个色度样本阵列。RGB格式的图像可以转换为YCbCr格式，反之亦然。该过程也称为颜色变换或转换。如果图像是单色的，则该图像可以仅包括亮度样本阵列。相应地，例如，图像可以为单色格式的亮度样本阵列或4:2:0、4:2:2和4:4:4彩色格式的亮度样本阵列和两个对应的色度样本阵列。
视频编码器20的实施例可以包括图像划分单元(图2中未示出)，用于将图像17划分成多个(通常不重叠)图像块203。这些块也可以称为根块、宏块(H.264/AVC)，或编码树块(coding tree block，CTB)或编码树单元(coding tree unit，CTU)(根据H.265/HEVC和VVC)。图像划分单元可以用于对视频序列中的所有图像使用相同的块尺寸和使用限定块尺寸的对应网格，或者在图像或图像子集或图像组之间改变块尺寸，并将每个图像划分成对应块。
在其它实施例中，视频编码器可以用于直接接收图像17中的块203，例如组成图像17的一个、几个或所有块。图像块203也可以称为当前图像块或待编码图像块。
与图像17类似，图像块203是或可认为是具有强度值(样值)的样本组成的二维阵列或矩阵，但是图像块203的尺寸比图像17的尺寸小。换句话说，块203可以包括一个样本阵列(例如，单色图像17情况下的亮度阵列或彩色图像情况下的亮度阵列或色度阵列)或三个样本阵列(例如，彩色图像17情况下的一个亮度阵列和两个色度阵列)或根据所采用的颜色格式的任何其它数量和/或类型的阵列。块203的水平方向和垂直方向(或轴线)上的样本数量限定了块203的尺寸。因此，块可以为(例如包括)M×N(M列×N行)个样本阵列，或M×N个变换系数阵列。
图2所示的视频编码器20用于逐块对图像17进行编码，例如，对每个块203执行编码和预测。
图2所示的视频编码器20的实施例还可以用于使用条带(也称为视频条带)对图像进行划分和/或编码，其中，可以使用一个或多个条带(通常为不重叠的)对图像进行划分或编码，并且每个条带可以包括一个或多个块(例如，CTU)。
图2所示的视频编码器20的实施例还可以用于使用分块组(也称为视频分块组)和/或分块(也称为视频分块)对图像进行划分和/或编码，其中，可以使用一个或多个分块组(通常为不重叠的)对图像进行划分或编码，每个分块组可以包括一个或多个块(例如，CTU)或一个或多个分块，其中，每个分块可以为矩形等形状，可以包括一个或多个块(例如，CTU)，例如完整或部分块。
残差计算
残差计算单元204可以用于通过如下等方式根据图像块203和预测块265(后续详细介绍了预测块265)来计算残差块205(也称为残差205)以得到样本域中的残差块205：例如，逐个样本(逐个像素)从图像块203的样值中减去预测块265的样值。
变换
变换处理单元206可以用于对残差块205的样值进行离散余弦变换(discretecosine transform，DCT)或离散正弦变换(discrete sine transform，DST)等变换，得到变换域中的变换系数207。变换系数207也可以称为变换残差系数，表示变换域中的残差块205。
变换处理单元206可用于应用DCT/DST的整数近似，如对H.265/HEVC指定的变换。与正交DCT变换相比，这种整数近似通常通过某一因子按比例缩放(scale)。为了维持经过正变换和逆变换处理的残差块的范数，使用其它缩放因子作为变换过程的一部分。缩放因子通常是根据某些约束条件来选择的，例如缩放因子是用于移位运算的2的幂、变换系数的位深度、准确性与实现成本之间的权衡等。例如，通过逆变换处理单元212等为逆变换(以及在视频解码器30侧通过逆变换处理单元312等为对应的逆变换)指定具体的缩放因子；相应地，可以在编码器20侧，通过变换处理单元206等为正变换指定对应的缩放因子。
视频编码器20(相应地，变换处理单元206)的实施例可以用于直接或通过熵编码单元270编码或压缩等输出变换参数(例如，一种或多种变换的类型)，使得例如视频解码器30可以接收并使用变换参数进行解码。
量化
量化单元208可以用于通过应用标量量化或矢量量化等对变换系数207进行量化，得到量化系数209。量化系数209也可以称为量化变换系数209或量化残差系数209。
量化过程可以降低与一些或全部变换系数207相关的位深度。例如，可以在量化期间将n位变换系数向下舍入到m位变换系数，其中，n大于m。可以通过调整量化参数(quantization parameter，QP)修改量化程度。例如，对于标量量化，可以应用不同程度的缩放来实现较细或较粗的量化。较小量化步长对应于较细量化，而较大量化步长对应于较粗量化。可通过量化参数(quantization parameter，QP)表示合适的量化步长。例如，量化参数可以为合适的量化步长的预定义集合的索引。例如，较小的量化参数可以对应于精细量化(较小量化步长)，较大的量化参数可以对应于粗糙量化(较大量化步长)，反之亦然。量化可以包括除以量化步长，而反量化单元210等执行的对应解量化和/或对应反解量化可以包括乘以量化步长。根据HEVC等一些标准的实施例可以使用量化参数来确定量化步长。通常，可以根据量化参数使用包括除法的方程的定点近似来计算量化步长。可以引入其它缩放因子来进行量化和解量化，以恢复可能由于在量化步长和量化参数的等式的定点近似中使用的缩放而修改的残差块的范数。在一种示例性实现方式中，可以合并逆变换和解量化的缩放。或者，可以使用自定义量化表并在码流中等将自定义量化表从编码器向解码器指示(signal)。量化是有损操作，其中，量化步长越大，损耗越大。
视频编码器20(对应地，量化单元208)的实施例可以用于例如直接输出或由熵编码单元270进行编码后输出量化参数(quantization parameters，QP)，使得例如视频解码器30可以接收并使用量化参数进行解码。
反量化
反量化单元210用于对量化系数进行量化单元208的反量化，得到解量化系数211，例如根据或使用与量化单元208相同的量化步长，执行与量化单元208所执行的量化方案的反量化方案。解量化系数211也可以称为解量化残差系数211，对应于变换系数207，但是由于量化造成的损耗，解量化系数211通常与变换系数不同。
逆变换
逆变换处理单元212用于执行变换处理单元206执行的变换的逆变换，例如逆离散余弦变换(discrete cosine transform，DCT)或逆离散正弦变换(discrete sinetransform，DST)，得到样本域中的重建残差块213(或对应的解量化系数213)。重建残差块213也可称为变换块213。
重建
重建单元214(例如，加法器或求和器214)用于通过如下方式将变换块213(即重建残差块213)添加到预测块265以得到样本域中的重建块215：例如，逐个样本将重建残差块213的样值和预测块265的样值相加。
滤波
环路滤波器单元220(或简称“环路滤波器”220)用于对重建块215进行滤波，得到经滤波的块221，或一般用于对重建样本进行滤波，得到经滤波的样本。例如，环路滤波器单元可用于平滑像素转变或提高视频质量。环路滤波器单元220可以包括一个或多个环路滤波器，例如去块效应滤波器、样本自适应偏移(sample-adaptive offset，SAO)滤波器或者一个或多个其它滤波器，例如双边滤波器、自适应环路滤波器(adaptive loop filter，ALF)、锐化或平滑滤波器、协同滤波器，或其任意组合。尽管环路滤波器单元220在图2中示为环内滤波器，但是在其它配置中，环路滤波器单元220可以实现为后环路滤波器。经滤波的块221也可称为经滤波的重建块221。
视频编码器20(相应地，环路滤波器单元220)的实施例可用于直接或通过熵编码单元270编码等输出环路滤波器参数(例如，样本自适应偏移信息)，使得例如解码器30可以接收和应用相同环路滤波器参数或相应的环路滤波器进行解码。
解码图像缓冲区
解码图像缓冲区(decoded picture buffer，DPB)230可以是存储参考图像或一般存储参考图像数据以供视频编码器20在对视频数据进行编码时使用的存储器。DPB 230可以由多种存储器设备中的任一种形成，例如动态随机存取存储器(dynamic random accessmemory，DRAM)，包括同步DRAM(synchronous DRAM，SDRAM)、磁阻RAM(magnetoresistiveRAM，MRAM)、电阻RAM(resistive RAM，RRAM)或其它类型的存储器设备。解码图像缓冲区(decoded picture buffer，DPB)230可以用于存储一个或多个经滤波的块221。解码图像缓冲区230还可以用于存储同一个当前图像或不同图像(例如先前的重建图像)中的其它先前经滤波的块(例如先前经滤波的重建块221)，并可以提供先前完整的重建(即解码)图像(和对应的参考块和样本)和/或部分重建的当前图像(和对应的参考块和样本)，以进行帧间预测等。如果重建块215未由环路滤波器单元220进行滤波，则解码图像缓冲区(decodedpicture buffer，DPB)230还可以用于存储一个或多个未经滤波的重建块215，或一般存储未经滤波的重建样本，或未进行任何其它处理的重建块或重建样本。
模式选择(划分和预测)
模式选择单元260包括划分单元262、帧间预测单元244和帧内预测单元254，并且用于从解码图像缓冲区230或其它缓冲区(例如，行缓冲区，图中未示出)接收或获取原始块203(当前图像17中的当前块203)等原始图像数据以及重建图像数据(例如，同一个(当前)图像和/或一个或多个先前经解码的图像中的经滤波和/或未经滤波的重建样本或块)。重建图像数据用作帧间预测或帧内预测等预测所需的参考图像数据，以得到预测块265或预测值265。
模式选择单元260可以用于为当前块预测模式(包括不划分)确定或选择一种划分以及确定或选择一种预测模式(例如，帧内预测模式或帧间预测模式)，生成对应的预测块265，以对残差块205进行计算和对重建块215进行重建。
模式选择单元260的实施例可以用于选择划分和预测模式(例如从模式选择单元260支持的或可用的预测模式中选择)，所述预测模式提供最佳匹配或者说最小残差(最小残差是指传输或存储中更好的压缩)，或者提供最小指示开销(最小指示开销是指传输或存储中更好的压缩)，或者同时考虑或平衡以上两者。模式选择单元260可以用于根据率失真优化(rate distortion optimization，RDO)确定划分和预测模式，即选择提供最小率失真的预测模式。本文中“最佳”、“最小”、“最优”等术语不一定指总体上“最佳”、“最小”、“最优”等，也可以指满足终止或选择标准的情况，例如，某个值超过或低于阈值或其它限制，可能导致“次优选择”，但会降低复杂度和处理时间。
换句话说，划分单元262可以用于通过如下方式将块203划分成较小的块部分或子块(再次形成块)：例如，通过迭代使用四叉树(quad-tree，QT)划分、二叉树(binary-tree，BT)划分或三叉树(triple-tree，TT)划分或其任意组合，并且用于例如对块部分或子块中的每一个执行预测，其中，模式选择包括选择划分块203的树结构和选择块部分或子块中的每一个所使用的预测模式。
下文将详细地描述由视频编码器20执行的划分(例如，由划分单元262执行)和预测处理(由帧间预测单元244和帧内预测单元254执行)。
划分
划分单元262可以将当前块203划分(或划分)为较小的部分，例如正方形或矩形尺寸的较小块。可以将这些较小块(也可以称为子块)进一步划分为甚至更小的部分。这也称为树划分或分层树划分。在根树级别0(层次级别0、深度0)等的根块可以递归地划分成两个或更多下一个较低树级别的块，例如树级别1(层次级别1、深度1)的节点。这些块可以又划分成两个或更多下一个较低级别的块，例如树级别2(层次级别2、深度2)等，直到划分结束(因为满足结束标准，例如达到最大树深度或最小块尺寸)。未进一步划分的块也称为树的叶块或叶节点。划分为两个部分的树称为二叉树(binary-tree，BT)，划分为三个部分的树称为三叉树(ternary-tree，TT)，划分为四个部分的树称为四叉树(quad-tree，QT)。
如前所述，如本文使用的术语“块”可以是图像的一部分，具体是正方形或矩形部分。例如，参照HEVC和VVC，块可以为或可以对应于译码树单元(coding tree unit，CTU)、译码单元(coding unit，CU)、预测单元(prediction unit，PU)或变换单元(transform unit，TU)和/或对应的块，例如译码树块(coding tree block，CTB)、译码块(coding block，CB)、变换块(transform block，TB)或预测块(prediction block，PB)。
例如，译码树单元(coding tree unit，CTU)可以为或可以包括具有3个样本阵列的图像中的亮度样本的一个CTB、该图像中的色度样本的两个对应CTB，或者单色图像中的或使用3个单独颜色平面和语法结构进行译码的图像中的样本的一个CTB。这些语法结构用于对样本进行译码。相应地，译码树块(coding tree block，CTB)可以为N×N个样本块，其中，N可以设为某个值，从而将分量划分为多个CTB，这就是划分。译码单元(coding unit，CU)可以为或包括具有三个样本阵列的图像的亮度样本的一个译码块、色度样本的两个对应译码块，或单色图像或使用用于对样本进行译码的三个独立颜色平面和语法结构译码的图像的样本的一个译码块。相应地，译码块(coding block，CB)可以为M×N个样本块，其中，M和N可以设为某个值，从而将CTB划分为多个译码块，这就是划分。
在实施例中，例如根据HEVC，可以通过表示为译码树的四叉树结构将译码树单元(coding tree unit，CTU)划分为多个CU。在CU级决定是否使用帧间(时间)预测或帧内(空间)预测对图像区域进行译码。每个CU可以根据PU划分类型进一步划分为一个、两个或四个PU。一个PU内应用相同的预测过程，并以PU为单位向解码器发送相关信息。在根据PU划分类型执行预测过程得到残差块之后，可以根据类似于用于CU的译码树的其它四叉树结构将CU划分成变换单元(transform unit，TU)。
在实施例中，例如根据当前开发的称为通用视频译码(versatile video coding，VVC)的最新视频译码标准，使用组合的四叉树和二叉树(quad-tree and binary tree，QTBT)划分来划分编码块。在QTBT块结构中，CU可以为正方形或矩形。例如，译码树单元(coding tree unit，CTU)首先通过四叉树结构进行划分。四叉树叶节点进一步通过二叉树或三叉(ternary/triple)树结构进行划分。划分树叶节点称为译码单元(coding unit，CU)，该划分用于预测和变换处理，无需任何进一步划分。即，在QTBT译码块结构中，CU、PU和TU的块尺寸相同。同时，可以将三叉树划分等多重划分与QTBT块结构结合使用。
在一个示例中，视频编码器20中的模式选择单元260可以用于执行本文描述的划分技术的任意组合。
如上所述，视频编码器20用于从(例如预定的)预测模式集合中确定或选择最好或最优的预测模式。预测模式集合可以包括帧内预测模式和/或帧间预测模式。
帧内预测
帧内预测模式集合可以包括35种不同的帧内预测模式，例如，如DC(或均值)模式和平面模式等非方向性模式，或如HEVC中定义的方向性模式，或者可以包括67种不同的帧内预测模式，例如，如DC(或均值)模式和平面模式等非方向性模式，或如针对VVC定义的方向性模式。
帧内预测单元254用于根据帧内预测模式集合中的帧内预测模式，使用同一个当前图像中的邻块的重建样本来生成(帧内)预测块265。
帧内预测单元254(或通常为模式选择单元260)还可以用于将帧内预测参数(或通常为表示块的选定帧内预测模式的信息)以语法元素266的形式输出到熵编码单元270，以包括到经编码的图像数据21中，使得视频解码器30等可以接收并使用预测参数进行解码。
帧间预测
(可能的)帧间预测模式集合基于可用参考图像(即，例如前述存储在DPB 230中的至少部分解码的图像)和其它帧间预测参数，例如基于是否使用整个参考图像或只使用参考图像的一部分，例如当前块的区域周围的搜索窗口区域，来搜索最佳匹配参考块，和/或例如基于是否执行像素插值，例如二分之一/半像素插值和/或四分之一像素插值。
除上述预测模式外，还可以使用跳过模式和/或直接模式。
帧间预测单元244可以包括运动估计(motion estimation，ME)单元和运动补偿(motion compensation，MC)单元(两者在图2中未示出)。运动估计单元可以用于接收或获取图像块203(当前图像17中的当前图像块203)和经解码的图像231，或者至少一个或多个先前的重建块(例如一个或多个先前的经解码的图像231中的重建块)，以进行运动估计。例如，视频序列可以包括当前图像和先前经解码的图像231，或换句话说，当前图像和先前经解码的图像231可以为组成视频序列的图像序列的一部分或组成该图像序列。
编码器20可用于从多个先前经解码的图像中的相同或不同图像的多个参考块中选择参考块，并将参考图像(或参考图像索引)和/或参考块的位置(x坐标、y坐标)与当前块的位置之间的偏移(空间偏移)作为帧间预测参数提供给运动估计单元。这种偏移也称为运动矢量(motion vector，MV)。
运动补偿单元可用于获取(例如，接收)帧间预测参数，并根据或使用帧间预测参数执行帧间预测，得到(帧间)预测块265。由运动补偿单元执行的运动补偿可以包括根据通过运动估计确定的运动/块矢量来提取或生成预测块，还可以包括对子像素精度执行插值。插值滤波可以根据已知像素的样本生成其它像素的样本，从而潜在地增加可以用于对图像块进行译码的候选预测块的数量。在接收到当前图像块对应的PU的运动矢量时，运动补偿单元可以在其中一个参考图像列表中定位运动矢量指向的预测块。
运动补偿单元还可以生成与块和视频条带(slice)相关的语法元素，以供视频解码器30在解码视频条带的图像块时使用。除了条带和相应语法元素或作为条带和相应语法元素的替代，还可以生成或使用分块组(tile group)和/或分块(tile)以及相应语法元素。
熵编码
熵编码单元270用于将熵编码算法或方案(例如，可变长度译码(variable lengthcoding，VLC)方案、上下文自适应VLC(context adaptive VLC，CAVLC)方案、算术译码方案、二值化、上下文自适应二进制算术译码(context adaptive binary arithmetic coding，CABAC)、基于语法的上下文自适应二进制算术译码(syntax-based context-adaptivebinary arithmetic coding，SBAC)、概率区间划分熵(probability intervalpartitioning entropy，PIPE)译码或其它熵编码方法或技术)等应用于或不应用于(无压缩)量化系数209、帧间预测参数、帧内预测参数、环路滤波器参数和/或其它语法元素，得到可以通过输出端272以经编码的码流21等形式输出的经编码的图像数据21，使得例如视频解码器30可以接收并使用这些参数进行解码。可以将经编码的码流21发送到视频解码器30，或者将其存储在存储器中稍后由视频解码器30发送或检索。
可以使用其它接收形式的视频编码器20对视频流进行编码。例如，基于非变换的编码器20可以在没有变换处理单元206的情况下直接量化某些块或帧的残差信号。在另一种实现方式中，编码器20可以具有组合成单个单元的量化单元208和反量化单元210。
解码器和解码方法
图3示出了用于实现本申请技术的视频解码器30的示例。视频解码器30用于接收例如由编码器20编码的经编码的图像数据21(例如，经编码的码流21)，得到经解码的图像331。经编码的图像数据或码流包括用于对所述经编码的图像数据进行解码的信息，例如表示经编码的视频条带(和/或分块组或分块)的图像块的数据和相关的语法元素。
在图3的示例中，解码器30包括熵解码单元304、反量化单元310、逆变换处理单元312、重建单元314(例如，求和器314)、环路滤波器320、解码图像缓冲区(decoded picturebuffer，DPB)330、模式应用单元360、帧间预测单元344和帧内预测单元354。帧间预测单元344可以为或包括运动补偿单元。在一些示例中，视频解码器30可以执行大体上与参照图2的视频编码器20描述的编码回合互逆的解码回合。
如参照编码器20所述，反量化单元210、逆变换处理单元212、重建单元214、环路滤波器220、解码图像缓冲区(decoded picture buffer，DPB)230、帧间预测单元244和帧内预测单元254也称为组成视频编码器20的“内置解码器”。相应地，反量化单元310在功能上可以与反量化单元210相同，逆变换处理单元312在功能上可以与逆变换处理单元212相同，重建单元314在功能上可以与重建单元214相同，环路滤波器320在功能上可以与环路滤波器220相同，解码图像缓冲区330在功能上可以与解码图像缓冲区230相同。因此，视频编码器20的相应单元和功能的解释相应地适用于视频解码器30的相应单元和功能。
熵解码
熵解码单元304用于解析码流21(或一般为经编码的图像数据21)并对经编码的图像数据21执行熵解码等，得到量化系数309和/或经解码的译码参数366等，例如帧间预测参数(例如参考图像索引和运动矢量)、帧内预测参数(例如帧内预测模式或索引)、变换参数、量化参数、环路滤波器参数和/或其它语法元素中的任一个或全部。熵解码单元304可用于应用与参照编码器20中的熵编码单元270描述的编码方案对应的解码算法或方案。熵解码单元304还可用于向模式应用单元360提供帧间预测参数、帧内预测参数和/或其它语法元素，以及向解码器30的其它单元提供其它参数。视频解码器30可以接收视频条带级和/或视频块级的语法元素。除了条带和相应语法元素或作为条带和相应语法元素的替代，还可以接收和/或使用分块组和/或分块以及相应语法元素。
反量化
反量化单元310可以用于从经编码的图像数据21(例如通过熵解码单元304等解析和/或解码)接收量化参数(quantization parameters，QP)(或一般为与反量化相关的信息)和量化系数，并根据这些量化参数对经解码的量化系数309进行反量化，得到解量化系数311。解量化系数311也可以称为变换系数311。反量化过程可以包括使用视频编码器20对视频条带(或分块或分块组)中的每个视频块确定的量化参数来确定量化程度，同样确定需要进行的反量化的程度。
逆变换
逆变换处理单元312可以用于接收解量化系数311(也称为变换系数311)，并对解量化系数311进行变换，得到样本域中的重建残差块313。重建残差块313也可以称为变换块313。变换可以为逆变换，例如逆DCT、逆DST、逆整数变换或概念上类似的逆变换过程。逆变换处理单元312还可以用于从经编码的图像数据21(例如通过熵解码单元304等解析和/或解码)接收变换参数或对应的信息，以确定要对解量化系数311进行的变换。
重建
重建单元314(例如，加法器或求和器314)可以用于通过如下方式将重建残差块313添加到预测块365以得到样本域中的重建块315：例如，将重建残差块313中的样值和预测块365中的样值相加。
滤波
环路滤波器单元320(在译码环路中或之后)用于对重建块315进行滤波，得到经滤波的块321，例如，以平滑像素转变或以其它方式提高视频质量等。环路滤波器单元320可以包括一个或多个环路滤波器，例如去块效应滤波器、样本自适应偏移(sample-adaptiveoffset，SAO)滤波器或者一个或多个其它滤波器，例如双边滤波器、自适应环路滤波器(adaptive loop filter，ALF)、锐化或平滑滤波器、协同滤波器，或其任意组合。尽管环路滤波器单元320在图3中示为环内滤波器，但是在其它配置中，环路滤波器单元320可以实现为后环路滤波器。
解码图像缓冲区
然后，将图像的解码视频块321存储在解码图像缓冲区330中，所述解码图像缓冲区330存储作为参考图像的经解码的图像331，这些参考图像用于其它图像的后续运动补偿和/或用于输出或分别显示。
解码器30用于通过输出端312等输出解码图像311，向用户显示或供用户观看。
预测
帧间预测单元344可以与帧间预测单元244相同(具体地，与运动补偿单元相同)，帧内预测单元354在功能上可以与帧内预测单元254相同，并根据从经编码的图像数据21接收的划分和/或预测参数或相应的信息(例如，通过熵解码单元304等解析和/或解码)决定划分或划分和执行预测。模式应用单元360可以用于根据重建图像、块或相应的样本(经滤波或未经滤波)执行每个块的预测(帧内预测或帧间预测)，得到预测块365。
当将视频条带或图像译码为帧内译码(I)条带时，模式应用单元360的帧内预测单元354用于根据指示的帧内预测模式和来自当前图像的先前解码块的数据生成当前视频条带的图像块的预测块365。当将视频条带或图像译码为帧间译码(即，B或P)条带时，模式应用单元360的帧间预测单元344(例如，运动补偿单元)用于根据运动矢量和从熵解码单元304接收的其它语法元素产生当前视频条带的视频块的预测块365。对于帧间预测，可以根据其中一个参考图像列表内的其中一个参考图像产生这些预测块。视频解码器30可以根据存储在DPB330中的参考图像，使用默认构建技术来构建参考图像列表：列表0和列表1。除了条带(例如，视频条带)或作为条带的替代，相同或类似的方法可以应用于使用分块组(例如，视频分块组)和/或分块(例如，视频分块)的实施例或由这些实施例应用，例如可以使用I、P或B分块组和/或分块对视频进行译码。
模式应用单元360用于通过解析运动矢量或相关信息和其它语法元素，确定当前视频条带的视频/图像块的预测信息，并使用预测信息产生用于正在解码的当前视频块的预测块。例如，模式应用单元360使用接收到的一些语法元素确定用于对视频条带的视频块进行译码的预测模式(例如，帧内预测或帧间预测)、帧间预测条带类型(例如，B条带、P条带或GPB条带)、用于条带的一个或多个参考图像列表的构建信息、用于条带的每个经帧间译码的视频块的运动矢量、用于条带的每个经帧间译码的视频块的帧间预测状态，以及其它信息，以对当前视频条带中的视频块进行解码。除了条带(例如，视频条带)或作为条带的替代，相同或类似的方法可以应用于使用分块组(例如，视频分块组)和/或分块(例如，视频分块)的实施例或由这些实施例应用，例如可以使用I、P或B分块组和/或分块对视频进行译码。
图3中所示的视频解码器30的实施例可用于使用条带(也称为视频条带)对图像进行划分和/或解码，其中，可以使用一个或多个条带(通常不重叠的)对图像进行划分或解码，并且每个条带可以包括一个或多个块(例如，CTU)。
图3所示的视频解码器30的实施例可以用于使用分块组(也称为视频分块组)和/或分块(也称为视频分块)对图像进行划分和/或解码，其中，可以使用一个或多个分块组(通常为不重叠的)对图像进行划分或解码，每个分块组可以包括一个或多个块(例如，CTU)或一个或多个分块，其中，每个分块可以为矩形，可以包括一个或多个块(例如，CTU)，例如完整或部分块。
可以使用其它形式的视频解码器30对经编码的图像数据21进行解码。例如，解码器30可以在没有环路滤波器单元320的情况下产生输出视频流。例如，基于非变换的解码器30可以在没有逆变换处理单元312的情况下直接反量化某些块或帧的残差信号。在另一种实现方式中，视频解码器30可以具有组合成单个单元的反量化单元310和逆变换处理单元312。
应理解，在编码器20和解码器30中，可以对当前步骤的处理结果进一步处理，然后输出到下一步骤。例如，在插值滤波、运动矢量推导或环路滤波之后，可以对插值滤波、运动矢量推导或环路滤波的处理结果进行进一步的运算，如修正(clip)或移位(shift)运算。
需要注意的是，可以对当前块的推导运动矢量(包括但不限于仿射模式的控制点运动矢量，仿射模式、平面模式、ATMVP模式的子块运动矢量，时间运动矢量等)进行进一步运算。例如，根据运动矢量的表示位数将运动矢量的值限制在预定义范围内。如果运动矢量的表示位数为bitDepth，则范围为–2^(bitDepth–1)至2^(bitDepth–1)–1，其中，“^”表示幂次方。例如，如果bitDepth设置为16，则范围为–32768～32767；如果bitDepth设置为18，则范围为–131072～131071。例如，推导得到的运动矢量的值(例如一个8×8块中的4个4×4子块的MV)被限制，使得4个4×4子块MV的整数部分之间的最大差值不超过N个像素，例如不超过1个像素。以下描述提供了两种根据bitDepth限制运动矢量的方法。
方法1：通过以下运算来去除溢出的最高有效位(most significant bit，MSB)
ux＝(mvx+2bitDepth)％2bitDepth (1)
mvx＝(ux>＝2bitDepth–1)？(ux–2bitDepth):ux (2)
uy＝(mvy+2bitDepth)％2bitDepth (3)
mvy＝(uy>＝2bitDepth–1)？(uy–2bitDepth):uy (4)
其中，mvx为图像块或子块的运动矢量中的水平分量，mvy为图像块或子块的运动矢量中的垂直分量，ux和uy表示相应的中间值。
例如，如果mvx的值为–32769，则使用公式(1)和(2)之后得到的值为32767。在计算机系统中，以二的补码的形式存储十进制数。–32769的二的补码为1,0111,1111,1111,1111(17位)。这时丢弃MSB，则得到的二的补码为0111,1111,1111,1111(十进数为32767)，这与使用公式(1)和(2)之后得到的输出结果相同。
ux＝(mvpx+mvdx+2bitDepth)％2bitDepth (5)
mvx＝(ux>＝2bitDepth–1)？(ux–2bitDepth):ux (6)
uy＝(mvpy+mvdy+2bitDepth)％2bitDepth (7)
mvy＝(uy>＝2bitDepth–1)？(uy–2bitDepth):uy (8)
可以在运动矢量预测值mvp与运动矢量差值mvd的求和期间应用这些运算，如公式(5)至(8)所示。
方法2：对值进行修正来去除溢出的MSB
vx＝Clip3(–2bitDepth–1,2bitDepth–1–1,vx)
vy＝Clip3(–2bitDepth–1,2bitDepth–1–1,vy)
其中，vx为图像块或子块的运动矢量的水平分量；vy为图像块或子块的运动矢量的垂直分量；x、y和z分别对应于MV修正过程的3个输入值，函数Clip3的定义如下：
Figure BDA0003034433000000171
图4为本发明实施例提供的视频译码设备400的示意图。视频译码设备400适用于实现下文描述的公开实施例。在一个实施例中，视频译码设备400可以是解码器(例如图1A中的视频解码器30)或编码器(例如图1A中的视频编码器20)。
视频译码设备400可包括：用于接收数据的入端口410(或输入端口410)和一个或多个接收单元(Rx)420；用于处理数据的处理器、逻辑单元或中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)430；用于发送数据的一个或多个发送单元(Tx)440和出端口450(或输出端口450)；以及用于存储数据的存储器460。视频译码设备400还可以包括与入端口410、接收单元420、发送单元440和出端口450耦合的光电(optical-to-electrical，OE)组件和电光(electrical-to-optical，EO)组件，用于光信号或电信号的出入。
处理器430可以通过硬件和软件实现。处理器430可以实现为一个或多个CPU芯片、核(例如，多核处理器)、FPGA、ASIC和DSP。处理器430可以与入端口410、接收单元420、发送单元440、出端口450和存储器460通信。处理器430可以包括译码模块470。译码模块470实现上文及下文描述的公开实施例。例如，译码模块470用于实施、处理、准备或提供各种译码操作。因此，包括译码模块470使得视频译码设备400功能得到了显著改进，实现了视频译码设备400不同状态的转换。或者，译码模块470可以由存储在存储器460中并由处理器430执行的指令来实现。
存储器460包括一个或多个磁盘、磁带机和固态硬盘，可以用作溢出数据存储设备，用于在选择执行程序时存储此类程序，并且存储在程序执行过程中读取的指令和数据。例如，存储器460可以是易失性和/或非易失性的，并且可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、三态内容寻址存储器(ternary content-addressable memory，TCAM)和/或静态随机存取存储器(staticrandom-access memory，SRAM)。
图5为示例性实施例提供的装置500的简化框图，其中，装置500可用作图1A中的源设备12和目的地设备14中的任一个或两个。
装置500中的处理器502可以是中央处理单元。或者，处理器502可以是现有的或今后将开发出的能够操控或处理信息的任何其它类型的设备或多个设备。尽管可以使用如图所示的处理器502等单个处理器来实施所公开的实现方式，但使用多个处理器可以提高速度和效率。
在一种实现方式中，装置500中的存储器504可以是只读存储器(read onlymemory，ROM)设备或随机存取存储器(random access memory，RAM)设备。任何其它合适类型的存储设备都可以用作存储器504。存储器504可以包括处理器502通过总线512访问的代码和数据506。存储器504还可以包括操作系统508和应用程序510，其中，应用程序510包括允许处理器502执行本文所述方法的至少一个程序。例如，应用程序510可以包括应用1至N，还可以包括执行本文所述方法的视频译码应用。
装置500还可以包括一个或多个输出设备，如显示器518。在一个示例中，显示器518可以是将显示器与可用于感测触摸输入的触敏元件组合的触敏显示器。显示器518可以通过总线512耦合到处理器502。
尽管装置500中的总线512在本文中描述为单个总线，但是总线512可以包括多个总线。另外，辅助存储器(未示出)可以直接与装置500中的其它组件耦合或可以通过网络访问，并且可以包括单个集成单元(例如一个存储卡)或多个单元(例如多个存储卡)。因此，装置500可以具有各种各样的配置。
在VVC草案中，与帧间模式一起引入了IBC模式，也称为当前图像参考(currentpicture referencing，CPR)模式。
帧内块复制(intra block copy，IBC)是HEVC屏幕内容译码(screen contentcoding，SCC)扩展中所采用的一种工具。众所周知，它显著提高了屏幕内容材料的译码效率。由于IBC模式实现为块级译码模式，因此在编码器侧执行块匹配(block matching，BM)从而为每个CU找到最优的块矢量(或运动矢量)。此处，运动矢量用于表示从当前块到参考块的位移，该位移已经在当前图像内重建。IBC译码的CU的亮度运动矢量具有整数精度。色度运动矢量也被修正到整数精度。当与自适应运动矢量精度(adaptive motion vectorresolution，AMVR)结合使用时，IBC模式可以在1像素运动矢量精度与4像素运动矢量精度之间切换。IBC译码的CU被当作除帧内预测模式或帧间预测模式之外的第三种预测模式。
为了降低内存消耗和解码器复杂度，VVC测试模型4(VVC Test Model 4，VTM4)中的IBC只能使用包括当前CTU的预定义区域的重建部分。这种限制允许使用用于硬件实现的本地片上存储器来实现IBC模式。
在编码端，对IBC执行基于哈希的运动估计。编码器对宽度或高度不大于16个亮度样本的块进行率失真(rate distortion，RD)检查。对于非融合模式，首先使用基于哈希的搜索进行块矢量搜索。如果基于哈希的搜索没有返回有效候选，则根据块匹配进行本地搜索。
在基于哈希的搜索中，当前块与参考块之间的哈希键匹配(32位循环冗余校验(cyclic redundancy check，CRC))扩展到所有允许的块尺寸。当前图像中每个位置的哈希键计算是基于4×4子块。对于较大的当前块，当所有4×4子块的所有哈希键都与对应参考位置中的哈希键匹配时，确定哈希键与参考块的哈希键匹配。如果找到多个参考块的哈希键与当前块的哈希键相匹配，则计算每个匹配的参考块的块矢量代价，并选择代价最小的参考块。
在块匹配搜索中，搜索范围设置为当前CTU内当前块的左侧和上方的N个样本。在CTU的起始位置，如果没有时间参考图像，则将N的值初始化为128，如果有至少一个时间参考图像，则将N的值初始化为64。哈希命中率定义为CTU中使用基于哈希的搜索找到匹配的样本的百分比。在对当前CTU进行编码时，如果哈希命中率低于5％，则N减少一半。
在CU级别，IBC模式用标志指示，可以指示为IBC高级运动矢量预测(advancedmotion vector prediction，AMVP)模式或IBC跳过/融合模式，如下所示：
IBC跳过/融合模式：融合候选索引用于表示列表中来自相邻的候选IBC译码块的用于预测当前块的块矢量。融合列表包括空间运动矢量、基于历史的运动矢量预测值(history-based motion vector prediction，HMVP)和成对候选运动矢量。
IBC AMVP模式：通过与运动矢量差相同的方式对块矢量差进行译码。块矢量预测方法使用两个候选矢量作为预测值，一个来自左邻块，一个来自上邻块(如果进行IBC译码)。当任一邻块不可用时，使用默认块矢量作为预测值。指示一个标志以表示块矢量预测值索引。
在VVC草案4.0中，采用JVET-M0407对IBC块矢量的搜索范围进行优化。
在JVET-M0407中，IBC块尺寸不能大于64×64个亮度样本。
下面描述的方法更高效地利用参考样本存储区，使得IBC模式的有效搜索范围可以扩展到当前CTU之外。
即，一旦开始使用来自当前CTU的重建样本对任一64×64单元参考样本存储区对进行更新，整个64×64单元中的先前存储的参考样本(来自左CTU)便无法用于IBC参考目的。
由于每个64×64块在参考内存缓冲区中被视为一个整体，因此当已使用来自当前CTU的重建样本对64×64块中的某些部分进行更新时，整个64×64块中来自左CTU的参考样本不能再使用。
图6和图7示出了这种情况，示出了当前CTU中的编码块的各个位置处译码块(或译码树单元)的参考样本。当前块使用垂直线图案示出。灰色块中无标记的参考样本可用于预测当前IBC块。灰色块中标记有“x”的参考样本不可用于预测当前IBC块。白色块尚未重建，自然不会用于预测。
更具体地，根据当前译码块相对于当前CTU的位置，以下内容适用：
·如果当前块落入当前CTU的左上64×64块中，则除了当前CTU中已经重建的样本外，当前块还可以使用IBC模式参考左CTU的右下64×64块中的参考样本。当前块还可以使用IBC模式参考左CTU的左下64×64块中的参考样本和左CTU的右上64×64块中的参考样本(如图6a所示)。
·如果当前块落入当前CTU的右上64×64块中，则除了当前CTU中已经重建的样本之外，如果相对于当前CTU的亮度位置(0，64)尚未重建，则当前块还可以使用IBC模式参考左CTU的左下64×64块和右下64×64块中的参考样本(如图6b所示)。否则，当前块可以使用IBC模式参考左CTU的右下64×64块中的参考样本，而不是参考左CTU的左下64×64块中的参考样本(如图7b所示)。
·如果当前块落入当前CTU的左下64×64块中，则除了当前CTU中已经重建的样本之外，如果相对于当前CTU的亮度位置(64，0)尚未重建，则当前块还可以使用IBC模式参考左CTU的右上64×64块和右下64×64块中的参考样本(如图7a所示)。否则，当前块可以使用IBC模式参考左CTU的右下64×64块中的参考样本，而不是参考左CTU的右上64×64块中的参考样本(如图6c所示)。
·如果当前块落入当前CTU的右下64×64块中，则当前块只能使用IBC模式参考当前CTU中已经重建的样本(如图6d所示)。
这种IBC搜索范围优化方法是根据CTU尺寸为128×128的假设。但是，相同的方法适用于更小的CTU尺寸(例如64×64或32×32)。为了在硬件上高效地实现视频编解码，在硬件实现期间，通常使用128×128尺寸的缓冲区/内存来重建图像。如果CTU尺寸为64×64，且使用上述方法，则仅使用硬件参考内存缓冲区的四分之一。在这种情况下，浪费了硬件参考内存缓冲区的一部分。
图9至图14示出了本发明以下描述的实施例提供的硬件参考内存缓冲区的高效使用。例如，在图中示出了尺寸为64×64的CTU，其中，硬件参考内存缓冲区通常尺寸为128×128。在子图(b)中，当前块存储在64×64块的以垂直线图案示出的位置中的硬件参考内存缓冲区中。示出了在同一CTU行中的当前CTU左侧的4个CTU。灰色块中标有“1、2、3”和“a、b、c”的样本可用于预测当前IBC块，灰色块中标记有“x”的样本不可用于预测当前IBC块。白色块尚未重建，自然不会用于预测。示例性的CTU边缘以粗体示出。子图(a)示出了CTU的实际布置，而子图(b)示出了硬件参考存储器缓冲区中的存储顺序。
实施例1：
在本发明的一个实施例中，使用IBC搜索范围方法来优化具有任意CTU尺寸的硬件参考内存缓冲区利用率。
根据该实施例，根据等式(1)计算当前CTU的左参考CTU的数量，其中，CTUsize为序列的CTU尺寸。左参考CTU位于当前块的左侧，与当前CTU处于同一CTU行中。左侧参考CTU中的样本可以作为参考样本用来预测当前CTU中当前块的IBC模式。
当前CTU的左参考CTU的数量＝(128/CTUsize)2(1)
例如，如果序列的CTUsize为64，则可以将当前CTU的4个左CTU中的样本作为参考样本用来预测当前CTU中的当前块的IBC模式。
当前CTU左侧的参考CTU的数量可以由硬件参考内存缓冲区中可以同时存储的CTU的数量确定。128×128样本的缓冲区尺寸通过等式(1)确定。
CTUsize正方形区域的每个1/2区域(例如，如果CTUsize为64，则该区域为32×32)均被视为参考内存更新块。换句话说，参考内存更新块可以是当前CTU的四分之一，使得当前CTU中存在左上更新块、右上更新块、左下更新块和右下更新块。将参考CTU写入硬件参考内存缓冲区以进行预测。将当前CTU的左CTU写入硬件参考内存缓冲区的顺序是根据光栅扫描顺序，下面对本实施例提供的更新规则进行描述。
–如果当前块位于当前CTU的CTUsize正方形区域的左上1/2，则除了当前CTU中已经重建的样本之外，所述当前块还可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的右下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式。例如，如果CTUsize为64，则当前CTU的左侧第4个CTU中的样本，即位于当前CTU左侧的第4个CTU中的样本可以用作参考样本。如果当前块位于当前CTU的左上32×32区域中，则图8a中的a、b和c块中的样本可以用作参考样本。
当前块还可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的左下1/2的参考样本和左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的右上1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图8a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。此外，当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的参考样本。
–如果当前块位于当前CTU的CTUsize正方形区域的右上1/2，则除了当前CTU中已经重建的样本之外，如果位于相对于当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本尚未重建，则当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的左下1/2和CTUsize正方形区域的右下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图9a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。
如果位于相对于当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本已经重建，则当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域块的右下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图12a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。
此外，在任一种情况下，当前块都可以参考左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的参考样本。
–如果当前块位于当前CTU的CTUsize正方形区域块的左下1/2，则除了当前CTU中已经重建的样本之外，如果位于相对于当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本尚未重建，则当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的右上1/2和CTUsize正方形区域的右下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图10a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。
如果位于相对于当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本已经重建，则当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域块的右下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图11a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。
此外，在任一种情况下，当前块都可以参考左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的参考样本。
–如果当前块位于当前CTU的CTUsize正方形区域块的右下1/2，则当前块可以参考当前CTU中已经重建的样本来预测当前块的IBC模式(图13a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。此外，当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的参考样本。
由于硬件参考内存缓冲区实现为128×128正方形块，当CTUsize小于128时，根据上述规则，参考CTU在硬件参考内存缓冲区中按照扫描顺序进行更新。因此，左侧k*(128/CTUsize)个CTU与左侧k*(128/CTUsize)+1个CTU之间的垂直边缘不允许有连续性，其中，k为1至((128/CTUsize)–1)。CTU之间的垂直边缘不允许有连续性是指不允许当前块的块矢量指向的参考块部分位于垂直边缘的左CTU，且部分位于垂直边缘的右CTU。另外，由于只使用同一CTU行中的当前CTU的左CTU，因此所有水平CTU边缘自然不允许有连续性。
例如：如果CTUsize等于64，则左侧4个CTU的样本可以用作参考样本来预测当前块的IBC模式，如图8至图13所示。在每个图中，子图(a)示出了当前CTU与参考CTU之间的空间关系，子图(b)示出了CTU在对应硬件128×128参考内存缓冲区中的存储。当前块存储在使用垂直线图案示出的32×32块的位置中，灰色块中标有“1、2、3”和“a、b、c”的样本可用于预测当前IBC块，灰色块中标记有“x”的样本不可用于预测当前IBC块。白色块尚未重建，自然不会用于预测。加粗CTU边缘不允许有连续性。
对于CTUsize等于32的情况，可以同样实现上述实施例。在这种情况下，(128/32)2＝16个CTU适合128×128硬件参考内存缓冲区。因此，将同一行中的当前CTU的16个左CTU作为参考样本，其中，如上文所述，可以仅部分地考虑左侧第16个CTU，其中，CTUsize正方形区域块的1/2是当前CTU的16×16内存更新块。
即使CTU尺寸小于128×128，本文提出的方案仍充分利用硬件参考内存缓冲区。在这种情况下，对于小于128的CTU尺寸，可实现更高的译码增益。由于仅使用128×128硬件参考内存缓冲区，因此不会增加内存带宽或进一步增加硬件实现困难。
实施例2：
根据实施例2，如果当前块是当前CTU的CTUsize正方形区域块的1/2的第一个块，则左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的对应并置1/2 CTUsize正方形区域中的另一个参考块可以用于预测当前块的IBC模式。换句话说，当可以小于内存更新块(即，当前CTU的CTUsize正方形区域块的1/2)的当前块按照译码顺序是该内存更新块中的第一个块时，硬件参考内存缓冲区中的更新块仍然可用于参考。在该实施例中，在没有硬件实现问题的情况下，实现了更高的译码效率。
例如：
–如果当前块位于当前CTU的CTUsize正方形区域的左上1/2，则除了当前CTU中已经重建的样本之外，所述当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的右下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式。当前块还可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的左下1/2的参考样本和左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的右上和左上1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图8a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。此外，当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的参考样本。
–如果当前块位于当前CTU的CTUsize正方形区域的右上1/2，则除了当前CTU中已经重建的样本之外，如果位于相对于当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本尚未重建，则当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的左下1/2和CTUsize正方形区域的右上和右下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图9a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。
如果位于相对于当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本已经重建，则当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域块的右下和右上1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图12a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。
此外，在任一种情况下，当前块都可以参考左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的参考样本。
–如果当前块位于当前CTU的CTUsize正方形区域块的左下1/2，则除了当前CTU中已经重建的样本之外，如果位于相对于当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本尚未重建，则当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域的右上1/2和CTUsize正方形区域的右下和左下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图10a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。
如果位于相对于当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本尚未重建，则当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域块的右下和左下1/2的参考样本来预测当前块的IBC模式(图11a中示出了CTUsize等于64的一个示例)。
此外，在任一种情况下，当前块都可以参考左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的参考样本。
–如果当前块位于当前CTU的CTUsize正方形区域块的右下1/2，则当前块可以参考当前CTU中已经重建的样本来预测当前块的IBC模式(图13a中示出了CTUsize等于64的一个示例)和左侧第((128/CTUsize)2)个CTU的CTUsize正方形区域块的右下1/2。此外，当前块可以参考左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的参考样本。
对于CTUsize等于32的情况，可以同样实现上述实施例。在这种情况下，(128/32)2＝16个CTU适合128×128硬件参考内存缓冲区。因此，将同一行中的当前CTU的16个左CTU作为参考样本，其中，如上文所述，可以仅部分地考虑左侧第16个CTU，其中，CTUsize正方形区域块的1/2是当前CTU的16×16内存更新块。
实施例3：
根据实施例3，为了对尺寸小于128的CTU充分利用128×128硬件参考内存缓冲区，一种方案是将当前CTU的左侧第((128/CTUsize)2–1)个CTU至左侧第一个CTU中的样本作为参考样本来预测当前块的IBC模式。当前CTU的左侧第((128/CTUsize)2)个CTU中的样本不可用于预测当前块的IBC模式。
将左参考CTU写入硬件参考内存缓冲区的顺序为光栅扫描顺序。因此，左侧k*(128/CTUsize)个CTU与左侧k*(128/CTUsize)+1个CTU之间的垂直边缘不允许有连续性，其中，k为1至((128/CTUsize)–1)。CTU之间的垂直边缘不允许有连续性是指不允许当前块的块矢量指向的参考块部分位于垂直边缘的左CTU，且部分位于垂直边缘的右CTU。另外，由于只使用同一CTU行中的当前CTU的左CTU，因此所有水平CTU边缘自然不允许有连续性。
图14a和图14b中示出了CTUsize等于64的一个示例。图14a示出了当前CTU与参考CTU之间的空间关系，其中，左侧第1个、第2个和第3个CTU可用于当前块来预测IBC模式。左侧第4个CTU(标记有“x”)不可用于当前块来预测IBC模式。使第2个CTU与第3个CTU之间的垂直边缘不允许有连续性。此外，使所有水平边缘不允许有连续性。图14b示出了硬件参考内存缓冲区，其中，标记有“1、2、3”的块被写入左CTU，加粗边缘设置为不连续。
即使CTU尺寸小于128×128，本文提出的实施例仍充分利用硬件参考内存缓冲区。在这种情况下，对于小于128的CTU尺寸，可实现更高的译码增益。由于仅使用128×128硬件参考内存缓冲区，因此不会增加内存带宽或进一步增加硬件实现困难。
实施例4：
根据实施例4，在实施例1至3中，根据参考CTU的左边缘与边缘的固定位置之间的距离，确定参考CTU之间的不连续垂直边缘的位置。例如，边缘的固定位置可以是左图像边界或左分块边界。边缘的固定位置与参考CTU的左边缘彼此平行。
例如，如果边缘的固定位置为左图像边界，则参考CTU之间的不连续垂直边缘的位置可以确定为：
如果NumofCtu％(128/CTUsize)等于0，则参考CTU的左垂直边缘设置为不连续的垂直边缘。
Xlefttop定义为参考CTU的左上样本的x坐标；
NumofCtu定义为从左图像边界到参考CTU的CTU数量，计算为Xlefttop/128。
如果IBC参考块的左上样本(用于预测当前块)位于不连续边缘的左侧，而IBC参考块的右上样本位于不连续边缘的右侧，则该参考块设置为无效(即，不用于预测)。
实施例5：
根据实施例5，实施例1至4的所有参考CTU被认为是连续的。在实施例5中，通过对内存的双重访问来提高译码效率。对内存的双重访问已经在双向预测的情况下使用，这并没有增加最坏情况下的内存访问。
图15示出了本发明实施例提供的编码器(20)和解码器(30)的简化框图。编码器(20)或解码器(30)分别包括处理电路46，用于执行上述实施例提供的译码方法中的任一种。此外，提供硬件参考内存缓冲区47，用于存储如上文参考图8至图14所述的左侧((128/CTUsize)2)个CTU和当前CTU的参考样本。
处理电路46可对应图1B所示的处理电路，并且可包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、专用集成电路(application-specificintegrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、离散逻辑、硬件、视频译码专用处理器或其任意组合。所述处理电路可用于执行上文所述的各种操作。如图5所示，如果所述技术部分地以软件形式实现，则设备可以将软件的指令存储在合适的非瞬时性计算机可读存储介质中，并且可以使用一个或多个处理器执行硬件中的指令，以执行本发明的技术。视频编码器20和视频解码器30可作为组合编解码器(encoder/decoder，CODEC)的一部分集成在单个设备中，如图1B所示。
图16示出了本发明上述实施例提供的译码方法的流程图。在步骤1010中，根据当前编码树单元(coding tree unit，CTU)的尺寸，确定用于预测当前CTU的当前块的参考CTU组。在步骤1020中，根据当前块的参考样本，根据帧内块复制(intra block copy，IBC)模式对当前块进行预测，其中，当前块的参考样本从参考CTU组获得。下文对上述实施例中所示的编码方法以及解码方法的应用以及使用编码方法和解码方法的系统进行说明。
图17为示出用于实现内容分发业务的内容供应系统3100的框图。该内容供应系统3100包括捕获设备3102、终端设备3106和并且可选地包括显示器3126。捕获设备3102通过通信链路3104与终端设备3106通信。通信链路可以包括上文描述的通信信道13。通信链路3104包括但不限于Wi-Fi、以太网、有线、无线(3G/4G/5G)、USB或者其任何种类的组合等。
捕获设备3102用于生成数据，并且可以通过上文实施例中所示的编码方法对数据进行编码。或者，捕获设备3102可以将数据分发到流媒体服务器(图中未示出)，服务器对数据进行编码并将经编码的数据发送到终端设备3106。捕获设备3102包括但不限于摄像机、智能手机或平板电脑、计算机或笔记本电脑、视频会议系统、PDA、车载设备或其任意组合等。例如，捕获设备3102可以包括上述源设备12。当数据包括视频时，捕获设备3102中包括的视频编码器20实际上可执行视频编码处理。当数据包括音频(即，声音)时，捕获设备3102中包括的音频编码器实际上可执行音频编码处理。对于一些实际场景，捕获设备3102通过将经编码的视频数据和经编码的音频数据一起复用来分发经编码的视频数据和经编码的音频数据。对于其它实际场景，例如在视频会议系统中，不复用经编码的音频数据和经编码的视频数据。捕获设备3102分别将经编码的音频数据和经编码的视频数据分发到终端设备3106。
在内容供应系统3100中，终端设备310接收并再生成经编码的数据。终端设备3106可以是具有数据接收和恢复能力的设备，例如智能手机或平板电脑3108、计算机或笔记本电脑3110、网络视频录像机(network video recorder，NVR)/数字视频录像机(digitalvideo recorder，DVR)3112、电视3114、机顶盒(set top box，STB)3116、视频会议系统3118、视频监控系统3120、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)3122、车载设备3124，或能够对上述经编码的数据进行解码的以上设备中任何一个的组合等。例如，终端设备3106可以包括上文描述的目的地设备14。当经编码的数据包括视频时，包括在终端设备中的视频解码器30优先进行视频解码。当经编码的数据包括音频时，包括在终端设备中的音频解码器优先进行音频解码处理。
对于具有显示器的终端设备，例如智能手机或平板电脑3108、计算机或笔记本电脑3110、网络视频录像机(network video recorder，NVR)/数字视频录像机(digitalvideo recorder，DVR)3112、电视3114、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)3122或车载设备3124，终端设备可以将解码数据馈送到其显示器。对于不配备显示器的终端设备，例如STB 3116、视频会议系统3118或视频监控系统3120，在其中连接外部显示器3126以接收和显示解码数据。
当该系统中的每个设备执行编码或解码时，可以使用如上述实施例中所示的图像编码设备或图像解码设备。
图18为终端设备3106的示例结构的示意图。在终端设备3106从捕获设备3102接收流后，协议处理单元3202对该流的传输协议进行分析。所述协议包括但不限于实时流协议(real time streaming protocol，RTSP)、超文本传输协议(hyper text transferprotocol，HTTP)、HTTP直播流协议(HTTP live streaming protocol，HLS)、MPEG-DASH、实时传输协议(real-time transport protocol，RTP)、实时消息传输协议(real timemessaging protocol，RTMP)，或其任何种类的组合等。
协议处理单元3202对流进行处理后，生成流文件。文件输出到解复用单元3204。解复用单元3204可以将复用数据分离成经编码音频数据和经编码视频数据。如上所述，在其它实际场景中，例如在视频会议系统中，不复用经编码的音频数据和经编码的视频数据。在这种情况下，不通过解复用单元3204，将经编码的数据发送到视频解码器3206和音频解码器3208。
通过解复用处理，生成视频基本码流(elementary stream，ES)、音频ES和可选的字幕。视频解码器3206，包括如上述实施例所解释的视频解码器30，通过如上述实施例所示的解码方法对视频ES进行解码以生成视频帧，并将该数据发送到同步单元3212。音频解码器3208对音频ES进行解码以生成音频帧，并将该数据发送到同步单元3212。或者，可以在将视频帧馈送到同步单元3212之前存储在缓冲区(图18中未示出)中。类似地，可以在将音频帧发送到同步单元3212之前存储在缓冲区(图18中未示出)中。
同步单元3212同步视频帧和音频帧，并将视频/音频提供给视频/音频显示器3214。例如，同步单元3212同步视频信息和音频信息的呈现。信息可以使用与经译码的音频和可视数据的呈现有关的时间戳以及与数据流本身的传送有关的时间戳在语法中进行译码。
如果流中包括字幕，则字幕解码器3210对字幕进行解码，使字幕与视频帧和音频帧同步，并将视频/音频/字幕提供给视频/音频/字幕显示器3216。
本发明并不限于上述系统，上述实施例中的图像编码设备或图像解码设备都可以包括在汽车系统等其它系统中。
数学运算符
本申请中使用的数学运算符与C编程语言中使用的数学运算符类似。但是，对整数除法和算术移位运算的结果进行了更准确的定义，并且定义了其它运算，如幂运算和实值除法。编号和计数规范通常从0开始，即，“第一个”相当于第0个，“第二个”相当于第1个，等等。
算术运算符
算术运算符定义如下：
Figure BDA0003034433000000261
逻辑运算符
逻辑运算符定义如下：
Figure BDA0003034433000000262
关系运算符
关系运算符定义如下：
Figure BDA0003034433000000263
当一个关系运算符应用于一个已被赋值“na”(不适用)的语法元素或变量时，值“na”被视为该语法元素或变量的不同值。值“na”被视为不等于任何其它值。
按位运算符
按位运算符定义如下：
Figure BDA0003034433000000264
Figure BDA0003034433000000271
赋值运算符
算术运算符定义如下：
Figure BDA0003034433000000272
范围符号
以下符号用来说明值的范围：
x＝y..z x取从y到z(包括y和z)的整数值，其中，x、y和z是整数，z大于y。
数学函数
数学函数定义如下：
Figure BDA0003034433000000273
Figure BDA0003034433000000281
运算优先级顺序
当没有使用括号来显式表示表达式中的优先顺序时，适应以下规则：
–高优先级的运算在低优先级的任何运算之前计算。
–相同优先级的运算从左到右依次计算。
下表从最高到最低的顺序说明运算的优先级，表中位置越高，优先级越高。
对于C编程语言中也使用的运算符，本规范中使用的优先级顺序与在C编程语言中使用的优先级顺序相同。
表：运算优先级从最高(表格顶部)到最低(表格底部)排序
Figure BDA0003034433000000282
Figure BDA0003034433000000291
逻辑运算的文本说明
在文本中，逻辑运算的语句用数学形式描述如下：
Figure BDA0003034433000000292
可以用以下方式描述：
……如下/……以下为准：
–如果条件0，则语句0
–否则，如果条件1，则语句1
-……
–否则(关于剩余条件的提示性说明)，则语句n
文本中的每个“如果……否则，如果……否则，……”语句都以“……如下”或“……以下适用”开头，紧接“如果……”。“如果……否则，如果……否则，……”的最后一个条件总有一个“否则，……”。中间的“如果……否则，如果……否则，……”语句可以通过使“……如下”或“……以下适用”与结尾“否则，……”匹配来识别。
在文本中，逻辑运算的语句用数学形式描述如下：
Figure BDA0003034433000000301
可以用以下方式描述：
……如下/……以下为准：
–如果满足以下所有条件，则语句0：
–条件0a
–条件0b
否则，如果满足以下一个或多个条件，则语句1：
–条件1a
–条件1b
-……
–否则，语句n
在文本中，逻辑运算的语句用数学形式描述如下：
Figure BDA0003034433000000302
可以用以下方式描述：
当条件0时，语句0
当条件1时，语句1。
尽管本发明实施例主要根据视频译码进行了描述，但是需要注意的是，译码系统10、编码器20和解码器30(相应地，系统10)的实施例以及本文描述的其它实施例也可以用于静止图像处理或译码，即，对视频译码中独立于任何先前或连续图像的单个图像进行处理或译码。通常，如果图像处理译码限于单个图像17，则仅帧间预测单元244(编码器)和344(解码器)不可用。视频编码器20和视频解码器30的所有其它功能(也称为工具或技术)同样可用于静态图像处理，例如残差计算204/304、变换206、量化208、反量化210/310、(逆)变换212/312、划分262、帧内预测254/354和/或环路滤波220/320、熵编码270和熵解码304。
编码器20和解码器30等的实施例，以及本文描述的与编码器20和解码器30等有关的功能可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实现。如果以软件来实现，则各种功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质中或通过通信介质传输，且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括与有形介质(例如，数据存储介质)对应的计算机可读存储介质，或包括任何便于将计算机程序从一处传送到另一处的介质(例如，根据通信协议)的通信介质。以此方式，计算机可读介质通常可以对应(1)非瞬时性的有形计算机可读存储介质，或(2)如信号或载波等通信介质。数据存储介质可以是通过一个或多个计算机或一个或多个处理器访问的任何可用介质，以检索用于实施本发明所述技术的指令、代码和/或数据结构。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。
作为示例而非限制，这类计算机可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储设备、闪存或可以用于存储指令或数据结构形式的所需程序代码并且可以由计算机访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴缆线、光纤缆线、双绞线、数字用户线(digital subscriber line，DSL)或红外线、无线电和微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输指令，则同轴缆线、光纤缆线、双绞线、DSL或红外线、无线电和微波等无线技术包括在介质的定义中。但是，应理解，计算机可读存储介质和数据存储介质并不包括连接、载波、信号或其它瞬时性介质，而是涉及非瞬时性有形存储介质。本文所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(compact disc，CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(digitalversatile disc，DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘利用激光以光学方式再现数据。以上各项的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。
可通过如一个或多个数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、通用微处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程逻辑阵列(field programmable logic array，FPGA)或其它等效集成或离散逻辑电路等一个或多个处理器来执行指令。因此，本文所使用的术语“处理器”可以指上述结构中的任一种或适于实施本文所述技术的任何其它结构。另外，在一些方面中，本文描述的各种功能可以提供在用于编码和解码的专用硬件和/或软件模块内，或者并入在组合编解码器中。而且，这些技术可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。
本发明技术可以在多种设备或装置中实现，这些设备或装置包括无线手机、集成电路(integrated circuit，IC)或一组IC(例如芯片组)。本发明描述了各种组件、模块或单元，以强调用于执行所公开技术的设备的功能方面，但未必需要由不同的硬件单元实现。实际上，如上所述，各种单元可以结合合适的软件和/或固件组合在编解码器硬件单元中，或者通过互操作硬件单元(包括如上所述的一个或多个处理器)的集合来提供。

Claims (25)

1.一种解码设备或编码设备实现的译码方法，其特征在于，所述方法包括：
根据当前译码树单元(coding tree unit，CTU)的尺寸，确定(1010)用于预测所述当前CTU的当前块的参考CTU组；
根据所述当前块的参考样本，对所述当前块进行(1020)预测，其中，所述当前块的预测模式为帧内块复制(intra block copy，IBC)模式；
其中，所述当前块的所述参考样本从所述参考CTU组得到。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考CTU是在所述当前CTU的左侧且与所述当前CTU处于同一CTU行中的CTU。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述参考CTU组中的参考样本用于对所述当前块进行预测。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，除了所述参考CTU组外，还使用根据所述当前CTU中的重建样本得到的参考样本对所述当前块进行预测。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述参考CTU组中的两个相邻CTU之间的至少一个垂直边缘是不连续的，仅使用所述两个相邻CTU中的一个CTU中的参考样本对所述当前块进行预测。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一个不连续垂直边缘的位置是基于所述至少一个不连续垂直边缘与固定位置的距离。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述参考CTU组中的相邻CTUs之间的所有边缘都是连续的，两个相邻CTU中的参考样本用于对所述当前块进行预测。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考CTU组包括((128/CTUsize)2–1)个CTU，其中，CTUsize是所述当前CTU的尺寸。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考CTU组包括(128/CTUsize)2个CTU，其中，CTUsize是所述当前CTU的尺寸。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述参考CTU组的最左CTU中的所述参考样本中,仅一部分参考样本用于根据所述当前块在所述当前CTU中的位置，对所述当前块进行预测。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述当前块位于所述当前CTU的CTUsize正方形区域的左上1/2时，所述参考样本中可用于对所述当前块进行预测的所述部分包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域的右下1/2、所述CTUsize正方形区域的左下1/2以及所述CTUsize正方形区域的右上1/2的参考样本。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域的所述右上1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本尚未重建时，所述参考样本中用于对所述当前块进行预测的所述部分包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域的所述左下1/2和所述CTUsize正方形区域的所述右下1/2的参考样本。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域的所述右上1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(0，1/2CTUsize)处的亮度样本已经重建时，所述参考样本中用于对所述当前块进行预测的所述部分包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述右下1/2的参考样本。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述左下1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本尚未重建时，所述参考样本中用于对所述当前块进行预测的所述部分包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域的所述右上1/2和所述CTUsize正方形区域的所述右下1/2的参考样本。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述左下1/2，且位于相对于所述当前CTU的位置(1/2CTUsize，0)处的亮度样本已经重建时，所述参考样本中用于对所述当前块进行预测的所述部分包括位于所述参考CTU组中所述最左CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述右下1/2的参考样本。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考样本中用于对所述当前块进行预测的所述部分还包括所述参考CTU组中所述最左CTU的所述参考样本，所述参考样本位于与所述当前块在所述当前CTU中的所述位置对应的位置处。
17.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其特征在于，当所述当前块位于所述当前CTU的所述CTUsize正方形区域块的所述右下1/2时，不使用所述参考CUT组中所述最左CTU的参考样本对所述当前块进行预测。
18.根据权利要求3至17中任一项所述的方法，其特征在于，还包括将所述参考CTU组存储在硬件参考内存缓冲区中。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述参考CTU组以光栅扫描顺序存储在所述硬件参考内存缓冲区中。
20.一种编码器(20)，其特征在于，包括处理电路(46)，用于执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
21.根据权利要求20所述的编码器(20)，其特征在于，还包括用于存储所述参考CTU组的硬件参考内存缓冲区(47)。
22.一种解码器(30)，其特征在于，包括处理电路(46)，用于执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
23.根据权利要求22所述的解码器(30)，其特征在于，还包括用于存储所述参考CTU组的硬件参考内存缓冲区(47)。
24.一种计算机程序产品，其特征在于，包括指令，当计算机执行所述程序时，使所述计算机执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
25.一种解码器(30)或编码器(20)，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
非瞬时性计算机可读存储介质，与所述一个或多个处理器耦合并存储由所述一个或多个处理器执行的指令，其中，在所述一个或多个处理器执行所述指令时，使所述解码器或所述编码器分别执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
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