CN113556566A

CN113556566A - 用于预测译码的插值滤波的方法及装置

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Publication number: CN113556566A
Application number: CN202110656664.3A
Authority: CN
Inventors: 阿列克谢·康斯坦丁诺维奇·菲利波夫; 瓦西里·亚历斯维奇·拉夫特斯基; 陈建乐
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: AU2019401811A1; AU2024200360A1; US11877013B2; EP3891980A4; US20210337238A1; SG11202106487VA; JP2022514922A; CA3124104A1; IL284189A; KR20210100183A; CN113170119A; NZ777503A; EP3891980B1; WO2020130887A1; JP2023118725A; EP3891980A1; US20240146974A1; BR112021000657A2; AU2019401811B2; JP7293361B2

Abstract

本发明涉及用于视频编码和解码的帧内预测或帧间预测。为此，提供装置和方法来获取参考像素点和子像素偏移值。一种子像素4抽头插值滤波器用于对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值。所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数c₀、c₁、c₂和c₃满足

和

其中，p为所述子像素偏移值的分数部分。

Description

用于预测译码的插值滤波的方法及装置

技术领域

本申请(本发明)实施例大体上涉及图像处理领域，更具体地涉及图像和/或视频译码和解码，尤其涉及用于帧内/帧间预测的方法和装置。

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、互联网和移动网络上的视频传播、视频聊天和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视频数据进行描述，当数据要在带宽容量有限的通信网络中发送或以其它方式传输时，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发送。由于内存资源可能有限，当在存储设备上存储视频时，视频的大小也可能成为问题。视频压缩设备通常在源侧使用软件和/或硬件，以在发送或存储之前对视频数据进行编码，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对视频数据进行解码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

本申请实施例提供根据独立权利要求和从属权利要求所述的用于编码和解码的装置和方法。

上述和其它目的通过独立权利要求请求保护的主题实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

本发明实施例由独立权利要求的特征定义，并且由从属权利要求的特征定义实施例的其它有利实现方式。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的方法。所述方法包括以下步骤：获取参考像素点；获取子像素偏移值；使用子像素4抽头插值滤波器对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数满足：

其中，p为所述子像素偏移值的分数部分，c₀、c₁、c₂和c₃为所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数。

在一种示例性实现方式中，所述(多个)参考像素点可以表示为ref[x]，其中，

ref[x]＝p[–1–refIdx+x][–1–refIdx]，其中，x＝0……nTbW+refIdx+1。

ref[x]对应于参考像素点阵列，“p”表示包括像素点值的x-y二维阵列p[x][y]。可以使用至少一个参考像素点。在另一个示例中，可以有4个参考像素点。

在一种示例性实现方式中，所述获取的子像素偏移值可以表示为

(y+1+refIdx)×intraPredAngle，

其中，“IntraPredAngle”表示帧内预测角度的值。

在一种示例性实现方式中，所述预测像素点值“predSamples[x][y]”可以通过以下等式获取：

其中，fT[i]表示滤波器系数。这些系数可以是用于帧间预测的亮度或色度滤波器系数，分别表示为fG和fC。

可以通过使用和设置标志filterFlag来选择所述滤波器系数为亮度滤波器系数或色度滤波器系数，如下所示：

fT[j]＝filterFlag？fG[iFact][j]:fC[iFact][j]，

其中，

iFact＝((y+1+refIdx)×intraPredAngle)&31。

值“31”为所述子像素偏移值的分数部分，可以取除“31”之外的其它值。使用上述4抽头滤波器的滤波器系数的分析表达式，可以通过分析实时地(on-the-fly)获取滤波器系数 fG(亮度)和/或fC(色度)的值。因此，根据所述子像素偏移值定义所述滤波器系数。

因此，不需要从LUT获取滤波器系数的各个值，而是通过计算得到所述滤波器系数。

或者，可以使用上述等式来计算滤波器系数，并且可以将值存储在LUT中。

根据本发明的一个方面，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数在表中定义如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的方法。所述方法包括以下步骤：获取参考像素点；获取子像素偏移值；使用子像素4抽头插值滤波器对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数定义如下：

其中，p为所述子像素偏移值的分数部分，c₀、c₁、c₂和c₃为所述滤波器系数。

在一种示例性实现方式中，所述滤波器系数的值可以存储在LUT中。即，为了进行子像素插值滤波，要从所述LUT中获取所述滤波器系数的相应值。

图23为帧内/帧间预测处理的流程图。在步骤2301中，获取参考像素点。所述参考像素点可以包括一个或多个参考像素点。在步骤2302中，获取子像素偏移值。在步骤2303中，使用子像素插值滤波器对所述参考像素点进行滤波，其中，所述子像素插值滤波器具有滤波器系数{c_i}，i＝0……3。所述子像素插值滤波器称为4抽头滤波器和/或4点滤波器。

所述滤波器系数可以从具有所述子像素偏移值的给定分数部分p的分析表达式中获取。所述滤波器系数也可以参考p值从LUT中获取。

根据本发明的一个方面，p的一个位被设置为0。

根据本发明的一个方面，将p递增1；然后在p用于获取所述滤波器系数之前，递增后的p的一个低位被设置为0。

根据本发明的一个方面，获取所述滤波器系数包括以下步骤：根据以下等式计算所述滤波器系数：

c₁＝16+c₀

c₂＝c₀+p

c3＝c0-p。

这样做的优点在于，可以根据前一个滤波器系数c_i来计算滤波器系数c_i+1。这样可以进一步减少计算所述滤波器系数的时间。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于视频译码的方法。所述方法包括对视频帧中的块进行帧内预测处理，所述帧内预测处理包括：使用子像素4抽头插值滤波器对所述视频帧的参考像素点进行滤波，其中，所述子像素4抽头插值滤波器为滤波器的组合，至少一个所述滤波器的滤波器系数满足：

其中，p为子像素偏移的分数像素点位置，c₀、c₁、c₂和c₃为所述滤波器系数。

图24为视频译码的流程图。在步骤2401中，使用子像素4抽头插值滤波器对块的参考像素点进行滤波，执行帧内预测处理。

根据本发明的一个方面，所述子像素4抽头插值滤波器为平滑滤波器，即两个相位相关线性滤波器和一个低通滤波器的并联组合。

根据本发明的一个方面，所述子像素4抽头插值滤波器为锐化滤波器，即一个相位相关线性滤波器和一个强变(strength-varying)高通滤波器的并联组合(parallelcombination)。

根据本发明的一个方面，所述强变高通滤波器为相位无关高通有限脉冲响应(finite impulse response，FIR)滤波器，将所述强变高通滤波器的输出与相位相关强度参数相乘。

根据本发明的任一上述方面，p的一个低位被设置为0。

根据本发明的一个方面，将p递增1；然后在所述递增后的值用于推导插值滤波器系数之前，所述递增后的值的一个低位被设置为0。

根据本发明的一个方面，对所述强变高通滤波器的输出执行修正运算。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的装置。所述装置包括：参考像素点获取单元，用于获取参考像素点；子像素偏移值获取单元，用于获取子像素偏移值；子像素4抽头插值滤波器，用于对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数满足：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的装置。所述装置包括：参考像素点获取单元，用于获取参考像素点；子像素偏移值获取单元，用于获取子像素偏移值；子像素4抽头插值滤波器，用于对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数定义如下：

图25为帧内/帧间处理模块2500的示意图。帧内/帧间处理模块2500包括参考像素点获取单元2510、子像素偏移值获取单元2520和子像素插值滤波器2530。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于视频译码的装置。所述装置包括：帧内预测处理单元，用于对视频帧中的块进行帧内预测；子像素4抽头插值滤波器，用于对所述视频帧的参考像素点进行滤波，其中，所述子像素4抽头插值滤波器为滤波器的组合，至少一个所述滤波器的滤波器系数满足：

图26为视频译码模块2600的示意图。视频译码模块2600包括帧内预测处理单元2610 和子像素插值滤波器2620。

根据本发明的一个方面，提供了一种编码器(20)。所述编码器(20)包括处理电路，用于执行本发明的任一上述方面提供的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种解码器(30)。所述解码器(30)包括处理电路，用于执行本发明的任一上述方面提供的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品包括程序代码，用于执行本发明的任一上述方面提供的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种解码器。所述解码器包括：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程序。当所述一个或多个处理器执行所述程序时，所述解码器用于执行本发明的任一上述方面提供的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种编码器。所述编码器包括：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程序。当所述一个或多个处理器执行所述程序时，所述编码器用于执行本发明的任一上述方面提供的方法。

任一上述方面的本发明能够快速执行视频帧的帧内/帧间预测。这是因为通过分析获取所述插值滤波器的滤波器系数，即所述系数是实时计算的。这样避免了将所述系数存储在查找表(look-up table，LUT)中(需要访问时间从存储器中读取所述系数)。

因此，预测效率更高，降低所需内存要求。还降低了预测实现成本。此外，由于分析式滤波器系数{c_i}与分数像素点位置p存在线性关系，而且涉及除以2的运算，因此可以通过进行快速低位运算来高效地执行相应的运算。执行所述位运算和计算所述滤波器系数的相应时间比从LUT获取所存储系数的时间短，因此降低了时延。

此外，滤波器系数的特定分析结构可以降低(多个)滤波器单元的实现复杂度。除此之外，不同子像素位置的滤波器响应(即频率响应)在幅度和相位方面是一致的，避免了响应中的伪影，尤其是响应在高频下的伪影。滤波器系数的线性性能够重复利用硬件。

以下附图和描述详细阐述了一个或多个实施例。其它特征、目的和优点在描述、附图和权利要求中是显而易见的。

本发明可以在硬件和/或软件中实现。

为清楚起见，任一上述实施例可以与上述其它任一或多个实施例结合以创建在本发明范围内的新实施例。

通过以下结合附图和权利要求书进行的详细描述，将更清楚地理解这些和其它特征。

附图说明

下面将参照所附附图和示意图更加详细地描述本发明实施例，其中：

图1A为用于实现本发明实施例的视频译码系统的一个示例的框图；

图1B为用于实现本发明实施例的视频译码系统的另一个示例的框图；

图2为用于实现本发明实施例的视频编码器的一个示例的框图；

图3为用于实现本发明实施例的视频解码器的一种示例性结构的框图；

图4为编码装置或解码装置的一个示例的框图；

图5为编码装置或解码装置的另一个示例的框图；

图6为HEVC中的角度帧内预测方向和相关帧内预测模式的绘图；

图7为JEM中的角度帧内预测方向和相关帧内预测模式的绘图；

图8为VTM-3.0和VVC规范草案第3版中的角度帧内预测方向和相关帧内预测模式的绘图；

图9为用于平滑的滤波器组合的示例的绘图，在滤波器组合中将一组参考像素点输入到插值滤波器；

图10为用于锐化插值滤波(包括修正运算)的示例性滤波器组合的绘图；

图11为用于锐化插值滤波的示例性滤波器组合(存在修正运算的可选位置)的绘图；

图12A为用于锐化插值滤波的示例性滤波器组合(使用强度可调滤波器)的绘图；

图12B为用于锐化插值滤波的另一示例性滤波器组合(使用强度可调的滤波器)的绘图；

图13至图21为基于LUT的插值滤波器系数和分析表示插值滤波器系数的不同组合的绘图；

图22为系数计算方法的示例性实现方式的绘图；

图23为帧内/帧间预测处理的流程图；

图24为视频译码的流程图；

图25为帧内/帧间预测处理模块的框图，包括参考像素点获取单元、子像素偏移值获取单元和子像素插值滤波器；

图26为视频译码模块的框图，包括帧间预测处理单元和子像素插值滤波器。

在下文，相同附图标记表示相同特征或至少在功能上等效的特征，除非另有明确规定。

具体实施方式

以下描述中，参考形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。应理解，本发明实施例可以在其它方面中使用，并且可以包括附图中未描绘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。

例如，应理解，与描述方法有关的公开内容可以对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，或多个单元分别执行多个步骤中的一个或多个)，即使附图中未明确描述或说明这样的一个或多个单元。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，或多个步骤分别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说明这样的一个或多个步骤。此外，应理解，除非另外明确说明，本文中描述的各种示例性实施例和/或方面的特征可以相互组合。

视频译码通常是指处理形成视频或视频序列的图像序列。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(或总称为译码)包括视频编码和视频解码两部分。视频编码在源侧执行，通常包括处理(例如通过压缩)原始视频图像，以减少表示视频图像所需的数据量(从而更高效存储和/或发送)。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(或总称为图像)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(CODEC)(编码和解码)。

在无损视频译码情况下，可以重建原始视频图像，即重建视频图像与原始视频图像具有相同的质量(假设存储或发送期间没有传输损耗或其它数据丢失)。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“有损混合型视频编解码器”组(即，将像素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变换译码相结合)。视频序列中的每个图像通常分割成不重叠的块集合，通常在块级处执行译码。换句话说，在编码器侧，通常在块(视频块) 级处对视频进行处理(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(当前处理的块/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，而解码器侧对经编码或压缩的块进行相对于编码器的逆处理，以重建当前块进行表示。此外，编码器与解码器的处理步骤相同，使得编码器和解码器生成相同的预测块(例如帧内和帧间预测块)和/或重建块，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，视频编码器20和视频解码器30根据图1至图3进行描述。

图1A为示例性译码系统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)为一种示例，可以为使用本申请中描述的各种示例来执行技术的设备。

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提供给目的地设备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用于捕获真实世界图像等的图像捕获设备；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、计算机动画图像(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)的设备。图像源可以为任何类型的存储任一上述图像的存储器(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，得到预处理图像19或预处理图像数据19。预处理器18执行的预处理可以包括修剪、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用于接收预处理图像数据19并提供经编码的图像数据21(结合图2等描述更多细节)。

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)，并且可以另外(即可选地)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用于(例如)直接从源设备12或从存储设备(例如经编码的图像数据存储设备)等任何其它源，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可以用于经由源设备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)或者经由任何类型的网络(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。

例如，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(例如数据包)，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。

例如，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都可以配置为图1A中从源设备12指向目的地设备14的通信信道13的箭头所指示的单向通信接口，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，等等。

解码器30用于接收经编码的图像数据21并提供解码图像数据31或解码图像31(下文结合图3或图5等描述更多细节)。

目的地设备14中的后处理器32用于对解码图像数据31(还称为重建图像数据)(例如解码图像31)进行后处理，得到后处理图像数据33(例如后处理图像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，或者任何其它处理，以便提供解码图像数据31以供显示设备34等显示，等等。

目的地设备14中的显示设备34用于接收后处理图像数据33，以便向用户或观看者等显示图像。显示设备34可以为或可以包括任何类型的显示器(例如集成或外部显示器或显示屏)，以表示重建图像。例如，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、微型LED显示器、硅基液晶显示器(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示出了源设备12和目的地设备14作为单独的设备，但是在实施例中，设备还可以同时包括源设备12和目的地设备14或同时包括源设备12和目的地设备14的功能，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 (精确)划分可以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)或者编码器20和解码器30两者可以通过图1B所示的处理电路实现，例如一个或多个微处理器、一个或多个数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、一个或多个专用集成电路(application- specific integrated circuit，ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、一个或多个离散逻辑、一个或多个硬件、一个或多个视频译码专用处理器或其任意组合。编码器20可以通过处理电路46实现，以包含参照图2中的编码器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，以包含参照图3中的解码器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。处理电路可以用于执行下文论述的各种操作。如图5所示，如果部分技术在软件中实现，则一种设备可以将该软件的指令存储在合适的非瞬时性计算机可读介质中，并且可以使用一个或多个处理器在硬件中执行这些指令，以执行本发明技术。视频编码器20或视频解码器30可以作为组合编解码器(encoder/decoder，CODEC)的一部分集成在单个设备中，如图1B所示。

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/膝上型电脑、手机、智能手机、平板或平板电脑、相机、台式电脑、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(例如内容业务服务器或内容分发服务器)、广播接收器设备等，并且可以不使用或可以使用任何类型的操作系统。在一些情况下，源设备12和目的地设备14可以用于无线通信。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，本申请技术可以适用于编码设备与解码设备之间不一定包括任何数据通信的视频译码(例如视频编码或视频解码) 设置。在其它示例中，从本地存储器中检索数据，通过网络发送，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/或从存储器中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(例如)参考由ITU-T视频译码专家组(Video Coding ExpertsGroup， VCEG)和ISO/IEC运动图像专家组(Motion Picture Experts Group，MPEG)的视频译码联合协作团队(Joint Collaboration Team on Video Coding，JCT-VC)开发的高效视频译码 (High-Efficiency Video Coding，HEVC)或下一代视频译码标准通用视频译码(Versatile Video Coding，VVC)参考软件描述本发明实施例。本领域普通技术人员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性视频编码器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、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和分割单元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基于混合型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、缓冲区216、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 picturebuffer，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”。

图像和图像分割(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)。图像17可以是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预处理图像19 (或预处理图像数据19)。为了简单起见，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(也就是同样包括当前图像的视频序列)中的其它图像(例如先前的编码和/或解码图像)区分开)。

(数字)图像为或可以视为具有强度值的像素点组成的二维阵列或矩阵。阵列中的像素点也可以称为像素(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)上的像素点数量限定了图像的大小和/或分辨率。为了表示颜色，通常采用三个颜色分量，即图像可以表示为或包括三个像素点阵列。在RGB格式或颜色空间中，图像包括对应的红色、绿色和蓝色像素点阵列。但是，在视频译码中，每个像素通常以亮度和色度格式或颜色空间表示，例如YCbCr，包括Y表示的亮度分量(有时也用L表示)以及Cb和Cr表示的两个色度分量。亮度(luminance，简写为luma)分量Y表示亮度或灰度级强度(例如在灰度等级图像中两者相同)，而两个色度(chrominance，简写为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像素点值(Y)的亮度像素点阵列和色度值(Cb和Cr)的两个色度像素点阵列。RGB格式的图像可以转换或变换为 YCbCr格式，反之亦然。该过程还称为颜色变换或转换。如果图像是黑白的，则该图像可以只包括亮度像素点阵列。相应地，图像可以为例如黑白格式的亮度像素点阵列或4:2:0、 4:2:2和4:4:4颜色格式的亮度像素点阵列和两个对应的色度像素点阵列。

在实施例中，视频编码器20可以包括图像分割单元(图2中未示出)，用于将图像17分割成多个(通常不重叠)图像块203。这些块也可以称为根块、宏块(H.264/AVC)或译码树块(coding tree block，CTB)或译码树单元(coding tree unit，CTU)(H.265/HEVC和VVC)。图像分割单元可以用于对视频序列中的所有图像使用相同的块大小和使用限定块大小的对应网格，或者在图像或图像子集或图像组之间改变块大小，并将每个图像分割成对应块。

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译码图像块。

与图像17一样，图像块203同样是或可以视为具有强度值(像素点值)的像素点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(例如)一个像素点阵列(例如黑白图像17情况下的亮度阵列或者彩色图像情况下的亮度阵列或色度阵列)或三个像素点阵列(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)上的像素点数量限定了块203的大小。相应地，一个块可以为M×N(M 列×N行)个像素点阵列，或M×N个变换系数阵列等。

在实施例中，图2所示的视频编码器20可以用于逐块对图像17进行编码，例如对每个块203执行编码和预测。

残差计算

残差计算单元204用于通过如下方式根据图像块203和预测块265(后续详细介绍了预测块265)来计算残差块205(还称为残差205)以得到像素域中的残差块205：例如，逐个像素点(逐个像素)从图像块203的像素点值中减去预测块265的像素点值。

变换

变换处理单元206可以用于对残差块205的像素点值执行离散余弦变换(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可以用于应用DCT/DST的整数近似，例如为H.265/HEVC指定的变换。与正交DCT变换相比，这种整数化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。

在实施例中，视频编码器20(对应地，变换处理单元206)可以用于输出一种或多种变换的类型等变换参数，例如直接输出或由熵编码单元270进行编码或压缩后输出，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用于通过标量量化或矢量量化等对变换系数207进行量化，得到量化变换系数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。

量化过程可以减少与部分或全部变换系数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。可以通过量化参数(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等执行的对应和/或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。一般而言，可以根据量化参数使用包含除法的等式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，并在码流等中将量化表从编码器通过信号发送到解码器。量化是有损操作，其中，量化步长越大，损耗越大。

在实施例中，视频编码器20(对应地，量化单元208)可以用于输出量化参数(quantization parameters，QP)，例如直接输出或由熵编码单元270进行编码后输出，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所执行的量化方案相反的反量化方案。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，但是由于量化造成损耗，解量化系数211通常与变换系数不相同。

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)，得到像素域中的重建残差块213(或对应的解量化系数213)。重建残差块213也可以称为变换块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以得到像素域中的重建块215：例如，逐个像素点将重建残差块213的像素点值和预测块265的像素点值相加。

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，得到经过滤波的块221，或通常用于对重建像素点进行滤波，得到经过滤波的像素点。例如，环路滤波器单元用于顺利进行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、像素点自适应偏移(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(adaptiveloop filter，ALF)、锐化或平滑滤波器、协同滤波器，或其任意组合。虽然环路滤波器单元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可以实现为环后滤波器。经过滤波的块221也可以称为经过滤波的重建块221。

在实施例中，视频编码器20(对应地，环路滤波器单元220)可以用于输出环路滤波器参数(例如像素点自适应偏移信息)，例如直接输出或由熵编码单元270进行编码后输出，使得(例如)解码器30可以接收并使用相同的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过滤波的块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)中的其它先前经过滤波的块(例如先前经过滤波的重建块221)，并可以提供先前完整的重建 (即解码)的图像(和对应的参考块和像素点)和/或部分重建的当前图像(和对应的参考块和像素点)，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(decoded picture 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像素点，或未进行任何其它处理的重建块或重建像素点。

模式选择(分割和预测)

模式选择单元260包括分割单元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/或一个或多个先前的解码图像中的经过滤波和/或未经滤波的重建像素点或块)。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，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(包括不分割)确定或选择一种分割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。

在实施例中，模式选择单元260可以用于选择分割和预测模式(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)，或者提供最小信令开销(最小信令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)确定分割和预测模式，即选择提供最小率失真的预测模式。本文中的“最佳”、“最小”、“最优”等术语不一定指总体上“最佳”、“最小”、“最优”等，但也可以指满足终止或选择标准的情况，例如，超过或低于阈值的值或其它约束条件可能导致“次优选择”，但会降低复杂度且减少处理时间。

换句话说，分割单元262可以用于通过如下方式将块203分割成较小的块分割部分或子块(再次形成块)：例如，通过迭代使用四叉树(quad-tree，QT)分割、二叉树(binary-tree， BT)分割或三叉树(triple-tree，TT)分割或其任意组合，并且用于(例如)对块分割部分或子块中的每一个执行预测，其中，模式选择包括选择分割块203的树结构和选择块分割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示例性视频编码器20执行的分割(例如由分割单元260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)。

分割

分割单元262可以将当前块203分割(或划分)成更小的分割部分，例如正方形或矩形大小的较小块。可以将这些较小块(也可以称为子块)进一步分割成甚至更小的分割部分。这还称为树分割或分层树分割。在根树级别0(层次级别0、深度0)等的根块可以递归地分割成两个或更多下一个较低树级别的块，例如树级别1(层级级别1、深度1)的节点。这些块可以又分割成两个或更多下一个较低级别的块，例如树级别2(层级级别2、深度2) 等，直到分割结束(因为满足结束标准，例如达到最大树深度或最小块大小)。未进一步分割的块还称为树的叶块或叶节点。分割成两个分割部分的树称为二叉树(binary-tree，BT)，分割成3个分割部分的树称为三叉树(ternary-tree，TT)，分割成4个分割部分的树称为四叉树(quad-tree，QT)。

如上所述，本文使用的术语“块”可以是图像的一部分，特别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)和变换单元(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个像素点阵列的图像中的亮度像素点的一个CTB、该图像中的色度像素点的两个对应CTB，或者黑白图像中的或使用3个单独颜色平面和语法结构进行译码的图像中的像素点的一个CTB。这些语法结构用于对像素点进行译码。相应地，译码树块(coding tree block，CTB)可以为N×N个像素点块，其中，N可以设为某个值，使得一个分量划分为CTB，这就是分割。译码单元(coding unit，CU)可以为或可以包括具有3个像素点阵列的图像中的亮度像素点的一个译码块、该图像中的色度像素点的两个对应译码块，或者黑白图像中的或使用3个单独颜色平面和语法结构进行译码的图像中的像素点的一个译码块。这些语法结构用于对像素点进行译码。相应地，译码块(coding block，CB)可以为M×N个像素点块，其中，M和N可以设为某个值，使得一个CTB划分为译码块，这就是分割。

在实施例中，例如根据HEVC，可以使用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4个PU。一个PU内执行相同的预测过程，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分割成变换单元(transform unit，TU)。

在实施例中，例如根据当前开发的最新视频译码标准(称为通用视频译码(Versatile Video Coding，VVC))，使用四叉树结合二叉树(quad-tree and binary-tree，QTBT)分割来分割译码块。在QTBT块结构中，一个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分割。四叉树叶节点进一步通过二叉树或三叉(ternary/triple)树结构进行分割。分割树叶节点称为译码单元(coding unit，CU)，这样的分段用于预测和变换处理，无需任何进一步分割。这表示在QTBT译码块结构中，CU、PU和TU的块大小相同。与此同时，还提出将三叉树分割等多重分割与QTBT块结构一起使用。

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分割技术的任意组合。

如上所述，视频编码器20用于从(预定的)预测模式集合中确定或选择最佳或最优的预测模式。预测模式集合可以包括帧内预测模式和/或帧间预测模式等。

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，例如像DC(或均值)模式和平面模式的非方向性模式或者如HEVC中定义的方向性模式，或可以包括67种不同的帧内预测模式，例如像DC(或均值)模式和平面模式的非方向性模式或者如VVC中定义的方向性模式。

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相邻块的重建像素点来生成帧内预测块265。

帧内预测单元254(或总称为模式选择单元260)还用于将帧内预测参数(或总称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，以包含到经编码的图像数据21中，从而(例如)视频解码器30可以接收并使用预测参数进行解码。

帧间预测

(可能的)帧间预测模式集合取决于可用参考图像(即(例如)前述存储在DPB 230中的至少部分经过解码的图像)和其它帧间预测参数，例如取决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/或例如取决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)和解码图像231，或者至少一个或多个先前的重建块(例如一个或多个其它/不同先前的解码图像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解码图像231，或换句话说，当前图像和先前解码图像231可以为组成视频序列中的图像序列的一部分或组成该图像序列。

例如，编码器20可以用于从多个其它图像中的同一个或不同图像的多个参考块中选择一个参考块，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。这种偏移还称为运动矢量(motion vector，MV)。

运动补偿单元用于获取(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像素点生成其它像素的像素点，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。一旦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。

熵译码

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 scheme，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 arithmeticcoding， CABAC)、基于语法的上下文自适应二进制算术译码(syntax-based context-adaptive binary arithmetic coding，SBAC)、概率区间分割熵(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。

视频编码器20的其它结构变型可以用于对视频流进行编码。例如，基于非变换的编码器20可以在某些块或帧没有变换处理单元206的情况下直接量化残差信号。在另一种实现方式中，编码器20可以包括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的一个示例。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)，得到解码图像 331。经编码的图像数据或码流包括用于解码该经编码的图像数据的信息，例如表示经编码的视频条带中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、帧间预测单元344和帧内预测单元354。帧间预测单元344可以为或可以包括运动补偿单元。在一些示例中，视频解码器30可以执行大体上与参照图2中的视频编码器100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344和帧内预测单元354还组成视频编码器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110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/或解码译码参数(图3中未示出)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可以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还可以用于向模式选择单元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。

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 parameter，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解码量化系数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对视频条带中的每个视频块确定的量化参数来确定量化程度，同样也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(还称为变换系数311)，并对解量化系数311进行变换，得到像素域中的重建残差块213。重建残差块213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)接收变换参数或相应的信息，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以得到像素域中的重建块315：例如，将重建残差块313中的像素点值和预测块365中的像素点值相加。

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，得到经过滤波的块321，从而顺利进行像素转变或提高视频质量等。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、像素点自适应偏移(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。虽然环路滤波器单元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可以实现为环后滤波器。

解码图像缓冲区

随后将一个图像中的解码视频块321存储在解码图像缓冲区330中，解码图像缓冲区330存储作为参考图像的解码图像331，后续对其它图像进行运动补偿和/或输出或显示。

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查看。

预测

帧间预测单元344可以与帧间预测单元244(特别是与运动补偿单元)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(例如通过熵解码单元304等解析和/或解码)接收的分割和/或预测参数或相应的信息来决定划分或分割和执行预测。模式选择单元360可以用于根据重建图像、块或相应的像素点(经过滤波或未经滤波)执行每个块的预测(帧内预测或帧间预测)，得到预测块365。

当将视频条带译码为经帧内译码(I)条带时，模式选择单元360中的帧内预测单元354 用于根据指示(signal)的帧内预测模式和来自当前图像中的先前解码块的数据生成用于当前视频条带的图像块的预测块365。当视频图像译码为经帧间译码(B或P)条带时，模式选择单元360中的帧间预测单元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生成用于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DPB 330中的参考图像，使用默认构建技术来构建参考帧列表0和列表1。

模式选择单元360用于通过解析运动矢量和其它语法元素，确定当前视频条带的视频块的预测信息，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，模式选择单元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编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。

视频解码器30的其它变型可以用于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 可以在某些块或帧没有逆变换处理单元312的情况下直接对残差信号进行反量化。在另一种实现方式中，视频解码器30可以包括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做进一步处理，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做进一步运算，例如修正(clip)或移位(shift)运算。

需要说明的是，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为bitDepth，则范围为–2^(bitDepth–1)～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，对推导出的运动矢量(例如，一个8×8块中的4个4×4子块的MV) 的值进行限制，使得这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。这里提供了两种根据bitDepth来限制运动矢量的方法。

方法1：通过平滑操作来去除溢出的最高有效位(most significant bit，MSB)

ux＝(mvx+2^bitDepth)％2^bitDepth (1)

mvx＝(ux≥2^bitDepth–1)？(ux–2^bitDepth):ux (2)

uy＝(mvy+2^bitDepth)％2^bitDepth (3)

mvy＝(uy≥2^bitDepth–1)？(uy–2^bitDepth):uy (4)

其中，mvx为一个图像块或子块的运动矢量中的水平分量，mvy为一个图像块或子块的运动矢量中的垂直分量，ux和uy表示中间值。

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，以二进制补码的形式存储十进数。–32769的二进制补码为 1,0111,1111,1111,1111(17位)，这时丢弃MSB，那么得到的二进制补码为 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+2^bitDepth)％2^bitDepth (5)

mvx＝(ux≥2^bitDepth–1)？(ux–2^bitDepth):ux (6)

uy＝(mvpy+mvdy+2^bitDepth)％2^bitDepth (7)

mvy＝(uy≥2^bitDepth–1)？(uy–2^bitDepth):uy (8)

这些运算可以在对mvp和mvd求和的过程中执行，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(–2^bitDepth–1,2^bitDepth–1–1,vx)

vy＝Clip3(–2^bitDepth–1,2^bitDepth–1–1,vy)

其中，vx为一个图像块或子块的运动矢量中的水平分量，vy为一个图像块或子块的运动矢量中的垂直分量；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：

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适用于实现本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包括：用于接收数据的入端口410(或输入端口410)和接收单元(Rx)420；用于处理所述数据的处理器、逻辑单元或中央处理器(central processingunit， CPU)430；用于发送所述数据的发送单元(Tx)440和出端口450(或输出端口450)；用于存储所述数据的存储器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，用作光信号或电信号的出口或入口。

处理器430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包括译码模块470。译码模块470实现上文描述的公开实施例。例如，译码模块470执行、处理、准备或提供各种译码操作。因此，将译码模块470包括在内为视频译码设备400的功能提供了实质性的改进，并且影响了视频译码设备400到不同状态的转换。或者，以存储在存储器460中并由处理器430执行的指令来实现译码模块470。

存储器460可以包括一个或多个磁盘、磁带机和固态硬盘，并且可以用作溢出数据存储设备，以在选择程序来执行时存储这些程序以及存储在执行程序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，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。装置500可以用作图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可以是中央处理器。或者，处理器502可以是现有的或今后将研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。虽然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，应用程序510包括至少一个程序，这个程序使得处理器502执行本文所述方法。例如，应用程序510可以包括应用 1至应用N，还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，例如显示器518。在一个示例中，显示器518可以是将显示器与触敏元件组合的触敏显示器，该触敏元件能够用于感测触摸输入。显示器518可以通过总线512与处理器502耦合。

虽然装置500的总线512在这里示为单个总线，但是总线512可以有多个。此外，辅助存储器514可以直接与装置500中的其它组件耦合或可以通过网络被访问，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构造。

图6示出了HEVC UIP方案中使用的多种帧内预测模式的示意图。对于亮度块，帧内预测模式可以包括最多36种帧内预测模式，这些模式可以包括3种非方向性模式和33种方向性模式。非方向性模式可以包括平面预测模式、均值(DC)预测模式和基于亮度的色度(LM)预测模式。平面预测模式可以通过假设块幅度表面具有根据块的边界推导的水平和垂直斜率来执行预测。DC预测模式可以通过假设平坦块表面具有与块边界的平均值一致的值来执行预测。LM预测模式可以通过假设块的色度值与块的亮度值一致来执行预测。

图7示出了VVC中提出的67种帧内预测模式的示例。67种帧内预测模式中的多种帧内预测模式包括：平面模式(索引0)、DC模式(索引1)和角度模式(索引2到66)，其中，图7中的左下方角度模式指的是索引2，而且这些索引的编号递增到索引66，即表示图 7中的最右上方角度模式。

如图8所示，VVC的最新版本有一些模式与倾斜(skew)帧内预测方向对应，包括广角模式(如虚线所示)。在这些模式中的任一模式下，为了预测一个块内的像素点，如果块边上的对应位置是分数位置，则需要对相邻参考像素点集执行插值。HEVC和VVC在两个相邻参考像素点之间进行线性插值。JEM使用更复杂的4抽头插值滤波器。根据宽度值或高度值，选择滤波器系数为高斯(Gaussian)滤波器系数或立方(Cubic)滤波器系数。确定是否使用宽度或高度与选择主参考边相协调：当帧内预测模式大于或等于对角线模式时，选择参考像素点的顶边作为主参考边，并选择宽度值来确定所使用的插值滤波器。否则，从块的左边选择主参考边，而且通过高度来控制滤波器选择过程。具体地，如果选定的边长度小于或等于8个像素点，则使用三次插值4抽头滤波器。否则，插值滤波器为4抽头高斯滤波器。

与帧间预测类似，当使用分数斜率方向性模式对一个块内的像素点进行预测时，帧内预测可能需要插值滤波。如果插值滤波要使用线性滤波器，则在待预测块中的像素点在参考像素点的分数(子像素)位置上的情况下，能够很容易计算滤波器系数。因此，线性滤波器不需要查找表(Look-Up Table，LUT)来存储其系数。但是，可以使用LUT，而不是直接计算系数。然而，如果预测模块使用长抽头(例如4或8抽头)插值滤波器，则该预测模块可能需要LUT来保存插值滤波器的系数，这与在帧间预测模块中一样，表1和表2分别列出了用于亮度的8抽头DCT-IF和用于色度的4抽头DCT-IF。

表1：每个1/16分数像素点位置p的亮度帧间预测插值滤波器系数f_L[p]的说明

表2：每个1/32分数像素点位置p的色度帧间预测插值滤波器系数f_C[p]的说明

表3列出了特定系数集的定义。

表3：VVC规范草案第3版中描述的帧内预测插值滤波器系数fC和fG的说明

通过与根据子像素偏移和滤波器类型定义的系数进行卷积来计算帧内预测像素点，如下所示：

在该等式中“＞＞”表示按位右移运算。

从查找表(lookup-table，LUT)中获取系数集。表3提供了根据规范草案第3版(JVET-L1001“通用视频译码(VVC草案3)”)中描述的当前VVC设计进行存储的各个值的一个示例。根据模式相关帧内平滑(Mode-Dependent Intra Smoothing，MDIS)条件来选择平滑(fG)插值滤波器或锐化(fC)插值滤波器。因此，可以使用fC或fG来生成块中的预测像素点。

如果选择的是锐化滤波器，则将预测像素点s(x)进一步修正到允许取值范围内。该允许取值范围在SPS中定义或根据选定分量的位深度进行推导。

在一些应用案例中，插值滤波器最好不保留显式LUT，因为处理LUT需要更多内存，因此会增加能耗以及芯片大小。能耗对移动应用程序很关键。芯片大小影响价格。

对于上述应用案例，有必要通过分析来定义插值滤波器的系数。滤波器系数可以根据输入的分数像素点位置p进行计算，而不是从LUT中获取。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的方法。所述方法包括以下步骤：获取参考像素点；获取子像素偏移值；使用子像素4抽头插值滤波器对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数满足：

(y+1+refIdx)×intraPredAngle，

其中，“IntraPredAngle”表示帧内预测角度的值。

fT[j]＝filterFlag？fG[iFact][j]:fC[iFact][j]，

其中，

iFact＝((y+1+refIdx)×intraPredAngle)&31。

值“31”为所述子像素偏移值的分数部分，可以取“31”之外的其它值。使用上述4抽头滤波器的滤波器系数的分析表达式，可以通过分析实时地(on-the-fly)获取滤波器系数fG(亮度)和/或fC(色度)的值。因此，根据所述子像素偏移值定义所述滤波器系数。

根据本发明的一个实施例，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数在表中定义如下：

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的方法。所述方法包括以下步骤：获取参考像素点；获取子像素偏移值；使用子像素4抽头插值滤波器对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数定义如下：

根据本发明的一个实施例，p的一个位被设置为0。

根据本发明的一个实施例，将p递增1；然后在p用于获取所述滤波器系数之前，递增后的p的一个低位被设置为0。

根据本发明的一个实施例，获取所述滤波器系数包括以下步骤：根据以下等式计算所述滤波器系数：

c₁＝16+c₀

c₂＝c₀+p

c3＝c0-p.

本发明能够使用两种方法来推导滤波器系数：从LUT中获取和根据所提供的等式进行直接计算。

所述插值滤波器的其中一个特征在于，所述插值滤波器的相位偏移与分数像素点位置p 存在线性相关性。本发明实施例利用这种相关性通过对分数像素点位置p进行简单运算，得到滤波器系数的值。

线性相关性用于推导平滑插值滤波器系数fG。通过取基于p的线性表达式的绝对值，推导锐化插值滤波器系数fC。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于视频译码的方法。所述方法包括对视频帧中的块进行帧内预测处理，所述帧内预测处理包括：使用子像素4抽头插值滤波器对所述视频帧的参考像素点进行滤波，其中，所述子像素4抽头插值滤波器为滤波器的组合，至少一个所述滤波器的滤波器系数满足：

图24为视频译码的流程图。在步骤2410中，使用子像素4抽头插值滤波器对块的参考像素点进行滤波，从而执行帧内预测处理。

根据本发明的一个实施例，所述子像素4抽头插值滤波器为平滑滤波器，即两个相位相关线性滤波器和一个低通滤波器的并联组合。

根据本发明的一个实施例，所述子像素4抽头插值滤波器为锐化滤波器，即一个相位相关线性滤波器和一个强变(strength-varying)高通滤波器的并联组合。

根据本发明的一个实施例，所述强变高通滤波器为相位无关高通有限脉冲响应(finite impulse response，FIR)滤波器，将所述强变高通滤波器的输出与相位相关强度参数相乘。

根据本发明的任一上述实施例，p的一个低位被设置为0。

根据本发明的一个实施例，将p递增1；然后在所述递增后的值用于推导插值滤波器系数之前，所述递增后的值的一个低位被设置为0。

根据本发明的一个实施例，对所述强变高通滤波器的输出执行修正运算。

本发明实施例将所述滤波器系数表示为两个或更多有限脉冲响应(finiteimpulse response，FIR)滤波器的组合。这种组合可以包括以下选择：

-循序组合(sequential combination)，即所述系数的卷积；

-并联组合(parallel combination)，即所述系数的加权总和。

这些滤波器都可以与相位参数P相关或不相关，相位参数P是分数像素点位置p的函数。所述组合中的滤波器的系数具有根据相位参数P的简单表示。

在一个实施例中，在图9中，将参考像素点集输入到插值滤波器。

在一个实施例中，对于平滑插值滤波器，相位参数P的值与分数像素点位置p的值相同。在图9中，方框F1和方框F2表示线性插值滤波器。这些滤波器中每个滤波器的系数根据相位参数p表示如下：

在一个示例中，可以定义取整或非取整除法运算，即

或者

其中，“a”为除式分子，“n”为分母上的2的幂次方。

方框F3表示2抽头低通滤波器，具有恒定系数：

c₀＝16，

c₁＝16。

在一个示例中，滤波器F1……F3为非归一化滤波器，F3的DC增益比F1的高，F3的DC增益比F2的高。

对滤波器F1……F3的输出进行求和并进行归一化。归一化(区间“>>”)可以通过右移或如上所述的取整除法等来执行。

这种组合(等效的4抽头滤波器)所得到的等式表示如下：

本实施例能够执行基于LUT的实现方式。根据这种实现方式，系数值也可以使用LUT 来定义。根据表4来定义存储在该LUT中的值(对应两种情况：取整和非取整)。

表4：平滑滤波器的帧内预测插值滤波器系数的说明

从表4中可以看出，系数的范围为[0,31]。这一事实说明本发明存在以下技术优点：至少从中期视图来看最常用以及将来最常用的8位和10位图像有可能使用16位乘法器。本发明的典型实现方式包括4次平行乘法运算，其中，乘法操作数的位深度对于滤波器系数最大为6，对于像素点最大为10。乘法的结果不超过16位值，因此从实现角度来看，所提供的系数是合适的。

在帧间预测模式下，执行块运动补偿。运动补偿可以包括插值滤波步骤，与帧内插值滤波类似。本发明的另一优点在于，插值滤波器的系数在帧内和帧间预测模式下具有相同的精度(即，系数值的位深度相同)。如果插值滤波器系数的精度在帧内预测情况下较高，则会增加视频编解码的计算复杂度。这是因为帧内预测需要前面块的重建像素点，在本质上是按顺序执行的。相反，帧间预测可以并行执行。因此，如果帧内预测的插值精度比帧间预测的插值精度高，则会加剧帧内预测方式和帧间预测方式在调用上的不平衡。这样调整精度能够避免这种不利影响。

本发明的另一个优点是减少系数的多样性。考虑到表4的成对相邻行是相同的，本发明的一种实际实现方式为：从只有16行而不是32行的LUT(这些行对应于“取整”情况下的p的偶数值以及对应于“非取整”情况下的p的奇数值)中获取系数。

本发明的技术效果是，能够执行至少以下类型的实现方式：

-无LUT的实现方式，即使用p的值来计算滤波器系数，其中，根据上述分析等式进行计算；

-基于LUT的实现方式，即基于p值使用索引值从LUT中获取滤波器系数。

在计算系数值时，p值的精度会降低。具体而言，系数值根据整除2得到的结果进行推导，即

可以实现为右移1位，这在硬件中易于实现。在基于LUT的实现方式中，降低的精度会减少存储LUT所需的内存。在硬件上，这也会减少LUT的地址总线的线数。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的装置。所述装置包括：参考像素点获取单元，用于获取参考像素点；子像素偏移值获取单元，用于获取子像素偏移值；子像素4抽头插值滤波器，用于对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数满足：

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的装置。所述装置包括：参考像素点获取单元，用于获取参考像素点；子像素偏移值获取单元，用于获取子像素偏移值；子像素4抽头插值滤波器，用于对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数定义如下：

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于视频译码的装置。所述装置包括：帧内预测处理单元，用于对视频帧中的块进行帧内预测；子像素4抽头插值滤波器，用于对所述视频帧的参考像素点进行滤波，其中，所述子像素4抽头插值滤波器为滤波器的组合，至少一个所述滤波器的滤波器系数满足：

根据本发明的一个实施例，提供了一种编码器(20)。所述编码器(20)包括处理电路，用于执行本发明的任一上述实施例提供的方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种解码器(30)。所述解码器(30)包括处理电路，用于执行本发明的任一上述实施例提供的方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品包括程序代码，用于执行本发明的任一上述实施例提供的方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种解码器。所述解码器包括：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程序。当所述一个或多个处理器执行所述程序时，所述解码器用于执行本发明的任一上述实施例提供的方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种编码器。所述编码器包括：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程序。当所述一个或多个处理器执行所述程序时，所述编码器用于执行本发明的任一上述实施例提供的方法。

任一上述实施例的本发明能够快速执行视频帧的帧内/帧间预测。这是因为通过分析获取所述插值滤波器的滤波器系数，即所述系数是实时计算的。这样避免了将所述系数存储在查找表(look-up table，LUT)中(需要访问时间从存储器中读取所述系数)。

在一个实施例中，在锐化插值滤波器的情况下，强度参数S定义如下：

定义该强度参数S在半像素位置(p＝16)上具有最大值。对于接近整数位置的子像素位置，强度参数S具有较小值。图10示出了滤波器的示例性组合。图10中的方框F1为线性滤波器，其系数定义如下：

c₀＝64-(p＜＜1)，

c₁＝p＜＜1。

方框F2表示高通滤波器，具有以下系数：

c₀＝-1

c₁＝1

c₂＝1

c₃＝-1

将方框F2的输出与强度参数S相乘。将乘积进一步与线性滤波器F1的输出相加，并将所得和进行归一化。

这种组合(等效的4抽头滤波器)的所得等式表示如下：

c₀＝-S

c₁＝64-(p＜＜1)+S

c₂＝(p＜＜1)+S

c₃＝-S

这个等式还可以用于基于LUT的实现方式。表5列出了系数值。

表5：锐化滤波器的帧内预测插值滤波器系数的说明

由于滤波器F2存在负系数，因此将归一化结果进一步修正到允许值范围内，该允许值范围可以在SPS中指示或根据像素点的位深度进行推导。

在一种替代实施例中，可以指定修正运算的替代位置(参见图11)。这种替代设计以线性滤波器F1的输出值可能不小于或不大于其任何输入值为基础。

在一个实施例中，通过以下步骤操作修正块。

步骤1：确定执行最小定限(thresholding)或最大定限。

步骤2根据步骤1的结果。具体地，执行最小定限或最大定限。

当修正块的输入为负时，执行最小定限。否则，执行最大定限。步骤2(和修正块)的输出v_c可以定义如下：

对于输入值v，最小定限的输出v_cmin计算如下：

最大定限的输出计算如下：

其中，p_max为像素点的允许值范围内的最大值。

值ref_x和ref_x-1为图11所示的输入参考像素点，即线性滤波器F1的输入。

在一个实施例中，如果在乘法运算之后执行修正，v_c计算如下：

在一些实施例中，图9中的滤波器F3以及图10和图11中的滤波器F2可以与相位参数 P不相关。这些实施例简化了实现，因为这些滤波器的输出对于预测像素点的每个输入行可以是相同的，因此可以在开始插值过程之前，例如在参考像素点滤波过程中执行本步骤。这种方法增加了并行性，从而降低了方向性滤波的时延。

另一个替代实施例(参见图12A和图12B)使用强度可调的滤波器，而不仅仅使用滤波器输出的倍数。图12A示出了对高通滤波器F2的输出执行修正的情况。图12B示出了对F1和F2的组合的归一化输出执行修正的情况。强度可调的滤波器举例如下：双边滤波器、逆变换滤波器等。

在另一个实施例中，降低p的分辨率，即只使用32个表项中的16个。可以通过将p的最低有效位设置为0来降低分辨率。

如图13至图21所示，帧内预测和帧间预测可以使用插值滤波器系数的LUT表示和分析表示的不同组合。例如，图14示出了计算在帧内预测情况下使用的平滑插值滤波器的系数而帧内预测和帧间预测使用的其它插值滤波器的系数存储在LUT中的应用案例。另外，视频译码规范可以包括插值滤波器系数的LUT表示和分析表示，以执行不同的实现方式。如果这两种表示都描述了，则LUT表示和分析表示需要提供相同的系数。

图22示出了图1所示的系数计算方法的一种实现方式。

在等式

c₀＝-S

c₁＝64-(p＜＜1)+S

c₂＝(p＜＜1)+S

c₃＝-S

中，强度参数S定义如下：

本实现方式对应于推导强度参数S(在图22中表示为“q”所得到的值)的不同方式。将分数像素点位置p的值转发到解复用器(demultiplexer，DEMUX)中，该解复用器 DEMUX由输入的1位信号SEL控制，该信号被设置为p的第5个最低有效位的值(如果索引从0开始，则索引为4)。如果该位等于“1”，则SEL信号表示的p值大于16，计算以下值：

q＝–(not(31xorp))，

其中，“not”和“xor”分别表示按位NOT和XOR运算。这个表达式相当于q＝(32–p)，可以用C/C++编程语言编写为：

q＝–(～(0x1F^p))。

否则(即，如果解复用器DEMUX的输入信号SEL为“0”)，则跳过任何计算，并将信号p像信号q一样转发给复用器(multiplexer，MUX)。将复用器MUX的输出信号r传递给一个模块，该模块计算t的值，如下所示：

t＝((r<<1)+r)>>3，

其中，“<<”和“>>”分别表示左移运算和右移运算。

事实上，t的这个值就是强度参数S。通过执行图22所示的步骤以及使用线性滤波器的其中一个系数，可以进一步优化：

z＝(64–(p<<1))。

一旦计算出z和S的值，将它们相加，得到c₁＝z+S。

尽管本发明实施例主要根据视频译码进行了描述，但需要说明的是，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。一般而言，如果图像处理译码仅限于单个图像17，则只有帧间预测单元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(还称为工具或技术)同样可以用于静止图像处理，例如残差计算204/304、变换206、量化208、反量化 210/310、(逆)变换212/312、分割262/362、帧内预测254/354和/或环路滤波220/320、熵译码270和熵解码304。

例如，编码器20和解码器30的实施例以及本文中描述的功能(例如参照编码器20和解码器30)可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则各种功能可以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发送，且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质，对应于有形介质(例如数据存储介质)，或可以包括任何根据通信协议等促进将计算机程序从一个地方传递到另一个地方的通信介质。通过这种方式，计算机可读介质一般可以对应于(1)非瞬时性的有形计算机可读存储介质或(2)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含在介质的定义中。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含压缩光盘(compact disc，CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(digitalversatile disc，DVD)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。

可以通过一个或多个数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、一个或多个通用微处理器、一个或多个专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)、一个或多个现场可编程逻辑阵列(field programmable logic array，FPGA)或其它同等集成或离散逻辑电路等一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，或者并入在组合译码器中。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。相反，如上所述，各种单元可以结合合适的软件和/或固件组合在译码器硬件单元中，或者通过包括如上所述的一个或多个处理器的互操作硬件单元的集合来提供。

总之，本发明涉及用于视频编码和解码的帧内预测或帧间预测。为此，提供装置和方法来获取参考像素点和子像素偏移值。一种子像素4抽头插值滤波器用于对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值。所述子像素4抽头插值滤波器的滤波器系数根据所述子像素偏移值进行定义，例如

和

其中，p是所述子像素偏移值的分数部分。

其它实施例总结如下：

实施例1：一种用于视频译码技术中的帧内预测或帧间预测过程的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取参考像素点(即至少一个参考像素点，在一个示例中，可以有4个参考像素点)；

获取子像素偏移值；

使用子像素插值滤波器对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素插值滤波器的滤波器系数根据所述子像素偏移值获取。

实施例2：根据实施例1所述的方法，其特征在于，所述子像素插值滤波器的滤波器系数根据所述子像素偏移值的分数部分获取。

实施例3：根据实施例1或2所述的方法，其特征在于，所述子像素插值滤波器为等效的4抽头滤波器。

实施例4：根据实施例3所述的方法，其特征在于，所述子像素插值滤波器的滤波器系数根据以下等式获取：

其中，p为所述子像素偏移值的分数部分。

实施例5：根据实施例3所述的方法，其特征在于，所述子像素插值滤波器的滤波器系数根据以下等式获取：

c₀＝-S

c₁＝64-(p＜＜1)+S

c₂＝(p＜＜1)+S

c₃＝-S

其中，强度参数S定义如下：

其中，p为所述子像素偏移值的分数部分。

实施例6：根据实施例1至5中任一个所述的方法，其特征在于，所述子像素偏移p的一个位(例如最低位或低位)被设置为0。

实施例7：根据实施例1至5中任一个所述的方法，其特征在于，将所述子像素偏移p的值递增1；然后在所述递增后的值用于推导滤波器系数之前，所述递增后的值的一个低位被设置为0。

实施例8：一种用于视频译码的方法，其特征在于，所述方法包括块的帧内预测处理，所述帧内预测处理包括对参考像素点进行子像素插值滤波，

其中，所述子像素插值滤波器为滤波器的组合，至少一个所述滤波器根据子像素偏移确定。

实施例9：根据实施例8所述的方法，其特征在于，所述插值滤波器为平滑滤波器，即两个相位相关线性滤波器和一个低通滤波器的并联组合。

实施例10：根据实施例8所述的方法，其特征在于，所述插值滤波器为锐化滤波器，即一个相位相关线性滤波器和一个强变(strength-varying)高通滤波器的并联组合。

实施例11：根据实施例10所述的方法，其特征在于，所述强变高通滤波器为相位无关高通FIR滤波器，将所述强变高通滤波器的输出与相位相关强度参数相乘。

实施例12：根据实施例9所述的方法，其特征在于，所述滤波器的组合为等效的4抽头滤波器，其系数根据以下等式指定：

其中，p为分数像素点位置p。

实施例13：根据实施例11所述的方法，其特征在于，所述滤波器的组合为等效的4抽头滤波器，其系数根据以下等式指定：

c₀＝-S

c₁＝64-(p＜＜1)+S

c₂＝(p＜＜1)+S

c₃＝-S

其中，强度参数S定义如下：

实施例14：根据任一上述实施例所述的方法，其特征在于，所述分数像素点位置p的一个低位被设置为0。

实施例15：根据实施例8至13中任一个所述的方法，其特征在于，将所述分数像素点位置p递增1；然后在所述递增后的值用于推导插值滤波器系数之前，所述递增后的值的一个低位被设置为0。

实施例16：根据实施例10或11所述的方法，其特征在于，对所述强变高通滤波器的输出执行修正运算。

实施例17：一种编码器(20)，其特征在于，所述编码器(20)包括处理电路，用于执行根据实施例1至16中任一个所述的方法。

实施例18：一种解码器(30)，其特征在于，所述解码器(30)包括处理电路，用于执行根据实施例1至16中任一个所述的方法。

实施例19：一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括程序代码，用于执行根据实施例1至16中任一个所述的方法。

实施例20：一种解码器，其特征在于，所述解码器包括：

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程序，其中，当所述一个或多个处理器执行所述程序时，所述解码器用于执行根据实施例1至16中任一个所述的方法。

实施例21：一种编码器，其特征在于，所述编码器包括：

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程序，其中，当所述一个或多个处理器执行所述程序时，所述编码器用于执行根据实施例1至16中任一个所述的方法。

实施例22：一种用于视频译码技术中的帧内预测或帧间预测过程的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取分数像素点位置；

使用子像素插值滤波器对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值，其中，所述子像素插值滤波器的滤波器系数根据以下等式获取：

c₀＝-S

c₁＝64-(p＜＜1)+S

c₂＝(p＜＜1)+S

c₃＝-S

其中，S为强度参数，p为分数像素点位置，c₀,c₁,c₂,c₃为所述滤波器系数。

实施例23：根据实施例22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过取所述分数像素点位置p的第N个最低有效位，获取SEL信号的值，其中，N为正整数；

获取q的中间值，其中，当所述SEL信号为0时，将q设置为所述分数像素点位置p的值；或者，当所述SEL信号不为0时，将q设置为–(not(31xorp))；

通过一次加法运算和移位运算，获取所述强度参数S：

S＝((q<<1)+q)>>3。

实施例24：根据实施例23所述的方法，其特征在于，N等于5。

实施例25：根据实施例22至24中任一个所述的方法，其特征在于，所述子像素插值滤波器为等效的4抽头滤波器。

实施例26：根据实施例22至25中任一个所述的方法，其特征在于，所述强度参数S与线性滤波器的系数z,并行计算，所述线性滤波器的系数z用于获取所述子像素插值滤波器的滤波器系数c₁，

z＝64-(p＜＜1)。

实施例27：根据实施例22至25中任一个所述的方法，其特征在于，所述分数像素点位置p的一个位(例如最低位或低位)被设置为0。

实施例28：根据实施例22至26中任一个所述的方法，其中，将所述分数像素点位置p 递增1；然后在所述递增后的值用于推导滤波器系数之前，所述递增后的值的一个低位被设置为0。

实施例29：一种用于视频译码的方法，其特征在于，所述方法包括块的帧内预测处理，所述帧内预测处理包括对参考像素点进行子像素插值滤波，

其中，所述子像素插值滤波器为滤波器的组合，至少一个所述滤波器根据分数像素点位置确定。

实施例29：根据实施例28所述的方法，其特征在于，所述插值滤波器为平滑滤波器，即两个相位相关线性滤波器和一个低通滤波器的并联组合。

实施例30：根据实施例29所述的方法，其特征在于，所述插值滤波器为锐化滤波器，即一个相位相关线性滤波器和一个强变(strength-varying)高通滤波器的并联组合。

实施例31：根据实施例30所述的方法，其特征在于，所述强变高通滤波器为相位无关高通FIR滤波器，将所述强变高通滤波器的输出与相位相关强度参数相乘。

实施例32：一种编码器(20)，其特征在于，所述编码器(20)包括处理电路，用于执行根据实施例22至31中任一个所述的方法。

实施例33：一种解码器(30)，其特征在于，所述解码器(30)包括处理电路，用于执行根据实施例22至31中任一个所述的方法。

实施例34：一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括程序代码，用于执行根据实施例22至31中任一个所述的方法。

实施例35：一种解码器，其特征在于，所述解码器包括：

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程序，其中，当所述一个或多个处理器执行所述程序时，所述解码器用于执行根据实施例22至31中任一个所述的方法。

实施例36：一种编码器，其特征在于，所述编码器包括：

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程序，其中，当所述一个或多个处理器执行所述程序时，所述编码器用于执行根据实施例22至31中任一个所述的方法。

附图标记列表

图1A

10 视频译码系统

12 源设备

13 通信信道

14 目的地设备

16 图像源

17 图像数据

18 预处理器

19 预处理图像数据

20 视频编码器

21 经编码的图像数据

22 通信接口

28 通信接口

30 视频解码器

31 解码图像数据

32 后处理器

33 后处理图像数据

34 显示设备

图1B

40 视频译码系统

41 一个或多个成像设备

42 天线

43 处理器

44 存储器

45 显示设备

46 处理电路

20 视频编码器

30 视频解码器

图2

17 图像(数据)

19 预处理图像(数据)

20 编码器

21 经编码的图像数据

201 输入端(输入接口)

204 残差计算(单元或步骤)

206 变换处理单元

208 量化单元

210 反量化单元

212 逆变换处理单元

214 重建单元

220 环路滤波器单元

230 解码图像缓冲区(decoded picture buffer，DPB)

260 模式选择单元

270 熵编码单元

272 输出端(输出接口)

244 帧间预测单元

254 帧内预测单元

262 分割单元

203 图像块

205 残差块

213 重建残差块

215 重建块

221 经过滤波的块

231 解码图像

265 预测块

266 语法元素

207 变换系数

209 量化系数

211 解量化系数

图3

21 经编码的图像数据

30 视频解码器

304 熵解码单元

309 量化系数

310 反量化单元

311 解量化系数

312 逆变换处理单元

313 重建残差块

314 重建单元

315 重建块

320 环路滤波器

321 经过滤波的块

330 解码图像缓冲区DPB

331 解码图像

360 模式应用单元

365 预测块

366 语法元素

344 帧间预测单元

354 帧内预测单元

图4

400 视频译码设备

410 入端口/输入端口

420 接收单元Rx

430 处理器

440 发送单元Tx

450 出端口/输出端口

460 存储器

470 译码模块

图5

500 源设备或目的地设备

502 处理器

504 存储器

506 代码和数据

508 操作系统

510 应用程序

512 总线

518 显示器

图23

2300 帧内/帧间预测处理方法的流程图

图24

2400 视频解码方法的流程图

图25

2500 帧内/帧间处理模块

2510 参考像素点获取单元

2520 子像素偏移值获取单元

2530 子像素插值滤波器

图26

2600 视频译码模块

2610 帧内预测处理单元

2620 子像素插值滤波器。

Claims

1.一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取参考像素点；

获取子像素偏移值；

使用4抽头插值滤波器对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值；

根据所述预测像素点值获得重建块；

根据所述重建块获得解码图像；

其中，所述4抽头插值滤波器的滤波器系数定义如下：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，p的一个位被设置为0。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将p递增1；然后在p用于获取所述滤波器系数之前，递增后的p的一个低位被设置为0。

4.一种用于视频帧的帧内预测或帧间预测处理的装置，其特征在于，所述装置包括：

参考像素点获取单元，用于获取参考像素点；

子像素偏移值获取单元，用于获取子像素偏移值；

4抽头插值滤波器，用于对所述参考像素点进行滤波，得到预测像素点值；

用于根据所述预测像素点值获得重建块的单元；以及

用于根据所述重建块获得解码图像的单元；

其中，所述4抽头插值滤波器的滤波器系数定义如下：

5.据权利要求4所述的方法，其特征在于，p的一个位被设置为0。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将p递增1；然后在p用于获取所述滤波器系数之前，递增后的p的一个低位被设置为0。