CN113573057A - 具有视频数据自适应量化的视频编码或解码方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于处理具有颜色分量的视频数据的视频编码或解码方法和装置包括：接收视频数据，执行帧间预测和帧内预测，确定亮度量化参数(QP)，导出色度QP偏置，从色度QP偏置和亮度QP计算色度QP，进行变换或逆变换，并利用亮度QP对亮度分量执行量化或逆量化，利用色度QP对色度分量进行量化或逆量化。从中间QP指数导出色度QP偏置，并且通过将亮度QP和色度QP偏移参数的和裁剪到指定范围来计算中间QP指数。通过限制色度QP偏置，可以自适应地控制分配用于编解码亮度和色度分量的位。

Description

具有视频数据自适应量化的视频编码或解码方法和装置
【交叉引用】
本申请要求2018.2.1提交的美国临时申请号为62/624,869，名称为“Methods andapparatus for adaptive quantization of video data”的美国临时申请案和2018.2.1提交的美国临时申请号为62/624,865，名称为“Methods and apparatus forquantization of video data”的美国临时申请案的优先权，其全部内容也一并引用于此。
【技术领域】
本发明涉及具有视频数据的自适应量化的视频编码或解码方法和装置。特别地，本发明涉及视频数据处理方法和装置，其利用从相关联的亮度量化参数导出的自适应色度量化参数对视频数据进行编码或解码。
【背景技术】
高效视频编解码(HEVC)标准是由ITU-T研究组的视频编解码专家视频编解码联合协作小组(Joint Collaborative Team on Video编解码,简写为JCT-VC)组开发的最新视频编解码标准。HEVC标准依赖于基于块的编解码结构，其将视频数据的每个切片(slice)划分为称为编解码树单元(CTU)的非重迭切片。视频图像由切片集合表示，并且每个切片由整数个CTU组成。光栅扫描顺序用于处理切片中的CTU。使用递归四叉树分割结构将每个CTU进一步递归地划分为一个或多个编解码单元(CU)以适应各种局部运动和纹理特性。CU大小被限制为小于或等于最小允许CU大小，其在序列参数集(SPS)中指定。图1中示出了四叉树块分区结构的示例，其中实线指示CTU 100中的CU边界。预测决策在CU级别进行，其中每个CU使用帧间预测或帧内预测来编解码。可以使用帧内预测根据帧内模式或使用具有至多两个运动矢量和参考指数的帧间预测来预测双向预测(B)切片中的每个CU的样本值。可以使用根据帧内模式的帧内预测或仅具有一个运动矢量和一个参考指数的帧间预测来预测预测(P)切片中的每个CU的样本值。使用帧内预测来预测帧内(I)切片中的所有CU。
一旦完成CU分层树的分割，每个CU根据用于预测的PU分区类型进一步分成一个或多个预测单元(PU)。图2示出了HEVC标准中定义的八种PU分区类型。根据图2中所示的八个PU分区类型之一将每个CU分成一个、两个或四个PU。当相同的预测过程应用于PU中的所有像素时，PU用作用于共享预测信息的基本代表性块。预测信息以PU为基础传送给解码器。在获得由预测过程产生的残差信号之后，属于CU的残差信号的残差数据根据残差四叉树(RQT)块分割结构被分成一个或多个变换单元(TU)，用于表示相关联的预测残差信号。TU中的残差将被转换为用于紧凑数据表示的变换系数。图1中的虚线表示CTU 100的TU边界。TU是用于对残差信号应用变换和量化的基本代表性块。对于每个TU，将具有与TU相同大小的变换矩阵应用于残差信号以生成变换系数，并且这些变换系数被量化并且以TU为基础传送到解码器。TU包含大小为8x8、16x16或32x32的亮度样本的变换块(TB)或大小为4x4的4个TB亮度样本，以及4：2：0颜色格式的图像中两个相应的色度样本TB。对每个TB应用整数变换处理(integer transform processing)，随后进行量化处理，并且在视频位流中对量化的系数级别进行编码。
术语编解码树块(CTB)、编解码块(CB)、预测块(PB)和TB被定义为分别指定与CTU、CU、PU和TU相关联的一个颜色分量的二维样本阵列。例如，CTU由一个亮度CTB、两个色度CTB及其相关的语法元素组成。在HEVC系统中，相同的四叉树块分区结构通常应用于亮度和色度分量，除非达到色度块的最小尺寸。
ITU-T SG 16WP 3和ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11的联合视频探索小组(JointVideo Exploration Team，简写为JVET)目前正在开发下一代视频编解码标准通用视频编解码(Versatile Video coding，简写为VVC)。一些有希望的新编解码工具已被采用到联合勘探模型(Joint Exploration Model，简写为JEM)中以进行进一步研究，例如使用四叉树加二叉树(QuadTree plus Binary Tree，简写为QTBT)结构将CTU划分为一个或多个CU。QTBT结构将四叉树分割方法与二叉树分割方法相结合，这种方法平衡了两种分区方法的编解码效率和编码复杂度。使用QTBT结构划分的每个CU被用作用于预测和变换处理的基本表示单元而无需进一步划分，即，一个CU恰好包含一个用于预测的PU，并且一个CU恰好包含用于变换和量化的一个TU。每个得到的TB的尺寸范围从128x128到2x2，并且每个TB是正方形或矩形形状。HEVC标准中指定的量化方法在JEM中被重用，用于量化每个TB中的变换系数。
在HEVC标准和JEM中，在编码器侧确定量化参数(QP)以控制每个TB中的变换系数的量化的粗糙度，并且QP信息被传送到解码器侧，使得解码器将使用相同的QP进行正确的解码过程。通常，对于较低的QP值，编码视频的质量较高，但消耗更多位。另一方面，对于更高的QP值，编码视频的质量更低并且消耗更少的位。发送由当前编解码QP和参考QP之间的差导出的ΔQP而不是当前编解码QP，以便减少QP信息信令所需的位。编码器可以为亮度分量和色度分量设置不同的QP值。以这种方式，编码器可以控制如何对不同颜色分量执行量化，从而调节颜色分量之间的质量和位率。
【发明内容】
公开了在视频编解码系统中编码或解码视频数据的方法和装置。视频编码或解码方法的实施例接收具有亮度分量和至少一个色度分量的视频数据，对接收到的视频数据执行帧间预测和/或帧内预测，以减少接收到的视频数据内的时间和/或空间冗余，确定用于亮度分量的亮度QP，从中间QP指数(qPi)得出色度QP偏置，并通过从亮度QP减去色度QP偏置或从中间QP指数减去色度QP偏置来计算色度QP。中间QP指数是从亮度QP导出的，例如，通过将亮度QP和色度QP偏移参数的和剪裁到指定范围。与色度QP偏移参数和指定范围相关联的信息可以在视频位流中明确信令。然后，视频编码或解码方法在对接收到的视频数据进行编码期间执行变换处理和/或在对接收到的视频数据的编码或解码的重建期间执行逆变换处理，并且利用该亮度量化参数的该亮度分量和利用该色度量化参数的该色度分量在接收到的视频数据的编码期间执行量化处理，和/或在对该接收的视频数据进行编码或解码的重建过程中进行逆量化处理。
对于具有包括色度Cb和色度Cr分量的两个色度分量的视频数据，视频编码或解码方法的实施例导出用于色度Cb分量的一个色度QP偏置和用于色度Cr分量的另一色度QP偏置。在图像参数集(PPS)、切片报头以及色度Cb和色度Cr分量的每个编解码单元中的一个或多个中，发信用于导出这些色度QP偏置的信息。
色度QP偏置的实施例是通过函数FgpBs(qPi)和参数集得出的，其中函数FgpBs(qPi)根据qPi输出整数值(integral value)，并且根据参数集缩放整数值。色度QP偏置等于缩放的整数值。参数集中的每个值可以隐式地预先确定或从视频位流中信令的信息中明确推导。在一个示例中，参数集包括两个QP边界值qpBs1、qpBs2、较高指示范围t1、较低指数范围t2以及一个或多个缩放参数。色度QP偏置的值受qpBs1和qpBs2限制，并且当qPi在t1和t2定义的指数范围内时，色度QP偏置等于缩放的整数值，并且当qPi超出指数范围时，色度QP偏置等于qpBs1和qpBs2之一。
在一个实施例中，从qPi与指定函数Fqpc(qPi)的输出之间的差导出色度QP偏置，并且通过从qPi中减去色度QP偏置来导出色度QP。在实施例的变型中，从亮度QP和指定函数Fqpc(qPi)的输出之间的差导出色度QP偏置，并且通过从亮度QP中减去色度QP偏置来导出色度QP。函数Fqpc(qPi)的示例通过根据qPi搜索映射表来输出值。
导出色度QP偏置的一些实施例还通过最大色度QP偏置值来限制色度QP偏置。如果色度QP偏置大于最大色度QP偏置值，则将色度QP偏置裁剪为最大色度QP偏置值。根据一些实施例，最大色度QP偏置值在高级语法集中明确地信令，并且根据特定实施例最大色度QP偏置值可以以编解码单元或量化组为单位进一步信令。在一个实施例中，色度QP偏置也受到最小色度QP偏置值的限制，并且如果色度QP偏置小于最小色度QP偏置值，则将色度QP偏置限制到最小色度QP偏置值。最小色度QP偏置值会显式信令或隐式推断。例如，最小色度QP偏置值被设置为零，而最大色度QP偏置值是自适应导出的。编码器可以发信视频位流中的最大色度QP偏置值，并且解码器可以从视频位流中导出最大色度QP偏置值。通过最大色度QP偏置值限制色度QP偏置的一个实施例是通过在最大色度QP偏置值和色度QP偏置之间选择最小值限制色度QP偏置。然后通过从亮度QP或中间QP指数中减去最大色度QP偏置值和色度QP偏置之间的最小值来导出色度QP。
在导出色度QP偏置的一些实施例中，对色度QP偏置进行缩放，并从亮度QP或中间QP指数中减去缩放后的色度QP偏置以确定色度QP。可以在视频位流中信令缩放因子或整数参数的参数集，以缩放色度QP偏置。
本公开的各方面还提供一种用于执行视频编码的装置，该装置包括配置为接收视频数据并执行编码或解码的计算机处理器。该装置的实施例接收具有亮度和色度分量的视频数据，执行预测以减少所接收的视频数据内的冗余，执行变换处理和/或逆变换处理，以及执行量化处理和/或逆量化处理。根据色度QP偏置从相关联的亮度QP自适应地导出色度QP。色度QP偏置是从中间QP指数导出的，并且色度QP是通过从亮度QP减去色度QP偏置或从中间QP指数减去色度QP偏置来计算的。亮度QP用于亮度分量的量化和逆量化，而色度QP用于色度分量的量化和逆量化。
本公开的各方面还提供了一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于使装置的处理电路利用自适应色度QP来执行视频编解码处理的程序指令，该自适应色度QP由关联的亮度QP和色度QP偏置导出。通过阅读下面对具体实施例的描述，本发明的其他方面和特征对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
【附图说明】
将参考以下附图详细描述作为示例提出的本公开的各种实施例，其中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：
图1示出了示例性编解码树，该示例性编解码树用于在HEVC标准中将编解码树单元(CTU)拆分为编解码单元(CU)，并将每个CU拆分为一个或多个变换单元(TU)。
图2示出了根据HEVC标准的将CU分成一个或多个PU的八种不同的PU分区类型。
图3是示出根据本发明的实施例的示例性视频编码或视频解码方法的流程图。
图4是示出根据本发明另一实施例的示例性视频编码或视频解码方法的流程图。
图5示出了根据本发明实施例的，结合了视频编码方法的视频编码系统的示例性系统框图。
图6示出了根据本发明实施例的，结合了视频解码方法的视频解码系统的示例性系统框图。
【具体实施方式】
容易理解的是，如本文附图中一般描述和说明的本发明的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图所示，本发明的系统和方法的实施例的以下更详细的描述并非旨在限制所要求保护的本发明的范围，而仅仅代表本发明的所选实施例。贯穿本说明书对“实施例”、“一些实施例”或类似语言的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在实施例中”或“在一些实施例中”不一定都指代相同的实施例，这些实施例可以单独实现或与一个或多个其他实施例结合实现。此外，所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法、组件等来实践本发明。在其他情况下，未示出公知的结构或操作或详细描述以避免模糊本发明的各方面。
用于视频压缩的编码器设计的一个重要方面是控制对应于各种级别的视频质量的每个颜色分量的量化的粒度(granularity)。这种控制通常通过建立与主要颜色分量(通常是亮度分量)和次要颜色分量(通常是色度分量)相关联的QP之间的关系来实现。
在HEVC标准中定义的QP的范围被限制在-QpBdOffset和51之间(包括-QpBdOffset和51)，其中QpBdOffset是从样本位深度导出的量化参数范围偏移。量化参数范围偏移QpBdOffset等于(6*bit_depth_minus8)，其中bit_depth_minus8等于采样位深度减去8。对于未以单色格式(monochrome)编解码的输入图像，用于量化色度TB的色度QP(Qpc)是从用于量化关联的亮度TB的亮度QP(Qpy)导出，并且根据HEVC标准的色度QP导出过程包括两个步骤：首先，通过将亮度QP和色度QP偏移参数的和限幅(clip)到指定范围，从亮度QP(Qpy)和色度QP偏移参数(chromaQPOffset)确定中间QP指数(qPi)，其次，根据qPi通过表查找操作确定色度QP(Qpc)的值。指定范围设置在-QpBdOffset到57之间。该色度QP导出过程也由等式(1)和等式(2)描述，并且等式(2)中用于4：2：0颜色格式的函数Fqpc(qPi)在表1中规定。
qPi＝clip3(-QpBdOffsetC，57，Qpy+chromaQpOffset) 等式(1)
Qpc＝Fqpc(qPi) 等式(2)
其中函数clip3(x，y，z)在z小于x时输出x，如果z大于y则输出y，否则输出z，QpBdOffsetC是对应色度分量的量化参数范围偏移。色度QP偏移参数(chromaQPOffset)可以分别包括用于色度Cb分量和色度Cr分量的两个语法元素cb_qp_offset和cr_qp_offset。
qPi <30 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 >43
Qp<sub>C</sub> ＝qPi 29 30 31 32 33 33 34 34 35 35 36 36 37 37 ＝qPi-6
表1
在表1中指定了用于以4：2：0颜色格式编解码图像的函数Eqpc(qPi)，然而，函数Eqpc(qPi)是用于以除4：2：0色格式之外的颜色格式编解码图像的单位函数(identityfunction)。根据HEVC标准，色度QP的值等于函数Eqpc(qPi)的输出。色度QP偏移参数(chromaQpOffset)可以分别在图像参数集(PPS)、切片报头和用于色度Cb和色度Cr分量的每个编解码单元中信令。对于0到29范围内的Qpc值，遵循Qpc和qPi之间的线性关系，即Qpc＝qPi；而对于Qpc值在30到43的范围内遵循非线性关系；并且对于更高的Qpc值，遵循Qpc和qPi之间的另一个线性关系，即，Qpc＝qPi-6。当亮度QP值大于或等于57时，色度QP值在最大值51处饱和。
具有色度QP偏置(bias)的更多自适应色度QP视频编码器通过改变每个TU的亮度QP和色度QP(Qpy-Qpc)之间的差异来控制亮度分量与相关色度分量之间的质量权衡，但是，这种差异只能通过调整HEVC标准和JEM中的色度量化偏移参数chromaQpOffset来控制。本公开中引入的一些新方法更灵活地支持色度QP的适应性以提高压缩效率。在以下实施例中，由chromaQPBias指示的色度QP偏置用于计算色度QP。视频编码系统可以通过控制色度QP偏置的值来调整亮度QP和色度QP之间的差异。在一个实施例中，根据等式(3)通过中间QP指数(qPi)导出色度QP偏置。得到的色度QP被设置为等于中间QP指数和色度QP偏置之间的差，即Qpc＝qPi-chromaQpBias。
chromaQpBias＝(qPi<t1)？qpBs1:((qPi>t2)？qpBs2:(s1*FqpBs(qPi)/s2)) 等式(3)
其中qPi可以从相关的Qpy导出，例如，qPi由等式(1)导出，s1、s2、t1、t2、qpBs1和qpBs2是整数映射参数，每个参数是隐式预定义的或者从在视频位流中信令的信息明确地导出，并且FqpBs(qPi)是用于导出色度QP偏置的指定函数。
根据一个示例，指定函数FqpBs(qPi)遵循表2中所示的关系，用于以4：2：0颜色格式编解码图像。根据另一示例，指定函数FqpBs(qPi)是线性函数，诸如等式(4)中所示的线性函数。
qPi <30 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 >43
F<sub>qpBs</sub>(qPi) 0 1 1 1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6
表2
FqpBs(qPi)＝qPi–c 等式(4)
其中c是一个整数参数(integral parameter)，它是隐式预定义的，或者是从视频位流中信令的信息中显式地导出的。
在一个实例中，视频编码器或视频解码器将等式(3)的参数集(s1，s2，t1，t2，qpBs1，qpBs2，c)的值设定为等于(1,6,30,59，0,6,24)用于以4：2：0颜色格式编解码图像，并且通过等式(5)导出色度QP偏置。该示例中的色度QP偏置的值在0和6之间，并且当中间QP指数的值在30和59之内时，色度QP偏置和中间QP指数之间存在线性关系。
chromaQpBias＝(qPi<30)？0:((qPi>59)？6:((qPi–24)/6)) 等式(5)
在另一实例中，视频编码器或视频解码器将等式(3)的参数集(s1，s2，t1，t2，qpBs1，qpBs2，c)的值设定为等于(2,6,27,41，0,6,24)用于以4：2：0颜色格式编解码图像，因此通过等式(6)导出色度QP偏置。在该示例中，当中间QP指数大于41时，色度QP偏置被限幅到最大值，即6。当中间QP指数的值在27和59之间时，与等式(5)的输出相比，通过等式(6)输出更高的色度QP偏置值。
chromaQpBias＝(qPi<27)？0:((qPi>41)？6:((qPi–24)/3)) 等式(6)
当中间QP指数在特定范围内时，通过该方法导出的色度QP偏置随着中间QP指数的增加而线性增加，即视频编码器或视频解码器使用简单的计算而不是使用HEVC标准和JEM中采用的查找表，从相关联的亮度QP导出色度QP。可以在视频位流中信令参数集中的一个或多个参数，这些参数可以在诸如序列参数集(SPS)、图像参数集(PPS)和切片报头的高级语法集中信令。
色度QP偏置的一些实施例重用HEVC标准中的现有参数和指定函数Fqpc(qPi)，其中色度QP偏置可以从指定函数Fqpc(qPi)的输入和输出之间的差值导出，即qPi-Fqpc(qPi)。根据另一实施例，色度QP偏置可以从相关联的亮度QP与指定函数Fqpc(qPi)的输出之间的差值导出。根据HEVC标准，指定函数Fqpc(qPi)的输出最初用作最终色度QP(Q'pc)，但是根据本发明的一些实施例，指定函数Fqpc(qPi)的输出可用于进一步调整最终色度QP。
当视频数据具有色度Cb和色度Cr分量时，视频编码器和解码器的一些实施例导出用于色度Cb分量的一个色度QP偏置和用于色度Cr分量的一个色度QP偏置。用于导出色度QP偏置的信息可以在PPS、切片报头和用于色度Cb和色度Cr分量的每个编解码单元中的一个或多个中信令。例如，在视频位流中信令色度QP偏移参数，且色度QP偏移参数用于计算用于导出色度QP偏置的中间QP指数。当色度QP偏移参数分别由色度Cb分量和色度Cr分量的两个语法元素cb_qp_offset和cr_qp_offset表示时，根据其对应的色度QP偏移参数语法元素导出色度Cb分量和色度Cr分量的每个色度QP偏置。例如，色度Cb分量的色度QP偏置是通过Fqpc(qPi)的输入和输出之间的差导出的，其中该中间QP指数qPi是根据相关的亮度QP和语法元素cb_qp_offset导出的；并且，通过Fqpc(qPi)的输入和输出之间的差导出色度Cr分量的色度QP偏置，其中根据相关的亮度QP和语法元素cr_qp_offset导出qPi。
设置最大色度QP偏置在一些实施例中，相对于相关联的亮度QP的最大色度QP偏置值被进一步限制。在以下实施例中，通过中间QP指数与指定函数Fqpc(qPi)之间的差来计算初始色度QP偏置，然而，可以通过等式(3)或其他方法来计算初始色度QP偏置。在一个实施例中的最终色度QP偏置是通过如等式(7)所示的限幅操作导出的。首先计算中间QP指数与指定函数Fqpc(qPi)之间的差值(即qPi-Fqpc(qPi))作为初始色度QP偏置。根据等式(7)中的限幅操作，如果初始色度QP偏置小于最小色度QP偏置值，则最终色度QP偏置等于最小色度QP偏置值(minChromaQpBias)，并且如果初始色度QP偏置大于最大色度QP偏置值，则最终色度QP偏置等于最大色度QP偏置值(maxChromaQpBias)。最终色度QP偏置等于初始色度QP偏置，如果中间QP指数与指定函数之间的差在由最小和最大色度QP偏置值限制的范围内，则该初始色度QP偏置是中间QP指数与指定函数之间的差。指定函数Fqpc(qPi)的一个示例是用于导出等式(2)中的色度QP的映射函数，并且表1示出输入qPi和输出Fqpc(qPi)之间的映射关系的示例。
chromaQpBias＝clip3(minChromaQpBias，maxChromaQpBias，qPi–Fqpc(qPi))等式(7)
尽管在等式(7)中存在最大色度QP偏置(maxChromaQpBias)值和最小色度QP偏置(minChromaQpBias)值，但是可以将该等式修改为仅具有最大色度QP偏置值，或限制色度QP偏置为非负的，因此允许小于最大色度QP偏置值的所有非负色度QP偏置值。在一个示例中，最小色度QP偏置值被设置为零，并且仅自适应地信令最大色度QP偏置值。在仅信令最大色度QP偏置值的一个实施例中，如等式(8)所示，色度QP偏置由最大色度QP偏置值和初始色度QP偏置(例如，中间QP指数与指定函数qPi-Fqpc(qPi)之间的差)的最小值导出。
chromaQpBias＝min(maxChromaQpBias，qPi–Fqpc(qPi)) 等式(8)
视频编码器可信令用于导出最大色度QP偏置值(maxChromaQpBias)和最小色度QP偏置值(minChromaQpBias)中的一者或两者的信息，或视频编码器和解码器推断出色度QP偏置值的最大值和最小值中的一者或两者。用于导出最大和最小色度QP偏置值中的一或两者的信息可以分别在诸如用于色度Cr和色度Cb分量的SPS、PPS和切片报头的高级语法集中信令。类似于用于色度量化偏移参数的传统信令方法，可以在编解码单元中或以用于局部自适应的量化组为单位进一步信令该信息。在一个示例中，推断maxChromaQpBias和minChromaQpBias分别等于6和0。在另一示例中，minChromaQpBias总是被设置为零，并且maxChromaQpBias由视频编码器自适应地导出并且在视频位流中信令，因此相应的视频解码器从在视频位流中信令的信息导出maxChromaQpBias。然后通过从中间QP指数减去由等式(7)或等式(8)导出的色度QP偏置来计算色度QP(即Qpc＝qPi-chromaQpBias)，其可以由等式(9)和(10)表示。
Qpc＝qPi–clip3(minChromaQpBias，maxChromaQpBias，qPi–Fqpc(qPi)) 等式(9)
Qpc＝qPi–min(maxChromaQpBias，qPi–Fqpc(qPi)) 等式(10)
通过等式(11)以类似的方式导出另一实施例中的色度QP偏置，并且因此通过等式(12)导出色度QP。等式(11)和(12)中的最大色度QP偏置值和最小色度QP偏置值用于色度QP和与其相关的亮度QP之间的差异。通过从相关的亮度QP中减去由等式(8)导出的色度QP偏置来计算色度QP(即，Qpc＝Qpy-chromaQpBias)。
chromaQpBias＝clip3(minChromaQpBias，maxChromaQpBias，Qpy–Fqpc(qPi))等式(11)
Qpc＝Qpy–clip3(minChromaQpBias，maxChromaQpBias，Qpy–Fqpc(qPi)) 等式(12)
缩放色度QP偏置在一些实施例中，可以通过缩放来进一步调整相对于最初由等式(2)导出的相关亮度QP的色度QP偏置值。通过本实施例中的中间QP指数与特定函数Fqpc(qPi)之间的差值(即qPi-Fqpc(qPi))计算色度QP偏置。在一个示例中，视频编码器可以信令由chromaQpBiasScaling指示的缩放因子，以支持在等式(2)中的输入qPi与映射函数Fqpc(qPi)的输出之间的色度QP偏置的进一步缩放。该示例中的色度QP可以通过等式(13)导出。
Qpc＝qPi–chromaQpBiasScaling*(qPi–Fqpc(qPi)) 等式(13)
在一个特定实施例中，通过等式(14)利用三个整数参数a、b和c导出色度QP。可以隐含地预先定义这些整数参数或者从信令的信息中显式地导出这些整数参数。例如，参数集(a，b，c)等于(1,1,1)，其对应于将色度QP偏置值缩放0.5倍。在另一个示例中，参数集(a，b，c)等于(3,1,2)、(3,2,2)和(3,3,2)中的一个，其对应于将色度QP偏置值缩放0.75倍并利用不同的截断偏移值中的一个。
Qpc＝qPi–((a*(qPi–Fqpc(qPi)).+b)>>c) 等式(14)
在另一特定实施例中，色度QP通过等式(15)导出，具有四个整数参数w1、w2、b和c。这四个参数中的每一个可以隐含地预定义或者从信令的信息中显式地导出。在一个特定示例中，参数w2被设置为等于((1<<c)-w1)。
Qpc＝(w1*qPi–w2*Fqpc(qPi)+b)>>c 等式(15)
在另一示例中采用缩放因子chromaQpBiasScaling来缩放色度QP偏置值，色度QP偏置值作为由等式(2)导出的色度QP与相关联的亮度QP之间的差值而计算得出(即qPy-Fqpc(qPi))。得到的色度QP由等式(16)导出，等式(16)将等式(11)中的中间QP指数替换为亮度QP。
Qpc＝qPy–chromaQpBiasScaling*(qPy–Fqpc(qPi)) 等式(16)
可以在诸如SPS、PPS和切片报头的高级语法集中信令与缩放因子和缩放参数相关联的信息。它可以在编解码单元中或以量化组为单位进一步调整，类似于用于色度量化偏移参数的当前信令方法。
组合最大色度QP偏置和缩放因子上述用于更灵活地使色度QP与色度QP偏置相适应的方法可以组合在一起，例如，视频编码器设置最大差值(maxChromaQpBias)和缩放因子(chromaQpBiasScaling)用于色度QP偏置。当从中间QP指数和特定函数Fqpc(qPi)之间的差导出初始色度QP偏置时，通过等式(17)导出色度QP。初始色度QP偏置被缩放并被限幅在最大和最小色度QP偏置值之间的范围集内。
Qpc＝qPi–clip3(minChromaQpBias，maxChromaQpBias，chromaQpBiasScaling*(qPi–Fqpc(qPi))) 等式(17)
示例性流程图图3是示出用于处理彩色视频数据的视频编码或解码方法的实施例的流程图。视频编码或解码方法可以在视频编码器或视频解码器中实现，例如在包括计算机处理器的装置中，该计算机处理器被配置为通过执行图3所示的步骤来接收视频数据和可在计算机处理器上执行用于视频编码的程序。在步骤S302中，视频编码器接收具有亮度分量和至少一个色度分量的输入视频数据，或视频解码器接收具有亮度分量和至少一个色度分量的编码视频数据的视频位流。在步骤S304中对视频数据进行帧间预测和/或帧内预测，以减少接收的视频数据内的时间和/或空间冗余。视频编码器确定预测输入视频数据的预测值，并且视频解码器在步骤S304中基于在视频位流中信令的信息(例如帧间预测模式和/或帧内预测模式)来获得预测值。在步骤S306中为亮度分量导出亮度QP。在步骤S308中从中间QP指数qPi导出色度QP偏置，例如，通过qPi和初始色度QP之间的差导出色度QP偏置，或者通过亮度QP初始色度QP之间的差导出色度QP偏置，在本公开中也示出了导出色度QP偏置的各种其他实施例。可以通过从qPi或亮度QP中减去指定函数来计算初始色度QP。在步骤S310中，视频编码器或视频解码器通过从亮度QP中减去色度QP偏置或通过从中间QP指数中减去色度QP偏置来导出与亮度QP相关联的色度QP。在步骤S312中，在接收的视频数据的编码期间执行变换处理，和/或在重建接收的视频数据的编码或解码期间执行逆变换处理。在步骤S314，对于利用该亮度量化参数的该亮度分量和利用该色度量化参数的该色度分量，视频编码器或视频解码器在接收的视频数据的编码期间执行量化处理，和/或在对该接收的视频数据进行编码或解码的重建过程中进行逆量化处理。
图4是说明视频编码或解码方法的实施例的流程图，其中色度QP偏置进一步受最大色度QP偏置值限制。实现本实施例的视频编码或解码方法的视频编码器或视频解码器以与图3中的步骤S302至S308相同的方式执行步骤S402至S408。在步骤S410中，将在步骤S308中导出的色度QP偏置与最大色度QP偏置值进行比较，用于检查色度QP偏置是否大于最大色度QP偏置值。如果在步骤S412中色度QP偏置的初始值大于最大色度QP偏置值，则将色度QP偏置限幅到最大色度QP偏置值；否则该色度QP偏置不变。视频编码器或解码器在步骤S414中基于色度QP偏置导出色度QP，并且在步骤S418中，使用该色度QP在编码期间执行量化处理和/或编码或解码的重建期间执行逆量化处理用于色度分量。在步骤S416中，在编码期间执行变换处理和/或在编码或解码的重建期间执行逆变换处理。一个实施例中，最大色度QP偏置值可以由视频编码器根据视频数据内容、视频格式和分辨率中的一个或多个自适应地确定，并且与最大色度QP偏置相关联的信息被信令给相应的视频解码器。在另一个实施例中，可以为每个视频分辨率和/或视频格式预定义最大色度QP偏置值，因此视频编码器和视频解码器选择相同的最大色度QP偏置值以限制色度QP偏置。
示例性系统框图图5示出了可以实现本发明的各种实施例的视频编码器500的示例性系统框图。帧内预测模块510基于当前图像的重建视频数据提供帧内预测值。帧间预测模块512基于来自其他一个或多个图像的视频数据执行运动估计(ME)和运动补偿(MC)以提供预测值。帧内预测模块510或帧间预测模块512通过开关514将所选择的预测值提供给加法器516以形成预测误差，也称为残差。通过变换(T)处理518进一步处理当前块的残差，然后进行量化(Q)处理520。然后，变换和量化的残差信号由熵编码器534编码以形成视频位流。在量化模块520中，首先确定亮度QP并用于通过考虑色度QP偏置来导出色度QP。可以在视频位流中信令用于导出色度QP偏置的信息，并且可以通过最大色度QP偏置值来限制色度QP偏置。在一个实施例中，色度QP偏置也可以受最小色度QP偏置值的限制，并且可以从视频位流中显式地导出或者隐式地推断出最大和最小色度QP偏置值中的每一个。在一些实施例中，通过缩放因子或参数集来缩放色度QP偏置。然后利用包括用于导出色度QP偏置的信息(例如色度QP偏移参数、最大色度QP偏置值、最小色度QP偏置值和缩放因子中的一个或其组合)的边信息打包视频位流。通过逆量化(IQ)处理522和逆变换(IT)处理524处理当前块的经变换和量化的残差信号以恢复预测残差。如图5所示，通过加回到所选择的预测值在重建(REC)526处来恢复残差，以产生重建的视频数据。重建的视频数据可以存储在参考图像缓冲器532中并用于预测其他图像。来自REC 526的重建视频数据可能由于编码处理而受到各种损害，因此，在存储在参考图像缓冲器532中之前，将环路处理滤波器(In-loopProcessing Filter，简写为ILPF)528应用于重建的视频数据以进一步增强图像质量。与色度QP偏置相关联的语法元素被提供给熵编码器534以结合到视频位流中。
图6中示出了用于图5的视频编码器500的对应视频解码器600。包含具有亮度分量和至少一个色度分量的编码视频数据的视频位流是视频解码器600的输入，由熵解码器610解码以解析和恢复变换和量化的残差信号和其他系统信息。熵解码器610解析用于从视频位流导出色度QP偏置的信息。视频解码器600的解码过程类似于编码器500处的重建循环，除了解码器600仅需要帧间预测614中的运动补偿预测。每个块由帧内预测612或帧间预测614解码。开关616根据解码的模式信息从帧内预测612中选择帧内预测值或者从帧间预测614中选择帧间预测值。通过逆量化(IQ)处理620和逆变换(IT)处理622恢复与每个块相关联的经变换和量化的残差信号。IQ模块620根据亮度QP和色度QP恢复量化的残差信号，并且通过从亮度QP中减去色度QP偏置或者通过从中间QP指数中减去色度QP偏置来导出色度QP。根据一些实施例，根据熵解码器610解析的信息导出色度QP偏置。通过在REC 618中加回预测值来重建恢复的残差信号以产生重建的视频。通过环路处理滤波器(ILPF)624进一步处理重建的视频以生成最终的解码视频。如果当前解码的图像是参考图像，则当前解码的图像的重建视频也存储在参考图像缓冲器628中用于解码顺序中的后续图像。
图5和图6中的视频编码器500和视频解码器600的各种组件可以由硬件组件、被配置为执行存储在存储器中的程序指令的一个或多个计算机处理器或硬件和处理器的组合来实现。例如，处理器执行程序指令以控制具有亮度分量和两个色度分量的视频数据的接收。处理器配备单个或多个处理核心。在一些示例中，处理器执行程序指令以在编码器500和解码器600中的一些组件中执行功能，并且与处理器电耦合的存储器用于存储程序指令、与块的重建图像对应的信息，以及/或编码或解码过程中的中间数据。在一些实施例中，存储器包括非暂时性计算机可读介质，诸如半导体或固态存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘或其他合适的存储介质。存储器还可以是上面列出的两种或更多种非暂时性计算机可读介质的组合。参考图5和图6，编码器500和解码器600可以在同一电子设备中实现，因此如果在同一电子设备中实现，则可以共享或重用编码器500和解码器600的各种功能组件。例如，图5中的重建526、逆变换524、逆量化522、环内处理滤波器528和参考图像缓冲器532中的一个或多个也可以分别用作图6中的重建618、逆变换622、逆量化620、环内处理滤波器624和参考图像缓冲器628。
用于视频编解码系统的视频编码或解码方法的实施例可以在集成到视频压缩芯片中的电路或集成到视频压缩软件中的程序代码中实现，以执行上述处理。例如，确定为当前块设置的当前模式可以在程序代码中实现，以在计算机处理器、数字信号处理器(DSP)、微处理器或现场可程序化门阵列(FPGA)上执行。这些处理器可以被配置为通过执行定义本发明所体现的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来执行根据本发明的特定任务。
在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其他具体形式实施。所描述的例子仅在所有方面被认为是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由权利要求而不是前面的描述来指示。属于权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化将被包括在其范围内。

Claims (18)

1.一种编码或解码视频数据的方法，用于视频编解码系统中，包括：
接收具有亮度分量和至少一个色度分量的该视频数据；
执行帧间预测和/或帧内预测以减少接收的视频数据内的时间和/或空间冗余；
确定该亮度分量的亮度量化参数；
从中间量化参数指数导出色度量化参数偏置，其中通过将该亮度量化参数和色度量化参数偏移参数之和限幅到指定范围来计算该中间量化参数指数；
通过从该亮度量化参数中减去该色度量化参数偏置或者通过从该中间量化参数指数中减去该色度量化参数偏置来计算色度量化参数；
在该接收的视频数据的编码期间执行变换处理和/或在重建该接收的视频数据的编码或解码期间执行逆变换处理；以及
对于利用该亮度量化参数的该亮度分量和利用该色度量化参数的该色度分量，在该接收的视频数据的编码期间执行量化处理，和/或在对该接收的视频数据进行编码或解码的重建过程中进行逆量化处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该视频数据具有两个色度分量，色度Cb和色度Cr，并且该方法还包括：为色度Cb分量导出一个色度量化参数偏置，为色度Cr分量导出另一个色度量化参数偏置，以及用于导出两个色度量化参数偏置的信息在图像参数集、切片报头和每个编解码单元中的一个或组合中信令用于色度Cb和色度Cr分量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过函数FgpBs(qPi)和参数集导出色度量化参数偏置，该函数FgpBs(qPi)根据该中间量化参数指数输出整数值，并且根据该参数集缩放该整数值，其中该参数集中的每个值被隐式地预定义或者从视频位流中信令的信息中显式地导出。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该色度量化参数偏置的值受该参数集中指定的两个量化参数边界值(qpBsl,qpBs2)的限制，当该中间量化参数指数在该参数集中指定的指数范围(t1，t2)内时，该色度量化参数偏置等于该缩放的整数值，当该中间量化参数指数在该参数集中指定的该指数范围之外时，该色度量化参数偏置等于该量化参数边界值之一。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该色度量化参数偏置是从该中间量化参数指数与指定函数Fqpc(qPi)的输出之间的差值或者亮度量化参数与该指定函数Fqpc(qPi)的输出之间的差值导出的，其中当从该亮度量化参数和该指定函数Fqpc(qPi)的输出之间的差导出该色度量化参数偏置时，通过从该亮度量化参数中减去该色度量化参数偏置来导出该色度量化参数，以及当从该中间量化参数指数与该指定函数Fqpc(qPi)的输出之间的差导出该色度量化参数偏置时，通过从该中间量化参数指数中减去该色度量化参数偏置得到该色度量化参数。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该指定函数Fqpc(qPi)通过根据该中间量化参数指数搜索映射表来输出值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：确定该色度量化参数偏置是否大于最大色度量化参数偏置值，并且如果该色度量化参数偏置大于该最大色度量化参数偏置值，则将该色度量化参数偏置限幅到该最大色度量化参数偏置值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在高级语法集中显式地信令该最大色度量化参数偏置值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在编解码单元中或以量化组为单位进一步信令该最大色度量化参数偏置值。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：确定该色度量化参数偏置是否小于最小色度量化参数偏置值，并且如果该色度量化参数偏置小于该最小色度量化参数偏置值，则将该色度量化参数偏置限幅到该最小色度量化参数偏置值。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，显式地信令或隐含地推断该最小色度量化参数偏置值。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，将该最小色度量化参数偏置值设置为零，并且自适应地导出该最大色度量化参数偏置值。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，当该视频编解码系统是编码器时，在视频位流中信令该最大色度量化参数偏置值，并且当该视频编解码系统是解码器时，从视频位流中信令的信息导出该最大色度量化参数偏置值。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，导出该色度量化参数还包括确定最大色度量化参数偏置值和该色度量化参数偏置之间的最小值，并从该亮度量化参数或中间量化参数指数中减去该最大色度量化参数偏置值和该色度量化参数偏置之间的该最小值。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括缩放该色度量化参数偏置，并且通过从该亮度量化参数或从该中间量化参数指数中减去经缩放的色度量化参数偏置来导出该色度量化参数。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在视频位流中信令缩放因子或整数参数的参数集，以缩放该色度量化参数偏置。
17.一种执行视频编解码的装置，包括：计算机处理器，被配置用于接受视频数据；以及可在该计算机处理器上执行视频编解码的程序，其中该程序执行以下步骤，包括：
接收具有亮度分量和至少一个色度分量的该视频数据；
执行帧间预测和/或帧内预测以减少接收的视频数据内的时间和/或空间冗余；
确定该亮度分量的亮度量化参数；
从中间量化参数指数导出色度量化参数偏置，其中通过将该亮度量化参数和色度量化参数偏移参数之和限幅到指定范围来计算该中间量化参数指数；
通过从该亮度量化参数中减去该色度量化参数偏置或者通过从该中间量化参数指数中减去该色度量化参数偏置来计算色度量化参数；
在该接收的视频数据的编码期间执行变换处理和/或在重建该接收的视频数据的编码或解码期间执行逆变换处理；以及
对于利用该亮度量化参数的该亮度分量和利用该色度量化参数的该色度分量，在该接收的视频数据的编码期间执行量化处理，和/或在对该接收的视频数据进行编码或解码的重建过程中进行逆量化处理。
18.一种存储程序指令的非暂时性计算机可读介质，该程序指令使得装置的处理电路执行视频编解码方法，且该方法包括：
接收具有亮度分量和至少一个色度分量的该视频数据；
执行帧间预测和/或帧内预测以减少接收的视频数据内的时间和/或空间冗余；
确定该亮度分量的亮度量化参数；
从中间量化参数指数导出色度量化参数偏置，其中通过将该亮度量化参数和色度量化参数偏移参数之和限幅到指定范围来计算该中间量化参数指数；
通过从该亮度量化参数中减去该色度量化参数偏置或者通过从该中间量化参数指数中减去该色度量化参数偏置来计算色度量化参数；
在该接收的视频数据的编码期间执行变换处理和/或在重建该接收的视频数据的编码或解码期间执行逆变换处理；以及
对于利用该亮度量化参数的该亮度分量和利用该色度量化参数的该色度分量，在该接收的视频数据的编码期间执行量化处理，和/或在对该接收的视频数据进行编码或解码的重建过程中进行逆量化处理。
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